一種自行車用的電子變速機構的製作方法

2023-06-03 00:59:11 1

本實用新型涉及自行車變速控制技術領域，特別涉及一種自行車用的電子變速機構。

背景技術：

隨著出行環境的變化和人們對健康的關注度的影響，近年來，自行車運動在群眾中的普及度越來越高，人們把自行車作為交通工具的同時，也逐漸享受著自行車運動給人們所帶來的樂趣。但人們進行著自行車運動的過程中，對自行車系統的知識認識較少，尤其是對自行車的變速系統的掌握度更是少數，而變速系統對自行車運動起著關鍵作用，人們在進行自行車運動時不懂得較好地使用變速系統，容易導致騎行體驗不佳的情況，為此，目前市面也開始有電子變速器的使用，但目前在售的電子變速器都定位在高端位置，價格達到5千元以上，而且需要更換自行車整套變速系統，可以適配的自行車種類很少，沒辦法向消費者普及。因此，作為電子變速器的基礎變速結構，並實現低成本和高適配性，有必要開發一種新的變速機構。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種自行車用的電子變速機構，該機構結構簡單，成本較低，也能實現對前、後變速線的靈活控制和精確控制。

本實用新型的技術方案為：一種自行車用的電子變速機構，包括支架、控制器、前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構的結構相同且分別與控制器連接，控制器、前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構分別設於支架上。通過控制器控制前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構動作，分別帶動前變速線和後變速線進行位移，並監控其位移行程。

其中，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構可採用以下兩種結構方式：

(1)所述前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構均為絲杆式結構，分別包括減速電機、絲杆、絲杆螺母和變速線固定件，減速電機的輸出端與絲杆一端剛性連接，絲杆螺母耦合安裝於絲杆上，變速線固定件設於絲杆螺母上，自行車的變速線通過變速線固定件與絲杆螺母連接(即自行車的前變速線與前變速線行程控制機構中的變速線固定件連接，自行車的後變速線與後變速線行程控制機構中的變速線固定件連接)。絲杆螺母耦合安裝於絲杆上，通過支架與絲杆螺母的周向進行耦合，阻止絲杆螺母跟隨絲杆進行周向轉動，使得當絲杆轉動時，絲杆螺母穩定地沿絲杆軸向進行直線運動；變速線固定件作為變速線約束結構，跟隨絲杆螺母一起運動，從而實現自行車的變速線跟隨絲杆螺母進行沿絲杆的軸向直線運動。

所述變速線固定件底部設有卡口，變速線(帶有圓頭的一端)的末端固定於卡口內，變速線的另一端因為有鏈撥器的彈簧拉緊，因此卡口和彈簧的組合就可以把變速線張緊並固定。

所述支架包括控制器支撐板、電機固定架和絲杆末端固定板，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構並列設於電機固定架的兩側，對應的兩個絲杆末端分別通過軸承與絲杆末端固定板連接，控制器支撐板設於電機固定架和絲杆末端固定板上方，控制器設於控制器支撐板上。

作為一種優選方案，所述支架底部還設有彈簧，彈簧一端與電機固定架底部連接，彈簧另一端與變速線固定件底部連接。彈簧的設置一方面可對絲杆螺母及變速線固定件施加拉力的作用，從而克服外部鏈拔器過緊的彈簧拉力，進而降低電機負荷及功耗，另一方面也能使絲杆螺母及變速線固定件在絲杆上的移動更加穩定。

作為一種優選方案，所述支架還包括支撐杆，絲杆末端固定板兩側分別通過支撐板與電機固定架連接。支撐杆的設置可使整個支架的結構更加穩定。

所述變速線固定件上還設有行程反饋用的傳感器，傳感器與控制器電器連接。傳感器將檢測到的變速線固定件的位移信號反饋至控制器，再通過控制器調節減速電機的轉向和轉速，可實現對變速線位移量的精確控制。

該結構形式的電子變速機構使用時，其原理是：控制器分別控制前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構動作，相應地帶動前變速線和後變速線進行位移。前變速線行程控制機構或後變速線行程控制機構中，通過控制器控制減速電機的轉動位置，帶動絲杆進行轉動，使絲杆螺母沿著絲杆軸向進行直線位移，通過變速線固定件把自行車的變速線(即相應的前變速線或後變速線)和絲杆螺母進行固定，通過絲杆螺母的直線位移運動，實現對變速線的行程控制。當變速線固定件上還設有傳感器時，傳感器通過檢測變速線固定件的運動行程，並把位移信息反饋到控制器中，再由控制器根據反饋行程對減速電機的轉動位置進行調節，可實現對該過程自行車變速線的行程的閉環控制。

(2)所述前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構均為蝸輪式結構，分別包括減速電機、結構固定架、蝸輪、蝸杆和變速線卷線輪，減速電機的輸出端與蝸杆一端剛性連接，蝸輪和蝸杆設於結構固定架上，蝸輪與蝸杆之間嚙合連接，變速線卷線輪與蝸輪固定連接，變速線纏繞於變速線卷線輪上。其中，結構固定架、蝸輪和蝸杆組成自鎖運動結構，蝸輪轉動軸與蝸杆垂直但不相交，減速電機驅動蝸杆轉動時，通過蝸杆與蝸輪之間的嚙合連接帶動蝸輪轉動，從而帶動變速線卷線輪對變速線進行放卷或收卷，實現變速線的行程控制；變速線卷線輪作為變速線約束結構，跟隨蝸輪同步運動。

所述支架包括控制器支撐板和電機固定架，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構並列設於電機固定架的兩側，結構固定架與電機固定架固定連接，控制器支撐板設於電機固定架和結構固定架上方。

所述結構固定架包括電機支撐部、蝸輪轉動軸和側面支撐杆，蝸輪轉動軸兩端分別通過側面支撐杆與電機支撐部連接；減速電機固定於電機支撐部上，蝸杆一端穿過電機支撐部並與減速電機連接的的輸出端連接，蝸輪和變速線卷線輪同軸設於蝸輪轉動軸上；蝸輪轉動軸上還設有行程反饋用的傳感器，傳感器與控制器電器連接。其中，電機支撐部為圓盤式結構，蝸杆位於電機支撐部的一側，減速電機位於電機支撐部的另一側。變速線卷線輪設於蝸輪的一側，且變速線卷線輪與蝸輪同步轉動。變速線卷線輪的線槽上固定有自行車的變速線，當蝸輪轉動時，變速線卷線輪跟隨蝸輪繞蝸輪轉動軸進行轉動，使得變速線在變速線卷線輪的線槽上沿變速線卷線輪的外圓切線方向進行直線運動。

該結構形式的電子變速機構使用時，其原理是：控制器分別控制前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構動作，相應地帶動前變速線和後變速線進行位移。前變速線行程控制機構或後變速線行程控制機構中，控制器控制減速電機的轉動位置，帶動蝸杆進行轉動，通過蝸杆與蝸輪的嚙合運動，使得蝸輪繞其所在的蝸輪轉動軸旋轉，蝸輪旋轉並帶動安裝在蝸輪上的變速線卷線輪旋轉，使得固定在變速線卷線輪線槽上的變速線沿變速線卷線輪的外圓切線方向進行直線運動，從而控制變速線的行程運動。當蝸輪傳動軸上還設有傳感器時，傳感器通過檢測變速線固定件的運動行程，並把位移信息反饋到控制器中，再由控制器根據反饋行程對減速電機的轉動位置進行調節，可實現對該過程自行車變速線的行程的閉環控制。

本實用新型相對於現有技術，具有以下有益效果：

本電子變速機構作為自行車電子變速器的基礎機械結構，應用於自行車後，可實現同時對前、後變速線行程的靈活控制，並簡化用戶操作，改善人們的騎行體驗效果。其製造成本較低，可有效提高自行車的市場競爭力。

本電子變速機構中，減速電機與絲杆之間、減速電機與蝸杆之間的連接方式採用剛性連接，可有效保證減速電機和絲杆或蝸輪之間動力傳輸的精確性，同時也可以簡化整個變速行程控制機構的結構，使其結構簡單輕巧，方便於應用到自行車上。

本電子變速機構中，通過設置傳感器作為行程反饋器件，結合電子變速機構中的控制器，可進一步實現對變速線行程的精確控制。

附圖說明

圖1為本電子變速機構實施例1的結構示意圖。

圖2為圖1的A方向上的局部剖視圖。

圖3為圖1的B方向上的視圖。

圖4為圖1的C方向上的視圖。

圖5為圖1中單個變速線固定件的結構示意圖。

圖6為本電子變速機構實施例3中前變速線行程控制機構或後變速線行程控制機構的結構示意圖。

圖7為圖6的正面立體結構示意圖。

圖8為圖6的背面立體結構示意圖。

上述各圖中，1為減速電機，2為絲杆，3為絲杆螺母，4為變速線固定件，4-1為卡口，5為變速線，6為控制器支撐板，7為電機固定架，8為絲杆末端固定板，9為彈簧，10為支撐杆，11為結構固定架，11-1為電機支撐部，11-2為蝸輪轉動軸，11-3為側面支撐杆，12為蝸杆，13為蝸輪，14為變速線卷線輪。

具體實施方式

下面結合實施例，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。

實施例1

本實施例一種自行車用的電子變速機構，包括支架、控制器、前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構的結構相同且分別與控制器連接，控制器、前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構分別設於支架上。通過控制器控制前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構動作，分別帶動前變速線和後變速線進行位移，並監控其位移行程。

如圖1～4所示，其中，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構均為絲杆式結構，分別包括減速電機、絲杆、絲杆螺母和變速線固定件，減速電機的輸出端與絲杆一端剛性連接，絲杆螺母耦合安裝於絲杆上，變速線固定件設於絲杆螺母上，自行車的變速線通過變速線固定件與絲杆螺母連接(即自行車的前變速線與前變速線行程控制機構中的變速線固定件連接，自行車的後變速線與後變速線行程控制機構中的變速線固定件連接)。絲杆螺母耦合安裝於絲杆上，通過支架與絲杆螺母的周向進行耦合，阻止絲杆螺母跟隨絲杆進行周向轉動，使得當絲杆轉動時，絲杆螺母穩定地沿絲杆軸向進行直線運動；變速線固定件作為變速線約束結構，跟隨絲杆螺母一起運動，從而實現自行車的變速線跟隨絲杆螺母進行沿絲杆的軸向直線運動。

如圖5所示，變速線固定件底部設有卡口，變速線(帶有圓頭的一端)的末端固定於卡口內，變速線的另一端因為有鏈撥器的彈簧拉緊，因此卡口和彈簧的組合就可以把變速線張緊並固定。

支架包括控制器支撐板、電機固定架和絲杆末端固定板，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構並列設於電機固定架的兩側，對應的兩個絲杆末端分別通過軸承與絲杆末端固定板連接，控制器支撐板設於電機固定架和絲杆末端固定板上方，控制器設於控制器支撐板上(控制器在圖中未示出，可採用市面已通用的控制器)。

支架底部還設有彈簧，彈簧一端與電機固定架底部連接，彈簧另一端與變速線固定件底部連接。彈簧的設置一方面可對絲杆螺母及變速線固定件施加拉力的作用，從而克服外部鏈拔器過緊的彈簧拉力，進而降低電機負荷及功耗，另一方面也能使絲杆螺母及變速線固定件在絲杆上的移動更加穩定。

支架還包括支撐杆，絲杆末端固定板兩側分別通過支撐板與電機固定架連接。支撐杆的設置可使整個支架的結構更加穩定。

該結構形式的電子變速機構使用時，其原理是：控制器分別控制前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構動作，相應地帶動前變速線和後變速線進行位移。前變速線行程控制機構或後變速線行程控制機構中，通過控制器控制減速電機的轉動位置，帶動絲杆進行轉動，使絲杆螺母沿著絲杆軸向進行直線位移，通過變速線固定件把自行車的變速線(即相應的前變速線或後變速線)和絲杆螺母進行固定，通過絲杆螺母的直線位移運動，實現對變速線的行程控制。

實施例2

本實施例一種自行車用的電子變速機構，與實施例1相比較，其不同之處在於：變速線固定件上還設有行程反饋用的傳感器，傳感器與控制器電器連接。傳感器通過檢測變速線固定件的運動行程，並把位移信息反饋到控制器中，再由控制器根據反饋行程對減速電機的轉動位置進行調節，可實現對該過程自行車變速線的行程的閉環控制。

實施例3

本實施例一種自行車用的電子變速機構，包括支架、控制器、前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構的結構相同且分別與控制器連接，控制器、前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構分別設於支架上。通過控制器控制前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構動作，分別帶動前變速線和後變速線進行位移，並監控其位移行程。

如圖6～8所示，其中，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構均為蝸輪式結構，分別包括減速電機、結構固定架、蝸輪、蝸杆和變速線卷線輪，減速電機的輸出端與蝸杆一端剛性連接，蝸輪和蝸杆設於結構固定架上，蝸輪與蝸杆之間嚙合連接，變速線卷線輪與蝸輪固定連接，變速線纏繞於變速線卷線輪上。其中，結構固定架、蝸輪和蝸杆組成自鎖運動結構，蝸輪轉動軸與蝸杆垂直但不相交，減速電機驅動蝸杆轉動時，通過蝸杆與蝸輪之間的嚙合連接帶動蝸輪轉動，從而帶動變速線卷線輪對變速線進行放卷或收卷，實現變速線的行程控制；變速線卷線輪作為變速線約束結構，跟隨蝸輪同步運動。

支架包括控制器支撐板和電機固定架(支架結構在圖中未示出)，前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構並列設於電機固定架的兩側，結構固定架與電機固定架固定連接，控制器支撐板設於電機固定架和結構固定架上方(控制器在圖中也未示出，可採用市面已通用的控制器)。

結構固定架包括電機支撐部、蝸輪轉動軸和側面支撐杆，蝸輪轉動軸兩端分別通過側面支撐杆與電機支撐部連接；減速電機固定於電機支撐部上，蝸杆一端穿過電機支撐部並與減速電機連接的的輸出端連接，蝸輪和變速線卷線輪同軸設於蝸輪轉動軸上。其中，電機支撐部為圓盤式結構，蝸杆位於電機支撐部的一側，減速電機位於電機支撐部的另一側。變速線卷線輪設於蝸輪的一側，且變速線卷線輪與蝸輪同步轉動。變速線卷線輪的線槽上固定有自行車的變速線，當蝸輪轉動時，變速線卷線輪跟隨蝸輪繞蝸輪轉動軸進行轉動，使得變速線在變速線卷線輪的線槽上沿變速線卷線輪的外圓切線方向進行直線運動。

該結構形式的電子變速機構使用時，其原理是：控制器分別控制前變速線行程控制機構和後變速線行程控制機構動作，相應地帶動前變速線和後變速線進行位移。前變速線行程控制機構或後變速線行程控制機構中，控制器控制減速電機的轉動位置，帶動蝸杆進行轉動，通過蝸杆與蝸輪的嚙合運動，使得蝸輪繞其所在的蝸輪轉動軸旋轉，蝸輪旋轉並帶動安裝在蝸輪上的變速線卷線輪旋轉，使得固定在變速線卷線輪線槽上的變速線沿變速線卷線輪的外圓切線方向進行直線運動，從而控制變速線的行程運動。

實施例4

本實施例一種自行車用的電子變速機構，與實施例3相比較，其不同之處在於：蝸輪轉動軸上還設有行程反饋用的傳感器，傳感器與控制器電器連接。傳感器通過檢測變速線固定件的運動行程，並把位移信息反饋到控制器中，再由控制器根據反饋行程對減速電機的轉動位置進行調節，可實現對該過程自行車變速線的行程的閉環控制。

如上所述，便可較好地實現本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，並非用來限定本實用新型的實施範圍；即凡依本實用新型內容所作的均等變化與修飾，都為本實用新型權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。