CN107922034B - 用于自行车的智能传动系统 - Google Patents
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Abstract
一种自行车传动系统包括输入轴和输出轴、两个行星齿轮系统和离合器机构。所述离合器机构包括用于与两个离合器盘和离合器基座摩擦地接合的三个离合器压板。电机使形成有凸轮的凸轮轴旋转，所述凸轮选择性地与凸轮从动件接合以驱动离合器压板旋转。钢球被设置到在所述离合器压板和离合器壳体之间形成的空腔内，以将离合器压板的旋转转换成用于与所述两个离合器盘和所述离合器基座摩擦地接合的线性力。所述凸轮轴的不同旋转角度产生不同的离合器和齿轮组合以及不同的传动比。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月20日提交的美国临时专利申请No.62/339,104的权益，该申请的全部内容通过引用被并入本文。
技术领域
本申请涉及智能自行车传动系统领域。更具体地，本申请涉及具有自动传动机构的智能技术，可选地，该自动传动机构替代用于任何种类的自行车的常规链轮传动系统。
背景技术
在现行环境下，为了效率或舒适度，换档机构允许选择适合的传动比。例如，下坡骑行时使用高档位，在平坦的道路上骑行时使用中档位，以及上坡骑行时使用低档位，可能会感到舒适。不同的传动比和档位范围适合于不同的人和不同的骑行类型。
对于以相同速度行驶的自行车，使用较低档位(较大的机械效益)需要骑车人以更快的节奏但用较小的力来踩踏板。相反，较高档位(较小的机械效益)对于给定的节奏提供了更高的速度，但是要求骑车人施加更大的力。不同的骑自行车者对于节奏和踩踏力可能有不同的偏好。以太低的节奏太高的档位进行太大力的长时间消耗会增加膝盖损伤的可能性，并且100转每分钟以上的节奏在短时间爆发后变得效率更低。
存在用于自行车的多种传动系统，并且其中的大多数传动系统使用带拨链器和内轮毂齿轮类型的链轮。
带拨链器的链轮是一种手动换档系统。拨链器用于使链条附件移位到不同尺寸的链轮上，以获得传动比。该传动比取决于链环上的齿数与后链轮上的齿数之比。骑自行车者可以对于较低档位将链条附接到较大尺寸的链轮上，而对于较高档位将链条附接到较小尺寸的链轮上。钢线连接在拨链器与换档器之间。骑自行车者可以张紧该线以换档到较高档位，而释放该线以换档到较低档位。
对于配有轮毂齿轮的自行车，传动比还取决于轮毂内的内行星齿轮。对于轴驱动的自行车，传动比取决于在轴的每个端部使用的锥齿轮。为了换档，钢线连接到轴和换档器。张紧和释放线以使轴向外和向内移位，使得通过将轴齿轮附接到不同尺寸的行星齿轮上可以获得不同比。
对于换档，两种方法在张紧和释放线时都需要一定量的力。选择骑行的适当的档位对于资历较浅的骑手和资历较深的骑手也是很烦恼的。骑行时，可能会在踏板上施加猛力。这使链条张紧，并且使换档变得困难。如果没有进行踩踏，链条就卡在链轮上，并且无论骑自行车者如何推动换档器，档位都不能在没有进行踩踏的情况下发生改变。这意味着换档的最简单方法是在自行车前进时保持良好的踩踏。
这是传统的传动系统唯一的功能。
发明内容
在一个方面，提供了一种自行车传动系统，包括：
(a)输入轴，所述输入轴限定旋转轴线，并且具有设置有链轮的外端部和设置有内太阳齿轮的内端部，所述内太阳齿轮经由多个内行星齿轮和由行星架承载的多个外行星齿轮与齿圈啮合；
(b)输出轴，所述输出轴与所述齿圈连接；
(c)中空太阳轴，套在所述输入轴上，所述太阳轴具有与第一离合器盘接合的外端部和设置有外太阳齿轮的内端部，所述外太阳齿轮经由所述多个外行星齿轮与所述齿圈啮合，所述外太阳齿轮设置在所述内太阳齿轮的外侧，并且所述外太阳齿轮的尺寸大于所述内太阳齿轮的尺寸；
(d)外离合器压板，用于将所述第一离合器盘紧抓到离合器基座上，以便使所述外太阳齿轮和所述离合器基座同步旋转；
(e)中间离合器压板，用于将第二离合器盘紧抓在所述行星架上，以便使所述行星架和所述离合器基座同步旋转；
(f)内离合器压板，用于将所述离合器基座直接紧抓在离合器壳体上，以便使所述离合器基座停止旋转；
(g)凸轮轴，所述凸轮轴能通过电机绕所述凸轮轴的轴线旋转，所述凸轮轴包括轴向间隔开的内凸轮盘、中间凸轮盘和外凸轮盘，所述内凸轮盘、所述中间凸轮盘和所述外凸轮盘分别形成有以不同角度围绕所述凸轮轴定向的轴向突出的内楔形部分、中间楔形部分和外楔形部分；所述内楔形部分、所述中间楔形部分和所述外楔形部分分别与在所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板的圆周上形成的内凸轮从动板、中间凸轮从动板和外凸轮从动板能够选择性地接合；以及
(h)多个钢球，所述多个钢球被静态地放置到在每个离合器压板和所述离合器壳体之间形成的多个球状空腔内，使得当所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转时，由于所述离合器压板和所述离合器壳体之间的所述钢球的剪切力，迫使所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板沿着所述旋转轴线远离所述离合器壳体轴向移动，以分别与所述离合器基座、所述第二离合器盘和所述第一离合器盘摩擦地接合；
(i)当所述凸轮轴旋转过第一旋转角度到第一位置时，所述内凸轮盘的楔形部分和所述外凸轮盘的楔形部分压在所述内凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述太阳轴之间离合的第一离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转但所述行星架不绕转，从而设定具有第一传动比的第一档位，所述第一传动比为所述输出轴提供最低转速但最高转矩；
(j)当所述凸轮轴进一步旋转过第二旋转角度到第二位置时，所述内凸轮盘的楔形部分和所述中间凸轮盘的楔形部分压在所述内凸轮从动板和所述中间凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述中间离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述中间离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述行星架之间离合的所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转并且所述行星架绕转，从而设定具有第二传动比的第二档位，所述第二传动比为所述输出轴提供中等的转速和转矩；以及
(k)当所述凸轮轴进一步旋转过第三旋转角度到第三位置时，所述中间凸轮盘的楔形部分和所述外凸轮盘的楔形部分压在所述中间凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述中间离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述第一离合器盘和所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所述输入轴和所述输出轴同步旋转，并且所有行星齿轮停止旋转并且与所述行星架一起绕转，从而设定具有第三传动比的第三档位，从而为所述输出轴提供相同的转速和转矩。
在另一方面，提供了一种自行车传动系统，包括：
(a)输入轴，所述输入轴限定旋转轴线，并且具有设置有链轮的外端部和设置有内太阳齿轮的内端部，所述内太阳齿轮经由多个内行星齿轮和由行星架承载的多个外行星齿轮与齿圈啮合；
(b)输出轴，所述输出轴与所述齿圈连接；
(c)中空太阳轴，套在所述输入轴上，所述太阳轴具有与第一离合器盘接合的外端部和设置有外太阳齿轮的内端部，所述外太阳齿轮经由所述多个外行星齿轮与所述齿圈啮合，所述外太阳齿轮设置在所述内太阳齿轮的外侧，并且所述外太阳齿轮的尺寸大于所述内太阳齿轮的尺寸；
(d)外离合器压板，用于将所述第一离合器盘紧抓到离合器基座上，以便使所述外太阳齿轮和所述离合器基座同步旋转；
(e)中间离合器压板，用于将第二离合器盘紧抓在所述行星架上，以便使所述行星架和所述离合器基座同步旋转；
(f)内离合器压板，用于将所述离合器基座直接紧抓在离合器壳体上，以便使所述离合器基座停止旋转；以及
(g)凸轮轴，所述凸轮轴能通过电机绕所述凸轮轴的轴线旋转，所述凸轮轴包括内凸轮盘、中间凸轮盘和外凸轮盘，所述内凸轮盘、所述中间凸轮盘和所述外凸轮盘分别与在所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板上形成的内凸轮从动件、中间凸轮从动件和外凸轮从动件能够选择性地接合；使能迫使所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板沿着所述旋转轴线轴向移动，以分别与所述离合器基座、所述第二离合器盘和所述第一离合器盘摩擦地接合；
(h)由此所述凸轮轴的不同旋转角度产生了不同的离合器和齿轮组合，并且因此产生了不同的传动比。
所述内凸轮、所述中间凸轮和所述外凸轮可以为形成在所述凸轮轴上的轴向间隔开的内凸轮盘、中间凸轮盘和外凸轮盘的形式，并且可以围绕所述凸轮轴分别形成有以不同角度围绕所述凸轮轴定向的周向地且轴向地突出的内楔形部分、中间楔形部分和外楔形部分；所述内楔形部分、所述中间楔形部分和所述外楔形部分与分别形成在所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板的圆周上的所述内凸轮从动件、所述中间凸轮从动件和所述外凸轮从动件能够选择性地接合，所述内凸轮从动件、所述中间凸轮从动件和所述外凸轮从动件为内凸轮从动板、中间凸轮从动板和外凸轮从动板的形式。
多个钢球可以被静态地放置到在每个离合器压板和所述离合器壳体之间形成的多个球状空腔中，使得当所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转时，由于在所述离合器压板和所述离合器壳体之间的钢球的剪切力，迫使所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板沿着所述旋转轴线远离所述离合器壳体轴向移动，以分别与所述离合器基座、所述第二离合器盘和所述第一离合器盘摩擦地接合。
在一个实施例中，当所述凸轮轴旋转过第一旋转角度到第一位置时，所述内凸轮盘的楔形部分和所述外凸轮盘的楔形部分压在所述内凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述太阳轴之间离合的所述第一离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转但所述行星架不绕转，从而设定具有第一传动比的第一档位，所述第一传动比为所述输出轴提供最低转速但最高转矩。
在一个实施例中，当所述凸轮轴进一步旋转过第二旋转角度到第二位置时，所述内凸轮盘的楔形部分和所述中间凸轮盘的楔形部分压在所述内凸轮从动板和所述中间凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述中间离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述中间离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述行星架之间离合的所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转并且所述行星架绕转，从而设定具有第二传动比的第二档位，所述第二传动比为所述输出轴提供中等的转速和转矩。
在一个实施例中，当所述凸轮轴进一步旋转过第三旋转角度到第三位置时，所述中间凸轮盘的楔形部分和外凸轮盘的楔形部分压在所述中间凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述中间离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述第一离合器盘和所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所述输入轴和所述输出轴同步旋转，并且所有行星齿轮停止旋转并且与所述行星架一起绕转，从而设定具有第三传动比的第三档位，从而为所述输出轴提供相同的转速和转矩。
所述第一离合器盘的形状可以为环形，并且可以沿着所述第一离合器盘的内圆周形成有多个齿，所述多个齿能与设置在所述太阳轴上的多个配合凹口接合。
所述第二离合器盘的形状可以为环形，并且可以沿着所述第二离合器盘的外圆周形成有多个齿，所述多个齿能与设置在所述离合器基座上的多个配合凹口啮合。
每个离合器盘可以具有摩擦表面。
所述凸轮轴可以穿过在每个凸轮从动板上形成的开口。
所述凸轮轴可以被定向为与所述内离合器压板相切的方向。
所述电机可以被安装在所述离合器壳体中，在所述离合器壳体中安装有所述离合器盘、所述离合器压板和所述离合器基座。
每个楔形部分可以是球状楔形的形状。
形成有螺纹孔的盖的形式的传动装置固定器可以设置在所述链轮的外侧，以便通过螺钉将所述传动系统固定在自行车车架上。
所述电机可以与微控制器单元连接，所述微控制器单元安装在设置在自行车上的用于自动换档的控制板上。
所述电机可以与设置在自行车上的用于手动换档的按钮连接。
所述电机可以与用于可编程换档的智能手机连接。
在第三方面，提供了包括上面所述的传动系统的一种自行车。
本申请的自行车传动系统涉及用于增强自行车的传动系统的具有智能控制器的自动传动技术。该传动系统允许用户通过点击智能手机或微型计算机上的虚拟按钮或按压物理按钮选择自定义模式来使档位自动地改变。
这是“乘空骑行(RidebyAir)”的概念，其中，骑自行车者可以随时随地通过无线遥控器或智能手机控制传动装置。一旦将无线控制器或智能手机连接到设备，骑自行车者就可以通过这些设备控制传动箱。在连接智能手机或微型计算机的情况下，可以在屏幕上弹出传动装置的状态。可以在屏幕上示出状态诸如当前传动比、速度、输入扭矩、坡度、电池等以供骑自行车者参考。
通过屏幕上示出的这些状态，骑自行车者可以了解和得知更多关于他们骑的车和他们的表现。这有助于以系统的方式在自行车上进行健身或训练。所有数据以后也可以从云服务器下载。
本申请的传动系统的设计采用即插即用的安装设计。用户只需移除传统的链轮系统并用本申请的传动系统代替该链轮系统，使用相同的锁定螺钉来将本申请的传动系统固定在车轮轮毂上即可。安装简单并且可以使用简单的工具来进行。
附图说明
现在将参考随附附图通过实施例的方式来描述自行车传动系统的具体实施方案，在附图中：
图1示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统，其安装在自行车的后轴上且其上附接有链条。
图2示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的前视立体图。
图3示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的后视立体图。
图4示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的前视图。
图5示出了根据本申请的实施方案的具有离合器压板的用于自行车的智能传动系统的前视图。
图6示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的卫星齿轮的截面图。
图7示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的另一卫星齿轮的截面图。
图8示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的截面图。
图9、图9a和图9b是根据本申请的实施方案的离合器壳体和凸轮机构的立体图。
图10和图10a示出了根据本申请的实施方案的离合器机构。
图11示出了根据本申请的实施方案的压在离合器盘上的离合器压环。
图12示出了根据本申请的实施方案的用于自行车智能传动系统的部件的拆解图。
图13示出了根据本申请的实施方案的用于自行车智能传动系统的部件的前视分解图。
图14示出了根据本申请的实施方案的用于自行车智能传动系统的部件的后视分解图。
图15至图17示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的三种控制选择。
具体实施方式
现在将详细地参考自行车传动系统的优选实施方案，这些优选实施方案的实施例也在以下描述中提供。详细地描述了自行车传动系统的示例性实施方案，但是对于相关领域的技术人员明了的是，为了清楚起见，可能没有示出对于理解自行车传动系统不是特别重要的一些特征。
此外，应当理解的是，自行车传动系统不限于下面描述的确切实施方案，并且本领域技术人员可以在不脱离保护范围的情况下对这些实施方案进行各种改变和修改。例如，在本公开内容和所附权利要求的范围内，不同的例示性实施方案的元件和/或特征可以彼此组合和/或互相替代。
应当注意的是，贯穿本文的说明书和权利要求书，当一个元件被称为“耦接”或“连接”到另一元件时，这并不一定意味着一个元件被紧固、固定或以其他方式附接到另一元件。代替地，术语“耦接”或“连接”意味着一个元件直接地或间接地连接到另一元件，或者与另一元件机械或电通信。
图1示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统，其安装在自行车的后轴上且其上附接有链条。该图示出了，用于自行车的智能传动系统001可以适于通过代替传统的链轮安装在自行车上。
在本申请中公开的用于自行车的智能传动系统001是一种组合有自动传动机构和设备中的智能IOT概念的用于自行车的自动传动系统。这种用于自行车的智能传动系统001可以在连接到智能手机或不连接到智能手机的情况下使用。通过连接智能手机，可以使用与互联网相关的高级功能，而在没有智能手机的情况下只可以使用基本功能。
图2示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的前视立体图。该系统可以通过将轮毂的轴对准到图中示出的本申请的传动系统的孔而安装。
图3示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的后视立体图。该图示出了传动系统的背面，其适于通过与齿轨对准而安装在车轮轮毂上。
图4示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的前视图。该传动系统上组装了一些部件，诸如传动装置固定器002、输入轴003、离合器壳体005和电机007。
图5示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的前视图。该图示出了设置在离合器壳体005中的三个离合器压环。该图还指出了离合器压环的旋转方向。
图6示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的卫星齿轮的截面图。该图示出了卫星齿轮的外层。在该图中指出了大太阳齿轮012'、外行星齿轮013'、齿圈014和输出轴015的旋转方向。
图7示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的另一卫星齿轮的截面图。该图示出了卫星齿轮的内层。在该图中指出了小太阳齿轮012、内行星齿轮013、外行星齿轮013'和齿圈014的旋转方向。
图8、图9、图9a和图9b示出了根据本申请的实施方案的用于自行车的智能传动系统的不同视图。这是离合器的有助于传动系统的换档机构的一部分。电机007和PCB控制板(未示出)可以放置在离合器壳体005内。图10、图10a和图11示出了根据本申请的实施方案的离合机构。三个离合器压板006、006'、006”与离合器壳体005以及第一离合器盘009和第二离合器盘010能够接合。
如图8所描绘的，自行车传动系统可以包括限定旋转轴线x的输入轴003。输入轴003可以具有设置有链轮的外端部和设置有小的内太阳齿轮012的内端部，小的内太阳齿轮可以经由多个内行星齿轮013和多个外行星齿轮013'与齿圈014啮合，多个外行星齿轮可以由行星架011承载。输出轴015可以与齿圈014连接。
中空太阳轴004可以套在输入轴003上。太阳轴004可以具有与第一离合器盘009接合的外端部和设置有大的外太阳齿轮012'的内端部，大的外太阳齿轮可以经由多个外行星齿轮013'与齿圈014啮合。大的外太阳齿轮012'可以设置在小的内太阳齿轮012的外侧。
可以使用外离合器压板006”将第一离合器盘009紧抓在离合器基座008上，以便使大的外太阳齿轮012'和离合器基座008同步旋转。
中间离合器压板006'可以用于将第二离合器盘010紧抓在行星架011上，以便使行星架011和离合器基座008同步旋转。
内离合器压板006可以用于将离合器基座008直接紧抓在离合器壳体005上，以便使离合器基座008停止旋转。
如图9a中最好地例示的，传动系统可以包括凸轮轴016，该凸轮轴可以通过电机007绕该凸轮轴的轴线顺时针或逆时针旋转。凸轮轴016可以包括轴向间隔开的内凸轮盘017、中间凸轮盘017'和外凸轮盘017”，该内凸轮盘、中间凸轮盘和外凸轮盘形成有以不同角度围绕凸轮轴016定向的周向且轴向地突出的内楔形部分018、中间楔形部分018'和外楔形部分018”。该内楔形部分018、中间楔形部分018'和外楔形部分018”可以分别与在内离合器压板006、中间离合器压板006'和外离合器压板006”的圆周上形成的内凸轮从动板019、中间凸轮从动板019'和外凸轮从动板019”选择性地接合。
凸轮轴016可以穿过在每个凸轮从动板019、190'、019”上形成的开口022。凸轮轴016可以被定向为与内部离合器压板006相切的方向。
每个楔形部分018、018'、018”可以是球状楔形的形状，其厚度沿着凸轮盘017、017'、017”的四分之一周向地且轴向地增加，并且沿着凸轮盘017、017'、017”的下一四分之一周向地且轴向地减少。
如图10a所示，多个钢球020可以被静态地放置到在每个离合器压板006、006'、006”和离合器壳体005之间形成的多个球状空腔021内，使得当内离合器压板006、中间离合器压板006'和外离合器压板006”旋转时，由于钢球020、离合器压板006、006'、006”和离合器壳体005之间的剪切力，可以驱动内离合器压板006、中间离合器压板006'和外离合器压板006”沿着旋转轴线x远离离合器壳体008轴向移动。剪切力是将离合器压板的旋转转换成用于与离合器基座008、第一离合器盘009和第二离合器盘010摩擦地接合的线性力的力。
图12示出了根据本申请的实施方案的用于自行车智能传动系统的部件的拆解图。图13示出了根据本申请的实施方案的用于自行车智能传动系统的部件的前视分解图。图14示出了根据本申请的实施方案的用于自行车智能传动系统的部件的后视分解图。
传动装置固定器002可用于保持传动系统，并通过将该系统锁定在自行车车架上来防止传动系统旋转。该传动装置固定器还可以用于作为防止链条松动的链条导向件覆盖自行车链条。该传动装置固定器可以是形成有螺纹孔的盖的形式，以便于通过常规的螺钉装置将传动系统固定在自行车车架上。
输入轴003是设计成在外端部设置有链轮且在内端部可以设置有小太阳齿轮012的轴，该小太阳齿轮可以位于与内行星齿轮013连接的内部位置。驱动力通过链轮从自行车链条传递。获得的旋转力驱动小太阳齿轮012和卫星系统工作，使得通过在卫星系统中建立的传动比将输入力放大并将该输入力传递到输出轴。
太阳轴004可以是另一轴，该轴的一个端部连接到大太阳齿轮012'，用于与外行星齿轮013'相互作用，而另一端部与第一离合器盘009咬合，用于换档。一个组合，包括与太阳齿轮连接的轴、离合器盘和离合器压板，可以提供换档级别。双档系统需要两套组合，三档系统需要三套组合，而多档系统需要更多套组合。目前的传动系统具有三个档位级别。因此，需要三个组合。
离合器壳体005可以是用于将所有离合器机构保持在内部的壳体。该离合器壳体可以由可以固定在自行车车架上的传动装置固定器002来保持。该离合器壳体向离合器机构提供反作用力，用于换档。
离合器压板006、006'、006”是向离合器盘009、010提供压力的压板，使得在离合器盘上形成摩擦力。一旦离合器压板和离合器盘之间的摩擦力足够高，就可以通过离合效应实现同步旋转。
外离合器压板006”可用于将第一离合器盘009紧抓在离合器基座008上，以便使大太阳齿轮012'和离合器基座008同步旋转。
内离合器压板006可用于直接将离合器基座008紧抓在离合器壳体005上以使离合器基座停止旋转。
中间离合器压板006'可用于将第二离合器盘010紧抓在行星架011上，以便使行星架011和离合器基座008同步旋转。
电机007可以是任何种类的电机，诸如步进电机、伺服电机或直流电机。电机为换档机构提供电磁驱动力。电机可以由编程的MCU控制，该MCU可以内置在控制板上。在连接了相关数据诸如速度和坡度的情况下，MCU可以确定适当的传动比，并触发电机以一定度数旋转，以获得期望的离合器机构。
离合器基座008可以是用作桥接器的转子，以通过三个离合器压板006、006'、006”以及两个离合器盘009和010与离合器壳体005、太阳轴004和行星架011连接。内离合器压板006直接压在离合器基座008上，以使离合器基座停止旋转，而其他两个离合器压板(即中间离合器压板006'和外离合器压板006”)穿过两个离合器盘009、010。
第一离合器盘009可以是环形的并且可以沿着该第一离合器盘的内圆周形成有多个齿，该多个齿可以与设置在太阳轴004上的多个配合凹口接合，从而为大太阳齿轮012'提供离合作用。该第一离合器盘可以是在表面上形成有摩擦材料诸如陶瓷的盘状板。一旦将按压力(该按压力可以从外离合器压板006”提供)施加在该第一离合器盘上，则摩擦力增大并使该第一离合器盘与离合器基座008同步旋转。如果离合器基座008被内离合器压板006停止，则档位1处于受控状态。
第二离合器盘010可以是环形的并且可以沿着该第二离合器盘的外圆周形成有多个齿，该多个齿可以与设置在离合器基座008上的多个配合凹口接合，从而为行星架011提供离合作用。该第二离合器盘可以是在表面上形成有摩擦材料诸如陶瓷的盘状板。一旦将按压力(该按压力可以从中间离合器压板006'提供)施加在第二离合器盘上，则摩擦力增加并使该第二离合器盘与离合器基座008同步旋转。无论离合器基座008是旋转还是停止，行星架011都跟随离合器基座008的旋转。
因此，在第二离合器盘010被紧抓的情况下，第一离合器盘009被释放并且内离合器压板006被致动以使离合器基座008停止旋转，并且档位2处于受控状态。
如果第二离合器盘010和第一离合器盘009同时被紧抓，并且内离合器压板006被释放，则两个离合器盘以相同的速度旋转并使行星齿轮013和大太阳齿轮012'同步旋转，并且档位3处于受控状态。
行星架011可以用于保持行星齿轮013，使得它们沿着预定的轨道旋转。该行星架可以是卫星传动系统中用于放大输入扭矩的部件之一。该行星架对于不同的传动比贡献，提供了行星齿轮的不仅在局部而且在全局范围内旋转的轨道。全局旋转有助于更大的传动比。
太阳齿轮012、012'是卫星传动系统中利用传动比输入功率或感应功率的部件。在该系统中，有两个太阳齿轮，即大太阳齿轮012'和小太阳齿轮012。大太阳齿轮012'可以附接在太阳轴004上用于功率感应，而小太阳齿轮012可以附接在输入轴003上用于功率输入。
行星齿轮013、013'可以是定位在太阳齿轮012、012'和齿圈014之间的齿轮。它们的组合的尺寸差异有助于不同的传动比。该行星齿轮可以是卫星传动系统的主要部件之一。
齿圈014可以是卫星传动系统的齿圈，齿圈可以提供来自车轮的反作用力，使得可以通过作用在该齿圈上的力将输入驱动力传递到车轮。该齿圈可以固定在输出轴015上。
输出轴015可以是将驱动旋转力传递到车轮的轴。该输出轴连接到齿圈014以获得力并配备有用于附接到车轮轮毂的壳体。
操作
当电机007被致动并且凸轮轴016旋转过第一旋转角度到第一位置时，内凸轮盘017和外凸轮盘017”的楔形部分018、018”压在内凸轮从动板019和外凸轮从动板019”上，并且使内离合器压板006和外离合器压板006”旋转，其中通过钢球020迫使该内离合器压板和外离合器压板轴向移动，使得离合器基座008和在离合器基座008和太阳轴004之间离合的第一离合器盘009分别被摩擦地接合。然后，所有的行星齿轮013、013'旋转但行星架011不绕转，从而设定具有第一传动比的第一档位，该第一传动比为输出轴015提供最低速度但最高转矩。
当电机007被致动并且凸轮轴016进一步旋转过第二旋转角度到第二位置时，内凸轮盘017和中间凸轮盘017'的楔形部分018、018'压在内凸轮从动板019和中间凸轮从动板019'上，并且使内离合器压板006和中间离合器压板006'旋转，其中通过钢球020迫使该内离合器压板和中间离合器压板轴向移动，使得离合器基座008和在离合器基座008和行星架011之间离合的第二离合器盘010分别被摩擦地接合。然后，所有的行星齿轮013、013'旋转并且行星架011绕转，从而设定具有第二传动比的第二档位，该第二传动比为输出轴015提供中等的速度和转矩。
当电机007被致动并且凸轮轴016进一步旋转过第三旋转角度到第三位置时，中间凸轮盘017'和外凸轮盘017”的楔形部分018'、018”压在中间凸轮从动板019'和外凸轮从动板019”上，并且使中间离合器压板006'和外离合器压板006”旋转，其中通过钢球020迫使该中间离合器压板和外离合器压板轴向移动，使得第一离合器盘009和第二离合器盘010分别被摩擦地接合，并且输入轴003和输出轴015同步旋转。然后，所有的行星齿轮013、013'停止旋转并且与行星架011一起绕转，从而设定具有第三传动比的第三档位，该第三传动比为输出轴015提供相同的速度和转矩。
为了换档回到第二档位或第一档位，电机007被致动以使凸轮轴沿相反方向旋转，使得可以如上所述地实现传动级别的前一级。
本申请的自行车传动系统可以利用具有不同齿轮尺寸组合的卫星传动系统作为核心，以获得用于骑行的不同的传动比。自行车传动系统可以分为三个部分，即控制器、离合器系统和卫星传动系统。
对于控制箱，可以配备有传感器，诸如转速传感器、扭矩传感器、位置传感器等，用于收集来自自行车的运行数据。使用蓝牙BLE或WiFi，可以将数据传递到智能手机或微型计算机进行计算和分析。在进行计算之后，可以将控制信号发送回系统控制板，以致动所连接的电机007。控制信号可以触发电机以一定度数旋转，使得实现期望的离合器机构。电机的旋转度数取决于要选择的传动比。
自行车传动系统的离合器系统可以包括多个离合器压环006、离合器盘9、10和离合器基座008。离合器壳体005可以是用于这些部件的覆盖件，用于向离合器压环006提供反作用力以提供按压力。一旦离合器压环006旋转一定度数，生成按压力并且按压力被向前推动到图9和图10所示的相关的离合器盘9、10。由于在离合器盘9、10上形成的摩擦力，离合器盘之间的部件的转速彼此同步。换档机构是用于选取期望的由程序逻辑选择的齿轮对的组合的离合器盘的某种释放和按压机构。待按压的离合器盘9、10可以是待选择的齿轮。
卫星齿轮是多套将输入扭矩放大到期望的输出扭矩的齿轮组合。卫星齿轮利用了太阳齿轮012、012'、行星齿轮013、013'和齿圈014来提供不同的传动比。提供了更多的齿轮组合，可以获得更多的传动比。不同尺寸的齿轮贡献不同的传动比。图7是在卫星传动系统中提供传动比的齿轮组合的实施例。
参考图15至图17，提供了多个控制选择。用户可以选择适合他们的习惯或目的的任何选择。
自动控制，控制板上内置的传感器可以感测外围数据，诸如输入扭矩、坡度、速度等，以用于计算。预设在安装在控制板上的微控制器上的程序可以计算和分析数据，并且为用户找出用于骑行的适当的传动比。可以将控制信号发送到电机驱动器，以致动电机旋转到期望的度数从而转换传动比。通过不断地检查所收集的数据的变化，可以适当地转换相关的传动比。
手动控制可以是为用户提供手动换档的可选功能的模式。用户可以仅通过简单点击应用程序上的虚拟按钮或设置的物理按钮，自由地选择他们所喜欢的传动比。通过手动控制，用户可以基于通过他们自己的想法对路况的分析手动地换档，并且可以完全自行处理传动箱。
智能手机控制，类似于自动控制，内置在控制板上的传感器可以感测外围数据，诸如输入扭矩、坡度、速度等，以用于计算。在连接到智能手机或微型计算机的情况下，预设在应用程序(APP)中的程序可以计算和分析数据，并为用户找出用于骑行的适当的传动比。可以将控制信号发送到控制板，从而致动电机旋转期望的角度，用于转换传动比。通过不断地检查所收集的数据的变化，可以适当地转换相关的传动比。通过功率计算能力和互联网访问，不仅可以选择自动模式和手动模式，还可以选择舒适模式、运动模式等某种模式。这利用了强大的数据计算来运行复杂的编程，并且可以为具有不同骑行习惯的不同骑自行车者定制传动特性。通过智能手机或微型计算机访问互联网，可以将所有设置都记录到云服务器，并且以后下载这些设置用于娱乐或进行训练。
本申请的自行车传动系统提供了一种用于自行车骑行机构的多功能智能传动系统。该传动系统可以被配置为安装在后车轮轮毂上，可以是与传统的链轮传动装置相同的位置。可以使用两个电源。一个电源是可充电锂电池，而另一电源可以是安装在自行车上的发电机。可以使用绿色能源来运行，因为电机和控制板在运行期间仅消耗少量功率。因此，在自行车上使用发电机可以连续地使用本申请的传动系统而不需要充电。该传动系统可以用作自动传动装置和手动传动装置二者。此外，借助于智能手机或微型计算机，自定义的换档习惯也可以被设置为能满足不同用户的需求的舒适模式或运动模式。所有骑行数据，包括速度、输入功率、传动比等，都可以被传递到云服务器，作为物联网使用。
虽然已经通过特别参考自行车传动系统的多个优选实施方案来示出和描述了自行车传动系统，但是应当注意的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以进行各种其他改变或修改。
Claims (19)
1.一种自行车传动系统，包括：
(a)输入轴，所述输入轴限定旋转轴线，并且具有设置有链轮的外端部和设置有内太阳齿轮的内端部，所述内太阳齿轮经由多个内行星齿轮和由行星架承载的多个外行星齿轮与齿圈啮合；
(b)输出轴，所述输出轴与所述齿圈连接；
(c)中空太阳轴，套在所述输入轴上，所述太阳轴具有与第一离合器盘接合的外端部和设置有外太阳齿轮的内端部，所述外太阳齿轮经由所述多个外行星齿轮与所述齿圈啮合，所述外太阳齿轮设置在所述内太阳齿轮的外侧，并且所述外太阳齿轮的尺寸大于所述内太阳齿轮的尺寸；
(d)外离合器压板，用于将所述第一离合器盘紧抓到离合器基座上，以便使所述外太阳齿轮和所述离合器基座同步旋转；
(e)中间离合器压板，用于将第二离合器盘紧抓在所述行星架上，以便使所述行星架和所述离合器基座同步旋转；
(f)内离合器压板，用于将所述离合器基座直接紧抓在离合器壳体上，以便使所述离合器基座停止旋转；
(g)凸轮轴，所述凸轮轴能通过电机绕所述凸轮轴的轴线旋转，所述凸轮轴包括轴向间隔开的内凸轮盘、中间凸轮盘和外凸轮盘，所述内凸轮盘、所述中间凸轮盘和所述外凸轮盘分别形成有以不同角度围绕所述凸轮轴定向的轴向突出的内楔形部分、中间楔形部分和外楔形部分；所述内楔形部分、所述中间楔形部分和所述外楔形部分分别与在所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板的圆周上形成的内凸轮从动板、中间凸轮从动板和外凸轮从动板能够选择性地接合；以及
(h)多个钢球，所述多个钢球被静态地放置到在每个离合器压板和所述离合器壳体之间形成的多个球状空腔内，使得当所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转时，由于所述离合器压板和所述离合器壳体之间的所述钢球的剪切力，迫使所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板沿着所述旋转轴线远离所述离合器壳体轴向移动，以分别与所述离合器基座、所述第二离合器盘和所述第一离合器盘摩擦地接合；
(i)当所述凸轮轴旋转过第一旋转角度到第一位置时，所述内凸轮盘的内楔形部分和所述外凸轮盘的外楔形部分分别压在所述内凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述太阳轴之间离合的第一离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转但所述行星架不绕转，从而设定具有第一传动比的第一档位，所述第一传动比为所述输出轴提供最低转速但最高转矩；
(j)当所述凸轮轴进一步旋转过第二旋转角度到第二位置时，所述内凸轮盘的内楔形部分和所述中间凸轮盘的中间楔形部分分别压在所述内凸轮从动板和所述中间凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述中间离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述中间离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述行星架之间离合的所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转并且所述行星架绕转，从而设定具有第二传动比的第二档位，所述第二传动比为所述输出轴提供中等的转速和转矩；以及
(k)当所述凸轮轴进一步旋转过第三旋转角度到第三位置时，所述中间凸轮盘的中间楔形部分和所述外凸轮盘的外楔形部分分别压在所述中间凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述中间离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述第一离合器盘和所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所述输入轴和所述输出轴同步旋转，所有行星齿轮停止旋转且与所述行星架一起绕转，从而设定具有第三传动比的第三档位，从而为所述输出轴提供相同的转速和转矩。
2.一种自行车传动系统，包括：
(a)输入轴，所述输入轴限定旋转轴线，并且具有设置有链轮的外端部和设置有内太阳齿轮的内端部，所述内太阳齿轮经由多个内行星齿轮和由行星架承载的多个外行星齿轮与齿圈啮合；
(b)输出轴，所述输出轴与所述齿圈连接；
(c)中空太阳轴，套在所述输入轴上，所述太阳轴具有与第一离合器盘接合的外端部和设置有外太阳齿轮的内端部，所述外太阳齿轮经由所述多个外行星齿轮与所述齿圈啮合，所述外太阳齿轮设置在所述内太阳齿轮的外侧，并且所述外太阳齿轮的尺寸大于所述内太阳齿轮的尺寸；
(d)外离合器压板，用于将所述第一离合器盘紧抓到离合器基座上，以便使所述外太阳齿轮和所述离合器基座同步旋转；
(e)中间离合器压板，用于将第二离合器盘紧抓在所述行星架上，以便使所述行星架和所述离合器基座同步旋转；
(f)内离合器压板，用于将所述离合器基座直接紧抓在离合器壳体上，以便使所述离合器基座停止旋转；以及
(g)凸轮轴，所述凸轮轴能通过电机绕所述凸轮轴的轴线旋转，所述凸轮轴包括内凸轮盘、中间凸轮盘和外凸轮盘，所述内凸轮盘、所述中间凸轮盘和所述外凸轮盘分别与在所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板上形成的内凸轮从动件、中间凸轮从动件和外凸轮从动件能够选择性地接合；使能迫使所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板沿着所述旋转轴线轴向移动，以分别与所述离合器基座、所述第二离合器盘和所述第一离合器盘摩擦地接合；
(h)由此所述凸轮轴的不同旋转角度产生了不同的离合器和齿轮组合，并且因此产生了不同的传动比。
3.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述内凸轮盘、所述中间凸轮盘和所述外凸轮盘在所述凸轮轴上轴向间隔开，并且围绕所述凸轮轴分别形成有以不同角度围绕所述凸轮轴定向的周向地且轴向地突出的内楔形部分、中间楔形部分和外楔形部分；所述内楔形部分、所述中间楔形部分和所述外楔形部分与分别形成在所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板的圆周上的所述内凸轮从动件、所述中间凸轮从动件和所述外凸轮从动件能够选择性地接合，所述内凸轮从动件、所述中间凸轮从动件和所述外凸轮从动件为内凸轮从动板、中间凸轮从动板和外凸轮从动板的形式。
4.根据权利要求3所述的自行车传动系统，其中，多个钢球被静态地放置到在每个离合器压板和所述离合器壳体之间形成的多个球状空腔中，使得当所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转时，由于在所述离合器压板和所述离合器壳体之间的钢球的剪切力，迫使所述内离合器压板、所述中间离合器压板和所述外离合器压板沿着所述旋转轴线远离所述离合器壳体轴向移动，以分别与所述离合器基座、所述第二离合器盘和所述第一离合器盘摩擦地接合。
5.根据权利要求4所述的自行车传动系统，其中，当所述凸轮轴旋转过第一旋转角度到第一位置时，所述内凸轮盘的内楔形部分和所述外凸轮盘的外楔形部分分别压在所述内凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述太阳轴之间离合的所述第一离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转但所述行星架不绕转，从而设定具有第一传动比的第一档位，所述第一传动比为所述输出轴提供最低转速但最高转矩。
6.根据权利要求5所述的自行车传动系统，其中，当所述凸轮轴进一步旋转过第二旋转角度到第二位置时，所述内凸轮盘的内楔形部分和所述中间凸轮盘的中间楔形部分分别压在所述内凸轮从动板和所述中间凸轮从动板上，并且使所述内离合器压板和所述中间离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述内离合器压板和所述中间离合器压板轴向移动，使得所述离合器基座和在所述离合器基座与所述行星架之间离合的所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所有的行星齿轮旋转并且所述行星架绕转，从而设定具有第二传动比的第二档位，所述第二传动比为所述输出轴提供中等的转速和转矩。
7.根据权利要求6所述的自行车传动系统，其中，当所述凸轮轴进一步旋转过第三旋转角度到第三位置时，所述中间凸轮盘的中间楔形部分和外凸轮盘的外楔形部分压在所述中间凸轮从动板和所述外凸轮从动板上，并且使所述中间离合器压板和所述外离合器压板旋转，其中通过所述钢球迫使所述中间离合器压板和所述外离合器压板轴向移动，使得所述第一离合器盘和所述第二离合器盘分别被摩擦地接合，并且所述输入轴和所述输出轴同步旋转，所有行星齿轮停止旋转且与所述行星架一起绕转，从而设定具有第三传动比的第三档位，从而为所述输出轴提供相同的转速和转矩。
8.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述第一离合器盘的形状为环形，并且沿着所述第一离合器盘的内圆周形成有多个齿，所述多个齿能与设置在所述太阳轴上的多个配合凹口接合。
9.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述第二离合器盘的形状为环形，并且沿着所述第二离合器盘的外圆周形成有多个齿，所述多个齿能与设置在所述离合器基座上的多个配合凹口啮合。
10.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，每个离合器盘具有摩擦表面。
11.根据权利要求4所述的自行车传动系统，其中，所述凸轮轴穿过在每个凸轮从动板上形成的开口。
12.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述凸轮轴被定向为与所述内离合器压板相切的方向。
13.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述电机被安装在所述离合器壳体中，在所述离合器壳体中安装有所述第一离合器盘、所述第二离合器盘、所述外离合器压板、所述中间离合器压板、所述内离合器压板和所述离合器基座。
14.根据权利要求4所述的自行车传动系统，其中，每个楔形部分是球状楔形的形状。
15.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，形成有螺纹孔的盖的形式的传动装置固定器设置在所述链轮的外侧，以便通过螺钉将所述传动系统固定在自行车车架上。
16.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述电机与微控制器单元连接，所述微控制器单元安装在设置在自行车上的用于自动换档的控制板上。
17.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述电机与设置在自行车上的用于手动换档的按钮连接。
18.根据权利要求2所述的自行车传动系统，其中，所述电机与用于可编程换档的智能手机连接。
19.一种自行车，包括根据权利要求2所述的传动系统。
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