[发明专利]助行车扭力感测及大齿盘小型化装置

说明书

本发明涉及一种助行车扭力感测及大齿盘小型化装置。

目前市面上可见的电动自行车(亦称为电动助行车)主要是藉由在自行车(助行车)上装置电瓶、驱动马达、以及传动装置等组件以辅助驱动车轮旋转。当骑乘者踩踏自行车的脚踏板时，除了由踩踏力来带动车轮外，同时驱动马达亦产生动力并经由传动装置的传动而带动自行车的车轮转动，因此可降低骑乘者踩踏自行车的力气，达到助行车的目的。

由于助行车的骑乘者根据在上下坡路况或是骑乘速度的不同，会需要驱动马达输出不同的动力来带动车轮，因此各电动助行车厂商亦发展出踏力传感器来感测骑乘者踩踏自行车的力气，且依据该传感器所感测到的踩踏力来控制驱动马达所输出的动力。一般而言，目前现用的踏力感测方式包括有下列几种：将扭力值转为轴向位移、绝对角位移、与相对角位移三种方式。其中相对角位移方式，在车速低时，可能无法得一连续信号，因此很少受到采用。至于轴向位移与绝对角位移的感测方式则无此问题。

同时传统的自行车大齿盘相当大，在包覆传动链条时，包覆体积太大，造型不雅，若是将踏速先增加，再将传统大齿盘变小，则可达到造型美化的目的。

如图1所示，是美国专利US.PAT.NO.5,474,148为采用绝对角位移式的扭力感测装置的其中一例。其扭力感测主要是踏力由曲柄轴28直接带动单向离合器42，并藉由单向离合器42将动力输入一行星齿轮组的行星臂44，最后由环齿轮46连接自行车大齿盘做动力输出，而其中太阳齿轮45则连接至传感器。因对于一行星齿轮系而言，在等速的情况下，环齿轮46、太阳齿轮45与行星臂44扭力比为一固定值，所以当踏力越大即输入行星臂44的扭力越大，如此将造成太阳齿轮45的扭力值依固定比例放大。所以当太阳齿轮45连接一弹性体时，即可将太阳齿轮45的扭力值转换成弹性体的绝对角位移，即此绝对角位移正比于踏力，所以藉此可控制驱动马达的动力输出。然而，此种现用技术由于需多组行星齿轮与伞齿轮等复杂零件的使用，不仅结构复杂、且零件制作成本与组装成本均相对较高。并且，由于US.PAT.NO.5,474,148案的驱动马达也是经由环齿轮46将动力输出给大齿盘来带动车轮，所以，驱动马达于输出动力时亦将同时影响到太阳齿轮45的扭力值，也就是说，骑乘者的踏力对太阳齿轮扭力值的影响需先克服(大于)驱动马达的影响时，驱动马达才会继续输出动力，所以在动力输出上较为迟钝，无法立即反应骑乘者对动力的需求。此外，由于现有技术是以行星臂44旋转带动环齿轮46来传动给车轮，此机构的减速比较大，且US.PAT.NO.5,474,148案也是利用此机构来进行驱动马达转速的减速工作。然而，当骑乘者不使用驱动马达来输出动力时(例如电瓶没电)，骑乘者将需采踏更多圈曲柄轴28才能带动车轮行驶，亦造成不便。

另有一绝对角位移式的扭力感测装置的现用技术，其主要是藉由多组差动伞齿轮组的结合传动，以进行驱动马达的动力传输以及踏力感测。其缺点除了多级差动伞齿轮组的使用导致成本提高外，最主要乃在于其曲柄轴(亦称为天心轴)是藉由单向伞齿棘轮直接连动于大齿盘，所以当驱动马达无输出动力时，其曲柄轴(亦称为天心轴)与大齿盘仅能以一比一的速度同步旋转，运用上较无弹性可言。

另有一轴向位移式的扭力感测装置的现用技术。其扭力感测方式主要藉由踏力经由曲柄轴带动一螺杆，而当螺杆转动时，将造成螺杆沿一螺帽轴向位移，并同时压缩螺杆与螺帽间的弹簧，最后螺帽再经由单向离合器将动力输出至齿盘。因此藉由弹簧的弹性系数的大小，可决定踏力值与螺杆轴向位移量间的比例。所以只要经由传感器量测螺杆轴向位移量即可得知踏力值。此种现用技术的缺失，在于螺杆与螺帽的配合较容易因外界异物或是本身零件运转产生的碎片所干扰，严重时甚至可能卡到螺杆与螺帽之间使得踏力感测不精确。此外，当驱动马达无输出动力时，其曲柄轴与齿盘也仅能以一比一的速度同步旋转，运用上较无弹性。

另外还更有一轴向位移式的扭力感测装置的现用技术，其扭力感测方式主要藉由踏力经由曲柄轴带动扭力杆。由于扭力杆间的斜面结构，造成扭力杆的轴向位移，此位移则再经由一杠杆放大，因此藉由量测杠杆放大的轴向位移量即可得知踏力值。此现用技术不仅结构较为复杂成本高，且同样具有如前述的本身零件运转产生的碎片易干扰感测精确度、以及曲柄轴与齿盘也仅能以一比一的速度同步旋转等缺失。