專利名稱：電動自行車的自動變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種自行車的變速裝置，特別涉及一種可改善起動加速、爬坡、載重及續(xù)航力，并提高騎乘順暢感的電動自行車的自動變速裝置。
電動自行車具有腳踏車的運(yùn)動、休閑等功能，又可在必要時(shí)取代機(jī)動車成為便捷的交通工具，且其沒有機(jī)動車造成廢氣及噪音污染等問題，另外，隨著電池技術(shù)的突破，而可供應(yīng)更持久的電力，使得電動自行車的重要性更與目劇增。
目前已有多種電動自行車問市，其主要是在腳踏曲軸外，增設(shè)一組動力裝置，借由動力裝置的輸出軸來帶動齒盤旋轉(zhuǎn)，再借由齒盤來帶動鏈條，進(jìn)而帶動位于后輪花鼓側(cè)邊的飛輪(Free-Wheel)，使花鼓以輪軸(Axle)為中心旋轉(zhuǎn)，亦即使鋼圈(Steelrim)轉(zhuǎn)動。為了使電動自行車能達(dá)到變速的目的，又使用一種花鼓內(nèi)裝變速器，借由一設(shè)于把手的手動調(diào)整器，經(jīng)由軟軸線的拉引來改變花鼓內(nèi)裝變速器的擋位，可達(dá)到變換車速的目的。
上述利用手動調(diào)整花鼓內(nèi)裝變速器，以變換擋位的結(jié)構(gòu)方式，而需視路況及爬坡等情形，不斷調(diào)整變速，非常不便；且人為操作不易使馬達(dá)扭矩與后輪的負(fù)載扭矩達(dá)到最佳的配合狀態(tài)，換句話說，即無法使花鼓內(nèi)裝變速器依路況而調(diào)整在最適當(dāng)?shù)膿跷?，以致存在有影響馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率及乘騎時(shí)的順暢感，且易浪費(fèi)電力，使電池壽命降低等缺陷。
本實(shí)用新型的主要目的在于，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供一種電動自行車的自動變速裝置，具有提高馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，節(jié)省能源并保護(hù)電池組使用壽命，且可提高爬坡力及延長續(xù)航力的功效。
本實(shí)用新型的再一目的在于，使其在加裝自動變速裝置后，原先的手動變速仍可使用，以便當(dāng)電力耗盡，或乘騎者想改用手動來操作變速時(shí)使用，而達(dá)到一車兩用的功效。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案一種電動自行車的自動變速裝置，包括有在自行車的車體前叉架適當(dāng)位置裝設(shè)有電池組，其后輪花鼓采用一種習(xí)用的內(nèi)部設(shè)有變速器的花鼓內(nèi)裝變速器構(gòu)造；而花轂的一側(cè)邊為剎車器，其二者皆裝置在后叉架上；一動力裝置，裝設(shè)在腳踏曲軸處，其包括一直流馬達(dá)，及一裝設(shè)在曲軸的軸心上的減速齒輪箱，該減速齒輪箱與位于側(cè)邊的齒盤連接；其改進(jìn)之處在于，還設(shè)有一變速裝置，設(shè)于花鼓及剎車器的側(cè)邊，該變速裝置包括一固定架，其借由螺帽鎖定在花鼓凸伸在后叉架的固定螺桿上，其前端面上下位置分別與二軟軸線的微調(diào)接頭鎖定連接；一驅(qū)動體，概呈匚形體，借由一軸桿樞設(shè)在固定架內(nèi)，其前緣上、下位置設(shè)有二個(gè)卡制槽，供二軟軸線芯線端頭卡固，且該驅(qū)動體的底面延伸一致動片，該驅(qū)動片位于花鼓凸伸在固定螺桿的軸向變速桿的外側(cè)；一單晶片微處理器，其設(shè)于車體適當(dāng)位置，安裝在殼體內(nèi)；一變速伺服機(jī)構(gòu)，設(shè)于變速裝置前，而與其相連，該變速伺服機(jī)構(gòu)包括有一固定架，其橫向連接一軟軸線至變速裝置；一帶減速機(jī)的小馬達(dá)，其是鎖定在固定架上，其轉(zhuǎn)軸與固定架內(nèi)線輪傳動連接，該線輪是供軟軸線伸入固定架的芯線卷繞，且該轉(zhuǎn)軸的外側(cè)端，設(shè)有一位置解碼器，而該小馬達(dá)與單晶片微處理器的驅(qū)動電路連接；一速度感應(yīng)器，設(shè)于車體適當(dāng)處；一手動調(diào)整器，設(shè)于把手上，并借助一軟軸線與變速裝置連接。
借由單晶片微處理器接收由速度感應(yīng)器送回的行車速度、馬達(dá)轉(zhuǎn)速以及馬達(dá)負(fù)載電流等資料，經(jīng)由單晶片微處理器計(jì)算及判斷后，送出信號驅(qū)動變速伺服機(jī)構(gòu)的小馬達(dá)，并經(jīng)由軟軸線帶動變速裝置的驅(qū)動片，以改變花鼓的變速桿的軸向位置，進(jìn)而改變裝設(shè)于花鼓內(nèi)的變速器擋位，使馬達(dá)的扭矩與后輪負(fù)載扭矩達(dá)到最佳的配合狀態(tài)。本實(shí)用新型可提高馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，節(jié)省能源，保護(hù)電池組使用壽命，并具有提高爬坡力及延長續(xù)航力的功效。


圖1是本實(shí)用新型組裝于自行車的整體側(cè)視平面圖。
圖2是本實(shí)用新型主要構(gòu)造的安裝立體示意圖。
圖3是本實(shí)用新型變速機(jī)構(gòu)的俯視剖面圖。
圖4是圖3中A-A剖面示意圖。
圖5是本實(shí)用新型的變速機(jī)構(gòu)另一可行實(shí)施例的俯視剖面圖。
圖6是圖5中B-B剖面示意圖。
圖7是圖6中C-C剖面示意圖。
圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例所采用的控制電路的電路原理圖。
首先，請參閱
圖1-圖4所示，本實(shí)用新型較佳實(shí)施例包括一自行車(1)，其車體的前叉架適當(dāng)位置裝設(shè)有電池組(11)，其后輪花鼓(12)是采用用一種習(xí)用內(nèi)部裝有變速器的花鼓內(nèi)裝變速器構(gòu)造(圖未示)；而花鼓(12)的一側(cè)邊為剎車器(13)，其二者皆裝置在后叉架(14)上；
一動力裝置(2)，是裝設(shè)在腳踏曲軸(15)處；其包括有一直流馬達(dá)(21)、及一裝設(shè)在曲軸(15)的軸心(151)上的減速齒輪箱(22)，該減速齒輪箱(22)可單向驅(qū)動一位于側(cè)邊的齒盤(18)；一單晶片微處理器(3)，是設(shè)于車體適當(dāng)位置，并利用殼體保護(hù)；一變速裝置(4)，是設(shè)于花鼓(12)及剎車器(13)的側(cè)邊；一變速伺服機(jī)構(gòu)(5)，是設(shè)于變速裝置(4)前，用以控制變速裝置(4)動作；一速度感應(yīng)器(6)，設(shè)于車體適當(dāng)處，用以感測行車速度；以及一手動調(diào)整器(7)，是設(shè)于把手(16)上，并將一軟軸線(42)連接至變速裝置(4)；前述變速裝置(4)，如圖3、4所示，包括有一固定架(41)，其是借由螺帽(411)鎖定在花鼓(12)并凸伸在后叉架(14)的固定螺桿(121)上，其前端面上下位置分別供二軟軸線(42)、(43)的微調(diào)接頭(421)、(431)鎖定連接；一驅(qū)動體(44)，是概呈匚形體，借由一軸桿(45)樞設(shè)在固定架(41)內(nèi)，其前緣上、下位置設(shè)有二個(gè)卡制槽(441)、(442)，供二軟軸線(42)、(43)芯線端頭(422)、(432)卡固，且該驅(qū)動體(44)的底面延伸一驅(qū)動片(443)，且該驅(qū)動片(443)位于花鼓(12)凸伸在固定螺桿(121)的軸向變速桿(122)的外側(cè)，用以控制變速桿(122)的軸向位移；以及變速伺服機(jī)構(gòu)(5)，包括有一固定架(51)，其將一軟軸線(43)橫向連接至變速裝置(4)；一具有減速機(jī)(521)的小馬達(dá)(52)，其鎖定在固定架(51)上，其轉(zhuǎn)軸(522)于固定架(51)內(nèi)帶動一線輪(53)，該線輪(53)是供軟軸線(43)伸入固定架的芯線(433)卷繞，且該轉(zhuǎn)軸(522)的外側(cè)端，設(shè)有一位置解碼器(54)，而該小馬達(dá)(52)是受單晶片微處理器(3)的驅(qū)動電路(31)所制動，且借由位置解碼器(54)將信號反饋到單晶片微處理器。
借由單晶片微處理器(3)接收由速度感應(yīng)器(6)送回的行車速度、馬達(dá)轉(zhuǎn)速以及馬達(dá)(21)負(fù)載電流等資料，經(jīng)由單晶片微處理器計(jì)算及判斷后，送出信號以驅(qū)動變速伺服機(jī)構(gòu)(5)的小馬達(dá)(52)，并經(jīng)由軟軸線(43)帶動變速裝置(4)的驅(qū)動片(443)，以改變花鼓(12)的變速桿(122)的軸向位置，進(jìn)而改變裝設(shè)于花鼓(12)內(nèi)的變速器擋位，使馬達(dá)(21)的扭矩與后輪負(fù)載扭矩達(dá)到最佳的配合狀態(tài)；具有提高馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，節(jié)省能源并保護(hù)電池組使用壽命，且可提高爬坡力及延長續(xù)航力的功效。
前述變速裝置(4)及變速伺服機(jī)構(gòu)(5)的各組合構(gòu)件，可用一適當(dāng)殼體(46)及(55)予以包覆，使其完整及美觀。
再如圖2所示，前述單晶片微處理器(3)連接有一直流馬達(dá)驅(qū)動電路(32)，并由電池組(11)供給電源，用以推動一繼電器RLY(33)，使動力裝置(2)的直流馬達(dá)(21)運(yùn)轉(zhuǎn)，且該直流馬達(dá)驅(qū)動電路(32)接受加速旋轉(zhuǎn)把手(16)所給予的信號，用以調(diào)整直流馬達(dá)(21)的轉(zhuǎn)速；此外，單晶片微處理器(3)接收由剎車器(13)的信號后，可用以改變直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，而顯示器(34)則可接至把手(16)位置，用以顯示行車速度；單晶片微處理器(3)、位置解碼器(54)及速度感應(yīng)器(6)等電子元件為已有技術(shù)，是用來控制本實(shí)用新型的動力裝置(2)及變速伺服機(jī)構(gòu)(5)，在此不再贅述。
本實(shí)用新型的運(yùn)轉(zhuǎn)及使用情形，再配合
圖1-圖4所示，詳述如后將本實(shí)用新型安裝于電動自行車上，平時(shí)利用踏板帶動鏈條(17)，進(jìn)而帶動后輪轉(zhuǎn)動，需要轉(zhuǎn)換為自動時(shí)，在把手(16)將信號輸入，此時(shí)電池組(11)向直流馬達(dá)(21)供應(yīng)電力，使直流馬達(dá)(21)經(jīng)減速齒輪箱(22)后單向驅(qū)動齒盤(18)及其上的鏈條(17)，該齒盤(18)及減速齒輪箱(22)間設(shè)有單向帶動回轉(zhuǎn)的構(gòu)造(19)，以使齒盤(18)旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲輛(15)的軸心(151)不受影響。此一結(jié)構(gòu)已應(yīng)用于目前的電動自行車，故為習(xí)知技術(shù)，不再贅述。進(jìn)而使鏈條(17)帶動后輪花鼓(12)轉(zhuǎn)動，達(dá)到自動運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。
如圖2所示，當(dāng)后輪轉(zhuǎn)動時(shí)，速度感應(yīng)器(6)將車行速度的信號送至單晶片微處理器(3)，以及直流馬達(dá)驅(qū)動電路(32)，亦將直流馬達(dá)負(fù)載電流反饋至單晶片微處理器(3)，經(jīng)其判別后，送出信號至另一驅(qū)動電路(31)以控制變速伺服機(jī)構(gòu)(5)來使變速裝置(4)動作，以改變花鼓(12)的內(nèi)裝變速器擋位。
請參閱圖3、圖4所示，當(dāng)小馬達(dá)(52)受到驅(qū)動經(jīng)減速機(jī)(521)帶動一線輪(53)回轉(zhuǎn)，進(jìn)而拉引軟軸線(43)的芯線(433)，于是驅(qū)動體(44)以軸桿(45)為中心而偏移，使驅(qū)動片(443)推頂變速桿(122)作軸向位移，以達(dá)到所需的擋位；前述位置解碼器(54)在線輪(53)轉(zhuǎn)動時(shí)，將其轉(zhuǎn)動位置信號反饋到單晶片微處理器(3)，以獲得所在擋位的信號，如圖2所示，此時(shí)單晶片微處理器(3)同時(shí)收到由速度感應(yīng)器(6)及直流馬達(dá)(21)的負(fù)載電流反饋信號，經(jīng)其判別后，再隨時(shí)依路況、爬坡及載重情形，再驅(qū)動變速伺服機(jī)構(gòu)(5)，使變速裝置(4)可自動改變花鼓(12)內(nèi)裝變速器的擋位，以達(dá)到自動變速的目的。
此外，本實(shí)用新型加裝上述自動變速裝置后，其原先的手動變速仍舊可以使用，借由設(shè)于把手的手動調(diào)整器(7)，經(jīng)另一軟軸線(42)來控制位于變速裝置(4)內(nèi)的驅(qū)動體(44)動作，以防止電池組(11)電力耗盡，或是系統(tǒng)發(fā)生故障，或是乘騎者想改用手動來操作變速時(shí)使用。因此，本實(shí)用新型的變速裝置(4)設(shè)計(jì)，具有自動及手動兩用的功效。
本實(shí)用新型的另一可行實(shí)施例如圖5-圖7所示，其主要操作原理與前述實(shí)施例相同，其是將該變速伺服機(jī)構(gòu)(5’)可直接與變速裝置(4’)組合在一起，而去掉軟軸線(43)；其變速伺服機(jī)構(gòu)(5’)的小馬達(dá)(52)及減速機(jī)(521)的定位架(51’)直接設(shè)于變速裝置(4)的下方，其轉(zhuǎn)軸(522)是帶動一位于定位架(51)內(nèi)的驅(qū)動輪(53’)，而驅(qū)動輪((53’)外側(cè)亦設(shè)有位置解碼器(54)，且該驅(qū)動輪(53’)的上周緣設(shè)有一驅(qū)動桿(56)，當(dāng)其被小馬達(dá)(52)帶動旋轉(zhuǎn)時(shí)，可控制其左右偏移位置，進(jìn)而撥動驅(qū)動體(44)的驅(qū)動片(443)使其偏移，來推動變速桿(122)軸向移動，以達(dá)到變換擋位的目的。此一實(shí)施例所獲得的自動變速功能與前述實(shí)施例相同，且亦具有手動調(diào)整變速的功能，其詳細(xì)運(yùn)轉(zhuǎn)及操作過程不再贅述。
本實(shí)用新型實(shí)施例采用的控制電路如圖8所示，IC3為單晶片微處理器，三端穩(wěn)壓器IC1、IC2、電阻R1、R2、電容C2-C5組成電源供應(yīng)器(8)，其中IC1及其周邊元件R1、C2、C3組成15V電源供應(yīng)器；IC2及其周邊元件R2、C4、C5組成5V電源供應(yīng)器。IC4、三極管TR1、TR2、TR9、二極管D1、POWER MOSFET、電阻R3、R6-R11、可變電阻VR1、電容C6-C8組成馬達(dá)驅(qū)動器(31)，其中IC4的1腳經(jīng)VR1接上述15V電源供應(yīng)器中IC1的輸出端，其11腳接TR1、TR2的基極，TR1、TR2的發(fā)射極經(jīng)R10接POWER MOSFET的柵極，而POWER MOSFET的源極與馬達(dá)M(21)的一個(gè)極連接，馬達(dá)M(21)另一個(gè)極經(jīng)繼電器RLY又與TR9的集電極相連，而POWER MOSFET的漏極經(jīng)R9接地，TR9基極經(jīng)R11與上述的單晶片微處理器IC3連接，三極管TR3-TR8、二極管D3-D8、電阻R12-R15組成變速小馬達(dá)驅(qū)動器(32)，其中TR5、TR6與其周邊元件D4、D8、R14以及TR3、TR4與其周邊元件D3、D5、D7、R15共同組成換向電路，此外，TR6的基極接TR7的集電極，TR7的基極則與單晶片微處理器IC3連接，TR3的基極接TR8的集電極，TR8的基極亦與單晶片微處理器IC3相連；IC5、磁簧開關(guān)(REEDSW)SW3、電阻R17組成馬達(dá)速度感應(yīng)器；IC5、磁簧開關(guān)(REFD SW)SW2、電阻R16組成車速感應(yīng)器；電阻R3、R9、電容C6組成馬達(dá)電流反饋電路，其中R3的一端與單晶片微處理器IC3連接，同時(shí)經(jīng)C6接地，R3的另一端則與上述馬達(dá)驅(qū)動電路(31)中POWER MOSFET的漏極相連；SW1為微動開關(guān)；C1為電源濾波電容。
上述由R3、R9、C6組成的馬達(dá)電流反饋電路，將信號輸入到微處理器IC3的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器A／D中，模／數(shù)轉(zhuǎn)換器A／D再將類比訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)位訊號，單晶片微處理器IC3則負(fù)責(zé)控制電路顯示、速度顯示、里程顯示、馬達(dá)M(21)(21)的通、斷控制，以及小馬達(dá)正反轉(zhuǎn)變擋控制等。微動開關(guān)SW1則控制剎車的反饋信號。
三端穩(wěn)壓器IC1、IC2分別采用7815、7805；馬達(dá)驅(qū)動電路(31)中的IC4可以采用占空比可調(diào)的振蕩器；馬達(dá)速度感應(yīng)器和車速感應(yīng)器中IC5采用1／4施密特整形電路。
IC3采用8031，也可采用4位單晶片微處理器。
綜上所述，本實(shí)用新型所揭示的構(gòu)造，為昔所無，且確能達(dá)到預(yù)期的功效，并具有可供產(chǎn)業(yè)利用性，完全符合實(shí)用新型專利要件。
以上介紹的附圖、說明，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，凡是熟悉此項(xiàng)技術(shù)人士，依本案精神所作的修飾或等效變化，仍應(yīng)屬于本實(shí)用新型的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求1.一種電動自行車的自動變速裝置，包括有在自行車的車體前叉架適當(dāng)位置裝設(shè)有電池組，其后輪花鼓采用一種習(xí)用的內(nèi)部設(shè)有變速器的花鼓內(nèi)裝變速器構(gòu)造；而花轂的一側(cè)邊為剎車器，其二者皆裝置在后叉架上；一動力裝置，裝設(shè)在腳踏曲軸處，其包括一直流馬達(dá)，及一裝設(shè)在曲軸的軸心上的減速齒輪箱，該減速齒輪箱與位于側(cè)邊的齒盤連接；其特征在于，還設(shè)有一變速裝置，設(shè)于花鼓及剎車器的側(cè)邊，該變速裝置包括一固定架，其借由螺帽鎖定在花鼓凸伸在后叉架的固定螺桿上，其前端面上下位置分別與二軟軸線的微調(diào)接頭鎖定連接；一驅(qū)動體，概呈匚形體，借由一軸桿樞設(shè)在固定架內(nèi)，其前緣上、下位置設(shè)有二個(gè)卡制槽，供二軟軸線芯線端頭卡固，且該驅(qū)動體的底面延伸一致動片，該驅(qū)動片位于花鼓凸伸在固定螺桿的軸向變速桿的外側(cè)；一單晶片微處理器，其設(shè)于車體適當(dāng)位置，安裝在殼體內(nèi)；一變速伺服機(jī)構(gòu)，設(shè)于變速裝置前，而與其相連，該變速伺服機(jī)構(gòu)包括有一固定架，其橫向連接一軟軸線至變速裝置；一帶減速機(jī)的小馬達(dá)，其是鎖定在固定架上，其轉(zhuǎn)軸與固定架內(nèi)線輪傳動連接，該線輪是供軟軸線伸入固定架的芯線卷繞，且該轉(zhuǎn)軸的外側(cè)端，設(shè)有一位置解碼器，而該小馬達(dá)與單晶片微處理器的驅(qū)動電路連接；一速度感應(yīng)器，設(shè)于車體適當(dāng)處；一手動調(diào)整器，設(shè)于把手上，并借助一軟軸線與變速裝置連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電動自行車的自動變速裝置，其特征在于，前述變速伺服機(jī)構(gòu)可直接與變速裝置組合在一起，其變速伺服機(jī)構(gòu)的小馬達(dá)及減速機(jī)的定位架是直接設(shè)于變速裝置的下方，其轉(zhuǎn)軸與一位于定位架內(nèi)的驅(qū)動輪傳動連接，該驅(qū)動輪外側(cè)亦設(shè)有位置解碼器，且該驅(qū)動輪的上周緣設(shè)有一驅(qū)動桿。
專利摘要一種電動自行車的自動變速裝置,其利用一單晶片微處理器接收由速度感應(yīng)器送回的行車速度、馬達(dá)轉(zhuǎn)速及馬達(dá)負(fù)載電流等資料,經(jīng)由微電腦計(jì)算及判斷后送出信號驅(qū)動變速伺服機(jī)構(gòu),并經(jīng)由軟軸線帶動一變速裝置來改變后輪花鼓內(nèi)裝變速器的擋位,使馬達(dá)扭矩與后輪負(fù)載的扭矩達(dá)到最佳配合狀態(tài);具有提高馬達(dá)的動轉(zhuǎn)效率、節(jié)省能源并保護(hù)電池組的使用壽命,且可提高爬坡力及延長續(xù)航力的功效。
文檔編號B62M23/02GK2305364SQ9721664
公開日1999年1月27日 申請日期1997年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月29日
發(fā)明者洪金葉 申請人:洪金葉