CN103770898A - 前齿轮变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种前齿轮变换器。一种用于自行车的机电前齿轮变换器，该自行车具有链条，该机电前齿轮变换器包括可附装至所述自行车的基座构件。连杆机构以可动的方式联接至所述基座构件。链条导向器以可动的方式联接至所述连杆机构以接触所述链条。马达由所述基座构件支撑。齿轮传动装置由所述马达驱动以使所述连杆机构移动。设置了CPU来控制所述马达，供电器由所述基座构件支撑以向所述马达和CPU供电。

Description

前齿轮变换器
技术领域
本发明涉及自行车齿轮变换系统。具体地说，本发明涉及包括自行车齿轮变换器的系统，特别是前齿轮变换器。本发明的一个实施方式设想了一种无线机电前齿轮变换器。
背景技术
现有的大多数机电齿轮变换器和系统都体积大、笨重、昂贵、难以安装并且不美观。一个原因是它们通过导线通信和供电。结果，这些装置的制造商必须生产和储备许多不同长度的电缆用于可获得的许多不同尺寸/风格的自行车架。
需要一种重量轻、高效、紧凑并且容易安装的机电齿轮变换器。本发明满足了这一需要。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种用于自行车的机电前齿轮变换器。该机电前齿轮变换器包括：能附装至所述自行车的基座构件；以可动的方式联接至所述基座构件的连杆机构；以可动的方式联接至所述连杆机构以接触所述链条的链条导向器；由所述基座构件支撑的马达；由所述马达驱动以使所述连杆机构移动的齿轮传动装置；用于控制所述马达的CPU；以及由所述基座构件支撑以向所述马达和所述CPU供电的供电器。
本发明另一方面提供了一种用于具有链条的自行车的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器包括：基座构件，该基座构件能附装至所述自行车并且具有位于该基座构件上的一对间隔开的点；连杆机构，该连杆机构以可动的方式联接至所述基座构件，并且包括支撑在所述一对间隔开的点处的第一连杆销，并且该连杆机构包括外连杆和内连杆，所述外连杆和所述内连杆中的一个连杆在一端布置在所述第一连杆销上；链条导向器，该链条导向器以可动的方式联接至所述连杆机构，以接触所述自行车的链条；马达，该马达由所述基座构件支撑；以及齿轮传动装置，该齿轮传动装置由所述马达驱动并且包括用于使所述连杆机构运动的输出臂，该输出臂围绕所述第一连杆销可旋转地布置在所述一对间隔开的点之间。
本发明再一方面提供了一种用于具有链条的自行车的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器包括：能附装至所述自行车的基座构件；以可动的方式联接至所述基座构件的连杆机构；链条导向器，该链条导向器以可动的方式联接至所述连杆机构，以接触所述链条；附装至所述基座构件的壳体，该壳体具有前部区域以及前壳体部和后壳体部；以及供电器壳体，该供电器壳体以可动的方式联接至所述后壳体部，并且尺寸和形状设定为不会影响所述前部区域。
本发明又一方面提供了一种用于具有链条的自行车的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器包括：能附装至所述自行车的基座构件；以可动的方式联接至所述基座构件的连杆机构；以可动的方式联接至所述连杆机构以接触所述链条的链条导向器；由所述基座构件支撑的马达；由所述马达驱动以使所述连杆机构移动的齿轮传动装置；用于控制所述马达的CPU；用于向所述机电前齿轮变换器供电的供电器；以及手动操作的装置，该手动操作的装置以与所述CPU操作地通信的方式布置在所述机电前齿轮变换器上，以使所述机电前齿轮变换器的状态发生改变。
附图说明
图1是安装在自行车上的前齿轮变换器。
图2A和2B分别是前齿轮变换器的侧视图和前视图。
图3是示出了连杆机构（linkage）的沿着图2B的3-3截取的剖视图。
图4是示出了连杆机构的沿着图2B的4-4截取的剖视图。
图5是示出了缓冲弹簧（saver spring）和上限定位螺钉的沿着图2A的5-5截取的剖视图。
图6是示出了偏压弹簧的沿着图2A的6-6截取的剖视图。
图7A是前齿轮变换器的侧视图，图7B是前齿轮变换器的剖视图，其中图7B所示的截面是沿着图7A中的7B截取的，这两幅图均示出了处于最内侧构造（最接近自行车架）的导链器。
图8A至8D分别是电池/电池壳体的立体图、仰视图、前视图和剖视图。
图9A和9B是马达齿轮箱模块的等距视图，其中一个安装有电池（9A），另一个电池被移除（9B）。
图10A至10D是示出了电池正被从马达齿轮箱模块移除的视图。
图11是马达齿轮箱模块和电池的分解图。
图12A和12B分别是马达齿轮箱内部组件与后壳体部和前壳体部之间的对准特征。
图13A是沿着图10的13-13截取的剖视图，示出了按钮和LED。
图13B是图13A的局部放大图。
图14是PC（印刷电路）板的等距视图。
图15A和15B分别是马达齿轮箱内部组件的侧视图和剖视图，示出了二级齿轮系或传动装置。
图16是马达齿轮箱内部组件的等距视图，示出了PC板和马达之间的电连接。
图17是马达齿轮箱内部组件的分解图。
图18是沿着图15A的18-18截取的剖视图，示出了一级齿轮系。
图19是沿着图15A的19-19截取的剖视图，示出了三级齿轮系。
图20是沿着图19的20-20截取的剖视图，示出了四级齿轮系。
图21是包括根据本发明的机电前齿轮变换器的实施方式的自行车的侧视图。
具体实施方式
这里将参照附图描述本发明的实施方式。将理解的是，附图以及这里阐述的说明仅仅是为了示意而提供的，并不像由所附的权利要求及其任何和全部等同物限定的那样限制本发明。例如，术语“第一”和“第二”、“前”和“后”或“左”和“右”是为了清楚起见而使用的，并不是作为限制性术语。此外，这些术语参考了传统上安装至自行车的自行车机构，并且以标准方式取向和使用自行车，除非另有说明。
参照图1，根据本发明的一个实施方式的机电前齿轮变换器30或前变速器可以通过使用固定螺栓38和固定垫圈40以传统方式将该齿轮变换器的基座构件34连接至前齿轮变换器吊架36而附装至自行车架32。另选地，基座构件34可以包括夹子，或者可以使基座构件34能附装至一夹子，如所公知的，该夹子用于将齿轮变换器30附装至自行车架32。
参照图1、图2、图3和图4，机电前齿轮变换器30的基本结构包括可移除的供电器，该可移除的供电器可以呈现用供电器壳体44包封的电池42的形式，该供电器壳体44安装在附装至基座构件34的马达齿轮箱模块46上。马达齿轮箱模块46可以被认为包括壳体48或被至少部分地包封在壳体48内，壳体48可包括后壳体部50和前壳体部52。后壳体部50和前壳体部52可以由单件或多件形成。供电器壳体44应该呈现小的可忽略的气动阻力或没有气动阻力，因为其位置位于壳体部50的后部。从前方看时（参见图2B的前视图）供电器壳体44的物理形状和尺寸（形状因子）小于由壳体48所呈现的物理形状和尺寸，因而不会增加齿轮变换器30的正面尺寸。换言之，因为供电器壳体44的物理形状和尺寸在从前向后看时小于由壳体部50、52形成的壳体48所呈现的物理形状和尺寸，所以人们从自行车的前面不能看到供电器壳体44。
基座构件34用作可以被称为四杆连杆机构54的一个杆。该连杆机构包括外连杆56和内连杆58，外连杆56和内连杆58均枢转地连接至基座构件34并构成了连杆机构54中的四个连杆当中的另两个连杆。保持架组件（也称为链条导向器）60通过以可以允许内连杆58和外连杆56枢转和轴向运动的方式枢转地连接至内连杆58并连接至外连杆56而完成了四杆连杆机构54。在一个实施方式中，该连杆机构的几何形状允许链条导向器60相对于其自身的偏航轴线62旋转并相对于基座构件34移动。还可以设想其他另外的传统连杆机构。自行车链条64以传统方式与链环66和链条导向器60接合并通过链条导向器的运动而相对于基座构件34在两个环之间偏移。
参照图2A和图2B，基座构件34可以根据如下布置刚性地连接至马达齿轮箱模块46。马达模块至支架的后螺钉68接收在基座构件34中的埋头孔通孔中，并且还以螺纹方式与马达齿轮箱模块46中的后壳体部50中的对应盲孔接合。马达模块至支架的前螺钉70接收在基座构件34中的第二埋头孔通孔中，并且以螺纹方式与马达齿轮箱模块46中的前壳体部52中的对应盲孔接合。
参照图2至7，适合于本发明的四杆连杆机构54的示例的基本细节如下。将理解的是，尽管这里阐述的示例连杆机构在其运动时呈现了偏航运动，但是也可以采用不呈现偏航方向上的运动的标准连杆机构。偏航类型的连杆机构降低或消除了调整前变速器的位置以使该变速器适合于由其中一个后链轮上的链条的位置产生的链线的需要。如果采用非偏航连杆机构，则本发明可以结合用来响应于例如感测或计算得到的链条导向器的位置来调整前变速器的特征。
参照图3，第一连杆销72接收在基座构件前突出部74和基座构件后突出部76中的通孔中，所述基座构件前突出部74和基座构件后突出部76形成在基座构件34上的两个间隔开的点处。第一连杆保持环78接合第一连杆销72中的凹槽并且防止第一连杆销从通孔退出。第一连杆后内衬套80接收在外连杆后突出部82中的通孔中，而第一连杆前内衬套84接收在外连杆前突出部86中的通孔中。第一连杆前内衬套84和第一连杆后内衬套80枢转地连接至第一连杆销72。因而，外连杆56枢转地连接至基座构件34。
第二连杆销88接收在链条导向器60中的两个通孔中。第二连杆保持环90接合第二连杆销88中的凹槽并且防止第二连杆销从通孔退出。外连杆56枢转地连接至第二连杆销88并且还允许在其自身与第二连杆销之间沿着其长轴运动。因而，链条导向器60枢转地连接至外连杆56并且能够相对于外连杆56的偏航轴线旋转（参见图2）。
参照图4，第三连杆销92可以滑动配合到位于基座构件34的前端处的埋头孔中并且通过压配合被接收在位于基座构件的后部的通孔中。因而，第三连杆销92和基座构件34刚性地相连。第三连杆前内衬套94接收在内连杆58中的通孔中，而第三连杆后内衬套96接收在内连杆中的第二通孔中。第三连杆销92可旋转地接收在第三连杆前内衬套94和第三连杆后内衬套96二者中。因而。内连杆58枢转地连接至基座构件34。第四连杆销98接收在链条导向器60中的两个通孔中，并通过接合在第四连杆销98中的凹槽中的第四连杆保持环100而防止退出。第四连杆前内衬套102接收在内连杆58中的通孔中，而第四连杆后内衬套104接收在内连杆中的另一个通孔中。第四连杆销98可旋转地接收在第四连杆前内衬套102和第四连杆后内衬套104二者中。因而，内连杆58枢转地连接至链条导向器60而构成了四杆连杆机构。将理解的是，图示的连杆机构54仅仅是将适合于这里阐述的所发明的齿轮变换器的许多连杆构造中的一个示例。
参照图3、图5和图9，第一连杆销92还可旋转地接收在马达齿轮箱模块输出臂106、扇形齿轮108和缓冲弹簧衬套110中。马达齿轮箱模块输出臂106和扇形齿轮108的后管状部可以通过互补的城堡状特征的压配合或任何适当的结构或技术而刚性地相联。因此，扇形齿轮108上的围绕第一连杆销72的长轴的任何扭矩都围绕同一轴线传递至马达齿轮箱输出臂106。扇形齿轮108、马达齿轮箱模块输出臂106、第一偏压元件112（例如缓冲弹簧）和缓冲弹簧衬套110被捕获在位于外连杆56和/或基座构件34的部分（例如前突出部74和外连杆后突出部82）之间的位置处。马达齿轮箱模块输出臂106的外表面114与以螺纹方式与外连杆56接合的上限定位螺钉116接合。因而，沿在自行车架32的中心平面外侧的方向（图5中的顺时针方向）作用在马达齿轮箱模块输出臂106上的扭矩将被转换为外连杆56上的外侧扭矩。用户可以通过改变上限定位螺钉116在外连杆中的定位深度来设定外连杆56和马达齿轮箱模块输出臂106之间的角度偏移量。
缓冲弹簧衬套119接收在第一偏压元件112（例如螺旋扭转弹簧）的内径中，因而，第一偏压元件能够沿着第一连杆销72的长轴旋转。位于缓冲弹簧112的前部的一个支腿118接合马达齿轮箱模块输出臂106的内壁120并如图5中所示顺时针地推动该内壁120。位于缓冲弹簧112的相反端部上的第二支腿122接合外连杆56的内壁86并且在图5中沿逆时针方向推动该内壁86，这以由两个部分之间的角度偏移确定的预加载力将上限定位螺钉116偏压在马达齿轮箱模块输出臂106上。因而，在如图5所示沿内侧方向作用在马达齿轮箱模块输出臂106上的扭矩将借助缓冲弹簧112被转换为在内侧方向上作用在外连杆56上的扭矩。
如果比来自第一偏压元件112的预加载力大的外力作用在外连杆56上以防止外连杆56向内侧旋转，即如果发生当机电前齿轮变换器30试图在极高链条张力下将链条64降挡时或在链环66相对于链条静止不动的情况下看到的情形，则缓冲弹簧呈角度地偏转以允许马达齿轮箱模块输出臂106向内侧旋转。这防止了马达齿轮箱模块46内的马达停止情形，这种情形会导致额外应力作用在扭矩传递部件，即马达齿轮箱模块内的变速器126的部分上，并浪费来自供电器42的能量。
参照图4、图6、图7和图19，例如螺旋扭转弹簧的第二偏压元件128沿向内侧方向推动四杆连杆机构以消除从四杆连杆机构到三级蜗杆130的游隙。偏压弹簧前衬套132和偏压弹簧后衬套134接收在第二偏压元件128的两端中，并且第四连杆销98接收在两个衬套中。因而，第二偏压元件128和第四连杆销98枢转地相联。第二偏压元件136的一端接合链条导向器60并且如图6中所示顺时针地推动该链条导向器60。第二偏压元件138的另一端接合内连杆58的内壁124，并且如图6中所示逆时针地推动该内壁124。在图7中，第二偏压元件128已经将四杆连杆机构推动到其最内侧构造，即朝向自行车框架推动。四杆连杆机构54的内侧行程在下限定位螺钉140接触基座构件34的内壁时受到限制。因为下限定位螺钉140以螺纹方式与外连杆56接合，因此这用作外连杆56和基座构件34之间的行程极限。用户可以通过调节下限定位螺钉140定位在外连杆56中的螺纹孔中的深度来调节该行程极限。
参照图8A至图8D，电池42可以是可再充电电池，并且可以是锂聚合物种类的电池。端子142可以在供电器壳体44的前表面下方略微凹入，并且可以共同成型到供电器壳体中。捕获件144可以形成并定位在供电器壳体44的顶表面上，凸起146定位在电池壳体的底表面上。
参照图9A至9B、图10A至10D和图11，电池接触销148接收在电池接点密封件150中，这些电池接点密封件150接收在马达齿轮箱模块46的后壳体部50中的通孔中。电池接点密封件150可以由弹性体硅树脂材料制成，并且用来在电池接触销148和后壳体部50之间形成水密密封。电池接触销148电连接至PC（印刷电路）板组件152的内部电路，并且可以直接刚性地安装至PC板组件的表面。电池接触销148的末端可以在沿着它们长轴的方向上被弹性加载以确保与端子142进行可靠的电连接。电池表面密封件154具有沿着其整个周边的唇缘，该唇缘被挤压或胶粘到后壳体部50中的盲凹槽中以将该电池表面密封件保持就位。电池闭锁销156可以接收在后壳体部50中的两个通孔中，并且闭锁销保持环158接合电池闭锁销中的凹槽以防止该电池闭锁销退出。电池闭锁件160可旋转地接收后壳体部50中的两个通孔之间的一个通孔中的电池闭锁销156。电池闭锁销156可以压配合到后壳体部50中。电池闭锁件160可以枢转地连接至后壳体部50。在另选方案中，闭锁件160可以连接至供电器壳体44并且连接至设置在壳体部50或52上的特征。
图10B示出了安装在马达齿轮箱模块46上的供电器壳体44。电池闭锁件160具有钩状端162，该钩状端162接合供电器壳体44的捕获件144并且防止供电器壳体向左行进，如图10B所示。只要没有大的外力将钩和捕获件解开，则钩状端162和捕获件144还防止电池闭锁件160如图10B中所示在顺时针方向上旋转。电池26的凸起146接合在后壳体部50中的对应的电池接合孔中。供电器壳体44被保持在安装位置，该安装位置强制电池密封件154略微变形，从而形成水密密封。电池密封件154的变形还致使电池密封件在供电器壳体44的前表面上施加推动力，从而向图10A中的左侧推动该表面。该推动力继而致使供电器壳体44的捕获件144向左侧被推动而抵靠在电池闭锁件160的钩162上，并致使供电器壳体的凸起146向左侧被推动而抵靠在电池接合孔上。这样，消除了供电器壳体44和后壳体部50之间的任何游隙，并且将供电器壳体确定地保持在马达齿轮箱模块46中。供电器壳体44的安装位置还强制电池接触销148抵靠电池端子142压缩它们的内部弹簧，从而在电池接触销和电池端子之间产生确保可靠电传导的压力接触。
图10B至图10D示出了用户能够容易地将供电器壳体44移除的过程。参照图10B，用户将电池闭锁件160的端部向上拉动以顺时针打开闭锁件。电池闭锁钩162和电池捕获件144具有斜坡配合界面，从而通过来自用户的足够的力，电池闭锁钩162推动电池捕获件，因而克服来自电池表面密封件154的推动力而向右推动整个供电器壳体44。一旦电池闭锁钩162滑动经过电池捕获件144的末端，电池闭锁件160就围绕电池闭锁销156顺时针自由旋转，并且电池42围绕凸起146和后壳体部50上的电池接合孔的接合点逆时针自由枢转。
现在参照图10C至图10D，当供电器壳体44已经逆时针充分旋转时，用户能够以大致向上的运动将供电器壳体抬起，从而使得电池42的凸起146从后壳体部50的电池接合孔分离。这样，将供电器壳体44从马达齿轮箱模块46移除。通过反向进行该过程，用户能够容易地再次安装供电器壳体44。
参照图11和图12，如果形成为多个件，则前壳体部52和后壳体部50可以借助多个（例如四（4）个）外壳体螺钉164而被夹在一起。例如，三个外壳体螺钉164接收在前壳体部52中的间隙通孔中并以螺纹方式与后壳体部50接合。一个外壳体螺钉164接收在后壳体部50中的间隙通孔中并与前壳体部52以螺纹的方式接合。壳体垫圈166可以由弹性体硅树脂材料制成并且安置在前壳体部52的配合表面上的凹槽中。壳体垫圈166被后壳体部50上的凸起挤压而沿着前壳体部52和后壳体部之间的外周边形成水密密封。尽管前壳体部52和后壳体部50被示出为分开件，但是可以考虑将它们制成单个件或多个件。
参照图3和图11，扇形齿轮108具有延伸穿过扇形齿轮后衬套168和扇形齿轮后O形环170的内径并且还延伸穿过后壳体部50中的通孔的后管状部。扇形齿轮后O形环170可以由弹性体橡胶材料制成，并且在扇形齿轮108和后壳体部50之间形成水密密封。扇形齿轮108的前管状部延伸穿过扇形齿轮前衬套172和扇形齿轮前O形环174的内径并且还延伸穿过前壳体部52的通孔。扇形齿轮前O形环174可以由弹性体橡胶材料制成，并且在扇形齿轮108和前壳体部52之间形成水密密封。
参照图13A和图13B，LED透镜176与安装在PC板组件152的前板180上的发光二极管（即LED）178直接相邻地压配合在前壳体部52中的通孔内。这允许由LED发出光行进穿过前壳体部52以可被用户看到。诸如按钮182之类的手动操作装置也安装在PC板组件152的前板180上，并且可以是瞬时电开关。按钮柱塞184是接收在前壳体部52中的通孔中的旋转体。按钮柱塞O形环186安置在按钮柱塞184的O形环密封装置中并且在按钮柱塞和前壳体部52之间形成水密密封。当用户按压按钮柱塞时，该按钮柱塞轴向移动直到其启动了按钮182，从而改变其切换状态。当用户释放按钮柱塞184时，在内部被弹簧加载的按钮182将按钮柱塞814从按钮轴向推开，该按钮柱塞恢复到其初始切换状态。按钮182可以用来改变前齿轮变换器30的状态。状态改变的一个示例包括将机电前齿轮变换器组件30与其换档器（参见图21）的无线配对过程的启动或启用。另一个示例可以是独立于来自换档器的信号来致动机电前齿轮变换器组件30，以便更容易维修或其他功能。通过按钮182进行致动可以改变链条导向器60的位置，从而例如允许或检查其对准、切换齿轮或使得能够进行调整功能。在另选方案中，前壳体部52可以包括尺寸和形状设定成接收柱塞184或通过其他一些方法提供的共同成型的弹性体材料，使得包覆成型的材料能够用作柱塞用防水密封件。
参照图11和图12，马达齿轮箱内组件188被包封在当将前壳体部52和后壳体部50夹在一起时形成的空腔内。马达齿轮箱内组件188的主要结构部件是主内壳体190，该主内壳体190包括将马达齿轮箱内组件与前壳体部52和后壳体部50对准并固定的特征。在前壳体部52上，内侧对准孔192和外侧对准孔194分别与主内壳体190上的前内侧对准凸台196和前外侧对准凸台198配合。在后壳体部50上，内侧对准凸台200和外侧对准孔202分别与主内壳体190上的后内侧对准孔204和后外侧对准凸台206配合。每个对准凸台都可以沿着其长轴呈锥形，从而与其互补对准孔的相应接合以滑动配合开始而以压配合结束。另选地，可以全部都提供滑动配合连接，其中可选的添加物是提供衬有泡沫的内部以向前壳体部52和后壳体部50中的一者或二者构成“弹簧元件”，以向保持在内部的部件提供缓冲并且控制其沿着导向销的轴向运动。因而，主内壳体190被保持成连接至马达齿轮箱模块46的其余部分。
参照图14、图15和图16，PC板组件152可以是由两个平坦刚性部分（即前板180和后板208）以及两个柔性部件（即柔性电路210和马达端子柔性电路212）构成的刚性-柔性PCB，所述柔性部分从刚性部分的侧面直接延伸出以消除对连接器的需要。前PCB安装螺钉214接收在前板180上的间隙通孔中，并且以螺纹的方式接合主内壳体190，以便以使得柔性电路210向外侧延伸的取向抵靠主内壳体的前表面将前板固定。柔性电路210在延伸经过前板180的侧面之后立即向后弯曲90°，沿着马达齿轮箱内组件188的长度行进并且再次向内侧弯曲90°。然后柔性电路210立即终止于后板208的侧面中。主内壳体190上的后外侧对准凸台206接收在后外侧对准孔216中，并且后PCB对准凸台218接收在后内侧对准孔220中以相对于主内壳体取向后板208。后PCB安装螺钉222接收在后板208中的间隙通孔中，并以螺纹的方式接合主内壳体190以抵靠主内壳体90的后表面将后板208固定。
参照图16，马达端子柔性电路212从后板208的底侧边缘延伸并向前弯曲直到马达226的正马达端子230和负马达端子224接收在马达端子柔性电路212中的间隙通孔中。直接围绕间隙通孔的马达端子柔性电路212的表面是焊料盘，当在焊料盘和端子之间以传统方式施加焊料时所述焊料盘在马达226中的端子与PC板组件152中的电路之间产生连续的导电路径。
参照图17和图18，马达226借助两个马达螺钉228刚性地固定至主内壳体190，这两个马达螺钉228接收在主内壳体中的间隙通孔中并且以螺纹的方式接合至马达上的盲孔。马达226上的这两个螺纹孔可以在其螺栓中心圆直径上间隔开例如150°，使得可以相对于主内壳体190在一个取向上安装马达。这防止了在组装时关于正马达端子230和负马达端子224的位置的任何不确定性。部分或全部由主内壳体190定位并支撑的齿轮系或传动装置126包括通过压配合或粘合剂固定至马达226的输出轴的一级小齿轮232。一级齿轮234和二级小齿轮236以齿轮制造工业中公知的传统方式压配合在一起，并且定位在主内壳体190中，使得一级齿轮234与一级小齿轮232啮合。一通孔在一级齿轮234的上方延伸穿过主内壳体190的壁，并且一盲孔在二级小齿轮236的下方延伸穿过主内壳体的壁。这两个孔都与二级小齿轮236的中心孔同心。第二齿轮轴238压配合在主内壳体190中的通孔中，并且可旋转地接收在二级小齿轮236中的通孔中。第二齿轮轴238的远端压配合在主内壳体190中的盲孔内。一级齿轮234和二级小齿轮236构成的组件能够围绕第二齿轮轴238旋转，但是其相对于马达齿轮箱内组件的其余部分的平移位置受到主内壳体190上的两个壁的限制。因而，来自马达226的输出轴的扭矩能够被传递至二级小齿轮236。
参照图17和图19，蜗杆上轴承240的中心孔可旋转地接收位于三级蜗杆130的一端上的轴。二级齿轮242的中心孔压配合到三级蜗杆130的轴的位于蜗杆上轴承240上方的部分上，如图19所示，因而允许扭矩在这两个部件之间传递。蜗杆下轴承244的中心孔可旋转地接收位于三级蜗杆130的另一端的轴。蜗杆上轴承240和蜗杆下轴承244的外径压配合在主内壳体190中的孔内，并且二级齿轮242定位成使得二级齿轮242与二级小齿轮236啮合。蜗杆底止推板246可以由铝材制成，并且在二级蜗杆130的正下方挤压或共同成型到主内壳体190中的槽内。蜗杆顶止推板248可以由铝材制成，并且压配合在主内壳体190中的槽内或共同成型在主内壳体190中。蜗杆顶止推板248的第二端由涡轮罩250向下夹紧以将蜗杆顶止推板248刚性地固定至主内壳体190。蜗杆底止推板246和蜗杆顶止推板248在两端接合三级蜗杆并限制该三级蜗杆沿着其长轴的运动。因而，来自二级小齿轮236的扭矩能够被传递至三级蜗杆130。此外，涡轮罩250和蜗杆顶止推板248可以制成为单件构造。
参照图17、图19和图20，四级小齿轮254的花键轴252压配合在三级蜗轮256的中心孔内，该三级蜗轮以与三级蜗杆130啮合的方式定位。因而，来自三级蜗杆130的扭矩能够被传递至四级小齿轮254。如图20所示，在三级蜗轮256的前方，四级小齿轮254的轴可旋转地被接收在前蜗轮轴承258的中心孔中。如图20所示位于齿轮齿段后面的四级小齿轮254的轴可旋转地接收在后蜗轮轴承260的中心孔中。前蜗轮轴承258和后蜗轮轴承260可旋转地接收在主内壳体190中的半圆形轴承切口262中。蜗轮罩250具有两个对应的半圆形切口264，这两个对应半圆形切口264也接收前蜗轮轴承258和后蜗轮轴承260。四个蜗轮罩螺钉266接收在蜗轮罩250中的间隙通孔中并且与主内壳体190以螺纹的方式接合以将蜗轮罩250刚性地固定至主内壳体190，从而完成定位前蜗轮轴承258和后蜗轮轴承260的圆形切口。位于四级小齿轮254的端部的轴压配合在磁体保持件268的中心孔内，并且磁体270压配合在磁体保持件268中。另选地，磁体270可以利用适当的粘合剂滑动配合到保持件268中。因而，四级小齿轮254、三级蜗轮256、磁体保持件268和磁体270全部能一起作为一个单元围绕四级小齿轮254的长轴旋转。磁体270的暴露面平行于后板208的表面，并且磁体270的中心轴线与安装在后板208的表面上的磁性旋转编码器芯片272的中心同心。扇形齿轮108以其与四级小齿轮254啮合的方式定位，并且扭矩能够在这两个部件之间传递。因而，来自马达226的扭矩能够被传递至扇形齿轮108。
PC板组件152的无线电设备274（图14）（例如，能够无线地发射和/或接收信号的任何装置）周期性地收听来自换档单元（未示出）的无线换档信号或其他命令。无线电设备274可以定位在PC板组件152的前板180上。认为将无线电设备274定位在前壳体部52内的该位置将使其接收和分辨信号的能力最大化。另外，壳体部50、52可以由对无线信号来说相对容易透过的材料（诸如塑料）制成。这与变速器部件出于其刚度和强度考虑而通常由金属制成的一般实践稍微不同。
当由PC板组件152的无线电设备274接收到无线换档信号时，该无线电设备将该换档信号转送到处理器（CPU276），并且可以使用PID控制环（比例-积分-微分控制器）来管理从供电器42经过电池接触销148和PC板组件152到马达226的电流。将理解的是，一般来说，CPU276分析由无线电设备274接收到的换档信号和其他信号，并且产生控制马达226的输出。
马达226的输出轴根据来自CPU276的输出而顺时针或逆时针旋转，所述输出是例如取决于是否希望升档或降挡或者是否希望调整功能的结果。所得到的一级小齿轮232的旋转致使一级齿轮234旋转，一级齿轮234与二级小齿轮236一起旋转以使二级齿轮242旋转，二级齿轮242与三级蜗杆130一起旋转以使三级蜗轮256旋转，三级蜗轮256与四级小齿轮254一起旋转以使扇形齿轮108旋转。输出齿轮108使输出臂106移动，该输出臂106接收齿轮系或传动装置126的输出。输出臂106可以被认为是传动装置126的一个元件，但是在图示的实施方式中延伸到壳体48的外部。
在希望升档（即换档到更大的链环）的情况下，扇形齿轮108的城堡形部围绕图5中的第一连杆销72顺时针驱动马达齿轮箱模块输出臂106，马达齿轮箱模块输出臂106继而与外连杆56一起顺时针驱动上限定位螺钉116，从而致使内连杆58和链条导向器60向外侧朝向更大的链环移动。当链条导向器60向外侧移动时，与磁体270相结合地使用PC板组件152上的磁性旋转编码器芯片来监测四级小齿轮254的角位置，并且在四级小齿轮254已达到与希望的链环对应的位置时，切断至马达226的电能，这是因为链条导向器60与希望的链环对准。如前所述，第二偏压元件128消除了驱动齿轮系或传动装置126中的任何游隙或反冲，从而确保链条导向器60精确且重复地定位。在期望降挡（即换档到更小的链环）的情况下，扇形齿轮108的城堡形部使马达齿轮箱模块输出臂106围绕图5中的第一连杆销72逆时针旋转，马达齿轮箱模块输出臂106继而与外连杆56一起逆时针驱动缓冲弹簧112，从而致使内连杆58和链条导向器60向内侧朝向更小的链环移动。当链条导向器60向内侧移动时，与磁体270一起使用PC板组件152上的磁性旋转编码器芯片来监测四级小齿轮254的位置，并且当四级小齿轮254已到达对应于希望链环的位置时，切断至马达226的电能，这是因为链条导向器60与希望的链环对准。如前所述，第二偏压元件128消除了驱动齿轮系或传动装置126中的任何游隙或反冲，从而确保链条导向器60精确且重复地定位。
在暂停了一段时期（例如，没有接收到任何换档信号）之后，PC板组件152的大多数电子系统可以被配置成关闭以节省电力。在此期间，无线电设备274关闭（改变到低电力或不供电状态），并且不能接收换档信号。在PC板组件152上设置与CPU276通信的振动传感器，该振动传感器在检测到振动时使PC板组件的电子系统（包括无线电设备274）再次开启。在骑自行车的同时自然发生的由道路与自行车的相互作用以及自行车的各种部件彼此的相互作用引起的振动足以强烈到启动振动传感器，并防止PC板组件152的电子系统关闭。但是当自行车没有被骑时，即停车时，振动传感器不检测任何振动，并且PC板组件152的大多数电子系统在预定时间量之后都关闭以节省电力。一旦骑车人与自行车接触，所形成的振动将启动振动传感器，从而将电子系统再次开启。振动传感器可以是SignalQuest SQ-MIN-200或者FreescaleSemiconductor MMA8451Q。
参照图21，示出了根据本发明的一个实施方式的具有下把类型车把304的自行车300。自行车300包括安装至车把304的至少一个制动器罩/控制杆302，车把304附装至自行车。自行车300可以具有安装至作为自行车的一部分的自行车架32的机电前齿轮变换器30和机电后齿轮变换器306中的一者或二者。齿轮变换器30、306例如可以是变速器。自行车可以包括如上详述的控制系统，该控制系统至少部分地布置在罩302中，用来控制齿轮变换器30、306。如现有技术中公知的，自行车300通常具有驱动组件308，该驱动组件308具有由链条64连接至多个后链轮的一个或多个前链环66。前部和向前方向由箭头“A”的方向表示。
尽管已经参照具体实施方式描述了本发明，但是应该理解的是，在所描述的发明构思的精神和范围内可进行许多变化。因而，并不旨在将本发明局限于所公开的实施方式，而是使得本发明具有由所附权利要求的语言所允许的全部范围。
本申请要求2012年10月18日提交的美国临时申请No.61/715,658的权益。

Claims (39)

1.一种用于具有链条的自行车的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器包括：
能附装至所述自行车的基座构件；
以可动的方式联接至所述基座构件的连杆机构；
以可动的方式联接至所述连杆机构以接触所述链条的链条导向器；
由所述基座构件支撑的马达；
由所述马达驱动以使所述连杆机构移动的齿轮传动装置；
用于控制所述马达的CPU；以及
由所述基座构件支撑以向所述马达和所述CPU供电的供电器。
2.根据权利要求1所述的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器还包括：
用于接收无线信号并由所述供电器供电的接收器，其中所述CPU与所述接收器操作地通信并且处理所接收到的无线信号。
3.根据权利要求2所述的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器还包括附装至所述基座构件的壳体。
4.根据权利要求3所述的机电前齿轮变换器，其中所述马达、所述齿轮传动装置、所述接收器和所述CPU定位在所述壳体内。
5.根据权利要求4所述的机电前齿轮变换器，其中所述壳体由允许无线信号穿过的材料形成。
6.根据权利要求5所述的机电前齿轮变换器，其中所述壳体由塑料制成。
7.根据权利要求3所述的机电前齿轮变换器，其中所述壳体具有前壳体部和后壳体部，所述前壳体部定位在所述机电前齿轮变换器的前部或该前部的附近，所述后壳体部定位在所述前壳体部的后面。
8.根据权利要求7所述的机电前齿轮变换器，其中所述接收器定位在所述前壳体部中或者紧邻所述前壳体部定位。
9.根据权利要求7所述的机电前齿轮变换器，其中所述供电器以可移除的方式联接至所述后壳体部。
10.一种用于具有链条的自行车的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器包括：
基座构件，该基座构件能附装至所述自行车并且具有位于该基座构件上的一对间隔开的点；
连杆机构，该连杆机构以可动的方式联接至所述基座构件，并且包括支撑在所述一对间隔开的点处的第一连杆销，并且该连杆机构包括外连杆和内连杆，所述外连杆和所述内连杆中的一个连杆在一端布置在所述第一连杆销上；
链条导向器，该链条导向器以可动的方式联接至所述连杆机构，以接触所述自行车的链条；
马达，该马达由所述基座构件支撑；以及
齿轮传动装置，该齿轮传动装置由所述马达驱动并且包括用于使所述连杆机构运动的输出臂，该输出臂围绕所述第一连杆销可旋转地布置在所述一对间隔开的点之间。
11.根据权利要求10所述的机电前齿轮变换器，其中所述一对间隔开的点包括所述基座构件的第一突出部和第二突出部。
12.根据权利要求11所述的机电前齿轮变换器，其中所述输出臂定位在所述第一突出部和所述第二突出部之间。
13.根据权利要求11所述的机电前齿轮变换器，其中所述第一突出部定位在所述基座构件的前部处或该前部的附近，并且所述第二突出部定位在所述基座的后部或该后部的附近。
14.根据权利要求11所述的机电前齿轮变换器，其中所述外连杆围绕所述第一连杆销枢转地布置。
15.根据权利要求14所述的机电前齿轮变换器，其中所述第一连杆销在所述第一突出部和所述第二突出部之间延伸。
16.根据权利要求10所述的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器还包括附装至所述基座构件的壳体，所述齿轮传动装置布置在所述壳体中。
17.根据权利要求16所述的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器还包括围绕所述第一连杆销布置的第一偏压元件，该第一偏压元件将所述输出臂偏压在所述外连杆上。
18.根据权利要求17所述的机电前齿轮变换器，其中所述输出臂在该输出臂沿第一方向移动时被所述齿轮传动装置朝向所述外连杆推动，而在该输出臂沿第二方向移动时被所述齿轮传动装置朝向所述第一偏压元件推动。
19.根据权利要求18所述的机电前齿轮变换器，其中所述第一方向是外侧方向，所述第二方向是内侧方向。
20.根据权利要求11所述的机电前齿轮变换器，其中所述齿轮传动装置包括扇形齿轮，该扇形齿轮接收从所述马达输入的扭矩并且包括围绕所述第一连杆销可旋转地布置并连接至所述输出臂的管状部。
21.根据权利要求20所述的机电前齿轮变换器，其中所述外连杆包括一对间隔开的端部，这一对间隔开的端部与所述基座构件的所述一对间隔开的点交错，并且其中所述输出臂和所述扇形齿轮的管状部位于这一对间隔开的端部之间。
22.根据权利要求21所述的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器还包括第一偏压元件，该第一偏压元件围绕所述第一连杆销布置并且将所述输出臂偏压在所述外连杆上。
23.根据权利要求21所述的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器还包括第二偏压元件，该第二偏压元件将所述链条导向器偏压到内侧位置。
24.一种用于具有链条的自行车的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器包括：
能附装至所述自行车的基座构件；
以可动的方式联接至所述基座构件的连杆机构；
链条导向器，该链条导向器以可动的方式联接至所述连杆机构，以接触所述链条；
附装至所述基座构件的壳体，该壳体具有前部区域以及前壳体部和后壳体部；以及
供电器壳体，该供电器壳体以可动的方式联接至所述后壳体部，并且尺寸和形状设定为不会影响所述前部区域。
25.根据权利要求24所述的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器还包括闭锁机构，该闭锁机构用于将所述供电器壳体以可移除的方式联接至所述后壳体部。
26.根据权利要求25所述的机电齿轮变换器，其中所述闭锁机构包括以可动的方式安装在所述供电器壳体和所述壳体中的一者上的闭锁件。
27.根据权利要求26所述的机电齿轮变换器，其中所述闭锁机构包括捕获件，所述捕获件布置在所述供电器壳体和所述壳体中的另一者上，并且该捕获件定位成与所述闭锁件协作。
28.根据权利要求24所述的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器还包括位于所述后壳体部上的电接触件。
29.根据权利要求28所述的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器还包括端子，这些端子布置在所述供电器壳体上并且定位成接触所述电接触件以在所述端子和所述电接触件之间进行电连接。
30.根据权利要求29所述的机电齿轮变换器，其中所述电接触件是偏压销。
31.根据权利要求30所述的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器还包括印刷电路板，该印刷电路板定位在所述壳体内并且附装至所述后壳体部，并且其中所述电接触件直接安装在所述印刷电路板上并且延伸至所述后壳体部的外部。
32.根据权利要求30所述的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器还包括围绕所述电接触件中的每个电接触件的电池接点密封件。
33.根据权利要求32所述的机电齿轮变换器，该机电齿轮变换器还包括电池表面密封件，该电池表面密封件布置在所述供电器壳体和所述后壳体部中的一者上，并且其中当所述供电器壳体被附装至所述壳体时，所述电池表面密封件对所述供电器壳体和所述后壳体部中的另一者进行密封并且包围所述端子和所述电接触件。
34.一种用于具有链条的自行车的机电前齿轮变换器，该机电前齿轮变换器包括：
能附装至所述自行车的基座构件；
以可动的方式联接至所述基座构件的连杆机构；
以可动的方式联接至所述连杆机构以接触所述链条的链条导向器；
由所述基座构件支撑的马达；
由所述马达驱动以使所述连杆机构移动的齿轮传动装置；
用于控制所述马达的CPU；
用于向所述机电前齿轮变换器供电的供电器；以及
手动操作的装置，该手动操作的装置以与所述CPU操作地通信的方式布置在所述机电前齿轮变换器上，以使所述机电前齿轮变换器的状态发生改变。
35.根据权利要求34所述的机电前齿轮变换器，其中所述手动操作的装置是按钮。
36.根据权利要求34所述的机电前齿轮变换器，其中所述状态的改变能够使所述机电前齿轮变换器配对。
37.根据权利要求34所述的机电前齿轮变换器，其中所述状态的改变包括改变所述链条导向器的位置。
38.根据权利要求37所述的机电前齿轮变换器，其中所述位置的改变包括调整所述链条导向器的位置。
39.根据权利要求38所述的机电前齿轮变换器，其中所述位置的改变包括齿轮换档。
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