TWI638748B - 馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，本發明之踩踏扭力與馬達動力均經由對應的單向傳動裝置連結於套設在該曲柄軸外之中空軸而傳遞到傳動鏈輪；扭力檢知單元，係設於該中空軸上，且係位於該第一單向傳動裝置及第二單向傳動裝置之間；藉之，可令中置馬達與腳踏之動力傳輸互不影響，且當扭力檢知單元感測到高於設定的踩踏扭力值時，可令中置馬達提供適當之電助力，將檢知的扭力值降低至設定的踩踏扭力值。本發明能使整個中置的電助系統體積精小，踩踏扭力控制簡單且不受到外界環境的影響。

Description

馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置

本發明係提供一種馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，本發明之踩踏扭力與馬達動力均經由對應的單向傳動裝置連結於套設在該曲柄軸外之中空軸而傳遞到傳動鏈輪；扭力檢知單元，係設於該中空軸上，且係位於該第一單向傳動裝置及第二單向傳動裝置之間；藉之，可令中置馬達與腳踏之動力傳輸互不影響，而扭力檢知單元可精確量測純分別由曲柄軸左右二端所傳遞之扭力；據此，當扭力檢知單元感測到高於設定的踩踏扭力值時，可令中置馬達提供適當之電助力，將檢知的扭力值降低至設定的踩踏扭力值。

基於環保與乘騎輕鬆、舒適的需求，市場上已有多種不同的電助腳踏車，而電助腳踏車的系統可依電助馬達的裝置位置分為前輪、後輪與中置系統，其中馬達中置的電助腳踏車是未來的重要主流，而腳踏軸上的採踏扭力控制則為其主要的電助控制方式之一。

理想之馬達中置的電助腳踏車之扭力檢知裝置，要能使整個中置的電助系統體積精小，且踩踏扭力與馬達動力均要能連結於同一軸上而傳遞到傳動鏈輪；當僅腳踏動力傳輸時，扭力檢知單元要能精確的量測到純分別由 曲柄軸左右二端所傳遞之採踏扭力，且必須不受馬達磁力的影響；而當僅中置馬達輸出動力時，扭力檢知單元不應檢知道中置馬達所輸出之扭力；再者，當扭力檢知單元感測到高於設定的踩踏扭力值時，可令中置馬達提供適當之電助力，並將檢知的扭力值降低至設定的踩踏扭力值；此外，踩踏扭力控制需簡單、精確，且於使用時不受到外界環境的影響。

惟，習知之腳踏軸外並未具有中空軸，而係將一扭力檢知單元直接設於腳踏軸上者，該扭力檢知單元將僅能感測到腳踏軸上一端之採踏扭力；如欲感測到腳踏軸上二端之採踏扭力，則須在鏈盤兩側均裝設扭力檢知單元，其將導致整體體積及設置成本過高。

而另一習知之腳踏軸外設有中空軸者，其係將一扭力檢知單元設於中空軸上者，當其與中置馬達動力傳輸結合時，如並未設有前述之雙單向傳動裝置，則中置馬達與腳踏之動力傳輸會互相影響；如僅腳踏軸與中空軸間有單向傳動裝置，採踏扭力將受馬達磁滯力的影響；如僅馬達動力傳輸與中空軸間有單向傳動裝置，馬達轉動時，將強迫腳踏軸與其同步轉動，此將造成騎乘時不舒適。

而在另一習知之腳踏軸，其雖於腳踏軸外設有中空軸，但扭力檢知單元未設於中空軸上，如電動車之鏈輪盤、鏈條、後車架上者；依此設計，當扭力檢知單元感測到高於設定的踩踏扭力值，而中置馬達提供電助力時，檢知的扭力值非下降反而是提高，此將造成電助腳踏車扭力控制之誤差與困難。此外，其感測器外露，將造成極易受到外界或天候影響而損壞或影響其感測結果。

習知如美國專利公開第20120048634號之「BICYCLE WITH AUXILIARY POWER UNIT」一案，其腳踏曲柄軸38設置一中空套件72，並直接與鏈輪盤36相接；馬達經馬達軸56、齒輪58、另一轉軸108、鏈輪60；鏈輪盤36與鏈輪盤60、62則以鏈條44相連結；此設計之馬達動力傳輸並未如上述之理想設計般的與中空軸直接結合，整個中置的電助系統體積顯得複雜而不精小；在動力傳輸方面多經過了兩個鏈輪盤60、62，也將增加傳輸系統的能量損失。

習知如中華民國專利證書第M451316號之「電動自行車扭力傳感裝置」專利，其雖設有套設於曲柄軸之從動套(中空軸)、檢知單元、單向離合器及大盤，但其並未與中置馬達結合；明顯的，該設計將僅被應用於前置驅動與後置驅動之電助自行車。

有鑑於此，本發明之目的係為解決前述缺失，吾等發明人乃潛心進一步研究，並著手進行研發及改良，為達到理想馬達中置的電助腳踏車之扭力檢知裝置設計的目的，在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。

吾等發明人提供一種馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，本發明之踩踏扭力與馬達動力均經由對應的單向傳動裝置連結於套設在該曲柄軸外之中空軸而傳遞到傳動鏈輪；扭力檢知單元，係設於該中空軸上，且係位於該第一單向傳動裝置及第二單向傳動裝置分別接設於該中空軸的位置之間，該扭力檢知單元係偵測該中空軸承受扭力之位移量；藉之，由曲柄軸左右二端之踩踏扭力，皆將依序經由曲柄軸、第一單向傳動裝置、中空軸及扭力檢 知單元，而後即傳遞至前鏈輪而輸出動力者，中置馬達則係依序經第二單向傳動裝置及中空軸而直接由前鏈輪輸出動力；藉由與中空軸結合的雙單向傳動裝置之設計，可令中置馬達與腳踏之動力傳輸互不影響；當僅中置馬達輸出動力時，扭力檢知單元檢知不到扭力；當無馬達助力時，而扭力檢知單元可精確量測純分別由曲柄軸左右二端所傳遞之扭力；據此，當扭力檢知單元感測到高於設定的踩踏扭力值時，可令中置馬達提供適當之電助力，將檢知的扭力值降低至設定的踩踏扭力值。本發明能使整個中置的電助系統體積精小，踩踏扭力控制簡單且不受到外界環境的影響。

據上所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該中置馬達係與該中空軸呈同軸設置者。

據上所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該中置馬達係與該中空軸呈非同軸設置者。

據上所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該扭力檢知單元為扭力感測器。

據上所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該曲柄軸及中空軸係穿設於一電動車之多通管。

據上所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該傳動鏈輪為一電動車之前鏈輪。

據上所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該曲柄軸之二末端分別樞設有一腳踏曲柄。

據上所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該馬達中置外更包覆有一殼體。

是由上述說明及設置，顯見本發明主要具有下列數項優點及功效，茲逐一詳述如下：

1.本發明係適用於中置驅動之馬達系統，由曲柄軸踩踏之扭力，係依序經由曲柄軸、第一單向傳動裝置、中空軸及扭力檢知單元，而後即傳遞至傳動鏈輪而輸出動力者；令本發明藉由與中空軸結合的第一及第二單向傳動裝置之設計，可令中置馬達與踩踏扭力之傳輸互不影響；當僅中置馬達輸出動力時，扭力檢知單元檢知不到扭力；當無馬達助力時，而扭力檢知單元可精確量測純分別由曲柄軸左右二端所傳遞之扭力，可確實依據使用者實際所踩踏之扭力，令中置馬達準確輸出使用者踩踏不足之動力，進而提升電助驅動時之穩定性及安全性者；此外，透過本發明之設置，亦可令整體之體積精小，且踩踏扭力控制簡單，亦不會受到外界環境的影響。

2.本發明當扭力檢知單元感測到高於設定的踩踏扭力值時，可令中置馬達提供適當之電助力，並將檢知的扭力值降低至設定的踩踏扭力值，以防中置馬達提供過量之電助力，進而可達致電助驅動時之穩定性及使用者於騎乘時之安全性者。

3.本發明係將扭力檢知單元裝設於中空軸，故扭力檢知單元係可受電動車之多通管，或由包覆中置馬達之殼體所遮蔽，因此，不易受到外界或天候影響而導致毀損或影響其感測結果。

1、1’‧‧‧中置馬達

11‧‧‧第一齒輪

12‧‧‧第二齒輪

13‧‧‧定子

14‧‧‧轉子

15‧‧‧太陽齒輪

16‧‧‧行星齒輪

17‧‧‧環齒輪

18‧‧‧行星拖架

2‧‧‧第一單向傳動裝置

3‧‧‧第二單向傳動裝置

4‧‧‧曲柄軸

41‧‧‧中空軸

42a、42b‧‧‧腳踏曲柄

5‧‧‧傳動鏈輪

6‧‧‧扭力檢知單元

7‧‧‧殼體

第1圖係本發明第一實施例之剖視暨右側之腳踏曲柄之傳動路徑示意圖。

第2圖係本發明第一實施例之剖視暨左側之腳踏曲柄之傳動路徑示意圖。

第3圖係本發明第一實施例之剖視示暨中置馬達之傳動路徑意圖。

第4圖係本發明第二實施例之剖視暨右側之腳踏曲柄之傳動路徑示意圖。

第5圖係本發明第二實施例之剖視暨左側之腳踏曲柄之傳動路徑示意圖。

第6圖係本發明第二實施例之剖視示暨中置馬達之傳動路徑意圖。

關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入了解並認同本發明。

請先參閱第1圖至第3圖所示，其係本發明之第一實施例，本發明係一種馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其包含：界定一踩踏扭力及一中置馬達1，且該踩踏扭力及中置馬達1提供之動力分別藉由一對應之第一單向傳動裝置2及第二單向傳動裝置3連結於一套設在一曲柄軸4之一中空軸41，進而藉由該中空軸41傳遞到一設置於該中空軸41之傳動鏈輪5，其中，且該曲柄軸4及中空軸41係穿設於一電動車之多通管(圖未繪示)，且該傳動鏈輪5為該電動車之前鏈輪，該曲柄軸4之二末端分別樞設有一腳踏曲柄42，該踩踏扭力係藉由所述腳踏曲柄42傳遞者；此外，在一實施例中，該中置馬達1傳動旋轉之方向係與第一單向傳動裝置2傳動旋轉之方向為同向，且該第一單向傳動裝置2及第二單向傳動裝置3係呈反向設置者，惟並不以此作為限定，僅需令第一單向傳動裝置2及第二單向傳動裝置3間之傳動互不干涉影響；以及 一扭力檢知單元6，係設於該中空軸41上，且係位於該第一單向傳動裝置2及第二單向傳動裝置3分別接設於該中空軸41的位置之間，該扭力檢知單元6為扭力感測器，該扭力檢知單元6係偵測該中空軸41承受扭力之位移量；本發明之運作狀態，請先參閱第1圖所示之傳動路徑A，爰使用者於騎乘時係左右交互踩踏於裝設於腳踏曲柄42a、42b之踏板(圖未繪示)，故當朝一旋動方向(即可驅動電動車之踩踏方向)踩踏右側之踏板(圖未繪示)時，將傳動於右側之腳踏曲柄42a，而腳踏曲柄42a將因踩踏產生之扭矩而旋轉該曲柄軸4，而因曲柄軸4及中空軸41間設有第一單向傳動裝置2，故朝該旋動方向時係可透過第一單向傳動裝置2傳動於中空軸41，反之，若使用者係朝旋動方向之反向踩踏，則將令曲柄軸4空轉而無法傳動於中空軸41；而當中空軸41受傳動而旋轉時，使用者之踏力將先經過該扭力檢知單元6量測其扭力值後，再經過第二單向傳動裝置3，此時中空軸41對於第二單向傳動裝置3而言係呈空轉，因此，無論中置馬達1是否於驅動狀態，使用者踩踏所產生之扭力皆能完全且準確地由扭力檢知單元6所量測，而不受中置馬達1之傳動或靜止時之磁矩所影響，且使用者踩踏所產生之扭力亦不影響中置馬達1之運轉；故扭力經單向傳動裝置時並未輸出，而係持續經由中空軸41傳遞至傳動鏈輪5輸出，且由於傳動鏈輪5係可為電動車之前鏈輪，其通常係連結於該電動車之後輪，故扭力由傳動鏈輪5輸出後即可予以驅動該電動車。

次如第2圖所示之傳動路徑B，當使用者於朝一旋動方向(即可驅動電動車之踩踏方向)踩踏左側之踏板(圖未繪示)時，將傳動於左側之腳踏曲柄42b，而腳踏曲柄42b將因踩踏產生之力矩而旋轉該曲柄軸4，此時即如 上述，當於該旋動方向時，扭力依序經過第一單向傳動裝置2及中空軸41，進而經由該扭力檢知單元6量測扭力值後，方傳遞至傳動鏈輪5輸出電力以驅動該電動車；故顯見扭力檢知單元6可分別精確量測由曲柄軸4左右二端所傳遞之扭力。

再者，續如第3圖所示，因本實施例所揭者，係該中置馬達1係與該中空軸41及曲柄軸4呈非同軸設置，惟亦不以此作為限定，而於本實施例之中置馬達1係藉由連結一第一齒輪11，而該第一齒輪11嚙合於一第二齒輪12，而第二齒輪12則係連結於該第二單向傳動裝置3，故當中置馬達1運轉而輸出動力時，即如傳動路徑C所示，將直接經由該第二單向傳動裝置3傳動於中空軸41，此時中空軸41對於第一單向傳動裝置2係呈空轉，並直接經過該傳動鏈輪5輸出以驅動電動車，中置馬達1之動力於中空軸41之傳遞過程，係如第圖之傳動路徑C所示，並不經過該扭力檢知單元6，資可見無論中置馬達1是否傳動，皆不影響該扭力檢知單元6量測之扭力值；藉此，扭力檢知單元6所量測之扭力值不受中置馬達1之磁矩及動力傳輸之影響，藉以於中置馬達1於電助驅動時，可確實依據使用者實際所踩踏之動力，令中置馬達1準確輸出使用者踩踏不足之動力，進而提升電助驅動時之穩定性及安全性者。

在一較佳的實施例中，本發明之中空軸41及扭力檢知單元6係可連同曲柄軸4而設置於電動車之多通管內部，因此，扭力檢知單元6即可由多通管所遮蔽並保護之；此外，就一般而言，中置馬達1並非裸露設置於電動車外，而係藉由安裝一殼體7所包覆者，且殼體7亦將同時包覆於曲柄軸4，故本發明之扭力檢知單元6亦可由該殼體7遮蔽；故顯見本發明確實可應用於各式中 置馬達1系統之電動車，且扭力檢知單元6可藉由多通管或殼體7遮蔽，藉以不易受外界及天候影響而損壞或干擾其扭力之量測者。

另需特別說明的是，為防止中置馬達1於高踩踏扭力之下增加過量之電助力而致電動車電助驅動不穩定，故本發明之扭力檢知單元6係可設定一踩踏扭力值，藉以當扭力檢知單元6感測到高於設定的踩踏扭力值時，係可令中置馬達1提供適當之電助力，並將檢知的扭力值降低至設定的踩踏扭力值，藉使維持本發明運行時之平穩性；並藉由上述設置，亦可使本發明整體之體積較為精小，且踩踏扭力控制簡單，亦不會受到外界環境的影響。

再請參閱第4圖至第6圖所示，其係本發明之第二實施例，其與第一實施例之差別在於，本實施例係依中置馬達1’之設置形式，令該中置馬達1’與該中空軸41及曲柄軸4呈同軸設置，本實施例之中置馬達1’係包含一定子13及一對應定子13之轉子14，該轉子14連結於一太陽齒輪15，且該太陽齒輪15係藉由一行星齒輪16以嚙合於一環齒輪17，且該行星齒輪16係傳動於一行星拖架18，而該行星拖架18係連結於該第二單向傳動裝置3；藉此，如第4圖及第5圖之傳動路徑D及傳動路徑E，係使用者於騎乘時踩踏位於腳踏曲柄42a、42b之踏板，扭力亦將如前所述，分別經由腳踏曲柄42a、42b、曲柄軸41、第一單向傳動裝置2及中空軸41，藉以為扭力檢知單元6所感測；而如第6圖所示之傳動路徑F，中置馬達1’運轉而輸出動力時，係分別依序經由轉子14、太陽齒輪15、行星齒輪16及行星托架，進而傳動於第二單向傳動裝置3，藉以經由該第二單向傳動裝置3傳動於中空軸41，並直接透過該傳動鏈輪5輸出以驅動電動車，令中置馬達1’輸出之動力不為扭力檢知單元6所感測；本實施例其餘之實施方式皆與第一實施例近似，故在此不予贅述。

綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈 鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。

惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (8)

1. 一種馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其包含：界定一踩踏扭力及一中置馬達，且該踩踏扭力及中置馬達提供之動力分別藉由一對應之第一單向傳動裝置及第二單向傳動裝置連結於一套設在一曲柄軸之一中空軸，進而藉由該中空軸傳遞到一設置於該中空軸之傳動鏈輪；以及一扭力檢知單元，係設於該中空軸上，且係位於該第一單向傳動裝置及第二單向傳動裝置分別接設於該中空軸的位置之間，該扭力檢知單元係偵測該中空軸承受扭力之位移量；藉之，由該曲柄軸左右二端之踩踏扭力，皆將依序經由曲柄軸、第一單向傳動裝置、中空軸及扭力檢知單元，而後即傳遞至傳動鏈輪而輸出動力者，中置馬達則係依序經第二單向傳動裝置及中空軸而直接由傳動鏈輪輸出動力；藉由與中空軸結合的第一及第二單向傳動裝置之設計，可令中置馬達與踩踏扭力之傳輸互不影響；當僅中置馬達輸出動力時，扭力檢知單元檢知不到扭力；當無馬達助力時，而扭力檢知單元可精確量測純分別由曲柄軸左右二端所傳遞之扭力；據此，當扭力檢知單元感測到高於設定的踩踏扭力值時，可令中置馬達提供適當之電助力，並將檢知的扭力值降低至設定的踩踏扭力值，藉使整個中置的電助系統體積精小，踩踏扭力控制簡單且不受到外界環境的影響。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該中置馬達係與該中空軸呈同軸設置者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該中置馬達係與該中空軸呈非同軸設置者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該扭力檢知單元為扭力感測器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該曲柄軸及中空軸係穿設於一電動車之多通管。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該傳動鏈輪為一電動車之前鏈輪。
7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該曲柄軸之二末端分別樞設有一腳踏曲柄。
8. 如申請專利範圍第1項所述之馬達中置之電助腳踏車的踩踏扭力檢知裝置，其中，該馬達中置外更包覆有一殼體。