TWI756909B - 自行車電子換檔裝置之控制系統 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種自行車電子換檔裝置之控制系統，其包含：一處理單元、一驅動裝置及一傳動裝置，該傳動裝置係對應傳動於一變速元件；一感應裝置，其包含一感測單元及至少一感應元件，該感測單元係渦電流位移感測器，該感測單元係耦接於該處理單元，所述感應元件係從動於該傳動裝置，該感測單元係藉由對應感測所述感應元件，據以感測該傳動裝置對應於該變速元件之檔位之位置；一換檔控制裝置，其係訊號連結於該處理單元；藉此，本發明可精確控制變速元件之檔位，藉以提升使用者於騎乘自行車之安全性及舒適性，且藉由渦電流位移感測器之設置，可具有感測絕對位置之功能，使本發明可廣泛適用於不同機構配置，如內、外變速器或無段變速器者。

Description

自行車電子換檔裝置之控制系統

本發明係提供一種自行車電子換檔裝置之控制系統，尤指一種透過感應裝置之設置，並令感應元件從動於傳動裝置，以藉由對應感測所述感應元件而據以感測該傳動裝置對應於該變速元件之檔位之位置，並於感測傳動裝置移動至對應變檔指令之位置值時，即令該驅動裝置停止運作，使精確控制變速元件之檔位者。

按，現今社會對環保議題日漸重視，故世界各國分推行節能減碳之政策，藉以鼓勵產學界可研發替代能源，故令綠色能源科技主要研發的目標之一；而其一者，現行交通工具多係以石油作為動力，而石油燃料所造成的空氣汙染係當前世界各國所欲積極改善的問題，也因此造就騎乘自行車之風氣，為增強自行車的機動性、便利性及實用性而發展出電動自行車及電動車，其相關產業因而分別針對增進電動自行車及電動車性能之標的，且研發使其達到節能減碳及防止空氣汙染之主要目標。

而就自行車或電動自行車而言，多數者，皆具有變速功能，藉以適用於各式使用者或地形，而其變速換檔所採用之變速器，通常係包含外變速器及內變速器，而因外變速器具有體積大、易因外露而受環境因素而損壞之缺失，故有相關業者研發內變速器，使其設置於後輪之輪軸處，並與後輪同軸，且相關零件皆係封閉於其內部，故其零組件不易受外力損壞，且換檔時之流暢度亦遠較習用之變速器高，故為現今多數消費者所青睞。

惟此，對於內變速器之變速而言，多數者係藉由自行車之變速手把或轉盤，藉以透過鋼線拉動變速環，藉以達致調整內變速器檔位之目的；然而，透過鋼線拉動變速環之機制，時常有因其長期操作之下，致使變速手把或轉盤及鋼線之配置位置位移，而有變速不完全或不正確之情事，且並無檔位校正及正確回報之機制，故導致實際變換之檔位有錯亂之問題，而若係應用於電動自行車，由於其通常具有依據踩踏之踏力或產生之扭力而予以換檔之機制，而若檔位未經確認或錯誤換檔，其將影響使用者於騎乘時之舒適性，更甚者，將影響騎乘時之安全性，以及有致內變速器損壞之疑慮。

習知另提供一種概如我國新型專利證書第M590562號之「自行車電子換檔裝置」一案，其主要係透過感測單元之設置以感測傳動元件之轉動位置，並於感測傳動元件轉動至界定之旋轉位置，即停止傳動元件之傳動，藉以達致精確變換檔位之功效者；惟此，其主要係揭示應用於內變速器之變檔，並未揭示應用於外變速器之構件；此外，其係揭示感測元件係對應設置於該傳動元件，其有使減速裝置及傳動元件配置之自由度受限之疑慮。

再者，習知對於轉動位置之偵測，通常係使用霍爾感測器、電位器（可變電阻）或光學編碼器，惟使用霍爾感測器者，僅能於對應到感測物時方能予以感測，因此無法適用於無段變速器；而電位器因係藉由電阻值變化改變量測電壓，因此易受電磁、電壓及溫度等影響及干擾，故於實際應用時，常具有感測誤差而致檔位偵測錯誤之情事，其將具有影響行車安全之疑慮；而光學編碼器則係具有高成本及體積較大之問題，使影響自行車之設計及空間占用，亦將影響自行整體之美觀性。

有鑑於此，吾等發明人乃潛心進一步研究對於變速器檔位之控制，並著手進行研發及改良，期以一較佳發明以解決上述問題，且在經過不斷試驗及修改後而有本發明之問世。

爰是，本發明之目的係為解決前述問題，為達致以上目的，吾等發明人提供一種自行車電子換檔裝置之控制系統，其包含：一處理單元，其耦接一驅動裝置，該驅動裝置傳動設置有一傳動裝置，該傳動裝置係對應傳動於一變速元件，該變速元件具有複數檔位；該傳動裝置包含至少一傳動部件及一調整部件，所述傳動部件係對應從動於該驅動裝置，且傳動裝置係藉由該調整部件對應傳動該變速元件；一感應裝置，其包含一感測單元及至少一感應元件，該感測單元係渦電流位移感測器，該感測單元係耦接於該處理單元，所述感應元件係從動於該傳動裝置，該感測單元係藉由對應感測所述感應元件，據以感測該傳動裝置對應於該變速元件之檔位之位置；且所述感應元件係從動設置於該調整部件或至少其一所述傳動部件；以及一換檔控制裝置，其係訊號連結於該處理單元；藉之，該換檔控制裝置係用以對應傳輸一變檔指令予該處理單元，該處理單元係界定對應於該變檔指令之所述檔位及對應之位置值，藉以於收受該變檔指令時，對應控制該驅動裝置傳動該傳動裝置至對應之所述位置值，並於該感應裝置感測該傳動裝置之位置至對應之所述位置值時，該處理單元即令該驅動裝置停止運作者。

據上所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，其中，該感應裝置更設有一樞轉單元，所述感應元件係對應配置於該樞轉單元，且該樞轉單元係從動設置於該調整部件或至少其一所述傳動部件者。

據上所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，更包含一轉輪，其係從動設置於該調整部件或至少其一所述傳動部件，該轉輪同軸設置有該樞轉單元，且該樞轉單元係呈半圓狀，或間隔排列之扇形設置者。

據上所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，其中，所述傳動部件係選自至少其一由齒輪、螺桿、皮帶輪、摩擦輪或鏈輪所組成之群組。

據上所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，其中，該調整部件更包含一傳動輪，該傳動輪係從動於至少其一所述傳動部件，該傳動輪中央穿設有一傳動槽，該傳動輪於該傳動槽內緣徑向設置有至少一掣動元件，所述掣動元件係對應傳動於該變速元件。

據上所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，其中，該調整部件更包含一展收裝置，該展收裝置係從動於至少其一所述傳動部件，且該展收裝置係用以收放一變速線，該變速線係對應傳動於該變速元件者。

據上所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，更包含一殼體，其容置有該處理單元、該驅動裝置、該傳動裝置及該感應裝置，且該殼體係用以固設於一自行車；而該換檔控制裝置係透過有線或無線傳輸該變檔指令予該處理單元者。

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.本發明藉由感應裝置之設置，藉以感測該傳動單元對應於該變速元件之檔位之位置，故當處理單元收受換檔控制裝置之變檔指令時，將對應控制驅動裝置傳動該傳動裝置，並於該感應裝置感測傳動裝置之位置至對應變檔指令之位置值時，該處理單元即令該驅動裝置停止運作，藉以精確控制變速元件之檔位，使不致檔位調整不當或過度調整而影響者用者之騎乘或導致變速元件損壞，並可提升使用者於騎乘自行車之安全性及舒適性者。

2. 本發明係可透過處理單元及通訊單元之設置，藉以調整及設定各項換檔參數，令本發明可適用於任何速別，更包含無段變速裝置，其中可藉由結合自行車上現有的偵測裝置，如扭力感測器、踏頻感測器、速度感測器及坡度感測器等，傳輸資訊予通訊單元，透過處理單元整合騎乘資訊並自動計算較佳換檔位置及時機，更能依使用者自行調整操縱模式及換檔時機，提高騎乘感受及效率。

3.本發明藉由渦電流位移感測器之設置，故可具有感測絕對位置之功能，使本發明可廣泛適用於不同機構配置，如內、外變速器或無段變速器，藉可因應自行車之變速形式而配置相應之傳動裝置，當變速元件為內變速器時，調整部件係藉由設置傳動輪及掣動元件，以進行內變速器之檔位切換，而當變速元件為外變速器時，可藉由展收裝置之設置，藉以展收變速線而對於外變速器之前撥鏈器及後撥鏈器進行檔位之調整，故顯見本發明確實具有高度之適配性，可適用於各式具變檔功能之自行車者。

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7圖所示，其係本發明之第一實施例，本發明係一種自行車電子換檔裝置之控制系統，其包含：

一處理單元1，其耦接一驅動裝置2，該驅動裝置2傳動設置有一傳動裝置3，該傳動裝置3係對應傳動於一變速元件4，該變速元件4具有複數檔位；

一感應裝置5，其包含一感測單元51及至少一感應元件52，該感測單元51係耦接於該處理單元1，所述感應元件52係從動於該傳動裝置3，該感測單元51係藉由對應感測所述感應元件52，據以感測該傳動裝置3對應於該變速元件4之檔位之位置；以及

一換檔控制裝置6，其係訊號連結於該處理單元1；在一具體之實施例中，換檔控制裝置6係透過有線或無線傳輸一變檔指令予該處理單元1，故可知悉者，換檔控制裝置6為有線或無線傳輸之電子式換檔裝置，如第2圖所示者，換檔控制裝置6係可具有電動變速按鈕，藉以令使用者可依據換檔需求或時機，而自行透過手動按壓電動變速按鈕而傳輸變檔指令，或可藉由結合現有自動偵測使用者提供之踏力或扭矩，以由微型處理器自動計算所較適之檔位，進而自動發出變檔指令，以自動進行檔位變換而達到騎乘之流暢性及舒適性；而就訊號之傳輸而言，若為有線傳輸之電子式換檔裝置，則係可具有傳輸線，使透過傳輸線將變檔指令傳輸至處理單元1，而若為無線傳輸之電子式換檔裝置，則具有訊號發射器，且在一實施例中，該處理單元1更耦接一通訊單元11，該通訊單元11係遠端訊號連結於該換檔控制裝置6之訊號發射器，藉以令該換檔控制裝置6藉由遠端訊號將該變檔指令傳輸至該通訊單元11，藉以傳遞至該處理單元1，惟其皆僅係舉例說明，並不以此作為限定。

此外，就處理單元1之配置而言，其係可藉由通訊單元11連結電腦、智慧型手機或車端控制器等，並可予將韌體進行更新至該處理單元1，使本發明可適用於任何速別之變速元件4，且亦可適用於無段內變速器，且使用者更能利用電腦、智慧型手機或車端控制器等裝置，進行變檔參數與程序之調整設定，以達到滿足各種騎乘之流暢性與舒適性，並可防止變速元件4因錯誤調整檔位而損壞者。

藉之，該換檔控制裝置6係用以對應傳輸一變檔指令予該處理單元1，該處理單元1係界定對應於該變檔指令之所述檔位及對應之位置值，藉以於收受該變檔指令時，對應控制該驅動裝置2傳動該傳動裝置3至對應之所述位置值，並於該感應裝置5感測該傳動裝置3之位置至對應之所述位置值時，即認已精確變換變速元件4之檔位，該處理單元1即令該驅動裝置2停止運作，以防止過度調整變速元件4使檔位錯誤或未確實完成檔位之變換而致有令變速元件4損壞之疑慮。

就本發明之模組化配置而言，在一實施例中，係如第3圖至第5圖所示，可包含一殼體7，其容置有該處理單元1、該驅動裝置2、該傳動裝置3及該感應裝置5，且該殼體7係用以固設於一自行車8，藉此，令本發明經配置於殼體7後，即可模組化成組銷售，並可直接固設於自行車8之適處，如：支架或後軸，即可完成安裝，並可防止換檔時受外力或反作用力造成之位移，藉以令本發明具有良好之適配性；此外，殼體7之配置亦可達到防護之效果，以避免外界環境影響本發明之運作。

就傳動裝置3之配置而言，如第4圖及第5圖所示，在一實施例中，其係包含至少一傳動部件31及一調整部件32，所述傳動部件31係對應從動於該驅動裝置2，且傳動裝置3係藉由該調整部件32對應傳動該變速元件4，在一具體之實施例中，所述傳動部件31係可為單一之齒輪、螺桿、皮帶輪、摩擦輪或鏈輪，亦可為其組合，藉以達致傳動之目的，並可因應驅動裝置2之設置，而可因應配置為增速或減速輪組，以透過具有不同大小或齒距之齒輪，藉以達致增速或減速之功效，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定；並如第4圖所示之實施例而言，所述傳動部件31係齒輪，而第5圖所示之另一實施例，所述傳動部件31則係齒輪與皮帶輪之總成配置，其皆可傳動於調整部件32，惟其僅係舉例說明，並不以此作為限定，故驅動裝置2對於傳動部件31之傳動，如本實施例所示者，驅動裝置2可為馬達，如：步進馬達，而其傳動設置有對應於傳動部件31之螺桿21，藉可透過螺桿21傳動於為齒輪之傳動部件31，進而帶動傳動部件31及調整部件32，進而如前所述，可藉由調整部件32傳動該變速元件4而達致變換變速元件4檔位之功效。

就變速元件4之配置而言，如第3圖所示，其係可為現有之內變速器、外變速器或無段變速器，於本實施例中，變速元件4係內變速器，而內變速器通常配置有具有可調整其檔位之變速環，是以，該調整部件32更包含一傳動輪321，該傳動輪321係從動於至少其一所述傳動部件31，該傳動輪321中央穿設有一傳動槽322，該傳動輪321於該傳動槽322內緣徑向設置有至少一掣動元件323，故該變速元件4之變速環設有對應於掣動元件323之連結部件41，藉可令調整部件32可透過掣動元件323及連結部件41之適配而傳動變速環，進而對應調整該變速元件4之檔位，藉以達致對內變速器進行前述換檔之目的及功效。

是以，感應元件52係如前所述者，以偵測感測該傳動單元對應於該變速元件4之檔位之位置為目的，故可知悉者，感應元件52係可從動設置於該調整部件32或至少其一所述傳動部件31；就感應元件52具體之配置方式而言，在一實施例中，如第4圖所示者，該感應裝置5係更設有一樞轉單元53，所述感應元件52係對應配置於該樞轉單元53，且該樞轉單元53係從動設置於該調整部件32或至少其一所述傳動部件31，使調整部件32或傳動部件31受傳動時，可一併轉動樞轉單元53，並藉以帶動感應元件52位移，並可藉由感測單元51予以對應偵測感應元件52之位置；在一具體之實施例中，該感測單元51係渦電流位移感測器，其優勢在於，不須藉由磁極數及輸入電壓值影響，且擁有絕對位置偵測之功能，可廣泛適用於不同之機構配置，故可令本發明可適用於無段變速器，再者，透過脈寬調變（PWM）之技術，以調變方波的占空比，藉可予實現對一個類比訊號的電位進行數位編碼，提高對雜訊的抗干擾能力，故可知悉者，當感測單元51為渦電流位移感測器時，感應元件52為可被對應感測之金屬材質設置，而感應裝置5若係以旋動角度之方式進行位置偵測之配置，則在一實施例中，係更包含一轉輪54，其係從動設置於該調整部件32或至少其一所述傳動部件31，該轉輪54同軸設置有該樞轉單元53，且該樞轉單元53係如第6圖所示呈半圓狀，或可如第7圖所示，呈間隔排列之扇形設置，故感應元件52係可對應配置於樞轉單元53，藉可呈單一或複數間隔之區塊排列，且感應元件52及感測單元51間具有適當之感測距離，以於感應元件52從動樞轉單元53轉動時，感測單元51可對應偵測感應元件52之位置；而就感測單元51對於位置偵測之技術原理係屬習知技術，故在此不予贅述。

另就本發明另一實施例所示者，如第5圖所示，由於所述傳動部件31則係齒輪與皮帶輪之總成配置，故感應元件52係可對應配置於傳動部件31，於本實施例中，其係可配置於皮帶輪之傳動帶，故無需前述樞轉單元53及轉輪54之配置，而感測單元51則係可予固設於殼體7，藉以於傳動帶傳動時，亦可如前述者，進行其傳動位置之感測，惟其亦僅係舉例說明，並不以此作為限定。

續請參閱第8至10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，第二實施例主要係因應變速元件4’為外變速器時之配置，由於外變速器係藉由一變速線42傳動於撥鏈器，以藉由變速線42展收之長度進行檔位變換，故就調整部件32’之配置而言，其係對應設置有一展收裝置324，該展收裝置324係從動於至少其一所述傳動部件31，故可知悉者，展收裝置324係可為習用之變速線槽及輪組，因此，該展收裝置324係可用以收放變速線42，使該變速線42係對應傳動於該變速元件4，是以，展收裝置324同樣可藉由旋轉方式帶動變速線42之收放，其配置係屬習知技術，故在此不予贅述；顯見本發明除可應用於內變速器外，亦可予適用於外變速器及無段變速器，藉以令本發明可適用於現有各式具變檔功能之自行車8，並可予精確進行檔位之切換，藉可增進本發明之適用性者；本實施例其餘之實施方式皆與第一實施例近似，故在此亦不予贅述。

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。

1:處理單元 11:通訊單元 2:驅動裝置 21:螺桿 3:傳動裝置 31:傳動部件 32:調整部件 321:傳動輪 322:傳動槽 323:掣動元件 324:展收裝置 4、4’:變速元件 41:連結部件 42:變速線 5:感應裝置 51:感測單元 52:感應元件 53:樞轉單元 54:轉輪 6:換檔控制裝置 7:殼體 8:自行車

第1圖係本發明第一實施例之系統架構示意圖。 第2圖係本發明第一實施例之換檔控制裝置配置於自行車之示意圖。 第3圖係本發明第一實施例配置於變速元件為內變速器之立體分解示意圖。 第4圖係本發明第一實施例中，傳動部件為齒輪，且感應裝置係以旋動角度之方式進行位置偵測配置之剖視示意圖。 第5圖係本發明第一實施例中，傳動部件為皮帶輪之剖視示意圖。 第6圖係本發明第一實施例感應裝置之樞轉單元呈半圓狀配置之示意圖。 第7圖係本發明第一實施例感應裝置之樞轉單元呈間隔排列之扇形配置之示意圖。 第8圖係本發明第二實施例配置於自行車之立體示意圖。 第9圖係本發明第二實施例中，傳動部件為齒輪，且感應裝置係以旋動角度之方式進行位置偵測配置之剖視示意圖。 第10圖係本發明第二實施例中，傳動部件為皮帶輪之剖視示意圖。

1:處理單元

11:通訊單元

2:驅動裝置

3:傳動裝置

51:感測單元

6:換檔控制裝置

Claims (6)

1. 一種自行車電子換檔裝置之控制系統，其包含：一處理單元，其耦接一驅動裝置，該驅動裝置傳動設置有一傳動裝置，該傳動裝置係對應傳動於一變速元件，該變速元件具有複數檔位；該傳動裝置包含至少一傳動部件及一調整部件，所述傳動部件係對應從動於該驅動裝置，且傳動裝置係藉由該調整部件對應傳動該變速元件；該調整部件包含一展收裝置，該展收裝置係從動於至少其一所述傳動部件，且該展收裝置係用以收放一變速線，該變速線係對應傳動於該變速元件；一感應裝置，其包含一感測單元及至少一感應元件，該感測單元係渦電流位移感測器，該感測單元係耦接於該處理單元，所述感應元件係從動於該傳動裝置，該感測單元係藉由對應感測所述感應元件，據以感測該傳動裝置對應於該變速元件之檔位之位置；且所述感應元件係從動設置於該調整部件或至少其一所述傳動部件；以及一換檔控制裝置，其係訊號連結於該處理單元；藉之，該換檔控制裝置係用以對應傳輸一變檔指令予該處理單元，該處理單元係界定對應於該變檔指令之所述檔位及對應之位置值，藉以於收受該變檔指令時，對應控制該驅動裝置傳動該傳動裝置至對應之所述位置值，並於該感應裝置感測該傳動裝置之位置至對應之所述位置值時，該處理單元即令該驅動裝置停止運作者。
2. 如請求項1所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，其中，該感應裝置更設有一樞轉單元，所述感應元件係對應配置於該樞轉單元，且該樞轉單元係從動設置於該調整部件或至少其一所述傳動部件者。
3. 如請求項2所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，更包含一轉輪，其係從動設置於該調整部件或至少其一所述傳動部件，該轉輪同軸設置有該樞轉單元，且該樞轉單元係呈半圓狀，或間隔排列之扇形設置者。
4. 如請求項1或請求項2所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，其中，所述傳動部件係選自至少其一由齒輪、螺桿、皮帶輪、摩擦輪或鏈輪所組成之群組。
5. 如請求項1或請求項2所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，其中，該調整部件更包含一傳動輪，該傳動輪係從動於至少其一所述傳動部件，該傳動輪中央穿設有一傳動槽，該傳動輪於該傳動槽內緣徑向設置有至少一掣動元件，所述掣動元件係對應傳動於該變速元件。
6. 如請求項1或請求項2所述之自行車電子換檔裝置之控制系統，更包含一殼體，其容置有該處理單元、該驅動裝置、該傳動裝置及該感應裝置，且該殼體係用以固設於一自行車；而該換檔控制裝置係透過有線或無線傳輸該變檔指令予該處理單元者。

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