CN102826190A - 自行车链张紧设备 - Google Patents

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Abstract

一种自行车链张紧设备主要设置有基部构件、辊轮和电存储单元。辊轮由基部构件支承。辊轮包括发电机，该发电机响应于被自行车链转动的辊轮而产生电能。电存储单元布置在基部构件上，并且电连接至发电机，以用于存储由发电机产生的电能。

Description

自行车链张紧设备
技术领域
本发明总体涉及一种自行车链张紧设备。更特别地，本发明涉及一种产生电能的自行车链张紧设备。
背景技术
近来，自行车已经装备有各种电子元件，以使骑车人更加易于骑车且更加享受。一些自行车装备有电控的换档系统。这些电控的换档系统可基于自行车骑行情况进行自动操作，或者可由骑车人根据期望进行手动操作。这种电控的换档系统需要来自动力源的电而进行操作。一些自行车设置有电池以作为用于电子元件的动力源。一些自行车设置有轮毂发电机以作为用于电子元件的动力源。在任何情况下，对于装备有各种电子元件的自行车而言，需要电动力源。
发明内容
在本公开中所提出的一个方面在于提供一种产生用于电子自行车元件的电能的自行车链张紧设备。
鉴于已知技术的状况，提供了一种自行车链张紧设备，该自行车链张紧设备主要包括基部构件、辊轮和电存储单元。该辊轮由基部构件支承。该辊轮包括发电机，该发电机响应于被自行车链转动的辊轮而产生电能。该电存储单元布置在基部构件上并且电连接至发电机，以用于存储由发电机产生的电能。
对于本领域技术人员来说，根据下列详细描述，自行车链张紧设备的这些和其他目的、特征、方面和优点将变得显而易见，该详细描述结合所附附图进行并且公开了自行车链张紧设备的一个说明性实施例。
附图说明
现在参照所附的附图，这些附图形成本原始公开的一部分：
图1是自行车的后部部分的局部侧视图，该自行车装备有内部轮毂传动装置(例如，内部带齿轮毂)和根据一个示例性实施例的自行车链张紧设备，该自行车链张紧设备产生用于自行车的电子元件的电动力；
图2是图1所示的自行车的车把区域的透视图，其中控制单元和多个操作装置或输入装置安装到直型车把上；
图3是示意性框图，其示出了自行车元件控制装置的全部构造；
图4是自行车链张紧设备的透视图，其中罩已移除，并且示出了自行车链张紧设备要安装到自行车车架的悬架部分上；
图5是自行车链张紧设备的辊轮的分解透视图，以便显示出发电机；以及
图6是自行车链张紧设备的透视图，其中罩已移除，并且示出了自行车链张紧设备要安装到内部带齿轮毂的轮毂轴上。
具体实施方式
现在将参照附图来说明所选择的实施例。根据本公开，对于本领域技术人员而言显而易见的是，实施例的下列描述仅仅为了进行说明，而不是为了限制由所附的权利要求及其等同物所限定的发明。
首先参照图1，显示出自行车10的一部分，该自行车装备有内部带齿轮毂12和根据一个示例性实施例的自行车链张紧设备14。如下所述，自行车链张紧设备14产生用于至少内部带齿轮毂12的电动力，该内部带齿轮毂是电操作装置。内部带齿轮毂12安装在自行车10的自行车车架16的后部部分上。内部带齿轮毂12还形成自行车10的后轮18的一部分。再者，内部带齿轮毂12形成自行车10的驱动系20的一部分。典型地，除了内部带齿轮毂12之外，驱动系20还包括前曲柄装置(crankset)22和车链24。该车链24是传统的自行车链，其接合前曲柄装置22的链环26和内部带齿轮毂12的后驱动链轮28。
如从图2看到的，自行车10还包括计算机单元30，该计算机单元安装到自行车10的车把32上。计算机单元30优选地是自行车计算机，其测量、计算和显示各种骑行参数，诸如自行车速度、行进距离、脚蹬速度、脚蹬节奏等。计算机单元30包括具有控制电路的微型计算机，具有一个或多个CPU、存储单元、计算单元和类似单元。微型计算机还包括软件，该软件根据从输入装置34和其他输入装置(未示出)所输出的输入信号而输出预定参数。
如从图2看到的，计算机单元30可通过远程输入装置34而操作地连接至内部带齿轮毂12。输入装置34优选地安装在自行车10的车把32上，但是可根据需要和/或期望而安装在其他位置中。输入装置34构成呈转换器形式的手动操作输入构件的一个实例。输入装置34选择性地将输入信号输出给自行车链张紧设备14，以改变内部带齿轮毂12的换档设置。计算机单元30对于内部带齿轮毂12的操作而言并不是必需的。在此所使用的术语“信号”并不限制为电信号，而是包括其他类型的信号，诸如指令。
如从图2看到的，计算单元30可通过线束(wiring harness)36连接至自行车链张紧设备14，以及可通过电线38连接至输入装置34。因而，从输入装置34输出的输入信号可根据需要和/或期望通过计算机单元30传送到内部带齿轮毂12。然而，输入装置34可根据需要和/或期望构造为将信号直接发送到自行车链张紧设备14。输入装置34可通过电线或通过无线通信而与自行车链张紧设备14有联系。当输入装置34通过无线通信与自行车链张紧设备14有联系时，不需要线束36和电线38。
如从图3看到的，输入装置34可直接与内部带齿轮毂12进行无线通信，以及直接与计算机单元30进行无线通信。在该情况下，计算机单元30并不与自行车链张紧设备14进行通信。当输入装置34直接与内部带齿轮毂12进行无线通信时，输入装置34优选设置有一个或多个转换器40和传送器42，以用于无线输出转换信号(例如，调高速档和调低速档信号)以改变内部带齿轮毂12的速度档位。优选地，输入装置34还包括电池或电源44，该电池或电源用作用于转换器40和传送器42的动力源。电池44可例如是或者可替换的或者可再次充电的镍氢电池或锂离子电池。
返回参照图3，内部带齿轮毂12包括设置有电动机单元48的传统的自行车轮毂传动装置46，诸如由Shimano Inc.所销售的商标名为
Figure BDA0000122922350000041
的轮毂传动装置。轮毂传动装置46具有多个速度档位，诸如3、8、10或11速度档位等。如在此所示出的电动机单元48例如可如美国专利US 6,380,731所示的那样进行构造。轮毂传动装置46主要包括轮毂壳54、轮毂轴56和行星齿轮传动装置(未示出)。轮毂壳54随着操作地布置在轮毂壳54与轮毂轴56之间的行星齿轮传动装置(未示出)一起绕着轮毂轴56转动。轮毂轴56限定了内部带齿轮毂12的轮毂壳54的轴或转动轴线。后部驱动链轮34将来自车链24的驱动力施加给位于轮毂壳48内的行星齿轮传动装置(未示出)，以用于以公知方式通过多个动力传动路径将来自车链24的驱动力传递给轮毂壳48。由于轮毂传动装置和电动机单元是已知结构，为了简洁起见，在此将省略对轮毂传动装置46和电动机单元48的详细描述。内部带齿轮毂12构成内部轮毂单元的一个实例。如果需要和/或期望的话，传统的轮毂闸(未示出)还可与内部带齿轮毂12一起使用。这种传统的轮毂闸的一个实例由Shimano Inc.以商标名
Figure BDA0000122922350000042
销售。
再次参照图3，电动机单元48包括电动机50和电位计52。电动机50例如是直流电动机(DC电动机)或者具有齿轮减速单元(未示出)的三相无刷直流电动机。如果交流电动机(AC电动机)用作电动机50，则电动机单元48将典型地包括变换器，该变换器将供给到电动机单元48的直流电变换成交流电，用于为电动机50提供电力。电位计52优选地联接至电动机50的齿轮减速单元的运动部分。电位计52提供了表示齿轮减速单元的运动部分的当前位置的信号，以便电动机单元48可基于来自转换器40的转换信号而操作以将内部带齿轮毂12调高速档和调低速档。可替代地，替代使用电位计52的是，磁体和霍尔效应传感器或装置可用于检测齿轮进程的当前位置。
现在参照图4和5，自行车链张紧设备14主要包括基部构件60、辊轮构件62、电存储单元64、电动机控制器66和换档通信单元68。如下所述，基本上，自行车链张紧设备14通过使用车链24来产生电能，该车链转动辊轮构件62并且将电能存储在电存储单元64中。同样基本上的是，换档通信单元68接收来自转换器40的转换信号，用于将控制信号输出到电动机控制器66，以用于控制电动机单元48的操作。换句话说，换档通信单元68操作地联接至电动机控制器66，以将电动机操作信号从换档通信单元68传递到电动机控制器66，以使得电动机单元48由电动机控制器66操作，以使内部带齿轮毂12换档。由此，骑车人可容易地通过使用转换器40而将内部带齿轮毂12调高速档和调低速档。
如从图4看到的，基部构件60例如通过车架附接螺栓69以传统方式可拆卸地固定到自行车车架16，该螺栓被旋拧到车架16的螺纹孔16a上。车架附接螺栓69限定基部构件60的安装轴线A1。辊轮构件62可转动地联接至基部构件60。再者，电存储单元64、电动机控制器66和换档通信单元68都布置在基部构件60上。在所示的实施例中，基部构件60主要包括车架附接部分70(例如托架构件)和臂部分72。
车架附接部分70是由适当的材料(诸如金属板、加强碳纤维构件等)形成的硬且刚性的构件。臂部分72具有第一端部和第二端部，第一端部通过螺栓74牢固地紧固到车架附接部分70，第二端部可转动地支承辊轮构件62。臂部分72在其第一端部与第二端部之间的规定方向上延伸。螺栓74在横向于臂部分72的第一端部和第二端部之间的规定方向的方向上延伸，以限定转动轴线A2。螺栓74使得臂部分72的位置绕着转动轴线A2相对于车架附接部分70进行调整。尤其是，螺栓74延伸穿过臂部分72的孔，并且被旋拧到车架附接部分70的螺纹孔(未示出)中，以用于在多个张紧位置选择性地将臂部分72抵靠车架附接部分70夹紧。换句话说，为了在车架附接部分70固定到车架16之后调整辊轮构件62相对于车架附接部分70的位置，骑车人可部分地旋出螺栓74，以使得臂部分72可相对于车架附接部分70摆动，然后，一旦臂部分72处于期望的位置，则重新紧固螺栓74。由此，车架附接部分70可保持固定到车架16上，与此同时相对于车架附接部分70调整臂部分72，以用于调整辊轮构件62的位置。
如从图4看到的，车架附接部分70包括开口70a，该开口构造成接收车架附接螺栓69。车架附接螺栓69延伸穿过车架附接部分70的开口70a，并且被旋拧到车架16的悬架部分的螺纹开口16a中，以牢固地将车架附接部分70直接紧固到车架16上。开口70a的中心对应于安装轴线A1。可替代地，如从图6看到的，如果需要和/或期望的话，车架附接部分70可直接安装到轮毂轴56上并且通过螺母69’紧固到轮毂轴上。如从图6看到的，车架附接部分70具有非圆形开口70a’，该非圆形开口与轮毂轴56的螺纹端部配合。因此，在这种情况下，开口70a’和轮毂轴56可被键控，以防止车架附接部分70相对于车架16转动。
如从图4看到的，辊轮构件62可转动地联接至臂部分72。因而，臂部分72包括枢转轴76，该枢转轴绕着辊轮转动轴线A3可转动地支承辊轮构件62。枢转轴76布置在臂部分72的第二端部上，其在臂部分72的规定方向上相对于螺栓74在臂部分72的相对端部处。如上所提到的，臂部分72通过在臂部分72的第一端部处的螺栓74绕着转动轴线A2可转动地联接至车架附接部分70。转动轴线A2偏离于辊轮转动轴线A3。电存储单元64、电动机控制器66和换档通信单元68都布置在臂部分72上。电存储单元64、电动机控制器66、换档通信单元68和电力限制电路96被臂盖66a遮盖。该臂盖66a被构造用于防止水和/或灰尘污染电存储单元64、电动机控制器66、换档通信单元68和电力限制电路96。
如从图4和5看到的，辊轮构件62主要包括辊轮80和一对辊轮导向器82。辊轮80包括多个用于接合自行车链24的链接合齿。辊轮80可转动地安装在臂部分72的枢转轴76上，以绕着辊轮转动轴线A3转动。因而，辊轮80由车架16上的基部构件支承。辊轮导向器82是圆盘形构件，所述圆盘形构件位于辊轮80的相对轴向侧上，以将车链24引导到辊轮80上。如果需要和/或期望的话，辊轮导向器82可非转动地或者转动地安装在臂部分72的枢转轴76上。
辊轮构件62还包括发电机84，该发电机响应于被自行车链24转动的辊轮80而产生电能。发电机84电连接至电存储单元64，用于将由发电机84所产生的电能供给到电存储单元64。如下描述，电存储单元64和电动机控制器66都通过电缆86而连接至电动机单元48。
如从图5看到的，发电机84主要包括转子88、定子90和罩92。转子88固定到辊轮80，以随着辊轮80转动。定子90非转动地安装在臂部分72的枢转轴76上。罩92通过卡扣连接件而紧固到张紧辊轮80上。转子88和定子90布置在由罩92和张紧辊轮80所构造的空间中。转子88具有多个用于产生恒定磁场的永久磁体。定子90具有多个电枢绕组，以用于随着电枢绕组穿过转子88上的永久磁体的磁场而产生电流。因此，转子88和定子90形成发电机，该发电机运用电磁原理将机械能(辊轮80的转动)转化为电能(交流电)。尤其是，转子88响应于被自行车链24转动的辊轮80而绕着定子90转动，从而产生电能。
如从图4看到的，电存储单元64(例如，所示的一个或多个电池、蓄电池或电容器)安装到基部构件60的臂部分72上。电存储单元64构成用作用于内部带齿轮毂12和其他电动自行车元件的动力源的电能存储装置或存储元件。电存储单元64可例如是镍氢电池或锂离子电池。
优选地，如从图4看到的，基部构件60的臂部分72具有印刷电路板(以非常简化的方式示意性示出)，该印刷电路板包括电动机控制器66和换档通信单元68。如从图3看到的，换档通信单元68优选地具有用于与如图3所示的输入装置34的传送器42进行无线通信的无线接收器94。因而，当骑车人操作如图3所示的输入装置34中的转换器40之一时，无线接收器94从传送器42无线地接收转换信号。然而，如图2中所示，换档通信单元68的接收器可有线连接至输入装置34的传送器42。再者，在该所示的实施例中，印刷电路板还包括电力限制电路96，该电力限制电路包括用于将由发电机84产生的交流电(AC)转换成直流电(DC)的整流电路98。电力限制电路96如图所示可以是电动机控制器66的一部分，或者可以是印刷电路板上的单独芯片。
如从图3看到的，电动机控制器66电连接至电存储单元64，以接收存储在电存储单元64中的电能。电动机50还可操作地联接至电动机控制器66，用于响应于来自电动机控制器66的控制信号而操作。具体地，电动机控制器66通过基于来自电位计52的信号而控制将存储在电存储单元64中的电能向电动机50的供给来操作电动机50。电动机控制器66包括中央处理单元(CPU)和电动机驱动器。在电动机控制器66操作电动机50时，电动机控制器66检测电存储单元64的电压。如果电存储单元64的电压比电动机控制器66所确定的预定值低，则电动机控制器66不操作电动机50。电动机控制器66优选地被构造为包括睡眠模式，在换档通信单元68的接收器94在预定时间内不从转换器40接收转换信号(调高速档或调低速档信号)时，则电动机控制器66进入睡眠模式而保存能量。当电动机控制器66在预定时间内没有检测到由发电机84输出的速度信号时，电动机控制器66也进入睡眠模式。换句话说，如果辊轮80在预定时间内不运动，则电动机控制器66进入睡眠模式。在睡眠模式期间，电动机控制器66关闭并停止监测电位计52和/或与换档通信单元68的通信。一旦换档通信单元68的接收器94接收来自转换器40的转换信号(调高速档或调低速档信号)，该转换信号被输入到电动机控制器66，所以电动机控制器66可快速醒来。同样，一旦辊轮80再次开始转动，来自发电机84的速度信号被输入到电动机控制器66，所以电动机控制器66可在车链24运动时快速醒来。
在理解本发明的范围时，在此所使用的术语“包括”及其衍生词是开放式限定术语，其规定了存在所列举的特征、元件、部件、组、整体和/或步骤，但是并不排除存在包括其他未列举的特征、元件、部件、组、整体和/或步骤。前述事项也适用于具有类似含义的词语，诸如术语“包含”、“具有”以及它们的衍生词。再者，术语“部件”、“部段”、“部分”、“构件”或“元件”在以单数使用时，可具有单个部件或多个部件的双重含义。最后，在此所使用的程度术语，诸如“基本上”、“大约”和“约”表示被修正的术语的合理偏差量，以使得最终的结果没有显著的变化。
虽然仅仅选择了所选择的实施例对本发明进行说明，但是，根据本公开，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在没有脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，在此可进行各种变化和修改。例如，各元件的尺寸、形状、位置或者方向可根据需要和/或期望进行改变。所示的彼此直接连接或接触的部件可具有布置在它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个元件来实现，反之亦然。
在所示的实施例中，电动机控制器66和换档通信单元68布置在基部构件60上。然而，电动机控制器和/或换档通信单元可布置在电动机单元48上。
在所示的实施例中，电动机控制器66、换档通信单元68、电力限制电路96和电存储单元64布置在臂部分72上。然而，电动机控制器66、换档通信单元68、电力限制电路96和电存储单元64中的至少一个布置在车架附接部分70上。
换档通信单元68可布置在臂部分72的大致第二端部上，如所示地靠近传送器42，或者根据需要和/或期望而处于臂部分72上的其他位置中。同样，电动机控制器66、换档通信单元68、电力限制电路96和电存储单元64可布置在臂部分72上的其他位置中。通过将电动机控制器66、换档通信单元68、电力限制电路96和电存储单元64在轴线A3方向上定位于与辊轮62相对的一侧上，防止电子元件被车链24碰撞。
在所示的实施例中，自行车链张紧设备14仅具有一个辊轮62。然而，自行车链张紧设备14可设置有布置在基部构件60上的多个辊轮。这些辊轮中的每一个可包括可由车链24操作以产生电能的发电机84。
在所示的实施例中，自行车链张紧设备14显示为布置在自行车的后部部分上。然而，自行车链张紧设备14可布置在其他位置中，诸如靠近前链轮。
换档通信单元68可经由输入装置34或线束36而将速度状态的当前位置信息传送到计算机单元30。计算机单元30可将当前位置信息显示在显示器上。
当计算机单元30通过线束36连接至自行车链张紧设备14以及通过电线38连接至输入装置34时，电存储单元64可向计算机单元30和输入装置34供给电力。
每个相对于现有技术独特的特征单独或与其他特征组合还可被认为是申请人对进一步发明的单独描述，其包括由这样的一个或多个特征所体现的结构和/或功能构思。因而，根据本发明的这些实施例的上述描述仅仅用于进行说明，而并不用于限制由所附权利要求及其等同物所限定的发明。

Claims (13)

1.一种自行车链张紧设备，包括：
基部构件；
辊轮，所述辊轮由基部构件支承，所述辊轮包括发电机，所述发电机响应于被自行车链转动的辊轮而产生电能；以及
电存储单元，所述电存储单元布置在基部构件上，并且电连接至发电机，以存储由发电机产生的电能。
2.如权利要求1所述的自行车链张紧设备，其中，辊轮包括多个用于接合自行车链的链接合齿。
3.如权利要求2所述的自行车链张紧设备，其中，基部构件包括：附接部分，所述附接部分构造成被支承在自行车车架上；和臂部分，所述臂部分绕着辊轮转动轴线而转动地支承所述辊轮。
4.如权利要求3所述的自行车链张紧设备，其中，臂部分绕着偏离于辊轮转动轴线的转动轴线而转动地联接至附接部分。
5.如权利要求2所述的自行车链张紧设备，其中，基部构件包括：附接部分，所述附接部分构造成被支承在轮毂传动装置上；和臂部分，所述臂部分绕着辊轮转动轴线而转动地支承所述辊轮。
6.如权利要求5所述的自行车链张紧设备，其中，臂部分绕着偏离于辊轮转动轴线的转动轴线而转动地联接至附接部分。
7.如权利要求1所述的自行车链张紧设备，其中，基部构件包括车架附接开口。
8.如权利要求1所述的自行车链张紧设备，其中，电存储单元包括电容器和电池中的至少一种。
9.如权利要求1所述的自行车链张紧设备，所述自行车链张紧设备还包括：整流装置，所述整流装置整流来自发电机的电流。
10.如权利要求3所述的自行车链张紧设备，其中，电存储单元布置在臂部分上。
11.如权利要求5所述的自行车链张紧设备，其中，电存储单元布置在臂部分上。
12.如权利要求1所述的自行车链张紧设备，所述自行车链张紧设备还包括电动机控制器，所述电动机控制器电连接至电存储单元，以控制内部轮毂单元的电动机。
13.如权利要求12所述的自行车链张紧设备，所述自行车链张紧设备还包括换档通信单元，所述换档通信单元联接至电动机控制器，并且包括无线地接收转换信号的无线接收器。
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