[发明专利]自行车的转矩驱动的自动变速设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种为自行车或类似的运输工具设计的自动变速器系统。更具体是，本发明涉及一种自动变速器，其可溯及以往地集成到传统的、多速链轮组件上，并且其中通过施加到驱动链轮上的转矩方面的变化来产生齿轮的换档。

背景技术

现在自动变速已经在汽车上应用了几十年。其普及主要是由于具有自动变速器，驾驶员可以在没有换档的额外任务的情况下将更多的注意力放在变化的路况上，并且从而提高了驾驶员、乘客和其他道路使用者的安全。同样，近年来自行车已经日益流行起来，对于可以用于自行车的自动变速器的需要已经增长了。

在现有技术中，可以发现一些自动自行车变速器，并且其通常可以被分成三种类型，即，流体驱动型、离心型和转矩响应型。

流体驱动型变速器的基本工作原理是利用包含在腔室内部的流体的拉曳力来传输功率的。例如，在美国专利号7,059,618中所公开的流体自动自行车变速器中，在由施加的输入转矩(例如，来自骑车者)所驱动的外壳与将输出功率传输至自行车的后轮的内壳之间形成了腔室。在腔室内，容纳有用于所述外壳和内壳之间的功率传输的适当的流体和机械叶片式定子组件，所述定子组件可以通过改变叶片和外壳之间的间隙来改变流体内的拉曳力。机械叶片式定子包括一些各通过单独的弹簧或任何弹性装置连接至中央定子的叶片。当驱动转矩增大时，被驱动转矩驱动的外壳通过流体在叶片定子组件上施加较大的作用力，并且因此叶片被推向定子的中心并远离外壳。结果，在叶片和外壳之间出现了更大的间隙，并且随后增大了外壳和内壳之间的滑动。滑动中的该变化实际上引起了输入和输出转矩之间的机械利益方面的变化，并且在如上所述的状况中，机械利益方面的变化相当于转入到“低速档”或“降档”。当输入转矩减小时执行类似的但却反向的操作。如上所述的流体驱动型变速器系统具有一些缺陷。首先，该变速器不具有当输入转矩正在改变时永久或临时维持驱动比的“保持”功能。这在一些环境中是期望的功能，例如，骑车者可能想在爬坡期间暂时除去其输入转矩时避免自动升档。第二个缺陷是因为整个变速器组件装满了传动流体，所以如果需要拆卸变速器系统用于维护或修理可能是相当麻烦的。上述流体驱动系统的另一个缺陷是在安装所述系统之前必须移除传统的手动变速器自行车上现有的变速齿轮传动机构、链轮和换档机构，并且不能轻易地改装到传统的自行车上。

关于离心型自动变速器，基本工作原理是通过利用来自自行车车轮的转动的能量执行换档操作。更准确地说，促使系统的特定部件按与自行车车轮的速度成比例的速度转动。由所述转动产生的离心力然后直接或间接地诱发系统选档部件的运动，并且随后引起驱动比方面的变化。美国专利申请号11/670,570中公开了一种离心型自动自行车变速器。在所述专利申请中，公开了一种变速器系统，其包括可旋转的轴、多个相互可枢转地连接并且连接至星形卡圈的离心配重、包括上述星形卡圈的卡圈组件和后部变速齿轮传动机构。自行车车轮的转动引起离心配重按正比速度旋转。当离心配重的转速增大时，增大的离心力将促使离心配重向外扩展一增加量。当离心配重向外扩展时，迫使卡圈组件沿可旋转的轴移动，并且从而后部变速齿轮传动机构的链条导向件将向外移动以使传动链从较大直径的链轮转移至相邻的较小直径的链轮，从而当自行车的速度增大时产生“升档”到更高档。卡圈组件被这样偏置，即，当自行车的速度减小时上述操作将发生反向。该设计的直接后果是每当自行车停止时，将自动选择最大直径的链轮(即，最低档)。这是不符合要求的特征，因为当选择低速档时需要很高的踏板节奏来使自行车加速。然而，离心型变速器的设计是这样的，不会发生升档，除非获得某一行进速度，并且因此实际上具有所述离心型自动变速器的自行车比具有传统手动变速器的自行车更累人。此外，该离心型变速器的安装需要改进现有的后部链轮组件，并且因此将这样的系统改装到传统自行车上可能是困难的。

第三种自动自行车变速器是转矩响应型设计，并且美国专利号5,061,224中公开了一实例。其中公开的变速器系统包括由两个相反侧的可滑动的槽轮元件组成的可变节距的皮带轮和将该可变节距的皮带轮连接至从动皮带轮的V形皮带。可变节距的皮带轮对骑车者施加到自行车踏板上的转矩敏感。当所施加的转矩增大时，可变节距的皮带轮和从动皮带轮之间的距离扩大了并且因此V形皮带被迫使朝两个槽轮元件的曲率半径更小的中间向内移动。结果，减小直径的驱动皮带轮现在驱动从动皮带轮，因此，实际上已经执行了“降档”。该发明的主要缺点是每当去除所施加的转矩时，例如在滑行期间，齿轮比立即返回到“低转矩、高速”的结构。这可能尤其在骑车者沿山坡向上骑行希望小憩以节省体能时引起不便。