CN109311523B - 轮毂齿轮 - Google Patents

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CN109311523B CN201780034648.2A CN201780034648A CN109311523B CN 109311523 B CN109311523 B CN 109311523B CN 201780034648 A CN201780034648 A CN 201780034648A CN 109311523 B CN109311523 B CN 109311523B
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Abstract

一种多速轮毂齿轮，包括：一轮轴(101)，适于被固定以防止旋转；一轮毂壳；多个行星齿轮组(109)，各包括：一中心齿轮，同心地固定在所述轮轴上；一旋转齿轮架，将至少一旋转齿轮安装成围绕所述中心齿轮的所述中心回转；及一齿圈，通过所述至少一旋转齿轮进行旋转；其中所述多个行星齿轮组中的一个的一相应的所述齿圈机械连接到所述多个行星齿轮组中的另一个的一相应的所述旋转齿轮架，使得所述多个行星齿轮组相联接而一起旋转；及一齿轮变速器，适于将所述多个行星齿轮组中的至少一个啮合到所述轮毂壳，同时使所述多个行星齿轮组中的另一个与所述轮毂壳解除啮合。

Description

轮毂齿轮
发明领域及背景技术
本发明，在一些实施例中，涉及一种轮毂齿轮，更具体地但非限制地，涉及一种多速轮毂齿轮，其中所述传动比通过啮合一个行星齿轮组，同时解除啮合相联接而一起旋转的另一个行星齿轮组而改变。
一传统的变速传动轮毂使用包括多个齿圈、多个旋转齿轮及多个中心齿轮的一行星齿轮系。扭矩通过所述齿圈或所述多个旋转齿轮的托架被输入到所述行星齿轮系，通过一离合器控制，所述离合器与齿圈或齿轮啮合，从而控制所述行星齿轮系内的扭矩路径及用于各种速度的多个太阳齿轮的自由度。
发明内容
根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种多速轮毂齿轮，所述多速轮毂齿轮包括：一轮轴，适于被固定以防止旋转；一轮毂壳；多个行星齿轮组，每一个所述行星齿轮组包括：一中心齿轮，同心地固定在所述轮轴上；一旋转齿轮架，将至少一旋转齿轮安装成围绕所述中心齿轮的所述中心回转；及一齿圈，通过所述至少一旋转齿轮进行旋转；其中所述多个行星齿轮组中的一个的一相应的所述齿圈机械连接到所述多个行星齿轮组中的另一个的一相应的所述旋转齿轮架，使得所述多个行星齿轮组相联接而一起旋转；以及一齿轮变速器，适于将所述多个行星齿轮组中的至少一个啮合到所述轮毂壳，同时使所述多个行星齿轮组中的另一个与所述轮毂壳解除啮合。每个行星齿轮组都以一不同的速度旋转，因此通过将所述负载转移到以一正确速度旋转的一行星齿轮组，这允许在负载下切换齿轮。
可选地，所述齿轮变速器包括至少一线性促动器，所述线性促动器具有平行于所述轮轴的一运动轴线，并且通过所述至少一线性促动器沿着所述运动轴线的一线性运动而完成所述多个行星齿轮组与所述轮毂壳的所述啮合及所述解除啮合。
更可选地，所述至少一线性促动器包括多个非线性狭缝，每个非线性狭缝横向地将一销定位在所述销将所述多个行星架中的一个啮合到所述轮毂壳的一位置上以及定位在所述销使所述多个行星架中的一个与所述轮毂壳解除啮合的另一位置上。
可选地，所述啮合及所述解除啮合包括：同时使所述多个行星齿轮组中的一个的一行星架解除啮合，并且啮合所述多个行星齿轮组中的下一个的一行星架。
可选地，所述多个行星齿轮组具有相同的传动比。
可选地，所述多个行星齿轮组具有不同的传动比。
可选地，所述啮合及所述解除啮合还包括使所述多个行星齿轮组中的至少一个部分解除啮合，使得所述多个行星齿轮组中的所述至少一个相对于所述轮毂壳以一较低的速度自由旋转。
可选地，所述多速轮毂齿轮还包括多个可锁定轴承，每一个所述可锁定轴承同心地安装在所述多个齿圈其中之一与所述轮毂壳之间；其中所述啮合及所述解除啮合是通过改变所述多个可锁定轴承中的至少一个在一锁定位置与一解锁位置之间的定位而完成的，其中在所述锁定位置处所述可锁定轴承的多个滚子被锁定，在所述解锁位置处所述可锁定轴承的多个滚子未被锁定并且可自由旋转。
更可选地，所述啮合及所述解除啮合还包括通过将所述多个可锁定轴承中的至少一个的定位改变到一部分解锁位置而部分地啮合所述多个行星齿轮组中的至少一个，其中在所述部分解锁位置处所述可锁定轴承的多个滚子允许通过所述外部单向环锁定，并且所述可锁定轴承作为一单向轴承操作。
更可选地，所述多个可锁定轴承中的每一个包括一外部单向环及两个环形壳板，所述两个环形壳板包括多个凹陷，所述凹陷松配合地将所述多个滚子保持在所述两个环形壳板之间；其中所述两个环形壳板相对于所述单向环旋转并且在所述锁定位置及所述解锁位置之间移动所述多个滚子，其中在所述锁定位置处所述多个滚子被所述外部单向环锁定，在所述解锁位置处所述多个滚子并未被所述外部单向环锁定。
更可选地，所述多个滚子中的每一个通过一弹簧抵靠所述外部单向环的一倾斜表面被推入所述锁定位置。
更可选地，所述两个环形壳板通过固定在所述两个环形壳板中的一个上的一销而进行旋转，所述销通过所述至少一线性促动器横向转移到不同位置。
可选地，通过一调速器根据所述轮毂壳的一转速来启动所述齿轮变速器。
更可选地，所述调速器包括一驱动板，当所述调速器的一转速增加时，所述驱动板推动所述齿轮变速器。
可选地，所述调速器包括一复位弹簧，当所述调速器的一转速减少时，所述复位弹簧将所述驱动板拉到一初始位置。
更可选地，所述调速器包括至少一配重块，所述配重块具有靠近所述轮轴的一初始位置，当所述调速器的一转速增加时，所述至少一配重块通过施加的一离心力被推动远离所述轮轴。
更可选地，所述至少一配重块推动一驱动板，当所述调速器的一转速增加时，所述驱动板推动所述齿轮变速器。
更可选地，所述至少一配重块推动机械连接到所述至少一配重块的至少一推动转板，当所述调速器的一转速增加时，所述至少一推动转板推动用于推动所述齿轮变速器的一驱动板。
更可选地，所述调速器包括一调速器行星齿轮组，所述调速器行星齿轮组包括：一调速器旋转齿轮架，固定在所述轮轴上并且安装有至少一调速器旋转齿轮；一调速器齿圈，同心地固定到所述轮毂壳；及一调速器中心齿轮，机械连接到一调速器底座，使得所述调速器底座转动快于所述轮毂壳。
更可选地，所述调速器包括至少一速度传感器及至少一个电动机，所述电动机电性连接到所述至少一速度传感器并且激活所述齿轮变速器。
可选地，所述多速轮毂齿轮还包括：一双重单向轴承机构，用以驱动所述轮毂壳。
更可选地，所述双重单向轴承机构包括：一第一单向轴承，将一链轮连接到所述多个行星齿轮组中的一第一个的一第一旋转齿轮架上，使得所述链轮驱动所述第一个的行星齿轮组；及一第二单向轴承，将所述第一个的旋转齿轮架连接到所述轮毂壳，使得所述链轮也驱动所述轮毂壳。
更可选地，所述第一单向轴承及所述第二单向轴承中的至少一个包括一捕获滚子机构。
更可选地，所述第一单向轴承及所述第二单向轴承中的至少一个包括一楔块离合器机构。
更可选地，所述第一单向轴承及所述第二单向轴承中的至少一个包括一棘轮机构。
可选地，所述多速轮毂齿轮用于一轮式车辆，所述轮轴适于被固定在一轮式车架的一轮架中以防止旋转，并且所述轮毂壳机械连接到一车轮。
根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种在一多速轮毂齿轮中改变传动比的方法，所述方法包括：监控所述多速轮毂齿轮的一轮毂壳相对于一轮轴的一转速，所述轮轴适于被固定以防止旋转；根据所述监控的速度切换一齿轮变速器；将所述多个行星齿轮组中的至少一个啮合到述轮毂壳，所述多个行星齿轮组的每一个包括：一中心齿轮，同心地固定在所述轮轴上；一旋转齿轮架，将至少一旋转齿轮安装成围绕所述中心齿轮的所述中心回转；及一齿圈，通过所述至少一旋转齿轮进行旋转；其中所述多个行星齿轮组中的一个的一相应的所述齿圈机械连接到所述多个行星齿轮组中的另一个的一相应的所述旋转齿轮架，使得所述多个行星齿轮组相联接而一起旋转；以及使所述多个行星齿轮组中的另一个与所述轮毂壳解除啮合。
根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种多速轮毂齿轮，所述多速轮毂齿轮包括：一轮轴，适于被固定以防止旋转；一轮毂壳；多个行星齿轮组，每一个所述行星齿轮组包括：一中心齿轮，同心地固定在所述轮轴上；一旋转齿轮架，将至少一旋转齿轮安装成围绕所述中心齿轮的所述中心回转；及一齿圈，通过所述至少一旋转齿轮进行旋转；以及一齿轮变速器，适于将所述多个行星齿轮组中的至少一个啮合到所述轮毂壳，同时使所述多个行星齿轮组中的另一个与所述轮毂壳解除啮合；其中所述齿轮变速器包括至少一线性促动器，所述线性促动器具有平行于所述轮轴的一运动轴线，并且通过所述至少一线性促动器沿着所述运动轴线的一线性运动而完成所述多个行星齿轮组与所述轮毂壳的所述啮合及所述解除啮合。
根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种多速轮毂齿轮，所述多速轮毂齿轮包括：一轮轴，适于被固定以防止旋转；一轮毂壳；多个行星齿轮组，每一个所述行星齿轮组包括：一中心齿轮，同心地固定在所述轮轴上；一旋转齿轮架，将至少一旋转齿轮安装成围绕所述中心齿轮的所述中心回转；及一齿圈，通过所述至少一旋转齿轮进行旋转；以及多个可锁定轴承，每一个所述可锁定轴承同心地安装在所述多个行星架其中之一与所述轮毂壳之间；其中所述啮合及所述解除啮合是通过改变所述多个可锁定轴承中的至少一个在一锁定位置与一解锁位置之间的定位而完成的，其中在所述锁定位置处所述可锁定轴承的多个滚子被锁定，在所述解锁位置处所述可锁定轴承的多个滚子未被锁定并且可自由旋转。
根据本发明的一些实施例的一个方面，提供了一种多速轮毂齿轮，所述多速轮毂齿轮包括：一轮轴，适于被固定以防止旋转；一轮毂壳；多个行星齿轮组，每一个所述行星齿轮组包括：一中心齿轮，同心地固定在所述轮轴上；一旋转齿轮架，将至少一旋转齿轮安装成围绕所述中心齿轮的所述中心回转；及一齿圈，通过所述至少一旋转齿轮进行旋转；一齿轮变速器，适于将所述多个行星齿轮组中的至少一个啮合到所述轮毂壳，同时使所述多个行星齿轮组中的另一个与所述轮毂壳解除啮合；以及一调速器，监控所述轮毂壳的一转速并且根据所述转速启动所述齿轮变速器。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的方法和材料可用于实践或测试本发明的实施方案，但下文描述了示例性方法和/或材料。如有冲突，将以专利说明书，包括定义，为准。另外，材料，方法和实施例仅是说明性的，并非旨在限制。
附图说明
仅通过举例的方式，本文中参考附图描述了本发明的一些实施例。现在详细地具体参考附图，要强调的是，所示的细节是作为示例并且出于说明性讨论本发明的实施例的目的。在这方面，通过附图进行的描述使得本领域技术人员清楚如何实施本发明的实施例。
在附图中：
图1是根据本发明的一些实施例的用于一轮式车辆的一多速轮毂齿轮的一图示。
图2A及图2B是根据本发明的一些实施例的图1的所述多速轮毂齿轮的截面图。
图3是根据本发明的一些实施例的图1的所述多速轮毂齿轮的一双重单向轴承机构的一截面图。
图4是根据本发明的一些实施例的图1的所述多速轮毂齿轮的一图示，其中所述多个行星齿轮组是可见的。
图5是根据本发明的一些实施例的图1的所述多速轮毂齿轮的所述第一行星齿轮组的一截面图。
图6是根据本发明的一些实施例的保持多个滚子的一可锁定轴承的两个环形壳板的一图示。
图7是根据本发明的一些实施例的具有弹簧加载的多个滚子的多个环形壳板的一图示。
图8是根据本发明的一些实施例的图1的所述多速轮毂齿轮的一图示，其中所述多个线性促动器是可见的。
图9是根据本发明的一些实施例的所述多个线性促动器的一示例性位置的一侧视图。
图10A、图10B、图10C及图10D是根据本发明的一些实施例的所述多个线性促动器的不同位置的一侧视图。
图11A及图11B是根据本发明的一些实施例的图1的所述多速轮毂齿轮的所述调速器分别在低速及高速下的图示。
图12是根据本发明的一些实施例的图1的具有一负载调节机构的所述多速轮毂齿轮的所述调速器的一图示。
图13是根据本发明的一些实施例的图1的所述具有一行星齿轮组的多速轮毂齿轮的所述调速器的一图示。
图14A、图14B及图14C是根据本发明的一些实施例的一多速轮毂齿轮的一调速器的图示，所述调速器具有直接推动所述驱动板的多个配重轴承。
图15A是根据本发明的一些实施例的图14C的所述调速器在低速下的一截面图。
图15B是根据本发明的一些实施例的图14C的所述调速器在高速下的一截面图。
图16是根据本发明的一些实施例的一多速轮毂齿轮中的一机电式调速器的一示意图。
图17是根据本发明的一些实施例的一多速轮毂齿轮的一示意图。
图18是示意性地表示根据本发明的一些实施例的一种在一多速轮毂齿轮中改变传动比的方法的一流程图。
具体实施方式
本发明，在一些实施例中，涉及一种轮毂齿轮，更具体地但非限制地，涉及一种多速轮毂齿轮，其中所述传动比通过啮合一个行星齿轮组，同时解除啮合相联接而一起旋转的另一个行星齿轮组而改变。
根据本发明的一些实施例，提供了一种多速轮毂齿轮。所述多速轮毂齿轮可用于一轮式车辆，例如通过踩踏或一电动机操作的一自行车或一三轮车。所述多速轮毂齿轮还可用于水或风力涡轮机、锁定机构、生产机械和/或需要一小型高效自动齿轮的任何其他用途。所述多速轮毂齿轮包括多个行星齿轮组及可选的一齿轮变速机构，用于将力，例如离心力，转换为一齿轮变速器动作。所述多个行星齿轮组相互连接并且每个都以不同的速度(每个行星齿轮组比其前一个旋转得更快)相联接而一起旋转。所述齿轮变速机构通过啮合它到所述轮毂壳将负载从一个行星齿轮组传递到另一个行星齿轮组。
可选地，每一个所述行星齿轮组包括一中心齿轮同心地固定在所述轮轴上、一旋转齿轮架安装有多个旋转齿轮，例如两个或三个，及一齿圈通过所述多个旋转齿轮进行旋转。可选地，所有的行星齿轮组在它们之间以一比率布置成相联接而一起旋转。例如，所述多个行星齿轮组中的一个的一齿圈机械连接所述多个行星齿轮组中的另一个的一旋转齿轮架。当所述轮毂齿轮的所述转速增加时，所述齿轮变速器，例如一个或多个具有有平行于所述轮轴的一运动轴线的线性促动器，将所述行星齿轮组中的一个或多个啮合到所述轮毂齿轮的所述轮毂壳，同时使另一个行星齿轮组与所述轮毂壳解除啮合。可选地，所述齿轮变速器是基于离心力操作。
可选地，对于所述初始速度，所述多个行星齿轮组中没有一个是啮合的，并且一链轮接驱动所述轮毂壳，可选地，通过也直接驱动所述第一个行星齿轮组的一双重单向轴承机构。
对于更高的速度，所述多个行星齿轮组交替地啮合并且驱动所述轮毂壳。可选地，所述多个行星齿轮组中的每一个通过同心地安装在所述行星齿轮组及所述轮毂壳之间的一可锁定轴承连接到所述轮毂壳。每个可锁定轴承具有一锁定位置及一解锁位置，其中在所述锁定位置处所述可锁定轴承的多个滚子被锁定，使得所述行星齿轮组驱动所述轮毂壳，其中在所述解锁位置处所述可锁定轴承的所述多个滚子未被锁定并且可自由旋转，使得所述行星齿轮组不会驱动轮毂壳。可选地，所述多个可锁定轴承是多个单向轴承，并且较低速度的多个行星齿轮组仅部分地解除啮合并且仍然连接到所述轮毂壳但是不驱动所述轮毂壳。
可选地，通过一调速器机构完成对所述轮毂齿轮的所述转速及所述齿轮变速器的切换的监控。所述调速器机构可以包括通过由所述轮毂齿轮的所述转速产生的离心力而可以移动的多个配重块及通过切换所述齿轮变速器的所述多个配重块推动的一驱动板。
所述多速轮毂齿轮，根据本发明的一些实施例，是一全自动内部轮毂齿轮，其可在有负载的情况下上下切换。而且，所述轮毂齿轮被电动及非电动轮式车辆使用，并且切换可以通过手动变速器、电子变速器和/或任何其他内部或外部方式控制。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明不一定限于其应用于以下描述中阐述的构造细节和组件和/或方法的布置和/或在附图和/或实施例中的说明。本发明能够具有其他实施例或者能够以各种方式实践或实施。
所述多速轮毂齿轮100包括一轮轴101适于通过轮轴101的每个端部的机械连接固定在一轮式车架的一轮架中以防止旋转。所述多速轮毂齿轮100还包括一轮毂壳102，所述轮毂壳102具有多个辐条支架103用于机械连接一车轮的多个辐条。所述轮毂壳102与轮轴101同心，并通过在所述辐条上施加力来旋转车轮。所述轮毂壳102通过一链轮104旋转，所述链轮104通过所述轮毂齿轮的所述内齿轮机构同心地安装在所述轮轴101上。链轮104通过一链条驱动，所述链条可以通过所述轮式车辆的踏板和/或一电动机来驱动。
现在参照图2A及图2B，图2A及图2B是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮100的截面图。
轮毂齿轮100包括多个行星齿轮组。所述多个行星齿轮组可以具有相同的传动比或具有不同的传动比。根据附图中所示的一些实施例，轮毂齿轮100包括在操作时提供三个不同的传动比的三个行星齿轮组109。可选地，轮毂齿轮100包括任意数量的行星齿轮组，例如，4、5、10或12个行星齿轮组。多个行星齿轮组109同心地定位在轮轴101周围，一个靠近另一个。轮毂齿轮100的示例性尺寸可以是例如127毫米的直径及134毫米的长度。
当链轮104以一不同的速度驱动时，链轮104与轮毂壳102之间的所述传动比会改变。例如，当从一个行星齿轮组切换到另一个行星齿轮组时，转速可以增加15％到30％。传动比的改变通过一调速器106控制，通过切换一齿轮变速器，所述齿轮变速器将一个行星齿轮组啮合到一轮毂壳，同时解除啮合另一个行星齿轮组。可选地，所述齿轮变速器包括多个线性促动器107，所述线性促动器107具有平行于轮轴101的一运动轴线，并且沿着所述运动轴线移动以啮合及解除啮合多个行星齿轮组109。可选地，多个线性促动器107与轮毂壳102一起旋转。
对于所述初始速度，多个行星齿轮组109没有一个是啮合的，并且链轮104直接驱动轮毂壳102，可选地通过一双重单向轴承机构108。对于第二、第三及第四速度，多个行星齿轮组109交替地啮合及驱动轮毂壳102。
现在参照图3，图3是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮100的一双重单向轴承机构108的截面图。链轮104机械连接到一链轮套筒110，所述链轮套筒110也同心地定位在轮轴101周围。链轮套筒110的一外表面包括多个倾斜表面111，倾斜表面111用作一单向轴承机构的所述内部部分。多个倾斜表面111的所述角度可以是例如7度。
所述单向轴承机构包括多个滚子112，所述多个滚子位于链轮套筒110的多个倾斜表面111及一车轮元件的一内表面之间，所述车轮元件是第一星齿轮组的第一旋转齿轮架113。所述单向轴承机构包括例如6、18、30和/或任何数量的滚子，这取决于轮毂齿轮100的直径。当链轮104及链轮套筒110比第一旋转齿轮架113旋转得更快时，多个滚子112被推到在多个倾斜表面111与第一旋转齿轮架113之间的一狭窄空间，并且链轮套筒110锁定到第一旋转齿轮架113并转动它。当链轮104及链轮套筒110旋转的比第一旋转齿轮架113慢或向另一个方向旋转时，多个滚子112被推到多个倾斜表面111与第一旋转齿轮架113之间的一宽阔空间，然后多个滚子112可以自由旋转，允许链轮套筒110的自由车轮运动。
第一旋转齿轮架113的一外表面还包括多个倾斜表面，类似于多个倾斜表面111，所述多个倾斜表面作为一第二单向轴承机构的所述内部部分。第二单向轴承机构还包括位于第一旋转齿轮架113与轮毂壳102之间的多个滚子114。所述第二单向轴承机构以一类似的方式操作，因此当第一旋转齿轮架113旋转的比轮毂壳102快时，多个滚子114被锁定并且第一旋转齿轮架113驱动轮毂壳102。如此一来，在链轮104的所述第一速度，链轮套筒110驱动第一旋转齿轮架113，而第一旋转齿轮架113驱动轮毂壳102及第一行星齿轮组两者。
可替代地，对于双重单向轴承机构108的每个单向轴承，可以用其它多种机构来替代多个捕获滚子，例如一楔块离合器和/或一棘轮机构。
现在参照图4，图4是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮100的一图示，其中多个行星齿轮组109是可见的。多个行星齿轮组109包括一第一行星齿轮组115、一第二行星齿轮组116及一第三行星齿轮组117。还一并参照图5，图5是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮100的第一行星齿轮组115的一截面图。第二行星齿轮组116及第三行星齿轮组117具有类似的结构。
第一行星齿轮组115包括一中心齿轮118同心地固定在轮轴101上、第一旋转齿轮架113将多个旋转齿轮119安装成围绕中心齿轮118的所述中心回转以及一齿圈120通过多个旋转齿轮119进行旋转。齿圈120机械连接到第二行星齿轮组116的一第二旋转齿轮架121。以类似的方式，第二行星齿轮组116的一第二齿圈机械地连接到第三行星齿轮组117的一第三旋转齿轮架。如此一来，多个行星齿轮组109相联接而一起旋转。因为每个齿圈机械地连接到所述下一个旋转齿轮架，所以所述运动通过所述多个行星齿轮组传递，并且每个行星齿轮组增加所述下一个行星齿轮组的所述转速。所述增加可以是例如10％、25％、20％和/或任何其他增加。
可选地，多个行星齿轮组109中的每一个通过同心地安装在所述行星齿轮组与轮毂壳102之间的一可锁定轴承连接到轮毂壳102。每个行星齿轮组的所述旋转齿轮架的所述外表面作为每个可锁定轴承的所述内表面操作。每个可锁定轴承具有一锁定位置及一解锁位置，其中在所述锁定位置处所述可锁定轴承的多个滚子被锁定，其中在所述解锁位置处所述可锁定轴承的所述多个滚子未被锁定并且可自由旋转。所述可锁定轴承可以包括例如6、18、30和/或任何数量的滚子，这取决于轮毂齿轮100的直径。可选地，每个可锁定轴承具有一部分解锁位置，其中在所述部分解锁位置处所述可锁定轴承的所述多个滚子部分解锁，并且所述可锁定轴承作为一单向轴承操作。当一可锁定轴承处于一锁定位置时，所述相应的行星齿轮组是啮合的，并且所述相应的旋转齿轮架驱动轮毂壳102。当一可锁定轴承处于一解锁位置时，所述相应的行星齿轮组是解除啮合的，并且所述相应的旋转齿轮架相对于轮毂壳102自由旋转。当一可锁定轴承处于一部分解锁位置时，所述相应的行星齿轮组部分地啮合，使得所述可锁定轴承以类似的方式对双重单向轴承机构108的第一及第二单向轴承操作。当所述相应的行星齿轮组旋转的比轮毂壳102快时，所述相应的旋转齿轮架驱动轮毂壳102，并且当轮毂壳102旋转的比所述相应的行星齿轮组更快时，所述相应的旋转齿轮架相对于轮毂壳102自由旋转。
可选地，多个可锁定轴承中的每一个，例如将第一行星齿轮组115连接到轮毂壳102的第一可锁定轴承包括一外部单向环122及两个环形壳板123。外部单向环122的所述内表面包括多个倾斜表面124，其类似于多个倾斜表面111。倾斜表面124的角度可以是例如7度。两个环形壳板123包括多个凹陷125松配合地将多个滚子126保持在两个环形壳板123之间。现在参照图6，图6是根据本发明的一些实施例的保持多个滚子126的一可锁定轴承的两个环形壳板123的一图示。多个凹陷125的直径小量的大于多个滚子126的直径，使得多个滚子126松配合地保持。例如，多个凹陷125的直径为6毫米，并且多个滚子126的直径为5毫米。
当环形壳板123相对于外部单向环122逆时针移动时，多个滚子126处于锁定位置并且被外部单向环122锁定。在这个位置，第一行星齿轮组115啮合到轮毂壳102。当环形壳板123相对于外部单向环122顺时针移动时，多个滚子126处于解锁位置并且第一行星齿轮组115与轮毂壳102解除啮合。当环形壳板123相对于外部单向环122略微顺时针方向移动时，多个滚子126处于部分解锁位置，并且第一行星齿轮组115通过一单向轴承机构部分啮合到轮毂壳102。
可选地，多个滚子126被多个弹簧推动。现在参照图7，图7是根据本发明的一些实施例的具有弹簧加载的多个滚子的多个环形壳板的一图示。多个弹簧154不断地推动多个滚子126抵靠外部单向环122的所述倾斜表面。目的是确保多个滚子126一直到达所述锁定位置。
可选地，两个环形壳板123通过一销127而旋转，所述销127固定到一个环形壳板123。销127通过多个线性促动器107其中之一横向转移到不同位置。
现在参考图8，图8是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮100的一图示，其中多个线性促动器107是可见的。多个线性促动器107可以包括一个、两个、四个或任何数量的线性促动器。可选地，类似的多个线性促动器定位在轮毂壳102的多个相对侧上，使得所述机构在操作期间是平衡的。多个线性促动器107通过由沿着线性促动器107的所述运动轴线推动及拉动的调速器106的一驱动板128移动。多个线性促动器107相邻于轮毂壳102并且与轮毂壳102一起绕轮轴101旋转。多个线性促动器107包括非线性狭缝129，每个非线性狭缝横向地将一销定位在所述销将多个行星齿轮组109中的一个啮合到轮毂壳102的一位置与所述销将多个行星齿轮组109中的相同的一个与所述轮毂壳102解除啮合的一位置之间。
现在参照图9，图9是根据本发明的一些实施例的多个线性促动器107的一示例性位置的一侧视图。多个线性促动器107的所述位置在901上示出。在这个例子中，多个线性促动器107定位成使得第一行星齿轮组115的销127通过一狭缝129定位在一中间位置，因此环形壳板123相对于外部单向环122略微顺时针移动，如902所示。可选地，如这个示例中所示，在这个位置，第一行星齿轮组115部分地啮合。第二行星齿轮组116的第二销通过一狭缝129定位在一左侧位置，如903所示，使得第二环形壳板相对于第二外部单向环逆时针移动，并且第二行星齿轮组116啮合到轮毂壳102。第三行星齿轮组117的第三销通过一狭缝129定位在一右侧位置，如904所示，使得第三环形壳板相对于第三外部单向环顺时针移动，并且第三行星齿轮组117与轮毂壳102解除啮合。
现在参照图10A、图10B、图10C及图10D图10A、图10B、图10C及图10D是根据本发明的一些实施例的多个线性促动器107的不同位置的一侧视图。对于轮毂齿轮100的每个速度，一下一个行星齿轮组是啮合的，在它之前的那一个是部分啮合的，并且所述多个行星齿轮组的其余部分是解除齿合的。使最后一个行星齿轮组部分接合有助于减少操作期间轮毂齿轮100的摩擦及噪音。
图10A示出了用于轮毂齿轮100的第一速度的多个线性促动器107的位置。在这个位置，所有销都处于一向右的位置，使得多个行星齿轮组的109都是解除啮合的并且链轮104直接驱动轮毂壳102。
图10B示出了用于轮毂齿轮100的第二速度的多个线性促动器107的位置。在这个位置，销127处于一向左位置，使得第一行星齿轮组115啮合的并且驱动轮毂壳102，同时其它的多个行星齿轮组是解除啮合的。
图10C示出了用于轮毂齿轮100的第三速度的多个线性促动器107的位置。在这个位置，第二销处于一向左位置，使得第二行星齿轮组116是啮合的并且驱动轮毂壳102。销127处于一中间位置时，当轮毂壳102以比齿圈120慢的一速度旋转时，它仅部分啮合，并且它仅驱动轮毂壳102。
图10D示出了用于轮毂齿轮100的第四速度的多个线性促动器107的位置。在这个位置，第三销处于一向左位置，使得第三行星齿轮组117是啮合的并且驱动轮毂壳102。第二销处于一中间位置时，第二行星齿轮组116是部分啮合，并且销127处于一向右位置，使得第一行星齿轮组115解除啮合。
现在参照图11A及图11B，图11A及图11B是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮100的一调速器106分别在低速及高速下的图示。调速器106根据通过调速器106监控的轮毂壳101的一转速启动多个线性促动器107。可选地，轮毂壳101的转速的所述监控通过转动产生的离心力来完成。
可选地，调速器106包括多个配重块135，其可响应于离心力而从轮轴101向外移动到轮毂壳102。调速器106可包括一个、两个、四个或任何数量的配重块135。可选地，类似的多个配重块定位在调速器106的相对侧，使得所述机构在操作期间是平衡的。如图11A所示，在没有速度或低速时，多个配重块135位于靠近轮轴101处。当转速增加时，产生离心力并且将多个配重块135从轮轴101向外推到轮毂壳102，如图11B所示。
可选地，多个配重块135机械连接到多个配重轴承136，当速度增加时，多个配重轴承136与配重块135一起向外移动。多个配重轴承136是多个推动转板137，所述推动转板137沿着轮轴101的轴线推动驱动板128。
可选地，调速器106包括多个弹簧138，其机械连接到推动转板137及调速器底座134。多个弹簧138为多个推动转板137创造多个分离位置，从而为驱动板128创造多个分离位置。所述多个分离位置对应于多个线性促动器107的所述多个狭缝的所述多个位置。
可选地，调速器106包括预负载调节机构，用于调节多个推动转板137的初始张力。现在参照图12，图12是根据本发明的一些实施例的具有前负载调节机构的多速轮毂齿轮100的调速器106的一图示。所述预负载调节机构包括一调节弹簧139，所述调节弹簧139是机械连接到多个推动转板137及一可调节的弹簧支架140一张力弹簧。弹簧支架140安装在一轴承141上，所述轴承141用作随着调速器106移动的所述弹簧支架140的速度与轮轴101的速度之间的桥梁。调节弹簧139的张力使多个驱动转板137保持关闭并且使驱动板128保持在一初始位置。可选地，调节弹簧139的张力量通过弹簧支架140的位置确定，并且通过一调节螺钉142控制，调节螺钉142推动及拉动调节弹簧139。可选地，调节螺钉142连接到弹簧支架140和/或轴承141通过多个机械元件，例如一调节管143的、插入轮轴101的一狭缝145中的一调节销144和/或一调节螺母146，全部以与轮轴101相同的速度转动。
可选地，调速器106包括一调速器行星齿轮组。现在参照图13，图13是根据本发明的一些实施例的具有一行星齿轮组的多速轮毂齿轮100的调速器106的一图示。所述调速器行星齿轮组包括绕轮轴101同心地旋转的一调速器中心齿轮130、同心地固定于轮毂壳102的一调速器齿圈131及固定于轮轴101及安装有多个调速器旋转齿轮133的一调速器旋转齿轮架132。调速器中心齿轮130机械连接到调速器底座134，从而调速器底座134及调速器106通过调速器中心齿轮130驱动并且根据调速器行星齿轮组的传动比，在相反方向上转动得比所述轮毂壳101快，。调速器106更快的转动产生更大的离心力，从而提高了所述转速监控的准确性。而且，当调速器106在与轮毂壳101一相反方向上转动时，它有助于抵消陀螺力并且增加所述车辆的稳定性。
可选地，所述多个配重轴承直接推动驱动板。现在参照图14A、图14B及图14C，图14A、图14B及图14C是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮100的调速器147的图示，其具有直接推动驱动板的配重轴承。调速器147包括一调速器行星齿轮组148，例如具有1：3.9的速度比，其驱动一调速器底座149。调速器底座149包括用于保持一驱动板151的多个导向器150。多个配重轴承152，例如6个轴承，定位在调速器底座149与驱动板151之间。
现在参照图15A，图15A是根据本发明的一些实施例的调速器147在低速下的一截面图。还参照图15B，图15B是根据本发明的一些实施例的调速器147在高速下的一截面图。当调速器147转动时，随着速度增加，多个配重轴承152通过离心力向外移动。当多个配重轴承152向外移动时，它们推动驱动板151，驱动板151通过多个导向器150保持在调速器底座149上，使得驱动板151在多个导向器150上滑动。当速度降低时，驱动板151被保持在多个导向器150上多个复位弹簧153推回。可选地，每个复位弹簧153的预负载是可调节的。
可选地，多个配重轴承152在曲线上移动，曲线根据多速轮毂齿轮100的多个分离速度设计成产生驱动板151的多个分离位置。
可选地，轮毂壳101的转速通过一电子装置监控，例如一速度传感器，电子连接到电动机，电动机电子地启动多个线性促动器107。现在照参照图16，图16是根据本发明的一些实施例的多速轮毂齿轮中的一机电式调速器的一示意图。所述机电式调速器可以由在内机架160上的固定到轮轴101的多个部件组成。这些部件可以包括可充电电源161、电子控制器162及小型电动机163，它们通过旋转线性促动器接口164连接到轮毂壳101。轮毂壳102与嵌入轮毂中的磁体165一起旋转。在电子控制器上的传感器确定启动电动机163以移动多个线性促动器107并且改变多个齿轮的速度。
现在图17，图17是根据本发明的一些实施例的一多速轮毂齿轮的示意图。所述轮毂轴201固定到所述自行车车架上。动力通过所述链条驱动的链轮202输入，并且通过多个双重单向轴承204输出到所述轮毂壳203。第一行星架205旋转所述多个行星齿轮组206。多个行星齿轮组206中的每一个旋转得比前一个快。在每个行星齿轮组之间是一可锁定的单向轴承207，其通过多个线性促动器208啮合到轮毂壳203。多个线性促动器208通过调速器209推动及拉动，调速器209可选地是一离心调速器。调速器209根据所述轮毂的所述转速控制哪个行星齿轮组206啮合到轮毂壳203。每个单向轴承207的功能是当轮毂壳203是最快的移动元件时推动轮毂壳203，并且当多个元件移动得比它快时能够自由旋转。
现在参照图18，图18是示意性地表示根据本发明的一些实施例的一种在一多速轮毂齿轮中改变传动比的方法的一流程图。
首先，如301所示，监测轮毂壳102的转速，例如通过如上所述的调速器106的多个配重块135。
然后，如302所示，一齿轮变速器，例如包括多个致动器107，根据所监测的轮毂壳101的转速而切换。这可以，例如通过如上所述的调速器106的一驱动板128，来完成。
然后，如303所示，多个行星齿轮组109中的一个啮合到轮毂壳102，并且如304所示，多个行星齿轮组109中的另一个与轮毂壳102解除啮合。这可以，例如通过如上所述的多个可锁定齿轮，来完成。
对本发明的各种实施例的描述的目的是用于说明，但是并不旨在穷举或限制于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择这里使用的术语是为了最好地解释实施例的原理，实际应用或对市场中发现的技术的技术改进，或者使本领域普通技术人员能够理解本文公开的实施例。
预计在本申请成熟的专利期间，将开发许多相关的多速轮毂齿轮，并且术语轮毂齿轮的范围旨在包括所有这些新技术的先验。
术语“包括”，“包含”，“具有”和它们的缀合物表示“包括但不限于”。该术语包括术语“由......组成”和“基本上由......组成”。
短语“基本上由......组成”是指组合物或方法可包括另外的成分和/或步骤，但仅在附加成分和/或步骤不实质上改变要求保护的组合物或方法的基本和新颖特征的情况下。
如本文所用，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可包括多种化合物，包括其混合物。
词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例，实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为比其他实施例优选或有利和/或排除将特征与其他实施例结合。
词语“任选地”在本文中用于表示“在一些实施例中提供而在其他实施例中未提供”。除非这些特征冲突，否则本发明的任何特定实施例可包括多个“可选”特征。
在整个申请中，本发明的各种实施例可以以范围格式呈现。应当理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，不应该被解释为对本发明范围的不灵活限制。因此，应该认为范围的描述具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，应该认为对诸如1至6的范围的描述具有特别公开的子范围，例如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6在该范围内的个别数字，例如，1、2、3、4、5和6，无论范围的广度如何，这都适用。
无论何时在本文中指示数值范围，其意图包括在所指示的范围内的任何引用的数字(分数或积分)。短语“范围/范围在”第一指示数字和第二指示数字和“范围/范围从”第一指示数字“到”第二指示数字在本文中可互换使用并且意味着包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数数字。
应当理解，为了清楚起见，在单独的实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供或者在本发明的任何其他描述的实施方案中合适提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例在没有这些元件的情况下不起作用。
尽管已经结合本发明的具体实施方案描述了本发明，但显然许多替代，修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代，修改和变化。
本说明书中提及的所有出版物，专利和专利申请均通过引用整体并入本说明书中，其程度如同每个单独的出版物，专利或专利申请被具体和单独地指出通过引用并入本文。另外，本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可用作本发明的现有技术。在使用章节标题的范围内，它们不应被解释为必然的限制。

Claims (19)

1.一种多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多速轮毂齿轮包括：
一轮轴，适于被固定以防止旋转；
一轮毂壳；
多个行星齿轮组，机械连接到多个行星齿轮组中另一个，每一个所述行星齿轮组包括：
一齿圈，通过安装在其上的至少一个旋转齿轮旋转；
至少一旋转齿轮架，其中所述多个行星齿轮组中的一个的一相应的所述齿圈机械连接到所述多个行星齿轮组中的另一个的一相应的所述至少一旋转齿轮架，使得所述多个行星齿轮组相联接而一起旋转；以及
多个可锁定轴承，每一个所述可锁定轴承同心地安装在所述多个齿圈其中之一与所述轮毂壳之间以通过改变所述多个可锁定轴承中的至少一个在一锁定位置与一解锁位置之间的定位来啮合及解除啮合所述多个行星齿轮组中的至少一个，其中在所述锁定位置处所述可锁定轴承的多个滚子被锁定，在所述解锁位置处所述可锁定轴承的多个滚子未被锁定并且可自由旋转；
所述多个可锁定轴承中的每一个包括一外部单向环及两个环形壳板，所述两个环形壳板包括多个凹陷，所述凹陷松配合地将所述多个滚子保持在所述两个环形壳板之间；其中所述两个环形壳板相对于所述单向环旋转并且在所述锁定位置及所述解锁位置之间移动所述多个滚子，其中在所述锁定位置处所述多个滚子被所述外部单向环锁定，在所述解锁位置处所述多个滚子并未被所述外部单向环锁定。
2.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多个行星齿轮组中的每一个具有一中心齿轮同心地固定在所述轮轴及所述旋转齿轮架将至少一旋转齿轮安装成围绕所述中心齿轮的中心回转。
3.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多速轮毂齿轮还包括一齿轮变速器，适于将所述多个行星齿轮组中的至少一个啮合到所述轮毂壳，同时使所述多个行星齿轮组中的另一个与所述轮毂壳解除啮合。
4.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述可锁定轴承同时使所述多个行星齿轮组中的一个的一旋转齿轮架解除啮合，并且啮合所述多个行星齿轮组中的下一个的一旋转齿轮架。
5.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多个行星齿轮组具有相同的传动比。
6.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述啮合及所述解除啮合还包括部分解除啮合所述多个行星齿轮组中的至少一个，使得所述多个行星齿轮组中的至少一个在一较低的速度下相对于所述轮毂壳自由旋转。
7.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多个可锁定轴承中的至少一个在将位置改变到一部分解锁位置时部分啮合所述多个行星齿轮组中的至少一个，其中在所述部分解锁位置处所述可锁定轴承的多个滚子允许通过所述外部单向环锁定，并且所述可锁定轴承作为一单向轴承操作。
8.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多个滚子中的每一个通过一弹簧抵靠所述外部单向环的一倾斜表面被推入所述锁定位置。
9.如权利要求3所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：通过一调速器根据所述轮毂壳的一转速来启动所述齿轮变速器。
10.如权利要求9所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述调速器包括一驱动板，当所述调速器的一转速增加时，所述驱动板推动所述齿轮变速器。
11.如权利要求10所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述调速器包括一复位弹簧，当所述调速器的一转速减少时，所述复位弹簧将所述驱动板拉到一初始位置。
12.如权利要求9所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述调速器包括至少一配重块，所述配重块具有靠近所述轮轴的一初始位置，当所述调速器的一转速增加时，所述至少一配重块通过施加的一离心力被推动远离所述轮轴。
13.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多速轮毂齿轮还包括：
一双重单向轴承机构，用以驱动所述轮毂壳。
14.如权利要求13所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述双重单向轴承机构包括：
一第一单向轴承，将一链轮连接到所述多个行星齿轮组中的一第一个的一第一旋转齿轮架上，使得所述链轮驱动所述第一个的行星齿轮组；及
一第二单向轴承，将所述第一个的旋转齿轮架连接到所述轮毂壳，使得所述链轮也驱动所述轮毂壳。
15.如权利要求14所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述第一单向轴承及所述第二单向轴承中的至少一个包括一捕获滚子机构。
16.如权利要求14所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述第一单向轴承及所述第二单向轴承中的至少一个包括一楔块离合器机构。
17.如权利要求14所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述第一单向轴承及所述第二单向轴承中的至少一个包括一棘轮机构。
18.如权利要求1所述的多速轮毂齿轮，其特征在于：所述多速轮毂齿轮用于一轮式车辆，所述轮轴适于被固定在一轮式车架的一轮架中以防止旋转，并且所述轮毂壳机械连接到一车轮。
19.一种在一多速轮毂齿轮中改变传动比的方法，其特征在于：所述方法包括：监控所述多速轮毂齿轮的一轮毂壳相对于一轮轴的一转速，所述轮轴适于被固定以防止旋转，所述轮毂壳包括多个行星齿轮组，所述多个行星齿轮组中的每一个包括：
一旋转齿轮架，安装至少一旋转齿轮；及
一齿圈，通过所述至少一旋转齿轮进行旋转；
根据所述监控的速度切换一齿轮变速器；
将所述多个行星齿轮组中的至少一个啮合到述轮毂壳改变多个可锁定轴承中的至少一个在一锁定位置与一解锁位置之间的一定位，其中在所述锁定位置处所述可锁定轴承的多个滚子被锁定，在所述解锁位置处所述可锁定轴承的多个滚子未被锁定并且可自由旋转，所述多个可锁定轴承中的每一个同心地安装在所述多个齿圈其中之一与所述轮毂壳之间；
其中所述多个行星齿轮组中的一个的一相应的所述齿圈机械连接到所述多个行星齿轮组中的另一个的一相应的所述旋转齿轮架，使得所述多个行星齿轮组相联接而一起旋转；以及
至少使所述多个行星齿轮组中的另一个与所述轮毂壳部分解除啮合；
所述多个可锁定轴承中的每一个包括一外部单向环及两个环形壳板，所述两个环形壳板包括多个凹陷，所述凹陷松配合地将所述多个滚子保持在所述两个环形壳板之间；其中所述两个环形壳板相对于所述单向环旋转并且在所述锁定位置及所述解锁位置之间移动所述多个滚子，其中在所述锁定位置处所述多个滚子被所述外部单向环锁定，在所述解锁位置处所述多个滚子并未被所述外部单向环锁定。
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