TWI594549B - 磁性變速器 - Google Patents

Description

磁性變速器

本發明是一種變速器，尤其是指一種非接觸式磁性齒輪結合調變動力路徑之變速單元，藉以達到無摩擦傳動且可變速的磁性變速器。

變速器是廣泛使用在輪機與移動載具等領域的裝置，由於相同之動力輸出條件下，現今各種傳動系統中的扭力和速度都呈現負相關性，因此變速器的機制即是因應不同環境條件或是出力需求，利用變速器速度的改變來調整其輸出狀態。

在常見的變速器傳動系統中，齒輪是一種確動性良好且改造靈活度高的元件，因此，以往變速器傳動系統或其他涉及不同傳動狀態調整的裝置皆經常大量地使用齒輪，並藉由齒數的差異即可簡單改變輸出。

然而，齒輪確動性高的代價即是大量的動能會在傳動過程中被轉換成摩擦力及廢熱，除了導致現有變速器裝置的運作效率降低，此外也會存在零件耗損、熱損傷以及需要密集保養等問題。

此外，在習用變速器中，單組齒輪僅被應用於一 種速度的輸出，因此，採用類似於行星齒輪系的變速器往往面臨元件過多以及所需構裝空間較大的問題，尤其在變速器的段數需求越多時，上述各項問題也更顯嚴重，此亦增加了變速器設計與加工之難度。

有鑒於習用變速器裝置的種種缺陷，本發明提出一種磁性變速器，其參考行星齒輪系之配置關係而設置內環、外環磁圈以及中介於兩者的調磁單元，再透過傳動元件的啟用與否來選擇磁性變速器的輸入端與輸出端，藉由上述傳動元件的選擇來改變動力傳輸流向，藉以達到變速之目的。

依據本發明一實施方式，提供一種磁性變速器，包含一輪轂、一內環磁圈、一外環磁圈、一調磁單元、一第一傳動模組、一第二傳動模組以及一變速單元。

輪轂設於磁性變速器的外部以容納保護其他元件，並且同時作為磁性變速器的最終輸出端。內環磁圈定位於輪轂內而與輪轂同動。外環磁圈環設於內環磁圈與輪轂之間外環磁圈包含複數外磁極對。調磁單元環設於內環磁圈以及外環磁圈之間，且調磁單元可相對內環磁圈旋轉，進而利用磁力牽引外磁極對，調磁單元包含複數導磁塊，而導磁塊之數量與上述之外磁極對之數量相異。第一傳動模組連接一外部動力源，又第一傳動模組包含一第一輸入單元以及一第一輸出單元，第一輸入單元連接並驅動 外環磁圈旋轉，且第一輸入單元包含一第一棘爪；第一輸出單元包含供上述第一棘爪連動之一第一咬合部，而第一輸出單元則連接輪轂以帶動輪轂旋轉。第二傳動模組包含一第二輸入單元以及一第二輸出單元，第二輸入單元連接並驅動調磁單元旋轉，且第二輸入單元包含一第二咬合部；第二輸出單元受調磁單元連動旋轉，且第二輸出單元又連接輪轂以帶動輪轂旋轉。變速單元連接前述的外部動力源，且變速單元位於第一輸入單元及第二輸入單元之間，變速單元在一第一位置與一第二位置之間移動。前述變速單元包含一第二棘爪以及一外簷部，第二棘爪之位置對應第二咬合部，在變速單元位於第一位置時，第二棘爪連動第二咬合部以驅動第二輸入單元；外簷部之位置則與第一棘爪相對應而可與之接觸，在變速單元位於第二位置時，外簷部推抵第一棘爪以控制其脫離第一咬合部。

整體言之，在磁性變速器變速的過程中，兩組傳動模組是各自運作的，而最終輪轂的輸出模式乃由變速單元的位置而定，依據變速單元所處的位置，將決定兩個傳動模組的傳動關係是否生效。

由上述實施方式可知，第一輸出單元以及第二輸出單元皆與輪轂直接連接，未使用齒輪系統的咬合關係。而第一輸入單元以及第二輸入單元彼此不接觸，兩者各自對應的外環磁圈以及調磁單元亦為直接連接、不依靠齒輪來驅動。此種傳動方式可有效地避免摩擦力的產生，同時解決元件耗損以及動力轉換效率降低的問題。

由於磁性變速器僅有環設的內環磁圈、調磁單元以及外環磁圈，但並不使用行星齒輪系中的太陽齒輪，故內環磁圈的中心為中空而可以容納其他元件。

因此，在一實施例中，前述的第二輸入單元可以設於內環磁圈的內側。另外，前述的第一輸入單元、第二輸入單元以及變速單元可以是同軸設置，而在此前提下，第一輸入單元可設置於第二輸入單元之內側、變速單元又可設置於第一輸入單元之內側。如此，本實施方式除了傳動元件較習用變速器少以外，節省下的空間又可容納變速單元、第一傳動模組以及第二傳動模組，同時減少磁性變速器的軸向高度以及徑向維度，藉而大幅縮小磁性變速器的體積。

在一實施例中，前述第二輸入單元可以包含一容置槽，第二咬合部可設於容置槽內，而變速單元設於容置槽內，藉由容納槽的設置，無論變速單元位於第一位置或是第二位置，其主要皆是在容置槽內移動，故即使第二輸入單元與第一輸入單元同軸設置，其所須增加的厚度仍然極小，藉此令磁性變速器的軸向高度再度壓縮。此外，變速單元可以位於一第三位置，此時第二棘爪脫離第二咬合部，而外簷部仍繼續推抵前述之第一棘爪。

值得一提的是，當前述變速單元位於第一位置時，第一棘爪仍可連動第一咬合部，在此狀態下，第一傳動模組與第二傳動模組的咬合狀態皆有效。雖然第一輸出單元與第二輸出單元皆與輪轂連接，但輪轂將以兩組傳動 模組中較快速者(由導磁塊與外磁極對之數量決定)為輸出。

關於內環磁圈、調磁單元以及外環磁圈，前述內環磁圈可以包含複數內磁極對，且導磁塊之數量可以等於內磁極對與外磁極對的數量之和，此處磁極對與導磁塊之數量設置關係，用意在於改變磁性變速器旋轉中產生的磁阻，其與磁性齒輪之氣隙和諧波原理有關，屬於現有分析技術，故此處不深入說明。而由於內環磁圈與外環磁圈係分別由多組磁性互異的磁極對所構成，故相鄰的兩個導磁塊亦分隔設置而形成一間隔，在各個間隔中，調磁單元可以設有複數補強塊，這些補強塊可以選用非磁性材料，補強塊不參與磁力帶動，主要功能為保持調磁單元的結構完整性。

在一實施例中，前述的外部動力源可以裝設於一自行車、一電動自行車、一機車、一汽車或一輪椅上，而依磁性變速器的運轉原理可知，只要外部動力源所提供的動力為旋轉的形式，皆可應用於磁性變速器之運轉。

依據本發明一實施方式，提供一種磁性變速器，包含一內環磁圈、一外環磁圈、一調磁單元、一第一傳動模組、一第二傳動模組以及一變速單元。

內環磁圈定位於磁性變速器。外環磁圈環設於內環磁圈外，外環磁圈包含複數外磁極對。調磁單元環設於內環磁圈以及外環磁圈之間，調磁單元相對內環磁圈旋轉並磁力牽引外磁極對，且調磁單元包含複數導磁塊，而 導磁塊之數量與前述外磁極對之數量相異。第一傳動模組連接一外部動力源，第一傳動模組連接前述外環磁圈，外部動力源供第一傳動模組驅動外環磁圈旋轉，且第一傳動模組包含一第一棘爪以及受其連動之一第一輸出單元。第二傳動模組連接前述調磁單元，且第二傳動模組又包含受調磁單元連動旋轉之一第二輸出單元。變速單元位於第一傳動模組及第二傳動模組之間，且變速單元連接前述外部動力源，又變速單元在一第一位置與一第二位置之間移動。前述變速單元包含一第二棘爪以及一外簷部，第二棘爪位置對應第二傳動模組，在變速單元位於第一位置時，第二棘爪連動第二傳動模組以驅動前述調磁單元；外簷部位置對應第一傳動模組之第一棘爪，在變速單元位於第二位置時，外簷部推抵第一棘爪以控制其脫離第一輸出單元。

本實施方式與前述第一實施方式的原理大致相同，此處不再詳細說明。本實施方式與第一實施方式之差異在於，第一輸出單元和第二輸出單元可以是對外開放的，換言之，在本實施方式中，兩個輸出單元可以不必連接第一實施方式所述的輪轂。由上述可知，磁性變速器的兩組傳動模組是彼此獨立而不衝突的，兩者的運轉狀態是依據其與變速單元的連動關係而定。由此點可知，變速單元可以僅令其中一個傳動模組運轉，亦可同時令第一棘爪以及第二棘爪有效，在此狀態下，磁性變速器之外環磁圈(對應第一傳動模組)以及調磁單元(對應第二傳動模組)仍 有磁力帶動關係，但由於兩者並無實體連接關係，故不影響第一輸出單元與第二輸出單元以不同轉速輸出。

依據前述實施方式的可選實施例，第二傳動模組可以設於內環磁圈的內側，且前述的第一傳動模組、第二傳動模組以及變速單元可以是同軸設置，其中，第一傳動模組可設置於第二傳動模組之內側、變速單元又可設置於第一傳動模組之內側。前述第二傳動模組可以包含一容置槽，第二咬合部可設於容置槽內，容置槽可以設有一第二咬合部，第二棘爪透過第二咬合部連動第二傳動模組。另外，變速單元可以設於容置槽內，當變速單元位於一第三位置時，第二棘爪可脫離第二咬合部，且此時外簷部可推抵前述第一棘爪。前述變速單元位於第一位置時，第一棘爪可連動第一輸出單元。前述內環磁圈可以包含複數內磁極對，且導磁塊之數量可以等於內磁極對與外磁極對的數量之和，前述調磁單元之相鄰的兩個導磁塊可以分隔設置而形成一間隔，在各個間隔中，調磁單元可以設有複數補強塊，這些補強塊可以選用非磁性材料。在一實施例中，前述的外部動力源可以裝設於一自行車、一電動自行車、一機車、一汽車或一輪椅上。

100‧‧‧磁性變速器

200‧‧‧輪轂

300‧‧‧內環磁圈

310‧‧‧內磁極對

400‧‧‧外環磁圈

410‧‧‧外磁極對

420‧‧‧傳動輪圈

500‧‧‧調磁單元

510‧‧‧導磁塊

520‧‧‧加強塊

600‧‧‧第一傳動模組

610‧‧‧第一輸入單元

611‧‧‧驅動件

611A‧‧‧咬合槽

611B‧‧‧開口

612‧‧‧第一棘爪

612A‧‧‧復位件

612B‧‧‧導引面

613‧‧‧第一傳動盤

613A‧‧‧傳動部

620‧‧‧第一輸出單元

621‧‧‧第一咬合部

700‧‧‧第二傳動模組

710‧‧‧第二輸入單元

711‧‧‧容置槽

712‧‧‧第二咬合部

720‧‧‧第二輸出單元

721‧‧‧第二傳動盤

722‧‧‧輸出棘爪

800‧‧‧變速單元

810‧‧‧推進軸

820‧‧‧活動件

821‧‧‧滑槽

822‧‧‧定位銷

830‧‧‧變速套筒

831‧‧‧第二棘爪

832‧‧‧外簷部

832A‧‧‧導引面

840‧‧‧彈性件

M‧‧‧外部動力源

R1‧‧‧第一動力路徑

R2‧‧‧第二動力路徑

R3‧‧‧第三動力路徑

第1圖係繪示本發明一實施方式之磁性變速器的***視圖； 第2圖係繪示第1圖之磁性變速器的定子與轉子構造圖；第3A圖係繪示第1圖之磁性變速器的第一傳動模組之***視圖；第3B圖係繪示第1圖之磁性變速器的第一傳動模組之作動示意圖；第4A圖係繪示第1圖之磁性變速器的第二傳動模組之***視圖；第4B圖係繪示第1圖之磁性變速器的第二傳動模組之作動示意圖；第5A圖係繪示第1圖之磁性變速器的變速單元之***視圖；第5B圖係繪示第1圖之磁性變速器的變速單元傳動示意圖；第5C圖係繪示第1圖之磁性變速器的導引面放大圖；第6A圖係繪示第1圖之磁性變速器的第一動力路徑示意圖；第6B圖係繪示第1圖之磁性變速器的第二動力路徑示意圖；以及第6C圖係繪示第1圖之磁性變速器的第三動力路徑示意圖。

第1圖係繪示本發明一實施方式之磁性變速器100的***視圖。請參照第1圖，磁性變速器100與一外部動力源M連接，且磁性變速器100包含一輪轂200、一內環磁圈300、一外環磁圈400、一調磁單元500、一第一傳動模組600、一第二傳動模組700以及一變速單元800。

第2圖係繪示第1圖之磁性變速器100的定子與轉子構造圖。配合參照第2圖，內環磁圈300、調磁單元500以及外環磁圈400三者由內而外同軸套設並容納於第1圖的輪轂200內，且內環磁圈300包含複數內磁極對310，外環磁圈400包含複數外磁極對410，而調磁單元500包含複數導磁塊510。內環磁圈300被定位在輪轂200內部而固定，在本實施方式中做為定子，調磁單元500與外環磁圈400則依序設置在內環磁圈300外側，並且可以被其他元件驅動(將於後詳述)，故可以做為轉子。

觀察第2圖可知，內磁極對310共有6對、外磁極對410共有16對，導磁塊510則為22對，原則上，導磁塊510之數量恰為內磁極對310與外磁極對410的總和時，磁圈和調磁單元500相互帶動的磁阻較小，但此規則僅是一種可選的優化設計，並非實施本發明所必須遵從。對於本實施方式而言，內環磁圈300之用途在於供調磁單元500以及外環磁圈400正常帶動，除此之外，僅需確保外磁極對410與導磁塊510的數量相異即可。

此處之磁性變速之原理與齒輪之轉速比相同，每一組外磁極對410與導磁塊510將互相吸引，故兩者可視 為齒輪的咬合齒，外磁極對410與導磁塊510數量相異，代表兩者以磁力相互帶動時會產生不同角速度。在本實施方式中，磁性變速的功能乃是藉由改變輸入端以及輸出端所對應的元件，進而利用上述的角速度差異來達成。

另外，由於內環磁圈300以及外環磁圈400自帶磁性，故導磁塊510僅需對磁力有所反應即可，例如鐵，自身不需帶有磁性。因此，相鄰的兩個導磁塊510具有一間隔(未標號)，調磁單元500於各間隔內設置一補強塊520，這些補強塊520可以使用鋁材等非磁性材料。

第3A圖係繪示第1圖之磁性變速器100的第一傳動模組600之***視圖。第3B圖係繪示第1圖之磁性變速器100的第一傳動模組600之作動示意圖。請一併參照第3A圖以及第3B圖，第一傳動模組600包含一第一輸入單元610以及一第一輸出單元620，為求清楚說明，以下採用第3A圖之***視圖分別介紹兩者構造，而後再以第3B圖之組合圖說明各元件之作動關係。

第一輸入單元610包含一驅動件611、二個第一棘爪612以及一第一傳動盤613。驅動件611之頂部凹設有一咬合槽611A，此咬合槽611A用以和外部動力源M咬合，藉以受其帶動，外部動力源M可以是裝設於一輪機、一自行車、一電動自行車、一機車、一汽車或一輪椅上的動力裝置，但不以此為限。

以第3A圖所繪為例，本實施方式的咬合槽611A呈現齒狀，此例中的咬合槽611A是與自行車的輪軸 (未繪示)咬合而被帶動旋轉。驅動件611的側邊設有供對應容納第一棘爪612的兩個開口611B，兩個第一棘爪612分別***銷貫穿而可旋轉地鎖設於開口611B中。第一棘爪612包含一復位件612A，如第3A圖之示例，復位件612A可以是一扭轉彈簧，其兩端分別固定於驅動件611以及第一棘爪612，當第一棘爪612被壓制而旋轉時，復位件612A之一端將被扭轉而產生外推之復位力，因此，第一棘爪612在預設狀態下受復位件612A推抵而外張。此外，第一棘爪612朝向內側之部分的底緣具有一導引面612B，故當導引面612B自底緣受到推力時，將導引第一棘爪612旋轉而內縮。第一傳動盤613與驅動件611同軸套設並可由螺絲彼此固定，且第一傳動盤613之徑向又設有複數傳動部613A。

第一輸出單元620與第一輸入單元610同軸套設，且其套設位置恰位於驅動件611以及第一傳動盤613之間的間隔處。又第一輸出單元620在對應前述開口611B之位置環設有複數第一咬合部621，當第一棘爪612與第一咬合部621咬合時，即確立了第一輸入單元610與第一輸出單元620的傳動關係。

如第3B圖所示，外環磁圈400的外側具有一傳動輪圈420，傳動部613A透過傳動輪圈420與外環磁圈400連接固定、第一輸出單元620的外側則與輪轂200連接固定。當外部動力源M作用時，第一傳動模組600將產生兩組動力傳遞路徑。其中一組係依驅動件611、第一傳動 盤613、傳動輪圈420、外環磁圈400之順序傳遞；另一組則依驅動件611、第一棘爪612、第一咬合部621、輪轂200之順序傳遞，且兩組路徑上的元件皆以相同角速度旋轉。

第4A圖係繪示第1圖之磁性變速器100的第二傳動模組700之***視圖。請參照第4A圖，第二傳動模組700包含一第二輸入單元710以及一第二輸出單元720，第二輸入單元710包含一容置槽711，容置槽711內部環設有複數第二咬合部712以供其他元件帶動第二輸入單元710。第二輸出單元720包含一第二傳動盤721以及一輸出棘爪722，不同於第一傳動盤613之主動帶動，第二傳動盤721為受帶動之被動元件；輸出棘爪722安裝於第二傳動盤721並且咬合第二輸出單元720，因此，當第二傳動盤721受帶動而旋轉時，整個第二輸出單元720將一同旋轉。

第4B圖係繪示第1圖之磁性變速器100的第二傳動模組700之作動示意圖。搭配第4B圖說明，第二輸入單元710之形狀與第一輸入單元610之第一傳動盤613對應而彼此套設，藉此與第一傳動模組600同軸設置。如第4B圖所示，由於本實施方式未使用行星齒輪系中的太陽齒輪，故磁性變速器100之內部核心為中空，第二輸入單元710可以設於內環磁圈300內側，第二輸入單元710內側再設置第一傳動盤613以及驅動件611，藉此有效利用磁性變速器100的內部空間。

此外，第二輸入單元710之外緣與調磁單元500之一側連接固定、而第二輸出單元720的第二傳動盤721則與調磁單元500之另一側連接，又第二輸出單元720的外側也與輪轂200連接固定，故當第二輸入單元710被帶動時，動力將依第二咬合部712、調磁單元500、第二傳動盤721、輸出棘爪722、第二輸出單元720、輪轂200的順序來傳遞。

第5A圖係繪示第1圖之磁性變速器100的變速單元800之***視圖。繼續參照第5A圖，變速單元800包含一推進軸810、一活動件820、一變速套筒830以及一彈性件840。推進軸810設於變速單元800的一側，用以推抵活動件820；反之，彈性件840則設置於推進軸810的相對側，用以止擋推進軸810的推力。

活動件820包含一滑槽821以及一定位銷822，且滑槽821和定位銷822的形狀相對應，如第5A圖所示，定位銷822的用途在於媒合外部動力源M以及變速單元800之間的咬合關係。在本實施方式中，外部動力源M可以穿設孔洞以容納定位銷822穿入，活動件820則軸向插置於外部動力源M，且滑槽821與定位銷822抵接，當外部動力源M起動時，即可透過定位銷822帶動活動件820旋轉，乃至於整個變速單元800。而由第5A圖可觀察到，滑槽821具有一段長度可供定位銷822滑移、此一長度之設定係與推進軸810的推進幅度相對應，故無論推進軸810推進 或是被彈性件840回彈，定位銷822仍位於滑槽821內，活動件820保持被正常帶動的狀態。

第5B圖係繪示第1圖之磁性變速器100的變速單元800傳動示意圖。配合第5B圖說明，變速套筒830包含一第二棘爪831以及一外簷部832，而第二棘爪831設於變速套筒830的前端，在前述段落中，第二輸入單元710係憑藉第二咬合部712而被帶動，而此處的第二棘爪831正為對應第二咬合部712的元件。

詳細來說，變速套筒830可移動地置於容置槽711中，而彈性件840則位於容置槽711底部。推進軸810與彈性件840係用於控制變速套筒830相對於容置槽711的位置。而由於變速單元800設置於第一輸入單元610的內側，故變速套筒830被封閉於第一輸入單元610及第二輸入單元710之間。

變速套筒830在本實施方式中可以位於三個位置，第5B圖所示為變速套筒830位於最外側(外簷部832抵住驅動件611)之型態，當變速套筒830在此位置時，第二棘爪831碰觸第二咬合部712而使咬合生效，反之當變速套筒830被推至容置槽711底部時，第二棘爪831將脫離第二咬合部712並隨容置槽711的內壁形狀內收，咬合自動無效。

綜合而言，在第5B圖的狀態下，變速套筒830位於最外側，外簷部832未下壓，第一棘爪612僅在此時外張而有效、第二棘爪831碰觸第二咬合部712之上半部，咬 合亦有效。而當變速套筒830位於中間位置，第一棘爪612受外簷部832下壓而咬合無效、第二棘爪831碰觸第二咬合部712之下半部，咬合仍有效。再次之，變速套筒830位於容置槽711底部時，第一棘爪612與第二棘爪831之咬合皆無效。

第5C圖係繪示第1圖之磁性變速器100的導引面放大圖。請參照第5C圖，變速套筒830在容置槽711中移動時，外簷部832亦相對第一棘爪612運動。在前述段落中，第一棘爪612的導引面612B係供變速套筒830由下往上推抵；反之，外簷部832的導引面832A則供變速套筒830由上往下推抵。如此，推進軸810與彈性件840在兩個方向推抵變速套筒830時，皆可令變速套筒830順暢通過第一棘爪612。

整體來說，變速套筒830的作用有二，一為控制第一棘爪612是否要咬合第一咬合部621；另一為控制第二棘爪831是否要咬合第二咬合部712。根據變速套筒830的位置不同，後端的調磁單元500以及外環磁圈400的傳動行為或順序將被改變，導致最終的輸出型態也不同。

以下詳細說明本實施方式如何利用變速套筒830改變磁性變速器100之輸出型態。第6A圖係繪示第1圖之磁性變速器100的第一動力路徑R1示意圖。在第6A圖中，變速單元800之變速套筒830位於右側之一第一位置，由圖中可見，變速套筒830之外簷部832未碰觸第一棘爪612，故第一棘爪612保持外張的預設狀態，第一輸入單元 610與第一輸出單元620的傳動有效。同時，變速套筒830前端之第二棘爪831與第二咬合部712位置對應而咬合，故第二輸入單元710及其連動之第二輸出單元720的傳動亦有效。首先，第一棘爪612咬合第一咬合部621，動力經由第一輸出單元620輸出至輪轂200(圖中最右側虛線)。於此同時，第二棘爪831帶動第二輸入單元710而直接驅動調磁單元500旋轉，其後再以磁力牽引外側的外環磁圈400，反向透過第一傳動盤613來帶動驅動件611旋轉，最後透過第一輸出單元620輸出至輪轂200(中間點鏈線)。由於導磁塊510的數量大於外磁極對410，故外環磁圈400的角速度將被放大(22/16倍)。

需在此說明的是，雖然驅動件611被外部動力源M直接驅動以帶動第一輸出單元620、調磁單元500亦被第二輸入單元710驅動以帶動第二輸出單元720(最左側虛線)，此二條動力路徑皆連接至輪轂200且未經加速，惟因外環磁圈400的轉速較快，故磁性變速器100之輪轂200最終仍會以放大過後的轉速作為輸出。

第6B圖係繪示第1圖之磁性變速器100的第二動力路徑R2示意圖。在第6B圖中，變速單元800之變速套筒830受推進軸810內推而位於一第二位置，在此狀態下，外簷部832之導引面832A碰觸第一棘爪612而觸發其內縮，使得第一傳動模組600的傳動無效化。因此，在變速單元800位於第二位置時，第二動力路徑R2將由第二棘爪831、第二咬合部712、調磁單元500、第二傳動盤721、 輸出棘爪722、第二輸出單元720、輪轂200之路徑傳遞。當然，此一動力路徑未涉及調磁單元500與外環磁圈400的牽引，故輪轂200的轉速等於外部動力源M，可視為直接驅動檔。

在第二位置的狀態下，雖第一棘爪612之咬合功能被關閉，但驅動件611以及第一傳動盤613對外環磁圈400的帶動仍未停止，外環磁圈400仍會磁力帶動調磁單元500(圖中虛線)；同前述所言，由於外磁極對410的數量少於導磁塊510，這樣的帶動形同試圖減速至16/22倍，但對於以一倍速旋轉的調磁單元500而言，其並不受外環磁圈400的減速影響，仍會以一倍轉速向輪轂200輸出。

同樣的，反過來以第二輸入單元710理解之，調磁單元500在第二位置時仍會牽引外環磁圈400，亦即第一動力路徑R1的轉速放大效應仍存在，但因第一棘爪612與第一咬合部621在此時為脫離狀態，故轉速放大效應往回傳遞至驅動件611後即行中斷，動力不會被傳遞至最末端的輪轂200。

第6C圖係繪示第1圖之磁性變速器100的第三動力路徑R3示意圖。在第6C圖中，變速套筒830被推進軸810推至容納槽底部，變速單元800位於第三位置。由於外簷部832仍推抵第一棘爪612內縮；而第二咬合部712未延伸至容納槽底部，故第二棘爪831隨容納槽內壁而內縮，因此兩組棘爪皆為無效。此時，第三動力路徑R3將沿驅動件611、第一傳動盤613之傳動部613A、外環磁圈400、 調磁單元500、第二傳動盤721、輸出棘爪722、第二輸出單元720、輪轂200之路徑傳遞。

結合上述說明，第三位置與第二位置的差異在於第二傳動模組700被關閉，直接驅動的模式因而取消。此致使外環磁圈400對於調磁單元500的減速牽引效應得以表現出，故由調磁單元500至最末端的輪轂200皆會降低轉速。

由第6A圖至第6C圖的說明可知，無論在連續旋轉狀態或是變速的過程中，外環磁圈400與調磁單元500並不存在任何摩擦，與傳統鍊盤式的變速裝置相比，本實施方式不需要潤滑保養而能夠長久使用。此外，變速套筒830於變速時僅為平移式地移動，受其影響的第一棘爪612以及第二棘爪831亦僅在咬合切換瞬間有短暫摩擦，其餘時間皆保持常駐咬合或脫離，元件耗損亦極小。

由上述實施方式所揭露內容，本發明之磁性變速器至少具備以下優點：第一，本發明參考行星齒輪系之結構並加以改良，取代習用變速器以太陽齒輪帶動之方式，轉以其他元件驅動調磁單元以及外環磁圈，藉此節省軸心空間而縮小磁性變速器的體積。第二，本發明採磁極對以及導磁塊來進行傳動，磁力驅動可以免除機械摩擦問題，提高磁性變速器的傳動效率。第三，本發明的調磁單元以及外環磁圈無論在運轉狀態或是變速的瞬間皆不存在任何機械摩擦，故無須進行潤滑保養，不僅使用方便，且更加環保。第四，本發明利用動力的流向調變來達成多段 變速功能，對比傳統複雜的變速器結構，本發明僅使用較少元件即可發揮同等效能，在降低成本的同時，亦令磁性變速器更加輕量化，更提供客製化改造的靈活性。第五，相較於傳統式變速器直接以鏈輪在不同大小之齒輪之間切換的變速機制，本發明之磁性變速器利用變速套筒進行變速，由於變速套筒採用平移方式運動，再搭配棘爪以咬合其他部件以切換至不同檔位，因此具備極高的確動性，即使在任何操作條件下都不會發生傳統變速器的脫鏈情況，使用者不需擔心變速器故障以及無法獨力維修的問題，故可廣泛適用於所有消費者。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧磁性變速器

200‧‧‧輪轂

300‧‧‧內環磁圈

400‧‧‧外環磁圈

420‧‧‧傳動輪圈

500‧‧‧調磁單元

600‧‧‧第一傳動模組

610‧‧‧第一輸入單元

611‧‧‧驅動件

612‧‧‧第一棘爪

613‧‧‧第一傳動盤

613A‧‧‧傳動部

620‧‧‧第一輸出單元

621‧‧‧第一咬合部

700‧‧‧第二傳動模組

710‧‧‧第二輸入單元

711‧‧‧容置槽

712‧‧‧第二咬合部

720‧‧‧第二輸出單元

721‧‧‧第二傳動盤

722‧‧‧輸出棘爪

800‧‧‧變速單元

810‧‧‧推進軸

820‧‧‧活動件

830‧‧‧變速套筒

831‧‧‧第二棘爪

832‧‧‧外簷部

832A‧‧‧導引面

840‧‧‧彈性件

M‧‧‧外部動力源

R1‧‧‧第一動力路徑

Claims (28)

1. 一種磁性變速器，包含：一輪轂；一內環磁圈，定位於該輪轂內；一外環磁圈，環設於該內環磁圈與該輪轂之間，該外環磁圈包含複數外磁極對；一調磁單元，環設於該內環磁圈以及該外環磁圈之間，該調磁單元相對該內環磁圈旋轉並磁力牽引該些外磁極對，且該調磁單元包含複數導磁塊，而該些導磁塊之數量與該些外磁極對之數量相異；一第一傳動模組，連接一外部動力源，該第一傳動模組包含：一第一輸入單元，連接並驅動該外環磁圈旋轉，且該第一輸入單元包含一第一棘爪；以及一第一輸出單元，包含供該第一棘爪連動之一第一咬合部，且該第一輸出單元連接該輪轂以帶動該輪轂旋轉；一第二傳動模組，包含：一第二輸入單元，連接並驅動該調磁單元旋轉，該第二輸入單元包含一第二咬合部；以及一第二輸出單元，受該調磁單元連動旋轉，又該第二輸出單元連接該輪轂以帶動該輪轂旋轉；以及一變速單元，連接該外部動力源，且該變速單元位於該第一輸入單元及該第二輸入單元之間，該變速單元在一第一位置與一第二位置之間移動，該變速單元包含： 一第二棘爪，位置對應該第二咬合部，在該變速單元位於該第一位置時，該第二棘爪連動該第二咬合部以驅動該第二輸入單元；以及一外簷部，位置對應該第一棘爪，在該變速單元位於該第二位置時，該外簷部推抵該第一棘爪以控制其脫離該第一咬合部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性變速器，其中該第一輸入單元、該第二輸入單元以及該變速單元同軸設置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之磁性變速器，其中該變速單元設於該第一輸入單元之內側。
4. 如申請專利範圍第2項所述之磁性變速器，其中該第一輸入單元設於該第二輸入單元之內側。
5. 如申請專利範圍第1項所述之磁性變速器，其中該第二輸入單元設於該內環磁圈內側。
6. 如申請專利範圍第1項所述之磁性變速器，其中該第二輸入單元包含一容置槽，且該第二咬合部設於該容置槽。
7. 如申請專利範圍第6項所述之磁性變速器，其中該變速單元設於該容置槽內。
8. 如申請專利範圍第6項所述之磁性變速器，其中該變速單元位於一第三位置時，該第二棘爪脫離該第二咬合部。
9. 如申請專利範圍第6項所述之磁性變速器，其中該變速單元位於一第三位置時，該外簷部推抵該第一棘爪。
10. 如申請專利範圍第1項所述之磁性變速器，其中該變速單元位於該第一位置時，該第一棘爪連動該第一咬合部。
11. 如申請專利範圍第1項所述之磁性變速器，其中該內環磁圈包含複數內磁極對，且該些導磁塊之數量等於該些內磁極對與該些外磁極對的數量之和。
12. 如申請專利範圍第1項所述之磁性變速器，其中相鄰之二該導磁塊分隔設置而具有一間隔，且該調磁單元於各該間隔設有一補強塊。
13. 如申請專利範圍第12項所述之磁性變速器，其中該些補強塊為非磁性材料。
14. 如申請專利範圍第1項所述之磁性變速器，其中該外部動力源裝設於一輪機、一自行車、一電動自行車、一機車、一汽車或一輪椅。
15. 一種磁性變速器，包含：一內環磁圈；一外環磁圈，環設於該內環磁圈外，該外環磁圈包含複數外磁極對；一調磁單元，環設於該內環磁圈以及該外環磁圈之間，該調磁單元相對該內環磁圈旋轉並磁力牽引該些外磁極對，且該調磁單元包含複數導磁塊，而該些導磁塊之數量與該些外磁極對之數量相異；一第一傳動模組，連接一外部動力源，該第一傳動模組連接並驅動該外環磁圈旋轉，且該第一傳動模組包含一第一棘爪以及受其連動之一第一輸出單元；一第二傳動模組，連接該調磁單元，該第二傳動模組包含受該調磁單元連動旋轉之一第二輸出單元；以及一變速單元，連接該外部動力源，且該變速單元位於該第一傳動模組及該第二傳動模組之間，該變速單元在一第一位置與一第二位置之間移動，該變速單元包含：一第二棘爪，位置對應該第二傳動模組，在該變速單元位於該第一位置時，該第二棘爪連動該第二傳動模組以驅動該調磁單元；以及 一外簷部，位置對應該第一棘爪，在該變速單元位於該第二位置時，該外簷部推抵該第一棘爪以控制其脫離該第一輸出單元。
16. 如申請專利範圍第15項所述之磁性變速器，其中該第一傳動模組、該第二傳動模組以及該變速單元同軸設置。
17. 如申請專利範圍第16項所述之磁性變速器，其中該變速單元設於該第一傳動模組之內側。
18. 如申請專利範圍第16項所述之磁性變速器，其中該第一傳動模組設於該第二傳動模組之內側。
19. 如申請專利範圍第15項所述之磁性變速器，其中該第二傳動模組設於該內環磁圈內側。
20. 如申請專利範圍第15項所述之磁性變速器，其中該第二傳動模組包含一容置槽，且該容置槽設有一第二咬合部，而該第二棘爪透過該第二咬合部連動該第二傳動模組。
21. 如申請專利範圍第20項所述之磁性變速器，其中該變速單元設於該容置槽內。
22. 如申請專利範圍第20項所述之磁性變速器，其中該變速單元位於一第三位置時，該第二棘爪脫離該第二傳動模組。
23. 如申請專利範圍第20項所述之磁性變速器，其中該變速單元位於一第三位置時，該外簷部推抵該第一棘爪。
24. 如申請專利範圍第15項所述之磁性變速器，其中該變速單元位於該第一位置時，該第一棘爪連動該第一輸出單元。
25. 如申請專利範圍第15項所述之磁性變速器，其中該內環磁圈包含複數內磁極對，且該些導磁塊之數量等於該些內磁極對與該些外磁極對的數量之和。
26. 如申請專利範圍第15項所述之磁性變速器，其中相鄰之二該導磁塊分隔設置而具有一間隔，且該調磁單元於各該間隔設有一補強塊。
27. 如申請專利範圍第26項所述之磁性變速器，其中該些補強塊為非磁性材料。
28. 如申請專利範圍第15項所述之磁性變速器，其中該外部動力源裝設於一輪機、一自行車、一電動自行車、一機車、一汽車或一輪椅。