专利名称：助行车扭力感测及大齿盘小型化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种助行车扭力感测及大齿盘小型化装置。
目前市面上可见的电动自行车(亦称为电动助行车)主要是藉由在自行车(助行车)上装置电瓶、驱动马达、以及传动装置等组件以辅助驱动车轮旋转。当骑乘者踩踏自行车的脚踏板时，除了由踩踏力来带动车轮外，同时驱动马达亦产生动力并经由传动装置的传动而带动自行车的车轮转动，因此可降低骑乘者踩踏自行车的力气，达到助行车的目的。
由于助行车的骑乘者根据在上下坡路况或是骑乘速度的不同，会需要驱动马达输出不同的动力来带动车轮，因此各电动助行车厂商亦发展出踏力传感器来感测骑乘者踩踏自行车的力气，且依据该传感器所感测到的踩踏力来控制驱动马达所输出的动力。一般而言，目前现用的踏力感测方式包括有下列几种将扭力值转为轴向位移、绝对角位移、与相对角位移三种方式。其中相对角位移方式，在车速低时，可能无法得一连续信号，因此很少受到采用。至于轴向位移与绝对角位移的感测方式则无此问题。
同时传统的自行车大齿盘相当大，在包覆传动链条时，包覆体积太大，造型不雅，若是将踏速先增加，再将传统大齿盘变小，则可达到造型美化的目的。
如图1所示，是美国专利US.PAT.NO.5,474,148为采用绝对角位移式的扭力感测装置的其中一例。其扭力感测主要是踏力由曲柄轴28直接带动单向离合器42，并藉由单向离合器42将动力输入一行星齿轮组的行星臂44，最后由环齿轮46连接自行车大齿盘做动力输出，而其中太阳齿轮45则连接至传感器。因对于一行星齿轮系而言，在等速的情况下，环齿轮46、太阳齿轮45与行星臂44扭力比为一固定值，所以当踏力越大即输入行星臂44的扭力越大，如此将造成太阳齿轮45的扭力值依固定比例放大。所以当太阳齿轮45连接一弹性体时，即可将太阳齿轮45的扭力值转换成弹性体的绝对角位移，即此绝对角位移正比于踏力，所以藉此可控制驱动马达的动力输出。然而，此种现用技术由于需多组行星齿轮与伞齿轮等复杂零件的使用，不仅结构复杂、且零件制作成本与组装成本均相对较高。并且，由于US.PAT.NO.5,474,148案的驱动马达也是经由环齿轮46将动力输出给大齿盘来带动车轮，所以，驱动马达于输出动力时亦将同时影响到太阳齿轮45的扭力值，也就是说，骑乘者的踏力对太阳齿轮扭力值的影响需先克服(大于)驱动马达的影响时，驱动马达才会继续输出动力，所以在动力输出上较为迟钝，无法立即反应骑乘者对动力的需求。此外，由于现有技术是以行星臂44旋转带动环齿轮46来传动给车轮，此机构的减速比较大，且US.PAT.NO.5,474,148案也是利用此机构来进行驱动马达转速的减速工作。然而，当骑乘者不使用驱动马达来输出动力时(例如电瓶没电)，骑乘者将需采踏更多圈曲柄轴28才能带动车轮行驶，亦造成不便。
另有一绝对角位移式的扭力感测装置的现用技术，其主要是藉由多组差动伞齿轮组的结合传动，以进行驱动马达的动力传输以及踏力感测。其缺点除了多级差动伞齿轮组的使用导致成本提高外，最主要乃在于其曲柄轴(亦称为天心轴)是藉由单向伞齿棘轮直接连动于大齿盘，所以当驱动马达无输出动力时，其曲柄轴(亦称为天心轴)与大齿盘仅能以一比一的速度同步旋转，运用上较无弹性可言。
另有一轴向位移式的扭力感测装置的现用技术。其扭力感测方式主要藉由踏力经由曲柄轴带动一螺杆，而当螺杆转动时，将造成螺杆沿一螺帽轴向位移，并同时压缩螺杆与螺帽间的弹簧，最后螺帽再经由单向离合器将动力输出至齿盘。因此藉由弹簧的弹性系数的大小，可决定踏力值与螺杆轴向位移量间的比例。所以只要经由传感器量测螺杆轴向位移量即可得知踏力值。此种现用技术的缺失，在于螺杆与螺帽的配合较容易因外界异物或是本身零件运转产生的碎片所干扰，严重时甚至可能卡到螺杆与螺帽之间使得踏力感测不精确。此外，当驱动马达无输出动力时，其曲柄轴与齿盘也仅能以一比一的速度同步旋转，运用上较无弹性。
另外还更有一轴向位移式的扭力感测装置的现用技术，其扭力感测方式主要藉由踏力经由曲柄轴带动扭力杆。由于扭力杆间的斜面结构，造成扭力杆的轴向位移，此位移则再经由一杠杆放大，因此藉由量测杠杆放大的轴向位移量即可得知踏力值。此现用技术不仅结构较为复杂成本高，且同样具有如前述的本身零件运转产生的碎片易干扰感测精确度、以及曲柄轴与齿盘也仅能以一比一的速度同步旋转等缺失。
本发明的目的在于提供一种助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，具有结构简单、制造成本较低、骑乘者的踩踏力感测精确且不易受到零件碎屑影响、且骑乘者踩踏曲柄轴的转速可与大齿盘转速不同以增进设计运用的弹性等优点，且该装置的驱动装置的动力输出可立即精确反应骑乘者脚踏力的大小，大齿盘小型化可增加助动车造型的美化。
本发明的上述目的是由如下技术方案来实现的。
本发明提供一种助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，是安装于助行车的传动装置上，该传动装置至少包括有一曲柄轴、一齿盘及一变速齿轮组，其特征在于包括有—太阳齿轮，固定于曲柄轴上；一行星齿轮组，至少包括有—摆臂及一第一行星齿轮，该摆臂可转动地枢设于曲柄轴上，该第一行星齿轮枢设于摆臂上且与太阳齿轮相啮合；以及，一感测装置，结合于该摆臂一侧。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于还设有一单向离合器，连结于该齿盘且可进行单向传动；以及一第二行星齿轮，设置于该行星齿轮组上与第一行星齿轮同轴连结，且第二行星齿轮连结单向离合器，且该单向离合器的单向传动方向是使第二行星齿轮可带动齿盘旋转，但齿盘无法带动第二行星齿轮旋转。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该变速齿轮组是通过单向离合器而与齿盘连结。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该单向离合器可为一单向棘齿机构。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该变速齿轮组可为一减速齿轮组。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该变速齿轮组可以由多个多级齿轮所啮合构成。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该行星齿轮组还可设有一中介齿轮以及一环齿轮，该中介齿轮是啮合于第二行星齿轮，环齿轮则同时啮合中介齿轮与单向离合器。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该驱动装置是一电动驱动马达。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该感测装置包括有一顶柱与一应力传感器，该顶柱一端抵靠于摆臂，另一端则结合应力传感器。顶柱可将摆臂的旋转扭力传递给应力传感器。
所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该感测装置还包括一复位件与一顶止块，该顶止块抵靠于摆臂与该顶柱相对的另侧，复位件结合于该顶柱。复位件可提供一弹力促使顶柱在未受外力状态下可维持在一预定位置。
本发明的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置的特征之一，是藉由在助行车的传动装置内设置一行星齿轮组，其中该行星齿轮组的太阳齿轮是结合于助行车的曲柄轴而与其直接连动，且曲柄轴的脚踏动力则通过太阳齿轮与行星齿轮的传递而输出至助行车的齿盘。同时，行星齿轮组的摆臂(亦即用以枢设太阳齿轮与行星齿轮的连接臂)的一侧设有—应力感应器。当曲柄轴因骑乘者脚踏力而旋转时，摆臂将产生一旋转扭力，藉由应力感应器感测该扭力值以控制驱动马达的动力输出。
本发明的优点在于由于本发明仅采用单级行星齿轮组便可达到传动与扭力感测的功效，所以不仅使用零件构造简单制造成本低、且亦较不会因铁屑或异物等影响感测精确度。并且，本发明以太阳齿轮(亦即曲柄轴)旋转的切线分力使摆臂产生旋转扭力的感测方式，只要骑乘者一踩踏曲柄轴便可立即获得驱动马达的动力输出，较现用技术更为直接而可得到更实时且精确的马达动力需求。此外，更因为本发明的曲柄轴并非直接连动于助行车的大齿盘，而是通过太阳齿轮与行星齿轮的啮合传动来输出曲柄轴的动力给大齿盘。所以，当驱动马达无动力的输出时，曲柄轴与大齿盘之间的旋转比并非绝对是一比一的关系，而是由太阳齿轮与行星齿轮之间的齿数比来决定，所以更可设计出不同转速比的助行车，使本发明具有广泛的可应用范围。
以下将举出一较佳实施例详细说明本发明的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置的详细结构、动作方式、功效、以及其它特征。
图1为现知助行车扭力感测装置的示意图。
图2为本发明的助行车扭力感测装置的一较佳实施例示意图。
图3为图2中的A-A剖视图。
请参阅图2与图3所示的本发明助行车扭力感测装置的一较佳实施例。
本发明的助行车扭力感测装置8是供安装结合于一助行车的传动装置7上。该传动装置7至少包括有一曲柄轴71、一齿盘72(大齿盘)及一变速齿轮组73。藉由曲柄轴71的转动可控制一驱动装置6的动力输出。该驱动装置6的动力输出可经传动装置7的传动以带动齿盘72转动。于本发明的较佳实施例中，该驱动装置6是为一电动驱动马达。该变速齿轮组73是由多个多级齿轮731、732所啮合构成的一减速齿轮组，其减速比乃视驱动装置6(驱动马达)的动力输出功率与转速，而设计出不同级数或不同配合齿数的多级齿轮731、732，使齿盘72的转速与扭力的设计达到骑乘者实际骑乘该助行车时的要求。由于本发明中所述的助行车的详细结构、其传动装置7的设置位置、驱动装置6(电动驱动马达)及其电源与控制电路、齿盘72与链条或车轮等的传动机构、以及曲柄轴71与脚踏板的详细构造等等的组件机构或装置，均为现有技术且非本发明所欲诉求的技术特征，故以下将不赘述其详细构成与作动方式，相关资料可参阅本说明书的发明背景所载的现有技术内容。
本发明的特征在于该助行车扭力感测装置8以及其与曲柄轴71及多级齿轮732间的连接关系与作动方式。该助行车扭力感测装置8是包括有一太阳齿轮81、一单向离合82、一行星齿轮组83、一中介齿轮84、一环齿轮85、以及一感测装置86。
该助行车扭力感测装置8的太阳齿轮81是固定于曲柄轴71上并与其直接连动同步旋转。该行星齿轮组83至少包括有一摆臂832、一第一行星齿轮831、以及一第二行星齿轮833。摆臂832是以可枢转方式枢设于曲柄轴71上，第一行星齿轮831是枢设于摆臂832上且啮合于太阳齿轮81。藉由曲柄轴71的转动可带动第一行星齿轮831旋转，且太阳齿轮81旋转时的切线分力可促使摆臂832产生一与太阳齿轮81相同旋转方向上的旋转扭力。感测装置86是结合于摆臂832一侧(以设置于摆臂旋转方向上的该侧为较佳)，可感测该摆臂832的旋转扭力并产生一感应讯号以供控制驱动装置6的动力输出。
第二行星齿轮833是设置于行星齿轮组83上且与第一行星齿轮831同轴结合且同步转动。第二行星齿轮833是啮合于一中介齿轮84，环齿轮85则同时啮合有中介齿轮84与单向离合器82以进行传动，使第二行星齿轮833可连动于单向离合器82。其中，该单向离合器82是一单向棘齿机构为较佳，其是藉由一轴套87结合于齿盘72而可与其同步旋转，由于所述的单向离合器82为现用技术故在此不予赘述其详细结构。并且，该单向离合器82的单向传动方向是使第二行星齿轮833可带动齿盘72旋转，但齿盘72无法带动第二行星齿轮旋转833(将会空转)。也由于本发明的曲柄轴71并非直接连动于助行车的大齿盘72，而是通过太阳齿轮81与行星齿轮831、832的啮合传动来输出曲柄轴71的动力给大齿盘72。所以，当驱动马达6无动力输出时(例如骑乘者欲将助行车当作一般自行车骑乘使用、或是电池没电使驱动装置6动力输出不足时)，曲柄轴71与大齿盘72之间的旋转转速比将是由太阳齿轮81与行星齿轮831、832、以及中介齿轮84之间的齿数比来决定。倘若助行车生产者欲针对适用于一般平地骑乘者(例如都会区的消费者)设计出可骑乘较快的助行车时，业者只需变更使曲柄轴71与大齿盘72之间的旋转比为小于—的值，便可具有骑乘者踩踏一圈曲柄轴71便可驱动齿盘72旋转多圈的效果，使助行车在无马达动力输出时也可快速骑乘，且完全不需变更其它传动装置7的减速比或是驱动马达的输出功率。而当生产者欲针对适用于一般路况高低起伏的骑乘者(例如居住于乡间丘陵地的消费者)设计出可轻松骑乘的助行车时，则可使曲柄轴71与大齿盘72之间的旋转比大于一，此时骑乘者需踩踏多圈才可驱动齿盘72旋转一圈，骑乘更为省力而适于爬坡，然而却完全不需变更其它传动装置的机构或减速比设计。
其中，该变速齿轮组73的一多级齿轮732是与单向离合器82啮合传动，使变速齿轮组73也是经由单向离合器82的传动而连动于齿盘72，并且变速齿轮组73可经由单向离合器82的传动而带动齿盘72旋转。但齿盘72无法带动变速齿轮组73，也无法带动曲柄轴71旋转(将会空转)。因此，当驱动装置6于输出动力带动齿盘72旋转时，也完全不会影响到摆臂832的扭力值。所以一旦当骑乘者需要更大动力时，其只要一用力踩踏使曲柄轴71旋转，该扭力感测装置86将立即感测到此一扭力值的变化而立即控制驱动装置输出更大动力，扭力的感测直接、实时且精确，完全克服现用技术的扭力感测需先克服驱动装置输出动力所造成影响的缺失。
于本较佳实施例中，该感测装置86是包括有一顶柱861、一应力传感器862、一复位件863、以及一顶止块88。该顶柱861一端是抵靠于摆臂832旋转方向上的该侧边上，顶柱861另一端则结合有应力传感器862，顶柱861可将摆臂832的旋转绝对角位移量转换成线性位移量，而将摆臂832的旋转扭力传递给应力传感器862，应力传感器862则根据所感测的扭力值(或因应变量所造成的电位差)产生一感应讯号以供控制驱动装置6的动力输出。顶止块88是抵靠于摆臂832相反于旋转方向的侧边上以将其定位，复位件863(以一压缩弹簧为较佳)结合于顶柱861，可提供一弹力促使顶柱861在未受外力状态下(骑乘者无踩踏力时)可将摆臂832推回原位。
当然，于本发明的助行车扭力感测装置8与传动装置7的适当位置上设置有多个轴承74a、74b、74c、74d、74e等等，以便使多个相邻接的组件间可进行相对滑动或转动。由于轴承74a、74b、74c、74d、74e的结构与设置位置非为本发明的技术特征且为熟习传动机构者所能熟知设计，故不予赘述。
由于本发明仅采用单级行星齿轮组83便可达到传动与扭力感测的功效，所以不仅使用零件数量较少、构造较简单、制造成本低、且相对于使用螺杆与螺帽的现有技术而言亦较不会因铁屑或异物等影响感测精确度。并且，本发明以太阳齿轮81(亦即曲柄轴71)旋转的切线分力使摆臂832产生旋转扭力的感测方式，只要骑乘者一踩踏曲柄轴71便可立即获得驱动马达的动力输出，较现用技术更为直接而可得到更实时且精确的马达动力需求。此外，更因为本发明的曲柄轴71并非直接连动于助行车的大齿盘72，而是通过太阳齿轮81、行星齿轮831、832、与中介齿轮84的啮合传动来输出曲柄轴71的动力给大齿盘72。所以，当驱动马达无动力输出时，曲柄轴71与大齿盘72之间的旋转比并非绝对是一比一的关系，而是由太阳齿轮与行星齿轮之间的齿数比来决定，所以更可设计出不同转速比的助行车，使本发明的可应用范围更广泛。同时，本发明藉由设计使踏速先增加，再将传统大齿盘变小，更可达到造型美化的目的，以克服传统的自行车大齿盘相当大，导致在包覆传动链条时，包覆体积太大，造型不雅等缺失。
以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所以，大凡熟知此类技艺人士皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将处于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，是安装于助行车的传动装置上，该传动装置至少包括有一曲柄轴、—齿盘及一变速齿轮组，其特征在于包括有一太阳齿轮，固定于曲柄轴上；一行星齿轮组，至少包括有一摆臂及一第一行星齿轮，该摆臂可转动地枢设于曲柄轴上，该第一行星齿轮枢设于摆臂上且与太阳齿轮相啮合；以及，一感测装置，结合于该摆臂一侧。
2.根据权利要求1所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于还设有一单向离合器，连结于该齿盘；以及一第二行星齿轮，设置于该行星齿轮组上与第一行星齿轮同轴连结，且第二行星齿轮连结单向离合器。
3.根据权利要求2所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该变速齿轮组是通过单向离合器而与齿盘连结。
4.根据权利要求2所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该单向离合器为一单向棘齿机构。
5.根据权利要求2所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该变速齿轮组为一减速齿轮组。
6.根据权利要求2所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该变速齿轮组是由多个多级齿轮所啮合构成。
7.根据权利要求2所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该行星齿轮组还设有一中介齿轮以及一环齿轮，该中介齿轮是啮合于第二行星齿轮，环齿轮则同时啮合中介齿轮与单向离合器。
8.根据权利要求2所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该驱动装置是一电动驱动马达。
9.根据权利要求1所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该感测装置包括有一顶柱与一应力传感器，该顶柱一端抵靠于摆臂，另一端则结合应力传感器。
10.根据权利要求9所述的助行车扭力感测及大齿盘小型化装置，其特征在于该感测装置还包括一复位件与一顶止块，该顶止块抵靠于摆臂与该顶柱相对的另侧，复位件结合于该顶柱。
全文摘要
一种助行车扭力感测及大齿盘小型化装置,包括:一太阳齿轮、一单向离合器、一行星齿轮组及一感测装置。行星齿轮组的太阳齿轮结合于助行车的曲柄轴,曲柄轴的脚踏动力通过太阳齿轮、行星齿轮组以及单向离合器输出至齿盘。用以枢设太阳齿轮与行星齿轮的摆臂一侧设有感测装置。曲柄轴因脚踏力旋转时,摆臂产生一旋转扭力,感测装置感测该扭力值控制驱动马达的动力输出。该装置的优点是构造简单成本低、感测精确实时、大齿盘可小型化。
文档编号B62M11/14GK1385337SQ0111801
公开日2002年12月18日 申请日期2001年5月10日 优先权日2001年5月10日
发明者梁智明, 吴庆辉, 刘庆文, 强忠萍, 严正忠 申请人:财团法人工业技术研究院