CN1114543C - 电机驱动的拨链器 - Google Patents

Abstract

一种电机驱动的拨链器，包括：一基件；一可动件；和一连杆机构，包括一连接于基件并连接于可动件的连杆件，使得可动件可相对于基件运动，其中连接件通过一第一连杆连接件可摆动地连接于基件和可动件之一。设有一电机，用以转动第一连杆连接件，其中可动件响应第一连杆连接件的转动相对于基件运动。

Description

电机驱动的拨链器

本发明涉及用于自行车传动装置的电动换档控制装置，并且更具体说涉及与自行车链轮组件一起使用的电机驱动拨链器。

不需骑车者手动操作的自动自行车传动装置正变得更加普及。一些自动传动装置包括电机驱动的拨链器，由电子开关和/或来自安装在自行车手柄杆上的计算机发出的指令操作。例如，一电机驱动的拨链器可用安装在车架上远离拨链器的电机构成，其中电机通过一Bowden缆索操作拨链器，该Bowden缆索沿车架延伸到拨链器。这种电机驱动的拨链器是很笨重的，并且Bowden缆索将不精确性带入换档操作，这可能会使换档操作失败。美国专利5,480,356所示的电机驱动拨链器的另一类型包括一个连接在拨链器的平行四边形连杆机构相对角落之间的电机，其中呈一螺丝形式的电机驱动轴从电机外壳伸出和缩回，以便同样地伸出和缩回该连杆机构的相对的角落。这种拨链器的一个困难是在拨链器中可能积累污泥和脏物。污泥和脏物可能干涉电机或者拨链器连杆机构的操作，并且清洗起来十分困难。

本发明的目的是提供一种电机驱动的拨链器，它很紧凑但基本不存在污染问题。

根据本发明，提供一种拨链器，包括：一基件；一可动件；一连杆机构，包括一连接于基件并连接于可动件的连杆件，使得可动件可相对于基件运动，其中连杆件通过一第一连杆连接件可摆动地连接于基件和可动件之一；其特征在于：具有一设在基件和连杆件中之一的电机，用于使第一连杆连接件相对于由该第一连杆连接件将该连杆件所连接的基件和可动件之一转动；其中可动件响应第一连杆连接件的转动而相对于基件运动。

如果需要，可与基件或者连杆件一体地安装电机，以形成一更紧凑的结构。在第一连杆连接件和可动件之间的动力传动路径上可设置一能量储存机构，以便在遇到对可动件的运动存在过大阻力的情况下避免损坏拨链器。这种机构保存了第一连杆连接件的转动力直至阻力来源消除，随后该转动力施加在可动件上以完成换档操作。作为选择，在电机和第一连杆连接件之间的动力传动路径上可设置一离合器，这样即使当遇到对可动件的运动过大的阻力时电机驱动轴也可转动。

图1是一自行车的后部的侧视图，该自行车采用了自行车传动装置的一特定实施例，包括根据本发明的电机驱动拨链器和运动传感器；

图2是图1所示自行车传动装置的前视图；

图3是图1所示电机驱动拨链器的一部分的斜视图；

图4是图3所示电机驱动拨链器的一部分的分解图；

图5是图3所示拨链器的电机单元的视图，示出了根据本发明的一齿轮减速单元的一特定实施例；

图6是图3-5所示电机单元的分解图；

图7是没有链轮时的图1所示运动传感器的分解图；

图8是图1所示运动传感器的局部剖视图；

图9是一链轮组件的另一实施例的分解图，其中传感件过固定在一锁环上；

图10是根据本发明的电机驱动拨链器的另一实施例的分解图；

图11是用在图10所示拨链器的离合器组件的组装图；

图12是一局部剖切视图，示出了处于原始位置的图10所示的已组装的电机驱动拨链器；

图13是一局部剖切视图，示出了处于延伸位置的图10所示的已组装的电机驱动拨链器。

图1是一自行车后部的侧视图，采用了根据本发明的自行车变速器10的一特定实施例，包括一电机驱动的拨链器14和一安装在自行车车架22上的运动传感器18。更具体说，包括多个链轮28(A-G)的链轮组件28同轴地且可转动地绕一轮轴32(图7)安装，轮轴32形成一自由轮毂式轮毂320的一部分。如图1-6所示，拨链器14包括一个带有轴孔48的基件44，这样通过使轮轴32穿过轴孔48并将螺母52拧在轮轴32上就可将拨链器14安装在车架22上。通过将螺丝64和66插入在电机单元盖板60上的相应孔70和74以及电机单元外壳56上的相应孔78和82，并插入基件44上的螺孔86和90，使电机单元外壳56和电机单元盖板60形成基件44的一部分。

通过一个穿过基件上的孔102和叉架96上的孔103延伸的摆动轴100，以及一个穿过电机单元外壳56上的孔113和叉架98上的孔104延伸的摆动轴112，将一带有叉架96和98的连杆件94可摆动地连接在基件44和电机单元56上。这样，叉架96位于基件44和电机单元外壳56之间，而叉架98位于电机单元外壳56和电机单元盖板60之间。固定螺栓111(图4中仅示出了一个)延伸进叉架96和98上的孔115，以便将摆动轴100和112固定在位。通过一摆动轴150(它穿过连杆件108上的孔116)的轴段150A(图6)，一连杆件108可摆动地连接于电机单元外壳56，并且通过一摆动轴150(它穿过连杆件130上的孔154)的轴段150B，一连杆件130可摆动地连接于电机单元外壳56。如下面将详细讨论的，摆动轴150也起一致动器轴的作用，以移动拨链器。通过穿过连杆件94上的孔164以及穿过可动件158上的孔168和170延伸的摆动轴160，连杆件94的另一端可摆动地连接于可动件158。类似地，通过穿过连杆件108上的孔174，穿过连杆件130上的孔178以及穿过可动件158上的孔180和182延伸的一摆动销172，使连杆件108和130的另一端可摆动地连接于可动件158。摆动销172还穿过一间隔件188上的孔184延伸，该间隔件位于连杆件108和130之间。这样，电机单元外壳56，连杆件94，108和130，和可动件158形成了一“四杆”式连杆机构(其中连杆件108和130起一个“杆”的作用)，使得可动件158可相对于基件44和电机单元外壳56移动。一带有导向轮194和张紧轮198的导链器190通过一个摆动轴199以已知的方式可摆动地安装在可动件158上，以便在链轮组28(A-G)之间切换链条200。

通过将致动臂204一端上的孔208键连接于摆动轴150上的平面210上，将呈致动臂204形式的一致动件不可摆动地安装在摆动轴150上。致动臂204的另一端通常倚靠在连杆件108和130上形成的贴靠面211A和211B上，并有一孔或者槽212，用以容纳一螺旋弹簧218的第一端214，弹簧218盘绕间隔件188。弹簧218的第二端222插入连接件108上的孔226。套管230和234分别位于弹簧218和连杆件108及130之间以尽量减小弹簧218和连杆件108及130之间的摩擦。

如图5和6所示，电机单元外壳56包括一第一外壳部分56A，一第二外壳部分56B，和一位于第一外壳部分56A和第二外壳部分56B之间的垫圈250。位于电机单元外壳56之内的是一个安装支架254，该支架位于第一外壳部分56A上的槽258和第二外壳部分56B上的槽260之内。具有一驱动轴263的电机262由螺丝264和268刚性地固定在安装支架254上。电机262由在一电气总线272上接收的信号控制，该电气总线连接于一控制单元(图1)，后者通过安装支架280连接在车架22上。电机控制单元276还通过一电气总线284连接于一控制中心(未示出，但一般安装在自行车的手柄杆上)。

一蜗杆齿轮290通过一固定螺丝263固定在电机驱动轴263上，以通过齿轮减速单元800驱动摆动轴150。齿轮减速单元800包括一个与蜗杆齿轮290啮合的大直径齿轮804。大直径齿轮804通过一摆动轴808可摆动地安装在第一外壳部分56A上，摆动轴808则位于在第一外壳部分56A上形成的凹槽810内。一小直径齿轮814不可摆动地与大直径齿轮814固定在一起，并与另一个大直径齿轮818啮合。大直径齿轮818通过一摆动轴822可摆动地安装在第一外壳部分56A上，摆动轴822则位于在第一外壳部分56A上形成的凹槽826内。一小直径齿轮830不可摆动地固定在摆动轴822上并与一扇齿轮834啮合，后者不可转动地固定在摆动轴150上。摆动轴150通过第一外壳部分56A上的孔836并通过第二外壳部分56B上的孔838延伸。在扇齿轮834的相对侧面上绕摆动轴150设置有O形密封圈840和844，以防污物通过开孔836和838进入电机单元外壳56。一电位计870安装在摆动轴150的轴段150A上，以检测摆动轴150的转动位置及可动件158的转动位置。

在操作中，电机262通过齿轮减速单元800逆时针驱动摆动轴150，以使导链器190将链条200从一大直径链轮28(A-G)切换到一小直径链轮28(A-G)，并且电机262通过齿轮减速单元800顺时针驱动摆动轴150，以使导链器190将链条200从一小直径链轮28(A-G)切换到一大直径链轮28(A-G)。当电机262逆时针驱动摆动轴150时，致动臂204逆时针转动并向上拉弹簧218的第一端214。如果不存在对可动件158的明显的运动阻力，那么致动臂204就仍然位于贴靠面211A和211B上，并且致动臂108的向上运动使得弹簧218在间隔件188上向上升高。然后这就使可动件158朝一较小链轮28(A-G)移动，而不会使弹簧218的第一端214绕间隔件188扭转。

然而，如果对可动件158的运动施加一很大的阻力，例如当骑车者未正在蹬车时，那么致动臂204就从贴靠面211A和211B上升高，而可动件158仍然保持不动，并且致动臂204的向上运动使得弹簧第一端214绕间隔件218扭转，这样增加了螺旋弹簧218上的张力。这样螺旋弹簧218就保存了用于换档操作的能量，直至对可动件158的运动的阻力源消除为止，例如当骑车者重新蹬车时。当该阻力消除时，可动件158朝一小直径链轮28(A-G)移动，并且连杆件108和130上的贴靠面211A和211B升高直至它们接触致动臂204。

应当注意，在自行车下落并且拨链器撞击地面的情况下，螺旋弹簧218也起一振动吸收件的作用。这样，当可动件158从左面(图2)遭受撞击时，可动件趋向于朝下运动。从图4可理解，这就使得贴靠面211A和211B离开致动臂204向下运动，这样就吸收了振动。

当电机262沿顺时针方向转动摆动轴150时致动臂204压靠在贴靠面211A和211B上，这就使可动件158朝一大直径链轮28(A-G)移动。

运动传感器18提供了关于链轮组28(A-G)的转动状态的信息。该信息可用来确定链轮组28(A-G)的转速和/或链轮组28(A-G)的转动位置。该信息也被用来确定是否和何时启动电机262以移动拨链器。例如，如果链轮组28(A-G)不在转动，这样就对可动件158的移动产生很大阻力，可能希望推迟换档操作直至骑车者重新蹬车。而且，如果链轮组28(A-G)在某些位置包括换档辅助结构(下面将描述)，那么可能希望只在换档辅助结构相对于拨链器导向轮199处在一理想位置时才启动电机262。

如图1，2，7和8所示，运动传感器18包括一个与链轮组件28同轴地安装的传感器保持件300，这样传感器保持件300可与链轮组件一起转动。一组呈信号发生件形式的第一传感件304，例如磁铁，沿周向嵌在传感器保持件300内或者沿周向绕传感器保持件300安装，以便与传感器保持件300一起转动。一第二传感件308连接于基件44或者安装得极靠近传感器保持件300，使得传感器保持件300可相对于第二传感件308转动。在本实施例中，第二传感件308包括一个通过螺栓311连接于基件44的框架310，一个与多个第一传感件304连通的第一传感器单元308A和一个与多个第一传感件304连通的第二传感器单元308B。各传感器单元308A和308B包括一个磁性信号接收器之类的信号接收件，并且第一传感器单元308A在周向上偏离第二传感器单元308B。这样，基于哪一个传感器单元308A和308B首先接收来自各第一传感件304的磁性信号就可以确定链轮组件28的转动方向。除了传统的利用对于链轮组件28的持续转数而言在接收磁性信号之间的消逝的时间之外，对于链轮组件28的一给定转数而言在第一传感器单元308A接收信号和第二传感器单元308B接收信号之间消逝的时间提供了一个关于链轮组件28的转速的第二数据来源。所接收的信号通过一电气总线309连通到控制单元276，电气总线309在结构上与来自电机262的电气总线272会合而形成一集中的电气总线313(图1)。

在本实施例中，传感器保持件300可被安装在一自由轮毂式的轮毂320上。轮毂320包括一轮毂壳324和一对分别带有轮辐孔334和338的轮辐凸缘328和330，用于接纳将轮毂320安装在轮辋(未示出)上的轮辐(未示出)。一圆柱形的链轮安装套筒340通过一个单向离合机构(未示出)绕轮轴32可转动地安装，使得当链轮组件28仅沿一个方向转动时链轮安装套筒340将转动力从链轮组件28传递到轮毂壳324。包括链轮安装套筒340和单向离合机构的轮毂320的结构和功能是公知的，所以将省略对这些部件的详细描述。

一组花键350沿周向形成在链轮安装套筒340的外周面上，以便与在传感器保持件300的内周面上形成的互补花键354啮合。类似的花键(未示出)形成在各链轮28(A-G)的内周面上。在本实施例中，设置有一个宽度比其他花键大的定位花键358，以便与在链轮安装套筒340上的一类似的较大宽度的定位槽(未示出)啮合，这样传感器保持件300只能在一个转动位置安装于链轮安装套筒340上。出于相同原因，在各链轮28(A-G)的内周面上形成有类似的定位花键(未示出)。这样，不仅传感器保持件300和链轮28(A-G)将仅在一个转动位置安装在链轮安装套筒340上，而且传感器保持件300相对于链轮组件28的转动位置将被预定。当链轮组28(A-G)带有换档辅助结构以便辅助将链条从一个链轮转换到另一个链轮上时，这特别有用，如下面所详细描述的。

链轮安装套筒340的自由端包括一个带螺纹内周面360，用以与一锁环368的带螺纹外周面364啮合。将锁环368拧入链轮安装套筒340就不可转动地链轮组件28和传感器保持件300固定在轮毂320上。锁环368还包括一组花键370，用以与一工具(未示出)啮合，这样就可按需要将锁环368装在链轮安装套筒340上或者从其上卸下。

图9是根据本发明的链轮组件28’的另一实施例的侧视图。在该实施例中，省略了传感器保持件300。但是，大致结构与图7所示锁环368相同的一个锁环368’起着传感器保持件的作用。其中嵌在锁环368’内或者安装在锁环368’上。而且，链轮组件28’包括换档辅助结构，以便于一链条从一个链轮移动到另一链轮。用链轮28F’和28G’作为例子，链轮28’包括一换档辅助结构400，其形式为位于链轮28G’侧面上的槽404和一个或者多个成角度和/或斜削的链轮齿408，以便于将链条从链轮28F’转移到链轮28G’。这种结构现在是公知的，并在例如美国专利4,889,521中进行了描述，该专利结合于此作为参考。链轮28G’还包括一换档辅助结构410，其形式为位于链轮28G’侧面上的槽414和一个或者多个成角度和/或斜削的链轮齿418，以便于将链条从链轮28G’转移到链轮28F’。采用这种换档辅助结构，当导向轮199非常靠近换档辅助结构时启动拨链器转移链条是十分理想的。这一状态可通过根据本发明的运动传感器来确定。

图10是根据本发明的电机驱动拨链器500的另一实施例的分解图。图1所示的电机驱动的拨链器有一个与基件形成一体的电机，但在本实施例中电机是与其中一个连杆件形成一体。更具体说，拨链器500包括一个基件504，该基件带有一个用以将拨链器500安装在车架22上的安装螺栓506。一连杆件508通过一摆动轴510可摆动地安装在基件504上，该摆动轴510穿过连杆件508上的一个孔514并穿过基件504上的孔518和522。一连杆件530通过螺丝534和538可摆动地安装在基件504上，该螺丝534和538穿过基件504上相应的孔544和548并进入连杆件530上相应的螺孔554和558。一可动件560通过螺丝564和568可摆动地连接于连杆件508的另一端，该螺丝564和568穿过相应的孔574和578并进入连杆件508上相应的螺孔584和588。可动件560也通过一管状螺母594可摆动地连接在连杆件530的另一端，该管状螺母穿过可动件560上的一个孔604并穿过连杆件530上的一个孔618。一管状螺丝598穿过可动件560上的一个孔608，穿过扇齿轮780上的一个孔610，穿过电刷件612上的一个孔611，通过一电阻接触件614上的一个孔613，并拧入管状螺母594。可动件560，管状螺母594，管状螺丝598，扇齿轮780和电刷件612一起相对于连杆件530转动，而电阻接触件614保持不动。一带有导向轮654和张紧轮658的导链器650以传统方式通过一螺纹轴660可摆动地安装在可动件560上，螺纹轴660拧入可动件560上的一螺孔664。

在该实施例中，连杆件530包括一个圆柱形孔700，其内装有一个带驱动轴708的电机704。一驱动齿轮712不可转动地安装在驱动轴708上以便与一伞齿轮716啮合。如图11所示，伞齿轮716有一带花键724的连接轴720，花键724与一中间轴730一端上的互补花键728啮合，这样中间轴730不能相对于连接轴720转动，但中间轴730相对于连接轴720可沿轴向移动一定距离。中间轴730的另一端不可转动地连接于第一离合盘734，后者具有在背离伞齿轮716的侧面上形成的一组半球形凹槽738。一组球740装在半球形凹槽738内。一个与扇齿轮780啮合的中间齿轮744通过一个螺丝748可摆动地连接于可动件，螺丝748穿过可动件560上的一个孔752并进入在中间齿轮744上的一个螺孔。一第二离合盘760不可转动地安装在中间齿轮744上，其中第二离合盘760包括一组半球形凹槽，用以容纳该组球740。

第一离合盘734由弹簧770偏置向第二离合盘760，这样球740以爪式关系容纳在槽738和764内。这样，伞齿轮716和中间齿轮通常作为一个单元一起转动，除非一明显的阻力施加在中间齿轮744上。当明显的阻力施加在中间齿轮744上时，伞齿轮716的转动就使球740离开槽738和/或764，这样就将中间轴730推向图11中的左方并允许伞齿轮716和中间齿轮744中间相对转动。当对中间齿轮744的明显阻力消除时，球740重新与槽738和764啮合，并且中间齿轮744继续与伞齿轮716一起转动。这样，驱动轴708的转动就使得扇齿轮780相对于连杆件508和530移动可动件560，如图12和13所示。可动件560相对于连杆件508和530的位置可以由电刷件612和电阻接触件614的相互配合来确定，两者形成了一电位计。

尽管以上是对本发明各种实施例的描述，但可作出进一步的改动而不超出本发明的精神和范围。例如，可以按需要改变各种零件的尺寸，形状，位置或者取向。一个零件的作用可以用两个来完成，反之亦然。没有必要在一个特定实施例中同时展现所有的优点。与现有技术不同的每项特征，单独的或者与其他特征组合，也应当被认为是本发明人所作进一步发明的单独描述，包括由这种特征实施的结构性和/或功能性概念。

电机单元外壳56可以与基件44形成为一个零件，传感器单元308A和308B可以直接形成在基件44上或者拨链器的一些其他部分上。位置检测电位计可位于电机单元外壳56上或者拨链器上任何位置。可省略齿轮减速单元800并可用某些其他装置(例如步进电机)来直接操作拨链器。这样，本发明的范围不应当由所公开的具体结构或者集中在特定结构或特征的初步讨论限定。

Claims (24)

1.一种拨链器(14，500)，包括：

一基件(44，504)；

一可动件(158，560)；

一连杆机构，包括一连接于基件(44，504)并连接于可动件(158，560)的连杆件(94，530)，使得可动件(158，560)可相对于基件(44，504)运动，其中连杆件(94，530)通过一第一连杆连接件(150，598)可摆动地连接于基件(44，504)和可动件(158，560)之一；

其特征在于：

具有一设在基件(44)和连杆件(530)中之一的电机(262，704)，用于使第一连杆连接件(150，598)相对于由该第一连杆连接件(150，598)将该连杆件(94，530)所连接的基件(44)和可动件(560)之一转动；

其中可动件(158，560)响应第一连杆连接件(150，598)的转动而相对于基件(44，504)运动。

2.如权利要求1所述的拨链器，其中电机位于基件上。

3.如权利要求1所述的拨链器，包括一外壳，大致完全地覆盖电机。

4.如权利要求1所述的拨链器，其中电机位于连杆件上。

5.如权利要求1所述的拨链器，其中连杆件包括一第一连杆件并进一步包括一第二连杆件，后者可摆动地连接于基件并连接于可动件。

6.如权利要求5所述的拨链器，其中电机位于第一连杆件上。

7.如权利要求1所述的拨链器，还包括一能量储存机构，位于第一连杆连接件和可动件之间的动力传递路径上，用以储存第一连杆连接件的转动动力。

8.如权利要求7所述的拨链器，还包括一个与第一连杆连接件一体转动的致动件，并且其中能量储存机构位于致动件和可动件之间的动力传递路径上。

9.如权利要求8所述的拨链器，其中能量储存机构包括一个弹簧，其第一端连接于致动件，第二端则连接于连杆件。

10.如权利要求9所述的拨链器，其中连杆件通过第一连杆连接件连接于基件，并进一步包括一用以将连杆件连接于可动件的第二连杆连接件，其中能量储存机构包括一弹簧，其第一端连接于致动件，并且其中该弹簧包括一绕第二连杆连接件缠绕的螺旋部分。

11.如权利要求8所述的拨链器，其中电机包括一驱动齿轮，并且进一步包括一扇齿轮，后者固定在连杆连接件上并由驱动齿轮驱动，这样连杆连接件响应驱动齿轮的转动而转动。

12.如权利要求1所述的拨链器，其中连杆件通过第一连杆连接件连接于可动件。

13.如权利要求12所述的拨链器，还包括一离合器，位于电机和第一连杆连接件之间的动力传递路径上。

14.如权利要求13所述的拨链器，其中离合器包括：

一第一离合盘，连接成与电机一起转动；

一第二离合盘，连接成与第一连杆连接件一起转动；

其中第一离合盘和第二离合器可相互朝对方或离开对方移动；和

一偏置机构，用以将第一离合盘朝第二离合盘偏置。

15.如权利要求14所述的拨链器，其中离合器还包括一位于第一离合盘和第二离合盘之间的爪式机构。

16.如权利要求15所述的拨链器，其中爪式机构包括：

一组第一凹槽，形成在第一离合盘的一侧上；

一组第二凹槽，形成在第二离合盘的一侧上；和

一组球，位于第一凹槽组和第二凹槽组内。

17.如权利要求1所述的拨链器，还包括一连接于基件的第一传感器，用以感测拨链器所操作的链轮组件的转动。

18.如权利要求17所述的拨链器，其中第一传感器包括一磁性传感器。

19.如权利要求17所述的拨链器，还包括一连接于基件的第二传感器，用以感测拨链器所操作的链轮组件的转动。

20.如权利要求19所述的拨链器，其中第一传感器在周向上偏离第二传感器。

21.如权利要求20所述的拨链器，其中第一传感器包括一第一磁性传感器，并且其中第二传感器包括一第二传感器。

22.如权利要求17所述的拨链器，其中第一传感器位于基件上。

23.如权利要求1所述的拨链器，还包括一连接于拨链器的位置检测机构，用以检测可动件相对于基件的位置。

24.如权利要求23所述的拨链器，其中位置检测机构包括一位于基件上的电位计。

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