CN117446075A - 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，使中轴变速器变更传动比，进而实现换挡的功能。在中轴变速器体积和总传动比一致的前提下，通过使多组行星齿轮机构的啮合中心距均相同，从而使每组行星齿轮机构的行星齿轮铰接在同一行星架上且同轴，那么在加工行星架时能够减少加工工序，避免重复或不必要的操作，提高生产效率，同时多个行星齿轮可以同时安装到行星架上，起到减少装配工序的作用，降低出错的机会，提高产品的质量和可靠性。

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。

具有变速器的中置电机由于设置在车架中间，体积相对有限，然而为了扩大中置电机的总传动比，使其挡位增多，则会采用安装有不同轴的行星齿轮的行星架，比如中国专利文献CN207064581U公开了一种内变速器，参阅附图1和说明书第35段可知，该方案通过将多个不同轴的行星齿轮安装在同一行星架上，能够扩大变速器的总传动比，然而行星架需要钻设许多不同轴的安装孔，一方面增加了加工工序，另一方面行星齿轮难以依次装配在不同轴的安装孔内，这也增加了装配难度。

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，在中轴变速器体积和总传动比一致的前提下，简化加工工序和简化装配工序。

为解决上述技术问题，本申请提供的一种中轴变速器，包括：

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；

传动机构为多组行星齿轮机构，每组行星齿轮机构包括行星齿轮、太阳齿轮和齿圈，每组行星齿轮机构的行星齿轮铰接在同一行星架上；

多组所述行星齿轮机构的啮合中心距均相同；

固定机构，一端连接于车架，另一端连接于传动机构；

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传动机构的部件与车架相对固定以改变传动比。

进一步的，采用不同齿数、模数、变位系数中的一种或多种以使多组所述行星齿轮机构的啮合中心距均相同。

进一步的，所述传动机构为增速传动和减速传动的复合传动。

进一步的，所述固定机构的一端连接于车架，另一端连接于传动机构的齿圈。

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同一行星架上；

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，另一端分别连接于第一齿圈和第二齿圈。

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同一行星架上，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、第二齿圈、第三齿圈和第四齿圈。

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同一行星架上，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、第二齿圈、第三齿圈、第四齿圈、第五齿圈和第六齿圈。

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，使中轴变速器变更传动比，进而实现换挡的功能。在中轴变速器体积和总传动比一致的前提下，通过使多组行星齿轮机构的啮合中心距均相同，从而使每组行星齿轮机构的行星齿轮铰接在同一行星架上且同轴，那么在加工行星架时能够减少加工工序，避免重复或不必要的操作，提高生产效率，同时多个行星齿轮可以同时安装到行星架上，起到减少装配工序的作用，降低出错的机会，提高产品的质量和可靠性。

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。

标号说明：

1-中轴，2-传动机构，20-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，3-固定机构，31-第一固定机构，32-第二固定机构，33-第三固定机构，34-第四固定机构，5-链轮，6-车架，7-电机，71-定子，72-转子，8-减速机构。

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和链轮5，其中中轴1的两端分别固定连接曲柄，曲柄旋转连接脚踏，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，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，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；

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，在本实施例中，固定机构3包括第一固定机构31和第二固定机构32。

为了使多个行星齿轮更方便地装配到行星架20上，在整个中轴变速器的体积、总传动比保持不变的情况下，简化行星架20的加工工序，简化将多个行星齿轮装配到行星架20的装配工序。在本实施例中，通过使多组行星齿轮的啮合中心距相同，使得多个行星齿轮同轴，这样每组行星齿轮机构的行星齿轮能够铰接在同一行星架20上且同轴。需要说明的是，这里的啮合中心距指的是太阳齿轮和与之啮合的行星齿轮的轴线之间的距离。

采用不同齿数、模数、变位系数中的一种或多种可以使多组行星齿轮机构的啮合中心距均相同。

假设已知压力角α、啮合中心距a′、较小齿轮(例如行星齿轮)的齿数为z_p，较大齿数(例如太阳齿轮)的齿数为z_q，及模数m，齿轮副的标准中心距a为

变位齿轮副作无侧隙啮合时，其啮合角α^′为

根据无侧隙啮合方程，可求得变位系数和为

式中invα为压力角α的渐开线函数，invα′为啮合角a′的渐开线函数。

可知，在齿数z_p、z_q保持不变的情况下，压力角α、模数m、变位系数和x_∑与啮合中心距a′存在相关关系，可通过调节上述三个齿轮参数使啮合中心距a′与其他行星齿轮机构的啮合中心距保持一致。

变位齿轮传动可以分为高度变位和角度变位两种类型。高度变位的行星齿轮传动，其变位系数和为x_∑＝0。对于角度变位的行星齿轮传动，其变位系数和为x_∑≠0。当x_∑>0时，称为正传动；当x_∑<0时，称为负传动。

在行星齿轮传动中，采用高度变位的主要目的是：可以避免小齿轮的根切，减小传动机构的几何尺寸和质量；同时，还可以改善齿轮副的磨损及提高其承载能力。在行星齿轮传动中，应用角度变位的主要目的在于：凑配中心距，避免轮齿的根切，减小行星齿轮传动的几何尺寸，减少齿面磨损和提高使用寿命及提高其承载能力。采用角度变位传动比采用高度变位传动更为广泛。因此采用角度变位传动能够达到使啮合中心距a′与其他行星齿轮机构的啮合中心距保持一致的目的。

齿轮的模数是指齿轮齿廓上单位齿宽的长度。齿轮的模数和齿数之间有以下关系：模数＝齿数/径向分度圆直径。模数和齿数的比例关系：当模数不变时，齿数与齿轮的直径成正比。较大的齿数意味着更大的齿轮直径。当齿数不变时，模数与齿轮的直径成反比。较大的模数意味着较小的齿轮直径。因此不同模数的行星齿轮机构也能够达到使啮合中心距a′与其他行星齿轮机构的啮合中心距保持一致的目的。

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。第二固定机构31处于工作状态，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，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，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为行星架20的齿数。

通过计算可得出在第二挡位情况下行星架20的转速大于第一挡位情况下行星架20的转速，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，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，此时第二固定机构32设置成不工作状态。

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，使中轴变速器变更传动比，进而实现换挡的功能。在中轴变速器体积和总传动比一致的前提下，通过使多组行星齿轮机构的啮合中心距均相同，从而使每组行星齿轮机构的行星齿轮铰接在同一行星架20上且同轴，那么在加工行星架20时能够减少加工工序，避免重复或不必要的操作，提高生产效率，同时多个行星齿轮可以同时安装到行星架20上，起到减少装配工序的作用，降低出错的机会，提高产品的质量和可靠性。

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设置有四组，分别为第一固定机构31、第二固定机构32、第三固定机构33和第四固定机构34，具体的，第一固定机构31设置在第一齿圈213的外侧，第二固定机构32设置在第二齿圈223的外侧，第三固定机构33设置在第三齿圈233的外侧，第四固定机构34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，从行星架20输出，再从行星架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、第四固定机构34处于不工作状态，第二固定机构32、第三固定机构33处于工作状态，骑行者踩踏产生的扭矩从中轴1输入，由于第一齿圈213、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。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，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：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、第三固定机构33处于不工作状态，第二固定机构32、第四固定机构34处于工作状态，即第二齿圈223被第二固定机构32固定，第四齿圈243被第四固定机构34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，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：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、第三固定机构33处于工作状态，第二固定机构32、第四固定机构34处于不工作状态，即第一齿圈213被第一固定机构31固定，第三齿圈233被第三固定机构33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，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：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和第四固定机构34均处于工作状态，第二固定机构32、第三固定机构33处于不工作状态，即第一齿圈213被第一固定机构31固定，第四齿圈243被第四固定机构34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，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：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、第四固定机构34、第五固定机构35和第六固定机构36，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，另一端连接于第二齿圈223，第三固定机构33的一端连接于车架6，另一端连接于第三齿圈233，第四固定机构34的一端连接于车架6，另一端连接于第四齿圈243，第五固定机构35的一端连接于车架6，另一端连接于第五齿圈253，第六固定机构36的一端连接于车架6，另一端连接于第六齿圈263。

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，动力传递方式与实施例2没有本质性差异，不再赘述。

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通过减速机构8与传动机构2的行星架20连接，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行星架20的外周面或者直接在行星架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通过减速机构8与中轴1连接，与实施例4相同的，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。

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

值得注意的是，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，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不需要再额外设置减速机构8，使得整个装置的体积进一步减小。

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 (15)

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；

传动机构(2)为多组行星齿轮机构，每组行星齿轮机构包括行星齿轮、太阳齿轮和齿圈，每组行星齿轮机构的行星齿轮铰接在同一行星架(20)上；

多组所述行星齿轮机构的啮合中心距均相同；

固定机构(3)，一端连接于车架(6)，另一端连接于传动机构(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，采用不同齿数、模数、变位系数中的一种或多种以使多组所述行星齿轮机构的啮合中心距均相同。

3.根据权利要求1所述的中轴变速器，其特征在于，所述传动机构(2)为增速传动和减速传动的复合传动。

4.根据权利要求1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)，另一端连接于传动机构(2)的齿圈。

5.根据权利要求1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)铰接在同一行星架(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。

6.根据权利要求5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)和第二齿圈(223)。

7.根据权利要求1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)铰接在同一行星架(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。

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一齿圈(213)、第二齿圈(223)、第三齿圈(233)和第四齿圈(243)。

9.根据权利要求7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)铰接在同一行星架(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。

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)，另一端分别连接于第一齿圈(213)、第二齿圈(223)、第三齿圈(233)、第四齿圈(243)、第五齿圈(253)和第六齿圈(263)。

11.一种中置电机，包括如权利要求1-10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。

12.根据权利要求11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。

13.根据权利要求11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。

14.根据权利要求11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。

15.根据权利要求11-14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。