專利名稱：使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，尤其關(guān)于一種可檢知助力型電動車在騎乘中的踏力所產(chǎn)生扭力大小的裝置，藉此可控制電動馬達(dá)輸出適當(dāng)?shù)妮o助動力。
背景技術(shù)：
助力型電動車的傳動系統(tǒng)包含一高轉(zhuǎn)速電動馬達(dá)，該馬達(dá)作為輔助動力的來源，可以協(xié)助騎乘者行經(jīng)阻力不易克服的路面。并由減速機(jī)構(gòu)將馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速降低，藉此可以相對提高輸出扭力。減速后的馬達(dá)動力與騎乘者的踏力會被動力混合機(jī)構(gòu)整合在一起，并傳遞到鏈盤而驅(qū)動助力型電動車前行，如此可達(dá)到節(jié)省體力的目的。
為能配合路面的狀況使馬達(dá)調(diào)整輸出動力，可在踏力傳遞路徑上設(shè)一踏力感測機(jī)構(gòu)以感測騎乘者施加于踏板上的力量是否增大，根據(jù)感測結(jié)果可控制馬達(dá)的輸出動力以減輕騎乘者的施力。
現(xiàn)有具扭力感測功能的助力型電動車主要區(qū)分為兩種型式。第一種為單純的開關(guān)控制，當(dāng)踏力所產(chǎn)生的扭力超過或低于某一大小時，即啟動或關(guān)閉馬達(dá)的動力輸出。另一種型式是以扭力感測機(jī)構(gòu)感測踏力所產(chǎn)生扭力的大小，以扭力的大小來控制電動馬達(dá)的輸出動力。僅以開關(guān)控制馬達(dá)的動力輸出，往往無法滿足騎乘者需要彈性助力的需求。而目前的扭力感測機(jī)構(gòu)往往需要利用復(fù)雜的行星傘齒輪組產(chǎn)生差動的效果，再將差動的相對角位移轉(zhuǎn)換為扭力的感測值。關(guān)于上述的扭力感測機(jī)構(gòu)，如新型專利第092205249號[自行車扭力偵測裝置]即是利用行星傘齒輪組配合一位移量測組件，在行星齒輪單元的齒環(huán)承受較大的扭力時，可摯動一連桿產(chǎn)生微量擺動，且使磁性單元與位移量測組件產(chǎn)生相對位移，且使位移量測組件產(chǎn)生相對位移，且使位移量測組件的感應(yīng)端部感應(yīng)一電動勢，該電動勢可作為感應(yīng)的控制訊號，且控制訊號可啟動電力，以達(dá)到電力驅(qū)動的目的。但上述的行星傘齒輪組機(jī)構(gòu)的造價不低，且使用很多的傳動件而形成相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。
綜上所述，如何提供一種構(gòu)造簡單的扭力感測裝置，以大幅降低助力型電動車的生產(chǎn)成本，實(shí)為目前產(chǎn)業(yè)界一項(xiàng)重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種構(gòu)造簡單的扭力感應(yīng)裝置，利用助力型電動車原有機(jī)構(gòu)組件及組件間自然存在的力矩條件，建構(gòu)力矩偵測的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第二目的是提供一種扭力讀值單純化的扭力感應(yīng)裝置，其考慮力矩形成的要件，妥善安排五通軸承及曲柄軸承于上下垂直的位置，以取得曲柄扭力的單純讀值，避免雙腳踏力所可能造成的干擾。
本發(fā)明的第三目的是提供一種扭力讀值可靠性高的扭力感應(yīng)裝置，只需讀取一非移動且非旋轉(zhuǎn)偵測組件的電壓值即可完成扭力計算，省卻回轉(zhuǎn)式連續(xù)電極所可能產(chǎn)生的不可靠性。
本發(fā)明的第四目的是提供一種扭力偵測組件無沾污憂慮的扭力感應(yīng)裝置，將偵測組件及電路封裝于扭力感應(yīng)模塊外殼內(nèi)，以達(dá)防污防水的功能。
本發(fā)明提供的一種使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，包括一機(jī)構(gòu)外框，用以容設(shè)各零組件，并可防污防水；一天心軸，穿置樞設(shè)于機(jī)構(gòu)外框上，該天心軸兩端于穿出機(jī)構(gòu)外框處套設(shè)有軸承，可自由轉(zhuǎn)動；一五通軸承，容設(shè)在機(jī)構(gòu)外框內(nèi)，通過該五通軸承與車架樞接，使機(jī)構(gòu)外框可自由擺動，該機(jī)構(gòu)外框擺動側(cè)為防止下垂與車架做吊掛式的固定；該五通軸承位于天心軸的一側(cè)，垂直軸線通過兩者中心而呈一直線；
一彈性件，設(shè)于機(jī)構(gòu)外框與車架間，用以承受機(jī)構(gòu)外框擺動所產(chǎn)生的作用力；一感應(yīng)裝置，可通過機(jī)構(gòu)外框擺動弧度的大小來感應(yīng)一電動勢，該電動勢可作為馬達(dá)控制器的控制訊號。
較佳地，該彈性件可為彈簧或彈簧片。
較佳地，該感應(yīng)裝置可在車架上彈性件與五通軸承固定處的距離間適當(dāng)位置處設(shè)一向下延伸進(jìn)入機(jī)構(gòu)外框內(nèi)的永久磁石，且在機(jī)構(gòu)外框內(nèi)相對于永久磁石位置處固設(shè)一霍爾組件，通過兩者的相對位移產(chǎn)生一電動勢來偵測力矩大小。
較佳地，也可采用壓力傳感器在車架上設(shè)一向下延伸進(jìn)入機(jī)構(gòu)外框內(nèi)的壓棒，且在機(jī)構(gòu)外框內(nèi)相對于壓棒位置下方固設(shè)一壓力傳感器，當(dāng)機(jī)構(gòu)外框擺動時，壓棒施加壓力于壓力傳感器的壓力口，以產(chǎn)生一感應(yīng)的控制訊號，此控制訊號對應(yīng)于曲柄的踩踏扭力大小，并可做為馬達(dá)控制器的電力輸出控制。
較佳地，該五通軸承位于天心軸的正上方。
較佳地，該五通軸承可在天心軸正下方，使機(jī)構(gòu)外框位于車架上方配置。
較佳地，該感應(yīng)裝置可與馬達(dá)控制器做完全的系統(tǒng)結(jié)合，使馬達(dá)適時地動作。
由上述可知，本發(fā)明的設(shè)計具有數(shù)項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)1.利用助力型電動車原有機(jī)構(gòu)組件及組件間自然存在的力矩條件，建構(gòu)力矩偵測的機(jī)械結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡單化。
2.考慮力矩形成的要件，妥善安排五通軸承及天心軸于上下垂直的位置，以取得曲柄扭力的單純讀值，避免雙腳踏力所可能造成的干擾。
3.只需讀取一非移動且非旋轉(zhuǎn)偵測組件的電壓值即可完成扭力計算，省卻回轉(zhuǎn)式連續(xù)電極所可能產(chǎn)生的不可靠性。
4.可使用線性霍爾組件，構(gòu)建非接觸式扭力檢出系統(tǒng)。
5.構(gòu)件簡單，無沾污的憂慮。
6.偵測組件及電路封裝于機(jī)構(gòu)外框內(nèi)，可達(dá)防污防水的要求。


圖1為本發(fā)明的構(gòu)造示意圖。
圖2為本發(fā)明的另一配置構(gòu)造示意圖。
圖3為扭力偵測另一實(shí)施例示意圖。
圖4為本發(fā)明裝設(shè)于助力型電動自行車的示意圖。
元件符號說明1......腳踏曲柄 2......天心軸 3......鏈條4......機(jī)構(gòu)外框 5......五通軸承6......鏈盤7......彈性件8......永久磁石9......霍爾組件10......壓棒 11......壓力傳感器 12......車架具體實(shí)施方式
圖1為本發(fā)明使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器的示意圖，圖4為本發(fā)明裝設(shè)于助力型電動自行車的設(shè)置位置示意圖，圖1為鏈條3作用力F3位置高于五通軸承5的配置，因避免機(jī)構(gòu)外框4位置過低，腳踏曲柄1碰觸地面問題，該配置狀態(tài)為本發(fā)明較理想的配置實(shí)施例，當(dāng)腳踏曲柄1的踏板處受一F1的踏力時，于鏈條3上與鏈盤6切線處會產(chǎn)生一拉力F3，機(jī)構(gòu)外框4也會受F1的踏力影響，而以五通軸承5為中心，順時鐘方向擺動，并對一彈性件7產(chǎn)生一作用力，使彈性件7產(chǎn)生一反作用力F2。F1相對于天心軸2會產(chǎn)生一力矩τ1，F(xiàn)2相對于五通軸承5會產(chǎn)生一和τ1反向的力矩τ2，F(xiàn)3相對于五通軸承5處會產(chǎn)生一和τ1反向的力矩τ3，以力平衡原理來分析這些力矩，可得到下列計算式τ1＝F1×L1＝F3×(L4+L3)F3×L4+F2×I2＝F1×L1＝τ1
τ1(L3÷(L4+L3))＝F2×L2τ1＝F2×L2×(L4+L3)÷L3圖2所示為五通軸承5中心和鏈條3在同一直線的配置，該配置方式為較特殊的實(shí)施例，當(dāng)腳踏曲柄1的踏板處受一F1的踏力時，機(jī)構(gòu)外框4也會受F1的踏力影響，而以五通軸承5為中心，順時鐘方向擺動，并對一彈性件7產(chǎn)生一作用力，使彈性件7產(chǎn)生一反作用力F2，F(xiàn)1相對于天心軸2會產(chǎn)生一力矩τ1，F(xiàn)2相對于五通軸承5處會產(chǎn)生一和τ1反向的力矩τ2，以力平衡原理來分析這些力矩，可得到下列計算式τ1＝τ2＝F2×L2＝F1×L1如圖1的狀況，踩踏踏板對天心軸2所產(chǎn)生的力矩τ1會等于彈性件7的作用力F2相對于五通軸承5所產(chǎn)生的力矩τ2加上鏈條3拉力F3相對于五通軸承5所產(chǎn)生的力矩τ3；圖2的狀況，踩踏踏板對天心軸2所產(chǎn)生的力矩τ1會等于彈性件7的作用力F2相對于五通軸承5所產(chǎn)生的力矩τ2，即踩踏踏板時產(chǎn)生力矩τ1會使機(jī)構(gòu)外框4以五通軸承5為中心順時鐘方向擺動，而彈性件7作用力F2產(chǎn)生的力矩τ2和鏈條3拉力所產(chǎn)生的力矩τ3(圖1的狀況)會使機(jī)構(gòu)外框4的擺動動作回復(fù)原位，保持在一力平衡狀態(tài)，在彈性件7與五通軸承5固定處的距離間適當(dāng)位置處設(shè)一向下延伸進(jìn)入機(jī)構(gòu)外框4內(nèi)的永久磁石8，且在機(jī)構(gòu)外框4內(nèi)相對于永久磁石8位置處固設(shè)一霍爾組件9，當(dāng)機(jī)構(gòu)外框4擺動時會使霍爾組件9與永久磁石8產(chǎn)生相對位移，且使霍爾組件9感應(yīng)一電動勢，該電動勢可作為感應(yīng)的控制訊號，且控制訊號可決定馬達(dá)控制器的輸出電力，以達(dá)到電力驅(qū)動的目的；在本實(shí)施例中機(jī)構(gòu)外框4靠近后輪側(cè)的端部，需與車架12做適當(dāng)?shù)牡鯍焓焦潭?圖中未示)，以達(dá)到防止機(jī)構(gòu)外框4下垂的目的，又該機(jī)構(gòu)外框4也可置于車架12上方使天心軸2位在五通軸承5上方的配置，該配置方式也可達(dá)到本發(fā)明的功能及目的。
如圖3所示，上述的感應(yīng)組件，也可采用壓力傳感器11在車架12的位置處設(shè)一向下延伸進(jìn)入機(jī)構(gòu)外框4內(nèi)的壓棒10，且在機(jī)構(gòu)外框4內(nèi)相對于壓棒10位置下方固設(shè)一壓力傳感器11，當(dāng)機(jī)構(gòu)外框4擺動，壓棒10即施加壓力于壓力傳感器11的壓力口，以產(chǎn)生一感應(yīng)的控制訊號，藉此控制訊號來決定馬達(dá)控制器的輸出電力大小。
藉由上述技術(shù)手段，當(dāng)騎乘踩踏踏板時，天心軸2會連同機(jī)構(gòu)外框4以五通軸承5為中心擺動，使永久磁石8與霍爾組件9產(chǎn)生相對位移，或使壓棒10施加壓力于壓力傳感器11的壓力口，踩踏力量越大，機(jī)構(gòu)外框4擺動的弧度或?qū)?yīng)產(chǎn)生的作用力F2也越大，永久磁石8與霍爾組件9產(chǎn)生相對位移量也越大，或壓力傳感器11所受壓力也越大，可通過讀取霍爾組件9或壓力傳感器11的電氣訊號以驅(qū)動馬達(dá)提供輔助動力。
權(quán)利要求
1.一種使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，其特征在于，包括一機(jī)構(gòu)外框，用以容設(shè)各零組件，并可防污防水；一天心軸，穿置樞設(shè)于機(jī)構(gòu)外框上，該天心軸兩端于穿出機(jī)構(gòu)外框處套設(shè)有軸承，可自由轉(zhuǎn)動；一五通軸承，容設(shè)在機(jī)構(gòu)外框內(nèi)，通過該五通軸承與車架樞接，使機(jī)構(gòu)外框可自由擺動，該機(jī)構(gòu)外框擺動側(cè)為防止下垂與車架做吊掛式的固定；該五通軸承位于天心軸的一側(cè)，垂直軸線通過兩者中心而呈一直線；一彈性件，設(shè)于機(jī)構(gòu)外框與車架間，用以承受機(jī)構(gòu)外框擺動所產(chǎn)生的作用力；一感應(yīng)裝置，可通過機(jī)構(gòu)外框擺動弧度的大小來感應(yīng)一電動勢，該電動勢可作為馬達(dá)控制器的控制訊號。
2.如權(quán)利要求1所述的使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，其特征在于，該彈性件可為彈簧或彈簧片。
3.如權(quán)利要求1所述的使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，其特征在于，該感應(yīng)裝置可在車架上彈性件與五通軸承固定處的距離間適當(dāng)位置處設(shè)一向下延伸進(jìn)入機(jī)構(gòu)外框內(nèi)的永久磁石，且在機(jī)構(gòu)外框內(nèi)相對于永久磁石位置處固設(shè)一霍爾組件，通過兩者的相對位移產(chǎn)生一電動勢來偵測力矩大小。
4.如權(quán)利要求1所述的使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，其特征在于，也可采用壓力傳感器在車架上設(shè)一向下延伸進(jìn)入機(jī)構(gòu)外框內(nèi)的壓棒，且在機(jī)構(gòu)外框內(nèi)相對于壓棒位置下方固設(shè)一壓力傳感器，當(dāng)機(jī)構(gòu)外框擺動時，壓棒施加壓力于壓力傳感器的壓力口，以產(chǎn)生一感應(yīng)的控制訊號，此控制訊號對應(yīng)于曲柄的踩踏扭力大小，并可做為馬達(dá)控制器的電力輸出控制。
5.如權(quán)利要求1所述的使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，其特征在于，該五通軸承位于天心軸的正上方。
6.如權(quán)利要求1所述的使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，其特征在于，該五通軸承可在天心軸正下方，使機(jī)構(gòu)外框位于車架上方配置。
7.如權(quán)利要求1所述的使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，其特征在于，該感應(yīng)裝置可與馬達(dá)控制器做完全的系統(tǒng)結(jié)合，使馬達(dá)適時地動作。
全文摘要
一種使用于助力型電動車的曲柄扭力感應(yīng)器，包括一機(jī)構(gòu)外框，用以容設(shè)各零組件并可防污防水；一天心軸，穿置樞設(shè)于機(jī)構(gòu)外框上，天心軸兩端于穿出機(jī)構(gòu)外框處套設(shè)有軸承，可自由轉(zhuǎn)動；一五通軸承，容設(shè)在機(jī)構(gòu)外框內(nèi)，通過該五通軸承與車架樞接，使機(jī)構(gòu)外框可自由擺動，該機(jī)構(gòu)外框擺動側(cè)為防止下垂與車架做吊掛式的固定；該五通軸承位于天心軸的一側(cè)，垂直軸線通過兩者中心而呈一直線；一彈性件，設(shè)于機(jī)構(gòu)外框與車架間，用以承受機(jī)構(gòu)外框擺動所產(chǎn)生的作用力；一感應(yīng)裝置，可通過機(jī)構(gòu)外框擺動弧度的大小來感應(yīng)一電動勢，該電動勢可作為馬達(dá)控制器的控制訊號。本發(fā)明以助力型電動車原有機(jī)構(gòu)組件及組件間自然存在的力矩條件，建構(gòu)力矩偵測的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01L5/00GK1831503SQ20051005376
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者馬斌嚴(yán), 舒英豪 申請人:宇泉能源科技股份有限公司