CN108506432A - 用于单臂车架的变速器传动机构及其应用的轮毂组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于单臂车架的变速器传动机构及其应用的轮毂组件，采用行星齿轮传动，包括轴部件、行星轮系，所述轴部件一端装配在与单臂车架固定连接的固定架上，并与车架上的动力输入端传动连接，所述固定架和单臂车架连接的轮毂之间旋转装配，所述轴部件分别和固定架、轮毂之间旋转装配；所述轴部件的另一端通过输入转接座与行星轮系输入端周向传动装配；所述行星轮系装配在固定架和轮毂构成的空间内，行星轮系输出端与轮毂之间通过单向离合器装配，所述行星轮系的中心轮设有锁止中心轮转动的可控棘爪。轮毂组件内部还设有用于轮毂的锁止机构及驱动轮毂转动的驱动电机。本发明生产成本低、组装更方便，有利于单臂车架的自行车推广应用。

Description

用于单臂车架的变速器传动机构及其应用的轮毂组件

技术领域

本发明属于自行车机械传动技术，具体涉及一种用于单臂车架的内变速器传动机构及其应用的轮毂组件。

背景技术

单臂车架的自行车是指自行车车架的前叉架或后叉架采用单边车架支撑的方式与车轮轮毂连接，其独特的造型以及较轻的车架重量开始逐步进入到自行车市场。采用单臂车架的轮毂组件要综合考虑车轴的传动和支撑，如何实现轮毂传动的方式是解决应用单臂车架自行车的难题。

如申请号为201610218309.7、发明名称为电机、电机系统及充电和刹车方法的中国专利文件中公开了一种单臂车架自行车采用的轮毂传动方案，包括离合器单元、行星齿轮系，离合器单元用于在车轮轴和行星齿轮系之间传递力矩，行星轮系套设在车轮轴上，能够利用从离合器单元传输来的力带动内部的电机转子及轮毂转动。该技术方案将行星轮系传动机构和车轮轴结合，提供了单臂车架自行车的轮毂传动方案，该技术方案仅仅能够实现一种固定传动比的传动方案，不能够很好地解决不同的骑行需求。

另外，随着自行车智能化的发展，如智能锁车、电动骑行助力，如何使单臂车架的自行车适应智能化发展也是推广单臂车架自行车的研究重点。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的单臂车架自行车存在的轮毂传动比单一的缺陷，提供一种用于单臂车架的内变速器传动机构及其应用的轮毂组件，能够有效地解决单臂车架和轮毂之间的多速比传动，并且能够实现自行车的智能化功能设置。

本发明采用如下技术方案实现：

一种用于单臂车架的变速器传动机构，采用行星齿轮传动，包括轴部件、行星轮系，所述轴部件一端装配在与单臂车架固定连接的固定架上，并与车架上的动力输入端传动连接，所述固定架和单臂车架连接的轮毂之间旋转装配，所述轴部件分别和固定架、轮毂之间旋转装配；所述轴部件的另一端通过输入转接座与行星轮系输入端周向传动装配；所述行星轮系装配在固定架和轮毂构成的空间内，行星轮系输出端与轮毂之间通过单向离合器装配，所述行星轮系的中心轮设有锁止中心轮转动的可控棘爪。

进一步的，所述固定架通过安装座分别与行星轮系、轮毂装配；所述安装座一端面与固定架固定连接，另一端具有凸出的圆筒安装段，圆筒安装段的外圈分别与行星轮系及轮毂装配，内圈同时与轴部件旋转装配。

进一步的，所述行星轮系的棘爪通过棘爪座装配在安装座上，所述棘爪座周向定位套设在安装座上，所述棘爪通过棘爪弹簧旋转安装在棘爪座外圈的棘爪安装槽内，保持棘爪为弹起状态；所述行星轮系的中心轮旋转套设在棘爪座上，所述中心轮的内圈设有与弹起状态的棘爪嵌合的棘槽。

进一步的，所述棘爪座上还旋转套设有控制环，所述控制环的安装孔内圈设有压制棘爪和弹起棘爪的棘爪控制部，所述控制环通过传动组件与变速控制机构连接。

进一步的，所述变速控制机构为设置在轮毂内部的电机，所述安装座上周向定位装配有电机安装座，所述电机固定安装在电机安装座上，所述电机的输出轴连接一主动齿轮，所述主动齿轮与控制环外圈设置的从动轮齿啮合。

进一步的，所述控制环的外圈还设有与位置传感器配合的定位凸起，所述位置传感器与电机通过信号反馈连接。

进一步的，所述轮毂端面与一旋盖密封装配，所述旋盖与安装座旋转装配。

在本发明中，所述行星轮系采用双联行星轮，包括有两组中心轮和两组棘爪，所述控制环设置在行星轮系的一侧，棘爪采用长条结构，从棘爪座上的棘爪安装槽延伸至控制环一端，在棘爪对应所控制的中心轮位置设置棘齿部，对应的另一中心轮位置设置避空段，所述棘爪的端部统一设置控制凸起，同时实现两组棘爪中最多一个为弹起状态。

进一步的，所述行星轮系输入端为行星架，所述输入转接座与行星架连接的旋转圆周上设有相互嵌合的传动凸起和传动凹槽，嵌合后的输入转接座和行星架之间还通过轴向定位件实现轴向定位装配。

进一步的，所述行星轮系输出端包括外齿圈和行星架，所述外齿圈通过第一单向离合器与轮毂装配，所述行星架通过第二单向离合器与轮毂装配。

作为本发明的一种优选方案，所述行星轮系输出端包括外齿圈和行星架，所述外齿圈通过第一单向离合器与轮毂装配，所述行星架通过第二单向离合器与内齿圈装配。

本发明还公开了一种用于单臂车架的轮毂组件，采用上述的变速传动机构，所述轮毂外缘通过轮辐与轮胎固定安装，所述轮毂组件内部还设有用于轮毂的锁止机构，锁止机构的技术方案可参考本申请人的2016年12月6日申请的申请号为2016111109204的发明申请文件。

进一步的，所述轮毂内部还设有转速监测模块，所述转速监测模块与锁止机构的锁止电机通过信号反馈连接。

进一步的，所述轮毂内部还设有驱动轮毂转动的驱动电机。

本发明将内变速器传动机构和单臂车架的轮毂组件结合，解决了单臂车架不能设置内变速器的缺陷，提高了采用单臂车架的自行车或电动自行车的骑行舒适性，并且采用本发明的轮毂组件生产成本低、组装更方便，有利于单臂车架的自行车推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的变速器传动机构的装配示意图。

图2为实施例中的变速器传动机构的分解示意图。

图3为实施例中的安装座结构示意图。

图4为实施例中的输入转接座结构示意图。

图5为实施例中的行星架结构示意图。

图6为实施例中的内齿圈结构示意图。

图7为实施例中的第一中心轮装配示意图。

图8为实施例中的棘爪座结构示意图。

图9为实施例中的第一棘爪和第二棘爪结构示意图。

图10为实施例中的控制环结构示意图。

图11为实施例中的电机安装座结构示意图。

图12为实施例中的轮毂锁止机构装配示意图。

图中标号：

1-轴部件，11-输入转接座，111-输入转接座安装孔，1111-限位直边，112-传动凹槽，113-卡环槽，12-第一轴承，13-第二轴承，14-第三轴承，15-第四轴承，16-输入齿轮，17-轴向卡环，

2-行星轮系，21-行星架，211-行星轮安装位，212-传动凸起，2121-卡环槽，213-第二单向离合器安装外圈，22-内齿圈，221-内齿，222-第二单向离合器安装内圈，223-第一单向离合器安装外圈，23-双联行星轮，24a-第一中心轮，24b-第二中心轮，25-第一单向离合器，26-第二单向离合器，

3-轮毂，31-旋盖，32-密封圈，33-内衬

4-固定架，41-安装座，411-轴承安装段，4111-限位槽，412-定位安装段，4121-定位缺口，

51-棘爪弹簧，52-控制环，521-控制环安装孔，5211-棘爪控制部，522-从动轮齿，523-定位凸起，53-棘爪座，531-棘爪座安装孔，5311-棘爪座限位凸起，532-棘爪安装槽，533-棘爪弹簧安装槽，54-棘爪，54a-第一棘爪，54b-第二棘爪，541-控制凸起，542-棘齿部，543-弹簧安装部，544-旋转部，545-避空段，55-主动齿轮，56-电机安装座，561-电机安装座安装内孔，5611-电机安装座限位凸起，562-电机安装孔，57-电机，

6-锁止机构，61-第一锁件，62-第二锁件，63-开关件，64-锁环，641-锁槽，65-旋转控制块，66-锁止电机，67-钢丝，68-锁件安装板，

7-刹车器。

具体实施方式

实施例

参见图1和图2，图示中的一种用于单臂车架的轮毂组件为本发明的优选方案，包括变速器传动机构以及设置在轮毂上的锁止机构6、刹车器7等。

其中变速器传动机构包括轴部件1、行星轮系2及若干变速控制部件。具体的，轴部件1一端旋转装配在固定架4上，固定架4与单臂车架的叉架端部一体设置，同时与对应的轮毂3之间相对旋转装配，轴部件1靠近固定架4的一端与车架上设置的动力输入端传动连接，具体单臂车架的结构可参考现有技术中的单臂车架自行车。轴部件1的另一端则通过行星轮系2与单臂车架对应的轮毂3连接。由于轴部件同时作为传动件以及轮毂和车架之间的支撑件，轴部件1两端部分别与固定架4和轮毂3之间通过第四轴承15和第一轴承12装配，实现轴部件1对固定架1和轮毂3之间的旋转支撑，同时，固定架4整体固定，轴部件1和轮毂3之间可相对自由转动，实现行星轮系的变速传动。

本实施例中的轴部件1的端部装配有输入齿轮16，对应的车架动力输入端采用齿轮轴传动机构，与输入齿轮16传动连接，在实际应用中，动力输入端还可采用皮带传动或链传动等传动机构。

如图1中所示，固定架4一端与单臂车架一体固连，另一端面连接一安装座41，通过安装座41与轴部件1及行星轮系2装配。安装座41一端面通过法兰结构与固定架4固定连接，另一端为延伸的圆筒安装段，如图3所示，该安装段上分为轴承安装段411和定位安装段412，其中轴承安装段411的外圈通过第三轴承14与轮毂3之间旋转装配，轴承安装段411的内圈通过第二轴承13与轴部件1之间旋转装配，提高轴部件1作为支撑件的支撑强度。定位安装段412则用于装配行星轮系2，行星轮系2套装在定位座上，并封装在轮毂内部。

轮毂3的端面与旋盖31通过密封圈32实现密封装配，该旋盖32通过第三轴承14与安装座的轴承安装段411的外圈旋转装配，本实施例中的轴承均采用密封轴承。在轮毂3的外周固定设有刹车片，在安装座上固定设有夹器和刹车片配合，形成单臂车架的刹车器7，本发明的刹车器不仅限于碟片式刹车器，还可采用其他自行车轮毂上使用的已知刹车器类型。

行星轮系2包括行星架21、内齿圈22、双联行星轮23和两组中心轮24，其中中心轮24套装在轴部件1上，行星架21作为行星轮系输入端，与轴部件1之间通过输入转接座11实现动力连接。如图4所示，输入转接座11为一盘装构件，其中心设有输入转接座安装孔111，输入转接座11通过输入转接座安装孔111同轴套装在轴部件1上，在输入转接座安装孔111和轴部件1的外圈之间分别设有限位直边1111，实现轴部件1和输入转接座11之间的周向定位装配。输入转接座11的转动圆周上设有若干传动凹槽112，在行星架21与输入转接座11接触的转动圆周端面设有与传动凹槽112嵌合的传动凸起212，如图5中所示，输入转接座11和行星架21之间的传动凹槽112和传动凸起212嵌合，实现输入转接座11和行星架21之间的周向传动装配，将轴部件1的旋转动力传递至行星架21，在嵌合后传动凸起212和传动凹槽112的外圆周上还分别设有能够拼成完整圆周的卡环槽113、2121，在拼合后的卡环槽113、2121内装配轴向卡环17，在输入转接座11和行星架21周向传动装配的同时，还通过轴向定位件实现两者之间的轴向定位装配。

参见图5和图6，本实施例中的行星架21和内齿圈22均可作为行星轮系2的输出件与轮毂3连接。在行星架21的圆周上设有若干装配双联中心轮的行星轮安装位211，行星架211的外圈上还设有用于安装第二单向离合器的第二单向离合器安装外圈213，第二单向离合器26套设在第二单向离合器安装外圈213上，实现旋转动力由行星架21直接单向输出至轮毂3。在内齿圈22的内圈设有与双联中心轮其中一组中心轮啮合的内齿211，内齿圈22的外圈设有用于安装第一单向离合器的第一单向离合器安装外圈223，第一单向离合器25套设在第一单向离合器安装外圈223上，第一单向离合器25的外圈嵌合在轮毂3内壁镶嵌的内衬33上，实现旋转动力由行星轮系变速后由内齿圈22单向输出至轮毂3。

行星架21和内齿圈22可分别通过第二单向离合器26和第一单向离合器25与轮毂内圈装配，本实施例考虑到降低轮毂内部的安装轴向尺寸，将行星架21通过第二单向离合器26与内齿圈22装配，在内齿圈22的内圈还设有用于装配第二单向离合器26的第二单向离合器安装内圈222，在行星架21作为输出时，行星架21通过第二单向离合器26单向传动内齿圈22，内齿圈22通过第一单向离合器25将旋转动力单向输出至轮毂3，而内齿圈22作为输出时，内齿圈22的转速会超越行星架21，第二单向离合器被超越，不会影响行星架21的正常转动。

第一单向离合器25和第二单向离合器26均可采用棘爪式超越离合器或钢球式超越离合器，其结构方式及安装方式可参考现有自行车轮毂内的棘爪设置方式。

本实施例中采用双联行星轮23和两组中心轮24作为变速传动齿轮，通过两组棘爪54分别控制中心轮的转动和停转，可实现三种速比的变换。以第一中心轮24a的装配为例进行说明。如图7和图8所示，第一中心轮24a通过棘爪座53旋转装配在轴部件1上，其中，棘爪座53上设有棘爪座安装孔531，棘爪座53通过棘爪座安装孔531套装在安装座的定位安装段412上，在安装座41的定位安装段412的圆周上设有圆弧的定位缺口4121，在棘爪座安装孔531上设有对于对应圆弧的棘爪座限位凸起5311，相互嵌合的定位缺口4121和棘爪座限位凸起5311将棘爪座周向定位装配在安装座上，限定棘爪座53转动，第一中心轮24a转动套装在棘爪座53上，可相对棘爪座自由转动。在棘爪座53上设有轴向的棘爪安装槽532，在棘爪安装槽532内安装第一棘爪54a，第一棘爪54a通过棘爪弹簧51固定在棘爪安装槽532内，并保持棘爪初始为弹起状态，第一中心轮24a套装在第一棘爪54a所在位置的棘爪座上，在第一中心轮24a的内圈设有与第一棘爪54a单向啮合的棘槽，第一棘爪54a弹起后，嵌入棘槽内将第一中心轮24a单向锁止，第一棘爪54a压下后，第一中心轮24a可自由转动。

第二中心轮24b的结构及安装方式与第一中心轮24a相同，不同的是，两组中心轮同轴并排装配，对应的两组棘爪54的棘齿部542位置不同。如图9所示，第一棘爪54a对应第一中心轮的棘齿部542和第二棘爪对应第二中心轮的棘齿部542相互错开，为了降低生产成本，第一棘爪54a和第二棘爪54b采用相同长度，在棘爪座53上加工的棘爪安装槽532的长度一致，第一棘爪54a和第二棘爪54b上依次分别设有控制凸起541、棘齿部542、弹簧安装部543，第一棘爪54a和第二棘爪54b的背部为圆弧柱面的旋转部544，棘爪安装槽532的底面为对应的圆柱面槽，便于棘爪在棘爪安装槽内旋转摆动，第一棘爪54a和第二棘爪54b设置控制凸起541的一端延伸至行星轮系的同一端与控制环52连接，控制环52通过变速控制机构推动控制凸起541实现棘爪的棘齿部弹起和压下，由于采用双联行星轮，因此在变速过程中，应当保证最多只有一个中心轮的棘爪为弹起状态。第一棘爪54a和第二棘爪54b为采用长条结构，从棘爪座上的棘爪安装槽延伸至控制环一端，在棘爪对应所控制的中心轮位置设置棘齿部541，对应的另一中心轮位置则设置避空段545。

如图10所示，控制环52中心设有控制环安装孔521，控制环52通过控制环安装孔521旋转套装在棘爪座53上，在控制环安装孔521的内圈设有分别对应两组棘爪54的棘爪控制部5211，棘爪控制部5211为设置在控制环安装孔521内圈上的凹槽，挡控制环安装孔521的内圈与棘爪的控制部接触时，将棘爪的棘齿部压下，对应的中心轮处于自由转动状态，当棘爪控制部5211的凹槽与棘爪的控制部接触时，棘爪的棘齿部在棘爪弹簧的作用下弹起，对应的中心轮为限制转动状态。

控制环52可通过自行车的外部的变速控制机构连接控制，如拉线控制机构，也可采用电动控制变速。如图11所示，本实施例中在安装座上还固定设有一电机安装座56，该电机安装座56通过电机安装座安装内孔561套装在安装座41的安装定位段412上，在电机安装座安装内孔561的内圈设有弧形的电机安装座限位凸起5611，采用与棘爪座相同的周向定位方式套装在安装座上，在电机安装座56上设有电机安装孔562，电机57固定安装在电机安装座56上，其电机输出轴穿过电机安装孔562连接一主动齿轮55，主动齿轮55与控制环52的外圆周上设置的从动轮齿522啮合，带动控制环52正反转动。在控制环52的转动外圈还设有与位置传感器配合的定位凸起523，所述位置传感器与电机通过信号反馈连接，反馈控制电机的转动角度与控制环52的挡位转动角度匹配，实现控制环对挡位的精准定位。具体关于位置传感器反馈控制电机属于常用的自动控制技术，本实施例在此不对其具体工作原理进行赘述。

本实施例描述的是三个挡位的三速传动机构，但本发明的权利要求保护范围不仅限于三速传动机构。本实施例的动力传动路线如下：动力输入端将动力传递至轴部件1，轴部件1通过输入转接座11带动行星架21同步旋转，旋转动力可通过行星架直接输出或者通过行星轮系变速传动后，由内齿圈22输出至轮毂3。

以下详细说明本实施的三个挡位传动路线：

第一挡位：变速控制机构通过控制环52将第一中心轮24a和第二中心轮24b处于自由转动状态，此时行星轮和中心轮不传递动力，此时轴部件1通过输入转接座11带动行星架21旋转，行星架21直接通过第二单向离合器26带动内齿圈22旋转，内齿圈22通过第一单向离合器25带动轮毂3旋转，该挡位为直接挡；

第二挡位：变速控制机构通过控制环52将第一中心轮24a固定，轴部件1通过输入转接座11带动行星架21旋转，双联行星轮23和第一中心轮24a传动，带动内齿圈22通过第一单向离合器25输出动力至轮毂3，根据行星轮系原理，内齿圈22转速高于行星架21，第二单向离合器26被超越，内齿圈不影响行星架转动，该挡位为第一增速挡；

第三挡位：变速控制机构通过控制环52将第二中心轮24b固定，轴部件1通过输入转接座11带动行星架21旋转，双联行星轮23和第二中心轮24b传动，带动内齿圈22通过第一单向离合器25输出动力至轮毂3，根据行星轮系原理，内齿圈22转速高于行星架21，第二单向离合器26被超越，内齿圈不影响行星架转动，该挡位为第二增速挡，第二增速挡的传动速比高于第一增速挡。

参见图12，本实施中的轮毂组件还可在轮毂内部设置锁止机构6，锁止机构6可参考本申请人的2016年12月6日申请的申请号为2016111109204的发明申请文件，锁止机构6包括第一锁件61、第二锁件62、开关件63和锁环64，其中锁环64作为旋转输出件与轮毂3的内壁固定镶嵌，锁环64随轮毂3一同旋转，在锁环64的旋转圆周上设有若干锁槽641；第一锁件61和第二锁件62分别弹性铰接在两个铰接点，第一锁件61上设有可嵌入锁槽中的锁块，第二锁件62与第一锁件61在两铰接点所在直线外的另一点位置相互抵接，将第一锁件61上的锁块嵌入锁槽641中；开关件63与锁止控制系统连接，其上具有依次拨动第二锁件62和第一锁件61的第一解锁结构和第二解锁结构。

锁环64采用一环形回转结构，其圆周与轮毂3的内壁镶嵌固连，可采用花键连接等周向定位结构装配在轮毂3的内壁，与轮毂3一同转动。在锁环64设有若干锁槽641，锁槽641分布在锁环64的旋转圆周上，包括可设置在环形结构的旋转输出件的外圆周、内圆周上，该锁槽641用于与第一锁件61和第二锁件62构成的稳定锁止结构配合，将锁环64连同轮毂一同锁定。

第一锁件61和第二锁件62为两个摆杆构件，两个锁件的摆动点分别弹性铰接在两个铰接点，弹性铰接是指的在第一锁件或第二锁件的铰接点位置设置扭簧或者拉簧，通过弹簧的弹力使两个锁件分别绕铰接点具有弹性回弹力。第一锁件61上设有嵌入锁槽641的锁块，同时第二锁件62与第一锁件61在两铰接点所在直线外的另一点位置相互抵接，第一锁件61的锁块嵌入锁槽时，第二锁件62在其弹性回弹力的作用下与第一锁件61固定抵接，即第一锁件61、第二锁件62的两个铰接点和抵接点之间可形成一个三角形，第一锁件61和第二锁件62之间通过三角支撑，将第一锁件61上的锁块可靠地嵌入锁槽641中，实现对锁环64的可靠锁止。

第一锁件61和第二锁件62之间通过相互嵌合的结构实现有效抵接，在第一锁件61的抵接位置设有锁止角，第二锁件62的抵接位置设有锁止卡口，锁止角与锁止卡口在两个锁件抵接时可靠嵌合固定，锁止角和锁止卡口的角度及开口方向应当保证在第一锁件和第二锁件反向摆动时，能够顺利脱离。锁止角和锁止卡口的位置关系可在两个锁件之间调换。

第一锁件61和第二锁件62的解锁通过开关件63实现。开关件63同样为一摆杆构件，其一端铰接设置，在非铰接点位置上设有依次拨动第二锁件62和第一锁件61的解锁结构，通过首先将第二锁件62反向拨开，解除第二锁件对第一锁件的位置约束，然后再拨动第一锁件61，将第一锁件61上的锁块从锁环64上的锁槽641中脱出，完成解锁。

具体的，本实施例中第一锁件61、第二锁件62和开关件63均为板状板件，第一锁件61和第二锁件62之间在同一平面内抵接锁止，开关件63则平行于两个锁件抵接的平面布置。在开关件63上分别设有在解锁方向上拨动第二锁件62的第一解锁边和拨动第一锁件61的第二解锁块，对应的在第二锁件62上设有与第一解锁边接触的第一解锁块，在第一锁件61上设有与第二解锁块接触的第二解锁边。实际应用中，解锁块和解锁边的位置关系可在两个锁件和开关件之间调换设置，两个锁块均凸出板件的表平面设置，对应的解锁边推动解锁块或者解锁块推动解锁边实现锁件的摆动。

在第一锁件61和第二锁件62完成解锁后，开关件63可对两个锁件的解锁状态进行保持，优选的，本实施例在第一锁件61和第二锁件62之间还设有相互勾结的钩结构作为解锁保持结构，具体包括设置在第一锁件61上的第一解锁保持钩和设置在第二锁件62上的第二解锁保持钩。在开关件63的第二解锁块将第一锁件61推动至解锁状态后，第二锁件62的第一解锁块与开关件63的第一解锁边分离，第二锁件62在自身弹性回弹力作用下回摆一定角度，此时第二锁件62上的第二解锁保持钩和第一锁件61上的第一解锁保持钩之间钩搭连接，此时第二锁件62再次对第一锁件61形成约束，防止第一锁件61回摆。解锁保持结构的设置可避免在开关件63连接的锁止控制系统出现故障的情况下，第一锁件61回摆造成误锁止。

开关件63上还设有解钩结构，用于分开解锁状态下第一锁件61和第二锁件62之间钩连的钩结构，实现对锁止机构的锁止操作。具体的，在开关件63上设置另一段侧边作为解钩边，解钩边与第一解锁边的作用相似，从另一个方向推动第二锁件62上的第一解锁块(若第二锁件62上设置的是解锁边，则开关件上设置凸出的解钩块)，解除第二锁件62通过钩结构对第一锁件61的约束，此时第一锁件61在自身弹性回弹力的作用下回摆，直至第二锁件62的锁块重新嵌入锁环64的锁槽641内，开关件持续摆动后，解钩边和第二锁件62的第一解锁块分离，此时第二锁件62在自身弹性回弹力的，将锁止卡口重新与第一锁件61的锁止角嵌合抵接，完成锁止动作。

本实施例将第一锁件61的锁块两侧的锁块接触边和锁环64的锁槽641两侧的锁槽接触面之间设置成楔面接触，可以将锁块和锁槽的接触位置加工成斜面或斜边，也可以是锁块和锁槽之间的安装角度使两者之间呈楔面接触，在没有第二锁件62约束的情况下，无论锁环64从哪个方向转动，锁槽接触面均通过该楔面配合将锁块连同第一锁件61从锁槽中推出，而第二锁件62通过三角支撑对第一锁件61形成约束后，则能够可靠地将锁块限定在锁槽内，旋转输出件实现正反两个方向锁止。相应的，在解锁过程中，如第一锁件61的锁块在未完全嵌入锁槽641中时，第二锁件62在锁止卡口的一侧设置连续保持边，在锁块从刚进入锁槽到完全进入锁槽的极限位置过程中，第一锁件61的锁止角始终与第二锁件62上的连续保持边滑移接触。

上述设置的目的是为了保证本实施例的自行车车轮在高速转动(如在骑行中)误操作，在车轮高速转动的过程中，带动锁环64高速转动，此时控制锁止机构进行锁止操作，第一锁件61的锁块在部分进入锁环64的锁槽641中后，会由转动的锁槽反复将锁块连同第一锁件推出，此时第一锁件61的锁止角在第二锁件62的连续保持边上往复滑移，第二锁件62并不会对第一锁件61形成有效的约束，此时锁止机构会发出连续的滴答撞击声(锁槽反复推出锁块)提醒骑行者出现了误锁操作，且会给旋转输出件即车轮带来阻力减速。这样的设置不会造成锁止机构或者轮毂内部结构因高速锁止而损坏，有效避免骑行过程中因误锁出现意外事故。

本实施例中的开关件63可与第一锁件61同轴铰接，开关件63与锁止控制系统连接，锁止控制系统可采用手动控制，即通过自行车上的拉线系统实现手动控制，也可采用电动控制，通过电机66来带动开关件63摆动。

电机66可直接与开关件63的摆动轴对接，通过电机正反转带动开关件往复摆动，也可如本实施例中所示，电机66的输出端连接一旋转控制块65，旋转控制块65上设置非圆电机轴安装孔，与电机66的输出轴连接，驱动旋转控制块65做回转运动，在旋转控制块65的回转圆周上设置第二控制钢丝连接孔，与钢丝67的一端固定连接，在开关件63的非铰接点设置第一控制钢丝连接孔，与钢丝67的另一端固定连接。旋转控制块65转动一定角度，则通过钢丝67带动开关件63实现一定角度的摆动，控制锁止电机的正反转，则可控制开关件63的摆动方向。

钢丝67应当具有足够的刚性，能够拉动和推动开关件63进行摆动。

电机66可设置信号传输模块，通过有线信号或者无线信号实现对电机的自动控制，也可设置成手机APP控制模式，适用于网络公共自行车的自动租赁。关于通过有线信号或无线信号控制电机为常用的电机控制技术，本领域技术人员可根据实际需求进行选择设计，本实施例在此不做赘述。

本实施例中在锁环64的锁槽641、第一锁件61的锁块以及第二锁件62上设置机械式的防误操作结构，在采用电动控制锁止操作的基础上，本实施例还采取了自动防误操作设置。

具体的，本实施例的锁止控制系统还包括有转速传感器，转速传感器与电机通过信号连接，本实施例中的转速传感器采用霍尔传感器实现转速测定，在锁环64或者其连接的旋转件的旋转圆周固定设置一磁钢，在将霍尔传感器通过传感器安装座朝向磁钢固定设置，锁环64或其连接的旋转件转动一周，则霍尔传感器接受到一次信号，计转动一圈，进而计算出此时的转速，同时在系统内设定一保护转速，当霍尔传感器检测到的转速超过保护转速时，断开电机与外部信号联系的通道，电机不执行任何操作，或保持控制信号，当速度低于保护转速时执行操作命令，当霍尔传感器检测到的转速低于保护转速时，电机可根据外部信号进行相应的锁止动作。这样可从电子和机械两个方面有效防止误操作，提高了锁止结构的可靠性和安全性。

转速传感器还可作为自行车的车速监测模块，通过移动显示模块实时接收显示骑行速度。

本实施例中轮毂组件中，锁环64与自行车车轮的轮毂3内壁固定连接，第一锁件61、第二锁件62、开关件63、电机66均设置在同一锁件安装板68上，锁件安装板68则与对应轮毂组件的安装座41固定连接，将整个锁止机构封装在自行车的轮毂壳体内。

本实施例的锁止机构工作过程如下。

在锁止状态下，此时自行车停止，车轮转速为零，锁环64正反两方向均不转动，第一锁件61在第一扭簧的回弹力作用下将锁块嵌入锁环64的锁槽641内，同时第二锁件62在第二扭簧的回弹力作用下与第一锁件61抵接，相互抵接处的锁止角和锁止卡口固定嵌合，使第一锁件61和第二锁件62之间形成稳定的三角支撑结构，对锁环64及其连接的车轮轮毂形成锁止，第二锁件62对第一锁件61形成约束，防止第一锁件61的锁块从锁槽641中脱出。

解锁时，开关件63在锁止控制系统(本实施例的电机和控制钢丝)驱动下逆时针摆动，开关件63上的第一解锁边首先与第二锁件62上的第一解锁块接触，随着开关件63继续摆动，第一解锁边推动第一解锁块，使第二锁件62克服自身回弹力逆时针摆动；在摆动到一定角度后，第二锁件62和第一锁件61之间抵接嵌合的锁止卡口和锁止角分离，此时开关件63上方设置的第二解锁块与第一锁件61上方的第二解锁边接触，随着开关件的继续摆动，第二解锁块推动第二解锁边，克服第一锁件61自身回弹力逆时针摆动，使第一锁件61的锁块从锁槽641中脱出，实现解锁。

在第一锁件61的锁块完全从锁槽641中脱出后，第二锁件62的第一解锁块失去开关件63的约束回弹，其上设置的第二解锁保持钩与第一锁件61上的第一解锁保持钩钩接，此时，第二锁件62重新对第一锁件61建立一个约束，防止第一锁件61在自身回弹力的作用下将锁块误嵌入锁槽内。同时开关件可在锁止控制系统的作用下保持位置。

在将解锁状态解除，将锁止机构重新锁止时，开关件63在锁止控制系统驱动下顺指针回摆，此时，开关件63上方设置的解钩边与第二锁件62的第一解锁块的另一方向接触，随着开关件63的持续回摆，解钩边推动第一解锁块，克服第二锁件62自身回弹力逆时针摆动，将第二锁件62和第一锁件61之间钩搭的第二解锁保持钩和第一解锁保持钩分离，分离后，第二锁件62消除对第一锁件61的约束，第一锁件61在自身回弹力以及开关件63上的第二解锁块回位作用下重新向锁环64上的锁槽641嵌入。

如在锁止过程中，自行车车轮处于高速转动状态(骑行过程中误操作锁止)，在第一锁件61的锁块刚开始进入锁环64的锁槽641时，锁槽641两侧的锁槽接触面与锁块的锁块接触边为楔面配合，同时第一锁件61的锁止角与第二锁件62的保持边接触，此时在旋转输出件高速转动的过程中，第二锁件62来不及对第一锁件61建立有效的约束，锁槽641和锁块之间的楔面配合会将锁块连同第一锁件61往复推出锁块进入的锁槽，同时第一锁件61的锁止角则与第二锁件62的保持边来回滑动，保证自行车在骑行过程中不能够可靠锁止。在车轮停止转动后，锁环64停止转动，此时第一锁件61上的锁块可完全嵌入其中一个锁槽641，此时第二锁件62上的锁止卡口与第一锁件61上的锁止角嵌合，完成可靠锁止。

在上述控制流程中，设定一保护转速，在自行车低于该保护转速时，电机可以控制锁止机构进行解锁或锁止，在自行车高于该保护转速时，切断电机接受控制信号，锁止机构处于失效状态。实现从机械机构和自控控制两个方面对误锁止操作进行保护。所述轮毂内部设置一转速监测模块，所述转速监测模块与锁止机构的锁止电机通过信号反馈连接，具体关于如何通过转速控制电机为常规自动控制技术，本实施例在此不对其具体工作原理进行赘述。

在实际应用中，本实施例的轮毂组件内部还可设置直接驱动轮毂转动的驱动电机，实现轮毂组件在电动助力自行车上的应用。

以上实施例是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.一种用于单臂车架的变速器传动机构，采用行星齿轮传动，包括轴部件、行星轮系，其特征在于，

所述轴部件一端装配在与单臂车架固定连接的固定架上，并与车架上的动力输入端传动连接，所述固定架和单臂车架连接的轮毂之间旋转装配，所述轴部件分别和固定架、轮毂之间旋转装配；

所述轴部件的另一端与行星轮系输入端周向传动装配；

所述行星轮系装配在固定架和轮毂构成的空间内，行星轮系输出端与轮毂之间通过单向离合器装配，所述行星轮系的中心轮设有锁止中心轮转动的可控棘爪。

2.根据权利要求1所述的一种用于单臂车架的变速器传动机构，所述固定架通过安装座分别与行星轮系、轮毂装配；

所述安装座一端面与固定架固定连接，另一端具有凸出的圆筒安装段，圆筒安装段的外圈分别与行星轮系及轮毂装配，内圈与轴部件旋转装配。

3.根据权利要求2所述的一种用于单臂车架的变速器传动机构，所述轴部件通过输入转接座与行星轮系输入端周向传动装配。

4.根据权利要求3所述的一种用于单臂车架的变速器传动机构，所述行星轮系的棘爪通过棘爪座装配在安装座上，所述棘爪座周向定位套设在安装座上，所述棘爪通过棘爪弹簧旋转安装在棘爪座外圈的棘爪安装槽内，保持棘爪为弹起状态；

所述行星轮系的中心轮旋转套设在棘爪座上，所述中心轮的内圈设有与弹起状态的棘爪嵌合的棘槽。

5.根据权利要求4所述的一种用于单臂车架的变速器传动机构，所述棘爪座上还旋转套设有控制环，所述控制环的安装孔内圈设有压制棘爪和弹起棘爪的棘爪控制部，所述控制环通过传动组件与变速控制机构连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于单臂车架的变速器传动机构，所述变速控制机构为设置在轮毂内部的电机，所述安装座上周向定位装配有电机安装座，所述电机固定安装在电机安装座上，所述电机的输出轴连接一主动齿轮，所述主动齿轮与控制环外圈设置的从动轮齿啮合。

7.根据权利要求6所述的一种用于单臂车架的变速传动机构，所述控制环的外圈还设有与位置传感器配合的定位凸起，所述位置传感器与电机通过信号反馈连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于单臂车架的变速传动机构，所述轮毂端面与一旋盖密封装配，所述旋盖与安装座旋转装配。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种用于单臂车架的变速传动机构，所述行星轮系采用双联行星轮，包括有两组中心轮和两组棘爪，所述控制环设置在行星轮系的一侧，棘爪采用长条结构，从棘爪座上的棘爪安装槽延伸至控制环一端，在棘爪对应所控制的中心轮位置设置棘齿部，对应的另一中心轮位置设置避空段，所述棘爪的端部统一设置控制凸起，同时实现两组棘爪中最多一个为弹起状态。

10.根据权利要求9所述的一种用于单臂车架的变速传动机构，所述行星轮系输入端为行星架，所述输入转接座与行星架连接的旋转圆周上设有相互嵌合的传动凸起和传动凹槽，嵌合后的输入转接座和行星架之间还通过轴向定位件实现轴向定位装配。

11.根据权利要求10所述的一种用于单臂车架的变速传动机构，所述行星轮系输出端包括外齿圈和行星架，所述外齿圈通过第一单向离合器与轮毂装配，所述行星架通过第二单向离合器与轮毂装配。

12.根据权利要求10所述的一种用于单臂车架的变速传动机构，所述行星轮系输出端包括外齿圈和行星架，所述外齿圈通过第一单向离合器与轮毂装配，所述行星架通过第二单向离合器与内齿圈装配。

13.一种轮毂组件，其特征在于，采用权利要求1-12中的变速传动机构，所述轮毂外缘通过轮辐与轮胎固定安装，所述轮毂组件内部还设有用于轮毂的锁止机构。

14.根据权利要求13所述的一种轮毂组件，所述轮毂内部还设有转速监测模块，所述转速监测模块与锁止机构的锁止电机通过信号反馈连接。

15.根据权利要求13所述的一种轮毂组件，所述轮毂内部还设有驱动轮毂转动的驱动电机。