CN100408423C - 自行车变速设备 - Google Patents

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Abstract

一种马达驱动的自行车变速设备，包括：变速器装置(14)，和控制变速器装置(14)的直接与变速器装置相连的电动马达(27)，以及绝对类型电传感器(50，56)，该传感器也与变速器装置相连，并设计成产生指示变速器装置(14)的可移动主体(17)的绝对位置的电信号。

Description

自行车变速设备
背景技术
本发明涉及自行车变速设备，该类型变速设备包括：
至少一个变速器装置，该装置有指定连接到自行车框架上的第一主体，以及有第二主体，第二主体能够相对于第一主体移位，以引起自行车链条在多个链轮上的选择性接合，从而得到该设备的不同变速比；
电促动器，用以驱动变速器装置的第二主体的移位；
电子控制装置，用以控制所述电促动器；
手动激活装置，连接到所述电控制装置上，激活所述电促动器以选择所需要的齿轮；
用于探测变速器装置的第二主体的位置以及向所述控制装置指示所述位置的装置，以便一旦达到所要求的位置后使电促动器自动失效；
其中所述电促动器与所述变速器装置直接相连。
上述类型的变速设备在US-A-480 356中有说明和展示，该专利归同一申请人所有。
附图图1所示为用参考数字1表示的赛车，赛车包括以众所周知的形式用管状元件制成的框架2，管状元件包括支承后轮4的支柱3。参考数字5为支承前轮6的、与手把70相连的前叉，手把70也做成管状结构。
在其下部，框架2承托着基本上为通常类型的曲柄组件7，以依靠用数字8表示的根据本发明的变速器设备来驱动后轮4。
变速设备8主要包括后部组件9和前部组件10，后部组件9和前部组件10以众所周知的方式包括：与后轮4的轴A同轴的不同直径的多个链轮11，以及与自行车曲柄组件7的轴B同轴的不同直径的多个冕状齿轮12。
链轮11和冕状齿轮12可以通过传动链条来有选择地进行连接，传动链形成封闭环13，通过激活形成后部组件9的一部分的后变速器装置14和属于前部组件10的前变速器装置15，得到由变速设备8提供的不同的传动比。
图2所示为根据US-A-5 480 356中提出的解决方案制成的后变速器装置14。后变速器装置14包括：第一主体16，设计成连接到自行车框架上；以及第二主体17，通过包括两条臂18和19的平行四边形连杆装置连接到第一主体16上，臂18和19的端部在20，21和22，23处铰接到两主体16和17上。第二主体17以众所周知的方式包括：承托传动链轮25和26的摇臂24。
参考数字27表示电促动器，其形式为与减速齿轮结合的电动马达，减速齿轮直接装入变速器装置14中，以驱动第二主体17的移位，随后驱动摇臂24的、在链条3与链轮11的多个结合位置之间的移位。
图3所示为形成US-A-5 480 356中所述设备实物的附带减速齿轮的马达组件27。在所述图中，用数字28表示的马达和减速齿轮组件27的主体，用放大的横截面图示出。主体28不仅包括马达27，还包括与从电动马达27中伸出的主轴相连的外摆线减速齿轮29。外摆线减速齿轮29驱动螺杆30的转动。如图2中所示，马达和减速齿轮组件的主体28绕轴22以铰链连接器连接到变速器装置的主体16上，而螺杆30与螺帽31接合，螺帽31的主体以铰接形式绕轴21安装在变速器装置的主体17上。结果，马达和减速齿轮组件位于平行四边形连杆装置的对角线上，且马达的转动通过摆线齿轮29引起螺杆30相应的转动，从而螺帽31沿螺杆移动，导致平行四边形连杆装置的轴21和22之间距离的拉长或缩短。
如图3所示，马达和减速齿轮组件的主体28还包括装置32，装置32包括编码器，编码器包括以众所周知的方式与螺杆30所带的盘34配合的光学或磁传感器。
供给马达和减速齿轮组件27的电能由电池30’(图1)提供，电池极方便地放置在自行车框架2的管之一中，或者放置在手把70的一侧中，或者放置在微处理器控制装置40(在图1中部分可见)的容器中；微处理控制装置40例如可以连到在曲柄组件区域内的自行车框架上，并用于根据来自两手动控制杆43和44(也可用两个按钮代替)的信号控制电动马达27，控制杆43和44与众所周知的形式与制动杆41(图1)相连使用。
微处理装置40还与编码器32相连，编码器32探测螺杆30的角位置，以及探测随后的后变速器装置的角位置，以便在抵达所需的传动齿轮时停止电动马达，所述齿轮通过手动操作控制杆43和44(操纵控制杆以将链条分别转换到更高或与更低的齿轮上)来进行选择。在上述电动部件之间的连接，在上述众所周知的解决办法中，依靠方便地放置在自行车框架2的管内的线(在图中未示出)来进行。
上述较早的申请描述了使用任何类型编码器来提供探测变速器装置的第二主体位置的装置的机会。根据申请人过去的经验，使用了增量编码器。但使用此类传感器，在供应给编码器的任何的电力中断之后，都必须要进行编码器再校准的过程，该过程通过将变速器装置移动到编码器作为零基准的位置来进行。对增加带电池电源系统的自行车自主性的需求日渐增加，由此减少电力消耗的要求也日渐增加，意识到这一点很重要。为此，可以使用控制系统，只在需要满足要求的时间段内供给能量，然后系统转入低消耗状态。即使采用增量传感器，也可采用一些对策将探测到的位置值储存在控制装置的逻辑电平中，这是事实。但，这样的解决办法也许不足以保证传感器的可靠性，因为当不供电时，变速器装置的第二主体的位置可能因在运动中自行车容易受到振动而有小的变化。
发明内容
本发明的目的是获得在本说明书开头所述类型的变速器，其中即使是在例如电力供应中断的情况下，探测齿轮可动主体位置的装置，也总是保证对所述位置的可靠的和准确的指示。
为了达成所述目的，本发明的客体是有所有在本说明书开头所述特征的变速器设备，且其特征还在于探测装置由与所述变速器装置相连的绝对电传感器组成，并设计成产生指示变速器装置所述第二主体绝对位置的电信号。
由于所述特征，该传感器总是能提供关于变速器装置第二主体位置的准确信息，而在供电中断后无需任何再校准过程。
在一优选实施例中，所述传感器为电位计，该电位计包括至少一条导电迹线，以及作为变速器装置所述第二主体的相对于第一主体的任何运动的结果、在所述迹线上滑动的触头。在所述实施例的第一个例子中，所述电位计为旋转型的，包括至少一条环形迹线以及一个与所述迹线接合的可转动触头。在第二个例子中，电位计为滑动电位计，包括带有上述迹线的柱体，以及在柱体内滑动的携带可动触头的杆。
绝对传感器可以直接与促动器相连，或者可以放置在变速器装置的两部分之间，作为所述第二主体相对第一主体运动的结果，变速器装置的两部分彼此相对运动。例如，在变速器装置有将第一主体连接到第二主体上的平行四边形连杆装置的情况下，转动电位计可以与平行四边形连杆装置的任何铰链轴相连使用，或者可以将滑动电位计布置在平行四边形连杆装置的彼此相对运动的两部分之间，或者将滑动电位计布置在马达主体和螺帽之间，螺帽与由马达驱动的螺杆接合。
在电位计安装在促动器轴上的情况下，电位计最好放在减速装置的下游，这样，当变速器装置在其两端位置之间移动时，电位计行程少于一转。此外，可以在电位计自身中带有减速齿轮，或者可以在提供电位计的同时，提供计算轴转数的装置，电位计安装于轴上。
绝对传感器可以不必为电位计；例如，可以为光学或磁类型传感器，诸如霍尔效应传感器。
附图说明
从以下参照附图的说明中，将会突现出本发明的进一步的特征和优点，附图只作为范例而非限定其范围，其中：
图1为赛车透视图；
图2为根据已知技术制造的后变速器装置的透视图；
图3为形成图2中的变速器装置的一部分的、马达和减速齿轮组件的分解透视图；
图4为根据本发明制成的后变速器装置第一实施例的正视部分横截面图；
图5为沿图4直线V-V截取的横截面图；
图6为沿图5直线VI-VI截取的横截面图；
图7为根据本发明制成的后变速器装置第二实施例的透视图；
图8为根据本发明的第三实施例制成的后变速器装置的前视图；
图9为图8细部的按比例放大的分解横截面图；
图10为根据本发明第一实施例制成的自行车前变速器装置的透视图；
图11为图10前变速器装置的部分横截面图；
图12为对应图11中所示的、展示前变速器装置在不同工作状态下的视图；
图13和14展示图11和12中所示前变速装置的变型。
具体实施方式
在图4中，对应图2中所示的部分用相同的参考数字表示，在图4中所示的后变速器装置的总体布置，基本上与图2中所示相同。同样，马达和减速齿轮组件有在22处与变速器装置的第一主体16铰接的主体28，且组件控制与螺帽31接合的螺杆30，螺帽31在21处与变速器装置的第二主体17铰接。但在图4的情况下，探测第二主体17的位置的装置不是由与马达27相连的编码器组成，而是由与平行四边形连杆装置的铰链轴21安装在一条线上的传感器50组成。更特别地，传感器50为绝对传感器，即传感器设计成产生指示第二主体17绝对位置的电输出信号。在图4的实施例中，传感器50包括转动电位计，该电位计能够探测第二主体17相对于销51(见图5和图6)的绝对角位置，销51使主体17能够绕轴21铰接到平行四边形连杆装置的臂18上。所述销51相对于主体17自由转动，并与平行四边形连杆装置的臂18刚性连接，从而销51绕主体17的一定的相对转动，明确地对应主体17的一定位置。如图5和图6中所示，传感器50包括两条环形导电迹线52，均由与轴21同轴的主体17支承；以及包括转动触头53，触头53与销51一起转动，并有分别与两条迹线52以滑动接触接合的两个触点54(见图6)。两条迹线52靠电线55与电源电连接，可动触头53用于闭合两迹线之间的电路，可动触头53位置的任何变化，以已知的方式引起可测量电阻的变化，从而产生指示可动主体17绝对位置的信号。
图7所示为第二实施例，与图4中所示实施例的不同之处只在于：转动电位计54不是布置成与铰链轴21在一条线上，而是与平行四边形连杆装置的其它铰链轴(即铰链轴23)在一条线上。此外，变速器装置的结构和电位计50的结构与参照图4-6所述的实施例相同。
图8所示为使用绝对传感器的另一实施例，该实施例包括滑动柱状类型电位计56。在图9中以示意图展示了电位计56的结构。所述电位计包括柱体57，柱体57包括面对面布置的两条导电迹线58，由电线59供电。在柱体57中有带元件61的滑动杆60；元件61更象是活塞位于柱体内，起到活动触头的作用，设计成通过将两条迹线58连接到一起来闭合电路；因而同样的，组件的电阻视杆60的位置而定。
如图8中所示，传感器56与马达27一样，也位于平行四边形连杆装置的对角线上(位于平行四边形之外，在此处传感器56不会与马达相碰触)。柱体57在62处铰接到固定主体16上，而杆60在63处铰接到平行四边形连杆装置(与一般在已有变速器装置中使用的、连接挠性控制线的平行四边形连杆装置类似)的臂18的附件18a上。
图10-12所示为本发明应用到前变速器装置上的另一实施例。同样，以从所周知的形式，前变速器装置由第一主体16和第二主体17组成；第一主体16设计成以某种已知的形式连接到自行车框架上；第二主体17根据已有的方法做成叉的形式，以控制与曲柄组件相连的冕状齿轮12上的链条的选择性接合。同样，主体17也与众所周知的方式通过平行四边形连杆装置连到固定主体16上；平行四边形连杆装置包括两条臂18和19，臂18和19分别在20，21和22，23处铰接到固定主体16和可动主体17上。此外，在本发明的情形中，臂18伸展到操纵杆60中；操纵杆60的移动由前述类型的马达和减速齿轮组件27来控制，操作杆60安装到固定主体16上，以便绕平行下地平行四边形连杆装置的轴20-23的轴90摆动。马达和减速齿轮组件27使螺杆30旋转，螺杆30与在61处铰接到操纵杆60上的螺帽31相接合。图11和12展示了叉形的在其两端部位置的可动主体17。
在后变速器装置的情况下，同样用绝对传感器来探测可动主体17的位置。在图11和12的例子中，所述传感器为与铰链轴20相连的转动电位计，该电位计包括与臂18和操纵杆60相连的转动触头53，转动触头53在固定主体16上的弧形迹线52上滑动。
最后，图13和14所示为：除了采用滑动电位计56之外，基本上与图11和12中所示实施例相同的变形，滑动电位计56包括在引导元件57内的以滑动接触方式接合的杆60。传感器56的内部结构，与图9中所示例子的结构极其相似，意在使杆60能进行可动接触，该可动接触设计成将位于引导元件57内表面上的两条相对的迹线相连。
显然，从以上描述中可知，本发明的基本原则是：实现用直接与变速器装置相连的马达来驱动的变速装置，以及实现用以探测由马达控制的可动主体位置的传感器，该传感器为绝对类型，即，传感器设计成产生指示可动主体绝对位置的输出信号。虽然最好以电位计的方式来实现所述传感器，但也可以用其它类型的绝对传感器。
例如，光学或甚至磁(如霍尔效应)类型的绝对传感器所众所周知，该类传感器适合于产生指示所探测元件绝对位置的输出信号。
同样明显地从以上描述中可知，由于绝对传感器的使用，不管任何的电源断开，或当自行车在运动过程中设备经受的任何撞击或振动，根据本发明制成的设备总是能够提供关于移位元件位置的可靠的和准确的指示。
也很显然的是，根据在此用例举的形式描述和展示的实施例，绝对传感器的位置可以变化极大。从带有平行四边形连杆装置的变速器装置的情形中可以看出，传感器可以放置成与平行四边形连杆装置的任一铰链轴在同一条线上，或传感器可以放置在变速器装置的彼此相对运动的任何两部分之间，变速器装置任何两部分的彼此相对运动是变速器装置可动主体的任何移位的结果。或者，传感器能够与附带减速齿轮的控制马达组件直接相连。显然，当传感器安装得离要监测的元件越近时，来自传感器的信号越准确，从而其信号不受任何驱动元件或相应的间隙的影响。
最后，至于电动控制马达，可以明显地用任何众所周知的形式制造。例如，可以用带电刷触点的直流马达，超声波马达，步进马达，或无电刷式马达。
根据本发明制成的设备部件之间的电连接，还可以用无线类型技术来实现，该技术中采用与各部件相连的发射器和接收器。
当然，对本发明的原则不应带任何偏好，实施例的结构细节和类型相对于例举描述和展示的形式可以有极大的变化，而该变化不会脱离本发明的范围。

Claims (5)

1. 自行车变速设备，包括：
至少一个变速器装置(14，15)，该装置有设计成连接到自行车框架(2)上的第一主体(16；16′)，以及设计成能够相对于第一主体(16；16′)移位的第二主体(17；17′)，以引起自行车链条(13)在多个链轮(11，12)上的选择性接合，从而得到该设备的不同变速比；
电促动器(27；27′)，用以驱动变速器装置的所述第二主体(17；17′)的移位；
电子控制装置(40)，用以控制所述电促动器(27；27′)以选择所需要的变速比；和
用以探测变速器装置的所述第二主体(17；17′)的位置的探测装置(50)；
其特征在于，所述电促动器(27；27′)包括与所述变速器装置直接相连的电动马达，并且所述探测装置包括一个与所述马达(27；27′)的轴直接相连的绝对传感器(50)，并设计成产生指示变速器装置的所述第二主体(17；17′)相对于所述第一主体(16；16′)的绝对位置的电输出信号。
2. 根据权利要求1的变速设备，其特征在于：传感器为安装在电动马达轴上的转动电位计。
3. 根据权利要求2的变速设备，其特征在于：减速器插入到电位计和电动马达轴之间，从而当变速器装置在其两端部位置之间移动时，电位计行程少于一转。
4. 根据权利要求2的变速设备，其特征在于：电位计包括减速器。
5. 根据权利要求2的变速设备，其特征在于：计算马达轴转数的装置与电位计相连。
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