CN103963912B - 自行车后变速器 - Google Patents

Abstract

一种自行车后变速器，主要配置有底座构件、可动构件、链条导板、摩擦元件、单向离合器和电致动器。底座构件被构造成安装到自行车上。可动构件可移动地连接到底座构件上。链条导板连接到可动构件上，从而可相对于可动构件绕旋转轴线旋转。摩擦元件可操作地设置在可动构件和链条导板之间，从而在链条导板的第一旋转方向上提供摩擦旋转阻力。单向离合器可操作地设置在可动构件和链条导板之间，从而，当链条导板在第一旋转方向上旋转时，单向离合器接合摩擦元件。电致动器可操作地连接到单向离合器上，从而可在接合模式和松开模式之间控制单向离合器。

Description

自行车后变速器

技术领域

本发明总体上涉及自行车后变速器。更具体而言，本发明涉及配置有摩擦元件的后变速器，摩擦元件位于可动构件和链条导板之间。

背景技术

典型的自行车后变速器用来可选择地将链条从多个链轮齿中的一个移动到另一个上，从而改变自行车车速。典型的后变速器包括底座构件、可动构件和链条导板，底座构件适于安装到自行车车架上，可动构件可移动地连接到底座构件上，链条导板连接到可动构件上。链条导板接合链条，从而，当可动构件相对于底座构件移动时，可在所述多个链轮齿之间可选择地切换链条。

后变速器的链条导板通常可旋转地安装到可动构件上，并在顺时针方向上被弹性偏压，从而，当链条接合直径更小的链轮齿时，链条导板能减轻链条的松弛现象，但是，在崎岖路段骑行时，碰撞和振动会引起链条导板逆时针旋转，从而会让链条出现不适宜的松弛现象。为了防止这种现象发生，在一些后变速器上已经增加了运动阻止结构。美国专利申请公开2009/0054183A1号中已经公开了一种运动阻止结构的一个例子。如该文献所示，自行车变速器包括底座构件、可动构件和链条导板，底座构件适于安装到自行车上，可动构件可移动地连接到底座构件上，链条导板连接到可动构件上。链条导板被连接以绕旋转轴线旋转，偏压元件绕旋转轴线在选定旋转方向上偏压链条导板。旋转阻力施加组件施加阻力以阻碍链条导板在与选定旋转方向相反的方向上旋转，调节组件调节所述旋转阻力施加组件的摩擦元件施加的阻力大小。

发明内容

总体上来说，本发明的公开内容涉及自行车后变速器的各种不同特征。

根据本发明的第一方面，提出了一种后变速器，该后变速器主要包括底座构件、可动构件、链条导板、摩擦元件、单向离合器和电致动器。底座构件被构造成能够安装到自行车上。可动构件可移动地连接到底座构件上。链条导板连接到可动构件上，从而可相对于可动构件绕旋转轴线旋转。摩擦元件可操作地设置在可动构件和链条导板之间，从而在链条导板的第一旋转方向上提供摩擦旋转阻力。单向离合器可操作地设置在可动构件和链条导板之间，从而，当链条导板在第一旋转方向上旋转时，单向离合器接合摩擦元件。电致动器可操作地连接到单向离合器上，从而可在接合模式和松开模式之间控制单向离合器。

根据本发明的第二方面，根据第一方面的后变速器被构造成使得电致动器安装在可动构件上。

根据本发明的第三方面，根据第一方面的后变速器被构造成使得电致动器包括具有输出轴的电机以及模式切换部件，所述模式切换部件可操作地连接到电机输出轴上，从而可在接合模式和松开模式之间切换单向离合器。

根据本发明的第四方面，根据第三方面的后变速器被构造成使得电致动器还包括齿轮减速器，其将电机输出轴连接到模式切换部件上。

根据本发明的第五方面，根据第一方面的后变速器被构造成使得电致动器包括模式切换部件和螺线管，螺线管可操作地连接到模式切换部件上，从而可在接合模式和松开模式之间切换单向离合器。

根据本发明的第六方面，根据第五方面的后变速器被构造成使得电致动器包括支架，支架连接到螺线管上以在平行于旋转轴线的方向上移动；且使得模式切换部件包括控制环，当螺线管在平行于旋转轴线的方向上移动支架时，所述控制环绕旋转轴线旋转。

根据本发明的第七方面，根据第六方面的后变速器被构造成使得电致动器还包括凸轮结构，凸轮结构形成在控制环和支架中的至少一个上。

根据本发明的第八方面，根据第一方面的后变速器被构造成使得沿旋转轴线从可动构件的非面向车架侧观察，第一旋转方向是链条导板绕旋转轴线逆时针旋转的旋转方向。

根据本发明的第九方面，根据第一方面的后变速器还包括偏压元件，偏压元件相对于底座构件朝低档位偏压可动构件。

根据本发明的第十方面，根据第一方面的后变速器还包括换档电机，换档电机可操作地连接到可动构件上，从而使可动构件相对于底座构件能够在横向上移动。

根据本发明的第十一方面，根据第一方面的后变速器还包括控制器，控制器连接到电致动器上，以在接合位置和松开位置之间控制电致动器，在所述接合位置上控制器控制单向离合器使之处于接合模式，在所述松开位置上控制器控制单向离合器使之处于松开模式。

根据本发明的第十二方面，根据第十一方面的后变速器被构造成：当链条导板在横向上相对于底座构件从第一档位移动到第二档位时，控制器控制电致动器使之从接合位置切换到松开位置。

根据本发明的第十三方面，根据第十一方面的后变速器被构造成，当链条导板未换档时，控制器控制电致动器以使之处于接合位置上。

根据本发明的第十四方面，根据第十一方面的后变速器被构造成：已经发出换档操作命令之后，如果预定时间已经过去但是未接收到代表要到达下一档位的信号，控制器就重复控制电致动器以使之处于松开位置。

根据本发明的第十五方面，根据第十一方面的后变速器被构造成：换档操作期间，如果检测出电致动器的电流高于预定电流值，控制器就重复控制电致动器以使之处于接合位置。

根据本发明的第十六方面，根据第十一方面的后变速器还包括致动器位置传感器，致动器位置传感器被设置为检测电致动器的操作位置。控制器对至可操作地连接到可动构件上的换档电机的电压输出值进行调节，从而，在换档操作期间，如果致动器位置传感器显示电致动器的操作位置处于接合位置上，就使可动构件在横向上相对于底座构件移动。

根据本发明的第十七方面，根据第十一方面的后变速器还包括致动器位置传感器，致动器位置传感器被设置为检测电致动器的操作位置。已经发出换档操作命令之后，如果致动器位置传感器显示电致动器的操作位置处于接合位置上，控制器就操作电致动器使之从接合位置切换到松开位置。

根据本发明的第十八方面，根据第十一方面的后变速器被构造成：当致动器位置传感器显示电致动器操作位置处于接合位置上时，控制器就重复控制电致动器使之从接合位置切换到松开位置。

根据本发明的第十九方面，根据第十八方面的后变速器被构造成：一达到预定重复次数，控制器就输出通知信号告知电致动器出现故障。

根据本发明的第二十方面，根据第十一方面的后变速器被构造成：一旦确定自行车速度低于预定速度，控制器就控制电致动器使之从接合位置切换到松开位置。

下面将结合附图详细描述本发明，这些内容公开了后变速器的优选实施例。通过下面的详细描述内容，本领域的普通技术人员可明显看出所公开的后变速器的其他目的、特征、方面和优点。

附图说明

现在参照附图，这些附图构成原始公开内容的一部分，附图如下：

图1是自行车的侧视图，该自行车包括多个后链轮齿和根据一个示例性实施例的自行车后变速器；

图2是图1所示的自行车的车把区域的透视图，控制器和开关安装到平直式车把上；

图3是放大的局部侧视图，示出了图1所示的后变速器的一部分；

图4是透视图，示出了图3所示的后变速器的面向车架侧，当链条不被接合时，后变速器处于低操作位置上；

图5是顶视图，示出了图3和4所示的后变速器的外连杆以及电机组件的内部部件；

图6是局部侧视图，示出了图3和4所示的后变速器的后部分，图中可动构件的盖件被拆卸掉；

图7是局部截面图，示出了图3和4所示的后变速器的可动构件；

图8是透视图，示出了图3和4所示的后变速器的滚柱离合器的滚柱保持器；

图9是横向截面图，示出了图3和4所示的后变速器的滚柱离合器；

图10是透视图，示出了图3和4所示的后变速器的摩擦元件、单向离合器和电致动器的面向车架侧；

图11是正视图，示出了图10所示的后变速器的摩擦元件、单向离合器和电致动器的面向车架侧，此时单向离合器处于接合模式；

图12是正视图，示出了图10和11所示的后变速器的摩擦元件、单向离合器和电致动器的面向车架侧，此时单向离合器处于松开模式；

图13是局部放大透视图，示出了单向离合器的保持器的一部分和模式切换部件的一部分，此时单向离合器处于接合模式；

图14是局部放大截面图，示出了单向离合器的保持器的一部分和模式切换部件的一部分，此时单向离合器处于接合模式；

图15是局部放大透视图，示出了单向离合器的保持器的一部分和模式切换部件的一部分，此时单向离合器处于松开模式；

图16是局部放大截面图，示出了单向离合器的保持器的一部分和模式切换部件的一部分，此时单向离合器处于松开模式；

图17是电致动器的面向车架侧的透视图，该电致动器具有替换的模式切换部件，用于在松开模式和接合模式之间切换单向离合器；

图18是电致动器的简化图，电致动器具有替换的模式切换部件，此时单向离合器处于接合模式；

图19是电致动器的简化图，电致动器具有替换的模式切换部件，此时单向离合器处于松开模式；

图20是第一流程图，示出了后变速器的控制器执行的典型控制操作过程；

图21是第二流程图，示出了后变速器的控制器执行的典型控制操作过程；

图22是第三流程图，示出了后变速器的控制器执行的典型控制操作过程；

图23是第四流程图，示出了后变速器的控制器执行的典型控制操作过程。

具体实施方式

现在将参照附图解释选定的实施例。本领域的普通技术人员从公开内容可明显看出，下面对实施例的描述仅是示例性的，并没有限制本发明的目的，本发明由所附的权利要求书及其等同形式界定。

首先参照图1，示出了自行车10，自行车10包括根据一个示例性实施例的后变速器12。在该示例性实施例中，后变速器12是电控变速器，为自行车驱动机构14的一部分。驱动机构14主要包括前部大齿盘16、电控前变速器18、多个后链轮齿20和链条22。

如图2所示，自行车控制装置24安装到自行车10的车把26上。自行车控制装置24电连接到后变速器12和前变速器18上，以输出命令或控制信号来操作后变速器12和前变速器18。电换档器28安装到车把26上，从而可直接操作后变速器12或通过自行车控制装置24操作后变速器12。电换档器30安装到车把26上，从而可直接操作前变速器18或通过自行车控制装置24操作前变速器18。当电换档器28、30电连接到自行车控制装置24上以将命令或控制信号输出给自行车控制装置24时，电换档器28、30可被配置为与自行车控制装置24无线通讯，和/或，分别与后变速器12和前变速器18无线通讯。

自行车控制装置24解释和执行各种程序和硬件的指令（数据、信号和命令），从而，可根据需要和/或要求控制后变速器12、前变速器18以及其他元件的操作。自行车控制装置24包括微计算机，微计算机包括处理器和存储器，用于处理来自于自行车10的各种传感器和部件的各种信号。尽管示出自行车控制装置24是一个单独部件，但是自行车控制装置24可以是其他组件的部件，或可以是由几个元件（如，位于不同部件上的多个控制器）构成的部件。

在所示的实施例中，自行车10还包括速度传感器32，其安装到自行车10的一部分（如，前叉）上。速度传感器32检测安装到自行车10的前轮的一根辐条上的磁铁34。速度传感器32例如可以是霍尔效应传感器或簧片（磁性）开关，当自行车10的前轮和磁铁经过速度传感器32附近时，速度传感器32可检测磁铁34。速度传感器32的信号通过无线方式或导线（未示出）输出给自行车控制装置24。

在所示的实施例中，自行车控制装置24优选配置有手动换档模式和自动换档模式。尽管示出后变速器12和前变速器18与自行车控制装置24一起使用，但是，本领域的普通技术人员从公开内容可明显看出，可以去掉自行车控制装置24，使后变速器12和前变速器18分别受电换档器28、30直接控制。

现在将参照图3至6更详细描述后变速器12。后变速器12通过固定螺栓38以传统方式固定到自行车车架36的后部分上。后变速器12通过电换档器28操作，电换档器28是换档致动装置。电换档器28在多个档位之间操作后变速器12，使链条22通过后变速器12在横向上在后链轮齿之间移动。图3中示出后变速器12处于低档位置上。文中使用的术语“低档位”表示后变速器12处于某操作状态下，此操作状态对应于链条22正被引导到后链轮齿20中齿数最大的一个后链轮齿上。文中使用的术语“高档位”表示后变速器12处于某操作状态下，此操作状态对应于链条22正被引导到后链轮齿20中齿数最小的一个后链轮齿上。

如图3和4所示，后变速器主要包括底座构件40、可动构件42和链条导板44。底座构件40被构造成通过固定螺栓38安装到自行车10上。可动构件42可移动地连接到底座构件40上。链条导板44是相对传统的部件，其包括一对滑轮P1和P2。链条导板44连接到可动构件42上，使得链条导板44能够绕旋转轴线A相对于可动构件42转动。因而，当可动构件42在不同档位之间移动时，链条导板44绕旋转轴线A相对于可动构件42转动。在所示的实施例中，后变速器12还包括第一或外连杆46和第二或内连杆48，用于使可动构件42可移动地连接到底座构件40上。外连杆46和内连杆48均具有第一端和第二端，所述第一端可枢转地连接到底座构件40上，所述第二端可枢转地连接到可动构件42上，从而形成了四杆联接布置结构。

如图4最清楚所示，后变速器12还包括第一偏压元件50，第一偏压元件50相对于底座构件40朝低档位偏压可动构件42。在所示的实施例中，第一偏压元件50是螺旋拉簧，其具有连接到外连杆46上的第一端50a和连接到内连杆48上的第二端50b。

如图5所示，后变速器12还包括换档电机52，换档电机52通过外连杆46可操作地连接到可动构件42上，从而使可动构件42相对于底座构件40能够在横向上移动。换档电机52是可逆电机。后变速器12还包括控制器54，控制器54控制换档电机52的操作。换档电机52是安装在底座构件40上的电机组件的一部分。在所示的实施例中，电机组件还包括齿轮减速器56和档位传感器58。

换档电机52通过齿轮减速器56连接到外连杆46上。具体而言，外连杆46固定到齿轮减速器56的输出轴60的一端上。输出轴60在第一或向前旋转方向上的旋转使可动构件42和链条导板44相对于底座构件40朝高档位置移动。输出轴60在第二或反向旋转方向上的旋转使可动构件42和链条导板44相对于底座构件40朝低档位置移动。可供选择地，内连杆46固定到齿轮减速器56的输出轴60的一端上。

如图5所示，所示实施例的档位传感器58由位置传感器遮光轮和双通道光中断器形成。档位传感器58的双通道光终端器电连接到控制器54上。档位传感器58根据位置传感器遮光轮的旋转量产生档位信号。具体而言，齿轮减速器56在换档电机52的作用下旋转，齿轮减速器56的旋转使位置传感器遮光轮旋转。因而，位置传感器遮光轮的旋转指示链条导板44通过换档电机52的操作而运动的运动量。双通道光中断器具有光源（如，LED）和光检测器（如，光电晶体管）。光源（如，LED）设置在遮光轮的一侧上。光检测器（如，光电晶体管）设置在遮光轮的另一侧上。当遮光轮旋转时，来自于光源的光穿过遮光轮上的沿周向隔开的孔。该光穿过遮光轮上的孔，然后作为光脉冲而由光检测器检测，从而确定输出轴60通过齿轮减速器56进行旋转的旋转操作量。因而，档位传感器58产生并输出档位信号给控制器54。档位传感器58并不局限于所示的实施例。更确切地说，可以采用其他类型的档位传感器，如电位器、电阻位置传感器、光学位置传感器、接触开关、霍尔效应传感器、磁阻（MR）传感器等。

如图6和7所示，链条导板44固定连接到旋转轴62上，旋转轴62可旋转地安装到可动构件42上。换句话说，链条导板44通过旋转轴62连接到可动构件42上，从而链条导板44绕旋转轴线A旋转。为达到组装目的，旋转轴62优选由可拆卸地连接在一起的几个部分构成。另外，优选地，衬套和/或轴承可设置在可动构件42和旋转轴62之间，但是图中未示出这种配置结构。

在所示的实施例中，后变速器12还包括旋转阻力施加组件68，旋转阻力施加组件68具有摩擦元件70，摩擦元件70施加阻力以阻碍链条导板44在第二旋转方向（其与第一旋转方向相反）上的旋转运动。在此，摩擦元件70是带式摩擦元件。优选地，旋转阻力施加组件68的旋转（摩擦）阻力是可调节的。因此，在所示的实施例中，调节螺栓72被配置来将摩擦元件70的自由端挤压在一起，以获得所需的摩擦阻力。

在所示的实施例中，摩擦元件70可操作地设置在可动构件42和链条导板44之间，从而，当链条导板44绕旋转轴线A旋转时，摩擦元件70在链条导板44的第一旋转方向D1上提供摩擦旋转阻力。当沿旋转轴线A从可动构件42的非面向车架侧观察时，第一旋转方向D1是链条导板44绕旋转轴线A逆时针旋转的旋转方向。更具体而言，后变速器12还包括单向离合器74，单向离合器74可操作地设置在可动构件42和链条导板44之间，从而，当链条导板44在第一旋转方向D1上旋转时，单向离合器74接合摩擦元件70。在所示的实施例中，后变速器12还包括电致动器76，其可操作地连接到单向离合器74上，从而可在接合模式和松开模式之间控制单向离合器74。

如图7所示，第二偏压元件78绕旋转轴线A在第二旋转方向D2上偏压链条导板44，该第二旋转方向D2绕旋转轴线A而与第一旋转方向D1相反。因而，当沿旋转轴线A从可动构件42的非面向车架侧观察时，第二旋转方向D2是链条导板44绕旋转轴线A顺时针旋转的旋转方向。在该所示的实施例中，第二偏压元件78是扭转弹簧，其具有第一端和第二端，第一端设置在可动构件42的孔中，第二端设置在链条导板44的孔中。

在所示的实施例中，如图6所示，单向离合器74设置在摩擦元件70和旋转轴62之间。摩擦元件70施加阻力以阻碍链条导板44在第一旋转方向D1上相对于可动构件42进行旋转运动。特别地，摩擦元件70施加摩擦阻力来阻碍单向离合器74旋转，从而施加摩擦阻力来阻碍链条导板44旋转。保护盖安装到可动构件42上以保护和封装单向离合器74和摩擦元件70，以免它们受到外界环境破坏。

参照图6、8和9，在该实施例中，旋转轴62形成单向离合器74的内座圈。单向离合器74还包括外座圈80、多个辊柱82和滚柱保持器84。当链条导板44和旋转轴62在第一旋转方向D1上相对于可动构件42旋转时，摩擦元件70施加摩擦力给单向离合器74的外座圈80的外圆周面。因而，在该实施例中，单向离合器74是滚柱离合器，当链条导板44和旋转轴62在第一旋转方向D1上相对于可动构件42旋转时，该滚柱离合器接合，当链条导板44和旋转轴62在第二旋转方向D2上相对于可动构件42旋转时，该滚柱离合器松开。因此，当链条导板44和旋转轴62在第二旋转方向D2上相对于可动构件42旋转时，链条导板44和旋转轴62不承受摩擦元件70的旋转阻力，从而可相对于可动构件42自由旋转。

滚柱保持器84主要包括第一卡环84a、第二卡环84b、多个固定柱84c和弹性组件84d，如图8所示。美国专利申请公开2012/0083371号中已经详细描述了单向离合器74，因此文中不将对单向离合器74进行更详细的描述。

参照图6、7以及10至16，电致动器76固定安装在可动构件42上，单向离合器74还配置有模式切换部件88。基本上，控制器54连接到电致动器76上以控制电致动器76，电致动器76在接合位置和松开位置之间操作模式切换部件88，在接合位置上控制单向离合器74处于接合模式，在松开位置上控制单向离合器74处于松开模式。模式切换部件88在接合模式和松开模式之间切换单向离合器74。在接合模式，单向离合器74是可操作的，从而，当链条导板44在第一旋转方向D1（但不在第二旋转方向D2上）上相对于可动构件42旋转时，摩擦元件70施加阻力给旋转轴62。在松开模式中，单向离合器74是不可操作的，从而，当链条导板44在第一旋转方向D1或第二旋转方向D2上相对于可动构件42旋转时，摩擦元件70不施加阻力给旋转轴62。

在图6、7以及10至16所示的实施例中，电致动器76包括电机90，电机90具有输出轴92，输出轴92可操作地连接到模式切换部件88上，以在接合模式和松开模式之间切换单向离合器74。电致动器76还包括齿轮减速器94，齿轮减速器94将电机90的输出轴92连接到模式切换部件88。在所示的实施例中，电致动器76电连接到控制器54上。控制器54按照如下所述那样输出信号，以控制电致动器76的操作，从而在接合模式和松开模式之间可选择地切换单向离合器74。

如图10至12所示，模式切换部件88包括齿轮88a，齿轮88a与齿轮减速器94的一个齿轮啮合，从而将电机90的输出轴92的旋转传递给模式切换部件88的齿轮88a。齿轮88a可旋转地安装在旋转轴62上。模式切换部件88还包括多个连接销88b（在图13至16中仅示出一个连接销）以及多个偏压元件88c（在图13至16中仅示出一个偏压元件）。连接销88b和偏压元件88c设置在外座圈80的面向车架侧的凹槽中。偏压元件88c偏压连接销88b使其接触齿轮88a的非面向车架侧。齿轮88a和第二卡环84b相互固定，从而，当齿轮88a旋转时卡环84b也旋转。齿轮88a改变卡环84b和外座圈80之间的相对角度位置。齿轮88a包括多个孔88d，它们可选择地接收连接销88b。如图13和14所示，当连接销88b不与齿轮88a的孔88d接合时，模式切换部件88使单向离合器74处于接合模式。具体而言，在连接销88b不与齿轮88a的孔88d接合的情况下，当旋转轴62在第一旋转方向D1上相对于可动构件42旋转时，单向离合器74的滚柱保持器84的第二卡环84b能够旋转，从而将单向离合器74的外座圈80有效地连接到旋转轴62上。因而，在连接销88b不与齿轮88a的孔88d接合的情况下，当旋转轴62在第一旋转方向D1上相对于可动构件42旋转时，摩擦元件70将旋转阻力施加给旋转轴62。

另一方面，如图15和16所示，当连接销88b与齿轮88a的孔88d接合时，模式切换部件88使单向离合器74处于松开模式。具体而言，当连接销88b与齿轮88a的孔88d接合时，单向离合器74的滚柱保持器84的第二卡环84b不能旋转至将单向离合器74的外座圈80有效地连接到旋转轴62上。因此，当旋转轴62在第一旋转方向D1上相对于可动构件42旋转时，滚柱82不能移动到可有效地将单向离合器74的外座圈80有效地连接到旋转轴62上的位置上。因此，在连接销88b与齿轮88a的孔88d接合的情况下，当旋转轴62在第一旋转方向D1上相对于可动构件42旋转时，摩擦元件70不对旋转轴62施加旋转阻力。

优选地，后变速器12还包括致动器位置传感器96，其被设置成检测电致动器76的操作位置。致动器位置传感器96电连接到控制器54上，显示单向离合器74是处于接合模式还是松开模式。因而，控制器54接收来自于致动器位置传感器96的信号，使得控制器54能判断单向离合器74是处于接合模式还是松开模式。优选地，如下所解释，已经发出换档操作命令后，如果致动器位置传感器96显示电致动器76的操作位置处于接合位置上，控制器54就操作电致动器76从接合位置转变到松开位置。

在此，示出致动器位置传感器96用于检测齿轮88a的旋转运动。但是，致动器位置传感器96并不局限于所示实施例的这种布置结构。更确切地说，致动器位置传感器96能检测电致动器76的一些其他移动部件的齿轮减速器94的一个齿轮的旋转运动，从而显示单向离合器74是处于接合模式还是松开模式。

例如，如图所示，致动器位置传感器96包括磁信号接收器，磁信号接收器包括一个或更多个检测元件，这些检测元件检测齿轮88a上的磁铁98。但是，致动器位置传感器96并不局限于所示实施例的磁铁式传感器。更确切地说，可使用其他类型的位置传感器，如，电位计、电阻位置传感器、光学位置传感器、接触开关等。因而，根据需要和/或要求，致动器位置传感器96可以是接触式传感器或非接触式传感器。

在图17至19所示的实施例中，示出可选的电致动器76'来替代电致动器76。基本上，电致动器76'以类似于电致动器76的操作方式（如上所所述）操作，在接合模式和松开模式之间切换单向离合器74。图17和18示出电致动器76'处于接合位置上，使单向离合器74（参照图6,8和9）处于接合模式。图19示出电致动器76'处于松开位置上，使单向离合器74（参照图6,8和9）处于松开模式。在此，电致动器76'包括模式切换部件88'和螺线管90'。螺线管90'可操作地连接到模式切换部件88'上，以在接合模式和松开模式之间切换单向离合器74。具体而言，电致动器76'还包括支架100，支架100连接到螺线管90'上以在平行于旋转轴线A的方向上移动。在此，例如，支架具有外套筒102、内套筒104和多个连接销106。连接销106使外套筒102和内套筒104相互连接在一起。模式切换部件88'包括控制环108，当螺线管90'使支架100在平行于旋转轴线A的方向上移动时，控制环108绕旋转轴线A旋转。在此，例如，控制环108可旋转地设置在外套筒102和内套筒104之间。控制环108固定到第二卡环84b上。电致动器76'还包括凸轮结构，凸轮结构形成在控制环108和支架102中的至少一个上。在此，例如，控制环108具有多个凸轮槽110。凸轮槽110构成凸轮结构的，从而，当支架100位于平行于旋转轴线A的方向上时，所述凸轮结构与连接销106相互配合而可使控制环108旋转。基本上，当模式切换部件88'的控制环108从图17和18所示的接合位置转动到图19所示的松开位置时，第二卡环84b在第二旋转方向D2上旋转。因而，第二卡环84b的旋转可将单向离合器74锁定在松开模式，从而旋转轴62能自由旋转，而不承受摩擦元件70的阻力。

现在将参照图20描述第一控制过程，控制器54执行第一控制过程来控制单向离合器74的模式，以使后变速器12进行降档操作（即，链条22移动到链轮齿20中齿数更大的链轮齿上）。当控制器54接收到来自于自行车控制装置24或电换档器28的换档信号时，执行这种控制过程。如上所述，在设定为自动换档模式的情况下，自行车控制装置24根据自行车10的一个或更多个操作条件产生换档信号。可供选择地，操作者通过操作电换档器28可产生换档信号。

在图20所示的过程中，可以去掉致动器位置传感器96。因而，与具有位置传感器（其用于检测电致动器76的接合位置和松开位置）的变速器相比，后变速器12结构更紧凑、更廉价。

在步骤S1中，控制器54控制电致动器76将单向离合器74从接合模式（即，单向离合器74可操作）切换到松开模式（即，单向离合器74不可操作）。然后，该过程继续执行步骤S2。

在步骤S2中，控制器54致动换档电机52以使齿轮减速器56的输出轴60转动，从而，外连杆46和内连杆48使可动构件42和链条导板44相对于底座构件40横向移动。从而，后变速器12可从当前档位移动到目标档位上。

因而，通过步骤S1和S2的操作，当链条导板44在横向上相对于底座构件40从第一（当前）档位移动到第二（目标）档位时，控制器54控制电致动器76从接合位置转变到松开位置上。然后该过程继续执行步骤S3。

在步骤S3中，控制器54判断换档电机52的电流值是否高于预定电流值。如果换档电机52的电流值高于预定电流值，那么控制器54就确定摩擦元件70仍将摩擦阻力施加给旋转轴62。从而，控制单向离合器74仍是可操作的，继续执行步骤S4。

在步骤S4中，控制器54停止换档电机52，然后该过程继续执行步骤S5，在步骤S5中，控制器54再次控制电致动器76，以将单向离合器74从接合模式切换到松开模式。从而，通过步骤S4和S5的操作，当链条导板44未被换档时，控制器54控制电致动器76运行到接合位置上。然后该过程继续执行步骤S6。

在步骤S6中，控制器54使当前计数值“N”加上数值1。换句话说，控制器54包括计数器，在该过程结束之前，计数器计算控制器54已经完成换档操作切换到目标档位上的次数。

在步骤S6之后，该过程继续执行步骤S7，在步骤S7中，控制器54比较当前计数值“N”与预定计数值“N1”。如果当前计数值“N”等于或大于预定计数值“N1”，那么该过程结束。但是，如果当前计数值“N”小于预定计数值“N1”，那么该过程返回到步骤S2。以这种方式，在换档操作期间，一旦检测出电致动器76的电流高于预定电流值，控制器54就反复控制电致动器76转换到接合位置上。换句话说，在该过程结束之前，控制器54的计数器用来确定该过程反复完成换档操作切换到目标档位上的次数。

控制器54优选具有出厂设置，让预定计数值“N1”对应于该过程结束之前完成换档操作切换到目标档位上的重复操作次数的最大值。另外，优选地，可通过自行车控制装置24、直接插入到后变速器12中的个人计算机、设置在后变速器12上的调节装置、或者任何其他所需的方式，骑车者或其他人员可将该预定计数值“N1”调节为所需值。

在步骤S3中，如果控制器54确定换档电机52的电流值等于或小于预定电流值，由于控制器54已经确定单向离合器74处于松开模式，那么该过程继续执行步骤S8。

在步骤S8中，控制器54通过档位位置传感器58来判断是否已经在预定时间范围内达到目标档位。如果否，那么控制器54如上所述那样执行步骤S4至S7。通过步骤S6，S7和S8的操作，已经发出换档操作命令之后，如果预定时间已经过去，但还没有接收到要到达下一档位的信号时，控制器54就反复控制电致动器76转换到松开位置上。

但是，在步骤S8中，如果控制器54确定在预定时间内已经达到目标档位，那么该过程继续执行步骤S9。

在步骤S9中，控制器54停止换档电机52，然后该过程继续执行步骤S10，在步骤S10中，控制器54控制电致动器76，以使单向离合器74从松开模式切换到接合模式。然后该过程结束。

现在将参照图21描述第二或替换控制过程，控制器54执行该控制过程来控制单向离合器74的模式，以让后变速器12进行降档操作（即，链条22移动到链轮齿20中齿数更大的链轮齿上）。如上所述，当控制器54接收到来自于自行车控制装置24或电换档器28的换档信号时，执行该控制过程。

在步骤S20中，控制器54控制电致动器76，使单向离合器74从接合模式切换到松开模式。然后该过程继续执行步骤S21。

在步骤21中，控制器54判断来自于致动器位置传感器96的信号是否表示单向离合器74处于松开模式。如果判断结果为否，然后该过程继续执行步骤S22，在步骤S22中，控制器54调节换档电机52的电压输出值达到更高值，使得换档电机52就通过增大的作用力完成换档操作，由于摩擦元件70施加旋转阻力给旋转轴62，因而需要增大作用力。换句话说，控制器54调节（即增大）至换档电机52（其通过连杆46和48可操作地连接到可动构件42上）的电压输出值，从而，在换档操作期间，如果致动器位置传感器96显示电致动器76的操作位置处于接合位置上，就使可动构件42在横向上相对于底座构件40移动。以这种方式，当单向离合器74处于接合模式使得摩擦元件70施加摩擦阻力给旋转轴62时，能可靠地执行换档操作。然后该过程继续执行步骤S23。

如果控制器54确定来自于致动器位置传感器96的信号表示单向离合器74处于松开模式，该过程还是继续执行步骤S23。在步骤S23中，控制器54致动换档电机52，以使齿轮减速器56的输出轴60转动，从而使得外连杆46和内连杆48使可动构件42和链条导板44相对于底座构件40横向移动。因而，后变速器12从当前档位向目标档位移动。然后该过程继续执行步骤S24。

在步骤S24中，控制器54控制电致动器76，以将单向离合器74从松开模式切换到接合模式。然后，该过程结束。

现在将参照图22描述第三或替换控制过程，控制器54执行该控制过程来控制单向离合器74的模式，以让后变速器12进行降档操作（即，链条22移动到链轮齿20中齿数更大的链轮齿上）。当控制器54如上所述那样接收自行车控制装置24或电换档器28的换档信号时，执行该控制过程。

在步骤S30中，控制器54控制电致动器76，将单向离合器74从接合模式切换到松开模式。然后该过程继续执行步骤S31。

在步骤S31中，控制器54判断来自于致动器位置传感器96的信号是否表示单向离合器74处于松开模式。如果判断结果为是，然后该过程继续执行步骤S32。

在步骤S32中，控制器54致动换档电机52以使齿轮减速器56的输出轴60转动，从而外连杆46和内连杆48使可动构件42和链条导板44相对于底座构件40横向移动。从而，后变速器12从当前档位移动到目标档位上。然后，该过程继续执行步骤S33。

在步骤S33中，控制器54控制电致动器76，以将单向离合器74从松开模式切换到接合模式。然后该过程结束。

但是，在步骤S31中，如果来自于致动器位置传感器96的信号表示单向离合器74仍处于接合模式，然后该过程继续执行步骤S34，在步骤S34中，控制器54让当前的计数值“N”加上数值1。然后，该过程继续执行步骤S35，在步骤S35中，控制器54比较当前计数值“N”与预定计数值“N1”。如果当前计数值“N”等于或大于预定计数值“N1”，那么该过程继续执行步骤S36，在步骤S36中，控制器54输出通知信号告知电致动器76出现故障。然后该过程结束。

从而，在图22所示的过程中，一达到预定计数时，控制器54输出通知信号告知电致动器76出现故障。表明电致动器76出现故障的通知信号显示在自行车控制装置24的显示屏（参照图2）上。优选地，电致动器76每次出现故障时，故障数据储存在控制器54和/或自行车控制装置24的存储器中。外部计算机（PC）然后通过有线或无线方式可读取电致动器76出现故障的数据。

另一方面，在步骤S35中，如果计数值“N”低于预定计数值“N1”，那么该过程返回到步骤S30中。因而，当致动器位置传感器96表示电致动器76的操作位置处于接合位置时，控制器54反复控制电致动器76从接合位置转换到松开位置上。另外，通过步骤S30、S31、S34和S35的操作，已经发出换档操作命令之后，如果致动器位置传感器96显示电致动器76的操作位置处于接合位置上，控制器54就操作电致动器76从接合位置转换到松开位置上。

现在参照图23将描述第四或替换控制过程，通过控制器54执行该控制过程，从而根据车辆速度来控制单向离合器74的模式。电能一输送给后变速器12，就能连续执行该控制过程。

在步骤S40中，控制器54通过速度传感器32判断自行车速度是否低于预定速度。如果判断结果为否，那么该过程就继续重复步骤S40。

如果控制器54确定自行车速度低于预定速度，那么该过程就继续执行步骤S23，在步骤S23中，控制器54控制电致动器76，以将单向离合器74从接合模式切换到松开模式。然后该过程结束。

在图23所示的过程中，当自行车速度低于预定速度时，因为链条导板44不可能旋转，也不可能让链条22不适宜地松弛，因而，在P轴的高旋转载荷下，不需要施加摩擦阻力给旋转轴62。因而，一确定自行车速度低于预定速度时，控制器54就控制电致动器76使之从接合位置切换到松开位置上。在低速下通过将单向离合器74切换到松开模式，则在低速下换档期间就会消耗更少能量。

在理解本发明的范围的过程中，文中使用的术语“包括”及其派生词是开放式术语，明确表示具有所声明的特征、元件、部件、组件、整体和/或步骤，但是并不排除存在其他未声明的特征、元件、部件、组件、整体和/或步骤。上述内容也适用于具有类似含义的词语，如术语“包含”、“具有”及其派生词。另外，术语“部件”、“部”、“部分”、“构件”或“元件”以单数形式使用时可以具有复数意义或表示多个部件。

在描述后变速器12的过程中，使用的下列方向术语“向前”、“向后”“之上”、“向下”、“竖向”、“水平”、“之下”、“横向”和“横穿”以及任何其他类似方向术语表示相对于竖立在水平面上、装配有后变速器12的自行车的方向。因而，这些术语在用来描述后变速器12时，应该相对于竖立在水平面上的自行车来解释它们，该自行车装配有位于安装位置上的后变速器12。

另外，应该理解为，尽管术语“第一”和“第二”在此用来描述各种不同元件，但是这些元件不应仅局限于这些术语。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件区分开。因而，例如，在不违背本发明提供的相关技术知识的情况下，上述第一元件可称之为第二元件，反之亦然。

文中使用的术语“连接”或“被连接”包括下述结构：通过将一元件直接附装到另一元件上而将所述元件直接固定到所述另一元件上；将元件固定到中间元件上，然后让中间元件固定到另一元件上，从而将所述元件非直接地固定到所述另一元件上；以及，一个元件与另一元件成一体，即，一个元件实质上是另一元件的部件。这种定义也适用于具有类似含义的术语，例如“被结合”、“被连结”、“被连附”、“被安装”、“被粘结”、“被固定”及其派生词。

最后，文中使用的程度术语如“基本上”、“大致”和“大约”表示改变的元素在最终结果没有明显改变的情况下的偏差程度。

尽管仅选择了选定的实施例来阐述本发明，但是本领域的普通技术人员从公开内容可明显看出，在不脱离所附权利要求书界定的本发明的范围内，可进行各种改变和改进。例如，可根据需要和/或要求改变各部件的尺寸、形状、位置或方位，只要基本上不改变其预定功能即可。被示出直接相互连接或接触的部件可以具有设置在它们之间的中间结构，除非文中另有说明。一个元件的功能可通过两个元件来实现，反之亦然，除非文中另有说明。一个实施例的结构和功能可采纳在另一实施例中。某具体实施例不需要同时具有所有优点。相对于现有技术来说独特的每个特征可单独使用或与其他特征相结合，所述的每个独特特征也应认为是本申请人的其他发明的单独描述，包括这些特征所体现的结构和/或功能原理。因而，前面对本发明的实施例的描述仅是阐释性的，并没有限制本发明的目的，本发明由所附的权利要求书及其等同形式界定。

Claims (20)

1.一种后变速器，包括：

底座构件，其被构造成安装到自行车上；

可动构件，其可移动地连接到底座构件上；

链条导板，其连接到可动构件上，从而可相对于可动构件绕旋转轴线旋转；

摩擦元件，其可操作地设置在可动构件和链条导板之间，从而在链条导板的第一旋转方向上提供摩擦旋转阻力；

单向离合器，其可操作地设置在可动构件和链条导板之间，从而，当链条导板在第一旋转方向上旋转时，单向离合器接合摩擦元件；以及

电致动器，其可操作地连接到单向离合器上，从而可在接合模式和松开模式之间控制单向离合器；

与所述电致动器相连的控制器，所述控制器构造为输出信号以控制所述电致动器的操作。

2.根据权利要求1的后变速器，其中，

电致动器安装在可动构件上。

3.根据权利要求1的后变速器，其中，

电致动器包括具有输出轴的电机、以及模式切换部件，模式切换部件可操作地连接到电机输出轴上，从而可在接合模式和松开模式之间切换所述单向离合器。

4.根据权利要求3的后变速器，其中，

电致动器还包括齿轮减速器，该齿轮减速器将电机输出轴连接到模式切换部件上。

5.根据权利要求1的后变速器，其中，

电致动器包括模式切换部件和螺线管，螺线管可操作地连接到模式切换部件上，从而可在接合模式和松开模式之间切换所述单向离合器。

6.根据权利要求5的后变速器，其中，

电致动器包括支架，该支架连接到螺线管上以在平行于所述旋转轴线的方向上移动；以及

电致动器的模式切换部件包括控制环，当螺线管使支架在平行于旋转轴线的方向上移动时，所述控制环绕所述旋转轴线旋转。

7.根据权利要求6的后变速器，其中，

电致动器还包括凸轮结构，该凸轮结构形成在所述控制环和支架中的至少一个上。

8.根据权利要求1的后变速器，其中，

沿所述旋转轴线从可动构件的非面向车架侧观察，所述第一旋转方向是链条导板绕所述旋转轴线逆时针旋转的旋转方向。

9.根据权利要求1的后变速器，还包括，

偏压元件，该偏压元件相对于底座构件朝低档位偏压可动构件。

10.根据权利要求1的后变速器，还包括，

换档电机，该换档电机可操作地连接到可动构件上，从而使可动构件相对于底座构件在横向上移动。

11.根据权利要求1的后变速器，还包括，

所述控制器在接合位置和松开位置之间控制电致动器，在该接合位置上控制器控制单向离合器使之处于接合模式，在该松开位置上控制器控制单向离合器使之处于松开模式。

12.根据权利要求11的后变速器，其中，

当链条导板在横向上相对于底座构件从第一档位移动到第二档位时，控制器控制电致动器使之从接合位置切换到松开位置上。

13.根据权利要求11的后变速器，其中，

当链条导板未换档时，控制器控制电致动器以使之处于接合位置上。

14.根据权利要求11的后变速器，其中，

已经发出换档操作命令之后，如果预定时间已经过去但是未接收到代表要到达的下一档位的信号，控制器就重复控制电致动器以使之处于松开位置上。

15.根据权利要求11的后变速器，其中，

换档操作期间，如果检测出电致动器的电流高于预定电流值，控制器就重复控制电致动器以使之处于接合位置上。

16.根据权利要求11的后变速器，还包括，

致动器位置传感器，该致动器位置传感器被设置为检测电致动器的操作位置；

所述控制器调节输送至可操作地连接到可动构件上的换档电机的电压输出值，从而，在换档操作期间，如果致动器位置传感器显示电致动器操作位置处于接合位置上，就使可动构件在横向上相对于底座构件移动。

17.根据权利要求11的后变速器，还包括，

致动器位置传感器，该致动器位置传感器被设置为检测电致动器的操作位置；

已经发出换档操作命令之后，如果致动器位置传感器显示电致动器的操作位置处于接合位置上，所述控制器就操作电致动器而使之从接合位置切换到松开位置上。

18.根据权利要求17的后变速器，其中，

当致动器位置传感器显示电致动器操作位置处于接合位置上时，控制器就重复控制电致动器而使之从接合位置切换到松开位置上。

19.根据权利要求18的后变速器，其中，

一达到预定重复次数，控制器就输出通知信号告知电致动器出现故障。

20.根据权利要求11的后变速器，其中，

一检测出自行车速度低于预定速度，控制器就控制电致动器而使之从接合位置切换到松开位置上。