TW202323132A - 自行車變速器 - Google Patents

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TW202323132A
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actuator
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謝花聰
井土垣慧
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日商島野股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種自行車變速器10，其基本上包括一基部構件12、一可移動構件14、一連桿組結構16、一鏈條導件18、一偏置元件32及一力感測器94。該連桿組結構16經組態以相對於該基部構件12可移動地連接該可移動構件14。該鏈條導件18經組態以圍繞一樞軸線P1可樞轉地耦合至該可移動構件14。該偏置元件32操作地安置於該可移動構件14與該鏈條導件18之間以在圍繞該樞軸線P1之一第一方向上相對於該可移動構件14偏置該鏈條導件18。該力感測器94經組態以偵測該偏置元件32之一負載。

Description

自行車變速器
本發明大體上係關於一種自行車變速器及一種用於控制一自行車變速器之一換檔操作之方法。
通常，一自行車使用一自行車傳動系來將一踩踏力傳輸至一後輪。傳動系可為(例如)一鏈條驅動類型之傳動系。在一些情況中，提供改變傳動系之一傳輸比之一傳輸裝置。一傳輸裝置之一個實例係使一自行車鏈條自複數個鏈輪之一者選擇性移動至另一者以改變自行車之速度之一自行車變速器。一典型變速器具有一基部構件、支撐一鏈條導件之一可移動構件及耦合於基部構件與可移動構件之間使得鏈條導件相對於基部構件側向移動之一連桿組結構。近來，變速器已配備有電動馬達單元來使換檔更容易。在一自行車變速器具有一電動馬達單元之情況中，換檔可回應於一使用者操作一操作裝置或基於一或多個自行車狀況自動執行。
一般而言，本發明係針對一自行車變速器之各種特徵。本發明之一個目的係感測一可移動構件與鏈條導件之間的一相對位置以感測自行車變速器之實際狀態。
鑑於已知最先進技術且根據本發明之一第一態樣，提供一種自行車變速器，其基本上包括一基部構件、一可移動構件、一連桿組結構、一鏈條導件、一偏置元件及一力感測器。該連桿組結構經組態以相對於該基部構件可移動地連接該可移動構件。該鏈條導件經組態以圍繞一樞軸線可樞轉地耦合至該可移動構件。該偏置元件操作地安置於該可移動構件與該鏈條導件之間以在圍繞該樞軸線之一第一方向上相對於該可移動構件偏置該鏈條導件。該力感測器經組態以偵測該偏置元件之一負載。
就根據第一態樣之自行車變速器而言，可容易判定一換檔操作是否成功完成。
根據本發明之一第二態樣，根據第一態樣之自行車變速器進一步包括設置至該基部構件、該可移動構件及該連桿組結構之一者之一致動器，該致動器操作地耦合至該連桿組結構。就根據第二態樣之自行車變速器而言，該可移動構件可藉由該致動器相對於該基部構件容易地移動以執行一換檔操作。
根據本發明之一第三態樣，根據第二態樣之自行車變速器進一步包括經組態以偵測該致動器之一移動之一編碼器。就根據第三態樣之自行車變速器而言，該自行車變速器之檔位可藉由使用該編碼器偵測該致動器之該移動來容易地偵測。
根據本發明之一第四態樣，根據第三態樣之自行車變速器經組態使得該致動器包含一馬達及一齒輪減速單元。就根據第四態樣之自行車變速器而言，該可移動構件可使用該馬達及該齒輪減速單元以一足夠輸出扭矩量相對於該基部構件移動以執行一換檔操作。
根據本發明之一第五態樣，根據第四態樣之自行車變速器經組態使得該編碼器經組態以偵測該齒輪減速單元之至少部分之一移動。就根據第五態樣之自行車變速器而言，該自行車變速器之檔位可藉由偵測該齒輪減速單元之至少部分之該移動來更容易地偵測。
根據本發明之一第六態樣，根據第一態樣至第五態樣中任一者之自行車變速器進一步包括經組態以回應於接收一換檔命令而操作該致動器之一控制器。就根據第六態樣之自行車變速器而言，該致動器可回應於一換檔命令而使用該控制器容易地控制。
根據本發明之一第七態樣，根據第六態樣之自行車變速器經組態使得該控制器經組態以監測該編碼器之一偵測值，且該控制器經組態以回應於接收該換檔命令而控制該致動器之一操作量。就根據第七態樣之自行車變速器而言，該致動器可回應於一換檔命令而使用該控制器準確地控制。
根據本發明之一第八態樣，根據第六態樣或第七態樣之自行車變速器經組態使得該控制器經組態以監測該力感測器之一偵測值，且該控制器經組態以在該力感測器之該偵測值改變達一第一預定量時回應於該換檔命令而判定一換檔操作是否完成。就根據第八態樣之自行車變速器而言，可藉由監測該力感測器之該偵測值來判定一換檔操作是否完成。
根據本發明之一第九態樣，根據第八態樣之自行車變速器經組態使得該控制器經組態以在該力感測器之該偵測值改變達不同於該第一預定量之一第二預定量時判定該換檔操作未完成。就根據第九態樣之自行車變速器而言，可藉由比較該力感測器之該偵測值與該第一預定量來判定一換檔操作是否未完成。
根據本發明之一第十態樣，根據第九態樣之自行車變速器經組態使得該控制器經組態以在回應於該換檔命令而判定該換檔操作未完成之後進一步操作該致動器達一額外操作量以相對於該基部構件移動該可移動構件。就根據第十態樣之自行車變速器而言，可在回應於該換檔命令而判定該換檔操作未完成之後藉由操作該致動器達一額外操作量來完成該換檔操作。
根據本發明之一第十一態樣，根據第十態樣之自行車變速器經組態使得該控制器經組態以基於該編碼器之該偵測值及該力感測器之該偵測值之至少一者來進一步操作該致動器達該額外操作量。就根據第十一態樣之自行車變速器而言，可使用該編碼器之該偵測值及該力感測器之該偵測值之至少一者來判定完成該換檔操作所需之該額外操作量。
根據本發明之一第十二態樣，根據第十一態樣之自行車變速器經組態使得該控制器經組態以基於該編碼器之該偵測值及該力感測器之該偵測值之兩者來進一步操作該致動器。就根據第十二態樣之自行車變速器而言，可使用該編碼器之該偵測值及該力感測器之該偵測值之至少一者來更準確判定完成該換檔操作所需之該額外操作量。
根據本發明之一第十三態樣，根據第八態樣至第十二態樣中任一者之自行車變速器進一步包括一記憶體，其包含使該編碼器之該偵測值與該力感測器之該偵測值關聯之關聯資料。就根據第十三態樣之自行車變速器而言，可藉由將使該編碼器之該偵測值與該力感測器之該偵測值關聯之關聯資料儲存於記憶體中來容易地判定一換檔操作是否成功。
根據本發明之一第十四態樣，根據第十三態樣之自行車變速器經組態使得該控制器經組態以在一成功換檔操作之後相對於該力感測器之該偵測值更新該關聯資料之該編碼器之該偵測值。就根據第十四態樣之自行車變速器而言，可在一成功換檔操作之後重新校準該自行車變速器。
根據本發明之一第十五態樣，根據第六態樣至第十四態樣中任一者之自行車變速器經組態使得該控制器經進一步組態以將一失敗通知信號輸出至一通知裝置。就根據第十五態樣之自行車變速器而言，可在一換檔操作失敗時通知一使用者。
根據本發明之一第十六態樣，根據第一態樣至第十五態樣中任一者之自行車變速器經組態使得該力感測器包含一壓力感測器、一應變感測器及一磁致伸縮感測器之至少一者。就根據第十六態樣之自行車變速器而言，可使用一壓力感測器、一應變感測器及一磁致伸縮感測器之至少一者來容易地偵測該偏置元件之一負載。
根據本發明之一第十七態樣，根據第一態樣至第十六態樣中任一者之自行車變速器經組態使得該力感測器安置於該偏置元件與該鏈條導件之間，就根據第十七態樣之自行車變速器而言，可藉由在該偏置元件與該鏈條導件之間設置該力感測器來容易地偵測該偏置元件之一負載。
根據本發明之一第十八態樣，根據第一態樣至第十六態樣中任一者之自行車變速器經組態使得該力感測器安置於該偏置元件與該可移動構件之間。就根據第十八態樣之自行車變速器而言，亦可藉由在該偏置元件與該可移動構件之間設置該力感測器來容易地偵測該偏置元件之一負載。
根據本發明之一第十九態樣，根據第一態樣至第十六態樣中任一者之自行車變速器經組態使得該力感測器安置於該偏置元件上。就根據第十九態樣之自行車變速器而言，亦可藉由在該偏置元件上設置該力感測器來容易地偵測該偏置元件之一負載。
根據本發明之一第二十態樣，根據第一態樣至第十九態樣中任一者之自行車變速器經組態使得該偏置元件包含一扭力彈簧。就根據第二十態樣之自行車變速器而言，該偏置元件能夠可依一緊湊配置可靠地安置於該可移動構件與該鏈條導件之間以相對於該可移動構件偏置該鏈條導件。
根據本發明之一第二十一態樣，提供一種用於控制一自行車變速器之一換檔操作之控制方法，該自行車變速器包含一基部構件、一可移動構件、一連桿組結構、一鏈條導件及操作地耦合至該連桿組結構之一致動器。該控制方法包括：回應於接收一換檔命令而操作該致動器；藉由使用一力感測器來偵測該可移動構件與該鏈條導件之間的一偏置元件之一負載；及基於該力感測器之一偵測值來判定該換檔操作之一狀態。
就根據第二十一態樣之控制方法而言，可基於該力感測器之一偵測值來容易地判定一換檔操作是否成功完成。
首先參考圖1，繪示配備有根據一第一實施例之一自行車變速器10之一自行車B。此處，自行車B係一電動輔助自行車(電動自行車)。另外，繪示實施例之自行車B係一山地自行車。替代地，自行車B可為一公路自行車、一城市自行車、一貨運自行車及一臥式自行車或另一類型之越野自行車，諸如一越野公路車。自行車B包含由一後輪RW及一前輪FW支撐之一車身VB。車身VB基本上包含一前車架體FB及一後車架體RB (一擺臂)。車身VB亦具有用於操縱前輪FW之一手把H及一前叉FF。後車架體RB可擺動地安裝至前車架體FB之一後區段，使得後車架體RB可相對於前車架體FB樞轉。
後輪RW安裝至後車架體RB之一後端。一後減震器RS操作地安置於前車架體FB與後車架體RB之間。後減震器RS設置於前車架體FB與後車架體RB之間以控制後車架體RB相對於前車架體FB之移動。即，後減震器RS吸收自後輪RW傳輸之震動。後輪RW可旋轉地安裝至後車架體RB。
前輪FW經由前叉FF安裝至前車架體FB。即，前輪FW安裝至前叉FF之一下端。一自行車車座或座墊S依一習知方式安裝至前車架體FB之一座管。前叉FF可樞轉地安裝至前車架體FB之一前管。手把H安裝至前叉FF之一轉向柱或一轉向管之一上端。前叉FF吸收自前輪FW傳輸之震動。較佳地，後減震器RS及前叉FF係電可調懸架。例如，後減震器RS及前叉FF之剛度及/或衝程長度可調整。
自行車B進一步包含一自行車電腦SC，其係一通知裝置之一個實例。此處，自行車電腦SC安裝至前車架體FB。替代地，自行車電腦SC可設置於手把H上。自行車電腦SC將自行車B之各種行進及/或操作狀況通知給騎乘者。例如，自行車電腦SC顯示由與自行車變速器10相關之一資訊偵測之一當前檔位且將由與自行車變速器10相關之資訊偵測之一換檔失敗狀態通知給騎乘者。當前檔位係當前與鏈條嚙合之一鏈輪。自行車電腦SC亦可包含用於自動控制一或多個自行車組件之各種控制程式。例如，自行車電腦SC可具有一自動換檔程式以基於自行車B之一或多個行進及/或操作狀況來改變自行車變速器10之齒輪。
自行車B進一步包含具有向一前鏈輪FS提供一驅動輔助力之一電動馬達之一電驅動單元DU。電驅動單元DU可經致動以依一習知方式輔助推進自行車B。電驅動單元DU (例如)根據施加至踏板PD之一人驅動力致動。電驅動單元DU由自安裝於自行車B之一下管上之一電池組BP供應之電力致動。此處，例如，傳動系係包含一曲柄C、一前鏈輪FS、複數個後鏈輪CS及一鏈條CN之一鏈條傳動類型。曲柄C包含一曲柄軸CA1及一對曲柄臂CA2。曲柄軸CA1經由電驅動單元DU可旋轉地支撐至前車架體FB。曲柄臂CA2設置於曲柄軸CA1之對置端上。一踏板PD可旋轉地耦合至曲柄臂CA2之各者之遠端。傳動系可選自任何類型，且可為一皮帶傳動類型或一轉軸傳動類型。
自行車變速器10附接至自行車車架。更明確而言，自行車變速器10附接至後車架體RB以使鏈條CN在後鏈輪CS之間換檔。自行車變速器10係一種類型之換檔裝置。此處，自行車變速器10係一電動後變速器，其係一電動換檔裝置或一電動傳輸裝置之一個實例。然而，自行車變速器可包含一前變速器及後變速器。前變速器及後變速器兩者可為一電動變速器。自行車變速器10藉由用於自電池組BP接收電力之一電線EW電連接至電池組BP。替代地，自行車變速器10自身可具有電源供應器。例如，一電池或一電容器可經設置至自行車變速器10。自行車變速器10可經由一電子終端電連接至一電池。換言之，電池可直接可拆離地安裝至自行車變速器10。電池可安裝至基部構件、可移動構件及連桿組結構之一者。電池可拆離地安裝至自行車變速器10之連桿組結構。
自行車變速器10可在自行車B之一騎乘者手動操作一換檔操作裝置或換檔器SL (其係一換檔致動裝置)時操作。自行車變速器10亦可基於自行車B之行進狀況及/或操作狀況自動操作。自行車變速器10回應於換檔操作裝置SL在複數個換檔級(齒輪)位置之間操作而操作，使得自行車鏈條CN藉由自行車變速器10在一側向方向上移動於後鏈輪CS之間。如圖2中所見，自行車變速器10經繪示處於一高換檔級(齒輪)位置中，使得鏈條CN經引導至具有最小數目個齒之後鏈輪CS。如本文中所使用，術語「高換檔級(齒輪)位置」係指自行車變速器10處於對應於鏈條CN經引導至具有最小數目個齒之後鏈輪CS上之一操作位置中。如本文中所使用，術語「低換檔級(齒輪)位置」係指自行車變速器10處於對應於鏈條CN經引導至具有最大數目個齒之後鏈輪CS上之一操作位置中。
基本上，如圖2至圖4中所見，自行車變速器10包括一基部構件12、一可移動構件14及一連桿組結構16。連桿組結構16經組態以相對於基部構件12可移動地連接可移動構件14。特定言之，基部構件12安裝至後車架體RB，且連桿組結構16將可移動構件14可移動地連接至基部構件12。依此方式，可移動構件14可相對於基部構件12在自行車B之一側向方向上移動。此處，自行車變速器10進一步包括一鏈條導件18。鏈條導件18經組態以圍繞一樞軸線P1可樞轉地耦合至可移動構件14。鏈條導件18經組態以使鏈條CN在一鏈輪總成之複數個鏈輪之間移動以改變換檔(齒輪)級。鏈條導件18經組態以接觸鏈條CN以在可移動構件14相對於基部構件12在自行車B之側向方向上移動時使鏈條CN在後鏈輪CS之間換檔。
自行車變速器10進一步包括設置至基部構件12、可移動構件14及連桿組結構16之一者之一致動器20。在所繪示實施例中，致動器20設置至基部構件12。然而，致動器20可根據需要及/或期望設置至可移動構件14或連桿組結構16。無論何種情況，致動器20操作地耦合至連桿組結構16。換言之，致動器20操作地耦合至連桿組結構16以回應於一換檔命令而相對於基部構件12移動可移動構件14。此處，致動器20係一電動馬達單元。因此，在所繪示實施例中，自行車變速器10構成一電動後變速器。
在所繪示實施例中，連桿組結構16包含一第一連桿40及一第二連桿42。第一連桿40具有可樞轉地耦合至基部構件12之一第一端40a及可樞轉地耦合至可移動構件14之一第二端40b。第二連桿42具有可樞轉地耦合至基部構件12之一第三端42a及可樞轉地耦合至可移動構件14之一第四端42b。
在所繪示實施例中，基部構件12包含支撐致動器20之一主體22。連桿組結構16可樞轉地耦合至主體22，如下文將解釋。基部構件12進一步包含藉由一軸螺栓26可樞轉地附接至主體22之一軸托架24。軸螺栓26界定由軸螺栓26之一中心縱軸線界定之一樞軸線P2。由軸螺栓26界定之樞軸線P2有時稱為後變速器之B軸線。樞軸線P2平行於樞軸線P1。主體22及軸托架24較佳地由諸如一輕質金屬(例如一鋁合金)之一硬剛性材料構成。軸托架24藉由一固定螺栓28安裝至後車架體RB。因此，自行車變速器10藉由固定螺栓28安裝至後車架體RB。
如圖5至圖7中所見，可移動構件14藉由連桿組結構16可移動地耦合至基部構件12。可移動構件14較佳地由諸如一輕質金屬(例如一鋁合金)之一硬剛性材料構成。可移動構件14藉由一軸30可樞轉地支撐鏈條導件18以圍繞樞軸線P1 (其有時稱為後變速器之P軸線)樞轉。軸30依一習知方式固定至鏈條導件18且可旋轉地支撐於可移動構件14之一孔14a內。
自行車變速器10進一步包括一偏置元件32。偏置元件32操作地安置於可移動構件14與鏈條導件18之間以使鏈條導件18相對於可移動構件14在圍繞樞軸線P1之一第一方向上偏置。此處，偏置元件32包含一扭力彈簧。更明確而言，偏置元件32之扭力彈簧較佳為圍繞軸30同軸安裝之一螺旋扭力彈簧。偏置元件32安置於可移動構件14之孔14a中。偏置元件32具有耦合至可移動構件14之一第一端32a及耦合至鏈條導件18之一第二端32b以依一習知方式將一旋轉偏置力施加至鏈條導件18。
返回參考圖2至圖4，鏈條導件18基本上包含一對鏈條罩板34、一導向滑輪36及一張緊滑輪38。導向滑輪36及張緊滑輪38兩者可旋轉地安置於鏈條罩板34之間。在所繪示實施例中，導向滑輪36可旋轉地安置於軸30上，而鏈條導件18不可旋轉地安裝至軸30。
現將更詳細討論連桿組結構16。連桿組結構16相對於基部構件12可移動地支撐可移動構件14。換言之，連桿組結構16將可移動構件14操作地連接至基部構件12。在所繪示實施例中，連桿組結構16包含第一連桿40及第二連桿42。第一連桿40具有可樞轉地耦合至基部構件12之第一端40a及可樞轉地耦合至可移動構件14之第二端40b。第二連桿42具有可樞轉地耦合至基部構件12之第三端42a及可樞轉地耦合至可移動構件14之第四端40b。此處，第一連桿40有時指稱一內連桿。此外，此處，第二連桿42有時指稱一外連桿。
如圖4中所見，連桿組結構16進一步包含一偏置構件44，其插入於第一連桿40與第二連桿42之間以使可移動構件14朝向一低換檔級位置及一高換檔級位置之一者偏置。在所繪示實施例中，偏置構件44係使可移動構件14朝向低換檔級位置偏置之一螺旋張力彈簧。就此配置而言，偏置構件44在可移動構件14自低換檔級位置移動至高換檔級位置時拉伸。在低換檔級位置中，偏置構件44經預負載(略微拉伸)以穩定於低換檔級位置中。
在所繪示實施例中，第一連桿40藉由一致動器保護機構46操作地耦合至致動器20。特定言之，第一連桿40包含一第一連桿構件48及一第二連桿構件50。替代地，根據需要及/或期望，保護連桿構件48可省略且第一連桿40可由一單件製成。第二連桿構件50藉由一安裝元件52固定地附接至第一連桿構件48之一中間部分。第一連桿構件48形成第一連桿40之第二端40b，其可樞轉地連接至可移動構件14。另一方面，第一連桿構件48及第二連桿構件52組合在一起以形成第一連桿40之第一端40a。
致動器保護機構46耦合於致動器20之一輸出轉軸54與第一連桿40之間。致動器保護機構46包含一輸出構件56、一傳動連桿58及一偏置元件60。致動器保護機構46可移動地配置於將致動器20之一驅動力連接至第一連桿40之一驅動傳輸位置與使致動器20之驅動力與第一連桿40斷接之一非驅動傳輸位置之間。致動器保護機構46基本上執行兩個功能。首先，致動器保護機構46通常將致動器20之一驅動力傳輸至第一連桿40以使可移動構件14相對於基部構件12移動。其次，致動器保護機構46停止致動器20之一驅動力傳輸至第一連桿40，使得致動器20可繼續操作，即使可移動構件14不會相對於基部構件12移動(例如，卡住)，或使可移動構件14相對於基部構件12移動之力變得大於一指定操作力。依此方式，在某些情形中，致動器20由致動器保護機構46保護。由於諸如致動器保護機構46之保護結構在自行車變速器中係已知的，所以將不更詳細討論致動器保護機構46。
基本上，如圖8及圖9中所見，致動器20基本上包含一馬達62及一齒輪減速單元64。馬達62及齒輪減速單元64設置於安裝至基部構件12之一外殼中。馬達62係一可逆電動馬達。馬達62具有連接至齒輪減速單元64之一輸出轉軸65。齒輪減速單元64包含一第一階梯齒輪66、一第二階梯齒輪68、一第三階梯齒輪70及一扇形齒輪72。第一階梯齒輪66之大齒輪部分與輸出轉軸65之一蝸桿齒輪74嚙合。第一階梯齒輪66之小齒輪部分與第二階梯齒輪68之大齒輪部分嚙合。第二階梯齒輪68之小齒輪部分與第三階梯齒輪70之大齒輪部分嚙合。第三階梯齒輪70之小齒輪部分與扇形齒輪72嚙合。致動器20之輸出轉軸54固定至扇形齒輪72以將扇形齒輪72可樞轉地支撐至致動器20之外殼。輸出轉軸54連接至致動器保護機構46之輸出構件56。藉由馬達62旋轉輸出轉軸54引起致動器保護機構46之輸出構件56旋轉，其繼而引起第一連桿40相對於基部構件12樞轉。依此方式，馬達62之旋轉輸出經傳輸以使可移動構件14及鏈條導件18在自行車B之側向方向上移動。
參考圖9及圖10，自行車變速器10進一步包括經組態以回應於一換檔命令而操作致動器20之一控制器80。換言之，控制器80回應於自操作裝置SL接收一換檔命令而操作致動器20以使可移動構件14及鏈條導件18在自行車B之側向方向上移動。此處，控制器80由一電路板82包含。在所繪示實施例中，電路板82安置於致動器20之外殼中。控制器80係包含執行一預定變速器控制程式以操作馬達62之一或多個處理器84之一電子控制器。控制器80之處理器包含(例如)一中央處理單元(CPU)或一微處理單元(MPU)。控制器80可包含一或多個微電腦。因此，本文中所使用之術語「控制器」及「電子控制器」係指執行一軟體程式之硬體，且不包含人類。電路板82可包含用於感測與電路板82之環境相關之資訊(例如電路板82周圍之溫度)之一感測器。
自行車變速器10進一步包括一記憶體86。此處，記憶體86設置於控制器80之電路板82上。替代地或另外，記憶體86可與控制器80分離設置。記憶體86儲存用於執行一換檔操作之一馬達控制程序之一控制程式及資訊。記憶體86包含任何電腦儲存裝置或任何非暫時性電腦可讀媒體，僅暫時性傳播信號除外。例如，記憶體86包含一非揮發性記憶體及一揮發性記憶體。非揮發性記憶體包含(例如)一唯讀記憶體(ROM)、一可擦除可程式化唯讀記憶體(EPROM)、一電可擦除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)及一快閃記憶體之至少一者。揮發性記憶體包含(例如)一隨機存取記憶體(RAM)。
較佳地，控制器80進一步包含用於驅動馬達62之一致動器(馬達)驅動器88。致動器驅動器88電連接至控制器80。致動器驅動器88根據來自控制器80之一控制信號驅動馬達62。較佳地，控制器80及致動器驅動器88設置於致動器20之外殼中。例如，控制器80及致動器驅動器88可設置於相同電路板或單獨電路板上。此處，致動器驅動器88係設置於電路板82上之一驅動電路。致動器驅動器88包含一反相器電路。致動器驅動器88控制自電池組BP供應至馬達62之電力。
仍參考圖9及圖10，自行車變速器10進一步包括經組態以偵測致動器20之一移動之一編碼器90。此處，編碼器90經組態以偵測齒輪減速單元64之至少部分之一移動。特定言之，編碼器90經組態以感測一磁場之一狀態。更明確而言，編碼器90經組態以感測一磁場變化。控制器80經組態以基於由編碼器90感測之磁場變化來計算齒輪減速單元64之齒輪之一者之一旋轉角。此處，編碼器90包含一感測器90A及一磁體90B。感測器90A設置於電路板82上。磁體90B固定至第二階梯齒輪68之轉軸。因此，若齒輪減速單元64之第二階梯齒輪68根據馬達62之操作旋轉，則編碼器90可感測齒輪減速單元64之一狀態變化。
基本上，控制器80經組態以監測編碼器90之一偵測值。控制器80相對於儲存於記憶體86中之一預定值基於編碼器90之偵測值來判定自行車變速器10之一當前檔位。依此方式，控制器80可基於編碼器90之偵測值來判定自行車變速器10之當前檔位。然而，編碼器90僅可感測齒輪減速單元64之齒輪之一者之旋轉角。換言之，編碼器90無法感測自行車變速器10之一實際狀態。特定言之，編碼器90無法感測鏈條導件18之一實際狀態。
如圖10中所見，自行車變速器10進一步包括經組態以與操作裝置SL及自行車電腦SC無線通信之一無線通信器92，自行車電腦SC係一通知裝置之一個實例。更明確而言，無線通信器92經組態以發送及接收無線信號。無線通信器92將無線信號發送至自行車電腦SC及/或其他通知裝置。此外，無線通信器92自操作裝置SL接收無線信號。因此，例如，無線通信器92可為一無線收發器。無線通信信號可為射頻(RF)信號、超寬頻通信信號、射頻識別(RFID)、ANT+通信或Bluetooth®通信或自行車領域中所理解之適合於短程無線通信之任何其他類型之信號。替代地或另外，自行車變速器10可具有一有線通信電路通信。例如，控制器80可使用電力線通信(PLC)經由電線EW與電池組BP及其他組件通信。自行車變速器10之有線通信亦可使用一控制器區域網路(CAN)或一通用異步接收器-傳輸器(UART)來實施。
自行車變速器10包括一力感測器94。力感測器94經組態以偵測偏置元件32之一負載。基本上，控制器80經組態以監測力感測器94之一偵測值。接著，控制器80經組態以在力感測器94之偵測值改變達一第一預定量時回應於換檔命令而判定一換檔操作是否完成。另一方面，控制器80經組態以在力感測器94之偵測值改變達不同於第一預定量之一第二預定量時判定換檔操作未完成。換言之，控制器80相對於一預定值基於力感測器94之一偵測值來判定換檔操作之一狀態。特定言之，控制器80將與相對於各鏈輪之各檔位相關之一絕對值儲存於記憶體86中。因此，由力感測器94偵測之偵測值與用於判定換檔操作是否完成之儲存於控制器80之記憶體86中之絕對值相關。
較佳地，力感測器94包含一壓力感測器、一應變感測器及一磁致伸縮感測器之至少一者。例如，如圖5至圖7中所見，力感測器94安置於偏置元件32上。此處，圖5至圖7，力感測器94包含安置於偏置元件32上用於偵測設置至軸30之一磁體之一磁致伸縮感測器。依此方式，鏈條導件18相對於可移動構件14之位置可藉由偵測施加至偏置元件32之扭力來偵測。
替代地，如圖11及圖12中所見，力感測器94安置於偏置元件32與鏈條導件18之間。在此情況中，力感測器94包含安置於偏置元件32之第二端32b與鏈條導件18之鏈條罩板34之一者之間的一壓力感測器。更明確而言，力感測器94安置於鏈條罩板34之一開口34a中。偏置元件32之第二端32b定位於力感測器94上之開口34a中。力感測器94偵測由偏置元件32施加至鏈條罩板34之壓力變化。依此方式，鏈條導件18相對於可移動構件14之位置可藉由偵測由偏置元件32對鏈條導件18施加之力來偵測。
替代地，如圖13及圖14中所見，力感測器94安置於偏置元件32與可移動構件14之間。在此情況中，力感測器94包含安置於偏置元件32之第一端32a與鏈條導件18之間的一壓力感測器。更明確而言，力感測器94安置於可移動構件14之孔14a之一凹槽14a1中。偏置元件32之第一端32a定位於力感測器94上之凹槽14a1中。力感測器94偵測由偏置元件32施加至可移動構件14之壓力變化。依此方式，鏈條導件18相對於可移動構件14之位置可藉由偵測由偏置元件32對可移動構件14施加之力來偵測。
現轉至圖15之流程圖，流程圖之控制程序由控制器80執行以實施用於控制自行車變速器10之一換檔操作之一控制方法，自行車變速器10包含基部構件12、可移動構件14、連桿組結構16及操作地耦合至連桿組結構16之致動器20。
在步驟S1中，控制器80自操作裝置SL或自行車電腦SC接收換檔命令。換檔命令可為(例如)用於使一單一齒輪換檔之一單換檔命令或用於使兩個齒輪換檔之一雙換檔命令。接著，程序進行至步驟S2。
在步驟S2中，控制器80讀取編碼器90之先前偵測值、力感測器94之先前偵測值及來自記憶體86之儲存檔位。較佳地，記憶體86包含使編碼器90之偵測值與力感測器之偵測值關聯之關聯資料。此關聯資料亦在步驟S2中自記憶體86讀取。接著，程序進行至步驟S3。
在步驟S3中，控制器80控制致動器20移動連桿組結構16，其繼而使可移動構件14及鏈條導件18在自行車B之一側向方向上移動。因此，控制方法包括回應於接收一換檔命令而操作致動器20。依此方式，鏈條導件18使鏈條CN自一當前鏈輪換檔至一目標鏈輪。換言之，在一換檔情形中，當換檔命令由控制器80接收且接著致動器20被提供來自電池組BP之電力時，馬達62操作，使得可移動構件14及鏈條導件18相對於基部構件12在一換檔方向上移動。例如，當使用者操作用於自行車變速器10之換檔操作之操作裝置SL時，控制器80經組態以控制馬達62，使得可移動構件14及鏈條導件18相對於基部構件12移動。因此，在步驟S3中，控制器80經組態以回應於接收換檔命令而控制致動器20之一操作量。接著，程序進行至步驟S4。
在步驟S4中，控制器80讀取編碼器90之一當前偵測值及力感測器94之一當前偵測值，且將編碼器90之當前偵測值及力感測器94之當前偵測值儲存於記憶體86中。因此，控制方法包括藉由使用一力感測器94來偵測可移動構件14與鏈條導件18之間的一偏置元件32之一負載。接著，程序進行至步驟S5。
在步驟S5中，控制器80使用編碼器90及力感測器94來監測致動器20之操作以判定鏈條導件18相對於可移動構件14之位置及鏈條導件18是否到達目標位置。換言之，在操作馬達62之後，控制器80基於比較編碼器90之當前偵測值及力感測器94之當前偵測值與目標檔位之先前儲存值來判定當前檔位是否匹配目標檔位。因此，控制方法進一步包括基於力感測器94之一偵測值判定換檔操作之一狀態。若控制器80判定鏈條導件18之位置未到達目標位置，則控制器80進行至步驟S6。若控制器80判定鏈條導件18之位置已到達目標位置，則控制器80進行至步驟S8。
在步驟S6中，控制器80將一信號輸出至自行車電腦SC或至少一些其他通知裝置，諸如一智慧型電話、一視覺通知裝置、一觸覺通知裝置及/或一聽覺通知裝置。根據需要及/或期望，通知可為視覺、觸覺及/或聽覺的。因此，在步驟S6中，控制器80經進一步組態以將一失敗通知信號輸出至一通知裝置，諸如自行車電腦SC。在將失敗通知信號輸出至諸如自行車電腦SC之通知裝置之後，控制器80進行至步驟S7。
在步驟S7中，控制器80控制致動器20使連桿組結構16移動一進一步量，其繼而使可移動構件14及鏈條導件18在自行車B之一側向方向上移動一進一步量。此進一步量可在相較於步驟S3之原始移動方向之自行車B之相同側向方向或自行車B之相反側向方向上。依此方式，鏈條導件18使鏈條CN換檔至目標鏈輪。因此，在步驟S7中，控制器80經組態以在回應於換檔命令而判定換檔操作未完成之後進一步操作致動器20達一額外操作量以使可移動構件14相對於基部構件12移動。此處，控制器80經組態以基於編碼器90之偵測值及力感測器94之偵測值之至少一者來進一步操作致動器20達額外操作量。較佳地，控制器80經組態以基於編碼器90之偵測值及力感測器94之偵測值兩者來進一步操作致動器20。接著，程序進行至步驟S4。
若在步驟S5中換檔操作成功，則程序進行至步驟S8。在步驟S8中，控制器80更新儲存於記憶體86中之編碼器90之先前偵測值及力感測器94之偵測值。此外，在步驟S8中，控制器80在成功換檔操作之後相對於力感測器94之偵測值更新關聯資料之編碼器90之偵測值。因此，在步驟S8中，控制器80經組態以在一成功換檔操作之後相對於力感測器94之偵測值更新關聯資料之編碼器90之偵測值。
在理解本發明之範疇時，如本文中所使用，術語「包括」及其衍生詞意欲為開放式術語，其特指存在所陳述之特徵、元件、組件、群組、整數及/或步驟，但不排除存在其他未陳述之特徵、元件、組件、群組、整數及/或步驟。前述內容亦適用於具有類似含義之用語，諸如術語「包含」、「具有」及其衍生詞。此外，除非另有說明，否則以單數形式使用之術語「部件」、「區段」、「部分」、「構件」或「元件」可具有一單一部件或複數個部件之雙重含義。
如本文中所使用，以下方向術語「面向車架側」、「非面向車架側」、「向前」、「向後」、「前」、「後」、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「向上」、「向下」、「頂部」、「底部」、「側」、「豎立」、「水平」、「垂直」及「側向」以及任何其他類似方向術語係指一自行車處於一直立騎乘位置中且配備有自行車變速器之方向。因此，用於描述自行車變速器之此等方向術語應相對於處於一水平表面上之一直立騎乘位置中且配備有自行車變速器之一自行車來解譯。術語「左」及「右」用於指示自自行車後部觀看自右側參考時之「右」及自自行車後部觀看自左側參考時之「左」。
如本發明中所使用，片語「…之至少一者」意謂一所要選擇之「一或多者」。例如，如本發明中所使用，片語「…之至少一者」意謂「僅一個單一選擇」或「所有兩個選擇」，若其選擇之數目係2。又例如，如本發明中所使用，片語「…之至少一者」意謂「僅一個單一選擇」或「等於或多於兩個選擇之任何組合」，若其選擇之數目等於或多於3。此外，如本發明中所使用，術語「及/或」意謂「…之任一者或兩者」。
此外，應理解，儘管術語「第一」及「第二」可在本文中用於描述各種組件，但此等組件不應受限於此等術語。此等術語僅用於使組件彼此區分。因此，例如，在不背離本發明之教示之情況下，上文所討論之一第一組件可稱為一第二組件，且反之亦然。
如本文中所使用，術語「經附接」或「附接」涵蓋其中一元件藉由將元件直接附加至另一元件來直接固定至另一元件之組態、其中元件藉由將元件附加至(若干)中間構件、中間構件繼而附加至另一元件來間接固定至另一元件之組態及其中一個元件與另一元件整合(其意謂一個元件本質上係另一元件之部分)之組態。此界定亦適用於類似含義之用語，例如「結合」、「連接」、「耦合」、「安裝」、「接合」、「固定」及其衍生詞。最後，如本文中所使用，諸如「實質上」、「約」及「近似」之程度術語意謂未使最終結果顯著改變之經修飾術語之一偏差量。
儘管僅選擇選定實施例來繪示本發明，但熟習技術者將自本發明明白，可在不背離隨附申請專利範圍所界定之本發明之範疇之情況下對本文進行各種改變及修改。例如，除非另有明確說明，否則可根據需要及/或期望改變各種組件之大小、形狀、位置或定向，只要改變不實質上影響其預期功能。除非另有明確說明，否則經展示為彼此直接連接或接觸之組件可具有安置於其等之間的中間結構，只要改變不實質上影響其預期功能。除非另有明確說明，否則一個元件之功能可由兩個執行，且反之亦然。一個實施例之結構及功能可用於另一實施例中。所有優點未必同時存在於一特定實施例中。相對於先前技術之每一獨特特徵單獨或與其他特徵之組合亦應被視為申請人對進一步發明之一單獨描述，包含由此(等)特徵體現之結構及/或功能概念。因此，根據本發明之實施例之前述描述僅供繪示且不用於限制由隨附申請專利範圍及其等效物界定之本發明。
10:自行車變速器 12:基部構件 14:可移動構件 14a:孔 14a1:凹槽 16:連桿組結構 18:鏈條導件 20:致動器 22:主體 24:軸托架 26:軸螺栓 28:固定螺栓 30:軸 32:偏置元件 32a:第一端 32b:第二端 34:鏈條罩板 34a:開口 36:導向滑輪 38:張緊滑輪 40:第一連桿(內連桿) 40a:第一端 40b:第二端 42:第二連桿(外連桿) 42a:第三端 42b:第四端 44:偏置構件 46:致動器保護機構 48:第一連桿構件 50:第二連桿構件 52:安裝元件 54:輸出轉軸 56:輸出構件 58:傳動連桿 60:偏置元件 62:馬達 64:齒輪減速單元 65:輸出轉軸 66:第一階梯齒輪 68:第二階梯齒輪 70:第三階梯齒輪 72:扇形齒輪 74:蝸桿齒輪 80:控制器 82:電路板 84:處理器 86:記憶體 88:致動器(馬達)驅動器 90:編碼器 90A:感測器 90B:磁體 92:無線通信器 94:力感測器 B:自行車 BP:電池組 C:曲柄 CA1:曲柄軸 CA2:曲柄臂 CN:鏈條 CS:後鏈輪 DU:電驅動單元 EW:電線 FB:前車架體 FF:前叉 FS:前鏈輪 FW:前輪 H:手把 P1:樞軸線 P2:樞軸線 PD:踏板 RB:後車架體 RS:後減震器 RW:後輪 S:自行車車座/座墊 S1至S8:方法步驟 SC:自行車電腦/通知裝置 SL:換檔操作裝置/換檔器 VB:車身
此外，熟習技術者將自結合附圖揭示自行車變速器及控制方法之較佳實施例之以下詳細描述明白所揭示自行車變速器及所揭示控制方法之其他目的、特徵、態樣及優點，其中：
圖1係配備有根據一個實施例之一自行車變速器之一自行車之一側視圖；
圖2係圖1中所繪示之自行車變速器之一外側視圖；
圖3係圖2中所繪示之自行車變速器之一內側視圖；
圖4係在平行於連桿組結構之樞軸線之一方向上觀看之圖2及圖3中所繪示之自行車變速器之一內側斜視圖；
圖5係圖1至圖4中所繪示之自行車變速器之可移動構件及鏈條導件之一部分分解透視圖；
圖6係圖5中所繪示之可移動構件及鏈條導件之一進一步分解透視圖；
圖7係圖5至圖6中所繪示但自自行車變速器之內側觀看之可移動構件及鏈條導件之一分解透視圖；
圖8係致動器之一外側斜視圖，其中已省略外殼之一部分以展示馬達及齒輪減速單元；
圖9係圖8中所繪示之致動器之一透視圖，其中已省略額外內部支撐結構以展示相鄰於馬達及齒輪減速單元定位之電路板；
圖10係展示與一操作裝置及一通知裝置無線通信之圖1中所繪示之自行車變速器之一電組態的一總體示意區塊圖；
圖11係圖1至圖4中所繪示之自行車變速器之可移動構件及鏈條導件之一第一橫截面圖，但其中一力感測器安置於偏置元件與鏈條導件之間；
圖12係圖11中所繪示之可移動構件及鏈條導件之一部分之一透視圖，其展示安置於偏置元件與鏈條導件之間的力感測器；
圖13係圖1至圖4中所繪示之自行車變速器之可移動構件及鏈條導件之一第二橫截面圖，但其中一力感測器安置於偏置元件與可移動構件之間；
圖14係圖13中所繪示之可移動構件及鏈條導件之一部分之一透視圖，其中可移動構件之一部分經剖開以展示安置於偏置元件與可移動構件之間的力感測器；及
圖15係展示由自行車變速器之控制器執行之一換檔控制程序的一流程圖。
現將參考圖式解釋選定實施例。熟習自行車領域之技術者將自本發明明白，實施例之以下描述僅供繪示且不用於限制由隨附申請專利範圍及其等效物界定之本發明。
10:自行車變速器
12:基部構件
14:可移動構件
16:連桿組結構
18:鏈條導件
20:致動器
22:主體
24:軸托架
26:軸螺栓
28:固定螺栓
34:鏈條罩板
36:導向滑輪
38:張緊滑輪
40:第一連桿(內連桿)
40a:第一端
40b:第二端
42:第二連桿(外連桿)
42a:第三端
42b:第四端
44:偏置構件
48:第一連桿構件
EW:電線
P1:樞軸線
P2:樞軸線

Claims (21)

  1. 一種自行車變速器(10)，其包括： 一基部構件(12)； 一可移動構件(14)； 一連桿組結構(16)，其經組態以相對於該基部構件(12)可移動地連接該可移動構件(14)； 一鏈條導件(18)，其經組態以圍繞一樞軸線(P1)可樞轉地耦合至該可移動構件(14)； 一偏置元件(32)，其操作地安置於該可移動構件(14)與該鏈條導件(18)之間以在圍繞該樞軸線(P1)之一第一方向上相對於該可移動構件(14)偏置該鏈條導件(18)；及 一力感測器(94)，其經組態以偵測該偏置元件(32)之一負載。
  2. 如請求項1之自行車變速器(10)，其進一步包括 一致動器(20)，其經設置至該基部構件(12)、該可移動構件(14)及該連桿組結構(16)之一者，該致動器(20)操作地耦合至該連桿組結構(16)。
  3. 如請求項2之自行車變速器(10)，其進一步包括 一編碼器(90)，其經組態以偵測該致動器(20)之一移動。
  4. 如請求項3之自行車變速器(10)，其中 該致動器(20)包含一馬達(62)及一齒輪減速單元(64)。
  5. 如請求項4之自行車變速器(10)，其中 該編碼器(90)經組態以偵測該齒輪減速單元(64)之至少部分之一移動。
  6. 如請求項1至5中任一項之自行車變速器(10)，其進一步包括 一控制器(80)，其經組態以回應於接收一換檔命令而操作該致動器(20)。
  7. 如請求項6之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經組態以監測該編碼器(90)之一偵測值，且 該控制器(80)經組態以回應於接收該換檔命令而控制該致動器(20)之一操作量。
  8. 如請求項6之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經組態以監測該力感測器(94)之一偵測值，且 該控制器(80)經組態以在該力感測器(94)之該偵測值改變達一第一預定量時回應於該換檔命令而判定一換檔操作是否完成。
  9. 如請求項8之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經組態以在該力感測器(94)之該偵測值改變達不同於該第一預定量之一第二預定量時判定該換檔操作未完成。
  10. 如請求項9之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經組態以在回應於該換檔命令而判定該換檔操作未完成之後進一步操作該致動器(20)達一額外操作量以使該可移動構件(14)相對於該基部構件(12)移動。
  11. 如請求項10之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經組態以基於該編碼器(90)之該偵測值及該力感測器(94)之該偵測值之至少一者來進一步操作該致動器(20)達該額外操作量。
  12. 如請求項11之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經組態以基於該編碼器(90)之該偵測值及該力感測器(94)之該偵測值兩者來進一步操作該致動器(20)。
  13. 如請求項8之自行車變速器(10)，其進一步包括 一記憶體(86)，其包含使該編碼器(90)之該偵測值與該力感測器(94)之該偵測值關聯之關聯資料。
  14. 如請求項13之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經組態以在一成功換檔操作之後相對於該力感測器(94)之該偵測值更新該關聯資料之該編碼器(90)之該偵測值。
  15. 如請求項6之自行車變速器(10)，其中 該控制器(80)經進一步組態以將一失敗通知信號輸出至一通知裝置(SC)。
  16. 如請求項1至5中任一項之自行車變速器(10)，其中 該力感測器(94)包含一壓力感測器、一應變感測器及一磁致伸縮感測器之至少一者。
  17. 如請求項1至5中任一項之自行車變速器(10)，其中 該力感測器(94)安置於該偏置元件(32)與該鏈條導件(18)之間。
  18. 如請求項1至5中任一項之自行車變速器(10)，其中 該力感測器(94)安置於該偏置元件(32)與該可移動構件(14)之間。
  19. 如請求項1至5中任一項之自行車變速器(10)，其中 該力感測器(94)安置於該偏置元件(32)上。
  20. 如請求項1至5中任一項之自行車變速器(10)，其中 該偏置元件(32)包含一扭力彈簧。
  21. 一種用於控制一自行車變速器(10)之一換檔操作之控制方法，該自行車變速器(10)包含一基部構件(12)、一可移動構件(14)、一連桿組結構(16)、一鏈條導件(18)及操作地耦合至該連桿組結構(16)之一致動器(20)，該控制方法包括： 回應於接收一換檔命令而操作該致動器(20)； 藉由使用一力感測器(94)來偵測該可移動構件(14)與該鏈條導件(18)之間的一偏置元件(32)之一負載；及 基於該力感測器(94)之一偵測值來判定該換檔操作之一狀態。
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