1361780 , 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明相關於根據申請專利範圍請求項第1項的前言 部份的自行車的輪轂傳動裝置。此類型的輪轂傳動裝置可 從例如 DE 10 2004 011 052 A1 得知。 【先前技術】 內部安裝的多速輪轂傳動裝置被安裝於自行車的後車 輪’且容許自行車的騎車者選擇不同的齒輪比（gear ratio )以改變踩踏力。典型上，輪轂傳動裝置包含安裝於 自行車車架的輪轂軸。輪轂軸可旋轉地支撐驅動件，以用 來將踩踏力經由鏈輪及鏈條而傳遞至輪轂傳動裝置。輪轂 傳動裝置另外包含同樣地由輪轂軸可旋轉地支撐的輪轂 殻。 輪轂殻收納動力傳輸機構，而此動力傳輸機構被設置 在驅動件與輪轂殼之間，以用來將旋轉動力從驅動件傳遞 至輪轂殼。動力傳輸機構提供可藉由換檔機構來選擇的具 有不同齒輪比的多個動力傳輸路徑，其中每一個動力傳輸 路徑典型上產生特定的齒輪比。爲建立此多個動力傳輸路 徑，動力傳輸機構一般包含數個行星齒輪機構。 目前的內部輪轂傳動裝置被設計來提供十個或十個以 上的速率級。根據DE 10 20 04 011 052 A1的輪轂傳動裝 置容許在由多個行星齒輪機構提供的九個速率級之間做選 擇。此已知的輪轂傳動裝置包含三個行星齒輪機構，其容 rs -4 - 1361780 許將三個速率級與另外五個速率級組合，以有右 齒輪比之下的總共九個速率級。此輪轂傳動裝置 行星齒輪機構，其包含不可旋轉地安裝於輪轂軸 心齒輪、由第一行星齒輪托架可旋轉地支撐的第 輪、及第一環形齒輪。第一行星齒輪被設置在第 輪與第一環形齒輪之間，且與第一中心齒輪及第 輪嚙合。 第二行星齒輪機構包含被配置在第一行星齒 的第二中心齒輪。第二行星齒輪被安裝在第一 上。 第三行星齒輪機構類似於第二行星齒輪機構 且包含安裝在第一行星齒輪托架上的第三中心齒 中心齒輪與第三行星齒輪嚙合，而第三行星齒輪 不可旋轉地結合於各別的第二行星齒輪。藉此， (two-step)行星齒輪。第三行星齒輪與第二環 合，以將第三行星齒輪機構的轉矩傳遞至第二行 構。此輪轂傳動裝置的換檔機構包含棘爪托 carrier )，其容許將驅動件選擇性地與各別行星 的組件耦接，以產生不同的齒輪比。爲此目的， 包含藉由三個換檔凸輪來致動的多個可控制的棘 六個棘爪）^ 二階行星齒輪在第一環形齒輪上的配置結合 行星齒輪嚙合的第二環形齒輪導致堆疊式的內部 裝置。因爲第二環形齒輪與三個行星齒輪機構的 :3 40%的 包含第一 的第一中 一行星齒 一中心齒 一環形齒 輪托架上 環形齒輪 而形成， 輪。第三 的每一個 形成二階 形齒輪嚙 星齒輪機 架（pawl 齒輪機構 棘爪托架 爪（亦即 上與二階 輪轂傳動 其他組件 -5- 1361780, 重疊’所以第二環形齒輪的直徑且因此內部輪轂傳動裝置 的直徑增大。另外，內部輪轂傳動裝置的堆疊式構造導致 輪轂的總重量增大。 如前所述，第二及第三中心齒輪的每一個都被安裝在 ~ 第一行星齒輪托架上。因此，第二及第三中心齒輪的每一 個都與第一行星齒輪托架—起繞輪轂軸旋轉。特別是，速 - 率級8、9的動力傳輸路徑包含驅動件、第六棘爪、及第 φ 一行星齒輪托架，其中第一行星齒輪繞第一中心齒輪旋 轉。動力傳輸路徑另外包含第一環形齒輪、第二環形齒 輪、第一棘爪、將動力傳輸機構與輪轂殼連接的棘爪、及 輪轂殼。於速率級8，第三行星齒輪繞第三中心齒輪旋 轉’且於速率級9,第二行星齒輪繞第二中心齒輪旋轉。 由於行星齒輪機構的此有差別的旋轉型式，動力傳輸 路徑很複雜，特別是速率級8、9的動力傳輸路徑，因此 其傳遞動力的效率極低。 φ 類似的輪轂傳動裝置可從DE19720796A1得知，其 揭示具有串聯配置的多個行星齒輪機構的多速輪轂。所揭 示的輪轂傳動裝置可達成7速換檔或14速換檔。14速輪 - 轂傳動裝置包含五個行星齒輪機構，其組件可被選擇性地 鎖定以建立所想要的動力傳輸路徑。第一行星齒輪機構包 含由輪轂軸可旋轉地支撐的第一中心齒輪，其可與輪轂軸 鎖定在一起。第一中心齒輪與由第一行星齒輪托架可旋轉 地支撐的二階行星齒輪的較小直徑嚙合。第一行星齒輪托 架與輪轂殼不可旋轉地連接。 -6 - 1361780 , 二階行星齒輪的大直徑與環形齒輪嚙合，而環形齒輪 可與輪轂軸或與第一中心齒輪鎖定在一起。 第二行星齒輪機構包含由輪轂軸可旋轉地支撐且可與 輪轂軸鎖定在一起的第二中心齒輪。第二行星齒輪與第二 中心齒輪及第二環形齒輪嚙合，其中第二環形齒輪與第一 中心齒輪不可旋轉地連接。 第三行星齒輪機構包含由輪轂軸可旋轉地支撐且可與 輪轂軸鎖定在一起的第三中心齒輪。第三行星齒輪與第三 中心齒輪嚙合，而第三中心齒輪與各別第二行星齒輪不可 旋轉地連接。第二中心齒輪與階梯狀（stepped )行星齒輪 的小直徑階段嚙合，且第三中心齒輪與階梯狀行星齒輪的 大直徑階段嚙合。 第四及第五行星齒輪機構類似於第二及第三行星齒輪 機構，且對稱地形成及被配置。因此，第四及第五行星齒 輪機構同樣地包含二階行星齒輪，其中第二及第三行星齒 輪機構的行星齒輪及第四及第五行星齒輪機構的行星齒輪 藉著共同的行星齒輪托架而被可旋轉地支撐。第四及第五 行星齒輪機構的階梯狀行星齒輪的小直徑階段與和驅動件 不可旋轉地連接的環形齒輪嚙合。 14速輪轂傳動裝置的另外實施例是根據上述輪轂傳動 裝置的修改實施例，且包含與對稱地配置的階梯狀行星齒 輪的二小直徑階段均嚙合的第二環形齒輪。共同的行星齒 輪托架由兩個分開的行星齒輪托架取代，其中第二及第三 行星齒輪機構的行星齒輪托架與第一中心齒輪不可旋轉地 1361780 . 連接。第四及第五行星齒輪機構的行星齒輪托架與驅動件 不可旋轉地連接》 由於鎖定行星齒輪機構的分開的組件（例如環形齒輪 與中心齒輪）所需的離合器的數目增加，因此根據 D£ 1 97 20 796 A1的輪轂傳動裝置很複雜且相較之下很昂 貴。 【發明內容】 本發明的目的爲提供一種自行車的輪轂傳動裝置，其 包含多個速率級且可達成重量輕及小型的構造。 根據本發明，此目的是藉著包含申請專利範圍請求項 第1項所載的特徵的自行車的輪轂傳動裝置而達成。 本發明根據其技術思想提供一種自行車的輪轂傳動裝 置，其包含輪轂軸、驅動件、及輪轂殼，而驅動件及輪轂 殼的每一個都是由輪轂軸可旋轉地支撐。輪轂傳動裝置另 外包含動力傳輸機構，其被設置在驅動件與輪轂殼之間， 用來將旋轉動力從驅動件經由多個動力傳輸路徑而傳遞至 輪轂殻；及換檔機構，用來選擇上述的多個動力傳輸路徑 中的一個。動力傳輸機構包含多個行星齒輪機構，其中下 游行星齒輪機構的行星齒輪托架與上游行星齒輪機構的行 星齒輪或與和上游行星齒輪機構的行星齒輪耦接的連結構 件嚙合。 下游行星齒輪機構的行星齒輪托架與制動單元耦接， 以用來將反向旋轉動力從驅動件傳遞至制動單元。
-8- (S 1361780 具有整合的（integrated )制動單元的輪 結構可例如從本案申請人所擁有的EP 06 008 但是，已知的輪轂傳動裝置缺乏下游行星齒輪 行星齒輪托架或與連結構件之間的特定耦接且 元與下游行星齒輪托架耦接。 根據本發明而形成的輪轂傳動裝置具有多 因爲下游行星齒輪機構的行星齒輪托架與上游 構的行星齒輪嚙合，所以達成小型的設計，其 輪轂的小直徑之下提供多個動力傳輸路徑。下 托架與上游行星齒輪的上述耦接進一步容許藉 簡單的結構來實現多個動力傳輸路徑，此降低 組件故障的危險。由於本發明的輪轂傳動裝置 的簡單結構，因此可用相當低的成本生產可達 更多數的齒輪比的輪轂傳動裝置。本發明所具 利點在於下游行星齒輪機構的行星齒輪托架可 耦接，以對輪轂傳動裝置提供整合的制動。 在較佳實施例中，動力傳輸機構包含串聯 四個行星齒輪機構。藉此’可用小型設計及相 直徑來實現11速輪轂傳動裝置。 較佳地，下游行星齒輪機構包含至少第一 構，且上游行星齒輪機構包含至少第二、第三 星齒輪機構。 第一行星齒輪機構可包含下游行星齒輪機 輪托架。第三行星齒輪機構可包含上游行星齒 轂傳動裝置 95 7得知。 托架與上游 其中制動單 項有利點。 行星齒輪機 容許在保持 游行星齒輪 著相較之下 傳動裝置的 的令人驚異 成相較之下 有的另外有 與制動單元 配置的至少 當小的輪轂 行星齒輪機 、及第四行 構的行星齒 輪機構的行 -9- 1361780 星齒輪。此表示第一及第三行星齒輪機構藉著與上游或第 三行星齒輪嚙合的下游或第一行星齒輪機構而耦接。 較佳地，下游行星齒輪機構的行星齒輪托架包含托架 部份、及與上游行星齒輪機構的行星齒輪或與和上游行星 齒輪機構的行星齒輪耦接的連結構件嚙合的環形齒輪部 份’其中托架部份與環形齒輪部份不可旋轉地連接，特別 是成整體地形成。因此，要強調的是下游行星齒輪機構的 行星齒輪托架履行兩項功能，亦即對於第一行星齒輪機構 的行星齒輪的支撐功能，以及對於上游行星齒輪機構的行 星齒輪的動力傳輸功能。 由於托架部份與環形齒輪部份之間的不可旋轉的連 接，因此輪轂傳動裝置的小型設計被最佳化。另外，可使 環形齒輪部份與上游行星齒輪機構的行星齒輪直接嚙合， 或者是在上游行星齒輪機構與環形齒輪部份之間設置和上 游行星齒輪機構的行星齒輪耦接的連結構件成爲中間組 件。藉此，可將不同的制動離合器機構與上述的實施例一 起使用。 較佳地，下游行星齒輪機構的行星齒輪托架可與第四 行星齒輪機構連接。藉此，可實現數個另外的動力傳輸路 徑。 下游行星齒輪機構的行星齒輪托架與第四行星齒輪機 構的連接可例如藉著一較佳實施例而實現’其中下游行星 齒輪機構的行星齒輪托架包含離合器接合部份’而此離合 器接合部份可與第四行星齒輪機構的行星齒輪托架連.接。 -10- 1361780 爲使旋轉力從下游行星齒輪機構的行星齒 至輪轂殻，下游行星齒輪機構的行星齒輪托架 著第一離合器而與輪轂殼連接。 在較佳實施例中，第一行星齒輪機構另外 軸可旋轉地支撐且可與輪轂軸鎖定在一起的 輪、與第一中心齒輪同軸地配置的第—環形齒 一中心齒輪及第一環形齒輪嚙合的多個第一行 中第一行星齒輪由第一行星齒輪機構的行星齒 轉地支撐。第一行星齒輪機構相應於下游行星〗 較佳地，第一環形齒輪可藉著第二離合器 連接，以用來將旋轉力從第一環形齒輪傳遞至i 第二行星齒輪機構可包含由輪轂軸可旋轉 與輪轂軸鎖定在一起的第二中心齒輪、相對於 旋轉地支撐的第二行星齒輪托架、及由第二行 可旋轉地支撐且與第二中心齒輪嚙合的多個 輪。 第三行星齒輪機構可包含由輪轂軸可旋轉 與輪轂軸鎖定在一起的第三中心齒輪，其中行 二行星齒輪托架可旋轉地支撐且與第三中心齒! 第三行星齒輪機構的行星齒輪與第二行星 第二行星齒輪不可旋轉地連接，特別是成整體 形成階梯狀行星齒輪。 在另外的較佳實施例中，第四行星齒輪機 旋轉地固定於輪轂軸的第四中心齒輪'與第四 輪托架傳輸 較佳地可藉 包含由輪轂 第一中心齒 輪、及與第 星齒輪，其 輪托架可旋 齒輪機構。 而與輪轂殼 論穀殼* 地支撐且可 輪轂軸被可 星齒輪托架 第二行星齒 地支撐且可 星齒輪由第 輪嚙合。 齒輪機構的 地形成，以 構包含不可 中心齒輪同 -11 - 1361780 軸地配置的第二環形齒輪、及由第 地支撐的多個第四行星齒輪，其中 心齒輪及第二環形齒輪嚙合。 第三行星齒輪托架可與第二行 第二離合器可被設置在第三行 齒輪托架特別是其離合器接合部份 從第三行星齒輪托架傳遞至第一行 器可被設置在驅動件與第二環形齒 力從驅動件傳遞至第二環形齒輪。 動件與第三行星齒輪托架之間，以 傳遞至第三行星齒輪托架。 在另外的較佳實施例中，制動 旋轉地連接且形成在圓周上設置的 制動單元包含可與制動表面合 的制動元件、及用來致動制動元件 與下游行星齒輪機構的行星齒輪托 的致動是藉著下游行星齒輪機構的 轉而產生。此實施例提供可靠且小 單元與下游行星齒輪機構的行星齒 單元。因爲下游行星齒輪機構的行 與上游行星齒輪機構操作性地連接 力從驅動件至制動單元的最佳傳輸 第一離合器可被設置在杯體與 星齒輪托架之間。藉此，可將正向 三行星齒輪托架可旋轉 第四行星齒輪與第四中 星齒輪托架接合。 星齒輪托架與第一行星 之間，以用來將旋轉力 星齒輪托架。第四離合 輪之間，以用來將旋轉 第五離合器被設置在驅 用來將旋轉力從驅動件 單元包含與輪轂殼不可 制動表面的杯體。 作以用來施加制動轉矩 的控制元件。控制元件 架耦接，使得制動元件 行星齒輪托架的反向旋 型的制動單元，此制動 輪托架耦接以致動制動 星齒輪托架將制動單元 ，所以可達成反向旋轉 0 下游行星齒輪機構的行 (forward)旋轉力從下 -12- 1361780 游行星齒輪機構的行星齒輪托架經由與輪轂殼不可旋轉地 連接的杯體而傳遞至輪轂殼。此配置容許輪轂傳動裝置的 長度可被減小而增進輪轂傳動裝置的小型設計。 第一離合器可由用於控制元件的扣持元件支撐。此實 . 施例進一步將制動單元所用的空間減至最小。 在另外的實施例中，控制元件包含多個滾子，此多個 • 滾子與設置在下游行星齒輪機構的行星齒輪托架上的多個 φ 凸輪表面合作。扣持元件包含支撐滾子的滾子籠罩 (roller cage)，其中滾子籠罩與下游行星齒輪機構的行 星齒輪托架接合。滾子籠罩與下游行星齒輪機構的行星齒 輪托架的接合可在如果行星齒輪托架於反向（reverse)方 向旋轉且因此滾子籠罩也於反向方向旋轉時時達成制動單 元的簡單且有效率的致動。藉此，容納在滾子籠罩中的滾 子與凸輪表面合作，使得滾子將制動元件推靠於制動表面 以用來施加制動轉矩。 φ 較佳地，第四離合器可被設置在驅動件與第二環形齒 輪之間且包含驅動棘爪及制動棘爪，而驅動棘爪及制動棘 •爪可藉著驅動件的正向或反向旋轉而被選擇性地致動，以 - 將第二環形齒輪於正向或反向方向旋轉。 以下會藉著例子且參考圖式來敘述本發明。 【實施方式】 圖1至12針對不具有制動單元的輪轂傳動裝置，用 以說明設置在輪轂傳動裝置中的齒輪機構的設計及作用。 -13- 1361780 根據圖1至丨2的輪轂傳動裝置在圖13至17中添加一制 動單元，而此制動單元與最下游的行星齒輪機構耦接，用 以在如果行星齒輪機構於反向（reverse)方向旋轉時產生 制動力。圖1至12所示且在以下詳細說明的行星齒輪機 構相應於根據圖13至17的輪轂傳動裝置的行星齒輪機 構。 圖1顯示可被安裝於自行車的後車輪的輪轂傳動裝 置。此輪轂傳動裝置包含輪轂軸I、及由輪轂軸1可旋轉 地支撐的驅動件2。輪轂傳動裝置另外包含由輪轂軸1可 旋轉地支撐的輪轂殼3。動力傳輸機構4被設置在驅動件 2與輪轂殼3之間，用來將旋轉動力從驅動件2經由可依 騎車者所想要的被選擇以改變齒輪比的多個動力傳輸路徑 而傳遞至輪轂殼3。換檔機構5被設置來選擇上述多個動 力傳輸路徑中的一個。 換檔機構5相應於此處所提及的EP 1 3 23 62 7 A2及 美國專利第6,607,465 B1號中詳細敘述的換檔機構。 動力傳輸機構4包含包括下游行星齒輪機構及上游行 星齒輪機構的多個行星齒輪機構6、7、8、9，其中上游行 星齒輪機構被配置成爲比下游行星齒輪機構較爲靠近驅動 件2»如在旋轉動力流程的方向中所見的，下游行星齒輪 機構被配置在上游行星齒輪機構之後。例如，下游行星齒 輪機構包含第一行星齒輪機構6，而上游行星齒輪機構包 含第三行星齒輪機構8。 上述多個行星齒輪機構6、7、8、9被串聯配置，且 -14- 1361780 包含至少四個行星齒輪機構6、7、8、9。 如從圖1很明顯的，下游行星齒輪機構包含行星齒輪 托架31，並且上游行星齒輪機構包含行星齒輪43，其中 下游或第一行星齒輪機構6的行星齒輪托架31與上游或 第三行星齒輪機構8的行星齒輪43嚙合。 ~般而言，行星齒輪托架31具有縱向延伸的形狀， 其可與配置在第一行星齒輪機構6的上游的動力傳輸機構 4的組件重疊，且因此與下游行星齒輪機構6相比較爲靠 近驅動件2。 特別是’下游行星齒輪機構6的行星齒輪托架3]從 下游或第一行星齒輪機構6的區域軸向延伸至上游或第三 行星齒輪機構8的區域。如圖1所示，行星齒輪托架31 軸向延伸超過輪轂傳動裝置的整個長度的1/3以上至 1/2»行星齒輪托架31的軸向延伸係成爲使得配置在下游 行星齒輪機構6與上游行星齒輪機構8之間的第二行星齒 輪機構7被行星齒輪托架31重疊。在根據圖1的實施例 中’第二行星齒輪機構7不與行星齒輪托架31接合。 行星齒輪托架31包含階梯狀形狀，其中後續階梯的 內部直徑朝向驅動件2增大。行星齒輪托架31的階梯狀 形狀會在以下連同與其相關聯的各別組件被更詳細地敘 述。 行星齒輪托架31另外包含離合器接合部份31c，其被 配置在靠近驅動件2的行星齒輪托架31的軸向端部上。 離合器接合部份31c被設置來接合/脫離離合器53(第三 -15- 1361780 離合器）’此會在以下相關於第四行星齒輪機構9被更詳 細地敘述。 行星齒輪托架31另外包含環形齒輪部份3〗b。環形齒 輪部份31b與離合器接合部份31c成整體地連接，且形成 爲具有比離合器接合部份31c小的內部直徑。環形齒輪部 份31b與上游或第三行星齒輪機構8的行星齒輪43嚙 合。環形齒輪部份31b的內部直徑比第二行星齒輪機構7 Φ 的第二行星齒輪42的外部直徑大，以避免與其接合或碰 撞。 環形齒輪部份31b與托架部份31a成整體地連接，而 托架部份31a支撐下游或第一行星齒輪機構6的第一行星 齒輪41。第一行星齒輪41由第一行星齒輪軸41a可旋轉 地支撐，而第一行星齒輪軸41a被設置在行星齒輪托架31 的托架部份31a中。典型上，三個或三個以上的第一行星 齒輪41被設置在第一行星齒輪機構6中。 # 另一個離合器接合部份31d與托架部份31a成整體地 形成，且被設置用來接合/脫離第一離合器51，以建立/中 斷從行星齒輪托架31至輪轂殻3的動力傳輸。另一個或 • 第二離合器接合部份31d被配置在行星齒輪機構6的下 游。環形齒輪部份31b及（第一）離合器接合部份31c位 在行星齒輪機構6的上游。再次地，組件的下游或上游配 置是在動力流程的方向中所見及應從動力流程的方向來瞭 解的。 以下敘述上述的多個行星齒輪機構6、7、8、9。 -16- 1361780 第一行星齒輪機構6被配置在最下游或最遠離驅動件 2，且包含由輪轂軸1可旋轉地支撐且可與輪轂軸1鎖定 在一起的第一中心齒輪11。在第—中心齒輪11的內周邊 表面與輪轂軸1之間，第一中心齒輪導環61被不可旋轉 地固定於輪轂軸1。第一中心齒輪導環61容許藉著換檔機 構5而鎖定及釋放第一中心齒輪Π。第一環形齒輪21相 對於輪轂軸1被同軸地配置且由輪轂軸1可旋轉地支撐’ 其中上述的多個第一行星齒輪4】由（第一）行星齒輪托 架31可旋轉地支撐，且與第一中心齒輪Π及第一環形齒 輪2 1嚙合。 如圖1所示，第一行星齒輪41包含兩個齒輪階段 (gear stage)，其中大直徑齒輪階段與第一中心齒輪11 嚙合，且小直徑齒輪階段與環形齒輪21嚙合。第一行星 齒輪41的小直徑齒輪階段被配置成爲靠近第二行星齒輪 機構7。環形齒輪21可藉著設置在第一環形齒輪21與輪 轂殼3之間的第二（單向）離合器52而與輪轂殼3連接 或分離。 如上所述，第一行星齒輪機構6的行星齒輪托架31 於輪轂傳動裝置的縱向方向軸向延伸超過行星齒輪41，因 而與至少接續地配置的上游第二及第三行星齒輪機構7、8 重疊。第一行星齒輪托架31的外部輪廓可部份地收納環 形齒輪21且形成肩部31e’使得環形齒輪21被配置在肩 部3 I e與第一行星齒輪4 1的大直徑齒輪階段之間。 第二行星齒輪機構7位在第一行星齒輪機構6的上 -17- 1361780 游，且包含由輪轂軸1可旋轉地支撐且可與輪轂軸1 在一起的第二中心齒輪12。在第二中心齒輪12的內 與輪轂軸1之間，第二中心齒輪導環62被不可旋轉 定於輪轂軸1。多個第二行星齒輪42由被輪轂軸1可 地支撐的第二行星齒輪托架32可旋轉地支撐。爲 的，第二行星齒輪42由被第二行星齒輪托架32支撐 二行星齒輪軸42a可旋轉地支撐。典型上，設置有三 三個以上的第二行星齒輪42。 第三行星齒輪機構8被配置在第二行星齒輪機構 上游，且包含由輪轂軸1可旋轉地支撐且可與輪轂軸 定在一起的第三中心齒輪13。在第三中心齒輪13的 邊表面與輪轂軸1之間，第三中心齒輪導環63被配 不可旋轉地固定於輪轂軸1。第三中心齒輪導環63可 換檔機構5而被致動來鎖定/釋放中心齒輪13。多個 行星齒輪43與第三中心齒輪13嚙合，且由秦二行星 托架32可旋轉地支撐。特別是，第三行星齒輪43被 在第二行星齒輪軸42a上，而第二行星齒輪軸42a因 表第二及第三行星齒輪42、43的共同行星齒輪軸。 如從圖1很明顯的，第二及第三行星齒輪不可旋 連接且成整體地形成階梯狀行星齒輪402。階梯狀行 輪4 02的小直徑齒輪階段與第二中心齒輪12嚙合， 梯狀行星齒輪402的大直徑齒輪階段與第三中心齒率 嚙合。另外，階梯狀行星齒輪402的大直徑齒輪階段 游的行星齒輪托架31的環形齒輪部份31b嚙合。如 鎖定 表面 地固 旋轉 此目 的第 個或 7的 1鎖 內周 置且 藉著 第三 齒輪 配置 此代 轉地 星齒 且階 I 1 3 與下 此， -18- 1361780 可建立將第三中心齒輪13與第一行星齒輪托架31連接的 傳輸路徑。 第四行星齒輪機構9被配置在第三行星齒輪機構8的 上游，且代表最靠近驅動件2的行星齒輪機構•第四行星 齒輪機構9包含不可旋轉地固定於輪轂軸1的第四中心齒 輪14。第二環形齒輪22與輪轂軸1同軸地配置且由輪轂 軸1可旋轉地支撐。在第二環形齒輪22與第四中心齒輪 14之間，多個第四行星齒輪44被配置成爲形成爲二階行 星齒輪。行星齒輪44的大直徑齒輪階段與環形齒輪22嚙 合，且第四行星齒輪44的小直徑齒輪階段與第四中心齒 輪14嚙合。典型上，設置有三個或三個以上的第四行星 齒輪4 4。 第四行星齒輪44由可繞輪轂軸1旋轉的第三行星齒 輪托架33可旋轉地支撐。第三行星齒輪托架33包含可旋 轉地支撐第四行星齒輪44的第三行星齒輪軸44a。第三行 星齒輪托架33與第二行星齒輪托架32接合，以將動力從 第三行星齒輪托架33傳遞至第二行星齒輪托架32。 如從圖1非常明顯的，第二行星齒輪軸42a的中心軸 線與第三行星齒輪軸44a的中心軸線在徑向上間隔開。第 三行星齒輪軸44a的中心軸線被配置在一圓柱形平面上， 而此圓柱形平面具有比含有第二行星齒輪軸42a的中心軸 線的圓柱形平面大的直徑。含有第一行星齒輪軸4]a的中 心軸線的圓柱形平面相應於第三行星齒輪軸44a的中心軸 線的圓柱形平面。如此，被配置在第一行星齒輪機構6與 -19- 1361780 第四行星齒輪機構9之間的第二行星齒輪軸42a的中心軸 線比第一及第三行星齒輪軸4 1 a、44a各別的中心軸線較 爲靠近輪轂軸1。 第四行星齒輪機構9的第三行星齒輪托架33可連接 於下游的行星齒輪托架31»爲此目的，以上提及的第三離 合器53被設置在第三行星齒輪托架33與第一行星齒輪托 架31之間。特別是，第三離合器53被配置在遠離驅動件 2的第三行星齒輪托架33的端部處，且接合/脫離下游的 第一行星齒輪托架31的離合器接合部份31c。對於從驅動 件2至第四行星齒輪機構9的動力傳輸，設置有第四離合 器54及第五離合器55。 第四離合器54爲設置在驅動件2與第二環形齒輪22 之間的單向離合器。第二環形齒輪22包含朝向驅動件2 延伸的軸向凸出部22a。軸向凸出部22a在其內周邊表面 上包含離合器接合部份22b，其與第四離合器54合作以將 第二環形齒輪22與驅動件2鎖定在一起或互相釋放。第 四離合器54由平行於環形齒輪22的軸向凸出部22a延伸 的驅動件2的軸向凸出部2a支撐。 對於速率級1至6,第四離合器54與環形齒輪22接 合，以將動力從驅動件2傳遞至環形齒輪22。 對於速率級7至11，在驅動件2與第三行星齒輪托架 33之間置有第五離合器55’以用來將旋轉動力從驅動 件2傳遞至第三行星齒輪托架33。第五離合器55形成爲 離合器環’且可於輪轂軸1的縱向方向軸向移動。第五離 -20- 1361780 合器55包含兩個接合部份55a、55b，其可分別與設置在 驅動件2及第三行星齒輪托架33上的離合器接合部份2b 及33a接合。 驅動件2的離合器接合部份2b形成在軸向凸出部2a 的內周邊表面上，且與第五離合器55的上方或徑向接合 部份55b接合。第三行星齒輪托架33的離合器接合部份 33a可接合/脫離第五離合器55的下方或軸向接合部份 5 5 a ° 對於速率級7至11’第五離合器55的軸向接合部份 55a與第三行星齒輪托架33的離合器接合部份33a耦接， 而第四離合器54分離。 前述的包括第四及第五離合器54及55的離合器機構 的更詳細敘述揭示在均爲本案申請人所擁有的EP 1 323 627 A2以及歐洲專利申請案07001 076.4中。 根據圖1的輪轂傳動裝置的作用及功能可參考圖2至 12來說明，其中各圖顯示對於每一個速率級的不同組件的 耦接以及藉此實現的特定動力傳輸路徑。圖2至12中所 示的粗線及箭頭顯示通過動力傳輸機構4的旋轉動力流 程。不同組件的耦接以及動力傳輸路徑顯示在以下的表1 及2中，其中表1是關於組件的耦接，而表2是關於特定 的動力傳輸路徑》 -21 - 1361780
表1 速率級 離合器環55 (驅動件與第三行 星齒輪托架33) 第一中心 齒輪11 第二中心 齒輪12 第三中心 齒輪13 齒輪比 1 脫離 自由 自由 自由 0.527 2 脫離 鎖疋 自由 自由 0.681 3 脫離 自由 自由 鎖定 0.770 4 脫離 自由 鎖定 自由 0.873 5 脫離 鎖定 自由 鎖定 0.995 6 脫離 鎖定 鎖定 自由 1.127 7 接合 鎖定 自由 自由 1.292 8 接合 自由 自由 鎖定 1.462 9 接合 自由 鎖定 自由 1.656 10 接合 鎖定 自由 鎖定 1.888 11 接合 鎖定 鎖定 自由 2.139 -22- 1361780 表2 速率級 動力傳輸路徑 1 驅動件-弟四離ο器54_第—環形齒輪22-(第四彳了星齒輪44繞第四中心齒輪 14旋轉)·第三行星齒輪托架33·第三離合器53-第—行星齒輪托架31· 合器51-輪轂殼 ^ 2 驅動件-弟四離合器54-第—環形齒輪22-(第四行星齒輪44繞第四中、、齒鯰 14旋轉).第三行星齒輪托架33-第三離合器53·第—行星齒輪托架31•(第— 行，齒輪41繞第一中心齒輪u旋轉)·第一環形齒輪21_第二離合器52輪 轂殼 3 驅動件-第四離合器第―環形齒輪22-(第四行星齒輪44繞第四中心齒 =旋轉>第三行星齒輪托架33·第二行星齒輪托架32-(第三行星齒輪43繞 第三ΐ心齒輪13旋轉)·第一行星齒輪托架31-第一離合器51_輪轂殽 4 驅動件-第四離合器54-第—環形齒輪22-(第四行星齒輪44繞第四中心齒輪 14旋轉>第三行星齒輪托架33-第二行星齒輪托架32*(第二行星齒輪42繞 第—中心齒輪12旋轉)-第一行星齒輪托架31-第一離合器51·輪鉍豁 5 驅動件-第四離合器54-第—環形齒輪22-(第四行星齒輪44繞第四中心齒輪 14旋轉)-第三行星齒輪托架33-第二行星齒輪托架32-(第三行星齒輪43繞 第三中心齒輪13旋轉)-第一行星齒輪托架31-(第一行星齒輪41繞第—中心 齒輪11旋轉)-第一環形齒輪21-第二離合器52-輪轂殼 6 驅動件-第四離合器54-第—環形齒輪22-(第四行星齒輪44繞第四中心齒輪_ 14旋轉)-第三行星齒輪托架33-第二行星齒輪托架32·(第二行星齒輪a繞 第二中心齒輪12旋轉>第一行星齒輪托架31·(第一行星齒輪41繞第—中心 齒輪11旋轉)-第一環形齒輪21-第二離合器52-輪轂殼 7 驅動件-第五離合器55-第二行星齒輪托架33-第三離合器幻·第一行星齒輪 托架31-(第一行星齒輪41繞第一中心齒輪11旋轉)·第—環形齒輪21_第— 離合器52-輪轂殼 — 8 驅動件-第五離合器55-第二行星齒輪托架33-第二行星齒輪托架32_(第二行 星齒輪43繞第三中心齒輪13旋轉)-第一行星齒輪托架31·第一離合器" 輪轂殻 9 驅動件-第五離合器55-第二行星齒輪托架33-第二行星齒輪托架32-(第二行 星齒輪42繞第二中心齒輪12旋轉)-第一行星齒輪托架31_第一離合器51_ 輪轂殼 10 驅動件-第五離合器55-第三行星齒輪托架33-第二行星齒輪托架32-(第三行 星齒輪43繞第三中心齒輪13旋轉)-第一行星齒輪托架31-(第一行星齒輪 41繞第一中心齒輪11旋轉>第一環形齒輪21-第二離合器52-輪轂殼 11 驅動件-第五離合器55-第三行星齒輪托架33-第二行星齒輪托架32-(第二行 星齒輪42繞第二中心齒輪12旋轉)-第一行星齒輪托架31-(第一行星齒輪 41繞第一中心齒輪11旋轉)·第一環形齒輪21-第二離合器52-輪轂殼 -23- 1361780 綜上所述’根據所敘述的本發明的實施例的輪轂傳動 裝置容許實現1〗速內部輪轂傳動裝置，其中輪轂殼2的 直徑類似於目前可得的8速輪轂傳動裝置的直徑。此表示 本發明的輪轂傳動裝置在不增加輪轂直徑之下提供比傳統 輪轂傳動裝置多的速率級。另外，根據圖1的輪轂傳動裝 置提供所有的傳輸路徑均簡單的有利點，此導致有效率的 動力傳輸。 一般而言，下游的行星齒輪機構6的行星齒輪托架31 具有可與上游的行星齒輪機構8的行星齒輪43嚙合的軸 向伸長形狀。另外，行星齒輪托架31的軸向伸長形狀容 許行星齒輪托架31與更上游的行星齒輪機構9的行星齒 輪托架33耦接/分離。特別是，下游的行星齒輪機構6的 軸向伸長的行星齒輪托架31可選擇性地從上游的行星齒 輪機構8的行星齒輪43傳輸旋轉動力，且可選擇性地從 更上游的行星齒輪機構9的行星齒輪托架33傳輸旋轉動 力。 下游的行星齒輪托架31的軸向伸長形狀容許有具有 極高效率的傳輸路徑的自行車用的小型、小直徑的內部輪 轂傳動裝置。 根據本發明的具有倒輪制動器（coaster brake)的輪 轂傳動裝置的實施例顯示在圖13至17中，其中輪轂傳動 裝置的齒輪機構大致與圖1至12中相同。根據圖]至12 的輪轂傳動裝置在圖13至17中只是被修改成爲使用離合 器53a、54a，以容許將反向旋轉力從驅動件2傳遞至與齒 -24- 1361780 輪機構锅接的制動單元80。以下會參考圖13及15說明制 動單元。相同的制動單元也被用在根據圖14的實施例 中〇 制動單元80被設置爲遠離驅動件2，且藉著配置在制 動單元80與驅動件2之間的行星齒輪機構而與驅動件2 操作性地連接。制動單元80包含杯體8 1 ,而杯體81與輪 轂殼3不可旋轉地連接’且因此容許旋轉力可被傳遞至輪 穀殼3。杯體81形成在圓周上設置的制動表面82，而制 動元件83可被壓抵於制動表面82，用以將反向制動轉矩 傳遞至輪轂殼3。 制動元件83包含多個在圓周上設置的弧形制動塊， 其藉著制動彈簧86而從制動表面82被徑向向內偏壓。此 配置顯示在圖13中。圖15將制動元件83示意地顯示成 爲一個環件。制動元件83是藉著成爲滾子的形式的控制 元件84而被致動，而控制元件84在圓周上被設置在下游 行星齒輪機構6的行星齒輪托架31的軸向端部31g上。 行星齒輪托架31的軸向端部31g在其外周邊表面上包含 凸輪部份或凸輪表面31f，其與上述的多個滾子或控制元 件84合作，用以在如果行星齒輪托架31於反向方向旋轉 時將滾子或控制元件84於徑向向外方向移動，用來致動 制動元件8 3。 控制元件或滾子84分別由扣持元件85固持，而扣持 元件85被設計成爲支撐上述多個在圓周上設置的滾子的 滾子籠罩（roller cage)。扣持元件85與下游行星齒輪機 -25- 1361780 構6的行星齒輪托架31接合。扣持元件85包含 凸出部85a，其被設置在制動單元80與下游行星 6的第一行星齒輪托架31之間。扣持元件85 85a形成圓周支撐表面85b。 第一離合器51被設置在支撐表面85b上以 元件85與杯體81。離合器51包含多個在圓周上 爪，此多個棘爪分別被安裝於扣持元件85及滾 且被棘爪彈簧徑向向外偏壓，用來接合形成在杯 內側上的內周邊齒輪81a。離合器51的棘爪將第 輪托架3 1的正向（forward )旋轉傳遞至杯體81 遞至輪轂殼3。 爲產生行星齒輪機構6、7、8、9的反向旋 轂殼3施加制動轉矩，根據圖1至12的第三及 離合器53、54在根據圖13的實施例中被第三及 離合器53a、54a取代。並且，雙向離合器53a、 計來傳遞正向驅動轉矩及反向制動轉矩二者 53a、54a的設計相應於本案申請人所擁有的EP B1中所揭示的設計。特別是，第四離合器54a 在圓周上設置的棘爪54b，其與第二環形齒輪22 齒輪部份而特別是離合器接合部份22b接合。棘 棘爪彈簧徑向向外偏壓，且因此在驅動件2與第 輪22之間作用成爲單向離合器。多個（制動） 在圓周上被設置’用來將第二環形齒輪22驅動 向。第三離合器53a相應於第四離合器5 4a被設Ϊ 徑向延伸 齒輪機構 的凸出部 耦接扣持 設置的棘 子籠罩， 體81的 一行星齒 且因此傳 轉以對輪 第四單向 第四雙向 5 4 a被設 。離合器 1413 509 包含多個 的內周邊 爪54b被 二環形齒 棘爪54c 於向後方 ζ Β ) -26- 1361780 根據圖1 3的實施例的作用如下。 驅動件2相對於第二環形齒輪22在有小角度成爲游 隙之下旋轉。棘爪5 4b、5 4c由設置在驅動件2與第二環 形齒輪22之間的棘爪控制籠罩及環簧（ring spring)支 撐。當驅動件2於反向方向旋轉時，驅動件2與第二環形 齒輪22之間的相對旋轉以小角度發生，且同時環簧與驅 - 動件2 —起於反向方向旋轉。環簧的反向旋轉造成棘爪控 φ 制籠罩的反向旋轉，而此又造成將驅動棘爪5 4b向下帶動 且將制動棘爪54c向上帶動。因爲制動棘爪54c與第二環 形齒輪22的離合器接合部份22b的內齒接合，所以驅動 件2的反向旋轉力經由制動棘爪54c而被傳遞至第二環形 齒輪22。因此，第二環形齒輪22於反向方向旋轉。 因爲第四中心齒輪14與第四行星齒輪44嚙合，所以 第二環形齒輪22的反向旋轉力被傳遞至第三行星齒輪托 架33。 φ 因爲第三離合器53a的棘爪控制籠罩及環簧被設置在 第三行星齒輪托架33與第一行星齒輪托架31之間，所以 -第三離合器53a的棘爪控制籠罩及環簧與第三行星齒輪托 -架33 —起在游隙內於反向方向旋轉。第三離合器53a的 棘爪控制籠罩造成驅動棘爪5 3b脫離第一行星齒輪托架31 且使制動棘爪53c與第一行星齒輪托架31接合。因此’ 第一行星齒輪托架31於反向方向旋轉》 如此，控制元件84藉著凸輪表面31f而被迫使向 外，因而對杯體8 1施加制動轉矩，且因此對輪轂殼3施 -27- 1361780 加制動轉矩。 根據圖1 4的另一實施例相應於根據圖1 3的實施例， 除了第三離合器53a由包含連結構件70及單向離合器53 的配置取代。 連結構件70的作用爲控制第三離合器53的驅動棘 爪’控制在連結構件70與第三行星齒輪托架3 3之間的制 動棘爪53c，以及將制動旋轉（反向旋轉）從第三行星齒 輪托架33傳遞至第一行星齒輪托架31。因此，連結構件 70控制負責第一行星齒輪托架31的正向或反向旋轉的驅 動棘爪及制動棘爪的被向上帶動或向下帶動。連結構件70 具有環形齒輪的形式，其在無游隙之下與第三行星齒輪機 構8的行星齒輪43嚙合，且在有游隙之下與第一行星齒 輪托架31連接。因此，連結構件70與第一行星齒輪托架 31可相對於彼此在預定的游隙內旋轉。本案申請人所擁有 的EP 06 008 957中有連結構件70的更詳細敘述。 根據圖1 4的實施例的作用如下。 如果驅動件2於反向或向後方向旋轉，則第三彳了星齒 輪托架33也於向後方向旋轉。屆時，連結構件70相對於 第一行星齒輪托架31在游隙內於反向方向旋轉。屆時， 驅動棘爪53b會接合第一行星齒輪托架31的內齒，其結 果爲反向旋轉力從第三行星齒輪托架33經由第三離合器 53的制動棘爪53c而傳遞至第一行星齒輪托架31。因 此，於所有的速率級，反向旋轉力的傳輸路徑均相同’其 結果爲制動力（轉矩）永遠固定。 -28- 1361780 至於輪轂傳動裝置處於驅動階段的正向旋轉，應 的是如果驅動件2於正向（向前）方向旋轉，則第三 齒輪托架33也於正向方向旋轉。於第一、第二、及 速率級，正向旋轉力從第三行星齒輪托架33經由第 合器53的驅動棘爪53b而傳遞至第一行星齒輪托架 如此’第一行星齒輪托架31以與連結構件70相同的 於正向方向旋轉。 於其他速率級，正向旋轉力從第三行星齒輪托穿 經由第二或第三行星齒輪機構7、8及連結構件70而 至第一行星齒輪托架31。於這些速率級，第一行星齒 架31於正向方向旋轉得比連結構件70快。在此情況 連結構件70相對於第一行星齒輪托架31在游隙內於 方向旋轉。 根據圖13的實施例中的制動轉矩路徑以箭頭標 圖16中且包含以下的元件： 驅動件2-第四離合器54a的制動棘爪54c·第二環 輪22-(第四行星齒輪44繞第四中心齒輪14旋轉）-行星齒輪托架33·第三離合器53a的制動棘爪53c-第 星齒輪托架3 1 -控制元件（制動滾子）8 4 -制動元件（ 塊）83-制動表面82·杯體81-輪轂殼3。 根據圖1 4的實施例的制動路徑（反向旋轉路徑 含以下的元件： 驅動件2-第四離合器54a的制動棘爪54c-第二環 輪22-(第四行星齒輪44繞第四中心齒輪14旋轉） 注意 行星 第七 三離 3 1° 速率 s 3 3 傳遞 輪托 中， 正向 示在 形齒 第三 一行 制動 )包 形齒 /φ: * 弟二 -29- 1361780 行星齒輪托架33·第三離合器53a的制動棘爪53c_連結構 件7 0 -第一行星齒輪托架3 1 -控制元件（制動滾子）8 4 -制 動元件（制動塊）83-制動表面82-杯體8 1 -輪轂殼3。 【圖式簡單說明】 圖1爲不具有制動單元的輪轂傳動裝置的縱向剖面
圖，用以描述適合於本發明 設計原理。 圖 2 爲 根 據 1 cal 圖 1 的 輪 轂 面 圖 〇 圖 3 爲 根 據 圖 1 的 輪 轂 面 圖 〇 圖 4 爲 根 據 圖 1 的 輪 轂 面 圖 〇 QS3 圖 5 爲 根 據 圖 1 的 輪 轂 面 圖 〇 圖 6 爲 根 據 圖 1 的 輪 轂 面 圖 〇 圖 7 爲 根 據 圖 1 的 輪 轂 面 圖 〇 圖 8 爲 根 據 圖 1 的 輪 轂 面 圖 〇 圖 9 爲 根 據 圖 1 的 輪 轂 面圖。 的輪轂傳動裝置的齒輪機構的 傳動裝置於速率級1的縱向剖 傳動裝置於速率級2的縱向剖 傳動裝置於速率級3的縱向剖 傳動裝置於速率級4的縱向剖 傳動裝置於速率級5的縱向剖 傳動裝置於速率級6的縱向剖 傳動裝置於速率級7的縱向剖 傳動裝置於速率級8的縱向剖 -30- 丄剛780 圖10爲根據圖1的輪轂傳動裝置於速率級9的縱向 剖面圖。 _ Π爲根據圖1的輪轂傳動裝置於速率級10的縱向 剖面圖。 圖12爲根據圖1的輪轂傳動裝置於速率級11的縱向 剖面圖。 圖13爲根據本發明的實施例的具有制動單元的輪轂 胃動裝置的縱向剖面圖。 圖14爲根據本發明的另一實施例的輪轂傳動裝置的 縱向剖面圖。 圖〗5爲沿圖1 3中的線A-A的制動單元的剖面圖。 圖16爲根據圖13的輪轂傳動裝置的視圖’其中顯示 通過輪轂傳動裝置的制動轉矩路徑。 圖17爲根據圖14的輪轂傳動裝置的視圖’其中顯示 通過輪轂傳動裝置的制動轉矩路徑。 【主要元件符號說明】 1 :輪轂軸 2 :驅動件 2a :軸向凸出部 2b:離合器接合部份 3 :輪轂殻 4:動力傳輸機構 5:換檔機構 (S ) -31 - 1361780 6:第一行星齒輪機構 7:第二行星齒輪機構 8:第三行星齒輪機構 9:第四行星齒輪機構 1 1 :第一中心齒輪 1 2 :第二中心齒輪 1 3 :第二中心齒輪 1 4 :第四中心齒輪 2 1 :第一環形齒輪 22 :第二環形齒輪 22a :軸向凸出部 22b :離合器接合部份 31 :第一行星齒輪托架 3 1 a :托架部份 3 1 b :環形齒輪部份 31c:離合器接合部份 3 1 d :離合器接合部份 3 1 e :肩部 31f:凸輪部份或凸輪表面 3 1 g :軸向端部 32:第二行星齒輪托架 33:第三行星齒輪托架 3 3 a :離合器接合部份 4 1 :第一行星齒輪 -32 1361780 41a:第一行星齒輪軸 42 :第二行星齒輪 42a :第二行星齒輪軸 4 3 :第三行星齒輪 44 :第四行星齒輪 44a :第三行星齒輪軸 51 :第一單向離合器 52:第二單向離合器 53:第三單向離合器 53a :第三雙向離合器 5 3 b :驅動棘爪 5 3 c :制動棘爪 54:第四單向離合器 54a :第四雙向離合器 5 4 b :驅動棘爪 5 4 c :制動棘爪 55:第五離合器，離合器環 55a:下方或軸向接合部份 55b:上方或徑向接合部份 61 :第一中心齒輪導環 6 2 :第二中心齒輪導環 63:第三中心齒輪導環 7 0 :連結構件 8 0 :制動單元
C S -33- 1361780 81 :杯體 8 1 a :內周邊齒輪 8 2 :制動表面 8 3 :制動元件 84 :控制元件，滾子 8 5 :扣持元件 8 5 a :徑向延伸凸出部 85b:圓周支撑表面 86 :制動彈簧 402 :階梯狀行星齒輪