CN105848994A - 用于自行车的自供电换档装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于自行车的换档装置，包括：适合于传送编码和/或非编码信号的换档控制组件(A1)；适合于应用到拨链器(B4.1，B4.2)上并适合于接收所述信号的致动器组件(A3.1，A3.2)，以及所述信号的至少一个管理控制单元(A2)。所述装置包括一台适合于产生电能的设备，用于给所述控制组件(A1)中的一个或多个和/或所述单元(A2)和/或所述致动器(A3.1，A3.2)提供动力和/或用于对一个或多个可能的电池进行充电/再充电。

Description

用于自行车的自供电换档装置
技术领域
本专利涉及自行车，特别地，涉及一种用于自行车的新型自供电换档装置，其具有回收自行车操作期间分散或消散的能量的***，以便给所述装置供给动力和/或对所述装置的一个或多个电池进行充电。
背景技术
现有技术包括具有多级齿轮的自行车，所述多级齿轮包括：并排固定到后轮轴上的两个或更多个齿形轮、固定到踏板曲柄的轴上的一个或多个齿形轮、接合与踏板曲柄有关的齿形轮和后轮上的齿形轮的链条。
对每组并排齿形轮(也称为链轮盒)而言，存在由骑车人控制的称为拨链器的机构，所述机构移动链条，使链条与并排齿形轮之一接合。后拨链器使链条平行于轮轴的轴线移动而前拨链器使链条平行于踏板曲柄的轴线移动。
当前，拨链器由控制杆或表盘控制，所述控制杆或表盘位于车把把手附近的车把上或集成到车把把手中，并通过在护套、管道或线缆引导件中滑动线缆来与拨链器机构自身连接，这具有许多缺点：污垢积聚于护套中，对于安装而言的障碍物、时间和劳力，校准操作等。
现有技术包括用于拨链器的机电控制的已知***，所述***包括电气控制件，其位于车把把手上或在车把把手附近，通过电缆与机电致动器连接，所述机电致动器置于拨链器机构上或与拨链器机构成一体。
这些机电控制***避免了使用具有护套的线缆，但仍需要电控制线的通道。
在自行车上的这些和其它装置需要电力。出于该目的，使用电池在本领域中是已知的，但它们涉及许多缺点：尺寸，重量，需要更换和充电，以及对环境的影响(尤其是涉及废品处理过程)。
回收电能以在自行车上产生电能的装置在现有技术中也是已知的，比如发电机，所述发电机设置成与车轮的轮辋相接触，并且所述发电机具有在踩踏板时产生阻力的已知缺点。
迄今为止，不存在回收通常在自行车操作期间消散或分散的能量的装置。
通常被消散或分散的能量的例子包括(例如)：由于自行车在其运动期间所承担的机械应力和振动而产生的动能；在自行车使用期间由自行车的机械部件(例如)在制动器或车轮的轮胎上产生的热能；由骑车人产生的热能；在由于自行车的金属运动部件引起的运动中在安装于磁体组上的绕组中感应出的涡电流。
发明内容
本专利的对象是一种用于自行车的新型自供电换档装置，其具有回收自行车操作期间消散或分散的能量的***，以便给所述装置供给动力和/或对所述装置的一个或多个电池进行充电。
本发明的主要任务是具有一种自供电装置，其中用于所述装置的电源的电能回收自在自行车正常操作期间所消散或分散的能量。
本发明的另一个目的是避免需要连接到电源或更换电池。
本发明的再一个重要目的是直接给电路供电。
本发明的又一个重要目的是能够例如通过对一个或多个电池进行充电来回收所产生的过剩能量。
本发明的另一个目的是减少发送命令以便换档所需的耗电。
本发明的另一个目的是还能利用可再生能源的其它来源，以便给所述装置提供动力和/或对一个或多个电池进行充电，从而限制对环境的影响，因为它限制了能量的消耗，并解决了处理电池的问题。
这些和其它目的(直接的和互补的)通过用于自行车的新型自供电换档装置来实现，所述换档装置具有回收自行车操作期间所消散或分散的能量的***，以便给所述装置供给动力和/或对所述装置的一个或多个电池进行充电。
本发明适合于安装在自行车上，且在其主要部件中包括：
·自行车的至少一个换档控制组件，其适合于传送编码和/或非编码信号；
·一个或多个致动器组件，其适合于应用到拨链器上并接收编码和/或非编码信号；
·至少一个管理控制单元，其适合于接收来自控制组件的信号，以便对它们进行处理和/或验证，并把它们传送到致动器装置；
并且其中，所述新型装置还包括至少一个适合于发电的单元，以便直接或间接地给组件中的一个或多个和/或管理控制单元提供动力，其中通过回收自行车操作期间消散或分散的能量来产生电能。
该回收的电能也可用于对一个或多个电源电池进行充电/再充电。
该至少一个能量产生单元集成到自行车本身(例如安装在自行车上)或连接至骑车人上。
因此，想要做的是使用可从替代来源获得的那些形式的能量来发电(“能量收集”)，并且更具体地，想要做的是回收在自行车操作期间消散或分散的能量，尤其是：因自行车在其运动期间所承受的机械应力和振动而导致的动能；在自行车使用期间由自行车的机械部件(例如)在车轮的轮胎或制动器上产生的热能；由骑车人产生的热能；以及在由于自行车的金属运动部件引起的运动中在安装于磁体组上的绕组中感应出的涡电流。
所述发电单元针对在操作和/或待用期间给自行车的电路直接供电而言特别有用，并且其中，如果有过剩能量产生，则可设想使用一个或多个电池或蓄电池来存储所产生的过剩能量。
替代地，该单元直接给一个或多个电池供电，并通过这些电池，在操作和/或待用期间给自行车的电路供电。
下面将描述所述新型装置的操作。
优选地，在控制组件、管理控制单元和致动器之间的信号传送/接收是无线类型的，例如通过无线电通信和/或红外装置和/或GPS装置和/或使用移动装置(例如移动电话、智能电话、平板电脑或类似物)和/或通过电容式和/或电感式传送。
详细地说，该控制组件(例如)适合于在车把把手附近固定到车把上，并且优选地包括至少两个控制按钮或控制杆。
在一个可能的实施例中，指令部件包括其自身的电池或蓄电池，其中电池或蓄电池是可替换的或者可通过将其连接到普通电池充电装置来再充电。换档装置的电池或蓄电池连接到或适合于连接到电能产生单元上。
替代地，换档装置能够直接连接到或适合于连接到电能产生单元上。
在一个优选实施例中，控制组件包括至少一个电容式耦合传送器和至少一个电感式耦合传送器。
控制组件的电容式传送器适合于产生用于每个按钮的编码信号。特别地，由电容式传送器产生的信号经骑车人的身体通过电容式耦合来输入。
第一控制组件的电感式传送器适合于产生用于每个按钮的编码信号。特别地，由电感式传送器产生的信号经自行车的车架通过电感式耦合来输入，使得它们可在自行车的车架中任何金属点处进行检测。
所述管理控制单元适合于固定到自行车车架或其它部件上。在优选实施例中，管理控制单元封装在紧凑本体中，并适合于固定到拨链器上，例如优选地固定到前拨链器上。
管理控制单元还适合于附接到自行车的任何其它部件上并且利用或不利用线缆连接到致动器中的一个或两者上。
在一个可能的实施例中，管理控制单元和至少一个电池是一体的并安装在拨链器中，优选地安装在前拨链器中。
在所述优选实施例中，管理控制单元和至少一个电池是一体的，并安装在自行车上的至少一个其它部位中，优选地靠近或对应于后制动器的中央螺钉。
在一个可能的替代实施例中，管理控制单元和控制组件可集成到单个紧凑本体中。在该实施例中，控制组件的按钮直接诱导管理控制单元，以发射对应的编码信号。
在所述优选实施例中，所述管理控制单元进而包括至少一个控制和指令电路，至少一个电容式接收器，至少一个电容式传送器，至少一个电感式接收器，以及至少一个电感式传送器。
管理控制单元可能包括电池或蓄电池，其中电池可与管理控制单元分开或连结到管理控制单元上。替代地，管理控制单元直接连接到发电单元上。
管理控制单元的所述可能的电池或蓄电池优选为可再充电类型的，连接到或适合于连接到发电单元上。
所述管理控制单元适合于接收和分析通过骑车人的身体借助于电容式耦合传送的以及通过自行车的车架借助于电感式耦合传送的编码信号，并且进而适合于传送通过金属车架电感式耦合的和通过骑车人自己的身体电容式耦合的编码信号。
管理控制单元可以包括GPS接收器、和/或自行车车轮的速度计的接收器、和/或位置或倾斜传感器、和/或心率传感器接收器、和/或WiFi传送器/接收器、和/或蓝牙传送器/接收器。
一个或多个致动器组件中的每一个均适合于应用到相关的拨链器机构上或集成到拨链器机构中。
在所述优选实施例中，致动器组件中的每一个均包括至少一个电容式接收器、至少一个电感式接收器、和至少一个具有电动机的机构。
致动器组件中的每一个均适合于连接到发电单元。替代地或组合地，致动器装置中的每一个还可以包括至少一个电池或蓄电池，其中电池或蓄电池进而优选地可连接到或连接到发电单元。
致动器组件中的每一个均适合于接收通过自行车车架借助于电感式耦合和通过骑车人的身体借助于电容式耦合传送的编码信号，并适合于相应地激活拨链器以便使链条移动到在前或在后的链轮上。
电容式耦合和电感式耦合二者均优选地在低频、中频、高频射电频率中或在10千赫与100兆赫之间的频率范围内操作。
所述新型自供电换档装置的操作如下。
当用户想要换档时，用户按控制组件上的适当按钮。
结果，控制组件通过骑车人的身体借助于电容式耦合和/或通过金属车架借助于电感式耦合发出第一编码信号。
所述管理控制单元检测编码信号，分析给定指令的正确性和适用性，并进而通过骑车人的身体借助于电容式耦合和/或通过金属车架借助于电感式耦合发出第二编码信号。
致动器组件中的每一个检测第一编码信号而不执行任何动作。致动器组件中的每一个还借助于电容式接收器和/或电感式接收器检测第二编码信号，并激活拨链器，以便根据接收到的编码信号使链条移动到在前或在后的链轮上。
能够在管理控制单元中存储一些与坡度和/或速度和/或地理位置和/或心率检测器关联的自动操作参数，比如：
-自动选择将用于训练的初始和/或最终段的传动比；
-自动选择将用于上坡和/或下坡段的传动比，以便使骑车人的施力保持恒定；
-根据训练课程的预设时间，自动选择将用于各段的传动比(无论是通过里程还是时间来确定)；
-在每次爬坡前立即自动换档；
-最佳地将后轮的齿形轮与踏板曲柄的链轮组合起来，以便获得和/或维持期望的传动比。
所述新型装置可以包括单个控制组件，其具有增大传动比的按钮或控制杆、减小传动比的按钮或控制杆、以及单个管理控制单元。
替代地，所述新型装置可以包括与管理控制单元成一体的单个控制组件。
所述新型装置包括一个或优选地两个致动器组件，每个组件应用到或集成到前后拨链器中的一个上。
通过作用在控制组件的按钮上，管理控制单元针对在先或在后变速比与当前变速比的关系确定并选择踏板曲柄和后轮的哪个齿形轮是最适合的，从而给所述一个或多个致动器中的每一个发送编码信号。
致动器组件中的每一个均可以在收到通过电容式耦合和电感式耦合传送的信号时，或仅在预先设立的时间段内收到借助于电容式耦合和电感式耦合传送的相同信号时控制拨链器的激活。
以这种方式构造的用于自行车的新型换档装置不需要应用和维护线缆、套筒、回路，不需要应用和固定电线，并且还不受可在骑行期间碰到的射频干扰的影响。
此外，所述新型自行车换档装置只需有限的能耗来控制传动比的改变。
此外，在待用状态下，电子管理控制单元需要最小量的能量。
如指出的那样，所述新型装置包括至少一个发电单元，其适合于零成本地产生能量，以便直接或间接地给管理控制单元和/或控制组件和/或拨链器的致动器提供动力和/或对一个或多个电池进行再充电。
特别地，发电单元回收自行车运行期间消散或分散的能量，也就是由骑车人或由自行车运动时发生的摩擦所产生的热能，和/或自行车的运动或自行车部件的运动所导致的动能。
实际上，使用非再生能源的所有装置(比如燃机)、或阻碍或限制自行车操作的装置(比如发电机，其在踏板行程中产生阻力)均被排除在外。
这些装置尤其适合于对那些在低电压下操作的电子装置和组件进行供电。
根据第一优选实施例，所述新型自供电换档装置包括至少一个压电类型的电子装置，该电子装置适合于利用运动中自行车和/或自行车部件的机械振动、和/或低频振动和/或骑车人的运动和/或声源的振动，以便产生可用来给所述装置提供动力和/或对电池中的一个或多个进行充电/再充电的电能。
所述压电装置包括(例如)适合于维持振动的可运动部件和连接到可运动部件的可变形部分，并且其中振动诱导发电的变形。所述压电式电子装置可方便地安装在自行车的任何部件中。
根据另一个可能的实施例，所述新型换档装置包括至少一个旋磁装置，其可利用自行车部件的运动来产生能量。
所述旋磁装置包括：(例如)至少一个线圈或绕组，至少一个旋转式永磁体(例如容纳在销上)，容纳在金属运动部件附近的装置。
在所述优选实施例中，旋磁装置置于链条旁边，所述链条用作适合于使磁体旋转的可运动部件。因此，所述旋磁装置可安装在(例如)拨链器中或在靠近链条的任何其它位置中。
在另一个可能的实施例中，所述旋磁装置位于自行车的另一个运动部件(比如车轮的轮辋或踏板曲柄)附近。
由于附近金属运动部件的运动所导致的永磁体的旋转产生感生于绕组中的涡电流。
产生的能量可用于给管理控制单元和/或控制组件和/或致动器组件中的一个或多个提供动力。
替代地或除此之外，所述能量可用于对电池中的一个或多个进行充电/再充电。
所述旋磁装置可作为压电装置的替代物安装或除了压电装置之外加装。
替代地或除了压电装置和/或旋磁装置之外，所述新型换档装置可以包括热电装置，所述热电装置适合于利用自行车操作期间例如在产生摩擦的部件(比如闸瓦)中产生的热能、或者利用由骑车人发力所产生的热能。例如，热电装置可以包括一个或多个珀耳帖元件(Peltiercell)，所述帕耳贴元件安装在自行车上(例如在由骑车人加热的部位处，比如车座或踏板或闸瓦处)，或安装在骑车人的衣服(比如鞋子或骑行服的部件)上。珀尔帖元件的两侧中的一侧被加热到比另一侧更高的程度，在元件的两侧之间产生的温度差产生电流，所述电流可用于给所述装置提供动力和/或对电池中的一个或多个进行充电/再充电。
除了上述一个或多个发电单元之外，所述换档装置还可以包括一个或多个光伏装置，所述光伏装置包括一个或多个光伏电池，所述光伏电池安装在自行车上或与骑车人成一体、在暴露于阳光下的位置中以便产生电能，用于给所述装置提供动力和/或对电池中的一个或多个进行充电/再充电。
这些光伏装置可固定到骑车人上，例如，安装在骑车人的骑行服或其它服装上。
附图说明
所述新型自供电换档装置的特性将参照以非限制性示例的方式附上的附图、通过下文的说明而更好地加以阐明。
图1示出了自行车(B)的侧视图，用于自行车的新型自供电换档装置安装于该自行车上，而图2示出了根据第一可能实施例的新型装置的主要部件(A1，A2，A3.1，A3.2)。
图3示出了第二可能实施例中的新型装置的主要部件(A1，A2，A3.1，A3.2)。
具体实施方式
用于自行车的新型自供电换档装置包括：控制组件(A1)，管理控制单元(A2)，以及两个致动器组件(A3.1，A3.2)。
所述控制组件(A1)例如适合于在车把把手(B3)附近固定到车把(B2)上，并且进而包括至少两个按钮或控制杆(A1a，A1b)和用于在各组件之间无线传送信号的构件。优选地，控制组件(A1)包括至少一个电容式传送器、至少一个电感式传送器。所述控制组件(A1)还可以包括至少一个电池或蓄电池(A11)。
控制组件(A1)的电容式传送器和电感式传送器产生用于每个按钮(A1a，A1b)的信号。
所述管理控制单元(A2)优选地固定到自行车(B)的车架(B1)上(例如优选地固定在后制动器的中央螺钉处)，并且包括用于在组件之间无线传送信号的构件。优选地，管理控制单元(A2)进而包括至少一个控制和指令电路，以及至少一个电容式接收器、至少一个电容式传送器、至少一个电感式接收器、至少一个电感式传送器。管理控制单元(A2)包含至少一个电池或蓄电池(A21)。
管理控制单元(A2)接收和分析借助于电容式耦合和电感式耦合而传送的信号，并进而借助于电容式耦合和电感式耦合传送信号。
致动器组件(A3.1)中的一个应用到或集成到后拨链器机构(B4.1)上，而第二致动器组件(A3.2)则应用到或集成到前拨链器机构(B4.2)上。
致动器组件(A3.1，A3.2)中的每一个均包括用于在组件之间无线传送信号的构件。优选地，致动器(A3.1，A3.2)包括至少一个电容式接收器、至少一个电感式接收器、至少一个具有电动机的机构。致动器(A3.1，A3.2)可以包括用于每个致动器(A3.1，A3.2)的至少一个电池或蓄电池(A33)。
致动器(A3.1，A3.2)中的每一个借助于电容式耦合和电感式耦合接收信号，并相应地激活对应的拨链器(B4.1，B4.2)，以便将链条移动到在前或在后的链轮上。
图3示出了新型装置(A)的主要部件(A1，A2，A3.1，A3.2)，其中控制组件(A1)和管理控制单元(A2)集成到例如在车把把手(B3)附近固定到车把(B2)上的单个物体中。
因此，参考前面的描述和附图作出了以下权利要求。

Claims (13)

1.用于自行车的换档装置，包括：
·一个或多个换档控制组件(A1)，所述换档控制组件适合于应用到自行车的车架(B1)上并且适合于传送编码和/或非编码信号；
·一个或多个致动器组件(A3.1，A3.2)，所述致动器组件适合于应用到拨链器(B4.1，B4.2)上且适合于接收由所述控制组件(A1)传送的编码和/或非编码信号；
·所述编码和/或非编码信号的至少一个管理控制单元(A2)，
其特征在于，所述换档装置还包括适合于产生电能的至少一台设备，用于给所述控制组件(A1)中的一个或多个和/或给所述管理控制单元(A2)和/或给所述致动器组件(A3.1，A3.2)直接或间接地供给动力，所述电能由回收自行车运行期间消散或分散的能量而获得，并且其中用于产生能量的所述至少一台设备适合于安装到自行车本身上。
2.如权利要求1所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，用于从消散的能量回收电能的所述至少一台设备用于对一个或多个可能的电池进行充电/再充电，所述电池用于给所述控制组件(A1)和/或所述管理控制单元(A2)和/或所述致动器组件(A3.1，A3.2)提供动力。
3.如权利要求1或2所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，用于产生能量的那台所述设备包括压电类型的电子装置，所述电子装置适合于利用自行车运行时的自行车和/或自行车部件的机械振动、和/或骑车人的低频率振动和/或运动、和/或声源的振动，以便产生电能，所述电能适合于用于给所述换档装置提供动力和/或对所述电池中的一个或多个进行充电/再充电。
4.如权利要求3所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，所述压电类型的电子装置包括适合于承受振动的运动部件和连接到所述运动部件的可变形部件，并且其中所述振动引起在所述可变形部件中产生电能的变形。
5.如权利要求1或2或3所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，用于产生能量的那台所述设备包括旋磁装置，所述旋磁装置利用自行车部件的运动产生能量，所述能量能够用于给所述换档装置提供动力和/或对所述电池中的一个或多个进行充电/再充电。
6.如权利要求5所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，所述旋磁装置包括至少一个线圈或绕组、容纳在所述自行车的金属运动部件附近的至少一个旋转永磁体，并且其中由于附近的金属运动部件的运动所导致的所述永磁体的旋转在所述绕组中产生感应涡电流。
7.如权利要求5或6所述的换档装置，其特征在于，所述旋磁装置布置在靠近自行车链条的位置中，所述自行车链条在自行车的使用期间作为运动部件。
8.如权利要求1或2或3或5所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，用于产生能量的那台所述设备包括热电装置，所述热电装置适合于利用在自行车操作期间比如在产生大量摩擦的部件中所产生的热能、或利用由骑车人使劲所产生的热能来产生电能，所述电能能够用于给所述换档装置提供动力和/或对所述电池中的一个或多个进行充电/再充电。
9.如权利要求8所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，所述热电装置包括一个或多个珀尔帖元件，所述珀尔帖元件安装在所述自行车上的产生摩擦的区域中，和/或在通过骑车人使劲而被加热的区域中、如车座和/或踏板和/或刹车片，和/或安装在骑车人的衣服上、比如他/她的自行车骑行服或鞋的部件上，其中所产生的热量将所述元件的两侧之一加热到更大的程度，并且其中在所述元件的两侧之间产生的温度差产生电能。
10.如前述权利要求所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，所述换档装置包括一个或多个光伏装置，所述光伏装置包括一个或多个光伏电池，所述光伏电池安装在自行车上和/或与骑车人成一体，位于暴露在阳光下的位置中从而产生电能，所述电能能够用于给所述换档装置提供动力和/或对所述电池中的一个或多个进行充电/再充电。
11.如前述权利要求所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，所述换档装置包括用于在所述控制组件(A1)、所述管理控制单元(A2)和所述致动器组件(A3.1，A3.2)之间无线传送所述信号的构件和/或装置。
12.如权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，所述管理单元(A2)集成到所述致动器组件(A3.1，A3.2)的一个中，并安装在自行车的两个拨链器(B4.1，B4.2)的一个中。
13.如权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11所述的用于自行车的换档装置，其特征在于，所述管理控制单元(A2)固定到自行车(B)的车架(B1)上。
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