TW202218933A

TW202218933A - 動力替代構造

Info

Publication number: TW202218933A
Application number: TW109138115A
Authority: TW
Inventors: 連哲文; 田騏禎; 謝培升
Original assignee: 姚立和
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2022-05-16
Also published as: TWI756895B; JP7257063B2; CN114435527B; JP3235758U; CN216805715U; US20220135178A1; US12110078B2; JP2022074073A; EP3992066A3; EP3992066A2; CN114435527A

Abstract

本發明係指一種動力替代構造，其包含有一輸入軸、一套設於輸入軸之感測軸套件、一輔助動力組及一可被輸入軸及輔助動力組分別驅動之輸出組所組成，其中該輸出組具有樞設於輸入軸之一第一傳動軸套與一第二傳動軸套，而輔助動力組具有一樞設於第二傳動軸套之動力件，且該第二傳動軸套與該第一傳動軸套及該動力件間分設有至少一單向軸承，又該第二傳動軸套上設有一輸出件，藉此，利用該第一、二傳動軸套與該輸入軸間形成之微動靜摩擦力，讓該感測軸套件可直接、且準確的量測到該輸入軸的扭力值大小，同時透過該第二傳動軸套與第一傳動軸套及動力件間分設有單向軸承之設計，讓第二傳動軸套上的輸出件可依實際需求選擇驅動力的來源。

Description

動力替代構造

本發明隸屬一種提供動力選擇之技術領域，具體而言係指一種結構簡單之動力替代構造，藉以能直接、且準確量測扭力值大小，並供用於選擇性提供助力或外力，讓初始動力與輔助動力互不干涉，使其可依實際需求即時、且不失真的提供輔助動力。

按，以人力驅動之動力輸出件在某些環境下需要使用部份輔助動力〔如電動馬達耦合出力〕或外力〔如切換成電動出力〕來協助動力輸出，例如助力型自行車或電動型自行車。而輔助動力或外力的輸出主要係透過檢知初始動力的扭力變形來決定，因此通常會於其輸入軸上設置力矩感測機構來量測其扭力變形，當扭力值達到設定值時發出應變訊號給一控制器，該控制器並依據應變訊號操控一驅動件產生輔助動力或外力來驅動，例如現有的自行車力矩感測機構，主要在曲柄軸表面貼設一應變規，當曲柄軸受到左、右兩側曲柄踩踏時會產生扭力變形，讓該應變規檢知出該曲柄軸之應變量，並透過控制器來操控輔助馬達之輸出輔助動力或直接驅動〔可對曲柄軸或車輪〕，以協助騎乘者在爬坡時達到省力之效。但前述結構中，當踩踏左側之曲柄時可將力量直接傳遞至曲柄軸，但是踩踏右側之曲柄〔設有鏈條齒盤〕時，大部份的力量是傳遞至齒盤上，故右側導入曲柄軸的扭力會有極大的誤差，而降低量測的準確性，連帶影響到馬達輸出的輔助動力大小，例如當偵測的扭力值太小時，未能啟動提供相對應的輔助動力，反之當偵測到曲柄軸的扭力值過大時，造成輔助動力的突湧輸出，可能發生因輔助動力過大而造成暴衝的問題，令車輛無法平順運轉，且同時存在回饋遲滞的現象，也使得輔助動力無法及時產生等問題。

為了解決前述問題，曾有業者開發如我國專利公告第M417320號之「電動自行車之力矩感測機構」，其結構係將一具傳動之套筒固設於一曲柄軸上，並將一齒盤固定於該套筒之一端，且將一應變規貼附於該套筒之表面，供量測該套筒受到扭力作用時的應變量，又該曲柄軸上設有一與應變規電性連接之應變傳感器，使得曲柄軸係直接經套筒來帶動齒盤，以減少曲柄軸端部輸入的初始動力被齒盤分散。但由於與曲柄軸連動的套筒一端設有齒盤，雖然由曲柄軸兩端進來的作用力可經套筒至齒盤，讓套筒上的應變規可間接量測，然因套筒與曲柄軸形成固定連動狀態，因此其右側曲柄作用力仍然會有部份分力會直接傳導經齒盤分散，其應變規仍然無法精準的量測到該有形變的扭力值，故其輔助動力的輸出產生了誤差；

換言之，不論是現有的力矩感測機構或該專利前案，其在量測曲柄軸扭力形變時仍然存在誤差，造成其輔助動力提供不彰的問題，再者當其有需要直接使用外力來驅動時，也因初始動力和輔助動力可能相互干涉，造成零件損壞，而無法依使用者實際需求進行切換，故如何克服前述問題，係業界及使用者所期待者，亦係本發明所欲探討者。

有鑑於此，本發明人乃針對輔助動力提供的問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發經驗，積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出一種動力替代構造，藉以克服現有者無法直接切換為外力驅動所衍生的困擾與不便。

因此，本發明之主要目的係在提供一種動力替代構造，藉以能依需求選擇提供初始動力、助力動力或外部動力來驅動，以滿足不同的驅動需求。

另，本發明之次一主要目的係在提供一種動力替代構造，藉以能利用簡單結構，減少輸入軸作用力傳遞的損耗，並讓輸入軸的扭力值能被及時、且準確量測，而大幅減少輸入軸扭力值的量測誤差，使輔助動力輸出更為順暢平穩，而不致產生失真或突然暴衝的現象，故能使輔助動力的驅動更為可靠。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，供驅動一被動體，其包含有：

一輸入軸，可受至少一初始動力驅動；

一感測軸套件，其係套固於該輸入軸上，該感測軸套件可直接檢知輸入軸之扭力值大小，且傳出一相對應之應變訊號；

一輸出組，其具有一第一傳動軸套、一第二傳動軸套及一輸出件，該第一傳動軸套係套樞於該輸入軸上，而該第二傳動軸套跨設樞套於該輸入軸與該第一傳動軸套之外緣，且該第二傳動軸套與該第一傳動軸套間設有至少一單向軸承，使該第一傳動軸套可沿輸入軸初始動力輸入方向單向帶動該第二傳動軸套，又該輸出件可設於該第二傳動軸套上供驅動該被動體；以及

一輔助動力組，其係於該第二傳動軸套上套樞有一動力件，且該動力件與該第二傳動軸套間設有至少一單向軸承，使該動力件可沿著輸出件驅動該被動體之方向單向帶動該第二傳動軸套，供依據前述應變訊號或切換訊號來產生一輔助驅動該第二傳動軸套之輔助動力。

藉此，本發明之動力替代構造利用該輸入軸上之感測軸套件來間接帶動該輸出組之第一、二傳動軸套，且該第一、二傳動軸套與該輸入軸間形成微動靜摩擦力之現象，讓該感測軸套件可直接、且準確的量測到該輸入軸的扭力值大小，如此可避免發生小力無法有效偵得，又或累積成大力造成輔助動力暴衝的現象，故可使輔助動力順暢且平穩的輸出，同時透過該第二傳動軸套與第一傳動軸套及動力件間分設有單向軸承之設計，讓第二傳動軸套上的輸出件可依實際需求選擇驅動力的來源，提升其作動的靈活性，大幅提高其實用性，進一步可實現其經濟效益。

且本發明並利用下列的技術手段，進一步實現前述之目的及功效；諸如：

所述之輸出組之第一傳動軸套一端具有一接合部，而該感測軸套件相對端部形成有一相對連接之接合部，使得該輸入軸可透過該感測軸套件帶動該第一傳動軸套。

所述之感測軸套件之接合部可以是一外緣嚙齒，而該第一傳動軸套之接合部可以是一能相對嚙合之內緣嚙齒。

所述之輸出組之第二傳動軸套與該輸入軸間設有至少一軸承。

所述之輸出組之第一傳動軸套與該輸入軸間設有至少一軸承。

所述之輸出組之第二傳動軸套於該單向軸承兩側分設有一徑向定位件。

所述之輸出組於徑向定位件之開口側設有一軸向定位件。

所述之輔助動力組之動力件於該單向軸承一側設有一徑向定位件。

所述之輔助動力組於徑向定位件之開口側設有一軸向定位件，使得該動力件可順暢平穩於第二傳動軸套上轉動。

所述之被動體可以是一自行車，而該輸入軸係該自行車之曲柄軸，且該曲柄軸可利用踩踏兩端曲柄來產生初始動力驅動。。

為使　貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

本發明係一種動力替代構造，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之設計與需求而進行變化。

本發明之動力替代構造的構成，係如第一、二圖所示，其係由一輸入軸（10）、一感測軸套件（20）、一輸出組（30）及一輔助動力組（40）所組成，其中該輸入軸（10）與輔助動力組（40）可以分別對該輸出組（30）進行驅動輸出，供分別或共同驅動一被動體如自行車；

而該動力替代構造之詳細構成，如第二、三圖所示，其中該輸入軸（10）的兩端中至少一端可以透過輸入一初始動力來作動其以軸心旋轉，該輸入軸（10）可以是自行車之曲柄軸，並透過踩踏設於兩端之曲柄來作動該曲柄軸，以透過曲柄軸上的齒盤來帶動鏈條供驅動自行車，且該感測軸套件（20）係套設於該輸入軸（10）中段處，使得該感測軸套件（20）可與該輸入軸（10）連動旋轉，且該感測軸套件（20）可供量測該輸入軸（10）之扭力值大小，並產生一相對扭力值大小之應變訊號，而該感測軸套件（20）並電氣連接一控制器〔圖中未示〕，使得該控制器可依該應變訊號或一啟動訊號〔如切換成外力驅動模式〕來操作一驅動件〔如馬達〕作動前述輔助動力組（40）輸出一輔助動力，又該感測軸套件（20）一端形成有一接合部（25），供與該輸出組（30）固設、且產生連動，其中該接合部（25）可以是外緣嚙齒或內緣嚙齒，而本發明之感測軸套件（20）接合部（25）係以外緣嚙齒為主要實施例；

而前述之輸出組（30）係由一第一傳動軸套（31）、一第二傳動軸套（35）及一輸出件（38）所組成，其中該第一傳動軸套（31）係套樞於該輸入軸（10）上，且該第一傳動軸套（31）中心具有一階級軸孔（310），該階級軸孔（310）的一端具有一可與前述感測軸套件（20）接合部（25）相對固接之接合部（32），其中該第一傳動軸套（31）之接合部（32）可以是內緣嚙齒或外緣嚙齒，而本發明第一傳動軸套（31）接合部（32）係以可與感測軸套件（20）接合部（25）之外緣嚙齒相對嚙合之內緣嚙齒為主要實施例，且該第一傳動軸套（31）階級軸孔（310）的另端與該輸入軸（10）間設有至少一軸承（33），使得該第一傳動軸套（31）與該輸入軸（10）兩者間存在有微動靜磨擦力，令該輸入軸（10）之輸入作用力不會直接傳遞至該第一傳動軸套（31），而該第二傳動軸套（35）係跨設樞套於該輸入軸（10）與該第一傳動軸套（31）之外緣，該第二傳動軸套（35）中心具有一階級軸孔（350），且該第二傳動軸套（35）階級軸孔（350）的一端與該輸入軸（10）間設有至少一軸承（36），使得該第二傳動軸套（35）與該輸入軸（10）兩者間存在有微動靜磨擦力，令該輸入軸（10）之輸入作用力不會直接傳遞至該第二傳動軸套（35）上，又該第二傳動軸套（35）之階級軸孔（350）另端與該第一傳動軸套（31）間設有至少一單向軸承（37），使該第一傳動軸套（31）可沿輸入軸（10）初始動力輸入方向單向帶動該第二傳動軸套（35），反之則呈空轉狀，又該單向軸承（37）兩側中至少一側設有一徑向定位件（371），且其中一徑向定位件（371）一側具有一軸向定位件（372），使得該第二傳動軸套（35）可穩固的於該第一傳動軸套（31）上運轉，再者該輸出件（38）係固設於該第二傳動軸套（35）的一端，使該輸出件（38）可被該第二傳動軸套（35）所帶動，該輸出件（38）可以是自行車之齒盤，供透過鏈條驅動自行車之前輪或後輪；

又前述之輔助動力組（40）可依前述應變訊號由控制器驅動件〔圖中未示〕作動輸出一相對應大小之輔助動力，以驅動該輸出組（30）之第二傳動軸套（35）輸出件（38），而該輔助動力組（40）係於輸出組（30）之第二傳動軸套（35）上套樞有一動力件（41），且該動力件（41）內緣與該第二傳動軸套（35）間設有至少一單向軸承（42），使該動力件（41）可沿著輸出件（38）驅動該被動體之方向單向帶動該第二傳動軸套（35），反之則呈空轉狀，又該單向軸承（42）一側設有一徑向定位件（43），且該徑向定位件（43）一側具有一軸向定位件（44），使得該動力件（41）可穩固的於該第二傳動軸套（35）上運轉；

藉此，可以透過作動該輸入軸（10）旋轉的初始動力來驅動該輸出組（30）之輸出件（38），並依該感測軸套件（20）量測輸入軸（10）初始動力之應變訊號或切換開關動作，而利用控制器之驅動件帶動該輔助動力組（40）動力件（41）對該輸出組（30）輸出件（38）提供一相對應大小之驅動動力，而組構成一動力替代構造者。

至於本發明動力替代構造的組成於實際作動時，則係如第一、四圖所示，當該輸入軸（10）獲得兩端中至少一端之初始動力時，例如輸入軸（10）為自行車曲柄軸時，可以透過踩踏兩端曲柄來輸入初始動力，則該輸入軸（10）會透過該感測軸套件（20）帶動該輸出組（30）之第一傳動軸套（31），且經由單向軸承（37）作動該第二傳動軸套（35），使得該第二傳動軸套（35）上之輸出件（38）可由初始動力來驅動，且該第二傳動軸套（35）並利用其外緣之單向軸承（42）與該動力件（41）形成空轉，避免帶動控制器之驅動件造成損壞。同時該感測軸套件（20）能量測該輸入軸（10）之扭力值大小，且對控制器發出一相對應之應變訊號，供該控制器判斷是否超出預設值，如該輸入軸（10）的扭力值未達啟動輔助動力組（40）之設定值時，則該輔助動力組（40）之動力件（41）呈靜止狀，使得該輸出組（30）之第二傳動軸套（35）與輔助動力組（40）之動力件（41）間可因單向軸承（42）的設置而形成空轉，而不致作動與該輔助動力組（40）動力件（41）嚙合之控制器驅動件如馬達，以避免該驅動件損壞。

而當該輸入軸（10）受初始動力驅動之扭力值變大〔例如騎乘自行車遇到爬坡時〕達到該控制器之預設值、又或想利用驅動件直接作動時，則如第一、五圖所示，其中該控制器可以啟動其與輔助動力組（40）動力件（41）嚙合之驅動件，並由該輔助動力組（40）輸出一個相對應之輔助動力，使得該動力件（41）可以透過該單向軸承（42）帶動輸出組（30）之第二傳動軸套（35）驅動其輸出件（38）轉動，且由於該輸出組（30）之第二傳動軸套（35）與第一傳動軸套（31）間設有單向軸承（37），使得兩者間形成空轉，而不致造成由輸入軸（10）傳遞來的初始動力與該輔助動力組（40）動力件（41）傳遞來的輔助動力或驅動動力相互干擾。

透過前述之設計與說明，本發明之動力替代構造利用該輸入軸（10）上之感測軸套件（20）來間接帶動該輸出組（30）之第一、二傳動軸套（31、35），且該第一、二傳動軸套（31、35）與該輸入軸（10）間設有軸承（33、36），而形成微動靜摩擦力之現象，使得該輸入軸（10）輸入的初始動力在未經該感測軸套件（20）量測時，其作用力不會被分散至該輸出組（30）的第一、二傳動軸套（31、35）上，而不致影響到輸入軸（10）的扭力形變量，讓該感測軸套件（20）可直接、且準確的量測到該輸入軸（10）的扭力值大小，同時不會有遲滯現象，量測值也不會有所失真，因此量測誤差小、且靈敏細膩，如此可避免發生小力無法有效偵得，又或累積成大力造成輔助動力暴衝的現象，故可使輔助動力順暢且平穩的輸出，同時透過該第二傳動軸套（35）與第一傳動軸套（31）及動力件（41）間分設有單向軸承（37、42）之設計，讓第二傳動軸套（35）上的輸出件（38）可依實際需求選擇驅動力的來源，提升其作動的靈活性。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

10:輸入軸 20:感測軸套件 25:接合部 30:輸出組 31:第一傳動軸套 310:階級軸孔 32:接合部 33:軸承 35:第二傳動軸套 350:階級軸孔 36:軸承 37:單向軸承 371:徑向定位件 372:軸向定位件 38:輸出件 40:輔助動力組 41:動力件 42:單向軸承 43:徑向定位件 44:軸向定位件

第一圖：係本發明動力替代構造之立體外觀示意圖。

第二圖：係本發明動力替代構造之立體分解示意圖，供說明其各元件之態樣及其相對關係。

第三圖：係本發明動力替代構造組成後之側視剖面示意圖。

第四圖：係本發明動力替代構造利用初始動力驅動之側視剖面示意圖。

第五圖：係本發明動力替代構造利用外部電力驅動之側視剖面示意圖。

10:輸入軸

20:感測軸套件

25:接合部

30:輸出組

31:第一傳動軸套

32:接合部

33:軸承

35:第二傳動軸套

36:軸承

37:單向軸承

371:徑向定位件

372:軸向定位件

38:輸出件

40:輔助動力組

41:動力件

42:單向軸承

43:徑向定位件

44:軸向定位件

Claims

一種動力替代構造，供驅動一被動體，其包含有：一輸入軸，可受至少一初始動力驅動；一感測軸套件，其係套固於該輸入軸上，該感測軸套件可直接檢知輸入軸之扭力值大小，且傳出一相對應之應變訊號；一輸出組，其具有一第一傳動軸套、一第二傳動軸套及一輸出件，該第一傳動軸套係套樞於該輸入軸上，而該第二傳動軸套跨設樞套於該輸入軸與該第一傳動軸套之外緣，且該第二傳動軸套與該第一傳動軸套間設有至少一單向軸承，使該第一傳動軸套可沿輸入軸初始動力輸入方向單向帶動該第二傳動軸套，又該輸出件可設於該第二傳動軸套上供驅動該被動體；以及一輔助動力組，其係於該第二傳動軸套上套樞有一動力件，且該動力件與該第二傳動軸套間設有至少一單向軸承，使該動力件可沿著輸出件驅動該被動體之方向單向帶動該第二傳動軸套，供依據前述應變訊號來產生一輔助驅動該第二傳動軸套之輔助動力。
如請求項1所述之動力替代構造，其中該輸出組之第一傳動軸套一端具有一接合部，而該感測軸套件相對端部形成有一相對連接之接合部，使得該輸入軸可透過該感測軸套件帶動該第一傳動軸套。
如請求項2所述之動力替代構造，其中該感測軸套件之接合部可以是一外緣嚙齒，而該第一傳動軸套之接合部可以是一能相對嚙合之內緣嚙齒。
如請求項1所述之動力替代構造，其中該輸出組之第二傳動軸套與該輸入軸間設有至少一軸承。
如請求項1或2或4所述之動力替代構造，其中該輸出組之第一傳動軸套與該輸入軸間設有至少一軸承。
如請求項1所述之動力替代構造，其中該輸出組之第二傳動軸套於該單向軸承兩側分設有一徑向定位件。
如請求項6所述之動力替代構造，其中該輸出組於徑向定位件之開口側設有一軸向定位件。
如請求項1所述之動力替代構造，其中該輔助動力組之動力件於該單向軸承一側設有一徑向定位件。
如請求項8所述之動力替代構造，其中該輔助動力組於徑向定位件之開口側設有一軸向定位件。
如請求項1所述之動力替代構造，其中該被動體可以是一自行車，而該輸入軸係該自行車之曲柄軸，且該曲柄軸可利用踩踏兩端曲柄來產生初始動力驅動。