TWI727045B - 電動自行車變速器 - Google Patents

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義大利商坎帕克諾羅公司
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Abstract

一種自行車變速器，包括鏈條導板和電動馬達（12），該電動馬達（12）使鏈條導板移位，該自行車變速器亦包括電可控裝置（50），該電可控裝置（50）被構造成選擇性地阻礙電動馬達（12）的旋轉以及使電動馬達（12）自由旋轉。一種用於致動自行車變速器的方法，該自行車變速器包括鏈條導板和使鏈條導板移位的電動馬達（12），該方法包括以下步驟：-接收換檔請求信號，-使電動馬達（12）自由旋轉，-當使電動馬達（12）自由旋轉時驅動電動馬達（12）以使鏈條導板移位，直至鏈條導板處於預期位置，-以及阻礙電動馬達（12）的旋轉。

Description

電動自行車變速器
本發明係關於一種電動自行車變速器，更特定言之係關於一種電子伺服輔助的換檔桿（以下簡稱為電子換檔桿）的變速器。
參考圖1至圖3，自行車100中的傳動系統包括鏈條101，該鏈條101在與踏板曲柄104的轉軸相關聯以及與後輪106的輪轂105相關聯的齒輪102、103之間延伸。如在所示的情況下，當存在齒輪102、103的組件（該等齒輪102、103的組件包括在踏板曲柄104的轉軸和後輪106的輪轂105中的至少一個處的多於一個的齒輪102、103）時並且傳動系統因此設置有換檔桿110時，前變速器111及/或後變速器112被提供。
在電子換檔桿的情況下，每個變速器111、112都包括：引導元件113、114，其亦被稱為鏈條導板或保持架，或者在後變速器的情況下，變速器包括搖臂，該搖臂能夠移動以使鏈條101在齒輪102、103之間移位，以改變齒輪比；及機電致動器115、116，該機電致動器115、116用以使鏈條導板113、114移位。
致動器115、116進而通常包括馬達，該馬達通常是電動馬達，其經由連桿119、120（諸如如所圖示鉸接的平行四邊形、齒條系統或蝸桿系統）而與鏈條導板113、114聯接。通常，電動馬達設置有齒輪減速機構。電動馬達和齒輪減速機構的組件在下文中被稱為馬達齒輪（或帶齒輪的馬達）117、118。致動器通常亦包括轉子或在轉子下游（直至鏈條導板113、114本身）的任何運動元件的位置、速度、加速度及/或旋轉方向的感測器（未圖示）或換能器。值得注意的是，亦使用與在該情境中所使用的術語略有不同的術語。
本領域技藝人士將立即認識到，變速器111、112及其致動器115、116的實際結構可以與所圖示的結構顯著不同，並且圖1至圖3僅作為此類部件的示例提供。
控制電子裝置例如，基於一或多個偵測到的變量（諸如，行駛速度、踏板曲柄的轉動速度（cadence of rotation）、施加到踏板曲柄的扭矩、行駛地形的坡度、騎自行車者的心率等）自動地改變齒輪比，及/或齒輪比基於由騎自行車者經由適當的控制構件（例如，槓桿及/或按鈕）手動輸入的命令而改變，該等適當的控制構件通常設置在一個或兩個手動命令裝置107上，該手動命令裝置107被安裝到自行車100的手把108。
特別地，變速器111、112包括：支撐本體121、122，該等支撐本體121、122被構造成附接到自行車100的框架；及鏈條導板113、114，該等鏈條導板113、114藉由兩個臂123、124、125、126連接到支撐本體121、122，該兩個臂123、124、125、126的端部鉸接到支撐本體121、122並且鉸接到鏈條導板113、114，以形成鉸接的平行四邊形119、120。
馬達齒輪117、118具有輸出軸127、128，該等輸出軸127、128驅動鉸接的平行四邊形119、120打開和關閉，並且因此鏈條導板在齒輪102、103之間移位。
變速器111、112的馬達齒輪117、118的尺寸被設計成經受外部應力，包括因鏈條101的張緊而施加在馬達齒輪117、118上的力。然而，在使用自行車100期間，鏈條101及/或鏈條導板113、114的振動、衝擊及/或其它應力可能經由連桿119、120對馬達齒輪117、118施加過大的力。若如此的力不被適當地抵消，則在不致使馬達齒輪117、118實際損壞的情況下，它可能導致馬達齒輪117、118的不自主的或「被動的」移位。馬達齒輪117、118的以及鏈條101的不自主的移位導致與嚙合的齒輪102、103的更大摩擦，並且甚至可能導致鏈條101掉落或齒輪比的不自主的變化。此外，此種情況在隨後的換檔期間由於控制電子設備假定為變速器111、112的位置與實際位置之間的未對準可能導致問題。另一方面，馬達齒輪117、118的尺寸過大在體積、重量和成本方面是不利的。
EP 2 727 810 A2揭示一種具有自鎖功能的電動變速器馬達單元，該電動變速器馬達單元包括：基座構件；馬達，該馬達被安裝在基座構件上，該馬達具有能夠繞第一旋轉軸線旋轉的馬達軸；輸出軸，該輸出軸能夠繞第二旋轉軸線旋轉；及傳動系，該傳動系被能夠操作地佈置在馬達的馬達軸與輸出軸之間，該傳動系包括防倒轉離合器，該防倒轉離合器被構造成在繞第一旋轉軸線的兩個旋轉方向上將馬達的馬達軸的旋轉傳遞至輸出軸，該防倒轉離合器進一步被構造成防止輸出軸在繞第二旋轉軸線的兩個旋轉方向上旋轉，同時輸出軸從該電變速器馬達單元的外部接收外部旋轉扭矩。
更特定地，防倒轉離合器包括：離合器殼體，該離合器殼體被安裝到基座構件；輸入構件，該輸入構件能夠相對於離合器殼體旋轉，該輸入構件被能夠操作地聯接到馬達的馬達軸；輸出構件，該輸出構件能夠相對於離合器殼體旋轉，該輸出構件被能夠操作地聯接到輸出軸；及嚙合元件，該嚙合元件被能夠操作地佈置在離合器殼體與輸出構件之間。
在該EP2 727 810 A2中使用根據JP 2713601的防倒轉離合器的情況下，嚙合元件具有複數個輥，該複數個輥被徑向佈置在離合器殼體與輸出構件之間。該等輥被佈置成相對於離合器殼體在繞輸出構件的旋轉軸線的兩個旋轉方向上鎖定輸出構件，除非有來自輸入構件的驅動力。另一方面，當在繞輸入構件的旋轉軸線的任一旋轉方向上存在來自輸入構件的驅動力時，輥被佈置成相對於離合器殼體釋放輸出構件。此外，若輸入構件進一步旋轉，則輸入構件直接連接到輸出構件，以將輸入構件的旋轉傳遞到輸出構件。
作為可替代方案，EP 2 727 810 A2提供了一種防倒轉離合器的使用，其中當防倒轉離合器的輸入構件旋轉時，防倒轉離合器的輸出構件亦旋轉；另一方面，若從防倒轉離合器的外側在兩個旋轉方向上對輸出構件施加外部旋轉扭矩，則輸出構件能夠相對於輸入構件自由旋轉，並且旋轉扭矩不從輸出構件傳遞到輸入構件。
EP 2 727 810 A2亦揭示一種自行車變速器馬達齒輪單元，其被構造成降低馬達的馬達速度並將馬達的馬達扭矩傳遞至變速器，該自行車變速器馬達齒輪單元包括：輸出軸；固定的太陽齒輪；輸出太陽齒輪，該輸出太陽齒輪能夠相對於固定太陽齒輪旋轉，該輸出太陽齒輪被固定地聯接到輸出軸；複數個行星齒輪；及載架，該載架能夠旋轉且能夠回轉地支撐行星齒輪；每個行星齒輪都具有與固定太陽齒輪嚙合的第一齒輪和與輸出太陽齒輪嚙合的第二齒輪，第一齒輪和第二齒輪彼此同軸聯接；固定太陽齒輪、輸出太陽齒輪、第一齒輪和第二齒輪各自具有如此的齒數，使得在將外力施加到輸出太陽齒輪的同時，固定太陽齒輪、輸出太陽齒輪、第一齒輪和第二齒輪被鎖定。因此，對開關的操作做出回應的馬達旋轉從輸出軸傳遞到鏈條導板以進行檔位改變，但是當來自鏈條的力被添加到鏈條導板時，行星齒輪減速機構自身鎖定，從而停止旋轉並承受應力。因此，鏈條導板保持在其原始位置，並且不會發生意外的檔位變化。
關於此種文件的第二解決方案，申請人注意到，由於大量的齒式聯軸節，馬達齒輪具有低效率。此外，各種齒輪的齒數之間所需的關係極大地限制了設計該馬達齒輪的自由度。
關於此種文件的第一解決方案，申請人注意到，像上述一般的防反轉離合器具有非常複雜的構造，並且其中決定尺寸是非常關鍵的；此外，由於在離合器殼體內容納有返回元件，所以此種離合器是精密的。
本發明的技術問題是提供一種變速器，其在不對變速器的馬達齒輪施加特別的設計限制的情況下不會引起不自主的移位。
在一個態樣，本發明係關於一種自行車變速器，其包括鏈條導板和使鏈條導板移位的電動馬達，其特徵在於亦包括電可控裝置，該電可控的裝置被構造成選擇性地阻礙電動馬達的旋轉以及使電動馬達自由旋轉。
較佳地，馬達是亦包括至少一個齒輪且較佳包括齒輪系的馬達齒輪的一部分。
較佳地，電動馬達具有馬達軸，該馬達軸能夠繞第一旋轉軸線旋轉，並且馬達齒輪包括輸出軸，該輸出軸能夠繞第二旋轉軸線旋轉，該至少一個齒輪被能夠操作地佈置在電動馬達的馬達軸與輸出軸之間。
在一些實施例中，電可控裝置具有阻礙馬達旋轉的穩定狀態以及允許馬達旋轉的不穩定狀態。
此種構造具有的優點在於，僅在換檔期間才能向電可控裝置供電。
在其它實施例中，電可控裝置具有阻礙馬達旋轉的不穩定狀態以及允許馬達旋轉的穩定狀態，或阻礙馬達旋轉的不穩定狀態以及允許馬達旋轉的不穩定狀態。
在另一些實施例中，電可控裝置具有穩定阻礙狀態以及允許馬達旋轉的穩定狀態。
較佳地，電可控裝置包括：第一帶齒構件和第二帶齒構件，該第一帶齒構件被構造成選擇性地嚙合第二帶齒構件，該第二帶齒構件與馬達齒輪相關聯，使得其旋轉與馬達軸的旋轉相關聯；及電致動器，該電致動器被構造成將第一帶齒構件移位成與第二帶齒構件嚙合以及使其與第二帶齒構件脫離嚙合。
在本說明書和所附申請專利範圍中，在相關聯的旋轉中意味著當元件中的一個旋轉時，另一個元件亦旋轉，並且當元件中的一個穩定時，另一個元件亦是穩定的，但是此不意味著旋轉必須在相同的方向上或同步。
在一個實施例中，該第二帶齒構件與馬達軸一體地旋轉。
該實施例是特別有利的，因為在第一帶齒構件實際上不與第二帶齒構件的期望的齒嚙合而是與相鄰的齒嚙合的情況下，鏈條導板的實際位置亦經歷非常小的移位。實際上，鏈條導板的實際位置由馬達齒輪的齒輪或齒輪系的最後一個帶齒構件決定，因此藉由馬達齒輪的齒輪或齒輪系的減速係數來減小第一帶齒構件和第二帶齒構件之間的嚙合誤差。此外，必須施加到第二帶齒構件上以阻礙馬達軸的旋轉的扭矩相對較低。
在一些實施例中，該第二帶齒構件是輔助帶齒構件，亦即，該第二帶齒構件是不作為由該至少一個齒輪體現的運動鏈的一部分的帶齒構件。
較佳地，該第二帶齒構件與馬達軸的第一端一體地旋轉，該至少一個齒輪包括第三帶齒構件，該第三帶齒構件與馬達軸的與第一端相對的第二端一體化。
可替代地，輔助帶齒構件與該至少一個齒輪的帶齒構件嚙合。
作為另一可替代方案，輔助帶齒構件可以與該至少一個齒輪的帶齒構件一體地旋轉。
在其它實施例中，該第二帶齒構件是該至少一個齒輪的活動的帶齒構件，即如下的帶齒構件，其是由該至少一個齒輪體現的運動鏈的有效部分。
負載帶齒構件可以是該至少一個齒輪、最後一個齒輪或中間齒輪的第一帶齒構件。
較佳地，該第一帶齒構件形成在能夠在與第二帶齒構件的旋轉軸線平行的方向上平移的滑動元件上。
假設第一帶齒構件的運動是平移，有利地，由馬達軸傳遞的第二帶齒構件的運動不具有傾向於使其與第一帶齒構件脫離的任何分量。
較佳地，滑動元件在具有花鍵輪廓的滑動軸上能夠平移但是不能夠旋轉，滑動元件設置有孔，該孔具有與滑動軸的花鍵輪廓匹配的花鍵輪廓。
可替代地，滑動元件能夠在軌道上滑動。
在其它實施例中，滑動元件被固定到滑動軸。
較佳地，電可控裝置被安裝到支撐件，該支撐件可以被固定到馬達齒輪的電動馬達的殼體。
在其它實施例中，電可控裝置被外部地固定到該至少一個齒輪的殼體。
在另一些實施例中，電可控裝置的第一帶齒構件和第二帶齒構件被容納在該至少一個齒輪的殼體內。
在一些實施例中，該第一帶齒構件是至少部分鐵磁元件，並且該電可控裝置的該電致動器包括電磁體。
較佳地，滑動軸具有端部抵接部，滑動元件被佈置在滑動軸的端部抵接部與壓縮彈簧之間。
以此種方式，電可控裝置具有上述有利的構造，其中它僅在允許馬達軸旋轉的不穩定狀態期間消耗。
在一個實施例中，該第一帶齒構件包括鐵磁性插件。
在其它實施例中，該電可控裝置的該電致動器包括線性電動馬達，以驅動承載該第一帶齒構件的滑動軸的平移。
在其它實施例中，該電可控裝置的電致動器包括具有蝸桿的旋轉電動馬達，和用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件，該構件被佈置在蝸桿與承載該第一帶齒構件的滑動軸之間。
在一些實施例中，用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的該構件包括齒條，該齒條與第一帶齒構件的軸一體地形成並且與蝸桿嚙合。
在其它實施例中，用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件包括：齒條，該齒條與承載第一帶齒構件的軸一體化；及至少一個齒輪，該齒輪與蝸桿以及與齒條嚙合。
在其它實施例中，用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的該構件包括：具有與蝸桿嚙合的帶齒部分的元件；及鉸鏈，該鉸鏈與承載第一帶齒構件的軸聯接。
在其它實施例中，用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的該構件包括：齒條，該齒條與第一帶齒構件的軸一體化；及錐齒輪，該錐齒輪與齒條以及與蝸桿嚙合。
根據本案，用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件的其它實施例在本領域技藝人士的能力範圍內。
在其它實施例中，該電可控裝置包括活塞或其它線性致動器。應理解，此類實施例亦包括在所要求保護的發明的保護範圍內，因為活塞或其它線性致動器在任何情況下都受到電致動命令，特別是來自控制器的電致動命令的限制。
較佳地，該變速器亦包括電可控裝置的及/或電動馬達的控制器，亦即，在存在多於一個電動馬達的情況下的馬達齒輪的控制器。
在一些實施例中，控制器包括：被容納在用於控制可控裝置的第一電子板上的部件；及被容納在用於控制電動馬達的第二電子板上的部件，亦即，在存在多於一個電動馬達的情況下的馬達齒輪的部件。
可替代地，控制器包括被容納在單個電子板上的部件，用於控制電可控裝置以及用於控制電動馬達，亦即，在存在多於一個電動馬達的情況下的馬達齒輪的部件。
較佳地，電動馬達的控制器，亦即，在存在多於一個電動馬達的情況下的馬達齒輪的控制器，回應於換檔請求命令。
更佳地，變速器亦包括鏈條導板的位置的感測器，並且電動馬達的該控制器，亦即，在存在多於一個電動馬達的情況下的馬達齒輪的控制器，進一步回應於該位置感測器。
較佳地，第一帶齒構件和第二帶齒構件包括自嚙合齒。
可替代地，第一帶齒構件和第二帶齒構件包括直齒。
較佳地，控制器被構造成執行以下步驟：-接收換檔請求信號，-驅動電可控裝置達到允許電動馬達旋轉的狀態，-驅動電動馬達以使鏈條導板移位，直至鏈條導板處於預期位置，而電可控裝置處於該允許狀態，以及-驅動電可控裝置直至阻礙電動馬達旋轉的狀態。
在本說明書和所附申請專利範圍中，表述「驅動」電可控裝置應當被認為亦包括僅僅中斷電可控裝置的激發，而不是被限制於傳遞激發信號。
較佳地，經由鏈條導板的位置的感測器的輸出信號來驗證預期位置。
較佳地，驅動電可控裝置至允許電動馬達的旋轉的狀態的步驟包括激發電可控裝置。
較佳地，驅動電可控裝置直至阻礙電動馬達的旋轉的狀態的步驟包括中斷電可控裝置的激發。
換言之，電可控裝置返回到阻礙電動馬達的旋轉的狀態較佳是自動的，以便節省電能。
在該驅動電動馬達的步驟之後，或者與該驅動電動馬達的步驟的最後部分同時，可以執行該驅動電可控裝置直至阻礙電動馬達旋轉的狀態的步驟。
在第二種情況下，可以更準確地控制第一帶齒構件和第二帶齒構件的嚙合位置，並且因此可以更準確地控制由變速器的鏈條導板維持的位置，代價是控制演算法更大的複雜性。
在一個態樣，本發明係關於一種用於致動自行車變速器的方法，該自行車變速器包括：鏈條導板；電動馬達，該電動馬達使鏈條導板移位；及電可控裝置，該電可控裝置被構造成選擇性地阻礙電動馬達的旋轉以及使電動馬達自由旋轉，該方法包括上文參考控制器概述的步驟中的一些或全部。
在一個態樣，本發明係關於一種用於致動自行車變速器的方法，該自行車變速器包括鏈條導板和使鏈條導板移位的電動馬達，該方法包括以下步驟：-接收換檔請求信號，-使電動馬達自由旋轉，-當使電動馬達自由旋轉時，驅動電動馬達使鏈條導板移位，直至鏈條導板處於預期位置，以及-阻礙電動馬達的旋轉。
較佳地，該方法包括經由鏈條導板的位置的感測器的輸出信號來驗證預期位置的步驟，較佳地，使電動馬達自由旋轉的步驟包括激發電可控裝置，該電可控裝置被構造成選擇性地阻礙電動馬達的旋轉以及使電動馬達自由旋轉。
較佳地，阻礙電動馬達的旋轉的步驟包括中斷電可控裝置的激發或者中斷電可控裝置，該電可控裝置被構造成選擇性地阻礙電動馬達的旋轉以及使電動馬達自由旋轉。
阻礙電動馬達旋轉的步驟可以在該驅動電動馬達的步驟之後或與該驅動電動馬達的步驟的最後部分同時進行。
圖4至圖6圖示馬達齒輪10，其可以例如是圖2和圖3所示的變速器111、112中的一個的馬達齒輪117、118，但是其可以用於與其顯著不同的變速器。
馬達齒輪10特別是其電動馬達12與電可控裝置50聯接，該電可控裝置50被構造成選擇性地阻礙電動馬達12的旋轉以及讓或使得電動馬達12自由旋轉。
電動馬達12包括從馬達殼體16離開的馬達軸14，馬達殼體16容納有例如轉子和定子（未圖示）。
馬達齒輪10包括齒輪系18，該齒輪系18被能夠操作地佈置在電動馬達12的馬達軸14與馬達齒輪10的輸出軸（圖中未圖示，參見圖2、圖3的輸出軸127、128）之間。
輸出軸可以與連桿或變速器111、112的鉸接平行四邊形119、120的樞軸中的一個重合，或者以本身已知的方式與連桿不同地聯接。
輸出軸例如是具有裝配在齒輪系18的多個帶齒構件中的一個帶齒構件的匹配形狀的孔20中的花鍵輪廓的軸。
齒輪系18被以分解方式部分地圖示為容納在殼體22中，就像它在圖4中是透明的一般。
圖4亦圖示電子電路板40，其用於容納體現電動馬達12的控制器的部件。
如本案的介紹部分所描述，電動馬達12的控制器回應於由騎自行車者或由電子控制單元發射的換檔請求信號，並且較佳地回應於轉子或在電動馬達12的轉子下游直至其鏈條導板113、114本身的任何移動元件的位置、速度、加速度及/或旋轉方向的感測器（未圖示）或變換器。
在圖4至圖6所示的實施例中，根據本發明的電可控裝置50包括第一帶齒構件52和第二帶齒構件54。
第一帶齒構件52被構造成選擇性地嚙合第二帶齒構件54。
第二帶齒構件54與馬達齒輪10相關聯，使得其旋轉與馬達軸14的旋轉相關聯。
電可控裝置50包括電致動器56，該電致動器56被構造成使第一帶齒構件52移位成與第二帶齒構件54嚙合以及脫離嚙合，在下文將更好地描述。
亦圖示第二電子電路板58，其容納如下部件：該等部件體現了電可控裝置50的控制器，特別是其電致動器56的控制器。
在圖4至圖6所示的實施例中，第二帶齒構件54是與馬達軸14的一端（圖4至圖6中的上端）一體地旋轉的齒輪。
在所示的實施例中，第一帶齒構件52是帶齒部分。
在圖4至圖6所示的實施例中，第一帶齒構件52形成在滑動元件60上，該滑動元件60能夠沿著與第二帶齒構件54的旋轉軸線平行的方向平移。
特定地，如圖5所示，第一帶齒構件52形成在滑動元件60上，滑動元件60能夠在滑動軸62上平移。
滑動元件60不能繞滑動軸62旋轉。
例如，滑動軸62具有花鍵輪廓（在圖4至圖6中不能辨識），並且滑動元件60設置有孔64，該孔64具有與滑動軸62的花鍵輪廓相匹配的花鍵輪廓。
滑動軸62具有端部抵接部66。
彈簧68藉由在滑動元件60上推動以將其偏壓到抵靠端部抵接部66的位置來作用。
在所示的實施例中，彈簧68是放置在滑動軸62上的線圈壓縮彈簧，並且滑動元件60被佈置在滑動軸62的端部抵接部66與彈簧68之間。彈簧68的另一端例如藉由致動器56本身被適當地阻礙在適當位置。為此，不管怎樣可以存在另一個抵接部。
滑動軸62被固定地安裝在馬達齒輪10上，如下文更佳地描述的。
在所示的實施例中，致動器56是電磁體。
承載第一帶齒構件52的滑動元件60包括鐵磁性插件74，該鐵磁性插件74被佈置在電磁體56的作用範圍內。
可替代地，承載第一帶齒構件52的整個滑動元件60可以由鐵磁材料74製成。
較佳地，滑動元件60具有細長形狀，帶齒部分52形成在滑動元件60的第一縱向端處，並且鐵磁插件74形成在滑動元件60的與第一縱向端相反的第二縱向端處。
滑動元件60安裝為懸伸在滑動軸62上。
較佳地，在鐵磁性插件74中形成有孔64，該孔64的輪廓與滑動軸62的輪廓相匹配。
較佳地，彈簧68在鐵磁插件74上推動。
在圖4至圖6所示的實施例中，上述電可控裝置50的部件由帶70支撐，帶70經由螺栓72在馬達齒輪10的電動馬達12的殼體16上被緊固在適當的位置，以允許第一帶齒構件52和第二帶齒構件54嚙合。
電可控裝置50可以被不同地固定到馬達齒輪10，例如它可以被固定到齒輪系18的殼體22。
替代被安裝在滑動軸62上，可平移元件60能夠在軌道上平移。
當電磁體56不起作用時，承載第一帶齒構件52的滑動元件60處於圖4和圖5所示的位置，該滑動元件60被彈簧68推靠在滑動軸62的端部抵接部66上。
在此種狀態下，第一帶齒構件52與第二帶齒構件54嚙合。
在此種狀態下，馬達軸14的旋轉被阻礙，因為與馬達軸14一體化的第二帶齒構件54不能將第一帶齒構件52拉動到旋轉狀態，此是由於具有花鍵輪廓的滑動軸62與承載第一帶齒構件52的滑動元件60的孔64之間的防旋轉聯接。
當電磁體56被致動時，它吸引承載第一帶齒構件52的滑動元件60的鐵磁插件74，該滑動元件60克服彈簧68的推動作用沿著滑動軸62滑動，直至第一帶齒構件52脫離第二帶齒構件54，如圖6所示。
在此種狀態下，使馬達軸14自由旋轉。
利用圖示的構造，電可控裝置50具有阻礙馬達12的旋轉的穩定狀態，以及允許馬達12的旋轉的不穩定狀態。
有利地，能量消耗僅限於僅在換擋期間所需的不穩定狀態。
能進一步設計可替代構造，其中阻止旋轉的狀態是不穩定的，並且允許旋轉的狀態是穩定的，或者其中兩個狀態都是不穩定的或都是穩定的。下面參考圖11至圖14描述後一種類型的一些構造。
在圖4至圖6中所示的實施例中，齒輪系18包括：第三帶齒構件或齒輪24，其與馬達軸14的端部（圖4中的下端）同軸並與其一體地旋轉；第四帶齒構件或齒輪26，其與第三帶齒構件嚙合；第五帶齒構件或齒輪28，其與第四帶齒構件26同軸並與其一體地旋轉；第六帶齒構件或齒輪30，其與第五帶齒構件28嚙合；第七帶齒構件或齒輪32，其與第六帶齒構件30同軸並與其一體地旋轉；第八帶齒構件或齒輪34，其與第七帶齒構件32嚙合；第九帶齒構件或齒輪36，其與第八帶齒構件32同軸並與其一體地旋轉；第十帶齒構件或帶齒部分38，其與第九帶齒構件36嚙合並與輸出軸的孔20同軸並與其一體地旋轉。
馬達軸14與馬達齒輪10的輸出軸之間的減速比以本身眾所周知的方式藉由齒輪系18的各種帶齒構件24至38的齒數提供。
較佳地，第三帶齒構件24的直徑小於第四帶齒構件26的直徑；第五帶齒構件28的直徑小於第四帶齒構件26的直徑，並且小於第六帶齒構件30的直徑；第七帶齒構件32的直徑小於第六帶齒構件30的直徑，並且小於第八帶齒構件34的直徑；第九帶齒構件36的直徑小於第八帶齒構件34的直徑。
沒有詳細描述帶齒構件、其它支撐件和間隔件的旋轉軸，因為它們完全在本領域技藝人士的能力範圍內。此外，軸承35是可見的，其旋轉地支撐承載第八帶齒構件34和第九帶齒構件36的軸。
齒輪系18亦可以包括具有與所圖示的數量顯著不同數量的帶齒構件，甚至減少至僅一個齒輪，該僅一個齒輪由與馬達軸14的端部同軸並與馬達軸14的端部一體地旋轉的第一帶齒構件24以及由與輸出軸的孔20同軸並與該孔20一體地旋轉的帶齒構件或帶齒部分38形成，該第一帶齒構件24和帶齒構件或帶齒部分38當然被定位成彼此嚙合。
如圖所示，馬達齒輪10的輸出軸不一定與馬達軸14平行。在可替代實施例中，它們可以是垂直的或甚至傾斜成不同於直角的角度。
齒輪系18可以包括與具有所示的直齒的齒輪不同的帶齒構件。在可替代實施例中，例如，齒輪系18可以包括一或多個齒輪，該一或多個齒輪選自蝸桿齒輪、錐齒輪、冠齒輪（具有側向齒）、具有螺旋齒的齒輪、準雙曲面齒輪等。
電可控裝置50的第一帶齒構件52和第二帶齒構件54亦可以具有與直齒不同的齒。
有利地，如在圖7中明顯地圖示的，第一帶齒構件52和第二帶齒構件54包括自嚙合齒53、55，以便於在馬達軸14的旋轉期間嚙合。
藉由佈置與馬達軸14一體地旋轉的第二帶齒構件54，獲得了如下優點：馬達軸14被阻礙的角位置並不是特別關鍵的，因為馬達齒輪117、118、10的輸出軸127、128（直接地或經由連桿119、120）使鏈條導板113、114移位，利用等於馬達齒輪10的齒輪系18的減速比的係數，鏈條導板113、114經歷比馬達軸14的角位移小得多的位移。此外，儘管馬達軸14以及因此第二帶齒構件54的轉速相對較高，但是必須施加到第二帶齒構件54上以阻礙馬達軸14旋轉的扭矩比較低。
圖4至圖6的實施例的電可控裝置50完全在齒輪系18的保護殼體22的外部，為此，電可控裝置50的可能的置換幹預不會影響齒輪系18。
在剛剛描述的實施例中，第二帶齒構件54是輔助帶齒構件，亦即，該第二帶齒構件54是不作為在齒輪系18中體現的運動鏈的一部分的帶齒構件。
此外，此種佈置僅是可能的各種佈置之一。下面描述一些其它實施例。
圖8圖示一個實施例，其中用元件符號150表示的電可控裝置相對於上述實施例被顛倒地安裝，並且其中用元件符號154表示的第二構件或齒輪與一體地安裝有馬達軸14的第三帶齒構件24重合，其表示齒輪系18的第一帶齒構件。
因此，第二構件154是齒輪系18的活動齒輪24至38中的一個，亦即如下的帶齒構件，其作為在該齒輪系18中體現的運動鏈的有效部分。
在此種情況下，獲得的優點是不需要提供具有從殼體16的兩端離開的馬達軸14的電動馬達12。
此外，滑動軸62穿過用元件符號122表示的殼體，並且具有相對潤滑流體的所有帶齒構件52、154、24至38可以有利地相對於外部環境甚至以緊密的方式被限制。
在未圖示的實施例中，第二構件或齒輪54可以是與馬達軸14一體地安裝在與第三帶齒構件24相同的一端上的輔助帶齒構件，其表示齒輪系18的第一帶齒構件，但不與齒輪系18的第一帶齒構件重合。
圖9圖示電可控裝置250的一個實施例，其中第二帶齒構件254是與齒輪系18的多個齒輪中的一個齒輪嚙合的齒輪，但是在馬達軸14與輸出軸之間的齒輪系18內的運動鏈的外部。在此種特定情況下，僅僅作為一個示例提供，第二帶齒構件254嚙合齒輪系18的第六帶齒構件30。
滑動軸262由殼體222直接支撐，並且電可控裝置250被完全容納在殼體222中。
在其他進一步可替代實施例中，體現第二帶齒構件的輔助帶齒構件可以與齒輪系18的帶齒構件旋轉地一體化，例如與第六帶齒構件30和第七帶齒構件32同軸並與第六帶齒構件30和第七帶齒構件32一體地旋轉的帶齒構件。
在進一步可替代實施例中，第二帶齒構件可以是齒輪系18的活動齒輪24至38中的另一個，亦即如下的帶齒構件，不同於如在圖8的實施例的情況一般與馬達軸14一體化的第三帶齒構件24，其是作為在該齒輪系18內體現的運動鏈的有效部分。
圖10僅作為示例圖示電可控裝置350的此種實施例，其中用354表示的第二帶齒構件與齒輪系18的第六帶齒構件30重合。
此外，在此種情況下，滑動軸362由殼體322直接支撐，並且電可控裝置350被完全容納在殼體322中。
電可控裝置的致動器不一定是電磁體56。下面將描述致動器的一些其它實施例。即使像在圖4至圖6中的實施例中一般，提及第二帶齒構件54在馬達軸14的與齒輪系18的端部相反的端部處的放置，但是應理解，致動器的各種實施例亦可以用在上述電可控裝置的其它實施例中。
圖11圖示電可控裝置450，其包括作為電致動器456的線性電動馬達456，以驅動第一帶齒構件52的平移。
在此種情況下，可平移元件60在滑動軸上不滑動，而是被固定到插入帶70（或在其它實施例中，為用於固定到殼體的支撐件或殼體本身）的孔463中的滑動軸462。滑動軸462和相應的孔463具有不允許往復旋轉的花鍵輪廓或其它輪廓。
彈簧68缺失，並且電可控裝置包括兩個穩定狀態，一個用於阻礙馬達齒輪10的馬達12的旋轉，一個用於允許馬達齒輪10的馬達12的旋轉。
可替代地，致動器456可以是小的氣壓缸或液壓缸。
在其它實施例中，類似於圖12至圖14中所示的實例，分別用550、650、750表示的電可控裝置的電致動器556、656、756包括：旋轉電動馬達576、676、776，其具有蝸桿578、678、778；及用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件，該構件被佈置在蝸桿578、678、778與承載第一帶齒構件52的滑動軸562、662和762之間。
用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件可以以任何合適的方式構造，如本領域技藝人士將根據本說明書理解的一般。
僅作為實例，在圖12的實施例中，用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件包括齒條580，該齒條580與第一帶齒構件52的軸562一體化並與蝸桿旋轉578嚙合。
在圖13的實施例中，該用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件包括：齒條680，該齒條680與第一帶齒構件52的軸662一體化；和齒輪682，該齒輪682與蝸桿678嚙合且與和齒條680嚙合。
齒輪682是以旋轉方式固定的（在所示的情況下，被固定在電路板58上）且具有不同直徑的兩個不同帶齒部分684、686的輪，該兩個不同帶齒部分684、686分別用於與蝸桿678和齒條680嚙合。
然而，此不是必需的，並且它可以有單個齒。亦可以存在其它帶齒構件以在蝸桿678與齒條680之間形成齒輪系。
再可替代地，用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件可以包括：齒條，該齒條與第一帶齒構件的軸一體化；和錐齒輪，該錐齒輪與齒條嚙合且與蝸桿嚙合。
在圖14的實施例中，該用於將運動從旋轉運動轉換成線性運動的構件包括：元件784，該元件784具有與蝸桿778嚙合的帶齒部分786；及鉸鏈聯接件788，該鉸鏈聯接件788具有承載第一帶齒構件52的軸762。
作為所示方案的可替代方案，可以提供單個控制器，其包括被容納在單個電子板上（而不是在兩個板40、58上）的部件，該等部件用於控制電可控裝置50、150、250、350、450、550、650、750和電動馬達12兩者。
較佳地，不管控制器經由容納在單個板上的或兩個板40、58上的部件製成，該控制器都被構造成執行以下步驟：a)接收換檔請求信號；b)使電動馬達12自由旋轉，並且特別地驅動電可控裝置50、150、250、350、450、550、650、750，直至允許電動馬達12的旋轉的狀態；c)當使電動馬達12自由旋轉時，亦即，當電可控裝置50、150、250350、450、550、650、750處於該允許條件下時，驅動電動馬達12以使鏈條導板113、114移位，直至鏈條導板113、114處於預期位置；及d)阻礙電動馬達12的旋轉，特別是驅動電可控裝置50、150、250、350、450、550、650、750直至阻礙電動馬達12的旋轉的狀態。
較佳地，在步驟c)中，經由鏈條導板113、114的位置的感測器的輸出信號來驗證預期位置，在步驟a)中，換檔請求信號由騎自行車者經由合適的控制構件手動地輸入及/或由自行車的換檔桿110的控制電子設備產生，該合適的控制構件例如設置在手動控制裝置107上的槓桿及/或按鈕，該手動控制裝置107被安裝在自行車100的手把108上。
步驟b)和步驟d)例如藉由在電可控裝置50、150、250、350的情況下提供合適的激發電流或電壓給電磁體56或從電磁體56去除合適的激發電流或電壓而發生。
較佳地，使電動馬達12自由旋轉的步驟，特別是驅動電可控裝置50、150、250、350、450、550、 650、750直至允許電動馬達12的旋轉的狀態的步驟，包括激發電可控裝置50、150、250、350、450、550、650、750。
較佳地，阻礙電動馬達12的旋轉的步驟，特別是驅動電可控裝置50、150、250、350直至阻礙電動馬達12的旋轉的狀態的步驟包括中斷電可控裝置50、150、250、350的激發。
在此種情況下，電可控裝置50、150、250、350返回到阻礙電動馬達12的旋轉的狀態是自動的，此特別是由於彈簧68的彈性回復而引起的。
然而，反過來亦是可能的，例如藉由提供將滑動元件60偏壓到脫離位置的彈簧。
如前述，如下構造亦是可能的：其中在驅動直至允許電動馬達12的旋轉的狀態下期間以及在驅動直至阻礙電動馬達12的旋轉的狀態下期間激發電可控裝置450、550、650、750。
在一個實施例中，阻礙電動馬達12的旋轉，特別是驅動電可控裝置50、150、250、350直至阻礙電動馬達12的旋轉的狀態的步驟在驅動電動馬達12的步驟之後執行。
在另一實施例中，阻礙電動馬達12的旋轉，特別是驅動電可控裝置50、150、250、350直至阻礙電動馬達12的旋轉的狀態的步驟與該驅動電動馬達12的步驟的最後部分同時執行。
在第二種情況下，可以更精確地控制第一帶齒構件52和第二帶齒構件54、154、254、354的嚙合位置，並且因此可以更精確地控制由變速器111、112的鏈條導板113、114維持的位置，代價為控制演算法的更高複雜性。
以上是對發明態樣的各種實施例的描述，並且可以在不脫離本發明的範疇的情況下進行進一步的改變。可以改變各種部件的形狀及/或尺寸及/或位置及/或定向。部件的功能可以由兩個或兩個以上部件執行，反之亦然。被圖示為直接連接或彼此接觸的部件可以具有佈置在它們之間的中間結構。附圖中所示的細節及/或參考圖或參考實施例描述的細節可以應用於其它圖或實施例中。並非圖示在附圖中或在相同上下文中描述的所有細節都必須存在於相同的實施例中。相對於先前技術而言被證明是創新的特徵或態樣獨自或結合其它特徵應被視為描述其本身，而不管什麼內容明確地被描述為創新的。
10‧‧‧馬達齒輪12‧‧‧電動馬達14‧‧‧馬達軸16‧‧‧馬達殼體18‧‧‧齒輪系20‧‧‧孔22‧‧‧殼體24‧‧‧第三帶齒構件或齒輪26‧‧‧第四帶齒構件或齒輪28‧‧‧第五帶齒構件或齒輪30‧‧‧第六帶齒構件或齒輪32‧‧‧第七帶齒構件或齒輪34‧‧‧第八帶齒構件或齒輪35‧‧‧軸承36‧‧‧第九帶齒構件或齒輪38‧‧‧第十帶齒構件或帶齒部分40‧‧‧板50‧‧‧電可控裝置52‧‧‧第一帶齒構件54‧‧‧第二帶齒構件56‧‧‧電致動器58‧‧‧板60‧‧‧滑動元件62‧‧‧滑動軸64‧‧‧孔68‧‧‧彈簧70‧‧‧帶72‧‧‧螺栓74‧‧‧鐵磁性插件100‧‧‧自行車102‧‧‧齒輪103‧‧‧齒輪104‧‧‧踏板曲柄105‧‧‧輪轂106‧‧‧後輪107‧‧‧手動控制裝置108‧‧‧手把110‧‧‧換檔桿111‧‧‧前變速器112‧‧‧後變速器113‧‧‧引導元件114‧‧‧引導元件115‧‧‧機電致動器116‧‧‧機電致動器117‧‧‧馬達齒輪118‧‧‧馬達齒輪119‧‧‧連桿120‧‧‧連桿121‧‧‧支撐本體122‧‧‧支撐本體123‧‧‧臂124‧‧‧臂125‧‧‧臂126‧‧‧臂127‧‧‧輸出軸128‧‧‧輸出軸150‧‧‧電可控裝置154‧‧‧第二構件或齒輪/第二帶齒構件222‧‧‧殼體250‧‧‧電可控裝置254‧‧‧第二帶齒構件262‧‧‧滑動軸322‧‧‧殼體350‧‧‧電可控裝置354‧‧‧第二帶齒構件362‧‧‧滑動軸450‧‧‧電可控裝置456‧‧‧線性電動馬達462‧‧‧滑動軸463‧‧‧孔550‧‧‧電可控裝置556‧‧‧電致動器562‧‧‧滑動軸576‧‧‧旋轉電動馬達578‧‧‧蝸桿580‧‧‧齒條650‧‧‧電可控裝置656‧‧‧電致動器662‧‧‧滑動軸676‧‧‧旋轉電動馬達678‧‧‧蝸桿680‧‧‧齒條682‧‧‧齒輪684‧‧‧帶齒部分686‧‧‧帶齒部分750‧‧‧電可控裝置756‧‧‧電致動器762‧‧‧滑動軸776‧‧‧旋轉電動馬達778‧‧‧蝸桿784‧‧‧元件786‧‧‧帶齒部分788‧‧‧鉸鏈聯接件
從以下參照附圖對其一些較佳實施例的詳細描述中，本發明的其它特徵和優點將變得更清楚。關於單個構造圖示和描述的不同特徵可以根據需要相互組合。在下面的描述中，為了說明，相同或相似的元件符號用於表示具有相同功能或類似功能的結構性或功能元件。在圖中：-已經詳細描述的圖1是裝備有根據先前技術的電子換檔桿的自行車的側視圖，-已經詳細描述的圖2是安裝在自行車車架的管上的、根據先前技術的前變速器的透視圖，-已經詳細描述的圖3是根據先前技術的後變速器的透視圖，-圖4是根據本發明的一個實施例的具有電可控裝置的自行車變速器的馬達齒輪的透視圖，-圖5是以截面透視圖圖示的圖4的細節，-圖6是圖4的細節，其中電可控裝置處於第二操作狀態下，
-圖7是以透視圖圖示的電可控裝置的細節，
-圖8至圖10圖示馬達齒輪連同具有電可控裝置的帶齒構件的不同位置的一些其它可能的實施例，以及
-圖11至圖14圖示電可控裝置的電致動器的一些其它實施例。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10‧‧‧馬達齒輪
12‧‧‧電動馬達
14‧‧‧馬達軸
16‧‧‧馬達殼體
18‧‧‧齒輪系
20‧‧‧孔(用於輸出軸)
22‧‧‧殼體(用於齒輪系)
24‧‧‧第三帶齒構件或齒輪
26‧‧‧第四帶齒構件或齒輪
28‧‧‧第五帶齒構件或齒輪
30‧‧‧第六帶齒構件或齒輪
32‧‧‧第七帶齒構件或齒輪
34‧‧‧第八帶齒構件或齒輪
35‧‧‧軸承
36‧‧‧第九帶齒構件或齒輪
38‧‧‧第十帶齒構件或帶齒部分
40‧‧‧板(用於電子電路)
50‧‧‧電可控裝置
52‧‧‧第一帶齒構件
54‧‧‧第二帶齒構件
56‧‧‧電致動器
58‧‧‧第二板(用於電子電路)
60‧‧‧滑動元件
62‧‧‧滑動軸
64‧‧‧孔(滑動元件的)
68‧‧‧彈簧
70‧‧‧帶
72‧‧‧螺栓

Claims (19)

  1. 一種自行車(100)的變速器(111、112)，該變速器(111、112)包括一鏈條導板(113、114)和一電動馬達(12)，該電動馬達(12)使該鏈條導板(113、114)移位，其中該變速器(111、112)亦包括一電可控裝置(50、150、250、350、450、550、650、750)，該電可控裝置被構造成選擇性地阻礙該電動馬達(12)的旋轉以及使該電動馬達(12)自由旋轉。
  2. 如請求項1所述之變速器(111、112)，其中該馬達(12)是一馬達齒輪(117、118、10)的一部分，該馬達齒輪亦包括至少一個齒輪(24、38)。
  3. 如請求項2所述之變速器(111、112)，其中該馬達齒輪(117、118、10)包括一齒輪系(18)。
  4. 如請求項2所述之變速器(111、112)，其中該電可控裝置(50、150、250、350、450、550、650、750)包括：一第一帶齒構件(52)和一第二帶齒構件(54、154、254、354)，該第一帶齒構件(52)被構造成選擇性地嚙合該第二帶齒構件(54、154、254、354)，該第二帶齒構件(54、154、254、354)與該馬達齒輪(10)相關聯，使得其旋轉與該馬達(12)的一馬達軸(14)的旋轉相關聯；及一電 致動器(56、456、556、656、756)，該電致動器被構造成使該第一帶齒構件(52)移位成與該第二帶齒構件(54、154、254、354)嚙合以及脫離嚙合。
  5. 如請求項4所述之變速器(111、112)，其中該第二帶齒構件(54、154)與該馬達軸(14)一體地旋轉。
  6. 如請求項4或5所述之變速器(111、112)，其中該第二帶齒構件(54、254)是一輔助帶齒構件，亦即如下的一帶齒構件，其不是藉由該至少一個齒輪(18)體現的該運動鏈的一部分。
  7. 如請求項6所述之變速器(111、112)，其中該第二帶齒構件(54)與該馬達軸(14)的一第一端一體地旋轉，該至少一個齒輪(18)包括一第三帶齒構件(24)，該第三帶齒構件(24)與該馬達軸(14)的一第二端一體化，該第二端與該第一端相對。
  8. 如請求項6所述之變速器(111、112)，其中該第二帶齒構件(254)與該至少一個齒輪(18)的一帶齒構件(30)嚙合。
  9. 如請求項4或5所述之變速器(111、112)，其中該第二帶齒構件(154、354)是該至少一個齒輪(18)的一活動帶齒構件，亦即如下的一帶齒構件，其是由該至少一個齒輪(18)體現的該運動鏈的一有 效部分。
  10. 如請求項4所述之變速器(111、112)，其中該第一帶齒構件(52)形成在一滑動元件(60)上，該滑動元件(60)能夠沿著與該第二帶齒構件(54)的一旋轉軸線平行的一方向平移。
  11. 如請求項4所述之變速器(111、112)，其中該電可控裝置(150、250、350)的該第一帶齒構件(52)和該第二帶齒構件(154、254、354)被容納在該馬達齒輪(117、118、10)的一殼體(122、222、322)內。
  12. 如請求項4所述的變速器(111、112)，其中該第一帶齒構件(52)是一至少部分鐵磁元件，並且該電可控裝置(50、150、250、350)的該電致動器(56)包括一電磁體(56)。
  13. 如請求項1所述之變速器(111、112)，其中該電可控裝置(50、150、250、350)具有阻礙該馬達(12)旋轉的一穩定狀態和允許該馬達(12)旋轉的一不穩定狀態。
  14. 如請求項1所述之變速器(111、112)，亦包括該電可控裝置(50、150、250、350、450、550、650、750)的及/或該電動馬達(12)的一控制器(40、58)。
  15. 如請求項14所述之變速器(111、112)，其中該電動馬達(12)的該控制器(40)回應於一換檔請求命令。
  16. 如請求項15所述之變速器(111、112)，其中該變速器(11、112)亦包括該鏈條導板(113、114)的該位置的一感測器，並且該電動馬達(12)的該控制器(40)亦回應於該位置感測器。
  17. 一種用於致動一自行車變速器(111、112)的方法，該自行車變速器包括一鏈條導板(113、114)、一電動馬達(12)和一電可控裝置，該電動馬達(12)使該鏈條導板(113、114)移位，該電可控裝置被構造成選擇性地阻礙該電動馬達的旋轉以及使該電動馬達自由旋轉，該方法包括如下步驟：-接收一換檔請求信號，-使該電動馬達(12)自由旋轉，-當使該電動馬達(12)自由旋轉時，驅動該電動馬達(12)以使該鏈條導板(113、114)移位，直至該鏈條導板(113、114)處於一預期位置；及-阻礙該電動馬達(12)的旋轉。
  18. 如請求項17所述之方法，其中使該電動馬達(12)自由旋轉的步驟包括以下步驟：激發被構造成選擇性地阻礙該電動馬達(12)的旋轉以及使該電 動馬達(12)自由旋轉的該電可控裝置(50、150、250、350、450、550、650、750)。
  19. 如請求項17或18所述之方法，其中阻礙該電動馬達(12)的旋轉的步驟包括以下步驟：中斷被構造成選擇性地阻礙該電動馬達(12)的旋轉以及使該電動馬達(12)自由旋轉的該電可控裝置(50、150、250、350)的激發。
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