CN1852828A - 自动变速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种速度根据预定的旋转量自动改变而无需用户任意操作的自动变速装置。本发明的自动变速装置包括轮毂单元，所述轮毂单元包括形成有恒星齿轮的轮毂轴，并且毂壳环绕恒星齿轮并具有形成在毂壳内周表面上的内齿轮和第一棘轮环；第一行驶单元包括用来旋转毂壳同时闭合毂壳另一侧的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转主动轮的从动链轮；第二行驶单元包括安置在毂壳内的第一托架并且在所述第一托架一侧安装有与恒星齿轮和内齿轮啮合以快速旋转毂壳的多个行星齿轮，以及从第一托架另一侧延伸到主动轮的第二托架；和变换单元包括安置在主动轮和第二托架之间以将旋转力从旋转的主动轮传递到第二托架和第一托架的行星齿轮的第二棘轮环，以及安置在第一和第二托架之间以在自行车踏板不被操作和自行车停止时恢复第二棘轮环的变换弹簧。

Description

自动变速装置
技术领域
本发明涉及一种自动变速装置，特别是涉及一种速度可根据预定旋转量自动改变而无需用户任意操纵的自动变速装置。
背景技术
一般，变速装置安装在自行车上，在有些情况下，也安装在轮椅、使用踏板的玩具车、钓鱼绞盘等上。例如，对于目前的自行车变速装置，已经开发出一般的变速装置，在该变速装置中，通过改变设置在自行车前后轮轴上的不同直径的齿轮间传递能量的链条的位置以及安装在自行车后轮毂内的变速装置来实现变速，并且在该变速装置中，通过安排在毂壳内的小齿轮齿数比来实现变速。
然而，因为上述装置仅能在用户执行变速的预定变速操作时才能实现变速，所以存在某些问题，因为这使得用户不方便并且不熟练的用户可能在行驶过程中难以变速，这会导致交通事故。
发明内容
设计本发明以解决现有技术中的上述问题。本发明的目的是提供一种自动变速装置，其中速度可根据预定的旋转量自动改变而无需用户的任何操作。
根据本发明为了实现所述目的一个方面，提供了一种自动变速装置，包括轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且在其中心处形成有恒星齿轮的轮毂轴和围绕所述恒星齿轮的毂壳，并且所述毂壳具有形成在毂壳可被旋转固定到所述轮毂轴一侧的内周表面上的第一棘轮环和内齿轮；第一行驶单元，所述第一行驶单元包括用来旋转所述毂壳同时闭合所述毂壳另一侧并且被旋转固定在所述轮毂轴上的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；第二行驶单元，所述第二行驶单元包括安置在所述毂壳内的第一托架并且在所述第一托架一侧安装有与所述恒星齿轮和所述内齿轮啮合以快速旋转所述毂壳的多个行星齿轮，以及从所述第一托架另一侧延伸到所述主动轮的第二托架；和变换单元，所述变换单元包括安置在所述主动轮和所述第二托架之间以将旋转力从旋转的主动轮传递到第二托架和第一托架的行星齿轮的第二棘轮环，以及安置在第一和第二托架之间以在自行车踏板不被操作和自行车停止时恢复第二棘轮环的变换弹簧。
根据本发明的另一方面，提供了一种自动变速装置，包括轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且恒星齿轮形成在其中心处的轮毂轴，环绕所述恒星齿轮并且具有第一棘轮环的毂壳，所述第一棘轮环形成在所述毂壳旋转固定所述轮毂轴一侧的内周表面上，以及可拆卸地安装在第一棘轮环一侧并具有邻近第一棘轮环整体形成在其内周表面的第二棘轮环和内齿轮的环形轮毂驱动体；第一行驶单元，所述第一行驶单元包括用来旋转所述毂壳同时闭合所述毂壳另一侧并且被旋转固定在所述轮毂轴上的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；第二行驶单元，所述第二行驶单元包括安置在所述毂壳内的第一托架并且在所述第一托架一侧的外周表面上安装有分别与第一棘轮环、恒星齿轮和内齿轮啮合以快速旋转所述毂壳的第三棘爪和多个行星齿轮，以及从第一托架另一侧延伸到所述主动轮的第二托架；和变换单元，所述变换单元包括安置在所述主动轮和所述第二托架之间以将旋转力从旋转的主动轮传递到第二托架和第一托架的行星齿轮的第三棘爪和行星齿轮，以及安置在第一和第三棘轮环之间以在自行车踏板不被操作和自行车停止时恢复第三棘轮环的变换弹簧。
根据本发明进一步的方面，提供了一种自动变速装置，包括轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且在其中间部分具有外齿轮的轮毂轴，和围绕所述外齿轮的毂壳，并且所述毂壳具有形成在毂壳可被旋转固定到所述轮毂轴一侧的内周表面上的第三棘轮环和第二键形突起；第一行驶单元，所述第一行驶单元包括由所述轮毂轴旋转支撑同时闭合所述毂壳另一侧并且在其一侧的外周表面形成有第二棘爪的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；第二行驶单元，所述第二行驶单元设置在所述毂壳内，并且在其一侧包括用来选择性地旋转所述毂壳同时与所述第三棘轮环啮合的第三棘爪，以及安装有多个与所述外齿轮啮合和旋转的行星齿轮的托架；和变换单元，所述变换单元安置在第一和第二行驶单元之间，并且包括齿圈，所述齿圈具有在其一侧与所述行星齿轮啮合的内齿轮，在其另一侧具有第一键形突起，以及设置在第一和第二键形突起之间的轴衬，从而选择性地将旋转力从所述主动轮传递到所述托架或所述毂壳。
如上所述，在本发明的第一和第三实施例中，速度可根据预定的旋转量自动改变而无需用户的任何操作。
附图说明
图1是剖视图，示意性地示出根据本发明第一实施例的自动变速装置的内部。
图2是分解透视图，示出图1所示的第二行驶单元和变换单元。
图3a示意性地示出图1所示变速装置的低速行驶状态。
图3b示意性地示出图1所示变速装置的高速行驶状态。
图3c示意性地示出图1所示变速装置的行星齿轮和内齿轮。
图4是剖视图，示意性地示出根据本发明第二实施例的自动变速装置的内部。
图5是分解透视图，示出图4所示的第二行驶单元和变换单元。
图6是分解透视图，示出本发明自动变速装置的第二行驶单元和变换单元的另一实例。
图7a和7b示意性地示出本发明自动变速装置低速和高速行驶状态的另一实例。
图8是剖视图，示意性地示出根据本发明第三实施例的自动变速装置的内部。
图9是沿图8线A-A所做的剖视图。
图10是沿图8线B-B所做的剖视图。
图11是沿图8线C-C所做的剖视图。
图12是沿图8线D-D所做的剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明自动变速装置的优选实施例。
图1是剖视图，示意性地示出根据本发明第一实施例的自动变速装置的内部，图2是分解透视图，示出图1所示的第二行驶单元和变换单元。
参考图1和2，根据本发明第一实施例的自动变速装置100包括轮毂单元110、第一行驶单元130、第二行驶单元150以及变换单元170。
首先，轮毂单元110包括轮毂轴112和毂壳114。轮毂轴112具有由框架(未示出)支撑的两端并且在其中间形成有恒星齿轮116。具有如此形成的恒星齿轮116的轮毂轴112由毂壳114包围。毂壳114采用两端开放的形状。毂壳114的一侧通过第一锥形螺母118旋转固定在轮毂轴112上。毂壳114另一侧的内周表面整体形成有第一棘轮环122，所述棘轮环122具有沿毂壳114的内周表面径向形成的多个第一棘轮凹槽120。在第一棘轮环122内，沿毂壳114的内周表面径向形成有内齿轮124。第一和第二行驶单元130和150以及变换单元170安排在上述构造的轮毂单元110中。
第一行驶单元130包括主动轮132和从动链轮134。主动轮132在通过第二锥形螺母136旋转固定在轮毂轴112上时可封闭毂壳113的另一侧。这时，用来接收来自主动链轮(未示出)的能量的从动链轮134安装在主动轮132暴露在毂壳114外部的另一侧的外周表面上。环形接收凹槽138在主动轮132向着毂壳114内部延伸的一侧形成在主动轮132内部。这时，选择性地与第一棘轮环122的第一棘轮凹槽120紧密接触以旋转毂壳114的多个第一棘爪140安装在接收凹槽138的外周表面上，并且多个第二棘爪142安装在接收凹槽138的内周表面上。优选地，第一和第二棘爪140和142由于配合到形成在其中心的凹槽中的扣环而弹性突出。当单向旋转力传递到第一和第二棘爪140和142时，它们可传递旋转力并保持其突出状态。相反，当反向旋转力传递到其时，第一和第二棘爪140和142分别在第一和第二棘轮凹槽120和176处滑动并且弹性进入形成在主动轮132外周和内周表面处的凹槽，从而使得它们不能传递旋转力。
第二行驶单元150包括第一托架152、和与第一托架152整体形成的第二托架154。第一托架152放置在毂壳114内，同时第一托架的内周表面包围恒星齿轮116。第一托架152的外周表面定位成可闭合内齿轮124。即，第一托架152采用环形形状。多个行星齿轮156沿径向旋转布置在第一托架152的外周表面上。第一弹簧连接槽158形成在多个行星齿轮156另一侧上的第一托架152的另一侧表面中的某一位置处。这时，行星齿轮156外周表面径向向内的部分与恒星齿轮116啮合，并且行星齿轮156外周表面径向向外的部分与内齿轮124啮合。第二托架154从第一托架152的另一侧表面向着主动轮132的接收凹槽138内部延伸并环绕轮毂轴112。环形引导件160形成在第二托架154末端并具有小于第二托架154直径的直径。第一键形突起162从引导件160的一部分径向突出。
同时，变换单元170包括第二棘轮环172和变换弹簧174。选择性地与第二棘爪142紧密接触的多个第二棘轮凹槽176形成在第二棘轮环172的外周表面上，并且第二棘轮环的内周表面围绕第二托架154的外周表面配合。这时，第二棘轮环172的内周表面形成有第二键形突起178，所述第二键形突起178可选择性地与第一键形突起162紧密接触并沿引导件160转动。第二弹簧连接槽180形成在第二棘轮环172的一侧表面中，与第一弹簧连接槽158相对应。同时，变换弹簧174的一端安装在第一弹簧连接槽158中，其另一端安装在第二弹簧连接槽180中，从而变换弹簧可环绕第二托架154。即，旋转主动轮132的第二棘爪142可旋转第二棘轮环172，旋转第二棘轮环172的第二键形突起178可围绕引导件160转动并与第一键形突起162紧密接触，从而旋转了第二和第一托架154和152。结果，行星齿轮156快速旋转了形成有围绕恒星齿轮116的内齿轮124的毂壳114。
下面将简要说明根据本发明第一实施例的上述构造的变速装置100的运转。
图3a示意性地示出图1所示变速装置的低速行驶状态，图3b示意性地示出图1所示变速装置的高速行驶状态，图3c示意性地示出图1所示变速装置的行星齿轮和内齿轮。
参考图3a到3c，操作自行车的踏板(未示出)来驱动主动链轮(未示出)，所述主动链轮依次旋转从动链轮134和通过链条(未示出)连接到其的主动轮132。当主动轮132以这种方式旋转时，主动轮132的第一棘爪140与第一棘轮环122的第一棘轮凹槽120紧密接触，从而旋转轮毂轴114。因此，自行车低速行驶。
同时，当第一棘爪140与第一棘轮环122紧密接触时，第二棘爪142与第二棘轮环172的第二棘轮凹槽176紧密接触，从而旋转第二棘轮环172。当第二棘轮环172以这种方式旋转时，形成在第二棘轮环172内周表面上的第二键形突起178沿引导件160转动，并且变换弹簧174沿一个方向压缩。这时，沿引导件160转动的第二键形突起178逆时针旋转并且与第一键形突起162紧密接触以旋转第二和第一托架154和152。当第一托架152以这种方式旋转时，安装在第一托架152上的行星齿轮156快速旋转围绕恒星齿轮116旋转的毂壳114的内齿轮124。这时，当行星齿轮156旋转毂壳114时，第一棘爪140在第一棘轮凹槽120处滑动。
另一方面，当不操作踏板或自行车停止时，从动链轮134和主动轮132的旋转停止。因此，第二棘轮环172的旋转也停止。这时，压缩的变换弹簧174被释放以顺时针旋转第二棘轮环172。第二棘轮环172停止第二和第一托架154和152的高速旋转。
图4是剖视图，示意性地示出了根据本发明第二实施例的自动变速装置的内部，图5是分解透视图，示出了图4所示的第二行驶单元和变换单元。
参考图4和5，根据本发明第二实施例的自动变速装置200包括轮毂单元210、第一行驶单元230、第二行驶单元250和变换单元270。
首先，轮毂单元210包括轮毂轴212、毂壳214和轮毂驱动体216。轮毂轴212具有由框架(未示出)支撑的两端并且在其中间形成有恒星齿轮218。具有如此形成的恒星齿轮218的轮毂轴212由毂壳214包围。毂壳214采用两端开放的形状。毂壳214的一侧通过第一锥形螺母220旋转固定在轮毂轴212上。毂壳另一侧的内周表面整体形成有第一棘轮环224，所述棘轮环224具有沿毂壳的内周表面径向形成的多个第一棘轮凹槽222。同时，轮毂驱动体216采用环形环的形状并且可拆卸地安装在形成在毂壳214内周表面上的第一棘轮环224的一侧。轮毂驱动体216的内周表面形成有内齿轮226以闭合第一棘轮环224。具有多个第二棘轮凹槽227的第二棘轮环228整体形成在内齿轮226一侧。这时，轮毂驱动体216通过扣环229固定到毂壳214的内周表面。内齿轮226和第二棘轮环228被形成为阶梯状。第一和第二行驶单元230和250以及变换单元270设置在如上述构造的轮毂单元210中。
第一行驶单元230包括主动轮232和从动链轮234。主动轮232在通过第二锥形螺母236旋转固定在轮毂轴212上时可封闭毂壳214的另一侧。这时，用来接收来自主动链轮(未示出)的能量的从动链轮124安装在主动轮232暴露在毂壳214外部的另一侧的外周表面上。环形接收凹槽238在主动轮232向着毂壳214内部延伸的一侧形成在主动轮232内部。这时，选择性地与轮毂驱动体216的第二棘轮环228的第二棘轮凹槽227紧密接触以旋转毂壳214的多个第一棘爪240安装在接收凹槽238的外周表面上，并且多个第二棘爪242安装在接收凹槽238的内周表面上。优选地，第一和第二棘爪240和242由于配合到形成在其中心的凹槽中的扣环而弹性突出。当单向旋转力传递到第一和第二棘爪240和242时，它们可传递旋转力并保持其突出状态。相反，当反向旋转力传递到它们时，第一和第二棘爪240和242分别在第二棘轮凹槽227和第三棘轮凹槽276处滑动并且弹性进入形成在主动轮232外周和内周表面处的凹槽，从而它们不能传递旋转力。
第二行驶单元250包括第一托架252、和与第一托架252整体形成的第二托架254。第一托架252放置在毂壳214内，同时第一托架的内周表面包围了恒星齿轮218。第一托架252的外周表面定位成可闭合内齿轮226。即，第一托架252采用环形形状并且放置在轮毂驱动体216的内周表面上。多个行星齿轮256沿径向旋转布置在第一托架252的外周表面上。选择性地与第一棘轮环224的第一棘轮凹槽222紧密接触的第三棘爪258形成在所述多个行星齿轮256一侧上的第一托架252的外周表面上。第一弹簧连接槽260形成在多个行星齿轮258另一侧上的第一托架252另一侧表面中的某一位置处。这时，行星齿轮256外周表面径向向内的部分与恒星齿轮218啮合，并且行星齿轮256外周表面径向向外的部分与轮毂驱动体216的内齿轮226啮合。第二托架254从第一托架252的另一侧表面向着主动轮232的接收凹槽238内部延伸并环绕轮毂轴212。环形引导件262形成在第二托架254末端并具有小于第二托架254直径的直径。第一键形突起264从引导件262的一部分径向突出。
同时，变换单元270包括第三棘轮环272和变换弹簧274。选择性地与第三棘爪242紧密接触的多个第三棘轮凹槽276形成在第三棘轮环272的外周表面上，并且第三棘轮环的内周表面围绕第二托架254的外周表面配合。这时，第三棘轮环276的内周表面形成有第二键形突起278，所述第二键形突起278可选择性地与第一键形突起264紧密接触并沿引导件262转动。第二弹簧连接槽280形成在第三棘轮环272的一侧表面中，与第一弹簧连接槽260相对应。同时，变换弹簧274的一端安装在第一弹簧连接槽260中，其另一端安装在第二弹簧连接槽280中，从而变换弹簧可环绕第二托架254。即，旋转的主动轮232的第二棘爪242旋转第三棘轮环272，旋转的第三棘轮环272的第二键形突起278可围绕引导件262转动并与第一键形突起264紧密接触，从而旋转了第二和第一托架254和252。结果，行星齿轮256围绕恒星齿轮218与内齿轮226啮合，并且第三棘爪258与第一棘轮环224啮合，从而快速旋转了毂壳214。
下面将简要说明根据本发明第二实施例的上述构造的变速装置200的运转。
操作自行车的踏板(未示出)来驱动主动链轮(未示出)，所述主动链轮依次旋转从动链轮234和通过链条(未示出)连接到其的主动轮232。当主动轮232以这种方式旋转时，主动轮232的第一棘爪240与第二棘轮环228的第二棘轮凹槽227紧密接触，从而旋转了毂壳214内周表面上的轮毂驱动体216。因此，与轮毂驱动体216整体形成的内齿轮226被转动，同时与第一托架252的行星齿轮256的外周表面啮合，从而转动了第一托架252。此后，设置在第一托架252处的第三棘爪258旋转毂壳214。结果，自行车低速行驶。
同时，当第一棘爪240与第二棘轮环228紧密接触时，第二棘爪242与第三棘轮环272的第三棘轮凹槽276紧密接触，从而旋转第三棘轮环272。当第三棘轮环272以这种方式旋转时，形成在第三棘轮环272内周表面上的第二键形突起278沿引导件262转动，并且变换弹簧274沿一个方向压缩。这时，沿引导件262转动的第二键形突起278逆时针旋转并且与第一键形突起264紧密接触以旋转第二和第一托架254和252。当第一托架252以这种方式旋转时，设置在第一托架252上的第三棘爪258更快速地旋转毂壳214。这时，第一棘爪240在第二棘轮凹槽227处滑动。
另一方面，当不操作踏板或自行车停止时，从动链轮234和主动轮232的旋转停止。因此，第三棘轮环272的旋转也停止。这时，压缩的变换弹簧274被释放以顺时针旋转第三棘轮环272。第三棘轮环272停止第二和第一托架254和252的高速旋转。
在上述的本发明第一和第二实施例中，用来支撑变换弹簧174和274的第一弹簧连接槽158和260以及第二弹簧连接槽180和280可如图6所示被排除。
此处，图6是分解透视图，示出了根据本发明第一实施例的自动变速装置的第二行驶单元和变换单元的另一实例。
在第一实施例中，当已经被从动链轮134和主动轮132旋转的第二棘轮环172停止时，第二托架154不会立即停止而是由于惯性力而旋转，而无需利用变换弹簧174将第二棘轮环172恢复到初始位置。因此，有可能得到与通过恢复到第二棘轮环172开始被驱动的初始状态而变换到低速行驶状态相同的效果。
然而，在第二实施例中，当已经被从动链轮234和主动轮232旋转的第三棘轮环272停止时，在用来将第三棘轮环272恢复到初始位置的变换弹簧274不存在的情况下继续维持高速行驶状态。仅在毂壳214的旋转最终停止时，才有可能得到与通过恢复到第三棘轮环272开始被驱动的初始状态而变换到低速行驶状态相同的效果。
图7a和7b示意性地示出本发明自动变速装置低速和高速行驶状态的另一实例。
在本发明第一实施例中，如图6、7a和7b所示，可在第二托架154的外周表面等距离形成两个或多个第一键形突起162，可在第二棘轮环172的内周表面上等距离形成两个或多个第二键形突起178。可进一步在第二托架154的外周表面和第二棘轮环172的内周表面之间设置环形轴衬190。轴衬190具有对应于第一键形突起162的内键形突起191和对应于第二键形突起178的外键形突起192，它们分别等距离形成在轴衬内周表面和外周表面上。
即，在低速行驶状态下，毂壳114由多个第一棘爪140旋转。相反，在高速行驶状态下，旋转力仅由形成在第二棘轮环172上的单个第二键形突起178和形成在第二托架154上的单个第一键形突起162传递，如图3b所示。因此，由于大的旋转力作用在第一和第二键形突起162和178上，所以第一和第二键形突起162和178容易损坏。
如果为了防止这种现象而在第二托架154和第二棘轮环172上简单地形成两个或多个第一和第二键形突起162和178，则变速计时被缩短到小于大约形成单个第一键形突起162和单个第二键形突起178情况下变速计时的一半。
为了克服该问题，如图8到10所示，在第二托架154的外周表面和第二棘轮环172的内周表面之间进一步设置了轴衬190，所述轴衬190在内周表面具有两个对应于第一键形突起162的内键形突起191，在外周表面上具有两个对应于第二键形突起178的外键形突起192，因此旋转力被两个或多个第一和第二键形突起162和178分散然后传递。因此，可提前防止第一和第二键形突起162和178的损坏。
另外，有可能得到极好的优点，因为从低速行驶状态到高速行驶状态的变速计时(即，第二托架开始被第二棘轮环旋转时的时间)可通过合适地调节轴衬190上形成的内和外键形突起191和192的间隔和数量而容易地受到控制。
相似地，即使在本发明第二实施例中，也可以在第二托架254的外周表面上等距离形成两个或多个第一键形突起264，在第三棘轮环272的内周表面上等距离形成两个或多个第二键形突起278。可进一步在第二托架254的外周表面和第三棘轮环272的内周表面之间设置环形轴衬190。轴衬190具有对应于第一键形突起264的内键形突起191和对应于第二键形突起278的外键形突起192，它们分别等距离形成在轴衬内周表面和外周表面上。因此，有可能得到与上述第一实施例相同的效果。
图8是剖视图，示意性地示出根据本发明第三实施例的自动变速装置的内部，图9是沿图8线A-A所做的剖视图，图10是沿图8线B-B所做的剖视图。另外，图11是沿图8线C-C所做的剖视图，图12是沿图8线D-D所做的剖视图。
参考图8到12，根据本发明第三实施例的自动变速装置300包括轮毂单元310、第一行驶单元330、第二行驶单元350和变换单元370。
首先，轮毂单元310包括轮毂轴312和毂壳314。轮毂轴312具有由框架(未示出)支撑的两端并且在其中间部分形成有外齿轮324。如此形成的具有外齿轮324的轮毂轴312由毂壳314包围。毂壳314采用两端开放的形状。毂壳314的一侧通过第一锥形螺母318旋转固定在轮毂轴312上。毂壳314中间部分的内周表面整体形成有第三棘轮环372，所述棘轮环372具有沿毂壳314的内周表面径向形成的多个第三棘轮凹槽376。毂壳314另一侧的内周表面沿毂壳314的内周表面径向形成有两个或多个第二键形突起378。第一和第二行驶单元330和350以及变换单元370设置在上述构造的轮毂单元310中。
第一行驶单元330包括主动轮332和从动链轮334。主动轮332在通过第二锥形螺母336旋转固定在轮毂轴312上时可封闭毂壳314的另一侧。这时，用来接收来自主动链轮(未示出)的能量的从动链轮334安装在主动轮332暴露在毂壳314外部的另一侧的外周表面上。选择性地与第二棘轮环328的第二棘轮凹槽327紧密接触以旋转齿圈354的多个第二棘爪342安装在延伸到毂壳314中的主动轮332的外周表面上。这时，从动链轮334的内周表面整体形成有第一棘轮环324，所述棘轮环324具有沿内周表面形成的多个第一棘轮凹槽322。选择性地与第一棘轮环324的第一棘轮凹槽322紧密接触以旋转主动轮322的多个第一棘爪340安装在延伸到毂壳314外部的主动轮332的外周表面上。优选地，第一和第二棘爪340和342由于配合到形成在其中心的凹槽中的扣环而弹性突出超过主动轮332的外周表面。当单向旋转力传递到第一和第二棘爪340和342时，第一棘爪340和第二棘爪342可分别将旋转力传递到主动轮332和齿圈354，同时保持其突出状态。相反，当反向旋转力传递到其时，第一或第二棘爪340或342分别在第一或第二棘轮凹槽322或327处滑动并且弹性进入形成在主动轮332外周表面处的凹槽，从而它们不能传递旋转力。
第二行驶单元350包括设置有多个第三棘爪358的环形托架352和行星齿轮356。托架352放置在毂壳314内，同时托架的内周表面包围了外齿轮324。托架352的外周表面定位得可闭合内齿轮326。选择性地与第三棘轮环372的第三棘轮凹槽376紧密接触以旋转毂壳314的多个第三棘爪358形成在托架352一侧的外周表面上。所述多个行星齿轮356沿径向旋转布置在托架352另一侧的外周表面上，因此行星齿轮356外周表面径向向内的部分与外齿轮324啮合，行星齿轮356外周表面的径向向外的部分与内齿轮326啮合。这时，第三棘爪358也由于配合到形成在其中心的凹槽中的扣环而弹性突出超过托架352的外周表面。当单向旋转力传递到第三棘爪358时，它们可将旋转力传递到毂壳314，同时保持其突出状态。相反，当反向旋转力传递到其时，第三棘爪358在第三棘轮凹槽376处滑动并且弹性进入形成在托架352外周表面处的凹槽，从而它们不能传递旋转力。
同时，变换单元370包括齿圈354和轴衬390并且置于第一和第二行驶单元330和350之间。与行星齿轮356啮合的内齿轮326形成在齿圈354一侧的内周表面上，形成有选择性地与第二棘爪342紧密接触的多个第二棘轮凹槽327的第二棘轮环328整体形成在齿圈354另一侧的内周表面上。两个或多个第一键形突起364等距离形成在齿圈354另一侧的外周表面上，并且轴衬390配合在第一和第二键形突起364和378之间。这时，轴衬390具有对应于第一键形突起364的内键形突起391和对应于第二键形突起378的外键形突起392，它们分别等距离形成在轴衬的内周表面和外周表面上。当第一键形突起364与齿圈354一起旋转时，第一键形突起364旋转轴衬390的内键形突起391，产生预定量的旋转。此后，轴衬390的外键形突起392旋转第二键形突起378。结果，毂壳314高速旋转。
下面将简要说明根据本发明第三实施例的上述构造的变速装置300的运转。
参考图8到12，操作自行车的踏板(未示出)来驱动主动链轮(未示出)，所述主动链轮依次旋转通过链条(未示出)连接到其的从动链轮334。主动轮332的第一棘爪340与形成在主动链轮334的第一棘轮环324上的第一棘轮凹槽322紧密接触，从而旋转主动轮332。如果反向旋转力在这种状态下传递到从动链轮334，则第一棘爪340在第一棘轮凹槽322处滑动，因此反向旋转力不能传递到主动轮。当主动轮322以这种方式旋转时，主动轮332的第二棘爪342与第二棘轮环328的第二棘轮凹槽327紧密接触，从而旋转齿圈354。因此，齿圈354的内齿轮326旋转与外齿轮324啮合的行星齿轮356，因此托架352绕轮毂轴312旋转。设置在托架352上的第三棘爪358与形成在毂壳314第三棘轮环372处的第三棘轮凹槽376紧密接触，从而旋转了毂壳314。结果，自行车低速行驶。
同时，当齿圈354旋转时，行星齿轮356被旋转，同时，形成在齿圈354处的第一键形突起364单一旋转。因此，当第一键形突起364转过预定角度后，它们与轴衬390的内键形突起391接触，从而旋转轴衬390。当第一键形突起364与轴衬390一起进一步继续转过预定角度后，轴衬390的外键形突起378与毂壳314的第二键形突起378接触，从而快速旋转毂壳314。这时，如果齿圈354高速旋转毂壳314，则第三棘爪358在第三棘轮凹槽376处滑动。
相反，当不操作踏板时，从动链轮334和主动轮332的旋转停止，尽管毂壳314继续旋转直到自行车停止。因此，置于第一和第二键形突起364和378之间的轴衬390恢复到低速行驶状态，即初始驱动状态之前的状态。
这时，通过合适地调节形成在轴衬390上的内和外键形突起391和392的间距和数量，有可能得到极好的优点，因为防止了大的旋转力局部作用在第一和第二键形突起364和378上，防止了发生部件损坏，并且从低速行驶状态到高速行驶状态的变速计时(即，当毂壳开始由齿圈以高速旋转时的时间)容易受到控制。
虽然已经结合自行车描述了本发明的第一到第三实施例，但是它们也可以容易地应用到一般的机构，包括轮椅、使用踏板的玩具车和钓鱼绞盘、或工业机器以及速度需要改变的气阀、锁等。
因此，本发明的自动变速装置可根据预定量的旋转利用机械部件例如恒星齿轮和行星齿轮、棘爪和棘轮主动变速而无需额外操作。因为变速计时可根据形成在轴衬处的键形突起的数量和位置容易受到控制，所以本发明的自动变速装置可广泛应用于并且方便地使用在能量传递机构的整个领域。
如上所述，根据本发明第一到第三实施例的自动变速装置允许在自行车行驶期间自动变速而不是通过调节杆的操作传统变速。因此，存在某些优点，即用户能得到最大方便、以及生产成本可减小并且由于其简单的结构而易于维护。
虽然已经参考本发明的优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可容易地理解到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的实质和范围内可进行各种修改和变化。

Claims (26)

1、一种自动变速装置，包括：
轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且在其中心处形成有恒星齿轮的轮毂轴，和围绕所述恒星齿轮的毂壳，并且所述毂壳具有形成在毂壳可被旋转固定到所述轮毂轴一侧的内周表面上的第一棘轮环和内齿轮；
第一行驶单元，所述第一行驶单元包括用来旋转所述毂壳同时闭合所述毂壳另一侧并且被旋转固定在所述轮毂轴上的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；
第二行驶单元，所述第二行驶单元包括安置在所述毂壳内的第一托架并且在所述第一托架一侧安装有与所述恒星齿轮和所述内齿轮啮合以快速旋转所述毂壳的多个行星齿轮，以及从所述第一托架的另一侧延伸到所述主动轮的第二托架；和
变换单元，所述变换单元包括安置在所述主动轮和所述第二托架之间以将旋转力从旋转的主动轮传递到第二托架和第一托架的行星齿轮的第二棘轮环，以及安置在第一和第二托架之间以在自行车踏板不被操作和自行车停止时恢复第二棘轮环的变换弹簧。
2、一种自动变速装置，包括：
轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且在其中心处形成有恒星齿轮的轮毂轴，和围绕所述恒星齿轮的毂壳，并且所述毂壳具有形成在毂壳可被旋转固定到所述轮毂轴一侧的内周表面上的第一棘轮环和内齿轮；
第一行驶单元，所述第一行驶单元包括用来旋转所述毂壳同时闭合所述毂壳另一侧并且被旋转固定在所述轮毂轴上的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；
第二行驶单元，所述第二行驶单元包括安置在所述毂壳内的第一托架并且在所述第一托架一侧安装有与所述恒星齿轮和所述内齿轮啮合以快速旋转所述毂壳的多个行星齿轮，以及从所述第一托架的另一侧延伸到所述主动轮的第二托架；和
变换单元，所述变换单元包括安置在所述主动轮和所述第二托架之间以将旋转力从旋转的主动轮传递到第二托架和第一托架的行星齿轮的第二棘轮环。
3、如权利要求1所述的自动变速装置，其中第一弹簧连接槽形成在第一托架另一侧，第二弹簧连接槽形成在第二棘轮环一侧，并且变换弹簧的一端安装在第一弹簧连接槽中，而其另一端安装在第二弹簧连接槽中，同时所述变换弹簧延伸以环绕第二托架。
4、如权利要求1或2所述的自动变速装置，位置所述毂壳采取两端开放的形状，所述毂壳的一侧通过第一锥形螺母旋转固定在所述轮毂轴上，所述毂壳另一侧的内周表面形成有第一棘轮环，第一棘轮环具有多个沿所述毂壳内周表面形成的第一棘轮凹槽，并且沿所述毂壳内周表面形成有内齿轮。
5、如权利要求4所述的自动变速装置，其中所述主动轮通过第二锥形螺母旋转固定在所述轮毂轴上，所述从动链轮安装在所述主动轮暴露于所述毂壳外部的另一侧，环形接收凹槽形成在所述主动轮延伸进入所述毂壳的一侧，选择性地与第一棘轮环的第一棘轮凹槽紧密接触以旋转所述毂壳的多个第一棘爪安装在所述接收凹槽的外周表面，选择性地旋转第二棘轮环的多个第二棘爪安装在所述接收凹槽的内周表面。
6、如权利要求5所述的自动变速装置，其中第一托架的内周表面被布置并围绕所述恒星齿轮，第一托架的外周表面被定位成闭合所述内齿轮，所述多个行星齿轮沿径向旋转布置在第一托架的外周表面，第二托架延伸进入所述主动轮的接收凹槽同时环绕所述轮毂轴并具有形成在其末端的环形引导件以具有小于第二托架直径的直径，并且第一键形突起从所述引导件的一部分径向突出。
7、如权利要求6所述的自动变速装置，其中第二棘轮环安置在所述接收凹槽内，第二棘轮环的外周表面形成有可选择性地与第二棘爪紧密接触的多个第二棘轮凹槽，并且第二棘轮环的内周表面形成有可选择性地与第一键形突起紧密接触并沿所述引导件转动以旋转第二托架的第二键形突起。
8、一种自动变速装置，包括：
轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且恒星齿轮形成在其中心处的轮毂轴，环绕所述恒星齿轮并且具有第一棘轮环的毂壳，所述第一棘轮环形成在所述毂壳旋转固定所述轮毂轴一侧的内周表面上，以及可拆卸地安装在第一棘轮环一侧并具有邻近第一棘轮环整体形成在其内周表面的第二棘轮环和内齿轮的环形轮毂驱动体；
第一行驶单元，所述第一行驶单元包括用来旋转所述毂壳同时闭合所述毂壳另一侧并且被旋转固定在所述轮毂轴上的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；
第二行驶单元，所述第二行驶单元包括安置在所述毂壳内的第一托架并且在所述第一托架一侧的外周表面上安装有分别与第一棘轮环、恒星齿轮和内齿轮啮合以快速旋转所述毂壳的第三棘爪和多个行星齿轮，以及从第一托架另一侧伸入所述主动轮的第二托架；和
变换单元，所述变换单元包括安置在所述主动轮和所述第二托架之间以将旋转力从旋转的主动轮传递到第二托架和第一托架的行星齿轮和第三棘爪的第三棘轮环，以及安置在第一和第三棘轮环之间以在自行车踏板不被操作和自行车停止时恢复第三棘轮环的变换弹簧。
9、一种自动变速装置，包括：
轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且恒星齿轮形成在其中心处的轮毂轴，环绕所述恒星齿轮并且具有第一棘轮环的毂壳，所述第一棘轮环形成在所述毂壳旋转固定所述轮毂轴一侧的内周表面上，以及可拆卸地安装在第一棘轮环一侧并具有邻近第一棘轮环整体形成在其内周表面上的第二棘轮环和内齿轮的环形轮毂驱动体；
第一行驶单元，所述第一行驶单元包括用来旋转所述毂壳同时闭合所述毂壳另一侧并且被旋转固定在所述轮毂轴上的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；
第二行驶单元，所述第二行驶单元包括安置在所述毂壳内的第一托架并且在所述第一托架一侧的外周表面上安装有分别与第一棘轮环、恒星齿轮和内齿轮啮合以快速旋转所述毂壳的第三棘爪和多个行星齿轮，以及从第一托架另一侧伸入所述主动轮的第二托架；和
变换单元，所述变换单元包括安置在所述主动轮和所述第二托架之间以将旋转力从旋转的主动轮传递到第二托架和第一托架的行星齿轮和第三棘爪的第三棘轮环。
10、如权利要求8所述的自动变速装置，其中第一弹簧连接槽形成在第一托架另一侧，第二弹簧连接槽形成在第二棘轮环一侧，并且变换弹簧的一端安装在第一弹簧连接槽中，而其另一端安装在第二弹簧连接槽中，同时所述变换弹簧延伸以环绕第二托架。
11、如权利要求8或9所述的自动变速装置，位置所述毂壳采取两端开放的形状，所述毂壳的一侧通过第一锥形螺母旋转固定在所述轮毂轴上，所述毂壳另一侧的内周表面形成有第一棘轮环，第一棘轮环具有多个沿所述毂壳内周表面形成的第一棘轮凹槽，所述轮毂驱动体的第二棘轮环和所述内齿轮形成为阶梯状，并且第二棘轮环形成有多个第二棘轮凹槽并且通过扣环固定到所述毂壳。
12、如权利要求11所述的自动变速装置，其中所述主动轮通过第二锥形螺母旋转固定在所述轮毂轴上，所述从动链轮安装在所述主动轮暴露于所述毂壳外部的另一侧，环形接收凹槽形成在所述主动轮延伸进入所述毂壳的一侧，选择性地与第二棘轮环的第二棘轮凹槽紧密接触以旋转所述毂壳的多个第一棘爪安装在所述接收凹槽的外周表面，选择性地旋转第三棘轮环的多个第二棘爪安装在所述接收凹槽的内周表面。
13、如权利要求12所述的自动变速装置，其中第一托架的内周表面被布置并围绕所述恒星齿轮，第一托架的外周表面被定位成闭合所述内齿轮，所述多个行星齿轮沿径向旋转布置在第一托架的外周表面，用来选择性地将旋转力传递到形成在第一棘轮环上的多个第一棘轮凹槽的第三棘爪形成在所述行星齿轮一侧，第二托架延伸进入所述主动轮的接收凹槽同时环绕所述轮毂轴并具有形成在其末端的环形引导件以具有小于第二托架直径的直径，并且第一键形突起从所述引导件的一部分径向突出。
14、如权利要求12所述的自动变速装置，其中第三棘轮环安置在所述接收凹槽内，第二棘轮环的外周表面形成有可选择性地与第二棘爪紧密接触的多个第三棘轮凹槽，并且第二棘轮环的内周表面形成有可选择性地与第一键形突起紧密接触并沿所述引导件转动以旋转第二托架的第二键形突起。
15、如权利要求1或2所述的自动变速装置，其中两个或多个第一键形突起等距离地形成在第二托架的外周表面上，两个或多个第二键形突起等距离地形成在第二棘轮环的内周表面上，在第二托架的外周表面和第二棘轮环的内周表面之间进一步设置了环形轴衬，并且所述环形轴衬具有对应于第一键形突起的内键形突起和对应于第二键形突起的外键形突起，所述内外键形突起分别等距离地形成在所述轴衬的内周表面上和外周表面上。
16、如权利要求8或9所述的自动变速装置，其中两个或多个第一键形突起等距离地形成在第二托架的外周表面上，两个或多个第二键形突起等距离地形成在第三棘轮环的内周表面上，在第二托架的外周表面和第三棘轮环的内周表面之间进一步设置了环形轴衬，并且所述环形轴衬具有对应于第一键形突起的内键形突起和对应于第二键形突起的外键形突起，所述内外键形突起分别等距离地形成在所述轴衬的内周表面上和外周表面上。
17、一种自动变速装置，包括：
轮毂单元，所述轮毂单元包括两端由框架支撑并且在其中间部分具有外齿轮的轮毂轴，和围绕所述外齿轮的毂壳，并且所述毂壳具有形成在毂壳可被旋转固定到所述轮毂轴一侧的内周表面上的第三棘轮环和第二键形突起；
第一行驶单元，所述第一行驶单元包括由所述轮毂轴旋转支撑同时闭合所述毂壳另一侧并且在其一侧的外周表面形成有第二棘爪的主动轮，和通过接收来自主动链轮的能量以旋转所述主动轮的从动链轮；
第二行驶单元，所述第二行驶单元设置在所述毂壳内，并且在其一侧包括用来选择性地旋转所述毂壳同时与所述第三棘轮环啮合的第三棘爪，以及安装有与所述外齿轮啮合和旋转的多个行星齿轮的托架；和
变换单元，所述变换单元安置在第一和第二行驶单元之间，并且包括齿圈，所述齿圈具有在其一侧与所述行星齿轮啮合的内齿轮，在其另一侧具有第一键形突起，以及设置在第一和第二键形突起之间的轴衬，从而选择性地将旋转力从所述主动轮传递到所述托架或所述毂壳。
18、如权利要求17所述的自动变速装置，其中两个或多个第一键形突起等距离地形成在所述齿圈的外周表面上，两个或多个第二键形突起等距离地形成在所述毂壳的内周表面上，在所述齿圈的外周表面和所述毂壳的内周表面之间设置轴衬，并且所述轴衬具有对应于第一键形突起的内键形突起和对应于第二键形突起的外键形突起，所述内外键形突起分别等距离地形成在所述轴衬的内周表面上和外周表面上。
19、如权利要求17所述的自动变速装置，其中所述从动链轮的内周表面形成有第一棘轮环，所述第一棘轮环具有多个沿所述从动链轮内周表面形成的第一棘轮凹槽，选择性地与第一棘轮环的第一棘轮凹槽紧密接触的多个第一棘爪安装在延伸到所述毂壳外部的主动轮的外周表面。
20、如权利要求17所述的自动变速装置，其中所述毂壳采取两端开放的形状，所述毂壳的一侧通过第一锥形螺母旋转固定在所述轮毂轴上，所述毂壳中间部分的内周表面整体形成有第三棘轮环，所述第三棘轮环具有多个沿所述毂壳内周表面形成的第三棘轮凹槽，所述毂壳另一侧的内周表面形成有向内突出的第二键形突起。
21、如权利要求20所述的自动变速装置，其中所述主动轮通过第二锥形螺母旋转固定在所述轮毂轴上，所述从动链轮安装在所述主动轮暴露于所述毂壳外部的另一侧上，用来旋转所述齿圈的多个第二棘爪安装在伸入所述毂壳的主动轮的外周表面。
22、如权利要求21所述的自动变速装置，其中所述托架的内周表面被布置并围绕所述外齿轮，所述托架的外周表面被定位成闭合所述内齿轮，所述多个行星齿轮沿径向布置在所述托架的外周表面以与所述外齿轮和内齿轮啮合和旋转，选择性地与第三棘轮环的第三棘轮凹槽紧密接触以旋转所述毂壳的多个第三棘爪安装在所述托架一侧的外周表面上。
23、如权利要求21所述的自动变速装置，其中所述齿圈一侧的内周表面整体形成有第二棘轮环，所述第二棘轮环具有多个选择性地与第二棘爪紧密接触的第二棘轮凹槽，所述齿圈的外周表面形成有第一键形突起，所述第一键形突起旋转然后在通过所述轴衬旋转预定的旋转量之后将旋转力传递到第二键形突起。
24、如权利要求7所述的自动变速装置，其中在高速行驶状态的情况下，在所述从动链轮的旋转超过预定的旋转量时，如果从动链轮停止，则第一键形突起转动同时所述毂壳继续旋转，从而执行自动变换进入低速行驶状态。
25、如权利要求14所述的自动变速装置，其中在高速行驶状态的情况下，在所述从动链轮的旋转超过预定的旋转量时，即使从动链轮停止，但毂壳将继续旋转并保持高速行驶状态，并且在毂壳停止时，执行自动变化进入低速行驶状态。
26、如权利要求23所述的自动变速装置，其中在高速行驶状态的情况下，在所述从动链轮的旋转超过预定的旋转量时，如果从动链轮停止，则第二键形突起转动同时所述毂壳继续旋转，从而执行自动变换进入低速行驶状态。
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