本发明涉及电动汽车变速器领域，特别是涉及一种电动车用单作动器式二档变速器。
背景技术：
随着电动汽车的发展，新型的少档位变速器的研发成为热点。现有的少档位变速器的档位切换需要同时控制2个作动器来实现，其中每个作动器用于控制变速器内的一个传动件。比如，在专利号为cn201210472213.5的在先专利中公开了一种电动汽车用二档变速器，其实现换档过程的作动器为电磁力作动器，需要分别控制电磁制动器b1和电磁离合器c1的工作状态实现换档；在专利号为cn201710651749.6的在先专利中公开了一种电动车用单排行星齿轮系两档驱动系统，其换档作动器采用油压传动，需要分别控制制动器和离合器的工作状态达到档位切换；在专利号为cn201410243816.7的在先专利中采用不同结构的作动器，需要控制电磁制动器和同步器拨叉来实现换档。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下问题：现有的电动汽车变速器在结构上，需要使用2个以上(包括两个)的作动器，通过控制这2个以上的作动器才能实现换档，从而导致变速器的制造成本高，装配工艺复杂；并且现有的变速器换档时，需要精确地控制各作动器的动作时间差，否则将导致换档执行机构冲击而失效等问题。
技术实现要素：
为此，需要提供一种电动汽车变速器，用于解决现有技术中电动汽车变速器结构复杂、制造成本高、装配难度高、控制要求高的技术问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种电动车用单作动器式二档变速器，包括：
动力输入轴、动力输出轴、行星轮系和换档机构；
所述行星轮系由太阳轮、行星轮、行星架和内齿圈组成，所述行星轮可旋转的设置于行星架上，所述行星轮分别与所述太阳轮以及内齿圈啮合；
所述动力输入轴连接所述太阳轮，动力输出轴连接所述行星架；
所述换档机构包括第一执行元件、第二执行元件和作动器；
所述第一执行元件和第二执行元件为制动器、离合器中的一种，包括摩擦片以及与摩擦片相对设置的摩擦盘；
所述第一执行元件的摩擦片与所述内齿圈连接，摩擦盘与变速器壳体键连接并可相对摩擦片轴向滑动；
所述第二执行元件的摩擦片与所述行星架连接，摩擦盘与所述内齿圈键连接并可相对摩擦片轴向滑动；
所述作动器的推杆上设置有与所述第一执行元件的摩擦盘相对的第一推盘，以及与所述第二执行元件的摩擦盘相对的第二推盘，所述作动器用于互锁控制所述第一执行元件结合所述第二执行元件分离，或所述第一执行元件分离所述第二执行元件结合。
进一步的，所述第一执行元件为制动器，所述第二执行元件为离合器。
进一步的，所述离合器还包括压力弹簧，所述压力弹簧与所述作动器相对的设置于摩擦盘的侧面，用于将摩擦盘压紧摩擦片使摩擦盘与摩擦片结合。
进一步的，所述二档变速器包括两个档位：
一档为减速档，作动器互锁控制所述第一执行元件结合所述第二执行元件分离，所述内齿圈制动，所述行星轮绕内齿圈旋转，动力输入轴通过所述太阳轮与行星架与动力输出轴连接；
二档为直接档，作动器互锁控制所述第一执行元件分离所述第二执行元件结合，通过太阳轮和内齿圈挟持行星架使动力输出轴同速旋转。
进一步的，所述作动器为气压驱动式作动器、液压驱动式作动器、机电传动式作动器或电磁驱动式作动器。
进一步的，所述变速器的壳体包括前端壳体和后端壳体，所述动力输入轴通过第一支承轴承与所述前端壳体连接，所述动力输出轴通过第二支承轴承与所述后端壳体连接。
进一步的，所述作动器设置于变速器壳体内，所述后端壳体上开设有作动器管道或线束穿过的开孔。
进一步的，所述第一支承轴承和第二支承轴的外侧分别设置有密封盖。
进一步的，所述第二执行元件包括两片以上的摩擦盘和摩擦片，所述摩擦盘与摩擦片相间设置；
所述摩擦盘分别通过花键与所述内齿圈连接，至少一所述摩擦盘设置有向内齿圈方向凸出的接触部，在所述内齿圈上设置有与所述接触部对应的沿轴线方向延伸的镂空槽，所述接触部穿过镂空槽与所述作动器推杆上第二推盘相对。
进一步的，所述接触部等间隔的分布于摩擦盘的键合面。
区别于现有技术，上述技术方案包括动力输入轴、动力输出轴、行星轮系和换档机构，所述换档机构包括第一执行元件、第二执行元件和作动器，作动器的推杆上设置有与所述第一执行元件的摩擦盘相对的第一推盘，以及与所述第二执行元件的摩擦盘相对的第二推盘，通过该单个作动器即可互锁控制第一执行元件和第二执行元件实现档位切换，从而使变速器整体结构简化、紧凑，且易于稳定控制换档时间，特别是升降档时能有效避免多个制动器误动作导致的换档执行机构冲击失效等问题。
附图说明
图1为具体实施方式所述电动车用单作动器式二档变速器的结构示意图；
图2为具体实施方式所述作动器及推杆的结构示意图；
图3为具体实施方式中所述第二执行元件的摩擦盘与内齿圈的连接示意图；
图4为具体实施方式所述第一执行元件结合第二执行元件分离时的状态图；
图5为具体实施方式所述第一执行元件分离第二执行元件结合时的状态图。
附图标记说明：
1、壳体；1-1、前端壳体；1-2、后端壳体；1-3、后密封盖；
1-4、前密封盖；
10、换档机构；
20、行星轮系；
30、动力输入轴；30-1、第一支承轴承；
40、动力输出轴；40-1、第二支承轴承；
50、驱动电机；
110、第一执行元件；110-1、摩擦片；110-2、摩擦盘；
120、第二执行元件；120-1、摩擦片；120-2、摩擦盘；120-3、压力弹簧；120-4、压力弹簧支撑盘；120-21、接触部；
130、作动器；130-1、推杆；130-2、管路；130-11、第一推盘；130-12、第二推盘；
210、太阳轮；
220、行星轮；
230、行星架；
240、内齿圈；240-2、镂空槽；
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图5，本实施例提供了一种电动车用单作动器式二档变速器。所述电动车用单作动器式二档变速器包括：
动力输入轴30、动力输出轴40、行星轮系20和换档机构10；其中，所述动力输入轴30和动力输出轴40分别通过支承轴承与变速器壳体1连接，所述动力输入轴30用于与驱动电机50的输出轴连接，将驱动电机50的动力传输至变速器内。所述变速器的壳体1由前端壳体1-1和与之相适配的后端壳体1-2组成，所述行星轮系20和换档机构10设置于前端壳体1-1和后端壳体1-2所围成的空腔内，所述动力输入轴30通过第一支承轴承30-1与所述前端壳体1-1连接，并且动力输入轴的一端由所述前端壳体1-1的端面伸出；所述动力输出轴40通过第二支承轴承与所述后端壳体1-2连接，并且动力输出轴40的一端由所述后端壳体1-2的端面伸出。为了保证变速器的防尘效果和密封性，在所述第一支承轴承30-1的外侧(即前端)设置了前密封盖1-4，并且在所述第二支承轴40-1的外侧(即右侧)分别设置有后密封盖1-3。在第一支承轴承30-1与所述前密封盖1-4之间，以及第二支承轴40-1与后密封盖1-3之间分别还设置油封。
所述行星轮系20为单排行星轮系，由太阳轮210、行星轮22、行星架230和内齿圈240组成，太阳轮210与所述动力输入轴30连接，并与动力输入轴30同速旋转；所述行星轮220可旋转的设置于行星架230上，行星架230与所述动力输出轴40改为固接或抗所知连接，动力输出轴40与所述行星架230同速旋转，所述行星轮220设置于太阳轮210与所述内齿圈240之间，分别与所述太阳轮210以及内齿圈240啮合。
所述换档机构10包括第一执行元件110、第二执行元件120和作动器130，其中，所述第一执行元件110和第二执行元件120为制动器、离合器中的一种，均包括有摩擦片以及与摩擦片相对设置的摩擦盘，并且第一执行元件110和第二执行元件120均具有分离或结合两种状态。其中，第一执行元件110与所述内齿圈240以及壳体1连接，用于控制内齿圈240与壳体结合或分离；所述第二执行元件120与所述内齿圈240以及行星架230连接，用于控制行星架230与内齿圈240结合或分离。优选的，所述第一执行元件110为制动器，第二执行元件120为离合器。
具体的，所述第一执行元件110的摩擦片110-1与所述内齿圈240连接，使摩擦片110-1与所述内齿圈同速旋转，第一执行元件的摩擦盘110-2与变速器壳体1键连接(优选为花键连接)，并且所述摩擦盘110-2可相对摩擦片110-1轴向滑动(即图1中的左右方向滑动)。当摩擦盘110-2压紧所述摩擦片110-1时，第一执行元件110处于结合状态，内齿圈锁止不可旋转，当摩擦盘110-2与摩擦片110-1分离时，第一执行元件分离状态，内齿圈处于可旋转状态。
所述第二执行元件120的摩擦片120-1与所述行星架230连接，使之与所述行星架230同速旋转，第二执行元件的摩擦盘120-2与所述内齿圈240键连接(优选为花键连接)，并可相对摩擦片轴向滑动，当第二执行元件的摩擦盘120-2压紧所述摩擦片120-1时，第二执行元件处于结合状态，行星架230与内齿圈240结合在一起，此时行星架230只能与内齿圈240同速旋转，当第二执行元件的摩擦盘120-2与所述摩擦片120-1分离时，所述行星架230可相对内齿圈240旋转。
所述作动器130用于互锁控制所述第一执行元件110结合所述第二执行元件120分离，具体的，所述作动器130设置于所述第一执行元件110和第二执行元件的一侧，如图2所示，在所述作动器130的推杆130-1上设置有与所述第一执行元件的摩擦盘110-2相对的第一推盘130-11，以及与所述第二执行元件的摩擦盘120-2相对的第二推盘130-12。在与所述作动器130相对的另一侧设置有压力弹簧120-3以及压力弹簧支撑盘120-4，所述压力弹簧120-3的一端固定设置(优选的，所述压力弹簧的一端固定于所述内齿圈上，这样制动内齿圈时压力弹簧支撑盘就不会与压力弹簧摩擦或与其它元件摩擦)，压力弹簧120-3的另一端通过所述压力弹簧支撑盘120-4与所述第二执行元件120的摩擦盘120-2连接，用于对所述第二执行元件的摩擦盘120-2施加与所述作动器130相反的轴向压力(即向右的)，使作动器130的作用力撤消时，将摩擦盘120-2向紧摩擦片120-1，从而使第二执行元件结合。压力弹簧120-3的作用力通过所述推杆130-1同时也施加于第一执行元件的摩擦盘110-2，使摩擦盘110-2与摩擦片110-1分离，即第一执行元件分离。所述作动器130为气动作动器、液压作动器、电磁作动器或机电传动作动器中的一种。
其中，所述气动作动器是指以压缩气体为动力源推动作动器的活塞运动的作动器，从而控制第一执行元件和第二执行元件结合或分离，同理，所述液压作动器，是以高压液压油作为动力源推动作动器内的活塞运动的作动器，所述电磁作动器是以电磁阀等电磁元件推动作动器活塞运动的作动器。所述机电传动作动器包括有电机和传动结构，传动结构用于将电机转轴的周向旋转转变为轴向伸缩运动，从而驱动第一执行元件和第二执行元件结合或分离，所述传动结构可以为螺杆组件。如图1所示，在本实施例中，所述作动器为油压作动器，所述作动器可设置于壳体内或壳体外，作动器的活塞和推杆伸入至所述壳体1内，并与所述第一执行元件和第二执行元件的摩擦盘相对，在所述壳体1的侧壁上设置有用于活塞管路穿过的开孔(在其他实施例中，所述开孔还可设置于作动器的输入轴)，油压作动器的管路130-2由所述开孔伸缩至外部与电磁阀组以及液压油连接，外部的高压油以及压力弹簧驱动活塞左右伸缩；从而驱动第一执行元件和第二执行元件结合或分离
而当所述作动器130为电磁作动器时，所述壳体1的侧壁上的开孔用于电磁作动器的线束穿出壳体外部。
当所述作动器130驱动所述推杆130-1左移时，所述第二推盘130-12推动所述第二执行元件120的摩擦盘120-2左移，从而使摩擦盘120-2与摩擦片120-1分离，即第二执行元件120分离，此时所述行星架230与所述内齿圈240分离处于可旋转状态。所述推杆130-1左移时，推杆130-1克服所述压力弹簧130-3的弹力，并通过所述第一推盘130-11推动第一执行元件的摩擦盘110-2压紧摩擦片110-1，从而使摩擦盘110-2与摩擦片110-1结合，即第一执行元件110结合，此时所述内齿圈240通过第一执行元件110与壳体1结合在一起，被锁止无法旋转。，优选的，当所述作动器130驱动所述推杆130-1左移时，使所述推杆的第二推盘130-12先与第二执行元件120的摩擦盘120-2接触，使第二执行元件分离，然后再使推杆的第一推盘130-11与第一执行元件的摩擦盘110-2接触，使第二执行元件结合，即第二执行元件先分离，然后第一执行元件才结合，这样设置可防止行星轮系抱死的情况发生。
如图4所示，在此种状态下，变速器处于1档状态，驱动电机50带动动力输入轴30以及太阳轮210旋转，太阳轮210带动行星轮220在所述内齿圈240内旋转，从而使行星架230与动力输出轴40旋转，传动比为：
如图4所示，其中加粗的线条为动力传输线路，箭头为传输方向。
当所述执行元件130的作用力撤消时，在所述压力弹簧130-3右移，推动第一执行元件的摩擦盘与摩擦片分离，即第一执行元件分离，以及第二执行元件120的摩擦盘120-2压紧摩擦片120-1(即右移)，使第二执行元件120结合，。此时所述行星架230通过第二执行元件120与内齿圈240结合在一起，内齿圈240与壳体1分离可旋转。优选的，为了防止行星轮系抱死，所述第一执行元件分离应先于第二执行元件结合。
如图5所示，此时，变速器处于2档状态，太阳轮210和行星轮220挟持齿圈240一同旋转，动力输入轴30、动力输出轴40以及整个行星齿轮系整体转动，传动比为1：1。
除了以上两个档位之外，所述变速器还具有r档(即倒车档)，其中，所述r档可通过控制驱动电机50反转实现，即第一执行元件110和第二执行元件120可以处于上述1档的状态或上述2档的状态，只要控制驱动电机50反转即可实现倒车。优选的，所述r档时所述第一执行元件110为结合状态，第二执行元件120为分离状态，这样可使变速器输出转速小于输入转速，使汽车倒车时具有更大的扭矩。
在上述实施例中，所述换档机构通过作动器与压力弹簧一同配合，驱动推杆左右移动，从而互锁控制第一执行元件和第二执行元件。而在一些其他实施例中，可以不需要所述压力弹簧，而将所述作动器选用为双向作动器，即伸缩两个方向均可施力，如连接有换向阀的伸缩油缸或伸缩气缸，又如能够正反转的直线电机。因此在这些实施例中，可以不使用压力弹簧，从而进一步减少了壳体内部的元件数量，使之更加稳定可靠。
如图1所示，优选的，所述第一执行元件110和第二执行元件分别包括两片以上的摩擦片110-1、120-1以及摩擦盘110-2、120-2，并且第一执行元件的摩擦片110-1与摩擦盘110-2是相间设置，同样的，第二执行元件的摩擦片120-1和摩擦盘120-2也是相间设置的，以及所述第一执行元件110的摩擦片110-1通过花键与所述内齿圈240连接，并且可沿轴向滑动(即图1中的左右方向)；所述第二执行元件120的摩擦片120-1也是通过花键与所述行星架230连接，并且可沿轴向滑动。采用这种结构的优点在于，当第一执行元件或第二执行元件结合时，各摩擦片在摩擦盘推力作用下能够轴向滑动，并最终使各摩擦片与摩擦盘的两侧表面完全结合在一起，从而大大提高了摩擦片与摩擦盘的结合强度。
如图1所示，在本实施例中，所述第二执行元件包括了两个以上的摩擦盘120-2和摩擦片120-1,所述摩擦盘120-2和摩擦片120-1相间设置。优选的，为了便于摩擦盘120-2与推杆130-1的第二推盘130-12接触，在所述内齿圈240上开设有两个以上沿轴线方向延伸的镂空槽240-1，并且在其中一所述摩擦盘120-2的键合面设置有向内齿圈240方向凸出的接触部120-21，所述接触部120-21穿过所述镂空槽240-1与所述作动器推杆上第二推盘130-12相对。如图3所示，为第二执行元件的摩擦盘120-2与内齿圈240的连接关系示意图，其中，图3的左侧部分为未设置有所述接触部120-21的摩擦盘与内齿圈240的连接关系示意图(即仅通过花键连接)，图3中的右侧部分为设置有所述接触部120-21的摩擦盘与内齿圈240的连接关系示意图，其中，所述接触部120-21等间隔的分布于摩擦盘120-2与内齿圈的键合面。因此，当作动器的推杆130-1左移时，通过所述推杆的第二压盘130-12与所述接触部120-21接触，将推力传递至摩擦盘120-2，从而使第二执行元件分离；反之，当作动器卸力后，压力弹簧120-3推动所述摩擦盘120-2压紧摩擦片120-1，使第二执行元件结合，并通过所述摩擦盘的接触部120-21推动推杆130-1回位。
在其他实施例中，可将所述作动器130与压力弹簧120-3的位置对调，使所述作动器130互锁控制第一执行元件分离所述第二执行元件结合，所述压力弹簧120-3互锁控制所述第一执行元件110结合所述第二执行元件120分离，其具体的工作原理与过程与以上实施方式记载的相似，这里就不再赘述。
以下表1为上述实施例中所述的两档变速器与现有电动汽车两档变速器的比对：
表1
通过比较可知，上述实施例中，所述二档变速器实现换挡传动的过程只需要控制一个作动器，就可以实现联动(互锁)控制第一执行元件和第二执行元件的工作状态。而使变速器整体结构简化、紧凑，且易于稳定控制换档时间。相对现有常规的设计方法，在机构上实现第一执行元件和第二执行元件的工作状态互锁，其换挡过程中，不会出现常规变速器多个控制元件误动作带来的零部件冲击甚至失效现象，提高变速器的可靠性和换档的平顺性。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。