专利名称：曲柄扭力感应装置及其侦测方法
技术领域：
本发明关于一种曲柄扭力感应装置及其侦测方法，尤其是一种可检知助力型电动车在骑乘中的踏力所产生扭力大小或量测运动时所踩踏的扭力大小的装置，藉此检知可控制电动马达输出适当的辅助动力或计算运动时所消耗的能量。
背景技术：
目前助力型电动车的传动系统大多会包含了一提供辅助动力的电动马达，马达动力与骑乘者的踏力会被整合在一起，并驱动助力型电动车前行，如此可达到节省骑乘者体力的目的，并能够配合路面的状况使马达调整输出动力。为达此一目的，故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上力量是否增大，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。而习知具扭力感测功能的助力型电动车主要区分为两种型式，第一种为单纯的开关控制，当踏力所产生的扭力超过或低于某一大小时，即启动或关闭马达的动力输出；而另一种型式系以扭力感测机构感测踏力所产生扭力的大小，以扭力的大小来控制电动马达的输出动力。若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；然而目前的扭力感测机构往往需要利用复杂的行星伞齿轮组产生差动的效果，再将差动的相对角位移转换为扭力的感测值，而上述的扭力感测机构，如中国TW新型专利第 092205249号(自行车扭力侦测装置)即是利用行星伞齿轮组配合一位移量测元件，在行星齿轮单元的齿环承受较大的扭力时，可挚动一连杆产生微量摆动，并使磁性单元与位移量测元件产生相对位移，而该位移量测元件所产生的相对位移，系会使该位移量测元件的感应端部感应一电动势，而该电动势系可作为感应的控制讯号，进一步控制讯号可启动电力， 以达到电力驱动目的。然而上述的行星伞齿轮组机构的造价不低，并需使用很多的传动件而形成相当复杂的机构，例如中国TW发明专利第88114867号(自行车用转矩察觉器及自行车用曲柄轴连结部组合体)中所述，虽然已将此扭力侦测功能整合至五通轴相关机构内，但此发明需利用四组压力侦测器来感应踩踏脚踏车踏板时所产生的扭力大小，加上相关零组件加工精密而复杂，且组装工序仍有改善空间。因此，若能提供一种构造简单的扭力感测装置，除了可大幅降低助力型电动车的生产成本外，亦能降低组装工序的困难度，应为符合目前产业界的最佳解决方案。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种曲柄扭力感应装置及其侦测方法，其构造简单，组装方便，能准确测量曲柄扭力，还能降低成本，减少安装工序。为实现上述目的，本发明公开了一种曲柄扭力侦测方法，以踩踏所产生的扭力使五通轴产生一向后位移的力量，并藉由一弹性装置使五通轴产生一正比于踩踏所产生的扭力的向后位移，再侦测此位移大小即能得知踩踏所产生的扭力。
还公开了一种曲柄扭力感应装置，其中该设于五通轴上的曲柄扭力感应装置安装于车架内，而该五通轴的中轴与两曲柄轴连结部之间各设置一环状凹部，其特征在于该曲柄扭力感应装置包含两个环状凹部套设装置，分别套设于环状凹部上，并与套设于中轴的中轴套设装置相互连接，而该两个环状凹部套设装置均包含一轴承元件、一第二内套筒、一环片及一内轴套；一中轴套设装置，套设于中轴上，包含了一第一内套筒、一弹片、一磁石及一外套筒，而中轴套设装置及该两个环状凹部套设装置上各自套设一外轴套，以便将该两个环状凹部套设装置及中轴套设装置同时固定，另外该弹片及磁石设置于第一内套筒上，而该弹片设置有一顶撑部，该顶撑部直接抵持于第一内套筒外缘上；一感测器，设置于车架或外套筒上，与磁石设置位置相对应；当骑乘者踩踏踏板时，该弹片会使该第一内套筒反弹产生固定方向的微小位移， 并再藉由设置于磁石与感测器的搭配，用以测得磁场的变化，来检知踩踏扭力的大小。其中，该轴承元件套设于该环状凹部上，而该轴承元件上套设该第二内套筒，并于该第二内套筒前端放置该环片，而该内轴套则套设于该第二内套筒及环片上。其中，该环片为一椭圆形，而该环片的外径大于第二内套筒，且该内轴套内缘所设置的环状定位部的内径等于该椭圆形环片的外径。其中，该第二内套筒与该内轴套之间形成一半弧形缝隙。其中，该第一内套筒套设于中轴上，而该弹片定位于内轴套之间，且该第一内套筒及弹片上套设一外套筒。其中，该第一内套筒及外套筒皆设置一开口，而该两个开口与车架上的开口位置相对应，以便感测器能够穿过该车架的开口及外套筒的开口，与第一内套筒的磁石设置位置相对应。其中，该外套筒、第一内套筒及车架各自对应设置有一防旋孔，而该防旋孔再藉由一锁固件，进而穿入外套筒、第一内套筒及车架的防旋孔中。其中，该感测器设置至少有一个能藉由感应磁石的位移变化进而改变所感应到的电气讯号的霍尔元件。还公开了一种曲柄扭力感应装置，其中该设于五通轴上的曲柄扭力感应装置安装于车架内，而该五通轴的中轴与第一曲柄轴连结部之间设置一环状凹部，而与第二曲柄轴连结部之间设置了一延伸部，而该曲柄扭力感应装置包含一环状凹部套设装置，套设于环状凹部上，该环状凹部套设装置包含了一轴承元件及一扣环；多个磁环，套设于中轴上，而该多个磁环藉由磁环与感测器的搭配，用以测得磁场的变化频率，来检知转速的大小；一延伸部套设装置，套设于延伸部上，该延伸部套设装置包含一第一轴承套件、一具有磁石的第二轴承套件及一第三轴承套件，其中该第一轴承套件及第三轴承套件插入第二轴承套件的左右两侧，以进行完成密合定位于延伸部上，而该第二轴承套件外缘上套设一弹性元件及一磁石；一外套筒，该外套筒将多个磁环、延伸部套设装置和弹性元件套设其中；
两个轴套，包含了第一轴套及一第二轴套，其中该第一轴套直接套设于环状凹部套设装置及外套筒一端上，而该第二轴套则套设于外套筒另一端上；一感测器，设置于车架或外套筒上，与磁石设置位置相对应；因此当骑乘者踩踏踏板时，该弹性元件会使该延伸部套设装置反弹产生固定方向的微小位移，并藉由该延伸部套设装置的磁石与感测器的搭配，用以测得磁场的变化，以及多个磁环因五通轴旋转产生的磁场变化频率来检知踩踏扭力及转速的大小。其中，该轴承元件套设于环状凹部上，并于该轴承元件与第一曲柄轴连结部之间套设一扣环。其中，该弹性元件设置有一调整拉环，用以将弹性元件箍紧该延伸部套设装置的第二轴承套件。其中，该中轴的外径大于该环状凹部的外径，而该环状凹部为一由中轴向第一曲柄轴连结部逐渐放大的斜向结构。其中，该中轴的外径大于该环状凹部的外径，而该环状凹部为一由中轴向第一曲柄轴连结部逐渐缩小的斜向结构。其中，该车架上设置四个开口，其中之一为提供弹性元件的调整拉环放置的开口， 而另一个开口位置则与该外套筒的开口位置相对应，以便设置于车架上的感测器穿过该车架及外套筒的开口，与磁环及磁石所设置位置相对应。其中，该第二轴套与车架，各自对应设置有至少一个定位孔，而该定位孔再藉由一定位栓，进而穿入车架及第二轴套中。其中，该第二轴套内能够放置一油封元件，该油封元件穿过第二曲柄轴连结部，并藉由穿入第二轴套与车架的定位栓，进行定位。其中，该感测器设置至少有一个能藉由感应磁石及磁环的位移变化，进而改变所感应到的电气讯号的霍尔元件。其中，该延伸部套设装置包含了多条环状钢珠元件、一轴承套及一弹性元件，其中该弹性元件套设于轴承套上，而该轴承套上设置有一磁石。通过上述结构，本发明能实现以下技术效果1、仅需利用助力型电动车原有机构组件及组件间自然存在的力矩条件，即可建构踩踏力矩侦测的机械结构。2、考虑力矩形成的要件，必要时并可搭配曲柄的位置，以取得曲柄扭力的单纯读值，并可避免双脚踩踏时的无效扭力所可能造成的干扰。3、只需读取一非移动且非旋转侦测元件的电压值即可完成扭力计算，故可避免回转式连续电极所可能产生的不可靠性。4、将侦测元件及电路封装于扭力感应模组外壳内，藉此达到防污防水的功能。5、骑乘者踩踏踏板使五通轴产生一向后力量时，由弹片反弹产生一向前力量，以使该第一内套筒产生固定方向的微小位移，并再藉由设置于磁石与感测器的搭配，可测得磁场的变化，来检知踩踏扭力的大小。6、藉由踩踏踏板时大齿盘带动链条所受到的反作用力，于五通轴支点产生一个向后的拉力，藉由量测此向后的拉力大小，即可得知踩踏踏板所产生的扭力值，而该五通轴所受的向后拉力大小乃透过一个类似弹簧磅秤的原理，测量五通轴的位移量，并根据附设的弹簧弹力系数及形变量计算而得，该五通轴因受力产生的位移将使感测器产生一电压或电流讯号，将该电气讯号作为感应的控制讯号，且该控制讯号可决定驱动电力大小，以达到助力驱动目的。7、可利用弹性元件所设置的调整拉环将弹性元件箍紧该轴承套，以便踏板踩动力量向前时，该弹性元件会使该轴承套反弹产生固定方向的微小位移，并藉由轴承套的磁石与感测器的搭配，可测得磁场的变化，来检知踩踏扭力的大小。8、该车架上设置有一第一开口及一第二开口，该第一开口位置系对应外套筒的第一开口位置相对应，用以提供弹性元件的调整拉环放置的开口，而该弹性元件的调整拉环系可将弹性元件箍紧该轴承套，以便踏板踩动力量向前时，该弹性元件系会使该轴承套反弹产生固定方向的微小位移；而车架上的第二开口位置则与该外套筒底部的第二开口位置相对应，以便设置于车架上的感测器系可穿过该车架及外套筒的第二开口，与中轴的磁环以及轴承套的磁石所设置位置相对应，以便藉由轴承套的磁石与感测器的搭配，可测得磁场的变化，来检知踩踏扭力的大小。9、踩踏踏板使五通轴旋转时，该中轴上所套设的原点磁环及角度磁环，其中该原点磁环系设置了两个磁区(开始与结束两个磁区)，而该角度磁环系设置了四十八个磁区， 藉由对照原点磁环及角度磁环的磁区，再与感测器的搭配，可测得磁场的变化频率，来检知转速的大小及曲柄轴角度位置。有关于本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
图1为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的工作原理示意图；图2A为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的立体架构图；图2B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的组合示意图；图2C为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的感测器与车架组合仰视示意图；图2D为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的感测器另一实施例图；图2E为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的第二内套筒与内轴套组合示意图；图3A为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的垂直剖面图；图IBB为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的垂直剖面分解图；图4A为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的组装示意图；图4B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的组装示意图；图5为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的操作示意图；图6A为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的立体架构图；图6B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的组合示意图；图6C为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的感测器与车架仰视示意图；图6D为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的感测器另一实施例图；图6E为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的第二轴套与轴承套组合示意图；图7A为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的垂直剖面分解图；图7B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的垂直剖面图；图8A为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的组装示意图；图8B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的组装示意图；图9A为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第三实施例的立体架构图；图9B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第三实施例的垂直剖面图；图9C为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第三实施例的垂直剖面分解图；以及图9D为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第三实施例的第二轴承元件与
第二轴套组合示意图。
具体实施例方式请参阅图1为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的工作原理示意图，由图1 中可知，当施加向下的力量Fp(踩踏力量)于踏板101上时，会于五通轴心上产生大小为 F1^C0sQdl1的扭力τ JT1代表五通轴扭力，而θ i代表曲柄102与水平的夹角)，此扭力将于链条104施加T1的张力(链条张力)。此张力大小为τ 乂！·，此处的r代表大齿盘103 半径。由力学分析可知五通轴心将受到一向后拉力& (五通轴所受的向后拉力)，此&大小为I^CosQ2，当上端链条104几乎水平时代表 2( 2代表链条与水平的夹角)很小，此时 ^可近似为T1,因此测量!^b即可得知链条104张力，进一步反推踩踏该踏板101的扭力大小，本发明即利用此原理，让原本只能做旋转运动的五通轴，能够以踩蹋所产生的扭力使五通轴产生一正比于向后拉力的向后位移，并藉由一弹性装置使五通轴产生一正比于踩踏所产生的扭力的向后位移，再侦测此位移大小后，将此向后位移量转化成电气讯号，即可完成扭力侦测的任务，进一步达成助力型电动车的辅助力道控制。请参阅图2A及图2B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第一实施例的立体结构图及组合示意图，由图2A及图2B中可知，该曲柄扭力感测器主要设置五通轴1上， 而该五通轴1的中轴11与两曲柄轴连结部12之间各设置一环状凹部13，该曲柄扭力感测器主要包括两个环状凹部套设装置2，都包含了一轴承元件21、一第二内套筒22、一具有润滑功能的椭圆形环片23及一内轴套M，其中该轴承元件21套设于该环状凹部13上，而该轴承元件21上再套设一第二内套筒22，并于该第二内套筒22前端套设一内轴套24，该内轴套M外径大于该第二内套筒22，因此该第二内套筒22会与该内轴套M之间形成一半弧形缝隙请参考图2E)，而左右两侧的相对应半弧形缝隙245则会形成一半弧形空间；另外该内轴套M朝向中轴11的外缘设置有两个半圆内凹环243及两个半圆外凸环M4，而该内轴套M朝向曲柄轴连结部12的外缘有凸出两条环状凸条M1，同时形成两个定位凹部 242 ；一中轴套设装置，包含了一第一内套筒31、一弹片32、一磁石33、一外套筒；34，其中该第一内套筒31套设于五通轴1的中轴11上，并固定于左右两侧轴承元件21之间，达成与五通轴1连动的目的；而该第一内套筒31上套设外套筒34，而当左右两侧的内轴套M 皆设置后，再将一弹片32及一磁石33设置于第一内套筒31上，而该弹片32定位于两个内轴套M的半圆内凹环243之间，且该第一内套筒31及弹片32上会再套设一外套筒34 ； 另外该第一内套筒31及外套筒34底部皆有设置一开口 311，341 (请参考图3A)，而该开口 311，341与车架6上的开口 61位置相对应(请参考图2C)，且该外套筒34左右两侧的定位凸部342，343会与该两个内轴套M所设置的定位凹部242相结合；两个外轴套41，42，各自套设于该内轴套M与外套筒34上，以藉由该外轴套41， 42进行固定该内轴套M与外套筒34。值得一提的是，该车架6上设置一感测器5，穿过该车架6的开口 61及外套筒34的开口 ；341，与第一内套筒31的磁石33设置位置相对应，而该感测器5设置至少有一个能藉由感应磁石33的位移变化，进而改变所感应到的电气讯号的霍尔元件，因此当该曲柄102 所连结的踏板101被踩动时，该曲柄轴连结部12会连动该五通轴1产生微小位移时，并可藉由磁石33与感测器5的搭配，可测得磁场的变化，来检知骑乘者9踩踏踏板101所产生扭力的大小(请参考图2A、图2C、图4A、图4B及图5)。值得一提的是，该外套筒34外缘上能够直接装设一感测器51 (请参见图2D)，故可不必于该车架6外缘打洞来设置一感测器元件，故能够增加其装设便利性。值得一提的是，该第二内套筒22与内轴套对之间，放置一外径大于该第二内套筒 22外径的椭圆形环片23，而该内轴套M内缘所设置的环状定位部Ml的内径等于该椭圆形环片23的外径，因此该椭圆形环片23能够完全抵持于该环状定位部241上。值得一提的是，该外套筒34的防旋孔344，与第一内套筒31的防旋孔312位置(请参考图3B)以及车架6的防旋孔62位置(请参考图2C)相对应，而该些防旋孔344，312，62 可藉由一防旋螺丝7 (锁固件)，进而穿入车架6、外套筒34及内套筒31，以便骑乘者9踩踏踏板101而使该五通轴1转动时，可防止该内套筒31及该外套筒34随意转动，而导致检测的结果不准确的情况发生。值得一提的是，该弹片32设置于左右两侧的第二内套筒22与内轴套M形成的半弧形缝隙245之间，而该弹片32设置有一顶撑部321，该顶撑部321用以直接抵持于第一内套筒31外缘上，以便骑乘者9踩踏踏板101产生一向后力量!^b时，该弹片32会反弹产生一向前力量Ff，以使该第一内套筒31产生固定方向的微小位移(请参考图2A及图5)。值得一提的是，当骑乘者9踩踏踏板101时，五通轴1会在原本车架6上的五通轴套管内产生一正比于踩踏扭力的向后位移，此五通轴1的位移会同步带动该内套筒31，以使该永久磁石33产生同步位移，因此磁石33将与一固定于车架6五通轴套管上的霍尔元件产生一相对位移，进而改变霍尔元件所感应到的电气讯号，亦即我们可得出一随着踩踏扭力而改变的电气讯号，并藉由读取此霍尔元件的电气讯号以驱动马达提供所需的辅助动力(请参考图2A及图5)。请参阅图6A及图6B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第二实施例的立体结构图及组合示意图，由图6A及图6B中可知，该五通轴20的中轴201与第一曲柄轴连结部202之间设置一环状凹部204，而与第二曲柄轴连结部203之间设置了一延伸部205， 该曲柄扭力感测装置主要包括一环状凹部套设装置30，包含了一轴承元件301及一扣环302，其中该环状凹部上会套设该轴承元件301，并于该轴承元件301与第一曲柄轴连结部202之间套设一扣环 302 ；两个磁环，分别为原点磁环401及角度磁环402，各自套设于该五通轴20的中轴 201上，其中该原点磁环401设置了两个磁区(开始与结束两个磁区)，而该角度磁环402 设置了四十八个磁区，藉由对照原点磁环401及角度磁环402的磁区，即可判断出转速的大小及曲柄轴角度位置；一延伸部套设装置50，套设于该五通轴20的延伸部205上，其中该延伸部套设装置50包含了一第一轴承套件501、一具有磁石5023的第二轴承套件502及一第三轴承套件503，该第一轴承套件501及第三轴承套件503各自有设置一环状凸出部5011，5031，而该第二轴承元件502内部有一环状内缘5021 (请参考图7B)，因此该环状凸出部5011，5031 可插入环状内缘5021的左右两侧，以进行完成密合定位于延伸部205上，而该第二轴承元件502外缘上可套设一弹性元件5022及一磁石5023，其中该弹性元件5022上设置一调整拉环50221 ；一外套筒70，会将该两个磁环401，402及延伸部套设装置50套设其中，而该外套筒70对应该弹性元件5022的调整拉环50221及该第二轴承元件502的磁石5023，各自设置了一开口 701，702 (请参考图7A)，而该外套筒70朝向轴承元件301的连结套筒703可直接抵持于轴承元件30上，另外该外套筒70朝向第二曲柄轴连结部203之间套设一第二轴套 802 ；一第一轴套801，套设于轴承元件30及外套筒70的连结套筒703上，而该轴承元件30会抵持于第一轴套801内缘所设置的环状定位部8011上；一第二轴套802，该第二轴套802朝向外套筒70的外缘有凸出一环状凸条8021， 而该第二轴套802与该延伸部套设装置50的第三轴承套件503相互结合，而该第二轴套 802的内径大于该第三轴承套件503外侧的外径，另外该弹性元件5022的调整拉环50221 将弹性元件5022箍紧该第二轴承元件502时，该第二轴承元件502与第二轴套802之间会产生一半弧形缝隙8027 (请参考图6E)；另外该第二轴套802朝向第二曲柄轴连结部203的内缘，将一油封元件90穿过第二曲柄轴连结部203，套设于第二轴套802内。值得一提的是，该五通轴20的中轴201的外径大于该环状凹部204的外径，而该环状凹部204为一由中轴201向第一曲柄202轴逐渐放大的斜向结构(锥形结构)(亦可设计成该中轴201向第一曲柄202轴逐渐缩小的斜向结构)，另外该延伸部205的外径小于中轴201的外径，并与第二曲柄轴连结部203的外径大小相同(请参考图7A及图7B)。值得一提的是，该车架60上设置了四个开口 601，602，603，604，其中之一为提供该弹性元件5022的调整拉环50221放置的开口 603(对应该外套筒70的开口 701位置相对应)，而该弹性元件5022的调整拉环50221可将该弹性元件5022箍紧该第二轴承元件 502调整使用，以便骑乘者9踩踏踏板101使五通轴20产生一向后力量!^b时，一并驱动套设于该第二曲柄轴连结部203的齿盘10，该弹性元件5022会反弹产生一向前力量Ff，以使该延伸部套设装置50产生固定方向的微小位移；另一个车架上的开口 604位置则与该外套筒70底部的开口 702位置相对应，以便设置于车架60上的感测器605 (该感测器605设置至少有一个能藉由感应磁石5023、原点磁环401及角度磁环402的位移变化，进而改变所感应到的电气讯号的霍尔元件)可穿过该车架60及外套筒70的开口 702，与中轴201的磁环(原点磁环401及角度磁环402)以及第二轴承元件502的磁石5023所设置位置相对应，以便藉由该第二轴承元件502的磁石5023与感测器605的搭配，可测得磁场的变化，来检知踩踏扭力的大小；另外当踩踏踏板 101使五通轴20旋转时，该中轴201上所套设的两个磁环401，402，藉由磁环401，402与感测器605的搭配，可测得磁场的变化频率，来检知转速的大小(请参考图5、图6C、图7A、图 8A及图池)。值得一提的是，该外套筒70外缘上能够直接装设一感测器52 (请参考图6D)，故可不必于该车架6外缘打洞来设置一感测器元件，故能够增加其装设便利性。值得一提的是，该第二轴套802的两个定位孔8022以及车架60的定位孔601，602 位置相对应，而该些定位孔8022，601，602可藉由一定位栓8023，进而穿入车架60及第二轴套802，以便防止骑乘者9踩踏踏板使该五通轴20旋转时，可防止第二轴套802连带旋转， 进而影响五通轴20上的延伸部套设装置50向后移动的自由空间，而导致检测的结果不准确的情况发生(请参考图5、图6A、图6C及图7A)。请参阅图9A及图9B为本发明曲柄扭力感应装置及其侦测方法的第三实施例的立体结构图及组合示意图，由图9A及图9B中可知，与第二实施例差异最大的部份即为该延伸部套设装置50及其搭配的第二轴套802，而第三实施例中延伸部套设装置50套设于该五通轴20的延伸部206上，其中该延伸部套设装置50包含了两条环状钢珠元件504、一轴承套505及一弹性元件506，其中该两条环状钢珠元件504套设于该五通轴20的延伸部206 上，而该两条环状钢珠元件504外再套设一具有磁石509的轴承套505，另外该轴承套505 的外缘设置有一环状凹部507 (请参考图9B)及两个定位凸部508，而该环状凹部507上套设有弹性元件506，并于该弹性元件506上设置一调整拉环5061。值得一提的是，该外套筒70会将该两个磁环401，402、轴承套505及弹性元件506 套设其中，而该外套筒70对应该弹性元件506的调整拉环5061及该轴承套505的磁石509， 各自设置了一开口 701，702。值得一提的是，该第二轴套802朝向外套筒70的外缘有凸出两条环状凸条80 ， 同时形成两个定位凹部8025，因此该延伸部套设装置50的两个定位凸部508与第二轴套 802的两个定位凹部8025相互结合，而该第二轴套802的内径大于该延伸部套设装置50的外径，会产生一半弧形缝隙8027(请参考图9D)。值得一提的是，该第二轴套802朝向第二曲柄轴连结部203的内缘，设置了一环状定位部80 (请参考图9C)，并再将一油封元件90穿过第二曲柄轴连结部203，套设于第二轴套802的环状定位部80 上。本发明所提供的曲柄扭力感应装置及其侦测方法，与其他习用技术相互比较时， 更具备下列优点1.本发明的曲柄扭力感应装置及其侦测方法，系利用助力型电动车原有机构组件及组件间自然存在的力矩条件，建构力矩侦测的机械结构，构造简单化。
2.本发明的曲柄扭力感应装置及其侦测方法，只需读取一非移动且非旋转侦测元件的电压值即可完成扭力计算，故可省却回转式连续电极所可能产生的不可靠性。3.本发明的曲柄扭力感应装置及其侦测方法，可使用线性霍尔元件(感测元件)， 构建非接触式扭力检知系统。4.本发明的曲柄扭力感应装置及其侦测方法，具有一构件简单、组装容易、且体积小巧的优点，并无须修改车架几何结构即可安装本扭力感应器。藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
权利要求
1.一种曲柄扭力侦测方法，以踩踏所产生的扭力使五通轴产生一向后位移的力量，并藉由一弹性装置使五通轴产生一正比于踩踏所产生的扭力的向后位移，再侦测此位移大小即能得知踩踏所产生的扭力。
2.一种曲柄扭力感应装置，其中该设于五通轴上的曲柄扭力感应装置安装于车架内， 而该五通轴的中轴与两曲柄轴连结部之间各设置一环状凹部，其特征在于该曲柄扭力感应装置包含两个环状凹部套设装置，分别套设于环状凹部上，并与套设于中轴的中轴套设装置相互连接，而该两个环状凹部套设装置均包含一轴承元件、一第二内套筒、一环片及一内轴套；一中轴套设装置，套设于中轴上，包含了一第一内套筒、一弹片、一磁石及一外套筒，而中轴套设装置及该两个环状凹部套设装置上各自套设一外轴套，以便将该两个环状凹部套设装置及中轴套设装置同时固定，另外该弹片及磁石设置于第一内套筒上，而该弹片设置有一顶撑部，该顶撑部直接抵持于第一内套筒外缘上；一感测器，设置于车架或外套筒上，与磁石设置位置相对应；当骑乘者踩踏踏板时，该弹片会使该第一内套筒反弹产生固定方向的微小位移，并再藉由设置于磁石与感测器的搭配，用以测得磁场的变化，来检知踩踏扭力的大小。
3.如权利要求2所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该轴承元件套设于该环状凹部上，而该轴承元件上套设该第二内套筒，并于该第二内套筒前端放置该环片，而该内轴套则套设于该第二内套筒及环片上。
4.如权利要求3所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该环片为一椭圆形，而该环片的外径大于第二内套筒，且该内轴套内缘所设置的环状定位部的内径等于该椭圆形环片的外径。
5.如权利要求4所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该第二内套筒与该内轴套之间形成一半弧形缝隙。
6.如权利要求2所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该第一内套筒套设于中轴上， 而该弹片定位于内轴套之间，且该第一内套筒及弹片上套设外套筒。
7.如权利要求2所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该第一内套筒及外套筒皆设置一开口，而该两个开口与车架上的开口位置相对应，以便感测器能够穿过该车架的开口及外套筒的开口，与第一内套筒的磁石设置位置相对应。
8.如权利要求2所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该外套筒、第一内套筒及车架各自对应设置有一防旋孔，而该防旋孔再藉由一锁固件，进而穿入外套筒、第一内套筒及车架的防旋孔中。
9.如权利要求2所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该感测器设置至少有一个能藉由感应磁石的位移变化进而改变所感应到的电气讯号的霍尔元件。
10.一种曲柄扭力感应装置，其中该设于五通轴上的曲柄扭力感应装置安装于车架内， 而该五通轴的中轴与第一曲柄轴连结部之间设置一环状凹部，而与第二曲柄轴连结部之间设置了一延伸部，而该曲柄扭力感应装置包含一环状凹部套设装置，套设于环状凹部上，该环状凹部套设装置包含了一轴承元件及一扣环；多个磁环，套设于中轴上，而该多个磁环藉由磁环与感测器的搭配，用以测得磁场的变化频率，来检知转速的大小；一延伸部套设装置，套设于延伸部上，该延伸部套设装置包含一第一轴承套件、一具有磁石的第二轴承套件及一第三轴承套件，其中该第一轴承套件及第三轴承套件插入第二轴承套件的左右两侧，以进行完成密合定位于延伸部上，而该第二轴承套件外缘上套设一弹性元件及一磁石；一外套筒，该外套筒将多个磁环、延伸部套设装置和弹性元件套设其中；两个轴套，包含了第一轴套及一第二轴套，其中该第一轴套直接套设于环状凹部套设装置及外套筒一端上，而该第二轴套则套设于外套筒另一端上；一感测器，设置于车架或外套筒上，与磁石设置位置相对应；因此当骑乘者踩踏踏板时，该弹性元件会使该延伸部套设装置反弹产生固定方向的微小位移，并藉由该延伸部套设装置的磁石与感测器的搭配，用以测得磁场的变化，以及多个磁环因五通轴旋转产生的磁场变化频率来检知踩踏扭力及转速的大小。
11.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该轴承元件套设于环状凹部上，并于该轴承元件与第一曲柄轴连结部之间套设一扣环。
12.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该弹性元件设置有一调整拉环，用以将弹性元件箍紧该延伸部套设装置的第二轴承套件。
13.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该中轴的外径大于该环状凹部的外径，而该环状凹部为一由中轴向第一曲柄轴连结部逐渐放大的斜向结构。
14.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该中轴的外径大于该环状凹部的外径，而该环状凹部为一由中轴向第一曲柄轴连结部逐渐缩小的斜向结构。
15.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该车架上设置四个开口，其中之一为提供弹性元件的调整拉环放置的开口，而另一个开口位置则与该外套筒的开口位置相对应，以便设置于车架上的感测器穿过该车架及外套筒的开口，与磁环及磁石所设置位置相对应。
16.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该第二轴套与车架，各自对应设置有至少一个定位孔，而一定位栓藉由该定位孔穿入车架及第二轴套中。
17.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该第二轴套内能够放置一油封元件，该油封元件穿过第二曲柄轴连结部，并藉由穿入第二轴套与车架的定位栓，进行定位。
18.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该感测器设置至少有一个能藉由感应磁石及磁环的位移变化，进而改变所感应到的电气讯号的霍尔元件。
19.如权利要求10所述的曲柄扭力感应装置，其特征在于，该延伸部套设装置包含了多条环状钢珠元件、一轴承套及一弹性元件，其中该弹性元件套设于轴承套上，而该轴承套上设置有一磁石。
全文摘要
一种曲柄扭力感应装置及其侦测方法，设于助力型电动车的五通轴位置，主要藉由踩踏踏板时大齿盘带动链条所受到的反作用力，于五通轴支点产生一个向后的拉力，藉由量测此向后的拉力大小，即可得知踩踏踏板所产生的扭力值，而该五通轴所受的向后拉力大小乃透过一个类似弹簧磅秤的原理，测量五通轴的位移量，并根据附设的弹簧弹力系数及形变量计算而得。而该五通轴因受力产生的位移将使感测器产生一电压或电流讯号，将该电气讯号作为感应的控制讯号，且该控制讯号可决定驱动电力大小，以达到助力驱动目的。
文档编号G01P3/42GK102297736SQ20101020484
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者杨志清, 陈主勇, 马斌严 申请人:宇泉能源科技股份有限公司