一种离合结构及内变速花鼓

技术领域

本发明属于内变速器技术领域，特别涉及一种离合结构及内变速花鼓。

背景技术

现有的内变速离合机构大部分采用棘爪、棘齿周向离合控制方式，该方式存在噪音、控制麻烦，体积较大，且承受冲击力大等问题。此外还采用棘齿轴向离合方式，该方式加工和装配复杂，且行程较大、控制力大。

因此，现有技术有待改进和发展。

发明内容

本申请的目的在于提供了一种装置，能够减少了内变速器的换挡执行机构，精简了内变速器结构，降低了内变速器的尺寸和重量。

为解决上述技术问题，本申请提供的一种离合结构，包括：

转换件，驱动机构将旋转运动输入到转换件，所述转换件与导向件连接，将旋转运动转换成往复直线运动，使导向件具有第一位置和第二位置；

导向件，所述导向件设置有接合凸台；

所述导向件在第一位置时，所述导向件的接合凸台处于第一传动件的第一接合凹槽；

所述导向件在第二位置时，所述导向件的接合凸台处于第一传动件的第一接合凹槽和第二传动件的第二接合凹槽之间，以使第一传动件和第二传动件同步旋转。

进一步地，还包括第二离合结构，所述导向件与所述第二离合结构联动，所述导向件在第一位置时，所述第二离合结构接合，所述导向件在第二位置时，第二离合结构脱离。

进一步地，所述转换件包括第一导向杆、导向环和第一凸轮件，所述第一导向杆插接在所述导向环，所述第一凸轮件设置有凸轮面，所述第一导向杆与所述凸轮面滑动连接。

进一步地，还包括芯轴，所述芯轴设置有第一导向槽，所述第一导向杆与所述第一导向槽滑动连接，所述第一导向杆沿着所述第一导向槽往复直线运动。

进一步地，所述第一凸轮件设置有凸缘，所述凸缘的边缘设置有凸轮件控制槽。

进一步地，所述第二离合结构支承在第一凸轮件的外侧，所述第二离合结构的外侧支承有第一太阳齿轮。

进一步地，所述第二离合结构包括离合棘爪、形成在芯轴上的第一活动槽以及形成在第一太阳齿轮的锁止槽，所述离合棘爪由设置在第一凸轮件的棘爪控制槽控制其接合或脱离。

进一步地，还包括第二凸轮件、第二导向杆和连接杆，所述第二导向杆与所述第二凸轮件联动，使第一导向杆跟随第二导向杆往复直线运动，芯轴还设置有第二导向槽和第二活动槽，所述第二导向槽和所述第一导向槽通过所述第二活动槽连通，所述连接杆与所述第二活动槽滑动连接，所述连接杆与所述第二导向槽滑动连接。

进一步地，所述第一传动件和所述导向件之间设置有弹性元件。

本申请还提供了一种内变速花鼓，包括上述的离合结构。

由上可知，本离合结构将行星齿轮机构的第一传动件与第二传动件之间通过轴上的轴向移动离合器实现离合装配，同时通过该离合器可实现对行星齿轮机构的太阳轮的棘爪控制，有效实现了内变速器的整体换挡控制，减少了内变速器的换挡执行机构，精简了内变速器结构，降低了内变速器的尺寸和重量，有利于内变速器的推广应用。

本申请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，或者通过实施本申请了解。本申请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

图1为本申请安装有手自一体内变速花鼓的自行车的结构示意图。

图2为本申请手自一体内变速花鼓的使用状态立体图。

图3为本申请手自一体内变速花鼓的主视图。

图4为操纵装置的立体图。

图5为换挡棘爪与太阳齿轮联动的结构示意图。

图6为传动机构（部分）的立体图。

图7为传动机构（部分）的爆炸图。

图8为传动机构（部分）另一个角度的爆炸图。

图9为实施例1的芯轴的立体图。

图10为实施例1的转换件运动状态示意图之一。

图11为实施例1的转换件运动状态示意图之二。

图12为实施例1的第一凸轮件的立体图。

图13为实施例1的第二凸轮件的立体图。

图14为实施例2的芯轴的立体图。

图15为实施例2的芯轴装配第二凸轮件的立体图。

图16为实施例2的芯轴的纵剖视图。

图17为实施例2的第二凸轮件的立体图。

图18为传动机构的原理图。

图19为手自一体内变速花鼓的一挡的动力传递路线。

图20为手自一体内变速花鼓的二挡的动力传递路线。

图21为手自一体内变速花鼓的三挡的动力传递路线。

图22为手自一体内变速花鼓的四挡的动力传递路线。

图23为手自一体内变速花鼓的五挡的动力传递路线。

标号说明：1-输出件，2-端盖，3-输入件，

4-芯轴，41-限位面，42-第一导向槽，43-第一活动槽，44-第二导向槽，45-第二活动槽，

5-传动机构，501-第一传动件，5011-输入件安装槽，5012-第一接合凹槽，5013-第一抵接面，5014-第一轮齿，502-第二传动件，5021-第二接合凹槽，503-第三传动件，5031-第二轮齿，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，507-第四太阳齿轮，5071-第六轮齿，508-第一行星齿轮，5081-第七轮齿，509-第一三联行星齿轮，5091-第八轮齿，5092-第九轮齿，5093-第十轮齿，510-第一离合结构，5101-导向件，51011-接合凸台，51012-第二抵接面，5102-弹性元件，511-第二离合结构，5111-离合棘爪，512-第三离合结构，513-第四离合结构，514-轴套，515-第五太阳齿轮，

6-驱动机构，

7-操纵机构，71-操纵装置，711-第一连接部，712-第二连接部，713-第一控制部，714-第二控制部，715-第三控制部，72-转换件，721-第一导向杆，722-导向环，73-第一凸轮件，731-棘爪控制槽，732-凸轮面，733-定位面，734-凸缘，735-凸轮件控制槽，74-第二凸轮件，741-凸轮槽，742-连接槽，75-连接杆，76-第二导向杆，

8-控制模块，

9-换挡操作模块。

实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

图1示出了本申请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。

在某些实施例中，控制器、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。

驱动机构6设置有电机，通过电机输出扭矩输出到操纵机构7使其旋转，驱动机构6还设置有转速反馈模块，转速反馈模块包括霍尔元件和设置在输出件的磁铁，内变速花鼓旋转过程中，控制器通过检测单位时间霍尔元件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。转速反馈模块能够实现内变速花鼓的自动换挡功能。

图2示出了本申请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。

图3示出了本申请手自一体内变速花鼓的主视图。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有一根芯轴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固定连接以传递扭矩。

操纵机构7包括操纵装置71、换挡棘爪和换挡棘爪座，换挡棘爪安装在换挡棘爪座上，操纵装置71设置有开口槽，通过驱动机构6驱动操纵装置71旋转，控制换挡棘爪有规律地收起和张开。换挡棘爪和换挡棘爪座与中国专利文献CN219883617U公开的结构完全一致，区别之处在于，在数量上，换挡棘爪设置有三个，换挡棘爪座与芯轴4一体成形。

图4示出了操纵装置71的立体图。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71设置有三个控制部，具体包括第一控制部713、第二控制部714和第三控制部715，操纵装置71的第一控制部713、第二控制部714和第三控制部715从右至左依次设置，相邻两个控制部之间有预留有安装换挡棘爪座和换挡棘爪的空位。操纵装置71在其最左端设置有第一连接部711，作用是便于与驱动机构6装配，第一连接部711与驱动机构6连接，驱动机构6输出扭矩到操纵装置71上，使操纵装置71旋转到特定角度。

第一控制部713、第二控制部714和第三控制部715均为弯臂结构，它们所有的内壁均设置有开口槽，开口槽用于驱动换挡棘爪张开和收起。第一控制部713、第二控制部714和第三控制部715的外径均与各个换挡棘爪座的外径相同，从而缩小操纵装置71的径向尺寸，使整个内变速花鼓更紧凑。

通过控制操纵装置71旋转到不同角度，从而控制不同的换挡棘爪张开或收起，进而切换到不同挡位。具体如下，当操纵装置71旋转到第一挡位角度时候，所有的换挡棘爪均处于收起状态；当操纵装置71旋转到第二挡位角度时候，所有的换挡棘爪均处于收起状态；当操纵装置71旋转到第三挡位角度时候，第一换挡棘爪张开，其余的换挡棘爪收起；当操纵装置71旋转到第四挡位角度时候，第二换挡棘爪张开，其余的换挡棘爪收起；当操纵装置71旋转到第五挡位角度时候，第三换挡棘爪张开，其余的换挡棘爪收起。

图5示出了换挡棘爪与太阳齿轮联动的结构示意图。太阳齿轮由轴承支撑，其中心开设有锁止槽，锁止槽的槽型类似于花键槽，区别在于锁止槽的槽壁向外扩。锁止槽的槽壁与第一换挡棘爪的侧壁相对应，当换挡棘爪向内收起后，换挡棘爪的锁止部不接触到锁止槽的槽壁，太阳齿轮处于自由状态；当换挡棘爪向外张开后，换挡棘爪的锁止部与锁止槽的槽壁相抵，太阳齿轮处于锁止状态，即太阳齿轮无法逆时针旋转。

同样的，第二太阳齿轮505和第三太阳齿轮506均设置相同的锁止槽。第一换挡棘爪对应控制第一太阳齿轮504的锁止，第二换挡棘爪对应控制第二太阳齿轮505的锁止，第三换挡棘爪对应控制第三太阳齿轮506的锁止。

图14为实施例1的传动机构5的原理图。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、第一行星齿轮508和第一三联行星齿轮509。其中，第一级行星齿轮机构包括第一太阳齿轮504、第一行星齿轮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二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506、第四太阳齿轮507、第一三联行星齿轮509、第二传动件502和第三传动件503。

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，第一太阳齿轮504左右两端用挡圈限位。第一传动件501的左端开口处设置有第一轮齿5014，第一轮齿5014相当于内齿圈，用于与第一行星齿轮508内啮合。

第一行星齿轮508具有第七轮齿5081，第一行星齿轮508的正下方安装有第一太阳齿轮504，第一太阳齿轮504的第三轮齿5041与第一行星齿轮508的第七轮齿5081外啮合。

在本实施例中，第一安装槽设置有四个，因此可以安装四个第一行星齿轮508，第一行星齿轮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，第一行星齿轮508的个数越多。

第二传动件502的整体结构大致为等直径的中空筒状结构，右端的直径稍小，第二传动件502作为行星架，用于装配第一行星齿轮508和第一三联行星齿轮509。

第二传动件502的外周面开设有第一安装槽，第一安装槽的两个相对的槽壁分别加工有两个安装孔，通过销钉穿过第一行星齿轮508的中心孔、轴承将第一行星齿轮508安装在第一安装槽内，销钉通过两端的挡圈进行限位，零件之间的配合关系有：销钉与安装孔过盈配合，第一行星齿轮508的中心孔、轴承分别与销钉过度配合或间隙配合，第一行星齿轮508能够绕自身的轴线转动。

第二传动件502的外周面还开设有第二安装槽，第二安装槽的两个槽壁分别加工有两个安装孔，通过将销钉插入第一三联行星齿轮509的中心孔、轴承将第一三联行星齿轮509安装在第二安装槽内，销钉通过两端的挡圈进行限位，零件之间的配合关系有：销钉与安装孔过盈配合，第一三联行星齿轮509的中心孔、轴承分别与销钉过度配合或间隙配合，第一三联行星齿轮509能够绕自身的轴线转动。

第二传动件502中空筒状结构的内部用于安装第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507，第二太阳齿轮505、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挡圈限位。

第一三联行星齿轮509具有第八轮齿5091、第九轮齿5092和第十轮齿5093，第八轮齿5091、第九轮齿5092和第十轮齿5093的齿数依次减小，第八轮齿5091位于第九轮齿5092的右侧，第十轮齿5093位于第九轮齿5092的左侧，第一三联行星齿轮509的正下方安装有第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507，第二太阳齿轮505的第四轮齿5051与第一三联行星齿轮509的第八轮齿5091外啮合，第三太阳齿轮506的第五轮齿5061与第一三联行星齿轮509的第九轮齿5092外啮合，第四太阳齿轮507的第六轮齿5071与第一三联行星齿轮509的第十轮齿5093外啮合。

第二传动件502的最左端还设置有第三离合结构512，第三离合结构512的底面连接于第二传动件502的外周面，第一离合结构510的顶面连接于第三传动件503的内周面。第三离合结构512的作用是，当第二传动件502的转速高于第三传动件503的转速，第三离合结构512接合，第二传动件502与第三传动件503的扭矩相同并向外输出；当第三传动件503的转速高于第二传动件502的转速，第三离合结构512脱离，第三传动件503的扭矩向外输出。

通过在第二传动件502和第三传动件503之间设置第三离合结构512，可选择性从第二传动件502（行星架）和第三传动件503（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。

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与第一三联行星齿轮509的第九轮齿5092内啮合，第三传动件503的左端设置有第四离合结构513，第四离合结构513的底面连接于第三传动件503的外周面，第四离合结构513的顶面连接于轴套514的内周面。

为了使传动机构5尽可能紧凑，第三离合结构512和第四离合结构513可以设置在处于垂直于芯轴4的轴线的同一平面。

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514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512不宜直接设置在第三传动件503与输出件1之间，因为滚子可能冲击输出件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514可避免上述现象发生，另外，为了轴套514与输出件1装配紧固，轴套514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514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。

第三离合结构512和第四离合结构513作用完全相同，均为滚柱式离合器，在此不再赘述。

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71旋转到不同角度，如从第一挡位角度旋转到第二挡位角度，则内变速花鼓从一挡升挡到二挡，如从第二挡位角度旋转到第一挡位角度，则内变速花鼓从二挡降挡到一挡。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、升挡按钮和降挡按钮，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，骑行者通过按压升挡按钮进行升挡，通过按压降挡按钮进行降挡。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，从一挡自动升到二挡；又例如，当车辆速度降低到十公里每小时以下，从二挡自动降到一挡。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。

实施例

第一离合结构510包括导向件5101、形成在第一传动件501的第一接合凹槽5012以及形成在第二传动件502的第二接合凹槽5021，导向件5101为圆环状结构，其外侧沿周向设置有多个接合凸台51011，第一接合凹槽5012、第二接合凹槽5021的槽型类似于花键槽，接合凸台51011与第一接合凹槽5012、第二接合凹槽5021相适配，在长度方面，导向件5101的接合凸台51011的长度小于或等于第一传动件501的第一接合凹槽5012，在第一离合结构510未接合时，导向件5101的接合凸台51011处于第一接合凹槽5012内，即第一位置；在第一离合结构510接合时，导向件5101的接合凸台51011从第一接合凹槽5012向第二接合凹槽5021推动，使接合凸台51011处于第一接合凹槽5012和第二接合凹槽5021之间，即第二位置，第一传动件501的旋转运动将传递到第二传动件502使两者同步旋转。

第一离合结构510可以采用任意能够使其直线往复运动的机构驱动，例如直线电机、曲柄摇杆机构、齿轮齿条机构、螺旋副机构、凸轮机构等，在本实施例中，采用凸轮机构的方式实现第一离合结构510的直线往复运动。

凸轮机构包括转换件72和第一凸轮件73，第一凸轮件73将旋转运动通过转换件72转换成直线运动，其中转换件72包括第一导向杆721、导向环722，为了使第一导向杆721能够沿着特定的直线轨迹运动，在芯轴4上加工有第一导向槽42，具体的，第一导向槽42的槽型为腰形槽，第一导向杆721为圆柱形杆件，第一导向杆721的长度比芯轴4的直径较大，导向环722为圆环结构，导向环722的外径直径略小于导向件5101的内孔直径，导向环722的内孔直径略大于芯轴4的外径，导向环722套接在第一凸轮件73的外侧，导向环722开设有相对设置的与第一导向杆721横截面相适配的孔，装配时，先将第一凸轮件73套接在芯轴4的光轴段，再将导向环722套接在第一凸轮件73的外侧，最后将第一导向杆721插入到导向环722的孔完成装配。

第一凸轮件73设置有凹槽，凹槽上形成有凸轮面732，凸轮面732与第一导向杆721的外周面相抵，当凸轮件在图10中沿着顺时针的方向转动时候，凸轮面732将推动第一导向杆721沿着远离第一凸轮件73的方向直线运动，反之则朝向第一凸轮件73的方向直线运动，为了使第一导向杆721能够正常复位，在第一传动件501和导向件5101之间还设置弹性元件5102，弹性元件5102可以为压缩弹簧，其一端与第一传动件501的第一抵接面5013接触，其另一端与导向件5101的第二抵接面51012接触。

第一凸轮件73还设置有定位面733，定位面733用于抵消弹性元件5102的弹力，使第一导向杆721保持在当前位置。

为了控制第一凸轮件73的转动，在第一凸轮件73的远离凸轮面732的一端设置有凸缘734，凸缘734沿着第一凸轮件73的径向设置，以便与操纵装置71连接控制第一凸轮件73的旋转角度，在凸缘734的边缘设置有凸轮件控制槽735，操纵装置71的第二连接部712伸入到凸轮件控制槽735内，凸轮件控制槽735的槽宽约为第二连接部712的宽度的三倍，即操纵装置71在旋转过程中，只有转动到第一挡位角度时，第二连接部712的两侧壁才与凸轮件控制槽735的槽壁相接触，而操纵装置71在第二挡位角度到第五挡位角度之间转动时，第二连接部712的两侧壁不接触凸轮件控制槽735的槽壁。

第一凸轮件73的外侧支承有第二离合结构511和第一太阳齿轮504，第二离合结构511可以为单向离合器，第一太阳齿轮504在一个方向上绕着芯轴4转动时，单向离合器处于脱离状态，此时第一太阳齿轮504能够转动，若方向相反，则单向离合器处于接合状态，此时第一太阳齿轮504无法转动。

单向离合器种类有多种，比如滚柱式单向离合器、楔块式单向离合器、棘爪式单向离合器等，在本实施例中，为了使单向离合器能够被手动控制，单向离合器采用棘爪式单向离合器，具体包括离合棘爪5111、形成在芯轴4上的第一活动槽43以及形成在第一太阳齿轮504的锁止槽，离合棘爪5111铰接在芯轴4上的第一活动槽43上，离合棘爪5111具有收起和张开两种状态，当离合棘爪5111处于张开状态时，离合棘爪5111与形成在第一太阳齿轮504的锁止槽接合，第一太阳齿轮504只能绕一个方向转动，当离合棘爪5111处于收起状态时，离合棘爪5111不与锁止槽接合，第一太阳齿轮504空转，即可以绕两个方向转动。

根据行星齿轮机构的特性，将太阳齿轮、行星架、齿圈任意一个元件固定，另外两个元件分别作为主动齿轮和被动齿轮，就可以组合出多种不同传动比。若将任意两个元件固定，比如行星架、齿圈，则太阳齿轮必须不被固定，否则将导致行星齿轮机构卡滞的现象。为了使离合棘爪5111能够在特定挡位上处于收起状态，避免出现第一太阳齿轮504锁止导致行星齿轮机构卡滞的现象，通过使第一离合结构510和转换件72产生联动，即在第一凸轮件73上设置棘爪控制槽731，棘爪控制槽731被设置成，在第一离合结构510脱离时，离合棘爪5111处于棘爪控制槽731之中，离合棘爪5111不被第一凸轮件73的周壁阻挡，离合棘爪5111被弹性元件5102（压缩弹簧或卡簧等）张开，第一离合结构510接合之前，棘爪控制槽731以外的周壁能够将离合棘爪5111收起，避免出现行星齿轮机构卡滞，第一离合结构510接合之后，棘爪控制槽731以外的周壁保持离合棘爪5111收起。

第一离合结构有效实现了内变速器的整体换挡控制，减少了内变速器的换挡执行机构，精简了内变速器结构，降低了内变速器的尺寸和重量。

实施例

第一离合结构510可以由另一种方式控制。芯轴4在第一导向槽42对称的另一端设置第二导向槽44，并在芯轴4中心开设第二活动槽45使第一导向槽42和第二导向槽44连通，在第二导向槽44内设置有第二导向杆76，在第二活动槽45内设置连接杆75，装配后，第二导向杆76的外周面与连接杆75的端面相抵，第一导向杆721的外周面与连接杆75的另一端面相抵，第二导向杆76还和第二凸轮件74相配合，第二凸轮件74还设置有凸轮槽741和连接槽742，第二凸轮件74与操纵装置71的连接槽742连接，当操纵装置71驱动第二凸轮件74，第二凸轮件74的凸轮面732将推动第二导向杆76运动，第二导向杆76将推力传递到连接杆75，连接杆75再将推力传递到第一导向杆721，进而带动第一离合结构510接合或脱离。

相较于实施例1，一方面充分利用了芯轴4的内部空间，在芯轴4的中心开孔几乎不会对芯轴4的强度造成影响，还能够减小转换件72的占用体积，另一方面，传递到第一离合结构510的推力经过连接杆75而不经过操纵装置71，从而减小驱动装置作用在操纵装置71上的扭矩，减小操纵装置71的变形量，避免影响换挡操作。

图18为传动机构5的原理图。

在下图中，方框填充黑色表示离合结构或换挡棘爪处于接合状态，方框空白表示离合结构或换挡棘爪处于脱离状态。

图19示出了本手自一体内变速花鼓的一挡的动力传递路线。

第一变速路径包括第一减速路径A1，其传动比大于1；

第二变速路径包括第一增速路径B1、第二增速路径B2和第三增速路径B3，其传动比小于1；

第三变速路径包括不变速路径A0和不变速路径B0，传动比等于1。

在一挡状态下，第一太阳齿轮504锁止，第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506、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旋转带动第一行星齿轮508转动，第一太阳齿轮504在单向离合器的作用下锁止，第一传动件501的扭矩传递到第二传动件502，此时第一级行星齿轮机构为减速传动，经过的路径为第一减速路径A1；第二传动件502旋转带动第一三联行星齿轮509转动，第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506、第四太阳齿轮507空转，经过不变速路径B0，第二级行星齿轮机构不变速，第二传动件502的转速高于第三传动件503的转速，第三离合结构512和第四离合结构513同时接合，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514，轴套514与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓只经过第一级行星齿轮机构变速，为第一传递路径，即只经过第一变速路径，该传动比定义为第一传动比。

图20示出了本手自一体内变速花鼓的二挡的动力传递路线。

在二挡状态下，第一离合结构510被操纵装置71从第一位置拉动到第二位置，第一传动件501和第二传动件502接合同步旋转，在第一传动件501和第二传动件502接合之前，第一太阳齿轮504的锁止状态需要转换成自由状态，第一离合结构510与单向离合器的控制件联动，使单向离合器的接合状态切换成脱离状态，第一太阳齿轮504处于自由状态后，第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506、第四太阳齿轮507也均处于自由状态。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和第二传动件502同步旋转，第一太阳齿轮504空转，经过不变速路径A0，第一级行星齿轮机构不变速，第一传动件501的扭矩传递到第二传动件502；第二传动件502旋转带动第一三联行星齿轮509转动，第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506和第四太阳齿轮507空转，经过不变速路径B0，第二级行星齿轮机构不变速，第二传动件502的转速高于第三传动件503的转速，第三离合结构512和第四离合结构513同时接合，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514，轴套514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，为第三传递路径，即不经过第一变速路径，也不经过第二变速路径，该传动比定义为第二传动比。

图21示出了本手自一体内变速花鼓的三挡的动力传递路线。

在三挡状态下，第二太阳齿轮505锁止，第一太阳齿轮504、第三太阳齿轮506、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和第二传动件502同步旋转，第一太阳齿轮504空转，经过不变速路径A0，第一级行星齿轮机构不变速，第一传动件501的扭矩传递到第二传动件502，第二传动件502旋转带动第一三联行星齿轮509转动，第二太阳齿轮505的第四轮齿5051与第一三联行星齿轮509的第八轮齿5091外啮合，此时第二级行星齿轮机构为增速传动，经过的路径为第一增速路径B1，第三传动件503的转速高于第二传动件502的转速，第三离合结构512脱离不工作，第四离合结构513接合，第三传动件503将扭矩传递到轴套514，轴套514与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓只经过第二级行星齿轮机构变速，为第二传递路径，即只经过第二变速路径，此时的内变速花鼓传动比定义为第三传动比。

图22示出了本手自一体内变速花鼓的四挡的动力传递路线。

在四挡状态下，第三太阳齿轮506锁止，第一太阳齿轮504、第二太阳齿轮505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和第二传动件502同步旋转，第一传动件501旋转带动第一行星齿轮508转动，第一太阳齿轮504空转，经过不变速路径A0，第一级行星齿轮机构不变速，第二传动件502旋转带动第一三联行星齿轮509转动，第三太阳齿轮506的第五轮齿5061与第一三联行星齿轮509的第九轮齿5092外啮合，此时第二级行星齿轮机构为增速传动，经过的路径为第二增速路径B2，第三传动件503的转速高于第二传动件502的转速，第三离合结构512脱离不工作，第四离合结构513接合，第三传动件503将扭矩传递到轴套514，轴套514与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓只经过第二级行星齿轮机构变速，为第二传递路径，即只经过第二变速路径，此时的内变速花鼓传动比定义为第四传动比。

图23示出了本手自一体内变速花鼓的五挡的动力传递路线。

在五挡状态下，第四太阳齿轮507锁止，第一太阳齿轮504、第二太阳齿轮505、第三太阳齿轮506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旋转带动第一行星齿轮508转动，第一传动件501和第二传动件502同步旋转，第一太阳齿轮504空转，经过不变速路径A0，第一级行星齿轮机构不变速，第二传动件502旋转带动第一三联行星齿轮509转动，第四太阳齿轮507的第六轮齿5071与第一三联行星齿轮509的第十轮齿5093外啮合，此时第二级行星齿轮机构为增速传动，经过的路径为第三增速路径B3，第三传动件503的转速高于第二传动件502的转速，第三离合结构512脱离不工作，第四离合结构513接合，第三传动件503将扭矩传递到轴套514，轴套514与输出件1紧固，输出件1输出到车轮。此时的内变速花鼓只经过第二级行星齿轮机构变速，为第二传递路径，即只经过第二变速路径，此时的内变速花鼓传动比定义为第五传动比。

由此可见，第一传动比的传动比大于1，第二传动比等于1，第三传动比到第五传动比均是小于等于的，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。

通过对比一挡到五挡的动力传递路线可知，每次变动一个挡位，只变更一次第一级行星齿轮机构或第二级行星齿轮机构的传动关系。即从一挡升到二挡过程中，第一离合结构510接合之前，第二离合结构511已经脱离，第一离合结构510接合之后，第二离合结构511保持脱离，这个过程中只变更了一次第一级行星齿轮机构的传动关系，即将第一级行星齿轮机构的减速传动变更为不变速传动；二挡升到三挡过程中，第一离合结构510保持接合，第二太阳齿轮505锁止；二挡升到三挡过程中，第一离合结构510保持接合；第三太阳齿轮506锁止；三挡升到四挡过程中，第一离合结构510保持接合，第四太阳齿轮507锁止，上述换挡过程中只变更了一次第二级行星齿轮机构的传动关系，即将第二级行星齿轮机构的传动大的增速传动变更为传动小的增速传动。由于变更传动关系均是由驱动机构6提供动力驱动的，通过这样设计，能够有效降低驱动机构6的负载，保证换挡成功率以及降低功耗。

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。

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。