换挡装置和相关联的移动交通工具的制作方法

1.本发明的领域是被称为“软”移动的领域，更特别地是结合了电推动和肌肉力的移动机器的领域，例如电助力自行车。


背景技术：

2.骑车时，原动力由骑者供给且通过绕驱动后轮的曲柄组的轴线转动的曲柄系统被传递至车轮，通常通过链条。
3.用于自行车的齿轮箱在现有技术是已知的。特别地，公告fr2975367 a1公开了一种用于自行车的换挡装置，其具有用于选择齿轮的滑动穿梭件和齿轮箱。穿梭件的轴向位移通过两条线缆被控制，线缆被连接到被定位在自行车车把上的旋转把手。该系统需要许多部件。其制造和维护复杂。特别地，线缆控制要求精确的和定期的调整。存在简化和用于自行车的变速箱且使其自动化的需要。
4.随着用于运输货物或人员的轻型曲柄组动力交通工具的领域的多样化，也需要自动化且电动的变速箱。


技术实现要素：

5.为了至少部分满足这些需要，根据第一方面，本发明的主题是一种用于移动机器的换挡装置，
6.所述装置具有位于一种第一齿轮(被称为第一号齿轮)和最高挡齿轮(被称为齿轮k)之间的多个k个齿轮，
7.所述换挡装置具有：
[0008]-一系列k个输入小齿轮，被布置为绕选择轴自由转动，所述选择轴容纳蜗杆和穿梭件，
[0009]-一系列k个输出小齿轮，所述输出小齿轮与中空轴共同旋转，所述中空轴特别地布置为围绕所述移动机器的曲柄组的轴线，
[0010]-换挡致动器，用于使所述穿梭件沿蜗杆在多个k个位置之间移位，所述多个k个位置特别地对应于第一号齿轮至最高挡齿轮，并接合所选定的齿轮。
[0011]
所述齿轮的每一个在换挡装置的输出速度和输入速度之间具有特定比。
[0012]
该穿梭件的位置的数量至少等于换挡装置的齿轮数。
[0013]
每个齿轮对应于穿梭件上的一个特定位置，在所述特定位置，所选定的齿轮的输入小齿轮啮合对应的输出小齿轮。
[0014]
只要用户踩踏板，中空轴就转动，其驱动穿梭件。通过本发明，在换挡的情况下，蜗杆通过换挡致动器旋转。蜗杆的旋转运动被转换为穿梭件的平移运动，所述穿梭件移位至与所选定的齿轮对应的位置。
[0015]
本文中，所述中空轴是选择轴，此两种表达在本技术中等效使用。
[0016]
本发明也提供一种具有减小体积的紧凑的换挡装置。
[0017]
通过换挡致动器驱动的蜗杆去掉了现有技术中的线缆，并因此给予了易于维护的更可靠的解决方案。
[0018]
所述换挡致动器具有用于带来穿梭件的平移运动的机械构件，特别是用于将旋转运动转换为平移运动的构件。所述换挡致动器也具有用于移动穿梭件的电气构件，特别是减速齿轮组。有利地，根据本发明的换挡装置具有单独或组合的以下特征中的一个或另一个：
[0019]-所述穿梭件被布置为，在与一个齿轮对应的每个位置，所述穿梭件接合相关联的输入小齿轮，使得其与同所述齿轮相关联的输出小齿轮啮合。
[0020]-在每个与一齿轮对应的位置，所述穿梭件接合一输入小齿轮，使得其与一个输出小齿轮啮合，所述输入小齿轮与输出小齿轮与所述齿轮相关联。
[0021]-所述穿梭件容纳至少一个返回构件，特别地被布置为与选择轴的至少一个球配合。
[0022]
借助此球/弹簧装置，所述穿梭件可以接合输入小齿轮，使得其与相关联的输出小齿轮啮合。所述穿梭件可以容纳一个或多个返回构件，例如一个到六个返回构件。对每个齿轮比，所述一个或多个返回构件与所述选择轴的一个或多个球配合，例如一个到六个球。对一个给定的齿轮比，选择轴的球的数量特别地少于或等于穿梭件的返回构件的数量。
[0023]-穿梭件围绕蜗杆。
[0024]-换挡装置具有2至12个齿轮，或者甚至在5至9个齿轮。
[0025]-所述换挡装置具有枢转连接。
[0026]-所述换挡致动器具有马达和减速齿轮和/或行星齿轮系。所述减速齿轮特别地具有多个被定位在马达与蜗杆之间的小齿轮。在本技术中，术语“减速齿轮组”被用于指电机、减速齿轮和/或行星齿轮系，这取决于实施例。
[0027]-换挡致动器被布置为随着来自移动机器的骑手和/或来自一种移动机器的控制单元的齿轮选择请求而在预先限定的位置之间使穿梭件移位。
[0028]-穿梭件可以采用被称为中性位置的位置，在该中性位置中，没有齿轮比被接合。换句话说，所述穿梭件处于其不与任何输入小齿接合/输入小齿轮/输出小齿轮对不啮合的位置。特别地，当该穿梭件在中性位置，以不同的方式表示，换挡装置位于中性齿轮时，曲柄组的运动不推动自行车。
[0029]-所述穿梭件可以采用反向运动位置，当其被触发，其推动移动机器反向运动，同时踏板依旧发生向前。
[0030]
根据第一实施例，转换装置具有轨道，穿梭件沿轨道移位。所述轨道特别地容置在选择轴中。所述穿梭件可以在其整个长度上具有至少一个轴向通道，所述轨道被定位在所述通道中。所述管道，或者所述管道中的一个，因此用于保持轨道。
[0031]
当齿轮比未被切换时，蜗杆不转动。
[0032]
在齿轮比切换的情况下，蜗杆通过换挡致动器旋转。
[0033]
特别地，穿梭件经由螺母连接到轨道。轨道构成线性支座，其阻止螺母旋转。螺母的轴向运动驱动穿梭件，并因此改变齿轮。
[0034]
特别地，螺母被容纳在穿梭件内。
[0035]
所述轨道和所述螺母因此是用于带来所述穿梭件的平移运动的机械构件的一部
分。它们在蜗杆与穿梭件之间形成了枢转连接，将蜗杆的旋转运动转换成穿梭件的平移运动。
[0036]
根据第二实施例，换挡装置具有至少一个行星齿轮系。行星齿轮系取代前述实施例的轨道与螺母。本文中，所述行星齿轮系是用于带来穿梭件的平移运动的机械构件的一部分。特别地，所述行星齿轮系是双行星减速齿轮，其具有与选择轴一体的内环和与蜗杆一体的外环。所述两个环，即内环和外环，经由至少三个卫星小齿轮相连。
[0037]
在稳态滚动下，一个齿轮被触发，穿梭件位于对应于所述齿轮的位置，这允许对应的输入和输出小齿轮啮合。所述蜗杆、选择轴和穿梭件以相同速度转动。
[0038]
为了执行换挡，减速齿轮组暂时使外环旋转过一确定角度，该角度取决于穿梭件在分别对应于初始齿轮和预期齿轮的位置之间的必要位移。随着由此创建的内环和外环之间的角度偏转，在每个环的旋转之间的比暂时不再等于一。穿梭件因此被驱动为平移运动，直到其到达与所选择的新齿轮对应的新位置。
[0039]
根据本发明的另一方面，本发明涉及一种用于移动机器的传动组件，所述传动组件具有电马达，特别地被布置为供给用于推进所述机器的全部或部分能量，以及具有如上所述的换挡装置。
[0040]
根据本发明的又一方面，本发明涉及一种具有如上所述的换挡装置的移动机器。
[0041]
所述机器可以具有可充电能源，特别是电池，用于向减速齿轮组装置供给动力。所述电池优选被布置为向移动机器的各部件供给能量，特别是照明、可选的定位/导航系统等，该列举不是限制性的。
[0042]
在一个特定的实施例中，移动机器是电助力的并且具有电马达，其例如设置有减速齿轮。所述移动机器特别地被布置以使得当移动机器的瞬时速度小于阈值时，所述电马达能够提供力矩。
[0043]
另一实施例中，所述移动机器不是电助力的。
[0044]
根据本发明的又一方面，本发明涉及一种用于控制如上所述的换挡装置的方法。
[0045]
特别地，所述方法具有触发换挡装置的所选定齿轮的步骤。在该步骤中，控制单元基于用于指示所选择齿轮的部分的命令来控制换挡致动器。
[0046]
附图说明本发明的其他特征、细节和优点在参照附图阅读下面以指示方式给出的描述时更加明显，其中：
[0047]
图1是据本发明的其中一方面的移动交通工具的视图，
[0048]
图2图示了图1中移动机器的传动组件，
[0049]
图3a、图3b和图3c示出了根据本发明的第一实施例的换挡装置的各种剖视图，
[0050]
图4图示了根据本发明的容纳换挡装置的外壳，
[0051]
图5和图6以剖视图示了根据本发明的第二实施例的换挡装置，
[0052]
图7a至图7g示意性地示出了根据本发明的第一实施例的换挡致动器的不同变体，和
[0053]
图8a至图8g示意性地示出了根据本发明的第二实施例的换挡致动器的不同变体。
具体实施方式
[0054]
图1示出了根据本发明的方面之一的移动机器900。本文中，机器900是具有电马达
300的电助力自行车，电马达300具有旋转轴线xm。所述电马达被布置为提供所述机器的部分推进。
[0055]
当无电助力行驶时，原动力由骑者供给并通过两个踏板传递至车轮950，所述踏板绕经由链条驱动后轮的曲柄组的轴线x
p
转动。
[0056]
如图1所示，机器900具有控制单元800和多个传感器80，特别地位于曲柄组处、自行车车架上或车轮处。
[0057]
本文中，机器900还具有形式为电池910的能量储存装置、照明系统920、具有轴线x
p
的曲柄组940、定位和/或导航系统980、以及以人/机接口系统990，人/机接口系统990特别地具有触摸屏，所述触摸屏可以为所述用户显示信息和/或考虑其请求。所述人/机接口系统990特别地连接到定位系统980并且充当导航界面。本发明不限于特定的人/机接口系统，且可以具有本领域技术人员所知的任何系统。
[0058]
车轮950设置有制动系统960，其特别地具有盘式制动器965。
[0059]
机器900具有传动组件700，在图2中示出。所述传动组件700具有根据本发明的换挡装置100和具有选择轴线xm的电马达300，所述电马达用于供给用来推进机器900的部分动力。
[0060]
所述传动组件700至少部分地容纳在外壳600中(图4中示出)，在此定位于曲柄组940处，其轴线与换挡装置100的输出轴线x3重合。
[0061]
此换挡是自动的且电动的。
[0062]
图3a及后面图中所示的换挡装置100具有位于第一齿轮(被称为1号齿轮)和最高挡齿轮(被称为7号齿轮)之间的7个齿轮。
[0063]
其包括一系列7个具有轴线x3的输出小齿轮30，具有参考标记f1至f7，所述输出小齿轮30以与中空轴一起旋转；和包括一系列7个输入小齿轮20，具有参考标记fr1至fr7，所述输入小齿轮20被布置为绕选择轴200自由转动。选择轴200容纳围绕换挡装置100的蜗杆132的穿梭件155。换挡致动器150被布置为使穿梭件155沿蜗杆132在从p1到p7的7个位置之间位移，并与选定的齿轮啮合。
[0064]
所述装置是紧凑的，选择轴200是中空的。
[0065]
换挡装置150包括用于移动穿梭件的电气构件，其形式是减速齿轮组。该减速齿轮组具有马达140和减速齿轮130。换挡致动器150还具有用于带来穿梭件155的平移运动的机械构件，特别是用于将旋转运动转换为平移运动的构件。
[0066]
本文中，减速齿轮组组件具有在蜗杆132的轴线上的小齿轮135、中间小齿轮135、和在马达140的轴线xm的小齿轮135。小齿轮135的齿可以是直的(如图所示)，或斜的(在未被图示的变体中)。
[0067]
如图3a所示的，齿轮通过位于齿轮箱的自由小齿轮30下方的穿梭件155被切换。
[0068]
换挡致动器150经由螺旋运动连接使穿梭件沿蜗杆132轴向移动。
[0069]
穿梭件155因此停在对应于所选齿轮i的输入小齿轮fri的下方。如法国专利申请fr2975367a1中所描述的弹簧/球系统(在此更详细地图示于图5)阻止所述输入小齿轮fri旋转。一旦其被触发，输入小齿轮fri与输出小齿轮fi啮合并将力传递至输出小齿轮fi，并因此将力传递到链接至自行车车轮的链条链轮。
[0070]
例如，蜗杆132的旋转引导利用在其每个端部处的轴承而确保。图3a特别地示出了
减速齿轮130的小齿轮135侧的滚针轴套和在蜗杆132另一端处的球轴承。
[0071]
图3b和图3c示出了图3a中的换挡装置的详细视图。
[0072]
而穿梭件155在图3a中示出位于对应第七号齿轮的位置p7，在此为最顶端齿轮，并且接合输入小齿轮fr7使得其与输出小齿轮f7相匹配，在图3b中穿梭件155位于对应第一号齿轮的位置p1，并且借助球/弹簧装置接合输入小齿轮fr1。穿梭件容置与选择轴200中的球151协作的返回构件152。
[0073]
所述穿梭件155进一步地通过螺母138连接到轨道134。
[0074]
如果机器900以齿轮i滚动，其不被切换，则蜗杆132不转动。如图3c所示，围绕螺母138的穿梭件155可借助于轴承136转动，轴承136在此通过夹具137保持。
[0075]
在换挡的情况下，所述蜗杆132通过换挡致动器150旋转。蜗杆132通过换挡致动器150旋转，这使得螺母138轴向运动，螺母138驱动穿梭件155并由此改变挡位。因此实现的枢转连接将蜗杆132的旋转运动转换为穿梭件155的平移运动。止挡件133限制穿梭件155在每端的位移。如图所示，止挡件133例如是中空的，并且容纳用于支撑和引导蜗杆132的轴承136。
[0076]
在未示出的变体中，穿梭件155可以采用被称为中性位置p0的位置，在该中性位置，没有齿轮比被接合。
[0077]
在上述换挡装置的例子中，换挡致动器150具有直小齿轮。在本发明的文本中，该减速齿轮组可以具有斜齿小齿轮。
[0078]
图4更详细地示出了用于移动机器900的外壳600。
[0079]
外壳600具有界定第一容置部610的曲柄箱660，容置部被布置为容纳换挡装置100的齿轮装置。曲柄箱660还界定彼此分开的多个第二容置部。容置部640、630、615和680被布置为分别容纳移动机器的电马达400，减速齿轮300，换挡致动器150和控制单元800。第二容置部优选地是密封的，特别是被布置为以容纳控制单元800的容置部。
[0080]
容纳换挡装置100的曲柄箱660被两个侧向法兰667封闭。外壳600示出是空的，在图4中示出仅一个法兰667，以便使各第一和第二容置部更加明显。第一容置部610在侧向法兰667中具有两个面对面的孔，用于接收移动机器900的曲轴组主轴(spindle)的轴(axle)。
[0081]
图5和图6涉及第二实施例。换挡装置100具有行星齿轮系130’，所述行星齿轮系130’具有与选择轴200一体的内环30
int
和一种与蜗杆132一体的外环30
ext
。所述内环30
int
与外环30
ext
通过三个卫星小齿轮(satellite pinion)135相连。
[0082]
在稳态滚动下，蜗杆132、选择轴200和穿梭件155以速度相同转动。为了换挡，减速齿轮组140暂时使外环转过一确定角度，该角度取决于穿梭件155在分别对应于初始齿轮和预期齿轮的位置之间的必要位移。随着因此被建立的在内环30
int
和外环30
ext
之间的角度偏转，在每个环的旋转之间的比率暂时不再等于一。该穿梭件155因此被驱动为平移运动，直到其到达与所选择的新齿轮对应的新位置。
[0083]
具有轨道和螺母的第一实施例不限于一种具有带有平行轴的小齿轮的减速齿轮组，如图3a所示的。减速齿轮组的小齿轮的轴线可以是垂直的。
[0084]
而在第一实施例的图示变体中，特别是图3a中所示的示例，减速齿轮组具有多个小齿轮135，图7a对应于减速齿轮组130限于单个小齿轮的示例。
[0085]
图7b示出一种变体，在其中换挡致动器150具有锥形齿轮装置130b。
[0086]
图7c示出一种变体，在其中换挡致动器150具有直切或者斜齿齿轮装置130c，带有一个或多个级。
[0087]
图7d示出一种变体，在其中换挡致动器150具有连续可变的直切或者斜齿轮装置130d。
[0088]
图7e示出换挡致动器150的变体的蜗杆130e。
[0089]
图7f和7g示出具有换挡致动器150的变体，分别地具有带130f和链130g。
[0090]
类似地，图8a至图8g示意性地示出根据本发明的第二实施例的换挡致动器的不同变体。
[0091]
图8a对应图5a中示出的具有行星齿轮系130’示例。
[0092]
图8b示出了一种变体，在其中换挡致动器150b具有行星齿轮系130’和锥形齿轮。
[0093]
图8c示出了一种变体，在该变体中换挡致动器150c具有一种行星齿轮系130’和具有一个或多个级的直切或斜齿齿轮装置。图8d示出了一种变体，在该变体中换挡致动器150d具有一种行星齿轮系130’和连续可变的直切或者斜齿齿轮装置。图8e示出了一种变体，在其中换挡致动器150e具有行星齿轮系130’和蜗杆。图8f和8g分别地示出了具有包括行星齿轮系130’和带的换挡致动器150f的变体，和具有包括行星齿轮系130’和链的换挡致动器150g的变体。

技术特征：
1.一种用于一种移动机器(900)的换挡装置(100)，所述装置具有位于称为第一号齿轮的第一挡齿轮和称为齿轮k的最高挡齿轮之间的多个k个齿轮，所述换挡装置具有：-一系列k个输入小齿轮(20，fr1至fr
k
)，所述输入小齿轮被布置为绕具有轴线x2的选择轴(200)自由转动，所述选择轴容纳蜗杆(132)和穿梭件(155)，-一系列k个具有轴线x3的输出小齿轮(30，f1至f
k
)，所述输出小齿轮与中空轴(230)共同旋转，-换挡致动器(150)，其被布置为使所述穿梭件(155)沿所述蜗杆(132)在多个k个位置之间(p1至p
k
)移动并接合所选定的齿轮。2.根据权利要求1所述的换挡装置，所述穿梭件(155)被布置为，在每个与一齿轮(i)对应的位置(p
i
)，接合一输入小齿轮(fr
i
)，使得其与所述输出小齿轮(f
i
)啮合，所述输入小齿轮(fr
i
)和输出小齿轮(f
i
)与所述齿轮(i)相关联。3.根据权利要求1或2所述的换挡装置，所述穿梭件(155)被布置为容纳至少一个返回构件(152)。4.根据前述权利要求中任一项所述的换挡装置，使得所述穿梭件(155)环绕所述蜗杆(152)。5.根据前述权利要求中任一项所述的换挡装置，具有枢转连接。6.根据前述权利要求中任一项所述的换挡装置，使得所述换挡致动器(150)具有种马达(140)，和减速齿轮(130)或行星齿轮系(130’)。7.根据前述权利要求中任一项所述的换挡装置，使得所述换挡致动器(150)被布置为跟随来自所述移动机器的骑手和/或来自所述移动机器的控制单元(800)的齿轮选择请求而使所述穿梭件(155)在预先限定的位置(p
i
，p1至p
k
)之间移位。8.根据前述权利要求中任一项所述的换挡装置，使得所述穿梭件(155)能够采用称为中性位置(p0)的位置，在所述中性位置，没有齿轮比被接合。9.根据权利要求1至8中任一项所述的换挡装置，具有轨道(134)，所述穿梭件(155)沿所述轨道移位，所述轨道特别地位于所述选择轴(200)中。10.根据权利要求1至8中任一项所述的换挡装置，包括具有内环(30
int
)和外环(30
ext
)的行星齿轮系(130’)。11.一种移动机器(900)，特别是一种电助力移动机器，具有根据前述权利要求中任一项所述的换挡装置(100)。

技术总结
本发明涉及一种用于移动车辆的换挡装置(100)，所述装置具有多个位于第一挡齿轮(被称为第一齿轮)和一种更高挡齿轮之间的齿轮，所述换挡装置包括：一系列输入小齿轮(20，Fr1至Fr


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：法雷奥离合器公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2023/9/9