CN1248904C - 带有能量存储机构的电动操作式拨链器 - Google Patents

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Abstract

一种自行车所用的后拨链器包括一个用于将后拨链器附连于自行车上的基座构件、一个用于支承链条导向器的可动式构件、以及一个联动机构，该联动机构将基座构件联接至可动式构件上以便使得可动式构件能够相对于基座构件运动。一种电动操作式致动构件与联动机构保持操作联接，其中沿第一方向移动致动构件会使得可动式构件沿侧向朝向自行车的后轮运动，而沿第二方向移动致动构件会使得可动式构件沿侧向背离自行车的后轮运动。一个能量存储机构置于致动构件和可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力。

Description

带有能量存储机构的电动操作式拨链器
技术领域
本发明涉及自行车，更具体而言，涉及一种电动操作式自行车拨链器的各种不同特征。
背景技术
拨链器操作的自行车传动装置通常包括多个与另一个转动构件(例如自行车的前曲柄和/或后轮)一起转动的链轮和一个用于在这些链轮当中移动链条的拨链器。常规型拨链器包括一个适于安装于自行车车架上的基座构件、一个支承着链条导向器的可动式构件、以及一个联动机构，该联动机构联接于基座构件与可动式构件之间以便使得可动式构件能够相对于基座构件沿侧向内外运动。这种拨链器通过手动操作式致动器例如连接于自行车车把上的柄或扭转把手而进行手动控制，其中拨链器通过bowden型缆索而连接于致动器上。
近来，利用各种不同的电子装置来控制拨链器的运动。这类装置有时包括一个用于探测自行车的行进条件的行进条件探测器、一个用于使拨链器相对于这些链轮沿侧向内外运动的马达、以及一个处理器。处理器响应于所探测到的行进条件而控制着马达以便使得拨链器处于正确位置来将行进条件保持在所需范围内。
用于移动拨链器的马达通常通过移动一致动构件例如连接于联动机构上的致动臂或枢轴而使拨链器沿侧向内外运动。不幸的是，有时可动式构件的侧向运动会受到很大的阻力，特别是当这些链轮固定不动的时候，并且这种阻力会传递至致动构件。由于马达在这种情况下可能不能够移动致动构件，就存在损害马达的危险。另一个问题在于外力可能会施加于可动式构件上，例如当自行车放下或者倒下时指向车轮的力，或者当拨链器挂住某个外部物体时背离车轮的力。这种外力还可能传递至致动构件，从而又会产生损害马达的危险。
发明内容
本发明的目的在于一种电动操作式自行车拨链器的各种不同特征。在本发明的一个实施例中，一种自行车所用的拨链器包括一个用于将拨链器附连于自行车上的基座构件、一个用于支承链条导向器的可动式构件、以及一个联动机构，该联动机构将基座构件联接至可动式构件上以便使得可动式构件能够相对于基座构件运动。一种电动操作式致动构件与联动机构保持操作联接，其中沿第一方向移动致动构件会使得可动式构件沿侧向朝向自行车运动，而沿第二方向移动致动构件会使得可动式构件沿侧向背离自行车运动。一个能量存储机构置于致动构件和可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力。其它发明特征通过以下描述将可以了解清楚，并且这些特征单独或者与以上特征组合可以形成更多发明的基础，如权利要求及其等效项目中所述。
附图说明
图1是一种包括电动控制式自行车传动装置的一个特定实施例的自行车的侧视图；
图2是电动控制自行车传动装置的安装于车把上的组件的斜视图；
图3是图1中所示的后拨链器和链轮部件的更近视图；
图4是图3中所示的拨链器的部分部件分解图；
图5是后拨链器控制外壳的视图，示出了马达驱动机构的一个特定实施例；
图6是图3中所示的拨链器的联动机构和能量存储机构的部件分解图；
图7是处于中性状态的联动机构和能量存储机构的视图；
图8是当力沿第一方向从致动构件向可动式构件施加时，处于能量存储状态的联动机构和能量存储机构的视图；
图9是当力沿第二方向从致动构件向可动式构件施加时，处于能量存储状态的联动机构和能量存储机构的视图；
图10是当外力沿背离后车轮的方向施加于可动式构件上时，处于能量存储状态的联动机构和能量存储机构的视图；以及
图11是当外力沿朝向后车轮的方向施加于可动式构件上时，处于能量存储状态的联动机构和能量存储机构的视图。
具体实施方式
图1是一种包括电动控制式自行车传动装置的一个特定实施例的自行车10的侧视图。自行车10具有一车架14、一可转动地支承于车架14的头管22中的前叉18、一由前叉18可转动地支承的前轮26、一用于沿着所需方向转动前叉18(从而转动前轮26)的车把30、和一可转动地支承于车架14后部的后轮34。一对曲柄臂38各自支承着一脚蹬42，安装于可转动地支承于车架14的较低部分处的轴46上。多个前链轮50安装于右侧曲柄臂38上以与右侧曲柄臂38一起转动，并且一个包括多个后链轮54a-54g(图3)的链轮装置54安装于后轮34上以与后轮34一起转动。链条58与这些前链轮50中的一个及这些后链轮54a-54g中的一个相啮合。前拨链器62安装于车架14上靠近这些前链轮50的位置处以便在这些前链轮50之间移动链条58，后拨链器66安装于车架14上靠近链轮装置50的位置处以便在多个后链轮54a-54g之间移动链条58。前闸装置70安装于前又18上以便制动前轮26，而后闸装置74安装于车架14的后部以制动后轮34。前闸装置70连接于一Bowden型控制缆索78上，而控制缆索78连接于安装在车把30右侧的闸柄部件82上，如图2中所示。同样，后闸装置74连接于一Bowden型控制缆索88上，而控制缆索88连接于安装在车把30左侧的闸柄部件92上。
如图1-2中所示，具有一液晶显示器104的显示器外壳100联接至附连在车把30上的安装托架108上。包括一模式开关194、一后拨链器换高档开关198和一后拨链器换低档开关202的右开关外壳190安装于车把30的右侧。同样，包括一模式开关254、一前拨链器换高档开关258和一前拨链器换低档开关262的左开关外壳250安装于车把30的左侧。位于右开关外壳190中的组件通过一条通信路径206与显示器外壳100中的组件相联接，位于左开关外壳250中的组件通过一条通信路径266与显示器外壳100中的组件相联接。模式开关194和254可以用于在一个手动换档模式和一个或更多自动换档模式之间切换，以便改变显示器104上所显示的信息，等等。一主拨链器控制装置310安装于车架14上，并且通过一条中间通信路径314与安装托架108保持电联接。后拨链器控制外壳315安装于后拨链器66上，并且通过一条中间通信路径316与主拨链器控制装置310保持电联接。曲柄转动传感器343用于检测来自联接至左侧曲柄臂38上的磁体(图中未示出)的信号以便按照已知的方式来测定曲柄臂38的转速，而车轮转动传感器345用于检测来自安装于前轮26上的磁体348的信号以便按照已知的方式来测定自行车的速度。曲柄转动传感器343和车轮转动传感器345通过单独的通信路径(图中未示出)联接至主拨链器控制装置310。
如图3和4中所示，后拨链器控制外壳315安装于后拨链器66的基座构件400与外盖404之间。基座构件400按照已知方式可摆动地安装于车架14上，并且它包括一个电连接器402以便连接至位于中间通信路径316上的互补连接器403上。如图4中所示，外盖404和后拨链器控制外壳315通过螺钉408和410安装于基座构件400上。螺钉408延伸通过外盖404中的开口412、通过间隔管416并进入基座构件400内的螺纹孔424中，其中间隔管416延伸通过后拨链器控制外壳盖422内的开口420。螺钉410延伸通过外盖404中的开口428、通过后拨链器控制外壳盖422内的开口432并进入基座构件400内的螺纹孔436中。
后拨链器66还包括一联动机构，该联动机构所采用的形式为通过对应的枢轴448和452可枢轴转动地联接于后拨链器控制外壳315上的连杆构件。连杆构件440和444的另一端通过对应的枢轴460和462而可枢轴转动地联接于一可动式构件456上。可动式构件456可转动地支承着链条导向器466，而链条导向器466又可转动地支承着一导轮470和张力轮474以便按照已知方式与链条58啮合。如同下文中将要更详细地讨论的那样，马达480(图5)带动枢轴452转动以便使得连杆构件444沿侧向移动可动式构件456和链条导向器466，从而在多个后链轮54a-54g之间转移链条58。
图5示出了在除去后拨链器控制外壳盖422的情况下后拨链器控制外壳315内的情况。如图5中所示，马达480包括一小齿轮传动轴484，小齿轮传动轴484通过一包括齿轮488、492、496、500和504的齿轮减速机构驱动枢轴452，其中每个齿轮488、492、496和500的小直径齿轮部分在动力传送路径中驱动着下一个齿轮的较大直径齿轮部分。齿轮504与枢轴452一起整体转动。采用数字位置传感器508形式的数字信号提供机构安装于后拨链器控制外壳315中。数字位置传感器508包括一与小齿轮传动轴484一起整体转动的快门轮512、一置于快门轮512的一侧的光源例如发光二极管516、以及一置于快门轮512的另一侧的光探测器例如光电晶体管520。快门轮512与小齿轮传动轴484一起转动将会使得从发光二极管516通往光电晶体管520的光通路间歇地发生阻断，从而产生一个其周期由快门轮512的转动速度决定的数字信号。
图6是后拨链器66的联动机构和能量存储机构的部件分解图。在这个实施例中，连杆构件440包括从侧壁606的一端延伸的间隔开的安装凸耳600和604、以及一个从侧壁606的相对端延伸的安装圆柱616。安装凸耳600和604各自具有用于在其中容放枢轴448的开口608和612，并且安装圆柱616具有一个用于在其中容放枢轴460的开口620。弹簧挂钩构件624置于侧壁606的内侧紧靠安装圆柱616的位置处，用于保持住螺旋弹簧632的第一端628。
连杆构件444包括一个第一链接板640和一个第二链接板644。第一链接板644基本为由上壁648、侧壁652和下壁656形成的U形，其中下壁656通过铆钉657而紧固于第二链接板644上。基本为圆形的开口658和659形成于第一链接板640的上壁648的一端和第二链接板644的一端上，其中圆形开口658和659中容放着枢轴452以便使得第一链接板640和第二链接板644能够绕着枢轴452转动。同样，相应的开口653和654形成于第一链接板640的上壁648和下壁656的相对端上，而另一开口655形成于第二链接板644的相对端上，其中开口653、654和655中容放着枢轴462。由于下文中所要讨论的原因，形成连杆构件贴靠部分663和664的弓形槽662形成于上壁648中紧靠开口658的位置处。
弹簧挂钩构件666位于第二链接板644的中间部分，用于保持住弹簧632的第二端668。弹簧632的作用是拉紧后拨链器控制外壳315内齿轮减速机构中的游隙。弹簧轴680延伸通过第一链接板640的上壁648和下壁656中的对应开口684和688，通过上下轴衬692和696，然后通过置于轴衬692和696之间的螺旋弹簧704的盘旋部分700。螺旋弹簧704具有第一端732和第二端736，其中弹簧704的第二端736顶靠着枢轴462。长片簧712的第一端708通过铆钉717紧固于第一链接板640的侧壁652的外侧。在本实施例中，弹簧712的弹簧常数大于弹簧704的弹簧常数，而弹簧704的弹簧常数又大于弹簧632的弹簧常数。这是因为，在本实施例中，弹簧712用于在可动式构件456沿换低档方向移动时存储能量(其中正常阻力已经很大)，而弹簧704用于在可动式构件456沿换高档方向移动时存储能量(其中正常阻力比较小，并且弹簧632只是拉紧后拨链器控制外壳315内齿轮减速机构中的游隙)。
致动臂716具有一个形成于其近端上的开口720，用于在其中容放枢轴452。开口720包括一个用于与枢轴452上的平面453相接合的平面724以便使得致动臂716相对于枢轴452固定住而不可转动。呈柱的形式的第一弹簧贴靠部分728从致动臂716的远端向下伸出，用于顶靠着弹簧704的第一端732，而第二弹簧贴靠部分733位于致动臂716的远端处，用于顶靠着片簧712的第二端735。当拨链器66处于装配状态时，呈限动柱736的形式的致动构件贴靠部分从致动臂716向上延伸入第一链接板444的上壁648内的槽662中。
图7是处于中性状态时连杆构件440和444、弹簧704和712及致动臂716的视图。在这种状态下，致动臂716的远端利用第一弹簧贴靠部分728和第二弹簧贴靠部分733而夹在弹簧704的第一端732和弹簧712的第二端735之间，而限动柱736与连杆构件贴靠部分663和664相隔开。假定可动式构件456的侧向运动不会受到过大的阻力。在这种情况下，当枢轴452和致动臂716顺时针转动时，则致动臂716上的第一弹簧贴靠部分728就会压着弹簧704的第一端732，力通过弹簧轴680而传送至连杆构件444，连杆构件440和444绕着其对应的枢轴448和452顺时针转动，而可动式构件456相应地移动。同样，当枢轴452逆时针转动时，则致动臂716远端上的第二弹簧贴靠部分733就会压着弹簧712的第二端735，力通过铆钉717而传送至连杆构件444，连杆构件440和444绕着其对应的枢轴448和452逆时针转动，而可动式构件456相应地移动。
图8示出了当可动式构件456朝向车轮(在图8中向上)的运动受到过大的阻力时后拨链器66的工作情况。当枢轴452逆时针转动时，则致动臂716上的第二弹簧贴靠部分733就会压着弹簧712的第二端735，力通过铆钉717而传送至连杆构件444，但是由于可动式构件456受到过大的阻力因而连杆构件440和444不能有效地绕着枢轴448和452逆时针转动。在这种情况下，弹簧712的第二端735如图8中所示相对于连杆构件444向上运动以便储存能量，直到阻力从可动式构件456上去掉为止。在这个实施例中，致动臂716相对于连杆构件444的逆时针转动可能会由于限动柱736和槽662中的贴靠部分663的接触而受到限制，以便保证致动臂716不会与弹簧712脱离接合。当阻力从可动式构件456上去掉之后，则可动式构件456就会朝向车轮(在图8中向上)移动，而连杆构件440和444绕着其对应的枢轴448和452逆时针转动，直到致动臂716的远端重新夹在弹簧704的第二端732和弹簧712的第二端735之间为止。
图9示出了当可动式构件456背离车轮(在图9中向下)的运动受到过大的阻力时后拨链器66的工作情况。当枢轴452顺时针转动时，则致动臂716上的第一弹簧贴靠部分728就会压着弹簧704的第一端732，而力通过弹簧轴680而传送至连杆构件444，但是由于可动式构件456受到这样过大的阻力因而连杆构件440和444不能有效地绕着其相应的枢轴448和452顺时针转动。在这种情况下，弹簧704的第一端732绕着弹簧轴680沿螺旋弹簧704的逆时针方向运动而弹簧704的第二端736如图9中所示顶靠着枢轴462以便储存能量，直到阻力从可动式构件456上去掉为止。在这种情况下，致动臂716相对于连杆构件444的转动可能会由于限动柱736和槽662中的贴靠部分664的接触而受到限制，以便保证致动臂716不会与弹簧704脱离接合。当阻力从可动式构件456上去掉之后，则可动式构件456就会背离车轮(在图9中向下)移动，而连杆构件440和444绕着其对应的枢轴448和452顺时针转动，直到致动臂716的远端重新夹在弹簧704的第一端732和弹簧712的第二端735之间为止。
图10示出了当外力沿背离后车轮的方向(在图10中向下)施加于可动式构件456上时后拨链器66的工作情况。当可动式构件456背离车轮运动时，连杆构件440和444就绕着其对应的枢轴448和452沿顺时针方向转动。然而，由于致动臂716固定于枢轴452上而不能转动，因而它就不能有效地顺时针转动。为了避免损害马达480，致动臂716上的第二弹簧贴靠部分733就会压着弹簧712的第二端735以便使得弹簧712的第二端735如图10中所示相对于连杆构件444向上运动以便储存能量，直到外力从可动式构件456上去掉为止。如上文中所指出，连杆构件444相对于致动臂716的顺时针转动可能会由于限动柱736和槽662中的贴靠部分663的接触而受到限制，以便保证致动臂716不会与弹簧712脱离接合。当外力从可动式构件456上去掉之后，则可动式构件456就会朝向车轮(在图10中向上)移动至其适当位置，而连杆构件440和444绕着其对应的枢轴448和452逆时针转动，直到致动臂716的远端重新夹在弹簧704的第二端732和弹簧712的第二端735之间为止。
图11示出了当外力沿朝向后车轮的方向(在图11中向上)施加于可动式构件456上时后拨链器66的工作情况。当可动式构件456朝向车轮运动时，连杆构件440和444就绕着其对应的枢轴448和452沿逆时针方向转动。然而，由于致动臂716固定于枢轴452上而不能转动，因而它就不能有效地逆时针转动。为了避免损害马达480，致动臂716上的第一弹簧贴靠部分728就会压着弹簧704的第一端732，弹簧704的第一端732绕着弹簧轴680沿螺旋弹簧704的逆时针方向运动，而弹簧704的第二端736如图11中所示顶靠着枢轴462以便储存能量，直到外力从可动式构件456上去掉为止。如前文中所指出，连杆构件444相对于致动臂716的逆时针转动可能会由于限动柱736和槽662中的贴靠部分664的接触而受到限制，以便保证致动臂716不会与弹簧704脱离接合。当外力从可动式构件456上去掉之后，则可动式构件456就会背离车轮(在图11中向下)移动至其适当位置，而连杆构件440和444绕着其对应的枢轴448和452顺时针转动，直到致动臂716的远端重新夹在弹簧704的第二端732和弹簧712的第二端735之间为止。
尽管上文对发明特征的不同实施例进行了描述，但在不超出本发明的精神和范围的情况下，可以使用其它改型。例如，后拨链器外壳内的齿轮机构可以省去，而马达480可以通过缆索来操作致动臂716。这里所讲的内容可以应用于前拨链器。弹簧704和712不一定为螺旋弹簧或片簧，而是可以构成任意数量的偏压元件。
各个组件的尺寸、形状、位置或方位可以根据需要进行改变。如图所示直接连接或相互接触的组件可以在其间置有中间结构。一个元件的功能可以由两个来完成，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。并不要求在一个特定实施例中同时显示所有优点。独特于现有技术的每一个特征，不管是单独或与其它特征组合出现，包括这些特征所体现的结构和/或功能概念，都应当被本申请人视为对更多发明的独立描述。因此，本发明的范围不应被所公开的特定结构及对特定机构或特征的最初专注表达内容所限制。

Claims (22)

1.一种自行车所用的拨链器，包括：
一个用于将拨链器附连于自行车上的基座构件；
一个用于支承链条导向器的可动式构件；
一个联动机构，用于将基座构件联接至可动式构件上以便使得可动式构件能够相对于基座构件运动；
一种电动操作式致动构件，与联动机构保持操作联接，其中沿第一方向移动致动构件会使得可动式构件沿侧向朝向自行车运动，而沿第二方向移动致动构件会使得可动式构件背离自行车运动；以及
一个能量存储机构，置于致动构件和可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力；
其中，能量存储机构包括：
一第一偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力；以及
一第二偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力。
2.根据权利要求1所述的拨链器，其特征在于，能量存储机构包括一偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储致动构件沿第一方向的原动力。
3.根据权利要求1所述的拨链器，其特征在于，能量存储机构包括一偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储致动构件沿第二方向的原动力。
4.根据权利要求3所述的拨链器，其特征在于，致动构件置于第一偏压元件与第二偏压元件之间。
5.根据权利要求1所述的拨链器，其特征在于，联动机构包括一连杆构件，连杆构件的第一端联接至基座构件和可动式构件之一上，而第二端联接至基座构件和可动式构件之中的另一个上。
6.根据权利要求5所述的拨链器，其特征在于，连杆构件的第一端可转动地联接至基座构件和可动式构件之一上。
7.根据权利要求6所述的拨链器，其特征在于，能量存储机构包括：
一第一偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力；以及
一第二偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力。
8.根据权利要求7所述的拨链器，其特征在于，致动构件置于第一偏压元件与第二偏压元件之间。
9.根据权利要求8所述的拨链器，其特征在于，第一偏压元件包括一第一弹簧，第一弹簧的第一端接合于连杆构件上而第二端接合于致动构件上，而第二偏压元件包括一第二弹簧，第二弹簧的第一端接合于连杆构件上而第二端接合于致动构件上。
10.根据权利要求9所述的拨链器，其特征在于，致动构件的第一端与连杆构件的第一端同轴地转动。
11.根据权利要求10所述的拨链器，其特征在于，致动构件的第二端置于第一弹簧的第二端和第二弹簧的第二端之间。
12.根据权利要求11所述的拨链器，其特征在于，第一弹簧的弹簧常数与第二弹簧不同。
13.根据权利要求11所述的拨链器，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧中至少有一个包括一片簧。
14.根据权利要求11所述的拨链器，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧中至少有一个包括一螺旋弹簧。
15.根据权利要求14所述的拨链器，其特征在于，螺旋弹簧具有一个盘绕着从连杆构件延伸出的伸出部分的盘绕部分。
16.根据权利要求11所述的拨链器，其特征在于，致动构件具有一致动构件贴靠部分，连杆构件具有一连杆构件贴靠部分，并且当致动构件相对于连杆构件处于中性位置时，致动构件贴靠部分与连杆构件贴靠部分相隔开。
17.根据权利要求16所述的拨链器，其特征在于，当致动构件相对于连杆构件处于选定转动位置时，致动构件贴靠部分与连杆构件贴靠部分相接触。
18.根据权利要求11所述的拨链器，其特征在于，致动构件和连杆构件之一具有一第一贴靠部分，而致动构件和连杆构件中的另一个具有一与一个第三贴靠部分相隔开的第二贴靠部分，并且其中当致动构件相对于连杆构件处于中性位置时，第一贴靠部分与第二贴靠部分和第三贴靠部分相隔开。
19.根据权利要求18所述的拨链器，其特征在于，当致动构件沿第一方向相对于连杆构件处于第一选定转动位置时，第一贴靠部分与第二贴靠部分相接触，而当致动构件沿第二方向相对于连杆构件处于第二选定转动位置时，第一贴靠部分与第三贴靠部分相接触。
20.根据权利要求1所述的拨链器，其特征在于，能量存储机构存储着从致动构件指向可动式构件的力。
21.根据权利要求1所述的拨链器，其特征在于，能量存储机构存储着从可动式构件指向致动构件的力。
22.一种自行车所用的后拨链器设备，包括：
一个用于将后拨链器附连于自行车上的基座构件；
一个用于支承链条导向器的可动式构件；
一个联动机构，用于将基座构件联接至可动式构件上以便使得可动式构件能够相对于基座构件运动；
一种致动构件，与联动机构保持操作联接，其中沿第一方向移动致动构件会使得可动式构件沿侧向朝向自行车的后轮运动，而沿第二方向移动致动构件会使得可动式构件沿侧向背离自行车的后轮运动；
一个马达，沿第一方向和第二方向电动驱动着致动构件；以及
一个能量存储机构，置于致动构件和可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力；
其中，能量存储机构包括：
一第一偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力；以及
一第二偏压元件，其置于致动构件与可动式构件之间的能量传送路径上，用于存储施加于致动构件和可动式构件之间的相对力。
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