TWI500865B - 變速機構 - Google Patents

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TWI500865B
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Hsin Yang Shu
Ming Chih Tsai
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Sun Race Sturmey Archer Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/46Gearings having only two central gears, connected by orbital gears
    • F16H3/48Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears
    • F16H3/52Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears
    • F16H3/54Gearings having only two central gears, connected by orbital gears with single orbital gears or pairs of rigidly-connected orbital gears comprising orbital spur gears one of the central gears being internally toothed and the other externally toothed

Description

變速機構
本發明係關於一種變速機構,尤指一種利用輸入動力(例如馬達)之正、逆轉並配合行星齒輪組以改變減速比之多段式變速換檔機構。
變速器乃為一般變速電動車、或是電動手工具等中相當重要之零組件,其整個變速系統約略佔了生產成本之一半,所以在電動車或電動手工具工業中關於變速機構之研發一項都是各廠的重點項目,而一個良好的變速器可使騎乘者或是使用者因應環境的不同而變換不同的轉速比,進而達到適當之轉速或扭矩力的目的。
對於變速電動車來說,行星式齒輪組係乃常用之變速器。而行星式內變速器則以行星齒輪系做為變速機構之主體,且將變速機構安置於後輪輪殼中,透過不同之輸入件、輸出件以及固定件改變行星齒輪系之齒數比,以達到不同之轉速比。
以行星齒輪系為變速機構主體的內變速器具有下列優點:1.體積小且構造精密,不易受限於狹小的後輪輪轂安裝及使用空間之限制;2.換檔作動穩定,鏈條不會因換檔而變換與不同的鏈輪相連接,可有效的改善鏈條脫鏈的缺點且提高傳動效率;3.變速機構具有車輪輪轂的外殼保護,不會受到外在環境的影響進而提高使用壽命;4.變速機構內裝於車輪輪轂內,在換檔過程中不會產生如外變速 器那樣大的噪音。
依照行星齒輪系為變速器之傳動原理中,其太陽齒輪、行星齒輪(或行星架)、外環齒輪各別有一個軸,三種齒輪互相纏繞旋轉,在不同檔位時,三個齒輪軸必定有一個軸固定不轉動、一個軸是驅動軸、另一個軸則是輸出軸。不同組合之下,便造成可將轉速予以減速、加速、倒檔等不同檔位所需的齒數比。其中,共有六種狀態組合之可能性如下列所示:
因此,本發明於輪車或電動車之機械構造上以行星齒輪系之內變速機構做為發展核心,加上近年來因環保問題使得電動腳踏車以及電動車得以大量推廣,而目前電動腳踏車以及電動車大多搭配內變速器,故內變速器已逐漸成為各大車廠研發的重點。
本發明主要目的係在於提供一種變速機構,係利用發明人先前之一變速機構技藝作為一基礎架構、進行更進一步之改良,此一基礎架構乃利用馬達正轉或逆轉並配合行星齒輪組與輸出輪鼓所構成。
本發明之基礎架構係包括一軸心、一轉動之動力輸入、一行星齒輪組、一第一單向離合器、一第二單向離合器、一第三單向離合器、一第四單向離合器以及一輪鼓。
軸心,係作為本發明環狀基礎架構及更進一步改良態樣之架設基準。
輪鼓,係套附於行星齒輪組之外圍。
轉動之動力輸入係選擇性地以軸心為軸、進行正轉(+,順時針方向)或是逆轉(-,逆時針方向)之旋轉運動。
行星齒輪組,以軸心為架設軸,乃又包括一太陽齒輪、複數個行星齒輪、一行星架、以及一外環齒輪,其中之太陽齒輪係為輸入端、乃由動力輸入所驅動。
第一單向離合器及第二單向離合器係分別構建於軸心與行星架、及軸心與外環齒輪間,用以於動力輸入為正轉與逆轉時、分別將行星架及外環齒輪咬合於軸心上,俟時形成軸心之轉動固定件。
第三單向離合器及第四單向離合器係分別構建於輪鼓與行星架、及輪鼓與外環齒輪間,用以於動力輸入為正轉與逆轉時、分別將外環齒輪及行星架咬合於輪鼓上,俟時分別將由該動力輸入所輸入之動力透過外環齒輪及行星架傳遞至輪鼓上。
本發明變速機構之基礎架構及其諸多改良模式之操作,乃係藉由動力輸入端之正轉或逆轉帶動行星齒輪組,且分別配合軸心上所設之第一及第二單向離合器之方向性嚙合控制,選擇性地由行星架或是外環齒輪分別帶動輪鼓內之第三單向離合器或第四單向離合器產生不同之速差,以達到兩段轉速切換之目的。
在本發明變速機構之一第一實施態樣中,除前述之基礎架構外,乃於行星齒輪組之前段(以動力觀點言,係介 於行星齒輪組與軸心之間)、以平行共用軸心與行星架之方式、設置一作為差速機構之另一行星齒輪組(無太陽齒輪),此差速機構乃又包括複數個設置於基礎架構行星架上之輔助行星齒輪及一與輔助行星齒輪嚙合之輔助外環齒輪;另,在此實施態樣中,第二單向離合器係改變設置操作於軸心與輔助外環齒輪間,其在輔助外環齒輪正轉(+)時呈咬合狀態、以使輔助外環齒輪鎖定在軸心上。
在本態樣之一實施例中,行星架上之每一轉動架設之輔助行星齒輪係相對應於行星架上之一主要行星齒輪(原基礎架構之行星齒輪),且輔助行星齒輪與主要行星齒輪係具有不同之齒數。
在本態樣之一實施例中,與輔助行星齒輪嚙合之輔助外環齒輪係與主要外環齒輪具有不同之齒數。
在本發明變速機構之一第二實施態樣中,原基礎架構之軸心上又設置一固定件,此固定件類同為於嚙合時乃為一相對軸心不會移動與轉動之固定件,亦即與軸心呈可一體結合狀態,而原基礎架構之第一與第二單向離合器中至少之一係可由軸心改變為設置於此轉動固定件上。
在本態樣之一實施例中,其轉動固定件係為動力輸入之一外殼體。
在本態樣之一實施例中,其轉動固定件係為變速機構之一外罩殼體。
在本態樣之一實施例中,其轉動固定件係為由馬達轉軸延伸設置之一太陽正齒輪延伸出之柱狀物,而第一與第二單向離合器則變形為一滑動離合器機構,此滑動離合器 機構乃又包括一設於軸心上、可滑移但不可轉動之管狀滑動離合件;此滑動離合件之內表面上又具有內栓槽結構、用以與軸心外環面上設置之相對應外栓槽結構嚙合,而在滑動離合件之外表面上則設置有外栓槽結構、用以隨機分別嚙合設於行星架或外環齒輪上之相對應栓槽結構、齒形結構、或是其他形式之配合結構。在此實施例中,滑動離合件係於一第一位置與一第二位置間移動;其中,在第一位置上時,滑動離合件上之外栓槽結構係與行星架上之相對應栓槽結構或齒形嚙合、以將行星架鎖定在軸心上;而當滑動離合件移動至第二位置上時,滑動離合件上之外栓槽結構則與外環齒輪上之相對應栓槽結構或齒形嚙合、以將外環齒輪鎖定在軸心上。而滑動離合件之驅動,則是以一離合致動器執行,當動力輸入藉由太陽正齒輪或柱狀物驅動離合致動器正轉(+)時,係可將滑動離合件移動趨近第一位置,而當離合致動器逆轉(-)時,其係可將滑動離合件移動趨近第二位置。
在本實施例之一構建中,此離合致動器,又包括一具有一梯狀內搪孔之柱狀致動件及一摩擦彈簧;柱狀致動件係套設於太陽正齒輪或是柱狀物上,且在內搪孔較小內徑區內之致動件內面係與太陽正齒輪或是柱狀物形成一適貼滑動配合,而摩擦彈簧則設於太陽正齒輪或是柱狀物與在內搪孔較大內徑區內之致動件內面間,致動件與滑動離合件間係採一滑動配合,而此滑動配合係可為一螺紋配合、或使其他類似之滑動結合對。
為了能更清楚地描述本發明所提出之變速機構,以下將配合圖式詳細說明之。
於本發明中,該行星齒輪組,也就是所謂「行星齒輪組(Planetary gear)」,市面上亦稱為「遊星齒輪減速機」或是「行星式齒輪減速機」。於上述行星齒輪減速機構中,位在中心位置的齒輪稱為「太陽齒輪(sun gear)」;位在外圈位置的齒輪稱為「外環齒輪(ring gear)」;分別環繞於該太陽齒輪轉動的齒輪稱為「行星齒輪(planet pinion)」。
於該行星齒輪組之該行星齒輪係大多以三個或四個為一組,且分別以「行星架(Carrier Arm)」將個別之該行星齒輪保持彼此間相對位置,且該太陽齒輪分別與該行星齒輪咬合旋轉時,其兩者旋轉方向必定相反;然而,該外環齒輪與該行星齒輪咬合旋轉時,兩者旋轉方向卻是一致的,但該外環齒輪會與該行星架之旋轉方向會有相反的趨勢。
請參閱圖一、圖二所示,係為本案發明人先前關於變速機構之一努力成果之高速模式與低速模式之示意圖,本案發明即是以此變速機構為基礎架構之再發明,故於引入本案發明之前,乃需對此一基礎架構作一詳細說明。
如圖一與圖二所示,變速機構1係設置於一軸心10之上,透過一動力輸入端2進行傳動,其包括有:一行星齒輪組11、一第一單向離合器12、一第二單向離合器13、以及一輪鼓14,其中之行星齒輪組11係更包括:一太陽齒輪111、複數個行星齒輪112、一行星架113、以及一 外環齒輪114,而輪鼓14實質上係可為一內設此行星齒輪組11之中空圓筒狀元件,一般又可稱為一環袖或是一輸出環袖。
於此本發明變速機構之基礎架構1中,動力輸入端2係設置於輪鼓14之內、並與太陽齒輪111連接,而輪鼓14則大致設置於一般輪車或是電動手工具等之動力輸出端的驅動輪上、以使驅動輪與輪鼓14同軸與同步運轉,也就是輪鼓14逆轉(-)時,可帶動驅動輪前進;反之,當輪鼓14正轉(+)時,可帶動驅動輪後退。當然,亦可以鏡射的方向設置該變速機構1,其旋轉的方向也會相對改變,在此就不再詳加贅述。本發明及其基礎架構係可適用於具有內設行星齒輪組之輪鼓或類似袖套之動力工具上,用以形成與所運用動力工具之輸出軸連結之驅動機構元件。
於本基礎架構1中,第一單向離合器12以及第二單向離合器13係分別設置於軸心10與行星架113間、以及軸心10與外環齒輪114間,且各單向離合器12、13均分別設有至少一單向棘爪於軸心10上、以供分別與相對應之行星架113以及外環齒輪114上所分別設置之若干單向棘齒相齧合。輪鼓14係套附於行星齒輪組11之外圍。第一、與第二單向離合器12、13係為相同操作方向之單向離合器,亦即其操作乃為正轉(+):咬合、逆轉(-):滑脫。
當然,不論動力輸入端2(DC直流電馬達)正轉(+)或逆轉(-)輸出時(以下圖式正轉以符號:+、逆轉以符號:-代表),皆能利用行星齒輪組11帶動輪鼓14進 行運作,進一步透過行星架113或外環齒輪114將輪鼓14進行不同速度模式之切換傳動。
於此本發明之基礎架構1中,輪鼓14內側與行星架113間、以及輪鼓14內側與外環齒輪114間係又分別設有一第三單向離合器141及一第四單向離合器142。並且,且各第三與第四單向離合器141、142均分別設有至少一若干單向棘齒於輪鼓14之內側、以供分別與行星架113以及外環齒輪114上所分別設置之單向棘爪相齧合。於此基礎架構1中,第三以及第四單向離合器141、142較佳係可以是同方向咬合之離心式單向離合器(正轉+:滑脫,逆轉-:咬合),藉由離心式單向離合器141、142的設置,可在行星架113或外環齒輪114不旋轉時自動收合(或降下)第三或第四單向離合器141、142之單向棘爪,以避免在使用者牽車倒退時發生卡死現象。
同時,於此本發明變速機構之基礎架構1中,第一及第二單向離合器12、13係分別設置為行星架113或外環齒輪114正轉(+)時咬合、逆轉(-)時滑脫之單向離合器。換句話說,當行星架113正轉(+)時,第一單向離合器12係咬合於軸心10上、以使行星架113無法旋轉;同樣地,若是外環齒輪114正轉(+)時,則變成是第二單向離合器13咬合於軸心10上,以使外環齒輪114無法旋轉。而因在行星齒輪組11之動力輸入中,行星架113與外環齒輪114係皆以反向轉動之形態存在,故在其全程操作上,僅會使行星架113與外環齒輪114中之一咬合固定在軸心10上。
另外,第三及第四單向離合器141、142均設置為行星架113或外環齒輪114正轉(+)時滑脫、逆轉(-)時咬合的狀態。換句話說,當行星架113逆轉(-)時,第三單向離合器141將咬合於輪鼓14上而導致行星架113可帶動輪鼓14旋轉;反之,若是外環齒輪114逆轉(-)時,則變成是第四單向離合器142咬合於輪鼓14上而導致外環齒輪114可帶動輪鼓14旋轉。藉此,當行星架113或外環齒輪114中之一是進行順時針方向轉動(正轉+)時,其將與軸心10固定而無法傳動至輪鼓14,只有進行逆時針方向轉動(逆轉-)者可傳動至輪鼓14上。
如圖一所示,係為本發明變速機構基礎架構1之高速模式傳動路徑。其中,作為變速機構1動力輸入之動力輸入端2係可以為一DC直流電馬達,此直流電馬達係可藉由改變其輸入電流正負極之方向,進而驅動行星齒輪組11之太陽齒輪111進行正轉(+)或逆轉(-)之操作、並形成不同差速之操作模式。於圖一所示之高速模式下,動力輸入端2所輸出動力係為正轉(+)、用以帶動太陽齒輪111進行正轉(+),進而帶動所齧合之行星齒輪112進行逆轉(-),並同時帶動所齧合之外環齒輪114進行逆轉(-);此時,行星架113係大致以正轉(+)的模式進行運作。
此時,設置於軸心10上之第一單向離合器12與行星架113係為正轉(+)咬合狀態,且行星架113與第三單向離合器141間係為正轉(+)滑脫的空轉狀態,因此,行星架113無法傳遞動力至輪鼓14,亦即為一無效之動 力傳遞,乃進而將動力由行星齒輪112傳遞至所齧合之外環齒輪114上;又由於設置於軸心10上之第二單向離合器13與外環齒輪114間係為逆轉(-)滑脫的空轉狀態,而位於輪鼓14上之第四單向離合器142與外環齒輪114間係為逆轉(-)咬合的狀態,是以,在此高速模式中,外環齒輪114之動力係可傳遞至輪鼓14,以使輪鼓14進行轉動。
如圖二所示,係為本發明變速機構基礎架構1之低速模式傳動路徑。在此低速模式下,動力輸入端2所輸出動力為逆轉(-)、以帶動太陽齒輪111進行逆轉(-),進而帶動所齧合之行星齒輪112進行正轉(+),並同時帶動所齧合之外環齒輪114進行正轉(+);此時,該行星架113係大致以逆轉(-)的模式進行運作。
在此低速模式之操作中,由於設置於軸心10上之第一單向離合器12與行星架113間係為逆轉(-)滑脫的空轉狀態,且位於輪鼓14之第三單向離合器141與行星架113間係為逆轉(-)咬合行星架113的狀態,故行星架113之動力係可以傳遞至輪鼓14、以使輪鼓14進行轉動。且由於設置於軸心10上之第二單向離合器13與外環齒輪114間係為正轉(+)咬合的狀態,而位於輪鼓14上之第四單向離合器142與外環齒輪114間係為正轉(+)滑脫的空轉狀態,故此,外環齒輪114正轉(+)時之動力是處於無法透過第四單向離合器142傳遞至輪鼓14上之無效動力傳遞狀態。
於本發明之實施架構中,第一與第二單向離合器 12、13係可視操作便利分別設置於任意“轉動固定件”及行星架113與外環齒輪114間,例如,第一與第二單向離合器12、13中之一或二者係可設置於一馬達外殼體及行星架113與外環齒輪114間(如下圖七所示之第三實施例),其中之承載殼體、相對於軸心10、係為一“轉動固定件”。其中,此處所謂之“轉動固定件”係指一相對軸心或一中心軸不會移動與轉動之元件(亦即與軸心或中心軸呈一體之固定狀態),但所述之軸心或中心軸則可供太陽齒輪、行星架、外環齒輪與袖環在非固定之狀態下相對於軸心轉動。
請參閱圖三與圖四所示,係為本發明變速機構第一實施例1e分別處於高速模式與低速模式之示意圖。與前述圖一與圖二所示之本發明變速機構基礎架構1比較,此第一實施例1e與前述圖一與圖二所示之基礎架構1在組成結構上大致相同,因此二者間相同之元件與結構係以相同之名稱與圖號代表,且其位置與功能敘述係如前述,故不再重覆。而此第一實施例1e與前述基礎架構1之不同點係如下述。
在第一實施例中1e,除前述之基礎架構1外,乃於行星齒輪組11之前段(以動力觀點言,係介於行星齒輪組11與軸心10之間)、以平行共用軸心10與行星架113之方式、設置一作為差速機構8之另一行星齒輪組(但無太陽齒輪),此差速機構8乃又包括複數個輔助行星齒輪112a及一輔助外環齒輪114a;在行星架113上,每一轉動架設之輔助行星齒輪112a係於行星架113上與一主要 行星齒輪112(原基礎架構之行星齒輪),輔助行星齒輪112a與主要行星齒輪112係可具有不同之齒數,原基礎架構1之主要外環齒輪114係與主要行星齒輪112嚙合,而輔助外環齒輪114a則與輔助行星齒輪112a嚙合,同樣地,輔助外環齒輪114a與主要外環齒輪114係可具有不同之齒數。
如圖所示,在此第一實施例1e中,第二單向離合器13係設置操作於軸心10與輔助外環齒輪114a間,並在輔助外環齒輪114a正轉(+)時咬合、以使輔助外環齒輪114a鎖定在軸心10上。而第四單向離合器142則是設置操作於主要外環齒輪114與輪鼓14間,並在主要外環齒輪114逆轉(-)時咬合、以使主要外環齒輪114之動力輸出至輪鼓14上。
在圖三中,本發明變速機構第一實施例1e係處於一高速模式中,其中之動力輸入係為正轉(+)輸入,以使太陽齒輪111進行一正轉(+)操作,此時,由太陽齒輪111驅動之主要與輔助行星齒輪112、112a則呈逆轉(-)狀態、且亦使主要與輔助外環齒輪114、114a呈逆轉(-)狀態,但行星架113則是處於一正轉(+)狀態。在此一操作模式中,第一單向離合器12係將行星架113咬合鎖定在軸心10上,以使行星架113成為軸心10之一轉動固定件;第二單向離合器13則是處於滑脫狀態,乃使輔助外環齒輪114a以逆轉方式呈惰輪模式自由轉動;當運用於主要外環齒輪114與輪鼓14間之第四單向離合器142係處於咬合以傳遞動力之狀態時(輪鼓14此時是為一前進逆轉(-) 狀態),運用於行星架113與輪鼓14間之第三單向離合器141乃為滑脫狀態,藉此,馬達乃得以透過行星齒輪組11進行輪鼓14之驅動,其中,行星齒輪組11之太陽齒輪111係為輸入端、主要外環齒輪為輸出端、而且行星架113則為固定狀態。
在圖四中,本發明變速機構第一實施例1e係處於一低速模式中,其中之動力輸入係為逆轉(-)輸入,以使太陽齒輪111進行一逆轉(-)操作,此時,由太陽齒輪111驅動之主要與輔助行星齒輪112、112a則呈正轉(+)狀態、且亦使主要與輔助外環齒輪114、114a呈正轉(+)狀態,但行星架113則是處於一逆轉(-)狀態。在此一操作模式中,第一單向離合器12係處滑脫狀態,以使行星架113相對軸心10轉動;第二單向離合器13則是將輔助外環齒輪114a咬合鎖定在軸心10上,以使輔助外環齒輪114a成為軸心10之轉動固定件;運用於行星架113與輪鼓14間之第三單向離合器係處於咬合狀態、以將動力由行星架113傳遞至輪鼓14(此時亦為一前進逆轉(-)狀態);運用於主要外環齒輪114與輪鼓14間之第四單向離合器142此則處於滑脫狀態,乃使主要外環齒輪114以惰輪模式相對軸心10自由轉動,藉此,馬達乃得以透過行星齒輪組11進行輪鼓14之驅動,其中,行星齒輪組11之太陽齒輪111係為輸入端、輔助外環齒輪114a固定、而行星架113則為為輸出端。
利用此本發明變速機構第一實施例1e之好處即是因外環齒輪與行星齒輪間之較多齒數比選擇,故在設定高速 模式與低速模式操作之齒輪比時,能有較大之彈性。例如,在第一實施例1e中,假定其太陽齒輪111有25齒、每一主要行星齒輪112有60齒、每一輔助行星齒輪112a有20齒、主要壞環齒輪114有145齒、而輔助外環齒輪114a有105齒,則高速模式與低速模式則可具有以下之齒輪減速比:高速模式之齒輪減速比:5.8(145T/25T=5.8)
低速模式之齒輪減速比:13.6(105T/(25T/60T*20T)+1=13.6)
請參閱圖五與圖六A所示,係分別為本發明變速機構第二實施例高速模式與低速模式剖面示意圖;與前述圖一與圖二所示之本發明變速機構基礎架構1比較,此第二實施例1f與前述圖一與圖二所示之基礎架構1在組成結構上大致相同,因此二者間相同之元件與結構係以相同之名稱與圖號代表,且其位置與功能敘述係如前述,故不再重覆。而此第二實施例1f與前述基礎架構1之不同點係如下述。
在第二實施例中1f,前述基礎架構1之轉動式第一與第二單向離合器12、13係以一滑動離合器機構80取代,用以執行、視動力輸入轉動方向、將行星架113或是外環齒輪114鎖定在軸心10上之操作。
此滑動離合器機構80係包括一設於軸心10上、可滑移但不可轉動之管狀滑動離合件81,其架設於軸心10上之方法係可採取任何習知合適之方式。在此實施例中,滑動離合件81具有內栓槽結構82、用以與軸心10外環面 上設置之相對應外栓槽結構83嚙合,而在滑動離合件81之一外表面上亦設置有外栓槽結構84、用以隨機嚙合分別設於行星架113與外環齒輪114上之相對應栓槽結構、齒形結構、或是其他形式之配合結構85、86。在此實施例中,滑動離合件81係可於一第一位置(如圖五所示位置)與一第二位置(如圖六A所示位置)間移動;其中,在第一位置上,滑動離合件81上之外栓槽結構84係與行星架113上之相對應栓槽結構或齒形85嚙合、以將行星架113鎖定在軸心10上,藉此避免行星架113與軸心10間之相對旋轉;而在第二位置上,滑動離合件81上之外栓槽結構84係與外環齒輪114上之相對應栓槽結構或齒形86嚙合、以將外環齒輪114鎖定在軸心10上,藉此避免外環齒輪114與軸心10間之相對旋轉。
本實施例1f中,為因應由動力輸入2所驅動之太陽齒輪111之轉動,滑動離合件81於第一位置與第二位置間之移動控制係藉由一離合致動器87來執行,此離合致動器87包括一具有一梯狀內搪孔89之柱狀致動件88,柱狀致動件88套設於太陽齒輪111或是套設於太陽齒輪111軸向延伸出一段柱狀物111a上(請參閱圖六B所示之截面圖),在搪孔89較小內徑區內之致動件88內面係與柱狀物111a形成一適貼滑動配合,而一摩擦彈簧90則設於正齒輪或是柱狀物111a與在搪孔89較大內徑區內之致動件88內面間,致動件88與滑動離合件81間係藉由一螺紋91滑動結合,此螺紋91係構形為:當致動件88正轉(+)時,係可將滑動離合件81向圖式左側移動以趨近第 一位置,而當致動件88逆轉(-)時,其係可將滑動離合件81向圖式右側移動以趨近第二位置。
當動力輸入2驅動太陽齒輪111正轉(+)時,即可藉由摩擦彈簧90使致動件88呈正轉(+),此時,螺紋91乃驅使滑動離合件81向左趨近第一位置、以將行星架113鎖定在軸心10上(如圖五所示);在此一位置下,滑動離合件81之外栓槽結構84係與外環齒輪114上相對應之栓槽或齒形結構86呈分離狀態,是以,此時之外環齒輪114相對軸心10係為可自由轉動狀態;一俟滑動離合件81完全移動至左側極限處(滑動離合件81維持在第一位置之狀態),摩擦彈簧90即至少自致動件88與太陽正齒輪或是柱狀物111a中之一上滑移、以使太陽齒輪111可相對致動件88轉動。
當動力輸入2驅動太陽齒輪111逆轉(-)時,即可藉由摩擦彈簧90使致動件88呈逆轉(-),此時,螺紋91乃驅使滑動離合件81向右趨近第二位置,且滑動離合件81之外栓槽結構84即與行星架113上之栓槽或齒形結構85逐漸呈分離狀態、而後並與外環齒輪114上相對應之栓槽或齒形結構86呈嚙合狀態,藉此,乃可使行星架113相對軸心10呈自由轉動狀態、而外環齒輪114則被鎖定在軸心10上(如圖六A所示);同樣地,當滑動離合件81完全移動至其右側極限處(滑動離合件81維持在第二位置之狀態)時,摩擦彈簧90即至少自致動件88與太陽正齒輪111a中之一上滑移、以使太陽齒輪111可相對致動件88轉動。
在此一實施例中,滑動離合器機構80依侍太陽齒輪111之轉動方向(亦即動力輸入2之方向)控制外環齒輪114與行星架113之選擇性鎖定操作,藉此提供除圖一與圖二所示基礎架構外之另一選擇,亦即,此一滑動離合器機構80亦可運用至前述之基礎架構1(如圖一與圖二所示)及第一實施例1e(圖三與圖四所示)中、以取代原第一與第二單向離合器12、13之位置;例如,當其運用至圖三與圖四所示之第一實施例1e上時,滑動離合器機構80係用以分別將行星架113與輔助外環齒輪114a鎖定至軸心10上。
在前述實施中,太陽正齒輪或是太陽齒輪111軸向延伸出之一段柱狀物111a係皆為此變速機構1f中、用以與滑動離合器機構80作適形適所嚙合之延伸件。
請參閱圖七所示,係為本發明變速機構一第三實施例1g於高速模式下示意圖,與前述圖一與圖二所示之本發明變速機構基礎架構1比較,此第三實施例1g與前述圖一與圖二所示之基礎架構1在組成結構上大致相同,因此二者間相同之元件與結構係以相同之名稱與圖號代表,且其位置與功能敘述係如前述,故不再重覆。而此第三實施例1g與前述基礎架構1之不同點係如下述。
在第三實施例1g中,馬達(動力輸入)2具有一外殼體2a,相對軸心10言,此外殼體2係為一轉動固定件,而且原在基礎架構1中、直接相對軸心10操作之第一與第二單向離合器12、13(分別設於行星架113與外環齒輪114上)則轉為相對此外殼體2a操作。在此實施例中,係在展示本發明中分別設於行星架113與外環齒輪114上之第一 與第二單向離合器12、13係可相對配合至其他軸心10之轉動固定件上操作,例如,此處之外殼體2a即可視為軸心10之轉動固定件(亦即可視為軸心之結構延伸體),而滑動離合器機構則採與前述基礎架構1相同之模式構建。
本發明中,第一與第二單向離合器12、13係在相同之轉動方向(正轉或逆轉)上操作,以視動力輸入之方向決定行星架113與外環齒輪114中之一轉動固定至軸心10上,而另一未遭轉動固定者則藉由其相對應之第三或第四單向離合器驅動輪鼓14轉動。在本發明之實施中,第一與第二單向離合器12、13並不需配合至相同之軸心10轉動固定件操作,而是可視需求作較妥適之安排,例如,可將第一單向離合器12配合外殼體2a操作(如圖七所示),而將第二單向離合器13直接配合軸心10操作(如圖一所示)。
請參閱圖八所示,係為本發明變速機構一第四實施例1h於高速模式下示意圖,與前述圖一與圖二所示之本發明變速機構基礎架構1比較,此第四實施例1h與前述圖一與圖二所示之基礎架構1在組成結構上大致相同,因此二者間相同之元件與結構係以相同之名稱與圖號代表,且其位置與功能敘述係如前述,故不再重覆。而此第四實施例1h與前述基礎架構1之不同點係如下述。
此第四實施例1h係用以展示本發明之變速機構除可運用在電動車之輪鼓上外,其亦可運用在一動力工具上;在此類實施中,變速機構並不依軸心10建造,而是依一 相對一外罩殼體92之共用軸10’建造,亦即其外罩殼體92中之太陽齒輪111、行星架113、外環齒輪114及輪鼓14係相對此共用軸10’轉動設置,第一與第二單向離合器12、13係分別設於外罩殼體92與行星架113、以及外罩殼體92與外環齒輪114間。就如前述之基礎架構所述,第一與第二單向離合器12、13係在相同之轉動方向(正轉或逆轉)上操作,以視動力輸入之方向決定行星架113與外環齒輪114中之一轉動固定至外罩殼體92上,而另一未遭轉動固定者則藉由其相對應之第三或第四單向離合器141、142驅動輪鼓14轉動。如圖所示,在第四實施例1h中,輪鼓14又具有一軸向延伸出外罩殼體92一端之輸出部14a,此輸出部14a係可以一驅動軸形態成形。
在此實施例中,外罩殼體92a係可視為此變速機構1h中、軸心10(亦即共用軸10’)之轉動固定件,則採與前述基礎架構1相同之模式構建。
唯以上所述之實施例不應用於限制本發明之可應用範圍,本發明之保護範圍應以本發明之申請專利範圍內容所界定技術精神及其均等變化所含括之範圍為主。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾,仍將不失本發明之要義所在,亦不脫離本發明之精神和範圍,故都應視為本發明的進一步實施狀況。
1‧‧‧變速機構基礎架構
1e、1f、1g、1h‧‧‧變速機構
2‧‧‧動力輸入
2a‧‧‧動力輸入之外殼體
8‧‧‧差速機構
10、10’‧‧‧軸心
11‧‧‧行星齒輪組
12‧‧‧第一單向離合器
13‧‧‧第二單向離合器
14、14a‧‧‧輪鼓
80‧‧‧滑動離合器機構
81‧‧‧滑動離合件
82‧‧‧內栓槽結構(滑動離合件上)
83‧‧‧栓槽結構(軸心上)
84‧‧‧外栓槽結構(滑動離合件上)
85‧‧‧行星架上之栓槽配合結構
86‧‧‧外環齒輪上之栓槽配合結構
87‧‧‧離合致動器
88‧‧‧致動件
89‧‧‧梯狀內搪孔
90‧‧‧摩擦彈簧
91‧‧‧螺紋
92‧‧‧外殼體
111‧‧‧太陽齒輪
111a‧‧‧柱狀物
112‧‧‧(主要)行星齒輪
112a‧‧‧輔助行星齒輪
113‧‧‧行星架
114‧‧‧(主要)外環齒輪
114a‧‧‧輔助外環齒輪
141‧‧‧第三單向離合器
142‧‧‧第四單向離合器
圖一係為本發明變速機構一基礎架構之高速模式示意圖; 圖二係為本發明變速機構基礎架構之低速模式示意圖;圖三係為本發明變速機構第一實施例之高速模式示意圖;圖四係為本發明變速機構第一實施例之低速模式示意圖;圖五係為本發明變速機構第二實施例之高速模式之剖面示意圖;圖六A係為本發明變速機構第二實施例之低速模式示意圖;圖六B係為圖六A中致動件88之截面示意圖;圖七係為本發明變速機構第三實施例之高速模式示意圖;以及圖八係為本發明變速機構第四實施例之高速模式示意圖。
1g‧‧‧變速機構
2‧‧‧動力輸入
2a‧‧‧動力輸入之外殼體
10‧‧‧軸心
12‧‧‧第一單向離合器
13‧‧‧第二單向離合器
14‧‧‧輪鼓
111‧‧‧太陽齒輪
112‧‧‧行星齒輪
113‧‧‧行星架
114‧‧‧外環齒輪
141‧‧‧第三單向離合器
142‧‧‧第四單向離合器

Claims (9)

  1. 一種變速機構,係包括:一軸心,係作為該變速機構之架設基準;一動力輸入,係選擇性地以該軸心為軸、進行正轉(+,順時針方向)或是逆轉(-,逆時針方向)之旋轉運動;一行星齒輪組,係以該軸心為架設軸,乃又包括一太陽齒輪、複數個行星齒輪、一行星架、以及一外環齒輪,其中之該太陽齒輪係為輸入端、乃由該動力輸入所驅動;一輪鼓,係套附於該行星齒輪組之外圍;一差速機構,係設於該行星齒輪組與該軸心之間,並以平行共用該軸心與該行星架之方式、以另一無太陽齒輪之行星齒輪組,乃又包括複數個設置於該行星架上之輔助行星齒輪及一與該輔助行星齒輪嚙合之輔助外環齒輪;其中,所述之該行星架上之每一轉動架設之該輔助行星齒輪係相對應於該行星架上之一該行星齒輪,並且每一該輔助行星齒輪係固接於與其相對應之該行星齒輪;一第一單向離合器及一第二單向離合器,係分別構建於該軸心與該行星架、及該軸心與該輔助外環齒輪間,用以於該動力輸入正轉及逆轉時、分別將該行星架及該輔助外環齒輪咬合於該軸心上,以俟時形成該軸心之轉動固定件;以及一第三單向離合器及一第四單向離合器,係分別構建於該輪鼓與該行星架、及該輪鼓與該外環齒輪間,用以 於該動力輸入正轉及逆轉時、分別將該外環齒輪及該行星架咬合於該輪鼓上,以俟時分別將該動力輸入所輸入之動力、經過該太陽齒輪、再透過該外環齒輪及該行星架傳遞至該輪鼓上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之變速機構,其中所述之該輔助行星齒輪與該行星齒輪係具有不同之齒數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之變速機構,其中所述之該輔助行星齒輪嚙合之該輔助外環齒輪係與該外環齒輪具有不同之齒數。
  4. 一種變速機構,係包括:一軸心,係作為該變速機構之架設基準,又包括一以轉動固定方式設置於其上之轉動固定件;一動力輸入,係選擇性地以該軸心為軸、進行正轉(+,順時針方向)或是逆轉(-,逆時針方向)之旋轉運動;一行星齒輪組,係以該軸心為架設軸,乃又包括一太陽齒輪、複數個行星齒輪、一行星架、以及一外環齒輪,其中之該太陽齒輪係為輸入端、乃由該動力輸入所驅動;一輪鼓,係套附於該行星齒輪組之外圍;一第一單向離合器及一第二單向離合器,係分別構建於該軸心與該行星架、及該軸心與該外環齒輪間,用以於該動力輸入正轉及逆轉時、分別將該行星架及該外環齒輪咬合於該軸心上,以俟時形成該軸心之轉動固 定件;其中,該第一單向離合器與該第二單向離合器中至少之一係設置於該轉動固定件上;一第三單向離合器及一第四單向離合器,係分別構建於該輪鼓與該行星架、及該輪鼓與該外環齒輪間,用以於該動力輸入正轉及逆轉時、分別將該外環齒輪及該行星架咬合於該輪鼓上,以俟時分別將該動力輸入所輸入之動力、經過該太陽齒輪、再透過該外環齒輪及該行星架傳遞至該輪鼓上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之變速機構,其中所述之該轉動固定件係為該動力輸入之一外殼體。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之變速機構,其中所述之該轉動固定件係為該變速機構之一外罩殼體。
  7. 一種變速機構,係包括:一軸心,係作為該變速機構之架設基準;一動力輸入,係選擇性地以該軸心為軸、進行正轉(+,順時針方向)或是逆轉(-,逆時針方向)之旋轉運動;一行星齒輪組,係以該軸心為架設軸,乃又包括一太陽齒輪、複數個行星齒輪、一行星架、以及一外環齒輪,其中之該太陽齒輪係為輸入端、乃由該動力輸入所驅動;其中,該太陽齒輪又沿該軸心之方向延伸設置一連動之柱狀物;一輪鼓,係套附於該行星齒輪組之外圍;一滑動離合器機構,乃又包括一設於該軸心上、可滑移但不可轉動之管狀滑動離合件,該滑動離合件之一內 表面上又具有一內栓槽結構、用以與該軸心一外環面上設置之一相對應外栓槽結構嚙合,而在該滑動離合件之一外表面上則亦設置有一外栓槽結構、用以隨機分別嚙合設於該行星架或該外環齒輪上之相對應配合結構;其中,該滑動離合件係於一第一位置與一第二位置間移動,當在該第一位置上時,該滑動離合件上之該外栓槽結構係與該行星架上之該配合結構嚙合、以將該行星架鎖定在軸心上;而當該滑動離合件移動至該第二位置上時,該滑動離合件上之該外栓槽結構則與該外環齒輪上之相對應該配合結構嚙合、以將外環齒輪鎖定在軸心上;一第三單向離合器及一第四單向離合器,係分別構建於該輪鼓與該行星架、及該輪鼓與該外環齒輪間,用以於該動力輸入正轉及逆轉時、分別將該外環齒輪及該行星架咬合於該輪鼓上,以俟時分別將該動力輸入所輸入之動力透過該外環齒輪及該行星架傳遞至該輪鼓上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之變速機構,其中所述之該滑動離合器機構又包括一離合致動器,乃用以驅動該滑動離合件,當該動力輸出藉由該柱狀物驅動該離合致動器正轉(+)時,係將該滑動離合件移動趨近該第一位置;而當該離合致動器逆轉(-)時,其係將該滑動離合件移動趨近該第二位置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之變速機構,其中所述之該 離合致動器又包括一具有一梯狀內搪孔之柱狀致動件及一摩擦彈簧;該柱狀致動件係套設於該柱狀物上,且在該內搪孔較小內徑區內之該致動件內面係與該柱狀物形成一適貼滑動配合,而該摩擦彈簧則設於該柱狀物與在該內搪孔較大內徑區內之該致動件內面間,該致動件與該滑動離合件間係採一螺紋配合。
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