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CN104903617A - 轮毂嵌入式多段变速器 - Google Patents

轮毂嵌入式多段变速器 Download PDF

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CN104903617A
CN104903617A CN201480003940.4A CN201480003940A CN104903617A CN 104903617 A CN104903617 A CN 104903617A CN 201480003940 A CN201480003940 A CN 201480003940A CN 104903617 A CN104903617 A CN 104903617A
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Abstract

本发明涉及一种轮毂嵌入式多段变速器，且尤其涉及一种精简的轮毂嵌入式多段变速器，通过使用一具有一段或两段或更多段的多段行星齿轮组及一双单向离合器以便在惯性行程期间给予一过速功能，且同时，即使在被驱动的行程状态下，亦可通过一强制变速功能以一小力操控变速杆实现快速变速。本发明提供一种轮毂嵌入式多段变速器，包含：一轴杆(100)，固定于一车辆本体，一驱动器(200)，用于接收转动力，以及一轮毂壳(300)，用于输出转动力，其中驱动器以及轮毂壳可转动地定位于轴杆(100)的一外周上；一变速单元(400)，用于改变从驱动器(200)输入的转动力并输出被改变的转动力至轮毂壳(300)，其中变速单元(400)包含一行星齿轮组(410)，由设置于轮毂壳(300)之内的一太阳齿轮、一行星齿轮(412)、一托架(413)以及一环齿轮(414)组成；一第一输出离合器(420)，作为一托架(413)和轮毂壳(300)之间的单向离合器；以及一第二输出离合器(430)，作为彼此一体形成而具有一定的相位角差异的两个单向离合器分别位于驱动器(200)和环齿轮(414)之间及位于环齿轮(414)和轮毂壳(300)之间，藉此通过一转速的差异，驱动器(200)的转动力被传送至环齿轮(414)或环齿轮(414)的转动力被传送至轮毂壳(300)；以及一控制单元(500)，用于控制变速单元(400)的变速，其中控制单元(500)包含一周向卡爪控制件(510)，该周向卡爪控制件(510)可通过变速杆的操控周向转动以控制位于形成于轴杆(100)的一外周面上的爪座部中的多个卡爪，藉此有选择性地限制太阳齿轮的转动，以及一轴向卡爪控制件(520)，可通过变速杆的操控轴向移动以控制设置于该驱动器(200)的一内周面上的卡爪，藉此选择性地传送驱动器(200)的转动至托架(413)。本发明提供的轮毂嵌入式多段变速器，产品市场性能最大化，即使在一被驱动的行程状态中亦可通过使用强制变速功能以一小力操控变速杆实现快速变速，从而显著改善变速精确性。

Description

轮毂嵌入式多段变速器
技术领域
本发明涉及一种轮毂嵌入式多段变速器，尤其涉及一种精简的轮毂嵌入式多段变速器，该变速器通过使用一具有一段或两或更多段的多段行星齿轮组以及一双单向离合器，在惯性行程期间赋予其一过速功能而实现多段变速，同时，即使在一被驱动行程状态下通过使用一强制变速功能，即使以一小力操控一变速杆仍然能实现快速变速，藉此使产品适销性最大化且大为改进变速的精确性。
现有技术
一般而言，如自行车、轮椅、汽车以及小轮摩托车等具有轮子，且使用例如人力或电动力的各种驱动力行进的交通工具，具有提升行进性能的变速器。
此种变速器根据驾乘者的操作从快速至低速以多段进行变速而得到在行进状态下所需要的扭力或速度。
特别地，最近，由一太阳齿轮、一行星齿轮、一环形齿轮以及一托架组成的一行星齿轮组被设置于一轮毂壳中以得到一精简的配置，藉此能够进行多段变速且防止齿轮被暴露于外侧。
然而，技术的问题存在于：使用行星齿轮组的现有变速器尽管是一个复杂的结构，其变速段数目却较少，且特别地，在被负载、被驱动的行进状态中的变速操控期间，卡爪被驱动的负载强烈局限而不能被平顺地控制，从而产生不平顺的变速。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决上述问题且因而提供一轮毂嵌入式多段变速器，该变速器使用一具有一一段或两或更多段的多段行星齿轮组以及一双单向离合器精简地配置以便显著地最大化产品的市场价值且即使在一被负载、被驱动行程状态下通过使用一强制变速功能，即使以一小力操控一变速杆仍然能实现快速变速，使变速的精确性大为改进。
技术解决
本发明提供一轮毂嵌入式多段变速器，包含：一轴杆，固定于一车辆本体，一驱动器，用于接收转动力，以及一轮毂壳，用于输出该转动力，其中驱动器及轮毂壳可转动地定位于轴杆的一外周上；一变速单元，用于改变来自驱动器输入的转动力以及输出被改变的转动力至轮毂壳，其中变速单元包含：一行星齿轮组，由设置于轮毂壳内的一太阳齿轮、一行星齿轮、一托架以及一环形齿轮组成；一第一输出离合器，作为托架和轮毂壳之间的单向离合器；以及一第二输出离合器，作为彼此一体形成而具有一定的相位角差异的两个单向离合器，分别位于驱动器和环形齿轮之间以及位于环形齿轮和轮毂壳之间，藉此，通过转动速度的差异，驱动器的转动力被传送至环形齿轮或环形齿轮的转动力被传送至轮毂壳；以及一控制单元，用于控制变速单元的变速，其中控制单元包括：一周向卡爪控制件，该周向卡爪控制件可通过一变速杆的操控周向转动以控制位于爪座部中的多个卡爪，该爪座部形成于轴杆的一外周面上，藉此选择性地限制太阳齿轮的转动；以及一轴向卡爪控制件，可通过变速杆的操控轴向移动以控制设置于驱动器的内周面上的卡爪，藉此选择性地传送驱动器的转动至托架。
进一步地，第二输出离合器优选包含：单向倾斜凹口，所述单向倾斜凹口在环形齿轮的内和外周面具有一定的相位角差异；以及一保持架，用于转动地支撑多个滚轮而被定位于单向倾斜凹口之内，其中位于保持架的内周上的滚轮及位于保持架的外周上的滚轮与保持架一体成形以维持一定的相位角差异。因此第二输出离合器包含一双单向离合器，该双单向离合器具有一形成于驱动器的外周面和环齿轮的内周面之间的内侧单向离合器以及一形成于环齿轮的外周面和轮毂壳的内周面之间的外侧单向离合器。
此外，行星齿轮可包含一一段行星齿轮或一具有两或多段的多段行星齿轮，且更可通过行星的段数，设置卡爪和太阳齿轮，因而能以“(2×行星齿轮的段数)+1”的变速段的数目获得输出。
特别地，控制单元可包含一缆线连接件，其中一可利用变速杆的操控得以撤回的缆线连接至缆线连接件，且缆线连接件转动地被支撑于轴杆的外周面上，一中间连接件接合一缆线连接件的内周面而被一体转动；一穿通连接件组装于中间连接件的一内周面而被一体转动，其中穿通连接件通过回复弹簧单向地并弹性地转动；一角度控制件装入穿通连接件并被控制以一体转动，其中，螺旋斜面形成于角度控制件的一侧；一周向卡爪控制件被连接至角度控制件，以通过角度控制件的转动控制多个位于轴杆的爪座部上的卡爪；以及一轴向卡爪控制件，由一固定于轴杆的导引件的轴向导引槽所引导，轴向卡爪控制件可轴向移动，其中通过角度控制件的转动，轴向卡爪控制件沿着螺旋斜面轴向移动而控制设置在驱动器的内周面上的卡爪。
并且，轴向卡爪控制件可具有一通常为圆形的外周面，该外周面具有沿着外周面的轴向的轴向倾斜表面段以及一随后的圆形表面段，以便接触设置在驱动器的内周面上的卡爪，因而当轴向卡爪控制件在一方向移动时，轴向卡爪控制件远离设置在驱动器的内周面上的卡爪，且使设置在驱动器的内周面上的卡爪直立，且当轴向卡爪控制件通过轴向回复弹簧从相反的方向回复时，设置在驱动器的内周面上的卡爪被倾斜表面段放倒下来，且通过外周面的圆形表面段保持在放倒的状态。
特别地，控制单元可包含：一周向强制变速构件，其中周向强制变速构件包含形成于周向卡爪控制件的外周面上的多个转动限制突起以及多个单向倾斜凹口；转动限制凹部，形成于角度控制件的一外周边上以容纳转动限制突起使其具有自由行程(free play)；多个滚轮，被角度控制件以一径向可浮动的方式支撑；以及一周向回复弹簧，连接于周向卡爪控制件及角度控制件之间以弹性地支撑周向卡爪控制件，使其在相对于角度控制件的一方向转动；且轮毂嵌入多段变速器可具有一周向强制变速功能，用以保证当角度控制件和周向卡爪控制件的相位角产生差异时，滚轮强制地移出形成在相对于滚轮的内周边而向内定位的周向卡爪控制件的外周面上的单向倾斜凹口并转动，以便形成一接触托架的内周面的强制变速离合器，藉此迫使周向卡爪控制件转动而使多个位于轴杆的爪座部中的卡爪至少其中之一被迫放倒下来。
此外，依据本发明的轮毂嵌入多段变速器可进一步包含一轴向强制变速构件，该轴向强制变速构件的结构为：轴向卡爪控制件形成有周向分布而形成一多边形且通到外周面的圆形表面段的卡爪容纳槽，卡爪容纳槽可容纳直立状态下的设置在驱动器的内周面上的卡爪，且引导卡爪至外周面的圆形表面段，藉此迫使设置在转动的驱动器的内周面上的卡爪被放倒下来。
有益效果
本发明为一新颖的发明，通过本发明，一精简的轮毂嵌入多段变速器可通过使用一具有一一段或两段或更多段的多段的行星齿轮组以及一双单向离合器实现变速，使产品的市场可能性最大化，且即使在一被驱动行程状态利用强制变速功能，即使以一小力操控变速杆仍然能实现快速变速，藉此从而使变速的精确性大为改进。
对附图的简单说明
图1为一透视图，显示依据本发明的一轮毂嵌入多段变速器；
图2为一前视图，显示依据本发明的一轮毂嵌入式多段变速器；
图3为一前剖面视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的一状态，其中一轴向卡爪控制件已被移至左侧；
图4为一前剖面视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的一状态，其中一轴向卡爪控制件已被移至右侧；
图5为一分解透视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例，其中轮毂嵌入式多段变速器为部分分解以显示轮毂壳的内部；
图6为一分解透视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的行星齿轮组，该行星齿轮组被分解；
图7为一分解透视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的驱动器，该驱动器被分解；
图8为一分解透视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的第二输出离合器，该第二输出离合器分解；
图9和10为透视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的控制单元；
图11为一分解透视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的控制单元，该控制单元被分解；
图12为一右侧视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的通过周向卡爪控制件的转动所控制的卡爪；
图13为一视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中设置于驱动器内周面上的卡爪被放倒下来；
图14为一视图，其中显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中设置于驱动器的内周面上的卡爪被直立；
图15为一视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的第一及第二输出离合器；
图16为一分解透视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的控制单元的一主要部分；
图17为一视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的一周向强制变速功能；
图18为一视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的一轴向强制变速功能；以及
图19及20为前剖面视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的不同的实施例。
附图说明
100                 轴杆
101、102、104、105  爪座部
200                 驱动器
203                 爪座部
210                 链轮
300                 轮毂壳
310                 防尘罩
400                 变速单元
410                 行星齿轮组
411a                第一太阳齿轮
411b                第二太阳齿轮
412                 行星齿轮
412a                较大直径部
412b                较小直径部
413                 托架
413b                单向倾斜凹口
414                 环齿轮
414a、414b          单向倾斜凹口
420                 第一输出离合器
430                 第二输出离合器
431a、431b          滚轮
433                 保持架
500                 控制单元
501                 第一卡爪
502                 第二卡爪
503                 第三卡爪
504                 第四卡爪
505                 第五卡爪
510                 周向卡爪控制件
511、512、514、515  槽
516                 转动限制突起
517                 单向倾斜凹口
520                 轴向卡爪控制件
521                 卡爪容纳槽
523、524            倾斜表面段
530                 缆线连接件
532                 中间连接件
540                 穿通连接件
550                 角度控制件
551                 螺旋倾斜面
553                 转动限制凹处
554                 滚轮
560                 导引件
561                 轴向导引槽
801                 轴向回复弹簧
802                 周向回复弹簧
803                 回复弹簧
901、902            锥形螺帽
903、904、905       轴承
最佳实施方式
图1为一透视图，显示依据本发明的一轮毂嵌入式多段变速器，以及图2为一前视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器。
图3为一前剖面视图，显示为一状态，其中显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中一轴向卡爪控制件已被移至左侧，以及图4为一前剖面视图，显示为一状态，其中显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中一轴向卡爪控制件已被移至右侧。
进一步地，图5为一分解透视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例，其中轮毂嵌入式多段变速器为部分分解以显示一轮毂壳的内部，图6为一分解透视图，显示一依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的行星齿轮组，该行星齿轮组被分解，以及图7为一分解透视图，显示一依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的驱动器，该驱动器被分解。
此外，图8为一分解透视图，显示一依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的第二输出离合器，该第二输出离合器被分解；以及图9和10为透视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的一控制单元，图9为一从右侧观看的透视图，图10为一从左侧观看的透视图。
进一步地，图11为一分解透视图，显示依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的控制单元，该控制单元被分解，以及图12为一右侧视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中，通过一周向卡爪控制件的转动所控制的卡爪；其中图12(a)、12(b)、12(c)以及12(d)分别代表第一、第二、第四以及第五段。
进一步地，图13为一视图，其中显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中设置于驱动器的一内周面上的卡爪被放倒下来，其中图13(a)以及13(b)分别代表一透视图以及一右侧视图。
同样地，图14为一视图，其中显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中提供在驱动器的内周面上的卡爪被直立，其中图14(a)以及14(b)分别代表一透视图以及一右侧视图。
再者，图15为一视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的第一及第二输出离合器，其中图15(a)代表第一输出离合器，图15(b)以及15)c)代表第二输出离合器。
进一步地，图16为一分解透视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的控制单元的一主要部分，以及图17为一视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的一周向强制变速功能，其中图17(a)显示一第二段，图17(b)显示一状态，其中尽管变速杆被操控至第一段，由于第二卡爪502被强力啮合于第一太阳齿轮411a的内齿，角度控制件550和周向卡爪控制件510之间产生相位角的差异，以及图17(c)为一视图，显示一状态，其中周向强制变速功能已完成变速至第一段。
进一步地，图18为一视图，显示在依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例中的一轴向强制变速功能，其中图18(a)代表一状态，其中一轴向卡爪控制件520被移至右侧，从而第三卡爪503被完全直立，以及图18(d)代表一状态，其中轴向卡爪控制件520被完全移至左侧，从而第三卡爪503被完全放倒下来。
最后，图19及20为前剖面视图，显示根据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的不同的实施例，其中图19代表一实施例使用一段行星齿轮组，图20代表一实施例使用三段行星齿轮组。
利用本发明的轮毂嵌入式多段变速器的技术特征，提供一精简的轮毂嵌入式多段变速器，该变速器通过使用一具有一段或两段或多段的多段行星齿轮组以及一双单向离合器得到多段变速，在惯性行程期间赋予其一过速功能(overrunning function)，同时，即使在一被驱动行程状态通过使用强制变速功能，即使以一小力操控变速杆仍然能获得快速变速，使变速的精确性大为改进。
下面结合附图详述本发明的实施例。
本发明的轮毂嵌入式多段变速器包含一固定于一车辆本体的轴杆100、一用于接收转动力的驱动器200以及一用于输出转动力的轮毂壳300，其中驱动器及轮毂壳可转动地位于一轴杆100的外周向上；一变速单元400，用于改变从驱动器200输入的转动力及输出被改变的转动力至轮毂壳300，其中变速单元400包含：一行星齿轮组410，由设置于轮毂壳300内的一太阳齿轮、一行星齿轮412、一托架413以及一环齿轮414组成；一第一输出离合器420，作为在托架413及轮毂壳300之间的单向离合器；以及一第二输出离合器430，作为一体成形而具有一定的相位角差异的两个单向离合器，分别位于驱动器200和环齿轮414之间以及位于环齿轮414和轮毂壳300之间，藉此通过转速的差异，驱动器200的转动力被传送至环齿轮414或环齿轮414的转动力被传送至轮毂壳300；以及一控制单元500，用于控制变速单元400，其中控制单元500包含：一周向卡爪控制件510，可通过变速杆的操控周向转动以控制复数个卡爪，所述卡爪位于形成于轴杆100的外周面上的爪座部中，藉此选择性地限制太阳齿轮的转动，以及一轴向卡爪控制件520，可通过变速杆的操控轴向移动以控制卡爪，通过，所述卡爪设置于驱动器200的一内周面，藉此选择性地传送驱动器200的转动至托架413。
如图1至4所示，本发明的轮毂嵌入式多段变速器大致包含轴杆100、驱动器200、轮毂壳300、变速单元400以及控制单元500。
首先，轴杆100的两端以一例如固定螺帽的固定构件牢固且不转动地被需要变速的小型摩托车，自行车，三轮车或类似物(以下称为“行驶装置”)的本体支撑。
如图11所示，轴杆100设计为在不同部分具有不同直径。特别地，在轴杆100的中间部分的一外周面上，多个爪座部凹入地形成并有一定的相位角差异，从而如稍后所述，卡爪可被设置于各自的爪座部中。
此轴杆100构成本发明的骨干，后述的所有构件都为可转动地或不可转动地设置于轴杆100的外周上。
其次，驱动器200可转动地设置于轴杆100的一侧上，使本发明的轮毂嵌入式多段变速器接收例如人力或来自行驶装置的电动力产生的转动力。
耦合于轴杆100的一锥形螺帽902以及一轴承904设置于显示在图中右侧的驱动器200的一内周面上，使驱动器被支撑而可独立于轴杆100转动。
特别地，一链轮210固定于驱动器200而与其一体转动，使链轮210例如通过一如链条的动力传送构件接收来自外界的驱动力而一体转动驱动器200。
再者，轮毂壳300位于轴杆100的最外侧上，用于输出一经变速的驱动力至行驶装置的车轮或类似物。
轮毂壳300具有一通常为圆柱的形状。轮毂壳300的外周可设有多个孔301，车轮的轮辐可被连接于所述孔301，且各种零件可被插入并组装入轮毂壳300。
此处，耦合于轴杆100的一锥形螺帽901及一轴承903被设置于显示在图中左侧的轮毂壳300的一内周面上，使轮毂壳300被支撑而可独立于轴杆100转动。
接下来，变速单元400被定位于轮毂壳300内而通过驱动器200以多段改变转动力输入且通过轮毂壳300输出被改变的转动力。变速单元400包含行星齿轮组410、第一输出离合器420及第二输出离合器430。
依据本发明，变速实质上由行星齿轮组410完成，然后被改变的转动力经由第一输出离合器420或第二输出离合器430输出至轮毂壳300。
行星齿轮组410由一太阳齿轮、一行星齿轮412、一托架413以及一环齿轮414组成。行星齿轮412被托架413可转动地支撑。太阳齿轮定位于托架413之内，因而太阳齿轮啮合行星齿轮412的部分，该部分位于内侧上。环齿轮414相对于托架413设置于外，因而环齿轮414啮合行星齿轮412的部分，该部分位于外侧上。
因此，转动力从环齿轮414或托架413输入然后经由行星齿轮412输出至托架413或环齿轮414，藉此实现例如加速或减速的变速。
例如，若转动力从环齿轮414输入然后经由行星齿轮412输出至托架413，则实现减速。相反地，若转动力从托架413输入然后经由行星齿轮412输出至环齿轮414，则实现加速。
因此，通过转动力的传送路径及太阳齿轮是否可被转动，在行星齿轮组410中可实现加速或减速。
决定太阳齿轮是否可被转动的卡爪的控制稍后会结合控制单元500详述。
接下来，设置于变速单元400中的第一输出离合器420定位于行星齿轮组410的托架413的外周面和轮毂壳300的内周面之间，藉此用来输出一减速的转动力或一经由直接耦合的转动力。
如图6及15(a)所示，第一输出离合器420是仅在一个方向传送转动力的单向离合器且由形成于托架413的外周面上的单向倾斜凹口413b和一用于转动地支撑多个滚轮421的保持架422组成而被定位于单向倾斜凹口413b之内。
若相对于第一输出离合器420向内定位的托架413的转速快于相对于第一输出离合器420向外定位的轮毂壳300的转速，滚轮421接合于形成于托架413的外周面上的单向倾斜凹口413b和轮毂壳300的内周面之间，则相对于第一输出离合器420向内定位的行星齿轮的转动力可被传送至相对于第一输出离合器420向外定位的轮毂壳300。
相反地，若相对于第一输出离合器420向内定位的托架413的转速慢于相对于第一输出离合器420向外定位的轮毂壳300的转速，滚轮421简单地定位于单向倾斜凹口413b之内，则相对于第一输出离合器420向内定位的托架413的转动力不能传送至相对于第一输出离合器420向外定位的轮毂壳300。
设置于变速单元400中的第二输出离合器430由两个单向离合器组成，该两个单向离合器彼此一体成形，且如图8、15(b)和15(c)所示，设置于驱动器200的一外周面和轮毂壳300的内周面之间，使得环齿轮414位于两个单向离合器之间，因而第二输出离合器430用来简单地传送转动力或输出一加速的转动力。
亦即，通过转速的差异，第二输出离合器430传送驱动器200的转动力至环齿轮414或传送环齿轮414的转动力至轮毂壳300，该第二输出离合器430具有两个单向离合器，该两个单向离合器分别位于驱动器200的外周面和环齿轮414的一内周面之间以及位于环齿轮414的一外周面和轮毂壳300的内周面之间，且彼此一体成形而具有一定的相位角差异。
换言之，当第二输出离合器430传送驱动器200的转动力至环齿轮414时，两个单向离合器之间的一定的相位角差异使驱动器200的转动力不被输出至轮毂壳300。相反地，当第二输出离合器430传送环齿轮414的转动力至轮毂壳300时，环齿轮414的转动力不被传送至驱动器200。
因此，在变速单元400的减速的最后转动力或经由直接耦合的转动力从托架413经由第一输出离合器420输出至轮毂壳300，而加速转动力从环齿轮414经由第二输出离合器430被输出至轮毂壳300。
最后，变速单元400的控制变速的控制单元500大致包含一周向卡爪控制件510以及一轴向卡爪控制件520。
通过变速杆的操控，周向卡爪控制件510被周向转动以控制多个设置于轴杆100的外周面上的卡爪，藉此选择性地限制太阳齿轮的转动。
此外，通过变速杆的操控，轴向卡爪控制件520被轴向移动以控制提供在驱动器200的内周面上的卡爪，藉此选择性地确立驱动器200的转动被直接耦合于托架413。
如上所详述，通过操作者对变速杆的操控，周向卡爪控制件510控制设置在轴杆100的爪座部中的卡爪，而轴向卡爪控制件520控制设置在驱动器200的内周面上的卡爪，藉此改变转动力的传送路径以实现在行星齿轮组410中的变速并经由第一输出离合器420或第二输出离合器430输出仅一转动力至轮毂壳300，该转动力已被改变为较快转动。
特别地，如图8、15(b)和15(c)所述，依据本发明的第二输出离合器430优选具有：单向倾斜凹口414a及414b，在环齿轮414的内和外周面上形成并具有一定的相位角的差异；以及一保持架433，位于单向倾斜凹口414a和414b内，用于转动地支撑多个滚轮431a和431b，其中位于保持架433的一内周上的滚轮431a以及位于保持架433的一外周上的滚轮431b与保持架433一体成形而维持一定的相位角的差异，藉此第二输出离合器430由一双单向离合器组成，该一双单向离合器包括形成于驱动器200的外周面和环齿轮414的内周面之间的一内侧单向离合器以及形成于环齿轮414的外周面和轮毂壳300的内周面之间的一外侧单向离合器。
若相对于第二输出离合器430的内侧单向离合器向内定位的驱动器200的顺时针转速快于相对于内侧单向离合器向外定位的环齿轮414的转速，则如图15(c)中黑色部分所示，设置于保持架433的内周上的滚轮431a接合于驱动器200的外周面和形成于环齿轮414的内周面上的单向倾斜凹口414a之间，因而第二输出离合器430的内侧单向离合器可使相对于内侧单向离合器向内定位的驱动器200的转动力被传送至相对于内侧单向离合器向外定位的环齿轮414。
相应地，保持架433亦被顺时针转动。在此情形中，保持架433在设置于保持架433的内周上的滚轮431a和设置于保持架433的外周上的滚轮431b之间维持一定的相位角差异。
因此，设置于保持架433的外周上的滚轮431b被定位于形成于环齿轮414的外周面上的单向倾斜凹口414b之内，从而第二输出离合器430的外侧单向离合器使环齿轮414的转动力不被传送至轮毂壳300。
然而，若环齿轮414的转速快于驱动器200的顺时针转速，设置于保持架433的内周上的滚轮431a定位于形成在环齿轮414的内周面上的单向倾斜凹口414a之内，从而第二输出离合器430的内侧单向离合器不能传送转动力至驱动器200。
相反地，如图15(b)中的黑色部分所示，设置于保持架433的外周上的滚轮431b接合于形成在环齿轮414的外周面上的单向倾斜凹口414b和轮毂壳300的内周面之间，从而第二输出离合器430的外侧单向离合器使相对于外侧单向离合器向内定位的环齿轮414的转动力被传送至相对于外侧单向离合器向外定位的轮毂壳300。
亦即，通过齿轮的选择性啮合，在环齿轮414转动慢于驱动器200转动的减速情况下，如图15(c)所示，第二输出离合器430的内侧单向离合器使驱动器200的转动力被传送至环齿轮414，而在内侧单向离合器和外侧单向离合器之间的一定的相位角的差异防止环齿轮414的转动力被输出至轮毂壳300。
然而，在环齿轮414的转动快于驱动器200的转动的加速情况下，如图15(b)中所示，第二输出离合器430的内侧单向离合器使环齿轮414相对于驱动器200过速，而第二输出离合器430的外侧单向离合器使环齿轮414的转动被输出至轮毂壳300。
此外，若惯性行程使轮毂壳300的转速快于环齿轮414的转速，第二输出离合器430使轮毂壳300的转动力不被传送至环齿轮414或驱动器200。
特别地，在本发明中的行星齿轮412由一一段行星齿轮或一具有两或多段的多段行星齿轮组成，且依据行星齿轮的段的数目，进一步配置卡爪和太阳齿轮，可以以“(2×行星齿轮的段的数目)+1”的变速段的数目获得输出。
亦即，设置于行星齿轮组410中的行星齿轮412可包含：如图19所示，一一段行星齿轮412，仅以单一直径形成；如图3至18中所示，一二段行星齿轮412，具有一较大直径部412a及一较小直径部412b；或如图20所示，一三段行星齿轮412，以三个直径形成。虽然未显示于图中，但也可以使用一具有四个或更多段的行星齿轮。
例如，若如图19中所示，使用一段行星齿轮412，两个卡爪被设置于轴杆100的爪座部且仅设置一个太阳齿轮411，藉此能够实现减速、直接耦合以及加速的三段变速比率。
此外，若如图3至18所示，使用两段行星齿轮412，四个卡爪设置于轴杆100的爪座部中，且在对应于行星齿轮412的较大直径部412a及较小直径部412b设置两个太阳齿轮411a及411b，藉此能够实现两个段的减速、直接耦合及两个段的加速等共五段变速比率。
当然，若如图20中显示，使用三段行星齿轮412，且卡爪的数目及太阳齿轮411a、411b及411c的数目因此分别增加至6和3，其也可以实现三个段的减速、直接耦合及三个段的加速等共七个段的变速比率。同样地，也可以用具有四或更多段的多段行星齿轮。
亦即，通过将多段行星齿轮412用于行星齿轮组410，可能得到不同的变速比率，所述变速比率分别具有加速及减速的多个段。
后续为了叙述的方便起见，变速单元400和控制单元500的特定配置和操作会参考附图叙述，这些附图基于行星齿轮组410，具有较大直径部412a及较小直径部412b的两段行星齿轮412被应用到该行星齿轮组410，基于一实施例的操作，两段行星齿轮组410被应用到该实施例。应用一段行星齿轮或具有三个或多个段的多段行星齿轮的实施例的叙述被省略。
因此，当两段行星齿轮412被使用于本发明的一实施例中时，太阳齿轮由啮合行星齿轮412的较大直径部412a的第一太阳齿轮411a，以及啮合行星齿轮412的较小直径部412b的第二太阳齿轮411b组成，且具有五种卡爪，如一第一卡爪501、一第二卡爪502、一第三卡爪503、一第四卡爪504以及一第五卡爪505。
通过周向卡爪控制件510的控制，第一太阳齿轮411a的转动利用第二卡爪502或第四卡爪504被选择性地限制，而通过周向卡爪控制件510的控制，第二太阳齿轮411b的转动利用第一卡爪501或第五卡爪505被选择性地限制。
此外，通过轴向卡爪控制件520的控制，托架413可利用设置于驱动器200上的第三卡爪503选择性地直接耦合驱动器200。
亦即，第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505位于轴杆100的爪座部101、102、104以及105之内，且这些卡爪配置成通过环形弹簧弹性直立，该弹簧在图中未显示。
如图11所示，周向卡爪控制件510相对于如上所述配置的卡爪501、502、504以及505向外定位，槽511、512、514以及515凹入地形成于周向卡爪控制件510的内周面上周向。因此，当通过周向卡爪控制件510的一周向转动角，对应的槽511、512、514以及515相对于卡爪501、502、504以及505向外定位时，卡爪501、502、504以及505是直立的。相反地，当槽511、512、514以及515相对于卡爪501、502、503以及505不被向外定位时，卡爪501、502、503以及505是倒下来的，使它们分别位于爪座部101、102、104以及105之内。
如图12所示，任一槽511、512、514以及515由以下组件组成：一当周向卡爪控制件510顺时针转动时用以压制对应的卡爪的倾斜面；一当周向卡爪控制件510反时针转动时用以压制卡爪的倾斜面；以及一当卡爪通过槽的倾斜面之一然后被定位于槽中时容许卡爪通过对应的环形弹簧自由直立的空隙。
此外，当卡爪501、502、504以及505被直立时，卡爪501、502、504以及505啮合相对于卡爪501、502、504以及505向外定位的太阳齿轮411a及411b的内齿，使对应的太阳齿轮411a及411b的转动被限制，由此实现变速的控制。
被周向卡爪控制件510所控制的第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505中的任一个都具有突出地形成于不同区间的一控制部以及一捕捉部。如图11所示，控制部形成于在图中的第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505的右端部的附近，且周向卡爪控制件510相对于控制部向外定位。
此外，捕捉部形成于向着图中的左侧与这些控制部隔开预定的距离。
第二卡爪502和第四卡爪504任一个中的控制部及捕捉部彼此邻接，而较之于第二卡爪502及第四卡爪504，第一卡爪501及第五卡爪505中任一个中的控制部及捕捉部彼此稍微远离。
此处，第一太阳齿轮411a相对于第二卡爪502及第四卡爪504的捕捉部向外定位并邻近于周向卡爪控制件510。相反地，第二太阳齿轮411b相对于第一卡爪501及第五卡爪505的捕捉部向外定位并稍微远离周向卡爪控制件510。
亦即，第一卡爪501及第五卡爪505具有相同形状且位于轴杆100的爪座部101及105之内以便互相面对，且第二卡爪502及第四卡爪504具有相同形状且位于轴杆100的爪座部102及104之内以便互相面对。
由此，周向卡爪控制件510相对于分别形成于卡爪501、502、504和505的控制部向外定位，且第一太阳齿轮411a及第二太阳齿轮411b相对于分别形成于卡爪501、502、504和505的捕捉部向外定位。
因此，当依照周向卡爪控制件510的转动角倾向于弹性直立的卡爪501、502、504以及505的控制部位于槽511、512、514以及515之内时，对应的卡爪501、502、504以及505的捕捉部直立并啮合形成于太阳齿轮411a及411b的内周面上的内齿，藉此限制对应的太阳齿轮411a及411b的转动。
如图13、14所示，上面所述的第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505分别逐一位于轴杆100的外周面上，而两个第三卡爪503位于形成于驱动器200的内周面上的爪座部203之内。这些第三卡爪503也配置成通过未显示于图中的环形弹簧弹性直立。
这些第三卡爪503设计成具有一预定的长度，从而如图3和4所示，轴向卡爪控制件520选择性位于在图中的第三卡爪503的一右内周上，而行星齿轮组410的托架413位于在图中的第三卡爪503的左内周上。
如稍后所述，轴向卡爪控制件520为一通过控制单元500可轴向移动的构件。当轴向卡爪控制件520被移至如图3所示的左侧，如图13所示，第三卡爪503被放倒下来并被轴向卡爪控制件520控制住，使得来自驱动器200的转动力不能被直接传送至托架413。
相反地，当轴向卡爪控制件520被移至图中的右侧以便如图4所示离开第三卡爪一距离时，如图14所示，第三卡爪503向内直立，使得第三卡爪503与形成于托架413外周上的齿413a啮合，藉此使来自驱动器200的转动力能直接传送至托架413。
后续将叙述此种控制的使用者如何将变速操控传送至周向卡爪控制件510及轴向卡爪控制件520。
如图16所示，本发明中的控制单元500包含：一缆线连接件530，其中一可通过变速杆的操控撤回的缆线连接于缆线连接件且缆线连接件转动地支撑于轴杆100的外周面上；一中间连接件532，接合缆线连接件530的一内周面而与其一体转动；一穿通连接件540，组装于中间连接件532的一内周面上而与其一体转动并被一回复弹簧803单向地且弹性地转动；一角度控制件550，装设入穿通连接件540并被控制随其一体转动，角度控制件550的一侧上形成有螺旋倾斜面；一周向卡爪控制件510，连接角度控制件550，以便通过角度控制件550的转动控制多个位于轴杆100的爪座部中的卡爪；以及一轴向卡爪控制件520，被固定于轴杆100的导引件560的一轴向导引槽561引导，使得轴向卡爪控制件520可轴向移动，其中通过角度控制件550的转动，轴向卡爪控制件520可沿着螺旋倾斜面551轴向移动，藉此控制设置于驱动器200的内周面上的卡爪。
通过变速杆的操控可被拉动的缆线(未图示)连接于缆线连接件530，使得变速杆操控时，缆线控制件530反时针转动(当从右侧来看时)。
此外，中间连接件532位于缆线连接件530的内周面上，且缆线连接件530的内周面及中间连接件532的一外周面彼此接合，使得它们能一体转动。
进一步地，穿通连接件540组装于中间连接件532的内周面上。
亦即，两个突起542突出地形成于穿通连接件540的一右端，以便两个突起542装设入形成于中间连接件532的内周面上的耦合凹口532a，藉此中间连接件532及穿通连接件540一体转动。
此外，两个其它的突起541突出地形成于穿通连接件540的一左端，以便两个突起542装设入形成于角度控制件550的内周面上的耦合凹口552，藉此穿通连接件540及角度控制件550一体转动于轴杆100的外周上。
多个螺旋倾斜面551形成于图中的角度控制件550的右侧上的一预定区间的周围。
进一步地，被固定于轴杆100并因此不能转动的导引件560位于穿通连接件540的一外周上。导引件560具有轴向形成有一预定的深度的轴向导引槽561。
相应地，轴向卡爪控制件520位于角度控制件550和导引件560之间。
轴向卡爪控制件520具有形成于轴向卡爪控制件520的内侧的边缘522，因而边缘522位于导引件560的轴向导引槽561之内。边缘522的远端是倾斜的使之接触角度控制件550的螺旋倾斜面551。
因此，若角度控制件550反时针转动一预定角度或更多，防止轴向卡爪控制件520被固定于轴杆100的导引件560转动并因此沿着导引件560的轴向导引槽561轴向移动，亦即，朝着图中的右侧移动。
此外，一轴向回复弹簧801设置于导引件560和轴向卡爪控制件520之间，轴向回复弹簧801用来回复如上所述已被移至右侧的轴向卡爪控制件520至左侧。
特别地，轴向卡爪控制件520优选具有一通常为圆形的外周面，该外周面的轴向沿着其轴向具有轴向倾斜表面段523及524以及一随后的圆形表面段以便来接触设置于驱动器200的内周面的卡爪，因而当轴向卡爪控制件520于一方向移动时，轴向卡爪控制件520从设置于驱动器200的内周面上的卡爪远离，且设置于驱动器200的内周面上的卡爪被容许直立，并且当轴向卡爪控制件520被轴向回复弹簧801于一相反方向回复时，设置于驱动器200的内周面上的卡爪被倾斜表面段523及524引致放倒下来并通过外周面的圆形表面段停留在放倒的状态。
亦即，因为角度控制件550的转动使轴向卡爪控制件520被移至图的右侧同时骑坐在螺旋倾斜面551上，所以轴向卡爪控制件520从第三卡爪503远离，从而如图14所示，第三卡爪503是直立的。相应地，第三卡爪503啮合形成于托架413的齿413a，藉此驱动器200的转动力能被直接传送至托架413而不被变速。
相反地，当轴向回复弹簧801使轴向卡爪控制件520被移至图中的左侧时，直立的第三卡爪503被移动同时骑坐在倾斜表面段523及524上，并使之与轴向卡爪控制件520的外周面的圆形表面段接触，然后如图13被放倒下来，从而第三卡爪503和托架413之间的啮合被释放，藉此释放驱动器200和托架413之间的直接耦合。
进一步地，如图16所示，回复弹簧803设置于导引件560和穿通连接件540之间，因而回复弹簧803的一端被弯折并插入形成于导引件560中的一组装孔562，而回复弹簧803的另一端被弯折并插入形成于穿通连接件540中的一组装孔543。如此，当从右侧来看时，穿通连接件540被弹性支撑而相对于导引件560顺时针转动。
因此，回复弹簧803使在变速杆加速操控时反时针转动的穿通连接件540在变速杆减速操控时弹性地顺时针转动。
进一步地，周向卡爪控制件510连接于图中角度控制件550的左侧，通过角度控制件550的转动，周向卡爪控制件510可被转动，藉此选择性直立第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505。
槽511、512、514以及515形成于周向卡爪控制件510的内周面，从而周向卡爪控制件510的转动使第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505分别依序脱离槽511、512、514以及515而直立。优选地，轴向卡爪控制件520的轴向位移发生于第四卡爪504脱离槽514之前。
亦即，周向卡爪控制件510的转动导致向第一和第二段的相应变速比率变速，轴向卡爪控制件520以第三段的变速比率被轴向移动，并随后实现向第四，第五段的相应变速比率变速。
然而在一被负载、被驱动的状态中，若卡爪501、502、504以及505被强力地啮合于太阳齿轮的内齿，使第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505不容许在轴杆100的爪座部101、102、104以及105之内被放倒下来，或若第三卡爪503被强力啮合于托架413的齿413a，使第三卡爪503不容许在形成于驱动器200的内周面上的爪座部之内被放倒下来，则可能有变速不平顺现象。
为了解决此问题，依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器进一步具有：一周向强制变速构件，用于利用第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504及第五卡爪505实现强制变速；以及一轴向强制变速构件，用于利用第三卡爪503实现强制变速。
-周向强制变速构件
一从第二段至第一段的减速操作将通过后续例子叙述。因为此减速操作相同地应用于所有其它从第五段至第四段以及从第四段至第三段的减速操作，故省略其它的减速操作的重复叙述。
在本发明中的轮毂嵌入式多段变速器的控制单元500优选包含一周向强制变速构件。如图17所示，该周向强制变速构件包含：多个转动限制突起516以及多个单向倾斜凹口517，形成于周向卡爪控制件510的一外周面上；转动限制凹处553，形成于角度控制件550的一外周边缘上，用于容纳转动限制突起516并使其留有一自由行程；多个滚轮554，以一可径向浮动方式通过角度控制件550支撑；以及一周向回复弹簧802，连接于周向卡爪控制件510和角度控制件550之间，用于弹性支撑周向卡爪控制件510使其在相对于控制单元500的一个方向转动。轮毂嵌入式多段变速器优选具有一周向强制变速功能，该功能确保当一角度控制件550和周向卡爪控制件510之间的相位角产生差异时，滚轮554被迫移出形成于周向卡爪控制件510的外周面上的单向倾斜凹口517并转动，该周向卡爪控制件510为相对于滚轮的内周向内定位，以便形成接触托架413内周面的强制变速离合器，藉此强制地转动周向卡爪控制件510而使位于轴杆100的爪座部的多个卡爪被迫放倒下来。
亦即，突出于周向卡爪控制件510的外周面上的转动限制突起516具有一稍微窄于角度控制件550的转动限制凹处553的宽度的宽度，因而周向卡爪控制件510和角度控制件550之间可产生一定的相位角差异。
如图16中显示，周向回复弹簧802的两端垂直地弯折而分别被插入形成于周向卡爪控制件510中的一组合孔518及形成于角度控制件550中的一组合孔555。
因此，周向卡爪控制件510被弹性支撑而相对于角度控制件550总是顺时针转动，且如图17(a)中所示，转动限制突起516位于转动限制凹处553之内且总是顺时针转动，藉此维持一接触状态，除非外力施加于卡爪控制件510。
当在此状态中，变速杆被操控而变速至一较低段时，角度控制件550通过回复弹簧803顺时针转动。当角度控制件550顺时针转动时周向卡爪控制件510也通过周向回复弹簧802顺时针转动，藉此实现减速的变速。
然而，若第二卡爪502强力地啮合第一太阳齿轮411a的内齿，如图17(b)中所示，周向卡爪控制件510不能随同角度控制件550转动且产生一定的相位角差异。在此情形中，滚轮554被带成与单向倾斜凹处517接触，然后向外突出，从而滚轮554被带成与相对于滚轮554转动于外的托架413的内周面接触。
因此，滚轮554及单向倾斜凹口517构成强制变速离合器，从而如图17(c)所示，托架413的转动力被传送至周向卡爪控制件510，依次使周向卡爪控制件510强力地顺时针转动。
因而，周向卡爪控制件510顺时针转动而迫使已强力地啮合第一太阳齿轮411a的第二卡爪502被放倒下来，藉此提供周向强制变速功能。
-轴向强制变速构件
在本实施例中，仅当变速从第三段进行至第二段时，可提供一轴向强制变速功能。
依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器优选具有一轴向强制变速构件，该轴向强制变速构件的结构为：轴向卡爪控制件520形成有卡爪容纳槽521，该卡爪容纳槽521为周向地分布而形成多角形且导向外周面的圆形表面段，因而卡爪容纳槽521能容纳设置于驱动器200的内周面上处于直立状态中的卡爪并引导卡爪至外周面的圆形表面段，藉此迫使设置于转动驱动器200的内周面上的卡爪被放倒下来。
亦即，轴向卡爪控制件520基本具有倾斜表面段523及524，用于使第三卡爪503被放倒下来，当轴向卡爪控制件520被移动且同时骑坐在角度控制件550的螺旋倾斜面551上时，导致直立的第三卡爪503放倒下来且被轴向回复弹簧801回复。
然而，若第三卡爪503强力地啮合托架413的齿413a，可能有以下的情形：无法仅通过轴向回复弹簧801的一弹性力回复轴向卡爪控制件520。
为了解决此问题，轴向卡爪控制件520进一步具有卡爪容纳槽521，用于容纳被直立的第三卡爪503并引导第三卡爪503至外周面的圆形表面段上。
卡爪容纳槽521形成多边形，如图13及14所示，该多边形通常内接圆形外周面。
因此，如图18(a)所示，相对于轴向卡爪控制件520转动于外的处于直立状态的第三卡爪503进入卡爪容纳槽521。然后，如图18(b)及18(c)所示，当第三卡爪503被转动时，第三卡爪503逐渐移向卡爪容纳槽521的边缘然后逐渐放倒下来。
之后，当第三卡爪503接近卡爪容纳槽521的边缘时，第三卡爪503脱离卡爪容纳槽521并被引导至位于彼此邻接的卡爪容纳槽521之间的外周面的圆形表面段上，如图18(d)所示，产生一第三卡爪503完全放倒下来的状态。
因此，若直立的第三卡爪503及托架413彼此强力地啮合，第三卡爪503首先被插入卡爪容纳槽521且第三卡爪503及驱动器200一体转动而强制释放第三卡爪503与托架413的啮合，从而有助于轴向卡爪控制件520的一左向移动。
优选地，被限定于轴向卡爪控制件520的卡爪容纳槽521形成有使第三卡爪503容易被推出卡爪容纳槽521的多个倾斜表面。本发明的一个例子图示为具有8个卡爪容纳槽521。
在图12中，依照周向卡爪控制件510及轴向卡爪控制件520的控制角度，显示有第一卡爪501、第二卡爪502、第四卡爪504以及第五卡爪505的被控制状态，下面的表1总结了这些控制状态。
下面的表1亦显示在一使用二段行星齿轮组410的实施例中，通过各卡爪的操作，第一输出离合器420及第二输出离合器430是否传送一转动力：
【表1】
其中，F代表一自由状态，O.R.代表一过速状态，O代表一ON状态，X代表一OFF状态，以及OX代表一ON或OFF状态。
进一步地，轮毂壳300及驱动器200可被设计成可借助位于其间的轴承905彼此独立地转动，且它们被一防尘外壳310保护免于异物侵入。
虽然上面所述的轴承903、904及905图示为滚珠轴承，其它类的轴承如一滑动轴承亦可被使用而不限于此。
以下将参考附图对依据本发明的轮毂嵌入式多段变速器的一实施例的操作进行描述，在该实施例中轮毂嵌入式多段变速器使用两段行星齿轮组410将变速划分为一最低速的第一段、一较低速的第二段、一速度无改变的第三段、一较高速的一第四段、以及一最高速的第五段。
-第一段
第一段为一最初状态，在此状态变速杆不被操控，第二太阳齿轮411b仅受直立的第一卡爪局限，且轴向卡爪控制件520已位于一被移动至图中的左侧的位置。
当一驱动力经链轮210在此状态中被传送时，驱动器200被转动。
当接触轴向卡爪控制件520的外周面时设置于驱动器200中的第三卡爪503仅仅被转动且不能直接传送驱动器200的转动力至行星齿轮组410的托架413。
因此，驱动器200的转动力经第二输出离合器430的内侧单向离合器被传送至行星齿轮组410的环齿轮414，而由于一定的相位角差异，外侧单向离合器不能传送转动力。之后，行星齿轮412的较小直径部412b啮合固定的第二太阳齿轮411b且因此行星齿轮412绕着其转动。
托架413减速至一最慢的速度且以此速度转动，且此转动经第一输出离合器420被传送至轮毂壳300的内周面，藉此完成输出。
综上，当第一卡爪501将第二太阳齿轮411b限制于第一段，转动力经由链轮210被传送→驱动器200→第二输出离合器430的内侧单向离合器→环齿轮414→行星齿轮412的较小直径部412b→托架413→第一输出离合器420→轮毂壳300，藉此实现减速至最小速度。
-第二段
第二段为一状态，在此状态变速杆被操控使周向卡爪控制件510被转动一预定角度，第一太阳齿轮411a被直立的第二卡爪502限制，且轴向卡爪控制件520保留在被移动至图中左侧的位置。
当一驱动力经链轮210在此状态被传送时，驱动器200被转动。
当接触轴向卡爪控制件520的外周面时设置于驱动器200中的第三卡爪503仅仅被转动且同样不能直接传送驱动器200的转动力至行星齿轮组410的托架413。
因此，驱动器200的转动力经第二输出离合器430的内侧单向离合器被传送至行星齿轮组410的环齿轮414，且行星齿轮412的较大直径部412a啮合固定的第一太阳齿轮411a且因而行星齿轮412绕着其转动。
托架413减速至一较低速度并以此速度转动，且此转动经第一输出离合器420被传送至轮毂壳300的内周面，藉此完成输出。
综上，当第二卡爪502局限第一太阳齿轮411a于第二段时，转动力经由链轮210被传送→驱动器200→第二输出离合器430的内侧单向离合器→环齿轮414→行星齿轮412的较大直径部412a→托架413→第一输出离合器420→轮毂壳300，藉此实现减速至一较低速度。
-第三段
第三段为一状态，其中变速杆被操控而使周向卡爪控制件510被进一步转动一预定角度，不管第一太阳齿轮411a或第二太阳齿轮411b都不被局限，且轴向卡爪控制件520被移至图中的右侧，因而如图4所示，第三卡爪503被直立。
当在此状态中，一驱动力经链轮210被传送时，驱动器200被转动。
设在驱动器200上的第三卡爪503远离已被移至图中右侧的轴向卡爪控制件520，因而第三卡爪503被直立。因此，驱动器200的转动力被直接传送至行星齿轮组410的托架413。
因此，第二输出离合器430不被容许传送一个别的转动力，且托架413通过直接接收已输入驱动器200的转动力被转动而无任何转动力的改变。此转动经第一输出离合器420被传送至轮毂壳300的内周面，藉此完成输出。
综上，当驱动器200的转动力仅利用第三卡爪503被直接传送至行星齿轮组410的托架413而无局限在第三段中的第一太阳齿轮411a和第二太阳齿轮411b两者，转动力经由链轮210被传送→驱动器200→第三卡爪503→托架413→第一输出离合器420→轮毂壳300，藉此完成的输出无任何速度改变。
-第四段
第四段为一状态，其中变速杆被操控而使周向卡爪控制件510被进一步转动一预定的角度，第一太阳齿轮411a被已直立的第四卡爪504局限，且轴向卡爪控制件520维持于被移至图中右侧的位置，因而就如其原貌，第三卡爪503在直立状态。
当在此状态中，一驱动力经链轮210被传送时，驱动器200被转动。
设置在驱动器200上的第三卡爪503远离已被移至图中右侧的轴向卡爪控制件520，因而第三卡爪503保持在直立的状态。因此，驱动器200的转动力被直接传送至行星齿轮组410的托架413。
当转动力被直接传送至托架413而无任何速度改变时，行星齿轮412的较大直径部412a啮合固定的第一太阳齿轮411a且因此行星齿轮412以一较高速度绕着其转动。
此行星齿轮412的转动被传送至环齿轮414且经由第二输出离合器430的外侧单向离合器至轮毂壳300的内周面，藉此完成输出。
综上，当第一太阳齿轮411a被局限且驱动器200的转动力在第四段中被第三卡爪503直接传送至行星齿轮组410的托架413，转动力经由链轮210被传送→驱动器200→第三卡爪503→托架413→行星齿轮412的较大直径部412a→环齿轮414→第二输出离合器430的外侧单向离合器→轮毂壳300，藉此实现加速至一较高速并完成输出。
由于过速，第二输出离合器430的内侧单向离合器不能传送驱动器200的转动力至环齿轮414。
-第五段
第五段为一状态，其中变速杆被操控而使周向卡爪控制件510被进一步转动一预定的角度，第二太阳齿轮411b被已直立的第五卡爪505局限，且轴向卡爪控制件520维持于被移至图中的右侧的位置，因而实际上，第三卡爪503在直立状态。
当在此状态中，一驱动力经链轮210被传送时，驱动器200被转动。
设置在驱动器200上的第三卡爪503远离已被移至图中的右侧的轴向卡爪控制件520，因而第三卡爪503保持在直立的状态。因此，驱动器200的转动力被直接传送至行星齿轮组410的托架413。
当转动力被直接传送至托架413而无任何速度改变时，行星齿轮412的较小直径部412b啮合固定的第二太阳齿轮411b且因此行星齿轮412以一最大速度转动。
此行星齿轮412的转动被传送至环齿轮414且经由第二输出离合器430的外侧单向离合器被传送至轮毂壳300的内周面，藉此完成输出。
综上，当第二太阳齿轮411b被局限且驱动力200的转动力被在第五段中的第三卡爪503直接传送至行星齿轮组410的托架413，转动力经由链轮210被传送→驱动器200→第三卡爪503→托架413→行星齿轮412的较小直径部412b→环齿轮414→第二输出离合器430的外侧单向离合器→轮毂壳300，藉此实现加速至最高速并完成输出。
甚至在此段，由于过速，第二输出离合器430的内侧单向离合器不能传送驱动器200的转动力至环齿轮414。
因此，本发明的轮毂嵌入式多段变速器具有较大的优点在于：一精简的轮毂嵌入式多段变速器能通过使用一具有一一段或两段或更多段的多段行星齿轮组以及一双单向离合器来运行以便提升产品市场性；且通过变速杆的操控，控制周向卡爪控制件510及轴向卡爪控制件520以便改变转动力的传送路径，藉此得到各种变速比率。
进一步地，利用周向强制变速功能以及轴向强制变速功能，当减速操控时卡爪能被迫放倒下来，因而使变速平顺地进行，从而改善变速精确度。
上面的实施例仅为例示以便更了解本发明的技术精神，且本发明的范围不限于实施例或附图。

Claims (7)

1.一种轮毂嵌入式多段变速器，包含：
一固定于一车辆本体的轴杆(100)，一用于接收一转动力的驱动器(200)，以及一用于输出所述转动力的轮毂壳(300)，所述驱动器及轮毂壳可转动地位于轴杆(100)的外周上；
一变速单元(400)，用于改变来自驱动器(200)的转动力并输出被改变的转动力至轮毂壳(300)，所述变速单元(400)包含一行星齿轮组(410)，所述行星齿轮组(410)由设置于轮毂壳(300)之内的一太阳齿轮、一行星齿轮(412)、一托架(413)以及一环齿轮(414)组成，一第一输出离合器(420)，设置成托架(413)和轮毂壳(300)之间的一单向离合器，且一第二输出离合器(430)，设置成两个单向离合器，所述两个单向离合器彼此一体形成而具有一一定的相位角差异并分别位于驱动器(200)和环齿轮(414)之间及位于环齿轮(414)和轮毂壳(300)之间，藉此通过转动速度的差异，将驱动器(200)的转动力传送至环齿轮(414)或将环齿轮(414)的转动力传送至轮毂壳(300)；以及
一控制单元(500)，用于控制所述变速单元(400)的变速，所述控制单元(500)包含一周向卡爪控制件(510)和一轴向卡爪控制件(520)，所述周向卡爪控制件(510)可通过一变速杆(shift lever)的操控周向转动以控制多个位于爪座部中的卡爪，所述爪座部形成于轴杆(100)的一外周面上，藉此选择性地限制该太阳齿轮的转动，所述一轴向卡爪控制件(520)可通过变速杆的操控轴向移动以控制设置于驱动器(200)的一内周面上的卡爪，藉此选择性传送驱动器(200)的转动至托架(413)。
2.如权利要求1所述的轮毂嵌入式多段变速器，其特征在于，所述第二输出离合器(430)包含：
单向倾斜凹口(414a、414b)，形成于环齿轮(414)的内和外周面上，具有一定的相位角差异；以及
一保持架(433)，用于转动地支撑多个滚轮(431a、431b)而使其位于所述单向倾斜凹口(414a、414b)之内，其中位于保持架(433)的一内周的滚轮(431a)以及位于保持架(433)的一外周上的滚轮(431b)与所述保持架一体成形以维持一定的相位角差异，
藉此所述第二输出离合器(430)包含一双单向离合器，其包括形成于驱动器(200)的外周面和环齿轮(414)的内周面之间的一内侧单向离合器，以及形成于环齿轮(414)的外周面和轮毂壳(300)的内周面之间的一外侧单向离合器。
3.如权利要求2所述的轮毂嵌入式多段变速器，其特征在于，所述行星齿轮(412)包含一一段行星齿轮或一具有两或多段的多段行星齿轮，且依照所述行星齿轮的段数，进一步配置卡爪及太阳齿轮，从而能以“(2×该行星齿轮的段数)+1”的变速段的数目获得输出。
4.如权利要求3所述的轮毂嵌入式多段变速器，其特征在于，所述控制单元(500)包含：
一缆线连接件(530)，一可利用变速杆的操控得以撤回的缆线连接至所述缆线连接件，且该缆线连接件被转动地支撑于轴杆(100)的外周面上；
一中间连接件(532)，接合所述缆线连接件(530)的一内周面而被一体转动；
一穿通连接件(540)，组装于所述中间连接件(532)的一内周面上而被一体转动，其中所述穿通连接件(540)通过一回复弹簧(803)单向地且弹性地转动；
一角度控制件(550)，装入穿通连接件(540)并被控制以一体转动，其中一螺旋倾斜表面(551)形成于所述角度控制件(550)的一侧；
一周向卡爪控制件(510)，连接于所述角度控制件(550)，用于通过角度控制件(550)的转动控制位于所述轴杆(100)的爪座部上的多个卡爪；以及
一轴向卡爪控制件(520)，被一固定于轴杆(100)的导引件(560)的一轴向导引槽(561)引导，因而该轴向卡爪控制件(520)可轴向移动，其中所述轴向卡爪控制件(520)通过所述角度控制件(550)的转动，沿着所述螺旋倾斜表面(551)轴向移动以控制所述设置于驱动器(200)的内周面上的卡爪。
5.如权利要求4所述的轮毂嵌入式多段变速器，其特征在于，所述轴向卡爪控制件(520)具有一通常为圆形的外周面，该外周面沿着其轴向具有轴向倾斜表面段(523、524)以及一随后的圆形表面段以便接触所述设置于驱动器(200)的内周面上的卡爪，当该轴向卡爪控制件(520)于一方向移动时，轴向卡爪控制件(520)远离设置于驱动器(200)的内周面上的卡爪且所述设置于驱动器(200)的内周面上的卡爪容许被直立，而当所述轴向卡爪控制件(520)通过轴向回复弹簧(801)于一相反方向回复时，导致所述设置于驱动器(200)的内周面上的卡爪被倾斜表面段(523、524)放倒下来，然后通过所述外周面的圆形表面段保持在放倒状态。
6.如权利要求5所述的轮毂嵌入式多段变速器，其特征在于，所述控制单元(500)包含一周向强制变速构件，
其中所述周向强制变速构件包含形成于所述周向卡爪控制件(510)的一外周面上的多个转动限制突起(516)及多个单向倾斜凹口(517)；转动限制凹处(553)，形成于所述角度控制件(550)的一外周边缘上，用于容纳所述转动限制突起(516)使其具有自由行程(free play)；多个滚轮(554)，以一可径向浮动的方式被所述角度控制件(550)支撑；以及一周向回复弹簧(802)，连接于所述周向卡爪控制件(510)和角度控制件(550)之间，用于弹性地支撑所述周向卡爪控制件(510)，使其可在相对于所述控制单元(500)的一方向转动，以及
其中所述轮毂嵌入式多段变速器具有一周向强制变速功能，确保当角度控制件(550)和周向卡爪控制件(510)之间产生相位角的差异时，所述滚轮(554)被强制地移出形成于周向卡爪控制件(510)的外周面上的单向倾斜凹口(517)并转动，周向卡爪控制件(510)相对于所述滚轮的内周向内定位，以便形成一接触托架(413)内周面的强制变速离合器，藉此强制地转动周向卡爪控制件(510)而使位于所述轴杆(100)的爪座部中的多个卡爪被强制地放倒下来。
7.如权利要求5所述的轮毂嵌入式多段变速器，其特征在于，进一步包含一轴向强制变速构件，其结构为所述轴向卡爪控制件(520)形成有周向分布而形成一多边形的卡爪容纳槽(521)，该卡爪容纳槽(521)被导至所述外周面的圆形表面段，因而所述卡爪容纳槽(521)可容纳所述设置于驱动器(200)的内周面上处于直立状态的卡爪并引导所述卡爪至所述外周面的圆形表面段，藉此使所述设置于转动的驱动器(200)的内周面上的卡爪被强制地放倒下来。
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