链器马达单元的后侧的法线方向视图；
[0103]图38是在图34中图示的电拨链器马达单元的顶侧的法线方向视图；以及
[0104]图39是在图34中图示的电拨链器马达单元的前侧的法线方向视图。
【具体实施方式】
[0105]现将参考附图来解释选定的实施例。本领域技术人员从此公开可以了解，对实施例的以下描述仅提供来用于示例而不用于限制发明的目的，本发明由所附的权利要求和它们的等同方式来限定。
[0106]第一实施例
[0107]图示了根据第一实施例的用于操作自行车齿轮改变装置的马达单元。以下将描述具有该马达单元的自行车。
[0108]如图1中所示出的，根据本实施例的自行车100包括邻近前齿轮改变装置111放置的前拨链器121、邻近后齿轮改变装置112放置的后拨链器122以及换档开关123。
[0109]前拨链器121将链条113选择性地与前齿轮改变装置111中的多个链轮中的任何一个啮合。后拨链器122将链条113选择性地与后齿轮改变装置112中的多个链轮中的任何一个啮合。为了执行换档操作，换档开关123根据其操作将换档信号发送到装备有前拨链器121和后拨链器122等的齿轮改变装置。
[0110]如图2A到图2C中所示出的，前拨链器121和后拨链器122分别包括罩构件131、链接机构132和链条导向件133。
[0111]罩构件131容纳驱动装置10和驱动电路32(如后文描述的)，且如图1中所示出的，罩构件131固定到自行车100的框架的预定位置。
[0112]链接机构132的一端固定到驱动装置10的输出轴21，将输出轴21的旋转转换为链条导向件133的水平运动(图2B中沿X方向的运动)。
[0113]链条导向件133形成为框架，且如图3中所示出的，链条113穿过其。链条导向件133沿水平方向导向链条113，以使链条113会与多个链轮中的选定的一个配合。
[0114]如图4A中所示出的，驱动装置10包括行星齿轮减速机构20(例如行星齿轮机构)和马达31，且该驱动装置10容纳在罩构件131中。
[0115]如图4A到图4C和图5A中所示出的，行星齿轮减速机构20包括承载件11 (11a、lib、11c)、固定太阳轮12 (例如固定外部太阳轮)、多个行星轮13、驱动齿轮14、输出太阳轮15(例如输出外部太阳轮)以及基座16。另外，该机构由罩构件131覆盖。
[0116]承载件11包括一对支撑板11a和lib以及多个旋转轴11c，且该承载件11支撑多个行星轮13。承载件11可以由金属、树脂等制成。承载件构造为能够旋转。承载件11可旋转且可绕转地支撑行星轮13。
[0117]固定太阳轮12放置在承载件11的中心区段处。固定太阳轮12固定到基座16。
[0118]行星轮13可以由金属、树脂等制成。行星轮13中的每个都具有与固定太阳轮12(例如固定外部太阳轮)啮合的第一齿轮13b以及与输出太阳轮15(例如输出外部太阳轮)啮合的第二齿轮13d。第一齿轮13b和第二齿轮13d同轴且一体地联接到彼此。6个行星轮13放置在圆弧上，行星轮13沿该圆弧绕转。行星轮13由旋转轴11c可旋转地支撑，旋转轴11c放置在行星轮13沿其绕转的圆弧上。旋转轴11c在顶端和底端由支撑板11a和lib支撑。
[0119]驱动齿轮14可以由金属、树脂等制成。进一步地，驱动齿轮14与基座16上的固定太阳轮12同中心地形成，且形成为自由地旋转。内部齿轮14b在内表面上形成，用于与行星轮13的第一齿轮13b啮合。外齿轮14a在驱动齿轮14的下端上的周界处形成。马达31的转矩经由小齿轮(pin1n gear) 23和中间齿轮22传送到外齿轮14a，因此驱动齿轮14由于该转矩而旋转。行星轮13的与内部齿轮14b啮合的第一齿轮13b随驱动齿轮14旋转而旋转。行星轮13围绕固定太阳轮12的周界绕转，同时绕各自的旋转轴11c中的每个旋转。另外，虽然中间齿轮22在附图中示出为单个齿轮，但中间齿轮可以构造为具有一个或多个齿轮系的正齿轮轮系。换句话说，中间齿轮22可以是具有设置在马达31的小齿轮23 (例如马达小齿轮)和行星齿轮减速机构20 (例如行星齿轮机构)之间的至少一个正齿轮的齿轮系。齿轮系构造为将马达31的马达转矩传送到行星齿轮减速机构20 (例如行星齿轮机构)。
[0120]输出太阳轮15可以由金属、树脂等制成，且相对于固定太阳轮12同轴地形成，以相对于固定太阳轮12旋转。输出太阳轮15与行星轮13的第二齿轮13d啮合，且随行星轮13旋转而旋转。输出轴21同轴地固定到输出太阳轮15。换句话说，输出太阳轮15(例如输出外部太阳轮)相对于固定太阳轮12(例如固定外部太阳轮)可旋转，且输出太阳轮15(例如输出外部太阳轮)固定地联接到输出轴21。输出太阳轮15 (例如输出外部太阳轮)具有外部齿轮齿。另外，输出轴21相对于输出太阳轮15(例如输出外部太阳轮)的旋转轴线同轴地设置。行星轮的第二齿轮与输出太阳轮15(例如输出外部太阳轮)啮合。然后，输出轴21的旋转输出向外部传送。
[0121]基座16支撑整个行星齿轮减速机构20。
[0122]输出轴21从输出太阳轮15的一个表面延伸，从罩构件131突出，且与链接机构132的一端联接。此外，输出轴21从输出太阳轮15的另一端延伸通过在固定太阳轮12的中心区段处形成的开口，且穿过基座16。输出轴21由放置在基座16上的滑动轴承201和放置在罩构件131中的滑动轴承202支撑。滑动轴承201、202可以是例如烧结含油轴承(oil-1mpregnated sintered bearing)ο
[0123]图5B是具有上述构造的驱动装置10的架构图。在图5B中，固定太阳轮12由A表示，行星轮13中的第一齿轮13b由B表示，驱动齿轮14的内部齿轮14b由C表示，行星轮13的第二齿轮13d由D表示，且输出太阳轮15由E表示。
[0124]随着驱动齿轮14的外部齿轮14a由于从马达31传送的驱动力而旋转，具有上述构造的行星齿轮减速机构20构造为使得行星轮13中与固定太阳轮12以及内部齿轮14b啮合的第一齿轮13b绕转并旋转。随着第一齿轮13b绕转并旋转，同轴地固定到第一齿轮13b的第二齿轮13d也绕转并旋转。输出太阳轮15与第二齿轮13d啮合，由此由于第二齿轮13d的绕转和旋转而旋转。输出轴21然后随输出太阳轮15旋转而旋转。
[0125]行星齿轮减速机构20的减速传动比RGR在此情况下可以由以下公式(1)表示，其中Za表示固定太阳轮12 (例如固定外部太阳轮)的齿的数目(例如齿数)，Zb表示行星轮13的第一齿轮13b的齿的数目(例如齿数)，Zc表示传动驱动齿轮14的内部齿轮14b的齿的数目(例如齿数)，Zd表示行星轮13的第二齿轮13d的齿的数目(例如齿数)，且Ze表示输出太阳轮15 (例如输出外部太阳轮)的齿的数目。
[0126]RGR = Zb*Ze* (Za+Zc) / (Zc* (Zb*Ze_Za*Zd))…(1)
[0127]如图6中所示出的，容纳在罩构件131中的驱动电路32接收来自放置在自行车的手把上的换档开关123的换档信号。驱动电路32响应于该指令而计算马达31的旋转量，并通过计算出的旋转量控制马达31旋转。马达31的旋转经由小齿轮23、中间齿轮22以及行星齿轮减速机构20传送到链接机构132，其引起链条导向件133移动，以由此将链条113导向到预期链轮。在该图示实施例中，行星齿轮减速机构20(例如行星齿轮机构)、输出轴21、中间齿轮22基本形成了自行车拨链器马达齿轮单元，其构造为降低马达31的马达速度并将马达31的马达转矩传送到前拨链器121或后拨链器122 (例如拨链器)。
[0128]在上述构造中，当应力从链条113增加到链条导向件133时，转矩经由链接机构132施加到驱动装置10的输出轴21。对驱动装置来说，有必要逆着该力而作用，以维持链条导向件133的位置。
[0129]在那个时候，即使有来自链条113的一些应力，使得行星齿轮减速机构20不逆着该应力而作用且不旋转(以下称为“自锁”)，组成行星齿轮减速机构20的每个齿轮制作成渐开线齿轮。另外，固定太阳轮12 (例如固定外部太阳轮)、输出太阳轮15 (例如输出外部太阳轮)、第一齿轮13b以及第二齿轮13d分别具有这样的齿数，使得齿数满足以下公式。
[0130]当Zb*Ze〈Za*Zd:
[0131]{(nab*Za/Zb)+l}/[{(Ze/(nde*Zd)}+l] ( 1...(2)
[0132]当Zb*Ze>Za*Zd:
[0133]{(nde*Ze/Zd)+l}/[{Za/(nab*Zb)}+l] ( 1...(3)
[0134]这里，nab表示固定太阳轮12(例如固定外部太阳轮)和行星轮13的第一齿轮13b之间的传动效率，且n de表示行星轮13的第二齿轮13d和输出太阳轮15 (即输出外部太阳轮)之间的传动效率。用于行星齿轮减速机构20中的行星轮的旋转轴是滑动轴承，且两个传动效率nab m n de的值接近0.9 (0.85-0.95)，或者更优选地为0.9。
[0135]行星齿轮减速单元20以满足公式(2)或公式(3)的齿轮设置来构造。因此，马达31的响应于换档开关123的操作的旋转从输出轴21传送到链条导向件133，以执行换档改变。但是，当来自链条113的力增加到链条导向件133时，行星齿轮减速机构20停止旋转(自锁)，且吸收该应力。因此，链条导向件133保持在其原始位置，且不发生非预期的换档改变。换句话说，在图示实施例中，固定太阳轮12、输出太阳轮15、第一齿轮13b和第二齿轮13d分别具有这样的齿数，使得当外力从输出轴21施加到输出太阳轮15时，固定太阳轮12、输出太阳轮15、第一齿轮13b和第二齿轮13d锁定。
[0136]于是，可能提供一个功能，凭借该功能，行星齿轮减速机构20以简单的构造且甚至不使用专门的辅助构造就可以逆着来自链条的反作用力而作用且维持链条的位置。
[0137]接下来，将给出关于设置齿轮齿的数目以满足公式(2)、(3)从而给行星齿轮减速机构20的增加自锁功能的详细描述。
[0138]首先，两套太阳轮和行星轮(固定太阳轮12和行星轮13的第一齿轮13b，以及输出太阳轮15和行星轮13的第二齿轮13d)的规格按照图7中所示出的设置。
[0139]在图7中，模数指示了用于齿轮的齿的尺寸，mab表示用于固定太阳轮12和行星轮13的第一齿轮13b的模数，而mde表不用于输出太阳轮15和行星轮13的第二齿轮13d的模数。轴间距离表示用于啮合的两个齿轮的旋转轴线之间的距离。L表示用于固定太阳轮12和行星轮13的第一齿轮13b的轴之间的距离，以及用于输出太阳轮15和行星轮13的第二齿轮13d的轴之间的距离，上述两个距离相等。
[0140]齿的数目表示每个齿轮上的齿的数目。Za表示固定太阳轮12上的齿的数目，Zb表示行星轮13的第一齿轮13b上的齿的数目，Zd表示行星轮13的第二齿轮13d上的齿的数目，且Ze表示输出太阳轮15上的齿的数目。
[0141]啮合压力角α表示啮合的齿轮的倾角。更具体地，如图8Α中所示出的，啮合压力角α是用于啮合的齿轮对的、连接驱动齿轮的基圆和被动齿轮的基圆的作用线与连接两个齿轮的旋转轴线的线的法线之间的夹角α。这里，a ab表示固定太阳轮12和行星轮13的第一齿轮13b嗤合期间的嗤合压力角，且a de表不行星轮13的第二齿轮13d和输出太阳轮15啮合期间的啮合压力角。
[0142]对于给定的传动效率η，用于描述在啮合齿轮对的齿轮传动期间力的平衡的众所周知的方法是使用理论作用线，其连接以传动效率η乘以被动齿轮的基圆的半径得到的圆和驱动齿轮的基圆。
[0143]理论作用线的啮合压力角aw表示将由于啮合的齿轮的接触表面的滑移引起的摩擦的影响考虑在内的压力角。更具体地，如图8B中所示出的，理论作用线的啮合压力角a w是用于啮合的齿轮对的、连接驱动齿轮的基圆和被动齿轮的基圆的作用线与连接两个齿轮的旋转轴线的线的法线之间的夹角α。这里，awab表示固定太阳轮12和行星轮13的第一齿轮13b啮合期间的理论作用线的啮合压力角，且a wde表示行星轮13的第二齿轮13d和输出太阳轮15啮合期间的理论作用线的啮合压力角。
[0144]传动效率η表示两个啮合齿轮的传动效率。这里，nab表示固定太阳轮12和行星轮13的第一齿轮13b啮合期间的传动效率，且n de表示行星轮13的第二齿轮13d和输出太阳轮15啮合期间的传动效率。
[0145]这里，基圆半径rb表示用于将渐开线曲线绘成波形的圆(基圆)的半径，rba表示用于固定太阳轮12的基圆半径，rbb表示用于行星轮13的第一齿轮13b的基圆半径，rbd表示行星轮13的第二齿轮13d的基圆半径，且rbe表示用于输出太阳轮15的基圆半径。
[0146]此外，旋转运动的方向在行星齿轮减速机构20中根据用于齿轮的齿轮齿的组合而不同。因此，根据运动的方向，对于机构自锁的条件，有必要分不同的情况。
[0147]因此，对于每个运动方向将描述齿轮的旋转方向和到行星轮的作用线。
[0148]首先，当输出轴21旋转一圈时，各个元件的旋转数目如下:
[0149]输出太阳轮:1
[0150]固定太阳轮:0
[0151]行星轮旋转:(Zb*Ze+Za*Ze)/ (Zb*Ze_Za*Zd)
[0152]行星轮绕转:Zb*Ze/(Zb*Ze-Za*Zd)
[0153]每个计算出的值的符号表示旋转方向。正值指示与输出轴21相同的旋转方向，且负值指示相反的旋转方向。于是，用于行星轮13的旋转方向和绕转方向由Zb*Ze和Za*Zd之间的尺寸关系限定。
[0154]当齿轮的齿轮齿的组合为Zb*Ze〈Za*Zd时，每个构成元件的运动方向和作用线为如图9中所示出的。
[0155]但是，当齿轮的齿轮齿的组合为Zb*Ze>Za*Zd时，每个构成元件的运动方向和作用线为如图10中所示出的。
[0156]图9和图10示出了外部顺时针的力施加到输出轴21，且细箭头表示由于该力而引起的齿轮旋转的假设的运动方向。此外，从固定太阳轮12到行星轮13的作用线Fa、从输出太阳轮15到行星轮13的作用线Fe由粗箭头表示。另外，实线圆表示基圆，虚线圆表示理论基圆，且连接基圆和理论基圆的虚线表示将传动效率考虑在内的理论作用线。
[0157]如附图中所示出的，当Zb*Ze>Za*Zd时行星轮13和承载件11的旋转方向与当Zb*Ze〈Za*Zd时行星轮13和承载件11的旋转方向相反。由此，第一齿轮13b和固定太阳轮12以及第二齿轮13d和输出太阳轮15处于逆向驱动关系，固定太阳轮12和第二齿轮13d驱动，而第一齿轮13b和输出太阳轮15被驱动，且理论作用线与Zb*Ze〈Za*Zd的情况不同。
[0158]以下将讨论当实施自锁时行星轮13中的力的平衡。当实施自锁时，每个行星轮13都不旋转或绕转。因此，首先，要考虑行星轮13不旋转的条件。当由从固定太阳轮12到行星轮13的反向力Fa以及从输出太阳轮15到行星轮13的压力Fe产生的力矩以行星轮13的旋转轴作为中心处于平衡时，引起行星轮13旋转的元素消失。
[0159]因此，为了建立自锁，公式⑷和(5)必须成立。
[0160]当Zb*Ze〈Za*Zd:
[0161]Fa*rbb = Fe*rbd* η de
[0162]Fa/Fe = rbd* η de/rbb…(4)
[0163]当Zb*Ze>Za*Zd:
[0164]Fa*rbb* η ab = Fe*rbd
[0165]Fa/Fe = rbd/ (rbb* η ab)…(5)
[0166]接下来，将分析行星轮13不绕转的条件。如图11中所示出的，从固定太阳轮12增加到行星轮13的反向力Fa可以分解成固定太阳轮12的径向分力Far以及承载件11的旋转方向的分力Fa Θ。另外，由输出太阳轮15增加到行星轮13的压力Fe可以分解成用于输出太阳轮15的径向分力Fer以及用于承载件11的旋转方向的分力Fe Θ。
[0167]在这些力的分力中，用于固定太阳轮12的径向的分力Far和用于输出太阳轮15的径向的分力Fer从承载件11的旋转轴11c接收反向力并获得平衡。
[0168]因此，如果分力Fa0和Fe Θ的合力为零，或者如果合力的取向与由齿轮上的齿轮齿的数目的组合所限定的承载件11的旋转方向相反，则行星轮13不会绕转。将分析力的分力Fa Θ和Fe Θ的合力为零，或者使承载件11的旋转方向反向的条件。
[0169]换句话说，当Zb*Ze〈Za*Zd，如果公式(6)成立，则行星轮13将不再绕转。
[0170]Fa Θ < Fe Θ...(6)
[0171]当Zb*Ze>Za*Zd，如果公式(7)成立，则行星轮13将不再绕转。
[0172]Fa Θ 彡 Fe Θ …(7)
[0173]将分析这些条件成立的情形。
[0174]首先，力的分力Fa Θ和Fe Θ由公式⑶和(9)表不。
[0175]Fa Θ = Fa*cos ( a wab)…(8)
[0176]Fe θ = Fe*cos ( a wde)…(9)
[0177]将公式⑶和(9)代入公式(6)并改变其形式而生成公式(6’)。
[0178]Fa Θ 彡 Fe Θ
[0179]Fa*cos(awab) < Fe*cos ( a wde)
[0180]Fa*cos(α wab)/{Fe*cos(α wde)} < 1…(6，