CN117401079A - 一种中轴变速器及中置电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于变速器技术领域，特别涉及一种中轴变速器及中置电机。本发明的中轴变速器及中置电机，通过控制固定机构对行星齿轮机构的齿圈进行锁止或松开，从而使得单向离合组件分离或接合，使中轴变速器实现换挡的功能，由于只需要控制单个固定机构，不需要控制两个固定机构，因此更好地控制换挡的过程，并且换挡迅速，时间间隔极短，避免踩空的现象发生。单向离合组件的体积远小于固定机构的体积，而且成本低廉，不需要单独控制，使得中轴变速器的结构紧凑，体积减小。单向离合组件和固定机构均设置在传动机构的齿圈的外侧，便于加工和装配。

Description

一种中轴变速器及中置电机

技术领域

本发明属于变速器技术领域，特别涉及一种中轴变速器及中置电机。

背景技术

Ebike是Electric Bike的简称，也被称为电助力自行车，是一种利用电池和电动机提供辅助动力的自行车。与传统自行车不同，Ebike采用电池和电动机提供辅助动力，使得骑行更加轻松和便捷。

电动机通常安装在车轮或车架中间的位置，可以通过电池供应所需的电能。安装在车轮的电动机一般称为后置电机，安装在车架中间的电动机一般称为中置电机。Ebike的电动机采用直流无刷电机，可以根据不同的功率级别分为250W、350W、500W等。

然而目前市面上Ebike使用的具有变速功能的中置电机体积较大，并且换挡迟滞较严重，可能会导致换挡过程中的动力传递不顺畅，给骑行体验带来不便。

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中轴变速器及中置电机，结构更加紧凑，换挡迅速不拖沓。

为解决上述技术问题，本申请提供的一种中轴变速器，

中轴，所述中轴可旋转地支承于车架，扭矩从所述中轴输入；

传动机构，所述传动机构与所述中轴连接，所述传动机构具有至少一个传动比；

固定机构，一端连接于车架，另一端连接于一部分传动机构；

单向离合组件，一端连接于车架，另一端连接于另一部分传动机构；

链轮，固定在传动机构上，将扭矩输出；

扭矩经过传动机构后，通过控制固定机构使一部分传动机构的部件与车架相对固定以改变传动比。

进一步的，传动机构为多组行星齿轮机构。

进一步的，所述固定机构的一端连接于车架，另一端连接于一部分传动机构的齿圈。

进一步的，所述单向离合组件的一端连接于车架，另一端连接于另一部分传动机构的齿圈。

进一步的，所述传动机构为减速传动、增速传动的至少一者。

进一步的，所述传动机构为先经过增速传动，后经过减速传动的复合传动。

进一步的，所述传动机构包括：

第七组行星齿轮机构，包括第七行星齿轮和第七齿圈，第七齿圈与第七行星齿轮内啮合；

第八组行星齿轮机构，包括第八太阳齿轮、第八行星齿轮和第八齿圈，第八行星齿轮与第八太阳齿轮外啮合，第八齿圈与第八行星齿轮内啮合；

第九组行星齿轮机构，包括第九太阳齿轮、第九行星齿轮和第九齿圈，第九行星齿轮与第九太阳齿轮外啮合，第九齿圈与第九行星齿轮内啮合；

第十组行星齿轮机构，包括第十行星齿轮和第十齿圈，第十齿圈与第十行星齿轮内啮合；

第十一组行星齿轮机构，包括第十一行星齿轮和第十一齿圈，第十一齿圈与第十一行星齿轮内啮合；

第十二组行星齿轮机构，包括第十二太阳齿轮、第十二行星齿轮和第十二齿圈，第十二行星齿轮与第十二太阳齿轮外啮合，第十二齿圈与第十二行星齿轮内啮合；

第七行星齿轮、第八行星齿轮、第九行星齿轮、第十行星齿轮铰接在第一行星架上，第九行星齿轮、第十行星齿轮铰接在第二行星架上，第七行星齿轮和第八行星齿轮组合成双联行星齿轮，第九行星齿轮和第十行星齿轮组合成双联行星齿轮，第十一行星齿轮和第十二行星齿轮组合成双联行星齿轮；

第八太阳齿轮和第九太阳齿轮、第十二太阳齿轮组合成三联太阳齿轮，整体为筒状套装在中轴上，能相对于中轴旋转；

第二行星架的一端与链轮固定连接。

进一步的，所述固定机构的一端连接于车架，另一端分别连接于第八齿圈、第九齿圈、第十齿圈和第十一齿圈，所述单向离合组件的一端连接于车架，另一端分别连接于第七齿圈和第十二齿圈。

进一步的，所述传动机构包括：

第一组行星齿轮机构，包括第一太阳齿轮、第一齿圈、第一行星齿轮，所述第一行星齿轮与所述第一太阳齿轮外啮合，所述第一齿圈与所述第一行星齿轮内啮合；

第二组行星齿轮机构，包括第二太阳齿轮、第二齿圈、第二行星齿轮，所述第二行星齿轮与所述第二太阳齿轮外啮合，所述第二齿圈与所述第二行星齿轮内啮合；

所述第一行星齿轮和所述第二行星齿轮铰接在第一行星架上；

所述第一太阳齿轮与所述第二太阳齿轮与所述中轴固定连接；

所述第一行星架可旋转地支承于所述中轴且一端与所述链轮固定连接。

进一步的，所述固定机构的一端连接于车架，另一端连接于第一齿圈，所述单向离合组件的一端连接于车架，另一端连接于第二齿圈。

进一步的，所述传动机构包括：

第一组行星齿轮机构，包括第一太阳齿轮、第一齿圈、第一行星齿轮，所述第一行星齿轮与所述第一太阳齿轮外啮合，所述第一齿圈与所述第一行星齿轮内啮合；

第二组行星齿轮机构，包括第二太阳齿轮、第二齿圈、第二行星齿轮，所述第二行星齿轮与所述第二太阳齿轮外啮合，所述第二齿圈与所述第二行星齿轮内啮合；

第三组行星齿轮机构，包括第三齿圈、第三行星齿轮，所述第三齿圈与所述第三行星齿轮内啮合；

第四组行星齿轮机构，包括第四太阳齿轮、第四齿圈、第四行星齿轮，所述第四行星齿轮与所述第四太阳齿轮外啮合，所述第四齿圈与所述第四行星齿轮内啮合；

所述第一行星齿轮、所述第二行星齿轮、所述第三行星齿轮和所述第四行星齿轮铰接在第一行星架上，所述第三行星齿轮和所述第四行星齿轮组合成第一双联行星齿轮；

所述第一太阳齿轮与所述第二太阳齿轮与所述中轴固定连接；

所述第四太阳齿轮可旋转地支承于所述中轴且一端与所述链轮固定连接。

进一步的，所述固定机构的一端连接于车架，另一端分别连接于第一齿圈和第四齿圈，所述单向离合组件的一端连接于车架，另一端分别连接于第二齿圈和第三齿圈。

进一步的，所述传动机构还包括：

第五组行星齿轮机构，包括第五太阳齿轮、第五齿圈、第五行星齿轮，所述第五行星齿轮与所述第五太阳齿轮外啮合，所述第五齿圈与所述第五行星齿轮内啮合；

第六组行星齿轮机构，包括第六齿圈、第六行星齿轮，所述第六齿圈与所述第六行星齿轮内啮合；

所述第一行星齿轮、所述第二行星齿轮、所述第三行星齿轮、所述第四行星齿轮、所述第五行星齿轮和所述第六行星齿轮铰接在第一行星架上，所述第三行星齿轮和所述第四行星齿轮组合成第一双联行星齿轮，所述第五行星齿轮和所述第六行星齿轮组合成第二双联行星齿轮；

所述第四太阳齿轮和所述第五太阳齿轮组合成双联太阳齿轮；

所述第四太阳齿轮和所述第五太阳齿轮可旋转地支承于所述中轴且一端与所述链轮固定连接。

进一步的，所述固定机构的一端连接于车架，另一端分别连接于第一齿圈、第四齿圈、第五齿圈和第六齿圈，所述单向离合组件的一端连接于车架，另一端分别连接于第二齿圈和第三齿圈。

本申请还提供了一种中置电机，包括上述的中轴变速器，还包括电机，所述电机与所述中轴或所述传动机构连接。

进一步的，所述电机与所述中轴同轴设置。

进一步的，所述电机与所述中轴相互平行的轴线设置。

进一步的，所述电机与所述中轴相互垂直的轴线设置。

进一步的，所述电机通过链传动、带传动、齿轮传动的任一种与所述中轴或所述传动机构连接。

由上可知，本发明的中轴变速器及中置电机，通过控制固定机构对行星齿轮机构的齿圈进行锁止或松开，从而使得单向离合组件分离或接合，使中轴变速器实现换挡的功能，由于只需要控制单个固定机构，不需要控制两个固定机构，因此更好地控制换挡的过程，并且换挡迅速，时间间隔极短，避免踩空的现象发生。单向离合组件的体积远小于固定机构的体积，而且成本低廉，不需要单独控制，使得中轴变速器的结构紧凑，体积减小。单向离合组件和固定机构均设置在传动机构的齿圈的外侧，便于加工和装配。

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为本申请中轴变速器实施例1的结构示意图。

图2为本申请中轴变速器实施例1的第一挡位动力传递路径图。

图3为本申请中轴变速器实施例1的第二挡位动力传递路径图。

图4为本申请中轴变速器实施例2的结构示意图。

图5为本申请中轴变速器实施例2的第一挡位动力传递路径图。

图6为本申请中轴变速器实施例2的第二挡位动力传递路径图。

图7为本申请中轴变速器实施例2的第三挡位动力传递路径图。

图8为本申请中轴变速器实施例2的第四挡位动力传递路径图。

图9为本申请中轴变速器实施例3的结构示意图。

图10为本申请中轴变速器实施例3的第一挡位动力传递路径图。

图11为本申请中轴变速器实施例3的第二挡位动力传递路径图。

图12为本申请中轴变速器实施例3的第三挡位动力传递路径图。

图13为本申请中轴变速器实施例3的第四挡位动力传递路径图。

图14为本申请中轴变速器实施例3的第五挡位动力传递路径图。

图15为本申请中轴变速器实施例3的第六挡位动力传递路径图。

图16为本申请中轴变速器实施例3的第七挡位动力传递路径图。

图17为本申请中轴变速器实施例3的第八挡位动力传递路径图。

图18为本申请中置电机实施例4的结构示意图。

图19为本申请中置电机实施例5的结构示意图。

图20为本申请中置电机实施例6的结构示意图。

图21为本申请中置电机实施例7的结构示意图。

图22为本申请中置电机实施例8的结构示意图。

图23为本申请中轴变速器实施例9的结构示意图。

图24为本申请中轴变速器实施例9的动力传递路径图。

图25为本申请中轴变速器实施例9的立体图。

图26为本申请中轴变速器实施例9的主视图。

图27为本申请中轴变速器实施例9的纵剖视图。

图28为本申请中轴变速器（电动换挡机构）实施例9的立体图。

图29为本申请固定机构的立体图。

图30为本申请固定机构的主视图。

图31为图30中沿A-A线、B-B线、C-C线、D-D线的剖面图。

图32为本申请中轴变速器（手动换挡机构）实施例10的立体图。

图33为本申请中轴变速器（手动换挡机构，隐去固定盘）实施例10的立体图。

图34为本申请中置电机实施例10的结构示意图。

图35为本申请中置电机实施例10的立体图之一。

图36为本申请中置电机实施例10的立体图之二。

图37为本申请中置电机实施例10的立体图之三。

图38为本申请中置电机实施例10的立体图之四。

标号说明：

1-中轴，

2-传动机构，20-第一行星架，200-第二行星架，21-第一组行星齿轮机构，211-第一太阳齿轮，212-第一行星齿轮，213-第一齿圈，22-第二组行星齿轮机构，221-第二太阳齿轮，222-第二行星齿轮，223-第二齿圈，23-第三组行星齿轮机构，232-第三行星齿轮，233-第三齿圈，24-第四组行星齿轮机构，241-第四太阳齿轮，242-第四行星齿轮，243-第四齿圈，25-第五组行星齿轮机构，251-第五太阳齿轮，252-第五行星齿轮，253-第五齿圈，26-第六组行星齿轮机构，262-第六行星齿轮，263-第六齿圈，27-第七组行星齿轮机构，272-第七行星齿轮，273-第七齿圈，28-第八组行星齿轮机构，281-第八太阳齿轮，282-第八行星齿轮，283-第八齿圈，2831-第八棘轮槽，29-第九组行星齿轮机构，291-第九太阳齿轮，292-第九行星齿轮，293-第九齿圈，2931-第九棘轮槽，2100-第十组行星齿轮机构，21002-第十行星齿轮，21003-第十齿圈，210031-第十棘轮槽，2110-第十一组行星齿轮机构，21102-第十一行星齿轮，21103-第十一齿圈，211031-第十一棘轮槽，2120-第十二组行星齿轮机构，21201-第十二太阳齿轮，21202-第十二行星齿轮，21203-第十二齿圈，

3-固定机构，31-第一固定机构，311-第一控制棘爪，312-第一控制凸轮，3121-第一控制槽，32-第二固定机构，321-第二控制棘爪，322-第二控制凸轮，3221-第二控制槽，33-第三固定机构，331-第三控制棘爪，332-第三控制凸轮，3321-第三控制槽，34-第四固定机构，341-第四控制棘爪，342-第四控制凸轮，3421-第四控制槽，35-壳体，351-避让槽，352-转轴，36-凸轮轴，37-电动换挡机构，371-驱动装置，372-第一减速机构，373-缓冲装置，374-挡位反馈装置，38-手动换挡机构，381-固定盘，382-线管，383-旋转盘，3831-线槽，384-控制线，

4-单向离合组件，41-第一单向离合组件，42-第二单向离合组件，5-链轮，6-车架，7-电机，71-定子，72-转子，8-第二减速机构，81-第一减速齿轮，82-第二减速齿轮，83-第三减速齿轮，9-曲柄，10-保护壳。

具体实施方式

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。

本申请中轴变速器固定安装在车辆的车架6中间的底部，中轴变速器包括中轴1、传动机构2、固定机构3、单向离合组件4和链轮5，其中中轴1的两端分别固定连接曲柄9，曲柄9旋转连接脚踏，骑行者通过踩踏脚踏将产生的扭矩传递到中轴1，再由中轴1输入到传动机构2，传动机构2用于调整传动比和输出转速，通过改变不同行星齿轮的啮合关系来实现不同挡位的切换，链轮5固定在传动机构2上，用于将扭矩输出，链轮5再通过链条传动或皮带传动将扭矩输入至飞轮上，带动车辆的后轮转动。

此装置可用于自行车、折叠自行车、Ebike、电助力自行车、电动车、电摩托车、载货货运电动车、三轮车、滑板车、电动滑板车等车辆。

图1示出了本申请中轴变速器的结构示意图，传动机构2包括多组行星齿轮机构，行星齿轮机构与定轴齿轮机构相比，定轴齿轮机构是一种简单的齿轮传动机构2，由两个或多个齿轮组成。这些齿轮安装在固定的轴上，并通过齿轮间的啮合来传递动力和扭矩。而行星齿轮机构是一种复杂的齿轮传动机构2，由三个基本组成部分构成：太阳齿轮、行星齿轮和齿圈。太阳齿轮位于中心，行星齿轮围绕太阳齿轮旋转，并与齿圈啮合。通过改变行星齿轮的位置和运动状态，可以实现不同的速比、扭矩变换和反向传动。行星齿轮传动具有较小的体积和较低的高度，可以在有限空间中实现大扭矩传递，特别适用于需要高扭矩和紧凑设计的场合。自行车对零件的空间利用率要求高，较大的零件体积会影响骑行者操作性，因此采用行星齿轮机构能够大幅度降低整个中轴变速器的外形尺寸。

实施例1

在本实施例中，采用两组行星齿轮机构，具体包括第一组行星齿轮机构21和第二组行星齿轮机构22。行星齿轮机构各零件的连接关系和啮合关系有：

第一组行星齿轮机构21，包括第一太阳齿轮211、第一齿圈213、第一行星齿轮212，第一行星齿轮212与第一太阳齿轮211外啮合，第一齿圈213与第一行星齿轮212内啮合；

第二组行星齿轮机构22，包括第二太阳齿轮221、第二齿圈223、第二行星齿轮222，第二行星齿轮222与第二太阳齿轮221外啮合，第二齿圈223与第二行星齿轮222内啮合；

第一行星齿轮212和第二行星齿轮222铰接在同一个行星架，即第一行星架20上；

第一太阳齿轮211与第二太阳齿轮221与中轴1固定连接；

第一行星架20可旋转地支承于中轴1且一端与链轮5固定连接。

在本实施例中，采用两组行星齿轮机构进行变更传动比，并且使用固定机构3对行星齿轮机构的齿圈进行锁止或松开从而实现。

固定机构3可以是棘轮棘爪机构、刹车机构、锁销机构等任意能使齿圈从旋转运动变成静止的机构，固定机构3的一端连接于车架6，另一端连接于一部分传动机构2，在常态下，固定机构3处于不工作状态，即齿圈能够相对于中轴1旋转运动，固定机构3工作后，齿圈与车架6相对固定，齿圈无法转动。

固定机构3可以设置一个，也可以设置多个，第一组行星齿轮机构21和第二组行星齿轮机构22的齿圈均可以由单独的固定机构3择一进行固定，也能够实现变更传动比，但是换挡过程中，既要使换挡迅速不拖沓，两个固定机构3相互切换的时间需要控制到很小，然而这对固定机构3及控制其的控制器和控制系统要求很高，导致难以实现或者造价居高不下。

为了简化中轴变速器的换挡控制以及缩小中轴变速器的体积，设置了一个单向离合组件4替代一个固定机构3。单向离合组件4允许零件朝一个方向的转动，而阻止另一个方向的转动。

单向离合组件4设置在传动机构2的齿圈的外侧，一端连接于车架6，另一端连接于传动机构2的齿圈。在常态下，单向离合组件4允许的旋转方向与齿圈旋转的方向相反，即齿圈在不允许的旋转方向会被单向离合组件4阻止而静止。单向离合组件4可以采用滚柱式离合器、楔块式离合器、棘爪式离合器、摩擦式离合器、电磁离合器等。

假设第一太阳齿轮211的齿数为z1，第一齿圈213的齿数为z2，第一行星齿轮212的齿数为z3，第二太阳齿轮221的齿数为z4，第二齿圈223的齿数为z5，第二行星齿轮222的齿数为z6，第三齿圈233的齿数为z7，第三行星齿轮232的齿数为z8，第四太阳齿轮241的齿数为z9，第四齿圈243的齿数为z10，第四行星齿轮242的齿数为z11。

图2示出了本申请中轴变速器实施例1的第一挡位的动力传递路径图。

如图所示，此时第一固定机构31处于不工作状态，骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，由于第一齿圈213没有被固定，因此根据行星齿轮的传动特性，第一齿圈213处于空转状态不向外输出扭矩，相当于第一组行星齿轮机构21失效。而单向离合组件4被设置成能够阻止第二齿圈223旋转方向的方向，即单向离合组件4接合使第二齿圈223与车架6固定。此时第二组行星齿轮机构22的运动状态有：第二太阳齿轮221主动，第二齿圈223固定，第一行星架20从动，此时为减速传动，i1=(z4+z5)/z4。

图3示出了本申请中轴变速器实施例1的第二挡位的动力传递路径图。

如图所示，此时第一固定机构31处于工作状态，即第一齿圈213被第一固定机构31固定，骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，根据行星齿轮的传动特性，第一太阳齿轮211输入，第一齿圈213固定，第一行星架20输出，由于第一齿圈213的齿数与第二齿圈223的齿数相同，并且第一太阳齿轮211的齿数比第二太阳齿轮221的齿数多，根据行星齿轮机构的运动特性方程，

n1+an2=(1+a)n3，a=z2/z1

式中n1为太阳齿轮的转速，n2为齿圈的转速，n3为行星架的转速，z1为太阳齿轮的齿数，z2为齿圈的齿数，z3为第一行星架20的齿数。

通过计算可得出在第二挡位情况下第一行星架20的转速大于第一挡位情况下第一行星架20的转速，第一行星架20的转速输入到第二组行星齿轮机构22中，根据运动特性方程，第二太阳齿轮221的转速始终保持不变，第一行星架20的转速增大，导致第二齿圈223的转速增大且不为零，并且第二齿圈223的旋转方向与第二太阳齿轮221的旋转方向相同，此时第一单向离合组件41处于分离状态，第二组行星齿轮机构22随之失效。下文同理，不再赘述。

根据传动比的计算公式i=(z1+z2)/z1，第一齿圈213的齿数与第二齿圈223的齿数相同，第一太阳齿轮211的齿数比第二太阳齿轮221的齿数多，因此第二挡位的传动比比第一挡位的传动比小但大于1，为减速传动。得到i2=(z1+z2)/z1。

由上可知，通过控制固定机构3对行星齿轮机构的齿圈进行锁止或松开，从而使得单向离合组件4分离或接合，使中轴变速器从第一挡位切换到第二挡位，进而实现换挡的功能，由于只需要控制单个固定机构3，不需要控制两个固定机构3，因此更好地控制换挡的过程，并且换挡迅速，时间间隔极短，避免踩空的现象发生。单向离合组件4的体积远小于固定机构3的体积，而且成本低廉，不需要单独控制，使得中轴变速器的结构紧凑，体积减小。单向离合组件4和固定机构3均设置在传动机构2的齿圈的外侧，便于加工和装配。

实施例2

图4示出了实施例2的结构示意图，与实施1的区别在于，增设了第三组行星齿轮机构23和第四组行星齿轮机构24，能够提供更多的挡位，并且扭矩输出的方式有所不同。

行星齿轮机构各零件的连接关系和啮合关系有：

第一组行星齿轮机构21，包括第一太阳齿轮211、第一齿圈213、第一行星齿轮212，第一行星齿轮212与第一太阳齿轮211外啮合，第一齿圈213与第一行星齿轮212内啮合；

第二组行星齿轮机构22，包括第二太阳齿轮221、第二齿圈223、第二行星齿轮222，第二行星齿轮222与第二太阳齿轮221外啮合，第二齿圈223与第二行星齿轮222内啮合；

第三组行星齿轮机构23，包括第三齿圈233、第三行星齿轮232，第三齿圈233与第三行星齿轮232内啮合；

第四组行星齿轮机构24，包括第四太阳齿轮241、第四齿圈243、第四行星齿轮242，第四行星齿轮242与第四太阳齿轮241外啮合，第四齿圈243与第四行星齿轮242内啮合；

第一行星齿轮212、第二行星齿轮222、第三行星齿轮232和第四行星齿轮242铰接在同一个行星架，即第一行星架20上，第三行星齿轮232和第四行星齿轮242组合成第一双联行星齿轮；

第一太阳齿轮211与第二太阳齿轮221与中轴1固定连接；

第四太阳齿轮241可旋转地支承于中轴1且一端与链轮5固定连接。

在本实施例中，采用四组行星齿轮机构进行变更传动比，并且使用固定机构3对行星齿轮机构的齿圈进行锁止或松开从而实现。固定机构3设置有两组，分别为第一固定机构31和第二固定机构32，单向离合组件4同样设置有两组，分别为第一单向离合组件41和第二单向离合组件42，具体的，第一固定机构31设置在第一齿圈213的外侧，第一单向离合组件41设置在第二齿圈223的外侧，第二单向离合组件42设置在第三齿圈233的外侧，第二固定机构32设置在第四齿圈243的外侧。

需要说明的是，实施例1的扭矩从太阳齿轮输入，从第一行星架20输出，为单纯的减速传动，而实施例2的扭矩从太阳齿轮输入，从第一行星架20输出，再从第一行星架20输入，太阳齿轮输出，为减速传动和增速传动的复合传动。实际上中轴变速器还可以是增速传动和减速传动的复合传动，即前一级的行星齿轮机构和后一级的行星齿轮机构相互交换，具体的变换过程属于本领域技术人员容易想到的技术方案，在此不再赘述。

图5示出了本申请中轴变速器实施例2的第一挡位的动力传递路径图。

如图所示，此时第一固定机构31、第二固定机构32处于不工作状态，第一单向离合组件41和第二单向离合组件42处于接合状态，骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，由于第一齿圈213、第四齿圈243没有被固定，因此根据行星齿轮的传动特性，第一齿圈213、第四齿圈243处于空转状态不向外输出扭矩，相当于第一组行星齿轮机构21、第四组行星齿轮机构24失效。而单向离合组件4被设置成能够阻止第二齿圈223、第四齿圈243旋转方向的方向，即第一单向离合组件41接合使第二齿圈223与车架6固定，第二单向离合组件42接合使第三齿圈233与车架6固定。此时第二组行星齿轮机构22的运动状态有：第二太阳齿轮221主动，第二齿圈223固定，第一行星架20从动，此时为减速传动，第三组行星齿轮机构23的运动状态有：第一行星架20主动，第三齿圈233固定，第四太阳齿轮241从动，为NW传动型式（2Z-X机构），此时为增速传动，i3=i1×1/{1+(z7×z11)/(z9×z8)}。

图6示出了本申请中轴变速器实施例2的第二挡位的动力传递路径图。

如图所示，此时第一固定机构31处于不工作状态，第二固定机构32处于工作状态，即第四齿圈243被第二固定机构32固定，第一单向离合组件41处于接合状态，第二单向离合组件42处于分离状态。骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，根据行星齿轮的传动特性，第一齿圈213、第三齿圈233处于空转状态不向外输出扭矩，相当于第一组行星齿轮机构21、第三组行星齿轮机构23失效。

此时第二组行星齿轮机构22的运动状态有：第二太阳齿轮221主动，第二齿圈223固定，第一行星架20从动，此时为减速传动，第四组行星齿轮机构24的运动状态有：第一行星架20主动，第四齿圈243固定，第四太阳齿轮241从动，此时为增速传动，i4=i1×z9/(z9+z10)。

图7示出了本申请中轴变速器实施例2的第三挡位的动力传递路径图。

如图所示，此时第一固定机构31处于工作状态，第二固定机构32处于不工作状态，即第一齿圈213被第一固定机构31固定，第一单向离合组件41处于分离状态，第二单向离合组件42处于接合状态，骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，根据行星齿轮的传动特性，第二齿圈223、第四齿圈243处于空转状态不向外输出扭矩，相当于第二组行星齿轮机构22、第四组行星齿轮机构24失效。

此时第一组行星齿轮机构21的运动状态有：第一太阳齿轮211主动，第一齿圈213固定，第一行星架20从动，此时为减速传动，第三组行星齿轮机构23的运动状态有：第一行星架20主动，第三齿圈233固定，第四太阳齿轮241从动，此时为增速传动，i5=i2×1/{1+(z7×z11)/(z9×z8)}。

图8示出了本申请中轴变速器实施例2的第四挡位的动力传递路径图。

如图所示，此时第一固定机构31和第二固定机构32均处于工作状态，即第一齿圈213被第一固定机构31固定，第四齿圈243被第二固定机构32固定，第一单向离合组件41和第二单向离合组件42处于分离状态。骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，根据行星齿轮的传动特性，第二齿圈223、第三齿圈233处于空转状态不向外输出扭矩，相当于第二组行星齿轮机构22、第三组行星齿轮机构23失效。

此时第一组行星齿轮机构21的运动状态有：第一太阳齿轮211主动，第一齿圈213固定，第一行星架20从动，此时为减速传动，第四组行星齿轮机构24的运动状态有：第一行星架20主动，第四齿圈243固定，第四太阳齿轮241从动，此时为增速传动，i6=i2×z9/(z9+z10)。

实施例3

图9示出了实施例3的结构示意图，与实施2的区别在于，增设了第五组行星齿轮机构25和第六组行星齿轮机构26，进一步提供更多的挡位。

行星齿轮机构各零件的连接关系和啮合关系有：

第一组行星齿轮机构21，包括第一太阳齿轮211、第一齿圈213、第一行星齿轮212，第一行星齿轮212与第一太阳齿轮211外啮合，第一齿圈213与第一行星齿轮212内啮合；

第二组行星齿轮机构22，包括第二太阳齿轮221、第二齿圈223、第二行星齿轮222，第二行星齿轮222与第二太阳齿轮221外啮合，第二齿圈223与第二行星齿轮222内啮合；

第三组行星齿轮机构23，包括第三齿圈233、第三行星齿轮232，第三齿圈233与第三行星齿轮232内啮合；

第四组行星齿轮机构24，包括第四太阳齿轮241、第四齿圈243、第四行星齿轮242，第四行星齿轮242与第四太阳齿轮241外啮合，第四齿圈243与第四行星齿轮242内啮合；

第五组行星齿轮机构25，包括第五太阳齿轮251、第五齿圈253、第五行星齿轮252，第五行星齿轮252与第五太阳齿轮251外啮合，第五齿圈253与第五行星齿轮252内啮合；

第六组行星齿轮机构26，包括第六齿圈263、第六行星齿轮262，第六齿圈263与第六行星齿轮262内啮合；

第一行星齿轮212、第二行星齿轮222、第三行星齿轮232、第四行星齿轮242、第五行星齿轮252和第六行星齿轮262铰接在同一个行星架，即第一行星架20上，第三行星齿轮232和第四行星齿轮242组合成第一双联行星齿轮，第五行星齿轮252和第六行星齿轮262组合成第二双联行星齿轮；

第四太阳齿轮241和第五太阳齿轮251组合成双联太阳齿轮；

第四太阳齿轮241和第五太阳齿轮251可旋转地支承于中轴1且一端与链轮5固定连接。

固定机构3的一端连接于车架6，另一端连接于齿圈，具体的，固定机构3包括第一固定机构31、第二固定机构32、第三固定机构33和第四固定机构34，第一固定机构31的一端连接于车架6，另一端连接于第一齿圈213，第二固定机构32的一端连接于车架6，另一端连接于第四齿圈243，第三固定机构33的一端连接于车架6，另一端连接于第五齿圈253，第四固定机构34的一端连接于车架6，另一端连接于第六齿圈263。单向离合组件4的一端连接于车架6，另一端连接于另一部分的齿圈，单向离合组件4具体包括第一单向离合组件41和第二单向离合组件42，第一单向离合组件41的一端连接于车架6，另一端连接于第二齿圈223，第二单向离合组件42的一端连接于车架6，另一端连接于第三齿圈233。

实施例3的动力传递路径示意图如图10-图17所示，具有八个挡位，传递方式与实施例2没有本质性差异，不再赘述，需要说明的是，第三、第四、第五、第六组行星齿轮机构26均为增速传动，因此只能设置一个单向离合组件4，不能设置多个单向离合组件4，否则相互之间会相互干扰，导致第一行星架20产生交变应力，进而引发中轴变速器产生震动和异响，甚至产生裂纹和塑性变形。

实施例4

本申请还提供一种中置电机，包括上述的中轴变速器，使中置电机既有换挡功能，也有电助力功能。如图18所示，与实施例1的区别在于，增设电机7及第二减速机构8，在本实施例中，电机7与传动机构2连接，具体的，电机7的输出轴的轴线与中轴1的轴线相互平行，电机7通过第二减速机构8与传动机构2的第一行星架20连接，第二减速机构8可以是相互外啮合的齿数小的主动圆柱齿轮和齿数大的从动圆柱齿轮，主动圆柱齿轮安装在电机7的输出轴，从动圆柱齿轮安装在第一行星架20的外周面或者直接在第一行星架20的外周面加工轮齿。

电机7工作时，除了骑行者踩踏的扭矩外，还有电机7产生的扭矩，两者扭矩叠加后输出到链轮5上，使骑行者以省力的骑行方式获得更高的骑行速度或者获得更长的骑行距离。

实施例1-3的中轴变速器均可以通过该电机7的连接方式获得电助力。

具有换挡功能的中置电机，相较于具有换挡功能的后置电机（轮毂电机），由于变速的结构不在后轮而在车架6上，在崎岖的路面受冲击不会直接通过轮圈、辐条传递到轮毂，还需要经过车架6的传递，车架6具有一定的吸收震动的作用，大大削减了冲击力，相对而言不容易受外力影响，不容易磕碰，使中置电机更耐用。

后置电机的重量集中在后轮，不利于车辆的腾空、跳跃，而中置电机的重量集中在车架的重心靠下的位置，对整车的平衡影响比较小，能够大大提高操控性能。

实施例5

图19示出了本申请中置电机实施例5的结构示意图，与实施例4的区别在于，电机7通过第二减速机构8与中轴1连接，与实施例4相同的，第二减速机构8可以是相互外啮合的齿数小的主动圆柱齿轮和齿数大的从动圆柱齿轮，主动圆柱齿轮安装在电机7的输出轴，从动圆柱齿轮安装在中轴1的外周面或者直接在中轴1的外周面加工轮齿。同样也能够达到电助力的作用。

上述的第二减速机构8为齿轮传动中的一种，第二减速机构8还可以是链传动、带传动等。

值得注意的是，第二减速机构8既可以设置在靠近链轮5的位置，也可以设置在远离链轮5的位置，具体设置位置视实际情况而定。

实施例6

图20示出了本申请中置电机实施例6的结构示意图，与实施例5的区别在于，电机7轴与中轴1相互垂直设置，为此，第二减速机构8采用锥齿轮，齿数小的主动锥齿轮安装在电机7的输出轴，齿数大的从动锥齿轮安装在中轴1的外周面或者直接在中轴1的外周面加工轮齿。

实施例7

图21示出了本申请中置电机实施例7的结构示意图，与实施例4的区别在于，将电机7拆分成定子71、转子72等主要零件，并将电机7设置在第一行星架20内部，实施例4-6的电机7均设置在中轴变速器的外部，而本实施例设置在第一行星架20内部，能够使中置电机的结构更为紧凑。

如图所示，电机7的定子71固定在车架6的某部分，并且不与中轴1连接，转子72设置在定子71外部且与第一行星架20固定连接，形成内定子71、外转子72电机7结构，当电机7通电时，带动转子72高速旋转，转子72带动第一行星架20输出扭矩，因为也能够达到扭矩叠加的效果。

实施例8

图22示出了本申请中置电机实施例8的结构示意图，与实施例5的区别在于，电子的定子71和转子72的位置相互调换，具体的，电机7的定子71固定在车架6的某部分，并且不与中轴1连接，转子72设置在定子71内部且与中轴1固定连接，形成外定子71、内转子72电机7结构，当电机7通电时，带动转子72高速旋转，转子72带动中轴1输出扭矩，因为也能够达到扭矩叠加的效果。由于中轴1输入的扭矩和电机7输出的扭矩均作用在中轴1上，共用了同样的传动机构2，因此电机7不需要再额外设置第二减速机构8，使得整个装置的体积进一步减小。

实施例9

图23示出了本申请中轴变速器实施例9的结构示意图，图25示出了本申请中轴变速器实施例9的立体图，图26示出了本申请中轴变速器实施例9的主视图，图27示出了本申请中轴变速器实施例9的纵剖视图。与实施例3的区别在于，将行星齿轮机构的设置位置进行调整。在实施例3中，第一组行星齿轮机构21和第二组行星齿轮机构22均为太阳齿轮输入扭矩，行星架输出扭矩，为减速传动，第三组行星齿轮机构23、第四组行星齿轮机构24、第五组行星齿轮机构25和第六组行星齿轮机构26均为行星架输入扭矩，太阳齿轮输出扭矩，为增速传动。根据功率计算公式可知，同等功率条件下，转速越低，扭矩越大，那么第一组行星齿轮机构21和第二组行星齿轮机构22中的各零件承载的扭矩会增加，超过从中轴1输入的扭矩，为了保证使用寿命，会将太阳齿轮、行星齿轮、齿圈的壁厚增大，导致整个中轴变速器体积增大和重量增加。

而将行星齿轮机构的设置位置进行调整后，将增速传动的行星齿轮机构设置在扭矩输入端，将减速传动的行星齿轮机构设置在扭矩输出端，那么经过增速传动的行星齿轮机构后的扭矩会变小，增速传动的行星齿轮机构的各零件的壁厚可以适当减薄，达到减小中置变速器的体积和减轻重量的目的。

在本实施例中，设置有第七组行星齿轮机构27、第八组行星齿轮机构28、第九组行星齿轮机构29、第十组行星齿轮机构2100、第十一组行星齿轮机构2110、第十二组行星齿轮机构2120，其中第七组行星齿轮机构27、第八组行星齿轮机构28、第九组行星齿轮机构29和第十组行星齿轮机构2100为增速传动，第十一组行星齿轮机构2110和第十二组行星齿轮机构2120为减速传动。

行星齿轮机构各零件的连接关系和啮合关系有：

第七组行星齿轮机构27，包括第七行星齿轮272和第七齿圈273，第七齿圈273与第七行星齿轮272内啮合；

第八组行星齿轮机构28，包括第八太阳齿轮281、第八行星齿轮282和第八齿圈283，第八行星齿轮282与第八太阳齿轮281外啮合，第八齿圈283与第八行星齿轮282内啮合；

第九组行星齿轮机构29，包括第九太阳齿轮291、第九行星齿轮292和第九齿圈293，第九行星齿轮292与第九太阳齿轮291外啮合，第九齿圈293与第九行星齿轮292内啮合；

第十组行星齿轮机构2100，包括第十行星齿轮21002和第十齿圈21003，第十齿圈21003与第十行星齿轮21002内啮合；

第十一组行星齿轮机构2110，包括第十一行星齿轮21102和第十一齿圈21103，第十一齿圈21103与第十一行星齿轮21102内啮合；

第十二组行星齿轮机构2120，包括第十二太阳齿轮21201、第十二行星齿轮21202和第十二齿圈21203，第十二行星齿轮21202与第十二太阳齿轮21201外啮合，第十二齿圈21203与第十二行星齿轮21202内啮合；

第七行星齿轮272、第八行星齿轮282、第九行星齿轮292、第十行星齿轮21002铰接在第一行星架20上，第九行星齿轮292、第十行星齿轮21002铰接在第二行星架200上，第七行星齿轮272和第八行星齿轮282组合成双联行星齿轮，第九行星齿轮292和第十行星齿轮21002组合成双联行星齿轮，第十一行星齿轮21102和第十二行星齿轮21202组合成双联行星齿轮；

第八太阳齿轮281和第九太阳齿轮291、第十二太阳齿轮21201组合成三联太阳齿轮，整体为筒状套装在中轴1上，能相对于中轴1旋转；

第二行星架200的一端与链轮5固定连接。

固定机构3的一端连接于车架6，另一端连接于齿圈，具体的，固定机构3包括第一固定机构31、第二固定机构32、第三固定机构33和第四固定机构34，第一固定机构31的一端连接于车架6，另一端连接于第八齿圈283，第二固定机构32的一端连接于车架6，另一端连接于第九齿圈293，第三固定机构33的一端连接于车架6，另一端连接于第十齿圈21003，第四固定机构34的一端连接于车架6，另一端连接于第十一齿圈21103。单向离合组件4的一端连接于车架6，另一端连接于另一部分的齿圈，单向离合组件4具体包括第一单向离合组件41和第二单向离合组件42，第一单向离合组件41的一端连接于车架6，另一端连接于第七齿圈273，第二单向离合组件42的一端连接于车架6，另一端连接于第十二齿圈21203。

图24为本申请中轴变速器实施例9的某一挡位的动力传递路径图。

如图所示，此时第一固定机构31、第四固定机构34处于工作状态，第一单向离合组件41和第二单向离合组件42处于分离状态，骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，由于第七齿圈273、第九齿圈293、第十齿圈21003、第十二齿圈21203没有被固定，因此根据行星齿轮的传动特性，第七齿圈273、第九齿圈293、第十齿圈21003、第十二齿圈21203处于空转状态不向外输出扭矩，相当于第七组行星齿轮机构27、第九组行星齿轮机构29、第十组行星齿轮机构2100、第十二组行星齿轮机构2120失效。此时第八组行星齿轮机构28的运动状态有：第一行星架20主动，第八齿圈283固定，第八太阳齿轮281主动，此时为增速传动，第十一组行星齿轮机构2110的运动状态有：第十二太阳齿轮21201主动，第十一齿圈21103固定，第二行星架200从动，此时为减速传动。

其他挡位的动力传递路径图与实施例3的图10到图17所示的动力传递路径图类似，在此不再赘述。

图29为本申请固定机构3的立体图。图30为本申请固定机构3的主视图。

在本实施例中，固定机构3采用棘轮棘爪机构，棘轮棘爪机构相较于刹车机构，具有结构简单、方便控制、装配方便、易于维护等特点，原因在于，由于刹车机构需要制动盘、液压缸和制动钳，液压缸驱动制动钳使其夹紧制动盘实现固定，然而液压缸需要液压油作为推动制动钳运动的介质，使得固定机构3体积过于庞大，并且液压油需要严苛的密封条件，否则容易泄露造成固定机构3失效。

固定机构3包括控制棘爪和控制凸轮，控制棘爪两端设置有爪部，控制棘爪的中间可旋转地设置在某个支点上，控制棘爪一端的爪部与控制凸轮相抵且滑动连接，当控制凸轮转动过程中，控制凸轮将驱动控制棘爪摆动，从而使驱动控制棘爪与设置在齿圈上的棘轮槽锁止或松开，当控制棘爪与棘轮槽接合后，将阻碍齿圈单方向转动，实现固定齿圈的作用。

由于控制棘爪需要抵抗棘轮槽对其的作用力，因此需要将控制棘爪有效固定，在本实施例中，通过在传动机构2的外部设置壳体35，壳体35与车架6相连，壳体35的外周面开设有能够使控制棘爪与棘轮槽相接触的避让槽351，由于控制棘爪设置有四个，分别为第一控制棘爪311、第二控制棘爪321、第三控制棘爪331、第四控制棘爪341，因此避让槽351也相应设置有四个。壳体35为圆筒状，壳体35的内径略大于传动机构2的齿圈的外径，壳体35的外侧固定设置有转轴352，转轴352依次穿过四个控制棘爪并分别与它们铰接，使控制棘爪以转轴352为支点，绕着其轴线摆动。

为了有规律地控制齿圈固定，分别设置有第一控制凸轮312、第二控制凸轮322、第三控制凸轮332、第四控制凸轮342对应控制控制棘爪，并且，将四个控制凸轮设置在同一个凸轮轴36上，能够保证四个控制凸轮的同步转动，以确保中轴变速器准确换挡。同时在第八齿圈283、第九齿圈293、第十齿圈21003、第十一齿圈21103上分别设置第八棘轮槽2831、第九棘轮槽2931、第十棘轮槽210031、第十一棘轮槽211031，控制凸轮旋转以使控制棘爪与棘轮槽接合或脱离。

如图31所示，第一控制凸轮312的外周面始终与第一控制棘爪311的一端相抵，第一控制凸轮312转动过程中，第一控制棘爪311的一端与第一控制凸轮312的外周面滑动，此时第一控制棘爪311不会接触到第八棘轮槽2831，第八齿圈283正常转动，在第一控制凸轮312的外周面设置第一控制槽3121，当第一控制棘爪311的一端滑动到第一控制槽3121内，第一控制棘爪311摆动，第一控制棘爪311靠近第八齿圈283的爪部卡入第八棘轮槽2831时，阻碍第八齿圈283单方向转动。

可以通过在转轴352上设置扭转弹簧，扭转弹簧的一端与控制棘爪的一端连接，扭转弹簧的另一端与壳体35连接，扭转弹簧向控制棘爪施加朝向棘轮槽的力，同时控制棘爪与控制凸轮的外周面相抵。

同样的，在第二控制凸轮322、第三控制凸轮332、第四控制凸轮342分别设置了第二控制槽3221、第三控制槽3321、第四控制槽3421，由于第七组行星齿轮机构27、第八组行星齿轮机构28、第九组行星齿轮机构29、第十组行星齿轮机构2100共用同一个第一行星架20，若超过两个齿圈同时固定会造成行星齿轮机构卡滞，因此齿圈只能固定一个，故第一控制槽3121、第二控制槽3221、第三控制槽3321开口角度均不相同，这样才能保证转动到某个特定挡位角度时，只有一个控制棘爪是卡入控制槽内的。

由于第十一组行星齿轮机构2110、第十二组行星齿轮机构2120共用第二行星架200，因此第四控制槽3421的槽型视实际换挡情况而定。

控制棘爪绕转轴352的轴线旋转，以转轴352的轴心为支点，形成杠杆，可以通过调整控制棘爪与控制凸轮的接触点到支点的距离，与控制棘爪与棘轮槽的接触点到支点的距离，形成省力杠杆或费力杠杆。

若控制棘爪与控制凸轮的接触点到支点的距离大于控制棘爪与棘轮槽的接触点到支点的距离，则形成省力杠杆，由于控制棘爪卡入棘轮槽内，两者会产生较大的作用力，那么驱动装置371在转动过程中，可以用较小的力来产生较大的输出力，能够更轻松地是控制棘爪从棘轮槽从脱出，适用于会产生较大的作用力的固定机构3，比如减速传动的第八组行星齿轮机构28、第九组行星齿轮机构29、第十组行星齿轮机构2100。

若控制棘爪与控制凸轮的接触点到支点的距离小于控制棘爪与棘轮槽的接触点到支点的距离，则形成费力杠杆，那么驱动装置371在转动过程中，在同等的转动角度下，控制棘爪摆动的位移更大，换挡速度更迅速，适用于不会产生较大的作用力的固定机构3，比如增速传动的第十一组行星齿轮机构2110。

为了驱动凸轮轴36旋转，在本实施例中，采用电动换挡机构37进行驱动，电动换挡机构37包括驱动装置371，驱动装置371为编码器电机7，编码器电机7可以通过编码器来实时获取电机7运动的位置、速度和角度等信息，并且拥有较高的测量精度和准确性，适用于对位置、速度和角度等精度要求较高的应用场景。

驱动装置371的输出端连接有第一减速机构372，第一减速机构372可以为多级齿轮减速器，通过第一减速机构372将驱动装置371的扭矩增大，凸轮轴36的端部还设置有缓冲装置373，若换挡过程中出现凸轮轴36出现卡滞，缓冲装置373能够吸收驱动装置371产生的扭矩，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371烧毁，能有效延长驱动机构的使用寿命。

为了实时获取中置变速器的挡位信息，在凸轮轴36的端部还设置有挡位反馈装置374，挡位反馈装置374。挡位反馈装置374包括磁铁、电路板和设置在电路板上的多个霍尔元件。在本实施例中，中置变速器设置有八挡，因此霍尔元件对应设置有八个，磁铁安装在与凸轮轴36固定的摆臂上，当驱动装置371驱动凸轮轴36旋转时，摆臂上的磁铁扫过霍尔元件，霍尔元件感应磁场强度变化产生一个相应的脉冲，因此可通过获取该脉冲信号来判断转动到哪个挡位。

此外，应用了中置变速器的车辆还设置有速度反馈装置，例如通过增设GPS芯片获取定位信息并通过计算来获取车辆的速度，在自动模式下，骑行者无需任何操作，中置变速器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。

又或者中置变速器内置踏频传感器和扭矩传感器，获取骑行者踩踏力矩的大小和踩踏频率的快慢，根据内部算法综合判断骑行者处于上坡状态、平地急加减速状态、平地缓加减速状态、下坡状态，自动控制驱动装置371进行换挡，实现自动换挡的效果。

图32为本申请中轴变速器（手动换挡机构38）实施例10的立体图，图33为本申请中轴变速器（手动换挡机构38，隐去固定盘381）实施例10的立体图。

在本实施例中，凸轮轴36采用手动换挡机构38进行驱动，手动换挡机构38包括固定盘381、旋转盘383、控制线384以及驱动控制线384运动的换挡器，固定盘381中间开设有通孔，旋转盘383套接在固定盘381内部能够相对于固定盘381转动，固定盘381可以固定在中置变速器或者车架6的任意一个不运动的部位，固定盘381的上方开设有槽，槽内固定安装有线管382，线管382的布置位置沿着旋转盘383的切线方向设置，控制线384自上往下穿过线管382与旋转盘383连接。

为了使控制线384能够驱动凸轮轴36旋转，在旋转盘383的外周面设置有螺旋状的线槽3831，控制线384沿着线槽3831缠绕在线槽3831内，一端与旋转盘383的一处固定。当控制线384被换挡器向上拉动过程中，控制线384将带动旋转盘383旋转，从而带动与旋转盘383固定的凸轮轴36旋转，当控制线384被换挡器释放时，旋转盘383在弹性复位件的作用下反向旋转，从而带动与旋转盘383固定的凸轮轴36反向旋转。

控制线384通常采用钢丝线等不容易产生变形的线材。

手动换挡机构38相较于电动换挡机构37，其零件少，结构简单，不需要电力驱动，不涉及复杂的电子元件和电气系统，可靠性高，但控制线384在长时间使用后会发生锈蚀、拉长，导致控制线384不能按照同等距离对凸轮轴36进行拉动或释放，进而导致换挡困难、顿挫或无法换挡等情况。

实施例10

图34为本申请中置电机7实施例10的结构示意图，图35为本申请中置电机7实施例10的立体图之一，图36为本申请中置电机7实施例10的立体图之二，图37为本申请中置电机7实施例10的立体图之三，图38为本申请中置电机7实施例10的立体图之四。

在本实施例中，电机7的输出端设置了第二减速机构8，第二减速机构8包括第一减速齿轮81、第二减速齿轮82、第三减速齿轮83，第一减速齿轮81安装在电机7的输出轴上，第三减速齿轮83安装在传动机构2的第二行星架200上，第二减速齿轮82安装在第一减速齿轮81和第三减速齿轮83之间，第一减速齿轮81、第二减速齿轮82、第三减速齿轮83的齿数依次增大，第二减速机构8形成两级减速，降低电机7的转速以提高电机7的扭矩，骑行者通过踩踏脚踏将产生的扭矩经过中置变速器后，再与电机7产生的扭矩相加，最终输出到链轮5上。

中置电机7的外部设置有保护壳10，保护壳10将所有电子元件和机械元件保护在内，防止受到碰撞、刮擦、水和灰尘等外界因素的损害，保护壳10的一部分采用金属材质，可以起到冷却电机7的作用，通过导热的方式将电机7内部的热量转移到外部，保证中置电机7正常运行。

固定机构3的固定端先与保护壳10进行连接，然后保护壳10再与车架6连接，从而实现固定机构3与车架6间接连接的目的。

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”等的描述意指接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接合。

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。

Claims (19)

1.一种中轴变速器，其特征在于，包括：

中轴(1)，所述中轴(1)可旋转地支承于车架(6)，扭矩从所述中轴(1)输入；

传动机构(2)，所述传动机构(2)与所述中轴(1)连接，所述传动机构(2)具有至少一个传动比；

固定机构(3)，一端连接于车架(6)，另一端连接于一部分传动机构(2)；

单向离合组件(4)，一端连接于车架(6)，另一端连接于另一部分传动机构(2)；

链轮(5)，固定在传动机构(2)上，将扭矩输出；

扭矩经过传动机构(2)后，通过控制固定机构(3)使一部分传动机构(2)的部件与车架(6)相对固定以改变传动比。

2.根据权利要求1所述的中轴变速器，其特征在于，传动机构(2)为多组行星齿轮机构。

3.根据权利要求2所述的中轴变速器，其特征在于，所述固定机构(3)的一端连接于车架(6)，另一端连接于一部分传动机构(2)的齿圈。

4.根据权利要求2所述的中轴变速器，其特征在于，所述单向离合组件(4)的一端连接于车架(6)，另一端连接于另一部分传动机构(2)的齿圈。

5.根据权利要求2所述的中轴变速器，其特征在于，所述传动机构(2)为减速传动、增速传动的至少一者。

6.根据权利要求2所述的中轴变速器，其特征在于，所述传动机构(2)为先经过增速传动，后经过减速传动的复合传动。

7.根据权利要求6所述的中轴变速器，其特征在于，所述传动机构(2)包括：

第七组行星齿轮机构(27)，包括第七行星齿轮(272)和第七齿圈(273)，第七齿圈(273)与第七行星齿轮(272)内啮合；

第八组行星齿轮机构(28)，包括第八太阳齿轮(281)、第八行星齿轮(282)和第八齿圈(283)，第八行星齿轮(282)与第八太阳齿轮(281)外啮合，第八齿圈(283)与第八行星齿轮(282)内啮合；

第九组行星齿轮机构(29)，包括第九太阳齿轮(291)、第九行星齿轮(292)和第九齿圈(293)，第九行星齿轮(292)与第九太阳齿轮(291)外啮合，第九齿圈(293)与第九行星齿轮(292)内啮合；

第十组行星齿轮机构(2100)，包括第十行星齿轮(21002)和第十齿圈(21003)，第十齿圈(21003)与第十行星齿轮(21002)内啮合；

第十一组行星齿轮机构(2110)，包括第十一行星齿轮(21102)和第十一齿圈(21103)，第十一齿圈(21103)与第十一行星齿轮(21102)内啮合；

第十二组行星齿轮机构(2120)，包括第十二太阳齿轮(21201)、第十二行星齿轮(21202)和第十二齿圈(21203)，第十二行星齿轮(21202)与第十二太阳齿轮(21201)外啮合，第十二齿圈(21203)与第十二行星齿轮(21202)内啮合；

第七行星齿轮(272)、第八行星齿轮(282)、第九行星齿轮(292)、第十行星齿轮(21002)铰接在第一行星架(20)上，第九行星齿轮(292)、第十行星齿轮(21002)铰接在第二行星架(200)上，第七行星齿轮(272)和第八行星齿轮(282)组合成双联行星齿轮，第九行星齿轮(292)和第十行星齿轮(21002)组合成双联行星齿轮，第十一行星齿轮(21102)和第十二行星齿轮(21202)组合成双联行星齿轮；

第八太阳齿轮(281)和第九太阳齿轮(291)、第十二太阳齿轮(21201)组合成三联太阳齿轮，整体为筒状套装在中轴(1)上，能相对于中轴(1)旋转；

第二行星架(200)的一端与链轮(5)固定连接。

8.根据权利要求7所述的中轴变速器，其特征在于，所述固定机构(3)的一端连接于车架(6)，另一端分别连接于第八齿圈(283)、第九齿圈(293)、第十齿圈(21003)和第十一齿圈(21103)，所述单向离合组件(4)的一端连接于车架(6)，另一端分别连接于第七齿圈(273)和第十二齿圈(21203)。

9.根据权利要求2所述的中轴变速器，其特征在于，所述传动机构(2)包括：

第一组行星齿轮机构(21)，包括第一太阳齿轮(211)、第一齿圈(213)、第一行星齿轮(212)，所述第一行星齿轮(212)与所述第一太阳齿轮(211)外啮合，所述第一齿圈(213)与所述第一行星齿轮(212)内啮合；

第二组行星齿轮机构(22)，包括第二太阳齿轮(221)、第二齿圈(223)、第二行星齿轮(222)，所述第二行星齿轮(222)与所述第二太阳齿轮(221)外啮合，所述第二齿圈(223)与所述第二行星齿轮(222)内啮合；

所述第一行星齿轮(212)和所述第二行星齿轮(222)铰接在第一行星架(20)上；

所述第一太阳齿轮(211)与所述第二太阳齿轮(221)与所述中轴(1)固定连接；

所述第一行星架(20)可旋转地支承于所述中轴(1)且一端与所述链轮(5)固定连接。

10.根据权利要求9所述的中轴变速器，其特征在于，所述固定机构(3)的一端连接于车架(6)，另一端连接于第一齿圈(213)，所述单向离合组件(4)的一端连接于车架(6)，另一端连接于第二齿圈(223)。

11.根据权利要求5所述的中轴变速器，其特征在于，所述传动机构(2)包括：

第一组行星齿轮机构(21)，包括第一太阳齿轮(211)、第一齿圈(213)、第一行星齿轮(212)，所述第一行星齿轮(212)与所述第一太阳齿轮(211)外啮合，所述第一齿圈(213)与所述第一行星齿轮(212)内啮合；

第二组行星齿轮机构(22)，包括第二太阳齿轮(221)、第二齿圈(223)、第二行星齿轮(222)，所述第二行星齿轮(222)与所述第二太阳齿轮(221)外啮合，所述第二齿圈(223)与所述第二行星齿轮(222)内啮合；

第三组行星齿轮机构(23)，包括第三齿圈(233)、第三行星齿轮(232)，所述第三齿圈(233)与所述第三行星齿轮(232)内啮合；

第四组行星齿轮机构(24)，包括第四太阳齿轮(241)、第四齿圈(243)、第四行星齿轮(242)，所述第四行星齿轮(242)与所述第四太阳齿轮(241)外啮合，所述第四齿圈(243)与所述第四行星齿轮(242)内啮合；

所述第一行星齿轮(212)、所述第二行星齿轮(222)、所述第三行星齿轮(232)和所述第四行星齿轮(242)铰接在第一行星架(20)上，所述第三行星齿轮(232)和所述第四行星齿轮(242)组合成第一双联行星齿轮；

所述第一太阳齿轮(211)与所述第二太阳齿轮(221)与所述中轴(1)固定连接；

所述第四太阳齿轮(241)可旋转地支承于所述中轴(1)且一端与所述链轮(5)固定连接。

12.根据权利要求11所述的中轴变速器，其特征在于，所述固定机构(3)的一端连接于车架(6)，另一端分别连接于第一齿圈(213)和第四齿圈(243)，所述单向离合组件(4)的一端连接于车架(6)，另一端分别连接于第二齿圈(223)和第三齿圈(233)。

13.根据权利要求11所述的中轴变速器，其特征在于，所述传动机构(2)还包括：

第五组行星齿轮机构(25)，包括第五太阳齿轮(251)、第五齿圈(253)、第五行星齿轮(252)，所述第五行星齿轮(252)与所述第五太阳齿轮(251)外啮合，所述第五齿圈(253)与所述第五行星齿轮(252)内啮合；

第六组行星齿轮机构(26)，包括第六齿圈(263)、第六行星齿轮(262)，所述第六齿圈(263)与所述第六行星齿轮(262)内啮合；

所述第一行星齿轮(212)、所述第二行星齿轮(222)、所述第三行星齿轮(232)、所述第四行星齿轮(242)、所述第五行星齿轮(252)和所述第六行星齿轮(262)铰接在第一行星架(20)上，所述第三行星齿轮(232)和所述第四行星齿轮(242)组合成第一双联行星齿轮，所述第五行星齿轮(252)和所述第六行星齿轮(262)组合成第二双联行星齿轮；

所述第四太阳齿轮(241)和所述第五太阳齿轮(251)组合成双联太阳齿轮；

所述第四太阳齿轮(241)和所述第五太阳齿轮(251)可旋转地支承于所述中轴(1)且一端与所述链轮(5)固定连接。

14.根据权利要求13所述的中轴变速器，其特征在于，所述固定机构(3)的一端连接于车架(6)，另一端分别连接于第一齿圈(213)、第四齿圈(243)、第五齿圈(253)和第六齿圈(263)，所述单向离合组件(4)的一端连接于车架(6)，另一端分别连接于第二齿圈(223)和第三齿圈(233)。

15.一种中置电机，包括如权利要求1-14任一项所述的中轴变速器，其特征在于，还包括电机(7)，所述电机(7)与所述中轴(1)或所述传动机构(2)连接。

16.根据权利要求15所述的中置电机，其特征在于，所述电机(7)与所述中轴(1)同轴设置。

17.根据权利要求15所述的中置电机，其特征在于，所述电机(7)与所述中轴(1)相互平行的轴线设置。

18.根据权利要求15所述的中置电机，其特征在于，所述电机(7)与所述中轴(1)相互垂直的轴线设置。

19.根据权利要求15-18任一项所述的中置电机，其特征在于，所述电机(7)通过链传动、带传动、齿轮传动的任一种与所述中轴(1)或所述传动机构(2)连接。