CN108266525A - 轮毂内变速器电动操纵机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂内变速器电动操纵机构，包括电控组件、旋转传动件和挡位控制旋件，所述旋转传动件转动装配在车轴上，一端与电控组件连接，另一端通过控制扭簧与挡位控制旋件周向传动连接；所述挡位控制旋件与一转接件周向传动连接，所述转接件与固定在车轴上的挡位定位座之间转动装配，所述转接件和挡位定位座之间设有弹性设置的定位钢球，所述转接件或挡位定位座上周向排列有若干容纳定位钢球的钢球定位槽，所述钢球定位槽之间的角度与挡位控制旋件控制的各个挡位之间的旋转角度相一致；所述电控组件包括驱动旋转传动件转动的电机。本发明从自动控制和机械定位两个方面实现了电动换挡的准确性，提高了轮毂内变速器换挡可靠性和便利性。

Description

轮毂内变速器电动操纵机构

技术领域

本发明属于轮毂内变速器技术领域，具体涉及一种轮毂内变速器电动操纵机构。

背景技术

随着轮毂内变速器的出现，在自行车上得到了一定的应用，其具有传动性能好、不需保养、噪音低等优点。随着而来的是人们对内变速器换挡操纵的便利性的要求，电动换挡操作成为了一种有效提高换挡操作便利性的新兴技术。

现有针对轮毂内变速器的电动换挡操纵机构，大多是直接通过电机驱动换挡执行机构转动，通过电机的转动角度进行挡位转换角度的控制，这种方式随着电机的质量高低存在较大的误差，容易出现转动不到位或者转过导致换挡执行机构卡滞，而采用高精度的电机则导致内变速器的成本上升。

并且现有的换挡操纵机构都是集成设置在内变速器一体，不容易拆卸，不利于对换挡机构进行维修或升级。

以上问题严重制约了内变速器在自行车领域的广泛推广应用。

发明人内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的轮毂内变速器电动换挡操纵机构存在的上述缺陷，提供一种新型的轮毂内变速器电动换挡操纵机构。

本发明采用如下技术方案实现：

一种轮毂内变速器电动操纵机构，包括电控组件、旋转传动件和挡位控制旋件，所述旋转传动件转动装配在车轴上，一端与电控组件连接，另一端与挡位控制旋件周向传动连接；所述挡位控制旋件与一转接件周向传动连接，所述转接件与固定在车轴上的挡位定位座之间转动装配，所述转接件和挡位定位座之间设有弹性设置的定位钢球，所述转接件或挡位定位座上周向排列有若干容纳定位钢球的钢球定位槽，所述钢球定位槽之间的角度与挡位控制旋件控制的各个挡位之间的旋转角度相一致；所述电控组件包括驱动旋转传动件转动的电机。

进一步的，所述旋转传动件和挡位控制旋件之间通过具有两个弹性传动方向的控制扭簧连接。

进一步的，所述旋转传动件和挡位控制旋件之间均设有连接控制扭簧的凸出结构，所述控制扭簧的两端同时与旋转传动件和挡位控制旋件之间的凸出结构两侧面接触，旋转传动件通过控制扭簧正反双向带动挡位控制旋件旋转，在两个方向上均能够起到缓冲延时的作用。

进一步的，至少两组挡位控制旋件分别与一旋转支撑件周向传动连接，所述旋转传动件通过控制扭簧与旋转支撑件连接。

进一步的，所述定位钢球安装在转接件内圈设置的钢球安装孔内，所述转接件的外圆周上设有压簧槽，所述压簧槽位于钢球安装孔所在的外圆周上，所述压簧槽内嵌套有至少一端固定在转接件上的压簧，所述压簧嵌入钢球安装孔内，将钢球向设置在挡位定位座上的钢球定位槽内挤压。

进一步的，所述钢球定位槽两侧为斜面。

进一步的，所述挡位定位座上还设有限定旋转传动件极限转动位置的限位结构。

在本发明中，所述电控组件还包括检测旋转传动件转动角度的传感器，所述传感器与电机通过信号连接。

进一步的，所述电控组件的电机通过齿轮副与旋转传动件连接，所述传感器设置在齿轮副的其中一个齿轮上。

进一步，所述齿轮副为减速齿轮副，所述齿轮副的主动齿轮与电机轴传动连接，从动齿轮与旋转传动件周向定位套装，所述从动齿轮的同一转动圆周上分别设有传动轮齿段和定位弧段，所述传动轮齿段上设置与主动齿轮啮合的轮齿，连续轮齿角度大于所有挡位旋转角度总和，所述定位弧段上布置有若干对应挡位位置的凸起，所述传感器为固定设置在从动齿轮转动圆周外侧相对车轴固定的位置传感器，所述位置传感器对随从动齿轮转动的凸起进行位置检测。

进一步的，所述旋转传动件通过旋转控制安装座与电控组件的从动齿轮连接，所述旋转传动件和旋转控制安装座同轴转动套装在车轴上并周向定位连接，所述电控组件装配在一控制座内，所述控制座固定安装在内变速器外侧车轴上的限位座上，所述从动齿轮通过可拆卸的周向定位结构套装在旋转控制安装座上。

进一步的，所述旋转传动件和旋转控制安装座分别设置在内变速器的珠架座两侧，珠架座周向固定安装于车轴上，所述旋转传动件通过轴向的传动杆与和旋转控制安装座周向定位连接，所述珠架座内圈和车轴之间形成传动杆穿过和摆动的圆弧通道。

本发明具有如下有益效果：

本发明中的电动操纵机构通过定位钢球实现挡位转动后的机械定位，同时在电控组件内还设有用于角度转动测定的传感器，传感器可实现电机设定角度的转动，定位钢球定位能够对电机在转动过程中存在的误差进行适应，同时能够使挡位执行机构在对应的挡位位置上定位，从自动控制和机械定位两个方面实现了电动换挡的准确性。

本发明中的快拆更换机构能够快速拆除电控组件，且不会影响到内变速器整体安装，方便用户快速更换套件。

本发明的控制扭簧传动方式能够双向传动，且当内变速在骑行阻力较大时，控制扭簧具有延时缓冲作用，不影响挡位的变换，延长电机使用寿命，降低对电机扭矩需求。

由上所述，本发明提高了轮毂内变速器电动换挡操纵机构进行的可靠性和便利性，有利于轮毂内变速器的广泛推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步地说明。

附图说明

图1为实施例中的一种轮毂内变速器电动操纵机构的装配示意图。

图2为实施例中的旋转传动件示意图。

图3为实施例中的旋转控制安装座示意图。

图4为实施例中的旋转传动件和旋转控制安装座相对于珠架座的安装示意图。

图5为实施例中的珠架座示意图。

图6为实施例中的第一挡位控制旋件示意图。

图7为实施例中的第二挡位控制旋件示意图。

图8为实施例中的控制扭簧安装示意图。

图9为实施例中的控制钢球安装示意图。

图10为实施例中的转接件示意图。

图11为实施例中的挡位定位座示意图。

图12为实施例中的定位钢球在换挡到位后的状态示意图。

图13为实施例中的定位钢球在换挡过程中的状态示意图。

图14为实施例中的电控组件装配示意图。

图15为实施例中的限位座示意图。

图中标号：

1-控制扭簧，

3-旋转传动件，301-传动杆，302-传动凸起，31-旋转控制安装座，311-电控安装段，312-操纵传动凹槽，313-电控周向定位凸起，314-定位轴肩，34-套筒，

4-第一挡位控制旋件，401-第一传动凹槽，402-挡位控制块，41-旋转支撑件，411-控制扭簧安装凸起，412-第二挡位控制旋件周向定位槽，413-第一传动凸起，42-第二挡位控制旋件，421-第二挡位控制旋件周向定位凸起，

5-车轴，

6-电控组件，61-电机，62-主动齿轮，63-从动齿轮，631-传动轮齿段，632-定位弧段，64-霍尔传感器，641-磁钢，65-控制座，651-控制盖，652-出线孔，66-限位座，

7-珠架座，701-珠架座周向定位凸起，702-安装内壁，

8-转接件，801-转接件定位凹槽，802-压簧槽，803-钢球安装孔，81-挡位定位座，811-挡位定位座周向凸起，812-钢球定位槽，813-旋转传动件限位凸起，83-压簧，84-定位钢球。

具体实施方式

实施例

参见图1，本实施例中的一种轮毂内变速器电动操纵机构为本发明的优选实施方案，具体包括控制扭簧1、旋转传动件3、第一档位控制旋件4、第二档位控制旋件42、车轴5、电控组件6、转接件8、挡位定位座81等部件。

其中，旋转传动件3连接内变速器外部的电控组件6和内变速器内部的挡位控制旋件，为电控组件6与挡位控制旋件之间的旋转动力传递部件，通过内变速器外部的电控组件6控制内变速器内部的挡位控制旋件转动，实现对内变速器内部的变速执行机构的电动控制。

结合参见图2和图3，旋转传动件3与旋转控制安装座31一同转动套装在车轴5上，在旋转控制安装座31上设有用于连接电控组件6的电控安装段313。

本实施例中的旋转传动件3和旋转控制安装座31的主体均为筒状结构，在旋转传动件3的一端设置与旋转控制安装座31的两组沿轴向布置的传动杆301，对应的在旋转控制安装座31的内圈设有与传动杆301端部对应嵌合的操纵传动凹槽311，通过将两组传动杆301与操纵传动凹槽311嵌装，实现旋转传动件3和旋转控制安装座31之间的周向定位连接。

旋转传动件3的另一端设置传动凸起302，用于将操纵组件的旋转动力传递至内变速器内部的挡位控制旋件。

旋转传动件3和旋转控制安装座31分别位于内变速器珠架座7的两侧，珠架座7周向定位安装在车轴5上，用于转动安装连接自行车传动系统的飞轮座。

参见图4和图5，珠架座7内圈设有两组珠架座周向定位凸起701，与车轴5上的凹槽嵌合安装，同时，在旋转传动件3和旋转控制安装座31组成的转动组件通过套筒34转动安装在车轴5上，套筒34的端部设有凹槽，与珠架座7的珠架座周向定位凸起701嵌合，固定套装在车轴5上。旋转传动件3的传动杆301穿过珠架座7内圈的安装内壁702与套筒34形成两个对称的近半圆弧通道，旋转传动件3和旋转控制安装座31转动的过程中，两组控制杆301在两个半圆弧通道内往复转动。采用该设计，将旋转传动件3设置在内变速器内部，而旋转控制安装座31位于内变速器的外部，用于与电控组件可拆卸安装。

若内变速器中只有一组挡位控制旋件，可将控制传动件3直接与该挡位控制旋件传动连接。本实施例中有两组档位控制旋件，分别为图1中的第一档位控制旋件4和第二档位控制旋件42，分别对应内变速器内部的两组挡位执行机构，第一挡位控制旋件4和第二挡位控制旋件42分别与一旋转支撑件41周向传动连接，两组挡位控制旋件通过旋转支撑件41与旋转传动件3传动连接，实现两组挡位控制旋件同步转动。

如图6和图8所示，第一挡位控制旋件4套装在车轴5上，其一端设有第一传动凹槽401，用于与旋转支撑件41内圈上的设置的第一传动凸起413周向嵌合，旋转支撑件41与第一挡位控制旋件4周向定位连接后，一同转动套装在车轴上，第一挡位控制旋件4的另一端通过杆结构连接挡位控制块402，与内变速器内部的换挡执行机构配合，具体关于换挡执行机构的技术方案，为内变速器中常用技术，本实施例在此不做赘述。

如图7和图8所述，旋转支撑件41靠外侧的同一圆周上设有若干第二挡位控制旋件周向定位槽412，第二挡位控制旋件42为筒状构件，在其一端设有若干第二挡位控制旋件周向定位凸起421，第二挡位控制旋件42通过两者之间相互嵌合的周向定位结构装配，与第一挡位控制旋件4同轴，第二挡位控制旋件42的另一端设有与内变速器内另一组挡位执行机构配合的换挡结构。

本实施例在旋转传动件3和旋转支撑件41(或者直接连接的挡位控制旋件)之间通过控制扭簧1连接，如图8所示，同样套装在车轴上的旋转传动件3和旋转支撑件41之间，采用螺旋形的控制扭簧1，控制扭簧一端同时挂接在旋转传动件3的传动凸起302和旋转支撑件41的控制扭簧安装凸起411的同一侧，控制扭簧另一端则同时挂接在旋转传动件3的传动凸起302和旋转支撑件41的控制扭簧安装凸起411另一侧面，控制扭簧1的安装后，旋转传动件3从正反两个方向转动，均可通过带动控制弹簧1变形，并通过控制扭簧1变形产生的弹力带动旋转支撑件41及其连接的第一挡位控制旋件4和第二挡位控制旋件42正反向转动，在正反转动换挡的过程中均能够实现挡位控制旋件的缓冲。

挡位控制旋件或者旋转支撑件同时还与一转接件8周向传动连接，转接件8与固定在车轴5上的挡位定位座81之间转动装配，在转接件8和挡位定位座81之间设有弹性设置的定位钢球84，所述转接件8或挡位定位座81上周向排列有若干容纳定位钢球的钢球定位槽，钢球定位槽之间的角度与挡位控制旋件控制的各个挡位之间的旋转角度相一致，在挡位控制旋件控制换挡执行机构到位后，定位钢球会嵌入钢球定位槽中，实现挡位控制旋件的定位保持。

参见图1、图9、图10和图11，本实施例中的第二挡位控制旋件41的第二挡位控制旋件周向定位凸起421在与旋转控制件41周向装配后，端部伸出同时与转接件8周向连接，在转接件8的内圈设有与第二挡位控制旋件周向凸起421周向嵌合的转接件定位凹槽801，转接件8的径向均匀布置有若干钢球安装孔803，在转接件8的外圆周表面设有一圈压簧槽802，压簧槽802与所有钢球安装孔803串联，定位钢球84嵌装在钢球安装孔803的内端，在压簧槽802内嵌套有压簧83，本实施例设置两组控制钢球，另外两组钢球安装孔803则用于压簧83的两端固定挂接，压簧83整体处于弹性张力状态，从外侧限制定位钢球84移动的同时，随时对控制钢球84有向内侧挤压的趋势。

转接件8与挡位定位座81同轴套装，挡位定位座81的内圈设有挡位定位座周向凸起811，与车轴上的凹槽周向嵌合安装，在挡位定位座81与转接件8接触装配的外圈上设有若干组钢球定位槽812，钢球安装孔803内的定位钢球84在压簧的作用下向钢球定位槽812内挤压。钢球定位槽812的位置与内变速器的挡位位置一一对应，即内变速器中的任意挡位位置时，定位钢球84会嵌入到唯一的一个干求定位槽中。

转接件8的外圈还设有两组对称的旋转传动件限位凸起813，用于限定旋转传动件的极限转动位置。

以下结合图12和图13详细说明本实施例的定位钢球在换挡操作中的工作原理。

如图12所示，当内变速器内的换挡执行机构处于其中任意一个挡位时，此时转接件8上装有定位钢球84的钢球安装孔与挡位定位座81上对应的钢球定位槽812对齐，此时，定位钢球84在压簧83的作用下嵌入钢球定位槽812中，对转接件8以及其连接的换挡控制旋件起到定位的作用，并且保证从其他挡位切换到该挡位位置的准确性。

如图13所示，当操纵机构控制挡位控制旋件转动进行换挡时，带动转接件8转动，定位钢球84随转接件8转动，定位钢球84克服压簧83的弹力，从钢球定位槽812中滑出，沿钢球定位座81的外圆周表面移动定位至另一挡位对应的钢球定位槽中。

钢球定位槽812的两侧面均为斜面，有利于换挡过程中定位钢球从钢球定位槽812中滑出；另外，在钢球进入到钢球定位槽斜面的位置后，即使此时电控组件因为转动误差已经控制挡位控制旋件停止，定位钢球仍会自动沿斜面嵌入钢球定位槽812，使挡位控制旋件配合挡位执行机构将内变速器的挡位切换至正确位置。

参见图1和图14，本实施例中的电控组件6包括电机61、主动齿轮62、从动齿轮63、霍尔传感器64、控制座65等部件，电控组件装配在控制座65上，控制座65通过图15中的限位座66固定装配内变速器外部的车轴5上，控制座65具有可拆卸的控制盖651，便于打开对内部进行维护检修。控制座65上设有出线孔652，用于对内部的电机进行布线。

电机61为电动操纵机构的动力部件，通过主动齿轮62和从动齿轮63构成的减速齿轮副与旋转传动件的旋转控制安装座31传动连接，主动齿轮62与电机轴同轴装配，从动齿轮63与旋转控制安装座31同轴转动，在从动齿轮63的转动圆周上设有若干对应挡位位置的凸出磁钢641，通过霍尔传感器64可对从动齿轮63直接进行转角控制，同时将检测到的位置信号传递到电机的控制芯片，控制电机停转，具体关于通过位置传感器控制电机启停为常用的电机自动控制技术，本实施例在此不对霍尔传感器和电机的信号连接技术方案进行赘述。

由于从动齿轮63的直径较大，在转动换挡过程中不会用到全部圆周上的轮齿，本实施例将从动齿轮63的同一圆周上分别设有传动轮齿段631和定位弧段632，其中传动轮齿段631上的轮齿与主动齿轮62啮合，定位弧段632上设置对应内变速器挡位位置的若干磁钢641，霍尔传感器64固定设置在从动齿轮63一侧的控制座上，相对于车轴固定设置，对转动的磁钢位置进行检测。

在实际应用中，还可采用其他如接近开关、微动开关或光电传感器等其他位置传感器对从动齿轮63上的凸出结构进行位置检测，本实施例在此不对具体的结构方案进行一一赘述。

结合参见图1，本实施例电控组件6的控制座65通过限位座66固定装配在车轴上，限位座66和控制座65之间通过非圆结构滑动套装，在限位座66上通过卡簧等轴向定位构件对控制座65进行轴向定位安装，限位座66通过车轴的轴端螺母轴向定位，从动齿轮63内圈通过周向定位凹槽周向装配在旋转控制安装座31上，如图3所示，与旋转控制安装座31上的电控周向定位凸起313滑动装配，在旋转控制安装座31上设有定位轴肩314对从动齿轮62进行轴向定位。将内变速器限位座上的卡簧拆卸后，可将电控组件的控制座65及内部的从动齿轮直接从限位座66和旋转控制安装座31上退出，对电控组件进行单独拆装，而不影响到内变速器内部的整体结构。

本发明所涉及的内容不限定于上述实施例，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内，在其他场合对本发明所作出的各种应用，都属于本发明的保护范围。同时，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种轮毂内变速器电动操纵机构，其特征在于，包括电控组件、旋转传动件和挡位控制旋件，

所述旋转传动件转动装配在车轴上，一端与电控组件连接，另一端与挡位控制旋件周向传动连接；

所述挡位控制旋件与一转接件周向传动连接，所述转接件与固定在车轴上的挡位定位座之间转动装配，所述转接件和挡位定位座之间设有弹性设置的定位钢球，所述转接件或挡位定位座上周向排列有若干容纳定位钢球的钢球定位槽，所述钢球定位槽之间的角度与挡位控制旋件控制的各个挡位之间的旋转角度相一致；

所述电控组件包括驱动旋转传动件转动的电机。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂内变速器电动操纵机构，所述旋转传动件和挡位控制旋件之间通过具有两个弹性传动方向的控制扭簧连接。

3.根据权利要求2所述的一种轮毂内变速器电动操纵机构，所述旋转传动件和挡位控制旋件之间均设有连接控制扭簧的凸出结构，所述控制扭簧的两端同时与旋转传动件和挡位控制旋件之间的凸出结构两侧面接触。

4.根据权利要求1所述的一种轮毂内变速器电动操纵机构，至少两组挡位控制旋件分别与一旋转支撑件周向传动连接，所述旋转传动件通过控制扭簧与旋转支撑件连接。

5.根据权利要求1所述的一种轮毂内变速器电动操纵机构，所述定位钢球安装在转接件内圈设置的钢球安装孔内，所述转接件的外圆周上设有压簧槽，所述压簧槽位于钢球安装孔所在的外圆周上，所述压簧槽内嵌套有至少一端固定在转接件上的压簧，所述压簧嵌入钢球安装孔内，将钢球向设置在挡位定位座上的钢球定位槽内挤压。

6.根据权利要求5所述的一种轮毂内变速器电动操纵机构，所述钢球定位槽两侧为斜面。

7.根据权利要求1所述的一种轮毂内变速器电动操纵机构，所述挡位定位座上还设有限定旋转传动件极限转动位置的限位结构。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种轮毂内变速器的电动操纵机构，所述电控组件还包括检测旋转传动件转动角度的传感器，所述传感器与电机通过信号连接。

9.根据权利要求8所述的一种轮毂内变速器的电动操纵机构，所述电控组件的电机通过齿轮副与旋转传动件连接，所述传感器设置在齿轮副的其中一个齿轮上。

10.根据权利要求9所述的一种轮毂内变速器的电动操纵机构，所述齿轮副为减速齿轮副，所述齿轮副的主动齿轮与电机轴传动连接，从动齿轮与旋转传动件周向定位套装，所述从动齿轮的同一转动圆周上分别设有传动轮齿段和定位弧段，所述传动轮齿段上设置与主动齿轮啮合的轮齿，连续轮齿角度大于所有挡位旋转角度总和，所述定位弧段上布置有若干对应挡位位置的凸起，所述传感器为固定设置在从动齿轮转动圆周外侧相对车轴固定的位置传感器，所述位置传感器对随从动齿轮转动的凸起进行位置检测。

11.根据权利要求10所述的一种轮毂内变速器的电动操纵机构，所述旋转传动件通过旋转控制安装座与电控组件的从动齿轮连接，所述旋转传动件和旋转控制安装座同轴转动套装在车轴上并周向定位连接，所述电控组件装配在一控制座内，所述控制座固定安装在内变速器外侧车轴上的限位座上，所述从动齿轮通过可拆卸的周向定位结构套装在旋转控制安装座上。

12.根据权利要求11所述的一种轮毂内变速器的电动操纵机构，所述旋转传动件和旋转控制安装座分别设置在内变速器的珠架座两侧，珠架座周向固定安装于车轴上，所述旋转传动件通过轴向的传动杆与和旋转控制安装座周向定位连接，所述珠架座内圈和车轴之间形成传动杆穿过和摆动的圆弧通道。