可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置的制作方法

本发明涉及一种可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，本发明的踩踏扭力与马达动力均经由对应的单向传动装置连结于套设在该曲柄轴外的中空轴而传递到传动链轮；扭力检知单元，设于该中空轴上，且位于该第一单向传动装置及第二单向传动装置之间；凭借之，可令中置马达与脚踏的动力传输互不影响，而扭力检知单元可精确测量纯分别由曲柄轴左右二端所传递的扭力；据此，当扭力检知单元感测到高于设定的踩踏扭力值时，可令中置马达提供适当的电助力，将检知的扭力值降低至设定的踩踏扭力值。

背景技术：

基于环保与乘骑轻松、舒适的需求，市场上已有多种不同的电助脚踏车，而电助脚踏车的系统可依电助马达的装置位置分为前轮、后轮与中置系统，其中马达中置的电助脚踏车是未来的重要主流，而脚踏轴上的采踏扭力控制则为其主要的电助控制方式之一。

理想的马达中置的电助脚踏车的扭力检知装置，要能使整个中置的电助系统体积精小，且踩踏扭力与马达动力均要能连结于同一轴上而传递到传动链轮；当仅脚踏动力传输时，扭力检知单元要能精确的测量到纯分别由曲柄轴左右二端所传递的采踏扭力，且必须不受马达磁力的影响；而当仅中置马达输出动力时，扭力检知单元不应检知道中置马达所输出的扭力；再者，当扭力检知单元感测到高于设定的踩踏扭力值时，可令中置马达提供适当的电助力，并将检知的扭力值降低至设定的踩踏扭力值；此外，踩踏扭力控制需简单、精确，且于使用时不受到外界环境的影响。

然而，现有的脚踏轴外并未具有中空轴，而是将一扭力检知单元直接设于脚踏轴上者，该扭力检知单元将仅能感测到脚踏轴上一端的采踏扭力；如欲感测到脚踏轴上二端的采踏扭力，则须在链盘两侧均装设扭力检知单元，其将导致整体体积及设置成本过高。

而另一现有的脚踏轴外设有中空轴者，其是将一扭力检知单元设于中空轴上者，当其与中置马达动力传输结合时，如并未设有前述的双单向传动装置，则中置马达与脚踏的动力传输会互相影响；如仅脚踏轴与中空轴间有单向传动装置，采踏扭力将受马达磁滞力的影响；如仅马达动力传输与中空轴间有单向传动装置，马达转动时，将强迫脚踏轴与其同步转动，此将造成骑乘时不舒适。

而在另一现有的脚踏轴，其虽于脚踏轴外设有中空轴，但扭力检知单元未设于中空轴上，如电动车的链轮盘、链条、后车架上者；依此设计，当扭力检知单元感测到高于设定的踩踏扭力值，而中置马达提供电助力时，检知的扭力值非下降反而是提高，此将造成电助脚踏车扭力控制的误差与困难。此外，其感测器外露，将造成极易受到外界或天候影响而损坏或影响其感测结果。

现有如美国专利公开第20120048634号的“bicyclewithauxiliarypowerunit”一案，其脚踏曲柄轴38设置一中空套件72，并直接与链轮盘36相接；马达经马达轴56、齿轮58、另一转轴108、链轮60；链轮盘36与链轮盘60、62则以链条44相连结；此设计的马达动力传输并未如上述的理想设计般的与中空轴直接结合，整个中置的电助系统体积显得复杂而不精小；在动力传输方面多经过了两个链轮盘60、62，也将增加传输系统的能量损失。

现有如中国台湾专利证书第m451316号的“电动自行车扭力传感装置”专利，其虽设有套设于曲柄轴的从动套(中空轴)、检知单元、单向离合器及大盘，但其并未与中置马达结合；明显的，该设计将仅被应用于前置驱动与后置驱动的电助自行车。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是解决前述缺失，本发明人乃潜心进一步研究，并着手进行研发及改良，为达到理想马达中置的电助脚踏车的扭力检知装置设计的目的，在经过不断试验及修改后而有本发明的问世。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其特征在于，包含：界定一踩踏扭力及一中置马达，且该踩踏扭力及中置马达提供的动力分别凭借一对应的第一单向传动装置及第二单向传动装置连结于一套设在一曲柄轴的一中空轴，进而凭借该中空轴传递到一设置于该中空轴的传动链轮；以及一扭力检知单元，设于该中空轴上，且位于该第一单向传动装置及第二单向传动装置分别接设于该中空轴的位置之间；由该曲柄轴左右二端的踩踏扭力，都将依序经由曲柄轴、第一单向传动装置、中空轴及扭力检知单元，而后即传递至传动链轮而输出动力，中置马达则依序经第二单向传动装置及中空轴而直接由传动链轮输出动力；凭借与中空轴结合的第一及第二单向传动装置的设计，令中置马达与踩踏扭力的传输互不影响；当仅中置马达输出动力时，扭力检知单元检知不到扭力；当无马达助力时，而扭力检知单元可精确测量纯分别由曲柄轴左右二端所传递的扭力。

据上所述的可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其中，该中置马达与该中空轴呈同轴设置。

据上所述的可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其中，该中置马达与该中空轴呈非同轴设置。

据上所述的可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其中，该扭力检知单元为扭力感测器。

据上所述的可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其中，该曲柄轴及中空轴穿设于一电动车的多通管。

据上所述的可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其中，该传动链轮为一电动车的前链轮。

据上所述的可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其中，该曲柄轴的二末端分别枢设有一脚踏曲柄。

据上所述的可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其中，该马达中置外更包覆有一壳体。

是由上述说明及设置，显见本发明主要具有下列数项优点及功效，兹逐一详述如下：

1.本发明是适用于中置驱动的马达系统，由曲柄轴踩踏的扭力，依序经由曲柄轴、第一单向传动装置、中空轴及扭力检知单元，而后即传递至传动链轮而输出动力者；令本发明凭借与中空轴结合的第一及第二单向传动装置的设计，可令中置马达与踩踏扭力的传输互不影响；当仅中置马达输出动力时，扭力检知单元检知不到扭力；当无马达助力时，而扭力检知单元可精确测量纯分别由曲柄轴左右二端所传递的扭力，可确实依据使用者实际所踩踏的扭力，令中置马达准确输出使用者踩踏不足的动力，进而提升电助驱动时的稳定性及安全性者；此外，通过本发明的设置，也可令整体的体积精小，且踩踏扭力控制简单，也不会受到外界环境的影响。

2.本发明当扭力检知单元感测到高于设定的踩踏扭力值时，可令中置马达提供适当的电助力，并将检知的扭力值降低至设定的踩踏扭力值，以防中置马达提供过量的电助力，进而可达致电助驱动时的稳定性及使用者于骑乘时的安全性。

3.本发明是将扭力检知单元装设于中空轴，故扭力检知单元可受电动车的多通管，或由包覆中置马达的壳体所遮蔽，因此，不易受到外界或天候影响而导致毁损或影响其感测结果。

附图说明

图1是本发明第一实施例的剖视暨右侧的脚踏曲柄的传动路径示意图。

图2是本发明第一实施例的剖视暨左侧的脚踏曲柄的传动路径示意图。

图3是本发明第一实施例的剖视示暨中置马达的传动路径意图。

图4是本发明第二实施例的剖视暨右侧的脚踏曲柄的传动路径示意图。

图5是本发明第二实施例的剖视暨左侧的脚踏曲柄的传动路径示意图。

图6是本发明第二实施例的剖视示暨中置马达的传动路径意图。

附图标记说明：1、1’中置马达；11第一齿轮；12第二齿轮；13定子；14转子；15太阳齿轮；16行星齿轮；17环齿轮；18行星拖架；2第一单向传动装置；3第二单向传动装置；4曲柄轴；41中空轴；42a、42b脚踏曲柄；5传动链轮；6扭力检知单元；7壳体；a、b、c、d、e、f扭力传输路径。

具体实施方式

关于吾等发明人的技术手段，兹举数种较佳实施例配合图式于下文进行详细说明，以供钧上深入了解并认同本发明。

请先参阅图1至图3所示，其是本发明的第一实施例，本发明为一种可侦测曲柄轴二端踩踏扭力的电助自行车扭矩检测装置，其包含：

界定一踩踏扭力及一中置马达1，且该踩踏扭力及中置马达1提供的动力分别凭借一对应的第一单向传动装置2及第二单向传动装置3连结于一套设在一曲柄轴4的一中空轴41，进而凭借该中空轴41传递到一设置于该中空轴41的传动链轮5，其中，且该曲柄轴4及中空轴41穿设于一电动车的多通管(图未绘示)，且该传动链轮5为该电动车的前链轮，该曲柄轴4的二末端分别枢设有一脚踏曲柄42，该踩踏扭力凭借所述脚踏曲柄42传递者；此外，在一实施例中，该中置马达1传动旋转的方向与第一单向传动装置2传动旋转的方向为同向，且该第一单向传动装置2及第二单向传动装置3呈反向设置，然而并不以此作为限定，仅需令第一单向传动装置2及第二单向传动装置3间的传动互不干涉影响；以及

一扭力检知单元6，设于该中空轴41上，且位于该第一单向传动装置2及第二单向传动装置3分别接设于该中空轴41的位置之间，该扭力检知单元6为扭力感测器；

本发明的运作状态，请先参阅图1所示的传动路径a，爰使用者于骑乘时是左右交互踩踏于装设于脚踏曲柄42a、42b的踏板(图未绘示)，故当朝一旋动方向(即可驱动电动车的踩踏方向)踩踏右侧的踏板(图未绘示)时，将传动于右侧的脚踏曲柄42a，而脚踏曲柄42a将因踩踏产生的扭矩而旋转该曲柄轴4，而因曲柄轴4及中空轴41间设有第一单向传动装置2，故朝该旋动方向时可通过第一单向传动装置2传动于中空轴41，反之，若使用者是朝旋动方向的反向踩踏，则将令曲柄轴4空转而无法传动于中空轴41；而当中空轴41受传动而旋转时，使用者的踏力将先经过该扭力检知单元6测量其扭力值后，再经过第二单向传动装置3，此时中空轴41对于第二单向传动装置3而言是呈空转，因此，无论中置马达1是否于驱动状态，使用者踩踏所产生的扭力都能完全且准确地由扭力检知单元6所测量，而不受中置马达1的传动或静止时的磁矩所影响，且使用者踩踏所产生的扭力也不影响中置马达1的运转；故扭力经单向传动装置时并未输出，而是持续经由中空轴41传递至传动链轮5输出，且由于传动链轮5可为电动车的前链轮，其通常是连结于该电动车的后轮，故扭力由传动链轮5输出后即可予以驱动该电动车。

次如图2所示的传动路径b，当使用者于朝一旋动方向(即可驱动电动车的踩踏方向)踩踏左侧的踏板(图未绘示)时，将传动于左侧的脚踏曲柄42b，而脚踏曲柄42b将因踩踏产生的力矩而旋转该曲柄轴4，此时即如上述，当于该旋动方向时，扭力依序经过第一单向传动装置2及中空轴41，进而经由该扭力检知单元6测量扭力值后，方传递至传动链轮5输出电力以驱动该电动车；故显见扭力检知单元6可分别精确测量由曲柄轴4左右二端所传递的扭力。

再者，续如图3所示，因本实施例所揭示的，该中置马达1与该中空轴41及曲柄轴4呈非同轴设置，然而，也不以此作为限定，而于本实施例之中置马达1凭借连结一第一齿轮11，而该第一齿轮11啮合于一第二齿轮12，而第二齿轮12则是连结于该第二单向传动装置3，故当中置马达1运转而输出动力时，即如传动路径c所示，将直接经由该第二单向传动装置3传动于中空轴41，此时中空轴41对于第一单向传动装置2是呈空转，并直接经过该传动链轮5输出以驱动电动车，中置马达1的动力于中空轴41的传递过程，如第3图的传动路径c所示，并不经过该扭力检知单元6，可见无论中置马达1是否传动，都不影响该扭力检知单元6测量的扭力值；如此，扭力检知单元6所测量的扭力值不受中置马达1的磁矩及动力传输的影响，以于中置马达1于电助驱动时，可确实依据使用者实际所踩踏的动力，令中置马达1准确输出使用者踩踏不足的动力，进而提升电助驱动时的稳定性及安全性。

在一较佳的实施例中，本发明的中空轴41及扭力检知单元6可连同曲柄轴4而设置于电动车的多通管内部，因此，扭力检知单元6即可由多通管所遮蔽并保护的；此外，就一般而言，中置马达1并非裸露设置于电动车外，而凭借安装一壳体7所包覆者，且壳体7也将同时包覆于曲柄轴4，故本发明的扭力检知单元6也可由该壳体7遮蔽；故显见本发明确实可应用于各式中置马达1系统的电动车，且扭力检知单元6可凭借多通管或壳体7遮蔽，以不易受外界及天候影响而损坏或干扰其扭力的测量。

另需特别说明的是，为防止中置马达1于高踩踏扭力的下增加过量的电助力而致电动车电助驱动不稳定，故本发明的扭力检知单元6可设定一踩踏扭力值，以当扭力检知单元6感测到高于设定的踩踏扭力值时，可令中置马达1提供适当的电助力，并将检知的扭力值降低至设定的踩踏扭力值，凭借使维持本发明运行时的平稳性；并凭借上述设置，也可使本发明整体的体积较为精小，且踩踏扭力控制简单，也不会受到外界环境的影响。

再请参阅图4至图6所示，为本发明的第二实施例，其与第一实施例的差别在于，本实施例是依中置马达1’的设置形式，令该中置马达1’与该中空轴41及曲柄轴4呈同轴设置，本实施例之中置马达1’包含一定子13及一对应定子13的转子14，该转子14连结于一太阳齿轮15，且该太阳齿轮15凭借一行星齿轮16以啮合于一环齿轮17，且该行星齿轮16传动于一行星拖架18，而该行星拖架18连结于该第二单向传动装置3；如此，如图4及图5的传动路径d及传动路径e，是使用者于骑乘时踩踏位于脚踏曲柄42a、42b的踏板，扭力也将如前所述，分别经由脚踏曲柄42a、42b、曲柄轴41、第一单向传动装置2及中空轴41，以为扭力检知单元6所感测；而如图6所示的传动路径f，中置马达1’运转而输出动力时，分别依序经由转子14、太阳齿轮15、行星齿轮16及行星托架，进而传动于第二单向传动装置3，以经由该第二单向传动装置3传动于中空轴41，并直接通过该传动链轮5输出以驱动电动车，令中置马达1’输出的动力不为扭力检知单元6所感测；本实施例其余的具体实施方式都与第一实施例近似，故在此不予赘述。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离本申请所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。