CN106972693B - 一种中置电机和配置该中置电机的电动自行车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种中置电机和配置该电机的电动自行车，所述中置电机包括用于连接于转子和牙盘的传动装置包括：平行布置的第一转轴和第二转轴，固定于第一转轴上的第一小径齿轮、第一中径齿轮和第一大径齿轮，套设于第二转轴上的第二小径齿轮、第二中径齿轮和第二大径齿轮，连接第二大径齿轮和第二转轴的超越离合器，连接第二中径齿轮和第二转轴的第一棘轮棘爪离合器，连接第二小径齿轮和第二转轴的第二棘轮棘爪离合器，控制第一棘轮棘爪离合器和第二棘轮棘爪离合器分合状态的离合器分合控制装置；第二小径齿轮与第一大径齿轮啮合连接，第二中径齿轮与第一中径齿轮啮合连接，第二大径齿轮与第一小径齿轮啮合连接。该中置电机可实现多档位变速，传动平稳，噪音低，效率较高。

Description

一种中置电机和配置该中置电机的电动自行车

技术领域

本申请涉及电机领域，具体涉及一种中置电机和配置该中置电机的电动自行车。

背景技术

目前电动自行车中置电机都是采用单速齿轮传动结构，齿轮传动承载能力低，噪音较大，减速比相对较小(这是因为在电动自行车有限的设计空间内传动比难以做大)。而且要实现变速功能还需加装变速机构，普通的拨链式结构暴露在外已被腐蚀损坏，高档的花鼓内变速机构价格昂贵。

本申请由此而来。

发明内容

本申请目的是：针对上述问题，提供一种新型结构的中置电机以及配置该中置电机的电动自行车，该中置电机传动平稳，噪音低，传动比大，承载能力高，效率较高，而且可实现多档位变速。

本申请的技术方案是：一种中置电机，包括：

电机外壳；

收容于所述电机外壳内的转子和定子；

旋转穿设于所述电机外壳中的中轴；

与所述中轴相连的牙盘；以及

传动连接于所述转子和牙盘之间的传动装置；

所述传动装置包括：

平行布置的第一转轴和第二转轴，所述第一转轴与所述转子传动连接，所述第二转轴与所述牙盘传动连接；

同轴固定于所述第一转轴上且直径依次递增的第一小径齿轮、第一中径齿轮和第一大径齿轮；

旋转套设于所述第二转轴上且直径依次递增的第二小径齿轮、第二中径齿轮和第二大径齿轮，所述第二小径齿轮与所述第一大径齿轮啮合连接，所述第二中径齿轮与所述第一中径齿轮啮合连接，所述第二大径齿轮与所述第一小径齿轮啮合连接；

连接所述第二大径齿轮和所述第二转轴的超越离合器；

连接所述第二中径齿轮和所述第二转轴的第一棘轮棘爪离合器；

连接所述第二小径齿轮和所述第二转轴的第二棘轮棘爪离合器；以及

离合器分合控制装置，借助于该离合器分合控制装置的动作，能够选择性地使所述第一棘轮棘爪离合器和所述第二棘轮棘爪离合器处于分离/接合状态。

在本申请的一些优选实施例中，所述转子通过联轴器与所述第一转轴同轴固定连接。

在本申请的又一些优选实施例中，所述离合器分合控制装置具有分别与所述第一棘轮棘爪离合器和第二棘轮棘爪离合器中的棘爪接触配合的两个驱动端，其通过这两个驱动端的动作来选择地抵压/松开所述第一棘轮棘爪离合器和第二棘轮棘爪离合器中的棘爪，进而使所述第一棘轮棘爪离合器和第二棘轮棘爪离合器处于分离/接合状态。

在本申请的又一些优选实施例中，所述离合器分合控制装置包括：

能让绕自身轴线作枢转运动的变速转轴，其布置于所述第一棘轮棘爪离合器和第二棘轮棘爪离合器之间；

至少一组磁钢，每组由四个磁钢构成，而且每组中的四个磁钢呈环形固定于所述变速转轴的外围，其中三个磁钢的N极朝外布置，而S极朝内布置；另外一个磁钢的N极朝内布置，而S极朝外布置；

第一变速压环，其可轴向移动地套设在所述第二转轴外，而且该第一变速压环布置在所述变速转轴和第一棘轮棘爪离合器之间，该第一变速压环朝向所述第一棘轮棘爪离合器的那一侧固定设置有与第一棘轮棘爪离合器内的棘爪相配合的棘爪拨动销，该第一变速压环背离所述第一棘轮棘爪离合器的那一侧固定设置有第一磁环，而且该第一磁环的N极朝向变速转轴布置，而S极朝向第一变速压环布置；以及

第二变速压环，其可轴向移动地同轴套设在所述第二转轴外，而且该第二变速压环布置在所述变速转轴和所述第二棘轮棘爪离合器之间，该第二变速压环朝向所述第二棘轮棘爪离合器的那一侧固定设置有与第二棘轮棘爪离合器内的棘爪相配合的棘爪拨动销，该第二变速压环背离第二棘轮棘爪离合器的那一侧固定设置有第二磁环，而且该第二磁环的N极朝向变速转轴布置，而S极朝向第二变速压环布置。

在本申请的又一些优选实施例中，所述第二小径齿轮和第二中径齿轮紧邻布置。

在本申请的又一些优选实施例中，所述第二转轴外套设有夹在所述第一变速压环和第一棘轮棘爪离合器之间的第一压环复位弹簧，所述第二转轴外还套设有夹在第二变速压环和第二棘轮棘爪离合器之间的第二压环复位弹簧。

在本申请的又一些优选实施例中，所述变速转轴共设置有两根，这两根变速转轴相互平行而且对称布置在所述第二转轴的径向两侧，同时这两根变速转轴均垂直于所述第二转轴布置；所述磁钢共设置四组，每根所述变速转轴分别设置有两组所述磁钢。

在本申请的又一些优选实施例中，还包括一步进电机，该步进电机的输出轴固定连接一主动齿轮，两根所述变速转轴上分别同轴固定一从动齿轮，所述主动齿轮与这两个从动齿轮同时啮合连接。

在本申请的又一些优选实施例中，所述传动装置还包括由啮合连接的蜗轮和蜗杆构成的平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构，所述第二转轴通过联轴器与所述蜗杆同轴固定连接，所述蜗轮与所述牙盘同轴固定连接，所述蜗轮同轴套设在所述中轴外，且该蜗轮和所述中轴之间连接有单向离合器。

本申请所提出的这种电动自行车，包括车架，还包括上述结构的中置电机，所述电机外壳与所述车架紧固。

本申请的优点是：

1、本申请这种中置电机中用于连接转子和牙盘的传动装置采用了结构十分巧妙的三档位齿轮变速机构，可实现低速、中速、高速的自由切换，并且采用电子变速集成到控制器和仪表中，操控非常方便。

2、上述三档位齿轮变速机构的传动齿轮采用钢齿轮和尼龙尺寸啮合连接的结构形式，传动平滑稳定而且传动噪音小。

3、本申请这种中置电机中用于连接转子和牙盘的传动装置还采用了由啮合连接的蜗轮和蜗杆构成的平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构，其具有更好的传动平稳性，更低的传动噪音，更大的传动比，更高的承载能力和效率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本申请作进一步描述：

图1为本申请实施例中置电机的整体装配图；

图2为本申请实施例中置电机的整体结构的分解图；

图3为本申请实施例中置电机的局部结构的分解图；

图4为本申请实施例中置电机图3所示部分装配后的主视图；

图5为图4的A-A向剖面图；

图6为本申请实施例中置电机图3所示部分装配后的侧视图；

图7为图6的B-B向剖面图；

图8为本申请实施例中置电机的另一局部结构的分解图；

图9为本申请实施例中置电机图8所示部分装配后的侧视图；

图10为图9的C-C向剖面图；

图11为本申请实施例中置电机的又一局部结构的分解图；

图12为本申请实施例第一转轴的分解图；

图13为本申请实施例第一转轴的装配图；

图14为本申请实施例中置电机在低速传动模式下局部结构示意图；

图15为图14中变速转轴的轴向视图，图中右侧矩形框表示第一变速压环上的磁环，图中左侧矩形框表示第二变速压环上的磁环；

图16为本申请实施例中置电机在中速传动模式下的局部结构示意图；

图17为图16中变速转轴的轴向视图，图中右侧矩形框表示第一变速压环上的磁环，图中左侧矩形框表示第二变速压环上的磁环；

图18为本申请实施例中置电机在高速传动模式下的局部结构示意图；

图19为图18中变速转轴的轴向视图，图中右侧矩形框表示第一变速压环上的磁环，图中左侧矩形框表示第二变速压环上的磁环；

其中：1-电机外壳，2-转子，3-定子，4-中轴，5-牙盘，6-蜗轮，7-蜗杆，8-单向离合器，9-第一深沟球轴承，10-第二深沟球轴承，11-第一圆锥滚子轴承，12-第二圆锥滚子轴承，13-曲柄，14-步进电机，15-从动齿轮，16-左面罩，17-右面罩，18-脚踏，19-第一转轴，20-第二转轴，21-第一小径齿轮，22-第一中径齿轮，23-第一大径齿轮，24-第二小径齿轮，25-第二中径齿轮，26-第二大径齿轮，27-超越离合器，28-第一棘轮棘爪离合器，29-第二棘轮棘爪离合器，30-变速转轴，31-磁钢，32-第一变速压环，33-棘爪拨动销，34-磁环，35-第二变速压环，36-第一限位挡圈，37-第二限位挡圈，38-第一联轴器，39-第二联轴器，40-第一压环复位弹簧，41-第二压环复位弹簧，42-感应磁环，43-霍尔感应器。

具体实施方式

图1至图19示出了本申请这种中置电机的一个优选实施例，与传动中置电机相同的是，其也包括：电机外壳1，收容于电机外壳内的转子2和定子3，旋转穿设于电机外壳中的中轴4，与中轴相连的牙盘5(牙盘和中轴并非直接紧固连接，而是通过下述单向离合器和蜗轮间接连接的)，传动连接于转子2和牙盘5之间的传动装置。中轴4上固定感应磁环42，电机外壳1内固定与感应磁环对应的霍尔感应器43。

实际应用时，在中轴4两端连接曲柄13，曲柄上安装脚踏18，牙盘5上连接与自行车后飞轮相连的链条，电机外壳1与电动自行车的车架上紧固连接。

本实施的关键改进在于，参照图1-图7所示，上述传动装置不再采用传统的单纯的行星齿轮减速传动结构，该传动装置包括：由啮合连接的蜗轮6和蜗杆7构成的平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构。

平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构不同于普通的蜗轮蜗杆机构，其具有更好的传动平稳性，更低的传动噪音，更大的传动比，更高的承载能力和效率。齿面润滑角度大、动压油膜的形成及保持性好。

上述的蜗杆7可直接与转子2相连，也可以通过相应的传动件与转子2间接连接。蜗轮6可直接与牙盘5相连，也可以通过相应的传动件与牙盘5间接连接。而具体在本实施例中，前述蜗杆7是通过相应的传动件与转子2间接连接的，蜗轮6也是通过相应的传动件与牙盘5间接连接的。

工作时，电机通电而带动转子2转动，转子通过相应的传动部件将旋转运动传递给蜗杆7，蜗杆7再带动与之啮合的蜗轮6转动，蜗轮6再通过下游的传动件带动牙盘5转动，牙盘5通过链条带动车轮转动，使车辆前行。

本实施例中，中轴4与牙盘5实际上是借助上述蜗轮6进行连接的，具体地：蜗轮6同轴套设在中轴4外，且二者之间连接有单向离合器8，同时蜗轮6和牙盘5通过花键同轴固定连接。可参照图5所示。

当人力踩动脚踏而通过曲柄带动中轴4转动时，中轴4上的感应磁环转动，霍尔传感器感应到感应磁环的旋转之后，使电机启动，自行车处于助力模式。助力模式下，骑行者的踩踏力依次经过脚踏、曲柄、中轴、单向离合器和蜗轮传递至牙盘5，再通过与牙盘5相连的链条传递给自行车后轮。

纯人力骑行模式下，骑行者踩动脚踏而通过曲柄带动中轴4转动，单向离合器8处于锁紧状态，中轴4通过单向离合器8带动蜗轮6转动(蜗轮6的转动也会传递给蜗杆7，只需在转子2和蜗杆7之间设置离合器便可避免蜗杆7将该旋转运动传递给转子2)，蜗轮6再带动牙盘5，牙盘5通过链条带动自行车后轮转动，使车辆前行。

在电机转子带动蜗杆7，再由蜗杆7带动蜗轮6转动的过程中。因蜗杆7和蜗轮6的啮合配合存在作用力和反作用力，会导致蜗杆7和蜗轮6均会受到轴向方向的推力。具体地，在图5中，蜗杆7会受到向左的推力，蜗轮6会受到垂直于直面向外的推力。

针对上述问题，本实施例在蜗杆7上同轴连接了支撑在电机外壳1内的第一圆锥滚子轴承11，在蜗轮6同轴连接有支撑在电机外壳1内的第二圆锥滚子轴承12。依靠第一圆锥滚子轴承11和第二圆锥滚子轴承12来抵抗蜗杆7和蜗轮6受到的轴向推力。其中，第一圆锥滚子轴承11的型号为30202，第二圆锥滚子轴承12的型号为32908。

上述第一圆锥滚子轴承11和第二圆锥滚子轴承12的具体装配方式如下：

第一圆锥滚子轴承11的轴承内圈同轴套设于蜗杆7外、且通过卡簧与蜗杆7固定连接，第一圆锥滚子轴承11的轴承外圈与电机外壳1相对固定(二者可以直接固定连接，也可以通过过渡件间接固定)。

蜗轮6的轴向一端面开设有沿蜗轮的轴线方向向内延伸的轴承容置腔，第二圆锥滚子轴承12的轴承外圈嵌设于该轴承容置腔中、且与蜗轮6固定，第二圆锥滚子轴承12的轴承内圈与电机外壳1相对固定(二者可以直接固定连接，也可以通过过渡件间接固定)。

为了保证蜗杆7和蜗轮6在电机外壳1内装配位置的稳定性，防止在蜗杆7和蜗轮6因受力而产生进行偏转歪斜，本实施例在蜗杆7上还同轴连接有支撑在电机外壳1内的第一深沟球轴承9，同时在蜗轮6上同轴连接有支撑在电机外壳1内的第二深沟球轴承10。第一深沟球轴承9和第一圆锥滚子轴承11轴向间隔布置，第二深沟球轴承10和第二圆锥滚子轴承12轴向间隔布置，如此将蜗杆7和蜗轮6稳定地支撑住。

考虑到蜗杆7的为长度较大的细长结构，我们将上述第一深沟球轴承9和第一圆锥滚子轴承11分别连接在所述蜗杆7上的轴向两端，如此更好滴保证了蜗杆装配位置的稳定性。

参照图1所示，为了方便该中置电机在自行车车架上的安装固定，我们还设置了一个电机罩，上述电机外壳1固定收容于该电机罩内，而且该电机罩由通过螺钉锁紧固定在一起的左面罩16和右面罩17构成，从而便于该电机罩对电机外壳1的收容固定。电机罩上制有多个电机连接孔，实际应用时，利用穿入电机连接孔中的螺栓将该电机锁紧固定于自行车车架上。

上面我们介绍了该中置电机中用于连接于转子2和牙盘5的传动装置包括由蜗轮6和蜗杆7构成的平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构，而且说明了蜗杆7通过上游传动件与转子2相连，蜗轮6通过下游传动件与牙盘5相连，并更进一步介绍了下游传动件的结构形式，而未对上游传动件的具体结构进行描述。

不难理解，上面所说的上游传动件、下游传动件和平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构共同构成了用于连接于转子2和牙盘5的传动装置。

在对本实施例上面所说的上游传动件的具体结构介绍之前，我们要说明的是，该上游传动件可以采用本领域普通技术人员所熟知的各种结构形式，比如普通的齿轮传动结构、链条是传动结构或皮带传动结构等等。

下面，参照图8-图19所示，我们对本实施例中连接转子2蜗杆7的上游传动件的结构进行详细介绍，该上游传动件为上述连接转子2和牙盘5的传动装置的组成部分，其包括平行布置的第一转轴19和第二转轴20，第一转轴19通过第一联轴器38与转子2(具体是转子的转子轴)同轴固定连接，而第二转轴20通过第二联轴器39与上述蜗杆7同轴固定连接。第一转轴19上同轴固定设置有沿该第一转轴的轴向间隔分布的、且直径依次递增的第一小径齿轮21、第一中径齿轮22和第一大径齿轮23。本实施中，第一小径齿轮21、第一中径齿轮22和第一大径齿轮23与第一转轴19为一体式结构，即第一小径齿轮21、第一中径齿轮22和第一大径齿轮23是形成于第一转轴19上的三个直径不等的轴齿。更具体地，参照图12和图13所示，前述第一转轴19由三根分体式的轴段过盈配合连接而成，第一小径齿轮21、第一中径齿轮22和第一大径齿轮23分别一体形成于这三根轴段上。第二转轴20上通过旋转套设有沿该第二转轴的轴向间隔分布的、且直径依次递增的第二小径齿轮24、第二中径齿轮25和第二大径齿轮26。并且，第二中径齿轮25和第二转轴20通过第一棘轮棘爪离合器28连接，第二小径齿轮24和第二转轴20通过第二棘轮棘爪离合器29连接，第二大径齿轮26和第二转轴20通过超越离合器27连接。为了保证第二小径齿轮24、第二中径齿轮25和第二大径齿轮26在第二转轴20上的位置稳定性，同时提高第一棘轮棘爪离合器28、第二棘轮棘爪离合器29和超越离合器27的使用寿命，本实施例在第二小径齿轮24和第二转轴20之间、第二中径齿轮25和第二转轴20之间、第二大径齿轮26和第二转轴20之间均分别设置有一个支撑轴承。第一小径齿轮21与第二大径齿轮26啮合连接，工作时通过第一小径齿轮21带动第二大径齿轮26转动，二者实现第一转轴向第二转轴的低速传动。第一中径齿轮22与第二中径齿轮25啮合连接，工作时通过第一中径齿轮22带动第二中径齿轮25转动，二者实现第一转轴向第二转轴的中速传动。第一大径齿轮23与第二小径齿轮24啮合连接，工作时通过第一大径齿轮23带动第二小径齿轮24转动，二者实现第一转轴向第二转轴的高速传动。而且还设置有一个离合器分合控制装置，通过该离合器分合控制装置的动作，能够选择性地使所述第一棘轮棘爪离合器28和第二棘轮棘爪离合器29分别处于分离/接合状态。

工作时，电机通电而带动转子2转动，转子2再带动与之相连的第一转轴19转动，一体固定在该第一转轴19上的第一小径齿轮21、第一中径齿轮22和第一大径齿轮23随之同步转动(三者的转动角速度相同)，进而带动第二大径齿轮26、第二中径齿轮25和第二小径齿轮24啮合转动。

低速模式下，通过离合器分合控制装置的动作而使第一棘轮棘爪离合器28和第二棘轮棘爪离合器29均处于分离状态，只有超越离合器27处于工作状态(超越离合器27不受离合器分合控制装置的影响)。故而第二小径齿轮24和第二中径齿轮25的转动扭矩均不会传递给第二转轴20，第二小径齿轮24和第二中径齿轮25在第二转轴20上“打滑”。只有第二大径齿轮26的转动会同步传递给第二转轴20，而使得第二转轴20随第二大径齿轮26以相同的角速度转动，第二转轴20再将其旋转动作传递给下游的蜗杆7、蜗轮6和牙盘5。实现车辆的低速行进。

中速模式下，通过离合器分合控制装置的动作而使第一棘轮棘爪离合器28处于接合状态，第二棘轮棘爪离合器29均处于分离状态(超越离合器27不受离合器分合控制装置的影响)。故而第二小径齿轮24转动扭矩均不会传递给第二转轴20，第二小径齿轮24在第二转轴20上“打滑”。因第二中径齿轮25的转动角速度大于第二大径齿轮26的角速度，第二中径齿轮25带动第二转轴20以更快于第二大径齿轮26的角速度转动，故而第二大径齿轮26和第二转轴20之间的超越离合器27处于分离状态，第二大径齿轮26在第二转轴20上也处于“打滑”状态。如此，只有第二中径齿轮25的转动会同步传递给第二转轴20，第二转轴20再将其旋转动作传递给下游的蜗杆7、蜗轮6和牙盘5。实现车辆的中速行进。

高速模式下，通过离合器分合控制装置的动作而使第二棘轮棘爪离合器29处于接合状态，第一棘轮棘爪离合器28均处于分离状态(超越离合器27不受离合器分合控制装置的影响)。故而第二中径齿轮25转动扭矩均不会传递给第二转轴20，第二中径齿轮25在第二转轴20上“打滑”。同理，因第二小径齿轮24的转动角速度大于第二大径齿轮26的角速度，第二小径齿轮24带动第二转轴20以更快于第二大径齿轮26的速度转动，故而第二大径齿轮26和第二转轴20之间的超越离合器27处于分离状态，第二大径齿轮26在第二转轴20上也处于“打滑”状态。如此，只有第二小径齿轮24的转动会同步传递给第二转轴20，第二转轴20再将其旋转动作传递给下游的蜗杆7、蜗轮6和牙盘5。实现车辆的高速行进。

上述离合器分合控制装置具有分别与第一棘轮棘爪离合器28、第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪接触配合的两个驱动端，其通过这两个驱动端的动作来选择地抵压/松开第一棘轮棘爪离合器28和第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪，进而使第一棘轮棘爪离合器28和第二棘轮棘爪离合器29处于分离/接合状态。

更具体地，上述离合器分合控制装置主要包括：两根变速转轴30、十六个磁钢31、第一变速压环32和第二变速压环35。

两根变速转轴30相互平行，而且对称布置在第二转轴20的径向两侧、并与第二转轴20相垂直，同时这两根变速转轴30布置在上述第一棘轮棘爪离合器28和第二棘轮棘爪离合器29之间的位置。变速转轴30可绕自身轴线作枢转运动。

十六个磁钢31平均分为四组，每组四个，每个变速转轴30上设置两组磁钢31。具体地，每组中的四个磁钢31固定在变速转轴30上、且围绕该变速转轴30呈环形分布。其中三个磁钢31的N极朝外布置，而S极朝内布置。另外一个磁钢31的N极朝内布置，而S极朝外布置。每根变速转轴30上的两组磁钢31上下对称。

第一变速压环32可轴向移动地同轴套设在第二转轴20外，而且其布置在变速转轴30和第一棘轮棘爪离合器28之间，该第一变速压环32朝向第一棘轮棘爪离合器28的那一侧固定设置有与第一棘轮棘爪离合器28内的棘爪相配合的棘爪拨动销33，该第一变速压环32背离第一棘轮棘爪离合器28的那一侧固定设置有磁环34，而且该磁环34的N极朝向变速转轴30布置，而S极朝向第一变速压环32布置(也即S极朝向第一棘轮棘爪离合器28布置)。

第二变速压环35可轴向移动地同轴套设在第二转轴20外，而且其布置在变速转轴30和第二棘轮棘爪离合器29之间，该第二变速压环35朝向第二棘轮棘爪离合器29的那一侧固定设置有与第二棘轮棘爪离合器29内的棘爪相配合的棘爪拨动销33，该第二变速压环35背离第二棘轮棘爪离合器29的那一侧固定设置有磁环34，而且该磁环34的N极朝向变速转轴30布置，而S极朝向第二棘轮棘爪离合器29布置(也即S极朝向第二棘轮棘爪离合器29布置)。

低速模式下，变速转轴30转动至图14和图15所示的状态，变速转轴30上最靠近第一变速压环32的磁钢31以及最靠近第二变速压环35的磁钢31，其N极均朝外布置，如此，变速转轴的磁钢与第一变速压环32和第二变速压环35上固定的磁环34存在排斥力。前述排斥力推动第一变速压环32压向第一棘轮棘爪离合器28，进而使得第一变速压环32上的棘爪拨动销33抵压拨动第一棘轮棘爪离合器28中的棘爪缩回(棘爪克服棘爪弹簧的弹力而缩回)，第一棘轮棘爪离合器28中的棘爪与棘轮脱开，第一棘轮棘爪离合器28处于分离状态。前述排斥力推动第二变速压环35压向第二棘轮棘爪离合器29，进而使得第二变速压环35上的棘爪拨动销33抵压拨动第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪缩回(棘爪克服棘爪弹簧的弹力而缩回)，第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪与棘轮脱开，第二棘轮棘爪离合器29处于分离状态。

中速模式下，变速转轴30转动至图16和图17所示的状态。变速转轴30上最靠近第一变速压环32的磁钢31的S极朝外布置，其与第一变速压环32上的磁环34之间存在吸引力。前述吸引力拉动第一变速压环32远离第一棘轮棘爪离合器28移动，而使得第一变速压环32上的棘爪拨动销33与第一棘轮棘爪离合器28中的棘爪分离，第一棘轮棘爪离合器28中的棘爪在棘爪弹力的作用下正常弹出而与棘轮配合，第一棘轮棘爪离合器28处于接合状态。变速转轴30上最靠近第二变速压环35的磁钢31的N极朝外布置，其与第二变速压环35上的磁环34之间存在排斥力。前述排斥力推动第二变速压环35压向第二棘轮棘爪离合器29，进而使得第二变速压环35上的棘爪拨动销33拨动第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪缩回(棘爪克服棘爪弹簧的弹力而缩回)，第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪与棘轮脱开，第二棘轮棘爪离合器29处于分离状态。

高速模式下，变速转轴30转动至图18和图19所示的状态。变速转轴30上最靠近第二变速压环35的磁钢31的S极朝外布置，其与第二变速压环上的磁环34之间存在吸引力。前述吸引力拉动第二变速压环远离第二棘轮棘爪离合器29移动，而使得第二变速压环上的棘爪拨动销33与第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪分离，第二棘轮棘爪离合器29中的棘爪在棘爪弹力的作用下正常弹出而与棘轮配合，第二棘轮棘爪离合器29处于接合状态。变速转轴30上最靠近第一变速压环32的磁钢31的N极朝外布置，其与第一变速压环32上的磁环34之间存在排斥力。前述排斥力推动第一变速压环32压向第一棘轮棘爪离合器28，进而使得第一变速压环32上的棘爪拨动销33拨动第一棘轮棘爪离合器28中的棘爪缩回(棘爪克服棘爪弹簧的弹力而缩回)，第一棘轮棘爪离合器28的棘爪与棘轮脱开，第一棘轮棘爪离合器28处于分离状态。

为了保证变速转轴30上磁钢对第一变速压环32和第二变速压环35的排斥力和吸引力足够大，最好将第二小径齿轮24和第二中径齿轮25紧邻布置，第二大径齿轮26布置在这三个齿轮(第二小径齿轮24、第二中径齿轮25和第二大径齿轮26)的最端部，也即第二大径齿轮26最好不要布置在第二小径齿轮24和第二中径齿轮25之间的位置。

不难看出，上面所说的离合器分合控制装置的两个驱动端，分别为第一变速压环32上的棘爪拨动销33和第二变速压环35上的棘爪拨动销33。

此外，本实施例在第二转轴20外套设有一个夹在第一变速压环32和第一棘轮棘爪离合器28之间的第一压环复位弹簧40，同时在第二转轴20外套设有一个夹在第二变速压环35和第二棘轮棘爪离合器29之间的第二压环复位弹簧41。以便第一变速压环32和第二变速压环35在受到前述磁吸引力时(或者不受磁力作用时)，能够在复位弹簧的弹力作用下向变速转轴30方向移动，从而使得其上的棘爪拨动销33脱离轮棘爪离合器，使第一棘轮棘爪离合器28或第二棘轮棘爪离合器29处于接合状态。可见，复位弹簧和上述的磁排斥力共同作用，来带动变速压环远离轮棘爪离合器移动。

上述变速转轴30也可以设置为一根、三根或四根等，本实施例之所以设置两根，并在每根变速转轴30上设置四组共八个磁钢，是为了保证变速转轴30上磁钢对变速压坏上磁环产生的排斥力或吸引力具有对称性。在本申请的一些其他实施例中，每根变速转轴30上也可以仅仅设置一组上述结构的磁钢31。

此外，为了防止第一变速压环32和第二变速压环35在磁吸引力作用下接触到变速转轴30，而干扰变速转轴30的转动。本实施例在第二转轴20上固定套设有：位于变速转轴30和第一变速压环32之间的第一限位挡圈36、位于变速转轴30和第二变速压环35之间的第二限位挡圈37。以分别利用前述第一限位挡圈36和第二限位挡圈37将第一变速压环32和第二变速压环35挡在变速转轴30外。

另外，上述第二小径齿轮24、第二中径齿轮25和第二大径齿轮26均为尼龙齿轮，如此可大大降低上述第一小径齿轮21、第一中径齿轮22和第一大径齿轮23与第二大径齿轮26、第二中径齿轮25和第二小径齿轮24啮合传动过程中产生的噪声，基本实现静音传动。第一转轴19以及其上的第一小径齿轮21、第一中径齿轮22和第一大径齿轮23均为钢制。

如图11，上述变速转轴30的转动可通过设置相应的电路来实现，也可以通过设置全机械传动部件而完全依靠人力实现。具体在本实施例中，该变速转轴30的转动通过一微型的步进电机14来带动，该步进电机14的输出轴固定连接一主动齿轮，两变速转轴30上分别同轴固定一从动齿轮15，前述主动齿轮与这两个从动齿轮15同时啮合，以带动两变速转轴30同步转动，小型步进电机14的控制电路集成到该中置电机的总控制器中，实际应用时该总控制器于车把仪表连接，操控及其方便。

为了方便读者更方便地理解本申请的技术方案，我们将上述这种结构的连接蜗杆7和转子2的上游传动件称为三档位(高速、中速和低速)齿轮变速机构。

很显然，对于本领域技术人员来说，在本申请的一些其他实施例中，上述平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构(蜗轮6和蜗杆7)的上游端也可以设置其他形式的传动件来连接转子2和蜗杆7，并不局限于本实施例中所描述的这种三档位齿轮变速机构。同样，对于本领域技术人员来说，在本申请的另一些实施例中，上述三档位齿轮变速机构的下游端也可以设置其他形式的传动件来连接第二转轴20的牙盘5，并不局限于本实施例中所描述的这种平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种中置电机，包括：

电机外壳(1)；

收容于所述电机外壳内的转子(2)和定子(3)；

旋转穿设于所述电机外壳中的中轴(4)；

与所述中轴相连的牙盘(5)；以及

传动连接于所述转子(2)和牙盘(5)之间的传动装置；

其特征在于，所述传动装置包括：

平行布置的第一转轴(19)和第二转轴(20)，所述第一转轴(19)与所述转子(2)传动连接，所述第二转轴(20)与所述牙盘(5)传动连接；

同轴固定于所述第一转轴(19)上且直径依次递增的第一小径齿轮(21)、第一中径齿轮(22)和第一大径齿轮(23)；

旋转套设于所述第二转轴(20)上且直径依次递增的第二小径齿轮(24)、第二中径齿轮(25)和第二大径齿轮(26)，所述第二小径齿轮(24)与所述第一大径齿轮(23)啮合连接，所述第二中径齿轮(25)与所述第一中径齿轮(22)啮合连接，所述第二大径齿轮(26)与所述第一小径齿轮啮合(21)连接；

连接所述第二大径齿轮(26)和所述第二转轴(20)的超越离合器(27)；

连接所述第二中径齿轮(25)和所述第二转轴(20)的第一棘轮棘爪离合器(28)；

连接所述第二小径齿轮(24)和所述第二转轴(20)的第二棘轮棘爪离合器(29)；以及

离合器分合控制装置，借助于该离合器分合控制装置的动作，能够选择性地使所述第一棘轮棘爪离合器和所述第二棘轮棘爪离合器处于以下三种状态中的任一种：

所述第一棘轮棘爪离合器接合，且所述第二棘轮棘爪离合器分离；

所述第一棘轮棘爪离合器分离，且所述第二棘轮棘爪离合器接合；

所述第一棘轮棘爪离合器和所述第二棘轮棘爪离合器均分离；

其中，所述离合器分合控制装置具有分别与所述第一棘轮棘爪离合器(28)和第二棘轮棘爪离合器(29)中的棘爪接触配合的两个驱动端，其通过这两个驱动端的动作来选择地抵压/松开所述第一棘轮棘爪离合器(28)和第二棘轮棘爪离合器(29)中的棘爪，进而使所述第一棘轮棘爪离合器(28)和第二棘轮棘爪离合器(29)处于分离/接合状态；

所述离合器分合控制装置包括：

能让绕自身轴线作枢转运动的变速转轴(30)，其布置于所述第一棘轮棘爪离合器(28)和第二棘轮棘爪离合器(29)之间；

至少一组磁钢(31)，每组由四个磁钢(31)构成，而且每组中的四个磁钢(31)呈环形固定于所述变速转轴(30)的外围，其中三个磁钢(31)的N极朝外布置，而S极朝内布置；另外一个磁钢(31)的N极朝内布置，而S极朝外布置；

第一变速压环(32)，其可轴向移动地套设在所述第二转轴(20)外，而且该第一变速压环(32)布置在所述变速转轴(30)和第一棘轮棘爪离合器(28)之间，该第一变速压环(32)朝向所述第一棘轮棘爪离合器的那一侧固定设置有与第一棘轮棘爪离合器(28)内的棘爪相配合的棘爪拨动销(33)，该第一变速压环(32)背离所述第一棘轮棘爪离合器(28)的那一侧固定设置有第一磁环，而且该第一磁环的N极朝向变速转轴布置，而S极朝向第一变速压环布置；以及

第二变速压环(35)，其可轴向移动地同轴套设在所述第二转轴(20)外，而且该第二变速压环(35)布置在所述变速转轴(30)和所述第二棘轮棘爪离合器(29)之间，该第二变速压环(35)朝向所述第二棘轮棘爪离合器(29)的那一侧固定设置有与第二棘轮棘爪离合器(29)内的棘爪相配合的棘爪拨动销，该第二变速压环(35)背离第二棘轮棘爪离合器(29)的那一侧固定设置有第二磁环，而且该第二磁环的N极朝向变速转轴布置，而S极朝向第二变速压环布置。

2.根据权利要求1所述的中置电机，其特征在于，所述转子(2)通过联轴器与所述第一转轴(19)同轴固定连接。

3.根据权利要求1所述的中置电机，其特征在于，所述第二小径齿轮(24)和第二中径齿轮(25)紧邻布置。

4.根据权利要求1所述的中置电机，其特征在于，所述第二转轴(20)外套设有夹在所述第一变速压环(32)和第一棘轮棘爪离合器(28)之间的第一压环复位弹簧(40)，所述第二转轴(20)外还套设有夹在第二变速压环(35)和第二棘轮棘爪离合器(29)之间的第二压环复位弹簧(41)。

5.根据权利要求1所述的中置电机，其特征在于，所述变速转轴(30)共设置有两根，这两根变速转轴(30)相互平行而且对称布置在所述第二转轴(20)的径向两侧，同时这两根变速转轴(30)均垂直于所述第二转轴(20)布置；所述磁钢(31)共设置四组，每根所述变速转轴(30)上分别设置有两组所述磁钢(31)。

6.根据权利要求5所述的中置电机，其特征在于，还包括一步进电机(14)，该步进电机的输出轴固定连接一主动齿轮，两根所述变速转轴(30)上分别同轴固定一从动齿轮(15)，所述主动齿轮与这两个从动齿轮(15)同时啮合连接。

7.根据权利要求1所述的中置电机，其特征在于，所述传动装置还包括由啮合连接的蜗轮(6)和蜗杆(7)构成的平面二次环面包络蜗轮蜗杆传动机构，所述第二转轴(20)通过联轴器与所述蜗杆(7)同轴固定连接，所述蜗轮(6)与所述牙盘(5)同轴固定连接，所述蜗轮(6)同轴套设在所述中轴(4)外，且该蜗轮(6)和所述中轴(4)之间连接有单向离合器(8)。

8.一种电动自行车，包括车架，其特征在于，还包括如权利要求1-7中任一所述的中置电机，所述电机外壳(1)与所述车架紧固。