CN104608873B - 用于自行车换档机构的马达驱动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自行车换档机构的马达驱动变速器(1)，其包括：适合于被安装在自行车框架上的支撑体(102)；适合于使自行车链条在各个齿轮上的不同接合位置之间移动的链条引导件(103)；以移动方式将所述链条引导件连接至所述支撑体的一对连杆，所述一对连杆中的第一连杆能够在其第一端上绕第一旋转轴线旋转；齿轮马达单元(10)，其被收容在所述支撑体中并且配备有能够绕第二旋转轴线旋转的输出轴(13)；位于所述齿轮马达单元(10)和所述第一连杆之间的传动件，其被收容在所述支撑体的内室中，其中所述内室包括至少一个可调节的末端止动元件(20，220)，其防止所述输出轴沿输出轴的两个旋转方向中的至少一个旋转超过一定旋转角度。

Description

用于自行车换档机构的马达驱动变速器
技术领域
本发明涉及一种用于自行车换档机构的马达驱动变速器。
本发明还涉及一种包括上述变速器的自行车换档机构。优选地，该自行车是竞赛自行车。
背景技术
众所周知，自行车是由肌肉力量移动的机械运输装置，肌肉力量经过传动系统被传递给后“驱动”轮。它包括：一对曲柄，骑车人在这对曲柄上施加推进力；一个或多个驱动齿轮，其通过与踏板曲柄直接联接而被设定为旋转；以及一个或多个从动齿轮或链轮，经过链条而由驱动齿轮设定为旋转，所述链轮与后轮的轮毂联接。
具体地，竞赛自行车包括具有不同直径的多个链轮和同样具有不同直径的多个驱动齿轮。链条同时接合驱动齿轮和链轮，并且能够经过前侧换档机构和后侧换档机构而选择性地在它们之上移动，从而获得驱动齿轮和链轮的组合，该组合提供最适合于旅行条件的传动比。
前侧换档机构靠近多个驱动齿轮被安装在自行车框架上，并且包括使链条从一个驱动齿轮移动至另一个驱动齿轮的变速器。后侧换档机构靠近多个链轮被安装在自行车框架上，并且包括使链条从一个链轮移动至另一个链轮的变速器。
在现有技术中，前侧和后侧换档机构的变速器根据铰接平行四边形机构而被制成，在该机构中，通过销将平行四边形的侧边沿各自的大致平行的旋转轴线成对地铰接在一起。具体地，这样的铰接机构由相对于框架保持固定的支撑体、适合于使链条在相应齿轮(在前侧换档机构的变速器的情况下是曲柄组的齿轮，或者在后侧换档机构的变速器的情况下是链轮组的链轮)上的不同接合位置之间移动的所谓的链条引导件，以及以移动方式将链条引导件连接至支撑体的一对铰接臂或连杆(通常被称为外侧连杆和内侧连杆)形成。在前侧换档机构的变速器的情况下，链条引导件包括在术语中被称为“叉”的元件，而在后侧换档机构的变速器的情况下，链条引导件包括摇臂。
每个连杆通过插在相应孔中的相应铰接销而可旋转地连接至支撑体和链条引导件。
变速器能够被手动地启动(这样的变速器也被称为机械变速器)，或者被马达启动(这样的变速器也被称为电驱动变速器)。
本说明书涉及马达驱动变速器的情况。
在这样的马达驱动变速器中，铰接平行四边形的连杆能够在其设置有扇形齿轮的末端处绕旋转轴线旋转，该扇形齿轮与变速器的齿轮马达单元的输出轴的匹配扇形齿轮联接。
在本说明书中，通过表达齿轮马达单元，一个组包括电动马达和机械减速器。齿轮马达包括输出轴，其相对于电动马达的驱动轴的转速以减速的转速旋转。
齿轮马达单元由骑车人通过通常位于自行车手把上的控制件驱动。装载有适当软件的电子控制板管理齿轮马达单元的输出轴的旋转，从而执行由骑车人设定的传动比的变化，即进行驱动齿轮和链轮的期望组合。
由于输出轴的扇形齿轮与连杆的末端的扇形齿轮之间的联接，该联接中发生传动的减速(例如等于1/2)，输出轴的旋转导致连杆的相应旋转，以及随后发生的用于精确换档的链条引导件的期望移动。
申请人已经发现上述类型的马达驱动变速器具有这样的缺点：换档被专门下载至齿轮马达单元的电子控制板和管理它的软件，所以在发生电子控制板或软件自身的故障/异常的情况下，除了换档失去控制以外，还可能发生链条突然跌落到曲柄组的齿轮的外侧(在前侧换档机构的变速器的情况下)或者突然跌落到链轮组的链轮外侧(在后侧换档机构的变速器的情况下)。这样的链条突然跌落可能对于骑车人的幸福感具有非常严重的后果，骑车人可能会失去对自行车的控制并摔倒。
形成本发明的基础的技术问题是提供一种用于自行车换档机构的马达驱动变速器，其能够在变速器的齿轮马达单元的电子控制板或相关软件的故障/异常的情况下保障骑车人的安全。
发明内容
本发明的解决理念是提供对于输出轴旋转超过一定旋转角度的限制，从而避免链条跌落的风险。
因此，本发明在其第一方面中涉及一种变速器。
具体地，本发明涉及一种用于自行车换档机构的马达驱动变速器，其包括：
支撑体，所述支撑体适合于安装在自行车框架上，
链条引导件，所述链条引导件适合于使自行车链条在相应齿轮上的不同接合位置之间移动，
以移动方式将所述链条引导件连接至所述支撑体的一对连杆，所述一对连杆中的第一连杆能够在其第一端处绕第一旋转轴线旋转，
齿轮马达单元，所述齿轮马达单元被收容在所述支撑体中并且设置有能够绕第二旋转轴线旋转的输出轴，
位于所述齿轮马达单元和所述第一连杆之间的传动件，所述传动件被收容在所述支撑体的内室中，
其特征在于，所述内室包括至少一个可调节的末端止动元件，所述末端止动元件防止所述输出轴在所述输出轴的两个旋转方向中的至少一个旋转方向上旋转超过一定旋转角度。
有利地，在变速器的齿轮马达单元的电子控制板或相关软件的故障/异常的情况下，链条引导件的移动仍然由末端止动元件限制，因此具有安全组件的功能。
通过末端止动元件的调节，能够避免链条突然跌落到曲柄组的齿轮或链轮组的链轮外侧的可能性。
优选地，所述传动件包括形成在所述第一连杆上在所述第一端处的第一扇形齿轮，和形成在所述输出轴上的第二扇形齿轮，第二扇形齿轮与第一扇形齿轮匹配并与其联接。
在本说明书中，通过表达“形成在元件上的扇形齿轮”，指的是在该元件上形成为整体的扇形齿轮的情况和扇形齿轮与该元件相关联的情况。
在本发明的变速器的优选实施方式中，所述至少一个末端止动元件是设置有外螺纹的销，所述销接合在螺纹通孔中，所述螺纹通孔形成在所述支撑体的壁中并且面向所述内室，其中所述销在所述螺纹通孔中的位置能够通过将所述销旋拧到所述螺纹通孔中而调节。
有利地，上述销是易于制造并且允许简单而精确的调节的组件。
优选地，上述输出轴包括径向凸块，其在末端止动状态下碰撞所述销。
有利地，上述径向凸块能够被容易地制造在输出轴上。
优选地，上述径向凸块沿着第二旋转轴线被大致制造在所述第二扇形齿轮上。
有利地，上述径向凸块被制造在输出轴的、与制造有扇形齿轮的角部明显不同的角部上。
在本发明的变速器的优选实施方式中，上述至少一个末端止动元件防止输出轴沿与链条引导件相对于安装有变速器的自行车框架朝向外侧的移动相对应的旋转方向旋转超过一定旋转角度。具体地，上述一定旋转角度是如下的角度，超过该角度链条将会相对于自行车框架沿着朝向外侧的方向跌落。
在本发明的变速器的另一个优选实施方式中，除了使用上述销的方案以外，所述至少一个末端止动元件包括设置有外螺纹的另一个销，所述另一个销接合在另一个螺纹通孔中，所述另一个螺纹通孔形成在所述支撑体的所述壁中并且面向所述内室，其中所述另一个销在所述另一个螺纹通孔中的位置能够通过将所述另一个销旋拧到所述另一个螺纹通孔中而调节。
优选地，上述输出轴包括另一个径向凸块，其在另一个末端止动状态下碰撞所述另一个销，并且防止输出轴沿与链条引导件朝向安装有变速器的自行车框架的移动相对应的旋转方向旋转超过一定旋转角度。
有利地，在变速器的齿轮马达单元的电子控制板或相关软件的故障/异常的情况下，另一个销具有安全组件的功能，防止了链条突然朝向安装有变速器的自行车框架跌落到曲柄组的齿轮或链轮组的链轮外侧。
此外，上述另一个销是易于制造并且允许简单而精确的调节的有利组件。
优选地，上述另一个径向凸块被制造在输出轴的、沿着第二旋转轴线邻近制造有所述第二扇形齿轮的部分的相应部分中。
有利地，上述另一个径向凸块能够被容易地制造在输出轴上。
优选地，上述换档机构是前侧换档机构。
在其第二方面中，本发明涉及一种包括上述类型变速器的自行车换档机构。
附图说明
本发明的另外的特征和优点将从它的一些优选实施方式的下面的详细描述中变得更加清楚，这些详细描述参照附图并且用于指示而非限制的目的。在这些附图中：
图1是根据本发明的马达驱动变速器的透视图；
图2是图1的变速器的分解图；
图3和4是图1的变速器的侧视图；
图5是图1的变速器根据图3的平面线V-V截取的截面图；
图6是根据本发明的马达驱动变速器的另一个实施方式的分解图；
图7是图6的变速器的侧视图；
图8和9分别是图6的变速器的一部分根据图7的平面线VIII-VIII和IX-IX截取的截面图。
具体实施方式
首先参照图1-5，显示了根据本发明的用于自行车换档机构的马达驱动变速器的第一实施方式。该变速器整体地由1指示。更具体地，显示了前侧换档机构的变速器。
下面的说明是参照前侧换档机构的变速器的非限制情况进行的；然而，在必要修正的情况下，也可以涉及具有类似的铰接平行四边形结构的后侧换档机构的变速器。
前侧换档机构的变速器1包括由齿轮马达单元10移动的、更精确地是以铰接平行四边形的形式的铰接四边形促动机构101，该齿轮马达单元10被由骑车人驱动的电子控制板(未示出)控制。
齿轮马达单元10包括电动马达11和机械减速器12。齿轮马达包括输出轴13，其相对于电动马达11的驱动轴的转速具有减速的转速。
机构101在平行四边形的四个边上包括支撑体102、链条引导件103，以及一对连杆104和105。这四个组件102、103、104和105在四个铰接销106、107、108和109上关于各自的旋转轴线被铰接在一起。
支撑体102适合于在其附接部1020处被安装在自行车的框架(未示出)上。
齿轮马达单元10被收容在支撑体102内部，其通过移除支撑体102的适当的盖子102d而可以接近。
链条引导件103在促动机构101中与支撑体102相对。该链条引导件103包括所谓的“叉”。在后侧换档机构的变速器的情况下，链条引导件包括附接至链条引导件的摇臂的附接部分以代替该叉。
连杆104和105以移动方式将链条引导件103连接至支撑体102。
连杆105由于在使用中面向自行车的框架也被称为“内侧连杆”，而连杆104由于在使用中面向外侧、即布置在自行车的框架的相反侧上被称为“外侧连杆”。
第一销106连接支撑体102和连杆104，第二销107连接链条引导件103和连杆104，第三销108连接支撑体102和连杆105，并且第四销109连接链条引导件103和连杆105。
优选地，第一销106和第二销107基本上彼此相同，正如第三销108和第四销109。
连杆104能够在其配备有扇形齿轮104b的第一端104a处绕旋转轴线X旋转。
扇形齿轮104b与齿轮马达单元10的输出轴13的匹配扇形齿轮14联接，能够绕旋转轴线Y旋转。
输出轴13的扇形齿轮14和连杆104的第一端104a的扇形齿轮104b形成在齿轮马达单元10和第一连杆104之间的传动件，并且它们被收容在支撑体102的内室102a中。
连杆104的一部分从内室102a的通孔102e中从内室102a伸出。在通孔102e和连杆104之间提供垫圈102f以尽可能限制水或其它污染物(比如灰尘或泥浆)进入到内室102a中，这些可能会危及变速器1的正确操作。
根据本发明的特征，内室102a包括一个或多个可调节的末端止动元件，其防止输出轴13沿输出轴13的两个旋转方向中的至少一个旋转超过一定旋转角度。
在图1-5所示的无限制情况下，末端止动元件是销20，其防止输出轴13沿输出轴13的顺时针旋转方向(参照图5)旋转超过一定旋转角度。
换句话说，销20插入以防止输出轴13沿与面向自行车框架的方向相反的方向旋转超过一定旋转角度，该旋转会导致链条从驱动齿轮跌落。
销20配备有接合在通孔102c中的外螺纹，该通孔102c形成在支撑体102的壁102b中并且面向内室102a。
销20在孔102c中的位置能够通过将销20旋拧到孔102c中而调节。
通孔102c穿过支撑体102的壁102b，从而使得在销20被安装在自行车框架上时，能够从支撑体102的外侧接近销20。在图1-5所示的优选实施方式中，销20在其外部自由端上具有槽头20a，其适合于在旋转过程中被艾伦内六角扳手、螺丝刀或类似工具操纵。
在图1-5所示的优选实施方式中，输出轴13包括径向凸块15，其在末端止动状态下碰撞销20。
径向凸块15沿着旋转轴线Y被大致制造在输出轴13的扇形齿轮14上。具体地，径向凸块15被制造在输出轴13的、与制造有扇形齿轮14的角部不同的角部上。
图6-9显示本发明的马达驱动变速器的另一个实施方式。在这些附图中，从功能性观点来看与参照图1-5在上面描述的马达驱动变速器1的结构元件相同或等同的结构元件将会具有相同的参考数字，并且不再对它们进一步描述。
具体地，本发明的变速器1的该另一个实施方式与图1-5的变速器1的不同之处在于，其包括由另一个销220形成的另一个末端止动元件，其防止输出轴13沿输出轴13、与销20的插入方向相反的旋转方向旋转超过一定旋转角度，即导致链条朝向自行车框架跌落的旋转角度。换句话说，另一个销220防止输出轴13沿输出轴13的顺时针旋转方向(参照图8和9)旋转超过一定旋转角度。
另一个销220配备有接合在另一个通孔202c中的外螺纹，该另一个通孔202c至少部分地带螺纹，形成在支撑体102的壁102b中并且面向内室102a。
另一个销220在另一个孔202c中的位置能够通过将另一个销220旋拧到另一个孔202c中而调节。
另一个通孔202c穿过支撑体102的壁102b，从而使得在另一个销220被安装在自行车框架上时，能够从支撑体102的外侧接近另一个销220。在图6-9所示的优选实施方式中，另一个销220在其外端上具有槽头220a，其适合于在旋转过程中被艾伦内六角扳手、螺丝刀或类似工具操纵。
在图6-9所示的优选实施方式中，输出轴13包括另一个径向凸块215，其在另一个末端止动状态下碰撞销220。
另一个径向凸块215被制造在输出轴13的、沿着旋转轴线Y与制造有扇形齿轮14的部分214a邻近的部分213a中。
具体地，在图6-9所示的优选实施方式中，部分213a在部分214a的外侧相对于齿轮马达单元10的机械减速器12被轴向地布置为更远。
从已经在上面陈述的内容能够清楚根据本发明的变速器1的操作，并且在下文中将进一步描述。
在图1-5的实施方式的情况下，首先变速器1被安装在自行车框架上。
然后末端止动元件被调节，即销20在支撑体102的孔102c中的位置被调节。
通过使用艾伦内六角扳手、螺丝刀或类似工具作用在销20的槽头20a上而执行这样的调节，从而将销20以适当量旋拧到孔102c中。
具体地，输出轴13被旋转，直至径向凸块15抵靠在销20上。通过检查由链条引导件103(在运动学上经过连杆104而连接至输出轴13)占据的对应位置，销20的位置被调节为使得输出轴13不能沿相对于自行车框架朝向外侧的方向旋转超过一定旋转角度，否则会导致链条引导件103进入到链条将会跌落到曲柄组的齿轮(或者在后侧换档机构的变速器的情况下链轮组的链轮)的外侧的位置上。
同样在图6-9的实施方式的情况下，首先变速器1被安装在自行车框架上。
然后末端止动元件被调节，即销20在孔102c中的位置以及另一个销220在另一个孔202c中的位置都被调节。
通过使用艾伦内六角扳手、螺丝刀或类似工具作用在销20和220的槽头20a和220a上而执行这样的调节，从而将销20和220以适当量旋拧到孔102c和202c中。
具体地，输出轴13被旋转，直至径向凸块15抵靠在销20上。通过检查由链条引导件103(在运动学上经过连杆104而连接至输出轴13)占据的对应位置，销20的位置被调节为使得输出轴13不能沿相对于自行车框架朝向外侧的方向旋转超过一定旋转角度，否则会导致链条引导件103进入到链条将会跌落到曲柄组的齿轮(或者在后侧换档机构的变速器的情况下是链轮组的链轮)的外侧的位置上。
此外，输出轴13被旋转直至径向凸块215抵靠在另一个销220上。通过检查由链条引导件103(在运动学上经过连杆104而连接至输出轴13)占据的对应位置，另一个销220的位置被调节为使得输出轴13不能沿朝向自行车框架的方向旋转超过一定旋转角度，否则会导致链条引导件103进入到链条将会跌落到曲柄组的齿轮(或者在后侧换档机构的变速器的情况下是链轮组的链轮)的内侧的位置上。
优选地，连杆104由轻金属材料或者由复合材料制成。以这样的方式，获得重量轻的变速器，这在意图将其用在竞赛自行车的情况下是特别追求的。
对于复合材料，该材料指的是由至少两种成分组成，包括聚合物基体和填充剂，其中填充剂例如包括结构纤维、微粒或粉末。结构纤维优选地从由碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酸胺纤维、陶瓷纤维、硼纤维以及它们的组合组成的组中选择。碳纤维是特别优选的。优选地，聚合物材料是热固性的，并且优选地包括环氧树脂。然而，这并不排除使用热塑性材料的可能性。
优选地，销20由金属材料制成。
在支撑体102由复合材料制成的情况下，能够在插入到支撑体102的壁102b中的金属插入件上形成孔102c。该金属插入件例如通过粘合或机械干涉或者使用其它等同的堵塞装置而被堵塞在壁102b中，或者该金属插入件被共同模制在壁102b中。
尽管已经仅参照支撑体102和连杆104之间的联接描述和图示了本发明，但是可替换地，它能够以完全相似的方式应用至支撑体102和连杆105之间的联接(或者齿轮马达单元10的输出轴13能够与连杆105而不是连杆104联接)。
当然，本领域技术人员能够对上述自行车换档机构的马达驱动变速器和自行车换档机构进行多种改进和变形，从而满足特殊的和偶然的要求，所有这些改进和变形在任何情况下都被本发明的保护范围覆盖。

Claims (11)

1.一种用于自行车换档机构的马达驱动变速器(1)，包括：
支撑体(102)，所述支撑体适合于安装在自行车框架上，
链条引导件(103)，所述链条引导件适合于使自行车链条在相应齿轮上的不同接合位置之间移动，
以移动方式将所述链条引导件(103)连接至所述支撑体(102)的一对连杆(104，105)，所述一对连杆(104，105)中的第一连杆(104)能够在其第一端(104a)处绕第一旋转轴线(X)旋转，
齿轮马达单元(10)，所述齿轮马达单元被收容在所述支撑体(102)中并且设置有能够绕第二旋转轴线(Y)旋转的输出轴(13)，
位于所述齿轮马达单元(10)和所述第一连杆(104)之间的传动件(14，104b)，所述传动件被收容在所述支撑体(102)的内室(102a)中，
其特征在于，所述内室(102a)包括至少一个可调节的末端止动元件(20，220)，所述末端止动元件防止所述输出轴(13)在所述输出轴(13)的两个旋转方向中的至少一个旋转方向上旋转超过一定旋转角度。
2.根据权利要求1所述的变速器(1)，其中所述传动件包括形成在所述第一连杆(104)上所述第一端(104a)处的第一扇形齿轮(104b)，和形成在所述输出轴(13)上的第二扇形齿轮(14)，所述第二扇形齿轮(14)与所述第一扇形齿轮(104b)匹配并与其联接。
3.根据权利要求2所述的变速器(1)，其中所述至少一个末端止动元件是设置有外螺纹的销(20)，所述销接合在螺纹通孔(102c)中，所述螺纹通孔(102c)形成在所述支撑体(102)的壁(102b)中并且面向所述内室(102a)，其中所述销(20)在所述螺纹通孔(102c)中的位置能够通过将所述销(20)旋拧到所述螺纹通孔(102c)中而调节。
4.根据权利要求3所述的变速器(1)，其中所述输出轴(13)包括径向凸块(15)，所述径向凸块在末端止动状态下碰撞所述销(20)。
5.根据权利要求4所述的变速器(1)，其中所述径向凸块(15)沿着所述第二旋转轴线(Y)被大致制造在所述第二扇形齿轮(14)处。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的变速器(1)，其中所述至少一个末端止动元件(20)防止所述输出轴(13)在与所述链条引导件(103)相对于安装有所述变速器(1)的所述自行车框架朝向外侧的移动相对应的旋转方向上旋转超过一定旋转角度。
7.根据权利要求3至5中的任一项所述的变速器(1)，其中所述至少一个末端止动元件包括设置有外螺纹的另一个销(220)，所述另一个销(220)接合在另一个螺纹通孔(202c)中，所述另一个螺纹通孔(202c)形成在所述支撑体(102)的所述壁(102b)中并且面向所述内室(102a)，其中所述另一个销(220)在所述另一个螺纹通孔(202c)中的位置能够通过将所述另一个销(220)旋拧到所述另一个螺纹通孔(202c)中而调节。
8.根据权利要求7所述的变速器(1)，其中所述输出轴包括另一个径向凸块(215)，所述另一个径向凸块在另一个末端止动状态下碰撞所述另一个销(220)，并且防止所述输出轴在与所述链条引导件(103)朝向安装有所述变速器(1)的所述自行车框架的移动相对应的旋转方向上旋转超过一定旋转角度。
9.根据权利要求8所述的变速器(1)，其中所述另一个径向凸块(215)被制造在所述输出轴(13)的、沿着所述第二旋转轴线(Y)邻近制造有所述第二扇形齿轮(14)的部分(214a)的相应部分(213a)中。
10.根据权利要求1-5中的任一项所述的变速器(1)，其中所述换档机构是前侧换档机构。
11.一种自行车换档机构，所述自行车换档机构包括根据上述权利要求中的任一项所述的变速器(1)。
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