TW202332622A - 車輛換檔系統 - Google Patents

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克努特托爾 理爾森
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挪威商Ｃａ科技系統公司
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Abstract

一種車輛及一種車輛換檔系統(1)，包括：一能量源(20)；一能量儲存元件(30)；以及，一縱向的能量傳遞元件(50、150)，其係建構成使該換檔元件(10)與該能量儲存元件(30)互連，其中，該能量源(20)係建構成藉由該能量傳遞元件(50)朝其縱向方向相對於該能量儲存元件的運動以將位能加載或充載於該能量儲存元件(30)。

Description

車輛換檔系統
本發明係有關於一種改良型車輛換檔系統。本發明特別適用於具有多檔位的車輛，其中，換檔是在扭矩下執行，且/或其中，車輛的性能會受到換檔期間扭矩損失的嚴重影響。這樣的車輛可以是例如踏板推進式車輛，其中，踩踏係由例如用於電動自行車的馬達所輔助，但是，亦可實施於在沒有這樣的馬達輔助的情況下之多速齒輪系統的換檔，或實施於純馬達驅動的車輛，例如，拖拉機或其它重型機械。
如最初所述，本發明可用於廣泛的應用。一種這樣的應用是踏板推進式車輛。
大多數踏板推進式車輛(例如，自行車)都配備有某種可選擇的齒輪比，以提高踩踏效率及舒適度。
不同於換檔系統及馬達驅動系統可以在換檔期間協同工作的情況下之其它類型的馬達驅動車輛中的齒輪，自行車控制系統無法以相同方式控制騎乘者及騎乘者在踏板上施加的扭矩。
因此，經驗豐富的騎乘者對換檔方式逐漸養成自己的理解及運用。最佳換檔方式將取決於自行車的類型、騎乘者的特徵等，這意味著實際上沒有相同的換檔方式。
這是很難處理的，且可以很容易地觀察到經驗不足、甚至經驗豐富的騎乘者在某些情況下難以有效地換檔。
隨著電動自行車的推出，其中，踩踏係由馬達驅動器來支援，同樣的問題仍然存在。換檔控制系統可以控制來自馬達的貢獻，但不能控制來自騎乘者的貢獻。
雖然運動領域的許多經驗豐富的騎乘者已經接受甚至體會逐漸養成自己的換檔方式，但是，換檔仍然是許多騎乘者以及任何帶有電動支援的踏板推進式車輛的障礙，例如，標準電動輔助自行車、輕型電動自行車、有兩個或更多輪子的電動貨物、山地自行車、休閒自行車、通勤自行車等。隨著這樣的車輛及受影響驕手數量的增加，這個問題越來越嚴重。
踩踏率被定義為曲柄軸每單位時間的轉數。這亦稱為踩踏頻率(cadence)，大部分被定義為每分鐘轉數(rpm)。
儘管每個騎乘者的最佳踩踏頻率都是獨一無二的，但是很明顯，人類生理通常不允許踩踏頻率有較大的變化，以保持有效的動力產生及舒適度。
因此，大多數現代自行車都配備有某種可變的齒輪機構，以改變踩踏頻率與驅動輪之轉速之間的關係。藉由改變齒輪比，可以為不同的速度及不同的騎車條件(例如，上坡或下坡)選擇所需的踩踏頻率。
換檔係由換檔機構所執行。換檔機構的類型取決於在具體情況下所使用的齒輪系統的類型。
然而，自行車上之齒輪的有效換檔要求準確及正時。經驗豐富的騎乘者知道他們應該在曲柄的死點附近換檔，以減少騎乘者的腳在齒輪機構上的扭矩。大扭矩會使換檔更加困難，且通常會縮短換檔機構及傳動裝置的使用壽命。
電動自行車增加了換檔的複雜性。除了來自騎乘者的扭矩外，還應考慮來自馬達的扭矩。如果經驗豐富的騎乘者鬆開踏板進行換檔，則在存在來自馬達的大扭矩之情況下，換檔機構仍然會艱難作動。反之亦然，即使在控制系統能夠在換檔期間暫時降低來自馬達的扭矩之情況下，來自騎乘者的大扭矩亦表現出換檔的問題。
因此，需要一種改良型的換檔機構，可為經驗豐富或經驗不足的騎乘者負責平穩有效的換檔。
WO2012128639A1及WO2020130841揭露了用於踏板推進式車輛的多速齒輪系統。
WO207149396揭露一種用於多速系統的序列換檔器。
當今市場上存在一些電動車輛換檔系統，它們可用於在換檔軸易於旋轉的操作條件下進行換檔，例如，在換檔軸上來自騎乘者或輔助電動馬達的反向扭矩很小的操作條件下。
然而，一旦反向扭矩增加，換檔就就變得更具挑戰性，且缺乏技術解決方案。
解決上述問題的一種可能的解決方案是在較大且不太適用的單元之成本下，增加能量源或電動馬達的功率。此外，較大的馬達需要較大的功率及較大的電池。另一種替代方案是改變齒輪驅動器40的齒輪比，以便增加可用於旋轉換檔軸的扭矩。這裡的缺點是換檔的速度會變慢，這本身就會妨礙換檔系統給騎乘者帶來良好的換檔體驗。
還值得一提的是，對於許多換檔，例如，下坡換檔至較重的檔位，反向扭矩通常很小，在這種情況下，上面提出的解決方案只會降低換檔系統的實用性。因此，本發明的一個目標是提供一種不具有尺寸增大、功率增加或換檔速度變慢的缺點之換檔系統。
本發明是如獨立請求項1所述的一種車輛換檔系統，其中，上面所認定的問題已獲得解決。
與習知技藝相比，此換檔系統具有下面一項或多項優點。
首先，具有本發明的換檔系統之一種多速齒輪系統在許多情況下較習知技藝解決方案換檔更為迅速，並且可以減少換檔期間的扭矩損失。
在踏板推進式車輛的情況下，換檔將更加可靠且可預測，因為它較不依賴於騎乘者的行為。
在許多情況下，此換檔系統可以很容易地與現有的多速齒輪系統整合在一起。
此換檔系統僅包括少量易於製造的組件。
在沒有提出的附加特徵之情況下，與習知技藝的換檔致動器相比，此換檔系統需要很少的額外空間。
此換檔系統可用於升檔及降檔。
不管多速齒輪系統是配置在例如輪轂中或是在踏板推動式車輛及通常具有或不具有馬達支援的車輛之曲柄附近，此換檔系統可用於不同類型的車輛配置。
在以下描述中，闡述本發明的各種實例及具體例，以便提供熟習技藝者對本發明更透徹的理解。在各種具體例的上下文中參考附圖描述的具體細節並無意被解釋為限制。更確切地，本發明的範圍被界定在所附申請專利範圍請求項中。
對下面描述的具體例進行編號。此外，描述了關於諸多編號具體例所定義的附屬具體例。除非另有說明，可與一個或多個編號具體例組合的任何具體例亦可直接與所提及之編號具體例之任何附屬具體例相組合。
ES1：一種車輛換檔系統(1)，其係建構成在一多速齒輪系統中移動一換檔元件(10)，其中，此換檔系統(1)包括： 一能量源(20)； 一能量儲存元件(30)；以及 一縱向能量傳遞元件(50)，建構成使該換檔元件(10)與該能量儲存元件(30)互連， 其中，該能量源(20)係建構成藉由該能量傳遞元件(50)朝其縱向方向相對於該能量儲存元件的運動，以將位能加載或充載於該能量儲存元件(30)。
在第一附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)係可旋轉地固定至該能量儲存元件(30)。
在可與第一附屬具體例組合的第二附屬具體例中，該能量源(20)係建構成使該能量傳遞元件(50)及該能量儲存元件(30)旋轉。
在可與第二附屬具體例組合的第三附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)係建構成在該能量源(20)使該能量儲存元件(30)旋轉及該換檔元件(10)正在該能量傳遞元件(50)上提供高於一預定力量限界的反作用力時，相對於該能量儲存元件(30)縱向地移動。
在可與第一至第三附屬具體例中任一者組合的第四附屬具體例中，該能量儲存元件係建構成從一平衡位置朝兩個相反方向移動該換檔元件，而其中，該能量儲存元件未充載或加載有來自該能量源的能量。
在可與第一至第四附屬具體例中任一者組合的第五附屬具體例中，該能量源係建構成以相對於該平衡位置的正位能及負位能，加載或充載該能量儲存元件。能量的符號取決於所選擇的換檔方向。
ES2：ES1的踏板推進式車輛換檔系統，其中，該能量傳遞元件(50)係建構成在該能量源(20)使該能量儲存元件(30)旋轉及該換檔元件(10)正在該能量傳遞元件(50)上提供高於一預定力量限界的反作用力時，相對於該能量儲存元件(30)縱向地移動。
在第一附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)係建構成在該能量源(20)使該能量儲存元件(30)旋轉及該換檔元件(10)正在該能量傳遞元件(50)上提供低於該預定力量限界的反作用力時，移動該換檔元件(10)。
在可與第一附屬具體例組合的第二附屬具體例中，該預定力量限界係由該能量儲存元件(30)之一預緊力所限定，而其中，該預緊力係作用在該能量傳遞元件(50)上。
在可與第一或第二附屬具體例組合的第三附屬具體例中，該預緊力係對稱地作用在該能量傳遞元件(50)上，以在其反作用力之絕對值低於該預緊力之絕對值的條件下，防止該能量傳遞元件(50)朝其任何縱向方向移動。
在可與第一至第三附屬具體例中任一者組合的第四附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)係建構成配置在該能量源(20)與該能量儲存元件(30)之間，且在該能量儲存元件(30)與該換檔元件(10)之間。
ES3：ES1和ES2中任一者的踏板推進式車輛換檔系統，其中，該能量傳遞元件(50)係建構成藉由一螺紋界面以移動該換檔元件(10)。
在第一附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)包括帶螺紋的一第一部分(51)。
在可與第一附屬具體例組合的第二附屬具體例中，帶螺紋的該第一部分(51)為蝸桿驅動件之一蝸桿，其中，蝸桿驅動件之一蝸輪(11)係可旋轉地固定至該換檔軸(10)。
在可與第一或第二附屬具體例組合的第三附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)包括： 一第二部分(52)，與該能量源(20)相互作用；以及 一第三部分(53)，與該能量儲存元件(30)相互作用。
ES4：ES1至ES3中任一者的踏板推進式車輛換檔系統，其中，該能量儲存元件(30)包括一構架(32)及一縱向彈性元件(31)，而其中，該構架保持住該彈性元件(31)，並且該能量源(20)係建構成旋轉該構架(32)。
在第一附屬具體例中，該第二部分(52)係可旋轉地固定至該構架(32)，但被允許相對於該構架(32)縱向地移動。
在可與第一附屬具體例組合的第二附屬具體例中，該第二部分(52)與該構架(32)係以花鍵聯結(spline coupling)方式彼此面接，以允許第二部分(52)在該構架(32)內側滑動而不相對於該構架旋轉。
在可與第一或第二附屬具體例組合的第三附屬具體例中，該能量儲存元件(30)包括配置在該彈性元件(31)之相對立側上的第一及第二終端元件(34a、34b)，其中，該第一及第二元件可藉由該能量傳遞元件(50)而獨立地從相應的第一及第二相對終端位置(35a、35b)朝該能量傳遞元件(50)之縱向方向，相對於該構架(32)移動。
在可與第三附屬具體例組合的第四附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)係建構成在其朝一第一縱向方向移動時使該第一終端元件(34a)朝該第二終端位置(35b)移動，而在其朝一第二縱向方向移動時使該第二終端元件(34b)朝該第一終端位置(35a)移動，該第二縱向方向則與該第一縱向方向相反。
在可與第三或第四附屬具體例組合的第五附屬具體例中，該能量傳遞元件(50)係建構成允許該第一及第二終端元件(34a、34b)沿著該第三部分(53)縱向地移動，並防止該第一及第二終端元件(34a、34b)移動至該第三部分(53)外側。
在可與第三至第五附屬具體例中任一者組合的第六附屬具體例中，該第一及第二終端元件(34a、34b)具有墊圈之形式，並且，該第三部分(53)係配置成穿過諸墊圈之孔。
ES5：ES1至ES4中任一者的踏板推進式車輛換檔系統，包括一控制系統60，其係建構成控制由該能量源所提供的能量。
在第一附屬具體例中，該控制系統係建構成在一開始時間T0啟動從該能量源至該能量儲存元件的能量輸送，而在該開始時間之後的一預定的時間間隔TS1結束能量輸送。
在可與第一附屬具體例組合的第二附屬具體例中，此換檔系統包括一齒輪操作器70，其包括有連接至該控制系統且建構成偵測該齒輪操作器之一次或多次換檔的一齒輪操作器感測器71，其中，該控制系統係建構成在該齒輪操作器感測器偵測到一次換檔時設定其開始時間T0。
在依附第一或第二附屬具體例的第三附屬具體例中，該控制系統係建構成在該齒輪操作器感測器偵測到一次單換檔(single gear shift)時啟動能量輸送。
在依附於第一至第三附屬具體例中任一者的第四附屬具體例中，該控制系統係建構成在該齒輪操作器感測器偵測到一次雙換檔(double gear shift)時啟動能量輸送，其中，該雙換檔的時間間隔是該單換檔的時間間隔之兩倍。
在依附於第一至第四附屬具體例中任一者的第五附屬具體例中，該控制系統包括一踩踏頻率偵測器，並且，該控制系統係建構成在該踩踏頻率偵測器所偵測到的踩踏頻率高於或等於一上限臨界值、或者低於或等於一下限臨界值時，啟動能量輸送。
在依附於第一至第五附屬具體例中任一者的第六附屬具體例中，對於一次單換檔，其預定的時間間隔TS1係小於0.5s、小於0.3s或小於0.2s。
在依附於第一至第六附屬具體例中任一者的第七附屬具體例中，能量輸送之符號係取決於該控制系統啟動升檔還是降檔。
在依附於第一至第七附屬具體例中任一者的第八附屬具體例中，該換擋元件包括用於上檔位及/或下檔位的諸多終端止擋器。
在依附於第八附屬具體例的第九附屬具體例中，作為一初始化過程之一部分，該控制系統係建構成移動該換檔元件，直到已經達到用於上檔位及/或下檔位的該等終端止擋器為止。
ES6：ES1至ES5中任一者的踏板推進式車輛換檔系統，包括連接至該控制系統的一檔位偵測器61。
在第一附屬具體例中，該控制系統係建構成在該檔位偵測器指示已完成至少一次換檔時結束能量輸送。
ES7：ES1至ES6中任一者的踏板推進式車輛換檔系統，包括建構成偵測該能量儲存元件30之旋轉運動的一旋轉偵測器。
在第一附屬具體例中，此踏板推進式車輛換檔系統包括配置在該能量儲存元件30上的一磁鐵、及相對於其外殼而固定地配置的一磁性感測器。
在可與第一附屬具體例組合的第二附屬具體例中，該磁性感測器係連接至該控制系統60，而該控制系統係建構成為對該能量儲存元件30之旋轉進行計數。
此換檔系統可以是如下面具體例所進一步描述之不同組態的本發明車輛之一部分。
ES8：一種車輛，包括： 一曲柄軸，具有多個踏板臂； 一驅動輪： 一傳動裝置，配置在該曲柄軸與該驅動輪之間，包括： 一多速齒輪系統， 其中，該傳動裝置之齒輪比可藉由在該多速齒輪系統中換擋以改變； 具體例ES1至ES6中任一者的踏板推進式車輛換檔系統。
ES9：ES8的車輛，包括一電動馬達80。
ES10：ES7或ES8的車輛，其中，該多速齒輪系統及該能量儲存元件係配置在該驅動輪之輪轂內或其附近。
ES11：ES8至ES10中任一者的車輛，其中，該控制系統係建構成控制該電動馬達。
在第一附屬具體例中，該電動馬達係建構成驅動該多速齒輪系統之輸入，並且，該控制系統係建構成在其開始時間T0之後減少來自該電動馬達的扭矩。
在可與第一附屬具體例組合的第二附屬具體例中，該控制系統係建構成以時間間隔T1減少來自該電動馬達的扭矩。
本發明亦是一種如下面具體例所述之用於車輛換檔的新穎發明方法。
EM1：一種用於車輛換檔的方法，其車輛包括： 一多速齒輪系統； 一車輛換檔系統，包括一可移動的換檔元件，其係建構成在該多速齒輪系統中進行換檔； 一能量源；以及 一能量儲存元件，建構成移動該換檔元件；以及 一縱向的能量傳遞元件(50)，建構成使該換檔元件(10)與該能量儲存元件(30)互連；其中，此方法包括： 在一開始時間T0啟動從該能量源至該能量儲存元件的能量輸送，並且，在該開始時間之後的一預定的時間間隔TS1結束能量輸送。
EM2：依據EM1之用於車輛換檔的方法，其中，該車輛包括： 一電動馬達，以及，此方法包括： 在該開始時間T0之後，減少來自該電動馬達的扭矩。
EM1及EM2的特徵在相關具體例中可以根據ES1至ES7。
在上述任何具體例中，該車輛可以是一踏板推進式車輛，以及/或者，該車輛換檔系統可以是一踏板推進式車輛換檔系統。
在圖1及圖2所示的特定具體例中，車輛換檔系統1係建構成使可移動的換檔元件10旋轉。附圖中僅說明換檔元件10的一端，然而，在此具體例中，換檔元件10為可旋轉的換檔軸，其中，換檔軸之旋轉位置決定了多速齒輪系統之齒輪比。例如，WO2020130842 A1中詳細說明使用這種可旋轉的換檔軸的多速齒輪系統。
蝸輪11附接至換檔軸10之端部。蝸輪亦可與換檔軸相整合，但，這裡係以花鍵聯結方式附接至換檔軸之端部，以允許輕易地從換檔軸上安裝及拆卸換檔系統及蝸輪。
換檔系統包括具有帶螺紋的第一部分51的縱向的能量傳遞元件50，而該帶螺紋的第一部分可以被視為蝸桿驅動件中與蝸輪11嚙合的蝸桿。
能量儲存元件30包括構架32，該構架亦可以是用於能量儲存元件的外殼。構架32係經由齒輪驅動器40以連接到能量源20(在這種情況下為電動馬達)之輸出。再者，能量傳遞元件50之帶螺紋的第一部分51係延伸出構架，並可旋轉地固定至該構架。因此，當能量源使構架32旋轉時，帶螺紋的第一部分51會隨著該構架旋轉，並使蝸輪11及換檔軸10旋轉，以便改變至較高或較低的齒輪比。在此，朝一個方向旋轉會變為較高檔位，而朝相反方向旋轉會變為較低檔位。
到目前為止所說明的換檔系統可用於在換檔軸可以輕鬆旋轉的操作條件下進行換檔，例如，在換檔軸上來自騎乘者或輔助電動馬達的反向扭矩很小的場合。
為了確保換檔也在反向扭矩較大的情況下發生，本實施例包括可以在圖3中看到的一些額外的特徵，圖3係是圖2中的一個細部之剖面，更具體地，能量儲存元件30及其內部元件。
如先前所述，能量儲存元件係建構成加載有來自能量源的位能。在此具體例中，能量儲存元件包括呈壓縮彈簧之形式的彈性元件31，其係在平衡位置被保持在構架32之第一及第二終端止擋器36a、36b之間。第一終端元件34a配置在彈簧之第一端31a與第一終端止擋器36a之間。同樣地，第二終端元件34b配置在彈簧之第二端31b與第二終端止擋器36b之間。第一及第二終端止擋器具有墊圈之形狀。
第一及二終端元件34a、34b以及第一及第二終端止擋器36a、36b均具有通孔，其中，第一及第二終端止擋器36a、36b的通孔大於第一及第二終端元件34a、34b的通孔。
能量傳遞元件50延伸穿過或部分地穿過這些孔。更具體地，能量傳遞元件50之第三部分53延伸穿過彈性元件31以及第一及第二終端元件34a、34b，並且，第三部分53之直徑係稍微小於第一及第二終端元件34a、34b之孔之內徑，以允許它們沿著第三部分53滑動。在第三部分之每一端，直徑係增加至大於第一及第二終端元件34a、34b之孔的數值，但是等於或小於第一及第二終端止擋器36a、36b之內徑，使能量傳遞元件50可以在構架32內縱向地移動。
彈性元件31在構架32中被施加預緊力，亦即，被預壓縮。為了使能量傳遞元件50朝一方向或其他方向移動，需要有克服預緊力的一定程度的力。
在能量傳遞元件50之第三部分53與第一部分51之間，可旋轉地固定著第二部分52，但相對於構架32則是軸向自由的。亦即，第二部分52會隨著能量儲存元件30旋轉，同時仍然能夠縱向移動。這仍藉由花鍵聯結以實現，其中，第二部分52具有外部縱向花鍵，並且，該構架之對應部分之內徑具有對應的內部縱向花鍵。
構架32係由第一旋轉軸承55可旋轉地支撐。此外，能量傳遞元件50之一端係由滑動軸承56可旋轉地及縱向地支撐。
再者，能量儲存元件30在其側壁中包括一磁鐵，從而允許一磁性感測器配置在外殼中並連接至控制系統，以偵測每次完整旋轉的完成，從而控制電動馬達在達到用於請求換檔的圈數時停止。
將參考圖4b至4d進一步說明換檔系統的功能。
首先考慮，在圖4b中彈性元件係處於平衡位置，其中，作用在能量傳遞元件50上的力必須克服彈性元件上的預緊力，以縱向地移動傳遞元件。
亦考慮到，在第一種情況下，換檔軸10能以最小扭矩旋轉，以進行換檔，亦即，從換檔軸經由蝸桿驅動件作用在能量傳遞元件上的反向扭矩係比彈性元件31之預緊力為小。當電動馬達使能量儲存元件30旋轉時，能量傳遞元件50及其具有蝸桿的第一部分亦轉動。旋轉的蝸桿會作用在蝸輪11及換檔軸10上。因此，換檔軸之旋轉係與能量儲存元件30之旋轉成正比，並且與經由齒輪驅動器40驅動能量儲存元件的馬達軸之旋轉成正比。
換檔軸之旋轉方向取決於馬達之運轉方向。
從一個檔位切換至下一個檔位所需的換檔軸10之實際旋轉角度係取決於齒輪系統本身之幾何形狀。無論如何，對於多速齒輪系統，連續的旋轉通常意味著，隨著能量儲存元件30持續旋轉，可以順序地進行多次換檔。例如，對於最初在第一檔位的七檔位系統，可藉由朝單個方向旋轉能量儲存元件以選擇第二、第三、第四、第五、第六或第七檔位中的任何一者。對於朝相反方向的任何單次或多次換檔，則朝相反方向旋轉能量儲存元件30。
現在翻到圖4c，說明一種不同的情況，其中，意圖使換檔軸10逆時針旋轉，以切換一次或多次檔位。然而，由於換檔軸上的反向扭矩相較地大於彈性元件31之預緊力，故而彈性元件被能量傳遞元件50之上端及第一終端元件34a進一步壓縮，此時，能量儲存元件30及能量傳遞元件50旋轉，並且帶螺紋的第一部分51爬上抵抗旋轉的蝸輪。
圖4c說明能量傳遞元件50及彈性元件31之結束位置。應該注意，在此位置的彈性元件已經加載有位能，並且朝向上方向作用在能量傳遞元件上的力係比平衡時的預緊力大得多。因此，如果在從平衡位置到結束位置的任何時間，能量傳遞元件上之增加的向上力之絕對值超過因在換檔軸上的反向扭矩而作用在能量傳遞元件上之向下力的絕對值，則換檔軸會被迫按所意圖的逆時針方向旋轉，並且能量傳遞元件返回至其平衡位置。
在來自能量儲存元件的力仍然無法克服反向扭矩的情況下，只有在使換檔元件上的扭矩降低至允許換檔的值之後才會執行換檔。
如果要朝相同方向切換較多檔位，則能量儲存元件之旋轉應該依據圖4b或4c中的情況持續。
圖4c中的能量傳遞元件50被例示為處於結束位置，例如，因為已經到達蝸桿驅動件之終點，所以不可能有進一步向下縱向移動。結束位置可對應於固定數量的換檔，例如，一、二或三次的換檔。如果結束位置例如對應於兩次換檔並且控制系統僅請求一次換檔，則能量儲存元件30之旋轉應該在能量傳遞元件50之結束位置之前一旦達到一次換檔所需的轉數就立刻停止。
圖4d說明另一種情況，其中騎乘者意圖順時針旋轉換檔軸，亦即，與圖4c中先前情況的方向相反。由於換擋軸上的反向扭矩相較地大於彈性元件31之預緊力，故而，當能量儲存元件30及能量傳遞元件50旋轉並且帶螺紋的第一部分51爬上抵抗旋轉的蝸輪時，彈性元件被能量傳遞元件50之下端及第二終端元件34b進一步壓縮。
從圖4c的描述可以理解所述情況的其餘部分，其諸多力量係作用在相反的方向上。
圖5說明本發明的另一個具體例，其中，換檔元件100是一個或多個棘爪或凹口，其係朝齒輪之橫向移動，以接合及脫離內齒輪中的齒輪。內齒輪的實際類型對於本發明並不重要，因此未顯示在附圖中。然而，考慮到齒輪系統具有外殼200，而主軸113延伸穿過該外殼，其中，主軸可固定至車輛之構架。未顯示出齒輪系統之輸入及輸出元件，但是，通常在主軸外側可以同軸地且可旋轉地設置輸入軸，並且，外殼本身可以直接連接至輸出元件且相對於主軸及輸入軸旋轉。
在此，能量儲存元件30之諸多內部元件及其功能係與上述具體例中相同。能量源及驅動齒輪亦可相同。主要差異在於能量傳遞元件150係延伸至主軸113中，且經由螺紋界面以與換檔元件100相互作用。在這種情況下，能量傳遞元件的一部分112及換檔元件的一內部部件具有相應的螺紋。因此，當藉由能量源以使能量傳遞元件150旋轉時，換檔元件100會在主軸中的狹縫111內橫向地移動，並且向側面移動諸多內齒輪元件110及改變諸多內齒輪嚙合的方式。
以與上述具體例相同的方式，如果來自內齒輪元件的反向扭矩超過彈性元件的預緊力，則能量儲存元件30會被加載以位能。隨著能量傳遞元件的旋轉，換檔元件作用在內齒輪元件上的力增加，並且，如果此力在任何時間因反向扭矩而增加到超過在相反方向上的力，則內齒輪元件會移動，以進行換擋。
作為圖5中的具體例之另一個替代方案，能量傳遞元件150可以分成兩個部分，其中，這兩個部分係用斜交齒輪(例如，錐齒輪)相互連接，這將允許換檔系統更為方便地設置在車輛上。
在示例性具體例中，各種特徵及細節以組合方式顯示。描述關於一個特定實例的數個特徵之事實不應被解釋為暗示彼等特徵必須一起包含在本發明的所有具體例中。相反地，描述關於不同具體例的特徵不應被解釋為互斥。熟悉此項技藝者將容易理解，包含本文所述之特徵的任何子集合且不是明確地相互依附的具體例已被發明人所預期且是預期揭露的一部分。然而，對所有這樣的具體例之明確描述不會有助於理解本發明的原理，因此為了簡單或簡潔而已省略諸特徵之一些排列。
1:換檔系統 2:外殼 10:換檔軸；換檔元件 11:蝸輪 20:能量源 22:電池 30:能量儲存元件 31:彈性元件 31a:第一端 31b:第二端 32:構架 34a:第一終端元件 34b:第二終端元件 35a:第一終端位置 35b:第一終端位置 36a:第一終端止擋器 36b:第二終端止擋器 40:齒輪驅動器 50:能量傳遞元件 51:第一部分 52:第二部分 53:第三部分 55:第一旋轉軸承 56:滑動軸承 60:控制系統 61:檔位偵測器 70:齒輪操作器 71:齒輪操作器感測器 71a:升檔感測器 71b:降檔感測器 80:驅動馬達；電動馬達 90:多速齒輪系統 100:換檔元件 110:內齒輪元件 111:狹縫 112:(能量傳遞元件的)一部分 113:主軸 150:能量傳遞元件 200:外殼
圖1係以等角視圖例示本發明具體例之車輛換檔系統1。諸多內部零件係被外殼2隱藏。在外殼之頂部有用於供電及連接至控制系統的電連接器。與控制系統的通信亦可為無線，而在這種情況下不需要實體控制介面。
圖2係以等角視圖例示與圖1相同的車輛換檔系統1，其中，外殼2已被移除。諸主要元件為能量源20、能量儲存元件30、多齒輪系統之換檔軸10及能量傳遞元件50。
圖3係本發明具體例中之能量儲存元件30之剖視圖。
圖4a係以前視圖例示與圖1中的車輛換檔系統1相同的具體例。
圖4b係以局部剖視圖例示圖4a的車輛換檔系統1。在此，能量儲存元件30係處於中立或平衡位置。
圖4c係以局部剖視圖例示圖4a的車輛換檔系統1。在此，能量儲存元件30係處於下端位置，其中，能量儲存元件被加載有能量，此能量迫使能量傳遞元件50朝向上方向移動，這轉而在換檔軸10上提供逆時針扭矩。
圖4d係以局部剖視圖例示圖4a的車輛換檔系統1。在此，能量儲存元件30係處於上端位置，其中，能量儲存元件被加載有能量，此能量迫使能量傳遞元件50朝向下方向移動，這轉而在換檔軸10上提供順時針扭矩。
圖5係以剖面及局部示意圖例示本發明具體例之車輛換檔系統1。
圖6a係以簡化方塊圖例示控制系統60如何與能量源20及具有齒輪操作器感測器71的齒輪操作器70相互作用的具體例。齒輪操作器感測器包括升檔感測器71a及降檔感測器71b。當騎乘者啟動升檔感測器時，控制系統60使能量源20能夠提供位能至能量儲存元件。當騎乘者啟動降檔感測器時，控制系統60使能量源20能夠提供位能至能量儲存元件。然而，兩種情況下的位能具有不同的符號。例如，如果能量源為馬達，則當按下升檔感測器時，馬達會朝一個方向旋轉，而當按下降檔感測器時，馬達會朝相反的方向旋轉。
圖6b係以簡化方塊圖中而以與圖6a的具體例相同的方式例示控制系統60如何與能量源20及具有齒輪操作器感測器71的齒輪操作器70相互作用的具體例。在這種情況下，其車輛包括由控制系統所控制的驅動馬達80。
圖6c例示控制系統之另一個具體例，其中，除了圖6b所示的特徵之外，控制系統還根據由檔位偵測器61偵測到的換檔元件10之位置以操作。亦即，控制系統可以使用所偵測到的檔位作為操作能量源20的輸入。
圖7例示換檔系統1，其係操作成為踏板推進式車輛之內部多速輪轂齒輪的換檔致動器。多速齒輪系統90包括諸多行星齒輪組，並且例如可以是WO2020130841中揭露之齒輪類型。向控制系統及換檔系統之馬達提供電能的電池22係如所示般經由電連接器而連接。電池可例如位於座銷(seat-pin)內側或任何其它合適的位置。設置在把手上的無線的齒輪操作器70係連接至控制系統。
1:換檔系統
10:換檔軸；換檔元件
11:蝸輪
20:能量源
30:能量儲存元件
32:構架
40:齒輪驅動器
50:能量傳遞元件
51:第一部分
55:第一旋轉軸承
56:滑動軸承

Claims (10)

  1. 一種車輛換檔系統，其係建構成在一多速齒輪系統中移動一換檔元件(10、100)，其中，此換檔系統(1)包括： 一能量源(20)； 一能量儲存元件(30)；以及 一縱向的能量傳遞元件(50、150)，建構成使該換檔元件(10)與該能量儲存元件(30)互連， 其中，該能量源(20)係建構成藉由該能量傳遞元件(50)朝其縱向方向相對於該能量儲存元件的運動，以將位能加載或充載於該能量儲存元件(30)。
  2. 如請求項1之車輛換檔系統，其中，該能量傳遞元件(50)係可旋轉地固定至該能量儲存元件(30)。
  3. 如請求項2之車輛換檔系統，其中，該能量源(20)係建構成使該能量傳遞元件(50)及該能量儲存元件(30)旋轉。
  4. 如請求項1至3中任一項之車輛換檔系統，其中，該能量傳遞元件(50)係建構成在該能量源(20)使該能量儲存元件(30)旋轉及該換檔元件(10)正在該能量傳遞元件(50)上提供高於一預定力量限界的反作用力時，相對於該能量儲存元件(30)縱向地移動。
  5. 如請求項1至4中任一項之車輛換檔系統，其中，該能量儲存元件係建構成從一平衡位置朝兩個相反方向移動該換檔元件，而其中，該能量儲存元件未充載或加載有來自該能量源的能量。
  6. 如請求項4或5之車輛換檔系統，其中，該能量傳遞元件(50)係建構成在該能量源(20)使該能量儲存元件(30)旋轉及該換檔元件(10)正在該能量傳遞元件(50)上提供高於該預定力量限界的反作用力時，相對於該能量儲存元件(30)縱向地移動。
  7. 如請求項4至6中任一項之車輛換檔系統，其中，該能量傳遞元件(50)係建構成在該能量源(20)使該能量儲存元件(30)旋轉及該換檔元件(10)正在該能量傳遞元件(50)上提供低於該預定力量限界的反作用力時，移動該換檔元件(10)。
  8. 如請求項4至7中任一項之車輛換檔系統，其中，該預定力量限界係由該能量儲存元件(30)之一預緊力所限定，而其中，該預緊力係作用在該能量傳遞元件(50)上。
  9. 如請求項4至8中任一項之車輛換檔系統，其中，該能量傳遞元件(50)係建構成藉由一螺紋界面以移動該換檔元件(10)。
  10. 一種車輛，包括： 一曲柄軸，具有多個踏板臂； 一驅動輪： 一傳動裝置，配置在該曲柄軸與該驅動輪之間，包括： 一多速齒輪系統，其中，該傳動裝置之齒輪比可藉由在該多速齒輪系統中換擋以改變；以及 請求項1至9中任一項之一車輛換檔系統。
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