CN101439752B - 有用于换档辅助机构的动力控制机构的自行车轮毂传动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有用于换档辅助机构的动力控制机构的自行车轮毂传动器。一种用于自行车的轮毂传动器，包括：轮毂轴；可旋转地支承于轮毂轴的驱动器；可旋转地支承于轮毂轴的轮毂外壳；布置在驱动器和轮毂外壳之间用于将旋转动力从驱动器通过多个动力传动路径传送到轮毂外壳的动力传动机构；用于选择多个动力传动路径的换档机构；用于将旋转动力从驱动器传送到换档机构的换档辅助机构；和布置在驱动器和换档辅助机构之间的动力控制机构，且动力控制机构将旋转动力从驱动器联接到换档辅助机构以用于将非恒定的旋转动力从驱动器传送到换档辅助机构。

Description

有用于换档辅助机构的动力控制机构的自行车轮毂传动器

技术领域

本发明涉及自行车传动器，且更特定地涉及用于自行车的安装在内部的多速轮毂传动器。

背景技术

安装在内部的多速轮毂传动器有时安装于自行车的后轮，使得骑车人可以选择不同的传动比以改变蹬踏努力。典型的轮毂传动器包括安装于自行车车架的轮毂轴，用于通过链轮和链条接收蹬踏力的可旋转地支承于轮毂轴的驱动器，和可旋转地支承于轮毂轴的轮毂外壳。动力传动机构布置在驱动器和轮毂外壳之间以用于将旋转动力从驱动器通过多个动力传动路径传送到轮毂外壳，其中每个动力传动路径典型地产生了唯一的传动比。动力传动机构通常包括行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括一个或多个可旋转地围绕轮毂轴支承的太阳轮，可旋转地围绕轮毂轴支承的齿圈，可旋转地围绕轮毂轴支承的行星轮架，和多个可旋转地支承于行星轮架且与太阳轮和齿圈啮合的行星轮。通过选择地将多种部件相互不可旋转地联接而选择了多个动力传动路径和相应的传动比。例如，通过将太阳轮不可旋转地联接到轮毂轴可以选择一个传动比，通过将驱动器不可旋转地相对于行星轮架联接可以选择另一个传动比，且通过将驱动器不可旋转地相对于齿圈联接选择了另一个传动比。在典型的轮毂传动器中，经常可以具有许多这样的联接关系，因此导致了相对的大量的可能的传动比。

换档机构通常提供为用于选择多个动力传动路径。换档机构可以包括围绕轴的换档套筒，使得换档套筒的旋转控制了多种部件的不可旋转的联接。这样的换档套筒通常在轮毂外侧联接到促动器构件，其中促动器构件的旋转通过安装于车把的换档控制装置或通过由骑车人电控的马达来控制。当骑车人在踏板上施加大量的力以使自行车快速地加速时，非常大量的力施加于轮毂的内部部件，因此造成了对换档操作的明显的阻力。这样的阻力导致要求骑车人过大的手动换档努力，或在驱动了促动器构件的马达上的不可接受的应变。

美国专利No 6,572,508披露了当明显的驱动力施加在轮毂上时使用轮毂自身的旋转动力来帮助换档操作的设备。此设备感测到何时换档套筒经历了对换档操作的明显的阻力。这样的阻力激活了联接到换档套筒的棘爪机构，使得由棘爪机构承载的棘爪接合棘轮机构，该棘轮机构包括多个形成在驱动器的内部外围表面上的棘齿。驱动器的旋转动力因此传送到换档套筒，且换档套筒旋转以完成换档操作。如果换档套筒仍不响应于驱动器的旋转动力而移动，则棘爪跨在原来接合的棘齿上且在旋转方向上接合相继的棘齿，因此为换档辅助机构提供了一系列旋转动力的脉冲。

美国专利No 6,641,500也披露了当明显的驱动力施加到轮毂时使用轮毂自身的旋转动力来辅助换档操作的设备。为避免对换档套筒或对换档机构的其他部件的损坏，包括至少两个摩擦盘的动力控制机构控制了从驱动器传送到换档机构的旋转动力的量，以防止在驱动器和换档机构之间的锁定。

发明内容

本发明涉及具有换档辅助功能的自行车轮毂传动器，其中辅助力的量被控制以避免对轮毂的损坏。在本发明的一个实施例中，用于自行车的轮毂传动器包括轮毂轴；可旋转地支承于轮毂轴的驱动器；可旋转地支承于轮毂轴的轮毂外壳；布置在驱动器和轮毂外壳之间的用于将旋转动力从驱动器通过多个动力传动路径传送到轮毂外壳的动力传动机构；用于选择多个动力传动路径的换档机构；用于将旋转动力从驱动器传送到换档机构的换档辅助机构；和布置在驱动器和换档辅助机构之间的且将旋转动力从驱动器联接到换档辅助机构以用于将旋转动力从驱动器传送到换档辅助机构的动力控制机构。

附图说明

图1是包括轮毂传动器的自行车的后部的侧视图；

图2是轮毂传动器的特定的实施例的截面视图；

图3是使用在轮毂传动器内的轴和太阳轮设备的特定的实施例的分解视图；

图4是行星轮架的特定实施例的分解视图；

图5是图4中示出的联接构件的细节视图；

图6是在组装状态下的行星轮架的侧视截面图；

图7是使用在轮毂传动器内的换档/辅助机构的部分的分解视图；

图8是示出了处于不运行状态下的包括动力控制机构的特定实施例的换档/辅助机构的细节视图；

图9是示出了处于运行状态下的包括动力控制机构的换档/辅助机构的细节视图；

图10是图示了换档/辅助机构的偏向的示意图；

图11是辅助凸轮的特定的实施例的斜视图；

图12是棘爪支承垫圈的特定的实施例的斜视图；

图13是沿图8的线XIII-XIII截取的视图，图中示出了处于不运行状态下的换档/辅助机构；

图14是沿图8的线XIII-XIII截取的视图，图中示出了处于运行状态下的换档/辅助机构；

图15是沿图8的线XIII-XIII截取的视图，图中示出了当超过辅助阻力时处于运行状态下的换档/辅助机构；

图16是示出了当换档/辅助机构处于运行状态下时从驱动器到换档辅助机构的辅助转矩的特征的曲线图；

图17是示出了处于不运行状态下的包括动力控制机构的另一个实施例的换档/辅助机构的细节视图；

图18是示出了处于运行状态下的包括动力控制机构的换档/辅助机构的细节视图；

图19是辅助凸轮的特定实施例的前视图；

图20是第一动力控制构件的特定实施例的前视图；和

图21是第二动力控制构件的特定实施例的前视图。

具体实施方式

图1是自行车10的后部的侧视图，其包括了合并了许多本发明的特征的轮毂传动器14的特定实施例。自行车10的后部分包括带有支承了鞍座24的座椅管22的车架18，一对常规的链拉条26，和一对常规的座撑30。车轮34通过车架端部35可旋转地绕轮毂传动器14的轴36在链拉条26与座撑30的交点处支承，且具有踏板42和链条环46的曲柄组件38可旋转地支承在座椅管22和链拉条26的交点处。链条50接合了链条环46且围绕链轮54，该链轮54可旋转地驱动轮毂传动器14。Bowden型控制拉索62用于以将在下文中更完全地描述的方式改变轮毂传动器14内的传动比。

图2是轮毂传动器14的特定的实施例的截面视图。如在图2中示出，轮毂传动器14包括轴36，可旋转地支承于轴36的驱动器70，可旋转地支承于轴36的包括轮辐凸缘78的轮毂外壳74，布置在驱动器70和轮毂外壳74之间的用于将旋转动力从驱动器70通过多个动力传动路径传送到轮毂外壳74的动力传动机构82，和用于控制多个动力传动路径的选择且用于使用驱动器70的旋转动力来帮助改变动力传动机构82内的动力传动路径的换档/辅助机构90。

链轮54以花键方式使用扣合环94联接到驱动器70，且驱动器70通过球轴承98和轴承锥102可旋转地支承在轴36上。轴承锥102通过促动器板104、间隔器108、垫圈112和锁定螺母114维持到位。

右杯120不可旋转地配合在轮毂外壳74的右侧内部外围表面处，且左杯124不可旋转地配合在轮毂外壳74的左侧内部外围表面处。右杯120通过球轴承128可旋转地将轮毂外壳74支承到驱动器70，且在轮毂传动器14的右侧处的内部部件被密封杯132保护不受外部污染，所述的密封杯132配合在右杯120上。左杯124通过球轴承136和锥138可旋转地将轮毂外壳74支承在轴36上。锥138通过止动螺母142和锁定螺母146维持在轴36上。

如在图2和图3中示出，动力传动机构82包括第一太阳轮160，分开的第二太阳轮164，分开的第三太阳轮168，和分开的第四太阳轮172。第一太阳轮160不可旋转地支承到轴36且其包括离合器凸轮部分176，多个形成在其外部外围表面上的第一太阳轮齿178(例如48齿)，和外部外围第二太阳轮接触表面180。第二太阳轮164邻近第一太阳轮160可旋转地绕轴36支承，且如在图3中更清晰地示出，它包括：用于可滑动地接触第一太阳轮160上的第二太阳轮接触表面180的内部外围第一太阳轮接触表面192，多个形成在其内部外围表面上的用于与第二太阳轮棘爪207接合的第二太阳轮棘齿206(例如12齿)，用于可滑动地接触太阳轮导向环210的外部外围表面209的内部外围导向环接触表面208，内部外围第三太阳轮接触表面200，和多个形成在其外部外围表面上的第二太阳轮齿198(例如48齿)。第三太阳轮168邻近第二太阳轮164可旋转地绕轴36支承，且其包括：用于可滑动地接触太阳轮导向环210的外部外围表面209的内部外围第一导向环接触表面220，多个形成在其内部外围表面上的用于与第三太阳轮棘爪226接合的第三太阳轮棘齿224(例如12齿)，用于可滑动地接触第二太阳轮164上的第三太阳轮接触表面200的外部外围第二太阳轮接触表面235，和多个形成在其外部外围表面上的第三太阳轮齿236(例如42齿)。第四太阳轮172包括：多个形成在其外部外围表面上的第四太阳轮齿244(例如36齿)，多个形成在其内部外围表面上的用于与第四太阳轮棘爪250接合的第四太阳轮棘齿248(例如12齿)，和用于可滑动地接触导向环258的外部外围表面254的内部外围导向环接触表面252。

棘爪207包括：可枢转地安放在形成在轴36内的棘爪接收沟槽264内的棘爪座260，用于接收安装在形成在轴36内的弹簧接收沟槽276内的弹簧272的弹簧接收沟槽268，用于接触换档控制套筒288的棘爪控制臂284的内部外围表面282的棘爪控制表面280，和用于与第二太阳轮棘齿206接合的棘爪齿289。类似地，棘爪226包括：可枢转地安放在形成在轴36内的棘爪接收沟槽294内的棘爪座290，用于接收安装在形成在轴36内的弹簧接收沟槽306内的弹簧302的弹簧接收沟槽298，用于接触换档控制套筒288的棘爪控制臂314的内部外围表面312的棘爪控制表面310(图2)，和用于与第三太阳轮棘齿224接合的棘爪齿316。最后，棘爪250包括：可枢转地安放在形成在轴36内的棘爪接收沟槽324内的棘爪座320，用于接收安装在形成在轴36内的弹簧接收沟槽336内的弹簧332的弹簧接收沟槽328，用于接触换档控制套筒288的棘爪控制臂344的内部外围表面342的棘爪控制表面340，和用于与第四太阳轮棘齿248接合的棘爪齿346。棘爪207、226和250的棘爪齿289、316和346通过其各自的弹簧272、302和332以熟知的方式径向向外偏向。

在此实施例中，太阳轮导向环210的一半配合在第二太阳轮164的导向环接触表面208和轴36之间，且太阳轮导向环210的另一半配合在第三太阳轮168的第一导向环接触表面220和轴36之间。除外部外围表面209外，太阳轮导向环210包括：用于接合在轴线X的方向上间歇地形成在轴36上的锁定脊部364的锁定凹部360，用于接合在轴线X的方向上间歇地形成在轴36上的锁定沟槽372的锁定突出368，用于接合在轴线X的方向上间歇地形成在轴36上的锁定脊部380的锁定凹部376，用于接合在轴线X的方向上间歇地形成在轴36上的锁定凹部388的锁定突出389，用于接合在轴线X的方向上间歇地形成在轴36上的锁定脊部396的锁定沟槽392，和在太阳轮导向环210和轴36之间支承换档控制套筒288的基部套筒408的控制套筒支承表面404。

太阳轮导向环254配合在第四太阳轮172的导向环接触表面252和轴36之间。与太阳轮导向环210不同，太阳轮导向环254具有圆形的内部外围表面444，所述的内部外围表面444绕轴36上的锁定脊部364、380和396配合。内部外围表面444的部分形成了控制套筒支承表面448以用于在太阳轮导向环258和轴36之间支承基部套筒408的端部452。基部套筒408的端部452终止在垫圈456内的沟槽454内。

换档控制套筒288的基部套筒408可旋转地配合在控制套筒沟槽460内，所述的控制套筒沟槽460在轴线X的方向上形成在轴36上，且太阳轮导向环210和258径向向外地支承了基部套筒408。棘爪控制臂284、314和344可滑动地分别布置在控制臂沟槽464、468和472内，所述的控制臂沟槽464、468和472周向地形成在轴36内。换档控制套筒288的详细结构和运行是已知的且在美国专利No 6,607,465中进一步描述。

如在图2中示出，动力传动机构82进一步包括：行星轮架550，第一齿圈551和第二齿圈553，它们都可旋转地绕轴36安装。如在图4和图6中示出，行星轮架550包括：第一行星轮架构件554，第一行星轮架构件554具有第一行星轮架构件轴开口555以用于通过其接收轴36，多个(例如三个)延伸通过第一行星轮架构件554的侧面以用于在其内接收多个第一行星轮579的第一行星轮开口556，和多个(例如三个)延伸通过第一行星轮架构件554的相对的侧面以用于在其内接收多个第二行星轮608的较大的第二行星轮开口558；具有第二行星轮架构件轴开口561以用于通过其接收轴36的分开的第二行星轮架构件560；和具有第三行星轮架构件轴开口563以用于通过其接收轴36的分开的第三行星轮架构件562。在此实施例中，第一行星轮架构件554由轻合金金属构造，例如由铝合金构造，而第二行星轮架构件560和第三行星轮架构件562由较强的金属构造，例如由刚构造。

提供了三对第一行星轮架销564以用于不可旋转地将第一行星轮架构件554联接到第二行星轮架构件560，其中每对第一行星轮架销564布置在相应的第一行星轮开口556的对之间。类似地，提供了三对第二行星轮架销565以用于不可旋转地将第一行星轮架构件554联接到第三行星轮架构件562，其中每对第二行星轮架销565布置在相应的第二行星轮开口558的对之间。在此实施例中，每个第一行星轮开口556直接与相应的第二行星轮开口558相对定位，且每对第一行星轮架销564与相应的第二行星轮架销565的对相对定位。第一行星轮架销564和第二行星轮架销565用作用于第一行星轮架构件554、第二行星轮架构件560和第三行星轮架构件562的联接件，且它们压配到第一行星轮架构件554的侧面内且从其延伸。第一行星轮架销564压配到形成在第二行星轮架构件560内的孔(未示出)内，且第二行星轮架销565压配到形成在第三行星轮架构件562内的孔566内。第一行星轮架构件554设计为直接接触第二行星轮架构件560和第三行星轮架构件562。为便于这样的联接，沟槽、凹部或其他碎屑空间567围绕每个行星轮架销，如在图5中示出，以作为容器用于当行星轮架构件压在一起时由销或行星轮架构件的碎裂或刮削导致的任何碎屑。此外，三个导向肋片557在每对行星轮架销564径向向内从第一行星轮架构件554的内部外围表面延伸，以用于接合第二行星轮架构件560的内部外围表面，且三个导向肋片559在每对孔556径向向外从第三行星轮架构件562的外部外围表面延伸，以用于接合第一行星轮架构件554的外部外围表面。导向肋片557和559便于组装且帮助进一步强化第一行星轮架构件554、第二行星轮架构件560和第三行星轮架构件562之间的联接。

三个铆钉568(在图4和图6中仅示出了一个)牢固地将第一行星轮架构件554、第二行星轮架构件560和第三行星轮架构件562联接在一起。每个铆钉568延伸通过第二行星轮架构件560内的开口569，通过第一行星轮架构件554内的开口570且通过第三行星轮架构件562内的开口571，使得铆钉布置在每对第一行星轮架销564之间和每对第二行星轮架销565之间。三个衬套572(在图4和图6中仅示出了一个)压配到第一行星轮架构件554内的相应的三个开口573内以用于支承三个主小齿轮销574(在图4和图6中仅示出了一个)，每个销574包括与第二小齿轮销576形成为单件的第一小齿轮销575。主小齿轮销574延伸通过第一行星轮架构件554，使得每个第一小齿轮销575布置在第一行星轮开口556内且支承在形成在第二行星轮架构件560内的盲孔577内，且每个第二小齿轮销576布置在第二行星轮开口558内且支承在形成在第三行星轮架构件562内的开口578内。主小齿轮销574通过配合在形成在第三行星轮架构件562的外部外围表面上的止动环沟槽582内的止动环581(图6)轴向固定在行星轮架550内。每个第一小齿轮销575可旋转地支承了第一行星轮579，其中每个第一行星轮579具有与第一太阳轮160上的多个第一太阳轮齿178接合的小直径齿轮部分580(例如14齿)，和与第一齿圈551的第一内部外围齿轮部分585(例如84齿)接合的大直径齿轮部分584(例如22齿)。类似地，每个第二小齿轮销576可旋转地支承了第二行星轮608，其中每个第二行星轮608包括与第四太阳轮172上的多个第四太阳轮齿244接合的大直径齿轮部分612(例如29齿)，与第三太阳轮168上的多个第三太阳轮齿236接合的中等直径齿轮部分616(例如18齿)，和与第二太阳轮164上的多个第二太阳轮齿198以及第二齿圈553的内部外围齿轮部分624(例如78齿)接合的小直径齿轮部分620(例如14齿)。

第一行星轮架构件554进一步包括径向向内延伸的壁626以轴向地保持第二太阳轮164。第二行星轮架构件560在其右侧上包括多个(例如12个)周向地布置的离合器接合花键621，以用于接合形成在离合器环623上的互补的多个行星轮架接合花键622。第三行星轮架构件在其外部外围表面上包括多个(例如3个)棘爪接收凹部907，以用于支承相应的多个周向布置的棘爪908(图2)。棘爪908通过棘爪弹簧912径向向外偏向，以接合形成在左杯124的右侧上的内部外围齿轮916。棘爪908将行星轮架550的向前旋转传送到左杯124且因此传送到轮毂外壳74。

除内部外围齿轮部分585外，第一齿圈551包括第二内部外围齿轮部分586(例如36齿)以接合多个周向布置的棘爪587，所述的棘爪587安装在驱动器70的外部外围表面上。棘爪587通过棘爪弹簧589径向向外偏向且因此用作驱动器70和第一齿圈551之间的单向离合器。第二齿圈553通过具有滚子离合器628(具有例如18个滚子和凸轮表面)形式的单向离合器联接到右杯120，且因此联接到轮毂外壳74。

图7是安装于轴36的换档/辅助机构90的部分的分解视图。图8是示出了当离合器环623联接到行星轮架550时的换档/辅助机构90的细节视图，且图9是示出了当离合器环623从行星轮架550分离时的换档/辅助机构90的细节视图。如在这些附图中示出，换档/辅助机构90包括环形换档键构件700，换档键构件导向件704，省力弹簧708，弹簧垫圈712，返回弹簧716，换档套筒720，弹簧垫圈724，棘爪支承件728，换档套筒732，和棘爪控制垫圈736。换档键构件700包括径向向内延伸的凸轮从动件740，凸轮从动件740延伸通过第一太阳轮160的离合器凸轮部分176(图8)而延伸到形成在换档键构件导向件704的侧壁748内的轴向延伸的沟槽744内。如在图8和图9中示出，第一太阳轮160的离合器凸轮部分176包括限定了第一凸轮台阶750和第二凸轮台阶751的凸轮表面749。离合器环623也通过离合器偏向弹簧747偏向到左侧。因此，当换档键构件700处于图8中示出的位置时，离合器环623上的行星轮架接合花键622接合了行星轮架550上的离合器接合花键621，且在离合器环623上的多个周向地布置的驱动器接合花键753不可旋转地接合驱动器70上的多个互补的离合器接合花键754，使得驱动器70、离合器环623和行星轮架550一体旋转。然而，当换档键构件700旋转时，换档键构件700上的凸轮从动件740移动到第一太阳轮160上的第二凸轮台阶751，如在图9中示出。在此位置上，离合器环623上的行星轮架接合花键622从行星轮架550上的离合器接合花键621分离，使得行星轮架550不再直接联接到驱动器70。

换档键构件导向件704也包括换档控制套筒联接开口752以联接到换档控制套筒288的端部756。省力弹簧708和弹簧垫圈712都径向向内地布置在换档键构件导向件704的侧壁748内，其中省力弹簧708的第一端756保持到形成在换档键构件导向件704上的轴向延伸的弹簧凸耳760，且省力弹簧708的第二端764保持到形成在弹簧垫圈712上的套筒联接凸耳768的侧边沿。

返回弹簧716的第一端772保持到形成在弹簧垫圈712上的弹簧凸耳776，且返回弹簧716的第二端780保持到弹簧垫圈724上的弹簧凸耳784。弹簧垫圈724包括径向向内延伸的且直径上对置的轴接合突出792，该突出792配合在形成在轴36内的直径上对置的轴沟槽796内(在图7中仅示出了一个这样的沟槽796)，使得弹簧垫圈724不可旋转地联接到轴36。作为弹簧垫圈724在轴36上的不可旋转的联接的结果，返回弹簧716将弹簧垫圈712顺时针相对于弹簧垫圈724偏向。

换档套筒720上的直径上对置的左侧联接腿800不可旋转地接合弹簧垫圈712上的套筒联接凸耳768内的互补的凹部804(在图7中仅示出了一个这样的套筒联接凸耳768)，且在换档套筒720上的直径上对置的右侧联接腿808延伸通过弹簧垫圈724内的中心开口812，且不可旋转地接合棘爪支承件728内的互补的换档套筒联接凹部816。因此，弹簧垫圈712、换档套筒720和棘爪支承件728一体旋转。

直径上对置的棘爪820可旋转地通过C形夹822安装于棘爪支承销824，该棘爪支承销824又安装于弹簧垫圈728。类似地，棘爪偏向弹簧828围绕弹簧支承销829安装且通过C形夹830保持到位。每个棘爪偏向弹簧828具有接合棘爪支承件728上的弹簧保持凸耳836的一个端部832，和接合其各棘爪820的另一个端部840，以将棘爪端部844径向向外偏向。棘爪控制垫圈736包括直径上对置的且轴向延伸的棘爪控制凸耳850，该凸耳850通常将棘爪820径向向内压。当棘爪控制凸耳850从棘爪820移动开时，如在下文中更详细地描述，棘爪820径向向外摆动且与辅助凸轮854的棘齿882接合(图9)。

在换档套筒732上的直径上对置的左侧联接腿860接触了在换档套筒720上的在直径上对置的右侧联接腿808(如在图14中示出)，且在换档套筒732上的在直径上对置的右侧联接腿868不可旋转地延伸通过在棘爪控制垫圈736内的联接凹部872，且通过支撑锥102内的开口876，且不可旋转地接合促动器板104内的互补的换档套筒联接凹部880。因此，换档套筒732、棘爪控制垫圈736和促动器板104一体旋转。然而，换档套筒732可以相对于换档套筒720和棘爪支承件728顺时针旋转，如在下文中更详细地论述。因为返回弹簧716将弹簧垫圈712顺时针相对于弹簧垫圈724偏向，因为弹簧垫圈712通过换档套筒720联接到棘爪支承件728，且因为棘爪控制垫圈736通过换档套筒732联接到促动器板104，所以促动器板104也具有净的顺时针偏向，如在图10中示意性地示出。给定了促动器板104的初始顺时针开始位置，则动力传动机构82的传动路径随后通过逆时针旋转促动器板104来选择。

一般地但非限制性地，促动器板104和换档控制套筒288可以考虑为换档机构的例子，且返回弹簧716、换档套筒720、换档套筒732、棘爪支承件728、棘爪820、棘爪偏向弹簧828和棘爪控制垫圈736可以考虑为换档辅助机构的例子。

动力控制机构950控制了从驱动器70到换档控制套筒288传送的动力的量，以避免在换档控制套筒288不能完成换档的情况下损坏换档控制套筒288。如在图8、图9和图13中更清晰地示出，动力控制机构950包括：周向地布置在驱动器70的内部外围表面上的多个具有突出952的形式的旋转动力传送元件(图13)，周向地布置在驱动器70内部外围表面上的多个具有凹部956的形式的且与多个突出952交替的零旋转动力传送元件，环形辅助凸轮960，和接合单元964。辅助凸轮960和接合单元964通过环形止动板968和锁定环972维持到位。如在图11中示出，辅助凸轮960包括多个布置在内部外围表面980上的棘齿976，以用于以如下描述的方式接合棘爪820，且多个接合单元联接花键984布置在外部外围表面988上。

接合单元964包括一对环形的接合构件支承板992，多个(例如四个)具有棘爪1002的形式的接合构件，和具有螺旋弹簧的形式的偏向构件1004，该偏向构件将棘爪1002的接合尖端1008径向向外偏向。如在图12和图13中示出，每个接合构件支承板992包括多个布置在内部外围表面1016上的用于与辅助凸轮960上的接合单元联接花键984联接的辅助凸轮联接花键1012，多个(例如四个)棘爪支承销开口1020以用于通过它们接收棘爪支承销1022，和多个(例如四个)弹簧支承销开口1024以用于通过它们接收弹簧支承销1026。棘爪支承销1022和弹簧支承销1026将接合构件支承板992联接在一起，使得棘爪1002可旋转地支承在棘爪支承销1022上，且夹在接合构件支承板992之间。每个螺旋弹簧1004绕相应的弹簧支承销1026盘旋，且具有接合了接合构件支承板992的一个的第一端(未示出)和具有接合了相应的棘爪1002的第二端1030，以用于将相应的接合尖端1008径向向外偏向。

现在将描述轮毂的运行。在表1中示出了用于每个速度级的多种部件的联接，且在表2中示出了用于每个速度级的动力传动路径：

表1

速度级	离合器环623	太阳轮164	太阳轮168	太阳轮172	传动比
						1(低)	分离	自由	自由	自由	0.53
2	分离	自由	自由	锁定	0.64
						3	分离	自由	锁定	自由	0.74
4	分离	锁定	锁定	自由	0.85
						5	接合	自由	自由	自由	1.0
6	接合	自由	自由	锁定	1.22
						7	接合	自由	锁定	自由	1.42
8(高)	接合	锁定	自由	自由	1.62

表2

速度级	动力传递路径
		1	驱动器70→棘爪587→第一齿圈551→行星轮架550(行星轮579绕第一太阳轮160旋转)→棘爪908→轮毂外壳74
2	驱动器70→棘爪587→第一齿圈551→行星轮架550(行星轮579绕第一太阳轮160旋转，且行星轮608绕第四太阳轮172旋转)→第二齿圈553→滚子离合器628→轮毂外壳74
		3	驱动器70→棘爪587→第一齿圈551→行星轮架550(行星轮579绕第一太阳轮160旋转，且行星轮608绕第三太阳轮168旋转)→第二齿圈553→滚子离合器628→轮毂外壳74
4	驱动器70→棘爪587→第一齿圈551→行星轮架550(行星轮579绕第一太阳轮160旋转，且行星轮608绕第二太阳轮164旋转)→第二齿圈553→滚子离合器628→轮毂外壳74
		5	驱动器70→离合器环623→行星轮架550→棘爪908→轮毂外壳74
6	驱动器70→离合器环623→行星轮架550(行星轮608绕第四太阳轮172旋转)→第二齿圈553→滚子离合器628→轮毂外壳74

7	驱动器70→离合器环623→行星轮架550(行星轮608绕第三太阳轮168旋转)→第二齿圈553→滚子离合器628→轮毂外壳74
		8	驱动器70→离合器环623→行星轮架550(行星轮608绕第二太阳轮164旋转)→第二齿圈553→滚子离合器628→轮毂外壳74

当从速度级4换档到速度级5时，例如当自行车加速时，联接机构的定时设定为遵循如下次序：

速度级	离合器环623	太阳轮164	太阳轮168	太阳轮172
					4	分离	锁定	锁定	自由
(同3)	分离	自由	锁定	自由
					(同7)	接合	自由	锁定	自由
5	接合	自由	自由	自由

因此，当自行车加速且骑车人从速度级4换档到速度级5时，第三太阳轮168临时被锁定，且然后第二太阳轮164首先释放以造成与速度级3相同的状态。骑车人可觉察到此情况为踏板的轻微加速，但这在自行车加速时是期待的。然后，离合器环623与行星轮架550接合以造成与速度级7相同的状态。骑车人可觉察到此情况为踏板的减速，这在传动器换档到较高的传动比时是期待的。然后，第三太阳轮168释放以产生希望的速度级4。如果太阳轮在离合器环623接合前释放，则传动器将处于与速度级1相同的状态，在传动器完成到速度级5的换档时，这将产生非常不希望的踏板迅速加速和明显的震动。

当自行车减速且骑车人希望从速度级5换档到速度级4时，此次序也具有特别的益处。在此情况中，从速度级5到速度级7的临时过渡导致了踏板的减速，但这优于将离合器环623首先分离。如果离合器环623首先分离，则传动器将处于与速度级1相同的状态，其中踏板迅速加速。这样的踏板迅速加速在例如爬坡时是不希望的。此后，传动器进行从速度级7到速度级3的临时过渡。这产生了踏板的加速，但因为速度级3邻近骑车人刚处的速度级4，所以过渡更可接受。此后，传动器进行到希望的速度级4的过渡。从速度级5到速度级4的总的换档因此避免了在踏板的迅速加速或减速最不希望的情况下的此踏板过度加速或减速。

如以上所述，换档/辅助机构90也使用了驱动器70的旋转动力来帮助改变动力传动机构82内的动力传动路径。在明显的驱动力施加到链轮54且导致对多种部件的联接或分离的很大阻力时，这是希望的。在正常运行期间，促动器板104、换档套筒732、棘爪控制垫圈736、棘爪支承件728、换档套筒720、弹簧垫圈712、换档键构件导向件704和换档控制套筒288一体旋转，以联接和分离多种部件。其结果是换档套筒732的联接腿860、棘爪控制垫圈736的棘爪控制凸耳850、棘爪820和换档套筒720的联接腿808的位置如在图8和图13中示出。在此状态下，棘爪820从辅助凸轮960上的棘齿976分离。驱动器70、辅助凸轮960和接合单元964一起一体旋转，且从驱动器70到换档辅助机构或到换档机构清楚地无旋转动力被传送。

当明显的驱动力施加到链轮54且导致对换档控制套筒288的操作的明显的阻力时，换档控制套筒288倾向于保持静止，尽管促动器板104旋转。在此情况中，换档套筒732相对于换档套筒720顺时针旋转，因此导致棘爪控制垫圈736相对于棘爪支承件728顺时针旋转，使得棘爪控制凸耳850从棘爪820移开，如在图14中示出。其结果是棘爪820径向向外旋转且接合辅助凸轮960上的棘齿976，使得棘爪支承件728与辅助凸轮960和接合单元964一起旋转。

如前所述，多个具有突出952形式的旋转动力传送构件周向地布置在驱动器70的内部外围表面上，且多个具有凹部956的形式的零旋转动力传送构件也周向地布置在驱动器70的内部外周表面上。在此实施例中，凹部956构造为使得当棘爪1002接触凹部956时棘爪1002不将旋转动力从驱动器70传送到接合单元964。这意味着虽然理论上在棘爪1002和凹部956之间存在小量的摩擦，但这样的摩擦力将被驱散，使得在棘齿976处不出现附加的力，或这样的附加力可忽略。这可以通过形成带有恒定的曲率半径的凹部956完成。其结果是，仅在棘爪1002接合了相应的突出952时旋转动力从驱动器70传送到接合单元964。一旦棘爪1002接合了突出952，则接合单元964提供了辅助力以旋转换档套筒720、换档键构件导向件704和换档控制套筒288，以完成换档操作。当来自换档控制套筒288的阻力被克服时，棘爪支承件728相对于棘爪控制垫圈736顺时针旋转，直至换档操作完成，且状态恢复到如在图14中示出的状态。

驱动器70、接合单元964和辅助凸轮960一起一体旋转，除非接合单元964和辅助凸轮960明显地抵抗驱动器70的旋转。这样的阻力在换档控制套筒288不能旋转或另外完成换档时发生。为避免对部件的损坏，每个突出952成形为使得只要这样的明显的阻力出现时则棘爪1002跨在突出1002上，因此在每个棘爪1002相继地接触相应的突出952时提供了一系列旋转动力的脉冲到换档辅助机构，如在图16中示出的。应容易地从图16中显见的是来自动力控制机构950的旋转动力输出相对于到动力控制机构950的旋转动力输入以非恒定的方式变化。换言之，P_O＝F(x)P_I，其中P_O是来自动力控制机构950(在辅助凸轮960的棘齿976处)的旋转动力输出；P_I是到动力控制机构950(在驱动器70处)的旋转动力输入；且系数F(x)是变量x的函数，其中F(x)的值在驱动器70旋转时不是恒定的。对于每个脉冲所传送的转矩的量和速度可以通过改变突出952和/或棘爪1002的形状来调整。然后可以在骑车人减小踏板阻力时完成换档且部件可以正常运行。

如在图16中示出，由于一系列旋转动力的脉冲所导致的辅助力可以设定为远低于现有技术的转矩限制机构，且低于在美国专利No6,641,500中示出的使用了摩擦离合器的类型的转矩限制机构。使用脉冲来进行辅助功能降低了在部件上的由摩擦离合器导致的恒定的应变，且帮助克服了静摩擦。如已熟知，静摩擦大于运动摩擦，所以一旦静摩擦被消除，则部件更可能完成换档操作。

图17和图18示出了动力控制机构1050的替代实施例，该动力控制机构控制了从驱动器70传送到换档控制套筒288的动力的量，以避免在换档控制套筒288不能完成换档的情况下对换档控制套筒288的损坏。在此实施例中，动力控制机构1050包括通过环形止动板1068和锁定环1072维持到位的环形辅助凸轮1060，运行地联接以与驱动器70一起旋转的环形第一动力控制构件1066，运行地联接以与辅助凸轮1054一起旋转的环形第二动力控制构件1070，和具有一对波状垫圈的形式的用于将第一动力控制构件1066和第二动力控制构件1070彼此偏向的动力控制偏向装置1074。第一动力控制构件1066、第二动力控制构件1070和动力控制偏向装置1074一起可以考虑为接合单元1064。

如在图19中示出，辅助凸轮1060包括多个布置在内部外围表面1082上的棘齿1078以用于以前述方式接合棘爪820，和多个布置在外部外围表面1090上的辅助凸轮花键1086。如在图20中示出，第一动力控制构件1066包括多个布置在外部外围表面1098上的第一动力控制构件花键1094，多个具有突出1097的形式的第一旋转动力传送元件，和多个具有相对于且邻近多个突出1097的平的凹部1099的形式的第二旋转动力传送元件。突出1097可以具有与第一实施例中的突出952相同的构造，且凹部1099可以具有与第一实施例中的凹部956相同的构造。第一动力控制构件花键1094滑动地接合形成在驱动器70的内部外围表面上的相应的多个驱动器花键1102，使得第一动力控制构件1066与驱动器70一起旋转，但能相对于驱动器70轴向移动。如在图21中示出，第二动力控制构件1070包括多个布置在内部外围表面1110上的第二动力控制构件花键1106，和一对具有突出1111的形式的接合构件，该突出1111从具有平的侧表面1112的形式的凹部突出。突出1111也可以具有与第一实施例中的突出952相同的构造。当然，所有突出和凹部可以变化以适合应用。第二动力控制构件花键1106滑动地接合多个在辅助凸轮1060上的辅助凸轮花键1094，使得第二动力控制构件1070与辅助凸轮1060一起旋转，但可以相对于辅助凸轮1060轴向移动。第二动力控制构件1070也包括多个周向地布置的开口1114，该开口1114可以用于保持润滑脂。

在组装的状态中，第一动力控制构件1066邻近第二动力控制构件1070，使得在第二动力控制构件1070上的突出1111面向第一动力控制构件1066上的多个突出1097和凹部1099，且两个构件通过动力控制偏向装置1074压在一起，使得第一动力控制构件1066和第二动力控制构件1070相互接触。第二动力控制构件1070上的突出1111接触第一动力控制构件1066上的相应的突出1097的对，使得驱动器70、第一动力控制构件1066、第二动力控制构件1070和辅助凸轮1060一起一体旋转，除非辅助凸轮1060和第二动力控制构件1070明显地抵抗驱动器70和第一动力控制构件1066的旋转，因此，第二动力控制构件1070上的突出1111逐渐地跨在第一动力控制构件1066上的相应的突出1097上。其结果是动力控制构件1050向换档辅助机构以类似于第一实施例的方式提供了一系列旋转动力的脉冲。

虽然以上描述了本发明的多种实施例，但可以使用另外的修改而不偏离本发明的精神和范围。例如，在所述的实施例中，突出952直接与多个凹部956交替，使得每个突出与单一的凹部956相关，但这样的布置在其他实施例中可能不是必需的。在一些实施例中，其他结构可以布置在任何突出952和任何凹部956之间，只要在发生对于换档的过分阻力时发生合适的非恒定的旋转动力传送。虽然凹部956构造为使得在棘爪1002接触凹部956时棘爪1002不将旋转动力从驱动器70传送到接合单元964，但凹部956可以构造为传送一些旋转动力，只要总的旋转动力传送是非恒定的。多种部件的尺寸、形状、位置或定向可以如希望地改变。示出为直接相互连接或接触的部件可以具有布置在其间的中间结构。分开的部件可以组合，反之亦然。一个元件的功能可以通过两个元件执行，且反之亦然。一个元件的功能可以通过另一个元件执行，且功能可以在元件之间互换。一个实施例的结构和功能可以在一个实施例中采用。不必需使所有优点在特定的实施例中同时出现。每个在现有技术中唯一的特征，单独的或与其他特征组合，也应考虑为申请人的进一步发明的分开的描述，包括由这样的特征(多个特征)实施的结构和/或功能构思。在此使用的例如“大体上”、“大约”和“大致”的程度术语包括修饰术语的合理的偏离量，使得最终结果不明显地改变。例如，这样的术语可以包括修饰术语的至少±5％的偏离，只要这样的偏离不与它所修饰的词语的含义抵触。因此，本发明的范围不应由所披露的特定的结构或明显的最初关注或对于特定的结构或特征的强调所限制。

Claims (20)

1.一种用于自行车的轮毂传动器，包括：

轮毂轴；

可旋转地支承于轮毂轴的驱动器；

可旋转地支承于轮毂轴的轮毂外壳；

布置在驱动器和轮毂外壳之间用于将旋转动力从驱动器通过多个动力传动路径传送到轮毂外壳的动力传动机构；

用于选择多个动力传动路径的换档机构；

用于将旋转动力从驱动器传送到换档机构的换档辅助机构；和

布置在驱动器和换档辅助机构之间的动力控制机构，且动力控制机构将旋转动力从驱动器联接到换档辅助机构以用于将旋转动力从驱动器传送到换档机构，以当换档辅助机构接合驱动器以将旋转动力从驱动器传送到换档机构且换档机构向换档辅助机构提供了过度的阻力时，防止驱动器和换档机构之间的锁定；

其中动力控制机构构造为使得当驱动器旋转时，来自动力控制机构的旋转动力输出的幅度以非恒定的系数相对于到动力控制机构的旋转动力输入的幅度而变化；和

其中动力控制机构包括：

第一旋转动力传送元件；和

接合构件，所述的接合构件在驱动器旋转时接合第一旋转动力传送元件，以将旋转动力从驱动器传送到换档辅助机构，其中动力控制机构进一步包括第二旋转动力传送元件，其中接合构件在驱动器旋转时接合第二旋转动力传送元件，以将旋转动力的量从驱动器传送到换档辅助机构，且其中在接合构件接合第一旋转动力传送元件时从驱动器传送到换档辅助机构的旋转动力的量与在接合构件接合第二旋转动力传送元件时从驱动器传送到换档辅助机构的旋转动力的量不同。

2.根据权利要求1所述的轮毂传动器，其中第二旋转动力传送元件构造为使得在接合构件接合了第二旋转动力传送元件时，接合构件不将旋转动力从驱动器传送到换档辅助机构。

3.根据权利要求1所述的轮毂传动器，其中第一旋转动力传送元件成形为使得接合构件跨在第一旋转动力传送元件上，以限制从驱动器传送到换档辅助机构的旋转动力的量。

4.根据权利要求3所述的轮毂传动器，其中当驱动器相对于换档辅助机构旋转时，接合构件跨在第一旋转动力传送元件上，以接触第二旋转动力传送元件。

5.根据权利要求4所述的轮毂传动器，其中第一旋转动力传送元件包括第一突出，其中第二旋转动力传送元件包括相对于第一突出的第一凹部，且其中接合构件相继地接触第一突出和第一凹部以将变化的旋转动力的量从驱动器传送到换档辅助机构。

6.根据权利要求4所述的轮毂传动器，其中动力控制机构包括：

多个周向地布置在驱动器上的第一旋转动力传送元件；和

多个周向地布置在驱动器上的且与多个第一旋转动力传送元件交替的第二旋转动力传送元件；

其中当驱动器旋转时，接合构件相继地接触多个第一旋转动力传送元件和多个第二旋转动力传送元件，以将变化的旋转动力的量从驱动器传送到换档辅助机构。

7.根据权利要求6所述的轮毂传动器，其中动力控制机构进一步包括辅助凸轮以用于支承接合构件，其中辅助凸轮包括多个棘齿。

8.根据权利要求7所述的轮毂传动器，其中多个第一旋转动力传送元件包括至少一个布置在驱动器的内部外围表面上的第一突出，且其中多个第二旋转动力传送元件包括相对于该至少一个突出的至少一个第一凹部。

9.根据权利要求8所述的轮毂传动器，其中多个第一旋转动力传送元件包括多个布置在驱动器的内部外围表面上的第一突出，且其中多个第二旋转动力传送元件包括相对于多个第一突出的多个第一凹部。

10.根据权利要求9所述的轮毂传动器，其中接合构件包括当驱动器旋转时相继地接触了多个第一突出和多个第一凹部的第一棘爪，以将变化的旋转动力的量从驱动器传送到换档辅助机构。

11.根据权利要求10所述的轮毂传动器，进一步包括将第一棘爪向驱动器的内部外围表面偏向的第一棘爪偏向构件。

12.根据权利要求11所述的轮毂传动器，其中第一棘爪总是与多个第一突出的一个或与多个第一凹部的一个接触。

13.根据权利要求12所述的轮毂传动器，其中换档机构包括：

可旋转地由轮毂轴支承的促动器构件；和

可旋转地由轮毂轴支承的换档控制套筒，其中换档控制套筒运行地联接到促动器构件以用于响应于促动器构件的旋转而旋转；和

其中换档辅助机构包括：

联接为与促动器构件一起旋转的第一换档构件；

联接为与换档控制套筒一起旋转的第二换档构件；

将第一换档构件和第二换档构件向彼此偏向的偏向装置，使得第一换档构件与第二换档构件一起旋转，直至换档控制套筒明显地抵抗促动器构件的旋转，由此第一换档构件相对于第二换档构件旋转；

联接到第一换档构件和第二换档构件的一个以用于在接合位置和分离位置之间移动的第二棘爪，其中在接合位置中第二棘爪接合辅助凸轮的棘齿且其中在分离位置中第二棘爪从棘齿分离；

将第二棘爪向接合位置偏向的第二棘爪偏向构件；和

联接到第一换档构件和第二换档构件的另一个的棘爪控制构件，用于在第一换档构件与第二换档构件一起旋转时将第二棘爪维持在分离位置，且用于在第一换档构件相对于第二换档构件旋转时允许第二棘爪移动到接合位置。

14.根据权利要求13所述的轮毂传动器，其中多个第一凹部构造为使得在接合构件接触多个第一凹部时接合构件不将旋转动力从驱动器传送到换档辅助机构。

15.根据权利要求8所述的轮毂传动器，其中接合构件包括至少一个第二突出，当驱动器旋转时，所述的第二突出接触该至少一个第一突出和该至少一个第一凹部，以将变化的旋转动力的量从驱动器传送到换档辅助机构。

16.根据权利要求15所述的轮毂传动器，进一步包括将第二突出向该至少一个第一突出或向该至少一个第一凹部偏向的第二突出偏向构件。

17.根据权利要求16所述的轮毂传动器，其中多个第一旋转动力传送元件包括多个第一突出，且其中多个第二旋转动力传送元件包括相对于多个第一突出的多个第一凹部。

18.根据权利要求17所述的轮毂传动器，其中第二突出总是与多个第一突出的一个或与多个第一凹部的一个接触。

19.根据权利要求18所述的轮毂传动器，其中换档机构包括：

可旋转地由轮毂轴支承的促动器构件；和

可旋转地由轮毂轴支承的换档控制套筒，其中换档控制套筒运行地联接到促动器构件以用于响应于促动器构件的旋转而旋转；和

其中换档辅助机构包括：

联接为与促动器构件一起旋转的第一换档构件；

联接为与换档控制套筒一起旋转的第二换档构件；

将第一换档构件和第二换档构件向彼此偏向的偏向装置，使得第一换档构件与第二换档构件一起旋转，直至换档控制套筒明显地抵抗促动器构件的旋转，由此第一换档构件相对于第二换档构件旋转；

联接到第一换档构件和第二换档构件的一个以用于在接合位置和分离位置之间移动的第二棘爪，其中在接合位置中第二棘爪接合辅助凸轮的棘齿且其中在分离位置中第二棘爪从棘齿分离；

将第二棘爪向接合位置偏向的第二棘爪偏向构件；和

联接到第一换档构件和第二换档构件的另一个的棘爪控制构件，用于在第一换档构件与第二换档构件一起旋转时将第二棘爪维持在分离位置，且用于在第一换档构件相对于第二换档构件旋转时允许第二棘爪移动到接合位置。

20.一种用于自行车的轮毂传动器，包括：

轮毂轴；

可旋转地支承于轮毂轴的驱动器；

可旋转地支承于轮毂轴的轮毂轴外壳；

布置在驱动器和轮毂外壳之间用于将旋转动力从驱动器通过多个动力传动路径传送到轮毂外壳的动力传动机构；

用于选择多个动力传动路径的换档机构；

用于将旋转动力从驱动器传送到换档机构的换档辅助机构；和

布置在驱动器和换档辅助机构之间的动力控制机构，且动力控制机构将旋转动力从驱动器联接到换档辅助机构以用于将旋转动力从驱动器传送到换档机构，以当换档辅助机构接合驱动器以将旋转动力从驱动器传送到换档机构且换档机构向换档辅助机构提供了过度的阻力时，防止驱动器和换档机构之间的锁定；

其中动力控制机构构造为使得当驱动器旋转时，来自动力控制机构的旋转动力输出的幅度以非恒定的系数相对于到动力控制机构的旋转动力输入的幅度而变化；

其中动力控制机构包括：

包括多个棘齿的辅助凸轮；

包括由辅助凸轮支承的第一棘爪的接合构件；

将第一棘爪向驱动器的内部外围表面偏向的第一棘爪偏向构件；

多个第一旋转动力传送元件，包括至少一个第一突出以用于当多个第一旋转动力传送元件由接合构件接合时将旋转动力从驱动器传送到换档机构；

多个第二旋转动力传送元件，包括至少一个第一凹部以用于当多个第二旋转动力传送元件由接合构件接合时不将旋转动力从驱动器传送到换档机构；

其中换档机构包括：

可旋转地由轮毂轴支承的促动器构件；和

可旋转地由轮毂轴支承的换档控制套筒，其中换档控制套筒运行地联接到促动器构件以用于响应于促动器构件的旋转而旋转；和

其中换档辅助机构包括：

联接为与促动器构件一起旋转的第一换档构件；

联接为与换档控制套筒一起旋转的第二换档构件；

将第一换档构件和第二换档构件向彼此偏向的偏向装置，使得第一换档构件与第二换档构件一起旋转，直至换档控制套筒明显地抵抗促动器构件的旋转，由此第一换档构件相对于第二换档构件旋转；

联接到第一换档构件和第二换档构件的一个以用于在接合位置和分离位置之间移动的第二棘爪，其中在接合位置中第二棘爪接合辅助凸轮的棘齿且其中在分离位置中第二棘爪从棘齿分离；

将第二棘爪向接合位置偏向的第二棘爪偏向构件；和

联接到第一换档构件和第二换档构件的另一个的棘爪控制构件，用于在第一换档构件与第二换档构件一起旋转时将第二棘爪维持在分离位置，且用于在第一换档构件相对于第二换档构件旋转时允许第二棘爪移动到接合位置。

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