电动助力自行车的动力模块

技术领域

本公开涉及一种动力模块，特别涉及一种同轴配置的中置式电动助力自行车的动力模块，在不增加外形尺寸空间的条件下，分设两个感测器，以提升动力模块整体输出的精度，使电机辅助力达到最佳化的控制。

背景技术

电动助力自行车(Electric assisted bicycle)也称为e-Bike，是一种带有集成式电机与减速机的自行车，用以提供电机动力辅助推进。市场上有许多种电动自行车，但它们通常分为两大类：检测及辅助骑手踏力的电动助力自行车和仅以电机驱动的一般电动自行车。由于电动助力自行车必须同时整合人力及电机辅助力，并满足双动力(人力及电机辅助力)并存的需求，以于不同使用情境下使动力模块发挥最佳化效能，故对于力量的感测精度更为要求。

传统电动助力自行车的动力模块是利用踩踏轴的人力输入来控制电机辅助力的输入，因此需将扭力感测器放置在中间的脚踏轴。然而由于中间的脚踏轴的直径太小，所以扭力感测器的增设加工较为困难，且传统动力模块结合的扭力感测器的精度差且成本较高。再者，结合扭力感测器的脚踏轴已具有相当复杂的表面结构，不利于电机辅助力的输出轴的同心套合，因此电机辅助力的输出轴与脚踏轴仅能采分轴设计，使动力模块的体积不易缩减。

另一方面，传统电动助力自行车控制电机辅助力的输入后，仅利用转速来监测整体动力(人力结合电机辅助力)输出的效能，并未单独针对电机辅助力的输出进行监测，因此无法实时掌握电机辅助力的实际输出。由于结合扭力感测器的踩踏轴，已不利于电机辅助力的同心整合，若再增设另一扭力感测器来监测电机辅助力的实际输出，则需增加外形尺寸，以分别测量到人的脚踏出力以及电机辅助的出力，使动力模块的设计趋于复杂。

有鉴于此，实有必要提供一种电动助力自行车的动力模块，在不增加外形尺寸空间的条件下，利用简便方式结合扭力感测器同时测量人的脚踏出力及电机辅助出力，并以人的脚踏出力及电机辅助出力进行一扭力反馈，提升动力模块整体输出的精度，使电机辅助力达到最佳化的控制，以解决现有技术的缺失。

发明内容

本公开的目的在于提供一种电动助力自行车的动力模块，在不增加外形尺寸空间的条件下，利用简便方式结合扭力感测器同时测量人的脚踏出力及电机辅助出力，并以人的脚踏出力及电机辅助出力进行一扭力反馈，提升动力模块整体输出精度，使电机辅助力达到最佳化的控制。

本公开的另一目的在于提供一种电动助力自行车的动力模块。通过将第一感测器及第二感测器分别设置于减速机固定轴以及动力模块的壳体，使驱动控制器可依据第一感测器所测得的第一扭力以及第二感测器所测得的第二扭力来控制电机。当骑乘者未进行踩踏时，第一感测器与第二感测器皆不会有任何信号产生。通过一预定值比对第二扭力与第一扭力的差值，驱动控制器即可控制电机启动辅助力的时机与作用范围，同时进行电机辅助出力的扭力反馈，提升动力模块整体输出精度，使电机辅助力达到最佳化的控制。

为达前述目的，本公开提供一种电动助力自行车的动力模块，包括脚踏轴、齿盘出轴、减速机、电机、第一感测器、壳体、第二感测器以及驱动控制器。脚踏轴沿轴向设置。齿盘出轴沿轴向与脚踏轴平行设置，且沿径向同心地套设于脚踏轴。减速机具有减速机输出轴以及减速机固定轴分别沿轴向与脚踏轴平行设置，且减速机输出轴沿径向同心地套设于齿盘出轴。电机机械连接减速机，并通过减速机输入轴驱动减速机。第一感测器设置于减速机固定轴上，以检测减速机输出轴作用于减速机固定轴的第一扭力。壳体包括车架固定件以及容置空间，容置空间组配容置脚踏轴、齿盘出轴、减速机以及电机，其中脚踏轴的两端分别贯穿壳体，减速机固定轴连接至壳体，车架固定件自壳体向外凸伸，以将动力模块固定于车架上。第二感测器设置于车架固定件上，以检测动力模块作用于车架的第二扭力，其中驱动控制器电性连接至电机、第一感测器以及第二感测器，并依据第一扭力及第二扭力的差值控制电机。

于一实施例中，第二扭力与第一扭力的差值大于或等于预定值时，驱动控制器启动电机以输出电机输出扭力。于一实施例中，第二扭力与第一扭力的差值小于预定值时，驱动控制器关闭电机。

于一实施例中，第一扭力为一减速机输出扭力，作用于减速机固定轴的管径上与轴向垂直的一切线方向。

于一实施例中，第二扭力包括减速机输出扭力及一人力脚踏输出扭力，其中人力脚踏输出扭力作用于壳体上与轴向垂直的一切线方向。

于一实施例中，齿盘出轴通过第一单向轴承沿径向同心地套设于脚踏轴，其中脚踏轴受力转动时通过第一单向轴承驱动齿盘出轴转动。

于一实施例中，减速机输出轴通过第二单向轴承沿径向同心地套设于齿盘出轴，其中电机驱动减速机使减速机输出轴转动时，减速机输出轴通过第二单向轴承驱动齿盘出轴转动。

于一实施例中，壳体包括前固定板以及后固定板，分别沿轴向设置于壳体的两相反侧，其中脚踏轴沿轴向贯穿前固定板以及后固定板。

于一实施例中，减速机固定轴的固定端连接至后固定板，且减速机固定轴通过第一双向轴承同心套合至脚踏轴上。

于一实施例中，后固定板的扭转刚性大于减速机固定轴的扭转刚性。

于一实施例中，齿盘出轴的侧缘通过第二双向轴承连接前固定板，且侧缘通过第三双向轴承同心套合至脚踏轴上。

于一实施例中，减速机还包括输出齿轮以及固定齿轮分别设置于减速机输出轴以及减速机固定轴上，输出齿轮与固定齿轮彼此对接，于减速机输出轴带动齿盘出轴转动时，传递第一扭力。

本发明提供的电动助力自行车的动力模块，其脚踏轴、齿盘出轴以及减速机输出轴均为同轴设计而容置于动力模块的壳体内，第一感测器及第二感测器分别设置于减速机固定轴以及动力模块的车架固定件，相较于时下主流将繁复的扭力感测器设置于中间的脚踏轴，且脚踏轴再与减速机输出轴采平行非同轴设计，故可降低感测器安装困难度、节省组装空间并缩减整机体积。由于感测器的安装不因脚踏轴的直径过小而影响感测面积及组装便利性，可提升感测器的精度、降低成本，亦可提高空间利用率。此外，配置不同位置感测器检测减速机输出扭力、人力脚踏输出扭力，可用以控制电机启动辅助力的时机与作用范围，同时进行电机辅助出力的扭力反馈，提升动力模块整体输出精度，使电机辅助力达到最佳化的控制。

附图说明

图1是公开本公开优选实施例的电动助力自行车的动力模块的外观结构图。

图2是公开本公开优选实施例的电动助力自行车的动力模块的截面图。

图3是公开本公开优选实施例中第一感测器设置于减速机固定轴上的组合示意图。

图4是公开本公开优选实施例的电动助力自行车的动力模块中各感测器设置位置及其对应测量力示意图。

图5是公开本公开优选实施例的电动助力自行车的动力模块的运行流程图。

图6是公开本公开优选实施例的电动助力自行车的动力模块于电机辅助出力未作用时第二感测器所对应测量力示意图。

图7是公开本公开优选实施例的电动助力自行车的动力模块于电机辅助出力作用时第二感测器与第一感测器所对应测量力示意图。

图8是公开本公开优选实施例的电动助力自行车的动力模块中第二感测器测量总和输出扭力与人力脚踏输出扭力的对应关系示意图。

附图标记说明：

1：动力模块

10：脚踏轴

20：齿盘出轴

21：侧缘

30：减速机

31：减速机输出轴

32：输出齿轮

33：减速机固定轴

330：外环壁

331：固定端

34：固定齿轮

35：减速机输入轴

40：电机

41：电机出轴

50：第一感测器

60：壳体

61：车架固定件

610：侧壁

62：容置空间

63：前固定板

64：后固定板

70：第二感测器

71a、71b：应变规

80：驱动控制器

81：第一单向轴承

82：第二单向轴承

83：第一双向轴承

84：第二双向轴承

85：第三双向轴承

90：链条齿盘

C：轴向

T

T

T

S01～S04：步骤

X、Y、Z：轴

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用于限制本公开。

于本实施例中，电动助力自行车的动力模块(以下或简称动力模块1)，例如应用于中置式架构，动力模块1包括一脚踏轴10、一齿盘出轴20、一减速机30、一电机40、一第一感测器50、一壳体60、一第二感测器70以及一驱动控制器80。前述中置式架构是指动力模块1设置于电动助力自行车的前轮与后轮之间，通常用以与直接设置于车轮上的轮毂式架构区别。脚踏轴10的长度方向沿轴向C设置，轴向C例如平行X轴，垂直于Y轴与Z轴，其中重力方向相反于Z轴方向。齿盘出轴20呈长筒状且沿该轴向C与脚踏轴10平行设置，齿盘出轴20的内侧表面通过第一单向轴承81沿径向同心地套设(concentrically sleeved)于脚踏轴10的外侧表面，该径向是与前述轴向C垂直。于本实施例，当脚踏轴10承受骑乘者脚踏力且顺向转动时通过第一单向轴承81带动齿盘出轴20转动。于本实施例中，减速机30例如具有减速机输出轴31、输出齿轮32、减速机固定轴33、固定齿轮34以及减速机输入轴35。其中减速机输出轴31、减速机固定轴33以及减速机输入轴35分别沿轴向C与脚踏轴10平行设置，且脚踏轴10贯穿减速机输出轴31、减速机固定轴33以及减速机输入轴35形成同轴结构，减速机输出轴31沿径向同心地套设于齿盘出轴20上，且通过第二单向轴承82连接至齿盘出轴20的外侧表面。需说明的是，第一单向轴承81为一单向离合器构成，通过第一单向轴承81，脚踏轴10仅可由单一转动方向驱动齿盘出轴20，亦即仅有单一方向的踩踏可以传递脚踏力驱动齿盘出轴20带动车辆前行，若以相反方向踩踏则无法带动齿盘出轴20。于本实施例中，电机40机械连接减速机30，其中电机40的电机出轴41机械连接并通过减速机输入轴35驱动减速机30，使减速机30通过减速机输出轴31转动并通过第二单向轴承82而带动齿盘出轴20转动。同样地，第二单向轴承82为一单向离合器，通过第二单向轴承82，减速机输出轴31仅可由单一转动方向驱动齿盘出轴20，亦即仅有单一方向的旋转时减速机扭力输出才可以传递而驱动齿盘出轴20并带动车辆前行。换言之，本实施例中第一单向轴承81与第二单向轴承82可致能的单一转动方向相同，使脚踏轴10的人力出力与减速机输出轴31传递的电机辅助力对齿盘出轴20的驱动作用可分别输入且彼此加成。当然，本公开并不受限于此。

于本实施例中，输出齿轮32设置于减速机输出轴31上，固定齿轮34设置于减速机固定轴33上，输出齿轮32与固定齿轮34沿轴向C排列且彼此对接，以于减速机输出轴31带动齿盘出轴20转动时，传递一第一扭力T

于本实施例中，壳体60呈一套筒状沿轴向C设置，且包括一车架固定件61以及一容置空间62，容置空间62组配容置脚踏轴10、齿盘出轴20、减速机30以及电机40，其中脚踏轴10的两端分别沿轴向C贯穿壳体60的两侧，使脚踏轴10的两相对端外露。减速机固定轴33容置于容置空间62，且减速机固定轴33的一固定端331连接至壳体60，车架固定件61自壳体60向外凸伸而与壳体60表面有一高度差，以组配将动力模块1固定于一车架(未附图)上。另外，于本实施例中，第二感测器70则例如设置于车架固定件61的一侧壁610上，用以检测动力模块1作用于车架的一第二扭力T

于本实施例中，驱动控制器80电性连接至电机40、第一感测器50以及第二感测器70。于本实施例中，第一感测器50例如是包括一应变规，沿轴向C设置于减速机固定轴33的外环壁330，用以感测例如是减速机输出扭力的一第一扭力T

于本实施例中，壳体60呈一套筒状沿轴向C设置，且包括一前固定板63以及一后固定板64，分别沿轴向C设置于壳体60的两相反侧，容置空间62定义于前固定板63与后固定板64之间。其中脚踏轴10的两相对端即沿轴向C分别贯穿前固定板63以及后固定板64。于本实施例中，减速机固定轴33的固定端331连接至后固定板64，且固定端331通过一第一双向轴承83同心套合至脚踏轴10上。需说明的是，本公开并不限定前固定板63与后固定板64的组合方式。于本实施例中，车架固定件61例如自后固定板64的外缘，沿径向往外凸伸出壳体60。于其他实施例中，车架固定件61可例如直接由壳体60的外周缘向外延伸，不需经由后固定板64凸伸，本公开并不以此限。于本实施例中，第一感测器50设置于减速机固定轴33上，第二感测器70设置于后固定板64外缘的车架固件61上。因应第二感测器70测量的第二扭力T

于本实施例中，动力模块1还包括一链条齿盘90，沿径向同心地套设于齿盘出轴20的侧缘21，且邻近齿盘出轴20的外侧表面上，并于脚踏轴10受人力踩踏顺向转动齿盘出轴20时，提供第二扭力T

需说明的是，本公开的齿盘出轴20及链条齿盘90可配置于靠近骑乘者的右脚侧或左脚侧，而前述顺向转动的顺向是指齿盘出轴20沿一旋转方向转动，带动链条齿盘90、链条及后轮转动时使电动助力自行车前进的脚踏轴10转动方向，此旋转方向会因齿盘出轴20及链条齿盘90配置于靠近骑乘者的右脚侧或左脚侧，或于不同侧观察而定义出具有顺时针或逆时针两种旋转方向，此些旋转方向配合单向轴承81、82配置可用以决定电动助力自行车是否被驱动前进，避免因错误踩踏姿势损伤机件，而非用于限制本公开。

参考图1至图5。在骑乘者未进行脚踏时，第一感测器50及第二感测器70皆不会感测到有任何信号产生，此时第一扭力T

如图8所示，齿盘出轴20或链条齿盘90输出的第二扭力T

综上所述，本公开提供一种电动助力自行车的动力模块，在不增加外形尺寸空间的条件下，利用简便方式结合扭力感测器同时测量人的脚踏出力及电机辅助出力，并以人的脚踏出力及电机辅助出力进行一扭力反馈，提升动力模块整体输出精度，使电机辅助力达到最佳化的控制。再者，通过将第一感测器及第二感测器分别设置于减速机固定轴以及动力模块的车架固定件，使驱动控制器可依据第一感测器所测得的第一扭力以及第二感测器所测得的第二扭力来控制电机以输出电机输出扭力。当骑乘者未进行踩踏时，第一感测器与第二感测器皆不会有任何信号产生。当骑乘者开始踩踏时，通过一扭力预定值比对第二扭力与第一扭力的差值，驱动控制器即可控制电机启动辅助力的时机与作用范围，同时进行电机辅助出力的扭力反馈，提升动力模块整体输出精度，使电机辅助力达到最佳化的控制。

本公开得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。