专利名称：电动自行车的踏力感测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动自行车的踏力感测装置，尤其涉及一种可检测电动自行车在骑乘中的踏力大小的装置，藉此可控制电动马达输出适当的辅助动力。
背景技术：
电动自行车的传动系统包含一高转速电动马达，该马达作为辅助动力的来源，可以协助骑乘者行经阻力不易克服的路面。并由减速机构将马达的输出转速降低，藉此可以相对提高输出扭力。减速后的马达动力与骑乘者的踏力会被动力混合机构整合在一起，并传递到链盘而驱动电动自行车前行，如此可达到节省体力的目的。
为能配合路面的状况使马达调整输出动力，可在踏力传递路径上设一踏力感测机构以感测骑乘者施加于踏板的力量是否增大，根据感测结果可控制马达的输出动力以减轻骑乘者的施力。
现有具踏力感测功能的电动自行车主要区分为两种类型第一种为单纯的开关控制，当踏力超过或低于某一大小时，即激活或关闭马达的动力输出；另一种是以踏力感测机构感测踏力的大小，依踏力的大小来控制电动马达的输出动力。仅以开关控制马达的动力输出，往往无法满足骑乘者需要弹性助力的需求。而目前的踏力感测机构往往需要利用复杂的行星齿轮、伞齿轮组产生差动的效果，再将差动的相对角位移转换为踏力的感测值。关于上述的踏力感测机构，目前全球仅有几家先进公司如日本雅马哈(YAMAHA)及日本本田(HONDA)等提供此种功能的电动自行车，但其造价均不低，且使用很多的传动件而形成相当复杂的机构。
综上所述，如何提供一种构造简单的踏力感测装置，以大幅降低电动自行车的生产成本，实是目前产业界一项重要的课题。
实用新型内容本实用新型的主要目的是提供一种构造简单的踏力感测装置，可直接感测电动自行车的骑乘者所施的踏力，减少多级动力传动件因磨损而产生感测变异的问题。
本实用新型的第二目的是提供一种与踏力大小呈线性输出的感测装置，藉由其输出的线性信号可简化马达的控制系统。
为实现上述目的并避免现有技术的缺点，本实用新型提供一种电动自行车的踏力感测装置，其采用的主要技术方案是一种电动自行车的踏力感测装置，其包含一踏力输入轴，其以轴心的中心线方向为轴向；一扭力输出轴，套接于该踏力输入轴上，并具有至少一个导槽；一施力套轴，套接并固定于该踏力输入轴上，并具有至少一个第一导销；至少一个弹性体，其两端分别与施力套轴及该扭力输出轴接触以将施力套轴之扭力传递至扭力输出轴，其会因该扭力输出轴及该施力套轴间有相对角位移而弹性变形；一转向套筒，具有至少一螺旋槽及至少一第二导销，该螺旋槽与该第一导销可以有相对轴向位移及相对角位移，又该导槽与该第二导销仅有相对轴向位移；一线性滑块，套接于该踏力输入轴，并与该转向套筒间有一轴向同动的关系；及一位移传感器，可感测该线性滑块的轴向位移。
换言之，本实用新型的电动自行车的踏力感测装置主要包含一踏力输入轴、一施力套轴、一扭力输出轴、至少一个弹性体、一转向套筒、一线性滑块及一位移传感器。该踏力输入轴受到一输入力矩而带动与其结合的施力套轴一同转动，而施力套轴会施力于弹性体，使得弹性体产生一反作用力以推动扭力输出轴。当扭力输出轴另一端受到一因自行车负载所产生的反向力矩时，该扭力输出轴会与施力套轴产生一相对角位移的旋转运动。该相对角位移发生时，因为施力套轴上的第一导销与转向套筒的螺旋槽间有约束关系，使得第一导销与转向套筒间产生轴向推力。另一方面，转向套筒与扭力输出轴间因导槽与第二导销配合而无法有相对的旋转运动，故转向套筒受到第一导销的轴向推力后会产生一轴向位移。又转向套筒仅和线性滑块作轴向的连接，因此线性滑块也具有相同的轴向位移量，该轴向位移量会被位移传感器检出以得知踏力的大小。
以下结合附图和实施例，对本实用新型的结构及其优点作进一步的说明。
图1是本实用新型的踏力感测装置组装于电动自行车的示意图；图2是本实用新型的踏力感测装置的详细分解图；图3是本实用新型的踏力感测装置的主要结构的组合图；图4是沿图3的A-A剖面线的剖面结构图；图5是施力套轴与扭力输出轴的相对位置的立体图。
具体实施方式
图1是本实用新型的踏力感测装置组装于电动自行车的示意图。在电动自行车70的座管701与后下叉管702衔接处，设置一踏力感测装置75。踏力输入轴1贯穿踏力感测装置75，并与脚踏曲柄72及链盘74结合在一起。
如图2所示，是本实用新型的踏力感测装置75的详细分解图，其中踏力输入轴1贯穿链盘74及踏力感测装置75的主体结构。有一固定壳体10设于踏力感测装置75的外部，可作为与电动自行车70的结构体结合的接口，在固定壳体10内固锁着上下对接的机构上壳体91及机构下壳体92。又位移传感器7就安装在机构上壳体91上的连接座93，并能感测在连接座93的长槽孔931内滑行的位移光标64。该位移传感器7可选用常用的线性位移计，能将直线位移量转变为电子信号。
机构上壳体91及机构下壳体92内主要容纳有线性滑块61、转向套筒5、施力套轴2、弹性体3及扭力输出轴4。该线性滑块61与对锁环62固锁在一起，并可与转向套筒5间存在一轴向(即踏力输入轴1的轴心方向)同动的关系。又设在线性滑块61上的延伸环体63是套接于位移光标64内。另外，有一输出轴套筒8固定在扭力输出轴4伸出机构上壳体91的一端，并带动链盘74将踏力传递至链条以驱动电动自行车70前行。
图3是本实用新型的踏力感测装置的主要结构的组合图。扭力输出轴4上设置若干个导槽411，每个导槽411分别和转向套筒5的第二导销52相互配合，使得转向套筒5与扭力输出轴4以踏力输入轴1的轴心为旋转中心而必须同步回转，但在轴向上却不约束彼此的运动。
藉由图4可更清楚说明本实用新型的动作原理，其是沿图3的A-A剖面线的剖面结构图。只有施力套轴2与踏力输入轴1固定在一起，而扭力输出轴4可与踏力输入轴1间产生相对角位移，但在轴向彼此受到约束以致无相对位移。又线性滑块61可以沿踏力输入轴1的轴向滑动，因为上方的位移光标64受到长槽孔931的约束而无法回旋运动。本实用新型可利用固锁件65将位移光标64及延伸环体63锁接在线性滑块61上。
当踏力输入轴1受到一输入力矩T1的影响，将带动与其结合的施力套轴2一同转动，而施力套轴2会施力于弹性体3以产生一反作用力而推动扭力输出轴4，如图5所示。若干个弹性体3分别装设在施力套轴2的凸缘22与扭力输出轴4的嵌合齿部41间，一般以选用压缩弹簧为较佳。在扭力输出轴4的输出端42受到一大于输入力矩T1的反向力矩T2时，该扭力输出轴4会与施力套轴2间产生一相对角位移的旋转运动。该相对角度位移发生时，因为施力套轴2上的第一导销21与转向套筒5的螺旋槽51间有约束关系，使得第一导销21与转向套筒5间产生轴向推力。另一方面，转向套筒5与扭力输出轴4间因导槽411与第二导销52配合而无法有相对的旋转运动，故转向套筒5受到第一导销21的轴向推力后仅会产生一轴向位移。又转向套筒5仅和线性滑块61作轴向的连接，因此线性滑块61也具有相同向位移量，该轴向位移量会被上方的位移传感器7检出而得知踏力的大小。
本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所揭示的，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利的权利要求所涵盖。
权利要求1.一种电动自行车的踏力感测装置，其特征在于包含一踏力输入轴，其以轴心的中心线方向为轴向；一扭力输出轴，套接于该踏力输入轴上，并具有至少一个导槽；一施力套轴，套接并固定于该踏力输入轴上，并具有至少一个第一导销；至少一个弹性体，其两端分别与施力套轴及该扭力输出轴接触以将施力套轴之扭力传递至扭力输出轴，其会因该扭力输出轴及该施力套轴间有相对角位移而弹性变形；一转向套筒，具有至少一螺旋槽及至少一第二导销，该螺旋槽与该第一导销可以有相对轴向位移及相对角位移，又该导槽与该第二导销仅有相对轴向位移；一线性滑块，套接于该踏力输入轴，并与该转向套筒间有一轴向同动的关系；及一位移传感器，可感测该线性滑块的轴向位移。
2.如权利要求1所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述踏力输入轴与该扭力输出轴无相对轴向位移，且该踏力输入轴与该线性滑块无相对角位移。
3.如权利要求1所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于其另包含一机构壳体，作为该踏力感测装置的罩体。
4.如权利要求3所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述位移传感器设于该机构壳体上的长槽孔处。
5.如权利要求1所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述线性滑块另包括一凸设于表面的位移光标，该位移光标可供该位移传感器检测轴向位移量。
6.如权利要求5所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述位移光标仅能作轴向运动。
7.如权利要求1所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述扭力输出轴包括至少一个嵌合齿部及输出端。
8.如权利要求7所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述嵌合齿部藉由该弹性体与该施力套轴相互嵌合。
9.如权利要求7所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述输出端另藉由一输出轴套筒与一链盘组合在一起。
10.如权利要求1所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述弹性体是一弹簧。
11.如权利要求1所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述位移传感器是一线性位移计。
12.如权利要求3所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于其另包含一固定壳体，设于该机构壳体外部，用于将该踏力感测装置固定于该电动自行车的车体上。
13.如权利要求1所述的电动自行车的踏力感测装置，其特征在于所述踏力输入轴的端部与该电动自行车的脚踏曲柄结合。
专利摘要一种电动自行车的踏力感测装置，其包含一踏力输入轴、一施力套轴、一扭力输出轴、至少一个弹性体、一转向套筒、一线性滑块及一位移传感器。踏力输入轴受到一输入力矩而带动与其结合的施力套轴一同转动，施力套轴施力给弹性体，使弹性体产生一反作用力以推动扭力输出轴。当扭力输出轴另一端受到一因自行车负载所产生的反向力矩时，扭力输出轴会与施力套轴产生一相对角位移的旋转运动。相对角位移发生时，因施力套轴上的第一导销与转向套筒的螺旋槽间有约束关系，使第一导销与转向套筒间产生轴向推力及一轴向相对位移。转向套筒仅和线性滑块作轴向的连接，因此线性滑块也具有相同的轴向位移量，该轴向位移量会被位移传感器检出以得知踏力的大小。
文档编号B62M6/50GK2617674SQ0324520
公开日2004年5月26日 申请日期2003年4月10日 优先权日2003年4月10日
发明者蔡桂琦, 洪建中 申请人:瑞奕科技股份有限公司, 陈瑞麟