CN112407135B - 一种可多挡变速调节的中置电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可多挡变速调节的中置电机，其涉及助力自行车电机领域。其技术方案要点包括中轴机构，中轴机构包括脚踏动力输入组件和行车动力输出组件；助力驱动机构，助力驱动机构包括助力电机和助力输入组件；变速机构，变速机构包括变速输入组件、变挡执行组件、变挡调节组件以及变速输出组件，变速输入组件包括脚踏变速输入组件和助力变速输入组件；脚踏动力输入组件与脚踏变速输入组件连接实现脚踏动力输入，助力输入组件与助力变速输入组件连接实现辅助动力输入，变速输出组件与行车动力输出组件连接实现行车驱动力输出。本发明兼具电机助力和多挡变换功能，能够减少助力自行车上的模块，实现多挡变速调节，使用户装配更简单。

Description

一种可多挡变速调节的中置电机

技术领域

本发明涉及助力自行车电机领域，更具体地说，它涉及一种可多挡变速调节的中置电机。

背景技术

目前市面上助力自行车电机中置的主要为普通的减速中置电机，不能实现变换挡位去变速，自行车变速仍要依靠其自身的自行车挡位切换器。

如果用户想要电机的助力和变速的顺畅，则需要自行车挡位切换器与减速中置电机两套系统。但是两套系统不仅匹配困难而且自行车组装也变的相对复杂。

现有授权公告号为CN104953759B的中国专利，公开了一种电动自行车用可变减速比的中置电机，其包括壳体、电机、一级大、小齿轮、二级大、小齿轮和动力输出套，二级大齿轮与双层单向超越离合器及差动行星齿轮减速机构固接，二级大齿轮反转通过差动行星齿轮减速机构及双层单向超越离合器内圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成低速输出机构；二级大齿轮正转通过双层单向超越离合器外圈带动双层单向超越离合器中间输出圈及动力输出套构成高速输出机构。

但是，上述中置电机在单纯脚蹬时并不能实现变速，而且通过电机也只能实现两种不同减速比。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可多挡变速调节的中置电机，其兼具电机助力和多挡变换功能，能够减少助力自行车上的模块，使用户装配更简单。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种可多挡变速调节的中置电机，包括：

中轴机构，所述中轴机构包括脚踏动力输入组件和行车动力输出组件；

助力驱动机构，所述助力驱动机构包括助力电机和助力输入组件；以及，

承载于所述中轴机构与助力驱动机构之间的变速机构，所述变速机构包括变速输入组件、变挡执行组件、变挡调节组件以及变速输出组件，所述变速输入组件包括脚踏变速输入组件和助力变速输入组件；

其中，所述脚踏动力输入组件与脚踏变速输入组件连接实现脚踏动力输入，所述助力输入组件与助力变速输入组件连接实现辅助动力输入，所述变速输出组件与行车动力输出组件连接实现行车驱动力输出。

进一步地，所述脚踏动力输入组件包括脚踏输入齿轮，所述脚踏输入齿轮中间设置有中轴，所述中轴与脚踏输入齿轮为联动配合；所述行车动力输出组件包括滚动支承于所述中轴上的输出齿轮，所述输出齿轮连接有牙盘。

进一步地，所述助力输入组件包括第一行星架、若干第一行星轮以及助力输入齿圈，所述助力输入齿圈上设置有与所述助力变速输入组件连接的助力输入单元；所述助力电机包括电机轴，所述电机轴上设置有与所述第一行星轮配合的电机轴太阳轮。

进一步地，所述第一行星轮包括同轴联动的输入行星轮和输出行星轮，其中所述输入行星轮与电机轴太阳轮啮合，所述输出行星轮与助力输入齿圈啮合。

进一步地，所述助力输入单元为助力输入齿轮，所述助力变速输入组件包括电机输入齿轮，且所述助力输入齿轮与电机输入齿轮之间设置有惰轮组件。

进一步地，所述脚踏变速输入组件包括中轴输入套筒，所述中轴输入套筒外侧壁联动设置有中轴输入齿轮；所述助力变速输入组件包括套设于所述中轴输入套筒上、且与其单向联动的电机输入齿轮。

进一步地，所述变速输入组件包括中轴输入套筒和滑套，所述滑套与中轴输入套筒为周向联动配合；

所述变挡执行组件包括变速齿圈、第二行星架、多联行星轮以及与所述多联行星轮配合的N个变挡太阳轮，所述滑套能够与所述变速齿圈实现周向联动配合；

所述变速输出组件包括与所述行星架单向联动配合的变速输出套；

所述变挡调节组件包括第一滑块，所述第一滑块能够对N个所述变挡太阳轮沿轴向依次进行止动，实现变速机构的第1～N挡调节。

进一步地，所述滑套还能够相对于所述中轴输入套筒沿轴向移动；

所述变挡执行组件还包括对所述变速齿圈施加弹性推力F1的第一弹簧；

所述滑套能够对所述变速齿圈进行轴向限位，限制所述变速齿圈在弹性推力F1的作用下产生位移；

所述变挡调节组件还包括第二滑块，所述第二滑块能够对所述滑套进行轴向限位，限制所述滑套在弹性推力F1的作用下产生位移；

所述第二滑块能够推动所述滑套沿轴向移动，则所述变速齿圈能够在弹性推力F1的作用下沿轴向移动；

所述变速齿圈能够移动至与所述变速输出套端部离合，实现两者周向联动，在第N挡的基础上，实现变速机构的第N+1挡调节。

进一步地，所述变速齿圈与变速输出套接触后，所述第二滑块能够推动所述滑套继续移动，所述滑套能够移动至所述第二行星架接触；

所述滑套与第二行星架接触后，两者端部离合实现周向联动，且此时所述滑套与变速齿圈的周向联动配合关系解除，在第N+1挡的基础上，实现变速机构的第N+2挡调节。

进一步地，所述第一滑块能够进行往复运动，在第N+2挡的基础上，能够实现变速机构的第N+3～2N+1挡调节。

进一步地，所述变挡调节组件包括穿设于所述变速输入组件、变挡执行组件以及变速输出组件中间的变速轴筒，所述变速轴筒内设置有能够相对于其沿轴向移动的往复驱动杆；所述第一滑块承载于所述往复驱动杆上，且两者沿轴向为弹性联动配合；所述往复驱动杆和变速轴筒上分别开设有与所述第一滑块配合的第一限位滑槽和第二限位滑槽。

进一步地，所述往复驱动杆上套设有驱动套筒，所述驱动套筒相对于所述变速轴筒沿轴向位置不变；所述驱动套筒上穿设有嵌于所述往复驱动杆外侧壁的第一驱动销，所述往复驱动杆外侧壁设置有与所述第一驱动销配合的往复滑槽。

进一步地，所述变速轴筒上嵌设有与所述第二滑块沿轴向联动的推板，且所述变速轴筒上开设有与所述推板配合的第三限位滑槽；所述推板上穿设有嵌于所述驱动套筒外侧壁的第二驱动销，所述驱动套筒外侧壁开设有与所述第二驱动销配合的推槽。

进一步地，所述变挡调节组件连接有用于控制所述驱动套筒转动的变挡调节驱动组件。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过助力驱动机构与变速机构的整合，配合电气的整套控制，来实现助力电机效率的最大化和顺畅的变速体验，同时减少助力自行车上的模块，使用户装配更简单；

2、中轴机构、变速机构以及助力驱动机构形成三轴设计，该设计保证了电机整体尺寸小巧和重量的降低；

3、第一行星轮的使用实现了在一根轴上就实现高减速比，有效减小助力驱动机构的平面空间，同时能够有效降低单个齿轮上的受力，可使用尼龙齿轮，来保证电机输出在高转速时的低噪音；

4、变速机构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。

附图说明

图1为实施例1中可多挡变速调节的中置电机的整体结构示意图；

图2为实施例1中助力驱动机构、变速机构以及中轴机构的结构示意图；

图3为实施例1中助力输入齿圈与惰轮组件的结构示意图；

图4为实施例1中助力驱动机构的结构示意图一；

图5为实施例1中助力驱动机构的结构示意图二；

图6为实施例1中助力电机的结构示意图；

图7为实施例1中中轴机构的部分零件示意图；

图8为实施例1中中轴机构的结构示意图；

图9为实施例1中变速机构的剖视图；

图10为实施例1中中轴输入套筒、滑套以及行星架的爆炸示意图；

图11为实施例1中变速齿圈的结构示意图；

图12为实施例1中行星架、多联行星轮以及变速输出套的爆炸示意图；

图13为实施例1中第一太阳轮、第二太阳轮以及第三太阳轮的爆炸示意图；

图14为实施例1中第一滑块和第二滑块的位移挡位示意图；

图15为实施例1中中置电机多挡调节变速机构的变挡过程示意图；

图16为实施例1中变挡调节组件的爆炸示意图；

图17为实施例1中变挡调节组件的剖视图；

图18为实施例1中驱动套筒与第二驱动销的结构示意图；

图19为实施例1中驱动套筒与往复驱动杆的爆炸示意图；

图20为实施例1中变挡调节执行组件的爆炸示意图；

图21为实施例2中中置电机多挡调节变速机构的剖视图；

图22为图21中A部分的放大示意图；

图23为实施例2中中轴输入套筒与滑套的爆炸示意图；

图24为实施例2中第一太阳轮、第二太阳轮以及第三太阳轮的爆炸示意图；

图25为实施例2中变挡调节组件的结构示意图；

图26为实施例2中变挡调节组件的剖视图。

图中：1、变速轴筒；11、第二限位滑槽；12、第三限位滑槽；21、第一滑块；22、导杆；23、导杆限位块；24、第三弹簧；25、往复驱动杆；251、往复套筒部；2511、第一限位滑槽；2512、定位挡柱；252、往复驱动部；2521、轴向延伸段；2522、第三滑槽；2523、第二滑槽；2524、第一滑槽；253、限位杆；254、第一挡柱；255、第二挡柱；26、第四弹簧；27、第一驱动销；3、驱动套筒；31、第一推槽；32、第二推槽；33、第三推槽；34、第一销孔；35、第三轴承；41、第二滑块；42、推板；43、卡爪；44、第二驱动销；51、中轴输入套筒；52、中轴输入齿轮；53、电机输入齿轮；54、第二单向离合组件；55、第一轴承；56、键槽；61、滑套；611、套筒部；612、环板部；613、花键；614、第一啮齿；615、第三啮齿；616、止口；617、卡口；62、变速齿圈；621、第二啮齿；622、内齿部；623、第五啮齿；63、第二行星架；631、支撑端板；632、衬套；633、第四啮齿；634、棘爪组件；635、第二行星轴；64、多联行星轮；641、第一行星轮；642、第二行星轮；643、第三行星轮；651、第一太阳轮；6511、第一止动槽；652、第二太阳轮；6521、第二止动槽；653、第三太阳轮；6531、第三止动槽；66、第二弹簧；67、第一弹簧；671、弹簧衬套；672、第一平面轴承组件；681、第五弹簧；682、平面轴承支架；683、滚珠保持架组件；71、变速输出套；72、变速输出齿轮；73、第二轴承；74、第六啮齿；75、棘齿部；81、第一壳体；82、第二壳体；83、齿轮箱壳体；84、第一内支架；841、豁口；85、第二内支架；91、助力驱动机构；911、助力电机；9111、电机轴；9112、电机轴太阳轮；912、第一行星架；9131、输入行星轮；9132、输出行星轮；914、第一行星轴；915、助力输入齿圈；916、助力输入齿轮；917、旋变控制板；918、旋变磁钢固定座；919、旋变磁钢；92、惰轮组件；93、中轴机构；931、中轴；932、套管；933、脚踏输入齿轮；934、输出齿轮；935、输出花键；936、第一单向离合组件；937、力矩传感组件；938、牙盘；941、变挡电机；942、电机齿轮；943、减速齿轮组；944、变挡驱动齿轮；945、齿轮箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1：

一种可多挡变速调节的中置电机，参照图1和图2，其包括第一壳体81和第二壳体82，第一壳体81与第二壳体82形成的腔室内设置有助力驱动机构91、变速机构以及中轴机构93；助力驱动机构91、变速机构以及中轴机构93形成三轴设计，该设计保证了电机整体尺寸小巧和重量的降低。

参照图2和图4，中轴机构93包括脚踏动力输入组件和行车动力输出组件，助力驱动机构91包括助力电机911和助力输入组件；变速机构包括变速输入组件、变挡执行组件、变挡调节组件以及变速输出组件，变速输入组件包括脚踏变速输入组件和助力变速输入组件；其中，脚踏动力输入组件与脚踏变速输入组件连接实现脚踏动力输入，助力输入组件与助力变速输入组件连接实现辅助动力输入，变速输出组件与行车动力输出组件连接实现行车驱动力输出。

参照图2至图6，助力输入组件包括第一行星架912、若干第一行星轮以及助力输入齿圈915，第一行星轮中间穿设有与第一行星架912连接的第一行星轴914；助力电机911包括电机轴9111，电机轴9111上设置有与第一行星轮配合的电机轴太阳轮9112；本实施例中助力输入组件通过行星结构进行减速输出，在其他可选的实施例中，也可以用定轴轮系齿轮传动或者蜗轮蜗杆等方式传动，在此不做限制。

参照图1至图6，第一行星轮包括同轴联动的输入行星轮9131和输出行星轮9132，本实施例中输入行星轮9131和输出行星轮9132为一体成型，当然两者也可以分体后固定连接；其中，输入行星轮9131与电机轴太阳轮9112啮合，输出行星轮9132与助力输入齿圈915内壁的内齿啮合；第一行星架912与第二壳体82通过螺栓连接，助力电机911的定子通过螺栓与第二壳体82连接，则电机轴9111的转速通过电机轴太阳轮9112、输入行星轮9131、输出行星轮9132传递至助力输入齿圈915。

参照图4和图5，本实施例中输入行星轮9131的齿数大于输出行星轮9132的齿数，从而能够在一根轴上实现高减速比，有利于减小助力输入组件的平面空间；同时，第一行星轮的结构设计能够有效降低单个齿轮上的受力，则可以使用尼龙齿轮，来保证助力电机911输出在高转速时的低噪音。

参照图1至图6，助力输入齿圈915上设置有与助力变速输入组件连接助力输入单元，助力输入单元设置于助力输入齿圈915外端面的轴向延伸段上；第一壳体81内设置有第一内支架84，第一内支架84与第一壳体81通过螺栓连接；助力输入齿圈915的轴向延伸段通过轴承支承于第一内支架84中，同时第一行星架912和助力电机911的定子分别通过螺栓与第二壳体82连接，电机轴9111端部通过轴承支承于第二壳体82内壁。

参照图1至图4，本实施例中助力输入单元为助力输入齿轮916，助力变速输入组件包括电机输入齿轮53，第一内支架84上设置有连接于助力输入齿轮916和电机输入齿轮53之间的惰轮组件92，且第一内支架84上开设有用于助力输入齿轮916与惰轮组件92连接的豁口841；惰轮组件92的设置能够使电机整体尺寸小巧；在其他可选的实施例中，若助力输入单元为同步轮，或者助力输入单元与电机输入齿轮53均为链轮，则可以省去惰轮组件92。

参照图4至图6，电机轴9111端部设置有旋变磁钢固定座918，旋变磁钢固定座918内嵌设有旋变磁钢919，第一行星架912的端板上设置有与旋变磁钢919相对的旋变控制板917，通过旋变磁钢919与旋变控制板917配合能够测量电机轴9111的转速；在其他可选的实施例中，也可以通过其他方式来测量电机轴9111的转速，在此不做限制。

参照图1、图2、图7和图8，脚踏动力输入组件包括脚踏输入齿轮933，脚踏输入齿轮933中间设置有中轴931，中轴931与脚踏输入齿轮933为联动配合；行车动力输出组件包括滚动支承于中轴931上的输出齿轮934，输出齿轮934连接有牙盘938，牙盘938套设在输出齿轮934的轴向延伸段上，且轴向延伸段上设置有与牙盘938配合的输出花键935；中轴931两端分别穿过第一壳体81和第二壳体82，用于连接自行车的脚踏，而牙盘938位于壳体外部用于连接自行车的链条。

参照图7，本实施例中中轴931与脚踏输入齿轮933为单向联动配合，具体地，中轴931与脚踏输入齿轮933之间设置有第一单向离合组件936，通过第一单向离合组件936实现两者沿周向的单向传动；第一单向离合组件936包括套设在中轴931上的套管932，套管932与中轴931之间通过键槽配合实现周向联动；套管932与脚踏输入齿轮933之间设置有棘轮棘爪组件，则中轴931正转前行时可以通过棘轮棘爪组件带动脚踏输入齿轮933转动，而中轴931反转时则无法带动脚踏输入齿轮933转动；在其他可选的实施例中，中轴931与脚踏输入齿轮933也可以为固定连接，然后通过电子控制实现协调运行。

参照图1、图2、图7和图8，本实施例中中轴机构93还包括力矩传感组件937和转速传感组件，第二壳体82内通过螺栓连接有与力矩传感组件937配合的第二内支架85；力矩传感组件937能够感知脚踏的输入力，并将信号传递给控制器，同时转速传感组件能够感应到相应的踩踏转速，此时控制器结合相应的信号后，发出信号给助力驱动机构91，控制助力驱动机构91启动。

参照图1、图2、图9和图10，对于变速机构，具体地，变挡调节组件包括穿设于变速输入组件、变挡执行组件以及变速输出组件中间的变速轴筒1；本实施例中变速轴筒1两端分别与第一壳体81和第二壳体82抵接，实现对变速轴筒1的轴向限位，同时变速轴筒1与第一壳体81之间通过键槽配合来限制变速轴筒1的转动，实现对变速轴筒1的周向限位，则变速轴筒1相对于第一壳体81和第二壳体82固定不动；变速输入组件包括中轴输入套筒51和滑套61，滑套61与中轴输入套筒51为周向联动配合，其中中轴输入套筒51与变速轴筒1之间设置有两个第一轴承55；本实施例中中轴输入套筒51外侧壁设置有若干沿轴向设置的键槽56，且若干键槽56沿周向均布，滑套61内侧壁上设置有与键槽56配合的花键613，花键613与键槽56配合能够实现中轴输入套筒51与滑套61的周向联动。

参照图9，脚踏输入组件包括设置于中轴输入套筒51外侧壁、且与其沿周向联动的中轴输入齿轮52，本实施例中中轴输入齿轮52与中轴输入套筒51为一体成型；变速输入组件包括设置于中轴输入套筒51外侧壁、且与其沿周向单向联动的电机输入齿轮53，电机输入齿轮53与中轴输入套筒51之间设置有第二单向离合组件54，本实施例中第二单向离合组件54为单向滚针轴承；通过设置第二单向离合组件54，则电机输入齿轮53的转速可以传递至中轴输入套筒51，而中轴输入齿轮52的转速无法传递至电机输入齿轮53。

参照图9和图12，变挡执行组件包括变速齿圈62、第二行星架63、多联行星轮64以及与多联行星轮64配合的N个变挡太阳轮，第二行星架63上设置有穿过多联行星轮64的第二行星轴635；变速齿圈62内侧壁设置有与多联行星轮64配合的内齿部622，本实施例中内齿部622与变速齿圈62为过盈配合固定，同时两者也可以一体成型；本实施例中多联行星轮64为三联行星轮，其包括第一行星轮641、第二行星轮642以及第三行星轮643，内齿部622与第二行星轮642啮合；变挡太阳轮的数量为三个，分别为与第一行星轮641啮合的第一太阳轮651、与第二行星轮642啮合的第二太阳轮652以及与第三行星轮643啮合的第三太阳轮653。

参照图9，第一太阳轮651、第二太阳轮652以及第三太阳轮653均套设在变速轴筒1上，第二行星架63端部嵌设有与第一太阳轮651接触的支撑端板631，同时变速轴筒1外侧壁形成对支撑端板631进行限位的台阶；变速轴筒1上套设有第二弹簧66，第二弹簧66一端与第三太阳轮653接触，另一端与变速轴筒1上的弹性挡圈接触；支撑端板631与第二弹簧66配合对三个变挡太阳轮进行轴向弹性限位，能够避免松动异响。

参照图9和图10，滑套61能够与变速齿圈62实现周向联动配合，本实施例中滑套61包括套筒部611和环板部612；环板部612端面设置有若干第一啮齿614，变速齿圈62内端面设置有与第一啮齿614配合的第二啮齿621，第一啮齿614与第二啮齿621配合使滑套61与变速齿圈62实现周向联动。

参照图9、图10和图12，变速输出组件包括与第二行星架63单向联动配合的变速输出套71，变速输出套71与变速轴筒1之间设置有两个第二轴承73，且变速输出套71外侧壁设置有变速输出齿轮72；本实施例中变速输出齿轮72与变速输出套71为过盈配合固定，同时两者也为可以一体成型；变速输出套71与第二行星架63之间设置有第三单向离合组件，本实施例中第三单向离合组件包括设置于第二行星架63外侧壁的多个棘爪组件634，以及设置于变速输出套71内侧壁的棘齿部75，棘爪组件634包括棘爪和弹性卡圈；本实施例中棘齿部75与变速输出套71为过盈配合固定，同时两者也可以为一体成型；本实施例中第二行星架63上远离支撑端板631的一端通过衬套632与变速输出套71连接，其中衬套632与第二行星架63通过过盈配合固定，而衬套632与变速输出套71为接触配合。

参照图9和图13，变挡调节组件包括第一滑块21，第一滑块21端部凸出于变速轴筒1外侧壁，且能够相对于变速轴筒1沿轴向移动；第一滑块21能够对三个变挡太阳轮沿轴向依次进行止动，实现变速机构的第1～3挡调节；第一太阳轮651、第二太阳轮652以及第三太阳轮653上分别开设有与第一滑块21配合的第一止动槽6511、第二止动槽6521以及第三止动槽6531；本实施例中第一止动槽6511和第二止动槽6521分别设置于第一太阳轮651和第二太阳轮652的内侧壁，而第三止动槽6531贯穿于第三太阳轮653的壁厚。

参照图9、图10和图13，当第一滑块21与第一止动槽6511配合对第一太阳轮651进行止动，则动力经中轴输入套筒51、滑套61、变速齿圈62、第二行星架63以及第二单向离合组件输出至变速输出套71；本实施例中第一太阳轮651、第二太阳轮652以及第三太阳轮653的齿数依次递减，则第一滑块21向右移动过程中依次加挡，第一太阳轮651止动为第一挡，第二太阳轮652止动为第二挡，第三太阳轮653止动为第三挡；第一挡、第二挡和第三挡的输出速度与输入速度的比值均小于1，且第二挡大于第一挡，第三挡大于第二挡。

参照图9和图10，本实施例中中轴输入套筒51与滑套61通过花键613与键槽56配合实现周向联动，同时键槽56的长度沿轴向设置，所以滑套61能够相对于中轴输入套筒51沿轴向移动；变挡执行组件还包括对变速齿圈62施加弹性推力F1的第一弹簧67，本实施例中第一弹簧67套设在套筒部611上，且套筒部611与第一弹簧67支撑设置有截面呈L型的弹簧衬套671，弹簧衬套671与中轴输入齿轮52端面接触实现轴向限位；本实施例中第一弹簧67为锥型弹簧，且变速齿圈62外端壁设置有与第一弹簧67大端配合的槽口。

参照图9和图10，环板部612与变速齿圈62内端面接触，能够对变速齿圈62进行轴向限位，限制变速齿圈62在弹性推力F1的作用下产生位移；变挡调节组件还包括第二滑块41，第二滑块41能够对滑套61进行轴向限位，限制滑套61在弹性推力F1的作用下产生位移；本实施例中滑套61内侧壁设置有与第二滑块41配合的卡槽，第二滑块41嵌于卡槽内，从而能够对滑套61进行轴向限位。

参照图9至图12，第二滑块41向右移动过程中带动滑套61沿轴向移动，则变速齿圈62在弹性推力F1的作用下沿轴向向右移动，变速齿圈62能够移动至与变速输出套71接触；本实施例中变速齿圈62端面设置有若干第五啮齿623，变速输出套71端面设置有与第五啮齿623配合的第六啮齿74；变速齿圈62与变速输出套71接触后，第五啮齿623与第六啮齿74配合，则变速齿圈62与变速输出套71实现周向联动，在第3挡的基础上，实现变速机构的第4挡调节。

参照图9至图12，变速齿圈62与变速输出套71端部离合实现周向联动后，此时动力经中轴输入套筒51、滑套61以及变速齿圈62输出至变速输出套71，输出速度与输入速度的比值等于1，形成第四挡变速；在第四挡时，第一滑块21对第三太阳轮653止动，变速齿圈62会带动第二行星架63转动，但是第二行星架63的转速低于变速齿圈62的转速，第二行星架63上的棘爪组件634与变速输出套71上的棘齿部75处于超越离合状态，第二行星架63并不输出功率。

参照图9和图10，变速齿圈62与变速输出套71接触后，第二滑块41推动滑套61继续移动，滑套61能够移动至与第二行星架63接触；本实施例中环板部612端面设置有若干第三啮齿615，第二行星架63端面设置有与第三啮齿615配合的第四啮齿633；滑套61与第二行星架63接触后，第三啮齿615与第四啮齿633配合实现滑套61与第二行星架63的周向联动，且此时滑套61与变速齿圈62的周向联动配合关系解除，在第4挡的基础上，实现变速机构的第5挡调节。

参照图9至图11，滑套61与第二行星架63端部离合实现周向联动后，滑套61与变速齿圈62的周向联动配合关系解除，即第一啮齿614与第二啮齿621分离，此时动力经中轴输入套筒51、滑套61、第二行星架63以及变速齿圈62输出至变速输出套71，输出速度与输入速度的比值大于1，形成第五挡变速。

参照图9至图12，在第五挡时，第一滑块21对第三太阳轮653止动，滑套61带动第二行星架63转动，但是第二行星架63的转速低于变速齿圈62的转速，第二行星架63上的棘爪组件634与变速输出套71上的棘齿部75处于超越离合状态，第二行星架63并不输出功率。

参照图9至图12，第一滑块21能够进行往复运动，在第5挡的基础上，能够实现变速机构的第6～7挡调节；在第五挡的状态下，第一滑块21移动至对第二太阳轮652进行止动，形成第六挡变速；此时动力经中轴输入套筒51、滑套61、第二行星架63以及变速齿圈62输出至变速输出套71，输出速度与输入速度的比值大于1，且第六挡的比值大于第五挡的比值；同时，滑套61带动第二行星架63转动，但是第二行星架63的转速低于变速齿圈62的转速，第二行星架63上的棘爪组件634与变速输出套71上的棘齿部75处于超越离合状态，第二行星架63并不输出功率。

参照图9至图12，在第六挡的状态下，第一滑块21移动至对第一太阳轮651进行止动，形成第七挡变速；此时动力经中轴输入套筒51、滑套61、第二行星架63以及变速齿圈62输出至变速输出套71，输出速度与输入速度的比值大于1，且第七挡的比值大于第六挡的比值；同时，滑套61带动第二行星架63转动，但是第二行星架63的转速低于变速齿圈62的转速，第二行星架63上的棘爪组件634与变速输出套71上的棘齿部75处于超越离合状态，第二行星架63并不输出功率。

参照图9、图14和图15，从第一挡至第三挡的过程中，第一滑块21前进两次，从第三挡至第五挡的过程中，第一滑块21保持不动，从第五挡至第七挡的过程中，第一滑块21退后两次至复位，所以在一个变挡周期内，第一滑块21会进行一次往复运动；从第一挡至第三挡的过程中，第二滑块41保持不动，从第三挡至第五挡的过程中，第二滑块41前进两次，从第五挡至第七挡的过程中，第二滑块41保持不动，所以在一个变挡周期内，第二滑块41进行单向运动。

参照图16、图17和图19，变速轴筒1内设置有能够相对于其沿轴向移动的往复驱动杆；第一滑块21承载于往复驱动杆，且两者沿轴向为弹性联动配合；本实施例中往复驱动杆包括往复驱动部252和往复套筒部251，往复驱动部252端部设置有轴向延伸段2521，往复套筒部251套设在轴向延伸段2521上，且两者之间穿设有限位杆253；往复套筒部251和变速轴筒1上分别开设有与第一滑块21配合的第一限位滑槽2511和第二限位滑槽11；第一限位滑槽2511与第二限位滑槽11一方面能够给第一滑块21提供轴向位移量，另一方面能够限制往复驱动杆的转动。

参照图17和图13，第二太阳轮652需要转动至一定的角度，第一滑块21才能够嵌于第二止动槽6521内；所以第一滑块21与往复驱动杆沿轴向为弹性联动，而不是固定联动，能够避免出现卡住不动的情况。

参照图17和图19，往复驱动杆内设置有穿过第一滑块21的导杆22，导杆22上设置有与第一滑块21接触的导杆限位块23；本实施例中导杆22一端嵌于轴向延伸段2521端壁，另一端嵌于导杆限位块23端壁；往复驱动杆内设置有对导杆限位块23施加弹性推力F2的第三弹簧24，以及对第一滑块21施加弹性推力F3的第四弹簧26，第一滑块21在弹性推力F2和弹性推力F3的作用下能够相对于往复驱动杆保持在相对稳定状态；本实施例中往复套筒部251内设置有与第三弹簧24端部接触的定位挡柱2512，而第四弹簧26远离第一滑块21的一端与轴向延伸段2521抵接。

参照图17和图13，第一滑块21从第一止动槽6511内移动至第二止动槽6521内时，往复驱动杆向右移动一定量的位移，第一滑块21与第二太阳轮652端面接触受到阻挡后，第四弹簧26被压缩，弹性推力F3变大，当第一滑块21与第二止动槽6521对准时，第一滑块21在弹性推力F3的作用下嵌入第二止动槽6521内，并保持稳定状态；第一滑块21从第二止动槽6521内移动至第一止动槽6511内时，往复驱动杆向左移动一定量的位移，第一滑块21与第一太阳轮651端面接触受到阻挡后，第三弹簧24被压缩，弹性推力F2变大，当第一滑块21与第一止动槽6511对准时，第一滑块21在弹性推力F2的作用下嵌入第一止动槽6511内，并保持稳定状态。

参照图17和图19，往复驱动杆上套设有驱动套筒3，驱动套筒3相对于变速轴筒1沿轴向位置不变。本实施例中驱动套筒3与变速轴筒1之间通过台阶止口进行轴向限位；驱动套筒3上穿设有嵌于往复驱动部252外侧壁的第一驱动销27，驱动套筒3上开设有与第一驱动销27配合的第一销孔34，往复驱动部252外侧壁设置有与第一驱动销27配合的往复滑槽。

参照图19，往复滑槽包括第一滑槽2524和第三滑槽2522，以及两个第二滑槽2523，第二滑槽2523呈螺旋段状，且两个第二滑槽2523形成交汇点，且两个第二滑槽2523之间一端通过第一滑槽2524连通，另一端通过第三滑槽2522连通。

参照图14、图15、图17和图19，驱动套筒3转动时通过往复滑槽能够带动往复驱动杆沿轴向移动；第一驱动销27在第一滑槽2524内时，往复驱动杆沿轴向不动，第一驱动销27经过一个第二滑槽2523进入至第三滑槽2522过程中，第一滑块21前进两次，实现第一挡至第三挡的变速；第三挡至第五挡的变速过程中，第一驱动销27位于第三滑槽2522内，往复驱动杆沿轴向不动，当第一驱动销27经过另一个第二滑槽2523进入至第一滑槽2524过程中，第一滑块21后退两次，实现第五挡至第七挡的变速。

参照图9和图13，变速轴筒1上嵌设有与第二滑块41沿轴向联动的推板42，且变速轴筒1上开设有与推板42配合的第三限位滑槽12；第三限位滑槽12一方面给推板42提供轴向位移量，另一方面能够限制推板42的转动；本实施例中第二滑块41呈圆盘状，推板42上设置有将第二滑块41夹于其中的卡爪43，通过卡爪43实现第二滑块41与推板42的轴向联动；本实施例中第二滑块41沿径向具有弹性量，则第二滑块41安装于套筒部611与推板42之间时被压缩，一方面能够保证第二滑块41与套筒部611沿轴向联动的稳定性，另一方面也是便于安装第二滑块41。

参照图16至图18，推板42上穿设有嵌于驱动套筒3外侧壁的第二驱动销44，驱动套筒3外侧壁开设有与第二驱动销44配合的推槽；本实施例中推槽包括第一推槽31和第三推槽33，以及连接于第一推槽31与第三推槽33之间的第二推槽32，第二推槽32呈螺旋段状。

参照图14、图15、图16和图18，本实施例中驱动套筒3转动过程中通过推槽还能够带动第二滑块41沿轴向移动，则第一挡至第三挡的变速过程中，第二驱动销44位于第一推槽31内，第二滑块41沿轴向不动；第二驱动销44经过第二推槽32移动至第三推槽33的过程中，第二滑块41前进两次，实现第三挡至第五挡的变速；第五挡至第七挡的变速过程中，第二驱动销44位于第三推槽33内，第二滑块41沿轴向不动。

参照图17、图20和图1，本实施例中变速机构还包括用于控制驱动套筒3转动的变挡调节驱动组件，变挡调节驱动组件包括齿轮箱945，齿轮箱945上设置有变挡电机941，变挡电机941的转轴上套设有位于齿轮箱945内的电机齿轮942；其中，第一壳体81上形成有与齿轮箱945配合的齿轮箱壳体83，从而便于安装和检修；齿轮箱945内设置有变挡驱动齿轮944，以及承载于电机齿轮942与变挡驱动齿轮944之间的减速齿轮组943；变挡驱动齿轮944与驱动套筒3端部离合实现周向联动，则变挡电机941通过电机齿轮942、减速齿轮组943以及变挡驱动齿轮944能够控制驱动套筒3转动；本实施例中通过变挡电机941的正转或者反转来实现自动变挡，同时也可以利用线绳拉动等方式实现手动换档变速。

工作原理如下：

将本发明的中置电机安装于助力自行车上，脚踏板与中轴931连接，后轮上的链条与牙盘938连接。

骑行时，通过脚踩脚踏板使中轴931转动，中轴931通过第一单向离合组件936带动脚踏输入齿轮933转动，脚踏输入齿轮933通过中轴输入齿轮52将转速输入到变速机构，然后变速机构通过变速输出齿轮72输出一定的转速到输出齿轮934，输出齿轮934上的输出花键935与牙盘938连接，再通过链条传到后轮，此时完成了人脚踏中轴931侧的输入到输出。

当后轮启动时，由于人和助力自行车本身的重量决定了需要车动起来的话就是要踩踏输入相应的力到中轴931，此时力矩传感组件937和转速传感组件将信号传递给控制器，控制器发出信号，控制助力电机911启动。

助力电机911启动后电机轴9111转动，电机轴太阳轮9112通过输入行星轮9131和输出行星轮9132带动助力输入齿圈915转动，与助力输入齿圈915为一体式结构的助力输入齿轮916输出一定的转速到惰轮组件92，再传到电机输入齿轮53，电机输入齿轮53通过第二单向离合组件54带动中轴输入套筒51转动；接下来分为两路，一路输入到变速机构，另一路通过中轴输入齿轮52输入到脚踏输入齿轮933，而脚踏输入齿轮933无法通过第一单向离合组件936将转速输至中轴931，则只能输入到变速机构，变速机构通过变速输出齿轮72输出一定的转速到输出齿轮934，输出齿轮934上的输出花键935与牙盘938连接，再通过链条输出到后轮，带动助力自行车转动。

至此完成了助力电机911侧的输入到输出，两者的结合就是人和助力电机911的力同时输出到后轮，带动助力自行车行驶；通过控制器程序的控制，可控制人和助力电机911的出力比，同时通过变挡电机941实现自动换挡变速，来使骑行者获得更为顺畅舒适的骑行体验；更为重要的是变速可使助力电机911的使用工况一直处于高效节能的状态下去做功，让助力自行车有更长的续航里程。

本发明的中置电机，其控制系统可以采集到多种信号，包括车轮速度信号、力矩信号、踏频信号、变速机构挡位信号、挡位调节信号、电池信息以及电机输出等，电池信息包括电流、电压、温度、剩余容量以及总容量，将多种信号集成到一个人机交互系统中。控制系统可以根据变速机构挡位信号可以实时知道机械传动比，可以根据不同的变速机构挡位调节力矩输入的有效值，调节踏频信号对电机输出的占空比，从而有效解决骑行中断与踏空的问题，提升骑行体验。

实施例2：

一种可多挡变速调节的中置电机，参照图21，以实施例1为基础，本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中第一弹簧67套设在中轴输入套筒51上，且第一弹簧67与变速齿圈62之间设置有第一平面轴承组件672；第一平面轴承组件672包括滚珠、保持架以及轴承托架，轴承托架也作为滚珠的跑道，同时滚珠与变速齿圈62外端面接触；第一弹簧67一端与中轴输入齿轮52端面接触，一端与轴承托架接触，其弹性推力F1通过轴承托架和滚轴施加给变速齿圈62。

参照图22，本实施例中第二滑块41与套筒部611之间设置有第二平面轴承组件，且套筒部611内侧壁设置有与第二平面轴承组件配合的止口616；第二滑块41通过第二平面轴承组件和止口616对套筒部611进行轴向限位，限制套筒部611在弹性推力F1的作用下产生位移。本实施例中第二平面轴承组件包括平面轴承支架682以及两组滚珠保持架组件683，平面轴承支架682包括两部分，将两组滚珠保持架组件683罩于其中，且两组滚珠保持架组件683分别位于第二滑块41两侧；滚珠与平面轴承支架682和第二滑块41接触，平面轴承支架682与止口616配合，则第二滑块41能够对套筒部611进行轴向限位；本实施例中平面轴承支架682上设置有第五弹簧681，套筒部611内侧壁设置有与第五弹簧681端部配合的卡口617，则第二滑块41能够通过第二平面轴承组件和第五弹簧681对套筒部611进行弹性推动，从而带动其沿轴向移动。

参照图23，本实施例中中轴输入套筒51套设在套筒部611上，则键槽56设置于中轴输入套筒51内侧壁，而花键613设置于套筒部611外侧壁。

参照图24，本实施例中第三止动槽6531设置于第三太阳轮653内侧壁，而没有贯穿其壁厚。

参照图25和图26，本实施例中第二滑块41呈圆环状，其与推板42为一体成型，从而能够实现两者沿轴向联动；本实施例中驱动套筒3与变速轴筒1之间设置有第三轴承35，则驱动套筒3能够自转，同时与变速轴筒1沿轴向的相对位置不变；本实施例中往复驱动杆25为一体成型，其中往复驱动杆25内设置有与第三弹簧24端部接触的第二挡柱255，以及与第四弹簧26端部接触的第一挡柱254；同时，本实施例中第三弹簧24与第一滑块21接触，而第四弹簧26与导杆限位块23接触，且导杆限位块23与导杆22为一体成型。

Claims (13)

1.一种可多挡变速调节的中置电机，其特征在于，包括：

中轴机构，所述中轴机构包括脚踏动力输入组件和行车动力输出组件；

助力驱动机构，所述助力驱动机构包括助力电机和助力输入组件；以及，

承载于所述中轴机构与助力驱动机构之间的变速机构，所述变速机构包括变速输入组件、变挡执行组件、变挡调节组件以及变速输出组件，所述变速输入组件包括脚踏变速输入组件和助力变速输入组件；

其中，所述脚踏动力输入组件与脚踏变速输入组件连接实现脚踏动力输入，所述助力输入组件与助力变速输入组件连接实现辅助动力输入，所述变速输出组件与行车动力输出组件连接实现行车驱动力输出；

所述变速输入组件包括中轴输入套筒和滑套，所述滑套与中轴输入套筒为周向联动配合；

所述变挡执行组件包括变速齿圈、第二行星架、多联行星轮以及与所述多联行星轮配合的N个变挡太阳轮，所述滑套能够与所述变速齿圈实现周向联动配合；

所述变速输出组件包括与所述行星架单向联动配合的变速输出套；

所述变挡调节组件包括第一滑块，所述第一滑块能够对N个所述变挡太阳轮沿轴向依次进行止动，实现变速机构的第1～N挡调节。

2.根据权利要求1所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述脚踏动力输入组件包括脚踏输入齿轮，所述脚踏输入齿轮中间设置有中轴，所述中轴与脚踏输入齿轮为联动配合；所述行车动力输出组件包括滚动支承于所述中轴上的输出齿轮，所述输出齿轮连接有牙盘。

3.根据权利要求1所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述助力输入组件包括第一行星架、若干第一行星轮以及助力输入齿圈，所述助力输入齿圈上设置有与所述助力变速输入组件连接的助力输入单元；所述助力电机包括电机轴，所述电机轴上设置有与所述第一行星轮配合的电机轴太阳轮。

4.根据权利要求3所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述第一行星轮包括同轴联动的输入行星轮和输出行星轮，其中所述输入行星轮与电机轴太阳轮啮合，所述输出行星轮与助力输入齿圈啮合。

5.根据权利要求3所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述助力输入单元为助力输入齿轮，所述助力变速输入组件包括电机输入齿轮，且所述助力输入齿轮与电机输入齿轮之间设置有惰轮组件。

6.根据权利要求1所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述脚踏变速输入组件包括中轴输入套筒，所述中轴输入套筒外侧壁联动设置有中轴输入齿轮；所述助力变速输入组件包括套设于所述中轴输入套筒上、且与其单向联动的电机输入齿轮。

7.根据权利要求1所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述滑套还能够相对于所述中轴输入套筒沿轴向移动；

所述变挡执行组件还包括对所述变速齿圈施加弹性推力F1的第一弹簧；

所述滑套能够对所述变速齿圈进行轴向限位，限制所述变速齿圈在弹性推力F1的作用下产生位移；

所述变挡调节组件还包括第二滑块，所述第二滑块能够对所述滑套进行轴向限位，限制所述滑套在弹性推力F1的作用下产生位移；

所述第二滑块能够推动所述滑套沿轴向移动，则所述变速齿圈能够在弹性推力F1的作用下沿轴向移动；

所述变速齿圈能够移动至与所述变速输出套端部离合，实现两者周向联动，在第N挡的基础上，实现变速机构的第N+1挡调节。

8.根据权利要求7所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述变速齿圈与变速输出套接触后，所述第二滑块能够推动所述滑套继续移动，所述滑套能够移动至所述第二行星架接触；

所述滑套与第二行星架接触后，两者端部离合实现周向联动，且此时所述滑套与变速齿圈的周向联动配合关系解除，在第N+1挡的基础上，实现变速机构的第N+2挡调节。

9.根据权利要求8所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述第一滑块能够进行往复运动，在第N+2挡的基础上，能够实现变速机构的第N+3～2N+1挡调节。

10.根据权利要求9所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述变挡调节组件包括穿设于所述变速输入组件、变挡执行组件以及变速输出组件中间的变速轴筒，所述变速轴筒内设置有能够相对于其沿轴向移动的往复驱动杆；所述第一滑块承载于所述往复驱动杆上，且两者沿轴向为弹性联动配合；所述往复驱动杆和变速轴筒上分别开设有与所述第一滑块配合的第一限位滑槽和第二限位滑槽。

11.根据权利要求10所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述往复驱动杆上套设有驱动套筒，所述驱动套筒相对于所述变速轴筒沿轴向位置不变；所述驱动套筒上穿设有嵌于所述往复驱动杆外侧壁的第一驱动销，所述往复驱动杆外侧壁设置有与所述第一驱动销配合的往复滑槽。

12.根据权利要求11所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述变速轴筒上嵌设有与所述第二滑块沿轴向联动的推板，且所述变速轴筒上开设有与所述推板配合的第三限位滑槽；所述推板上穿设有嵌于所述驱动套筒外侧壁的第二驱动销，所述驱动套筒外侧壁开设有与所述第二驱动销配合的推槽。

13.根据权利要求11所述的可多挡变速调节的中置电机，其特征在于：所述变挡调节组件连接有用于控制所述驱动套筒转动的变挡调节驱动组件。

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