CN111788114A - 利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置 - Google Patents

利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，具体包括：第一输入旋转轴，其连接于主动力源旋转；第二输入旋转轴，其从变速电机接收旋转力；行星齿轮机构，其从所述第一输入旋转轴和第二输入旋转轴接收旋转力；输出轴，其从所述行星齿轮机构接收旋转力；控制部，其控制所述变速电机而控制第二输入旋转轴的旋转方向和速度；且所述第一输入旋转轴与所述输出轴位于同心圆上，使变速装置的简洁小型化和多档变速得以实现。

Description

利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置
技术领域
本发明涉及变速装置，具体是，利用包括齿圈、行星齿轮、太阳齿轮和架的行星齿轮机构传递动力，通过这些行星齿轮机构和变速电机使变速变得容易的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置。
背景技术
通常利用行星齿轮装置可以给简洁型装置有效传递较大动力。
其使用上的优点是，与现有的在两个以上的平行轴上分别设置多个齿轮的手动变速齿轮使用的齿轮装置相比，各齿轮的轮齿（Gearteeth）受到的负荷少，设置空间小，且运行噪音也小。
其使用上的缺点是，用一个行星齿轮装置无法获得所需的变速比，需设置两个以上的行星齿轮装置而造成其结构复杂。
行星齿轮装置的结构包括：架；设在架上的多个行星齿轮；与该行星齿轮内接啮合的齿圈；与行星齿轮外接啮合的太阳齿轮。根据太阳齿轮和齿圈的齿数、传递主动力的输入轴和输出轴与行星齿轮装置的太阳齿轮、齿圈和架中哪一部分啮合以及各自旋转方向和旋转速度等调节增减速比。
这种行星齿轮（Planetary gears）可以使齿轮箱实现简洁化和轻量化，广泛用于需要小型轻量化的智能机器人、R/C、航空器、汽车、办公设备、机械工具等设备，其传动效率突出，力量分配均匀，可以较好地耐受高转矩。
目前为止，利用两个以上的行星齿轮装置进行多档变速的变速装置用于汽车等各种领域，但变速档数越多，行星齿轮装置组数越增加，结构也变得复杂。
如果是自行车，则禧玛诺(Shimano)、速连(Sram)等内啮合齿轮（Internal GearHub）等是应用机械的多个行星齿轮装置原理，结构复杂，配件数量也多。如韩国注册专利10-1434483提出，可以使用两个驱动电机和行星齿轮装置原理实现多档变速，但存在结构复杂的问题。电动自行车是使用多个齿轮减速同时实现多档变速，但减速比是固定的，需使用容量相对大的电机而变速档比较受限制。随之出现的问题就是小型化和能源使用效率上的问题。
变速装置的小型化和能源使用效率提升问题一直是自行车等整个产业领域关注的问题。
发明内容
技术课题
本发明的目的在于，提供一种使提供主动力的第一输入旋转轴和接收该动力将经过变速过程的旋转力传递到外部的输出轴置于同心圆上，将为变速而提供变速电力的动力的第二输入旋转轴、第一输入旋转轴、输出轴与行星齿轮机构的多个构成要素分别独立连接而实现小型化的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置。
本发明的目的在于，提供一种可以改进自行车的设计并实现自行车轻量化的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置。
本发明的目的在于，提供一种配件数量减少，使各组件之间的结合的变得简单，从而节省制造成本的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置。
技术方案
为解决上述问题，本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置包括：第一输入旋转轴，其连接于主动力源旋转；第二输入旋转轴，其从变速电机接收旋转力；行星齿轮机构，其从所述第一输入旋转轴和第二输入旋转轴接收旋转力；输出轴，其从所述行星齿轮机构接收旋转力；控制部，其控制所述变速电机而控制第二输入旋转轴的旋转方向和速度；且所述第一输入旋转轴与所述输出轴位于同心圆上。
所述第二输入旋转轴的外周面设有蜗杆；所述行星齿轮机构包括：结合于所述第一输入旋转轴一起旋转的架；可旋转地设置在所述架上的多个行星齿轮；内周面啮合于所述行星齿轮外周面的齿圈；外周面设有围绕所述第一输入旋转轴并啮合于所述蜗杆旋转的蜗轮的延长部设在一侧面的太阳齿轮；所述第二输入旋转轴与所述太阳齿轮的延长部交叉成直角。
所述齿圈上设有围绕所述第一输入旋转轴的中空的延长部，所述延长部上连接着围绕所述第一输入旋转轴的输出轴，进而所述输出轴和第一输入旋转轴位于同心圆上。
所述行星齿轮的结构包括：外接于所述太阳齿轮旋转的第一行星齿轮；与所述第一行星齿轮外接同时与所述齿圈内接而旋转的第二行星齿轮。
所述第二输入旋转轴的外周面设有蜗杆；所述行星齿轮机构包括：结合于所述第一输入旋转轴一起旋转的架；可旋转地设置在所述架上的多个行星齿轮；内周面啮合于所述行星齿轮的外周面并具备外周面设有啮合于所述蜗杆旋转的蜗轮的延长部的齿圈；啮合于所述行星齿轮旋转的太阳齿轮；且所述第二输入旋转轴与所述齿圈的延长部交叉成直角。
所述太阳齿轮上设有围绕所述第一输入旋转轴的中空的延长部，所述延长部上连接着围绕所述第一输入旋转轴的输出轴而所述输出轴和第一输入旋转轴位于同心圆上。
所述第二输入旋转轴的外周面设有蜗杆；所述行星齿轮机构包括：结合于所述第一输入旋转轴一起旋转的太阳齿轮；啮合于所述太阳齿轮旋转的多个行星齿轮；所述行星齿轮被可旋转地设置并具备外周面设有啮合于所述蜗杆旋转的蜗轮的延长部的架；内周面啮合于所述行星齿轮）外周面的齿圈；且所述第二输入旋转轴与所述架的延长部交叉成直角。
所述齿圈上设有围绕所述第一输入旋转轴的中空的延长部，所述延长部上连接着围绕所述第一输入旋转轴的输出轴而所述输出轴和第一输入旋转轴位于同心圆上。
所述第二输入旋转轴的外周面设有蜗杆；所述行星齿轮机构包括：结合于所述第一输入旋转轴一起旋转的齿圈；外周面啮合于所述齿圈内周面的多个行星齿轮；所述行星齿轮被可旋转地设置并具备外周面设有啮合于所述蜗杆旋转的蜗轮的延长部的架；啮合于所述行星齿轮旋转的太阳齿轮；且所述第二输入旋转轴与架的延长部交叉成直角。
所述太阳齿轮上设有围绕所述第一输入旋转轴的中空的延长部，所述延长部上连接着围绕所述第一输入旋转轴的输出轴而所述输出轴和第一输入旋转轴位于同心圆上。
所述行星齿轮的结构包括：外接于所述太阳齿轮旋转的第一行星齿轮；外接于所述第一行星齿轮并内接于所述齿圈旋转的第二行星齿轮。
所述主动力源分别连接于所述第一输入旋转轴的两端。
有益效果
根据本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其有益效果在于，从主动力源接收旋转力的第一输入旋转轴和输出轴置于同心圆上，行星齿轮机构的多个构件均连接于从第一输入旋转轴和变速电机接收旋转力的第二输入旋转轴和输出轴，组成一个行星齿轮机构和变速电机，从而实现变速装置的小型化；
由于实现小型化，在自行车等设备上应用时，可以增加设计上的审美感，自行车也可以实现多样化设计；
小型化和多档变速皆可而实现自行车的轻量化；
配件数量少，多个构件之间的连接结构不复杂，从而节省制造成本；
用变速电机对从主动力源发生的用以行驶的主动力一点点地进行调节即可变速，从而实现变速电机的小型化。
附图说明
图1是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的第一实施例的示意图；
图2是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的第二实施例的示意图；
图3是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的第三实施例的示意图；
图4是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的第四实施例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详述本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的实施例。
图1是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的第一实施例的示意图；
图1中图示的本发明的变速装置是，将随着自行车上设置的踏板的运动产生的旋转力按需增减速并传递给车轮，其结构包括：由外部提供动力的第一输入旋转轴10；从变速电机21接收旋转力的第二输入旋转轴20；从所述第一输入旋转轴10和第二输入旋转轴20接收旋转力的行星齿轮机构30；从所述行星齿轮机构30接收旋转力的输出轴40；控制所述变速电机21而控制第二输入旋转轴20的旋转方向和速度的控制部50。
所述第一输入旋转轴10连接于主动力源11接收旋转力而旋转。第一输入旋转轴10的两端中至少一处连接于用户用脚踩而旋转的踏板或驱动电机（电动自行车等）等主动力源11，第一输入旋转轴10是通过由所述主动力源11传递的旋转力旋转。
就是说，主动力源11可以只连接于第一输入旋转轴10的一侧末端，但也可以在第一输入旋转轴11的两端分别连接一个。
所述第二输入旋转轴20是从变速电机21接收旋转力而旋转，变速电机21的旋转轴可以延长为一体形成，也可以在变速电机21的旋转轴上连接一个轴形成。
所述行星齿轮机构30的结构包括：架31；可旋转地设置在所述架31上的多个行星齿轮32；内周面啮合于所述行星齿轮32外周面的齿圈33；与所述行星齿轮32啮合旋转的太阳齿轮34。
所述架31将多个行星齿轮32可旋转地支撑，中央部分结合于第一输入旋转轴10，与第一输入旋转轴10一起向同一个方向和同一速度旋转。此时，架31的厚度太薄，则架31和第一输入旋转轴10不能稳定结合，因此在架31的中央部分使一定长度的中空延长部（未图示）凸出形成，使该中空延长部连结于第一输入旋转轴10而加强与第一输入旋转轴10的结合力。
进一步具体说明就是，使第一输入旋转轴10和架31的中央部分结合时，利用花键和轴套的结合关系在第一输入旋转轴10上形成多个长凸块，架31的贯通的中央部分形成凸块被***的***槽，使第一输入旋转轴10贯通架31的中央部分同时使第一输入旋转轴10的旋转力无损失地传递到架31。此外，将第一输入旋转轴10的旋转力无损失地传递到架31的结合结构多样，故在此省略其它结合方式的说明。
所述架31包括多个支撑轴31a，所述支撑轴31a贯通行星齿轮32的中央部分。进而行星齿轮32以架31的支撑轴31a为中心自转。
所述行星齿轮32被可旋转地支撑于支撑轴31a，并置于太阳齿轮34周围，由第一行星齿轮和，与所述第一行星齿轮32a外接的第二行星齿轮32b组成。
所述第一行星齿轮32a与太阳齿轮34外接旋转。
所述第二行星齿轮32b是与第一行星齿轮32a外接同时与齿圈33内接旋转。
所述齿圈33是输出轴40被设置的部分，内周面设有轮齿，第二行星齿轮32b啮合于该内周面的轮齿。
所述齿圈33的中央部分设有围绕第一输入旋转轴10的中空的延长部33a。所述齿圈33的延长部33a上连接着围绕第一输入旋转轴10的输出轴40，进而输出轴40和第一输入旋转轴10位于同心圆上。
所述太阳齿轮34是从第二输入旋转轴20接收旋转力，与行星齿轮32啮合旋转。太阳齿轮34位于行星齿轮机构30的最中央位置，沿着外周面形成轮齿，该外周面的轮齿与第一行星齿轮32a的外周面上形成的轮齿啮合。
太阳齿轮34是中央部分被第一输入旋转轴10贯通，第一输入旋转轴10和太阳齿轮34之间设有轴承而第一输入旋转轴10的旋转力不会直接影响到太阳齿轮34。
太阳齿轮34的一侧面上设有围绕第一输入旋转轴10的中空的延长部34a，该太阳齿轮34的延长部34a外周面上设有蜗轮34b。
第二输入旋转轴20的外周面上设有与蜗轮34b啮合的蜗杆22，进而从变速电机21被传递旋转力而第二输入旋转轴20旋转时，蜗杆22也一起旋转，使啮合于蜗杆22的蜗轮34b旋转，随着该蜗轮34b的旋转，太阳齿轮34的延长部34a旋转，最终太阳齿轮34旋转。
所述输出轴40是设置在齿圈33上接收旋转力的部分，也可以由齿圈33的延长部33a延长为一体形成，也可以通过前述的花键和轴套方式，将一中空管在齿圈33的延长部33a上结合形成。
所述输出轴40是中央部分被第一输入旋转轴10贯通，故与第一输入旋转轴10置于同心圆上。进而输出轴40与架31和齿圈33以及太阳齿轮34置于同心圆上。
第二输入旋转轴20是如上所述，外周面设有蜗杆22，太阳齿轮34的延长部34a上设有啮合于蜗杆22旋转的蜗轮34b，故第二输入旋转轴20和太阳齿轮34的延长部34a交叉成直角。
所述控制部50使变速电机21向正逆方向旋转，控制变速电机21的旋转速度。
下面简单叙述如上所述组成的图1的变速装置的变速过程。
踏板或驱动电机等主动力源11运行起来时，第一输入旋转轴10旋转，第一输入旋转轴10的旋转力依次传递到架31和行星齿轮32以及齿圈33。
同时变速电机21运行而第二输入旋转20旋转时，第二输入旋转轴20的旋转力依次传递到太阳齿轮34和行星齿轮32。
随之由主动力源11提供的旋转力和由变速电机21提供的旋转力组合变速并经过齿圈33传递到输出轴40。
另外，本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置也可以如图2所示的组成。
图2是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的第二实施例的示意图。
图2中图示的本发明的变速装置与图1中图示的变速装置从结构上没有较大差异，在此主要以有区别的部分为主进行说明。
图2中图示的本发明的变速装置的结构包括：连接于主动力源11旋转的第一输入旋转轴10；从变速电机21接收旋转力的第二输入旋转轴20；从所述第一输入旋转轴10和第二输入旋转轴20接收旋转力的行星齿轮机构30；从所述行星齿轮机构30接收旋转力的输出轴40；控制所述变速电机21而控制第二输入旋转轴20的旋转方向和速度的控制部50。
所述行星齿轮机构30包括：架31；可旋转地设置于所述架31上的多个行星齿轮32；内周面啮合于所述行星齿轮32外周面的齿圈33；与所述行星齿轮32啮合旋转并设有输出轴40的太阳齿轮34。
所述架31将多个行星齿轮32可旋转地支撑，中央部分结合于第一输入旋转轴10而与第一输入旋转轴10一起向同一方向和同一速度旋转。所述架31包括贯通行星齿轮32中央部分的支撑轴31a。
所述行星齿轮32被可旋转地支撑在架31的支撑轴31a上。
所述齿圈33是内周面上设有轮齿，该内周面的轮齿与行星齿轮32啮合，从第二输入旋转轴20接收旋转力。
补充说明就是，齿圈33上设有围绕第一输入旋转轴10的延长部33a，所述齿圈33的延长部33a外周面上设有蜗轮33b。第二输入旋转轴20的外周面上设有与蜗轮33b啮合的蜗杆22。进而由变速电机21传递旋转力而第二输入旋转轴20旋转时，蜗杆22也一起旋转，使啮合于蜗杆22的蜗轮33b旋转，随着该蜗轮33b的旋转，齿圈33的延长部33a旋转，最终齿圈33旋转。
所述太阳齿轮34位于行星齿轮机构30的最中央，沿着外周面设有轮齿，该外周面的轮齿与行星齿轮32外周面上形成的轮齿啮合。
太阳齿轮34是中央部分被第一输入旋转轴10贯通，第一输入旋转轴10和太阳齿轮34之间设有轴承，故第一输入旋转轴10的旋转力不会直接影响到太阳齿轮34。
太阳齿轮34是中央部分设有围绕第一输入旋转轴10的中空的延长部34a，该太阳齿轮34的延长部34a上设有围绕第一输入旋转轴10的输出轴40。
所述输出轴40是可由太阳齿轮34的延长部34a延长成一体形成，也可以在太阳齿轮34的延长部34a上通过花键和轴套方式结合一中空管形成。
所述输出轴40是中央部分被第一输入旋转轴10贯通，故与第一输入旋转轴10置于同心圆上。进而输出轴40与架31和齿圈33以及太阳齿轮34置于同心圆上。
第二输入旋转轴20是如上所述，外周面设有蜗杆22，齿圈33的延长部34a上设有啮合于蜗杆22旋转的蜗轮33b，故第二输入旋转轴20和齿圈33的延长部33a交叉成直角。
下面简单叙述如上所述组成的图2的变速装置的变速过程。
踏板或驱动电机等主动力源11运行后，第一输入旋转轴10旋转，第一输入旋转轴10的旋转力是依次传递到架31和行星齿轮32以及太阳齿轮34。
同时变速电机21运行而第二输入旋转20旋转时，第二输入旋转轴20的旋转力依次传递到齿圈33和行星齿轮32。
随之由主动力源11提供的旋转力和由变速电机21提供的旋转力组合变速并经过太阳齿轮34传递到输出轴40。
以上对图1和图2中图示的变速装置进行了说明，下面说明图3中图示的变速装置。
图3是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置第三实施例的示意图。
说明图3中图示的本发明的变速装置时，主要围绕与图1和图2中图示的变速装置有区别的部分进行说明。
图3中图示的本发明的变速装置的结构包括：连接于主动力源11旋转的第一输入旋转轴10；从变速电机21接收旋转力的第二输入旋转轴20；从所述第一输入旋转轴10和第二输入旋转轴20接收旋转力的行星齿轮机构30；从所述行星齿轮机构30接收旋转力的输出轴40；控制所述变速电机21而控制第二输入旋转轴20的旋转方向和速度的控制部50。
所述行星齿轮机构30包括：太阳齿轮34；啮合于所述太阳齿轮34旋转的多个行星齿轮32；所述行星齿轮32被可旋转地设置的架31；内周面啮合于行星齿轮32外周面并设有输出轴40的齿圈33。
所述太阳齿轮34位于行星齿轮机构30的最中央，沿着外周面形成轮齿，该外周面的轮齿与行星齿轮32外周面上形成的轮齿啮合。
太阳齿轮34是中央部分通过花键和轴套方式结合于第一输入旋转轴10，与第一输入旋转轴10一起向同一方向和同一速度旋转。
所述行星齿轮32是被架31的支撑轴31a可旋转地支撑，与太阳齿轮34外接，与齿圈33内接。
所述架31是从第二输入旋转轴20接收旋转力。
补充说明就是，架31上设有围绕第一输入旋转轴10的延长部31b，所述架31的延长部31b外周面上设有蜗轮31c。第二输入旋转轴20上设有与蜗轮31c啮合的蜗杆22。进而由变速电机21传递旋转力而第二输入旋转轴20旋转时，蜗杆22也一起旋转，使啮合于蜗杆22的蜗轮31c旋转，随着该蜗轮31c的旋转，架31的延长部31b旋转，最终齿圈31旋转。
所述齿圈33是内周面设有轮齿，该内周面的轮齿与行星齿轮32啮合，中央部分设有围绕第一输入旋转轴10的中空延长部33a。
所述齿圈33的延长部33a上连接有围绕第一输入旋转轴10的输出轴40。
所述输出轴40是齿圈33的延长部33a延长成一体而形成，也可以在齿圈33的延长部33a上通过花键和轴套方式结合一中空管形成。
所述输出轴40是中央部分被第一输入旋转轴10贯通，与第一输入旋转轴10置于同心圆上。进而输出轴40与架31和齿圈33及太阳齿轮34置于同心圆上。
第二输入旋转轴20是如前所述，外周面设有蜗杆22，架31的延长部31b上设有啮合于蜗杆22旋转的蜗轮31c，故第二输入旋转轴20和架33的延长部31b交叉成直角。
下面简单叙述如上所述组成的图3的变速装置的变速过程。
踏板或驱动电机等主动力源11运行以后，第一输入旋转轴10旋转，且第一输入旋转轴10的旋转力依次传递到太阳齿轮34和行星齿轮32以及齿圈33。
同时变速电机21运行而第二输入旋转20旋转时，第二输入旋转轴20的旋转力依次传递到架31和行星齿轮32。
随之由主动力源11提供的旋转力和由变速电机21提供的旋转力组合变速并经过齿圈33传递到输出轴40。
以上说明了图1至图3中图示的变速装置，下面说明图4中图示的变速装置。
图4是显示本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的第四实施例的示意图。
说明图4中图示的本发明的变速装置时，主要以与图1至图4中图示的变速装置有区别的部分为主进行说明。
图4中图示的本发明的变速装置的结构包括：连接于主动力源11旋转的第一输入旋转轴10；从变速电机21接收旋转力的第二输入旋转轴20；从所述第一输入旋转轴10和第二输入旋转轴20接收旋转力的行星齿轮机构30；从所述行星齿轮机构30接收旋转力的输出轴40；控制所述变速电机21而控制第二输入旋转轴20的旋转方向和速度的控制部50。
所述行星齿轮机构30包括：齿圈33；外周面啮合于所述齿圈33内周面的多个行星齿轮32；所述行星齿轮32被可旋转地设置的架31；啮合于所述行星齿轮32并设有输出轴40的太阳齿轮34。
所述齿圈33是内周面上设有轮齿，该内周面的轮齿与行星齿轮32啮合，并从第一输入旋转轴10接收旋转力。
补充说明就是，齿圈33是中央部分通过花键和轴套的方式结合于第一输入旋转轴10而与第一输入旋转轴10一起向同一方向和同一速度旋转。如果齿圈33的厚度太薄，齿圈33和第一输入旋转轴10不能稳定结合，因此在齿圈33的中央部分使一定长度的中空延长部（未图示）凸出形成，使该中空延长部与第一输入旋转轴10连结而加强与第一输入旋转轴10的结合力。
所述行星齿轮32是可旋转地支撑于架31的支撑轴31a并置于太阳齿轮34周围，由第一行星齿轮32a、与所述第一行星齿轮32a外接的第二行星齿轮32b组成。
所述第一行星齿轮32a与太阳齿轮34外接旋转。
所述第二行星齿轮2b是与第一行星齿轮32a外接同时与齿圈33内接旋转。
补充说明就是，第一行星齿轮32a和第二行星齿轮32b置于齿圈33和太阳齿轮34之间，第一行星齿轮32a与太阳齿轮34外接，第二行星齿轮32b与齿圈33内接，第一行星齿轮32a和第二行星齿轮32b是相互外接且旋转方向相反。
所述架31是一侧端上包括为了将多个行星齿轮32可旋转地支撑而贯通行星齿轮32中央部分的支撑轴31a。所述架31是从第二输入旋转轴20接收旋转力。
补充说明就是，架31的一侧端中央部分设有围绕第一输入旋转轴10和输出轴40的中空的延长部31b，所述架31的延长部31b外周面上设有蜗轮31c。第二输入旋转轴20上设有啮合于蜗轮31c的蜗杆22。进而由变速电机21传递旋转力而第二输入旋转轴20旋转时，蜗杆22也一起旋转，使啮合于蜗杆22的蜗轮31c旋转，随着该蜗轮31c的旋转，架31的延长部31b旋转，最终架31旋转。
所述太阳齿轮34位于行星齿轮机构30的最中央，沿着外周面设有轮齿，该外周面的轮齿与设在第一行星齿轮32a外周面的轮齿啮合。
太阳齿轮34是中央部分被第一输入旋转轴10贯通，第一输入旋转轴10和太阳齿轮34之间设有轴承而第一输入旋转轴10的旋转力不会直接影响到太阳齿轮34。
太阳齿轮34的中央部分设有围绕第一输入旋转轴10的中空的延长部34a，该太阳齿轮34的延长部34a上连接着围绕第一输入旋转轴10的输出轴40。
所述输出轴40是设置在太阳齿轮34上接收旋转力，也可以由太阳齿轮34的延长部34a延长为一体形成，也可以使一中空管通过花键和轴套方式在太阳齿轮34的延长部34a结合形成。
所述输出轴40是中央部分被第一输入旋转轴10贯通，故与第一输入旋转轴10置于同心圆上。进而输出轴40与架31和齿圈33以及太阳齿轮34置于同心圆上。
第二输入旋转轴20是如上所述，外周面设有蜗杆22，架34的延长部31b上设有啮合于蜗杆22旋转的蜗轮31c，故第二输入旋转轴20和架33的延长部31b交叉成直角。
下面简单叙述如上所述组成的图4的变速装置的变速过程。
踏板或驱动电机等主动力源11运行起来时，第一输入旋转轴10旋转，第一输入旋转轴10的旋转力依次传递到齿圈33和第二行星齿轮32b、第一行星齿轮32a和太阳齿轮34。
同时变速电机21运行而第二输入旋转20旋转时，第二输入旋转轴20的旋转力依次传递到架31和行星齿轮32。
随之由主动力源11提供的旋转力和由变速电机21提供的旋转力组合变速并经过太阳齿轮34传递到输出轴40。
下面结合图2和图4说明如上所述组成的本发明的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置的变速过程和增减速。
首先结合图2简单说明增减速效果。
第一输入旋转轴10与行星齿轮机构30的架31以同一方向和同一速度旋转。第二输入旋转轴20是以蜗轮33b和蜗杆22的轮齿啮合结果使齿圈33的旋转速度减速旋转。就是说，控制变速电机21和第二输入旋转轴使齿圈33的旋转方向和旋转速度达到目标水平。输出轴40与太阳齿轮34以同一方向和同一速度旋转。
因此第一输入旋转轴10的旋转方向和旋转速度是架31的旋转方向和旋转速度，变速电机21和第二输入旋转轴20的目标旋转方向和旋转速度是齿圈33的旋转方向和旋转速度，输出轴40的旋转方向和旋转速度是太阳齿轮34的旋转方向和旋转速度。
首先，变速电机21停止状态而接收变速电机21旋转力的齿圈33被固定住，架31作为输入要素，太阳齿轮34作为输出要素发挥作用时，如图2所示，太阳齿轮34周围多个行星齿轮32围绕成一列的单小齿轮行星齿轮***中固定的变速比是，架31旋转一次时，太阳齿轮34以（太阳齿轮齿数+齿圈齿数）/太阳齿轮齿数倍增速。
齿圈33齿数（ZR）为48，太阳齿轮34齿数（ZS）为16，则按（ZS+ZR）/ZS = 64/16 = 4，增速4倍。
通常自行车骑行者以60rpm的速度踩踏板，假设等于架31以60rpm的速度旋转，则输出轴40和太阳齿轮34的旋转速度是60rpm × （ZS+ZR）/ZS = 240rpm。
应用所述计算式，架31以50rpm、 70rpm的速度旋转时，输出轴40和太阳齿轮34的旋转方向及旋转速度分别是200rpm和280rpm。
表1是相应的摘要表。下面为了便利，以旋转轴为基准，+定为顺时针方向，-定为逆时针方向，+标示是省略。
【表1】
第一输入（架） 50 rpm 60 rpm 70 rpm
第二输入（圈） 0 rpm 0 rpm 0 rpm
输出 （太阳） 200 rpm 240 rpm 280 rpm
接收主动力源11的旋转力的架31被固定住，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的齿圈33作为输入要素，太阳齿轮34作为输出要素发挥作用时，单小齿轮行星齿轮***中的固定变速比是，齿圈33旋转一次时，太阳齿轮34按- 齿圈齿数/太阳齿轮齿数倍逆转增速。
单小齿轮行星齿轮***下，齿圈的旋转方向和太阳齿轮的旋转方向相反。应用上述的齿数，则-ZR/ZS = -48/16 = -3，故以三倍逆转增速。
表2是显示连接于主动力源11的架31停止状态下，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的齿圈33分别以-10rpm、0rpm、+10rpm旋转时，输出轴40和太阳齿轮34的旋转方向以及旋转速度。
【表2】
第一输入（架） 0 rpm 0 rpm 0 rpm
第二输入（圈） 10 rpm - 0 rpm + 10 rpm
输出 （太阳） + 30 rpm 0 rpm - 30 rpm
连接于主动力源11的第一输入旋转轴10和架31的旋转速度为60rpm，是恒定的，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的齿轮33分别以-10rpm、0rpm、+10rpm旋转时，输出轴40和太阳齿轮34的旋转方向以及旋转速度如表3所示。
【表3】
第一输入（架） 60 rpm 60 rpm 60 rpm
第二输入（圈） - 10 rpm 0 rpm + 10 rpm
输出 （太阳） 270 rpm 240 rpm 210 rpm
如上所述，单小齿轮行星齿轮***结构是根据齿圈和太阳齿轮齿数差以及输入/输出要素等，生成各种输出旋转速度。
齿圈齿数（ZR）48、太阳齿轮齿数（ZS）16的条件下，连接于主动力源11和第一输入旋转轴10和架31以60 rpm的恒速旋转，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的齿圈33是固定（0rpm）的，则输出轴40和太阳齿轮34的旋转速度为240rpm。
架31以60rpm恒速旋转，齿圈33向顺时针方向（+）或逆时针方向（-）分别旋转10rpm时，输出要素即太阳齿轮34分别发生210rpm、 270rpm的减速和增速。
因此利用变速电机和单小齿轮行星机构可以进行减速和增速。
表4是作为第一输入要的素架31以50rpm、 60rpm、70rpm旋转，作为第二输入要素的齿圈33的旋转速度每次以10rpm，从-40 变化至+40rpm时，作为输出要素的太阳齿轮34的变化的旋转速度数据。
【表4】
Figure DEST_PATH_IMAGE002
如表4所示，使连接于主动力源11的第一输入旋转轴10和架31以50rpm或60rpm等恒速旋转同时，使连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的齿圈33向顺时针方向（+）或逆时针方向（-）旋转-40 rpm ~ 40rpm时，连接于输出轴40的太阳齿轮34的旋转数可以增速和减速。
表4是将连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的齿圈33的旋转速度间隔设定为10rpm的结果，变速档数为9档。齿圈33的旋转速度设定为5rpm时，变速档数为17档。因此通过本发明可以实现各种变速档结构。
如图2所示，单小齿轮行星齿轮***下，将架31作为连接于主动力源11的第一输入要素，将连接于变速电机21的齿圈33作为第二输入要素时，作为输出要素的太阳齿轮34的旋转速度是如表4所示，以[太阳齿轮齿数（ZS）+ 齿圈齿数（ZR）]/太阳齿轮齿数（ZS）倍的增速和 -ZR/ZS倍的逆转增速组合实现增减速。在此齿圈齿数（ZR）和太阳齿轮齿数（ZS）可调整。
下面结合图4简单说明增减速效果。
第一输入旋转轴10是和行星齿轮机构30的齿圈33以同一方向和同一速度旋转。第二输入旋转轴20是以蜗轮31c和蜗杆22的轮齿之和的结果，架31的旋转速度减速旋转。就是说，控制变速电机11和第二输入旋转轴10，使架31的旋转方向和旋转速度达到目标水平。输出轴40是与太阳齿轮34以同一方向和速度旋转。
因此第一输入旋转轴10的旋转方向和旋转速度是齿圈33的旋转方向和旋转速度，变速电机21和第二输入旋转轴20的目标旋转方向和旋转速度是架31的旋转方向和旋转速度，输出轴40的旋转方向和旋转速度是太阳齿轮34的旋转方向和旋转速度。
首先，变速电机21停止状态而接收变速电机21旋转力的齿圈31被固定住，齿圈33作为输入要素，太阳齿轮34作为输出要素，发挥作用时，如图4所示，太阳齿轮34周围多个行星齿轮32围绕成两列的双小齿轮行星齿轮***中固定的变速比是，齿圈33旋转1时，太阳齿轮34以齿圈齿数/太阳齿轮齿数倍增速。
齿圈33齿数（ZR）为48，太阳齿轮34齿数（ZS）为12，则以齿圈齿数（ZR）/太阳齿轮齿数（ZS）=48/12 = 4，增速4倍。
通常自行车骑行者以60rpm的速度踩踏板，假设等于齿圈33以60rpm的速度旋转，则输出轴40和太阳齿轮34的旋转速度是60rpm × （ZS+ZR）/ZS = 240rpm。
应用所述计算式，齿圈33以50rpm、 70rpm的速度旋转时，输出轴40和太阳齿轮34的旋转方向及旋转速度分别是200rpm和280rpm。
表5是相应的摘要表。下面为了便利，以旋转轴为基准，+定为顺时针方向，-定为逆时针方向，+标示是省略。
【表5】
第一输入（架） 50 rpm 60 rpm 70 rpm
第二输入（圈） 0 rpm 0 rpm 0 rpm
输出 （太阳） 200 rpm 240 rpm 280 rpm
接收主动力源11的旋转力的齿圈33被固定住，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的架31作为输入要素，太阳齿轮34作为输出要素发挥作用时，双小齿轮行星齿轮***中的固定变速比是，架31旋转1时，太阳齿轮34以[太阳齿轮齿数（ZS）–齿圈齿数（ZR）] /太阳齿轮齿数（ZS）倍逆转增速。
双小齿轮行星齿轮***下，齿圈的旋转方向和太阳齿轮的旋转方向相同。应用上述的齿数，（ZS-ZR）/ZS = （12-48）/12）= -3，故以三倍逆转增速。
表6是显示连接于主动力源11的架33停止状态下，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的架31分别以-10rpm、0rpm、+10rpm旋转时，输出轴40和太阳齿轮34的旋转方向以及旋转速度。
【表6】
第一输入（架） 0 rpm 0 rpm 0 rpm
第二输入（圈） - 10 rpm 0 rpm + 10 rpm
输出 （太阳） + 30 rp 0 rpm - 30 rpm
连接于主动力源11的第一输入旋转轴10和齿圈33的旋转速度为60rpm，是恒定的，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的架31分别以-10rpm、0rpm、+10rpm旋转时，输出轴40和太阳齿轮34的旋转方向以及旋转速度如表7所示。
【表7】
第一输入（架） 60 rpm 60 rpm 60 rpm
第二输入（圈） - 10 rpm 0 rpm + 10 rpm
输出 （太阳） 270 rpm 240 rpm 210 rpm
如上所述，双小齿轮行星齿轮***结构是根据齿圈和太阳齿轮齿数差以及输入/输出要素等，生成各种输出旋转速度。
齿圈齿数（ZR）48、太阳齿轮齿数（ZS）12的条件下，连接于主动力源11和第一输入旋转轴10和齿圈33以60 rpm的恒速旋转，连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的架31为固定（0rpm），则输出轴40和太阳齿轮34的旋转速度为240rpm。
齿圈33以60rpm恒速旋转，架31向顺时针方向（+）或逆时针方向（-）分别旋转10rpm时，输出要素即太阳齿轮34分别发生210rpm、 270rpm的减速和增速。
因此利用变速电机和双小齿轮行星机构可以进行减速和增速。
表8是作为第一输入要素的齿圈33以50rpm、 60rpm、70rpm旋转，作为第二输入要素的架31的旋转速度每次以10rpm，从-40 变化至+40rpm时，作为输出要素的太阳齿轮34的变化的旋转速度数据。
【表8】
Figure DEST_PATH_IMAGE004
如表8所示，使连接于主动力源11的第一输入旋转轴10和齿圈33以50rpm或60rpm等恒速旋转同时，使连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的架31向顺时针方向（+）或逆时针方向（-）旋转-40 rpm ~ 40rpm时，连接于输出轴40的太阳齿轮34的旋转数可以增速和减速。
表8是将连接于变速电机21和第二输入旋转轴20的架31的旋转速度间隔设定为10rpm的结果，变速档数为9档。架31的旋转速度设定为5rpm时，变速档数为17档。因此通过本发明可以实现各种变速档结构。
如图4所示，双小齿轮行星齿轮***下，将齿圈33作为连接于主动力源11的第一输入要素，将连接于变速电机21的架31作为第二输入要素时，作为输出要素的太阳齿轮34的旋转速度是如表8所示，以[齿圈齿数（ZR）/太阳齿轮齿数（ZS）倍的增速和[太阳齿轮齿数（ZS）-齿圈齿数（ZR）] /太阳齿轮齿数（ZS）倍的逆转增速组合实现增减速。在此齿圈齿数（ZR）和太阳齿轮齿数（ZS）可调整。
过去前后链轮齿（Sprocket）分别设有一个的单齿轮自行车是以踏板1旋转1时后轮旋转3的方式制作。目前出现了装配前后多个链轮齿（Sprocket）和前后变速装置、前后变速杆等各种多档外装变速器装置的自行车，将本发明应用到自行车时，可以不需要厚厚的后轴辊的多个链轮齿、前后变速装置、后变速杆等，可以制作出前后链轮齿（Sprocket）的齿数一致，多档增减速容易的单齿轮自行车。
以上结合图示对优选实施例进行了说明，但本发明并不限于上述的特定实施例；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，而这些修改，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，包括：
第一输入旋转轴（10），其连接于主动力源（11）旋转；
第二输入旋转轴（20），其从变速电机（21）接收旋转力；
行星齿轮机构（30），其从所述第一输入旋转轴（10）和第二输入旋转轴（20）接收旋转力；
输出轴（40），其从所述行星齿轮机构（30）接收旋转力；
控制部（50），其控制所述变速电机（21）而控制第二输入旋转轴（20）的旋转方向和速度；
所述第一输入旋转轴（10）与所述输出轴（40）位于同心圆上。
2.根据权利要求1所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述第二输入旋转轴（20）的外周面设有蜗杆（22）；
所述行星齿轮机构（30）包括：结合于所述第一输入旋转轴一起旋转的架（31）；可旋转地设置在所述架（31）上的多个行星齿轮（32）；内周面啮合于所述行星齿轮（32）外周面的齿圈（33）；外周面设有围绕所述第一输入旋转轴（10）并啮合于所述蜗杆（22）旋转的蜗轮（34b）的延长部（34a）设在一侧面的太阳齿轮（34）；
所述第二输入旋转轴（20）与所述太阳齿轮（34）的延长部（34a）交叉成直角。
3.根据权利要求2所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述齿圈（33）上设有围绕所述第一输入旋转轴（10）的中空的延长部（33a），所述延长部（33a）上连接着围绕所述第一输入旋转轴（10）的输出轴（40），进而所述输出轴（40）和第一输入旋转轴（10）位于同心圆上。
4.根据权利要求2所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述行星齿轮（32）的结构包括：外接于所述太阳齿轮（34）旋转的第一行星齿轮（32a）；
与所述第一行星齿轮（32a）外接同时与所述齿圈（33）内接而旋转的第二行星齿轮（32b）。
5.根据权利要求1所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述第二输入旋转轴（20）的外周面设有蜗杆（22）；
所述行星齿轮机构（30）包括：结合于所述第一输入旋转轴(10)一起旋转的架（31）；可旋转地设置在所述架（31）上的多个行星齿轮（32）；内周面啮合于所述行星齿轮（32）的外周面并具备外周面设有啮合于所述蜗杆（22）旋转的蜗轮（33b）的延长部（34a）的齿圈（33）；啮合于所述行星齿轮（32）旋转的太阳齿轮（34）；
所述第二输入旋转轴（20）与所述齿圈（33）的延长部（33a）交叉成直角。
6.根据权利要求5所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述太阳齿轮（34）上设有围绕所述第一输入旋转轴（10）的中空的延长部（34a），所述延长部（34a）上连接着围绕所述第一输入旋转轴（10）的输出轴（40）而所述输出轴（40）和第一输入旋转轴（10）位于同心圆上。
7.根据权利要求1所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述第二输入旋转轴（20）的外周面设有蜗杆（22）；
所述行星齿轮机构（30）包括：结合于所述第一输入旋转轴（10）一起旋转的太阳齿轮（34）；啮合于所述太阳齿轮（34）旋转的多个行星齿轮（32）；所述行星齿轮（32）被可旋转地设置并具备外周面设有啮合于所述蜗杆（22）旋转的蜗轮（31c）的延长部（31b）的架（31）；内周面啮合于所述行星齿轮（32）外周面的齿圈（33）；
所述第二输入旋转轴（20）与所述架（31）的延长部交叉成直角。
8.根据权利要求7所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述齿圈（33）上设有围绕所述第一输入旋转轴（10）的中空的延长部（33a），所述延长部（33a）上连接着围绕所述第一输入旋转轴（10）的输出轴（40）而所述输出轴（40）和第一输入旋转轴（10）位于同心圆上。
9.根据权利要求1所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述第二输入旋转轴（20）的外周面设有蜗杆（22）；
所述行星齿轮机构（30）包括：结合于所述第一输入旋转轴（10）一起旋转的齿圈（33）；外周面啮合于所述齿圈（33）内周面的多个行星齿轮（32）；所述行星齿轮（32）被可旋转地设置并具备外周面设有啮合于所述蜗杆（22）旋转的蜗轮（31c）的延长部（31b）的架（31）；啮合于所述行星齿轮（32）旋转的太阳齿轮（34）；
所述第二输入旋转轴（20）与架（31）的延长部（31b）交叉成直角。
10.根据权利要求9所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述太阳齿轮（34）上设有围绕所述第一输入旋转轴（10）的中空的延长部（34a），所述延长部（34a）上连接着围绕所述第一输入旋转轴（10）的输出轴（40）而所述输出轴（40）和第一输入旋转轴（10）位于同心圆上。
11.根据权利要求9所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述行星齿轮（32）的结构包括：
外接于所述太阳齿轮（34）旋转的第一行星齿轮（32a）；
外接于所述第一行星齿轮（32a）并内接于所述齿圈（33）旋转的第二行星齿轮（32b）。
12.根据权利要求1所述的利用变速电机和行星齿轮机构的自行车变速装置，其特征在于，
所述主动力源（11）分别连接于所述第一输入旋转轴（10）的两端。
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