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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於腳踏車之輪轂變速器，該輪轂變 速器亦稱作内輪轂變速器。 【先前技術】 一内輪較變速器通常包括腳踏車車架之輪轂 軸及一可以該輪轂軸為中心旋轉之輪轂體。一行星齒輪機 構容納於該輪轂體内，藉由該行星齒輪機構可將旋轉驅動 1經由該行星齒輪機構所界定之各種傳輸路徑傳遞至該輪 較體。通常設置-包括一離合器構件之離合器機構，以用 於藉由所選離合器構件轴向運動來選擇（例如藉由推桿）傳 輸路徑。 上述類型之輪轂變速器揭示於歐洲專利申請案Ep 〇⑽ 953中’其中為便於致動該離合器構件而設置了額外部 件0 於β亥取傳統之輪轂變速器中，驅動構件始終與離合器構 件相啼合’使得在向後方向之後職轉期間會形成不平穩 且略沉重之反向旋轉。 …為士服°亥缺’ ΕΡ 1 452 437提出-種腳踏車用内輪轂 變速器’其具有一以可旋轉方式圍繞-輪較軸安裝之驅動 構件二—純體亦安裝成以該㈣軸為中心旋轉，其中設 置一行星齒輪機構來用於將正向旋轉力經由各種力傳輸路 ㈣該，動構件傳送至該輪轂體。該行星齒輪機構包括： 由订生齒輪乾架切以圍繞該輪轂軸旋轉之行星輪、一 107865.doc 1296256
喊合該行星齒輪之環形齒輪、及—設置於該輪㈣ 陽齒輪。一離合器構件設置成可沿該轴 千心稍向方向移動。 此外，-棘爪體佈置於該驅動構件與該離合器構件 -第-單向離合器經佈置以將正向旋轉驅動力自該驅： 件傳輸至該棘爪體。因&’該驅動構件始終藉由一抑 向離合器喷合該離合器構件，以# r ^ 早 正向旋轉運動傳輸至該離合器構m選齒輪速度將 力方面，當藉由向 後蹬而向該驅動構件施加反向旋轉運 ί路弟一早向籬 合器使該驅動構件自該離合器構件 稱件脫離。此可藉由（舉例 而言）在該驅動構件與該離合器構件 、查占# ± ^ ^ ^ ^又置一棘爪體來 第―早向離合器設置於該棘爪體上。因此， 由於輪轂變速器之内部組件基本上與 因而據推測當向後料該驅動構件將平穩且輕快地運轉。 因此，達成輪轂變速器之平s 十穂向後運行，該運行幾乎盥 (舉例而言）通常與一變速齒於 一 較一樣輕，卜l輪傳動機構-起使用之自由輪 雖然上述内輪毅轡技哭、+ …… 部分應用中令人滿意，且即 使允許如上所述額外地安一 、夕、及鍵輪總成，吾人仍私 現不能始終確保平穩運行 ^ °人仍t ^ % Μ # ^ ^ 'y 八疋在應將大量鏈輪安裝至 1動構件之^下或腳踏車手體重偏高 等情況下’會在該内輪轂月/ “ 動構件中或相對而言在相互輕：::，尤其是在驅 間，從而造成阻力或者運行沉重。_ 31體與驅動構件之 【發明内容】 彳 〇 107865.doc € 96256 因此，本發明之一曰 曰的係改良一種習知之内輪轂變速 益'’例如於請求J§彳夕„ M之開頭所界定及例如在EP-A-1 452 437 中所詳細闡述的内輪轂變 Λ ^ 軍文逮裔，以達成改良之運行條件。 =據本，明，藉由在1知内輪轂變速器中提供一以可 方式以在—輪較軸上之驅動構件、—輪較體及一用 =旋轉驅動力自該驅動構件傳輸至該輪轂體之齒輪機構 錐、=上述目的’該輪較體與該驅動構件以在徑向上相脫 ==之方式安裝至該輪較轴上，以分別麵合至該齒輪 5 #其中该驅動構件由位於該驅動構件内側上 位二=之轴承總成支揮。作為-實例，可考量至少兩個 :*構件的面向該輪轂軸之側上的軸承總成。換言 之發明痛略了輪較體與驅動構件之間的任何徑向鍵， 以使無徑向向真# 6 + 政π ^ 、向之力可自該輪轂體傳輸至該驅動構 ==沿一徑向向外指向之方向自該驅動構件向 供對二e: 時’由於兩個軸向相間之軸承總成提 供對：驅動構件之内部支撐從而保持一完全同轴佈置，因 而可有效地消除驅動構件之任何彎曲或傾斜。 於一較佳實施例中，該於麫舻 於^ D亥輪叙體在其一端上專門麵合至該 二：先于：在其另一端上該輪轂體僅藉由齒輪機構(而非 輪較/同作法藉由驅動構件）支擇或麵合於 m 構件在m合或支擇於該難 另-端處藉由該齒輪機構耦合或支撐。最佳地， 二輪二體與該驅動構件由該齒輪機構的— 撐。该共用部件應以一因(舉例而言)轴顯幾乎無容差而不 107865.doc 4296256 輸之方式來設置，地，就輪較體及/或 根==機構之喃合而言不存在明顯的横桿。 車父it貫施例，該輪數體與由 輪數轴，從而㈣安裝至該 支斤 轉該驅動構件之端部部分完全得到
輪二二'，㈣輪_至該輪㈣之徑向力經由該齒 $至該輪較1由’而不會損害該驅動構件。由唁I 輪機構將該輪較體完全支推至該… 协机, 軟罕由之另一優點係可易 比執仃調節且就輪較體之安裝而言，與驅動構件 1心1翠獨處理所存在之容差。在驅動構件具有一大的轴 /伸部分以便在上面容納複數個鍵輪之情況下，此尤其 有利。 、 為達成驅動體相對於輪轂軸之緊密配合，較佳使該驅動 構件在其近端部分或在其相對於輪轂軸视鄰輪㈣之端部 部分上受到支^在該等驅動構件之—個或兩個端部部分 上使用（舉例而言）軸承總成來提供支揮會有效地消除該驅 動構件之任何f曲’乃因該驅動構件與該輪較軸形成一可 與安裝纟該輪較輪軸周圍之冑套相當的完全受到支撐之同 軸佈置。 較佳地該軸承總成可分別定位於一與該驅動構件相關聯 之離合器兀件之端部部分及/或對置側上，以便耦合至該 齒輪機構，較佳地該離合器元件係諸如於EP i 452 437 中所述之單向離合器。 為既達成該驅動構件之徑向支撐、亦達成該驅動構件之 所規定軸向定位，較佳使該等軸承總成至少之一係一角接 107865.doc 觸軸承。 於-更佳之實施例中’該等軸承總成中之至少兩個係具 尤其相反斜度之角接觸轴承。換言之，該兩個支撲該驅 構件之各端部部分之軸承總成亦可使該驅動構件沿任一 車由向方向牢固且緊密地安裝至該輪轂軸上。 由於在該輪轂體與該驅動構件之間經向力方面的分離允 ㈣驅動構件更長而無運行不平穩或彎曲之危險，因而在 该驅動構件上設置複數個鏈輪尤其較佳，尤其可設置三個 鏈輪、更尤其是S置五個、六個或多至七個鏈輪，以使該 内輪轂變速II可與-允許大量變速設置之多級鏈輪總成相 組合。 為獲得-緊湊設計，可考量使該驅動構件部分地延伸進 該齒輪機構中—相應地形成為—環形凹槽的凹槽内。上述 構造亦使該齒輪機構及該（該等）軸承總成能夠防水、防污 或防塵。 康車乂 “貝鉍例，s亥齒輪機構具有一在形成於該驅動 構件與該輪㈣之間之空隙中延伸之部分。由於該構造允 許對該内輪轂變速器之變速情況實施外部偵測，因而其可 能尤其有用。 為步改良該齒輪機構之運行特性，較佳使該齒輪機 構之：部分基本上在兩個基本同軸之軸承總成之間延伸， 尤其係在相對於輪穀轴而言基本上位於-個徑向平面中之 同軸軸承總成之間延伸。將齒輪機構之—部分基本上設置 於兩個軸承總成之間會達成該齒輪機構的理想的同軸配 107865.doc 合’並進一步達成該内輪轂變速器之結構完整性，乃因即 使經由該輪轂體向該齒輪機構引入較強的力，亦可避免劣 化。較佳地，該驅動構件與該輪轂體兩者皆藉由接近於此 一軸承總成構造之齒輪機構而耦合至該輪轂轴。 【實施方式】 由於本發明之内輪轂變速器之内部結構於諸多方面皆與 在EP 1 452 437 A1中所述之内輪轂變速器非常類似，因而 將首先參考圖1 ' 2及3闡述該習知之内輪轂變速器。 參考圖1，其顯示一習知輪轂變速器，其具有一適於固 定至一腳踏車車架體之後部下落件上（未顯示）的輪轂軸2。 驅動構件11圍繞輪轂軸2 —端處之外週邊設置並以可旋轉 方式安裝至其上。輪轂體4以可旋轉方式安裝至該輪轂軸二 上且行星齒輪機構5裝納於輪轂體4内。離合器控制機構 25提供用於藉由對該離合器構件冗實施軸向調節來選擇動 力傳輸路徑之部件。 、 如於圖1及圖2、圖3中所示，輪轂軸2係一在其中心具有 一較大直徑而在盆&唑目 八 八兩&具有一較小直徑之圓柱體構件。軸 之中广叹置有一用於放置一控制桿3之孔。控制桿3藉 由义速才工制缓（未顯示）控制之致動部件在圖工中的右端啟 2 °入控制桿3之軸向運動藉由變速鍵7來傳輸，變速鍵7. 牙輪轂軸之軸向槽。 貝 L ^ ^ ，交速鍵7與離合器構件26相嚙合，鞋 此達成用於選擇力值认 错 g ^ ^ 傳輪路徑之離合器構件26之軸向定位。 驅動構件11藉助一 纽紅〇 , 軸承總成8以可旋轉方式支撐於私 轂軸2上。輪轂體4 杈於輪 戈展於球軸承總成内以便以輪較車由^ 107865.doc 96256 為中ά轉’並包括徑向向外延伸之凸緣來支撐輪幅（未 顯示）以便固定至一腳踏車輪。 行星齒輪機構5包括一形成於該輪轂軸上之太陽齒輪、 一以可旋轉方式安裝於輪轂軸2外週邊上之行星齒輪牦架 52^及通常三個行星齒輪51(圖僅顯示一個行星齒輪）。 違等灯星齒輪與該太陽齒輪以及與一環形齒輪34之内週邊 嚙。。此外，行星齒輪托架52設置有鋸齒52a，該等鋸齒 52a形成於行星齒輪托架52面向驅動構件u的一端的週邊 (較佳為内週邊）上。如將於下文中所述，鋸齒52a設置成與 離合器構件26中之對應嚙合鋸齒26b相嚙合。 再次參考圖1，一單向離合器2〇佈置於驅動構件u與一 棘爪體22之間。該單向離合器包括至少一個安裝於棘爪體 22外週邊上之棘爪2〇a。一個棘爪足以達成旋轉力之傳 輸 r、、：而右品要亦可設置兩個或多個棘爪。棘爪2 〇 a以可 轉動方式安裝於棘爪體22之外週邊上並被施以彈簧偏壓， 以與驅動構件11内週邊上之棘輪齒Ua相嚙合。棘輪齒Ua 之形成方式使正向旋轉驅動力施加至驅動構件丨丨。棘輪齒 11 a之开》式方式使施加至驅動構件11之正向旋轉驅動力傳 輸至棘爪體22，而當在該驅動構件上存在反向旋轉力（舉 例而言當向後蹬時）時，棘爪2〇a與棘輪齒1 ia脫離。 如於圖1、2及3中可見，在輪轂變速器之高速、一般速 度及低速位置情況下，棘爪體22相對於驅動構件11之軸向 位置保持不變。換言之，在驅動構件11與棘爪體22之間不 會發生相對軸向運動。 107865.doc 墩6256 _ ”亥佈置之結果係，僅有正向旋轉驅動力自驅動構件1 1傳 、 遞至輪轂變速器之内部元件，而當反向旋轉該驅動構件 • 時，無或至少基本上無反向旋轉驅動力得到傳輸。藉由此 . 種方式，在以本輪轂變速器向後蹬時會達成極平穩且輕快 之運轉狀態。僅有驅動構件自身反向運轉，而該離合器構 牛藉助單向離合裔2〇自驅動構件11上分離。尤其在圖1所 示之南速狀態下，不僅該離合器構件自該驅動構件丨丨上分 • 離，而且與離合器構件26嚙合之行星齒輪托架51亦分離。 當將數個鏈輪在外部安裝於該驅動構件上時，該驅動構件 之輕快運轉頗為重要。 如在圖1中所見，一第二單向離合器23佈置於棘爪體22 與環形齒輪34之間。第二單向離合器23包括至少兩個以可 轉動方式安裝於棘爪體22外週邊上之棘爪23a。棘爪23a承 叉彈黃偏壓以與形成於環形齒輪34内週邊上之鋸齒34a相 喃合。於該實施例中，應用兩個棘爪23a，然而在實務中 隹可視情況（即視欲傳輸之力）而設置四個或更多個棘爪。 如於圖1、2及3中所見，環形齒輪34在軸向方向上保持 固定，同時以可旋轉方式以軸2為中心安裝。環形齒輪34 自一端處（圖1中的左側）行星齒輪51之位置延伸至另一端處 一毗鄰驅動構件11之位置。在環形齒輪34之所述一端處， 設置有與行星齒輪51嚙合之週邊齒。環形齒輪34亦設置有 一第三單向離合器35，第三單向離合器35包括至少一個離 合器棘爪35a，該離合器棘爪35a在直立或豎立位置上由一 螺說彈★偏置。遠（或遠專）離合器棘爪3 5 a在輪較體4内週 I07865.doc 12 澎96256 邊上與棘輪齒喷合。當該環形齒輪沿正向驅動方向旋 .轉時，該離合器棘爪35a與棘輪齒4&相喃合。然而於該第 三單向離合器中，可將該（或該等）離合器棘爪…置於一動 力傳輸狀態或一動力中斷狀態，如將於下文中所述。於該 動力傳輸狀態中，正向驅動旋轉自該環形齒輪傳輸至棘爪 35a並自棘輪齒4a傳輸至輪轂體4。於該動力中斷狀態中， 如圖3中所示，離合器棘爪35a被離合器構件％之切換部分 • 26c擊倒。於該動力中斷狀態中’無正向或反向旋轉驅動 力可傳輸至該輪轂體之棘輪齒4a。 下面將根據三種正向速度來闡述該輪轂變速器之作業。 然而，熟習此項技術者將易知，驅動構件u與棘爪體22之 間的單向離合器佈局可設置於具有任何數量種速度之輪轂 變速器中。 圖1顯示高速傳輸路徑。施加至驅動構件u之正向旋轉 力經由單向離合器20傳輸至該棘爪體22，棘爪體22又將該 瞻力經由鋸齒26a傳輸至離合器構件26。離合器構件％已被 離合器控制機構25置於圖丨左側之軸向位置上。於該位置 上，該離合器構件之鋸齒26b之嚙合鋸齒26b嚙合行星齒輪 托架52之鋸齒52a。然後，將旋轉經由該行星齒輪機構$自 行星齒輪托架52傳輸至該環形齒輪34，並隨後傳輸至處於 豎立狀態（即處於動力傳輸狀態）之第三單向離合器35。最 後，單向離合器3 5將正向驅動力傳輪至輪轂體4。 於此種情況下，增加輪入旋轉之速度，然後根據由太陽 齒輪、行星齒輪51及環形齒輪34上之齒數所決定之齒輪傳 107865.doc 13 •1296256
- 動比來輪出。於圖1所示狀態下，驅動構件11之正向旋轉 • 亦傳輸至該第二單向離合器23，但環形齒輪34之旋轉快於 驅動構件11，因而不會有旋轉經由該第二單向離合器23傳 輸至環形齒輪3 4。 於圖2中顯示一般速度運作狀態。離合器構件％藉助離 合器控制機構25定位於一中間軸向位置。來自驅動構件11 之正向驅動旋轉經由單向離合器2〇傳輸至棘爪體22，然後 • 經由第二單向離合器23直接傳輸至環形齒輪34。第三單向 離合器35仍處於動力傳輸狀態，從而使環形齒輪34之正向 旋轉驅動力直接傳輸至輪轂體34。於此狀態下，環形齒輪 34之正向旋轉驅動力亦經由行星齒輪5丨傳輸至該行星齒輪 托木52，並自此處傳輸至一嚙合輪轂帽％之輥輪57。輪較 帽56固定至輪轂體4上並用作另一用於將旋轉力傳輸至輪 ^體4之傳輸部件。然而，行星齒輪51會減小行星齒輪托 架52之旋轉速度，因而第^單向離合器35之更快旋轉運動 會起過經由輥輪57及輪轂帽56之旋轉傳輸。 圖3顯示低速傳輸路徑，其中離合器構件％現在在驅動 構件11之方向上沿軸向定位於右手側。於該位置上，離合 裔構件26的一切換部分26c已與離合器棘爪35&相嚙合，以 將離合器棘爪35a置於一擊倒狀態，即第三單向離合器^ 處於動力中斷狀態。驅動構件n之正向旋轉經由單向離合 器2〇傳輸至棘爪體22，並自此處經由第二單向離合器23傳 輸至環形齒輪34。如上所述，單向離合器35被擊倒，因而 於此位置上不會有旋轉傳輸至該輪轂體。然後該環形齒輪 107865.doc
潜296256 之正向旋轉經由該行星齒輪機構5傳輪至該行星齒輪托架 52,並自此處經由該輥輪57及輪較帽％傳輸至輪轂體4。 行星齒輪51會減小環形齒輪34之旋轉速度，從而形成低速 傳輸狀態。 於上述内輪較變速器中’該輪轂體藉由一軸承與該驅動 構件相鏈接。本發明之巾請者已認識到，⑥某些情況下， 腳踏車手較重及/或驅動構件上有大量鏈輪可能會導致運 轉狀態不令人滿意。 因此’於本發明中，如針對圖4中一較佳實施例所顯 不，该内輪轂變速器之右手侧部分進行了明顯的修改，而 根據上述圖示之左手側部分則基本上保持不變’因此’就 構造及功能性而言，可參考對所習知且如上文所說明之内 輪軍變速器之說明。 於：4所示本發明之實施例中，驅動構件n基本上類似 於套筒並具有—基本上悝^不變之徑向延伸部分。於所示 實2例中，驅動構件丨丨設置有七個鏈輪，以達成與一多鏈 輪…成之組合。根據本發明，輪轂體與驅動構件丨丨以徑向 分離或脫離之方式安裝至該輪轂軸，以便分別耦合至該齒 輪機構及/或該輪轂軸。更詳言之，輪轂體4在左手側上藉 輪暈X f目5 6及一軸承總成直接安裝至該輪轂軸上。在右 手側上或在毗鄰該驅動構件之側上，則使用一第一軸承總 成9相對於該齒輪機構之一部分支撐該輪轂體。在支撐輪 ，體4時所涉及之該部分藉由另一軸承總成⑽安裝至該輪 叙軸，以使施加至輪轂體4之力可傳遞至該輪轂軸，而不 】07865.doc 15 發96256 會在徑向上干擾該驅動構件。 驅動構件1 1難Λ "一軸承總成102安裝至用於支撐輪轂體4 之同一部件。囡+ 4 7 , ^ 此，作用於驅動構件11上之力獨立地藉由 由102及軸承總成108傳輸至該輪轂軸。驅動構件11 典疋端猎助輪承總成10 4及轴承總成1 〇 6相對於該輪較軸
於所不貫施例中，軸承總成102及104基本上設置於驅動 構件11之對置端部部分上，並構造成位於該内輪轂變速器 之離合器構件之兩側上。換言之，對於先前所述内輪較變 速器提供一如下進-步修改：由於-鏈接離合器元件26盥 内輪轂變速器其餘部分之小連接部分所受到的支樓使料 在兩個位向疋位之轴承總成1G2與⑽之間延伸，因而將離 合器構件與離合以件26以—種大致與徑向力（其可由輪 較體4所施加）相分離之方式定位於該驅動構件與該輪轂^ 之間。 軸承總成102與104位於驅動構件的面向該輪轂軸之内側 上，而且進一步係角接觸軸承，以便可達成一既沿徑向方 向亦^軸向方向之規定運轉狀態，此尤其藉由使角接觸軸 承以一種會達成相反斜度之方式定向來達成。 如自圖4中進一步可見，該齒輪機構之一部分延伸於一 形成於該驅動構件11與該輪轂體4之間的空隙之間。為保 護軸承總成9而由一密封唇U4密封之該突出部分U2使人 們能夠從外部偵測該内輪轂變速器之變速情況。此外，於 所示實施例中，驅動構件丨丨安裝成延伸進該齒輪機構之一 107865.doc 發96256 凹陷部分内，從而達成一高度緊湊之變速器設計。 雖然上文係藉由參考自EP i 452 437八丨所知之特徵並結 合圖4所示特性來詳細闡述本發明，但熟習此項技術者將 知，各種改變及修改皆可歸屬於隨附申請專利範圍之範疇 内。 【圖式簡單說明】
結合隨附圖式閱讀對一較佳實施例之上述說明，將更易 知本發明之進一步特性及優點： 圖1至圖3詳細顯示一種在先前技術中所習知且如於Ερ· A 1 452 437中所具體闡述之内輪轂變速器。 ^ 4顯示本發明之一較佳實施例，其具有若干與例如參 考圖1至3所顯示及詳述之所述先前技術相當之 x ★明之目的藉由將輪轂體與驅動構件脫離戋分齙而 得以改良。 “離而 【主要元件符號說明】 2 輪轂軸 3 控制桿 4 輪轂體 棘輪齒 行星齒輪機構 7 變速鍵 8 , 軸承總成 第一軸承總成 驅動構件 棘輪齒 107865.doc 96256 20 單向離合器 20a 棘爪 22 棘爪體 23 第二單向離合器 23a 棘爪 25 離合器控制機構 26 離合器構件 26a 鋸齒 26b 鋸齒 26c 切換部分 34 環形齒輪 34a 鋸齒 35 第三單向離合器 35a 離合器棘爪 51 行星齒輪 52 行星齒輪托架 52a 鋸齒 56 輪轂帽 57 輥輪 102 軸承總成 104 軸承總成 106 軸承總成 108 軸承總成 112 突出部分 114 密封唇 107865.doc -18-