專利名稱：扭力偵測器改良的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種扭力偵測器改良，尤指使用于電動自行車的輔助動力，而由腳踏板的踩踏力量來使曲柄聯(lián)結(jié)塊的一曲柄抵壓彈性鋼板呈一變形，該彈性鋼板壓動變形量放大器中的電阻應(yīng)變片的變形程度，提供扭力感測轉(zhuǎn)軸受力旋轉(zhuǎn)時欲轉(zhuǎn)動的相對扭力變形量的電氣訊號輸出，用以達(dá)到穩(wěn)定的偵測效果。
背景技術(shù)：
按，電動自行車為目前頗為風(fēng)行的交通代步工具之一，特別是在于環(huán)保觀念普遍深植人心的環(huán)境趨勢下，電動自行車已頗有逐漸取代自行車成為未來輕型代步工具的主流。然而，在電動自行車結(jié)構(gòu)中，桌子主要的動力來源為諸如電動馬達(dá)的輔助傳動動力源，因此，必需善加控制此一輔助傳動動力源的運(yùn)轉(zhuǎn)，方可使電動自行車在運(yùn)轉(zhuǎn)及行駛操作過程中，達(dá)到人車一體的效果，否則只有徒增電力能源耗損及增添人員騎乘操作的安全問題。
然而，在一般傳統(tǒng)的電動自行車結(jié)構(gòu)中，簡單的輔助傳動動力源操作方式則是將該電動輔助傳動動力源(如馬達(dá))裝設(shè)于自行車前輪或后輪，由裝設(shè)在操作把手上的電動開關(guān)的開(on)或關(guān)(off)作為啟動電動輔助傳動動力源的控制裝置，由騎乘者手指壓按操作來啟動該輔助傳動動力源，經(jīng)由該輔助傳動動力源投入全功率的輔助動力，因此，該輔助動力尖的輸出功率并未經(jīng)適當(dāng)?shù)目刂萍罢{(diào)整，極易造成無謂的電力浪費(fèi)。舉例來說，例如在于電動自行車啟動時，該輔助傳動動力源必需投入較大的扭力，以使輔助電動自行車運(yùn)轉(zhuǎn)，或是在下坡或平坦路面行駛時，該輔助傳動動力源必需完全切斷不提供輔助動力或投入較小的輔助動力。
另外，上述習(xí)知的電動自行車輔助動力輸出扭力控制，由于該輸入控制信號為單純的開、關(guān)型態(tài)，且所投入的輔助動力扭力亦為最大，并無法自動視該電動自行車的實(shí)際腳踏板踩踏狀態(tài)及轉(zhuǎn)速來作調(diào)整及輔助，除了極易造成無謂的電力及人力浪費(fèi)外，在該電動自行車行駛的過程中，也極易產(chǎn)生輔助動力瞬間投入或切斷的情況發(fā)生，如起步及停車，由于該輔助傳動動力源于瞬間投入的扭力改變太快，使該電動自行車產(chǎn)生晃動或震動不穩(wěn)的狀態(tài)，而無法使該電動自行車產(chǎn)生人車一體的效果。
再者，或有廠商因而萌生改良，以加油把手的結(jié)構(gòu)及操作方式，來控制該電動自行車中的輔助傳動動力源輔助動力投入大小，固然可較上述習(xí)知以開關(guān)壓按控制方式稍有改善其輔助動力及扭力投入的問題，但以單手加油方式來操作該輔助傳動動力源的投入，必需憑駕駛者的目視狀態(tài)及經(jīng)驗判斷以轉(zhuǎn)動加油把手而控制輔助傳動動力源的投入大小，因此，亦無法完全達(dá)到使電動自行車真正視路況及實(shí)際的扭力需求狀態(tài)而投入適當(dāng)?shù)膭恿芭ち?，尤其是在于長時間的行駛時，易使雙手肌肉緊繃疲累或因突發(fā)狀況而緊張失控，如將加油把手旋轉(zhuǎn)到最大，無法立即歸位，造成操作上產(chǎn)生失控而釀成意外災(zāi)害。
除此之外，在相關(guān)先前專利技術(shù)文獻(xiàn)方面，如臺灣新型專利申請案第八四二一五五三八號“腳踏趨動電動輔助動力馬達(dá)裝置”，則揭示一種輔助動力馬達(dá)的動力投入控制方式，其缺點(diǎn)則如上述習(xí)知以加油把手方式控制的電動自行車一般，無法真正視不同情況及實(shí)際的扭力需求來達(dá)到適當(dāng)輸出輔助動力的效果；此外，在美國專利第5,900,703號案，則又揭示了在于腳踏板所傳動的齒盤上裝設(shè)以若干磁鐵，并在車架對應(yīng)位置上裝設(shè)以磁簧開關(guān)的偵測結(jié)構(gòu)，用以根據(jù)齒盤上的磁鐵及車架上的磁簧開關(guān)間的間距感應(yīng)信號來控制啟動(on)輔助傳動動力或切斷(off)輔助傳動動力，但其缺點(diǎn)是該輔助傳動動力源，如馬達(dá)輸出功率均一，無法視實(shí)際路況投入不同需求的功率，因此，在于不用大功率及扭力投入，但仍需輔助傳動動力投入的狀態(tài)下，則需頻頻由機(jī)械式的剎車來搭配控制，相對地，造成更多無效電力的耗損，致使電動自行車的行程范圍縮小及輔助傳動動力的效率變差。
故，申請人有鑒于上述缺點(diǎn)，乃搜集相關(guān)資料，經(jīng)由多方評估及考量，并以從事于此行業(yè)累積的多年經(jīng)驗，經(jīng)由不斷試作及修改，始設(shè)計出此種有效的電力輸出扭力偵測器改良的專利申請。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的即是在提供一種扭力偵測器改良，由扭力變形元件(strain gage)直接偵測腳踏板實(shí)際踩踏力量，來決定電動自行車輔助動力馬達(dá)的投入動力及扭力大小，俾可真實(shí)反應(yīng)實(shí)際路況及駕駛者的踩踏扭力需求，而投入適當(dāng)大小的輔助動力及阻力，可使電動自行車于行駛上更加順暢，并使該輔助傳動動力更具有效率，而上述扭力變形元件(strain gage)是貼合于一彈性鋼板上，并以此彈性鋼板壓動變形量放大器中的電阻應(yīng)變片所產(chǎn)生的變形程度，用以提供扭力感測轉(zhuǎn)軸受力旋轉(zhuǎn)時欲轉(zhuǎn)動的相對扭力變形量的電氣訊號輸出，再由一訊號檢出裝置，用以檢出腳踏板的扭力感測電氣訊號及轉(zhuǎn)動方向訊號給上述電動車輛的馬達(dá)動力控制器，此達(dá)到有效的電力輸出。
本發(fā)明的又一目的是由偵測腳踏板的踩踏扭力需求，來控制電動自行車的輔助傳動動力投入，可使電動自行車在行駛過程中完全由腳踏力量來控制輔助傳動動力的輸出，而不致因緊張失控而釀成意外，可確保電動自行車的行駛安全。
本發(fā)明使用于電動車的腳踏板扭力偵測，其特征在于具有一扭力感測轉(zhuǎn)軸，定位于中段車架的五通管內(nèi)及驅(qū)動齒盤處，而兩端分別樞接有腳踏板；以及，一曲柄聯(lián)結(jié)塊、彈性鋼板及扭力偵測器組定位于該驅(qū)動齒盤內(nèi)面上，且扭力偵測器組為可容置一變形量放大器于其內(nèi)，其線路與扭力感測轉(zhuǎn)軸的接觸端為相連結(jié)，即可以踩踏方式使腳踏板驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，使曲柄聯(lián)結(jié)塊的一曲柄抵壓彈性鋼板呈一變形，而可依其變形程度來提供扭力感測轉(zhuǎn)軸受力旋轉(zhuǎn)時的相對扭力變形量的電氣訊號輸出。
本發(fā)明是由其變形程度來提供扭力感測轉(zhuǎn)軸受力旋轉(zhuǎn)時的相對扭力變形量的電氣訊號輸出，用以檢出腳踏板的扭力感測電氣訊號，此達(dá)到有效的電力輸出。輸出較大的功率及扭力輔助電動自行車起步或上坡運(yùn)轉(zhuǎn)，使駕駛者于運(yùn)轉(zhuǎn)操縱時真正可達(dá)到省力及減輕體力負(fù)擔(dān)的功效?？墒闺妱幼孕熊囋谛旭傔^程中完全由腳踏力量來控制輔助傳動動力的輸出，輔助電動自行車運(yùn)轉(zhuǎn)，行駛安全。


圖1為本發(fā)明的立體分解圖。
圖2為本發(fā)明的立體外觀圖。
圖3為本發(fā)明的訊號檢出裝置的立體分解圖。
圖4為本發(fā)明的扭力感測轉(zhuǎn)軸與訊號檢出裝置的側(cè)視剖面圖。
圖5為本發(fā)明的扭力偵測器組的變形量放大器電路圖。
圖6為本發(fā)明曲柄聯(lián)結(jié)塊踩踏前的動作示意圖。
圖7為本發(fā)明曲柄聯(lián)結(jié)塊踩踏時的動作示意圖。
圖8為本發(fā)明的較佳實(shí)施例側(cè)視圖。
圖中的1為扭力感測轉(zhuǎn)軸，11為轉(zhuǎn)向元件，111為接觸端，112為絕緣馬達(dá)控制器，A6為輔助動力馬達(dá)，A7為螺栓。
具體實(shí)施例方式
為達(dá)成上述目的及構(gòu)造，本發(fā)明所采用技術(shù)手段及其功效，茲繪圖就本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳加說明其步驟及功能如下，俾利完全了解。
請參閱第一、二、三、四圖所示，本發(fā)明的扭力偵測器改良，包含一扭力感測轉(zhuǎn)軸1，裝設(shè)于電動自行車A(如第八圖所示)的車架A1中段部份的五通管A11內(nèi)，且該扭力感測轉(zhuǎn)軸1上設(shè)有復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)向元件11及于轉(zhuǎn)向元件表面設(shè)有接觸端111，而接觸端111與位于扭力偵測器組的變形量放大器形成連結(jié)。該接觸端111為導(dǎo)體環(huán)繞結(jié)合于該扭力感測轉(zhuǎn)軸1的轉(zhuǎn)向元件11上，并且各接觸端111間則以一絕緣環(huán)112來區(qū)隔，而轉(zhuǎn)向元件11則為磁性元件、紅外線感應(yīng)器或其它等效元件所構(gòu)成，且埋設(shè)于該扭力感測轉(zhuǎn)軸1內(nèi)部；再者，扭力感測轉(zhuǎn)軸1的兩側(cè)端分別設(shè)有一連接端113，以穿套于電動自行車A的驅(qū)動齒盤A2后，分別連結(jié)腳踏板A3，并同時透過若干螺栓A7鎖固連結(jié)一曲柄聯(lián)結(jié)塊2于該驅(qū)動齒盤A2內(nèi)面上，且于該曲柄聯(lián)結(jié)塊2周緣對應(yīng)的兩個反向一百八十度的位置上，分別延設(shè)一曲柄21，且于其中一曲柄21的內(nèi)側(cè)則連結(jié)一固定塊22，該固定塊22則亦固定于驅(qū)動齒盤A2內(nèi)面，而另側(cè)曲柄21的外側(cè)連結(jié)一彈性鋼板3，該彈性鋼板3一側(cè)則亦固定于扭力偵測器組4一側(cè)，且扭力偵測器組4具有一凹槽41，為可容置一變形量放大器42于其內(nèi)，其線路與扭力感測轉(zhuǎn)軸1的接觸端111相為連結(jié)，以于扭力感測轉(zhuǎn)軸1受力旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生相對的扭力感測電氣訊號經(jīng)由接觸端111來輸出，而上述的扭力偵測器組4亦固定于驅(qū)動齒盤A2內(nèi)面，續(xù)利用一訊號檢出裝置5，于表面設(shè)有若干孔洞50，以螺栓A7穿過鎖于該五通管A11下方預(yù)設(shè)的槽孔A111中，并且，該五通管外表設(shè)有訊號檢出裝置，用以檢出腳踏板的扭力感測電氣訊號及轉(zhuǎn)動方向訊號給電動自行車的馬達(dá)動力控制器，該訊號檢出裝置5設(shè)有復(fù)數(shù)的接觸棒51及轉(zhuǎn)向感測元件52，并罩覆有一絕緣外殼54；其中，該接觸棒51為具有上、下伸縮彈性，以自槽孔A111伸入五通管A11內(nèi)而分別接觸于該扭力感測轉(zhuǎn)軸1的接觸端111及轉(zhuǎn)向元件，以引接扭力偵測器組4的變形量放大器42所輸出的扭力感測電氣訊號，并經(jīng)由一輸出端53連接一電纜A4輸出至電動自行車A的馬達(dá)動力控制器A5中(參閱第八圖所示)，以供該馬達(dá)動力控制器A5作為動力及扭力輸出的控制參考，而該轉(zhuǎn)向感測元件52與扭力感測轉(zhuǎn)軸1中的轉(zhuǎn)向元件11相互對應(yīng)，以于該扭力轉(zhuǎn)軸1作正轉(zhuǎn)或聯(lián)系轉(zhuǎn)方向運(yùn)轉(zhuǎn)時，分別感應(yīng)不同的轉(zhuǎn)向電氣訊號，并經(jīng)由上述輸出端53輸出至馬達(dá)動力控制器A5中，以提供該馬達(dá)控制器A5作電動自行車A運(yùn)轉(zhuǎn)方向或轉(zhuǎn)速及車速的判別參考。
請再配合第五圖所示，為上述扭力偵測器組4的變形量放大器42的詳細(xì)線路圖，其中，電源BATTERY是透過該接觸端111而自該馬達(dá)動力控制器A5中引入，換言之，上述接觸端111，至少有兩個為電源端BATTERY的輸入端，以提供整個變形量放大器42的工作電壓，并且，該變形量放大器42包括至少兩個電阻應(yīng)變片421及422，該變形量放大器的電阻應(yīng)變片于線路上為可變電阻型態(tài)，隨該扭力感測轉(zhuǎn)軸1受力旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電阻值變化，在電氣特性上可分別視同為一可變電阻器元件，并且，該電阻應(yīng)變片421及422則與電阻器R1及R3構(gòu)成一電橋網(wǎng)路，并再由偵測端點(diǎn)B1及B2引出其偵測電位，而上述變形量放大器42包括復(fù)數(shù)的運(yùn)算放大器U1及U2，以配合電阻器R4、R5、R6、R7、R8、R9及可變電阻器VR2，形成一差動放大網(wǎng)路，以引接上述電橋網(wǎng)路中偵測端點(diǎn)B1及B2的電位輸入，并由該運(yùn)算放大器U2的輸出端U21，將相對于扭力變化的電氣訊號經(jīng)由上述接觸端111其中一者輸出至上述電動自行車A中的馬達(dá)動力控制器A5。
請再參閱第六、七圖所示，當(dāng)腳踏板A3在起步踩踏及每一次施力向前踩踏過程中，必需先行克服該曲柄聯(lián)結(jié)塊2與彈性鋼板3的阻尼彈力，方可使該驅(qū)動齒盤A2被帶動運(yùn)轉(zhuǎn)，而該彈性鋼板3的其中一端與扭力偵測器組4間形成有一間隙40，為可供扭力感測元件置于其內(nèi)且固定于彈性鋼板上，并利用一扭力感測元件6置于該間隙40之間并固定于彈性鋼板3上，由曲柄聯(lián)結(jié)塊2的曲柄21轉(zhuǎn)動推擠彈性鋼板3，使其與扭力偵測器組4間的間隙40與該扭力感測元件6間的距離變化，使該扭力感測元件6產(chǎn)生相對的感應(yīng)電壓訊號變化，作為扭力變化的感應(yīng)訊號，并將扭力變化的感應(yīng)訊號傳送至變形量放大器42；此外，該扭力感測轉(zhuǎn)軸1的一側(cè)表面橫向鑿設(shè)有一線槽114(如第一圖所示)，以供一訊號線纜12埋設(shè)固定，該訊號線纜12的一端則連結(jié)至上述扭力感測轉(zhuǎn)軸1的接觸端111，另一端則連結(jié)至變形量放大器42，故扭力感測轉(zhuǎn)軸1的接觸端111可傳導(dǎo)連結(jié)電氣訊號，并將其所連接的電氣訊號傳送至訊號檢出裝置5來連結(jié)傳送至該電動自行車A的馬達(dá)動力控制器A5。
當(dāng)電動自行車A于上坡或起步的過程中，該腳踏板A3的踩踏施力力量較大，故使該曲柄聯(lián)結(jié)塊2中的彈性鋼板3與扭力偵測器組4間的間隙40與該扭力感測元件6間的距離變化變大，換言之，該扭力感測元件6所感應(yīng)獲得的電壓訊號變化量亦較高，并經(jīng)由該變形量放大器42將電壓訊號放大后，傳送至扭力感測轉(zhuǎn)軸1的接觸端111后，再傳導(dǎo)至訊號檢出裝置5(如第一圖所示)，由訊號檢出裝置5再傳送至電動自行車A的馬達(dá)動力控制器A5，使該馬達(dá)動力控制器A5控制輔助動力馬達(dá)A6(請參閱第八圖所示)，輸出較大的功率及扭力輔助電動自行車A起步或上坡運(yùn)轉(zhuǎn)，使駕駛者于運(yùn)轉(zhuǎn)操縱時真正可達(dá)到省力及減輕體力負(fù)擔(dān)的功效。
此外，當(dāng)電動自行車A處于平坦路面或下坡行駛時，該腳踏板A3的踩踏施力力量較小或為零(不施力)，故使該曲柄聯(lián)結(jié)塊2中的彈性鋼板3與扭力偵測器組4間的間隙40與該扭力感測元件6間的距離變化變小或不變動，換言之，該扭力感測元件6所感應(yīng)獲得的電壓訊號變化量亦較小或為零，并經(jīng)由該變形量放大器42傳送至扭力感測轉(zhuǎn)軸1的接觸端111后，再傳導(dǎo)至訊號檢出裝置5(如第一圖所示)，由訊號檢出裝置5再傳送至電動自行車A的馬達(dá)動力控制器A5，使該馬達(dá)動力控制器A5控制輔助動力馬達(dá)A6，投入較小的功率及扭力以配合電動自行車A作平坦路面或下坡行駛，或亦可由該扭力感測轉(zhuǎn)軸1中的轉(zhuǎn)向元件11及該訊號檢出裝置5中的轉(zhuǎn)向感測元件52來決定車輛運(yùn)轉(zhuǎn)方向及偵測車速之用，另外，轉(zhuǎn)向元件11為一個或以上的感測元件組成，當(dāng)腳踏板A3帶動扭力感測轉(zhuǎn)軸1時，其轉(zhuǎn)向元件11跟隨轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)向感測元件52可偵測的訊息為連續(xù)性的，可使電動自行車A轉(zhuǎn)動，若可檢測的訊號不為連續(xù)性時則不讓電動自行車A轉(zhuǎn)動，此防止車停時腳踏板A3輕踏發(fā)生暴沖的情況產(chǎn)生而造成意外，并使駕駛者于運(yùn)轉(zhuǎn)操作時可達(dá)到省電及確保行車安全的功效。
權(quán)利要求
1.一種扭力偵測器改良，使用于電動車的腳踏板扭力偵測，其特征在于它具有一扭力感測轉(zhuǎn)軸，定位于中段車架的五通管內(nèi)及驅(qū)動齒盤處，而兩端分別樞接有腳踏板；以及，一曲柄聯(lián)結(jié)塊、彈性鋼板及扭力偵測器組定位于該驅(qū)動齒盤內(nèi)面上，且扭力偵測器組為可容置一變形量放大器于其內(nèi)，其線路與扭力感測轉(zhuǎn)軸的接觸端為相連結(jié)，即可以踩踏方式使腳踏板驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，使曲柄聯(lián)結(jié)塊的一曲柄抵壓彈性鋼板呈一變形，而可依其變形程度來提供扭力感測轉(zhuǎn)軸受力旋轉(zhuǎn)時的相對扭力變形量的電氣訊號輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的扭力偵測器改良，其特征在于該扭力感測轉(zhuǎn)軸上設(shè)有復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)向元件及于轉(zhuǎn)向元件表面設(shè)有接觸端，而接觸端則與位于扭力偵測器組的變形量放大器形成連結(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的扭力偵測器改良，其特征在于該五通管外表設(shè)有訊號檢出裝置，用以檢出腳踏板的扭力感測電氣訊號及轉(zhuǎn)動方向訊號給電動自行車的馬達(dá)動力控制器。
4.如權(quán)利要求1所述的扭力偵測器改良，其特征在于該訊號檢出裝置具有復(fù)數(shù)接觸棒及轉(zhuǎn)向感測元件，以伸入五通管內(nèi)分別接觸于該扭力感測轉(zhuǎn)軸的接觸端及轉(zhuǎn)向元件。
5.如權(quán)利要求2所述的扭力偵測器改良，其特征在于該扭力感測轉(zhuǎn)軸表面的轉(zhuǎn)向元件為磁性元件、紅外線感應(yīng)器或其它等效元件所構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求2所述的扭力偵測器改良，其特征在于該扭力感測轉(zhuǎn)軸表面的各接觸端間，分別設(shè)有一絕緣環(huán)。
7.如權(quán)利要求1所述的扭力偵測器改良，其特征在于該變形量放大器中，包括有至少兩個電阻應(yīng)變片。
8.如權(quán)利要求7所述的扭力偵測器改良，其特征在于該變形量放大器的電阻應(yīng)變片于線路上為可變電阻型態(tài)。
9.如權(quán)利要求1所述的扭力偵測器改良，其特征在于該曲柄聯(lián)結(jié)塊的彈性鋼板與扭力偵測器組間形成一間隙，為可供扭力感測元件置于其內(nèi)且固定于彈片鋼板上。
10.如權(quán)利要求1所述的扭力偵測器改良，其特征在于該曲柄聯(lián)結(jié)塊的間隙所感應(yīng)的扭力感測電氣訊號，透過扭力感測轉(zhuǎn)軸的接觸端傳送至訊號檢出裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種扭力偵測器改良，尤指使用于電動自行車的腳踏板扭力偵測，其具有一扭力感測轉(zhuǎn)軸，并連結(jié)于中段車架的五通管內(nèi)及驅(qū)動齒盤處，而兩端為分別連接有腳踏板，即可以踩踏方式使腳踏板驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，一曲柄聯(lián)結(jié)塊、彈性鋼板及扭力偵測器組定位于該驅(qū)動齒盤內(nèi)面上，且扭力偵測器組為可容置一變形量放大器于其內(nèi)，此變形量放大器為可由曲柄聯(lián)結(jié)塊的一曲柄抵壓彈性鋼板呈一變形，使該彈性鋼板壓動變形量放大器中的電阻應(yīng)變片，由其變形程度來提供扭力感測轉(zhuǎn)軸受力旋轉(zhuǎn)時的相對扭力變形量的電氣訊號輸出，用以檢出腳踏板的扭力感測電氣訊號及轉(zhuǎn)動方向訊號給上述電動車輛的馬達(dá)動力控制器，此達(dá)到有效的電力輸出。
文檔編號G01L3/00GK1442680SQ02109249
公開日2003年9月17日 申請日期2002年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者李書賢 申請人:李書賢