專利名稱：自行車變速設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自行車變速設備，該類型變速設備包括至少一個變速器裝置，該裝置有指定連接到自行車框架上的第一主體，以及有第二主體，第二主體能夠相對于第一主體移位，以引起自行車鏈條在多個鏈輪上的選擇性接合，從而得到該設備的不同變速比；電促動器，用以驅動變速器裝置的第二主體的移位；電子控制裝置，用以控制所述電促動器；手動激活裝置，連接到所述電控制裝置上，激活所述電促動器以選擇所需要的齒輪；用于探測變速器裝置的第二主體的位置以及向所述控制裝置指示所述位置的裝置，以便一旦達到所要求的位置后使電促動器自動失效；其中所述電促動器與所述變速器裝置直接相連。
上述類型的變速設備在US-A-5 480 356中有說明和展示，該專利歸同一申請人所有。
附1所示為用參考數(shù)字1表示的賽車，賽車包括以眾所周知的形式用管狀元件制成的框架2，管狀元件包括支承后輪4的支柱3。參考數(shù)字5為支承前輪6的、與手把70相連的前叉，手把70也做成管狀結構。
在其下部，框架2承托著基本上為通常類型的曲柄組件7，以依靠用數(shù)字8表示的根據(jù)本發(fā)明的變速器設備來驅動后輪4。
變速設備8主要包括后部組件9和前部組件10，后部組件9和前部組件10以眾所周知的方式包括與后輪4的軸A同軸的不同直徑的多個鏈輪11，以及與自行車曲柄組件7的軸B同軸的不同直徑的多個冕狀齒輪12。
鏈輪11和冕狀齒輪12可以通過傳動鏈條來有選擇地進行連接，傳動鏈形成封閉環(huán)13，通過激活形成后部組件9的一部分的后變速器裝置14和屬于前部組件10的前變速器裝置15，得到由變速設備8提供的不同的傳動比。
圖2所示為根據(jù)US-A-5 480 356中提出的解決方案制成的后變速器裝置14。后變速器裝置14包括第一主體16，設計成連接到自行車框架上；以及第二主體17，通過包括兩條臂18和19的平行四邊形連桿裝置連接到第一主體16上，臂18和19的端部在20,21和22,23處鉸接到兩主體16和17上。第二主體17以眾所周知的方式包括承托傳動鏈輪25和26的搖臂24。
參考數(shù)字27表示電促動器，其形式為與減速齒輪結合的電動馬達，減速齒輪直接裝入變速器裝置14中，以驅動第二主體17的移位，隨后驅動搖臂24的、在鏈條3與鏈輪11的多個結合位置之間的移位。
圖3所示為形成US-A-5 480 356中所述設備實物的附帶減速齒輪的馬達組件27。在所述圖中，用數(shù)字28表示的馬達和減速齒輪組件27的主體，用放大的橫截面圖示出。主體28不僅包括馬達27，還包括與從電動馬達27中伸出的主軸相連的外擺線減速齒輪29。外擺線減速齒輪29驅動螺桿30的轉動。如圖2中所示，馬達和減速齒輪組件的主體28繞軸22以鉸鏈連接器連接到變速器裝置的主體16上，而螺桿30與螺帽31接合，螺帽31的主體以鉸接形式繞軸21安裝在變速器裝置的主體17上。結果，馬達和減速齒輪組件位于平行四邊形連桿裝置的對角線上，且馬達的轉動通過擺線齒輪29引起螺桿30相應的轉動，從而螺帽31沿螺桿移動，導致平行四邊形連桿裝置的軸21和22之間距離的拉長或縮短。
如圖3所示，馬達和減速齒輪組件的主體28還包括裝置32，裝置32包括編碼器，編碼器包括以眾所周知的方式與螺桿30所帶的盤34配合的光學或磁傳感器。
供給馬達和減速齒輪組件27的電能由電池30′(

圖1)提供，電池極方便地放置在自行車框架2的管之一中，或者放置在手把70的一側中，或者放置在微處理器控制裝置40(在圖1中部分可見)的容器中；微處理控制裝置40例如可以連到在曲柄組件區(qū)域內(nèi)的自行車框架上，并用于根據(jù)來自兩手動控制桿43和44(也可用兩個按鈕代替)的信號控制電動馬達27，控制桿43和44與眾所周知的形式與制動桿41(圖1)相連使用。
微處理器裝置40還與編碼器32相連，編碼器32探測螺桿30的角位置，以及探測隨后的后變速器裝置的角位置，以便在抵達所需的傳動齒輪時停止電動馬達，所述齒輪通過手動操作控制桿43和44(操縱控制桿以將鏈條分別轉換到更高或更低的齒輪上)來進行選擇。在上述電動部件之間的連接，在上述眾所周知的解決辦法中，依靠方便地放置在自行車框架2的管內(nèi)的線(在圖中未示出)來進行。
上述較早的申請描述了使用任何類型編碼器來提供探測變速器裝置的第二主體位置的裝置的機會。根據(jù)申請人過去的經(jīng)驗，使用了增量編碼器。但使用此類傳感器，在供應給編碼器的任何的電力中斷之后，都必須要進行編碼器再校準的過程，該過程通過將變速器裝置移動到編碼器作為零基準的位置來進行。對增加帶電池電源系統(tǒng)的自行車自主性的需求日漸增加，由此減少電力消耗的要求也日漸增加，意識到這一點很重要。為此，可以使用控制系統(tǒng)，只在需要滿足要求的時間段內(nèi)供給能量，然后系統(tǒng)轉入低消耗狀態(tài)。即使采用增量傳感器，也可采用一些對策將探測到的位置值儲存在控制裝置的邏輯電平中，這是事實。但，這樣的解決辦法也許不足以保證傳感器的可靠性，因為當不供電時，變速器裝置的第二主體的位置可能因在運動中自行車容易受到振動而有小的變化。
本發(fā)明的目的是獲得在本說明書開頭所述類型的變速器，其中即使是在例如電力供應中斷的情況下，探測齒輪可動主體位置的裝置，也總是保證對所述位置的可靠的和準確的指示。
為了達成所述目的，本發(fā)明的客體是有所有在本說明書開頭所述特征的變速器設備，且其特征還在于探測裝置由與所述變速器裝置相連的絕對電傳感器組成，并設計成產(chǎn)生指示變速器裝置所述第二主體絕對位置的電信號。
由于所述特征，該傳感器總是能提供關于變速器裝置第二主體位置的準確信息，而在供電中斷后無需任何再校準過程。
在一優(yōu)選實施例中，所述傳感器為電位計，該電位計包括至少一條導電跡線，以及作為變速器裝置所述第二主體的相對于第一主體的任何運動的結果、在所述跡線上滑動的觸頭。在所述實施例的第一個例子中，所述電位計為旋轉型的，包括至少一條環(huán)形跡線以及一個與所述跡線接合的可轉動觸頭。在第二個例子中，電位計為滑動電位計，包括帶有上述跡線的柱體，以及在柱體內(nèi)滑動的攜帶可動觸頭的桿。
絕對傳感器可以直接與促動器相連，或者可以放置在變速器裝置的兩部分之間，作為所述第二主體相對第一主體運動的結果，變速器裝置的兩部分彼此相對運動。例如，在變速器裝置有將第一主體連接到第二主體上的平行四邊形連桿裝置的情況下，轉動電位計可以與平行四邊形連桿裝置的任何鉸鏈軸相連使用，或者可以將滑動電位計布置在平行四邊形連桿裝置的彼此相對運動的兩部分之間，或者將滑動電位計布置在馬達主體和螺帽之間，螺帽與由馬達驅動的螺桿接合。
在電位計安裝在促動器軸上的情況下，電位計最好放在減速裝置的下游，這樣，當變速器裝置在其兩端位置之間移動時，電位計行程少于一轉。此外，可以在電位計自身中帶有減速齒輪，或者可以在提供電位計的同時，提供計算軸轉數(shù)的裝置，電位計安裝于軸上。
絕對傳感器可以不必為電位計；例如，可以為光學或磁類型傳感器，諸如霍爾效應傳感器。
從以下參照附圖的說明中，將會突現(xiàn)出本發(fā)明的進一步的特征和優(yōu)點，附圖只作為范例而非限定其范圍，其中圖1為賽車透視圖，圖2為根據(jù)已知技術制造的后變速器裝置的透視圖，
圖3為形成圖2中的變速器裝置的一部分的、馬達和減速齒輪組件的分解透視圖，圖4為根據(jù)本發(fā)明制成的后變速器裝置第一實施例的正視部分橫截面圖，圖5為沿圖4直線Ⅴ-Ⅴ截取的橫截面圖，圖6為沿圖5直線Ⅵ-Ⅵ截取的橫截面圖，圖7為根據(jù)本發(fā)明制成的后變速器裝置第二實施例的透視圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的第三實施例制成的后變速器裝置的前視圖，圖9為圖8細部的按比例放大的分解橫截面圖，圖10為根據(jù)本發(fā)明第一實施例制成的自行車前變速器裝置的透視圖，圖11為圖10前變速器裝置的部分橫截面圖，圖12為對應圖11中所示的、展示前變速器裝置在不同工作狀態(tài)下的視圖，圖13和14展示圖11和12中所示前變速器裝置的變型。
在圖4中，對應圖2中所示的部分用相同的參考數(shù)字表示，在圖4中所示的后變速器裝置的總體布置，基本上與圖2中所示相同。同樣，馬達和減速齒輪組件有在22處與變速器裝置的第一主體16鉸接的主體28，且組件控制與螺帽31接合的螺桿30，螺帽31在21外與變速器裝置的第二主體17鉸接。但在圖4的情況下，探測第二主體17的位置的裝置不是由與馬達27相連的編碼器組成，而是由與平行四邊形連桿裝置的鉸鏈軸21安裝在一條線上的傳感器50組成。更特別地，傳感器50為絕對傳感器，即傳感器設計成產(chǎn)生指示第二主體17絕對位置的電輸出信號。在圖4的實施例中，傳感器50包括轉動電位計，該電位計能夠探測第二主體17相對于銷51(見圖5和圖6)的絕對角位置，銷51使主體17能夠繞軸21鉸接到平行四邊形連桿裝置的臂18上。所述銷51相對于主體17自由轉動，并與平行四邊形連桿裝置的臂18剛性連接，從而銷51繞主體17的一定的相對轉動，明確地對應主體17的一定位置。如圖5和圖6中所示，傳感器50包括兩條環(huán)形導電跡線52，均由與軸21同軸的主體17支承；以及包括轉動觸頭53，觸頭53與銷51一起轉動，并有分別與兩條跡線52以滑動接觸接合的兩個觸點54(見圖6)。兩條跡線52靠電線55與電源電連接，可動觸頭53用于閉合兩跡線之間的電路，可動觸頭53位置的任何變化，以已知的方式引起可測量電阻的變化，從而產(chǎn)生指示可動主體17絕對位置的信號。
圖7所示為第二實施例，與圖4中所示實施例的不同之處只在于轉動電位計54不是布置成與鉸鏈軸21在一條線上，而是與平行四邊形連桿裝置的其它鉸鏈軸(即鉸鏈軸23)在一條線上。此外，變速器裝置的結構和電位計50的結構與參照圖4-6所述的實施例相同。
圖8所示為使用絕對傳感器的另一實施例，該實施例包括滑動柱狀類型電位計56。在圖9中以示意圖展示了電位計56的結構。所述電位計包括柱體57，柱體57包括面對面布置的兩條導電跡線58，由電線59供電。在柱體57中有帶元件61的滑動桿60；元件61更象是活塞位于柱體內(nèi)，起到活動觸頭的作用，設計成通過將兩條跡線58連接到一起來閉合電路；因而同樣的，組件的電阻視桿60的位置而定。
如圖8中所示，傳感器56與馬達27一樣，也位于平行四邊形連桿裝置的對角線上(位于平行四邊形之外，在此處傳感器56不會與馬達相碰觸)。柱體57在62處鉸接到固定主體16上，而桿60在63處鉸接到平行四邊形連桿裝置(與一般在已有變速器裝置中使用的、連接撓性控制線的平行四邊形連桿裝置類似)的臂18的附件18a上。
圖10-12所示為本發(fā)明應用到前變速器裝置上的另一實施例。同樣，以從所周知的形式，前變速器裝置由第一主體16和第二主體17組成；第一主體16設計成以某種已知的形式連接到自行車框架上；第二主體17根據(jù)已有的方法做成叉的形式，以控制與曲柄組件相連的冕狀齒輪12上的鏈條的選擇性接合。同樣，主體17也與眾所周知的方式通過平行四邊形連桿裝置連到固定主體16上；平行四邊形連桿裝置包括兩條臂18和19，臂18和19分別在20,21和22,23處鉸接到固定主體16和可動主體17上。此外，在本發(fā)明的情形中，臂18伸展到操縱桿60中；操縱桿60的移動由前述類型的馬達和減速齒輪組件27來控制，操縱桿60安裝到固定主體16上，以便繞平行于平行四邊形連桿裝置的軸20-23的軸90擺動。馬達和減速齒輪組件27使螺桿30旋轉，螺桿30與在61處鉸接到操縱桿60上的螺帽31相接合。圖11和12展示了叉形的在其兩端部位置的可動主體17。
在后變速器裝置的情況下，同樣用絕對傳感器來探測可動主體17的位置。在圖11和12的例子中，所述傳感器為與鉸鏈軸20相連的轉動電位計，該電位計包括與臂18和操縱桿60相連的轉動觸頭53，轉動觸頭53在固定主體16上的弧形跡線52上滑動。
最后，圖13和14所示為除了采用滑動電位計56之外，基本上與圖11和12中所示實施例相同的變型，滑動電位計56包括在引導元件57內(nèi)的以滑動接觸方式接合的桿60。傳感器56的內(nèi)部結構，與圖9中所示例子的結構極其相似，意在使桿60能進行可動接觸，該可動接觸設計成將位于引導元件57內(nèi)表面上的兩條相對的跡線相連。
顯然，從以上描述中可知，本發(fā)明的基本原則是實現(xiàn)用直接與變速器裝置相連的馬達來驅動的變速裝置，以及實現(xiàn)用以探測由馬達控制的可動主體位置的傳感器，該傳感器為絕對類型，即，傳感器設計成產(chǎn)生指示可動主體絕對位置的輸出信號。雖然最好以電位計的方式來實現(xiàn)所述傳感器，但也可以用其它類型的絕對傳感器。
例如，光學或甚至磁(如霍爾效應)類型的絕對傳感器也眾所周知，該類傳感器適合于產(chǎn)生指示所探測元件絕對位置的輸出信號。
同樣明顯地從以上描述中可知，由于絕對傳感器的使用，不管任何的電源斷開，或當自行車在運動過程中設備經(jīng)受的任何撞擊或振動，根據(jù)本發(fā)明制成的設備總是能夠提供關于移位元件位置的可靠的和準確的指示。
也很顯然的是，根據(jù)在此用例舉的形式描述和展示的實施例，絕對傳感器的位置可以變化極大。從帶有平行四邊形連桿裝置的變速器裝置的情形中可以看出，傳感器可以放置成與平行四邊形連桿裝置的任一鉸鏈軸在同一條線上，或傳感器可以放置在變速器裝置的彼此相對運動的任何兩部分之間，變速器裝置任何兩部分的彼此相對運動是變速器裝置可動主體的任何移位的結果?；蛘?，傳感器能夠與附帶減速齒輪的控制馬達組件直接相連。顯然，當傳感器安裝得離要監(jiān)測的元件越近時，來自傳感器的信號越準確，從而其信號不受任何驅動元件或相應的間隙的影響。
最后，至于電動控制馬達，可以明顯地用任何眾所周知的形式制造。例如，可以用帶電刷觸點的直流馬達，超聲波馬達，步進馬達，或無電刷式馬達。
根據(jù)本發(fā)明制成的設備部件之間的電連接，還可以用無線類型技術來實現(xiàn)，該技術中采用與各部件相連的發(fā)射器和接收器。
當然，對本發(fā)明的原則不應帶任何偏好，實施例的結構細節(jié)和類型相對于例舉描述和展示的形式可以有極大的變化，而該變化不會脫離本發(fā)明的范圍。
權利要求
1．自行車變速設備，包括至少一個變速器裝置(14,15)，該裝置有設計成連接到自行車框架(2)上的第一主體(16)，以及能夠相對于第一主體(16)移位的第二主體(17)，以引起自行車鏈條(13)在多個鏈輪(11，12)上的選擇性接合，從而得到該設備的不同變速比；電促動器(27)，用以驅動變速器裝置的第二主體(17)的移位；電子控制裝置(40)，用以控制所述電促動器(27)；手動激活裝置(43,44)，連接到所述電控制裝置(40)上，激活所述電促動器(27)以選擇所需要的齒輪；用于探測變速器裝置的第二主體(17)的位置以及向所述控制裝置(40)發(fā)出所述位置信號的裝置(50)，以便一旦達到所要求的位置后使電促動器(27)自動失效；其中所述電促動器(27)與所述變速器裝置(14,15)直接相連，其特征在于所述探測裝置包括與所述變速器裝置(14,15)相連的絕對電傳感器(50)，并設計成產(chǎn)生指示變速器裝置第二主體(17)的絕對位置的電輸出信號。
2．根據(jù)權利要求1的變速設備，其特征在于所述變速器裝置為自行車的后變速器裝置，包括將所述第二主體(17)連接到所述第一主體(16)上的平行四邊形連桿裝置，且所述電促動器(27)的軸沿平行四邊形連桿裝置的對角線布置，以改變平行四邊形兩對角之間的相對距離。
3．根據(jù)權利要求1的變速設備，其特征在于所述變速器裝置為自行車的前變速器裝置，包括將所述第二主體(17)連接到第一主體(16)上的平行四邊形連桿裝置(18,19)，所述電促動器(27)由所述第一主體(16)攜帶，并設計成能驅動連接到臂(18)上的桿(60)，臂(18)形成所述平行四邊形連桿裝置(18,19)的一部分。
4．根據(jù)權利要求3的變速設備，其特征在于所述電促動器(27)安裝在所述第一主體(16)上，從而其可繞平行于平行四邊形連桿裝置的鉸接軸的軸(90)轉動。
5．根據(jù)權利要求2或3的變速設備，其特征在于所述傳感器(50)為電位計，電位計包括至少一條導電跡線(52,58)以及可動觸頭(53,61)，作為變速器裝置的所述第二主體(17)的相對于第一主體(16)的任何移動的結果，可動觸頭(53,61)沿所述跡線(52,58)移動。
6．根據(jù)權利要求5的變速設備，其特征在于所述傳感器為轉動電位計(50)，包括至少一個環(huán)形跡線(52)以及一個與環(huán)形跡線接合的可轉動觸頭(53)。
7．根據(jù)權利要求5的變速設備，其特征在于所述傳感器為滑動電位計(56)，包括帶有前述跡線(58)的柱體(57)，以及帶有在柱體內(nèi)滑動的可動觸頭(61)的桿(60)。
8．根據(jù)權利要求2或3的變速設備，其特征在于所述電觸動器(27)包括電動馬達，且所述絕對傳感器(50)直接與所述電動馬達(27)的軸相連。
9．根據(jù)權利要求2或3的變速設備，其特征在于所述絕對傳感器(50)放置在變速器裝置的兩部分之間，作為第二主體(17)相對第一主體(16)移動的結果，變速器裝置的兩部分彼此相對移動。
10．根據(jù)權利要求6的變速設備，其特征在于所述轉動電位計(50)與平行四邊形連桿裝置的鉸鏈軸相連。
11．根據(jù)權利要求7的變速設備，其特征在于所述滑動電位計(56)大致沿平行四邊形連桿裝置的對角線放置。
12．根據(jù)權利要求7的變速設備，其特征在于所述電促動器(27)包括電動馬達，且所述滑動電位計(56)放置在馬達主體(28)和螺帽(31)之間，螺帽(31)與由馬達控制的螺桿(30)接合。
13．根據(jù)權利要求1的變速設備，其特征在于所述傳感器為光學傳感器。
14．根據(jù)權利要求1的變速設備，其特征在于所述傳感器為磁傳感器。
15．根據(jù)權利要求2的變速設備，其特征在于所述電促動器(27)包括電動馬達，所述馬達(27)有通過傳動螺桿/螺帽(30,31)與所述第二主體(17)相連的輸出軸。
16．根據(jù)權利要求15的變速設備，其特征在于馬達(27)的主體(28)安裝成能夠與平行四邊形連桿裝置的鉸鏈軸(22)在一條線上擺動；且前述螺帽(31)安裝成繞平行四邊形連桿裝置的相對的鉸鏈軸(21)擺動，并與由馬達(27)驅動的螺桿(30)接合。
17．根據(jù)權利要求3的變速設備，其特征在于所述電促動器(27)包括電動馬達，所述馬達(27)有通過傳動螺桿/螺帽(30,31)與所述第二主體(17)相連的輸出軸。
18．根據(jù)上述權利要求其中之一的變速設備，其特征在于至少在設備某些部件之間的電連接通過無線連接來實現(xiàn)。
19．根據(jù)權利要求8的變速設備，其特征在于傳感器為安裝在電動馬達軸上的可轉動電位計。
20．根據(jù)權利要求19的變速設備，其特征在于減速器插入到電位計和電動馬達軸之間，從而當變速器裝置在其兩端部位置之間移動時，電位計行程少于一轉。
21．根據(jù)權利要求19的變速設備，其特征在于電位計包括減速器。
22．根據(jù)權利要求19的變速設備，其特征在于計算馬達軸轉數(shù)的裝置與電位計相連。
全文摘要
一種馬達驅動的自行車變速設備,包括:變速器裝置(14),和控制變速器裝置(14)的直接與變速器裝置相連的電動馬達(27),以及絕對類型電傳感器(50,56),該傳感器也與變速器裝置相連,并設計成產(chǎn)生指示變速器裝置(14)的可移動主體(17)的絕對位置的電信號。
文檔編號B62M9/122GK1296896SQ0012836
公開日2001年5月30日 申請日期2000年11月23日 優(yōu)先權日1999年11月23日
發(fā)明者V·坎培諾洛 申請人:坎培諾洛有限公司