本發明涉及一種自行車，該自行車包括：

-車架，包括前叉部、后叉部以及軸殼(axle housing)，

-前輪和后輪，分別裝設到前叉部和后叉部，

-驅動軸，通過軸承安裝在軸殼中，

-至少單個前鏈輪(single front sprocket，單排前鏈輪)，其連接到驅動軸，

-至少單個后鏈輪(single rear sprocket，單排后鏈輪)，其連接到后輪的輪轂，

-鏈條，以穿鏈方式(threaded)圍繞前鏈輪和后鏈輪，

-傳動裝置，包括設于驅動軸與后輪轂之間的至少兩個驅動裝置，并且設置有用于在兩個驅動裝置之間切換的致動裝置，以及

-操作裝置，用于操作致動裝置，

其中，該傳動裝置的致動裝置被以電氣方式致動，而操作裝置被電聯接到該致動裝置，以及

其中，用于儲存電能的儲存元件被聯接到致動裝置和/或操作裝置。

在這種情況下，操作裝置到致動裝置的電聯接可被設置成有線聯接或無線聯接。

當涉及驅動軸時，可認為是曲柄軸(crank axle)，在這種情況下，軸殼由曲柄軸殼形成。

當涉及電能儲存元件時，可認為是電池或電容器。

電致動切換機構有利于變更曲柄軸與輪轂之間的驅動裝置。由此，不需要在操作按鈕/杠桿與切換機構之間設置機械連接。

背景技術：

從US 6354980B1已知這種類型的自行車。以電氣方式致動和操作的傳動裝置的缺陷在于要定期更換一個或多個電池。通常并不更換這些電池，直到已出現電池不能供給足夠大的電流且此時沒有新電池可用，因而暫時不能夠進行切換。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種在起始段落中限定的那種類型的自行車，其中不再存在上述的缺陷。為此目的，根據本發明的自行車的特征在于，該自行車包括：發電機(generator，發生器)或電流發生裝置，其將運動能(motion energy)轉變為電流；以及充電器，連接到此發電機或電流發生裝置，并且連接到用于為儲存元件充電的電能儲存元件。該發電機優選被設置成微型發電機。儲存元件被自動再充電，從而始終有充足的能量可用于切換。如果致動器的電流消耗足夠低并且切換并不持續進行，而是在多個切換操作之間還留有一些時間為電池充電(例如，當切換傳動裝置時)，則這些微型發電機或能量發生裝置(動能收集系統)的應用是可行的。

優選地，將運動能轉變為電流的發電機或電流發生裝置被連接到輪轂和/或輪軸。

根據本發明的自行車的一有利實施例的特征在于，用于儲存電能的儲存元件被連接到輪軸。因為儲存元件不再需要被定期更換，所以其可有利地被靠近致動裝置裝設，從而大幅降低儲存元件與致動裝置之間的連接的非期望的干擾(中斷)的可能性。

根據本發明的自行車的另一有利實施例的特征在于：

-傳動裝置處于后鏈輪與后輪的輪轂之間，

-輪轂和傳動裝置被設置在中空的輪軸上，以及

-軸桿(axle shaft)被穿插于中空的輪軸，該輪軸經由該軸桿被連接到后叉部。

這種構造的優點在于，中空的輪軸提供了容納或連接用于將致動裝置聯接到操作裝置的組成部件(如電導體)的可能性。

應注意到的是，這一實施例還能夠被應用于未裝備有發電機或電流發生裝置的自行車，并且還能夠有利地被應用于必須定期更換儲存元件的自行車。

根據本發明的自行車的再另一實施例，其特征在于：

-沿輪軸的軸向觀看，傳動裝置主要被設置在后輪輻凸緣外側，

-傳動裝置的致動裝置被設置在傳動裝置的驅動器本體內，

-中空的輪軸包括兩個單獨的軸部件(axle part)，

其中輪轂被設置在這兩個軸部件中的第一軸部件上，而傳動裝置被設置在這兩個軸部件中的第二軸部件上，以及

其中，軸桿僅被插置(穿設)于第一軸部件，而第二軸部件被連接到后叉部。

這種構造的優點在于，當更換后輪時，不需要切斷任何電導體。而且，通過這種構造，在取下后輪時不再需要將鏈條從后輪脫離。

此外，根據本發明的自行車的另一有利實施例，其特征在于，自行車僅包括單個前鏈輪。用于改變多個前鏈輪之間的傳動比的調節機構的電致動通常需要相對多的能量，進而需要相對大的電池。更具體而言，將鏈條從一個鏈輪移至曲柄軸上的下一鏈輪會耗費相對多的能量，這是因為這些前鏈輪之間的直徑差別很大，且鏈條在切換機構(shifting mechanism)的位置被張緊。通過在后鏈輪與輪轂之間插設傳動裝置，可以省略前變速器。該傳動裝置允許以相對小的能量來操作，因為這個操作不需要移動鏈條。因此，用于變更根據本發明的位于自行車的輪轂與曲柄軸之間的傳動裝置的致動裝置所需的能量極小，從而這些致動裝置及其操作能很好地適合于以電氣方式執行，且使所需的電池保持為較小。

根據本發明的自行車的另一有利實施例，其特征在于：

-軸桿被可釋放地連接到輪軸，并且沿切線方向借助可釋放的形鎖連接部(form locked connection，形狀鎖定連接部)而相對于輪轂被固定；

-軸桿還被可釋放地連接到后叉部的車叉勾爪(drop out)，并且沿切線方向借助可釋放的形鎖連接部而相對于車叉勾爪被固定，以及

-軸桿設有多個電導體，這些電導體的端部具有接觸點，其中沿輪軸的軸向觀看處于一端的接觸點位于后叉部的車叉勾爪之間并且與連接到致動裝置的其它導體的接觸點接觸，而沿輪軸的軸向觀看的處于軸桿的電導體的另一端的接觸點位于車叉勾爪外側并且與連接到自行車架的其它電導體的其它接觸點接觸，這些其它電導體被聯接到操作裝置。

這種構造的優點在于，轉矩支撐和電連接兩者均通過軸桿實現，由此當更換后輪時僅需要移除軸桿，且不需要進行單獨的操作來對多個部件進行機械分離和電分離。

優選地，自行車包括電氣方式致動(電致動)的后變速器，并且操作裝置還被電聯接到后變速器的另一致動裝置。由此，自行車的完整的齒輪機構被以電氣方式設置，并且電線能被安設在車架的一側上，因而需要很少量的電線就足夠了。

優選地，操作裝置被以無線方式聯接到傳動裝置的致動裝置和/或后變速器。因此，不需要在自行車的車架上或車架中的操作裝置與致動裝置之間裝設電導體。

根據本發明的自行車的再一有利的實施例的特征在于，自行車包括控制單元，該控制單元基于所輸入的曲柄軸與輪轂之間的期望的驅動來控制變速器和/或傳動裝置。因此，使用者無需單獨地選擇將鏈條移至另一后鏈輪的切換和驅動，而是可以通過控制單元來自動執行。

根據本發明的自行車的另一有利的實施例，其特征在于，操作裝置包括：操作按鈕，其裝設到自行車的車把；以及顯示器或指示器，其顯示出傳動裝置所選擇的檔位(gear)。確實，使用者本人要選擇傳動裝置的驅動和鏈條在后鏈輪上的切換，但是，使用者的這一行為通過所選驅動的指示而獲得協助。

附圖說明

以下將參照附圖中所示的包括根據本發明的輪轂和驅動器的自行車的后輪軸的實施例的示例來進一步詳細描述本發明，在附圖中：

圖1示出根據本發明的自行車的一實施例；

圖2示出后輪軸的輪軸以及安裝到其上的輪轂和驅動器的剖視圖；

圖3和圖4示出被連接到行星齒輪組的聯軸器(coupling)中的可操作的棘爪(operable pawl)的不同的優選位置；

圖5示出后輪軸的剖視圖，其中輪軸和軸桿被鎖定在車叉勾爪中；

圖6示出被鎖定在車叉勾爪中的后輪軸的單獨的輪軸的剖視圖；

圖7示出從自行車架取出的另一后輪軸的輪軸的后叉部的車叉勾爪的剖視圖；

圖8示出后輪軸的單獨的軸桿的剖視圖；

圖9示出圖7所示的車叉勾爪的立體圖；

圖10示出根據本發明的自行車的另一后輪軸的輪軸的剖視圖；以及

圖11示出根據本發明的自行車的再一后輪軸的輪軸的剖視圖。

具體實施方式

圖1示出根據本發明的自行車的實施例。自行車301包括：車架303，裝備有前叉部305和后叉部307以及曲柄軸殼309；前輪311和后輪313，分別位于前叉部和后叉部中；腳蹬315，連接到曲柄軸317，該曲柄軸通過軸承安裝在曲柄軸殼309中；前鏈輪319，連接到曲柄軸317；多個后鏈輪321，連接到驅動器本體33，該驅動器本體連接到后輪313的輪轂201；鏈條323，穿繞在前鏈輪和一個后鏈輪上；驅動器31，包括處于驅動器本體33與后輪313的輪轂201之間的至少兩個可切換的驅動裝置，且該驅動器設有用于在上述驅動裝置之間切換的致動裝置81(見圖2)；以及操作裝置325，用于操作該致動裝置。

自行車301僅包括單個前鏈輪319，驅動器31的致動裝置81被設置成電氣型式(electrical version)，且操作裝置325電聯接到該致動裝置。自行車301包括電氣方式致動(電致動)的后變速器327，而且操作裝置325電聯接到后變速器的致動裝置81。

操作裝置325以無線方式聯接到驅動器31的致動裝置81和/或后變速器327。自行車還包括控制單元329，用以基于所輸入的曲柄軸317與輪轂201之間的期望的驅動來控制后變速器327和/或驅動器31。操作裝置325包括：操作按鈕331，其裝設到自行車的車把333；以及顯示器335或指示器，其指示驅動器所在的齒輪。

圖2示出后輪軸的輪軸3以及通過軸承安裝在其上的驅動器31和輪轂201的剖視圖，根據本發明的驅動器連接到輪軸和輪轂。輪軸3是中空的且其一端部(圖2中未示出此端部)設有內花鍵，該內花鍵用于自行車架的后叉部的其中一個車叉勾爪的形鎖連接部(見圖3)。輪軸可通過這一形鎖連接部來支撐轉矩，所述轉矩是驅動器的驅動器本體33與輪轂201之間的驅動裝置的反作用轉矩。輪轂201和連接到輪轂的驅動器31通過軸承安裝在輪軸3上。該輪轂具有兩個輪輻凸緣(spoke flange)205，輪的輪輻(未示出)裝設到此輪輻凸緣。其上裝設有鏈輪的鏈輪座(未示出)可被安裝在驅動器31的驅動器本體33上。為此，驅動器本體33設有連接裝置(花鍵35、37和內螺紋39)，設有另一連接裝置的鏈輪座能通過所述連接裝置被連接到驅動器本體。

驅動器31包括位于驅動器本體33與輪轂201之間的兩個可切換的驅動裝置，由此，在曲柄軸上只有一單個鏈輪就足夠了，由此可省略自行車的前變速器。驅動器31通過花鍵41聯接到輪轂201。這些花鍵包括：內花鍵207，位于輪轂中；以及外花鍵43，位于驅動器的輸出聯接襯套45上。驅動器31與其所附接到的中空的輪軸3一起形成一個單元，該單元可作為整體被插入到輪轂201中，并可與輪轂(以及后輪的其余部分，輪轂形成其一部分)一起被推入自行車架的后叉部的車叉勾爪101、103之間，并且還可從其中被取出。

驅動器31包括具有三個旋轉構件的行星齒輪組，其中：第一旋轉構件由內齒圈47構成；第二旋轉構件由行星齒輪支撐部49構成，多個行星齒輪51通過軸承安裝到行星齒輪支撐部49，且該行星齒輪支撐部被連接到由具有外花鍵43的聯接襯套45構成的聯接裝置；而第三旋轉構件由連接到輪軸3的太陽輪53構成。

第一旋轉構件47通過第一可切換的聯軸器71連接到第二旋轉構件51，而第三旋轉構件53連接到第二可切換的聯軸器75，通過第二可切換聯軸器75可將第三旋轉構件連接到輪軸3。驅動器31還包括用于切換可切換的聯軸器71、75的切換機構。該切換機構位于驅動器本體33內的空間81中且具有滑環(sliding ring)79，該滑環能通過軸向移位來操作兩個聯軸器。該可切換機構還包括用于使滑環79移位的電致動器。該致動器具有被安裝到輪軸3的定子。

滑環79和致動器在驅動器本體33中處于遠離聯接裝置41的行星齒輪組側。該致動器設有多個連接銷，這些連接銷通過一個或多個開口伸入輪軸3并與輪軸隔離。

軸桿設有多個電導體401，這些電導體在其端部處具有接觸點，其中沿輪軸的軸向觀看處于一端的接觸點403位于后叉部307的車叉勾爪101、103之間，并且與連接到該致動裝置的其它導體405的接觸點接觸；而沿輪軸的軸向觀看處于軸桿的電導體的另一端的接觸點407位于車叉勾爪101、103外側并且與連接到自行車架的其它電導體411的其它接觸點409接觸，所述其它電導體被聯接到操作裝置。

圖3和圖4示出行星齒輪組中的聯軸器71和75的可操作的棘爪73和77的兩個變型。在該齒輪組中，內齒圈被驅動且行星齒輪支撐部c形成輸出部。太陽輪s可被聯接到輪軸3。圖3示出設有可操作的棘爪73和77的行星齒輪組的第一實施例。在這種情況下，輪軸3被固定到自行車的車架。棘爪77被可旋轉地連接到輪軸3并與太陽輪s卡合。棘爪73被可旋轉地連接到行星齒輪支撐部c并與內齒圈a開合。

圖4示出設有可操作的棘爪73、77的行星齒輪組的第二實施例。這里，輪軸3被固定到自行車的車架。棘爪77被可旋轉地連接到輪軸并與太陽輪s卡合。棘爪73被可旋轉地連接到內齒圈a并與行星齒輪支撐部c卡合。

在聯接裝置(聯接襯套45)與驅動器本體33之間設置有第一密封部，該第一密封部由左手側密封驅動器本體軸承55(第一密封球軸承)構成，該軸承的外周側連接到驅動器本體，而其內周側連接到聯接裝置(聯接襯套45)。在聯接裝置(聯接襯套45)與輪軸3之間設置有第二密封部，該第二密封部由支撐軸承57(密封滾針軸承)構成。支撐軸承的密封環59通過其外周側連接到聯接裝置(聯接襯套45)。在驅動器本體33與輪軸3之間設置有第三密封部，該第三密封部由右手側密封的驅動器本體61(第二密封球軸承)構成，該軸承的外周側被連接到驅動器本體。支撐軸承57的外周側連接到聯接裝置(聯接襯套45)并且處于第二密封部與第三密封部之間。該支撐軸承的滾子(roller)61碾過位于輪軸3上的輥面63。

由設有外花鍵的聯接襯套45構成的聯接裝置與由輪轂201中的內花鍵207構成的另一聯接裝置配合操作。在聯接襯套45的另一端設有凸緣65，該凸緣65形成第二旋轉構件的一部分或者被連接到第二旋轉部件。這里，左手側驅動器本體55處于外花鍵43與聯接襯套45上的凸緣65之間。輪轂201在靠近第一端處通過輪轂軸承(圖中未示出)以軸承方式安裝在輪軸3上，而在第二端處設有由內花鍵207構成的另一聯接裝置。

圖5示出固定到自行車的后叉部的車叉勾爪101、103的后輪軸1的剖視圖。后輪軸1包括中空的輪軸3，該中空的輪軸容納插置于其中的軸桿5。該后輪軸包括轉矩支撐裝置，用以在自行車架上支撐施加于該輪軸上的轉矩。這些轉矩支撐裝置由以下部分構成：內花鍵13，位于中空的輪軸的左手側端部中(見圖4和圖5)；內花鍵113，位于轉矩支撐臂105中，該轉矩支撐臂位于左手側車叉勾爪101的開口109中且抵靠該車叉勾爪(見圖9)；以及外花鍵12(見圖5和圖8)，位于可繞銷7自由旋轉的襯套11上。這里，輪軸3中的內花鍵13和襯套11的右手側部分形成第一形鎖連接部，而轉矩支撐臂105中的內花鍵113和襯套11的左手側部分形成第二形鎖連接部。在通過從輪軸沿軸向移除軸桿5而將軸桿5移除之后，能夠將輪軸3沿徑向從后叉部的車叉勾爪101、103之間移除(見圖7)。

銷7與繞銷7自由旋轉的襯套11和連接到銷7的另一銷9通過穿引連接(threaded connection)方式共同地形成軸桿5(見圖8)。該軸桿的左端部具有杠桿19，該杠桿19偏心地連接到安裝在銷7的端部的軸17，并且該杠桿形成用于將輪軸3夾置在自行車架的車叉勾爪101、103之間的快速釋放機構(見圖9)。另一銷9的自由端部設有外螺紋21，該外螺紋21旋入設于右手側車叉勾爪103的開口111中的帽部107內，該帽部具有內螺紋。

另一銷9的螺紋端21具有中心凹部23，該中心凹部的內壁設有沿軸向并排布置的兩個電接觸部。右手側車叉勾爪103設有帽部117(見圖7)，該帽部117通過橋板(bridge plate)119連接到帽部107，并且在開口111的中間延伸而形成設有兩個另外的電接觸部的延伸部(extender)，這兩個另外的電接觸部沿軸線方向并排布置并且與軸桿5的另一銷9的右手側端部中的接觸部接觸。

圖9以例證方式示出車叉勾爪101、103的立體圖。這些車叉勾爪中的開口109、111容納插入件(insert)，這些插入件呈設有內花鍵113的轉矩支撐臂105的形式以及設有內螺紋115的中空的帽部107的形式。轉矩支撐臂105的端部105B沿旋轉方向121抵靠車叉勾爪101，從而使該車叉勾爪101被防旋轉鎖定且因此能夠支撐轉矩。

圖10和圖11示出根據本發明的自行車的其它兩個實施例的后輪的剖視圖。這里，中空的輪軸包括：第一軸部件401，輪轂設置于該第一軸部件；以及第二軸部件403，驅動器407設置于該第二軸部件。軸桿409僅插設于第一軸部件401，而第二軸部件403借助螺栓413連接到后叉部411。可通過釋放軸桿并將軸桿從第一軸部件移除來拆下后輪，同時設有驅動器的第二軸部件仍繼續保持連接到后叉部。在圖11中，驅動裝置被設置為僅具有單個行星齒輪407的行星齒輪組，該單行星齒輪相對于固定的輪軸偏心地以軸承方式安裝。該行星齒輪組具有梯級式設計(由彼此聯接的兩個不同直徑的齒輪構成)。兩個行星齒輪直徑中的第一個與被連接到驅動器本體的內齒圈嚙合。兩個行星齒輪直徑中的第二個與能被連接到輪轂的內齒圈嚙合。行星齒輪組的這一實施例能夠實現傳動比中非常小的梯級，這對于某些應用是有利的。

雖然在上文中已經參考附圖說明了本發明，但應指出的是，本發明不以任何方式或手段局限于附圖所示的實施例。本發明還擴展至由權利要求所限定范圍內的、附圖中所示實施例之外的任何實施例。