CN1056578C

CN1056578C - 自行车轮毂动力变换装置

Info

Publication number: CN1056578C
Application number: CN96191309A
Authority: CN
Inventors: 刘文洙
Original assignee: World Industry Co Ltd
Current assignee: World Industry Co Ltd
Priority date: 1995-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 2000-09-20
Anticipated expiration: 2016-12-30
Also published as: BR9607431A; JPH10503737A; NZ324849A; FI973296A; CZ271497A3; KR970042080A; HUP9801145A3; CN1166815A; AU1212397A; PL322026A1; JP3139771B2; KR100225754B1; FI973296A0; MX9706587A; NO309973B1; TW343952B; CA2213303A1; NO973995D0; US5971884A; KR19980702408A

Abstract

一种自行车轮毂动力变换装置，包括设于后轮轮毂壳体一端上的变速段，设于另一端上的双向蹬踏装置段和位置变速段和双向蹬踏装置段之间的离合器。该装置无论作用在其脚踏板上的动力的方向如何在任何时候均向一个方向提供动力并根据自行车的期待状态改变速度。在轮毂轴的左侧插入一根杠杆，轮毂轴的两端是设有用于控制变速段的孔，在轮毂轴的右侧插入用于控制双向蹬踏装置的销轴杆。该自行车动力变换装置可以用于普通自行车。

Description

自行车轮毂动力变换装置

本发明涉及一种安装在自行车后轮毂上的动力变换装置，尤其涉及一种在一侧具有变速器，在另一侧具有双向脚踏板机构，并且在这两者之间设有一个离合器的装置，为了驱动自行车的后轮，该装置无论输入动力的方向如何仅向一个方向输出动力，同时根据自行车的运行状态改变其转速。

通常，将自行车划分为三种：一种作为运输装置的普通自行车，一种特别用于山地运动的山地自行车和用于体育运动的自行车。基本上，上述所有的自行车都包括设在自行车的前后车架上的前后轮和一对设在两轮之间作为动力供应源的脚踏板。通过蹬踏脚踏板来获得自行车的驱动力，然后，顺序通过一个驱动链轮、一根链条和一个被动链轮将动力传输给后轮。但是，绝大多数自行车只能在向前蹬踏脚踏板的时候向前运行，也就是说，在向后蹬踏脚踏板的时候自行车不能向前运行。这种单方向的自行车容易使骑行者的腿疲劳，并且在骑行数小时之后也不能均衡地锻炼骑行者的腿部肌肉。

因此，为了解决这些问题，许多发明人已经做了很多努力来发展一种可以用于普通的单向自行车的双向蹬踏装置。迄今为止所发展的双向蹬踏装置允许在向前后两个方向蹬踏的时候向前驱动自行车，并且根据其所适于的方法可以粗略地将其分成三类。即使用一个辅助齿轮、一个伞齿轮和一个行星轮的方法。这里的双向蹬踏装置是指这样一种装置，在这种装置中无论何时在向前后蹬踏脚踏板的时候都向前驱动自行车，并且假如需要象普通自行车那样向后空转自行车的时候也可以通过一根杆来有选择地控制允许空转。

正如本发明所涉及的双向蹬踏装置一样，Manrzoursos等(EPO公开号0,369,926)中也公开了适用于辅助齿轮的双向蹬踏装置，Foster(US-5,435,583)中公开了一种适用于伞齿轮和离合器的双向蹬踏装置，本申请(PCT/KR 96/00236)则公开一种适用于行星轮的双向蹬踏装置。

通常为了改变动力的方向，上述发明均设有一个中间轮(辅助齿轮，伞齿轮和行星轮)，但是，在改变动力方向的方法中，在改变动力的时候作用于每一个部件上的载荷的分布情况以及与普通自行车的互换性和零部件的精度方面均差异。但是，所有这些发明都是针对脚踏板轴做出的，而不涉及后轮轴。

由本申请人所发明的双向蹬踏装置(PCT/KR 96/00236)在零件的精度、动力变换的平稳性和可以直接连接在普通自行车的脚踏板轴上的互换性方面均具有诸多优点。但是，驱动链轮和曲柄部分的形状与普通自行车的不同，这样在将这些部分连接到一辆普通的自行车上的时候就要改变这些部分。

由于象上述的装置一样，本申请所发明的双向蹬踏装置也是连接于脚踏板轴的外侧，所以连接装置就要向自行车的框架的外侧凸出。这种凸出的装置会影响骑行者蹬踏。另外，将这种向着自行车框架的外侧凸出的双向蹬踏装置连接于最近新发展的为搬运可以折叠的自行车上是很困难。

因此，上述问题要求发展一种新的双向蹬踏装置，这种装置可以连接于后轮轴上。

另一方面，为了减少在蹬踏的时候对腿的伤害以及有效地利用施加于脚踏板上的能量，施加于脚踏板上的蹬踏节律和蹬踏力应该是恒定的。为了满足上述条件，发展了一种用于自行车的变速器，该变速器控制主动链轮和被动链轮之间的传动比，因而根据驱动自行车的阻力来适当地施加蹬踏力。

变速器分内置式和外置式。外置式变速器直接改变传动比，并在许多链轮上使用一根链条，这些链轮按顺序安装在脚踏板轴和轮毂轴上并具有不同的直径；而内置式变速器则通过设置于后轮毂体内的行星轮来改变传动比。内置式变速器可以明显地小于外置式并且由于是安装于轮毂壳体中，所以可以防止由于尘土或外界物质进入而造成的冲击。由于这些优点，内置式变速器被广泛地用于普通自行车。日本公开专利No.5-65094(1993年3月3日)给出了一种这些发明所涉及的内置式变速器的例子。

还有一些涉及安装在后轮毂中的变速器的发明，这些发明用于增加其变速器的效率或控制传动比。但是，包括一个用于改变动力方向的双向蹬踏装置的内置式变速器并未公知。

如上所述，绝大多数的双向蹬踏装置均安装在脚踏板轴上，而不是安装在后轮的轮毂轴上。绝大多数涉及轮毂轴的发明仅限于变速器，并且要研究包括变速器和顺序蹬踏装置的多功能自行车是非常困难的。

因而，对于一种自行车的多功能装置的需求已经增加。在这种自行车中具有用于平衡发展人腿肌肉的双向蹬踏结构以及有效地利用施加于脚踏板上的能量的变速器，同时需要一种非常安全且其所有的零件均易于制造的自行车。

本发明的一个目的在于提供一种涉及自行车的多功能附属装置，这种装置可以优化驱动效率并且在骑自行车的时候均衡地发展人腿的肌肉。

本发明的特征是一个双向蹬踏装置和一个改进的变速器安装在一个后轮轮毂轴上。这样，这种双向蹬踏装置可以平衡地发展骑行者腿部的肌肉并且这种变速器可以优化骑行者的锻炼效果。

根据本发明的自行车轮毂动力改变装置的基本结构如下。首先，变速段安装在一根轮毂轴的一端，一个双向蹬踏装置(BDPA)段安装轮毂轴的另一端，离合器安装在中间部位。然后，在轮毂壳体中插入以上三个部分的组合件，在一端用一个盖，另一端用一个被动链轮将轮毂壳体的两端封闭。

动力变换装置的变速段包括一个太阳轮、一个行星架和一个齿圈。具有上述结构的变速段从离合器或BDPA段接受动力，关于BDPA段将在下面描述。作用在变速段上的动力通过各种路径传给轮毂壳体。根据传输动力的路径不同，自行车的后轮以低、中和高速行驶。

本发明的离合器具有一个中空的圆柱形状，和在外侧一端上具有许多倾斜的榫舌的花键，而在另一端具有凸起。具有上述结构的离合器可离合地在向着变速段的一端与行星架连接，并在向着双向蹬踏装置的另一端与齿圈连接。用一根安装于轮毂轴中的杠杆使离合器的位置向左右移动。通过移动离合器的位置，使其完全不将动力传递给变速段(低速和中速)，或将动力传递给变速段的行星架(高速)。

本发明的双向蹬踏装置包括一个齿圈，一个棘轮和两个行星架。具有这种结构的双向蹬踏装置段从一个将在下面描述的主动轮接收动力，并将所接收的动力传递给离合器和变速段。双向蹬踏装置段无论从主动轮传来的动力是什么方向，在任何时候均沿着顺时针的方向传输动力(相对自行车的运动方向以从右看的视图为基础)。这样，被设置成可以从双向蹬踏装置接收动力的结构件(离合器，变速段和将描述的轮毂轴)只能顺时针转动。

另一方面，多阶圆柱形轮毂轴作为容纳本发明结构件的壳体。在轮毂壳体的内壁上设置两个棘齿，用于从变速段接收动力。在其外侧的两端设有法兰，用于与后轮的辐条连接。

本发明的一个主动轮与轮毂轴可转动地连接，并与被动链轮整体地连为一体。这样，主动轮通过被动链轮接收脚踏板产生的动力并将其传递给双向蹬踏装置段。将一根销轴杆插入轮毂轴中，用于控制双向蹬踏装置段。

综上所述，根据本发明的自行车动力变换装置包括变速段，离合器，双向蹬踏装置段，轮毂轴，盖和被动链轮，这些零件顺序连接。利用轮毂轴的法兰与辐条的连接，本发明的装置可以连接于普通自行车架的后叉端部，从而与自行车的后轮连接。

下面将简要描述根据本发明的动力变换装置的动力传输路线。首先，顺序通过曲柄，主动链轮和链条将脚踏板产生的动力传递给被动链轮。被动链轮将动力传给本发明的装置，同时与主动轮一起转动并且无论转动方向如何均将动力传给双向蹬踏装置段。双向蹬踏装置段将所接收的动力传给离合器和变速段，变速段将所传递的动力传给轮毂壳体。这样，传给轮毂壳体的动力驱动自行车的后轮。

如上所述，在根据本发明的自行车的动力变换装置中，在现有技术中安装在脚踏板轴上并从其上凸出的双向蹬踏装置段被安装在后轮的轮毂壳体中，这样在反向蹬踏的时候可以向前驱动而不妨碍蹬踏，同时变速段与双向蹬踏装置段一起安装在轮毂壳体中，从而有效地利用驱动自行车所需的动力。这种自行车动力变换装置可以很容易地连接于普通自行车的后轮上，因而改进了与普通自行车的互换性。

图1是根据本发明的自行车轮毂的动力变换装置的剖视图；

图2是图1所示的自行车轮毂的动力变换装置的分解透视图；

图3A，3B，3C分别是根据本发明的动力变换装置的变速段的第一行星架的左、前和右视图；

图4A，4B，4C分别是根据本发明的动力变换装置的变速段的第一齿圈的左、前和右视图；

图5A，5B，5C分别是根据本发明的动力变换装置的双向蹬踏装置(BDPA)段的第二齿圈的左、前分解和右视图；

图6A，6B分别是根据本发明的动力变换装置的双向蹬踏装置的第二行星架正剖视图和沿图6A中的a-a线剖开的剖视图；

图7是是根据本发明的动力变换装置的双向蹬踏装置段的棘轮的分解正视图；

图8A，8B分别是根据本发明的动力变换装置的双向蹬踏装置的第三行星架正剖视图和沿图8A中的a-a线剖开的剖视图；

图9A，9B，9C分别是根据本发明的动力变换装置的主动轮的左、前剖视和右视图；

图10A，10B，10C是沿着图1中a-a线的剖视图，分别表示当动力沿顺时针方向、逆时针方向作用时的工作状态和空转时的工作状态；

图11表示根据本发明的动力变换装置中速度变换到第一档时的工作状态；

图12表示根据本发明的动力变换装置中速度变换到第二档时的工作状态；

图13表示根据本发明的动力变换装置中速度变换到第三档时的工作状态。

下面参考图1和2粗略描述本发明的动力变换装置。

在本发明的动力变换装置中，变速段I，离合器40和双向蹬踏装置(BDPA)段II分别安装在图1和2的左、中和右部分，相对轮毂轴10定心。由一个轮毂壳体将包括变速段I，离合器40和双向蹬踏装置(BDPA)段II的组合件封闭。支承杆2和与主动轮90连接的被动链轮94分别连接在与动力变换装置的左右端。

轮毂轴10的左右部分为中空的圆柱体，杠杆3和销轴杆4分别安装在其左右部分中。杠杆3控制离合器40，销轴杆4控制双向蹬踏装置(BDPA)段II的第三行星架80。轮毂轴10的左右部分具有外螺纹表面，在将动力变换装置连接于一辆普通自行车上的时候该表面与自行车的车架连接。支承杆2用作将本发明的动力变换装置牢固地连接于自行车架上的辅助装置。

下面将参照所涉及的附图描述本发明的动力变换装置。

如上所述，本发明的动力变换装置基本上包括变速段I，离合器40和双向蹬踏装置(BDPA)段II。这三个部分与轮毂轴10对中地连接并由轮毂壳体100封闭，从而形成一个组合件。然后，用盖5和103将组合件的两侧封闭，形成一个最终的单元。下面将按照轮毂轴10的顺序描述本发明，所有的部件均围绕着轮毂轴10连接，主要部件包括变速段I，离合器40和双向蹬踏装置(BDPA)段II，以及其他结构部件。

在详细描述之前，作以下澄清。即，由于本发明的动力变换装置涉及一种转动运动，该装置主要部件均为圆形、圆柱形或中空圆柱体形状。除去第四棘齿72是一个反向棘齿以外，所有用在动力变换装置中的棘齿都是向前的棘齿。

首先，参考图1和2描述根据本发明的动力变换装置的轮毂轴10。轮毂轴10是一个如图2所示的多阶中空轴。在轮毂轴10的外侧，从左至右设有一个螺纹部分、第一花键11、第一太阳轮12、第一销轴孔13、第二花键14、第二销轴孔15和另一个螺纹部分。在轮毂轴10的内侧，于左右部分设有一个圆柱形的孔，也就是说，圆柱形的孔不穿透轮毂轴10。在下面将要描述的动力变换装置的结构件安装在按顺序具有上述形状的轮毂轴10上。

下面将结合图1至4C描述作为动力变换装置的主要结构之一的变速段I。变速段I包括第一太阳轮12，第一行星架20和第一齿圈30，下面将按顺序描述。

变速段I的第一太阳轮12不可转动地整体设在轮毂轴10的左部。

变速段I的第一行星架20具有如图1，2和3A至3C所示的中空圆柱体的形状。在第一行星架20左侧的外圆周上设有两个开口25，在圆周上设有四个孔，在右侧内部设有第三花键槽24。第一棘爪21安装在沿着左侧外圆周形成的开口25中。许多行星轮22安装在设置于第一行星架20的圆周上的孔中，每一个相应的行星轮轴3均相对相第一行星轮架20对中，从而能够在与第一行星架20的轴向相同的方向上转动。

在具有上述结构的第一行星架20中，第一行星架20的第一棘爪21与下面将描述的轮毂壳体100的第一棘齿101啮合，行星轮22的内侧与第一太阳轮12啮合，第一行星架20的第三花键槽24与下面将要描述的离合器40的第三花键41啮合。

变速段I的第一齿圈30具有如图1，2和4A至4C所示的中空圆柱体形状。在左侧的内壁上设有第一齿轮31，在其圆周上设有两个孔，在右侧的内壁上设有第三棘齿32。第二棘爪33由弹簧34弹性地安装在第一齿圈30的孔中。第二棘爪33的形状象一个飞去来器，第二棘爪33的中心线与第一齿圈30的轴线平行设置。

在具有上述结构的第一齿圈30中，第一齿轮31与行星轮22的外侧啮合，第二棘爪33的外侧与轮毂壳体100的第二棘齿102啮合，其内侧则与离合器40的凸起42啮合，第三棘齿32与下面将要描述的双向蹬踏装置段II的第二齿圈50的第三棘爪55啮合。

具有上述结构的变速段I从双向蹬踏装置段II接受动力，然后在根据下面将描述的离合器40的位置将速度变换为低、中和高以后，将动力传到给轮毂轴100。

根据本发明的动力变换装置的离合器40具有如图1和2所示的中空圆柱体的形状。离合器40具有第三花键41，花键41的左侧外部具有许多倾斜的榫舌和两个钻入其圆周面的孔，在其右侧外部设有四个凸起42。在具有上述结构的离合器40中，第三花键41与变速段I的第一行星架20的第三花键槽24啮合，四个凸起42可滑动地与下面将要描述的双向蹬踏装置段II的第二齿圈50的四条缝52连接。

为了与轮毂轴10对中地安装离合器40，需要包括固定环43、离合键44、离合环45、离合弹簧46等等在内的辅助部件。辅助部件的每一个的形状均可以根据对现在将要描述的组装过程的理解来想象。在组装离合器40的时候，将其圆周表面上具有两个孔的固定环43首先套在轮毂轴10上，从而与第一销轴孔13接触，将离合器40放在固定环43上。然后，使轮毂轴10的第一销轴孔13、固定环43的孔和离合器40的孔相互对应，再通过两个孔将离合键44插入。然后，将左侧具有一对卡爪的离合环45套在上述已经插入离合键44的组件上，这样利用离合环45的卡爪将离合键44固定。用离合弹簧46支承这种组装好的离合器部件的外侧，从而弹性地控制离合器40。用杠杆3控制离合器40，也就是说，在推杠杆3的时候，将离合器40的位置移动到右侧；在放开杠杆的时候离合器40返回初始位置。保持在左侧高速位置的离合器40将从双向蹬踏装置段II来的动力传递给变速段I，并且在被移动到中速和低速的右侧时不将动力传递给变速段I。

下面将参照图1，2和5A至8C描述双向蹬踏装置段II。双向蹬踏装置段II包括第二齿圈50，第二行星架60，棘轮70和第三行星架80，下面将按顺序描述。

双向蹬踏装置段II的第二齿圈50是一个由三个零件组合而成的组合件(见图2)，所述的三个零件分别如图5B所示。所述的零件被看作是一个部件，因为在转动的时候该组合件是整体转动的。

在左侧的圆周表面上所设有两个开口51，而在左侧的内部设有四条槽52。第二齿轮53设在中部的内壁上，第五棘齿54设在右侧的内壁上。第三棘爪55安装在左侧圆周表面上的两开口51中。

在具有上述形状的第二齿圈50中，第三棘爪55与第一齿圈30的第三棘齿32啮合，第四槽52可滑动地与离合器40的四个凸起42连接。第二齿轮53与下面将描述的第二行星架60的许多双阶行星轮63啮合，第五棘齿54与下面将描述的第三行星架80的第五棘爪85啮合。

双向蹬踏装置段II的第二行星架60的形状与图1，2，6A和6B所示的中空圆柱体一样。在左侧圆周表面上设有一个螺纹孔61，在左侧内部设有第二花键槽62。在第二行星架60的圆周表面上设有四个孔，在各个相应的孔中由相应的行星齿轮轴64可转动地固定双阶行星齿轮63。具有上述形状的第二行星架60与轮毂轴10的第二花键14相连，将一根螺栓(未表示)插入螺纹孔60中，以便防止第二行星架60从轮毂轴10上滑脱，从而使第二行星架60与轮毂轴10连成一体。

如图2所示，双阶行星轮63的每一个小齿轮均与第二太阳轮71相啮合，而每一个大行星轮则与第二齿圈50的第二齿轮53连接。第二行星架60本身并不转动，但是只有在双阶行星轮63转动的时候，才将动力的作用方向从逆时针转换到顺时针的方向。

将双阶行星轮63设计成可以由具有不同直径比的齿轮对的其他双阶行星轮来代替，这样包括双阶行星轮63的双向蹬踏装置段II也可以用作变速装置。

双向蹬踏装置段II的棘轮70是一个组合件(如图2所示)，该组合件由两个如图7所示的零件构成。第二太阳轮71位于棘轮70的左侧，第四棘齿72设置于棘轮70的右侧的内壁上。

棘轮70的第二太阳轮71与第二行星架60的双阶行星轮63啮合，第四棘齿72与第三行星架80的第四棘爪84啮合。与圆周部件啮合的棘轮70可旋转地围绕轮毂轴10固定并且仅接收逆时针的动力，以便将所接收的动力传递给第二行星架60。这样，棘轮70仅沿逆时针方向转动。

最后，双向蹬踏装置段II的第三行星架80具有一个如图1，2，8A和8B所示的中空圆柱体形状。

在第三行星架80的圆周表面上切出两道槽81，在槽81中用棘爪轴86可转动地连接第四和第五棘爪84，85。第四和第五棘爪84和85具有三角形的形状，其两端被切去(如图10所示)，并且利用棘爪弹簧87(图1)将其相互对角地连接。在第三行星架80的内壁上与第三行星架80的轴线平行地设置四道槽83。在具有上述形状的第三行星架80中，第四棘爪84与棘轮70的第四棘齿72相啮合，第五棘爪85则与第二齿圈50的第五棘齿54相啮合。将设在第三行星架80的内壁上的槽83放在驱动轮90的每一个榫舌91上。槽83的宽度比榫舌91(图10)的宽度宽两倍或更多。与圆周部件相连接的第三行星架80用作一个动力分配器，并使用第五棘爪85和第五棘齿54将从主动轮90接收的顺时针动力传递给棘轮70，而使用第四棘爪84和第四棘齿72将从主动轮90来的逆时针动力传递给棘轮70。

下面将参照附图1，2，9A至9C描述动力变换装置的主动轮90。具有中空圆柱形的主动轮90的左侧外部具有四个榫舌91，在其左侧的圆周表面上设有两个孔92，销轴98穿过这些孔，在其右侧的圆周表面上设有开口93。被动链轮94与开口93紧固连接。

在具有上述形状的主动轮90中，将榫舌91设置于第三行星架80的第四棘爪84和第五棘爪85之后。这样，根据被动链轮94的旋转方向有选择地将动力传递给双向蹬踏装置段II。

另一方面，如图1和2所示，用于保持第二键96的键保持器95位于主动轮90的左侧之后，中部带螺纹的第二键96与销轴杆4的一个端部螺纹连接。键保持器95外侧左端逐渐变尖，以便控制销98上下运动从而可滑动地插入主动轮90的孔92中。也就是说，当拉销轴杆4的时候，键保持器95向右移动，将销98抬起。同时，在释放销轴杆40的时候，键保持器95返回原位，这样也使销98返回其初始位置。

最后，动力变换装置的轮毂壳体100为中空圆柱形，其上设有如图1和2所示的多阶台阶。在轮毂壳体100的左侧和中部分别设有第一和第二棘齿101和102。轮毂壳体100从第一齿圈30(中或高速)或第一行星架(低速)取得动力并以此驱动自行车的后轮。轮毂壳体100还可以作为一个壳体用以保护本发明的动力保护装置的部件。轮毂壳体100的右侧由盖103封闭。

如图1和2所示，序号6表示螺母，这些螺母用于将本发明的动力保护装置紧紧地连接于轮毂轴10上，序号7表示使本发明动力保护装置平滑转动的轴承。

下面将描述具有上述结构的、根据本发明的动力保护装置的工作过程。

本发明的动力保护装置控制动力的转动方向以及动力的输入和输出比，这样将根据顺时针和逆时针传递动力来对其分别予以描述。

首先，将描述沿着顺时针施加动力的情况。即驱动链轮94按顺时针方向转动时的情况，与被动链轮94为一体的主动轮90与被动链轮94一起顺时针旋转。如图10A所示，主动轮90的榫舌91抬起第三行星架80的第四棘爪84(以虚线表示)。结果，第四棘爪84从棘轮70的第四棘齿72上松开，同时没有被抬起的第三行星架80的第五棘爪85(图中以实线表示)由于棘爪弹簧87的弹性作用而与第二齿圈50的第五棘齿54啮合(参见图1)。因此，主动轮90、第三行星架80和第二齿圈50整体地顺时针转动。

顺时针作用的动力方向不变地传递到第二齿圈50，然后传递到变速段I，从而将转速变为第一、第二或第三档。

下面将参照附图11描述利用变速段I将转速转换成第一档的过程。作为使转速为第一档的初始条件，通过拉杠杆3用离合器40的第三花键41使第一齿圈30的第二棘爪33的一端抬起，从而将第二棘爪33与轮毂壳体100的第二棘齿102上脱开。

在将杠杆3的一端拉出的时候，由一根定心于固定在轮毂轴10上的固定销8上的杠杆将杠杆3的另一端推起，这样如图11所示，离合器40向右移动。与杠杆3的另一端接触的离合键44、固定环43和离合圈45一起被推开，从而使离合圈40向右移动。

在转速为第一档的时候，动力按照图11所示的顺序被传递到第二齿圈50、第一齿圈30、第一行星架20和轮毂壳体100。在将动力从第一齿圈30传递到第一行星架20的行星轮22的时候，转速降低。速度降低的比率取决于齿数比，其原理与普通的速度变化装置相同。

下面将根据图12描述利用变速段I将速度变到第二档的转速变化过程。作为获得第二档转速的初始条件，要将杠杆3拉开一半从而使离合圈40的第一齿圈41位于第二棘爪33的附近。这样，从第二齿圈50来的动力仅被传递给第一齿圈30，而不会传递到第一行星架20。同时，由于离合圈40没有到达第二棘爪33。第一齿圈30第二棘爪33便与轮毂壳体100的第二棘齿102啮合。

在第二档转速上，将动力按顺序如图12所示传递给第二齿圈50、第一齿圈30和轮毂壳体100。当动力从第一齿圈30来然后再传递给轮毂壳体100的时候，由于齿数比相同所以动力和传递速度是一样的。即使是与第一齿圈30啮合的第一行星架20与第一齿圈30一起转动，也不会将动力传递给轮毂壳体100，因为第一行星架20是以减速转动的。下面将参照图13描述由变速段I将转速转变为第三档的过程。作为获得第三档转速的初始条件，离合离合器40的第三花键41应该与第一行星架20的第三花键槽24啮合，而杠杆3保持在初始状态不动。

在第三档转速中，按照图13所示的顺序，将动力传递给第二齿圈50，离合器40，第一行星架20，第一齿圈30和轮毂壳体100。从第二齿圈50来的动力通过跳过第一齿圈30的离合器40直接传递给第一行星架20，因为在将动力从第一行星架20传递到第一齿圈30上的时候，转速降低。也就是说，由于第一齿圈30转的比第二齿圈50快，所以第三棘爪55不与第三棘齿32啮合。

其次，描述当沿着逆时针的方向将动力传输给该动力变换装置的时候，将动力传输给双向蹬踏装置段II的过程。在这种情况下，被动链轮94逆时针转动，与被动链轮94制成一体的主动轮90也随着被动链轮94一起逆时针转动。如图10B所示，主动轮90的榫舌91将第三行星架80的第五棘爪85(图中以实线表示)抬起。结果，第五棘爪85从第二齿圈50的第五棘齿54上松开，同时没有抬起的第三行星架80的第四棘爪84(以虚线表示)在棘爪弹簧87(见图1)的弹性力的作用下与棘轮70的第四棘齿72啮合。这样，主动轮90，第三行星架80和棘轮70一起逆时针转动。

在不改变方向的情况下从主动轮90来的逆时针动力到达棘轮70，棘轮70将动力传递给第二行星架60的双阶行星轮的小齿轮上。这里，双阶行星轮63将动力的方向转变为顺时针绕其自身轴线转动，这样，通过双阶行星轮63的大齿轮将动力传递到第二齿圈50。因此，逆时针施加在主动轮90上的动力的转动方向经棘爪70和第二行星架60改变为顺时针，从而使第二齿圈50顺时针转动。在将动力传递到双向蹬踏装置上之后再将动力传递到变速段I上的过程与将动力顺时针施加于主动轮90上的过程是一样的。

在用于根据本发明的动力变换装置的双阶行星轮63中，控制形成双阶行星轮63的每一对齿轮的直径比，从而保持从第二行星架60至第二齿圈50的动力传输速度恒定。但是，如果需要的话，双阶行星轮63的大小齿轮的直径比是可以变化的，由此增加或减少双向蹬踏装置段II中的速度比。由此，在变速段I中结合三档的速度变化就可以将转速变化为各种转速。

第三，参考图10C描述在主动轮90空转的时候动力变换装置的动力传输过程。

只有在逆时针传输动力的时候才可以使主动轮90空转，并且在顺时针施加动力的时候象上述那样传输动力。作为主动轮90空转的传输条件，将销轴杆4拉起，使销轴98(见图1和2)从孔92上升起，孔92设在主动轮90的左侧的圆周表面上。

这种状态表示在图10C中，除去第四棘爪84也由销轴98抬起之外，图10C与图10B相同。这种状态意味着，第五棘爪84和第三行星架80分别从第四和第五棘齿72和54上分开。这样，主动轮90的动力就不能传递到双向蹬踏装置II，从而使主动轮90空转。

另外，如图1所示，将用于保持第三行星架80的圈88插在第三行星架80和棘轮70之间，以此防止第三行星架80在主动轮90顺时针转动的时候跟着转动。

如上所述，根据本发明的自行车动力变换装置能够通过杠杆自由地变换所施加的动力的速度和方向。

该装置与普通自行车的部件具有很好的互换性，这样就可以将本发明的装置很容易地连接于普通的自行车上。本装置还可以在如何时候，即不管动力施加的方向均驱动自行车向前移动，还可以在需要的时候在象普通自行车一样地向后蹬踏脚踏板的时候形成空转。另外，所施加的动力速度也可以分三档变化。通过局部地变换本装置中的部件可以将三档变成三档或更多的档。

当一位骑行者骑着装有根据本发明的装置的自行车的时候，其腿部的肌肉可以得到均匀的锻炼，同时其施加于脚踏板上的动力可以得到充分的利用。本装置是一个多用途附属装置，在该装置中包括本装置的所有部件，这种多用途附属装置可以提供很高的安全性并且制造方便。另外，由于提高了部件的精度，所以改善了部件的精度、转动效率、抗磨度和操作的可靠性。

Claims

1.一种自行车轮毂的动力变换装置，所述轮毂包括一个装有许多行星轮的变速段，该装置包括

一根轮毂轴，用于支承所有作为所述的动力变换装置的中心轴的部件，该轮毂轴具有与变速装置连接的一端，与连接装置连接的中部和另一个与双向蹬踏装置连接的另一端；

变速装置，用于将从连接装置和双向蹬踏装置来的动力变成多档并将所得到的动力传递给轮毂壳体；

连接装置，用于接收从双向蹬踏装置来的动力并将所接收的动力传递给所述的变速装置；

双向蹬踏装置，用于将从输入装置来的顺时针和逆时针施加的动力改变为顺时针方向，以便将方向变化的动力传递给所述的变速装置，并根据情况切断从输入装置来的逆时针的动力；

输入装置，用于将一对脚踏板所产生的动力传递给所述的双向蹬踏装置；和

围绕着所述的轮毂轴设置的轮毂壳体，用于作为一个壳体保护所述的变速装置，所述的连接装置和所述的双向蹬踏装置，同时通过从所述的变速装置接收动力来驱动自行车。

2.如权利要求1所述的动力变换装置，其特征在于，所述的轮毂轴为均匀多阶的中空圆柱体形状，在所述的轮毂轴上从左至右设有一个螺纹部分，第一花键，第一太阳轮，第一销轴孔，第二花键和第二销轴孔和另一个螺纹部分。

3.如权利要求1所述的动力变换装置，其特征在于，所述的变速装置包括：

第一太阳轮，不可转动地整体地设在所述的轮毂轴的左端上；

第一行星架具有中空圆柱体的形状，并且在其左侧的外圆周表面上有至少一个或更多的开口，在这些开口中设有与其数量相同的第一棘爪，在圆周上设有一个或多个孔，在这些孔中可转动地与确定行星轮的每一根轴的中心的轮毂轴的方向相同地设有与所述的孔数量相同的行星轮，在右侧的内部设有第三花键槽，第一棘爪与所述的轮毂轴的对应棘齿啮合，行星轮的内侧与所述的第一太阳轮啮合，第三花键槽与所述的连接装置的第三花键啮合；和

第一齿圈为中空圆柱体形状，并且在其左侧内壁上具有第一齿轮，在其圆周上设有至少一个或多个孔，在这些孔中用弹簧弹性地安装由第二棘爪，在右侧内壁上设有第三棘齿，其中第一齿轮与行星轮的外侧啮合，第二棘爪的外侧与所述的轮毂壳体啮合，第二棘爪的内侧与所述的连接装置啮合，第三棘齿与第二齿圈的第三棘爪啮合。

4.如权利要求3所述的动力变换装置，其特征在于，所述的第一行星架的行星轮的数量为四个。

5.如权利要求3所述的动力变换装置，其特征在于，所述的第一齿圈的第二棘爪为飞去来器形。

6.如权利要求1所述的动力变换装置，其特征在于，所述的具有中空圆柱体形状的连接装置由一个离合器构成，该离合器具有第三花键，该花键左侧外部具有许多倾斜的榫舌，在其圆周上设有两个孔，在右侧的外部设有四个凸起，其中第三花键与所述的第一行星架的第三花键槽啮合，四个凸起可滑动地与第二齿圈的槽连接。

7.如权利要求6所述的动力变换装置，其特征在于，所述的变速装置改变转速，同时由一根安装在所述的轮毂轴中的杠杆来控制所述的离合器的位置。

8.如权利要求1所述的动力变换装置，其特征在于，所述的双向蹬踏装置包括：

第二齿圈，其左侧圆周上具有至少一个或多个开口，第三棘爪插入其中，在其左侧内壁具有至少一条或多条槽缝，一个设在中部内壁上的第二齿轮和一个设在右侧内壁上的第五棘齿，其中第三棘爪与第三棘齿啮合，槽可滑动地与所述离合器的凸起连接，第二齿轮与许多双阶行星轮啮合，第五棘齿与第五棘爪啮合；

第二行星架为中空圆柱体形，其左侧圆周上具有一个螺纹孔，在左侧内部设有第二花键槽，在圆周上有至少一个或多个孔，由每一根相应的行星轮的轴将双阶行星轮可转动地固定于这些孔中，所述的第二行星架与所述的轮毂轴第二花键连接，并由插入螺纹孔中的螺栓将其与所述的轮毂轴连成一体，双阶行星轮的小齿轮与第二太阳轮啮合，其大齿轮与第二齿轮啮合；

一个多阶中空圆柱体形状的棘轮，在其左侧具有第二太阳轮，在右侧的内壁上设有第四棘齿，其中所述棘轮围绕着所述的轮毂轴可转动地固定，从而使第四棘齿与所述的第三行星架的第四棘爪啮合；和

一个中空圆柱体形状的第三行星架，其圆周上具有两道槽，由棘爪轴将第四和第五棘爪可转动地连接与该槽中，在内壁上设有至少一个或多个槽，其中第四棘爪与第四棘齿啮合，第五棘爪与第五棘齿啮合，内壁上的槽位于主动轮的各个榫舌之上。

9.如权利要求1所述的动力变换装置，其特征在于，所述的中空圆柱体形状的输入装置包括一个主动轮，该轮左侧外部上具有与所述的第三行星架内壁上槽数量相同的榫舌，在左侧的圆周上有销轴穿过的孔，以及右侧圆周上的开口，被动链轮与这些开口紧密连接，其中榫舌位于第四棘爪和所述的第三行星架的第五棘爪之下。

10.如权利要求9所述的动力变换装置，其特征在于，在所述的主动轮中插入一根销轴，用于向上推第四棘爪。

11.如权利要求10所述的动力变换装置，其特征在于，由销轴杠杆控制销轴的上下移动。

12.如权利要求1所述的动力变换装置，其特征在于，所述的多阶中空圆柱体形状的轮毂壳体的左侧内壁上具有第一棘轮，中部具有第二棘齿，其中第一棘齿与第一棘爪啮合，第二棘齿与第二棘爪啮合。