用于自行车的变速器系统的制作方法

本发明涉及一种用于自行车的变速器系统。特别地，本发明涉及一种包括用于与链条或带啮合的飞轮塔组的用于自行车的变速器系统。

背景技术：

1、自行车变速器系统一般用于各种类型的自行车中。无论是用于消遣、运输或竞赛目的的自行车，许多自行车均包括可根据各种传动比操作的变速器系统。

2、常用的自行车变速器系统包括安装在后轮轮毂上的后飞轮塔组。诸如链条或带之类的闭环驱动构件与后塔组的飞轮中的任一个以及与曲柄连接的前链轮啮合。拨链器(derailleur)用于使闭环驱动构件在塔组的飞轮之间换挡，以便改变自行车变速器的传动比。拨链器通常安装至自行车的框架，并可借助于致动器相对于框架移动。后轮轮毂内的挡位切换装置是替代的拨链器。

3、闭环驱动构件在塔组的飞轮之间的移动导致所述闭环驱动构件在每个挡位中的定向不同。因此，至少对某些飞轮而言，闭环驱动件以不理想的定向加载。特别是在与最外侧定位飞轮中的一个啮合时，闭环驱动构件会在前链轮与后塔组之间歪斜延伸，这就给驱动系增加了相当大的摩擦损失，并因此降低了其整体效率。此外，它还会增加闭环驱动构件以及飞轮和前链轮的磨损。

技术实现思路

1、目的是提供一种用于自行车的变速器系统，变速器系统避免或至少减少上述缺点。更一般地，目的是提供一种用于自行车的改进的变速器系统。

2、为此，根据第一方面，提供了一种用于自行车的变速器系统。用于自行车的变速器系统包括飞轮塔组，其包括至少第一飞轮和第二飞轮。飞轮塔组构造成绕旋转轴线旋转。变速器系统还包括第一致动器，第一致动器构造成在旋转轴线的轴向方向上移动塔组。可选地，变速器系统包括驱动器元件，驱动器元件构造和布置成绕旋转轴线旋转。驱动器元件可以例如具有中空圆柱体的形式。驱动器元件可以相对于自行车车轮同轴布置。飞轮塔组可以安装在驱动器元件上，以绕旋转轴线一起旋转。可以理解的是，飞轮塔组形成了成组飞轮。塔组的部分或全部飞轮可以彼此一体化到单个主体中。塔组的部分或全部飞轮可以是分开的，并且可以固定至塔组的其他飞轮或是可固定至塔组的其他飞轮的。例如，驱动器元件包括轴向花键，用于与塔组的互补花键配合。可以使用诸如锁定环之类的锁定装置将飞轮塔组安装在驱动器元件上。可选地，变速器系统包括换挡单元，换挡单元布置成在驱动器元件上在轴向方向上移动飞轮塔组。飞轮塔组可以布置成相对于驱动器元件在轴向方向上换挡。换挡单元可响应于驾驶员的指令启动，比如借助于自行车的可手动操作的换挡件。可选地，换挡单元包括致动器元件，致动器元件布置成致动驱动器元件上的飞轮塔组的移动。致动器元件可以至少部分地定位在驱动器元件与轴线之间，并且/或者致动器元件可以在轴向方向上至少部分地相邻于驱动器元件定位。致动器元件可以包括发力装置，以在轴向方向上驱动飞轮塔组。因此，变速器系统使得闭环驱动构件能够与飞轮中的任一个最佳对齐。通过轴向移动塔组，可以选择飞轮中的任一个与闭环驱动构件啮合，同时，至少基本上维持闭环驱动构件的最佳定向，例如基本上笔直的链条线。特别地，闭环驱动构件可以至少基本上维持在驱动平面内，其中，塔组的飞轮中的任一个都可以轴向移动，以便使特定飞轮在其中延伸的飞轮平面与驱动平面对齐。在塔组轴向移动时，可通过绕轴线旋转塔组，致使闭环驱动构件从一个飞轮转移到另一个飞轮。可以通过飞轮的几何形状和相对布置，例如借助于换挡斜面，便于闭环驱动构件的转移。

3、例如，变速器系统包括：驱动器元件，驱动器元件构造和布置成绕轴线旋转；飞轮塔组，飞轮塔组安装在驱动器元件上，以一起旋转；以及换挡单元，换挡单元布置成使飞轮塔组相对于驱动器元件在轴向方向上移动，其中，换挡单元包括致动器元件，致动器元件布置成致动驱动器元件上的飞轮塔组的移动，其中，致动器元件至少部分地定位在驱动器元件与轴线之间，并且/或者其中，致动器元件在轴向方向上至少部分地相邻于驱动器元件定位。

4、可选地，系统还包括相对于驱动器元件同轴布置的轴，并且其中，驱动器元件可围绕轴绕轴线旋转。轴线可以与自行车的车轮轴线、比如后轮轴线重合。轴可以是直通轴，用于将车轮、例如后轮固定在自行车框架上的成对勾爪之间。使用时，轴可以相对于自行车框架静定。

5、可选地，致动器元件定位在驱动器元件与轴之间。致动器元件和驱动器元件可以在直径上相邻地定位。致动器元件和轴可以在直径上相邻地定位。

6、可选地，致动器元件安装在轴上。轴可以至少部分地由轮轴、比如自行车的后轮轴形成。

7、可选地，致动器元件定位在轴内。例如，轴可以包括腔体，用于在其中接收致动器元件。

8、可选地，致动器元件定位在驱动器元件上。例如，致动器元件可以与驱动器元件共同旋转。

9、可选地，致动器元件包括电气致动器和/或电动马达。

10、可选地，致动器元件由能源供能，比如电力能源。能源可以安装在轴上或轴内。能源可以例如包括电池。

11、可选地，系统还包括扭矩传递元件，扭矩传递元件布置成在绕轴线的旋转方向上将扭矩从飞轮塔组传递到驱动器元件，以及允许飞轮塔组与驱动器元件之间在轴向方向上相对移动。例如，扭矩传递元件可以由一个或多个轴向花键构成或包括一个或多个轴向花键。

12、可选地，扭矩传递元件包括弹簧构件，弹簧构件布置成在轴向方向上弯曲，以允许飞轮塔组与驱动器元件之间的相对轴向移动。弹簧构件可以布置成绕轴线在切线方向上传递扭矩，例如，弹簧元件在切线方向上可以是刚性的，或者是基本上刚性的，用于在塔组与驱动器元件之间传递扭矩。例如，弹簧构件包括膜片弹簧或螺旋弹簧。弹簧构件可以布置成在轴向方向上偏置飞轮塔组。

13、可选地，系统还可以包括位置传感器，位置传感器布置成感测飞轮塔组和驱动器元件的相对位置。位置传感器可以是电位置传感器、光学传感器和/或磁性位置传感器。

14、可选地，系统还包括力传递元件，力传递元件布置成用于在致动器元件与飞轮塔组之间在轴向方向上传递力。力传递元件可以将力传递到驱动器元件上的飞轮塔组的轴向运动中。力传递元件可以布置成不在塔组与致动器元件和/或驱动器元件之间传递扭矩。因此，力元件可以布置成仅在致动器元件与飞轮塔组之间在轴向方向上传递力。力传递元件可以从致动器元件延伸至自由端，穿过驱动器元件中的开口，其中，在自由端处，力传递元件可与塔组联接。力传递元件和致动器元件可以轴向可滑动地联接，以允许在轴向方向上相对运动。力传递元件也可以可相对于塔组和驱动器元件在切线方向上绕轴线滑动地布置，以允许力传递元件与塔组之间的相对旋转。

15、可选地，力传递元件与驱动器元件旋转联接。

16、可选地，位置传感器定位在力传递元件与轴之间。来自位置传感器的传感器数据可用于精确控制塔组的定位。

17、可选地，使用驱动器元件的旋转产生的力来致动换挡单元。换挡单元可以半自动致动。在塔组轴向移动时，可通过驱动器元件的旋转，致使闭环驱动构件从一个飞轮切换到另一个飞轮。可以通过塔组的飞轮的几何形状和相对布置，例如借助于换挡斜面，便于闭环驱动构件的切换。

18、可选地，使用驱动器元件的旋转产生的能量来致动换挡单元。

19、可选地，飞轮在轴向方向上彼此等距离地间隔。

20、可选地，各飞轮轴向上以小于3.5毫米、优选地小于3.3毫米、更优选地小于3.0毫米的距离彼此间隔。由于变速器系统允许对于所有齿轮的闭环驱动构件是基本上直的，因此可以获得非常紧凑的塔组，相邻飞轮之间的轴向间距相对较小。飞轮之间的这种紧密的间距也限制了塔组为了更换挡位所需的轴向行进距离。

21、可选地，飞轮塔组包括至多9个飞轮，比如至多8、7、6或5个飞轮。

22、可选地，系统还包括闭环驱动构件，比如链条或带，用于选择性地与飞轮塔组的飞轮中的任一个接合。

23、可选地，系统还可以包括张紧器，张紧器用于张紧闭环驱动构件。张紧器可以安装至自行车框架，并可以相对于自行车框架静定。

24、可选地，张紧器包括带有两个可旋转地联接到其上的滑轮的笼架构件，以及用于偏置笼架构件的弹簧。

25、可选地，笼架构件可围绕第一枢转轴线枢转，第一枢转轴线平行于轮轴延伸，例如与轮轴同心或偏心。

26、可选地，笼架构件包括第一枢转臂，第一枢转臂布置成用于绕第一枢转轴线枢转。

27、可选地，笼架构件包括与第一枢转臂轴向间隔开的第二枢转臂，其中，第一和第二枢转臂例如可独立地绕第一枢转轴线枢转。

28、可选地，张紧器包括基部构件，基部构件可枢转地安装至笼架构件，其中，基部构件可绕第二枢转轴线枢转，第二枢转轴线平行于轮轴延伸，例如与轮轴同心或偏心。

29、可选地，第一枢转轴线和第二枢转轴线重合。

30、可选地，基部构件包括第三枢转臂，第三枢转臂可围绕第二枢转轴线枢转。

31、可选地，基部构件包括与第三枢转臂轴向间隔开的第四枢转臂，其中，第三和第四枢转臂例如可独立地绕第二枢转轴线枢转。

32、可选地，张紧器还包括摩擦元件，摩擦元件布置成在绕第一和/或第二枢转轴线的至少一个旋转方向上产生摩擦力。

33、可选地，系统还包括轮毂变速器，轮毂变速器用于在驱动器元件与自行车轮之间、和/或在飞轮塔组与驱动器元件之间施加至少第一传动比和第二传动比。可选地，轮毂变速器在轴向方向上至少部分地相邻于驱动器元件定位。轮毂变速器和飞轮塔组可以串联布置。因此，通过可轴向移动的飞轮塔组和轮毂变速器可以获得多个系统传动比。例如，轮毂变速器可提供相邻飞轮获得的传动比之间的中间传动比。因此，例如，飞轮塔组可以提供大范围的传动比，其传动比步长相对较大，其中，轮毂变速器提供中间传动比步长。

34、可选地，轮毂变速器具有轮毂变速器输入端和轮毂变速器输出端，并包括行星齿轮系统，行星齿轮系统包括第一环形齿轮、行星架和第二环形齿轮，其中，第二环形齿轮与轮毂变速器输出端旋转联接，其中，轮毂变速器输入端驱动第一环形齿轮旋转，而第一环形齿轮经由行星架所承载的行星轮驱动第二环形齿轮旋转，以形成第二传动比。因此，行星齿轮系统可以不包括太阳齿轮，即行星齿轮系统可以是无太阳行星齿轮系统。

35、可选地，轮毂变速器具有轮毂变速器输入端和轮毂变速器输出端，并包括行星齿轮系统，行星齿轮系统包括第一太阳齿轮、行星架和第二太阳齿轮，其中，第二太阳齿轮与轮毂变速器输出端旋转联接，其中，轮毂变速器输入端驱动第一太阳齿轮旋转，而第一太阳齿轮经由行星架所承载的行星轮驱动第二太阳齿轮旋转，以形成第二传动比。因此，行星齿轮系统可以不包括环形齿轮，即行星齿轮系统可以是无环行星齿轮系统。

36、可选地，轮毂变速器具有轮毂变速器输入端和轮毂变速器输出端，并包括行星齿轮系统，其中，行星齿轮系统包括第一环形齿轮、行星架和第二环形齿轮，其中，第二环形齿轮与轮毂变速器输出端旋转联接，其中，轮毂变速器输入端驱动第一环形齿轮旋转，而第一环形齿轮经由行星架所承载的行星轮驱动第二环形齿轮旋转，以形成第二传动比，或其中，行星齿轮系统包括第一太阳齿轮、行星架和第二太阳齿轮，其中，第二太阳齿轮与轮毂变速器输出端旋转联接，其中，轮毂变速器输入端驱动第一太阳齿轮旋转，而第一太阳齿轮经由行星架所承载的行星轮驱动第二太阳齿轮旋转，以形成第二传动比。因此，行星齿轮系统既可以是无太阳行星齿轮系统，也可以是无环行星齿轮系统。

37、可选地，轮毂变速器可以包括中间壳体，中间壳体布置成用于可拆卸地联接至轮毂壳体。

38、可以理解的是，本文所述的轮毂变速器不必与本文所述的可轴向移动塔组相结合。例如，轮毂变速器可与不可轴向移动的飞轮塔组结合使用，例如仅有一个飞轮的飞轮塔组。

39、可选地，系统还包括轮毂壳体，并且其中，轮毂变速器由轮毂壳体包括。

40、可选地，轮毂变速器与轮毂壳体可拆卸地联接。可通过夹持装置确保联接。

41、可选地，系统还可以包括布置在驱动器元件与轮毂变速器的输入端之间的第一自由轮，以允许驱动器元件与轮毂变速器输入端之间的在一个旋转方向上的自由相对旋转，并在与第一方向相反的第二旋转方向上传递扭矩。

42、可选地，轮毂变速器的第一传动比是1:1。

43、可选地，第一和第二轮毂传动比彼此相差至少30％。

44、可选地，第一和第二轮毂传动比彼此相差大致上对应于飞轮塔组的成对连续飞轮的飞轮比的一半的量。

45、可选地，第二轮毂传动比是减少比，相对于轮毂变速器输入端速度降低轮毂变速器输出端速度。

46、可选地，第二轮毂传动比是增加比，相对于轮毂变速器输入端速度增加轮毂变速器输出端速度。

47、可选地，轮毂传动比中的至少一个是可调节的。

48、可选地，系统构造成使驱动器元件上的飞轮塔组轴向移动的时点与飞轮的换挡斜面的位置相适应。这样使塔组的轴向移动的时点与飞轮的换挡斜面的位置相适应，可以允许更快速、更流畅的换挡。

49、可选地，系统还包括控制单元，控制单元用于控制变速器系统的传动比变化，控制用于致动驱动器元件上的飞轮塔组移动的致动器元件和/或用于致动轮毂变速器的传动比变化的另一个致动器元件。

50、可选地，控制单元与致动器元件成一体。

51、可选地，系统包括电池，电池用于为控制单元、致动器元件和/或另一个致动器元件供能。

52、可选地，控制单元包括节能模式，在该节能模式中，当检测到系统的部件在预定时间段期间没有移动时，停用控制单元，并且其中，当检测到系统的部件移动时，重新激活控制单元。

53、可选地，控制单元附接至轴。

54、可选地，控制单元由轮毂壳体包括定位。

55、可选地，控制单元包括接收器，接收器布置成用于接收来自换挡件和/或自行车的控制单元的无线换挡信号。

56、可选地，致动器元件包括接收器，接收器布置成用于接收来自换挡件和/或自行车的控制单元的无线换挡信号。

57、可选地，接收器可拆卸地安装至轴。这允许在不更换可能已与发射器配对的接收器的情况下更换车轮。

58、可选地，接收器布置成与无线发射器配对。无线发射器可以附接至自行车框架和/或车把。

59、可选地，控制单元构造成选择性地控制致动器单元和/或轮毂变速器的另一个致动器，用于响应于接收升挡信号而选择下一个较高的传动比，和响应于接收降挡信号而选择下一个较低的传动比。

60、可选地，控制单元布置成在启动飞轮塔组的移动后，使轮毂变速器的换挡延迟一段预定时间。

61、可选地，系统还包括布置成用于推进自行车的电动推进马达并且/或者布置成用于发电的发电机。

62、可选地，电动马达与轮毂壳体联接。电动马达可以构造为辅助驱动自行车和/或自行车变速器换挡。

63、可选地，电动马达与自行车的曲柄和/或链环(chainring)联接。

64、可选地，每对连续飞轮之间的飞轮比步长是至少10％。

65、可选地，每对连续飞轮之间的飞轮比步长是至少12％。

66、可选地，每对连续飞轮之间的飞轮比步长是至少15％。

67、可选地，轮毂变速器是无级变速器。

68、可选地，轮毂变速器为棘轮式无级变速器。

69、可选地，无级变速器的传动比跨距可以小于成对连续飞轮之间的飞轮比步长。

70、可选地，无级变速器的传动比跨距可以小于三个连续飞轮之间的飞轮比步长。

71、可选地，无级变速器至少具有1:1的传动比，以及相对于变速器输入端速度增加轮毂变速器输出端速度的增加比。

72、可选地，无级变速器的输入端与驱动器元件联接，而无级变速器的输出端与轮毂壳体联接。

73、可选地，无级变速器的输入端与飞轮塔组联接，而无级变速器的输出端与驱动器元件连接。

74、可选地，无级变速器的输入端与自行车的曲柄联接，而无级变速器的输出端与自行车的前链环连接。

75、根据第二方面，提供了一种包括根据本技术的上述描述的变速器系统的自行车。

76、可选地，自行车包括自行车框架，其中，飞轮塔组可在两个极限位置之间在驱动器元件上轴向移动，并且其中，在两个极限位置中的至少一个极限位置中，塔组的飞轮与自行车框架之间的轴向间距是至多2毫米。可选地，在两个极限位置中的至少一个极限位置中，塔组的飞轮与自行车框架之间的轴向间距是至少2毫米。更具体地，自行车框架可以包括带有成对勾爪(dropout)的叉状部，成对勾爪用于在它们之间接收轮轴、例如直通轴，其中，飞轮的塔组可绕轮轴旋转，并且可以轴向移动到一轴向位置，在该轴向位置中，塔组的飞轮、例如最小的飞轮和成对勾爪中的一个勾爪在轴向上彼此间隔至多2毫米。

77、根据第三方面，提供了一种用于操作本技术所述的自行车变速器系统的方法。

78、可以理解的是，鉴于自行车变速器系统描述的特征和选项同样适用于操作自行车的方法，并且反之亦然。还可以明确的是，可以组合上述方面、特征和选项中的任意一个或多个。