专利名称：带有发电机的中轴结构的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及一种带有发电机或发电机构的中轴结构。更具体而言，本发明涉及一种安装于自行车中轴上的发电机或发电机构。
背景技术：
骑自行车正在成为一种日益流行的娱乐形式及运输方式。而且，骑自行车已经成为一种在业余爱好者和职业运动员中都非常流行的竞技体育运动。不管自行车用于娱乐、运输或竞技，自行车工业都在不断改进自行车的各种组件以便使得骑自行车更加容易和享受。
近来，自行车已经装备有电动组件以便使得骑车人骑车时更加容易和享受。有时，这些自行车带有前灯、电动变速器、电动拨链器或其它电力设备。这些电装置通常需要持续的电能供应。一些自行车带有用于为这些电力设备供应电能的电池。然而，电池的使用寿命有限。因此，为了防止必须使用电池，许多自行车带有用于为这些电力设备供应电能的发电机构。这些发电机构通常安装于前轮毂上以便为这些电力设备供应电力。这些发电机构利用前轮的转动发电，电力通过导线输送至电力设备(例如参看日本公开专利出版物No.2001-213104)。尽管发电机构安置于前轮毂就工作得很好，但是当骑车人惯性滑行时，发电机构的存在可能减缓前轮的转动。
还提出在自行车的中轴区域安装发电机(发电机构)从而通过自行车曲柄轴的转动来发电(例如参看日本公开专利出版物No.55-141954)。然而，发电机构安装于中轴上可能在骑车人缓慢骑车时引起电力不足。
鉴于以上这些方面，通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，就需要一种改进型自行车中轴结构。通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，本发明能够适应现有技术的这种要求及其它要求。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种带有发电机构的自行车中轴结构，其能够产生用于操作一个或多个电力设备的充足能量。
本发明的另一个目的是提供自行车中轴结构，其制造和装配比较简单且成本较低。
本发明的另一个目的是提供一种使用行星齿轮单元的自行车中轴结构。
上述目的可以通过提供一种包括轴、发电机和行星齿轮单元的自行车中轴结构而基本上得以实现。轴具有第一端和第二端。发电机安装于轴上，并且具有静止部分和转动部分。行星齿轮单元联接于轴与发电机的转动部分之间以便使得发电机的转动部分转动得比轴快。
对本发明所属领域的普通技术人员来说，通过阅读结合附图公开了本发明的优选实施例的以下详细描述，可以清楚地了解本发明的这些及其它目的、特征、方面和优点。
现在请参阅附图，其构成了本发明原始公开内容的一部分图1为带有根据本发明第一实施例的自行车中轴结构的自行车的透视图；图2为根据本发明第一实施例的图1中所示自行车中轴结构的局部纵向剖视图；图3为根据本发明第一实施例的图1和2中所示的自行车中轴结构的右手端的局部放大纵向剖视图；图4为根据本发明第一实施例的图1-3中所示的自行车中轴结构的右手端的局部放大纵向剖视图；图5为根据本发明第一实施例的图1-4中所示的自行车中轴结构的选定零件的部件分解透视图；图6为根据本发明第一实施例的图2-5中所示的齿轮支架的左轴端视图，其上安装着行星齿轮；图7为根据本发明第一实施例的图6中所示的齿轮支架和行星齿轮的侧视图；图8为根据本发明第一实施例的与安装于齿轮支架上的行星齿轮接合的恒星齿轮的左轴端视图；图9为根据本发明第一实施例的图2-5中所示的右杯状物的左轴端视图；图10为根据本发明第一实施例的右杯状物沿图9中的剖面线10-10观察时的剖视图；图11为图9和10中所示的右杯状物的右轴端视图；图12为根据本发明第一实施例的图2、3和5中所示的安装轴套的左轴端视图；图13为图12中所示的安装轴套沿图12的剖面线13-13观察时的纵向剖视图；图14为图10和11中所示的右杯状物的右轴端视图；图15为根据本发明第一实施例的图2、3和5中所示的恒星齿轮的左轴端视图；图16为图15中所示的恒星齿轮沿图15的剖面线16-16观察时的剖视图，其上安装着永久磁铁；以及图17为图15和16中所示的恒星齿轮的外侧轴端视图。
具体实施例方式
现在将参照附图对本发明的选定实施例进行说明。通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，对本发明的这些实施例的以下描述仅供示例说明，而非用于对由附属权利要求及其等同内容所限定的本发明进行限制。
首先请参看图1-5，所示的自行车10装备有根据本发明第一实施例的自行车中轴结构12。中轴结构12安装于自行车车架16的中轴管14中。中轴结构12具有牢固地联接于中轴结构12两端的右曲柄臂18和左曲柄臂20。由于自行车10的其余零件均为常规零件，因此，除了涉及中轴结构12的零件之外，本文中将不对自行车10的其余零件进行详细地讨论或示出。而且，通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，在不背离本发明范围的情况下，可以对自行车10的各种组件或零件做出各种变动。
在图2中看得最为清楚，自行车中轴结构12基本上包括轴22、第一端安装结构24、第二端安装结构26、发电机或发电机构28以及行星齿轮单元30。发电机28设置成在骑车人骑自行车10时发电。基本上，如下所述，行星齿轮单元30联接于轴22与发电机28之间以便使得发电机28的转动速度快于轴22。
轴22通过第一、第二端安装结构24可转动地支承于中轴管14上。另外，右曲柄臂18和左曲柄臂20牢固地联接于轴22的两端。优选地，轴22由通常用于形成中轴的轴的硬质刚性材料如硬质刚性金属材料构成。在所示实施例中，轴22为具有第一或右端33和第二或左端34的管状构件。
右曲柄臂18牢固地安装于轴的右端32上，而左曲柄臂20牢固地联接于轴22的左端34上。尤其是，轴22的外表面带有一组与右曲柄臂18的相应花键啮合的环形锯齿或花键36。右曲柄臂18通过第一端安装结构24的轴向力而保持于花键36上，如下所述。左曲柄臂20通过紧固件设置结构38固定于轴22的左端34上。更具体而言，轴22的左端34带有多个置于其外周表面上的锯齿或花键40，和一组形成于左端34的内孔中的内螺纹42。因此，左曲柄臂20具有与形成于轴22的左端34上的花键40相啮合的相应锯齿或花键以防止相对转动。紧固设置结构38与内螺纹42接合从而将左曲柄臂20牢牢地保持于轴22的左端34上。
轴22的外周表面还设置成用于容纳将轴22固定于中轴管14上的第一端安装结构24和第二端安装结构26。尤其是，轴22的外周表面为阶形设置结构，其中最大直径或宽度形成于第一端36处，而最小直径或宽度形成于第二端34处。因此，包括花键36的轴22的外周表面直径或宽度最大，而带有花键40的轴22的外周表面直径或宽度最小。
优选地，外周表面还包括多个与花键36相邻的锯齿和花键44，其设置成用于固定多个链轮46之一(仅示出一个)。轴22的外周表面优选地还包括与轴22的第一端36相邻的第一组外螺纹51和基本上与轴22的第二端34相邻的第二组外螺纹52。优选地，螺纹51的有效外径大于螺纹52的有效外径。外螺纹51配置成用于将第一端安装结构24牢牢地固定于其上。第二外螺纹52配置成用于将第二端安装结构26牢牢地固定于其上。
优选地，紧固件设置结构38包括安装螺栓38a、垫圈38b和锁紧环38c。安装螺栓38a的外螺纹与轴22的内螺纹42啮合。优选地，安装螺栓38a为带有具有转矩传输表面的孔的中空构件。安装螺栓38a具有环形凸缘，其与左曲柄臂20的凸缘邻接以便施加将左曲柄臂20保持于轴22的第二端34上的轴向力。优选地，垫圈38b置于安装螺栓38a的环形凸缘与左曲柄臂20之间。锁紧环38c拧入左曲柄臂20中，并设置成与安装螺栓38a的环形凸缘邻接。优选地，锁紧环38c具有多个沿圆周方向隔开的用于容放安装工具的盲孔。
第一端安装结构24优选地包括右锥体60、右杯状物61、多个球轴承62以及右端封63。第一端安装结构24可转动地将轴22的第一端32支承于中轴管14上。尤其是，右锥体60、右杯状物61以及球轴承62形成了第一轴承组或单元。右锥体60、右杯状物61以及球轴承62均由自行车领域通常所使用的硬质刚性材料构造成。
在图2和3中看得最为清楚，右锥体60优选地为具有管状部分60a和环形凸缘部分60b的环形构件。管状部分60a的内螺纹60c与轴22的外螺纹51接合以便将第一端安装结构24固定于轴22上。管状部分60a还具有可转动地支承球轴承62的环形凹面60d。右锥体60的环形凸缘60b优选地为阶形以便形成对链轮46和右曲柄臂18施加轴向力的压紧部分。相应地，当右锥体60安装于轴22的外螺纹51上时，轴向力则施加于链轮46和右曲柄臂18上。
在图9、10和11中看得最为清楚，右杯状物61优选地由硬质刚性材料构造成。右杯状物61牢固地安装于中轴管14上。右杯状物61优选地为包括管状部分61a、外部支座凸缘61b和内部环形凸缘61c的管状构件。优选地，管状部分61a还具有与中轴管14的内螺纹接合的外螺纹61d。优选地，螺纹61d为左旋螺纹。外部环形凸缘61b为支座构件，其在右杯状物61完全安装于中轴管14中时与中轴管14的轴向右端接合。优选地，外部环形凸缘61b具有力矩传输型面(未示出)如便于安装所用的凹口。
内部环形凸缘61c优选地具有四个转锁切口61e。这些转锁切口大致为L形构型以便于将发电机28的一部分安装于其上。内部环形凸缘61c优选地还具有通过其来容放发电机28的电线W的入线孔61f。内部环形凸缘61c的内端具有支承着球轴承62以便转动的凹轴承面61g。相应地，球轴承62可转动地支承于右锥体60的轴承面60d与右杯状物的轴承面61g之间，从而使得轴22可以相对于中轴管14转动。优选地，球轴承62由诸如金属材料之类的硬质刚性材料构造成。
优选地，密封构件63由诸如弹性体材料之类的挠性、弹性密封材料构造成。密封63优选地安装于形成于管状部分61a内表面上的内部槽中。
如图2中所示，第二端安装结构26基本上包括左锥体64、左杯状物65、多个球轴承66以及环形端封67。因此，第二端安装结构26设置成可相对于中轴管40转动地支承着轴22的左端34。左锥体64、左杯状物65以及球轴承66均由自行车领域通常所使用的硬质刚性材料构造成。
左锥体64为具有一组内螺纹64a、环形凹轴承面64b以及多个花键或锯齿64c的管状构件。优选地，左锥体64的外周表面具有力矩传输型面(未示出)，如便于安装所用的凹口、花键或锯齿。内螺纹64a与轴22的外螺纹52按照螺纹方式接合以便将第二端安装结构26固定于其上。凹轴承面64b形成于左锥体64的外周表面上，并且按照常规方式可转动地支承着球轴承66。花键或锯齿64c形成于左锥体64的外周表面上。花键或锯齿64c设置成用于将行星齿轮单元30固定于其上，如下所述。
优选地，通过安装于于轴22上的锁紧螺母68和垫圈69可以防止左锥体64的意外松脱。尤其是，螺母68具有与外螺纹52接合的内螺纹以便对左锥体64施加轴向力。
如图2所示，左杯状物65优选地由硬质刚性材料如金属材料构造成。左杯状物65牢固地安装于中轴管14的左端上。在所示实施例中，左杯状物65为具有外部管状构件65a、环形支座凸缘65b和内部环形凸缘65c的管状构件。管状部分65a的外表面带有与位于中轴管14左端上的螺纹按照螺纹连接方式接合的外螺纹65d。优选地，螺纹65d为右旋螺纹。支座凸缘65b从管状部分65a的外端延伸从而形成环形支座，该支座在左杯状物完全拧入中轴管14的左端中时与中轴管14的端部接触。优选地，环形凸缘65d的外周表面带有多个形成了力矩传输表面的凹口(未示出)。
内部环形凸缘65c优选地包括多个锯齿或花键65e，它们形成于内部环形凸缘65c的内侧上以便与行星齿轮单元30接合，如下所述。而且，内部环形凸缘65c优选地具有可转动地支承着球轴承66的环形凹轴承面65f。
优选地，端封67安装于形成于内部环形凸缘65c的轴向延伸部分上的槽中。因此，密封67设置成用于防止污物通过左锥体64与左杯状物65之间的缝隙进入中轴结构12。
仍参看图2中，发电机或发电机构28通常为比较常规的组件。因此，除了关于本发明的内容之外，本文中将不再对发电机28进行更详细地讨论或示出。基本上，发电机28包括轭铁单元70和磁铁单元71。轭铁单元70包括静止部分，而磁铁单元71包括转动部分。因此，在这个实施例中，轭铁单元70设置成支承于中轴管14上并固定于其上，而磁铁单元71设置成通过行星齿轮单元30绕着轴22转动。
在图2和3中看得最为清楚，轭铁单元70基本上包括发电线圈72、轭铁73、安装轴套74和固定螺母75。发电线圈72形成具有线轴的定子，该线轴上缠绕着线圈。发电线圈72具有软线或线W，其连接于一个或多个电力设备如图1中所示的电动变速器上。换句话说，发电线圈72相对于磁铁单元71转动而产生通过软线W传输至电力设备的电能。优选地，轭铁73由一对包括用于围绕并支承着发电线圈72的爪的杯形构件构造成。例如，发电线圈72和轭铁73的构造可以设置成类似于美国专利No.6,409,197中所公开的发电机的相应零件。轭铁73固定于安装轴套74的外周表面上。
优选地，安装轴套74由硬质刚性材料构造成。在图3和12-14中看得最为清楚，安装轴套74为具有管状部分74a和环形支座部分74b的管状构件。环形支座部分74b从管状部分74a的第一端沿径向向外延伸。管状部分74a的第二端具有按照螺纹连接方式接收着固定螺母75的外螺纹74c。在通过螺纹74c将固定螺母75拧入管状部分74a上后，发电线圈72和轭铁73就牢固地安装于其上。优选地，固定螺母75施加充足的轴向力以便使得发电线圈72和轭铁73不相对于安装轴套74转动。环形凸缘74b带有绕线开口或狭槽74d以便使得电软线W可以从中穿过。环形凸缘74b优选地还包括多个制动构件74e。制动构件74e设置成使得它们可以容放于右杯状物61的转锁开口61e中。尤其是，制动构件74e插入转锁开口61e的加大区域后，使得安装轴套74相对于右杯状物61扭转或转动从而使得制动构件74e在转锁开口61e之内沿圆周方向运动，以便将安装轴套74牢牢地固定于右杯状物61上。由于右杯状物61固定于中轴管14上，所以轭铁单元70也通过杯状物61牢固地联接于中轴管14上。
回看图2-5，行星齿轮单元30基本上包括齿圈81、固定环82、固定夹83、齿轮支架84、三个行星齿轮85和恒星齿轮86。磁铁单元71牢固地安装于恒星齿轮86上以便使得磁铁单元71与恒星齿轮86一起围绕轭铁单元70转动。相应地，行星齿轮单元30联接于轴22与发电机28的磁铁单元71之间以便使得发电机28的磁铁单元71(转动部分)的转速快于轴22的转速。优选地，磁铁单元71多个绕着轭铁单元70沿圆周方向按照同心方式放置的磁铁。尤其是，永久磁铁安装于行星齿轮单元30上以便将轴22的转动传递至永久磁铁从而使得永久磁铁的转速快于轴22。
如图2、4和5所示，齿圈81为由硬质刚性材料构造成的环形构件。优选地，齿圈81具有多个内部锯齿或花键81a和多个内部齿轮齿81b。内部锯齿81a与左杯状物65的外部锯齿65e接合。因此，齿圈81固定于左杯状物65上，左杯状物65又固定于自行车中轴管14上。换句话说，齿圈81不会相对于中轴管14发生转动。内部齿轮齿81b与行星齿轮85的齿接合以便于对行星齿轮85的转动情况进行控制，如下所述。
如图2、4和5所示，固定圈82包括多个内部锯齿或花键82a和多个外部锯齿或花键82b。内部锯齿82a与左锥体64的外部锯齿64c接合以便使得固定圈82与轴22一起转动。外部锯齿82b与齿轮支架84接合以便使得齿轮支架84不会相对于固定圈82发生转动。相应地，齿轮支架84与轴22一起转动。
如图2、4和5所示，齿轮支架84为由硬质刚性材料构造成的管状构件。齿轮支架84具有多个内部锯齿或花键84a，它们与固定圈82的外部锯齿82b接合以便使得齿轮支架84与固定圈82彼此相对固定。齿轮支架84还在其中心处包括三个相隔120度分布的行星齿轮开口84b。行星齿轮开口84b中容放着行星齿轮85。尤其是，销87将行星齿轮85可转动地固定于齿轮支架84上。相应地，当轴22转动时，齿轮支架84与轴22一起转动，同时由于行星齿轮85与齿圈81接合而使得行星齿轮85转动。
尤其是，行星齿轮85包括第一齿轮部分85a和第二齿轮部分85b。与第二齿轮部分85b相比，第一齿轮部分85a直径更小，并且沿圆周方向分布的齿数量更少。第一齿轮部分85a的齿与齿圈81的齿轮齿81b接合。因此，当齿轮支架转动时，第一齿轮部分85a的齿与齿圈81的齿轮齿81b的接合致使行星齿轮85转动。每个行星齿轮85的这种转动被传输至恒星齿轮86从而使得恒星齿轮86绕着轴22以较快的速度转动。
如图2、3、5和15-17，恒星齿轮86包括第一管状部分86a和第二管状部分86b。第一管状部分86a具有安装于其内表面上的永久磁铁78。因此，永久磁铁78与恒星齿轮86一起转动。第二管状部分86b具有外齿轮齿86c和内螺纹86d。外齿轮齿86c与行星齿轮85的第二齿轮部分85b的齿轮齿接合。相应地，行星齿轮85的转动致使恒星齿轮86转动。
优选地，如图2和3所示，锁紧环88拧入恒星齿轮86的内螺纹86d上。锁紧环88的环形支座凸缘设置成将行星齿轮85保持于外部齿轮齿86c上。
在本文中用于描述本发明时，下述方向性词“向前、向后、上方、向下、垂直、水平、下方和横向”以及其它类似的方向性词指的是相对于装备有本发明的自行车的那些方向。相应地，当用来描述本发明时，这些词应当被理解为相对于装备有本发明的自行车而言。本文中所用的程度副词例如“基本上”、“大约”和“近似”等是指变动的项具有合理的偏差量以便保证最终结果不会发生显著改变。如果偏差不会否定其所改动的词的意思，这些词应当被解释为包括所改动项的至少±5％的偏差。
尽管仅选择了选定的实施例对本发明进行了示例说明，但通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员应当清楚，在不背离附属权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，在此可以作出各种变动和改型。此外，以上对根据本发明的实施例的描述仅用于示例说明，而并非用于对如附属权利要求及其等同内容所限定的本发明进行限制。
权利要求
1.一种自行车中轴结构，包括轴，其具有第一端和第二端；发电机，其安装于轴上，并且具有静止部分和转动部分；以及行星齿轮单元，其联接于轴与发电机的转动部分之间从而使得发电机的转动部分的转动速度快于轴。
2.根据权利要求1所述的自行车中轴结构，其中发电机的静止部分包括轭铁单元，而发电机的转动部分包括磁铁单元。
3.根据权利要求1所述的自行车中轴结构，其中发电机的静止部分以同心的方式置于发电机的转动部分之内。
4.根据权利要求3所述的自行车中轴结构，其中发电机的静止部分包括轭铁单元，而发电机的转动部分包括磁铁单元。
5.根据权利要求1所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元包括安装于发电机的转动部分上的恒星齿轮和安装着用来与轴一起转动的初级行星齿轮，行星齿轮与恒星齿轮接合从而在轴转动时使得恒星齿轮转动。
6.根据权利要求5所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元还包括多个初级行星齿轮，它们安装着用来与轴一起转动并且与恒星齿轮接合从而使得恒星齿轮在轴转动时转动。
7.根据权利要求5所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元还包括安装着用来与轴一起转动的齿轮支架，齿轮支架支承着初级行星齿轮。
8.根据权利要求7所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元还包括设置成固定于固定构架部分上的静止齿圈，和安装于齿轮支架上的次级行星齿轮，次级行星齿轮与静止齿圈接合。
9.根据权利要求1所述的自行车中轴结构，其中发电机的静止部分包括安装于轴套上的轭铁单元，所述轴套以同心的方式置于包括磁铁单元的发电机的转动部分之内。
10.根据权利要求9所述的自行车中轴结构，其中发电机的静止部分的轴套的一端具有安装结构。
11.根据权利要求10所述的自行车中轴结构，其中轴套的安装结构具有入线口，所述入线口内放置着轭铁单元的电软线。
12.根据权利要求10所述的自行车中轴结构，其中轴套具有入线口，所述入线口内放置着轭铁单元的电软线。
13.根据权利要求10所述的自行车中轴结构，其中轴套的安装结构联接于轴承组的外部杯状物上。
14.根据权利要求13所述的自行车中轴结构，其中轴套和外部杯状物均具有入线口，所述入线口内放置着轭铁单元的电软线。
15.根据权利要求3所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元包括安装于发电机的转动部分上的恒星齿轮，和安装着用来与轴一起转动的初级行星齿轮，行星齿轮与恒星齿轮接合从而使得恒星齿轮在轴转动时转动。
16.根据权利要求15所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元还包括多个初级行星齿轮，它们安装着用来与轴一起转动并且与恒星齿轮接合从而使得恒星齿轮在轴转动时转动。
17.根据权利要求15所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元还包括安装着用来与轴一起转动的齿轮支架，齿轮支架支承着初级行星齿轮。
18.根据权利要求17所述的自行车中轴结构，其中行星齿轮单元还包括设置成固定于固定构架部分上的静止齿圈，和安装于齿轮支架上的次级行星齿轮，次级行星齿轮与静止齿圈接合。
19.根据权利要求18所述的自行车中轴结构，其中静止齿圈安装于第一轴承组的第一外部杯状物上，而发电机的静止部分具有连接于轴承组的外部杯状物上的安装结构。
20.根据权利要求19所述的自行车中轴结构，其中发电机的静止部分包括轭铁单元，而发电机的转动部分包括磁铁单元。
全文摘要
本发明提供了一种自行车中轴结构，其具有在骑车人骑车时用来发电的发电机。发电机具有固定于自行车车架部分上的静止部分和相对于自行车车架部分转动联接的转动部分。优选地，发电机的转动部分通过行星齿轮单元联接于自行车中轴结构的轴上。因此，行星齿轮单元联接于轴与发电机的转动部分之间从而使得发电机的转动部分的转动速度快于轴。
文档编号B62J6/00GK1715123SQ20051008107
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月29日 优先权日2004年6月30日
发明者福井清二 申请人:株式会社岛野