CN2283879Y - 电动自行车的感测装置 - Google Patents

Abstract

一种电动自行车的感测装置,包括减速机构、驱动部、感测部;减速机构中马达的心轴设成螺旋齿轴,以啮合数种齿轮;驱动部由减速机构传动,其包含伞齿轮、单向轴承、曲柄轴、脚踏曲柄、大齿盘心轴;感测部包括测转速部、测扭力部。测转速部的齿轮组合具有差动传动作用,配合感测器检测转速变化,测扭力部的感测臂因差动齿轮组转动产生反作用力,而有扭力位移反应,配合感测器可得知扭力大小,感测器检测的转速、扭力讯号送至一控制器以控制马达功率。

Description

电动自行车的感测装置

本实用新型涉及一种电动自行车的感测装置，特别是一种电动自行车的差动传动及扭力、转速感测装置。

自行车作为一种交通工具，由于兼备运动、轻便、不污染环境的特性，使得自行车工业经久不衰，尤以先进国家更是开辟自行车专用道予以提倡。自行车发展愈益多种。为使自行车除了轻便特点外，能更加快速、省力，故有电动自行车产生。电动自行车的原理，大多是于自行车的下管处加装电池箱与马达，马达的心轴套设有齿轮以和曲柄轴接出的齿轮配合齿带传动；或是在行李架一侧固接马达，使其心轴接设的齿轮啮合于轮胎周面上对应的齿面，以传动旋转车轮而能更省力地骑行。

现有电动自行车存在如下问题：

1.电动自行车的电动马达输出功率并无法随着脚踏力量而改变；当骑行者脚踏速度慢时，电动马达输出功率与脚踏踏力输出状态相差不多，相对于踏力输出量少时，电池仍供给电动马达的一定的电压、电力便耗用电量，结果使电池寿命快速缩短，更换电池机率高，成本费用高，相对亦使能源使用不当、利用不完全、不经济。

2.电动自行车若无极速设定电源切断开关，骑行者即使超过行车速度时，电池仍照一致的输出功率供应电动马达，无形中，骑行者往往超越行车速度极限，而游走于危险失控的边缘，不能确保安全。

本实用新型的主要目的是提供一种可测差动传动及扭力、转速的电动自行车感测装置。其是以机械结构感测速度及扭力，即通过齿轮差动传动，配合转速所属感测器检测转速变化，同时，测扭力部的感测臂因有扭力位移反应，配合所属感测器得知扭力大小，使二感测器同时检测输入转速、扭力讯号并送至控制器，以控制马达的出力，从而可随路况而作出最适合的辅助效果。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的电动自行车的感测装置，其设在电动自行车的下管与后下叉交接位置，周边设有护罩保护，供应马达电力的电池箱及相关的电脑、控制器等元件则配合固设于下管，其特征在于：

护罩内部形成的容室内设置有减速机构、驱动部、感测部；

减速机构由马达的心轴设成螺旋齿轴，以连续啮合数种齿轮构成；

驱动部由减速机构传动，驱动部包含伞齿轮、单向轴承、曲柄轴、脚踏曲柄、大齿盘心轴，其中：

一中空轴状的大齿盘心轴内部供曲柄轴组穿、外部一端组设链齿盘，大齿盘心轴内部与曲柄轴之间的两端并各穿套一轴承，伞齿轮内部安置单向转动的单向轴承，以套设于大齿盘心轴外周侧，形成大齿盘心轴与伞齿轮隔套有单向轴承，曲柄轴伸出护罩的两端套设脚踏曲柄，大齿盘心轴另端连结有感测齿轮棘座；

感测部有测转速部、测扭力部，测转速部是在所述曲柄轴相邻棘爪外周侧套装于感测齿轮棘座，外周边形成等分数突块的感测介面，感测齿轮棘座相邻感测介面邻侧为伞齿的啮合面，感测齿轮棘座扣套于曲柄轴，并再套装一传动齿轮驱动臂，传动齿轮驱动臂与曲柄轴呈固设，传动齿轮驱动臂外周配合连结有传动齿轮，在相邻于传动齿轮处由曲柄轴套设有轴承，轴承外周套装一感测齿轮，感测齿轮在一端形成伞齿面以与传动齿轮啮合，在另一端周面为带动齿以啮合测扭力部的感测臂；

测扭力部装在测转速部的邻侧，测扭力部包含感测臂、感测器，感测臂在一端呈环体的内径设有内齿，以与感测齿轮的带动齿啮合，感测器锁设于护罩一侧壁，其位于正对感测臂末端处。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述测扭力的感测器及测转速的感测器检测感测臂因扭力变化的位移及感测介面旋转速度，测得讯号传至所述控制器，经控制器内部程序计算后，控制马达输出适合出力至减速机。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述测扭力部的感测器接至所述控制器，控制器各连接出二组伺服马达，二组伺服马达各连接至所述前、后变速器。

所述的电动自行车的差动传动及扭力、转速感测装置，其特征在于：所述减速机由马达的螺旋齿轴啮合另一螺旋齿轮，容室一处壁面再组装一螺旋齿轮轴，于容室内，由螺旋齿轮邻侧组接出一伞齿轴，伞齿轴套固一螺旋齿轮，以与螺旋齿轮轴相互啮合，伞齿轴与所述驱动部的伞齿轮直交。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述大齿盘心轴一端相邻于伞齿轮邻侧套固一棘轮座，棘轮座外周侧枢装数个棘爪，棘爪得以与所述感测部的感测齿轮棘座啮合卡制。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述感测齿轮棘座内壁相对所述棘爪形成内棘齿。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述传动齿轮驱动臂与所述曲柄轴的套合对应处各设有栓槽与所述栓齿配合。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述传动齿轮驱动臂外周嵌装有轴状的轴销环，轴销环另一端套装有轴承、传动齿轮。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述护罩对应感测臂邻侧突设有止动块以限制感测臂的移动角度，护罩锁设一弹簧机构。

所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述弹簧机构包括一移动杆套装有感测弹簧、弹簧移动杆，移动杆穿入感测弹簧，弹簧移动杆螺设固定，配合盖子封盖护壳，以利护壳锁设于护罩，而移动杆一端突出于护壳以扣装于所述感测臂。

本实用新型与已有技术相比具有如下效果：

(1)电力控制自如、省力、安全、省电。

(2)感测器、控制器可使马达依骑行速度、路况，输出适合的辅助力。

(3)扭力的感测，是通过齿轮啮合的差动传动而得知扭力位移，效果精确。

(4)链齿盘的转速为脚踏曲柄转速的二倍，可减小链齿盘的尺寸，链条所受的张力减少二分之一，减少了链条受损率。

(5)如图12，控制器可将扭力部份的感测器感测的讯号，经计算分析后，控制伺服马达做定量的转动，牵动变速器动作达到自动变速的目的，以控制马达输出速率，使电力辅助自动变速，适应任何路况，降低骑行者的疲劳度。

以下结合附图及实施例进一步说明本实用新型的具体结构特征。

附图简要说明：

图1是本实用新型的整体组合剖视图。

图2是本实用新型的整体组合侧视图。

图3是本实用新型的测转速部剖视示意图。

图4是本实用新型的测转速部图3的4-4剖视示意图。

图5是本实用新型的驱动部与感测齿轮棘座结合剖视图。

图6是本实用新型的驱动部与感测齿轮棘座图5的6-6的剖视图。

图7是本实用新型的感测臂上视图。

图8是本实用新型的感测臂侧视图。

图9是本实用新型的感测臂剖视放大图。

图10是本实用新型感测臂动作示意图。

图11是本实用新型的动作流程示意图。

图12是本实用新型的自动变速与控制器连接示意图。

本实用新型是一种电动自行车的差动传动及扭力、转速感测装置，其大体结构，是设在下管与后下叉交接位置处，周边有护罩保护，供应马达电力的电池箱及相关的电脑、控制器等元件则配合固设于下管处。

本实用新型的结构大体上分成三个部份，A为减速机，B为驱动部，C为感测部；请参看图1、2，护罩12一端锁接马达10，护罩12开口端配合有罩盖13在组装完毕后封装，护罩12内部相对形成一容室121以设置减速机A、驱动部B、感测部C。

其中减速机A如图1、2所示，是由马达10的螺旋齿轴11啮合另一螺旋齿轮16，而容室121一壁面处再组装一螺旋齿轮轴17，于容室121内，由螺旋齿轮16邻侧组接出一伞齿轴14，伞齿轴14套固一螺旋齿轮15，使其与螺旋齿轮轴17相啮合，使伞齿轴14可与驱动部B的伞齿轮20直交；上述各个螺旋齿轮轴均配有轴承而与容室121内相关设置的孔室壁面相定位。

如图1、2，驱动部B的动力经减速机A而传至伞齿轮20，驱动部B包含伞齿轮20、单向轴承21、曲柄轴40、脚踏曲柄43、大齿盘心轴30；一中空轴状的大齿盘心轴30内部供曲柄轴40组穿、外部供链齿盘42组设，即大齿盘心轴30于容室121二端与护罩12、罩盖13壁面中定位均各隔套一轴承32，大齿盘心轴30内部与曲柄轴40之间的两端并各穿套一滚针轴承31，以使伞齿轮20内部安置单向转动的单向轴承21，再套设于大齿盘心轴30外周侧，使大齿盘心轴30与伞齿轮20隔套有单向轴承21，而曲柄轴40伸出护罩12的两端则套固有脚踏曲柄43；其次如图1、5、6，在大齿盘心轴30一端相邻于伞齿轮20邻侧是套固一棘轮座22，棘轮座22外周侧是枢装数个棘爪23，使棘爪23得与感测部C的感测齿轮棘座33啮合卡制。

而感测部C是以机械结构感测转速及扭力；测转速部D请参见图1、3、4，在曲柄轴40相邻棘爪23外周侧套装于感测齿轮棘座33内部，此部份请见于图6，感测齿轮棘座33内壁相对棘爪23是形成内棘齿333，感测齿轮棘座33在内棘齿333外周边形成等分数突块的感测介面332，感测齿轮棘座33相邻感测介面332邻侧为伞齿的啮合面331，当感测齿轮棘座33扣套于曲柄轴40后，再套装一传动齿轮驱动臂34，传动齿轮驱动臂34与曲柄轴40的套合对应处各设有栓槽341与栓齿41配合，传动齿轮驱动臂34外周嵌装有轴状的轴销环351，轴销环351另端套装有轴承352、传动齿轮35，传动齿轮35为伞齿形态，相邻于传动齿轮35，则再由曲柄轴40套设有轴承37，轴承37外周再套装一感测齿轮36，感测齿轮36在一端形成伞齿面361，在另端周面为带动齿362，使伞齿面361与传动齿轮35啮合，感测齿轮36的带动齿362即啮合感测臂50，而如图1、3，感测器38设于罩盖13相邻感测介面332，藉以感测出转速讯号，又，感测臂50即属于测扭力部E，故测转速部D的转速变化便能通过感测臂50而反应出扭力。

测扭力部E如图1、2所示，是装在测转速部D邻侧，测扭力部E包含感测臂50、弹簧机构60、感测器52；其中感测臂50在一端呈环体的内径设有内齿51，以与感测齿轮36的带动齿362啮合，护罩12对应感测臂50邻侧〔端视角度〕突设有止动块53以限制感测臂50的移动方向，护罩12的壁厚并再锁设一弹簧机构60，该弹簧机构60是在一护壳61内部有一移动杆62，上套感测弹簧63、弹簧移动件64，利用移动杆62穿入感测弹簧63后，再螺设固定弹簧移动件64，装入后，配合盖子封盖护壳61以锁设于护罩12，其中并使移动杆62一端突出于护壳61以扣装于感测臂50端面，使感测臂50可带动弹簧机构60，至于测扭力数值的感测器52如图1、7、8，其是锁设于护罩12一侧壁，使其正对感测臂50末端处。

图11是本实用新型的作动流程示意简图，扭力感测器与转速感测器可检测动力，由骑行者踩动脚踏曲柄传至差动传动感应机构〔测转速部〕所反应的扭力与转速变化，并将所测得的讯号传至控制器，控制器便可控制马达输出适当转速，并与人力同步出力，驱动自行车行进。

图12是将感测器52接到控制器，控制器各连接出二组伺服马达，以各连接至前、后变速器，达到自动变速的效果。

整体的使用过程如下：

当使用者踩动脚踏曲柄43即带动曲柄轴40，其因与传动齿轮驱动臂34之间在图4可见有栓槽配合，故能带动传动齿轮驱动臂34、传动齿轮35转动，连带传动感测齿轮棘座33、感测齿轮36，感测器38通过感测介面332亦因此一扭力差动状态得知转速反应；之间关系如下列公式所述：

感测齿轮棘座33+感测齿轮36的转速＝

传动齿轮驱动臂34的2倍的转速

但因感测齿轮36为感测臂50连动的弹簧机构60与止动块53所限制，只能作小角度旋转，故可忽略，形成：

感测齿轮棘座33＝传动齿轮驱动臂34的2倍的转速

续如图2，带动了感测臂50及弹簧机构60，以如第9、10图，感测臂50因有偏摆位移，配合移动杆62、感测弹簧63拉回平衡，偏摆位移则为感测器52所检测反应出扭力的大小。

接下来如图1，骑行者踩动脚踏曲柄43，将踏力传到曲柄轴40，使传动齿轮驱动臂34带动感测齿轮棘座33、配合棘爪23与棘轮座22的单向卡制，而驱动大齿盘心轴30转动。另一方面，扭力感测器52与转速感测器38，检测感测臂50因扭力变化的位移，及感测介面332旋转速度后，如图11，将讯号传至控制器，经控制器内部程式计算后控制马达10输出适出力至减速机A，通过螺旋齿轴11带动减速机A、驱动部B的伞齿轮20，因伞齿轮20与大齿盘心轴30间的单向轴承21作用，而能与人力同步带动大齿盘心轴30旋转，进而驱动自行车行进。

此外，当切断电源而只有人力输出时，因棘爪23与棘轮座22的单向卡制，及单向轴承21使大齿盘心轴30与伞齿轮20呈脱离状态，动力可由大齿盘心轴30输出而不会连动减速机A与马达10部份，如此，仍能保持自行车骑行的特性，即使倒踩脚踏曲柄43时也不会影响原有的骑行状况。

Claims (10)

1.一种电动自行车的感测装置，其设在电动自行车的下管与后下叉交接位置，周边设有护罩保护，供应马达电力的电池箱及相关的电脑、控制器等元件，配合固设于下管，其特征在于：

护罩内部形成的容室内设置有减速机构、驱动部、感测部；

减速机构由马达的心轴设成螺旋齿轴，以连续啮合数种齿轮构成；

驱动部由减速机构传动，驱动部包含伞齿轮、单向轴承、曲柄轴、脚踏曲柄、大齿盘心轴，其中：

一中空轴状的大齿盘心轴内部供曲柄轴组穿、外部一端组设链齿盘，大齿盘心轴内部与曲柄轴之间的两端并各穿套一轴承，伞齿轮内部安置单向转动的单向轴承，以套设于大齿盘心轴外周侧，形成大齿盘心轴与伞齿轮隔套有单向轴承，曲柄轴伸出护罩的两端套设脚踏曲柄，大齿盘心轴另端连结有感测齿轮棘座；

感测部有测转速部、测扭力部，测转速部是在所述曲柄轴相邻棘爪外周侧套装于感测齿轮棘座，外周边形成等分数突块的感测介面，感测齿轮棘座相邻感测介面邻侧为伞齿的啮合面，感测齿轮棘座扣套于曲柄轴，并再套装一传动齿轮驱动臂，传动齿轮驱动臂与曲柄轴呈固设，传动齿轮驱动臂外周配合连结有传动齿轮，在相邻于传动齿轮处由曲柄轴套设有轴承，轴承外周套装一感测齿轮，感测齿轮在一端形成伞齿面以与传动齿轮啮合，在另一端周面为带动齿以啮合测扭力部的感测臂；

测扭力部装在测转速部的邻侧，测扭力部包含感测臂、感测器，感测臂在一端呈环体的内径设有内齿，以与感测齿轮的带动齿啮合，感测器锁设于护罩一侧壁，其位于正对感测臂末端处。

2.根据权利要求1所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述测扭力的感测器及测转速的感测器检测感测臂因扭力变化的位移及感测介面旋转速度，测得讯号传至所述控制器，经控制器内部程序计算后，控制马达输出适合出力至减速机。

3.根据权利要求1所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述测扭力部的感测器接至所述控制器，控制器各连接出二组伺服马达，二组伺服马达各连接至所述前、后变速器。

4.根据权利要求1所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述减速机由马达的螺旋齿轴啮合另一螺旋齿轮，容室一处壁面再组装一螺旋齿轮轴，于容室内，由螺旋齿轮邻侧组接出一伞齿轴，伞齿轴套固一螺旋齿轮，以与螺旋齿轮轴相互啮合，伞齿轴与所述驱动部的伞齿轮直交。

5.根据权利要求1所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述大齿盘心轴一端相邻于伞齿轮邻侧套固一棘轮座，棘轮座外周侧枢装数个棘爪，棘爪得以与所述感测部的感测齿轮棘座啮合卡制。

6.根据权利要求5所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述感测齿轮棘座内壁相对所述棘爪形成内棘齿。

7.根据权利要求1所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述传动齿轮驱动臂与所述曲柄轴的套合对应处各设有栓槽与所述栓齿配合。

8.根据权利要求1所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述传动齿轮驱动臂外周嵌装有轴状的轴销环，轴销环另一端套装有轴承、传动齿轮。

9.根据权利要求1所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述护罩对应感测臂邻侧突设有止动块以限制感测臂的移动角度，护罩锁设一弹簧机构。

10.根据权利要求9所述的电动自行车的感测装置，其特征在于：所述弹簧机构包括一移动杆套装有感测弹簧、弹簧移动杆，移动杆穿入感测弹簧，弹簧移动杆螺设固定，配合盖子封盖护壳，以利护壳锁设于护罩，而移动杆一端突出于护壳以扣装于所述感测臂。

Images