CN115571258A - 中置电机的牙盘变速装置及其中置电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中置电机的牙盘变速装置，其特征是：包括中轴、增速机构、速度选择机构和脚踏力矩检测机构，所述增速机构通过支撑在中轴上的高速太阳轮及支撑在高速太阳轮上的低速太阳轮构成与中轴共轴的输出结构，再通过速度选择机构向牙盘选择输出两种速度的脚踏动力，所述增速机构包括行星轮系增速输出机构和固定轮系过渡轮增速输出机构；所述速度选择机构包括径向速度选择机构和轴向速度选择机构。有益效果：有益效果：安装牙盘变速装置的中置电机，通过速度选择机构向牙盘选择输出两种速度的脚踏动力，给骑行者提供更加舒适的骑行体验和速度的选择。增速机构与中轴共轴设置，使得中置电机整体结构更紧凑。

Description

中置电机的牙盘变速装置及其中置电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，尤其涉及一种中置电机的牙盘变速装置及其中置电机。

背景技术

目前，助力自行车中置电机主要搭载于高端车型上，消费者对这种车的外观、性能、骑行舒适性等要求比较高。为了提高在不同骑行路况下需要方便保持骑行者的踏蹬力，以保证骑行舒适性，目前广泛应用的方式是不断提高在后轮安装的变速飞轮级数，如7速、8速、11速等。随着变速器级数的增加，导致变速机构尺寸加大、变速器维护及操作也变得麻烦，由于自行车整体结构空间限制，外变速的级数也不宜过大。授权公告号为CN103171732B的专利文献公开了一种用于自行车的曲柄传动装置，包括：一个踏板轴，用于将两个踏板安设在踏板轴的自由端上；一个用于将力传递到自行车的一个轮上的从动轮；一个具有一个太阳轮、一个齿圈、至少一个行星轮和一个行星支架的行星齿轮传动装置，其中，该行星支架抗旋转地固定在踏板轴上；和一个设置在齿圈上的、用于求出齿圈的支撑力矩的传感器。授权公告号为CN 102883946B的专利文献公开了电动自行车的用于检测对踏板轴加载的转矩的传动装置。该传动装置具有：踏板轴，转矩作用在该踏板轴上；一个设置用于连接到从动装置上的从动轴；一个相对踏板轴平行地错开的传感器轴；及一个与传感器轴连接的力传感器。该传动装置还包括一个驱动侧传感器传动装置及一个从动侧传感器传动装置。驱动侧传感器传动装置使踏板轴与传感器轴连接及从动侧传感器传动装置使传感器轴与空心轴连接。空心轴被设置用于与一个从动装置连接，及驱动侧传感器传动装置具有一个变速比，该变速比与从动侧传感器传动装置的变速比不同。上述专利文献的技术方案主要是用于检测对踏板轴加载的力矩。专利公布号为CN112413067A的专利文献公开了一种中置电机多挡调节变速机构及中置电机，其涉及助力自行车电机领域。其技术方案要点包括变速输入组件、变挡执行组件、变速输出组件和变挡调节组件；变速输入组件包括中轴输入套筒和滑套，滑套与中轴输入套筒为周向联动配合；变挡执行组件包括变速齿圈、行星架、多联行星轮和N个变挡太阳轮，滑套能够与变速齿圈实现周向联动配合；变速输出组件包括与行星架单向联动配合的变速输出套；变挡调节组件包括能够对N个变挡太阳轮依次进行止动的第一滑块。本发明可以单独承载脚踏输入实现变速输出，也可以同时承载脚踏输入和电机助力输入实现变速输出，而且能够实现1～2N+1挡的变速调节，能够给骑行者带来更加顺畅和省力的骑行体验。上述技术方案实现了变速目的。但是该种变速机构由于不能与中轴共轴，为了实现电机速度的变化，只是设计了一套变速机构与中置电机连接，其安装于中置电机内部时需与中轴平行设置，则要占用较大空间，导致中置电机的体积加大，不利于电机的小型化、轻量化。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种中置电机的牙盘变速装置及其中置电机，可以实现小牙盘增速输出，减小电机输出端的减速比，既能够减小电机的整体尺寸及体积，又能实现人力的脚踏输入变速输出，给骑行者提供更宽的调速范围，更好地适应不同骑行状态。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种中置电机的牙盘变速装置，其特征是：包括中轴、增速机构、速度选择机构和脚踏力矩检测机构，所述增速机构通过支撑在中轴上的高速太阳轮及支撑在高速太阳轮上的低速太阳轮构成与中轴共轴的输出结构，再通过速度选择机构向牙盘选择输出两种速度的脚踏动力，

所述增速机构包括行星轮系增速输出机构和固定轮系过渡轮增速输出机构；

所述速度选择机构包括径向速度选择机构和轴向速度选择机构；

所述脚踏力矩检测机构从增速机构中相对不动的零件上检测脚踏力矩。

所述增速机构包括左、右侧行星架、行星轮轴、行星轮大齿轮、行星轮小齿轮、齿圈、高速太阳轮和低速太阳轮，所述行星轮轴支撑在左、右侧行星架上，所述行星轮大齿轮和行星轮小齿轮呈整体双联结构，行星轮大齿轮和行星轮小齿轮与行星轮轴滑动连接，所述行星轮大齿轮与齿圈啮合，所述行星轮大齿轮与高速太阳轮啮合，行星轮小齿轮与低速太阳轮啮合，所述高速太阳轮通过轴承支撑在中轴上，所述低速太阳轮通过轴承支撑在高速太阳轮上，所述右侧行星架通过行星架支撑轴承支撑在低速太阳轮上，所述左、右侧行星架通过螺钉固定呈整体结构，构成行星架为输入件，太阳轮为输出件的行星轮系增速输出机构，所述高速太阳轮以及低速太阳轮与速度选择机构连接。

所述齿圈外圆设有齿圈凸起，所述齿圈凸起与固定在壳体上的压力传感器触接，构成脚踏力矩检测结构。

所述增速机构包括左、右侧过渡轮支架、过渡轮轴、三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮、三联过渡轮输出小齿轮、主动齿轮、高速太阳轮和低速太阳轮，所述左、右过渡轮支架上支撑有过渡轮轴，所述过渡轮轴滑动连接有三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮、三联过渡轮输出小齿轮，所述三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮和三联过渡轮输出小齿轮呈整体三联结构，所述三联过渡轮输入齿轮与主动齿轮啮合，所述主动齿轮与中轴键接，所述三联过渡轮输出大齿轮与高速太阳轮啮合，所述三联过渡轮输出小齿轮与低速太阳轮啮合，所述高速太阳轮通过轴承支撑在中轴上，所述低速太阳轮通过轴承支撑在高速太阳轮上，所述右侧过渡轮支架通过过渡轮支架右侧支撑轴承支撑在低速太阳轮上，所述左侧过渡轮支架通过过渡轮支架左侧支撑轴承支撑在中轴上，所述左、右侧过渡轮支架通过螺钉固定呈整体结构，构成主动轮为输入件，太阳轮为输出件的固定轮系过渡轮增速输出机构，所述高速太阳轮以及低速太阳轮与速度选择机构连接。

所述左侧过渡轮支架与固定在壳体上的压力传感器触接，构成脚踏力矩检测结构。

所述速度选择机构包括径向速度选择机构和轴向速度选择机构，所述径向速度选择机构采用棘轮机构，所述径向速度选择机构包括输出套和档位控制环，所述输出套的外圆设有低速选择千斤，输出套的内圆设有高速选择千斤，千斤背面卡接有千斤复位弹簧，输出套端面设有定位凸起，定位凸起上设有螺钉过孔，所述档位控制环形状呈阶梯环状，小阶梯环侧壁对应高速选择千斤位置设有高速选择千斤避让开口，大阶梯环端面对应输出套端面的定位凸起位置设有定位凸起避让开口，所述输出套通过定位凸起贯穿的螺钉与电机输入齿轮固定，所述档位控制环置于输出套和电机输入齿轮之间，并通过阻尼机构做转动位移，所述档位控制环大阶梯环的定位凸起避让开口上设有档位控制环复位弹簧，所述低速选择千斤与低速太阳轮内圈的棘齿触接，所述高速选择千斤与高速太阳轮的内圈的棘齿触接，构成棘轮式径向速度选择机构。

所述阻尼机构包括档位控制弹簧和档位控制电机，所述档位控制弹簧形状呈开口状，档位控制弹簧卡装在档位控制环的大阶梯环外圆，所述档位控制弹簧的开口卡接档位控制电机方形头，所述档位控制电机方形头与档位控制电机输出轴键接，档位控制弹簧另一端通过定位销与电机壳体销接，档位控制弹簧与档位控制环的大阶梯环外圆之间设有摩擦片。

所述轴向速度选择机构包括输出套，所述输出套的内圆设有输出套花键，输出套在电机输入齿轮凸台上轴向滑动，输出套内圆端面两侧设有棘齿，高、低速太阳轮棘齿轴向分布在输出套的左右侧，输出套向右滑动，输出套棘齿与高速太阳轮棘齿咬合为高速档位；输出套向左滑动，输出套棘齿与低速太阳轮棘齿咬合为低速档位，构成滑套式轴向速度选择机构。

一种安装有牙盘变速装置的中置电机。

有益效果：与现有技术相比,本发明的牙盘增速且可变速机构，给骑行者提供更加舒适的骑行体验和更宽的变速范围。增速机构与中轴共轴设置；在增速机构上的检测脚踏力矩机构，是从增速机构相对主壳体不动的零件上来检测脚踏力矩，既可以保证传感器不参与牙盘或中轴的运动，使其保持静止不动，则可以保证传感器的可靠性和提高其使用寿命；本发明的结构设计使得中置电机整体结构更紧凑，使其更小巧、轻便且更美观。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1的立体剖视图；

图3是图1的分解图示意图；

图4是图3中的速度选择机构分解图；

图5是实施例1的速度选择机构示意图；

图6是实施例1的速度选择机构局部剖视图；

图7是实施例1高速档位工作状态的立体示意图；

图8是实施例1高速档位工作状态的位置示意图；

图9是实施例1低速档位工作状态的立体示意图；

图10是实施例1低速档位工作状态的位置示意图；

图11是本发明实施例2的结构示意图；

图12是实施例2的速度选择机构分解图；

图13是实施例2的速度选择机构高速档位时位置关系示意图；

图14是实施例2的速度选择机构低速档位时位置关系示意图；

图15是实施例2的档位选择机构立体示意图；

图16是本发明实施例3的结构示意图；

图17是实施例3的立体示意图；

图18是实施例4的结构示意图；

图19是实施例1高速档位时的传动原理示意图；

图20是实施例1低速档位时的传动原理示意图；

图21是实施例3高速档位时的传动原理示意图；

图22是实施例3低速档位时的传动原理示意图；

图23是采用实施例1结构的中置电机的结构示意图；

图24是采用实施例1-4的中置电机外观示意图。

图中：1、右侧中轴，1-1、左侧中轴，2、左侧行星架，2-1、右侧行星架，3、行星轮轴，4、双联行星轮大齿轮，4-1、双联行星轮小齿轮，5、齿圈，5-1、齿圈凸起，6、高速太阳轮，6-1、高速太阳轮棘齿，7、高速太阳轮支撑轴承，8、低速太阳轮，8-1、低速太阳轮棘齿，9、低速太阳轮支撑轴承，10、行星架支撑轴承，11、输出套，11-1、定位凸起，11-2、输出套棘齿，11-3、输出套花键，12、档位控制环，12-1、高速选择千斤避让开口，12-2、定位凸起避让开口，13、档位控制环复位弹簧，14、摩擦片，15、电机输入齿轮，15-1、电机输入齿轮凹槽，15-2、电机输入齿轮凸台，16、电机输入齿轮内侧支撑轴承，17、牙盘，18、电机输入齿轮外侧支撑轴承承，19、中轴支撑轴承，20、压力传感器，21、速度传感器磁环，22、速度传感器霍尔，23、螺丝，24、低速选择千斤，25、高速选择千斤，26、千斤复位弹簧，27、档位控制弹簧，28、定位销，29、档位控制电机，29-1、档位控制电机方形头，29-2、档位控制电机螺杆，30、过渡轮支架，31、过渡轮支架左侧支撑轴承，31-1、过渡轮支架右侧支撑轴承，32，过渡轮轴，33、三联过渡轮输入齿轮，33-1、三联过渡轮输出大齿轮，33-2、三联过渡轮输出小齿轮，34、主动齿轮，35、主壳体，36、左端盖，37、右端盖，38、定子，39、转子，40、电机齿头，41、一级减速大齿轮，42、电机侧单向离合器，43、二级减速小齿轮，44、控制器，45、输出套固定螺钉，46、拨叉。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：详见附图，本实施例提供了一种中置电机的牙盘变速装置，其特征是：包括中轴、增速机构、速度选择机构和脚踏力矩检测机构，所述增速机构通过支撑在中轴上的高速太阳轮及支撑在高速太阳轮上的低速太阳轮构成与中轴共轴的输出结构，再通过速度选择机构向牙盘选择输出两种速度的脚踏动力，所述增速机构包括行星轮系增速输出机构和固定轮系过渡轮增速输出机构；所述速度选择机构包括径向速度选择机构和轴向速度选择机构；所述脚踏力矩检测机构从增速机构中相对不动的零件上检测脚踏力矩。

实施例1

行星轮系+径向选速

详见附图1-2，本实施例的优选方案是，所述增速机构包括左、右侧行星架2、2-1、行星轮轴3、双联行星轮大齿轮4、双联行星轮小齿轮4-1、齿圈5、高速太阳轮6和低速太阳轮8，所述行星轮轴3支撑在左、右侧行星架上，所述双联行星轮大齿轮和双联行星轮小齿轮呈整体双联结构，双联行星轮大齿轮和双联行星轮小齿轮与行星轮轴滑动连接，所述行星轮大齿轮与齿圈啮合，所述行星轮大齿轮与高速太阳轮啮合，行星轮小齿轮与低速太阳轮啮合，所述高速太阳轮通过高速太阳轮支撑轴承7支撑在中轴上，所述低速太阳轮通过低速太阳轮支撑轴承9支撑在高速太阳轮上，所述右侧行星架通过行星架支撑轴承10支撑在低速太阳轮上，所述左、右侧行星架通过螺丝23固定呈整体结构，构成行星架为输入件，太阳轮为输出件的行星轮系增速输出机构，所述高速太阳轮以及低速太阳轮与速度选择机构连接。所述齿圈外圆设有齿圈凸起5-1，所述齿圈凸起与固定在壳体上的压力传感器20触接，构成脚踏力矩检测结构。

如图1，图19所示，采用2K-H传动结构，行星架为输入件，太阳轮为输出件，增速输出。中轴动力带动行星架及双联行星轮旋转，双联行星轮大、小齿轮各自与高、低速太阳轮啮合，脚踏动力以两种速度输出，具体参数如下表所示：

高速档减速比：

低速档减速比：

如上所示，中轴到牙盘传动比，高速档与低速档分别为i＝0.315，i＝0.429中轴旋转1周，高速档时牙盘旋转1/0.3714＝3.17周，低速档时牙盘旋转1/0.429＝2.33周，即增速输出。

中轴旋转时高速太阳轮与低速太阳轮同时同向旋转，高速太阳轮转速始终高于低速太阳轮。

详见附图3-8，所述径向速度选择机构采用棘轮机构，所述径向速度选择机构包括输出套11和档位控制环12，所述输出套的外圆设有低速选择千斤24，输出套的内圆设有高速选择千斤25，千斤背面卡接有千斤复位弹簧26，输出套端面设有定位凸起，定位凸起上设有螺钉过孔，所述档位控制环形状呈阶梯环状，小阶梯环侧壁对应高速选择千斤位置设有高速选择千斤避让开口12-1，大阶梯环端面对应输出套端面的定位凸起位置设有输出套定位凸起避让开口12-2，所述输出套11通过定位凸起11-1贯穿的螺钉与电机输入齿轮15固定，电机输入齿轮凹槽15-1与输出套凸起相互咬合，将输出套与电机输入齿轮连接，所述档位控制环置于输出套和电机输入齿轮之间，并通过阻尼机构做转动位移，所述档位控制环大阶梯环的定位凸起避让开口上设有档位控制环复位弹簧13，所述低速选择千斤与低速太阳轮内圈的棘齿触接，所述高速选择千斤与高速太阳轮的内圈的棘齿触接，构成棘轮式径向速度选择机构。所述阻尼机构包括档位控制弹簧27和档位控制电机29，所述档位控制弹簧形状呈开口状，档位控制弹簧卡装在档位控制环的大阶梯环外圆，所述档位控制弹簧的开口卡接档位控制电机方形头29-1，所述档位控制电机方形头与档位控制电机输出轴键接，档位控制弹簧另一端通过档位控制弹簧定位销28与中置电机壳体销接，档位控制弹簧与档位控制环的大阶梯环外圆之间设有摩擦片14。

如图7图8所示，档位控制电机方形头将档位控制弹簧撑开时，摩擦片与档位控制环分离，档位控制环在档位控制环复位弹簧的作用下顺时针旋转到图8所示位置，此时高速选择千斤与档位控制环没有相互接触，高、低速选择千斤在千斤复位弹簧作用下各自与高速太阳轮棘齿与低速太阳轮棘齿接触。当中轴顺时针旋转时，高速太阳轮与低速太阳轮也顺时针旋转，由于高速太阳轮转速高于低速太阳轮，高速太阳轮棘齿通过高速选择千斤带动输出套同步旋转，由于输出套转速高于低速太阳轮，低速选择千斤与低速太阳轮棘齿打滑。输出套带动电机输入齿轮及牙盘高档位旋转。

如图9图10所示，档位控制电机方形头转动后，将档位控制弹簧落下时，摩擦片与档位控制环接触，当中轴顺时针旋转时，高、低速太阳轮、输出套及档位控制环也顺时针旋转，档位控制环12在摩擦片摩擦力的作用下相对于输出套逆时针旋转一定角度，旋转到图10所示位置，此时档位控制环将高速选择千斤向外顶起，与高速太阳轮棘齿分离，只有低速选择千斤与低速太阳轮棘齿接触。低速太阳轮棘齿通过低速选择千斤带动输出套同步旋转，由于高速选择千斤已被顶起，高速太阳轮空转。输出套带动电机输入齿轮及牙盘低档位旋转。

动力的传递路径：当踩踏力通过中轴→行星架→行星轮→太阳轮→输出套→电机输入齿轮→牙盘传递动力过程。检测踩踏力矩的过程：齿圈具有与中轴同向旋转的趋势，压力传感器挡住齿圈凸起5-1使其不转，通过压力传感器向齿圈提供止转力矩，此止转力矩与踩踏力之间有线性关系，此力矩信号提供给控制器作为与骑行者踩踏力矩相对应的输入信号，可以准确地测量骑行者踩踏力矩，迅速解读骑行者的骑行状态及意图，能够很好地匹配助力功率，实现最佳的助力效果。止转力矩提供部件可以是压力传感器也可以是力矩传感器。

实施例2

行星轮系+轴向选速

如图11～15所示，其中行星轮系同实施例1，不再赘述。仅对轴向速度选择机构结构进行描述。所述轴向速度选择机构包括输出套，所述输出套的内圆设有输出套花键，输出套在电机输入齿轮凸台15-2上轴向滑动，输出套内圆端面两侧设有棘齿，高、低速太阳轮棘齿轴向分布在输出套的左右侧，输出套向右滑动，输出套棘齿与高速太阳轮棘齿咬合为高速档位；输出套向左滑动，输出套棘齿与低速太阳轮棘齿咬合为低速档位，构成滑套式轴向速度选择机构。

综上所述，如图11所示，实施例2与实施例1相比，在档位选择结构上有差异。实施例1中，高、低速太阳轮棘齿径向分布在输出套的内外侧，控制高速选择千斤的咬合来切换档位；实施例2中，高、低速太阳轮棘齿轴向分布在输出套的左右侧，控制输出套左右滑动来切换档位。档位控制电机螺杆驱动拨叉轴向移动来切换档位。

实施例3

固定轮系+径向选速

详见附图16-17，本实施例是另一种增速机构结构的优选方案，所述增速机构包括左、右侧过渡轮支架30、30-1、过渡轮轴32、三联过渡轮输入齿轮33、三联过渡轮输出大齿轮33-1、三联过渡轮输出小齿轮33-2、主动齿轮34、高速太阳轮6和低速太阳轮8，所述左、右过渡轮支架上支撑有过渡轮轴，所述过渡轮轴滑动连接有三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮、三联过渡轮输出小齿轮，所述三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮和三联过渡轮输出小齿轮呈整体三联结构，所述三联过渡轮输入齿轮与主动齿轮啮合，所述主动齿轮与中轴键接，所述三联过渡轮输出大齿轮与高速太阳轮啮合，所述三联过渡轮输出小齿轮与低速太阳轮啮合，所述高速太阳轮通过轴承支撑在中轴上，所述低速太阳轮通过轴承支撑在高速太阳轮上，所述右侧过渡轮支架通过过渡轮支架右侧支撑轴承31-1支撑在低速太阳轮上，所述左侧过渡轮支架通过过渡轮支架左侧支撑轴承31支撑在中轴上，所述左、右侧过渡轮支架通过螺丝23固定呈整体结构，构成主动轮为输入件，太阳轮为输出件的固定轮系过渡轮增速输出机构，所述高速太阳轮以及低速太阳轮与速度选择机构连接。所述左侧过渡轮支架与固定在壳体上的压力传感器触接，构成脚踏力矩检测结构。

上述实施例行星轮系增速输出机构中齿轮的模数及齿数是最佳实施例。在保证中置电机体积不宜过大，且能保证本发明的设计优势，齿轮的模数可选0.5-2.0m，高速太阳轮的齿数可选18-72齿，双联行星轮大齿轮的齿数可选10-40齿。

如图16所示，采用固定轮系过渡轮传动结构，主动轮为输入件，太阳轮为输出件，增速输出。中轴动力带动主动轮及三联过渡轮输入齿轮旋转，三联过渡轮输出大、小齿轮各自与高、低速太阳轮啮合，脚踏动力以两种速度输出，具体参数如下表所示：

高速档减速比：

低速档减速比：

如上所示，中轴到牙盘传动比，高速档与低速档分别为i＝0.612，i＝0.915，中轴旋转1周，高速档时牙盘旋转1/0.612＝1.63周，低速档时牙盘旋转1/0.915＝1.09周，即增速输出。

该实施例的速度选择机构同实施例1的径向速度选择机构。

该实施例动力的传递路径及检测踩踏力矩过程：

当踩踏力通过中轴→主动齿轮→过渡齿轮→太阳轮→输出套→电机输入齿轮→牙盘传递动力过程。过渡轮支架具有与中轴同向旋转的趋势，压力传感器挡住过渡轮支架使其不转，此时压力传感器是向过渡轮支架提供了止转力矩，此止转力矩与踩踏力之间有线性关系，此力矩信号提供给控制器作为与骑行者踩踏力矩相对应的输入信号，可以准确地测量骑行者踩踏力矩，迅速解读骑行者的骑行状态及意图，能够很好地匹配助力功率，实现最佳的助力效果。本实施例的过渡轮支架制成扇形或半圆形目的是减小整体结构的重量，同时三联齿轮只设置一组，若机构需要过渡轮支架可以设为整圆且三联齿轮设置1-3组。

实施例4

固定轮系+轴向选速，

如图18所示，实施例4与实施例3相比，在档位选择结构上有差异，具体的，实施例4与实施例3的差异和实施例2与实施例1的差异相同。

如图1所示，是实施例1的行星轮系增速输出机构采用径向速度选择机构，即高、低速太阳轮棘齿径向分布在输出套的内外圆，控制高速选择千斤的咬合来切换档位；

如图11所示，是实施例2的行星轮系增速输出机构采用轴向速度选择机构，即高、低速太阳轮的棘齿轴向分布在输出套的左右侧，控制输出套左右滑动来切换档位。

如图16所示，是实施例3的固定轮系过渡轮增速输出机构采用径向速度选择机构，即高、低速太阳轮棘齿径向分布在输出套的内外圆，控制高速选择千斤的咬合来切换档位；

如图18所示，是实施例4的固定轮系过渡轮增速输出机构采用轴向速度选择机构，即高、低速太阳轮的棘齿轴向分布在输出套的左右侧，控制输出套左右滑动来切换档位。

上述实施例固定轮系过渡轮传动结构中齿轮的模数及齿数是最佳实施例。在保证中置电机体积不宜过大，且能保证本发明的的设计优势，齿轮的模数可选0.5-2.0m，高速太阳轮的齿数可选18-72齿，三联过渡轮输出大齿轮的齿数可选10-40齿。

速度选择机构的速度选择切换动作可以用微型电机来驱动，也可以通过拉线方式手动驱动。

实施例5

详见附图23-24，一种安装有牙盘变速装置的中置电机。

如图23所示，采用实施例1的牙盘增速且可变速机构的中置电机，电机动力通过电机齿头→一级减速大齿轮→电机侧单向离合器→二级减速小齿轮→电机输入齿轮→牙盘。

当助力骑行时，人力与电机动力共同驱动自行车，即有人力与电机动力两路动力传递路径。电机动力传递路径为：转子→电机齿头→一级减速大齿轮→电机侧单向离合器→二级减速小齿轮→电机输入齿轮→牙盘。人力动力传递路径：中轴→行星架→行星轮→太阳轮→输出套→电机输入齿轮→牙盘。(以实施例1为例)

当单纯人力骑行时，电机输入齿轮带动二级减速小齿轮旋转，由于电机转子及一级减速大齿轮处于静止状态，因此二级减速小齿轮与电机侧单向离合器打滑，不会带动电机转子旋转，互不干涉。

当单纯电力骑行时，中轴及行星架、行星轮、太阳轮处于静止状态，电机输入齿轮与输出套同步旋转，输出套上的千斤与太阳轮棘齿打滑，不会带动主轴旋转，互不干涉。

当人力推动倒车时，牙盘成为主动件，虽然增速机构具有两种速度传动比，径向速度选择机构的两种速度传递路径的选择状态也不会出现相互干扰的问题。具体原理是：若速度选择机构处于高速档位时，高、低速选择千斤分别与高、低速太阳轮棘齿咬合，由于高速太阳轮增速比大，则转速高于低速太阳轮，即为低速选择千斤带动低速太阳轮同步旋转，而此时高速太阳轮则打滑，故仍保持一个传递路径；若当速度选择机构处于低速档位时，此时的电机输入齿轮逆向转动，同时带动档位控制环12逆向转动，强行使档位控制环克服摩擦力而复位，则使速度选择机构又处于高速档位状态，故仍保持一个传递路径，实现了两种速度传递路径相互不会干扰。

传统的中置电机在设计时按照牙盘输出转速60-70rpm为目标设计电机转子到牙盘之间的减速比，按照经验减速比最佳范围大致在25-30之间，一般是采用两级或三级减速设计。在常规情况下助力自行车骑行者蹬踏踏板的转速应该保持在60-70rpm，则牙盘齿数在42-48齿之间，此时骑行速度在15-25Km/h之间，可以满足大部分骑行者的骑行需求。本发明的增速机构的主要特点是：所述增速机构通过支撑在中轴上的高速太阳轮及支撑在高速太阳轮上的低速太阳轮构成与中轴共轴的输出结构，再通过速度选择机构向牙盘选择输出两种速度的脚踏动力，两种速度可以切换。

以实施例1的结构为例，当骑行者脚踏的中轴到牙盘的增速比大致是1:2或1:3(脚蹬带动中轴做为主动)此时，牙盘的转速是中轴转速的2-3倍左右，牙盘齿数只要设计14-18齿，即可保证相同的骑行速度。

本发明参与中置电机工作，其发挥的作用分析：

按常规助力自行车的转速及减速比：骑行者的脚踏转速为60rpm，牙盘齿数在42-48齿之间，牙盘通过链条带动飞轮，传递给后轮的转速为180rpm；中置电机的减速比设为30，则电机输出齿轮的转速为1800rpm，上述的传动比导致中置电机体积很大；

本发明参与中置电机工作后，以脚踏的中轴到牙盘的增速比是1:3，则骑行者的脚踏转速仍为60rpm，而牙盘转速则为180rpm，牙盘的齿数只需14-18齿，牙盘通过链条带动飞轮，传递给后轮的转速为180rpm保持不变，若电机输出齿轮的转速仍为1800rpm，中置电机的减速比可以锐减为10，由于本发明的参与，中置电机的齿轮则可以减小，极大地简化电机侧的减速结构，能够使电机整体尺寸小型化；更重要的是，本发明的结构可以在两种速比之间切换，脚踏动力输出可根据骑行需求，具有更宽的调速范围，适应性更强，骑行更加舒适。

上述参照实施例对该一种中置电机的牙盘变速装置及其中置电机进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中置电机的牙盘变速装置，其特征是：包括中轴、增速机构、速度选择机构和脚踏力矩检测机构，所述增速机构通过支撑在中轴上的高速太阳轮及支撑在高速太阳轮上的低速太阳轮构成与中轴共轴的输出结构，再通过速度选择机构向牙盘选择输出两种速度的脚踏动力，

所述增速机构包括行星轮系增速输出机构和固定轮系过渡轮增速输出机构；

所述速度选择机构包括径向速度选择机构和轴向速度选择机构；

所述脚踏力矩检测机构从增速机构中相对主壳体不动的零件上检测脚踏力矩。

2.根据权利要求1所述的中置电机的牙盘变速装置，其特征是：所述增速机构包括左、右侧行星架、行星轮轴、行星轮大齿轮、行星轮小齿轮、齿圈、高速太阳轮和低速太阳轮，所述行星轮轴支撑在左、右侧行星架上，所述行星轮大齿轮和行星轮小齿轮呈整体双联结构，行星轮大齿轮和行星轮小齿轮与行星轮轴滑动连接，所述行星轮大齿轮与齿圈啮合，所述行星轮大齿轮与高速太阳轮啮合，行星轮小齿轮与低速太阳轮啮合，所述高速太阳轮通过轴承支撑在中轴上，所述低速太阳轮通过轴承支撑在高速太阳轮上，所述右侧行星架通过行星架支撑轴承支撑在低速太阳轮上，所述左、右侧行星架通过螺钉固定呈整体结构，构成行星架为输入件，太阳轮为输出件的行星轮系增速输出机构，所述高速太阳轮以及低速太阳轮与速度选择机构连接。

3.根据权利要求2所述的中置电机的牙盘变速装置，其特征是：所述齿圈外圆设有齿圈凸起，所述齿圈凸起与固定在壳体上的压力传感器触接，构成脚踏力矩检测结构。

4.根据权利要求1所述的中置电机的牙盘变速装置，其特征是：所述增速机构包括左、右侧过渡轮支架、过渡轮轴、三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮、三联过渡轮输出小齿轮、主动齿轮、高速太阳轮和低速太阳轮，所述左、右过渡轮支架上支撑有过渡轮轴，所述过渡轮轴滑动连接有三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮、三联过渡轮输出小齿轮，所述三联过渡轮输入齿轮、三联过渡轮输出大齿轮和三联过渡轮输出小齿轮呈整体三联结构，所述三联过渡轮输入齿轮与主动齿轮啮合，所述主动齿轮与中轴键接，所述三联过渡轮输出大齿轮与高速太阳轮啮合，所述三联过渡轮输出小齿轮与低速太阳轮啮合，所述高速太阳轮通过轴承支撑在中轴上，所述低速太阳轮通过轴承支撑在高速太阳轮上，所述右侧过渡轮支架通过过渡轮支架右侧支撑轴承支撑在低速太阳轮上，所述左侧过渡轮支架通过过渡轮支架左侧支撑轴承支撑在中轴上，所述左、右侧过渡轮支架通过螺钉固定呈整体结构，构成主动轮为输入件，太阳轮为输出件的固定轮系过渡轮增速输出机构，所述高速太阳轮以及低速太阳轮与速度选择机构连接。

5.根据权利要求4所述的中置电机的牙盘变速装置，其特征是：所述左侧过渡轮支架与固定在壳体上的压力传感器触接，构成脚踏力矩检测结构。

6.根据权利要求2或4所述的中置电机的牙盘变速装置，其特征是：所述速度选择机构为径向速度选择机构，所述径向速度选择机构采用棘轮机构，所述径向速度选择机构包括输出套和档位控制环，所述输出套的外圆设有低速选择千斤，输出套的内圆设有高速选择千斤，千斤背面卡接有千斤复位弹簧，输出套端面设有定位凸起，定位凸起上设有螺钉过孔，所述档位控制环形状呈阶梯环状，小阶梯环侧壁对应高速选择千斤位置设有高速选择千斤避让开口，大阶梯环端面对应输出套端面的定位凸起位置设有定位凸起避让开口，所述输出套通过定位凸起贯穿的螺钉与电机输入齿轮固定，所述档位控制环置于输出套和电机输入齿轮之间，并通过阻尼机构做转动位移，所述档位控制环大阶梯环的定位凸起避让开口上设有档位控制环复位弹簧，所述低速选择千斤与低速太阳轮内圈的棘齿触接，所述高速选择千斤与高速太阳轮的内圈的棘齿触接，构成棘轮式径向速度选择机构。

7.根据权利要求6所述的中置电机的牙盘变速装置，其特征是：所述阻尼机构包括档位控制弹簧和档位控制电机，所述档位控制弹簧形状呈开口状，档位控制弹簧卡装在档位控制环的大阶梯环外圆，所述档位控制弹簧的开口卡接档位控制电机方形头，所述档位控制电机方形头与档位控制电机输出轴键接，档位控制弹簧另一端通过定位销与电机壳体销接，档位控制弹簧与档位控制环的大阶梯环外圆之间设有摩擦片。

8.根据权利要求2或4所述的中置电机的牙盘变速装置，其特征是：所述速度选择机构为轴向速度选择机构，所述轴向速度选择机构包括输出套，所述输出套的内圆设有输出套花键，输出套在电机输入齿轮凸台上轴向滑动，输出套内圆端面两侧设有棘齿，高、低速太阳轮棘齿轴向分布在输出套的左右侧，输出套向右滑动，输出套棘齿与高速太阳轮棘齿咬合为高速档位；输出套向左滑动，输出套棘齿与低速太阳轮棘齿咬合为低速档位，构成滑套式轴向速度选择机构。

9.一种中置电机，其特征是：包括安装有权利要求1-8项牙盘变速装置的中置电机。

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