CN1251921C - 自行车的具有自动变速机构的内变速器装置 - Google Patents

Abstract

一种自行车的内变速器装置。该装置包括一从动部件、一设置在驱动器和从动部件之间的行星齿轮机构，和一相对该驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动的自动变速控制机构。该自动变速控制机构包括一第一单向离合器、一离合器控制部件和一设置在该从动部件的内周围表面上的第一贴靠部件。

Description

自行车的具有自动变速机构的内变速器装置

技术领域

本发明一般涉及自行车变速器，更确切地说，涉及与轮毂元件的旋转相适应地自动调档的内变速器装置。

背景技术

开始蹬一辆处于停止状态的自行车的踏板往往是困难的，因为骑车人在停放自行车时，常常使其自行车处于高速档，忘记变换到低速档。为了解决这个问题，人们已经提出了两种解决方法。一种是电气的解决办法而第二种则是机械的解决办法。具有代表性地，电气的解决办法包括马达、电路、电池和具有变速机构的控制装置。当自行车被停下来时，该控制装置则电动地变换成低齿速比。但这个解决办法太昂贵，骑车人须频频更换电池。

大多数机械的解决办法牵涉到该轮毂中的离心力机械，当自行车被停下来时，它把齿速比调定到低速档，而达到预定的轮速之后则变换齿速比。美国专利No.3,603,178示出一辆配备着一个内拨叉轮毂的自行车，其中齿速比可以与由旋转的车轮所产生的离心力而相应地被自动转换。这样一种内拨叉轮毂包括轮毂轴、能绕着该轮毂轴旋转的驱动器、轮毂外壳、变换该驱动器的旋转速度并把其结果传递到轮毂外壳的行星齿轮机构、把行星齿轮机构的输出传送到轮毂外壳或终止这种传递的离合器机构、由离心力转换离合器机构的离合器转换机构及设置在行星齿轮机构和轮毂外壳之间的支撑套。

行星齿轮机构包括内牙齿轮、恒星齿轮、许多与该内牙齿轮和恒星齿轮咬合起来的行星齿轮及支撑该诸多行星齿轮的行星齿轮托板。该行星齿轮托板与该驱动器整体地形成。支撑套被可旋转地支托在轮毂轴上并由锯齿形接头与行星齿轮托板结合起来。一个单向离合器被安装在支撑套和轮毂外壳之间。

离合器机构有一个设置在内牙齿轮和轮毂外壳之间的棘轮掣爪、当此棘轮掣爪处于啮合的位置时，它把二者连接，而当棘轮掣爪处于分离的位置时，它使二者脱离开。当离合器机构处于啮合的位置时，轮毂外壳通过行星齿轮机构以一种向上移位的方式被驱动，而当此棘轮掣爪处于分离的位置时，轮毂外壳则被直接连结到该驱动器上时被驱动。

离合器转换机构包括一个由于离心力而摇摆的重物部件和一个响应该重物部件之摇摆而旋转的控制部件。重物部件和控制部件被安装在一个本身被可旋转地安装在支撑套上的重物支架上。此重物支架不可转动地与内牙齿连接。

控制部件用圆周运动转换着处于啮合位置和分离位置之间的离合器机构的棘轮掣爪。一个与控制部件联动的立式控制销设置有一个与此控制销联锁的狭缝和一个控制离合器掣爪的控制孔。控制销与狭缝联锁把重物部件的摇摆运动转换成控制部件的圆周运动。

在这种传统的内拨叉轮毂中，离合器机构的棘轮掣爪被控制部件的控制孔保持在一个位置上，掣爪在其中与轮毂分开直至达到促进重物部件向外摇摆的旋转速度。在这段时间里，从链轮传递到驱动器的旋转通过支撑套和单向离合器被从托板传递到轮毂外壳上，而轮毂外壳则以直接耦合的方式被驱动。当获得一定的旋转速度时且重物部件已向外摇摆，控制销相对于狭缝滑动时转动并致使控制部件旋转。当这种情况发生时，由控制孔控制的棘轮掣爪上升到它在其中与轮毂外壳联锁的啮合位置上。在这种情况下，已被从链轮传递到驱动器的旋转向上移位并通过行星齿轮从托板输出到内牙齿轮，并通过离合器机构被进一步传递到轮毂外壳上，由此把轮毂外壳压入向上移位的方式。

在这种配置中，其中，离合器机构被转换利用离心力使速度变化，由于重物部件的受限的放置空间，所以它的摇摆范围很小。加之，由于控制销被设置在重物支架的摇摆中心的附近，所以它相对于重物部件的摇摆的旋转轨迹很短。因此，控制部件不能旋转超过有效的距离，使棘轮掣爪通过很少量的圆周运动在啮合位置和脱离开的位置之间转换成为必需。

另一个缺点是，由于重物部件的有限的放置空间，故难以得到大的离心力。因而，必须提高摇摆运动借以被转换成离合-转换机构中的圆周运动的效率。然而，在上述的通常的配置的情况下，摇摆运动借以被转成圆周运动的效率很低，控制部件的圆周运动受到了相对于重物部件的摇摆的阻碍，而且，因为与狭缝联锁的控制销必须沿着该狭缝滑动以把重物部件的摇摆运动转换成控制部件的旋转运动。

因此，提供一种结构简单、重量轻并克服了现有技术的不利因素的自行车的内变速器装置是最理想的。

发明内容

按照本发明的第一方面，提供一种自行车的内变速器装置。该装置包括一个从动部件、驱动器、设置在此驱动器和从动部件之间的行星齿轮机构，及一个以驱动器的旋转角度为基准、沿着驱动方向被致动的自动变速控制机构。该自动变速控制机构包括一第一单向离合器、一离合器控制部件及一第一个设置在从动部件的内圆周表面上的第一贴靠部件。

在一个优选实施例中，其自动变速控制机构还包括第二设置在从动部件的内圆周面上的贴靠部件。该第二贴靠部件最好与第一贴靠部件相邻接并与之交错排列。把第一贴靠部件定位成由第一单向离合器啮合，而把第二贴靠部件定位成由该离合器控制部件啮合。在一个优选实施例中，该离合器控制部件包括一个离合器笼，比如一个掣爪笼，并能相对行星齿轮机构旋转，还可与该从动部件一起旋转。更可取地，该离合器控制部件有一个径向向外弯曲的端部。在运行中，第一个单向离合器的顶端最好沿着与驱动方向相对的方向旋转。该行星齿轮机构可以径向地放置在从动部件或驱动器/内啮合齿轮内侧，或者它可以被放置成与从动部件横向地邻接。

在另一个优选实施例中，该装置包括一个轴和一个可绕此轴旋转并可沿着轴向方向移动的离合器体。该离合器体可以包括一个键部件并由推杆在外部操作并可以被定位在至少第一、中间和第二位置上，其中，当离合器体处于第一位置上时，该齿速比是固定的；在中间的位置上时，齿速比就自动地从低齿速比变换到中齿速比，而在第二位置上时，其中齿速比则自动地从中齿速比变换到高齿速比。

该自动变速器控制部件能相对驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动，在内啮合齿轮和从动部件之间有不同的旋转角度。

按照本发明的另一方面，提供一种自行车的内变速器装置。该装置包括一个具有与其整体成型的恒星齿轮的轮毂轴、一个可旋转地安装到轮毂轴上的驱动器、一个可旋转地安装到该轮毂轴上并可不依赖于该驱动器旋转的从动部件、一个行星齿轮机构，及一个当从动部件相对驱动器旋转一个预定的旋转角度θ时被致动的自动变速控制机构。该驱动器包括一可枢转地安装在其上面在啮合位置和脱离开的位置之间旋转的掣动爪。该从动部件有一套在其内表面上形成的齿牙。该行星齿轮机构包括一个具有第一和第二套内齿牙的内啮合齿轮、一个行星齿轮，及一个可旋转地安装在轮毂轴之上并携带此行星齿轮的托板。该行星齿轮被设置在恒星齿轮和此内啮合齿轮上的第二套齿牙之间，而该托板具有第二个可绕枢轴旋转地安装在其上的离合器掣爪，用于啮合从动部件的内表面上的所述套齿牙。该自动变速控制机构包括一安装在内啮合齿轮上的第三离合器掣爪、一个离合器控制部件，其具有径向向外弯曲并包括在其中限定的凹口的端部，及一设置在从动部件的内圆周面上的第一贴靠部件。

按照本发明的另一方面，提供一种在自行车元件中的动力传递的方法。这个方法包括转动地给驱动器以动力的步骤，其中驱动器转动地给内啮合齿轮以动力，其中内啮合齿轮旋转地给行星齿轮托板以动力，其中行星齿轮托板转动地给从动部件以动力，通过把内啮合齿轮上的第一个单向离合器与从动部件接合致动自动变速器控制机构，且其中第一个单向离合器转动地给独立于行星齿轮托板的从动部件以动力。该自动变速控制机构相对驱动器的旋转角度沿着驱动方向被致动。

按照本发明的另一方面，提供一种自行车的内变速器装置，其包括一个轴、一可旋转地安装到该轴上的从动部件、一可旋转地安装到该轴上的驱动器、此把动力传递给内啮合齿轮的驱动器、一离合器控制部件、一包括行星齿轮托板的行星齿轮机构、一相对驱动器的旋转角度沿着驱动方向被致动的自动变速控制机构、一种内啮合齿轮在其中通过行星齿轮托板把动力传递给从动部件的低齿速结构，及一种内啮合齿轮在其中把动力直接传递给从动部件的高齿速结构。

按照本发明的另一方面，提供一种自行车的内变速器装置，其包括一个驱动器、一具有第一部的从动部件、一设置在该驱动器和该从动部件的第一部分之间的行星齿轮机构，及一相对该驱动器的旋转角度沿着驱动方向被致动的自动变速器控制机构。该自动变速器控制机构包括一第一单向离合器、一离合器控制部件及一第一贴靠部件。该离合器控制部件部分地围绕从动部件的第一部并且可以不依赖于其旋转。

按照本发明的又一方面，提供一种自行车内变速器装置，其包括一个轴、一个可旋转地安置到此轴上的从动部件、一可旋转地安装在该轴上的驱动器、一设置在该驱动器和从动部件之间的行星齿轮机构、一可沿轴向方向移动并至少可在第一、中间和第三位置定位的离合器体，及一相对该驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动的自动变速控制机构。该自动变速控制机构包括一第一单向离合器、一离合器控制部件和一第一贴靠部件。当此离合器体处于第一位置上时，自动变速控制机构不会被致动。当此离合器体处于中间位置上时，自动变速控制机构则在低齿速比和中齿速比之间变速。当此离合器体处于第二位置时，自动变速控制机构在中齿速比和高齿速比之间变速。

从下面的详述中，本领域的普通技术人员将会明显看出本发明的其它目的、特点和越点。然而，不言而哈，借助于图解作出的详细说明和举出的特殊示例，只是简要说明本发明的优选实施例，并非是限定。在本发明的范围之内可以作出许多变更和改型，但不偏离其精神，而本发明就包括了全部这种改型。

附图说明

参照附图，本发明更易于被理解，其中：

图1.为根据本发明的第一实施例示出处于分离位置中的离合器掣爪60的内变速轮毂的局部截面侧视图；

图2.为示出处于啮合的位置中的离合器掣爪60的图1的内变速轮毂的部分截面侧视图；

图3.为根据本发明的第二实施例示出处于第一位置中的离合器体的内变速轮毂的部分截面侧视图；

图4.为示出处于中间位置中的离合器体的图3的内变速轮毂的部分截面侧面图；

图5.为示出处于第二位置中的离合器体的图3的内变速轮毂的部分截面侧视图；

图6a.为自动变速控制机构的立面侧视图，其包括从动部件、离合器笼和处于第一起始位置中的离合器掣爪，其中离合器掣爪与离合器笼啮合，但不是第一棘轮齿牙；

图6b.为自动变速控制机构的立面侧视图，其包括从动部件、离合器笼和处于向上移位位置的离合器掣爪，其中，在从动部件相对内啮合齿轮和离合器笼旋转之后(从第一个起动位置)，离合器掣爪就与离合器笼和第一棘轮齿牙啮合；

图7a.为自动变速控制机构的立面侧视图，其包括从动部件、离合器笼和处于第二起动位置中的离合器掣爪，其中，离合器掣爪不与离合器笼或第一棘轮齿牙啮合，但是径向地放置在离合器笼内侧；

图7b.为自动变速控制机构的立面侧视图，其包括从动部件、离合器笼和处于离合器掣爪在其中不与离合器笼或第一棘轮齿牙啮合的位置中的离合器掣爪，但径向地放置在离合器笼内侧。在从动部件相对啮合齿轮和离合器笼旋转起来之后(从第二起动位置)，离合器笼则与第二棘轮齿牙啮合；

图7c.为自动变速控制机构的立面侧视图，其包括从动部件、离合器笼和处于向上移位位置的离合器掣爪，其中，在从动部件与离合器笼一起旋转后，离合器掣爪就与离合器笼啮合；

图8a.为与图6a、6b和7c中所示的离合器笼啮合的离合器掣爪60的部分透视图；

图8b.为与图7a和7b中所示的离合器笼脱离开的离合器掣爪60的部分透视图；

图9.为根据本发明的第三实施例示出处于分离位置中的离合器掣爪60的内变速轮毂的部分截面侧视图；

图10.为示出处于啮合位置中的离合器掣爪60的图9的内变速轮毂的部分截面侧视图；

附图的几个视图的自始至终，同样的数字指的是同样的部件。

具体实施方式

一般说来，本发明提供当自行车处于起始或停止位置时其后轮毂中的低齿速比。一旦骑车人沿驱动方向转动链轮预定的次数后(一般只是很少的次数)，该齿速比就自动转向高齿速比。可以理解，像这类术语“左”、“右”、“向上”、“向下”、“顺时针”、“逆时针”、“向前”、“在...之上”、“向前地”及下面用来描述位置上的术语只不过是为了便于描述，且参照是诸图中所示的各种元件的取向。应该明白，这里所述的元件的任何取向均在本发明的范围之内。

参照图1-图2，其示出根据本发明的第一个实施例的自行车的内变速轮毂10。如图1所示，内变速轮毂10包括一固定在后叉端14上的轮毂轮12、一可旋转地绕着轮毂轴12的一端上的外部安装的驱动器16、一设置在绕着轮毂轴12和驱动器16的外侧更向外部的从动部件18，其中与后车轮(未示出)相连接的这个驱动器16限定从动部件内部20、一配置在从动部件内部20的行星齿轮机构22，以及一可旋转地与驱动器16耦合的链轮24。该从动部件18包括一个轮毂外壳19。从动部件18的右端可旋转地受安置在驱动器16上面的轴承元件25支撑，而从动部件28的左端则可旋转地受安置在固定于此轮毂轴12上的锥形部件30a的轴承部件26支撑。该驱动器16可旋转地受安置在固定于此轮毂轴12上的锥形部件30b支撑。

如上所指出的，轮毂轮12被固定在该自行车框架体(未示出)的后叉端14上。行星齿轮22(下述)的恒星齿轮32被配置在轮毂轴12上面且最好与其整体形成。分别具有臂形的用于轴承元件26和27的轮毂锥形座26a和27a的轮毂锥形部件30a和30b被用螺钉拧到相对于后叉端14向里平放的轮毂轴12的安装部分上。轴承元件25包括滚珠座圈表面25a和25b，及许多放入滚珠座圈面25a和25b之间的滚珠25c。轴承元件26包括轮毂锥形表面26a、滚珠座圈表面26b、及许多放入滚珠座圈表面26b和轮毂锥形表面26a之间的滚珠26c。轴承元件27包括轮毂锥形表面27a、滚珠座圈表面27b，及许多放入滚珠座圈表面27b和轮毂锥形表面27a之间的滚珠27c。

驱动器16是一个传递链轮24的旋转的部件。如图1所示，该驱动器16包括链轮24被非旋转地固定于其上的第一部分16a及一个单向离合器(最好是离合器掣爪36)被固定于其上的第二部分16b。离合器掣爪36是下述的离合器机构64的一部分。离合器掣爪36被设计成能啮合行星齿轮结构22(下述)的内啮合齿轮40的右侧上的一套齿牙38。驱动器16的第一部分16a的右端被可旋转地由轴承元件27支撑。

密封垫42围绕驱动器16、锥形物30b和链轮24周围的外部区域以防止外界物质，如灰尘、湿气等进入从动部件内部20。

从动部件18，可以是一个由钢或其它刚性材料制成的圆柱形部件，最好是阶梯形的，并且有较大的直径端18a和较小的直径端18b。驱动器16最好容放在较大的直径端18a内而行星齿轮机构22从较大直径端18a延伸到较小直径端18b。人们将会明白，在另一个实施例中，从动部件18的跨过整个长度的直径是恒定的。夹紧后轮(未示出)幅条(未示出)的轮毂法兰44a和44b被整体在该机构壳46的***表面上形成。

行星齿轮机构22包括在轮毂轴12上形成的恒星齿轮32、内啮合齿轮40、一可旋转地安装在轮毂轴12上的行星齿轮托板48，及至少一个在托板48上可旋转地支撑着的行星齿轮50。更可限地，行星齿轮机构22包括周向地配置在恒星齿轮32周围的3个行星齿轮50。托板48的形状最好如同一个环法兰，轮毂轴12从其中穿过。可旋转地支撑行星齿轮50的齿轮轴52被固定到托板48上。行星齿轮50与内啮合齿轮40的左侧的一套齿牙54和恒星齿轮32咬合。托板48包括一个有选择地与位于从动部件18的内周围表面上的一套棘轮齿牙58咬合的单向离合器(最好是离合器掣爪56)。

如图6a和6b所示，径向地位于从动部件18内侧的是自动变速控制机构59。该自动变速控制机构59最好包括一个单向离合器(最好是离合器掣爪60)，一个位于从动部件18的内周围表面上的贴靠部件62及一个离合器控制部件或离合器笼72。还包括一个弹簧部件70(示于图1中)用于偏置离合器掣爪60。离合器掣爪60被允许在啮合的状态，如图6a所示的啮合位置(人们将会明白，啮合状态意味着离合器掣爪60处于啮合第一棘轮齿牙62的位置中，但这并不必定意味着离合器掣爪60与第一棘轮齿牙62啮合，在图6a中是显而易见的。)和图7a中所示的分离状态之间交替。该离合器掣爪60通常被加偏压在啮合状态中。下面将予以充分的论述自动变速控制机构59的元件的运作。

在一个优选实施例中，离合器掣爪60被设置在内啮合齿轮40上。更可取地，离合器掣爪60可绕枢轴旋转地被紧固在轴40a上面的内啮合齿轮40上，以便它适宜于有选择地与位于从动部件18的内周围表面上的贴靠部件62咬合。更可取地，贴靠部件62是一第一棘轮齿牙62。

如图1和图2所示，内变速轮毂10还包括离合器机构64和68。离合器机构64包括像锯齿般在内啮合齿轮40的内周围表面上形成的棘轮齿牙38、离合器掣爪36和给离合器掣爪36加偏压的弹簧部件70。该离合器掣爪36被安装在驱动器16的第二部分16b的外周围表面上，且被允许在它与该棘轮齿牙38在其中啮合的状态与它在其中被与棘轮齿牙38分开的分离状态之间交替。离合器掣爪36通常被加偏压在啮合的状态中。

离合器机构68包括如锯齿般在从动部件18的内周围表面上形成的棘轮齿牙58、离合器掣爪56和给离合器掣爪56加偏压的弹簧部件70。该离合器掣爪56被安装在托板48的外周围表面上，并被允许在它与棘轮齿牙58在其中咬合的啮合状态和它在其中被与棘轮齿牙58分开的分离状态之间交替。在离合器68中，离合器掣爪56通常被提升到啮合状态，且当托板48沿驱动方向旋转时，其旋转就被传递到从动部件18。当从动部件18以比托板48旋转得更高速度沿驱动方向旋转时，则没有旋转被传递(如下所述，是由于离合器掣爪60给从动部件18以动力的结果)。

如图1、2和6-8所示，离合器笼72部分围绕内啮合齿轮40。该离合器笼72形成圆形，在其端部之间有一个缝隙72b。其中一个端部72a径向向外弯曲，并有凹口74在其中形成。如图8a所示，离合器掣爪60适宜于啮合凹口74(其目的将下面更充分地论述)。离合器笼72能不依赖于内啮合齿轮40旋转。

参照图1-2和6a-6b，在运行中，内变速轮毂10的第一个实施例是一个双速自动变速机构。图1示出与第一棘轮齿牙62脱离开的离合器掣爪60。在这种情况中，内变速轮毂10处于低齿速比。图2示出与第一棘轮齿牙62啮合的离合器掣爪60。在这种情况中，内变速轮毂10处于高速齿轮比中。

如图6a所示，从动部件18的内周围表面包括与第一棘轮齿牙62邻接的第二棘轮齿牙76。如上面所述，第一棘轮齿牙62适合于被离合器掣爪60啮合(亦即：离合器掣爪60在圆周方向与第一棘轮齿牙62对准)。第二棘轮齿牙76适合于被离合器笼72的端部72a啮合(亦即：端部72a在圆周方向与第二棘轮齿牙76对准)。当该自行车被停下来时，总有一个从动部件18的自由转动，在这个过程中，第二棘轮齿牙76啮合离合器笼72的端部72a，借此沿顺时针方向使离合器笼72转动，以致使该离合器笼72被定位成如图6a所示，此处将其称之为第一起动位置，其中，离合器掣爪60贴着第二棘轮齿牙76。

当骑车人在起动过程中蹬上踏板并把自行车推进时，由此引起的旋转通过链轮24被传递到驱动器16。此刻，内变速轮毂10处于低齿速比。驱动器16可旋转地给内啮合齿轮40以动力，因为离合器掣爪36与内啮合齿轮40的齿牙38一起处于啮合的位置。内啮合齿轮40可旋转地给行星齿轮50以动力，为此亦给行星齿轮托板48以动力。行星齿轮托板48通过离合器掣爪56的旋转，致使从动部件18旋转。如图6a所示，在这种情况下，离合器掣爪60不与第一棘轮齿牙62啮合。因此，内啮合齿轮40不与从动部件18连接。

在此低速档中，驱动器16和内啮合齿轮40比从动部件18更快地旋转。因而，骑车人使曲轴沿驱动方向转动预定次数之后(为此，亦使驱动器16和内啮合齿轮40转动)，从动部件将会相对内啮合齿轮40、离合器笼72和离合器掣爪60沿逆时针方向(见图6a中箭头D)行进，直至离合器掣爪60啮合第一棘轮齿牙62。人们将会明白，从动部件18实际上并不沿逆时针方向行进，而是由于内啮合齿轮40比从动部件18顺时针行进得快，从动部件18就相对内啮合齿轮40沿逆时针方向旋转。只要离合器掣爪60啮合第一棘轮齿牙62，内啮合齿轮40便旋转地给从动部件18以动力，由此自动换位至高齿速比(这里称之为加速位置)。相应地，由于从动部件18旋转得比行星齿轮托板48更快，所以离合器掣爪56与棘轮齿牙58脱离开，它是从动部件18的一部分，且因此以内啮合齿轮40的速度旋转。

为了形成诸齿速比，行星齿轮机构22的各种元件均配置有适当数量的齿牙。为了示范起见，仅选择了1∶0.73的低齿速比。换言之，对于驱动器16和内啮合齿轮40每转一圈，从动部件转0.73圈。如果恒星齿轮32有16个齿牙，内啮合齿轮40上左边那套齿牙54有44个齿牙，行星齿轮50有13个齿牙而从动部件18上的那套齿牙58包括16个齿牙，就可以提供这样一种低齿速比。

当该自行车被从第一起动位置起动时，齿速比是1∶0.73。相应地，内啮合齿轮40和驱动器16沿驱动方向旋转，但从动部件18却旋转得比内啮合齿轮40相对地更慢。在这个示例中，且如图6b中所示的，让我们把从动部件18必须相对内啮合齿轮40从起始位置(图6a)行进直至它啮合第一棘轮齿牙62(图6b)的距离设定为大约335°(更确切地说335°18′和23″)。内啮合齿轮40转一圈提供从动部件18转0.73圈。这意味着从动部件18沿逆时针方向相对内啮合齿轮40旋转0.2666圈。0.2666×360°＝96°。换言之，对于内啮合齿轮40每转一圈，从动部件18比它少转96°。335°/96°＝3.49。因而，在这个示例中，在第一棘轮齿牙(62)相对内啮合齿轮旋转离合器掣爪60啮合第一棘轮齿牙62必需的335°之前，该内啮合齿轮必须转动3.49次。在一辆典型的自行车里，前链条轮和后链轮24之间的齿速比大约是2∶1。3.49/2＝1.75。因此，前链条轮转1.75圈提供后链轮24转3.49圈。换言之，只要骑车人开始蹬踏板，经过曲轴转动1.75圈之后，内变速轮毂10就会从低速档移至高速档。

人们会明白，上面示出的数目仅仅是为了示范的目的，并使读者更好地理解本发明。那些精通此技术的人们将能使齿速比和齿轮尺寸适合特殊的应用。所以，这里所规定的数目和尺寸并非是对本发明的制约。

当一辆自行车被停下来，甚至在从动部件18自由转动之后，离合器掣爪60并非总是如图6a所示的被定位，而可以代之以如图7a所示的来定位，其中，离合器掣爪60径向地定位在离合器笼72内侧。这个位置(如图7a所示的位置)这里称之为第二起动位置。在这种情况下，在驱动器16和内啮合齿轮40完成3.49圈的转动之后(如上所述)，从动部件18抵达图7b所示的位置。然而，在这个位置中，离合器掣爪60仍然径向地定位在离合器笼72(见图8b)内侧。如果离合器笼72和内啮合齿轮40欲继续以相同的旋转速度旋转，那么，离合器掣爪60将永远不会啮合第一棘轮齿牙62而高速档永远也达不到。因此，在从动部件18到达图7b所示的位置之后，离合器笼的弯曲端72a变得通用并啮合第二棘轮齿牙76(见图7b)。这就致使离合器笼72与从动部件18同步转动。因此，离合器笼72，正以与内啮合齿轮40同样的旋转速度转动，将开始以与从动部件18同样的旋转速度旋转(内啮合齿轮40每转一圈，离合器笼则转0.73圈。)

由于从动部件18与离合器笼72一起旋转的结果，就会产生一个点，离合器掣爪60将在这里到达离合器笼72端部之间的缝隙72b。由于离合器掣爪60被朝向啮合位置加偏压，它就会延伸入缝隙72b，借此便触及到从动部件18的内表面。然后，离合器掣爪沿着从动部件18的内表面滑动，直至它在凹口74中被容纳并啮合第一棘轮齿牙62(见图7c)，借此便产生了移至高速档的结果。

如图7c所示，以上面的示例所提供的数目和尺寸，在离合器掣爪60啮合第一棘轮齿牙62并在变速发生之前，离合器笼72和从动部件18必须相对内啮合齿轮40行进355°。运用这些数据，我们就可以计算出曲轴转多少圈才会使骑车人从低速档至高速档。335°(从第二起动位置行进到图7b中所示的位置)+335°(从图7b中所示的位置行进到换高速档的位置)＝690°。因此，从动部件18相对内啮合齿轮40旋转690°(与离合器笼72一起转动的355°)才会变速。690°/96°＝内啮合齿轮40、驱动器16和链轮24的7.2圈。7.2/2＝3.6。所以，如果从第二起动位置起动，曲轴须转3.6圈才致使自动变速控制机构59从低速档移至高速档。

由于驱动器16、行星齿轮机构22、自动变速控制机构59和从动部件18的存在，内变速轮毂10有如下的动力传递途径：

降速变换的动力传递途径(低速档)，其包括链轮24、驱动器16、离合器机构64、内啮合齿轮40、行星齿轮50、托板48、离合器机构68和从动部件18；及

直接耦合的动力传递途径(高速档)，其包括链轮24、驱动器16、离合器机构64、内啮合齿轮40、单向离合器60和从动部件18。

参照图3-4，其示出根据本发明的第二个实施例的一辆自行车的内变速轮毂100。这个实施例与第一个实施例的运作情况类似，然而，它包括低、中和高速档传递途径。此轮毂100包括键102和可以用离合器操作器106沿轴向方向安置在第一位置(图3)、中间位置(图4)，和第二位置(图5)的离合器体104，该离合器体104能沿着轴线A移动并能在轮毂轴12上旋转。该离合器体104设置有绕着该驱动器的内周围表面成型、与内花键元件110啮合的外花键元件108。结果，离合器体104整体地与驱动器16一起转动并能沿着相对于驱动器16的轴线A的方向滑动。

至少一个啮合元件112(最好许多啮合元件112)从离合器体104的左端向外突出。当离合器体104处于第一位置时，该啮合元件112适合于啮合离合器掣爪60，而当离合器体104处于第二位置时，在托板48中则形成一个凹陷处116。离合器体104还包括从其突出来的键止挡114，当处于第一、中间和第二位置时，键102靠在其上。把一对弹簧118和120设置成沿相对的方向给键102加偏压。

为了重新定位离合器体104，离合器操作器106，其可以是一个延伸向下进入轴线12中的一个开口的推杆，被骑车人压缩或拉动，以改变键102的位置，因而也就改变了离合器体104的位置104。如果推离合器操作器106，必得克服弹簧120的推进以改变键的位置。如果拉离合器操作器，弹簧118的推进必定被克服以改变键的位置。

当离合器体104被定位在第一位置上，啮合元件112啮合离合器掣爪60中的锥形凹陷处60a(见图6a)，借此使离合器掣爪60绕着枢轴转动进入分离的位置，那里离合器掣爪60并不与第一棘轮齿牙62接触。在这种情况下，离合器掣爪60不啮合第一棘轮齿牙62。所以，自动变速控制机构59决不会处于高速档的位置上且轮毂100被保持在低齿速比(在上面的示例中为1∶0.73)。

当离合器体104被定位在中间位置上，如图4所示，啮合元件112不与任何部件接触，因此，变速器100被允许以上述第一个实施例(变速器10)中的方式动作。

当离合器体104被定位在第二位置上，如图5所示，啮合元件112与托板48中的凹陷处116接触而驱动器16的向前旋转的动力被传递到托板48。因此，当变速器100处于起动位置(如图6a所示)，其中，离合器掣爪60不与第一棘轮齿牙接触，托板48通过离合器68与从动部件18咬合，借此以和驱动器一样的旋转速度使从动部件18旋转并提供1∶1的齿速比(这里称之为中齿速比)。

人们会明白，在第二位置，当驱动器16通过离合器体104驱动托板48时，托板48就依次使内啮合齿轮40转动，又致使离合器掣爪60转动。如上所述，当自动变速控制机构59处于分离的状态(图6a)，离合器掣爪60则不会致使从动部件18转动。然而，当自动变速机构59到达换高速档的位置(图6b)且离合器掣爪60啮合第一棘轮齿牙62时，该从动部件18则以高于1∶1的齿速比与内啮合齿轮40同步旋转。在这种情况下，由驱动器16通过链轮24和链条接收到的向前旋转的力通过离合器体104被传递到托板48，如上所述。由于离合器掣爪60与第一棘轮齿牙62啮合，所以，给予托板48的、向前旋转的力在被传递到内啮合齿轮40之前由于行星齿轮50和恒星齿轮32的运转被增压，然后，通过离合器掣爪60被传递到从动部件18。运用上面规定的示范的数值，高齿速比为1∶1.36。当这种情况发生时，内啮合齿轮40和从动部件18比驱动器16和托板48转动得更快，因而，离合器掣爪36和56则分别与齿牙38和58脱离开并被其超过。

轮毂100提供下面的齿速比(圆括号中的比值是那些当上述提供的示范性数值被使用时提供的)：

离合器***置   齿速比

第一           总是低速档(1∶0.73)

中间           以低速档起动(1∶0.73)并自动移至中速档(1∶1)

第二           以中速档起动(1∶1)并自动移至高速档(1∶1.36)

当离合器体104处于第一位置时，由于驱动器16、行星齿轮机构22、离合器体104和从动部件18的存在，内变速轮毂100仅有一个动力传递途径。这个传递途径是：

低速档动力传递途径(低速档)，其包括链轮24、驱动器16、离合器机构64、内啮合齿轮40、行星齿轮50、托板48、离合器机构68和从动部件18(1∶0.73)。

当离合器体104处于中间位置时，由于驱动器16、自动变速控制机构59、行星齿轮机构22、离合器体104和从动部件18的存在，内变速轮毂100有下面的动力传递途径：

低速档动力传递途径(低速档)，其包括链轮24、驱动器16、离合器机构64、内啮合齿轮40、行星齿轮50、离合器机构68和从动部件18(1∶0.73)；及

中速档传递途径，其包括链轮24、驱动器16、离合器机构64、内啮合齿轮40、自动变速控制机构59和从动部件18(1∶1)。

当离合器体104处于第二位置，由于驱动器16、自动变速控制机构59、行星齿轮机构22、离合器体104和从动部件18的存在，内变速轮毂100有如下的动力传递途径：

中速档传递途径，其包括链轮24、驱动器16、离合器体104、托板48、离合器机构68和从动部件18(1∶1)；及

高速档动力传递途径，其包括链轮24、驱动器16、离合器体104、托板48、行星齿轮40、自动变速控制机构59、离合器机构68和从动部件18。

参照图9-10，其示出根据本发明的第三个例的一辆自行车的内变速轮毂150。在这个实施例中，内啮合齿轮40和第一个实施例的驱动器16是一个单独的整体件。换言之，驱动器16在其内表面上有一套齿牙54，由此使驱动器16实质上就是一个内啮合齿轮。由于内啮合齿轮和驱动器被整体地相互组合起来，离合器机构64就被忽略去了。行星齿轮机构22则被横向地配置在与从动部件相邻并在其右侧上，因而就容许内变速轮毂150中元件的总数减少一些。第三实施例中的大多数元件(变速器150)与第一实施例中的元件(变速器10)相同。因此，图9和图10中的元件编号与图1和图2中的元件相同。此外，图6a-7b如同它们适用于第一和第二实施例那样，也同样适用于第三实施例。

径向地位于内啮合齿轮40的内侧并可旋转地围绕轮毂轴12安装的是从动部件18的第一部分152。第一部分152通过轴承元件154和156可旋转地安装在轮毂轴12上。轴承元件154包括轮毂锥形面26a、滚珠座圈表面154a和许多放入轮毂锥形表面26a和滚珠座圈表面154a之间的滚珠154b。轴承元件156包括滚珠座圈表面156a、156b及许多放入滚珠座圈表面156a、156b之间的滚珠156c。第一部分152也通过轴承元件158可旋转地与驱动器连通，其包括滚珠座圈表面158a和158b，及许多放入滚珠座圈表面158a和158b之间的滚珠158c。

自动变速控制机构59被设置在第一部分152和内啮合齿轮40之间，如图9和10所示。第一和第二棘轮齿牙62、76被设置在驱动器16/内啮合齿轮40的内表面上。单向离合器掣爪60被安装在从动部件18的第一部分152上。离合器笼72部分围绕着并旋转着与第一部分152相配合。离合器机构68被设置在托板48和第一部分152之间。人们将会明白，第一部分152被直接连接到从动部件18的剩余部分上。因此，从动部件18总是与第一部分152同步旋转。

该内变速轮毂150有如下的动力传递途径：

降速变换的动力传递途径(低速档)，其包括链轮24、驱动器16(内啮合齿轮40)、行星齿轮50、托板48、离合器机构68和从动部件18(第一部分152)；及

直接耦合的动力传递途径(高速档)，其包括链轮24、驱动器16(内啮合齿轮40)、自动变速控制机构59和从动部件18(第一部分152)组成。

这里叙述的本发明的诸种实施例仅仅旨在作示范用，而那些精通此技术的人们可创造出它们的多种改型，但不偏离本发明之精髓。全部这种改型被确定为在由后附的权利要求书所限定的本发明的范围之内。

Claims (51)

1.一种用于自行车的内变速器装置，所述的装置包括：

一从动部件，

一驱动器；

一配置于所述的驱动器和所述的从动部件之间的行星齿轮机构，及

一相对该驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动的自动变速控制机构；

所述的自动变速控制机构包括一第一单向离合器、一离合器控制部件和一第一贴靠部件；

当所述的第一单向离合器啮合所述的第一贴靠部件时，所述的驱动器和所述的从动部件以大约同样的速度旋转，且当所述的第一单向离合器不与所述的第一贴靠部件啮合时，所述的从动部件以与所述的驱动器不同的速度旋转。

2.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的第一贴靠部件被配置在所述的从动部件的内周围表面上。

3.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的自动变速控制机构还包括第二贴靠部件。

4.如权利要求2所述的内变速器装置，其特征在于把所述的第一贴靠部件定位成由所述的单向离合器啮合。

5.如权利要求3所述的内变速器装置，其特征在于把所述的第二贴靠部件定位成由所述的离合器控制部件啮合。

6.如权利要求3所述的内变速器装置，其特征在于所述的第一贴靠部件与所述的第二贴靠部件交错排列。

7.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的自动变速控制机构只包括一个第一贴靠部件。

8.如权利要求3所述的内变速器装置，其特征在于所述的自动变速控制机构只包括一个第二贴靠部件。

9.如权利要求6所述的内变速器装置，其特征在于所述的第一贴靠部件与所述的第二贴靠部件相邻。

10.如权利要求3所述的内变速器装置，其特征在于所述的第一贴靠部件与所述的第二贴靠部件对准。

11.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的第一单向离合器包括第一掣爪。

12.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器控制部件包括离合器笼。

13.如权利要求12所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器笼包括一个掣爪笼。

14.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器控制部件可相对于所述的行星齿轮机构旋转。

15.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器控制部件可与从动部件一起旋转。

16.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的行星齿轮机构包括一内啮合齿轮、一行星齿轮托板和一恒星齿轮。

17.如权利要求16所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器控制部件可相对于所述的内啮合齿轮旋转。

18.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器控制部件有一径向向外弯曲的端部。

19.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于第一单向离合器的尖端沿与驱动方向相反的方向旋转。

20.如权利要求16所述的内变速器装置，其特征在于所述的第一单向离合器被设置在所述的内啮合齿轮上。

21.如权利要求20所述的内变速器装置，其特征在于第二单向离合器被设置在所述的行星齿轮托板上。

22.如权利要求1所述的内变速器装置，其还包括一轴和一离合器体，其中所述的离合器体可绕所述的轴旋转并可沿轴向方向移动。

23.如权利要求22所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器体包括一个键部件，及所述的离合器体和所述的键部件由推杆在外部操作。

24.如权利要求22所述的内变速器装置，其特征在于所述的自动变速控制机构相对所述的驱动器的旋转角度沿着所述的驱动方向被致动，这时，所述的离合器体被放置在第一位置上。

25.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的行星齿轮机构被径向地放置在所述的从动部件内侧。

26.如权利要求22所的内变速器装置，其特征在于所述的行星齿轮机构被径向地放置在所述的驱动器内侧。

27.如权利要求22所述的内变速器装置，其特征在于所述的行星齿轮机构被横向与所述的驱动装置部件邻接地配置。

28.如权利要求22所述的内变速器装置，其特征在于所述的内啮合齿轮与所述的驱动器整体地形成。

29.如权利要求22所述的内变速器装置，其特征在于所述的驱动方向的所述的驱动器的旋转角度小于360°。

30.如权利要求22所述的内变速器装置，其特征在于在所述的驱动方向的所述的驱动器的旋转角度小于720°。

31.如权利要求22所述的内变速器装置，其特征在于所述的离合器体可被定位在至少第一、中间和第二位置上，其中当所述的离合器体处于所述的第一位置上时，其齿速比是固定的，在所述中间位置时，该齿速比被自动地从低齿速比转换到中齿速比，且其中在所述的第二位置上所述的齿速比被自动地从中齿速比转换到高齿速比。

32.如权利要求1所述的内变速器装置，其特征在于所述的从动部件包括一个轮毂外壳。

33.如权利要求16所述的内变速器装置，其特征在于所述的自动变速控制部件相对所述的驱动器的旋转角度沿着所述的驱动方向被致动，所述的内啮合齿轮和所述的内从动部件之间有不同的旋转角度。

34.如权利要求18所述的内变速器装置，其特征在于所述的径向向外弯曲的离合器控制部件适宜于啮合所述的第二贴靠部件。

35.如权利要求28所述的内变速器装置，其特征在于所述的第一贴靠部件被配置在所述的环状部件的内周围表面上。

36.一种用于自行车的内变速器装置，所述的装置包括：

一从动部件，

一驱动器；

一配置于所述的驱动器和所述的从动部件之间的行星齿轮机构，及

一相对该驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动的自动变速控制机构；

所述的自动变速控制机构包括一起动位置和一换高速档位置，其中所述.的驱动器和在所述的起动位置的所述的从动部件之间的起动齿速比大约是1∶0.73。

37.如权利要求36所述的内变速器装置，其特征在于所述的驱动器和在所述的换高速档位置的所述的从动部件之间的换高速档齿速比大约是1∶1。

38.一种用于自行车的内变速器装置，所述的装置包括：

一从动部件，

一驱动器；

一配置于所述的驱动器和所述的从动部件之间的行星齿轮机构，所述的行星齿轮机构包括一内啮合齿轮、一行星齿轮托板和一恒星齿轮；以及

一相对该驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动的自动变速控制机构；所述的自动变速控制机构包括一设置在内啮合齿轮上的第一单向离合器、一离合器控制部件和一第一贴靠部件；

一第二单向离合器被设置在所述的行星齿轮托板上；

一第三单向离合器被设置在所述的驱动器上。

39.一种用于自行车的内变速器装置，所述的装置包括：

一从动部件，

一驱动器；

一配置于所述的驱动器和所述的从动部件之间的行星齿轮机构，所述的行星齿轮机构包括一内啮合齿轮、一行星齿轮托板和一恒星齿轮；以及

一相对该驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动的自动变速控制机构；所述的自动变速控制机构包括一第一单向离合器、一离合器控制部件和一第一、第二贴靠部件；

所述离合器控制部件具有一个径向向外弯曲的的端部，所述端部包括一个限定在其中的凹口，所述凹口适宜于容纳所述的第一单向离合器。

40.一种用于自行车的内变速器装置，所述的装置包括：

一从动部件，

一驱动器；

一配置于所述的驱动器和所述的从动部件之间的行星齿轮机构，所述的行星齿轮机构包括一内啮合齿轮、一行星齿轮托板和一恒星齿轮；以及

一相对该驱动器的旋转角度沿驱动方向被致动的自动变速控制机构；所述的自动变速控制机构包括一第一单向离合器、一离合器控制部件和一第一、第二贴靠部件；当所述的单向离合器啮合所述的第一贴靠部件时，所述的驱动器和所述的从动部件被连接作整体旋转，且其中当所述的第一单向离合器不与所述的第一贴靠部件啮合时，所述的驱动器和所述的从动部件彼此相对旋转。

41.一种用于自行车的内变速器装置，所述的装置包括：

a一具有与其整体形成的恒星齿轮的轮毂轴；

b)一可旋转地安装在所述的轮毂轴上的驱动器，其包括可绕枢轴旋转地安装在其上的第一离合器掣爪，其中所述的第一离合器掣爪在啮合位置和分离位置之间以枢为中心而旋转；

c)一可旋转地安装在所述的轮毂轴上并可不依赖于所述的驱动器而旋转的从动部件，其具有一套在其内表面上形成的齿牙；

d)一行星齿轮机构，其包括：

i)一具有第一和第二套内齿牙的内啮合齿轮，

ii)一行星齿轮，和

iii)一可旋转地安装在所述的轮毂轴上并携带所述的行星齿轮的托板，所述的行星齿轮被设置在所述的恒星齿轮和所述的内啮合齿轮上的所述的第二套齿牙之间，所述的托板把第二离合器掣爪可绕枢轴旋转地安装在其上以啮合所述的从动部件的所述的内表面之上的所述的那套齿牙，及

e)一自动变速控制机构，当所述的从动部件相对所述的驱动器旋转预定的旋转角度θ时，其被致动，所述的自动变速控制机构包括：

i)一安装在所述的内啮合齿轮之上的第三离合器掣爪，

ii)一具有径向向外弯曲的并包括一个限定在其中的凹口的端部的离合器控制部件，及

iii)一配置在所述的从动部件的内周围表面上的第一贴靠部件。

42.一种自行车元件的动力传递方法，该方法包括的步骤是：

a)旋转地给驱动器以动力，

b)其中所述的驱动器旋转地给内啮合齿轮以动力，

c)其中所述的内啮合齿轮旋转地给行星齿轮托板以动力，

d)其中所述的行星齿轮托板旋转地给从动部件以动力，

e)通过把所述的内啮合齿轮上的第一单向离合器与所述的从动部件啮合致动自动变速控制机构，其中所述的自动变速控制机构是相对所述的驱动器的旋转角度沿所述的驱动方向被致动的，及

f)其中所述的第一单向离合器旋转地给所述的、不依赖于所述的行星齿轮托板的从动部件以动力。

43.如权利要求42所述的方法，其特征在于所述的驱动器和所述的内啮合齿轮被整体地相互形成。

44.如权利要求42所述的方法，其特征在于所述的自动变速控制机构包括具有径向向外弯曲的端部的离合器控制部件，且其中所述的端部限定一其中的凹口。

45.如权利要求44所述的方法，其特征在于所述的自动变速控制机构包括配置在所述的从动部件的内表面上的第一贴靠部件，且其中在步骤(a)之前所述的第一单向离合器被容纳在所述的凹口中，但并未与所述的第一贴靠部件啮合。

46.如权利要求45所述的方法，其特征在于在步骤(d)和(e)之间，所述的第一单向离合器啮合所述的第一贴靠部件。

47.如权利要求44所述的方法，其特征在于所述的自动变速控制机构包括设置在所述的从动部件的内表面之上的第一和第二贴靠部件，且其中在步骤(a)之前所述的第一单向离合器与所述的凹口脱离开，还与所述的第一贴靠部件脱离开。

48.如权利要求47所述的方法，其特征在于在步骤(d)和(e)之间，径向向外弯曲的所述的离合器控制部件的所述的端部啮合所述的第二贴靠部件，借此使所述的离合器控制部件和所述的从动部件大致上同步地旋转，直至所述的第一单向离合器啮合所述的第一贴靠部件。

49.如权利要求42所述的方法，其特征在于第二单向离合器被配置在所述的驱动器和所述的内啮合齿轮之间，以把旋转力从所述的驱动器传递到所述的内啮合齿轮。

50.如权利要求49所述的方法，其特征在于第三单向离合器被设置在所述的行星齿轮托板和所述的从动部件之间，以把旋转动力从所述的行星齿轮托板传递到所述的从动部件。

51.如权利要求50所述的方法，其特征在于所述的内啮合齿轮把旋转动力传递到行星齿轮，且其中所述的行星齿轮把旋转动力传递到所述的行星齿轮托板。

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