CN110843995B - 用于自行车的变速组件 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于自行车的变速组件，包括：一个含有输出轴的电机，一个围绕在中心轴线上的变速箱，包括：第一齿轮组即输入组，以及第二齿轮组即输出组，每个齿轮组包括：多个太阳齿轮以及多个行星齿轮，行星齿轮与对应的太阳齿轮相互啮合，所述多个行星齿轮安装在行星支架上；外齿圈，与太阳齿轮相对应的行星齿轮啮合；太阳齿轮在旋转过程中通过一组棘爪分别与变速轮组啮合，使输入组的外齿圈与自行车踏板同步转动，输出组的外齿圈与车轮同步旋转，其特征在于，电机的输出轴通过与齿轮组的外齿圈啮合连接到变速箱。

Description

用于自行车的变速组件

技术领域

本发明涉及自行车及相关领域，包括部分或全部由人力推动的轻型两轮或三轮车。

背景技术

自行车上通常会安装一个齿轮变速箱，让骑行者选择不同的速度挡位，以便适应不同的地形环境条件。

与变速器相比，变速箱能够为机械部件提供保护，且减少了运行的必要维护。此外，用于电助力自行车的变速箱可通过电气辅助完成变速。

然而，根据现有技术，变速箱与电机的连接受到较大的限制，导致两个部件间的配合复杂、昂贵而且缺乏保障。

因此，本发明旨在提出一种变速组件，将电机和变速箱组合在一起来克服这些缺陷，有利于提高可靠性并降低成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明涉及一种用于自行车的变速组件，包括：

一个含有输出轴的电机，

一个围绕在中心轴线上的变速箱，包括：

第一齿轮组即输入组，以及第二齿轮组即输出组，每个齿轮组包括：

多个太阳齿轮；

多个行星齿轮，行星齿轮与对应的太阳齿轮相互啮合，所述多个行星齿轮安装在行星支架上；

外齿圈，与太阳齿轮相对应的行星齿轮啮合；

其中，太阳齿轮在旋转过程中通过一组棘爪分别与变速轮组啮合，使输入组的外齿圈与自行车踏板同步转动，输出组的外齿圈与车轮同步旋转；

电机的输出轴通过与齿轮组的外齿圈啮合连接到变速箱。

根据本发明的另一方面，所述变速箱围绕所述自行车的踏板轴。

根据本发明的另一方面，所述电机的输出轴位于所述变速箱所在中心轴线的垂直方向，其中，电机的输出轴通过转角锥与输出组的外齿圈连接。

根据本发明的另一方面，所述电机的输出轴位于所述变速箱所在中心轴线的平行方向。

根据本发明的另一方面，包括位于输出轴与输出组的外齿圈之间的减速器。

根据本发明的另一方面，所述减速器使所述电机的额定功率对应所述输出组外齿圈的转速，限定在60-100转/分钟，特别是在70-90转/分钟。

根据本发明的另一方面，包括设置在输出轴与输出组的外齿圈之间的飞轮装置。

根据本发明的另一方面，所述输出组的外齿圈包含用于连接车链或传动带的牙盘。

根据本发明的另一方面，所述变速箱包括两个齿轮组及七种齿比组合。

本发明还涉及一种含有上述变速组件的自行车。且所述电机设置在车架上。优选地，电机安装在车架的下管上。

附图说明

本发明的其他特征和优点将通过以下的描述体现，参考附图通过举例(但不限于举例内容)的方式给出，其中：

图1为本发明一个实施例的变速箱的剖面示意图；

图2为本发明一个实施例的变速箱的分解示意图；

图3为本发明一个实施例的变速箱的剖面简化示意图；

图4为图1中的A-A截面示意图；

图5为图1中的B-B截面示意图；

图6为图1中的D-D截面示意图；

图7为图1中的E-E截面示意图；

图8为图1中的F-F截面示意图；

图9为图1中的G-G截面示意图；

图10为图1中的H-H截面示意图；

图11为图1中的I-I截面示意图；

图12为离合器装置的示意图；

图13为图1中的C-C截面示意图；

图14为根据变速配置列出的棘爪和离合器装置的组合表格；

图15为根据所选变速得到的换挡曲线；

图16为基于本发明实施例的自行车示意图；

图17为基于本发明第一实施例自行车的包含变速箱的电循环部分的示意图；

图18为基于本发明第二实施例的变速箱示意图；

图19为基于本发明第二实施例自行车的包含变速箱的电循环部分的示意图；

图20为基于本发明第三实施例自行车的包含变速箱的电循环部分的示意图；

在所有附图中，相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

下列实施例为示例。虽然描叙内容涉及一个或多个实施例，但并不意味着每个描述都与某一个实施例有关，也不代表产品特征只适用于某一个实施例。不同实施例的简单特征也可以组合或互换应用于其他实施例上。

本发明涉及适用于自行车的变速箱，包含至少两个齿轮组，每个齿轮组包含至少两种不同尺寸的太阳齿轮和一个离合器装置。离合器装置位于两个齿轮组之间，用来调整不同齿轮组之间不同的比率，达到换速的目的。

本发明也涉及一套变速组件，包括与电机相连的变速箱。

如图1至图3为变速箱1的实施例，包含三个齿轮组T1、T2和T3，所有齿轮组均围绕着变速轮组3完成配置，与旋转轴Δ同心。例如在踏板轴2或自行车后轮的轴心上安装曲柄4，如图1、图2所示，旋转轴心Δ对应变速箱1的中心轴线。

变速轮组3

变速轮组3(参见图2)包括例如三个同心圆柱形元件。其中一个内部元件为变速杆31，包含一组凸轮311及一个导向槽313。凸轮311采用开口设计，连接棘爪331的端部。但是在另一个实施例上，凸轮311也可以做成隆起的设计，通过按压的方式与棘爪331对接。中间元件33外围设置了一组棘爪331，分别用来与凸轮311及外部元件35进行配合，以便保持中间元件33和棘爪331的位置。中间元件33包含了用于棘爪331回弹的薄片。这些薄片用来形成弹簧效果，使棘爪331回弹，让其端部与变速杆31的凸轮311之间相互作用。这样的结构使棘爪331发生翻转，当它的一端与凸轮311对应时，它的另一端将与一个齿轮咬合，阻止这个齿轮运转。在下文将对此有更为详尽的描述。外部元件35与踏板盒连接，用于在车架上保持固定，并连接一对轴承5，形成滚动轴承，引导踏板轴2定向旋转。轴承5是滚珠轴承。中间元件33可由柔软金属叶片或金属带制成，能卷在一起，固定在外部元件35里面。外部元件35包括一组凹槽351，用来分别连接中间元件33的棘爪331。中间元件33用于和外部元件35固定。变速杆31可以同其他两个元件33和35一起旋转。变速杆31的旋转由一套控制装置(未显示)控制，其中包括手控装置(如旋转手柄)和一套变速线，如第一根缆线可以驱动变速杆31朝一个方向转动，而第二根缆线可使变速杆31朝反方向转动。图4表示的是用来连接变速线的销槽315的剖视图。也可以根据需要设计其他控制装置，比如电控系统。另外，变速器7可设定多种变速挡位，目前最多有12个挡位，每一个对应变速箱1的不同齿比。变速器7通过变速杆31的凹槽71进行定位，滚珠9(参见图5)用来定位凹槽71的位置，骑行者通过变速杆31将感受到流畅的变速过程。变速器7包含固定在外部元件35的弹簧10(参见图5)，用来锁定滚珠9在凹槽71上的位置，通过变速线的伸缩使变速杆31转动，滚珠9从一个凹槽滑动到另一个凹槽，由此锁定变速挡位。弹簧也可以固定在变速杆31和外部元件35的凹槽表面。因此，变速轮组3完成换挡(也称为比率)，通过踏板轴2，在传递动力时恢复扭矩。

T1、T2和T3齿轮组

第一齿轮组标记为T1，包含了第一组太阳齿轮11及第一组设定数量的轮齿，第二组太阳齿轮12含有第二组设定数量的轮齿，与第一组轮齿数量不同。第一系列3组行星齿轮13，与第一组太阳齿轮11啮合。第二系列3组行星齿轮14，与第二组太阳齿轮12啮合。图6和图7是齿轮的剖视图，分别示意第一齿轮组T1里的第一组太阳齿轮11和第二组太阳齿轮12(图1的D-D和E-E截面)。第一组行星齿轮13和第二组行星齿轮14位于行星支架15上，围绕太阳齿轮11和12，与各个齿轮啮合。此外，行星齿轮对应T1、T2和T3齿轮组里的不同太阳齿轮，成对旋转(在本例中是三组一起旋转)。一组中的行星齿轮具有不同数量的轮齿，可一体化制作。此外，对应一个太阳齿轮的行星齿轮可更改数量。

第一齿轮组T1包含了外齿圈16(也称进入环16)，即变速箱1的进入元件，将骑行者的力矩传递给变速箱1。外齿圈16随之与太阳齿轮11的第一系列行星齿轮13啮合。第一齿轮组T1也称为输入组。

第二齿轮组T2包含了第一个太阳齿轮17，包含第三组设定数量的轮齿，以及第二个太阳齿轮18，包含第四组设定数量的轮齿，与第三组数量不同。第三个系列的行星齿轮19与太阳齿轮17啮合，第四个系列的行星齿轮20与太阳齿轮18啮合。图8和图9图分别为第二齿轮组T2第一个太阳齿轮17和第二个太阳齿轮18的剖视图(图1的F-F和G-G剖面图)。第三组行星齿轮19和第四组行星齿轮20位于行星支架15上，旨在围绕太阳齿轮17和18，与各个齿轮啮合。在本例中，T1和T2齿轮组的行星支架15为一体化制作。

第二齿轮组T2包含一个外齿圈21，称为中间环21。中间环21与太阳齿轮18的第四系列行星齿轮20啮合。

第三齿轮组T3包含了第一个太阳齿轮22，含有第五组设定数量的轮齿，以及第二个太阳齿轮23，其含有第六组设定数量的轮齿，与第五组数量不同。第五个系列的行星齿轮24与太阳齿轮22啮合，第六个系列的行星齿轮25与太阳齿轮23啮合。图10和图11图分别是第三齿轮组T3太阳齿轮22和太阳齿轮23的剖视图(图1的H-H和I-I剖面图)。第五组行星齿轮24和第六组行星齿轮25位于行星支架26上，环绕太阳齿轮22和23，与各个齿轮啮合。在本例中，T3齿轮组的行星支架26和T2齿轮组的外齿圈21(中间环21)为一体化制作。

第三齿轮组T3包含外齿圈27，称为输出环27。输出环27与太阳齿轮23的第六系列行星齿轮25啮合。输出环27通过第一个轴承52和第二个轴承54固定在保护壳50上。在上述实施例中，通过图1和图3可以看出，输出环27与牙盘28同步旋转耦合，牙盘28用于接收传动链的力，把力矩传递到后轮的齿轮上。也可以设计一个用来接收传动带的托盘，代替原本设计的牙盘。保护罩29可以安装在牙盘周围，留出一个口使链条穿过。第三齿轮组T3也称为输出组。

设计传动带时需在保护罩29设计开口以便传动带通过。变速箱1外罩圆柱形保护壳50，用来放置齿轮组T1、T2和T3。

离合器装置40

变速箱1包含离合器装置40(图12中更清晰)，作为制动装置，在骑行者选定变速齿比之时，将阻挡太阳齿轮及其对应的行星齿轮旋转。

在本实施例中，离合器装置40位于T1和T2齿轮组之间，包含离合齿轮41，形成第一个半齿轮离合器43，邻近T1的太阳齿轮12，以及第二个半齿轮离合器45，邻近T2的太阳齿轮17。半齿轮离合器43和45在行星支架15上面，在T1和T2齿轮组之间相互啮合旋转。半齿轮离合器43和45放置在中央支件47的环形槽里。半齿轮离合器43和45安装在中央支件47上，可以自由旋转。弹性垫圈49位于半齿轮离合器43和45的轴线中间，使离合器43和45彼此分开。中央支件47安装在变速轮组3的平移轴线上。此外，离合器装置40包含一个定位销51(参见图13)，用来定位中央元件47的径向槽，并在变速轮组3的变速杆31的导向槽313里形成凸起。通过导向槽313完成离合器齿轮41的旋转轴Δ位移，槽里的定位销51在变速杆31旋转时形成凸起。因此，变速杆31的旋转通过导向槽313和定位销51间的相互作用，使离合器齿轮41从一个位置移到另一个位置。

第一个半齿轮离合器43包含T1齿轮组的太阳齿轮12及其对应的第一系列轮齿。第二个半齿轮离合器45包含T2齿轮组的太阳齿轮17及其对应第二系列轮齿。第一系列轮齿通过与T1齿轮组的太阳齿轮12的补充轮齿实现差速旋转。第二系列轮齿通过与T2齿轮组太阳齿轮17的补充轮齿实现差速旋转。离合器齿轮41位于中央支件47上，由半齿轮离合器43和45和弹性垫圈49组成，可以进行平行位移。位移区间在半齿轮离合器43与T1轮组太阳齿轮12的啮合位置以及半齿轮45与T2轮组太阳齿轮17的啮合位置之间。离合器齿轮41也可以装在中间位置，处于脱离状态，即不与任何太阳齿轮啮合。

功能

由上述变速箱1的配置，可以获得12种齿比。通过变速轮组3的凸轮311的不同棘爪331以及离合器齿轮41的不同轴向位置获得不同的齿比。也可以不通过凸轮311，获得不同齿比。不同的齿比组合参见图14的表格。331指代所有的棘爪，而331-1，331-2……331-6特别指代331六个棘爪的其中一个。

图14表格里的第一列里列出了不同的齿比，第二列里列出了第一个棘爪331-1的位置，包括是否涉及凸轮311(棘爪331-1对应T1齿轮组第一个太阳齿轮11)，显示出不同的齿比。第三列列出第二个棘爪331-2的位置(对应T1齿轮组第二个太阳齿轮12)，显示出不同的齿比。第四列列出离合器齿轮41的位置，对应T1齿轮组第二个太阳齿轮12的位置。第五列列出离合器齿轮41的位置，对应T2齿轮组第一个太阳齿轮17。第六列列出第三个棘爪331-3的位置，对应T2齿轮组第一个太阳齿轮17，显示出不同的齿比。第七列列出第四个棘爪331-4的位置，对应T2齿轮组第二个太阳齿轮18，显示出不同的齿比。第八列列出第五个棘爪331-5的位置，对应着T3齿轮组第一个太阳齿轮22，显示出不同的齿比。第九列列出第六个棘爪331-6的位置，对应着T3齿轮组第二个太阳齿轮23，显示出不同的齿比。第十列列出T1齿轮组不同齿比的减速比。第十一列列出T2轮组不同齿比的减速比。第十二列列出T3轮组不同齿比的减速比。第十三列列出整体减速比(组合三个轮组的比率)，显示出不同的齿比。

最后四列的齿比通过以下方式获得：第一轮组T1，包括100个齿的外齿圈16、79个齿的第一太阳轮11及17个齿的行星齿轮13、与13个齿的行星齿轮14连接的83个齿的第二太阳轮12；第二轮组T2，包括113个齿的外齿圈21、与12个齿的行星轮19连接的72个齿的第一太阳轮17、与25个齿的行星轮20连接的59个齿的第二太阳轮18；第三轮组T3，包括109个齿的外齿圈27、与22个齿的行星轮24连接的56个齿的第一太阳轮22、与13个齿的行星轮25连接的65个齿的第二太阳轮23。

下面将更详细地介绍变速箱1的不同齿比：

第一种齿比：

可以通过以下方式获得第一种齿比：

-离合器齿轮41与T1齿轮组第二太阳齿轮12通过牙嵌连接，获得T1齿轮组的单一比率，

-(凸轮311的)第三棘爪331-3启动，阻止T2齿轮组第一太阳齿轮17的旋转，获得T2比率0.42，

-第六棘爪331-6启动，阻止T3齿轮组第二太阳齿轮23的旋转，获得T3比率1.56。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪331定位在变速杆31的第一个变档位置。

第二种齿比：

可以通过以下方式获得第二种齿比：

-离合器齿轮41与T1齿轮组第二太阳齿轮12通过牙嵌连接，获得T1齿轮组的单一比率，

-第三棘爪331-3启动，阻止T2齿轮组第一太阳齿轮17的旋转，获得T2比率0.42，

-第五棘爪331-5启动，阻止T3齿轮组第二太阳齿轮22的旋转，获得T3比率2.1。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪331定位在变速杆31的第二个变档位置。

第三种齿比：

可以通过以下方式获得第三种齿比：

-离合器齿轮41与T1齿轮组第二太阳齿轮12通过牙嵌连接，获得T1齿轮组的单一比率，

-第四棘爪331-4启动，阻止T2齿轮组第二太阳齿轮18的旋转，获得T2比率0.65，

-第六棘爪331-6启动，阻止T3齿轮组第二太阳齿轮23的旋转，获得T3比率1.56。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪331定位在变速杆31的第三个变档位置。

第四种齿比：

可以通过以下方式获得第四种齿比：

-第一棘爪331-1启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮11的旋转，获得T1比率1.7，

-第三棘爪331-3启动，阻止T2齿轮组第一太阳齿轮17的旋转，获得T2比率0.42，

-第六棘爪331-6启动，阻止T3齿轮组第二太阳齿轮23的旋转，获得T3比率1.56。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第四个变档位置。

第五种齿比：

可以通过以下方式获得第五种齿比：

-第二棘爪331-2启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮11的旋转，获得T1比率1.96，

-第三棘爪331-3启动，阻止T2齿轮组第一太阳齿轮17的旋转，获得T2比率0.42，

-第六棘爪331-6启动，阻止T3齿轮组第二太阳齿轮23的旋转，获得T3比率1.56。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第五个变档位置。

第六种齿比：

可以通过以下方式获得第六种齿比：

-第一棘爪331-1启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮11的旋转，获得T1比率1.7，

-第三棘爪331-3启动，阻止T2齿轮组第一太阳齿轮17的旋转，获得T2比率0.42，

-第五棘爪331-5启动，阻止T3齿轮组第一太阳齿轮22的旋转，获得T3比率2.1。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第六个变档位置。

第七种齿比：

可以通过以下方式获得第七种齿比：

-第二棘爪331-2启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮12的旋转，获得T1比率1.96，

-第三棘爪331-3启动，阻止T2齿轮组第一太阳齿轮17的旋转，获得T2比率0.42，

-第五棘爪331-5启动，阻止T3齿轮组第一太阳齿轮22的旋转，获得T3比率2.1。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第七个变档位置。

第八种齿比：

可以通过以下方式获得第八种齿比：

-第二棘爪331-2启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮12的旋转，获得T1比率1.96，

-第四棘爪331-4启动，阻止T2齿轮组第一太阳齿轮18的旋转，获得T2比率0.65，

-第六棘爪331-6启动，阻止T3齿轮组第二太阳齿轮23的旋转，获得T3比率1.56。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第八个变档位置。

第九种齿比：

可以通过以下方式获得第九种齿比：

-第一棘爪331-1启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮11的旋转，获得T1比率1.7，

-第四棘爪331-4启动，阻止T2齿轮组第二太阳齿轮18的旋转，获得T2比率0.65，

-第五棘爪331-5启动，阻止T3齿轮组第一太阳齿轮22的旋转，获得T3比率2.1。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第九个变档位置。

第十种齿比：

可以通过以下方式获得第十种齿比：

-第二棘爪331-2启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮12的旋转，获得T1比率1.96，

-第四棘爪331-4启动，阻止T2齿轮组第二太阳齿轮18的旋转，获得T2比率0.65，

-第五棘爪331-5启动，阻止T3齿轮组第一太阳齿轮22的旋转，获得T3比率2.1。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第十个变档位置。

第十一种齿比：

可以通过以下方式获得第十一种齿比：

-离合器齿轮41与T2齿轮组第一太阳齿轮17通过牙嵌连接，获得T2齿轮组的单一比率，

-第二棘爪331-2启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮12的旋转，获得T1比率1.96，

-第六棘爪331-6启动，阻止T3齿轮组第二太阳齿轮23的旋转，获得T3比率1.56。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第十一个变档位置。

第十二种齿比：

可以通过以下方式获得第十二种齿比：

-离合器齿轮41与T2齿轮组第一太阳齿轮17通过牙嵌连接，获得T2齿轮组的单一比率，

-第一棘爪331-1启动，阻止T1齿轮组第二太阳齿轮11的旋转，获得T1比率1.7，

-第五棘爪331-5启动，阻止T3齿轮组第一太阳齿轮22的旋转，获得T3比率2.1。

凸轮311、凹槽313和变速杆31同步互动，使离合器齿轮41发生位移，并使棘爪311定位在变速杆31的第十二个变档位置。

上述不同的齿比对应的速度比分别是：

0.66-0.88-1.01-1.12-1.29-1.5-1.73-1.98-2.32-2.67-3.06-3.57。

最大值与最小值的比为540％。如图15所示，根据齿比变化画出的曲线显示出良好的上升线性关系。这种线性关系为骑行者提供更加舒适的体验。

本发明不限于上述实施例，可扩展到其他变形。变形主要与太阳齿轮的数量有关，每个齿轮组可以不是两个，也意味着两个轮组也可拥有不同数量的太阳齿轮。比如涉及第三个齿轮组，则需增加一个离合器装置。此外，变速箱1的齿比数也可能大于12。

此外，根据第二个实施例，变速箱1可以设在后轮的旋转轴上。在这种情况下，变速箱1还需包含图18所示的飞轮装置。在这种情况下，外齿圈16将与传动齿轮啮合，通过车链子或传送带与踏板位置的牙盘同步。此外，保护壳50可旋转地安装在自行车架上，使车轮的辐条固定在保护壳50上，从而驱动车轮滚动。保护壳与输出环27同步旋转。

根据第三个实施例，变速箱1可以安装在驱动轮的轴线上，即踏板轴2(脚踏板装在前轮的旋转轴上)。此外，参考第二个实施例，保护壳50可旋转地安装在自行车架上侧，使车轮的辐条固定在保护壳50上，从而驱动车轮滚动。保护壳与输出环27同步旋转。此外，变速箱包括一个飞轮装置。

本发明还涉及一种含有上述变速箱1的自行车100。

本发明也涉及一套变速组件200，包括相互连接的变速箱1和1'和电机110，如图17、19和20所示。变速箱1包含至少一组周转齿轮系统，即输入组，以及第二组周转齿轮系统，即输出组。因此，变速箱1可以对应上述的变速箱，如图17和19所示，也可以对应没有离合器40的变速箱1，如图20所示。电机110输出轴和变速箱1之间可以在传动列的外齿圈实现更多组合的可能。例如，变速箱1可装在自行车100踏板轴的下方。

如图17所示变速组件200的设计：电机110输出轴112与变速箱1呈垂直关系。

电机110也可以安装在自行车的车架上，比如下管111上，如图16所示，或者上管上。电机110输出轴112和变速箱1可通过转角锥116连接，即传递输出轴112和变速箱1的输出环27之间的扭矩。此外，飞轮118也可以安装在输出轴112和输出环27之间。电机110可以在输出轴112上安装一个减速装置120。减速装置120可以设置电机110的额定功率，比如2000转/分钟，所对应的输出环旋转频率在60-100转/分钟之间，通常设置为70-90转/分钟。此外，牙盘固定在输出环27上面，传动齿轮固定在后轮上并通过车链或传送带与牙盘连接，可设定电机110的额定功率为骑行速度25公里/小时。电池114与电机110配套，可以安装在自行车架的下管111上，如图16所示。电池114可以自由拆卸。

如图19所示变速组件200的设计：电机110输出轴112与变速箱1的Δ轴呈平行角度。电机110输出轴112和变速箱可以通过减速器120连接。减速器120可以有上下两层(第一层与电机110输出轴112的齿轮啮合，第二层与输出环27啮合)以及一个飞轮。此外，在这个实施例中，电机110可以装在保护壳50里，即与变速箱1装在一起。变速组件200的其他特征与图17所示的第一个实施例相似。

根据变速组件200的第三个实施例，如图20所示，变速箱1配有离合器40，而变速箱1'没有离合器40。其运转原理与前述其他实施例相似。变速箱1'包含第一齿轮组T1'，即输入组，以及第二齿轮组T2'，称输出组。T1'齿轮组包括比如四个太阳齿轮，T2'齿轮组包括比如4个太阳齿轮。此外，变速箱1'的变速轮组3可以设计成1-7档变速齿轮箱，如前述的第4到第10种齿比(没有牙嵌影响变速箱1的齿比变化)。齿轮组可以数目不同，每个齿轮组的太阳齿轮也可以数目不同。此外，变速箱1'的齿比种类可以不同于7种。

变速箱1'的其他特征与变速箱1相似。

变速组件200包含电机110，输出组T2外齿圈27与变速箱1'啮合。电机110和外齿圈27的连接与第一个实施例相似(电机110的轴线与变速箱1'垂直)，如图20所示，也类似于第二个实施例(电机110的轴线与变速箱1'平行)。其他特征类似于前述的两个实施例，如图17和19所示。

本发明还涉及自行车100，如图16所示，包含前述的变速组件200。电机110和电池114安装在自行车100的下管111里。

变速箱1和变速组件200的不同实施例也可以安装在斜躺自行车车型或三轮车上。

Claims (11)

1.一种用于自行车（100）的变速组件（200），包括：一个含有输出轴（112）的电机（110），一个围绕在中心轴线（Δ）上的变速箱（1、1’），包括：第一齿轮组（T1、T1’）即输入组，以及第二齿轮组（T3、T2’）即输出组，每个齿轮组包括：-多个太阳齿轮（11、12、17、18、22、23）以及-多个行星齿轮（13、14、19、20、24、25），行星齿轮（13、14、19、20、24、25）与对应的太阳齿轮（11、12、17、18、22、23）相互啮合，所述多个行星齿轮（13、14、19、20、24、25）安装在行星支架（15、26）上，-外齿圈（16、21、27），与太阳齿轮（11、12、17、18、22、23）相对应的行星齿轮（13、14、19、20、24、25）啮合；其中，太阳齿轮（11、12、17、18、22、23）在旋转过程中通过一组棘爪（331）分别与变速轮组（3）啮合，使输入组（T1、T1’）的外齿圈（16）与自行车（100）踏板同步转动，输出组（T3、T2’）的外齿圈（27）与车轮同步旋转，其特征在于，电机（110）的输出轴（112）通过与输出组（T3、T2’）的外齿圈（27）啮合连接到变速箱（1）；变速轮组（3）包括变速杆（31）、中间元件（33）和外部元件（35），变速杆（31）包含一组凸轮（311）及一个导向槽（313），中间元件（33）外围设置了一组棘爪（331），外部元件（35）包括一组凹槽（351），棘爪（331）分别用来与凸轮（311）及外部元件（35）配合连接，凹槽（351）分别用来连接中间元件（33）的棘爪（331），外部元件（35）与踏板盒连接，用于在车架上保持固定。

2.根据权利要求1所述的变速组件（200），所述变速箱（1）围绕所述自行车（100）的踏板轴（2）。

3.根据权利要求1或2所述的变速组件（200），所述电机（110）的输出轴（112）位于所述变速箱（1）所在中心轴线（Δ）的垂直方向，其中，电机（110）的输出轴（112）通过转角锥（116）与输出组（T3、T2’）的外齿圈（27）连接。

4.根据权利要求1或2所述的变速组件（200），所述电机（110）的输出轴（112）位于所述变速箱（1）所在中心轴线（Δ）的平行方向。

5.根据权利要求1或2所述的变速组件（200），包括位于输出轴（112）与输出组（T3、T2’）的外齿圈（27）之间的减速器（120、120’）。

6.根据权利要求5所述的变速组件（200），所述减速器（120、120’）使所述电机（110）的额定功率对应所述输出组（T3、T2’）外齿圈（27）的转速，限定在60-100转/分钟。

7.根据权利要求1或2所述的变速组件（200），包括设置在输出轴（112）与输出组（T3、T2’）的外齿圈（27）之间的飞轮装置（118）。

8.根据权利要求1或2所述的变速组件（200），所述输出组（T3、T2’）的外齿圈（27）包含用于连接车链或传动带的牙盘。

9.根据权利要求1或2所述的变速组件（200），所述变速箱（1）包括两个齿轮组（T1’、T2’）及七种齿比组合。

10.一种自行车（100），包括根据前述权利要求中任一项所述的变速组件（200），且所述电机（110）设置在车架上。

11.根据权利要求10所述的自行车（100），其特征在于，所述电机（110）设置在车架的下管（111）上。