CN100436250C - 自行车用变速驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明以简单的构造便可减小变速所需的马达的转矩。前变速驱动部(20)，是对变速缆线(21)所连接的前拨链器(97f)进行电动驱动用的装置，其包括壳部件(60)，马达驱动机构(61)和缆线连结部(62)。壳部件是安装在自行车的车架(102)的吊挂部(102b)上的部件。马达驱动机构具有转动轴(70)，是安装在壳部件中的机构。缆线连接部，具有可将变速缆线的一端卡止的卡止部(92)，且不能旋转地安装在转动轴上，从转动中心向垂直于变速缆线的方向延伸的臂(AR)的长度(L)根据旋转相位而变化。

Description

自行车用变速驱动装置

技术领域

本发明涉及变速驱动装置，尤其涉及对利用变速缆线等传递部件所连接的自行车用变速装置进行电动驱动用的自行车用变速驱动装置。

背景技术

人们早就知道通过缆线等传递部件对自行车的拨链器和内置变速轮毂等变速装置进行电动驱动的自行车用变速驱动装置(例如，参照专利文献1)。现有的变速驱动装置具有：壳部件，安装在壳部件内的马达，对马达的旋转进行减速的减速机构，与减速机构连接的凸轮机构，通过凸轮机构进行摆动的摆动连杆以及安装在摆动连杆上的内卡止部。摆动连杆在内卡止部的近前侧具有圆弧状的缆线卷取面，通过弹簧部件对内缆线向拉伸方向施力。

在具有这种结构的现有变速驱动装置中，根据变速指令使马达旋转时，通过减速机构使凸轮机构旋转，由于凸轮机构的转动而使摆动连杆摆动，使内缆线出入从而使变速装置进行变速动作。又，将螺旋弹簧的作用力给予摆动连杆，这样，即使变速装置的回动弹簧的弹力增大，螺旋弹簧也可将该力抵消，进行变速动作的自行车的马达所必需的转矩可以减小。此时，螺旋弹簧的弹力所产生的转矩，被设定成从低速侧向高速侧变速过程中逐渐增大。

专利文献1特许第3434385号公报

上述现有结构，通过设置螺旋弹簧和连杆机构，在卷取缆线时，利用螺旋弹簧对摆动连杆向缆线卷取方向施力，从而减小马达所必需的转矩，故可使马达小型化。但是，需要凸轮机构和施力机构之类的机构，构造复杂。

发明内容

本发明的课题是，以简单的构造可减小变速所需的马达的转矩。

发明1的自行车用变速驱动装置，是用于对通过传递部件连接的自行车用变速装置进行电动驱动的装置，其包括壳部件、马达驱动机构和部件连接部。壳部件是安装在自行车车架上的部件。马达驱动机构，具有转动轴，是安装在壳部件中的机构。部件连接部，具有可将传递部件的一端卡止的卡止部，不能旋转地安装在转动轴上，从转动中心向垂直于传递部件的方向延伸的臂的长度是根据旋转相位而变化的。

该变速驱动装置，其马达驱动机构的马达旋转而使转动轴转动，部件连接部摆动，使得与卡止部连接的传递部件移动，从而对自行车用变速装置进行电动驱动。这时，由于从转动中心向垂直于传递部件的方向延伸的臂之长度根据旋转相位而变化，故在自行车用变速装置中，通过将部件连接部的旋转相位设定成在需要最大力的旋转移送中臂的长度变短，这样，即使是相同的力矩，作用于变速装置上的力也增强。例如，在外装变速装置的情况下，将部件连接部的旋转相位设定成向最大的链轮变速时臂的长度变短，由此，即使是相同的转矩亦可用大的力使变速装置动作。因此，可减小马达的转矩。这里，由于部件连接部，是以从转动中心向垂直于传递部件的方向延伸的臂之长度发生变化的方式安装在转动轴上，故，以简单的构造便可减小变速所需的马达的转矩。

发明2的自行车用变速驱动装置，在发明1所述的装置上，部件连接部具有第一端不能旋转地安装在马达驱动机构上的第一臂部件，以及转动自如地与第一臂部件的第二端连接且设有卡止部的第二臂部件。这种场合，由于第二臂部件转动自如地与第一臂部件连接，故以简单的构造便可改变垂直于传递部件的臂的长度。

发明3的自行车用变速驱动装置，在发明2所述的装置上，第二臂部件具有卡止部、和从卡止部开始弯曲成圆弧状，且与第一臂部件连接的弯曲部。这种场合，利用从卡止部弯曲成圆弧状的弯曲部可躲开转动轴，并可进一步缩短臂的长度，更减小马达的转矩。

发明4的自行车用变速驱动装置，在发明1～3任一项所述的装置上，传递部件是变速缆线，卡止部将上述变速缆线的一端卡止。这种场合，传递部件是具有挠性的变速缆线，故卡止部的卡止构造变简单了。

发明5的自行车用变速驱动装置，在发明1所述的装置上，传递部件是变速缆线，部件连接部具有上述卡止部和导引槽，所述导引槽形成于外周面上，并对卡止在上述卡止部上的上述变速缆线进行导引，而且，相距上述转动中心的距离根据旋转相位而变化。这种场合，在对具有挠性的传递部件进行导向时，由于是由相距转动中心的距离根据旋转相位而变化的凸轮部件来构成部件连接部的，故部件连接部的构造简单。

根据本发明，由于部件连接部是以从转动中心向垂直于部件连接部的方向延伸的臂的长度发生变化的方式安装在转动轴上，故以简单的构造便可减小变速所需的马达的转矩。

附图说明

图1是采用本发明一实施方式的自行车之侧视图。

图2是该自行车车把部分的正视图。

图3是其后制动杆的侧视图。

图4是其后制动杆的正视图。

图5是前后链轮组的模式配置图。

图6是表示变速控制装置的构成的方框图。

图7是前拨链器周围的立体图。

图8是前拨链器的侧视图。

图9是配置在高速位置上的前拨链器的后视图。

图10是配置在低速位置上的前拨链器的后视图。

图11是配置在低速位置上的前变速驱动部的侧视图。

图12是配置在高速位置上的前变速驱动部的侧视图。

图13是另一实施方式的相当于图11、图12的图。

具体实施方式

图1中，采用了本发明一实施方式的自行车101是越野赛车，其包括：具有前叉98的菱形车架102；固定在前叉98上的车把部104；由安装有链条95和踏板PD的曲柄96和前后拨链器97f、97r以及前后链轮组99f、99r等构成的驱动部105；安装在前叉98和车架102后部上的前轮及后轮106f、106r；前后制动装置107f、107r；控制前后拨链器97f、97r的变速控制装置110。

车把部104，由车把管(handle stem)111和嵌合固定在车把管111上端的车把杆112构成。车把管111嵌合固定在前叉98的上部上。车把杆112是赛车车把型的，具有左右一对制动杆113f、113r。制动杆113f、113r如图2～图4所示，具有分别安装在车把杆112端部上的前后制动托座115f、115r和摆动自如地安装在制动托座115f、115r上的前后杆部件116f、116r。

制动托座115f、115r的内侧面及杆部件116f、116r的后表面上，分别设有前后拨链器97f、97r的变速操作用的前后变速操作部120f、120r和前后变速操作部121f、121r。前变速操作部120f和后变速操作部120r，为了在将手放在后制动托座115r和前制动托座115f上的状态下能够变速而分别设置。前变速操作部121f和后变速操作部121r，为了在将手放在后杆部件116r和前杆部件116f上的状态下能够变速而分别设置。

各变速操作部120f、120r、121f、121r，分别具有摆动自如的变速操作部件125，该部件可向中立位置P0，和从中立位置P0向下方或向内侧摆动的第一位置P1，以及从中立位置P0向上方或向外侧摆动的第二位置P2摆动。变速操作部件125被向着中立位置P0推压。另外，在变速操作部120f、121f上，如图6所示，在各自的内部设有前换高档开关131f和前换低档开关132f。在变速操作部120r、121r上，在各自内部也同样设有后换高档开关131r和后换低档开关132r。该实施方式这样构成：将变速操作部件125操作到第一位置P1时，前后换高档开关131f、131r接通，将变速操作部件125操作到第二位置P2时，前后换低档开关132f、132r接通。适当地设定该组合。

变速控制装置110如图2和图6所示，具有例如安装在车把杆112中央的壳部件126、收放在壳部件126内的由微机构成的变速控制部130和上述的变速操作部120f、120r、121f及121r。变速控制装置110具有收放在壳部件126内的液晶显示部135。变速控制部130上连接有：构成变速操作部120f、120r、121f、121r的前后换高档开关131f、131r和前后换低档开关132f、132r；安装在前叉98上的速度传感器122；前后拨链器97f、97r；其他输出输入部。速度传感器122，通过检测安装在前轮106f的辐条106s上的磁铁123来检测前轮106f的旋转。另外，速度传感器122通过无线或有线方式将旋转信号输出到变速控制部130。

变速控制部130，根据来自换高档开关131f、131r和来自前后换低档开关132f、132r的信号，以及来自前后变速位置传感器133f、133r的信号，对前后拨链器97f、97r进行变速控制。另外，还根据来自速度传感器122和变速位置传感器133f、133r的信号，将速度和变速位置显示在液晶显示部135上，并且还显示行驶距离。

驱动部105，如上所述包括链条95和换挂链条95用的前后拨链器97f、97r以及前后链轮组99f、99r。前拨链器97f设在车架102的座管102a上，是将链条95引导到2个变速位置上的拨链器。前拨链器97f如图7所示，通过变速缆线(传递部件的一例)21而与安装在车架102的吊杆部102b上的本发明的一实施方式之自行车用变速驱动装置的前变速驱动部20连接。在该实施方式中，变速缆线21只用ボ-デン型缆线之内缆线。后拨链器97r设在车架102的后部，是具有10个变速位置的可进行电控制的电动拨链器。这些拨链器97f、97r，由未图示的电源供电进行动作。在各变速驱动部20和后拨链器97r上，如图6所示，设有检测变速位置的变速位置传感器133f、133r。

前链轮组99f，如图5所示，在曲轴的轴向上具有排列配置的齿数不同的2个链轮F1、F2。后链轮组99r，具有沿着后轮的轮毂轴的轴向排列配置的齿数不同的10个链轮R1～R10。在此，位于内铡的链轮F1比位于外侧的链轮F2的齿数少。从位于最内侧的链轮R1开始齿数依次减少，位于最外侧的链轮R10齿数最少。前后拨链器97f、97r，将链条95移动到多个链轮F1、F2，R1～R10中的任一个上而进行变速动作。该变速操作，由变速操作部120f、120r、121f、121r进行。

前拨链器97f如图7～图10所示，主要包括安装在座管102a上的基座托架40、在与基座托架40接合脱离的变速方向上移动自如的链条导向装置41、以及转动自如地将基座托架40和链条导向装置41连接起来的相互平行地配置的内边杆42和外连杆43。另外，前拨链器97f还具有：从外连杆43向离开基座托架40、且接近座管102a的方向延伸的第一臂部44；两端与基座托架40及第一臂部的前端相连接，并将链条导向装置41向接近座管102a的方向施力的螺旋弹簧45；从外连杆43向接近座管102a的方向延伸、且前端上固定变速缆线21的第二臂部46。图9表示链条导向装置41位于外侧、且前拨链器97f配置在高速位置上的状态，图10表示链条导向装置41位于内铡、且前拨链器97f配置在低速位置上的状态。

基座托架40，如图7所示，具有：第一基座部件50、和开闭自如地安装在第一基座部件50上且和第一基座部件50一起抱着座管102a的第二基座部件51。在第一基座部件50上，其上部设有对螺旋弹簧45的上端进行卡止且为突出的轴形状的弹簧卡止部50a，并且在弹簧卡止部50a的下方设有摆动自如地安装着内连杆42的一对内连杆支承部50b。又，内连杆支承部50b的斜上方设有摆动自如地安装着外连杆43的一对外连杆支承部50c。

链条导向装置41，摆动自如地与内连杆42及外连杆43的下端连接。链条导向装置41将链条95导向到2个变速位置中的任1个上。

内连杆42，在基座托架40安装于座管102a上的状态下，配置在基座托架40的下方，两端转动自如地与基座托架40和链条导向装置41连接。内连杆42的一端摆动自如地连接在一对内连杆支承部50b之间。内连杆42的另一端，摆动自如地连接着链条导向装置41。

外连杆43，是在比内连杆42离基座托架40远的位置上，两端旋转自如地与基座托架40的外连杆支承部50c和链条导向装置41连接，并与内连杆42平行地配置的连杆。外连杆43的中间部摆动自如地连接在外连杆支承部50c上，一体形成有从该中间部向一端，并向座管102a弯曲地延伸的第二臂部46。在第二臂部46的延伸的前端，设有对变速缆线21进行螺栓固定的缆线卡止部43a。缆线卡止部43a上安装有固定螺栓52和带耳垫圈53，在带耳垫圈53和缆线卡止部43a之间安装着变速缆线21的端部，将固定螺栓52拧入，便将变速缆线21的一端卡止。

第一臂部44从外连杆43的连杆支承部分之间延伸。第一臂部44，是为了将螺旋弹簧45卡止在第一臂部44与基座托架40之阅而设置的。因此，在第一臂部44的前端设有对螺旋弹簧45的下端进行卡止用的、突出的轴形状之弹簧卡止部44a。

这里，第一臂部44的前端这样配置，即前拨链器97f从图10所示的低速位置向图9所示的高速位置移动时，第一臂部44不干涉链条导向装置41，且螺旋弹簧45最接近外连杆43的转动中心即外连杆支承部50c的转动中心。这样，由于使螺旋弹簧45靠近外连杆43的转动中心，故弹簧的延伸量小，在螺旋弹簧45进行最大延伸而使作用力变强的高速位置(链条导向装置41接近链轮F2的位置)附近的操作力(拉伸变速缆线的力)较小就行。因此，用变速操作部拉伸变速缆线进行操作时，此时的操作力小，如本实施方式那样，在通过前变速驱动部20用马达进行变速动作的情况下，可减小变速所必需的马达的转矩。

前变速驱动部20如图7、图11和图12所示，具有例如安装在自行车101的车架102之吊挂部102b上的壳部件60、具有转动轴70且安装在壳部件60内的马达驱动机构61、以及将变速缆线21连接起来的缆线连接部62。图11表示位于低速位置(链条导向装置41在链轮F1侧)时，图12表示前拨链器97f位于高速位置(链条导向装置41在链轮F2侧)时。壳部件60是内部具有可收纳马达驱动机构61的空间的部件，安装在固定于吊挂部102b上的安装托架71上。

马达驱动机构61包括：马达72、配置在马达72和转动轴70之间的减速机构73、和根据来自变速控制部130的指令来驱动马达72的马达驱动回路74。

减速机构73是对马达72的旋转进行减速、并传递给转动轴70的机构，其包括：旋转自如地安装在马达72的输出轴72a上的蜗杆81、与蜗杆81啮合的蜗轮82、以及与蜗轮82同芯配置的第一小直径齿轮83。减速机构73具有：与第一小直径齿轮83啮合的第一大直径齿轮84、与第一大直径齿轮84同芯配置的第二小直径齿轮85、以及与第二小直径齿轮85啮合的第二大直径齿轮86。转动轴70设在该第二大直径齿轮86上。另外，在第二大直径齿轮86和与其对置的壳部件60的内侧面上，设有检测变速位置(检测第二大直径齿轮86的旋转位置)的上述前变速位置传感器133f。这里，由于是用具有锁定功能的蜗杆81和蜗轮82减速，故，即使力作用于输出侧，减速机构73也不旋转，可将缆线连接部62可靠地定位于低速位置和高速位置上。

马达驱动回路74，采用例如FET等电子零件对马达进行PWM驱动。马达驱动回路74，根据来自变速控制部130的指令驱动马达72。

缆线连接部62不能旋转地安装在转动轴70上，从转动中心01向垂直于变速缆线21的方向延伸的臂AR的长度L根据旋转相位而变化。图11和图12表示从转动中心01沿着垂直于变速缆线21的延长线21b的方向延伸的臂AR。缆线连接部62具有：基端不能旋转地安装在转动轴70上的第一臂部件90；第二臂部件91，转动自如地与第一臂部件90的前端连接，前端具有可将设在变速缆线21的另一端上的圆柱部21a卡止的缆线卡止部92。

第一臂部件90是板状部件，从转动中心01向径向外侧延伸。第一臂部件90的基端侧，由安装托架71和壳部件60支承两侧。

第二臂部件91具有上述的缆线卡止部92，和从缆线卡止部92弯曲成圆弧状，且与第一臂部件90连接的弯曲部93。第2臂部件91，以夹着第一臂部件90的前端两面的方式连接在第一臂部件90上。因此，第二臂部件91上形成有槽部91a。这样，通过将弯曲部93设在第二臂部件91上，如图12所示，在将前拨链器97f移动至高速位置时，在使变速缆线21不干涉转动轴70的情况下，可缩短臂AR的长度。因此，即使马达72产生相等的转矩，也可增大作用于变速缆线21上的力，用更低转矩的马达72便可向需要强力的高速位置进行变速。又，将前拨链器97f配置在低速位置侧时，臂AR的长度L比高速位置时增长，作用于变速缆线21上的力减弱。

具有这种结构的前变速驱动部20，在前拨链器97f处于低速位置的状态下，通过前变速操作部120f、121f中的任一个的操作，前换高档开关131f接通时，马达72向一个方向旋转，缆线连接部62从图11所示的低速位置移动到图12所示的高速位置。结果，变速缆线21被拉伸，前拨链器97f从图10所示的低速位置向图9所示的高速位置移动。这时，低速位置上的臂AR的长度L与旋转相位相对应地逐渐变短，在高速位置上臂AR的长度L最小。结果，缆线连接部62从低速位置向高速位置转动时，作用于变速缆线21上的力逐渐增强。

另一方面，前拨链器97f在位于高速位置的状态下，通过前变速操作部120f、121f中任一个的操作，前换低档开关132f接通时，马达72向另一方向旋转而使缆线连接部62从图12所示的高速位置向图11所示的低速位置移动。其结果，力不作用于变速缆线21上，前拨链器97f因螺旋弹簧45的作用力而从图9所示的高速位置移动到图10所示的低速位置。

在此，由于缆线连接部62是以从转动中心01向垂直于变速缆线21的方向延伸的臂AR的长度L变化的方式安装在转动轴70上，故以简单的构造便可使变速所需的马达72的转矩减小。

又，在前拨链器97f上，第一臂部44的前端也这样进行配置：当前拨链器97f从图10所示的低速位置移动到图9所示的高速位置时，第一臂部44不干涉链条导向装置41，且螺旋弹簧45最接近外连杆43的转动中心、即、外连杆支承部50c的转动中心。这样，由于使螺旋弹簧45接近外连杆45的转动中心，故弹簧的延伸量减小，在螺旋弹簧45进行最大延伸而使作用力变强的高速位置(链条导向装置41接近链轮F2的位置)附近的操作力(拉伸变速缆线的力)较小即可。

其他实施方式

(a)上述实施方式中例示了驱动前拨链器97f的变速驱动装置，但变速驱动装置也可以是驱动后拨链器97r用的变速驱动装置，而且，还可以是驱动内置变速装置用的变速驱动装置。

(b)上述实施方式中，是用蜗杆81和蜗轮82进行定位和锁定，并进行减速以便即使力作用于缆线连接部62上时马达72也不旋转，但也可将减速、锁定以及定位分开进行，例如用锁定爪等对缆线连接部62进行定位和锁定。

(c)上述实施方式中，用2个杆部件90、91使臂AR的长度L可变，但如图13所示，也可用具有对变速缆线21进行卡止的卡止部192、以及将变速缆线21向卡止部192导引的缆线导引槽193的凸轮部件191构成缆线连结部163。前变速驱动部120的凸轮部件191，以从转动中心至导引槽193的距离根据凸轮部件191的旋转相位而变化的方式形成，卡止部192形成于导引槽193的终端。在该实施方式中，臂AR的长度L也是在图13中实线所示的高速位置和双点划线所示的低速位置进行变化，以使高速位置的臂AR的长度L比低速位置的短。因此，可取得和上述同样的作用效果。其他的结构和动作说明，和上述实施方式一样，故省略说明。

(d)上述实施方式中，作为传递部件例示了变速缆线，但传递部件也可用环和杆等其他部件。

Claims (5)

1.一种自行车用变速装置的驱动装置，是用于对通过传递部件连接的自行车用变速装置进行电动驱动的自行车用变速驱动装置，其包括：

壳部件，用于安装在上述自行车的车架上；

马达驱动机构，具有转动轴、且安装在上述壳部件上；

部件连接部，具有可对上述传递部件的一端进行卡止的卡止部，且不可旋转地安装在上述转动轴上，从转动中心向垂直于上述传递部件的方向延伸的臂的长度根据旋转相位而变化。

2.根据权利要求1所述的自行车用变速装置的驱动装置，上述部件连接部具有：第一端不能旋转地安装在上述转动轴上的第一臂部件，

转动自如地连接在上述第一臂部件的第二端上、且设有上述卡止部的第二臂部件。

3.根据权利要求2所述的自行车用变速装置的驱动装置，上述第二臂部件具有：

上述卡止部；

从上述卡止部呈圆弧状地弯曲，且与上述第一臂部件连接的弯曲部。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的自行车用变速装置的驱动装置，上述传递部件是变速缆线，上述卡止部对上述变速缆线的一端进行卡止。

5.根据权利要求1所述的自行车用变速装置的驱动装置，

上述传递部件是变速缆线，

上述部件连接部具有不能旋转地安装在上述转动轴上的凸轮部件，该凸轮部件具有上述卡止部和导引槽；

所述导引槽形成于所述凸轮部件的外周面上，并对卡止在上述卡止部上的上述缆线进行导引，并且所述导引槽相距上述转动中心的距离根据旋转相位而变化。

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