CN106660610B - 自行车 - Google Patents

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Abstract

一种自行车301，包括：传动装置，具有设于驱动器本体与后轮313的轮毂201之间的两个可切换的驱动装置，在驱动器本体上设置有后链轮321。该自行车还设有用于在两个驱动装置之间切换的致动装置以及用于操作该致动装置的操作装置。该自行车仅包括单个前链轮319。该传动装置的致动装置被实施为电气型式，而操作装置325被电联接到致动装置。通过有利地选择盒式壳体与轮毂之间的驱动器的驱动装置，可省略前变速器。因为链条不需要被移动，使得驱动器能够仅需极少的能量来操作。因此，用于变更自行车的曲柄轴与轮毂之间的驱动装置的致动装置所需的能量极少，从而这些致动装置及其操作能很好地适合于以电气型式执行。

Description

自行车
技术领域
本发明涉及一种自行车，该自行车包括：
-车架，包括前叉部、后叉部以及轴壳(axle housing)，
-前轮和后轮，分别装设到前叉部和后叉部，
-驱动轴，通过轴承安装在轴壳中，
-至少单个前链轮(single front sprocket，单排前链轮)，其连接到驱动轴，
-至少单个后链轮(single rear sprocket，单排后链轮)，其连接到后轮的轮毂，
-链条，以穿链方式(threaded)围绕前链轮和后链轮，
-传动装置，包括设于驱动轴与后轮毂之间的至少两个驱动装置，并且设置有用于在两个驱动装置之间切换的致动装置，以及
-操作装置，用于操作致动装置，
其中，该传动装置的致动装置被以电气方式致动，而操作装置被电联接到该致动装置，以及
其中，用于储存电能的储存元件被联接到致动装置和/或操作装置。
在这种情况下，操作装置到致动装置的电联接可被设置成有线联接或无线联接。
当涉及驱动轴时，可认为是曲柄轴(crank axle)，在这种情况下，轴壳由曲柄轴壳形成。
当涉及电能储存元件时，可认为是电池或电容器。
电致动切换机构有利于变更曲柄轴与轮毂之间的驱动装置。由此，不需要在操作按钮/杠杆与切换机构之间设置机械连接。
背景技术
从US 6354980B1已知这种类型的自行车。以电气方式致动和操作的传动装置的缺陷在于要定期更换一个或多个电池。通常并不更换这些电池，直到已出现电池不能供给足够大的电流且此时没有新电池可用，因而暂时不能够进行切换。
发明内容
本发明的目的是提供一种在起始段落中限定的那种类型的自行车，其中不再存在上述的缺陷。为此目的，根据本发明的自行车的特征在于，该自行车包括：发电机(generator，发生器)或电流发生装置，其将运动能(motion energy)转变为电流；以及充电器，连接到此发电机或电流发生装置，并且连接到用于为储存元件充电的电能储存元件。该发电机优选被设置成微型发电机。储存元件被自动再充电，从而始终有充足的能量可用于切换。如果致动器的电流消耗足够低并且切换并不持续进行，而是在多个切换操作之间还留有一些时间为电池充电(例如，当切换传动装置时)，则这些微型发电机或能量发生装置(动能收集***)的应用是可行的。
优选地，将运动能转变为电流的发电机或电流发生装置被连接到轮毂和/或轮轴。
根据本发明的自行车的一有利实施例的特征在于，用于储存电能的储存元件被连接到轮轴。因为储存元件不再需要被定期更换，所以其可有利地被靠近致动装置装设，从而大幅降低储存元件与致动装置之间的连接的非期望的干扰(中断)的可能性。
根据本发明的自行车的另一有利实施例的特征在于：
-传动装置处于后链轮与后轮的轮毂之间，
-轮毂和传动装置被设置在中空的轮轴上，以及
-轴杆(axle shaft)被穿插于中空的轮轴，该轮轴经由该轴杆被连接到后叉部。
这种构造的优点在于，中空的轮轴提供了容纳或连接用于将致动装置联接到操作装置的组成部件(如电导体)的可能性。
应注意到的是，这一实施例还能够被应用于未装备有发电机或电流发生装置的自行车，并且还能够有利地被应用于必须定期更换储存元件的自行车。
根据本发明的自行车的再另一实施例，其特征在于：
-沿轮轴的轴向观看，传动装置主要被设置在后轮辐凸缘外侧，
-传动装置的致动装置被设置在传动装置的驱动器本体内，
-中空的轮轴包括两个单独的轴部件(axle part)，
其中轮毂被设置在这两个轴部件中的第一轴部件上，而传动装置被设置在这两个轴部件中的第二轴部件上，以及
其中，轴杆仅***置(穿设)于第一轴部件，而第二轴部件被连接到后叉部。
这种构造的优点在于，当更换后轮时，不需要切断任何电导体。而且，通过这种构造，在取下后轮时不再需要将链条从后轮脱离。
此外，根据本发明的自行车的另一有利实施例，其特征在于，自行车仅包括单个前链轮。用于改变多个前链轮之间的传动比的调节机构的电致动通常需要相对多的能量，进而需要相对大的电池。更具体而言，将链条从一个链轮移至曲柄轴上的下一链轮会耗费相对多的能量，这是因为这些前链轮之间的直径差别很大，且链条在切换机构(shiftingmechanism)的位置被张紧。通过在后链轮与轮毂之间插设传动装置，可以省略前变速器。该传动装置允许以相对小的能量来操作，因为这个操作不需要移动链条。因此，用于变更根据本发明的位于自行车的轮毂与曲柄轴之间的传动装置的致动装置所需的能量极小，从而这些致动装置及其操作能很好地适合于以电气方式执行，且使所需的电池保持为较小。
根据本发明的自行车的另一有利实施例，其特征在于：
-轴杆被可释放地连接到轮轴，并且沿切线方向借助可释放的形锁连接部(formlocked connection，形状锁定连接部)而相对于轮毂被固定；
-轴杆还被可释放地连接到后叉部的车叉勾爪(drop out)，并且沿切线方向借助可释放的形锁连接部而相对于车叉勾爪被固定，以及
-轴杆设有多个电导体，这些电导体的端部具有接触点，其中沿轮轴的轴向观看处于一端的接触点位于后叉部的车叉勾爪之间并且与连接到致动装置的其它导体的接触点接触，而沿轮轴的轴向观看的处于轴杆的电导体的另一端的接触点位于车叉勾爪外侧并且与连接到自行车架的其它电导体的其它接触点接触，这些其它电导体被联接到操作装置。
这种构造的优点在于，转矩支撑和电连接两者均通过轴杆实现，由此当更换后轮时仅需要移除轴杆，且不需要进行单独的操作来对多个部件进行机械分离和电分离。
优选地，自行车包括电气方式致动(电致动)的后变速器，并且操作装置还被电联接到后变速器的另一致动装置。由此，自行车的完整的齿轮机构被以电气方式设置，并且电线能被安设在车架的一侧上，因而需要很少量的电线就足够了。
优选地，操作装置被以无线方式联接到传动装置的致动装置和/或后变速器。因此，不需要在自行车的车架上或车架中的操作装置与致动装置之间装设电导体。
根据本发明的自行车的再一有利的实施例的特征在于，自行车包括控制单元，该控制单元基于所输入的曲柄轴与轮毂之间的期望的驱动来控制变速器和/或传动装置。因此，使用者无需单独地选择将链条移至另一后链轮的切换和驱动，而是可以通过控制单元来自动执行。
根据本发明的自行车的另一有利的实施例，其特征在于，操作装置包括：操作按钮，其装设到自行车的车把；以及显示器或指示器，其显示出传动装置所选择的档位(gear)。确实，使用者本人要选择传动装置的驱动和链条在后链轮上的切换，但是，使用者的这一行为通过所选驱动的指示而获得协助。
附图说明
以下将参照附图中所示的包括根据本发明的轮毂和驱动器的自行车的后轮轴的实施例的示例来进一步详细描述本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的自行车的一实施例；
图2示出后轮轴的轮轴以及安装到其上的轮毂和驱动器的剖视图；
图3和图4示出被连接到行星齿轮组的联轴器(coupling)中的可操作的棘爪(operable pawl)的不同的优选位置；
图5示出后轮轴的剖视图，其中轮轴和轴杆被锁定在车叉勾爪中；
图6示出被锁定在车叉勾爪中的后轮轴的单独的轮轴的剖视图；
图7示出从自行车架取出的另一后轮轴的轮轴的后叉部的车叉勾爪的剖视图；
图8示出后轮轴的单独的轴杆的剖视图；
图9示出图7所示的车叉勾爪的立体图；
图10示出根据本发明的自行车的另一后轮轴的轮轴的剖视图；以及
图11示出根据本发明的自行车的再一后轮轴的轮轴的剖视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的自行车的实施例。自行车301包括：车架303，装备有前叉部305和后叉部307以及曲柄轴壳309；前轮311和后轮313，分别位于前叉部和后叉部中；脚蹬315，连接到曲柄轴317，该曲柄轴通过轴承安装在曲柄轴壳309中；前链轮319，连接到曲柄轴317；多个后链轮321，连接到驱动器本体33，该驱动器本体连接到后轮313的轮毂201；链条323，穿绕在前链轮和一个后链轮上；驱动器31，包括处于驱动器本体33与后轮313的轮毂201之间的至少两个可切换的驱动装置，且该驱动器设有用于在上述驱动装置之间切换的致动装置81(见图2)；以及操作装置325，用于操作该致动装置。
自行车301仅包括单个前链轮319，驱动器31的致动装置81被设置成电气型式(electrical version)，且操作装置325电联接到该致动装置。自行车301包括电气方式致动(电致动)的后变速器327，而且操作装置325电联接到后变速器的致动装置81。
操作装置325以无线方式联接到驱动器31的致动装置81和/或后变速器327。自行车还包括控制单元329，用以基于所输入的曲柄轴317与轮毂201之间的期望的驱动来控制后变速器327和/或驱动器31。操作装置325包括：操作按钮331，其装设到自行车的车把333；以及显示器335或指示器，其指示驱动器所在的齿轮。
图2示出后轮轴的轮轴3以及通过轴承安装在其上的驱动器31和轮毂201的剖视图，根据本发明的驱动器连接到轮轴和轮毂。轮轴3是中空的且其一端部(图2中未示出此端部)设有内花键，该内花键用于自行车架的后叉部的其中一个车叉勾爪的形锁连接部(见图3)。轮轴可通过这一形锁连接部来支撑转矩，所述转矩是驱动器的驱动器本体33与轮毂201之间的驱动装置的反作用转矩。轮毂201和连接到轮毂的驱动器31通过轴承安装在轮轴3上。该轮毂具有两个轮辐凸缘(spoke flange)205，轮的轮辐(未示出)装设到此轮辐凸缘。其上装设有链轮的链轮座(未示出)可被安装在驱动器31的驱动器本体33上。为此，驱动器本体33设有连接装置(花键35、37和内螺纹39)，设有另一连接装置的链轮座能通过所述连接装置被连接到驱动器本体。
驱动器31包括位于驱动器本体33与轮毂201之间的两个可切换的驱动装置，由此，在曲柄轴上只有一单个链轮就足够了，由此可省略自行车的前变速器。驱动器31通过花键41联接到轮毂201。这些花键包括：内花键207，位于轮毂中；以及外花键43，位于驱动器的输出联接衬套45上。驱动器31与其所附接到的中空的轮轴3一起形成一个单元，该单元可作为整体被***到轮毂201中，并可与轮毂(以及后轮的其余部分，轮毂形成其一部分)一起被推入自行车架的后叉部的车叉勾爪101、103之间，并且还可从其中被取出。
驱动器31包括具有三个旋转构件的行星齿轮组，其中：第一旋转构件由内齿圈47构成；第二旋转构件由行星齿轮支撑部49构成，多个行星齿轮51通过轴承安装到行星齿轮支撑部49，且该行星齿轮支撑部被连接到由具有外花键43的联接衬套45构成的联接装置；而第三旋转构件由连接到轮轴3的太阳轮53构成。
第一旋转构件47通过第一可切换的联轴器71连接到第二旋转构件51，而第三旋转构件53连接到第二可切换的联轴器75，通过第二可切换联轴器75可将第三旋转构件连接到轮轴3。驱动器31还包括用于切换可切换的联轴器71、75的切换机构。该切换机构位于驱动器本体33内的空间81中且具有滑环(sliding ring)79，该滑环能通过轴向移位来操作两个联轴器。该可切换机构还包括用于使滑环79移位的电致动器。该致动器具有被安装到轮轴3的定子。
滑环79和致动器在驱动器本体33中处于远离联接装置41的行星齿轮组侧。该致动器设有多个连接销，这些连接销通过一个或多个开口伸入轮轴3并与轮轴隔离。
轴杆设有多个电导体401，这些电导体在其端部处具有接触点，其中沿轮轴的轴向观看处于一端的接触点403位于后叉部307的车叉勾爪101、103之间，并且与连接到该致动装置的其它导体405的接触点接触；而沿轮轴的轴向观看处于轴杆的电导体的另一端的接触点407位于车叉勾爪101、103外侧并且与连接到自行车架的其它电导体411的其它接触点409接触，所述其它电导体被联接到操作装置。
图3和图4示出行星齿轮组中的联轴器71和75的可操作的棘爪73和77的两个变型。在该齿轮组中，内齿圈被驱动且行星齿轮支撑部c形成输出部。太阳轮s可被联接到轮轴3。图3示出设有可操作的棘爪73和77的行星齿轮组的第一实施例。在这种情况下，轮轴3被固定到自行车的车架。棘爪77被可旋转地连接到轮轴3并与太阳轮s卡合。棘爪73被可旋转地连接到行星齿轮支撑部c并与内齿圈a开合。
图4示出设有可操作的棘爪73、77的行星齿轮组的第二实施例。这里，轮轴3被固定到自行车的车架。棘爪77被可旋转地连接到轮轴并与太阳轮s卡合。棘爪73被可旋转地连接到内齿圈a并与行星齿轮支撑部c卡合。
在联接装置(联接衬套45)与驱动器本体33之间设置有第一密封部，该第一密封部由左手侧密封驱动器本体轴承55(第一密封球轴承)构成，该轴承的外周侧连接到驱动器本体，而其内周侧连接到联接装置(联接衬套45)。在联接装置(联接衬套45)与轮轴3之间设置有第二密封部，该第二密封部由支撑轴承57(密封滚针轴承)构成。支撑轴承的密封环59通过其外周侧连接到联接装置(联接衬套45)。在驱动器本体33与轮轴3之间设置有第三密封部，该第三密封部由右手侧密封的驱动器本体61(第二密封球轴承)构成，该轴承的外周侧被连接到驱动器本体。支撑轴承57的外周侧连接到联接装置(联接衬套45)并且处于第二密封部与第三密封部之间。该支撑轴承的滚子(roller)61碾过位于轮轴3上的辊面63。
由设有外花键的联接衬套45构成的联接装置与由轮毂201中的内花键207构成的另一联接装置配合操作。在联接衬套45的另一端设有凸缘65，该凸缘65形成第二旋转构件的一部分或者被连接到第二旋转部件。这里，左手侧驱动器本体55处于外花键43与联接衬套45上的凸缘65之间。轮毂201在靠近第一端处通过轮毂轴承(图中未示出)以轴承方式安装在轮轴3上，而在第二端处设有由内花键207构成的另一联接装置。
图5示出固定到自行车的后叉部的车叉勾爪101、103的后轮轴1的剖视图。后轮轴1包括中空的轮轴3，该中空的轮轴容纳插置于其中的轴杆5。该后轮轴包括转矩支撑装置，用以在自行车架上支撑施加于该轮轴上的转矩。这些转矩支撑装置由以下部分构成：内花键13，位于中空的轮轴的左手侧端部中(见图4和图5)；内花键113，位于转矩支撑臂105中，该转矩支撑臂位于左手侧车叉勾爪101的开口109中且抵靠该车叉勾爪(见图9)；以及外花键12(见图5和图8)，位于可绕销7自由旋转的衬套11上。这里，轮轴3中的内花键13和衬套11的右手侧部分形成第一形锁连接部，而转矩支撑臂105中的内花键113和衬套11的左手侧部分形成第二形锁连接部。在通过从轮轴沿轴向移除轴杆5而将轴杆5移除之后，能够将轮轴3沿径向从后叉部的车叉勾爪101、103之间移除(见图7)。
销7与绕销7自由旋转的衬套11和连接到销7的另一销9通过穿引连接(threadedconnection)方式共同地形成轴杆5(见图8)。该轴杆的左端部具有杠杆19，该杠杆19偏心地连接到安装在销7的端部的轴17，并且该杠杆形成用于将轮轴3夹置在自行车架的车叉勾爪101、103之间的快速释放机构(见图9)。另一销9的自由端部设有外螺纹21，该外螺纹21旋入设于右手侧车叉勾爪103的开口111中的帽部107内，该帽部具有内螺纹。
另一销9的螺纹端21具有中心凹部23，该中心凹部的内壁设有沿轴向并排布置的两个电接触部。右手侧车叉勾爪103设有帽部117(见图7)，该帽部117通过桥板(bridgeplate)119连接到帽部107，并且在开口111的中间延伸而形成设有两个另外的电接触部的延伸部(extender)，这两个另外的电接触部沿轴线方向并排布置并且与轴杆5的另一销9的右手侧端部中的接触部接触。
图9以例证方式示出车叉勾爪101、103的立体图。这些车叉勾爪中的开口109、111容纳***件(insert)，这些***件呈设有内花键113的转矩支撑臂105的形式以及设有内螺纹115的中空的帽部107的形式。转矩支撑臂105的端部105B沿旋转方向121抵靠车叉勾爪101，从而使该车叉勾爪101被防旋转锁定且因此能够支撑转矩。
图10和图11示出根据本发明的自行车的其它两个实施例的后轮的剖视图。这里，中空的轮轴包括：第一轴部件401，轮毂设置于该第一轴部件；以及第二轴部件403，驱动器407设置于该第二轴部件。轴杆409仅插设于第一轴部件401，而第二轴部件403借助螺栓413连接到后叉部411。可通过释放轴杆并将轴杆从第一轴部件移除来拆下后轮，同时设有驱动器的第二轴部件仍继续保持连接到后叉部。在图11中，驱动装置被设置为仅具有单个行星齿轮407的行星齿轮组，该单行星齿轮相对于固定的轮轴偏心地以轴承方式安装。该行星齿轮组具有梯级式设计(由彼此联接的两个不同直径的齿轮构成)。两个行星齿轮直径中的第一个与被连接到驱动器本体的内齿圈啮合。两个行星齿轮直径中的第二个与能被连接到轮毂的内齿圈啮合。行星齿轮组的这一实施例能够实现传动比中非常小的梯级，这对于某些应用是有利的。
虽然在上文中已经参考附图说明了本发明，但应指出的是，本发明不以任何方式或手段局限于附图所示的实施例。本发明还扩展至由权利要求所限定范围内的、附图中所示实施例之外的任何实施例。

Claims (10)

1.一种自行车(301)，包括：
-车架(303)，其包括前叉部(305)、后叉部(307)以及轴壳，
-前轮(311)和后轮(313)，分别装设到所述前叉部和所述后叉部，
-驱动轴，其通过轴承安装在所述轴壳中，
-至少单个前链轮(319)，其连接到所述驱动轴(317)，
-后轴组件，所述后轴组件包括：
-至少单个后链轮(33，321)，连接到所述后轮(313)的驱动器本体，以驱动所述驱动器本体旋转，所述驱动器本体通过传动装置(31)连接到所述后轮(313)的轮毂(201)以驱动所述后轮(313)的轮毂(201)旋转，所述传动装置(31)包括在所述驱动器本体与所述后轮(313)的轮毂(201)之间的至少两个驱动装置，并且设有用于在所述至少两个驱动装置之间切换的电致动器(81)，
其中所述传动装置的电致动器位于所述后轮的驱动器本体内部，以及
其中所述轮毂(201)和所述传动装置(31)被设置在中空的轮轴(3)上，
-链条(323)，以穿链方式围绕所述前链轮和所述后链轮，以及
-操作装置(325)，用于操作所述电致动器，
其中所述操作装置(325)被电联接到所述电致动器，
其中用于储存电能的储存元件(337)被联接到所述电致动器和/或操作装置，
其中轴杆(5)***置于中空的所述轮轴(3)，所述轮轴经由所述轴杆而连接到所述后叉部(307)，以及
其中中空的所述轮轴包括用于将所述电致动器联接到所述操作装置的电联接。
2.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于，所述自行车包括：电流发生装置，其将运动能转变为电流；以及充电器(341)，连接到所述电流发生装置，并且连接到用于为所述储存元件充电的电能储存元件(337)。
3.根据权利要求2所述的自行车，其特征在于，将运动能转变为电流的所述电流发生装置被连接到所述轮毂(201)和/或所述轮轴(3)。
4.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于，用于储存电能的所述储存元件(337)被连接到所述轮轴(3)。
5.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于，所述自行车(301)包括以电气方式致动的后变速器(327)，并且所述操作装置(325)还被电联接到所述后变速器的另一致动装置。
6.根据权利要求5所述的自行车，其特征在于，所述操作装置(325)被以无线方式联接到所述传动装置(31)的电致动器(81)和/或所述后变速器(327)。
7.根据权利要求5所述的自行车，其特征在于，所述自行车包括控制单元，所述控制单元基于曲柄轴与所述轮毂之间所输入的期望的驱动来控制所述后变速器和/或所述传动装置。
8.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于，所述操作装置包括：操作按钮，其装设到所述自行车的车把；以及显示器或指示器，其显示所述传动装置所选择的档位。
9.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于，
-沿所述轮轴的轴向观看，所述传动装置(31)主要被设置在后轮辐凸缘(205)的外侧，
-中空的所述轮轴(3)包括单独的两个轴部件(401、403)，
其中所述轮毂(201)被设置在所述两个轴部件中的第一轴部件(401)上，而所述传动装置被设置在所述两个轴部件中的第二轴部件(403)上，以及
其中所述轴杆(5)仅***置在所述第一轴部件(401)，而所述第二轴部件(403)被连接到所述后叉部(307)。
10.根据权利要求1所述的自行车，其特征在于，
-所述轴杆(5)被能释放地连接到所述轮轴(3)，并且沿切线方向借助能释放的形锁连接部而相对于所述轮轴(3)被固定；
-所述轴杆还被能释放地连接到所述后叉部(307)的车叉勾爪(101、103)，并且沿切线方向借助能释放的形锁连接部而相对于所述车叉勾爪被固定，以及
-所述轴杆设有多个电导体(401)，所述电导体的端部具有接触点，其中沿所述轮轴的轴向观看处于一端的所述接触点(403)位于所述后叉部(307)的车叉勾爪(101、103)之间，并且与连接到所述电致动器的其它导体(405)的接触点接触，而沿所述轮轴的轴向观看处于所述轴杆的电导体的另一端的接触点(407)位于所述车叉勾爪(101、103)的外侧，并且与连接到所述自行车的车架的其它电导体(411)的其它接触点(409)接触，所述其它电导体被联接到所述操作装置。
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