CN1301656A - 自行车毂盘变速器用曲拐组件和安装支架 - Google Patents

Abstract

一种用于自行车毂盘变速器的曲拐包括:一个连接到一根控制钢绳上的钢绳连接曲拐零件;一个移动驱动零件的驱动件运动曲拐零件;以及一个调节钢绳连接曲拐零件相对于驱动件运动曲拐零件的位置的调节机构。将马达驱动单元和曲拐组件安装到自行车上的支架包括:一个安装马达用的支架部分,一个从马达支架部分伸出并用来接纳一根操纵曲拐机构的控制钢绳的支架过渡部分,以及一个从支架过渡部分伸出的后框安装支架部分。

Description

自行车毂盘变速器用曲拐组件和安装支架

本发明涉及自行车控制装置，尤其是涉及用于自行车变速器换档的一个马达驱动换档装置。

目前市场销售的自行车变速器有两种主要类型。一种类型的自行车变速器使用一种将链条从一个链轮变换到另一个链轮从而改变传动比的拨链器，而另一种类型的自行车变速器使用一种设置在一个旋转毂盘例如轮毂内以便改变传动比的行星齿轮机构。在任何一种情况下，移动一个操纵零件例如一根杠杆、推杆或可旋转的环以便操纵变速器，而且该操纵零件被连接到一个由骑车人拉动或释放以便引起所需的操纵零件运动的变速器驱动零件上，例如一根控制钢绳或者连杆上。为了便于以拉动或释放的方式操纵变速器，使用一个复位弹簧将操纵零件偏压到初始状态。然后用克服复位弹簧的逐渐加大的力和由变速器变换齿轮的自然阻力来移动操纵零件的方法操纵变速器。

马达驱动的自行车变速器变得越来越普遍。这种马达驱动自行车变速器减轻骑车人手工拉动和释放变速器驱动零件的作业。美国专利No.4,490,127披露一种典型的马达驱动自行车换档机构变速器。在该专利中一个马达通过一个用来拉动和释放安装在拨链器上的控制钢绳的齿轮减速机构连接到一个钢绳缠绕零件上。马达安装在一个稍微离开该自行车变速器的框架上以便调节控制钢绳的长度。当一个马达驱动单元与由一根可滑动地布置在毂盘轴内的驱动杆控制的毂盘类变速器一起使用时，控制钢绳必需被连结到一个曲拐机构或者运动驱动杆的一些其他杠杆机构上。曲拐机构和驱动杆的尺寸和形状不总是预知的，所以安装者必需把曲拐机构安装在自行车上，再把马达安装在自行车上，确定与该系统一起使用的控制钢绳最佳长度，并将整个系统连接在一起。因此，安装这种马达驱动系统可能非常复杂。如果在曲拐机构和毂盘变速器之间存在某些不协调性，例如在驱动杆对于可用曲拐机构而言太短或太长时发生的不协调性，或者在曲拐机构和马达驱动单元之间存在某些不协调性，那末安装者必需不协调零件作某些调整。如果无法完成就将陷入困境。

本发明涉及一种用于马达驱动自行车毂盘变速器的曲拐组件和/或安装支架，它制造成本低，能方便地安装自行车上，并能进行调节以便适应不同的毂盘变速器或马达驱动单元。在本发明的一个实施例中，一个用于自行车毂盘变速器的曲拐包括一个用来连接到一根控制钢绳的钢绳连接曲拐零件，一个用来移动驱动零件的驱动件运动曲拐零件，以及一个用来调节钢绳连接曲拐零件相对于驱动件运动曲拐零件的位置的调节机构。调节机构允许曲拐机构被调节到适合于用来操纵变速器的驱动杆的尺寸和/或适应于连接在曲拐机构和马达驱动单元之间的控制钢绳长度变化。

在一个更加具体的实施例中，钢绳连接曲拐零件和驱动件运动曲拐零件围绕一根共用轴线转动，而调节机构调节钢绳连接曲拐零件相对于驱动件运动曲拐零件的转动角度。调节机构可包括一个保持在钢绳连接曲拐零件和驱动件运动曲拐零件之一上的调节螺钉。所述调节螺钉包括一个螺钉头部，它提供紧靠在钢绳连接曲拐零件和驱动件运动曲拐零件中的另一个上的压紧力，以便调节钢绳连接曲拐零件相对于驱动件运动曲拐零件的转动角度。

用来将马达驱动单元和根据本发明的曲拐组件安装到自行车上的支架包括：一个用安装马达用的马达安装支架部分，一个从马达支架部分伸出并用来接纳一根操纵曲拐机构的控制钢绳的支架过渡部分，以及一个从支架过渡部分伸出的后框安装支架部分。一个用来安装曲拐组件的曲拐安装零件被布置在支架过渡部分和后框安装支架部分之一上。因此，只需将该支架安装在自行车上就可把整个马达驱动单元和曲拐组件作为一个单元安装在自行车上。支架过渡部分相对于马达安装支架部分和后框安装支架部分之一倾斜，以便顺利地将马达驱动单元安装在自行车上。

图1是一辆装有一个本发明特殊实施例自行车换档控制装置的自行车侧视图；

图2是图1所示马达驱动单元和安装支架的局部剖视图；

图3是图2所示马达驱动单元用的安装支架的顶视图；

图4是图2所示曲拐组件的一个更加详细的视图；

图5是图2所示马达驱动单元的局部剖视图；

图6是图5所示马达驱动单元所用换档控制装置的更加详细的剖视图；

图7A-7E是显示马达沿第一方向旋转时拉紧机构动作的示意图；

而图8A-8D是显示马达沿第二方向旋转时拉紧机构动作的示意图。

图1是一辆使用马达驱动单元14的自行车10侧视图，所述马达驱动单元14包括根据本发明一个特殊实施例的自行车变速器18用换档控制装置。自行车10包括一个框架22，一个可转动地安装在框架22上以便可旋转地支承前轮30的前叉26，一个安装在前叉26上的手把34，一根安装在手把34上用来操纵前轮卡钳刹车42的刹车杠杆38，一个座46，一个可旋转地安装在框架22上并用来旋转一个与链条49连接的前链轮48的脚蹬曲柄47，以及一个可旋转地安装在框架22上的后轮50。在这个实施例中，自行车变速器18是一个内轮毂变速器，它具有一个用发送一个旋转力的方法来改变齿轮速率的行星齿轮机构，所述旋转力由链条49通过许多变速器路途以一个众所周知的方式施加。一个信号提供单元例如一块磁铁54安装在轮50的一根辐条50A上。由磁铁54提供的磁性信号被马达驱动单元14用来根据自行车速度控制变速器换档。马达驱动单元14借助于一个安装支架62和一个曲拐外壳64安装在一个自行车框架22的一根链撑58上。马达驱动单元14借助于一个下文将介绍的曲拐组件68(图4)控制变速器18。

图2是马达驱动单元14和安装支架62的局部剖视图，图3是摘除曲拐组件的状态的安装支架62的顶视图，而图4是曲拐组件68的一个更加详细的视图。如这些附图所示，马达驱动单元14包括一个外壳69，它用螺钉70安装在支架62的一个马达安装支架部分61上，所述螺钉70延伸穿过支架62上的安装孔71并拧入外壳69。一个具有螺钉安装孔65的前框安装支架部分63向下伸出，与用来安装到链撑58上的马达安装支架部分61垂直。一个呈缠绕鼓形式的卷绳零件72具有一个钢绳连接器76和一个缠绕表面88，所述钢绳连接器用来保持呈控制钢绳84形式的控制零件钢绳端部小球80，而所述缠绕表面88用来缠绕和展开控制钢绳84。控制钢绳84穿过一个在相对于马达安装支架部分61倾斜地向下伸出的一个支架过渡部分66上形成的“U”形或者说凸圆的导槽92，接合一个钢绳连接曲拐零件100的缠绕表面96，并终止于另一个保持在一个开槽的钢绳连接器108中的钢绳端部小球104，所述钢绳连接器108在钢绳连接曲拐零件100上形成。

钢绳连接曲拐零件100可绕枢轴转动地安装在相对的安装耳状物110和112上，所述耳状物在导槽92下方的支架过渡部分66上围绕一根枢轴116形成，所述枢轴116穿过在钢绳连接曲拐零件100上形成的一个衬套120并进入安装耳状物110和112。一个驱动件运动曲拐零件121具有安装耳状物122和123，它们用来将驱动件安装曲拐零件121可绕枢轴转动地安装在围绕枢轴116的安装耳状物110和112上，以致于衬套120被布置在安装耳状物122和123之间。在安装耳状物122和123之间延伸的一个壁124包括一个用来支承调节螺钉132的螺纹轴129的螺孔128。一根弹簧130布置在螺钉转动帽133的一个端壁131和调节螺钉132的头部135之间。螺钉转动帽133接触调节螺钉132的头部135，使得当旋转螺钉转动帽133时就能旋转调节螺钉132。调节螺钉132的一端136接触钢绳连接曲拐零件100的一个侧面134，以便调节钢绳连接曲拐零件100相对于驱动件运动曲拐零件121的旋转位置。驱动件运动曲拐零件121包括一个用来压靠一根驱动杆148的一端144的接触部分140，所述驱动杆148可滑动地布置在自行车变速器18的一根毂轴152中。因此，钢绳84和/或驱动杆148的长度变化能通过转动调节螺钉132进行调节。毂轴152和支架62的一个后框安装支架部分154由一个固定螺母160和多个垫圈164安装在链撑58上。最好是，后框安装支架部分154包括一个用来接纳毂轴152通过的开口153。驱动杆148用来以众所周知的方式在毂盘变速器18内将齿轮换档。

图5是马达驱动单元14的一个局部剖视图。外壳69确定一个电子控制室170、一个电池室172以及一个马达驱动室174。电子控制室170容纳一块印刷线路板180，它包括一个处理器(未画出)和测定自行车速度并根据自行车速度控制缠绕或展开控制钢绳84的必要的电子装置。一个磁性传感器182布置在电子控制室170的侧面，它用来感知磁铁54的通过并用来给安装在印刷线路板180上的处理器提供指示轮50转速因而也指示自行车速度的信号。这种信号的处理过程是众所周知的。电池室172装有四节电池，它们用来给印刷线路板180上的电路以及在马达驱动室174内的马达184提供电力。图5显示出暴露在外壳69外侧以便顺利地连接和解开控制钢绳84的卷绳零件72，但是如果需要，可提供一个如图6所示的可摘除护盖185作为马达驱动室174的一部分，以便封闭卷绳零件72。

马达驱动室174容纳用来缠绕和展开控制钢绳84的金属零件。尤其是，马达184包括一根带有一个驱动齿轮192的驱动轴188，所述驱动齿轮192与一个通过枢轴200可绕枢轴转动地安装在马达驱动室174上的大直径齿轮196啮合。一个与大直径齿轮196成一整体地旋转的小直径齿轮202与一个通过枢轴208可绕枢轴转动地安装在马达驱动室174上的大直径齿轮204啮合。一个与大直径齿轮204成一整体地旋转的小直径齿轮212与一个通过枢轴220可绕枢轴转动地安装在马达驱动室174上的一个大直径齿轮216啮合。一个与大直径齿轮216成一整体地旋转的小直径齿轮224与在一个单方向离合器换档控制装置232的主齿轮228的外圆周表面上形成的许多齿227啮合，所述换档控制装置232通过枢轴234可绕一个X轴线转动地安装在马达驱动室174上。齿轮196、202、204、212、216和224形成一个用来逐级降低驱动齿轮192到主齿轮228旋转速率的齿轮减速单元。

图6是换档控制装置232的更加详细的剖视图。马达驱动室174起一个固定的第一构件作用，而主齿轮228起一个相对于马达驱动室174可旋转地安装以便控制拉动和释放控制钢绳84的第二构件作用，在此处主齿轮228沿图6箭头A所示方向和沿图6中箭头B所示方向转动。一个惰齿轮240起连接在马达驱动室174和主齿轮228之间的一个第三构件作用。惰齿轮240绕轴线X转动，并沿轴线X方向在一个惰齿轮240啮合马达驱动室174的啮合位置和一个惰齿轮240脱离马达驱动室174的脱离位置之间移动。下文将作更详细的讨论。

如同在图7A中示意地显示，主齿轮228包括许多在一个圆弧中形成并具有许多驱动表面244的齿265，所述许多驱动表面244沿轴线X方向延伸以便啮合在惰齿轮240的一个圆弧中形成的许多齿259上的许多互补表面248，从而在主齿轮228沿第一方向A旋转时沿着一个第三方向驱动惰齿轮240。在这个实施例中，第三方向与第一方向A相同。在驱动表面244和表面248之间形成一个间隙250，以便执行下文所述的过换档功能。惰齿轮240也包括在一个圆弧内形成并具有许多定位表面256的许多齿251，所述定位表面256沿轴线X方向延伸以便接触在马达驱动室174上形成的一个齿254的互补表面257，从而当惰齿轮240处于啮合位置时防止惰齿轮240绕轴线X转动。定位表面256的作用是将惰齿轮240因而也将主齿轮228和卷绳零件72保持在所要求的将变速器18设置在每个可用齿轮比的多个位置，在此处连续定位表面256间的距离相应于控制钢绳84被拉动或释放的一个长度，所述长度用来设置变速器18从一个齿轮比到另一个齿轮比。在这个实施例中，由于下文所讨论的原因，驱动表面244在轴线X方向的高度大于定位表面256沿轴线X方向的高度。

惰齿轮240也包括在齿251上形成的许多第一凸轮表面252，它们用来接触一个在马达驱动室174上形成的齿254的互补表面253，以便在惰齿轮240沿方向A转动期间造成惰齿轮240沿轴线X方向朝脱离位置移动。此外，惰齿轮240还包括在齿259上形成的许多第二凸轮表面260，它们用来接触主齿轮228的齿265上的多个互补表面264，以便在主齿轮228沿方向B转动期间造成惰齿轮240沿轴线X方向朝脱离位置移动。当惰齿轮240处于图7A所示啮合位置时，表面252、253、256和257被布置在一个平面P1中。与此类似，当惰齿轮240处于图7A所示位置时，表面244、248、260和264被布置在一个平面P2中。平面P1和P2两者的取向均基本上垂直于轴线X，在此处平面P1沿轴线X方向与平面P2分开。

如图6所示，在马达驱动室174上安装着一个呈电位计形式的位置传感器300。电位计300包括一个连接垂片304，它用来接合在主齿轮228中的一个连接孔308，以致于主齿轮228的旋转引起连接垂片的一个相应旋转，以便造成位置传感器300输出一个与主齿轮228的位置成正比的电阻值。

卷绳零件72可转动地围绕枢轴234安装，而且它包括一个大直径圆筒部分318、一个中间直径圆筒部分320以及一个小直径圆筒部分324，所述大直径圆筒部分318又包括钢绳连接器76和缠绕表面88。主齿轮228夹在小直径圆筒部分324的一个端面328和马达驱动室174的一个相对端面332之间。在主齿轮228的一个内圆周表面上形成的花键333与在小直径圆筒部分324的一个外圆周表面上形成的互补花键334接合，因此卷绳零件72与主齿轮228成一整体地转动。为了便于组装，主齿轮228做成由花键335互锁的两件228A和228B。惰齿轮240借助于与小直径圆筒部分324上的花键334啮合的花键336，不可转动但可轴向移动地围绕小直径圆筒部分324安装。一个密封圈336围绕着在大直径圆筒部分318的一个端面340和马达驱动室174的一个相对端面344之间的枢轴234布置。另一个密封圈350围绕着中间直径圆筒部分320布置在马达驱动室174的一个环绕中间直径圆筒部分320的壁356的一个面354和大直径圆筒部分318的一个相对面358之间。作为这种构造的结果，卷绳零件72和主齿轮228沿轴线X方向通常是不动的。惰齿轮240被一个盘簧370偏压离开主齿轮228朝向马达驱动室174的壁356。

下面参照图7A-7E，介绍马达184沿方向A旋转主齿轮228(它相应于围绕卷绳零件72缠绕控制钢绳84)时换档控制装置232的工作情况。图7A显示处于初始稳定状态的换档控制装置。

当主齿轮228沿方向A运动时，主齿轮228的多个驱动表面244首先闭合在它们和惰齿轮240的表面248之间的间隙250。在此之后，主齿轮228的驱动表面244压靠惰齿轮240的表面248，并围绕着轴线X沿方向A旋转惰齿轮240。其结果是，啮合着齿254的惰齿轮齿251的第一凸轮表面252紧靠齿254的表面253滑动并将惰齿轮240推到左方，如图7B所示。这种运动继续到齿251如图7C和7D所示跳过齿254，并且惰齿轮240往回运动到如图7D所示的右方为止。由于齿265的驱动表面244沿轴线X方向的高度大于齿251的定位表面256沿轴线X方向的高度，惰齿轮240能在不脱离主齿轮228的情况下脱离齿254。由于主齿轮228的驱动表面244正在接触惰齿轮240的表面248，以前在驱动表面244和表面248之间的间隙250(图7A)已被转变，而且现在以在第二凸轮表面260和表面264之间的间隙250′出现，如图7D所示。在这种工作状态期间，位置传感器300从图7A所示“L”位置移动到图7D所示“N”位置。

因为卷绳零件72与主齿轮228成一整体地旋转，在这时控制钢绳84已被拉动一个量值，该量值相应于在驱动表面224和主齿轮228的表面244之间的初始间隙250加上在齿254的定位表面256初始接触的表面257和定位表面256现在接触的齿254的表面257之间的距离之和。因此，在此时控制钢绳84看上去已被拉动得比变速器18从一个齿数比换档到另一个齿数比所需的更多。这种现象被称为过换档，它用来补偿机械构件中的空隙或齿轮变换操作时在机械变速器内的任何阻力。在变速器18内的齿轮变换操作一旦发生，钢绳拉动的超过量就不再需要。因此，在变速器18内的齿轮变换操作发生之后，马达184的驱动力就松开了。因为作为变速器18内复位弹簧力的结果，控制钢绳84拉动卷绳零件72，主齿轮228沿方向B稍微转动，直到齿259上的第二凸轮表面260接触齿265上的表面264，而且间隙250重新出现在驱动表面244和表面248之间，如图7E所示。于是控制钢绳84被释放相应于间隙250的距离，超过的钢绳拉动被消除。由于卷绳零件72的位置由定位表面256和齿254的表面257之间的接触保持，因此将卷绳零件72保持在这一位置所需的力不需要由马达184供应，从而显著地减少马达184的磨损。

在马达184沿方向B(它相应于从卷绳零件72展开控制钢绳84)转动主齿轮228时换档控制装置232的工作情况将参照图8A-8D进行描述。图8A显示换档控制装置232处于初始稳定状态，在这种情况下它处于由位置传感器指示的“T”位置。

在主齿轮228沿方向B运动时，主齿轮齿265上的表面264紧靠惰齿轮240上的第二凸轮表面260滑动并将惰齿轮240推到左方，如图8B所示。这种运动继续到啮合马达驱动室174的齿254的惰齿轮齿251的定位表面256运动通过齿254的顶部，而且齿251跳过齿254，如图8C和8D所示，并且惰齿轮240回到右侧如图8D所示。如上文所述，由于齿265的驱动表面244沿轴线X方向的高度大于齿251的定位表面256沿轴线X方向的高度，惰齿轮240能在不脱离主齿轮228的情况下脱离齿254。应该指出，在主齿轮228沿这个方向旋转时不发生过换档现象。在这一操作期间，位置传感器300从图8A所示位置“T”运动到图8D所示位置“N”。

上文已介绍了本发明的一个实施例，在不超越本发明精神的情况下能进行多种不同变型。因此，本发明范围不受所披露的特殊结构的限制，而应由随后的权利要求确定。

Claims (20)

1．一种用于自行车毂盘变速器的曲拐，它包括：

一个用来连接到一根控制钢绳上的钢绳连接曲拐零件；

一个用来运动驱动零件的驱动件运动曲拐零件；以及

一个用来调节钢绳连接曲拐零件相对于驱动件运动曲拐零件的位置的调节机构。

2．根据权利要求1的曲拐，其特征为，所述钢绳连接曲拐零件以及驱动件运动曲拐零件围绕一根公用轴线旋转。

3．根据权利要求2的曲拐，其特征为，所述调节机构调节钢绳连接曲拐零件相对于驱动件运动曲拐零件的转动角度。

4．根据权利要求1的曲拐，其特征为，钢绳连接曲拐零件包括一个钢绳缠绕表面。

5．根据权利要求1的曲拐，其特征为，该调节机构包括一个保持在钢绳连接曲拐零件或驱动件运动曲拐零件之一上的调节螺钉。

6．根据权利要求5的曲拐，其特征为，该调节螺钉包括一个螺钉端部，它提供一个紧靠钢绳连接曲拐零件和驱动件运动曲拐零件中的另一个的压紧力。

7．根据权利要求6的曲拐，其特征为，螺钉端部接触钢绳连接曲拐零件和驱动件运动曲拐零件中的另一个。

8．根据权利要求6的曲拐，其特征为，调节螺钉包括一个螺钉头部，还进一步包括一个围绕螺钉布置在螺钉头部和螺钉端部之间的弹簧。

9．根据权利要求6的曲拐，其特征为，调节螺钉包括一个螺钉头部，还进一步包括一个接触螺钉头部并用来转动螺钉的螺钉转动帽。

10．一个用于自行车毂盘变速器的曲拐安装支架，它包括：

一个马达安装支架部分；

一个从马达安装支架部分伸出的支架过渡部分；

一个从所述支架过渡部分伸出的后框安装支架部分；

其中，支架过渡部分相对于马达安装支架部分和后框安装支架部分之一倾斜；而且

一个曲拐安装零件被布置在支架过渡部分和后框安装支架部分之一上。

11．根据权利要求10的支架，其特征为，进一步包括一个从马达安装支架部分伸出的前框安装支架部分。

12．根据权利要求11的支架，其特征为，前框安装支架部分从马达安装支架部分向下伸出。

13．根据权利要求12的支架，其特征为，前框安装支架部分基本上与马达安装支架部分垂直地伸出。

14．根据权利要求10的支架，其特征为，支架过渡部分相对于马达安装支架部分倾斜。

15．根据权利要求10的支架，其特征为，后框安装支架部分确定一个用来接纳一根轴穿过的开口。

16．根据权利要求10的支架，其特征为，还包括一个布置在支架过渡部分上的钢绳导槽。

17．根据权利要求16的支架，其特征为，钢绳导槽大体上呈“U”形。

18．根据权利要求10的支架，其特征为，马达安装支架部分、支架过渡部分和后框安装支架部分做成一体。

19．根据权利要求10的支架，其特征为，支架过渡部分相对于马达安装支架部分倾斜，并进一步包括：

一个从马达安装支架部分向下伸出的前框安装支架部分；

一个布置在支架过渡部分上的钢绳导槽；及

其中马达安装支架部分、前框安装支架部分、支架过渡部分、钢绳导槽以及后框安装支架部分做成一体。

20．一个曲拐组件，它包括：

一个安装支架，它包括：

一个马达安装支架部分；

一个从马达安装支架部分伸出的支架过渡部分；

一个从支架过渡部分伸出的后框安装支架部分；

其中支架过渡部分相对于马达安装支架部分和后框安装支架部分之一倾斜；

一个曲拐安装零件被布置在支架过渡部分和后框安装支架部分之一上。

一个曲拐，它包括：

一个用来连接到一根控制钢绳上的钢绳连接曲拐零件，它可绕枢轴转动地连接到曲拐安装零件上；

一个用来移动一驱动零件的驱动件运动曲拐零件，它可绕枢轴转动地连接到曲拐安装零件上；以及

一个用来调节钢绳连接曲拐零件相对于驱动件运动曲拐零件的位置的调节机构。

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