TW201420421A - 前變速器 - Google Patents

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TW201420421A
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Christopher Shipman
Henry Tsao
Mark Santurbane
Brian Jordan
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Sram Llc
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    • F16H9/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion
    • F16H9/04—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion using belts, V-belts, or ropes
    • F16H9/06—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion using belts, V-belts, or ropes engaging a stepped pulley
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
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    • B62J43/20—Arrangements of batteries characterised by the mounting
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Abstract

本發明提供一種用於一自行車之機電前變速器，該自行車具有一鏈條，包括一可附接在該自行車上之基座構件。一連桿組係與該基座構件可移動地耦接。一鏈條引導件係與該連桿組耦接用以接觸該鏈條。一馬達係藉由該基座構件支持。一齒輪傳動裝置係藉由該馬達驅動以移動該連桿組。又，設有一用以控制該馬達之CPU且一電源係藉由該基座構件支持以對該馬達及該CPU供電。

Description

前變速器
本申請案請求2012年10月18日申請之美國暫時專利申請案第61/715,658號的優先權。
發明背景
本發明係有關於自行車變速器系統。特別地，本發明係有關於包括自行車變速器且特別有關於一前變速器。本發明之一實施例規劃一無線機電前變速器。
現存之大部份機電變速器及系統係龐大、笨重、昂貴、不易安裝且缺乏吸引力。其中一理由是它車藉由電線通訊及供電。因此，這些裝置之維修必須產生及儲存用於可取得之許多不同尺寸/型式之自行車架的許多不同長度之纜線。
因此需要一種輕量、有效率、緊緻且容易安裝之機電變速器。本發明滿足該需要。
發明概要
本發明之一態樣係一種用於一自行車之機電前變速器。
30‧‧‧前變速器
32‧‧‧自行車架
34‧‧‧基座構件
36‧‧‧前變速器支架
38‧‧‧固定螺栓
40‧‧‧固定墊圈
42‧‧‧電池
44‧‧‧電源殼體
46‧‧‧馬達齒輪箱模組
48‧‧‧殼體
50‧‧‧後殼體部份
52‧‧‧前殼體部份
54‧‧‧四桿連桿組
56‧‧‧外連桿
58‧‧‧內連桿
60‧‧‧籠總成(鏈條引導件)
62‧‧‧偏擺軸
64‧‧‧自行車鏈條
66‧‧‧鏈環
68‧‧‧馬達模組至托架後螺絲
70‧‧‧馬達模組至托架前螺絲
72‧‧‧第一連桿銷
74‧‧‧基座構件前舌片
76‧‧‧基座構件後舌片
78‧‧‧第一連桿扣持環
80‧‧‧第一連桿內軸襯
82‧‧‧外連桿後舌片
84‧‧‧第一連桿前內軸襯
86‧‧‧外連桿前舌片；內壁
88‧‧‧第二連桿銷
90‧‧‧第二連桿扣持環
92‧‧‧第三連桿銷
94‧‧‧第三連桿前內軸襯
96‧‧‧第三連桿後內軸襯
98‧‧‧第四連桿銷
100‧‧‧第四連桿扣持環
102‧‧‧第四連桿前內軸襯
104‧‧‧第四連桿後內軸襯
106‧‧‧馬達齒輪箱模組輸出臂
108‧‧‧扇形齒輪
110‧‧‧緩衝彈簧軸襯
112‧‧‧第一偏壓元件；緩衝彈簧
114‧‧‧外面
116‧‧‧上限固定螺絲
118‧‧‧腿部
120‧‧‧內壁
122‧‧‧第二腿部
124‧‧‧內壁
126‧‧‧傳動機構
128‧‧‧第二偏壓元件
130‧‧‧階段三蝸桿
132‧‧‧偏壓彈簧前軸襯
134‧‧‧偏壓彈簧後軸襯
136‧‧‧第二偏壓元件之一端
138‧‧‧第二偏壓元件之另一端
140‧‧‧下限固定螺絲
142‧‧‧端子
144‧‧‧掣子
146‧‧‧突起
148‧‧‧電池接頭銷
150‧‧‧電池接頭密封件
152‧‧‧PC(印刷電路)板總成
154‧‧‧電池面密封件；電池密封件
156‧‧‧電池鎖銷
158‧‧‧鎖銷扣持環
160‧‧‧電池閂鎖
162‧‧‧鉤端；鉤
164‧‧‧外殼體螺絲
166‧‧‧殼體墊圈
168‧‧‧扇形齒輪後軸襯
170‧‧‧扇形齒輪後O環
172‧‧‧扇形齒輪前軸襯
174‧‧‧扇形齒輪前O環
176‧‧‧LED透鏡
178‧‧‧LED
180‧‧‧前板
182‧‧‧按鈕
184‧‧‧按鈕柱塞
186‧‧‧按鈕柱塞O環
188‧‧‧馬達齒輪箱內總成
190‧‧‧主內殼體
192‧‧‧內側對齊孔
194‧‧‧外側對齊孔
196‧‧‧前內側對齊凸塊
198‧‧‧前外側對齊凸塊
200‧‧‧內側對齊凸塊
202‧‧‧外側對齊孔
204‧‧‧後內側對齊孔
206‧‧‧後外側對齊凸塊
208‧‧‧後板
210‧‧‧撓性電路
212‧‧‧馬達端子撓性電路
214‧‧‧前PCB安裝螺絲
216‧‧‧後外側對齊孔
218‧‧‧後PCB對齊凸塊
220‧‧‧後內側對齊孔
222‧‧‧後PCB安裝螺絲
224‧‧‧負馬達端子
226‧‧‧馬達
228‧‧‧馬達螺絲
230‧‧‧正馬達端子
232‧‧‧階段一小齒輪
234‧‧‧階段一齒輪
236‧‧‧階段二小齒輪
238‧‧‧第二齒輪軸
240‧‧‧蝸桿上軸承
242‧‧‧階段二齒輪
244‧‧‧蝸桿下軸承
246‧‧‧蝸桿底止推板
248‧‧‧蝸桿頂止推板
250‧‧‧蝸輪蓋
252‧‧‧栓槽軸
254‧‧‧階段四小齒輪
256‧‧‧階段三蝸輪
258‧‧‧前蝸輪軸承
260‧‧‧後蝸輪軸承
262‧‧‧半圓形軸承缺口
264‧‧‧對應半圓形軸承缺口
266‧‧‧蝸輪蓋螺絲
268‧‧‧磁鐵座
270‧‧‧磁鐵
272‧‧‧磁性旋轉編碼晶片
274‧‧‧無線電裝置
276‧‧‧處理器(CPU)
300‧‧‧自行車
302‧‧‧剎車罩/桿
304‧‧‧手把
306‧‧‧後變速器
308‧‧‧驅動總成
A‧‧‧前或向前方向
圖式簡單說明
圖1係安裝在一自行車上之一前變速器。
圖2A與2B分別係一前變速器之側視圖及前視圖。
圖3係沿圖2B之3-3之截面圖，顯示該連桿組。
圖4係沿圖2B之4-4之截面圖，顯示該連桿組。
圖5係沿圖2A之5-5之截面圖，顯示一緩衝彈簧及一上限固定螺絲。
圖6係沿圖2A之6-6之截面圖，顯示一偏壓彈簧。
圖7A係一前變速器之側視圖且圖7B係該前變速器之截面圖，且所示之截面係沿圖7A之7B截取，並且兩圖均顯示一在極端內側構態(最靠近該自行車架)中之鏈條引導件。
圖8A至D分別係一電池/電池殼體之一立體圖、一仰視圖、一前視圖及一截面圖。
圖9A與9B係一馬達齒輪箱模組之等角圖，一圖中安裝一電池(9A)且另一圖中該電池被移除(9B)。
圖10A至D係顯示一電池由該馬達齒輪箱模組移除之電池。
圖11係該馬達齒輪箱模組及電池之分解圖。
圖12A與12B分別係在一馬達齒輪箱內總成與一後殼體部份及一前殼體部份之間的對齊特徵。
圖13A係沿圖10之13-13之截面圖，顯示一按鈕 及LED。
圖13B係圖13A之放大圖。
圖14係一PC(印刷電路)板之等角圖。
圖15A與15B分別係該馬達齒輪箱內總成之側視圖及截面圖，顯示一齒輪組或傳動機構之階段二。
圖16係該馬達齒輪箱內總成之等角圖，顯示該PC板及該馬達之間的電氣連接。
圖17係該馬達齒輪箱內總成之分解圖。
圖18係沿圖15A之18-18之截面圖，顯示該齒輪組之階段一。
圖19係沿圖15A之19-19之截面圖，顯示該齒輪組之階段三。
圖20係沿圖15A之20-20之截面圖，顯示該齒輪組之階段四。
圖21係包括依據本發明之一機電前變速器之一實施例之一自行車的側視圖。
發明之詳細說明
在此將參照圖式說明本發明之較佳實施例。應了解的是該等圖式及說明在此只供說明且不如由所附加之申請專利範圍及其所有等效物所界定地限制本發明。例如，該等用語“第一”與“第二”、“前”與“後”、或“左”與“右”係供清楚說明且不作為限制之用語使用。此外，除非另外聲明，否則該等用語可表示習知地安裝在一自行車上之自行車機 構且該自行車係以一標準方式定向及使用。
請參閱圖1，藉由以一習知方式使用一固定螺栓 38及一固定墊圈40來連接該變速器之基座構件34與該車架之一前變速器支架36，依據本發明一實施例之一機電前變速器30，或前變速器可附接在一自行車架32上。或者，該基座構件34可包括或如眾所週知地作成可附接在一夾具上，用以將該變速器30附接在該自行車架32上。
請參閱圖1、2、3與4，該機電前變速器30之基 本結構包括一可移除電源，該電源係呈以一電源殼體44封裝之一電池42的形式，且該電源殼體44係安裝在一附接於該基座構件34之馬達齒輪箱模組46上。該馬達齒輪箱模組46可被視為包括或至少部份地被封裝在一殼體48內，且該殼體48可包括後與前殼體部份50、52。該等後與前殼體部份50、52可由單件或多件形成。因為該電源殼體44在該後殼體部份50後方之位置，它應具有小、可忽略或沒有空氣動力之阻力。由前方觀看(請參見圖2B之前視圖)，該電源殼體44之實體形狀及尺寸(形狀因子)係比該殼體48所具有之實體形狀及尺寸小且因此對該變速器30之正面面積沒有貢獻。換言之，某人無法由該自行車前方看見該電源殼體44，因為它的實體形狀及尺寸比由殼體部份50、52形成之殼體48所具有之實體形狀及尺寸小一當由前向後看時。
該基座構件34作為可被稱為一四桿連桿組54之 一桿。該連桿組包括一外連桿56及一內連桿58，且該外連桿56及該內連桿58係各可樞轉地連接基座構件34且構成 該四桿連桿組54中四桿之二桿以上。一籠總成(亦稱為一鏈條引導件)60藉由可樞轉地連接內連桿58且以一可樞轉及軸向動作之方式連接外連桿56來完成該四桿連桿組54。在一實施例中，這連桿組幾何形狀容許鏈條引導件60相對於其本身之垂直軸62旋轉及相對於基座構件34移動。亦可規劃其他習知連桿組。自行車鏈條64係以一習知方式與鏈環66及鏈條引導件60接合且藉由鏈條引導件相對於基座構件34之移動在兩環之間移動。
請參閱圖2A與2B，基座構件34可依據以下配置 剛性地連接該馬達齒輪箱模組46。馬達模組至托架後螺絲68被收納在基座構件34之一埋頭孔貫穿孔中且亦與在馬達齒輪箱模組46之後殼體部份50中之一對應盲孔螺合地接合。馬達模組至托架前螺絲70被收納在基座構件34之一第二埋頭孔貫穿孔中且亦與在馬達齒輪箱模組46之前殼體部份52中之一對應盲孔螺合地接合。
請參閱圖2至7，適用於本發明之一四桿連桿組 54之一例的基本細部結構如下。應了解的是雖然在此提出之連桿組例在它移動時具有一偏擺動作，但是亦可使用一在偏擺方向上沒有動作之標準連桿組。該偏擺型連桿組減少或不必修整該前變速器之位置以配合該變速器與由在其中一後鏈輪上之鏈條之位置所產生之鏈條線。如果使用非偏擺型連桿組，本發明可具有，例如，一用以依據一感測或計算之位置修整該前變速器的特徵。
請參閱圖3，第一連桿銷72被收納在基座構件前 舌片74及基座構件後舌片76之貫穿孔中，且該等基座構件前舌片74及基座構件後舌片76係形成在該基座構件34上之兩分開點。第一連桿扣持環78接合在第一連桿銷72中之一溝槽且防止第一連桿銷退出該等貫穿孔。第一連桿內軸襯80被收納在外連桿後舌片82之貫穿孔中且第一連桿前內軸襯84被收納在外連桿前舌片86之貫穿孔中。第一連桿前內軸襯84及第一連桿內軸襯80係可樞轉地連接第一連桿銷72。因此，外連桿56係可樞轉地連接基座構件34。
第二連桿銷88被收納在鏈條引導件60之貫穿孔 中。第二連桿扣持環90接合第二連桿銷88中之一溝槽且防止它退出該等貫穿孔。外連桿56係可樞轉地連接第二連桿銷88且亦容許在它與該第二連桿銷之間沿其長軸的移動。因此，鏈條引導件60係可樞轉地連接外連桿56且可相對於外連桿56之偏擺軸旋轉(請參見圖2)。
請參閱圖4，第三連桿銷92可滑嵌入在基座構件 34前端之一埋頭孔中且藉由一壓入嵌合收納在基座構件後方之一貫穿孔中。因此，第三連桿銷92及基座構件34係剛性地連接。第三連桿前內軸襯94被收納在內連桿58之一貫穿孔中且第三連桿後內軸襯96被收納在該內連桿之一第二貫穿孔中。第三連桿銷92可旋轉地被收納在第三連桿前內軸襯94與第三連桿後內軸襯96中。因此，內連桿58係可樞轉地連接基座構件34。第四連桿銷98被收納在鏈條引導件60之兩貫穿孔中且藉由第四連桿扣持環100防止退出，且該第四連桿扣持環100接合在第四連桿銷98之一溝 槽中。第四連桿前內軸襯102被收納在內連桿58之一貫穿孔中且第四連桿後內軸襯104被收納在內連桿之另一貫穿孔中。第四連桿銷98被收納在第四連桿前內軸襯102及第四連桿後內軸襯104中。因此，內連桿58係可樞轉地連接鏈條引導件60以完成該四桿連桿組。應了解的是所示連桿組54只是可適用於在此提出之本發明變速器之多數連桿組態的一例。
請參閱圖3、5與9，第一連桿銷72亦可旋轉地被 收納在馬達齒輪箱模組輸出臂106、扇形齒輪108及緩衝彈簧軸襯110中。馬達齒輪箱模組輸出臂106及扇形齒輪108之一後管狀部份可藉由壓入嵌合互補齒特徵或任何適合結構或技術剛性地耦接。因此，在扇形齒輪108上環繞第一連桿銷72之長軸的任何力矩被傳送至環繞相同軸之馬達齒輪箱模組輸出臂106。扇形齒輪108、馬達齒輪箱模組輸出臂106、例如一緩衝彈簧之第一偏壓元件112、及緩衝彈簧軸襯110被卡掣在該外連桿56及/或該基座構件34之部份，例如，前舌片74及外連桿後舌片82之間的一位置。馬達齒輪箱模組輸出臂106之一外面114與上限固定螺絲116接合，且該上限固定螺絲116與外連桿56螺合地接合。因此，在馬達齒輪箱模組輸出臂106上向自行車架32之中心平面外之方向(在圖5中之順時針方向)的一力矩會轉換成在該外連桿56上之一向外力矩。藉由改變上限固定螺絲116如何深入地定位在該外連桿中，使用者可設定在外連桿56與馬達齒輪箱模組輸出臂106之間的角度偏差量。
緩衝彈簧軸襯110被收納在，例如一螺旋扭力彈 簧之第一偏壓元件112的內徑中，且因此第一偏壓元件可沿第一連桿銷72之長軸旋轉。在緩衝彈簧112前方之一腿部118接合上限固定螺絲116之一內壁120且如圖5所示順時針地推動它。在緩衝彈簧112之相對端上之一第二腿部122接合外連桿56之一內壁86且以圖5中之逆時針方向推動它，以一由在兩部件間之角度偏差決定之預負載力偏壓上限固定螺絲116抵靠馬達齒輪箱模組輸出臂106。因此，在馬達齒輪箱模組輸出臂106上在如圖5所示之向內方向上之一力矩將透過緩衝彈簧112轉換成在該外連桿56上之在該向內方向上的一力矩。
如果一外力大於來自第一偏壓元件112之預負 載力作用在外連桿56上以防止它向內旋轉，當機電前變速器30試圖在相當高鏈條張力之情形下或鏈環66相於鏈條固定時將自行車鏈條64降檔，緩衝彈簧成角度地彎曲以容許馬達齒輪箱模組輸出臂106向內旋轉。這防止在馬達齒輪箱模組46內之一馬達失速狀態，該馬達失速狀態會在該等力矩傳送組件，即在馬達齒輪箱模組內之傳動機構126之部件上產生額外之應力，且浪費來自該電池42之能量。
請參閱圖4、6、7與9，第二偏壓元件128，例如 一螺旋扭力彈簧，以該向內方向推動該四桿連桿組以消除由該四桿連桿組54至階段三蝸桿130之遊隙。偏壓彈簧前軸襯132及偏壓彈簧後軸襯134被收納在第二偏壓元件128之各端中且第四連桿銷98被收納在兩軸襯中。因此，第二 偏壓元件128及第四連桿銷98係可樞轉地連接。第二偏壓元件之一端136接合鏈條引導件60且如圖6所示順時針地推動它。第二偏壓元件之另一端138接合內連桿58之一內壁124且如圖6所示逆時針地推動它。在圖7中，第二偏壓元件128已推動該四桿連桿組至其極端向內組態，即向該自行車架。當下限固定螺絲140接觸基座構件34之一內壁時，限制該四桿連桿組54之向內移動。因為下限固定螺絲140係與外連桿56螺合地接合，這作為在外連桿56與基座構件34之間的一移動極限。藉由調整下限固定螺絲140如何深入地定位在該外連桿56之螺孔中，使用者可調整這移動極限。
請參閱圖8A至D，電池42是可充電的且可由鋰 聚合物構成。端子142可稍微凹陷在電源殼體44之一前表面下方且可共模製於該電源殼體44中。掣子144可形成且設置在電源殼體44之一頂面上並且突起146設置在該電池殼體之一底面上。
請參閱圖9A至B、10A至D與11，電池接頭銷148 被收納在電池接頭密封件150中，且電池接頭密封件150被收納在馬達齒輪箱模組46之後殼體部份50的貫穿孔中。電池接頭密封件150可由一彈性聚矽氧材料構成且用以在電池接頭銷148與後殼體部份50之間形成水密式密封。電池接頭銷148係與PC(印刷電路)板總成152之內部電路電氣連接且可剛性地直接安裝在PC板總成之表面上。電池接頭銷148之末端可在沿其長軸之方向上接受彈簧負載以確保 與該等端子142之可靠電氣連接。電池面密封件154沿其整個周邊具有一唇部，且該唇部被壓入或黏入後殼體部份50之一盲溝槽中以將它固持定位。電池鎖銷156可被收納在後殼體部份50之兩貫穿孔中且鎖銷扣持環158接合在該電池鎖銷中之一溝槽以防止它退出。電池閂鎖160可旋轉地收納電池鎖銷156在後殼體部份50之兩貫穿孔之間的一貫穿孔中。該電池鎖銷156可被壓入嵌合在後殼體部份50中。電池閂鎖160係可樞轉地連接後殼體部份50。在另一種方式中，該閂鎖160可連接該電源殼體44且連接一設置在殼體部份50或52上之特徵。
圖10B顯示安裝在馬達齒輪箱模組46上之電源 殼體44。電池閂鎖160具有一鉤端162，且該鉤端162接合電源殼體44之掣子144且防止電源殼體44移動至如圖10B所示之左方。如果沒有使該鉤與掣子解耦之大外力，該鉤端162及掣子144亦可防止電池閂鎖160以如圖10B所示之一順時針方向旋轉。電池26之突起146係接合後殼體部份50中之對應電池接合孔。電源殼體44被固持在一迫使電池密封件154稍微變形之安裝位置，形成一水密式密封。該電池密封件154之變形亦使該電池密封件施加一趨迫力在電源殼體44之前表面上，將該表面趨迫至圖10A中之左方。這趨迫力，接著，使電源殼體44之掣子144被趨迫至左方，抵靠電池閂鎖160之鉤162且使電源殼體之突起146被趨迫至左方，抵靠電池接合孔。依此方式，可消除在電源殼體44與後殼體部份50之間的任何遊隙且該電源殼體 被確實地扣持在馬達齒輪箱模組46中。電源殼體44之安裝位置亦迫使電池接頭銷148壓縮其內部彈簧抵靠電池端子142，在電池接頭銷與電池端子之間產生一確保電力傳導之壓力接觸。
圖10B至D顯示使用者可輕易地移除電源殼體 44之一程序。請參閱圖10B，使用者向上拉動電池閂鎖160之端部而使該閂鎖開始順時針旋轉。電池閂鎖鉤162及掣子144具有一傾斜對接界面使得，以來自使用者之足夠力量，電池閂鎖鉤162對抗來自電池密封件154之趨迫力將該電池掣子及因此整個電源殼體44趨迫至右方。一旦電池閂鎖鉤162滑過電池掣子144之末端，則電池閂鎖160環繞電池鎖銷156自由地順時針旋轉且電池42環繞突起146與在後殼體部份50上之電池接合孔自由地逆時針樞轉。
以下請參閱圖10C至D，當電源殼體44已充分地 逆時針旋轉，使用者可以一大致向上動作抬高電源殼體44，使該電池42之突起146由後殼體部份50之電池接合孔脫離。依此方式，電池殼體44係由馬達齒輪箱模組46移除。藉由倒轉這程序，使用者可輕易地再安裝電源殼體44。
請參閱圖11與12，如果形成為多數構件，該前殼體部份52及該後殼體部份50可藉多數(例如，四(4))外殼體螺絲164夾持在一起。例如，三外殼體螺絲164被收納在前殼體部份52之穿通貫穿孔中且與後殼體部份50螺合地接合。一外殼體螺絲164被收納在後殼體部份50之一穿通貫穿孔且與前殼體部份52螺合地接合。殼體墊圈166可由一彈性 聚矽氧材料構成且安放在前殼體部份52之對接表面上之一溝槽中。殼體墊圈166被在後殼體部份50上之一突起壓縮以沿在前殼體部份52與後殼體部份之間之外周邊形成一水密式密封。雖然該前殼體部份52及後殼體部份50係顯示為分開之構件，但是它們可被視為作成為一單一構件或多數構件。
請參閱圖3與11，扇形齒輪108具有一後管狀部 份，該後管狀部份延伸穿過扇形齒輪後軸襯168與扇形齒輪後O環170之內徑且亦穿過在後殼體部份50中一貫穿孔。扇形齒輪後O環170可由一彈性橡膠材料構成且在扇形齒輪108與後殼體部份50之間形成一水密式密封。扇形齒輪108之一前管狀部份延伸穿過扇形齒輪前軸襯172與扇形齒輪前O環174之內徑且亦穿過前殼體部份52中之一貫穿孔。扇形齒輪前O環174可由一彈性橡膠材料構成且在扇形齒輪108與前殼體部份52之間形成一水密式密封。
請參閱圖13A與13B，LED透鏡176被壓入嵌合在 前殼體部份52之一貫穿孔中而與一安裝在PC板總成152之前板180上之發光二極體，LED178直接相鄰。這容許由該LED發射之光通過前殼體部份52而可被一使用者看到。一手動操作裝置，例如按鈕182，亦安裝在PC板總成152之前板180上且可為一瞬時電開關。按鈕柱塞184係一被收納在前殼體部份52之一貫穿孔中的轉動體。按鈕柱塞O環186安放在按鈕柱塞184之一O環壓蓋中且在按鈕柱塞與前殼體部份52之間形成一水密式密封。當使用者按壓按鈕柱塞 184時，它軸向地移動直到它致動按鈕182為止，改變其開關狀態。當使用者釋放按鈕柱塞184時，該內部彈簧負載之按鈕182將按鈕柱塞184軸向地推離該按鈕，且該按鈕回復至其初始開關狀態。按鈕182可被用來改變該前變速器30之狀態。一狀態改變之例子包括啟動或進行該機電前變速器30與其換檔器(請參見圖21)之無線配對程序。另一例子可為與來自該等換檔器之一信號無關地致動機電前變速器30以便更容易維修或達成其他功能。透過該按鈕182之致動可改變該鏈條引導件60之位置，以容許或檢查其對齊，以便，例如切換齒輪，或達成一修整功能。在另一種方式中，該前殼體部份52可包括一共模製彈性材料，該共模製彈性材料之尺寸及形狀係作成可收納該柱塞184，或藉由某種其他方法設置，使得該覆模材料可作為該柱塞之一防水密封。
請參閱圖11與12，馬達齒輪箱內總成188被封裝 在當前殼體部份52與後殼體部份50被夾持在一起時產生的凹穴。馬達齒輪箱內總成188之主要結構部份係主內殼體190，且該主內殼體190包括對齊且固定該馬達齒輪箱內總成在前殼體部份52及後殼體部份50上的多數特徵。在前殼體部份52上，內側對齊孔192及外側對齊孔194與在主內殼體190上之前內側對齊凸塊196及前外側對齊凸塊198分別對接。在後殼體部份50上，內側對齊凸塊200及外側對齊孔202與在主內殼體190上之後內側對齊孔204及後外側對齊凸塊206分別對接。各對齊凸塊可沿其長軸呈錐形， 因此與其互補對齊孔之各個結合係以一滑動嵌合開始且以一壓入嵌合結束。或者，所有滑動嵌合連接可具有選擇地增加提供一發泡內襯內部以便在該等前與後殼體部份52、50中之一或兩殼體部份上構成一“彈性元件”，以緩衝被固持在內之組件且控制其沿該等引導銷之軸向移動。因此，主內殼體190被固持成與馬達齒輪箱模組46之其餘部份連接。
請參閱圖14、15與16，PC板總成152可為一剛- 撓性PCB，且該剛-撓性PCB包含兩平坦剛性段，前板180與後板208，及之兩撓性段，撓性電路210及馬達端子撓性電路212，該等撓性段係由該等剛性段之側邊直接延伸而不需要連接器。前PCB安裝螺絲214被收納在前板180上之一穿通貫穿孔中且螺合地接合主內殼體190並且以一使得撓性電路210向外延伸在之一方位將前板固定在主內殼體之前面上。撓性電路210係在延伸通過前板180之側邊後立即向後彎曲90°，沿馬達齒輪箱內總成188之長度延伸且再向內彎曲90°。接著撓性電路210立即終止在後板208之側邊。在主內殼體190上之後外側對齊凸塊206被收納在後外側對齊孔216中且後PCB對齊凸塊218被收納在後內側對齊孔220中以相對於該主內殼體定向後板208。後PCB安裝螺絲222被收納在後板208之一穿通貫穿孔中且螺合地接合主內殼體190以固定後板208在主內殼體190之後面上。
請參閱圖16，馬達端子撓性電路212由後板208之底側緣延伸且向前彎曲直到馬達226之正馬達端子230 及負馬達端子224被收納在馬達端子撓性電路212之穿通貫穿孔中為止。立即環繞該穿通貫穿孔的馬達端子撓性電路212之表面係多數焊料墊，當以一習知方式在該等墊與端子之間施加焊料時，該等焊料墊在馬達226中之端子與在PC板總成152中之電路之間產生一連續導體通道。
請參閱圖17與18，馬達226係藉由兩馬達螺絲 228剛性地固定在主內殼體190上，且該等馬達螺絲228被收納在主內殼體之穿通貫穿孔中且螺合地接合在該馬達上之盲孔。在馬達226上之兩螺孔可在其螺栓圓直徑上分開例如150°，使得該馬達可以一方位相對於主內殼體190安裝。這避免有關正馬達端子230及負馬達端子224在該總成中之位置的任何不明確性。藉由該主內殼體190定位及支持之某些或全部齒輪組或傳動機構126包括藉由壓入嵌合或一黏著劑固定在馬達226之輸出軸上之階段一小齒輪232。階段一齒輪234及階段二小齒輪236以一在齒輪製造工業中眾所週知之習知方式壓入嵌合在一起且定位在主內殼體190中使得階段一齒輪234與階段一小齒輪232嚙合。一貫穿孔在階段一齒輪234上方延伸穿過主內殼體190之壁且一盲孔在階段二小齒輪236下方延伸穿過該主內殼體之一壁。兩孔均與階段二小齒輪236之中心孔同心。第二齒輪軸238被壓入嵌合在主內殼體190之貫穿孔中且可旋轉地被收納在階段二小齒輪236之貫穿孔中。第二齒輪軸238之一遠端被壓入嵌合在主內殼體190之盲孔中。階段一齒輪234與階段二小齒輪236之總成可環繞第二齒輪軸 238旋轉但是在主內殼體190上之兩壁限制其相對於馬達齒輪箱內總成之其餘部份之移動位置。因此，來自馬達226之輸出軸之力矩可傳送至階段二小齒輪236。
請參閱圖17與19，蝸桿上軸承240之中心孔可旋 轉地收納在階段三蝸桿130之一端上的一軸。階段二齒輪242之中心孔被壓入嵌合在蝸桿上軸承240上方之階段三蝸桿130之軸的一部份上，如圖19所示，且因此力矩可在該等兩部件之間傳送。蝸桿下軸承244之中心孔可旋轉地收納在階段三蝸桿130之另一端上之一軸。蝸桿上軸承240及蝸桿下軸承244之外徑被壓入嵌合在主內殼體190之內孔中且階段二齒輪242係設置成使得階段二齒輪242與階段二小齒輪236嚙合。蝸桿底止推板246可由一鋁材料構成且在階段三蝸桿130下方被壓入或共模製於主內殼體190之一槽孔中。蝸桿頂止推板248可由一鋁材料構成且壓入嵌合於一槽孔中或共模製於主內殼體190中。蝸桿頂止推板248之一第二端被蝸輪蓋250向下夾持以剛性地固定該蝸桿頂止推板在主內殼體190上。蝸桿底止推板246及蝸桿頂止推板248在各端上接合階段三蝸桿且限制沿其長軸之移動。因此，來自階段二小齒輪236之力矩可傳送至階段三蝸桿130。又，該蝸輪蓋250及蝸桿頂止推板248可作成為一單件構造。
請參閱圖17、19與20，階段四小齒輪254之一栓 槽軸252被壓入嵌合在階段三蝸輪256之中心孔中，且該階段三蝸輪256係定位成與階段三蝸桿130嚙合。因此，來自 階段三蝸桿130之力矩可傳送至階段四小齒輪254。在如圖20所示之階段三蝸輪256之前方，階段四小齒輪254之軸可旋轉地被收納在前蝸輪軸承258之中心孔中。在如圖20所示之齒輪齒段後方之階段四小齒輪254的軸可旋轉被收納在後蝸輪軸承260之中心孔中。前蝸輪軸承258及後蝸輪軸承260可旋轉地被收納在主內殼體190之半圓形軸承缺口262中。蝸輪蓋250具有亦收納前蝸輪軸承258及後蝸輪軸承260之兩對應半圓形軸承缺口264。四蝸輪蓋螺絲266被收納在蝸輪蓋250之穿通貫穿孔中且螺合地接合主內殼體190以剛性地固定蝸輪蓋250在主內殼體190上，完成定位前蝸輪軸承258及後蝸輪軸承260之圓形缺口。在階段四小齒輪254之端部的軸被壓入嵌合在磁鐵座268之中心孔中且磁鐵270被壓入嵌合在磁鐵座268中。或者，該磁鐵270可以一適當黏著劑滑入嵌合在座268中。因此，階段四小齒輪254、階段三蝸輪256、磁鐵座268及磁鐵270可全部環繞階段四小齒輪254之長軸如一單元地一起旋轉。磁鐵270之暴露表面係平行於後板208之表面且磁鐵270之中心軸係與一安裝在後板208之表面上之磁性旋轉編碼晶片272之中心同心。扇形齒輪108係定位成使得它與階段四小齒輪254嚙合且力矩可在該等兩部件之間傳送。因此，來自馬達226之力矩可傳送至扇形齒輪108。
PC板總成152之無線電裝置274(圖14)(例如，可 無線地發送及/或接收信號之任一裝置或多數裝置)週期地接收來自該等換檔單元(未圖示)之無線換檔信號或其他命 令。該無線電裝置274可定位在PC板總成152之前板180上。吾人相信將該無線電裝置274定位在該前殼體部份52之這位置內將使其接收及解析信號之能力達到最大。此外，該等殼體部份50、52可由一無線信號比較可穿透之材料構成，例如塑膠。這與變速器部件通常由於金屬之剛性及硬度而由金屬構成的一般實務稍微不同。
當PC板總成152之無線電裝置274接收一無線換 檔信號時，該無線電裝置將該換檔信號傳送至一處理器(CPU276)，且可使用一PID控制迴路(比例-積分-微分控制器)來管理由電源42通過電池接頭銷148及PC板總成152至馬達226之一電力流。應了解的是，通常，該CPU276判讀由該無線電裝置274接收之換檔及其他信號且產生一控制該馬達226之輸出。
依據來自該CPU276之輸出，例如，依據是否需 要升檔或降檔或是否需要一修整功能之結果，馬達226之輸出軸順時針或逆時針旋轉。得到之階段一小齒輪232之旋轉使階段一齒輪234旋轉，且該階段一齒輪234與階段二小齒輪236一起旋轉以旋轉階段二齒輪242，並且該階段二齒輪242與階段三蝸桿130一起旋轉以旋轉階段三蝸輪256，又，該階段三蝸輪256與階段四小齒輪254一起旋轉以旋轉扇形齒輪108。扇形齒輪108使接收齒輪組或傳動機構126之輸出的輸出臂106移動。該輸出臂106可被視為該傳動機構126之一元件，但是在所示實施例中在該殼體48外側延伸。
需要升檔(即換檔至一較大鏈環)時，扇形齒輪 108之齒部環繞圖5中之第一連桿銷72順時針地驅動馬達齒輪箱模組輸出臂106，接著順時針地驅動上限固定螺絲116及外連桿56，使內連桿58及鏈條引導件60朝該較大鏈輪向內移動。當鏈條引導件60向內移動時，使用在PC板總成152上與磁鐵270結合之磁性旋轉編碼晶片來監測階段四小齒輪254之角位置且當已到達階段四小齒輪254對應於所欲鏈環之位置時，由於鏈條引導件60與所欲鏈環對齊，故切斷送至該馬達226之電力。如前所述，第二偏壓元件128消除在該驅動齒輪組或傳動機構126中之任何遊隙或背隙，確保鏈條引導件60準確地且可重覆地定位。需要降檔(即換檔至一較小鏈環)時，扇形齒輪108之齒部環繞圖5中之第一連桿銷72逆時針地驅動馬達齒輪箱模組輸出臂106，接著逆時針地驅動緩衝彈簧112及外連桿56，使內連桿58及鏈條引導件60朝該較小鏈輪向內移動。當鏈條引導件60向內移動時，使用在PC板總成152上之磁性旋轉編碼晶片及磁鐵270來監測階段四小齒輪254之角位置且當已到達階段四小齒輪254對應於所欲鏈環之位置時，由於鏈條引導件60與所欲鏈環對齊，故切斷送至該馬達226之電力。如前所述，第二偏壓元件128消除在該驅動齒輪組或傳動機構126中之任何遊隙或背隙，確保鏈條引導件60準確地且可重覆地定位。
在一段未動作(例如，沒有接收到換檔命令)期 間，PC板總成152之大部份電子系統可組配成關閉以節省 電力。在此時，該無線電裝置274被關閉(改變為一低供電或不供電狀態)且無法接收換檔命令。在PC板總成152上設置一與該CPU276通訊之振動感測器，該振動感測器在偵測到振動時，使包括該CPU276之PC板總成之電子系統再開啟。在騎該自行車時自然發生且由道路與該自行車之交互作用及由該自行車之各種組件互相之交互作用產生的振動係強大到足以致動該振動感測器且防止PC板總成152之電子系統關閉。但是當未騎乘該自行車，即停車時，該振動感測器未偵測到任何振動且在一預定時間後PC板總成152之大部份電子系統關閉以節省電力。一旦騎車者接觸該自行車，產生之振動致動該振動感測器，再開啟該等電子系統。該振動感測器可為一SignalQuest SQ-MIN-200或一Freescale Semiconductor MMA8451Q。
請參閱圖21，顯示依據本發明一實施例之具有一 下彎-桿型手把304的一自行車300。該自行車300包括安裝在附接於該自行車之手把304上的至少一剎車罩/桿302。該自行車300可具有安裝在該自行車之自行車架32部份上之一機電前變速器30及一機電後變速器306的一或兩變速器。該等變速器30、306可以是，例如，脫軌器。該自行車可包括一至少部份地設置在該罩302中之如上詳述的控制系統，用以控制該等變速器30、306。該自行車300將通常具有一驅動總成308，且該驅動總成308具有如所屬技術領域中具有通常知識者習知地藉由一自行車鏈條64與多數後鏈輪連接的一或一以上鏈環66。該等前與向前方向係 以箭號“A”表示。
雖然本發明已參照特殊實施例說明過了，但是在不偏離所述發明觀念之精神與範圍之情形下可進行多種變化。因此，所欲的是本發明不受限於揭露之實施例，而是它具有以下申請專利範圍之語言所允許之全部範圍。
34‧‧‧基座構件
44‧‧‧電源殼體
46‧‧‧馬達齒輪箱模組
48‧‧‧殼體
50‧‧‧後殼體部份
52‧‧‧前殼體部份
56‧‧‧外連桿
58‧‧‧內連桿
60‧‧‧籠總成(鏈條引導件)
62‧‧‧偏擺軸
68‧‧‧馬達模組至托架後螺絲
72‧‧‧第一連桿銷
78‧‧‧第一連桿扣持環
88‧‧‧第二連桿銷
90‧‧‧第二連桿扣持環
98‧‧‧第四連桿銷
116‧‧‧上限固定螺絲
140‧‧‧下限固定螺絲

Claims (39)

  1. 一種用於具有一鏈條之一自行車的機電前變速器，包含：一基座構件，係可附接在該自行車上；一連桿組，係可移動地耦接至該基座構件；一鏈條引導件，係可移動地耦接至該連桿組用以接觸該鏈條；一馬達，係藉由該基座構件支持；一齒輪傳動機構，係藉由該馬達驅動以便移動該連桿組；一CPU，用以控制該馬達；及一電源，係藉由該基座構件支持以便對該馬達及該CPU供電。
  2. 如請求項1之機電前變速器，更包含：一用以接收無線信號且由該電源供電之接收器，其中該CPU係可操作而與該接收器通訊且處理該等接收之無線信號。
  3. 如請求項2之機電前變速器，更包含一附接在該基座構件上之殼體。
  4. 如請求項3之機電前變速器，其中該馬達、該齒輪傳動機構、接收器及CPU係定位在該殼體內。
  5. 如請求項4之機電前變速器，其中該殼體係由一允許無線信號通過之材料形成。
  6. 如請求項5之機電前變速器，其中該殼體係由塑膠構成。
  7. 如請求項3之機電前變速器，其中該殼體具有一定位在或靠近該前變速器前方之前殼體部份及一定位在該前殼體部份後方之後殼體部份。
  8. 如請求項7之機電前變速器，其中該接收器係定位在或接近該前殼體部份。
  9. 如請求項7之機電前變速器，其中該電源係可移除地耦接至該後殼體部份。
  10. 一種用於具有一鏈條之一自行車的機電前變速器，包含：一基座構件，係可附接在該自行車上且具有一對設置於該基座構件上之分開點；一連桿組，係可移動地耦接至該基座構件且包括一被支持在該對分開點之第一連桿銷及一外連桿與一內連桿，該外連桿與內連桿中之一連桿的一端上係設置在該第一連桿銷上；一鏈條引導件，係可移動地耦接至該連桿組用以接觸該自行車之一鏈條；一馬達，係藉由該基座構件支持；及一齒輪傳動機構，係藉由該馬達驅動且包括一用以移動該連桿組之輸出臂，該輸出臂係可環繞該第一連桿銷旋轉地設置在該對分開點之間。
  11. 如請求項10之機電前變速器，其中該對分開點包括該基座構件之一第一舌片及一第二舌片。
  12. 如請求項11之機電前變速器，其中該輸出臂係定位在該第一舌片與該第二舌片之間。
  13. 如請求項11之機電前變速器，其中該第一舌片係定位在或靠近該基座構件之前方且該第二舌片係位在或靠近該基座構件之後方。
  14. 如請求項11之機電前變速器，其中該外連桿係環繞該第一連桿銷可樞轉地設置。
  15. 如請求項14之機電前變速器，其中該第一連桿銷延伸在該第一舌片與該第二舌片之間。
  16. 如請求項10之機電前變速器，更包含一附接在該基座構件之殼體，且該齒輪傳動機構設置在該殼體中。
  17. 如請求項16之機電前變速器，更包含一第一偏壓元件，且該第一偏壓元件係設置成環繞該第一連桿銷且偏壓該輸出臂抵靠該外連桿。
  18. 如請求項17之機電前變速器，其中當該輸出臂以一第一方向移動時，該輸出臂被該傳動機構驅向該外連桿，且當該輸出臂以一第二方向移動時，該輸出臂被該傳動機構驅向該第一偏壓元件。
  19. 如請求項18之機電前變速器，其中該第一方向係一向外方向且該第二方向係一向內方向。
  20. 如請求項11之機電前變速器，其中該齒輪傳動機構包括接收由該馬達輸入之一力矩的一扇形齒輪且包括可環繞該第一連桿銷旋轉地設置且與該輸出臂連接之一管狀部份。
  21. 如請求項20之機電前變速器，其中該外連桿包括一對與該基座構件之該對分開點交錯的分開端且其中該輸出臂及該扇形齒輪之管狀部份係定位在該對分開端之間。
  22. 如請求項21之機電前變速器，更包含一第一偏壓元件，且該第一偏壓元件係設置成環繞該第一連桿銷且偏壓該輸出臂抵靠該外連桿。
  23. 如請求項21之機電前變速器，更包含一第二偏壓元件，且該第二偏壓元件偏壓該鏈條引導件進入一內側位置。
  24. 一種用於具有一鏈條之一自行車的機電前變速器，包含：一基座構件，係可附接在該自行車上；一連桿組，係可移動地耦接至該基座構件；一鏈條引導件，係可移動地耦接至該連桿組用以接觸該鏈條；一殼體，係附接在該基座構件上，該殼體具有一正面面積及一前殼體部份與一後殼體部份；及一電源殼體，係可移除地耦接至該後殼體部份且尺寸及形狀作成對該正面面積沒有貢獻。
  25. 如請求項24之機電前變速器，更包含一用以將該電源殼體與該後殼體部份可移除地耦接之閂鎖機構。
  26. 如請求項25之機電前變速器，其中該閂鎖機構包括一可移動地安裝在該電源殼體與該殼體中之一殼體上的閂鎖。
  27. 如請求項26之機電前變速器，其中該閂鎖機構包括一掣 子，且該掣子係設置在該電源殼體與該殼體中之另一殼體上且定位成與該閂鎖互相配合。
  28. 如請求項24之機電前變速器，更包含在該後殼體部份上之多數電接頭。
  29. 如請求項28之機電前變速器，更包含多數端子，該等端子係設置在該電源殼體上且定位成接觸該等電接頭用以在其間電氣接觸。
  30. 如請求項29之機電前變速器，其中該等接頭係受偏壓銷。
  31. 如請求項30之機電前變速器，更包含一定位在該殼體內且附接在該後殼體部份上之印刷電路板，且其中該等接頭係直接安裝在該印刷電路板上且延伸至該後殼體部份外側。
  32. 如請求項30之機電前變速器，更包含包圍各接頭之電池接頭密封件。
  33. 如請求項32之機電前變速器，更包含一設置在該電源殼體與該後殼體部份中之一者上的電池面密封件且其中當該電源殼體附接在該殼體上時，該電池面密封該電源殼體與該後殼體部份中之另一者且包圍該等端子及該等接頭。
  34. 一種用於具有一鏈條之一自行車的機電前變速器，包含：一基座構件，係可附接在該自行車上；一連桿組，係可移動地耦接至該基座構件； 一鏈條引導件，係可移動地耦接至該連桿組用以接觸該鏈條；一馬達，係藉由該基座構件支持；一齒輪傳動機構，係藉由該馬達驅動以便移動該連桿組；一CPU，用以控制該馬達；一電源，用以對該前變速器供電；及一手動操作裝置，係設置在該前變速器上且與該CPU可操作地通訊用以使該前變速器之狀態改變。
  35. 如請求項34之機電前變速器，其中該手動操作裝置係一按鈕。
  36. 如請求項34之機電前變速器，其中該狀態改變可使該前變速器配對。
  37. 如請求項34之機電前變速器，其中該狀態改變包括改變該鏈條引導件之位置。
  38. 如請求項37之機電前變速器，其中該位置之改變包括修整該鏈條引導件之位置。
  39. 如請求項38之機電前變速器，其中該位置之改變包括一換檔。
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