一种手自一体内变速花鼓及自行车的制作方法

1.本发明属于内变速器技术领域，特别涉及一种手自一体内变速花鼓及自行车。


背景技术：

2.花鼓是自行车配件之一，花鼓通过辐条编织在自行车后轮的轮圈上，主要起支承车辆的作用。
3.在传统的自行车外变速系统中，主要包括前拨链器、前链轮、链条、后拨链器和飞轮，骑行者可通过操作前拨链器拨动链条，使链条挂在前链轮不同齿数的盘片上，或者操作后拨链器拨动链条，使链条挂在飞轮的不同齿轮的盘片上。传统的外变速系统花鼓是不具有变速功能的，飞轮安装在花鼓的外部，容易受雨水、灰尘、油垢的干扰，需要经常维护。
4.随着技术的发展，市面上的内变速花鼓也逐渐增多，内变速花鼓由于是封闭式的结构，基本是不受外界的雨水、灰尘、油垢影响，具有故障率小、免维护的特点。内变速花鼓又分为自动内变速花鼓和手动内变速花鼓，然而自动内变速花鼓换挡具有一定的滞后性，会影响骑行者的骑行感受；手动内变速花鼓通常采用拉线的方式，换挡手感差不灵活。目前尚未出现一种具有手自一体的内变速花鼓。
5.因此，现有技术有待改进和发展。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供了一种手自一体内变速花鼓及自行车，具有手动变速和自动变速两种方式，换挡手感更好，挡位切换更精准，长时间运行不需要人工维护。
7.为解决上述技术问题，本技术提供的一种手自一体内变速花鼓，包括芯轴、传动机构、驱动机构、操纵机构、输入件和输出件，所述芯轴固定于车架，所述驱动机构、所述操纵机构和所述传动机构依次连接且均安装在所述芯轴上；
8.所述输入件与所述传动机构固定连接，用于将扭矩输入至传动机构；
9.所述输出件与所述传动机构连接，用于将扭矩输出至车轮；
10.所述传动机构具有至少一个传动比；
11.所述驱动机构通过手动和/或自动的方式驱动所述操纵机构转动到特定角度，改变所述传动机构中各部件的传动关系，实现所述传动机构变更传动比。
12.进一步地，所述驱动机构为电力驱动。
13.进一步地，所述驱动机构与所述操纵机构之间连接有缓冲结构。
14.进一步地，所述缓冲结构包括换挡保护件和弹性元件，所述弹性元件的一端连接换挡保护件，所述弹性元件的另一端连接所述操纵机构。
15.进一步地，所述驱动机构包括驱动装置、输出齿轮和换挡执行齿轮，所述驱动装置的输出轴与所述输出齿轮连接，所述输出齿轮与所述换挡执行齿轮啮合，换挡执行齿轮与所述操纵机构连接。
16.进一步地，所述驱动机构设置有挡位反馈模块。
17.进一步地，所述挡位反馈模块包括多个成排设置的第一霍尔元件，所述第一霍尔元件感应安装在所述驱动机构的换挡执行齿轮的第一磁铁安装槽的磁铁的磁场强度以获取脉冲信号，判断驱动机构的驱动装置转动到的挡位。
18.进一步地，所述挡位反馈模块还包括多个成排设置的第二霍尔元件，所述第二霍尔元件感应安装在所述驱动机构的换挡保护件的第二磁铁安装槽的磁铁的磁场强度以获取脉冲信号，判断内变速花鼓当前的挡位。
19.进一步地，所述驱动机构设置有转速反馈模块。
20.进一步地，所述转速反馈模块包括第三霍尔元件，所述第三霍尔元件感应安装在与输出件连接的端盖的第三磁铁安装槽的磁铁的磁场强度以获取脉冲信号，计算出内变速花鼓的转速。
21.进一步地，所述驱动机构还包括控制盒和与控制盒连接的密封盖，所述控制盒安装有驱动装置和电路板，所述电路板设置有挡位反馈模块、转速反馈模块和控制器，所述驱动装置、挡位反馈模块和转速反馈模块分别与控制器电连接。
22.进一步地，所述操纵机构设置有棘爪座和操纵装置，所述棘爪座套接在所述芯轴上，所述棘爪座铰接有棘爪，所述操纵装置设置有开口槽，所述开口槽用于控制棘爪张开或收起以改变所述传动机构中各部件的传动关系。
23.进一步地，所述开口槽设置有多个。
24.进一步地，所述开口槽设置在相邻两个挡位角度之间。
25.进一步地，所述开口槽设置有控制面，通过控制面控制棘爪张开或收起。
26.进一步地，所述控制面包括第一控制面和第二控制面，所述第一控制面为圆弧面，所述第一控制面用于控制棘爪收起，所述第二控制面为斜面，所述第二控制面用于控制棘爪张开。
27.进一步地，所述操纵机构与所述传动机构承插连接。
28.进一步地，所述操纵机构设置有第三连接部，所述驱动机构设置有第二连接部，所述操纵机构通过所述第三连接部与所述传动机构的所述第二连接部承插连接。
29.进一步地，所述操纵机构包括第一操纵装置、第二操纵装置、第三操纵装置，所述第一操纵装置包括第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部通过连接杆连接，所述第一操纵装置、所述第二操纵装置、所述第三操纵装置分别套装在所述连接杆上。
30.进一步地，所述传动机构设置有至少两级行星齿轮机构和至少一组离合结构，所述驱动机构通过手动和/或自动的方式改变所述行星齿轮机构的传动关系，使扭矩经过行星齿轮机构变速后并经过离合结构选择性地输出至所述输出件。
31.进一步地，所述行星齿轮机构设置有两级，分别为第一级行星齿轮机构和第二级行星齿轮机构，两级所述行星齿轮机构串联传动。
32.进一步地，所述第一级行星齿轮机构包括第一太阳齿轮、第二太阳齿轮、第一双联行星齿轮、第一传动件和第二传动件，所述第一双联行星齿轮可转动地连接至所述第一传动件，所述第二传动件具有第一轮齿，所述第一双联行星齿轮具有第七轮齿和第八轮齿，所述第一太阳齿轮具有第三轮齿，所述第二太阳齿轮具有第四轮齿，第一太阳齿轮的第三轮齿与第一双联行星齿轮的第七轮齿外啮合，第二太阳齿轮的第四轮齿与第一双联行星齿轮的第八轮齿外啮合，第二传动件的第一轮齿与第一双联行星齿轮的第八轮齿内啮合。
33.进一步地，所述第一传动件和所述第二传动件之间设置有第一离合结构。
34.进一步地，所述第二级行星齿轮机构包括第三太阳齿轮、第四太阳齿轮、第二双联行星齿轮、第二传动件和第三传动件，所述第二双联行星齿轮可转动地连接至所述第二传动件，所述第三传动件具有第二轮齿，所述第二双联行星齿轮具有第九轮齿和第十轮齿，所述第三太阳齿轮具有第五轮齿，所述第四太阳齿轮具有第六轮齿，所述第三太阳齿轮的第五轮齿与所述第二双联行星齿轮的第九轮齿外啮合，第四太阳齿轮的第六轮齿与第二双联行星齿轮的第十轮齿外啮合，第三传动件的第二轮齿与第二双联行星齿轮的第十轮齿内啮合。
35.进一步地，所述第二传动件和所述第三传动件之间设置有第二离合结构。
36.进一步地，还包括轴套，所述轴套与所述输出件连接，所述轴套和所述第三传动件之间设置有第三离合结构。
37.进一步地，所述第三离合结构和所述第二离合结构处于垂直于所述芯轴的轴线的同一平面。
38.进一步地，所述轴套的外周面设置有防滑槽。
39.本技术还提供了一种自行车，包括上述的一种手自一体内变速花鼓。
40.由上可知，本发明的手自一体内变速花鼓，具有手动变速和自动变速两种方式，在手动变速模式下，在骑行者既可以根据实际路况自由变更挡位，提高骑行的灵活性。在自动变速模式下按照程序自动变更挡位，提高骑行的舒适性。换挡的方式是通过电力驱动操纵机构实现的，相较于传统的拉线换挡，电力驱动换挡方式不存在换挡阻力，手感更好，挡位切换更精准，长时间运行不需要人工维护。
41.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
42.图1为本发明安装有手自一体内变速花鼓的自行车的结构示意图。
43.图2为本发明手自一体内变速花鼓的使用状态立体图。
44.图3为本发明手自一体内变速花鼓的立体图。
45.图4为本发明手自一体内变速花鼓的主视图。
46.图5为本发明手自一体内变速花鼓的右视图。
47.图6为图5沿a-a线的剖视图。
48.图7为驱动机构的立体图。
49.图8为驱动机构另一个角度的立体图。
50.图9为驱动机构的爆炸图。
51.图10为图9中b处的局部放大视图。
52.图11为驱动机构另一个角度的爆炸图。
53.图12为换挡执行齿轮的立体图。
54.图13为换挡执行齿轮另一个角度的立体图。
55.图14为换挡保护件的立体图。
56.图15为换挡保护件另一个角度的立体图。
57.图16为操纵机构的立体图。
58.图17为操纵机构的主视图。
59.图18为操纵装置的立体图。
60.图19为操纵装置的主视图。
61.图20为图19沿c-c线的剖面图。
62.图21为图19沿d-d线的剖面图。
63.图22为图19沿e-e线的剖面图。
64.图23为图19沿f-f线的剖面图。
65.图24为第二棘爪座的立体图。
66.图25为第二棘爪座另一个角度的立体图。
67.图26为第三棘爪的立体图。
68.图27为第三棘爪另一个角度的立体图。
69.图28为第三棘爪两种状态的结构示意图。
70.图29为第三棘爪与第三太阳齿轮联动的结构示意图。
71.图30为传动机构的立体图。
72.图31为传动机构的爆炸图。
73.图32为传动机构的纵剖视图。
74.图33为图32中g处的局部放大视图。
75.图34为图32中h处的局部放大视图。
76.图35为第一传动件的立体图。
77.图36为第一传动件另一个角度的立体图。
78.图37为第二传动件的立体图。
79.图38为第二传动件另一个角度的立体图。
80.图39为第三传动件的立体图。
81.图40为第一离合结构的结构示意图。
82.图41为第一离合结构两种状态的结构示意图。
83.图42为本发明手自一体内变速花鼓的一档的动力传递路线。
84.图43为本发明手自一体内变速花鼓的二档的动力传递路线。
85.图44为本发明手自一体内变速花鼓的三档的动力传递路线。
86.图45为本发明手自一体内变速花鼓的四档的动力传递路线。
87.图46为本发明手自一体内变速花鼓的五档的动力传递路线。
88.图47为本发明手自一体内变速花鼓的六档的动力传递路线。
89.标号说明：
90.1、输出件；2、端盖；21、第三磁铁安装槽；3、输入件；
91.4、芯轴；41、限位面；
92.5、传动机构；501、第一传动件；5011、输入件安装槽；5012、第一安装槽；5013、第一安装孔；5014、第一离合结构；50141、保持架；50142、滚子限位槽；50143、滚子；50144、工作面；502、第二传动件；5021、第一轮齿；5022、第二安装槽；5023、第二安装孔；5024、第二离合
结构；503、第三传动件；5031、第二轮齿；5032、第三离合结构；504、第一太阳齿轮；5041、第三轮齿；505、第二太阳齿轮；5051、第四轮齿；506、第三太阳齿轮；5061、第五轮齿；5062、锁止槽；507、第四太阳齿轮；5071、第六轮齿；508、第一双联行星齿轮；5081、第七轮齿；5082、第八轮齿；509、第二双联行星齿轮；5091、第九轮齿；5092、第十轮齿；510、轴套；511、第一销钉；512、第一垫片；513、第一太阳齿轮挡圈；514、第二太阳齿轮挡圈；515、第四太阳齿轮挡圈；516、第一销钉挡圈；517、第二垫片；518、第二销钉挡圈；519、第二销钉；
93.6、驱动机构；61、控制盒；611、驱动装置安装槽；612、电路板安装槽；613、通孔；614、过线孔；615、第一限位槽；62、密封盖；63、驱动装置；64、电路板；641、控制器；642、第一霍尔元件；643、第二霍尔元件；644、第三霍尔元件；65、输出齿轮；66、换挡执行齿轮；661、扇形齿轮主体；662、第一圆柱凸起；663、第三安装孔；664、第一挡块；665、第一磁铁安装槽；67、换挡保护件；671、环形主体；672、第一连接部；673、第二磁铁安装槽；674、第四安装孔；675、第二圆柱凸起；676、第二连接部；677、第二挡块；68、弹性元件；681、第一卡合端；682、第二卡合端；
94.7、操纵机构；71、第一操纵装置；711、第一端部；7111、第三连接部；712、连接杆；713、第二端部；7131、第一开口槽；7132、第二开口槽；72、第二操纵装置；721、第三开口槽；722、第四开口槽；73、第三操纵装置；731、第五开口槽；74、第四操纵装置；741、第六开口槽；7a、第一控制面；7b、第二控制面；75、第一棘爪座；76、第一棘爪；77、第二棘爪；78、第二棘爪座；781、第二限位槽；782、棘爪安装槽；783、卡簧槽；784、避让槽；79、第三棘爪；791、锁止部；792、控制部；7921、接触面；793、转轴部；710、第三棘爪座；719、第四棘爪；701、第一挡位角度；702、第二挡位角度；703、第三挡位角度；704、第四挡位角度；705、第五挡位角度；706、第六挡位角度；
95.8、控制模块；9、换挡操作模块。
具体实施方式
96.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
97.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
98.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术
人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
99.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
100.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
101.图1示出了本发明安装有手自一体内变速花鼓的自行车的结构示意图。如图所示，本手自一体内变速花鼓通过辐条编织在自行车后轮的轮圈上，内变速花鼓的芯轴4卡入自行车车架的后叉的安装槽内，芯轴4两端的螺纹分别通过两颗螺母紧固，使芯轴4与车架固定。内变速花鼓要实现手动或者自动的方式改变传动比，还需要搭配控制模块8以及换挡操作模块9进行控制。
102.在某些实施例中，控制器641、内变速花鼓以及换挡操作模块9由内置在控制模块8的电源供电。当然，供电方式还可以由安装在具有自发电功能的前花鼓进行供电，也可以由在本内变速花鼓的基础上额外增加自发电功能的后花鼓进行供电，除此之外，还可以由光伏板吸收太阳光转换成电能进行供电等等。
103.图2示出了本发明手自一体内变速花鼓的使用状态立体图。本手自一体内变速花鼓的右侧固定安装有输入件3，输入件3用于传递骑行者踩踏产生的扭矩。在链传动系统中，输入件3为飞轮，骑行者通过蹬踏带动曲柄，从而带动牙盘的转动，牙盘通过链条带动飞轮转动，进而带动输出件1转动，驱使后车轮前进；在皮带传动系统中，输入件3为后带轮，骑行者通过蹬踏带动曲柄，从而带动前带轮的转动，前带轮通过皮带带动后带轮转动，进而带动输出件1转动，驱使后车轮前进；在轴传动系统中，输入件3为锥齿轮，相应的，骑行者通过传动轴输出扭矩到锥齿轮，带动输出件1转动。
104.图3示出了本发明手自一体内变速花鼓的立体图，图4示出了本发明手自一体内变速花鼓的主视图，图5示出了本发明手自一体内变速花鼓的右视图，图6示出了图5沿a-a线的剖视图。内变速花鼓的左端为端盖2，右端为输出件1，端盖2与输出件1配合使内部具有一定密封性的空腔，空腔内设置有驱动机构6、操纵机构7和传动机构5。内变速花鼓的中心穿设由一根芯轴4，芯轴4上从左至右依次安装有驱动机构6、操纵机构7和传动机构5。芯轴4整体结构为阶梯光轴，芯轴4的两端的外周面加工有螺纹，用于与螺母紧固在车架的后叉上。芯轴4还加工有两个限位面41，两个限位面41均平行于芯轴4的轴线且两个限位面41相互平行，限位面41的作用是装配驱动机构6、操纵机构7，以及对驱动机构6、操纵机构7进行限位。操纵机构7套装在传动机构5的内部，传动机构5的外侧与输出件1连接以传递扭矩。
105.图7示出了驱动机构6的立体图，图8示出了驱动机构6的另一个角度的立体图。图9
示出了驱动机构6的爆炸图。图10示出了驱动机构6的另一个角度的爆炸图。本发明手自一体内变速花鼓的驱动机构6包括控制盒61、安装在控制盒61的开口处的密封盖62。控制盒61内的上方设置有驱动装置安装槽611，驱动装置安装槽611内安装有驱动装置63；控制盒61内的下方还设置有电路板安装槽612，电路板安装槽612内安装有电路板64。控制盒61的中心开设有贯穿的第一限位槽615，第一限位槽615的槽型与芯轴4的限位面41所在的纵剖面相适配，其作用是将控制盒61套装在芯轴4后不发生自转。为了便于电路板64的供电和传输控制信号，控制盒61还设置有过线孔614，过线孔614的位置在第一限位槽615的下方，线缆从控制盒61的外部穿过过线孔614与电路板64连接。控制盒61还设置有用于伸出驱动装置63的输出轴的通孔613。控制盒61内形成一定的密封结构，能够有效防止水分和灰尘浸入电路板64和驱动装置63，延长驱动装置63的使用寿命。
106.电路板64整体结构呈半圆形，电路板64设置有挡位反馈模块，挡位反馈模块用于获取驱动机构6的驱动装置63转动到的挡位以及内变速花鼓当前的挡位。具体的，电路板64的一面焊接有控制器641和第三霍尔元件644，另一面焊接有多个第一霍尔元件642和第二霍尔元件643，电路板64的焊接有控制器641和第三霍尔元件644的一面朝向密封盖62，电路板64的焊接有第一霍尔元件642和第二霍尔元件643的一面背向密封盖62。在本实施例中，本手自一体内变速花鼓设置有六档，因此第一霍尔元件642对应设置有六个，第二霍尔元件643对应设置有六个。如图9所示，第一霍尔元件642和第二霍尔元件643共设置有两排，每排的六个霍尔元件均等间距排列，两排的每一列霍尔元件均位于电路板64的半径上。其中，靠内侧一排为第一霍尔元件642，第一霍尔元件642对应感应安装在第一磁铁安装槽665的磁铁(未画出)，靠外侧一排为第二霍尔元件643，第二霍尔元件643对应感应安装在第二磁铁安装槽673的磁铁(未画出)。第一磁铁安装槽665的磁铁绕轴旋转扫过第一霍尔元件642时，第二磁铁安装槽673的磁铁绕轴旋转扫过第二霍尔元件643时，第一霍尔元件642和第二霍尔元件643感应磁场强度变化产生一个响应的脉冲，因此可通过获取该脉冲信号来判断转动到哪个挡位。需要说明的是，第一霍尔元件642获取的脉冲信号是判断驱动机构6的驱动装置63转动到的挡位，而第二霍尔元件643获取的脉冲信号是判断内变速花鼓当前的挡位。
107.如图9所示，位于电路板64最左侧的第一霍尔元件642对应的位置为第一挡位，按照逆时针方向依次为第二挡位、第三挡位、第四挡位、第五挡位和第六挡位，位于电路板64最右侧的第一霍尔元件642对应的位置为第六挡位。
108.为了获取内变速花鼓的转速，用于自动控制内变速花鼓换挡，驱动机构6设置有转速反馈模块，转速反馈模块包括第三霍尔元件644。第三霍尔元件644焊接在电路板64上，参见图5，端盖2在其侧面设置有第三磁铁安装槽21，第三磁铁安装槽21内安装的磁铁正好与第三霍尔元件644位置相对，内变速花鼓旋转过程中，控制器641通过检测单位时间第三霍尔元件644产生的脉冲数以获取转速，脉冲数越多意味着频率越高，内变速花鼓的转速越高，反之则转速越低。
109.在本实施例中，驱动装置63为带减速器的电机，为了减小驱动装置63的厚度，为操纵机构7和传动机构5预留出足够的空间，电机横卧安装在驱动装置安装槽611内，减速器具体为蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的输入轴和输出轴夹角呈90
°
，能够将电机的输出轴从垂直于控制盒61的轴线方向转换成平行于控制盒61的轴线方向。驱动装置63的输出轴穿过控制盒61的通孔613与输出齿轮65紧固，输出齿轮65与换挡执行齿轮66外啮合。
110.由于操纵机构7和传动机构5在换挡过程中可能存在卡滞的情况，如果卡滞后驱动机构6仍然工作，会导致驱动机构6损坏，出现操纵机构7的重复定位精度下降以及电机烧毁等情况，为了防止上述情况发生，通过设置有缓冲结构，在卡滞的时候保护驱动机构6。
111.在本实施例中，缓冲结构包括换挡保护件67和弹性元件68，增设缓冲结构后不仅能够获取换挡执行齿轮66的挡位信息，还能够获取换挡保护件67的挡位信息，控制器641通过对比两者的挡位信息，当挡位信息同步时表示上一次换挡正常，正常执行下一次换挡，当挡位信息不一致时表示出现卡滞现象，则控制器641需要调用特定程序控制驱动装置63以消除卡滞现象，再执行下一次换挡。
112.图12示出了换挡执行齿轮66的立体图，图13示出了换挡执行齿轮66另一个角度的的立体图。换挡执行齿轮66具有角度大于180
°
的扇形齿轮主体661，扇形齿轮主体661的中心设置有第一圆柱凸起662，以及形成在第一圆柱凸起662的第三安装孔663，第三安装孔663用于安装轴承，起到支承换挡执行齿轮66的作用，使换挡执行齿轮66能够绕自身轴线转动。换挡执行齿轮66的一面设置有凸起的第一挡块664，第一挡块664凸起的方向与第一圆柱凸起662的凸起方向相同。在扇形齿轮主体661的下端设置有第一磁铁安装槽665，第一磁铁安装槽665内安装有磁铁。
113.图13示出了换挡保护件67的立体图，图14示出了换挡保护件67另一个角度的立体图。换挡保护件67具有环形主体671，环形主体671的下方设置有第一连接部672，第一连接部672的端部设置有第二磁铁安装槽673。环形主体671的中心设置有第二圆柱凸起675，以及形成在第二圆柱凸起675的第四安装孔674，第四安装孔674的开口处的另一面设置有第二连接部676，第二连接部676用于承插连接操纵机构7。第二连接部676具体为方型凸起，数量设置有两个。
114.第一连接部672的具体形状为向外伸出的形状如“l”型的摆臂。需要注意的是，环形主体671和第一连接部672不在同一个平面，第一连接部672的整体位置高出的端面一段距离，其目的是，换挡执行齿轮66与换挡保护件67装配过程中，换挡执行齿轮66的第一圆柱凸起662套装到换挡保护件67的第四安装孔674内，由于扇形齿轮主体661具有一定厚度，第一连接部672的整体位置高出环形主体671的端面一段距离正是为了抵消扇形齿轮主体661的厚度，这样能够将第一磁铁安装槽665和第二磁铁安装槽673处于同一平面，有利于电路板64的第一霍尔元件642识别磁场强度变化信号。
115.环形主体671还设置有凸起的第二挡块677，第二挡块677凸起的方向与第二圆柱凸起675的凸起方向相同，第一挡块664和第二挡块677均是条状的弧形凸起，其中，第二挡块677的长度稍小于第一挡块664的长度。换挡执行齿轮66与换挡保护件67装配好后，如图9和图10所示，第二圆柱凸起675的外周面套装有弹性元件68，弹性元件68具有第一卡合端681和第二卡合端682，第一卡合端681和第二卡合端682分别与第一挡块664的两个侧面相抵。此时第二挡块677正好位于第一挡块664的下方，由于第二挡块677的长度稍小于第一挡块664的长度，在正常状态下，弹性元件68的第一卡合端681和第二卡合端682并不会接触到第二挡块677的侧边。在本实施例中，弹性元件68为扭转弹簧。
116.当操纵机构7和传动机构5正常工作未出现卡滞时，驱动装置63转动带动输出齿轮65旋转，输出齿轮65与换挡执行齿轮66外啮合带动换挡执行齿轮66旋转，换挡执行齿轮66通过弹性元件68带动换挡保护件67同步转动；当操纵机构7和传动机构5出现卡滞时，此时
换挡保护件67会受到阻力阻止其转动，那么换挡执行齿轮66与换挡保护件67会产生周向的相对位移，换挡执行齿轮66的第一挡块664与换挡保护件67的第二挡块677相互错开，弹性元件68的第一卡合端681与第一挡块664的侧边依然保持相抵，而第二挡块677的侧边推开弹性元件68的第二卡合端682后，第二卡合端682解除与第一挡块664的侧边的相抵关系后转而与第二挡块677的侧边相抵，第一卡合端681到第二卡合端682张开的距离变大，弹性元件68处于蓄力状态。控制器641获取到的换挡执行齿轮66和换挡保护件67挡位信息不一致，表示出现卡滞现象，随后控制器641控制驱动装置63正转反转一定次数，消除操纵机构7和传动机构5的卡滞，弹性元件68恢复到初始状态。
117.通过设置弹性元件68连接换挡执行齿轮66与换挡保护件67，以柔性连接的方式替代刚性连接，这样能使卡滞状态下驱动装置63产生的扭矩会被弹性元件68吸收，起到缓冲的作用，不会造成零部件损坏，也不会造成驱动装置63烧毁，能有效延长驱动机构6的使用寿命。
118.图16示出了操纵机构7的立体图，图17示出了操纵机构7的主视图。操纵机构7包括操纵装置、棘爪和棘爪座，棘爪安装在棘爪座上，操纵装置设置有开口槽，通过驱动装置63驱动操纵装置旋转，控制棘爪有规律地收起和张开，
119.在本实施例中，为了实现多个挡位的控制以及便于装配，操纵装置设置有四个，如图18和图19所示，具体包括第一操纵装置71、第二操纵装置72、第三操纵装置73和第四操纵装置74，其中，第一操纵装置71包括设置在一端的第一端部711，以及设置在另一端的第二端部713，第一端部711和第二端部713通过连接杆712相连。第一操纵装置71的第一端部711、第四操纵装置74、第三操纵装置73、第二操纵装置72和第一操纵装置71的第二端部713从左至右依次设置，相邻两个操纵装置之间有预留有安装棘爪座和棘爪的空位。例如，第四操纵装置74与第三操纵装置73的空位安装有第三棘爪座710和第四棘爪719，第三操纵装置73与第二操纵装置72的空位安装有第二棘爪座78和第三棘爪79，第二操纵装置72与第一操纵装置71的第二端部713的空位安装有第一棘爪座75和第二棘爪77。
120.需要注意的是，上述的操纵装置仅是为了满足特定结构的传动机构5所采用的排布方式，以及为了方便加工操纵装置和装配，实际上并不限定操纵装置的具体数量和具体结构，比如第一操纵装置71的第一端部711可以和第四操纵装置74一体成型；又比如第一操纵装置71的第一端部711、第四操纵装置74和第三操纵装置73一体成型为一个整体结构，第二操纵装置72和第一操纵装置71的第二端部713一体成型为另一个整体结构，两个整体结构装配成完整的操纵装置；再比如，第二棘爪座78和第三棘爪座710可以一体成型为一个大的棘爪座，第一棘爪座75也可以拆分成两个小的棘爪座。依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
121.第一端部711设置有第三连接部7111，作用是便于与驱动装置63装配，第三连接部7111与上述的第二连接部676相适配，即第二连接部676为方型凸起，第三连接部7111为对应的方型凹槽，反之，第二连接部676也可以采用方型凹槽，第三连接部7111采用对应的方型凸起。
122.第四操纵装置74、第三操纵装置73、第二操纵装置72和第一操纵装置71的第二端部713均为环状结构，它们所有的外周面均设置有开口槽，开口槽用于驱动棘爪张开和收起。
123.图20示出了第一操纵装置71的第二端部713沿c-c线的剖面图，第二端部713在其外周面设置有两个开口槽，分别为第一开口槽7131和第二开口槽7132。第二端部713的内周面为第一控制面7a，第一开口槽7131和第二开口槽7132的侧壁为第二控制面7b，在本实施例中，第一控制面7a为圆弧面，第二控制面7b为斜面，第一控制面7a的圆弧面通过第二控制面7b的斜面过渡到第二端部713的外周面。设置第一控制面7a和第二控制面7b均是为了控制棘轮的张开和收起，具体内容在下文提及。
124.参见图21至图23，同样的，第二操纵装置72设置有第三开口槽721和第四开口槽722，第三操纵装置73设置有第五开口槽731，第四操纵装置74设置有第六开口槽741。
125.在图20中，假设有六条过第二端部713圆心的直线，第一条直线与水平线的夹角为α，相邻两条直线之间的夹角均为β，那么假设第一条直线为第一挡位角度701，第二条直线为第二挡位角度702，第三条直线为第三挡位角度703，第四条直线为第四挡位角度704，第五条直线为第五挡位角度705，第六条直线为第六挡位角度706。则有第一挡位角度701为α，第二挡位角度702为α+β，第三挡位角度703为α+2β，第四挡位角度704为α+3β，第五挡位角度705为α+4β，第六挡位角度706为α+5β。
126.上述的操纵装置的每个开口槽中，第一开口槽7131在第一挡位角度701到第二挡位角度702范围内，第三开口槽721在第二挡位角度702到第三挡位角度703范围内，第二开口槽7132在第三挡位角度703到第四挡位角度704范围内，第四开口槽722在第四挡位角度704到第六挡位角度706范围内，第五开口槽731在第五挡位角度705到第六挡位角度706范围内，第六开口槽741在第三挡位角度703到第五挡位角度705范围内。
127.通过控制操纵装置旋转到不同角度，从而控制不同的棘爪张开或收起，进而切换到不同挡位。具体如下，当操纵装置旋转到第一挡位角度701时候，所有的棘爪均处于收起状态；当操纵装置旋转到第二挡位角度702时候，第一棘爪76张开，其余的棘爪收起；当操纵装置旋转到第三挡位角度703时候，第二棘爪77张开，其余的棘爪收起；当操纵装置旋转到第四挡位角度704时候，第一棘爪76、第四棘爪719张开，其余的棘爪收起；当操纵装置旋转到第五挡位角度705时候，第二棘爪77、第四棘爪719张开，其余的棘爪收起；当操纵装置旋转到第六挡位角度706时候，第二棘爪77、第三棘爪79张开，其余的棘爪收起。
128.值得注意的是，第一开口槽7131、第二开口槽7132、第三开口槽721和第五开口槽731的开口程度相等，且小于角度β，约为角度β的三分之二；第四开口槽722和第六开口槽741实际上是两个开口槽合并在一块的，这两个开口槽的开口程度实际上是其余四个的开口槽的两倍。第一开口槽7131的右端恰好与第二挡位角度702重合，原因是当操纵装置旋转到第二挡位角度702后，第一开口槽7131控制的第一棘爪76必须完整张开，否则第一棘爪76与传动机构5的第一中心齿轮锁合不充分，会造成内变速花鼓异响、踏空、跳齿等现象。
129.上述的第一挡位角度701至第六挡位角度706均是与电路板64的每一列的第一霍尔元件642相对应。
130.图24示出了第二棘爪座78的立体图。图25示出了第二棘爪座78另一个角度的立体图。第二棘爪座78整体为柱体结构，第二棘爪座78的中心设置有第二限位槽781，跟第一限位槽615一样，第二限位槽781的槽型与芯轴4的限位面41所在的纵剖面相适配，其作用也是将第二棘爪座78套装在芯轴4后不发生自转。第二棘爪座78的上方设置有棘爪安装槽782，第三棘爪79安装在棘爪安装槽782内。第二棘爪座78的外周面还设置有卡簧槽783，卡簧槽
783所在的平面垂直于第二棘爪座78的轴线方向，卡簧槽783安装有卡簧(未画出)，卡簧在装配时卡簧保持收缩状态，因此具有向外张开的趋势，能够将张力作用在第三棘爪79上，使第三棘爪79保持向外张开，只有在受到特定方向的力才会向内收起。
131.第三棘爪79的结构如图26和图27所示，第三棘爪79具有锁止部791、控制部792以及转轴部793，转轴部793设置在锁止部791的底部，转轴部793呈半个圆柱体状，第二棘爪座78的棘爪安装槽782与转轴部793的形状相适应，转轴部793铰接在棘爪安装槽782内使第三棘爪79绕着转轴部793的轴线转动。第三棘爪79的锁止部791用于与传动机构5中的齿轮锁止或脱离。第三棘爪79的控制部792沿着锁止部791的厚度方向凸起，控制部792的其中一个侧面为接触面7921。图28示出了第三棘爪79两种状态的结构示意图。当操纵装置旋转到特定角度后，操纵装置的第一控制面7a与控制部792的接触面7921相互接触，第一控制面7a对控制部792的接触面7921施加朝着第二棘爪座78中心方向的压力，迫使第三棘爪79克服卡簧的张力向内收起；当操纵装置旋转到另外的特定角度后，操纵装置的第一控制面7a过渡到第二控制面7b(即开口槽的侧面)与控制部792的接触面7921相互接触，第二控制面7b向着第二棘爪座78中心的压力逐渐减小，第三棘爪79便逐渐向外张开。
132.为了使第三棘爪79收起后不与第二棘爪座78发生干涉，第二棘爪座78还设置有避让槽784。
133.图29示出了第三棘爪79与第三太阳齿轮506联动的结构示意图。第三太阳齿轮506由轴承支撑，其中心开设有锁止槽5062，锁止槽5062的槽型类似于花键槽，区别在于锁止槽5062的槽壁向外扩。锁止槽5062的槽壁与第三棘爪79的侧壁相对应，当第三棘爪79向内收起后，第三棘爪79的锁止部791不接触到锁止槽5062的槽壁，第三太阳齿轮506处于自由状态；当第三棘爪79向外张开后，第三棘爪79的锁止部791与锁止槽5062的槽壁相抵，第三太阳齿轮506处于锁止状态，即第三太阳齿轮506无法逆时针旋转。
134.同样的，第一太阳齿轮504、第二太阳齿轮505和第三太阳齿轮506均设置相同的锁止槽5062。
135.图30示出了传动机构5的立体图。图31示出了传动机构5的爆炸图。传动机构5包括至少两级行星齿轮机构和至少一组离合结构。在本实施例中，设置有两级行星齿轮机构，每组行星齿轮均包括太阳齿轮、行星架、齿圈和至少一个行星齿轮，传动机构5具体包括第一传动件501、第二传动件502、第三传动件503、第一太阳齿轮504、第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506、第四太阳齿轮507、第一双联行星齿轮508和第二双联行星齿轮509。其中，第一级行星齿轮机构包括第一太阳齿轮504、第二太阳齿轮505、第一双联行星齿轮508、第一传动件501和第二传动件502；第二级行星齿轮机构包括第三太阳齿轮506、第四太阳齿轮507、第二双联行星齿轮509、第二传动件502和第三传动件503。
136.图35示出了第一传动件501的立体图。图36示出了第一传动件501另一个角度的立体图。第一传动件501的整体结构为左端直径大、右端直径小的中空筒状结构，第一传动件501的右端的外周面设置有输入件安装槽5011，输入件3安装在输入件安装槽5011内与第一传动件501紧固，以传递扭转。第一传动件501左侧的中空筒状结构的内部用于安装第一太阳齿轮504和第二太阳齿轮505，第一太阳齿轮504和第二太阳齿轮505并排安装且左右两端分别用第一太阳齿轮挡圈513和第二太阳齿轮挡圈514限位。
137.第一传动件501的外周面开设有第一安装槽5012，第一安装槽5012的两个相对的
槽壁分别加工有两个第一安装孔5013，通过第一销钉511穿过第一双联行星齿轮508的中心孔、第一垫片512以及第一安装孔5013将第一双联行星齿轮508安装在第一安装槽5012内，第一销钉511通过两端的第一销钉挡圈516进行限位，零件之间的配合关系有：第一销钉511与第一安装孔5013过盈配合，第一双联行星齿轮508的中心孔、第一垫片512分别与第一销钉511过度配合或间隙配合，第一双联行星齿轮508能够绕自身的轴线转动。
138.如图32和图33所示，第一双联行星齿轮508具有第七轮齿5081和第八轮齿5082，第七轮齿5081位于第八轮齿5082的右侧，第一双联行星齿轮508的正下方安装有第一太阳齿轮504和第二太阳齿轮505，第一太阳齿轮504的第三轮齿5041与第一双联行星齿轮508的第七轮齿5081外啮合，第二太阳齿轮505的第四轮齿5051与第一双联行星齿轮508的第八轮齿5082外啮合。
139.在本实施例中，第一安装槽5012设置有四个，因此可以安装四个第一双联行星齿轮508，第一双联行星齿轮508的个数视传动机构5的实际工作状况以及载荷而定，通常载荷越大，第一双联行星齿轮508的个数越多。
140.图37示出了第二传动件502的立体图。图38示出了第二传动件502另一个角度的立体图。第二传动件502的整体结构为左端直径小、右端直径大的中空筒状结构，第二传动件502的右端开口处设置有第一轮齿5021，第一轮齿5021相当于行星齿轮机构的齿圈，第二传动件502的第一轮齿5021与第一双联行星齿轮508的第八轮齿5082内啮合。
141.第二传动件502左侧的中空筒状结构的内部用于安装第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507，第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507并排安装且左右两端用第四太阳齿轮挡圈515限位。
142.第二传动件502的外周面开设有第二安装槽5022，第二安装槽5022的两个槽壁分别加工有两个第二安装孔5023，通过将第二销钉519插入第二双联行星齿轮509的中心孔、第二垫片517以及第二安装孔5023将第二双联行星齿轮509安装在第二安装槽5022内，第二销钉519通过两端的第二销钉挡圈518进行限位，零件之间的配合关系有：第二销钉519与第二安装孔5023过盈配合，第二双联行星齿轮509的中心孔、第二垫片517分别与第二销钉519过度配合或间隙配合，第二双联行星齿轮509能够绕自身的轴线转动。
143.如图32和图34所示，第二双联行星齿轮509具有第九轮齿5091和第十轮齿5092，第九轮齿5091位于第十轮齿5092的右侧，第二双联行星齿轮509的正下方安装有第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507，第三太阳齿轮506的第五轮齿5061与第二双联行星齿轮509的第九轮齿5091外啮合，第四太阳齿轮507的第六轮齿5071与第二双联行星齿轮509的第十轮齿5092外啮合。
144.第一传动件501的最左端还设置有第一离合结构5014，第一离合结构5014的底面连接于第一传动件501的外周面，第一离合结构5014的顶面连接于第二传动件502的内周面。图40示出了第一离合机构的结构示意图，图41示出了第一离合结构5014两种状态的结构示意图。第一离合结构5014具体包括保持架50141、滚子50143以及实现离合功能的工作面50144，保持架50141的直径大于第一传动件501在剖切面处的外周面的直径，小于第二传动件502在剖切面处的内周面的直径，保持架50141为两层结构，保持架50141开设有多个滚子限位槽50142，滚子限位槽50142的槽宽略小于滚子50143的直径，滚子50143装配在滚子限位槽50142内，滚子50143只能够绕自身轴线转动。滚子50143可选用圆柱滚子50143、滚珠
等，在本实施例中选用圆柱滚子50143。
145.第一离合结构5014的工作面50144既可以设置在单独的零件再装配到第一传动件501，也可以直接设置在第一传动件501上，在本实施例中，第一离合结构5014的工作面50144直接设置在第一传动件501在剖切面处的外周面，工作面50144为首尾相连的多段弧面，左端的弧面高度低于右端的弧面高度，形成高低差，滚子50143的安装在保持架50141后，滚子50143可在其所在的工作面50144上滚动。滚子50143的直径大于工作面50144到第二传动件502在剖切面处的内周面的最小距离，因此滚子50143只能够在其所在的工作面50144滚动，不会越过工作面50144进入相邻的其他工作面。
146.当第一传动件501和第二传动件502同时逆时针转动且第一传动件501的转速高于第二传动件502的转速时，滚子50143运动到工作面50144的高点，使第一传动件501的外周面、滚子50143和第二传动件502的内周面结合，第一传动件501的扭矩可通过第一离合结构5014传递到第二传动件502。
147.当第一传动件501和第二传动件502同时逆时针转动且第一传动件501的转速低于第二传动件502的转速时，滚子50143运动到工作面50144的低点，滚子50143会与第二传动件502的外周面脱离，此时第一传动件501的扭矩不会通过滚子50143传动到第二传动件502上。
148.由于工作面50144的高点到低点的距离极小，仅有零点几毫米，因此每当第一传动件501的转速超过第二传动件502的转速，第一传动件501、滚子50143和第二传动件502结合时间极短，动力传递非常迅速，有效地缩短了挡位切换的踏空时间，使换挡过程变得更顺畅。
149.通过在第一传动件501和第二传动件502之间设置第一离合结构5014，可选择性从第一传动件501(行星架)和第二传动件502(齿圈)两者之间选择转速高的一个向外传递扭矩，达到改变传动比的效果。
150.图39示出了第三传动件503的立体图。第三传动件503的右端开口处设置有第二轮齿5031，第三传动件503的第二轮齿5031与第二双联行星齿轮509的第十轮齿5092内啮合，第三传动件503的左端设置有第三离合结构5032，第二传动件502的最左端还设置有第二离合结构5024，第二离合结构5024的底面连接于第二传动件502的外周面，第二离合结构5024的顶面连接于第三传动件503的内周面。第三离合结构5032的底面连接于第三传动件503的内周面，第三离合结构5032的顶面连接于轴套510的内周面。
151.为了使传动机构尽可能紧凑，第三离合结构5032和第二离合结构5024可以设置在处于垂直于芯轴4的轴线的同一平面。
152.需要说明的是，第一传动件501、第二传动件502、第三传动件503、轴套510通常采用钢材料制成，输出件1通常采用铝合金材料制成，第三离合结构5032不宜直接设置在第三传动件503与输出件1之间，因为滚子50143可能冲击输出件1的内周面产生压痕。在第三传动件503与输出件1之间设置钢材料的轴套510可避免上述现象发生，另外，为了轴套510与输出件1装配紧固，轴套510的外周面设置有防滑槽，防滑槽大大增加了表面摩擦力，使轴套510与输出件1装配更紧固不松脱，防滑槽可以是直纹槽或斜纹槽，可以采用滚花刀加工形成。
153.第一离合结构5014、第二离合结构5024和第三离合结构5032、作用完全相同，在此
不再赘述。
154.本手自一体内变速花鼓中，通过驱动机构6驱动操纵机构7的操纵装置旋转到不同角度，如从第一挡位角度701旋转到第二挡位角度702，则内变速花鼓从一档升档到二档，如从第二挡位角度702旋转到第一挡位角度701，则内变速花鼓从二档降档到一档。驱动机构6的驱动方式有两种，一种是手动模式，另一种是自动模式。变换驱动方式需要内变速花鼓搭配换挡操作模块9实现。换挡操作模块9安装在自行车车头上的，骑行者使用其手指按压换挡操作模块9进行控制。换挡操作模块9具有模式切换按钮、升档按钮和降档按钮，骑行者按压模式切换按钮在手动模式和自动模式之间切换。在手动模式下，骑行者通过按压升档按钮进行升档，通过按压降档按钮进行降档。在自动模式下，骑行者无需任何操作，内变速花鼓根据车辆速度执行换挡操作，例如，当车辆速度达到十公里每小时，从一档自动升到二档；又例如，当车辆速度降低到十公里每小时以下，从二档自动降到一档。骑行者既可以根据实际路况切换到手动模式自由变更挡位，提高骑行的灵活性，又可以切换到自由模式自动变更挡位，提高骑行的舒适性。
155.图42示出了本手自一体内变速花鼓的一档的动力传递路线。
156.假设第一轮齿5021的齿数为z1，第二轮齿5031的齿数为z2，第三轮齿5041的齿数为z3，第四轮齿5051的齿数为z4，第五轮齿5061的齿数为z5，第六轮齿5071的齿数为z6，第七轮齿5081的齿数为z7，第八轮齿5082的齿数为z8，第九轮齿5091的齿数为z9，第十轮齿5092的齿数为z10。
157.在一档状态下，第一太阳齿轮504、第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506、第四太阳齿轮507均处于自由状态。当输入件3输入扭矩后，先经过第一传动件501，第一传动件501旋转带动第一双联行星齿轮508转动，第一太阳齿轮504和第二太阳齿轮505空转，某一时刻第一传动件501的转速是高于第二传动件502的转速的，第一离合结构5014结合，使第一传动件501与第二传动件502转速同步，第一传动件501的扭矩传递到第二传动件502；同样的，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507空转，第二离合结构5024和第三离合结构5032同时结合，使第二传动件502的扭矩传递到第三传动件503再传递到轴套510，轴套510与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓不经过两组行星齿轮机构变速，该传动比定义为第一传动比i1，i1＝1。
158.图43示出了本内变速花鼓的二档的动力传递路线。
159.在二档状态下，第一太阳齿轮504锁止，第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507均处于自由状态。当输入件3输入扭矩后，先经过第一传动件501，第一传动件501旋转带动第一双联行星齿轮508转动，第一双联行星齿轮508的第七轮齿5081与第一太阳齿轮504的第三轮齿5041外啮合，根据行星齿轮机构的传动原则，当太阳齿轮固定，行星架主动，齿圈从动，为超速挡，因此第二传动件502(从动)的转速高于第一传动件501(主动)的转速，此时第一离合结构5014脱离不工作，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507空转，第二离合结构5024和第三离合结构5032同时结合，使第二传动件502的扭矩传递到第三传动件503再传递到轴套510，轴套510与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓传动比定义为第二传动比i2，i2＝1+(z3
×
z8)/(z1
×
z7)。
160.图44示出了本内变速花鼓的三档的动力传递路线。
161.在三档状态下，第二太阳齿轮505锁止，第一太阳齿轮504、第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507均处于自由状态。当输入件3输入扭矩后，先经过第一传动件501，第一传动件501旋转带动第一双联行星齿轮508转动，第一双联行星齿轮508的第八轮齿5082与第二太阳齿轮505的第四轮齿5051外啮合，根据行星齿轮机构的传动原则，当太阳齿轮固定，行星架主动，齿圈从动，为超速挡，因此第二传动件502(从动)的转速高于第一传动件501(主动)的转速，此时第一离合结构5014脱离不工作，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507空转，第二离合结构5024和第三离合结构5032同时结合，使第二传动件502的扭矩传递到第三传动件503再传递到轴套510，轴套510与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓传动比定义为第三传动比i3。i3＝1+z4/z1。
162.图45示出了本内变速花鼓的四档的动力传递路线。
163.在四档状态下，第一太阳齿轮504、第四太阳齿轮507锁止，第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506均处于自由状态。当输入件3输入扭矩后，先经过第一传动件501，第一传动件501旋转带动第一双联行星齿轮508转动，第一双联行星齿轮508的第七轮齿5081与第一太阳齿轮504的第三轮齿5041外啮合，第二传动件502的转速高于第一传动件501的转速，此时第一离合结构5014脱离不工作，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二双联行星齿轮509的第十轮齿5092与第四太阳齿轮507的第六齿轮啮合，根据行星齿轮机构的传动原则，当太阳齿轮固定，行星架主动，齿圈从动，为超速挡，因此第三传动件503(从动)的转速高于第二传动件502(主动)的转速，第二离合结构5024脱离不工作，第三离合结构5032结合，第三传动件503将扭矩传递到轴套510，轴套510与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓传动比定义为第四传动比i4，i4＝(1+z6/z2)
×
i2。
164.图46示出了本内变速花鼓的五档的动力传递路线。
165.在五档状态下，第二太阳齿轮505、第四太阳齿轮507锁止，第一太阳齿轮504、第三太阳齿轮506均处于自由状态。当输入件3输入扭矩后，先经过第一传动件501，第一传动件501旋转带动第一双联行星齿轮508转动，第一双联行星齿轮508的第八轮齿5082与第二太阳齿轮505的第四轮齿5051外啮合，第一离合结构5014脱离不工作，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二双联行星齿轮509的第十轮齿5092与第四太阳齿轮507的第六齿轮啮合，第二离合结构5024脱离不工作，第三离合结构5032结合，第三传动件503将扭矩传递到轴套510，轴套510与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓传动比定义为第五传动比i5，i5＝(1+z6/z2)
×
i3。
166.图47示出了本内变速花鼓的六档的动力传递路线。
167.在六档状态下，第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506锁止，第一太阳齿轮504、第四太阳齿轮507均处于自由状态。当输入件3输入扭矩后，先经过第一传动件501，第一传动件501旋转带动第一双联行星齿轮508转动，第一双联行星齿轮508的第八轮齿5082与第二太阳齿轮505的第四轮齿5051外啮合，第一离合结构5014脱离不工作，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二传动件502旋转带动第二双联行星齿轮509转动，第二双联行星齿轮509的第九轮齿5091与第三太阳齿轮506的第五齿轮啮合，第二离合结构5024脱
离不工作，第三离合结构5032结合，第三传动件503将扭矩传递到轴套510，轴套510与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓传动比定义为第六传动比i6，i6＝(1+(z5
×
z10)/(z2
×
z9))
×
i3。
168.由此可见，第一传动比到第六传动比均是大于等于1的，挡位越低，转速越低扭矩越大，所以适合爬坡或者载重量大的时候使用；挡位越高，转速越高扭矩越小，所以适合下坡或者载重量小的时候使用。为了增加换挡平顺性，可以通过合理调节第一轮齿5021到第十轮齿5092的齿数，使第一传动比到第六传动比拟合成二元一次方程式。
169.本发明的手自一体内变速花鼓，具有手动变速和自动变速两种方式，在手动变速模式下，在骑行者既可以根据实际路况自由变更挡位，提高骑行的灵活性。在自动变速模式下按照程序自动变更挡位，提高骑行的舒适性。换挡的方式是通过电力驱动操纵机构7实现的，相较于传统的拉线换挡，电力驱动换挡方式不存在换挡阻力，手感更好，挡位切换更精准，长时间运行不需要人工维护。
170.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
171.以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种手自一体内变速花鼓，包括芯轴(4)、传动机构(5)、驱动机构(6)、操纵机构(7)、输入件(3)和输出件(1)，所述芯轴(4)固定于车架，所述驱动机构(6)、所述操纵机构(7)和所述传动机构(5)依次连接且均安装在所述芯轴(4)上；所述输入件(3)与所述传动机构(5)固定连接，用于将扭矩输入至传动机构(5)；所述输出件(1)与所述传动机构(5)连接，用于将扭矩输出至车轮；所述传动机构(5)具有至少一个传动比；其特征在于：所述驱动机构(6)通过手动和/或自动的方式驱动所述操纵机构(7)转动到特定角度，改变所述传动机构(5)中各部件的传动关系，实现所述传动机构(5)变更传动比。2.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述驱动机构(6)为电力驱动。3.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述驱动机构(6)与所述操纵机构(7)之间连接有缓冲结构。4.根据权利要求3所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述缓冲结构包括换挡保护件(67)和弹性元件(68)，所述弹性元件(68)的一端连接换挡保护件(67)，所述弹性元件(68)的另一端连接所述操纵机构(7)。5.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述驱动机构(6)包括驱动装置(63)、输出齿轮(65)和换挡执行齿轮(66)，所述驱动装置(63)的输出轴与所述输出齿轮(65)连接，所述输出齿轮(65)与所述换挡执行齿轮(66)啮合，换挡执行齿轮(66)与所述操纵机构(7)连接。6.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述驱动机构(6)设置有挡位反馈模块。7.根据权利要求6所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述挡位反馈模块包括多个成排设置的第一霍尔元件(642)，所述第一霍尔元件(642)感应安装在所述驱动机构(6)的换挡执行齿轮(66)的第一磁铁安装槽(665)的磁铁的磁场强度以获取脉冲信号，判断驱动机构(6)的驱动装置(63)转动到的挡位。8.根据权利要求6所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述挡位反馈模块还包括多个成排设置的第二霍尔元件(643)，所述第二霍尔元件(643)感应安装在所述驱动机构(6)的换挡保护件(67)的第二磁铁安装槽(673)的磁铁的磁场强度以获取脉冲信号，判断内变速花鼓当前的挡位。9.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述驱动机构(6)设置有转速反馈模块。10.根据权利要求9所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述转速反馈模块包括第三霍尔元件(644)，所述第三霍尔元件(644)感应安装在与输出件(1)连接的端盖(2)的第三磁铁安装槽(21)的磁铁的磁场强度以获取脉冲信号，计算出内变速花鼓的转速。11.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述驱动机构(6)还包括控制盒(61)和与控制盒(61)连接的密封盖(62)，所述控制盒(61)安装有驱动装置(63)和电路板(64)，所述电路板(64)设置有挡位反馈模块、转速反馈模块和控制器(641)，所述驱动装置(63)、挡位反馈模块和转速反馈模块分别与控制器(641)电连接。
12.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述操纵机构(7)设置有棘爪座和操纵装置，所述棘爪座套接在所述芯轴(4)上，所述棘爪座铰接有棘爪，所述操纵装置设置有开口槽，所述开口槽用于控制棘爪张开或收起以改变所述传动机构(5)中各部件的传动关系。13.根据权利要求12所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述开口槽设置有多个。14.根据权利要求12所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述开口槽设置在相邻两个挡位角度之间。15.根据权利要求12所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述开口槽设置有控制面，通过控制面控制棘爪张开或收起。16.根据权利要求15所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述控制面包括第一控制面(7a)和第二控制面(7b)，所述第一控制面(7a)为圆弧面，所述第一控制面(7a)用于控制棘爪收起，所述第二控制面(7b)为斜面，所述第二控制面(7b)用于控制棘爪张开。17.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述操纵机构(7)与所述传动机构(5)承插连接。18.根据权利要求17所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述操纵机构(7)设置有第三连接部(7111)，所述驱动机构(6)设置有第二连接部(676)，所述操纵机构(7)通过所述第三连接部(7111)与所述传动机构(5)的所述第二连接部(676)承插连接。19.根据权利要求12所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述操纵机构(7)包括第一操纵装置(71)、第二操纵装置(72)、第三操纵装置(73)，所述第一操纵装置(71)包括第一端部(711)和第二端部(713)，所述第一端部(711)和所述第二端部(713)通过连接杆(712)连接，所述第一操纵装置(71)、所述第二操纵装置(72)、所述第三操纵装置(73)分别套装在所述连接杆(712)上。20.根据权利要求1所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述传动机构(5)设置有至少两级行星齿轮机构和至少一组离合结构，所述驱动机构(6)通过手动和/或自动的方式改变所述行星齿轮机构的传动关系，使扭矩经过行星齿轮机构变速后并经过离合结构选择性地输出至所述输出件(1)。21.根据权利要求20所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述行星齿轮机构设置有两级，分别为第一级行星齿轮机构和第二级行星齿轮机构，两级所述行星齿轮机构串联传动。22.根据权利要求21所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述第一级行星齿轮机构包括第一太阳齿轮(504)、第二太阳齿轮(505)、第一双联行星齿轮(508)、第一传动件(501)和第二传动件(502)，所述第一双联行星齿轮(508)可转动地连接至所述第一传动件(501)，所述第二传动件(502)具有第一轮齿(5021)，所述第一双联行星齿轮(508)具有第七轮齿(5081)和第八轮齿(5082)，所述第一太阳齿轮(504)具有第三轮齿(5041)，所述第二太阳齿轮(505)具有第四轮齿(5051)，第一太阳齿轮(504)的第三轮齿(5041)与第一双联行星齿轮(508)的第七轮齿(5081)外啮合，第二太阳齿轮(505)的第四轮齿(5051)与第一双联行星齿轮(508)的第八轮齿(5082)外啮合，第二传动件(502)的第一轮齿(5021)与第一双联行星齿轮(508)的第八轮齿(5082)内啮合。
23.根据权利要求22所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述第一传动件(501)和所述第二传动件(502)之间设置有第一离合结构(5014)。24.根据权利要求21所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述第二级行星齿轮机构包括第三太阳齿轮(506)、第四太阳齿轮(507)、第二双联行星齿轮(509)、第二传动件(502)和第三传动件(503)，所述第二双联行星齿轮(509)可转动地连接至所述第二传动件(502)，所述第三传动件(503)具有第二轮齿(5031)，所述第二双联行星齿轮(509)具有第九轮齿(5091)和第十轮齿(5092)，所述第三太阳齿轮(506)具有第五轮齿(5061)，所述第四太阳齿轮(507)具有第六轮齿(5071)，所述第三太阳齿轮(506)的第五轮齿(5061)与所述第二双联行星齿轮(509)的第九轮齿(5091)外啮合，第四太阳齿轮(507)的第六轮齿(5071)与第二双联行星齿轮(509)的第十轮齿(5092)外啮合，第三传动件(503)的第二轮齿(5031)与第二双联行星齿轮(509)的第十轮齿(5092)内啮合。25.根据权利要求24所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述第二传动件(502)和所述第三传动件(503)之间设置有第二离合结构(5024)。26.根据权利要求25所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，还包括轴套(510)，所述轴套(510)与所述输出件(1)连接，所述轴套(510)和所述第三传动件(503)之间设置有第三离合结构(5032)。27.根据权利要求26所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述第三离合结构(5032)和所述第二离合结构(5024)处于垂直于所述芯轴(4)的轴线的同一平面。28.根据权利要求26所述的一种手自一体内变速花鼓，其特征在于，所述轴套(510)的外周面设置有防滑槽。29.一种自行车，其特征在于，包括权利要求1-28任一项所述的一种手自一体内变速花鼓。

技术总结
本发明属于内变速器技术领域，特别涉及一种手自一体内变速花鼓及自行车。本手自一体内变速花鼓包括芯轴、传动机构、驱动机构、操纵机构、输入件和输出件，驱动机构通过手动和/或自动的方式驱动传动机构转动到特定角度，改变传动机构中各部件的传动关系，实现传动机构变更传动比。本发明的手自一体内变速花鼓，具有手动变速和自动变速两种方式，在手动变速模式下，在骑行者既可以根据实际路况自由变更挡位，提高骑行的灵活性。在自动变速模式下按照程序自动变更挡位，提高骑行的舒适性。换挡的方式是通过电力驱动操纵机构实现的，相较于传统的拉线换挡，电力驱动换挡方式不存在换挡阻力，手感更好，挡位切换更精准，长时间运行不需要人工维护。要人工维护。要人工维护。


技术研发人员：李激初 林杰煌
受保护的技术使用者：广东洛梵狄智能科技有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/4