TWI802188B - 內變速器的檔位切換控制機構 - Google Patents

Abstract

本案係為一種能有效解決僅具備雙層行星齒輪變速系統的內變速器在換檔時易產生頓速狀況的檔位切換控制機構，在內變速器內部包含預定層行星齒輪變速系統，各層行星齒輪變速系統的太陽齒輪與內變速器的輪軸之間，分別設置的軸棘爪係共同接受同一個檔位切換控制機構所控制，該檔位切換控制機構包含一個軌道套筒以及串置在該一個軌道套筒上的等數於行星齒輪變速系統數量且能各自控制對應行星齒輪變速系統之軸棘爪開關的軸棘爪控制環，所有的軸棘爪控制環係串置連動在同一個軌道套筒上，各軸棘爪控制環分別設有互不相同作動角度範圍的凸輪或類凸輪結構；藉本案檔位切換控制機構的軌道套筒轉動，得完成串置連動的各軸棘爪控制環分別控制各對應行星齒輪變速系統之軸棘爪開關，有效解決傳統僅具備雙層行星齒輪變速系統的內變速器在換檔時易產生頓速的缺點，並達到檔位切換控制機構結構簡易、操作扭力輕省的實用性與技術進步性。

Description

內變速器的檔位切換控制機構

一種能有效解決僅具備雙層行星齒輪變速系統的內變速器在換檔時易產生頓速缺點的檔位切換控制機構。

一般已知已知自行車的內變速器技術創作已為相關技術產業界所熟知並實際在產業上利用，而各種變速比的技術創作亦因不同的技術思想創作理念而有結構互異的創新設計，相對的在結構上與實際運用效果上也有著不同優劣性的表現，更有技術創作存在著雖有效益，但卻無法真正達到實質上的產業利用性，諸如此種技術創作主要是存在著實施運用時所產生的缺點。

在變速相關多段變速比的設計上，常因使用對象與目的的不同而各有所須的變檔檔速的不同與產業銷售市場的區分，如多檔速的變速設計絕大多數受相關運動者所喜愛，相對的變檔檔速較少者都為一般通勤代步者所喜用，也因此市場較為廣泛，產業利用與產業經濟效益更高。而在此等技術創作與市場佔有率較廣泛的變檔檔速較少者中，則以三段或四段變速設計為大宗，主要是能較符合一般環境及大眾通勤代步者所喜用。

但此種習知的少檔數內變速器的技術創作則因內部結構的設計以及檔位切換控制的技術思想侷限，長期存在著一些眾所周知的在檔位切換控制過程中會產生頓速的缺點，該頓速缺點導致自行車在騎乘切換 檔時的不順暢。以已知的四段變速設計為例，內變速器內部結構僅以少數層(如兩層)行星齒輪變速系統予以組構而成，所以在第二檔切換至第三檔時，第一層的行星齒輪變速系統中控制太陽齒輪固定或自由轉動的軸棘爪的關爪動作需逆向關，因此操作上需要較大的扭力來達成；再者，於機械結構上，若第一層的行星齒輪變速系統中控制太陽齒輪固定或自由轉動的對應軸棘爪先關爪，而第二層的行星齒輪變速系統中控制太陽齒輪固定或自由轉動的對應軸棘爪尚未開爪時，速度會自動跳回第一檔再跳至第三檔，或第一層的行星齒輪變速系統中控制太陽齒輪固定或自由轉動的對應軸棘爪尚未關爪，而第二層的行星齒輪變速系統中控制太陽齒輪固定或自由轉動的對應軸棘爪已開爪時，速度則會自動跳至第四檔再跳至第一檔，如此操作瞬間就產生行進間檔位切換的頓速不順暢的問題，而此問題則有待產業技術創新予以突破解決。

本案發明「內變速器的檔位切換控制機構」的創作目的在於：

(1)提供一種能有效解決僅具備雙層行星齒輪變速系統的內變速器在換檔時易產生頓速狀況的檔位切換控制機構。

(2)提供一種具備結構簡易、操作扭力輕省的創新實用型的內變速器檔位切換控制機構。

(3)提供一種內變速器內部預定層行星齒輪變速系統，每層行星齒輪變速系統變速比相同，所以可形成相同的模組結構，有效降低元件投資開發成本與簡化產業加工組裝步驟。

(4)提供一種具備產業利用性優且經濟效益高的內變速器檔位切換控制機 構。

其創作特徵在於：

該內變速器包括預定層行星齒輪變速系統、一組檔位切換控制機構、等數於行星齒輪變速系統且能控制軸棘爪開關作動的棘爪控制環、等數於棘爪控制環的軸棘爪；其中：

檔位切換控制機構包含軌道套筒2，軌道套筒2一端設有受外力連動的受力部2a，另端則設有串置連動所有軸棘爪控制環21、22、23的串置連動桿2b；

各軸棘爪控制環21、22、23設有供軌道套筒2之串置連動桿串置的串置孔21a、22a、23a，且各軸棘爪控制環21、22、23各自設有互不相同作動角度範圍的凸輪或類凸輪結構；

內變速器內部包含預定層行星齒輪變速系統，各層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3與內變速器的輪軸1之間，分別設置的軸棘爪17係共同接受同一個檔位切換控制機構的軌道套筒2所控制；

各軸棘爪控制環21、22、23的凸輪或類凸輪結構各自包括開關相對應的軸棘爪17的關爪作用面21b、22b、23b及開爪作用面21c、22c、23c，且各軸棘爪控制環21、22、23的關爪作用面21b、22b、23b的作動角度範圍互不相同，亦即開爪作用面21c、22c、23c的作動角度範圍互不相同；

內變速器內部為三層行星齒輪變速系統時，在檔位切換控制機構的軌道套筒2未變速作動時的第一檔狀態下，第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第一軸棘爪控制環21的關爪作用面21b角度範圍內，所以第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不 固定的自由轉動狀態；第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第二軸棘爪控制環22的關爪作用面22b角度範圍內，所以第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第二層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的關爪作用面23b角度範圍內，所以第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；

內變速器內部為三層行星齒輪變速系統時，在檔位切換控制機構的軌道套筒2由第一檔切換至第二檔時的第二檔狀態下，第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第一軸棘爪控制環21的開爪作用面21c角度範圍內，所以第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定的狀態；第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第二軸棘爪控制環22的關爪作用面22b角度範圍內，所以第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第二層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的關爪作用面23b角度範圍內，所以第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；

內變速器內部為三層行星齒輪變速系統時，在檔位切換控制機構的軌道套筒2由第二檔切換至第三檔時的第三檔狀態下，第一層及第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第一軸棘爪控制環21的開爪作用面21c角度範圍內，所以第一層及第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層及第二層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定的狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的關爪作用面23b角度範圍內，所以第 三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；

內變速器內部為三層行星齒輪變速系統時，在檔位切換控制機構的軌道套筒2由第三檔切換至第四檔時的第四檔狀態下，第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第一軸棘爪控制環21的開爪作用面21c角度範圍內，所以第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定狀態；第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第二軸棘爪控制環22的開爪作用面22c角度範圍內，所以第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第二層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的開爪作用面23c角度範圍內，所以第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定狀態。

藉檔位切換控制機構的軌道套筒的轉動，得完成串置連動的各軸棘爪控制環分別控制各對應行星齒輪變速系統之軸棘爪開關，而有效解決傳統僅具備雙層行星齒輪變速系統的自行車內變速器在換檔時易產生頓速的缺點，並達到檔位切換控制機構結構簡易、操作扭力輕省的實用性與技術進步性。

1:輪軸

2:軌道套筒

2a:受力部

2b:串置連動桿

3:太陽齒輪

4:行星架

5:墊片

6:雙層行星齒輪

7:銷

8:棘爪

9:棘爪簧

10:右套環

11:墊片

12:定位扣環

13:墊片

14:左套環

15:內齒

16:外殼內齒

17:軸棘爪

18:彈簧

19:定位簧

20:軸爪扣環

21:第一軸棘爪控制環

21a、22a、23a:串置孔

22:第二軸棘爪控制環

21b、22b、23b:關爪作用面

23:第三軸棘爪控制環

21c、22c、23c:開爪作用面

24:輸入基座

25:大環軸承

26:小環軸承

27:小軸承座

28:鏈盤

29:控制鈑

30:襯套

31:螺帽

32:外殼

33:尾軸承座

34:防塵蓋

35:鏈盤定位簧

圖1：本案創作實施例剖面示意圖。

圖2：本案創作實施例之單層行星齒輪變速系統組裝示意圖。

圖3：本案創作實施例之單層行星齒輪變速系統組裝後剖面示意圖。

圖4：本案創作實施例之檔位切換控制機構。

圖5：本案創作實施例之軌道套筒立體圖。

圖6：本案創作實施例之軌道套筒。

圖7：圖6之右側視圖。

圖8：本案創作實施例之第一軸棘爪控制環立體圖。

圖9：本案創作實施例之第一軸棘爪控制環前視圖。

圖10：圖9之右側視圖。

圖11：圖9之左側視圖。

圖12：本案創作實施例之第二軸棘爪控制環立體圖。

圖13：本案創作實施例之第二軸棘爪控制環前視圖。

圖14：圖13之右側視圖。

圖15：圖13之左側視圖。

圖16：本案創作實施例之第三軸棘爪控制環立體圖。

圖17：本案創作實施例之第三軸棘爪控制環前視圖。

圖18：圖17之右側視圖。

圖19：圖17之左側視圖。

圖20：本案創作實施例之第一軸棘爪控制環使軸棘爪呈現開狀態示意圖。

圖21：本案創作實施例之第二軸棘爪控制環使軸棘爪呈現開狀態示意圖。

圖22：本案創作實施例之第三軸棘爪控制環使軸棘爪呈現開狀態示意圖。

圖23-1：本案創作實施例在第一檔時的各軸棘爪控制環使各軸棘爪呈現的狀態示意圖。

圖23-2：本案創作實施例在第二檔時的各軸棘爪控制環使各軸棘爪呈現的狀 態示意圖。

圖23-3：本案創作實施例在第三檔時的各軸棘爪控制環使各軸棘爪呈現的狀態示意圖。

圖23-4：本案創作實施例在第四檔時的各軸棘爪控制環使各軸棘爪呈現的狀態示意圖。

請參閱圖式中圖1至圖3所示本案創作「內變速器的檔位切換控制機構」實施例，在本案實施例中以三層行星齒輪變速系統為例說明，但實際運用上可為預定層(如兩層或兩層以上)的行星齒輪變速系統實施運用，特此聲明。

如圖1所示，本案實施例之內變速器內部包含預定層行星齒輪變速系統(以下實施例以三層為例說明)，其整體內變速器組裝元件係包含：輪軸1、軌道套筒2、太陽齒輪3、行星架4、墊片5、雙層行星齒輪6、銷7、棘爪8、棘爪簧9、右套環10、墊片11、定位扣環12、墊片13、左套環14、內齒15、外殼內齒16、軸棘爪17、彈簧18、定位簧19、軸爪扣環20、第一軸棘爪控制環21、第二軸棘爪控制環22、第三軸棘爪控制環23、輸入基座24、大環軸承25、小環軸承26、小軸承座27、鏈盤28、控制鈑29、襯套30、螺帽31、外殼32、尾軸承座33、防塵蓋34及鏈盤定位簧35所組裝構成。其中，內變速器內部所包含的三層行星齒輪變速系統的每層行星齒輪變速系統的變速比相同，所以可形成相同的模組結構如圖2及圖3所示實施例，達到相同的模組結構能有效降低元件投資開發成本與簡化產業加工組裝程序。

各層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3與內變速器的輪軸1之 間，分別設有可控制太陽齒輪3與內變速器輪軸1間做開關離合動作的軸棘爪17，各軸棘爪17與輪軸1之間各自配合有彈簧18，可使各軸棘爪17如圖20至圖22所示保持貼合在各自對應的第一軸棘爪控制環21或第二軸棘爪控制環22或第三軸棘爪控制環23的凸輪或類凸輪。

請參閱圖4所示，各層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3與內變速器的輪軸1之間所分別設置的可控制太陽齒輪3與內變速器輪軸1間做開關離合動作的軸棘爪17係共同接受同一個檔位切換控制機構所控制，該檔位切換控制機構如圖4至圖7所示，包含一個軌道套筒2以及等數於行星齒輪變速系統數量且能各自控制對應行星齒輪變速系統之軸棘爪17開關的第一軸棘爪控制環21(如圖8至圖11所示)、第二軸棘爪控制環22(如圖12至圖15所示)、第三軸棘爪控制環23(如圖16至圖19所示)，所有的軸棘爪控制環21、22、23係串置連動在同一個軌道套筒2上。如圖5至圖7所示，軌道套筒2一端設有受外力連動的受力部2a，另端則設有串置連動所有軸棘爪控制環21、22、23的串置連動桿2b。在第一軸棘爪控制環21、第二軸棘爪控制環22、第三軸棘爪控制環23設有供軌道套筒2之串置連動桿2b串置的串置孔21a、22a、23a，且第一軸棘爪控制環21、第二軸棘爪控制環22、第三軸棘爪控制環23各自設有互不相同作動角度範圍的凸輪或類凸輪結構，亦即第一軸棘爪控制環21、第二軸棘爪控制環22、第三軸棘爪控制環23的凸輪或類凸輪結構各自包括離合輪軸1與各太陽齒輪3之間的軸棘爪17的關爪作用面21b、22b、23b及開爪作用面21c、22c、23c，且各第一軸棘爪控制環21、第二軸棘爪控制環22、第三軸棘爪控制環23使離合輪軸1與各太陽齒輪3之間的軸棘爪17的關爪作用面21b、22b、23b的作動角度範圍互不相同，亦即開爪作用面21c、22c、 23c的作動角度範圍互不相同。

請再參閱圖23-1至圖23-4所示為本案四檔變速實施例在每一檔位切換時的三層行星齒輪變速系統的各第一軸棘爪控制環21、第二軸棘爪控制環22、第三軸棘爪控制環23在第一檔至第四檔切換動作間的離合輪軸1與各太陽齒輪3之間的各軸棘爪17的開關爪狀態。

圖23-1所示為檔位切換控制機構的軌道套筒2未變速作動時的第一檔狀態下，第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第一軸棘爪控制環21的關爪作用面21b角度範圍內，所以第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第二軸棘爪控制環22的關爪作用面22b角度範圍內，所以第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第二層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的關爪作用面23b角度範圍內，所以第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態。此時第一層至第三層的行星齒輪變速系統的各軸棘爪17均為關爪狀態，亦即各太陽齒輪3均為不固定的自由轉動狀態，所以此時速度比為一。

圖23-2所示為檔位切換控制機構的軌道套筒2由第一檔切換至第二檔時的第二檔狀態下，第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第一軸棘爪控制環21的開爪作用面21c角度範圍內，所以第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定的狀態；第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第二軸棘爪控制環22的關爪作 用面22b角度範圍內，所以第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第二層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的關爪作用面23b角度範圍內，所以第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在不固定的自由轉動狀態。此時第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17為開爪狀態，亦即第一層行星齒輪變速系統的太陽齒輪3為固定狀態，而第二層及第三層的行星齒輪變速系統的各軸棘爪17均為關爪狀態，亦即第二層及第三層的行星齒輪變速系統的各太陽齒輪3均為不固定的自由轉動狀態，此時速度比為a。

圖23-3所示為檔位切換控制機構的軌道套筒2由第二檔切換至第三檔時的第三檔狀態下，第一層及第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第一軸棘爪控制環21的開爪作用面21c角度範圍內，所以第一層及第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層及第二層的行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定的狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的關爪作用面23b角度範圍內，所以第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層的行星齒輪變速系統的太陽齒輪3依然處在不固定的自由轉動狀態。此時第一層及第二層的行星齒輪變速系統的各軸棘爪17均為開爪狀態，亦即其太陽齒輪3均為固定狀態，而第三層的行星齒輪變速系統的軸棘爪17為關爪狀態其太陽齒輪3為不固定的自由轉動狀態，此時速度比為a^2。

圖23-4所示為檔位切換控制機構的軌道套筒2由第三檔切換至第四檔時的第四檔狀態下，第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第 一軸棘爪控制環21的開爪作用面21c角度範圍內，所以第一層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第一層的行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定狀態；第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第二軸棘爪控制環22的開爪作用面22c角度範圍內，所以第二層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第二層的行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定狀態；第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17位於第三軸棘爪控制環23的開爪作用面23c角度範圍內，所以第三層行星齒輪變速系統的軸棘爪17使第三層的行星齒輪變速系統的太陽齒輪3處在固定狀態。此時第一層至第三層的行星齒輪變速系統的各軸棘爪17均為開爪狀態，亦即其太陽齒輪3均為固定狀態，此時速度比為a^3。

而上述圖23-1至圖23-4為低速檔變速切換至任一高速檔的操作及三層行星齒輪變速系統的各軸棘爪17在任一檔位的作動變化。反之，當欲做任一高速檔切換至任一低速檔位時，則如圖23-4反向作動至圖23-1所示的各軸棘爪17在任一檔位的作動變化。

綜上述本案創作，能確實且有效的產生如下實用效益：

(1)能有效解決僅具備雙層行星齒輪變速系統的內變速器在換檔時易產生頓速狀況的缺點。

(2)具備檔位切換控制機構結構簡易、操作扭力輕省的創新性與實用進步性。

(3)每層行星齒輪變速系統變速比相同，所以可形成相同的模組結構，有效降低元件投資開發成本與簡化產業加工組裝步驟。

(4)具備產業利用性優且經濟效益高的產業價值。

2:軌道套筒

2a:受力部

2b:串置連動桿

17:軸棘爪

18:彈簧

21:第一軸棘爪控制環

22:第二軸棘爪控制環

23:第三軸棘爪控制環

Claims (1)

1. 一種內變速器的檔位切換控制機構，該檔位切換控制機構包含：等數於行星齒輪變速系統數量的軸棘爪控制環，在各軸棘爪控制環設置有串置孔供同一個軌道套筒串置連動；一個串置所有軸棘爪控制環連動的軌道套筒，在軌道套筒一端設有受外力連動的受力部，另端設有串置所有軸棘爪控制環串置孔的串置連動桿。

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