CN116946300A - 自行车变速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种自行车变速装置，包括轴心、多个行星齿轮模块、多个单向离合器以及换挡机构。这些行星齿轮模块彼此串接并设于轴心。换挡机构包括变挡致动器以及多个控制棘爪。这些控制棘爪分别可活动地设于轴心的不同位置。变挡致动器的凹部用以控制这些控制棘爪其中的一个控制棘爪的控制端的开启与关闭，进而控制这些行星齿轮模块对应的太阳齿轮固定于轴心。当由高速挡切换至低速挡时，变挡致动器的旋转方向与控制棘爪关闭的旋转方向相同。

Description

自行车变速装置
技术领域
本发明涉及一种自行车变速装置。
背景技术
在现有技术中已知利用行星齿轮系统来达成多种不同速比的自行车变速装置。如欧洲公告专利EP1289827B2，其利用三个不同行星齿轮模块的串联，且每个行星齿轮模块具有开启或关闭的两种速比，来达成具有8种速比，其中每个行星齿轮模块是透过开启控制棘爪，来控制太阳齿轮固定于轴心上，以提供大于1的增速比，达到增速的效果；相反地，关闭控制棘爪，使得太阳齿轮未固定于轴心上，使得太阳齿轮能自由转动，则是提供1：1的速比。
以二个行星齿轮模块，而提供四段变速而言，第一挡是两个轴心棘爪均关闭，提供1：1的速比，第二挡与第三挡之间，轴心棘爪需要一个开启、一个关闭，虽提供大于1的速比，且哪个轴心棘爪需开启、关闭，以及同时将一个轴心棘爪开启、一个轴心棘爪关闭，其机构的操控上比较复杂，且在轴心棘爪开启状态下要被关闭，较不容易控制，且容易让机构受损。而第四挡则是两个轴心棘爪均开启，提供最高速的速比。更重要的是，由第三挡切换至第二挡时，控制棘爪的控制端的关闭方向与变挡致动器的旋转方向不相同，必须逆向关闭控制棘爪。
因此，如何提供自行车变速装置来改善上述所遭遇到的问题，将是业界所要解决的课题。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种自行车变速装置，能在高速挡切换到低速挡时，能具有省力的效果。
本发明提供一种自行车变速装置，其特征在于，包括：
一轴心；
至少二行星齿轮模块，分别依序设于该轴心，其中该至少二行星齿轮模块彼此串接，该至少二行星齿轮模块分别包括一行星架、一齿轮环以及一太阳齿轮，该行星架内设有该太阳齿轮，该齿轮环与该行星架内的一行星齿啮合；
至少二单向离合器，连接对应的该行星架与该齿轮环；
一换挡机构，包括一变挡致动器以及至少二控制棘爪，该变挡致动器设于该轴心，该至少二控制棘爪分别可活动地设于该轴心的不同位置，该至少二控制棘爪分别包括一控制端，该变挡致动器内包含对应该控制端的多个凹部，该变挡致动器经旋转，根据该至少二行星齿轮模块的数量提供多个增速比，依据该多个增速比以在一低速挡与一高速挡之间进行换挡，并在每次换挡时，该多个凹部用以控制该至少二控制棘爪其中的一个该控制棘爪的该控制端的开启与关闭，进而控制该至少二行星齿轮模块对应的该太阳齿轮固定于该轴心，其中当由该高速挡切换至该低速挡时，该变挡致动器的一旋转方向与相对应的该控制棘爪的一关闭方向相同；以及
一传动件，该变挡致动器连接于该传动件与该至少二行星齿轮模块之间，其中由该高速挡切换至该低速挡时，依由最远离该传动件的该行星齿轮模块到最靠近该传动件的该行星齿轮模块的顺序，借由该多个凹部来关闭对应该行星齿轮模块的位置的该控制棘爪，使该至少二行星齿轮模块对应的该太阳齿轮未固定于该轴心，且每次换到相邻挡位时只控制一个该控制棘爪的该控制端的开启或关闭。
所述的自行车变速装置，其中：还包括一变速导轮，该传动件设于该变速导轮与该至少二行星齿轮模块之间。
所述的自行车变速装置，其中：还包括一电子变速单元以及一内导轮，该内导轮周围外的一栓槽卡合于该电子变速单元的一栓槽之内。
所述的自行车变速装置，其中：还包括一回复弹簧与一弹簧座，该弹簧座固定于该轴心上，该回复弹簧连接于该变挡致动器与该弹簧座。
所述的自行车变速装置，其中：由最靠近该传动件的该行星齿轮模块到最远离该传动件的该行星齿轮模块之间，每个该行星齿轮模块的该齿轮环是构成下一个该行星齿轮模块的该行星架。
所述的自行车变速装置，其中：还包括一花鼓壳，该轴心、该传动件、该至少二行星齿轮模块以及该换挡机构设于该花鼓壳之内，且最远离的该行星齿轮模块的该齿轮环固接于该花鼓壳。
所述的自行车变速装置，其中：该至少二行星齿轮模块的其中的一个该行星齿轮模块为一复合型行星齿轮系，该复合型行星齿轮包括该行星架、该齿轮环、两层以上的复合行星齿以及对应该两层以上的复合行星齿的位置的该复数个太阳齿轮。
所述的自行车变速装置，其中：沿着该轴心的轴心方向，该至少二控制棘爪具有不同的长度，该至少二控制棘爪的长度是由对应该变挡致动器的该控制端到该至少二控制棘爪对应该至少二行星齿轮模块的该太阳齿的位置之间的距离。
所述的自行车变速装置，其中：该太阳齿轮包括一齿轮本体、一外齿轮齿以及一内棘齿，该齿轮本体之内设有该内棘齿，该外齿轮齿是由该齿轮本体的一侧形成。
所述的自行车变速装置，其中：最远离该传动件的该太阳齿轮的一外齿轮齿与一内棘齿是错位配置。
所述的自行车变速装置，其中：该增速比的范围能够至1.33的N次方以上，其中N为行星齿轮模块的数量。
基于以上所述，本发明由高速挡至低速挡时，要由转速最快的行星齿轮模块关闭，如此遇到变挡的阻力最小，达到省力的效果。
为能够让本发明能更明显易懂，下文特列举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的自行车变速装置的行星齿轮模块串联的示意图。
图2为本发明轴心与两个控制棘爪的爆炸示意图。
图3为本发明换挡机构与轴心及太阳齿轮的部分爆炸示意图。
图4为本发明换挡机构与轴心及太阳齿轮的部分组装示意图。
图5为图4的太阳齿轮与一个控制棘爪的示意图。
图6为本发明的自行车变速装置一实施例的示意图。
图7A为多个行星齿轮模块的局部分解图。
图7B为太阳齿轮一实施例的示意图。
图8为行星齿轮模块另一实施例的示意图。
图9A为本发明换挡机构的第一挡位的低速挡的示意图。
图9B为本发明换挡机构的第二挡位的示意图。
图9C为本发明换挡机构的第三挡位的高速挡的示意图。
图10为自行车变速装置一部份组件的爆炸示意图。
图11为本发明电子变速一实施例的示意图。
图12为本发明电子变速一实施例的局部爆炸图。
图13为本发明电子变速单元一侧的示意图。
附图标记说明：100-自行车变速装置；110-轴心；110A-第一棘爪；110B-第二棘爪；112-第一凹部；114-第二凹部；120-第一行星齿轮模块；122-第一行星架；122A-第一行星齿；124-第一齿轮环；124A-棘齿；126-第一太阳齿轮；1262-第一棘齿；130-第二行星齿轮模块；132-第二行星架；132A-第二行星齿；134-第二齿轮环；134A-棘齿；136-第二太阳齿轮；1362-第二棘齿；136A-本体；136B-齿部；136C-内表面；136D-凹部；140-第一单向离合器；150-第二单向离合器；160-传动件；170-换挡机构；172-变挡致动器；172A-中空环体；172B-内表面；172C-第一凹部；172D-第二凹部；172E,172F-凸柱；174-第一控制棘爪；174A-第一棘爪本体；174B-第一固定部；174C-第一控制端；174D-第一太阳齿轮啮合端；176-第二控制棘爪；176A-第二棘爪本体；176B-第二固定部；176C-第二控制端；176D-第二太阳齿轮啮合端；180-花鼓壳；190-变速导轮；220-第一行星齿轮模块；222A-第一行星齿；222B-第二行星齿；224-齿轮环；236-第二太阳齿轮；236A-齿轮本体；236B-外齿轮齿；236C-内棘齿；240-单向离合器；310-内导轮；312-内导轮环体；314-第一凹部；316-第二凹部；318-栓槽；320-右侧玉押；322-玉押本体；324-第一穿孔；326-第二穿孔；330-回复弹簧；340-弹簧座；410-电子变速单元；412-栓槽；L-轴心方向；P1-输入端；P2-输出端。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在各个实施例的说明中，所谓的「第一」、「第二」、「第三」是用以描述不同的组件，这些组件并不因为此类谓辞而受到限制。此外，为了说明上的便利和明确，附图中各组件的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，以供熟悉此领域的一般技术人员能够了解与阅读，且各组件的尺寸并未完全为其实际的尺寸，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
图1为本发明的自行车变速装置的行星齿轮模块串联的示意图。请参阅图1，本发明的自行车变速装置100包括一轴心110、第一行星齿轮模块120、第二行星齿轮模块130等至少两个行星齿轮模块、第一单向离合器140、第二单向离合器150等至少二个单向离合器，其中单向离合器的数量与前述行星齿轮模块的数量相同。这行星齿轮模块分别依序设于轴心。
需要说明的是，本发明为了便于说明，以两个行星齿轮模块作为举例，并非限制本发明。第一行星齿轮模块120包括一第一行星架122、一第一齿轮环124以及一第一太阳齿轮126，第一行星架122包含第一行星齿122A，且第一行星架122内设有第一太阳齿轮126，第一齿轮环124与第一行星齿122A啮合。第一单向离合器140连接第一行星架122与第一齿轮环124，本发明不限制第一单向离合器140的型态。举例而言，第一单向离合器140可为第一行星架122的棘爪，第一行星架122的棘爪能与第一齿轮环124的棘齿124A相互啮合。
第二行星齿轮模块130的组成型态类似于第一行星齿轮模块120。第二行星齿轮模块130包括一第二行星架132、一第二齿轮环134以及一第二太阳齿轮136，第二行星架132与第一齿轮环124连接，第二行星架132包含第二行星齿132A，且第二行星架132内设有第二太阳齿轮136，第二齿轮环134与第二行星齿132A啮合。第二单向离合器150连接第二行星架132与第二齿轮环134，本发明不限制第二单向离合器150的型态。举例而言，第二单向离合器150可为第二行星架132的棘爪，第二行星架132的棘爪能与第二齿轮环134的棘齿134A相互啮合。
第一行星齿轮模块120与第二行星齿轮模块130分别依序设于轴心110，第一太阳齿轮126之内的第一棘齿1262对应于轴心110上的第一棘爪110A，第二太阳齿轮136之内的第二棘齿1362对应于轴心110上的第二棘爪110B。此外，本发明的第一行星齿轮模块120中的第一齿轮环124实际上即为第二行星齿轮模块130中的第二行星架132的一部分，使得第一行星齿轮模块120与第二行星齿轮模块130能彼此串接在一起，同理，可透过第二行星齿轮模块130中的第二齿轮环134，再串接第三个行星齿轮模块，以此类推，端视实际情况来串接多个行星齿轮模块。
在本发明实施例中，可透过控制第一太阳齿轮126与第二太阳齿轮136等太阳齿轮是否有被固定于轴心110上而不会转动，达到变速的目的。动力是由行星架输入，举例而言，传动件160连接第一行星齿轮模块120，动力由输入端P1输入，透过传动件160传递动力于第一行星齿轮模块120中的第一行星架122，此时，若第一太阳齿轮126有被固定于轴心110上，此第一行星齿轮模块120会形成一增速比，并由第一齿轮环124输出，即为1：增速比的输入与输出模式，其中此增速比是看齿轮齿速的配比而决定。这是由于此时第一齿轮环124会旋转的速度比第一行星架122旋转的速度快，使得在第一行星架122上的单向离合器140不会发挥作用。
若此时第一太阳齿轮126有未被固定于轴心110上，此第一行星齿轮模块120便不会发挥增速比的作用，该动力会透过在第一行星架122上的单向离合器140输出，即为1：1的输入与输出模式。由此可知，第一行星齿轮模块120具有1：1与1：增速比的两段速比，同理，第二行星齿轮模块130同样具有1：1与1：增速比的两段速比，并由输出端P2输出动力。
若第一太阳齿轮126与第二太阳齿轮136均未被固定于轴心110，使得第一行星齿轮模块120与第二行星齿轮模块130均以1：1的输入输出型态，则为第一挡位的低速挡；若第一太阳齿轮126被固定于轴心110，而第二太阳齿轮136未被固定于轴心110，使得第一行星齿轮模块120具有增速比的输入输出型态，第二行星齿轮模块130未具有增速比的输入输出型态，则为第二挡位；接着，若使第一太阳齿轮126未被固定于轴心110，而转由第二太阳齿轮126固定于轴心110，使得第二行星齿轮模块130具有增速比的输入输出型态，第一行星齿轮模块120未具有增速比的输入输出型态，则为第三挡位；最后，第一太阳齿轮126与第二太阳齿轮126均固定于轴心110，使得第一行星齿轮模块120的增速比与第二行星齿轮模块130的增速比叠加之后，为第四挡位的高速挡。
表一：
太阳齿 行星齿 环齿轮 速比
第一行星齿轮模块120 42T 13T 68T 1.63
第二行星齿轮模块130 19T 24T 68T 1.28
表一为两个行星齿轮模块的一实施例，其中T为齿轮的齿数。
表二：
第一太阳齿126 第二太阳齿136 速比
第一挡位 关闭 关闭 1
第二挡位 关闭 开启 1.28
第三挡位 开启 关闭 1.63
第四挡位 开启 开启 2.09
表二为两个行星齿轮模块的四种不同的速比变化的习用态样，其中关闭代表控制棘爪关闭，使得太阳齿轮(如第一太阳齿轮126、第二太阳齿轮136)未被固定于轴心110；开启代表控制棘爪开启，使得太阳齿轮(如第一太阳齿轮126、第二太阳齿轮136)被固定于轴心110。
表三：
第一太阳齿126 第二太阳齿136 速比
第一挡位 关闭 关闭 1
第二挡位 开启 关闭 1.63
第三挡位 开启 开启 2.09
表三为本发明以表一的两个行星齿轮模块的三种不同的速比变化的态样。
表四：
太阳齿 行星齿 环齿轮 速比
第一行星齿轮模块120 29T 14T 58T 1.5
第二行星齿轮模块130 18T 18T 54T 1.33
表四为两个行星齿轮模块的另一实施例，其中T为齿轮的齿数，由表一与表四比较可知，增速比的范围能够至1.33的N次方以上，其中N为行星齿轮模块的数量。
表五：
第一太阳齿126 第二太阳齿136 速比
第一挡位 关闭 关闭 1
第二挡位 开启 关闭 1.5
第三挡位 开启 开启 2.0
表五为本发明以表四的两个行星齿轮模块的三种不同的速比变化的态样。
由此可知，两个行星齿轮模块的两段速比最多可以有四种不同的速比变化，然而，本发明并非是让两个行星齿轮模块的两段速比达成四段变速，反而是让两个行星齿轮模块的两段速比只要达成三段变速(如表三)，且表三与表二比较可知，此三段变速最后达到的最大速比均相同，但本发明只需要三段变速即可达成；同理，若为三个行星齿轮模块的两段变速一般可达成八段变速，但本发明则是让三个行星齿轮模块的两段速比只要达成四段变速，以此类推。以下详细介绍换挡机构的组件、原理、作动方式以及所欲达成的功效。
图2为本发明轴心与两个控制棘爪的爆炸示意图。图3为本发明换挡机构与轴心及太阳齿轮的部分爆炸示意图。图4为本发明换挡机构与轴心及太阳齿轮的部分组装示意图。图5为图4的太阳齿轮与一个控制棘爪的示意图。需要说明的是，为了便于说明，图3至图5中轴心的控制棘爪以一个为举例说明，而实际轴心的控制棘爪至少包含两个以上，其端视行星齿轮模块的数量配置而调整。请参阅图2至图5。
本发明的换挡机构170设于轴心110，换挡机构170包括一变挡致动器172(如图3与图4所示)、第一控制棘爪174、第二控制棘爪176等至少二个控制棘爪，其中控制棘爪的数量、位置是与行星齿轮模块的太阳齿轮的数量、位置相对应。第一控制棘爪174、第二控制棘爪176分别可活动地设于轴心110的不同位置，且沿着轴心110的轴心方向L，第一控制棘爪174的长度不同于第二控制棘爪176的长度，其中第一控制棘爪174对应第一太阳齿轮126，第二控制棘爪176对应第二太阳齿轮136。由此可知，本发明的控制棘爪的数量、位置是依据行星齿轮模块之内的太阳齿轮的数量、位置而决定。
如图2所示，第一控制棘爪174设于轴心110的第一凹部112之内，第二控制棘爪176设于轴心110的第二凹部114之内，其中第一凹部112与第二凹部114是位于轴心110的外表面上不同位置，且第一凹部112与第二凹部114分别凹陷于轴心110的外表面。
举例而言，第一控制棘爪174包括一第一棘爪本体174A、第一固定部174B、第一控制端174C以及一第一太阳齿轮啮合端174D，其中第一棘爪本体174A的一侧连接第一固定部174B，第一棘爪本体174A的两端连接第一控制端174C与第一太阳齿轮啮合端174D，第一控制棘爪174的长度为第一控制端174C与第一太阳齿轮啮合端174D之间的距离。第一固定部174B设于轴心110的第一凹部112之内。
举例而言，第二控制棘爪176包括一第二棘爪本体176A、第二固定部176B、第二控制端176C以及一第二太阳齿轮啮合端176D，其中第二棘爪本体176A的一侧连接第二固定部176B，第二棘爪本体176A的两端连接第二控制端176C与第二太阳齿轮啮合端176D，第二控制棘爪176的长度为第二控制端176C与第二太阳齿轮啮合端176D之间的距离。第二固定部176B设于轴心110的第二凹部114之内。
如图3所示，变挡致动器172与第二太阳齿轮136分别设于轴心110，且变挡致动器172的位置与第二太阳齿轮136的位置分别对应第二控制棘爪176的第二控制端176C的位置与第二太阳齿轮啮合端176D的位置。
举例而言，变挡致动器172包括一中空环体172A、一内表面172B、以及第一凹部172C与第二凹部172D等多个凹部，其中凹部的数量、形状可依据实际情况而决定。第一凹部172C与第二凹部172D设于中空环体172A的内表面172B的不同位置，且第一凹部172C与第二凹部172D是凹陷于中空环体172A的内表面172B。第二控制棘爪176的第二控制端176C与第一控制棘爪174的第一控制端174C分别位于中空环体172A之内。第一凹部172C与第二凹部172D等这些凹部用以控制第一控制棘爪174与第二控制棘爪176等其中的一个控制棘爪的控制端(如第一控制端174C或第二控制端176C)的开启与关闭，其中控制棘爪的控制端开启是指控制端(如第一控制端174C或第二控制端176C)位于凹部(如第一凹部172C或第二凹部172D)之内，控制棘爪的控制端关闭是指控制端(如第一控制端174C或第二控制端176C)不位于凹部(如第一凹部172C或第二凹部172D)之内。
举例而言，第二太阳齿轮136包括一本体136A、一齿部136B、一内表面136C以及多个凹部136D，其中凹部的数量、形状可依据实际情况而决定。凹部136D设于本体136A的内表面136C的不同位置，且凹部136D是凹陷于本体136A的内表面136C。第二控制棘爪176的第二太阳齿轮啮合端176D与第一控制棘爪174的第一太阳齿轮啮合端174D分别位于本体136A之内。当前述控制棘爪的控制端开启是指控制端(如第一控制端174C或第二控制端176C)位于凹部(如第一凹部172C或第二凹部172D)之内时，同时带动第二控制棘爪176的第二太阳齿轮啮合端176D或第一控制棘爪174的第一太阳齿轮啮合端174D会位于凹部136D之内，使得第一太阳齿轮126或第二太阳齿轮136会被固定于轴心110；若当前述控制棘爪的控制端关闭是指控制端(如第一控制端174C或第二控制端176C)未位于凹部(如第一凹部172C或第二凹部172D)之内时，与此同时，第二控制棘爪176的第二太阳齿轮啮合端176D或第一控制棘爪174的第一太阳齿轮啮合端174D也未位于凹部136D之内，使得第一太阳齿轮126或第二太阳齿轮136未被固定于轴心110。由此可知，本发明是借由这些凹部(如第一凹部172C或第二凹部172D)控制这些控制棘爪其中的一个控制棘爪的控制端的开启与关闭，进而控制这些行星齿轮模块(如第一行星齿轮模块120、第二行星齿轮模块130)对应的太阳齿轮(第一太阳齿轮126、第二太阳齿轮136)固定于轴心110。
图6为本发明的自行车变速装置一实施例的示意图。图7A为多个行星齿轮模块的局部分解图。图6为图1的行星齿轮模块应用在一自行车变速装置的实施态样。请参阅图1、图6与图7A。本发明的自行车变速装置100除了包括一轴心110、第一行星齿轮模块120、第二行星齿轮模块130等至少两个行星齿轮模块、第一单向离合器140、第二单向离合器150等至少二个单向离合器、传动件160以外，还包括一花鼓壳180以及一变速导轮190，其中轴心110、第一行星齿轮模块120、第二行星齿轮模块130、第一单向离合器140、第二单向离合器150、传动件160的连接关系与作动如前所述，不重复赘述。
在本发明实施例中，变速导轮190用以连接一变速把手(未图示)的一导线(未图示)。传动件160设于变速导轮190与第一行星齿轮模块120之间。
在本发明实施例中，轴心110、传动件160、第一行星齿轮模块120、第二行星齿轮模块130等行星齿轮模块、以及变挡致动器172等换挡机构170设于花鼓壳180之内。
在本发明实施例中，请参考图1与图6，第一行星齿轮模块120位于传动件160与第二行星齿轮模块130之间，也就是，相较于第一行星齿轮模块120而言，第二行星齿轮模块130是最远离传动件160的行星齿轮模块。本发明由于最远离传动件160的行星齿轮模块(此实施例为第二行星齿轮模块130)的第二行星架132已经有配置一单向离合器150，故第二齿轮环134与花鼓壳180之间不需要再额外配置单向离合器，因此，本发明是将最远离传动件160的行星齿轮模块(此实施例为第二行星齿轮模块130)中的齿轮环134固接于花鼓壳180，达成节省零件的目的。
在本发明实施例中，前述第一行星齿轮模块120与第二行星齿轮模块130能彼此串接在一起，如图1与图6所示，由最靠近传动件160的行星齿轮模块(此实施例为第一行星齿轮模块120)到最远离传动件160的行星齿轮模块(此实施例为第二行星齿轮模块130)之间，每个行星齿轮模块的齿轮环是构成下一个行星齿轮模块的行星架。如图7A所示，第一行星齿轮模块120的第一齿轮环124构成第二行星齿轮模块130的第二行星架132的一部分，达到串接(串联)的效果。
在一实施例中，第一行星齿轮模块120的第一太阳齿轮126的型态能与其他被串接在一起的太阳齿轮(如图1所示的第二行星齿轮模块130的第二太阳齿轮136的型态)一致，然，本发明不以此为限，如图7A与图7B所示，本发明的第二太阳齿轮236包括一齿轮本体236A、一外齿轮齿236B以及一内棘齿236C，齿轮本体236A之内设有内棘齿236C，外齿轮齿236B是由齿轮本体236A的一侧形成。第二太阳齿轮236的外齿轮齿236B与内棘齿236C是错位配置，即外齿轮齿236B与内棘齿236C是不同位置，这样可以缩小太阳齿轮的尺寸且又能兼顾强度。在一实施例中，此第二太阳齿轮236是最远离传动件160的太阳齿轮。
如图1、图6所示的第一行星齿轮模块120、第二行星齿轮模块130为一单一型行星齿轮模块，即以一个行星架、一个齿轮环、一个行星齿与一太阳齿。本发明不以此为限，在一实施例中，如图8所示，第一行星齿轮模块220为一复合型行星齿轮系，其包括齿轮环224、行星架之内的第一行星齿222A、第二行星齿222B等两层以上的复合行星齿以及对应第一行星齿222A、第二行星齿222B的复合行星齿位置的第一太阳齿轮226A、第二太阳齿轮226B等复数个太阳齿轮。单向离合器240连接行星架的第二行星齿222B与齿轮环224。如此一来，可透过这两个第一太阳齿轮226A、第二太阳齿轮226B是否被固定于轴心110，来提供两种变速效果。
请参阅图1至图6、图9A至图9C，其中图9A为本发明换挡机构的第一挡位的低速挡的示意图，图9B为本发明换挡机构的第二挡位的示意图，图9C为本发明换挡机构的第三挡位的高速挡的示意图。于变挡时，可透过拉线，控制变挡致动器172的旋转，变挡致动器172经旋转，根据这些行星齿轮模块的数量(如第一行星齿轮模块120与第二行星齿轮模块130)提供多个增速比，依据这些增速比以在一低速挡与一高速挡之间进行换挡，且每次换到相邻挡位(如第一挡位换到第二挡位、第二挡位换到第三挡位、第三挡位换到第二挡位、第二挡位换到第一挡位)时只控制一个控制棘爪的控制端的开启或关闭。
举例而言，如图9A所示，第一控制端174C与第二控制端176C均不是位在中空环体172A的第一凹部172C与第二凹部172D等这些凹部之内，而是位在中空环体172A内表面172B，使得第一控制棘爪174与第二控制棘爪176均处在关闭状态；与此同时，第一控制棘爪174的第一太阳齿轮啮合端174D与第二控制棘爪176的第二太阳齿轮啮合端176D也不会分别位于第一太阳齿轮126与第二太阳齿轮136之内的凹部，使得第一太阳齿轮126与第二太阳齿轮136均未被固定于轴心110，第一行星齿轮模块120与第二行星齿轮模块130均以1：1的输入输出型态，则为第一挡位的低速挡。
接着，旋转变挡致动器172，如图9B所示，第一控制端174C不是位在中空环体172A的第一凹部172C之内，第二控制端176C位在中空环体172A的第一凹部172C与第二凹部172D等这些凹部之内，第二控制端176C仍是位在中空环体172A内表面172B，使得第一控制棘爪174处在开启状态，而第二控制棘爪176均处在关闭状态；与此同时，第一控制棘爪174的第一太阳齿轮啮合端174D位于第一太阳齿轮126之内的凹部；第二控制棘爪176的第二太阳齿轮啮合端176D仍不会位于第二太阳齿轮136之内的凹部，使得第一太阳齿轮126被固定于轴心110，而第二太阳齿轮136未被固定于轴心110，使得第一行星齿轮模块120具有增速比的输入输出型态，第二行星齿轮模块130未具有增速比的输入输出型态，则为第二挡位。由此可知，本发明是第一挡位切换到第二挡位，是利用凹部控制这些控制棘爪其中的一个控制棘爪的控制端的开启与关闭来达成的。
接着，再旋转变挡致动器172，如图9C所示，第一控制端174C仍位在中空环体172A的第一凹部172C之内，第二控制端176C此时位在中空环体172A的第二凹部172D之内，使得第一控制棘爪174与第二控制棘爪176均处在开启状态；与此同时，第一控制棘爪174的第一太阳齿轮啮合端174D与第二控制棘爪176的第二太阳齿轮啮合端176D分别位于第一太阳齿轮126与第二太阳齿轮136之内的凹部，使得第一太阳齿轮126与第二太阳齿轮136均被固定于轴心110，使得第一行星齿轮模块120与第二行星齿轮模块130均具有增速比的输入输出型态，第一行星齿轮模块120的增速比与第二行星齿轮模块130的增速比叠加之后，则为第三挡位的高速挡。由此可知，本发明第二挡位切换到第三挡位，也是利用凹部控制这些控制棘爪其中的一个控制棘爪的控制端的开启与关闭来达成的。
上述由图9A的低速挡切换到图9C的高速挡，是将变挡致动器172以顺时针的开启方向来变挡，反之，若由如图9C的高速挡切换到图9A的低速挡时，则是将变挡致动器172以逆时针的关闭方向来变挡，且依序由最远离传动件160的行星齿轮模块如图1或图6所示的第二行星齿轮模块130)到最靠近传动件160的行星齿轮模块(如图1或图6所示的第一行星齿轮模块120)的顺序，来依序使第二控制棘爪176、第一控制棘爪174处在关闭状态。此外，如图9C的高速挡切换到图9A的低速挡时，变挡致动器170的旋转方向与相对应的控制棘爪的关闭方向相同。
详细而言，如图9C至图9B的过程，变挡致动器172以逆时针的关闭方向旋转，使得第二控制端176C不位在中空环体172A的第一凹部172C与第二凹部172D等这些凹部之内，第一控制端174C仍位在中空环体172A的第一凹部172C之内，使得第一控制棘爪174处在开启状态，而第二控制棘爪176均处在关闭状态。可以发现的是，第二控制棘爪176的第二控制端176C的关闭方向亦为逆时针方向，与变挡致动器170的逆时针的旋转方向相同，使得较为好施力。
接着，如图9B至图9A的过程，变挡致动器172以逆时针的关闭方向再旋转一角度，使得第二控制端176C仍不位在中空环体172A的第一凹部172C与第二凹部172D等这些凹部之内，第一控制棘爪174的第一控制端174C经逆时针旋转而脱离中空环体172A的第一凹部172C，而是位在中空环体172A内表面172B，使得第一控制棘爪174与第二控制棘爪176均处在关闭状态。同样，可以发现的是，第一控制棘爪174的第一控制端174C的关闭方向亦为逆时针方向，与变挡致动器170的逆时针的旋转方向相同，使得较为好施力。
每个行星齿轮模块的速比，最远离传动件160的行星齿轮模块转速越快，在功率守恒情况下，功率为转速与扭力二者的乘积，故最远离传动件160的行星齿轮模块的扭力越小。在此机构配置下，是由高速挡至低速挡时，要由转速最快的行星齿轮模块关闭，如此遇到变挡的阻力最小，达到省力的效果。
请参阅图6、图10所示，其中图10为自行车变速装置一部份组件的爆炸示意图。本发明自行车变速装置100还包括内导轮310、右侧玉押320、回复弹簧330、弹簧座340等组件。内导轮310包括内导轮环体312、第一凹部314与第二凹部316等凹部、以及多个栓槽318，其中内导轮环体312本身为一中空环形体，第一凹部314与第二凹部316分别位于内导轮环体312之内，且第一凹部314与第二凹部316凸出于内导轮环体312的内侧面的不同位置，多个栓槽318位于内导轮环体312的外周缘的不同位置。右侧玉押320包括玉押本体322、第一穿孔324、第二穿孔326等多个穿孔，第一穿孔324与第二穿孔326分别穿设于玉押本体322的底面。变挡致动器172包括中空环体172A、两个凸柱172E、172F，其中两个凸柱172E、172F分别凸出于中空环体172A的一侧。变挡致动器172穿过传动件160，两个凸柱172E、172F分别穿过玉押本体322的第一穿孔324与第二穿孔326，并使得两个凸柱172E、172F卡固于内导轮310的第一凹部314与第二凹部316，使得内导轮310能与变挡致动器172一同转动，且玉押本体322的第一穿孔324与第二穿孔326具有空间，让变挡致动器172的两个凸柱172E、172F有旋转空间。弹簧座340固定于轴心110上，回复弹簧330连接于变挡致动器172与弹簧座340，以提供旋转回复的弹力。回复弹簧330例如为扭簧。
以上所述是以机械式方式来驱动，本发明不以此为限，如图11至图13所示，为一电子驱动变速换挡的方式。本发明包括一电子变速单元410与一内导轮310，其中内导轮310可参酌图10的内导轮310的型态。内导轮310周围外的栓槽318卡合于电子变速单元410的一栓槽412之内。电子变速单元410例如包括马达、电路板以及减速齿轮系统等组件，马达连接电路板与减速齿轮系统，透过马达驱动减速齿轮系统驱动内导轮310转动，进而驱动变挡致动器172一同转动。
综上所述，本发明由高速挡至低速挡时，要由转速最快的行星齿轮模块关闭，如此遇到变挡的阻力最小，达到省力的效果。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种自行车变速装置，其特征在于，包括：
一轴心；
至少二行星齿轮模块，分别依序设于该轴心，其中该至少二行星齿轮模块彼此串接，该至少二行星齿轮模块分别包括一行星架、一齿轮环以及一太阳齿轮，该行星架内设有该太阳齿轮，该齿轮环与该行星架内的一行星齿啮合；
至少二单向离合器，连接对应的该行星架与该齿轮环；
一换挡机构，包括一变挡致动器以及至少二控制棘爪，该变挡致动器设于该轴心，该至少二控制棘爪分别可活动地设于该轴心的不同位置，该至少二控制棘爪分别包括一控制端，该变挡致动器内包含对应该控制端的多个凹部，该变挡致动器经旋转，根据该至少二行星齿轮模块的数量提供多个增速比，依据该多个增速比以在一低速挡与一高速挡之间进行换挡，并在每次换挡时，该多个凹部用以控制该至少二控制棘爪其中的一个该控制棘爪的该控制端的开启与关闭，进而控制该至少二行星齿轮模块对应的该太阳齿轮固定于该轴心，其中当由该高速挡切换至该低速挡时，该变挡致动器的一旋转方向与相对应的该控制棘爪的一关闭方向相同；以及
一传动件，该变挡致动器连接于该传动件与该至少二行星齿轮模块之间，其中由该高速挡切换至该低速挡时，依由最远离该传动件的该行星齿轮模块到最靠近该传动件的该行星齿轮模块的顺序，借由该多个凹部来关闭对应该行星齿轮模块的位置的该控制棘爪，使该至少二行星齿轮模块对应的该太阳齿轮未固定于该轴心，且每次换到相邻挡位时只控制一个该控制棘爪的该控制端的开启或关闭。
2.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：还包括一变速导轮，该传动件设于该变速导轮与该至少二行星齿轮模块之间。
3.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：还包括一电子变速单元以及一内导轮，该内导轮周围外的一栓槽卡合于该电子变速单元的一栓槽之内。
4.如权利要求3所述的自行车变速装置，其特征在于：还包括一回复弹簧与一弹簧座，该弹簧座固定于该轴心上，该回复弹簧连接于该变挡致动器与该弹簧座。
5.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：由最靠近该传动件的该行星齿轮模块到最远离该传动件的该行星齿轮模块之间，每个该行星齿轮模块的该齿轮环是构成下一个该行星齿轮模块的该行星架。
6.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：还包括一花鼓壳，该轴心、该传动件、该至少二行星齿轮模块以及该换挡机构设于该花鼓壳之内，且最远离的该行星齿轮模块的该齿轮环固接于该花鼓壳。
7.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：该至少二行星齿轮模块的其中的一个该行星齿轮模块为一复合型行星齿轮系，该复合型行星齿轮包括该行星架、该齿轮环、两层以上的复合行星齿以及对应该两层以上的复合行星齿的位置的该复数个太阳齿轮。
8.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：沿着该轴心的轴心方向，该至少二控制棘爪具有不同的长度，该至少二控制棘爪的长度是由对应该变挡致动器的该控制端到该至少二控制棘爪对应该至少二行星齿轮模块的该太阳齿的位置之间的距离。
9.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：该太阳齿轮包括一齿轮本体、一外齿轮齿以及一内棘齿，该齿轮本体之内设有该内棘齿，该外齿轮齿是由该齿轮本体的一侧形成。
10.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：最远离该传动件的该太阳齿轮的一外齿轮齿与一内棘齿是错位配置。
11.如权利要求1所述的自行车变速装置，其特征在于：该增速比的范围能够至1.33的N次方以上，其中N为行星齿轮模块的数量。
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