无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统及电动汽车的制作方法
本发明属于电动汽车领域，特别涉及一种无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统及车辆。
背景技术：
汽车工业的快速发展在很大程度上改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量。汽车在给人们带来诸多便利的同时，也带来了很多负面影响：大量消耗石油、天然气等不可再生能源，排放大量一氧化碳、氮氧化物等有毒有害气体以及二氧化碳等温室效应气体，产生大量噪声等，给人们的生活环境带来了不可估量的危害。如今，世界范围内的能源危机与环境问题日益严重，而且，当今世界汽车保有量在逐年上升，则所带来的上述问题将更加严峻。因此，当今汽车工业势必寻求低噪声、零排放、综合利用能源的发展方向，开发有别于传统汽车的新能源汽车已然成为了时代的必然选择。电动汽车是新能源汽车最主要的形式，其所消耗的电能为二次能源，可通过多种方式获得，避免了对一次能源的过度消耗。同时，电动汽车具有舒适干净、噪声低、不污染环境、操作简单可靠及使用费用低等优点，被称为绿色汽车，是一种真正意义上的零污染、零排放汽车。因此，电动汽车是经济可持续发展趋势下的必然产物，也是汽车发展的最终趋势。
根据电动机驱动车轮方式的不同，电动汽车又可分为集中电机驱动形式和电动轮驱动形式。集中电机驱动形式的动力传递一般需经过变速器、差速器、万向传动装置等传递到驱动轮，驱动形式结构复杂，传动效率低，车轮不能独立控制。而电动轮驱动形式的汽车，则可将电机直接安装在驱动轮上或驱动轮附近，驱动系统简单，结构紧凑，占用空间少，传动效率高，而且可以对各电动轮进行独立的动力学控制。因此，电动轮汽车在追求节能环保的同时，也最大限度地提高了车辆的综合性能，满足了人们对驾驶乐趣的需求。因此，电动轮汽车是电动汽车的主流发展趋势之一。电动轮驱动主要可分为轮边驱动和轮毂电机驱动，轮边驱动的动力源一般采用内转子电机，并在内转子电机与车轮之间布置减速器，起到减速增扭的作用，但减速器的速比是固定的；轮毂电机驱动的动力源一般采用外转子电机，将外转子电机的外转子与车轮固连，从而直接驱动车轮，且其传动比为1。因此，传统的电动轮驱动系统，无论是轮边驱动，还是轮毂电机驱动，电动轮系统只有一个固定的速比，而不能根据电动汽车的实际行驶工况合理切换速比，以满足电动轮驱动形式的电动汽车对动力性和经济性的要求。因此，为了兼顾电动汽车的动力性和经济性，为电动轮驱动电动汽车匹配变速器就显得十分必要。
技术实现要素：
本发明设计开发了一种无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统，其搭配一个内转子轮毂电机作为动力源，并设置两个行星轮系进行减速增扭。本发明的发明目的是通过两个电磁制动器和一个单向离合器进行换挡操作，满足驾驶员根据电动汽车的实际行驶工况，将变速器在不同挡位之间进行切换，同时其响应速度迅速，换挡过程瞬间完成，且动力始终不曾中断，无换挡冲击，克服了现有电动轮驱动电动汽车两挡变速器换挡过程复杂、响应特性差的技术缺陷。
本发明设计开发了一种电动汽车，其通过使用无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统满足电动汽车对动力性、经济型等多方面的需求，提高了电动汽车的综合性能。
本发明提供的技术方案为：
无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统，包括：
轮毂电机壳体；
内转子，其可旋转的支撑在所述轮毂电机壳体两侧中心；
电机轴，其与所述内转子固定连接；
第一电磁制动器壳体，其与所述轮毂电机壳体固定连接，并且在所述第一电磁制动器壳体周向设置第一环形凹槽；
第一励磁线圈，其设置在所述第一环形凹槽内；
摩擦盘，其与所述电机轴固定连接，并且所述摩擦盘与所述第一电磁制动器壳体间隙设置；
第一磁轭，其与所述摩擦盘间隙设置，并且所述第一磁轭沿周向均布有锥形孔；
从动盘，其可旋转的支撑在所述电机轴上，并且所述从动盘沿周向均布第一盲孔；
第一弹簧片，其设置在所述从动盘与所述第一磁轭之间，并且所述第一弹簧片与所述从动盘固定连接；
单向离合器，其内圈与所述从动盘固定连接；
第一太阳轮，其与所述电机轴固定连接；
多个第一行星轮，其与所述第一太阳轮啮合匹配；
第一内齿圈，其与所述第一行星轮啮合匹配，并且所述的第一内齿圈沿周向均布第二盲孔；
第一行星架，其设有阶梯状实心轴，所述第一内齿圈可旋转的支撑在所述第一行星架的实心轴上；
第一行星架盖，其与所述单向离合器的外圈固定连接，并且所述第一行星架盖与所述第一行星架固定连接；
第二磁轭，其沿周向均布有锥形孔；
第二弹簧片，其设置在所述第一内齿圈与所述第二磁轭之间，并且所述第二弹簧片与所述第一内齿圈固定连接；
第二电磁制动器壳体，其与所述第二磁轭间隙设置，并且在所述第二电磁制动器壳体周向设置第二环形凹槽；
第二励磁线圈，其设置在所述第二环形凹槽内；
其中，对所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈选择性的通电和断电，选择性的使所述第一磁轭与所述摩擦盘压紧或者使所述第二磁轭与所述第二电磁制动器壳体压紧。
优选的是，还包括：
变速器壳体，所述变速器壳体包括第一变速器壳体和第二变速器壳体，所述第一变速器壳体与所述第二变速器壳体固定连接，并且所述第一变速器壳体与所述轮毂电机壳体和所述第二电磁制动器壳体固定连接，所述第一行星架可旋转的支撑在所述第一变速器壳体上；
第二太阳轮，其与所述第一行星架固定连接；
多个第二行星轮，其与所述第二太阳轮啮合匹配；
第二行星架，其设有阶梯状实心轴，并且所述第二行星架可旋转的支撑在所述第二变速器壳体上；
第二行星架盖，其可旋转的支撑在所述第一变速器壳体上，并且所述第二行星架盖与所述第二行星架固定连接；
第二内齿圈，其与所述第二行星轮啮合匹配，并且所述第二内齿圈与所述第二变速器壳体固定连接。
优选的是，还包括：
轮毂，其与所述第二行星架固定连接；
制动盘，其与所述轮毂固定连接；
轮辋，其与所述轮毂固定连接；
轮胎，其与所述轮辋固定连接；
转向节，其与所述第一变速器壳体固定连接，并且所述转向节通过悬架与车体固定连接；
制动钳，其与所述转向节固定连接。
优选的是，还包括：
第一弹簧销，其穿过所述第一磁轭和所述第一弹簧片，并伸入所述从动盘的第一盲孔中；
第二弹簧销，其穿过所述第二磁轭和所述第二弹簧片，并伸入所述第一内齿圈的第二盲孔中。
优选的是，还包括：
第一摩擦衬片，其镶嵌在所述摩擦盘上，并且所述第一摩擦衬片位于所述摩擦盘与所述第一磁轭之间；
第二摩擦衬片，其镶嵌在所述第二电磁制动器壳体上，并且所述第二摩擦衬片与所述第二励磁线圈间隙设置，所述第二摩擦衬片位于所述第二磁轭与所述第二电磁制动器壳体之间。
优选的是，所述轮毂电机壳体包括第一壳体和定子壳体，并且所述第一壳体与所述定子壳体固定连接；以及
还包括：
绕组，其固定在所述定子壳体上；
永磁体，其固定在所述内转子上。
优选的是，所述第一行星架通过所述第一太阳轮端面形成的凸起对所述第一太阳轮进行轴向限位；
所述第二行星架通过所述第二太阳轮端面形成的凸起对所述第二太阳轮进行轴向限位；
所述第一变速器壳体通过垫片对所述第一内齿圈进行轴向限位。
优选的是，所述单向离合器的内圈相对其外圈向前转动时，所述单向离合器接合，所述单向离合器的外圈相对其内圈向前转动时，所述单向离合器断开。
优选的是，所述第一行星轮两侧具有圆柱轴；
所述第一行星架与所述第一行星架盖具有径向外侧圆孔；
其中，所述第一行星轮的圆柱轴和所述第一行星架与所述第一行星架盖的径向外侧圆孔匹配安装；
所述第二行星轮两侧具有圆柱轴；
所述第二行星架与所述第二行星架盖具有径向外侧圆孔；
其中，所述第二行星轮的圆柱轴和所述第二行星架与所述第二行星架盖的径向外侧圆孔匹配安装。
一种电动汽车，使用所述的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：
1、本发明提供的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统，其轴向尺寸小，占用空间小，结构简单，布局紧凑合理，集成化程度高，方便在车轮内部或车轮附近的布置。
2、本发明提供的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统，其换挡过程只需通过控制两个电磁制动器的通断即可自动完成，控制简单方便，换挡过程容易实现，换挡过程只有几十毫秒，反应迅速，响应特性好。
3、本发明提供的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统，其换挡过程中，单向离合器是由临界点状态瞬间完成接合的，整个过程没有任何迟滞，因此换挡过程中动力始终不曾中断，无换挡冲击，平顺性好。
4、本发明提供的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统，无需对单向离合器进行控制，单向离合器的接合与断开之间的切换可根据旋转方向自动完成。
附图说明
图1为本发明所述的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统的机械结构示意图。
图2为本发明所述的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统的结构原理简图。
图3为本发明所述的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统处于前进一挡状态时的动力传递路线示意图。
图4为本发明所述的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统处于前进二挡状态时的动力传递路线示意图。
图5为本发明所述的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统处于倒挡状态时的动力传递路线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统，该无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统搭配一个内转子轮毂电机作为动力源，设置两个行星轮系进行减速增扭，并通过两个电磁制动器和一个单向离合器进行换挡，使驾驶员可以根据电动汽车的实际行驶工况，将变速器在不同挡位之间进行切换，以适应电动汽车不同的行驶工况，同时其响应速度迅速，换挡过程瞬间完成，且动力始终不曾中断，无换挡冲击，满足了电动汽车对动力性、经济性等多方面的需求，提高了电动汽车的综合性能。
本发明提供的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统主要由内转子轮毂电机100、变速器环状壳体110、转向节111、变速器右侧壳体113、1号电磁制动器200、第一行星轮系300、单向离合器310、2号电磁制动器400、第二行星轮系500、轮胎601、轮辋602、轮毂605、制动盘607和制动钳608构成。
内转子轮毂电机100包括电机左侧壳体101、内转子102、永磁体103、绕组104、壳体紧固螺钉105、定子壳体106、1号轴承107和电机轴108；
其中，电机左侧壳体101通过壳体紧固螺钉105与定子壳体106固定连接，永磁体103固定在内转子102上，绕组104固定在定子壳体106上，电机左侧壳体101与定子壳体106各通过1个1号轴承107内转子102进行支撑，并通过内转子102的轴肩对1号轴承107进行轴向限位，内转子102设有中空的花键孔，与电机轴108左端花键连接；1号紧固螺钉109将变速器环状壳体110与定子壳体106固定连接，2号紧固螺钉112将转向节111与变速器环状壳体110固定连接，3号紧固螺钉114将变速器右侧壳体113与变速器环状壳体110固定连接，制动钳紧固螺钉609将制动钳608与转向节111固定连接，而转向节111通过悬架与车体固定连接从而固定不动，因此，电机左侧壳体101、定子壳体106、变速器环状壳体110、变速器右侧壳体113和制动钳608均固定不动。
1号电磁制动器200位于内转子轮毂电机100右侧，包括4号紧固螺钉201、1号电磁制动器壳体202、1号摩擦衬片203、1号弹簧片204、1号弹簧销205、摩擦盘206、轴套207、5号紧固螺钉208、1号挡圈209、卡环210、2号轴承211、1号励磁线圈212、1号磁轭213和从动盘214；
其中，4号紧固螺钉201将1号电磁制动器壳体202与定子壳体106固定连接，1号电磁制动器壳体202设有开口向右的环形槽，环形槽内布置有1号励磁线圈212；1号摩擦衬片203镶嵌在摩擦盘206右端面，摩擦盘206位于1号电磁制动器壳体202右侧，且与1号电磁制动器壳体202之间留有一定间隙，摩擦盘206与电机轴108花键连接，并通过电机轴108的轴肩和轴套207进行轴向限位；1号磁轭213位于摩擦盘206右侧，从动盘214位于1号磁轭213右侧，1号弹簧片204位于1号磁轭213与从动盘214之间，且其左右端面与1号磁轭213和从动盘214紧密接触，5号紧固螺钉208将1号弹簧片204与从动盘214固定连接，1号弹簧片204与5号紧固螺钉208之间布置有1号挡圈209，从动盘214向右延伸形成空心轴，并通过2个2号轴承211支撑在电机轴108上，左侧的1号轴承211通过轴套207轴向限位，右侧的1号轴承211通过卡环210轴向限位；1号磁轭213开有锥形孔，从动盘214设有开口向左的盲孔，1号弹簧销205穿过1号磁轭213和1号弹簧片204，并伸入从动盘214的盲孔中，1号弹簧销205的锥面与1号磁轭213的锥形孔的锥面紧密接触，1号弹簧销204的竖直端面与1号弹簧片204的右侧端面紧密接触。
第一行星轮系300为单排单级行星轮系，其位于1号电磁制动器200右侧，包括第一行星轮301、第一太阳轮302、第一行星架303、第一行星架盖304、第一行星架紧固螺钉305、第一内齿圈306、3号轴承307、垫片308和4号轴承309；
其中，第一太阳轮302与电机轴108右端花键连接，第一太阳轮302左侧端面与电机轴108的轴肩接触，右侧形成凸起，并与第一行星架303左侧端面接触，从而对第一太阳轮302进行轴向限位；第一行星轮301向两侧伸出圆柱轴，并伸入第一行星架303和第一行星架盖304的径向外侧圆孔内且可自由转动，第一行星架303和第一行星架盖304之间通过第一行星架紧固螺钉305固定连接，第一行星架303向右延伸形成阶梯状实心轴，并通过4号轴承309支撑在变速器环状壳体110上，第一行星架303的实心轴的轴肩对4号轴承309进行轴向限位；第一内齿圈306向右收缩形成空心轴，并通过3号轴承307支撑在第一行星架303的实心轴上，3号轴承307通过第一行星架303的实心轴的轴肩进行轴向限位，且在第一行星架303的实心轴上布置有位于第一内齿圈306与变速器环状壳体110之间的垫片308，从而对第一内齿圈306进行轴向限位，第一内齿圈306上设有开口向右的盲孔；第一行星架盖304向左延伸形成空心轴，并支撑在单向离合器310上；
在本实施例中，作为一种优选，第一行星轮系300的行星排特征参数大于1，行星排特征参数为机械领域通常定义，指的是行星轮系中内齿圈与太阳轮的齿数之比。
单向离合器310位于从动盘214的空心轴与第一行星架盖304的空心轴之间，单向离合器310的内圈与外圈分别加工有内花键与外花键，单向离合器310的内圈与从动盘214的空心轴花键连接，单向离合器310的外圈与第一行星架盖304的空心轴花键连接；单向离合器310的内圈相对于其外圈向前转动时，单向离合器310接合；单向离合器310的外圈相对于其内圈向前转动时，单向离合器310断开。
2号电磁制动器400位于第一行星轮系300右侧，包括2号电磁制动器壳体401、2号磁轭402、2号弹簧片403、2号挡圈404、6号紧固螺钉405、2号弹簧销406、2号摩擦衬片407、2号励磁线圈408和7号紧固螺钉409；
其中，7号紧固螺钉409将2号电磁制动器壳体401与变速器环状壳体110固定连接，2号电磁制动器壳体401设有开口向左的环形槽，环形槽内布置有2号励磁线圈408，同时环形槽处镶嵌有2号摩擦衬片407；2号磁轭402位于2号电磁制动器壳体401左侧，2号弹簧片403位于2号磁轭402与第一内齿圈306之间，且其左右端面与2号磁轭402和第一内齿圈306紧密接触，6号紧固螺钉405将2号弹簧片403与第一内齿圈306固定连接，2号弹簧片403与6号紧固螺钉405之间布置有2号挡圈404；2号磁轭402开有锥形孔，2号弹簧销406穿过2号磁轭402和2号弹簧片403，并伸入第一内齿圈306的盲孔中，2号弹簧销406的锥面与2号磁轭402的锥形孔的锥面紧密接触，2号弹簧销406的竖直端面与2号弹簧片403的左侧端面紧密接触。
第二行星轮系500为单排单级行星轮系，其位于2号电磁制动器400右侧，包括第二行星轮501、第二太阳轮502、第二行星架503、第二行星架盖504、5号轴承505、第二行星架紧固螺钉506、第二内齿圈507和6号轴承508；
其中，第二太阳轮502与第一行星架303的实心轴右端花键连接，第二太阳轮502左侧端面与第一行星架303的实心轴的轴肩接触，右侧形成凸起，并与第二行星架503左侧端面接触，从而对第二太阳轮502进行轴向限位；第二内齿圈507焊接在变速器环状壳体110上；第二行星轮501向两侧伸出圆柱轴，并伸入第二行星架503和第二行星架盖504的径向外侧圆孔内且可自由转动，第二行星架503和第二行星架盖504之间通过第二行星架紧固螺钉506固定连接；第二行星架盖504向左延伸形成空心轴，并通过5号轴承505支撑在变速器环状壳体110上，第二行星架盖504的空心轴的轴肩对5号轴承505进行轴向限位；
在本实施例中，作为一种优选，第二行星轮系500的行星排特征参数大于1；
第二行星架503向右延伸形成阶梯状实心轴，并与轮毂605内孔花键连接，第二行星架503的实心轴变速器右侧壳体113之间布置有6号轴承508进行支撑，并通过第二行星架503的实心轴的轴肩对6号轴承508进行轴向限位；轮毂605的空心轴伸入轮辋602中心孔内，轮辋螺栓603和轮辋螺母604将轮毂605、制动盘607与轮辋602固定连接，轮辋602又与轮胎601固连；第二行星架503的实心轴右端加工有外螺纹，并与圆螺母606螺纹连接，且圆螺母606的左端面与轮毂605的右端面接触，从而对轮毂605进行轴向固定。
本发明在装配过程中，将内转子轮毂电机100、1号紧固螺钉109、变速器环状壳体110、变速器右侧壳体113、3号紧固螺钉114、1号电磁制动器200、第一行星轮系300、2号电磁制动器400、第二行星轮系500作为一个动力总成，通过2号紧固螺钉112与转向节111固定连接，通过右端伸出的第二行星架503的实心轴与轮辋602和轮毂605固定连接，制动钳608通过制动钳紧固螺钉609与转向节111固定连接。
如图2所示，表示所述的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统的主要连接关系；本发明提供的无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统共有三种工作模式：前进一挡状态；前进二挡状态；倒挡状态；
下面分别对三种模式的工作原理进行说明：转速关系方面，设定电动汽车前进时车轮的旋转方向为正方向，倒退时车轮旋转方向为负方向；
1、前进一挡状态：当电动汽车处于前进一挡状态时，1号励磁线圈212断电，2号励磁线圈408通电；此时，在1号弹簧片204的作用下，1号磁轭213与1号摩擦衬片203分离，消除了摩擦盘206与1号磁轭213之间的压紧力；2号励磁线圈408吸引2号磁轭402压向2号摩擦衬片407，使2号磁轭402与2号电磁制动器壳体401接合，进而使2号弹簧片403和第一内齿圈306与2号电磁制动器壳体401接合，第一内齿圈306固定不动，内转子轮毂电机100输出正向转矩，电机轴108和内转子102同步正转，且设此时电机轴108的转速为n，则第一太阳轮302的转速为n，因为第一内齿圈306固定不动，故其转速为0，则根据单排单级行星轮系转速公式，可得第一行星架303的转速和第一行星架盖304的转速均为
因此，如图3所示，当电动汽车处于前进一挡状态时，动力依次经电机轴108、第一太阳轮302、第一行星轮301、第一行星架303、第二太阳轮502、第二行星轮501、第二行星架503、轮毂605、轮辋螺栓603、轮辋602传递给轮胎601，从而驱动电动汽车向前行驶；此时，无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统的一挡传动比为(k1+1)(k2+1)。
2、前进二挡状态：当电动汽车由前进一挡状态切换为前进二挡状态时，先给1号励磁线圈212通电，2号励磁线圈408仍保持通电；此时，1号励磁线圈212吸引1号磁轭213压向摩擦盘206，使1号磁轭213与摩擦盘206接合，进而使1号弹簧片204和从动盘214与摩擦盘206接合；内转子轮毂电机100输出正向转矩，电机轴108和内转子102同步正转，且设此时电机轴108的转速为n，由前进一挡状态可知，一挡时，1号磁轭213、从动盘214和单向离合器310的内圈的转速为0，第一行星架303、第一行星架盖304和单向离合器310的外圈的转速为
因此，如图4所示，当电动汽车处于前进二挡状态时，动力经电机轴108由两条路线传递给第一行星架303，第一条依次经电机轴108、第一太阳轮302、第一行星轮301传递给第一行星架303，第二条依次经电机轴108、1号电磁制动器200、单向离合器310传递给第一行星架303，然后动力在第一行星架303处耦合，进而依次经第一行星架303、第二太阳轮502、第二行星轮501、第二行星架503、轮毂605、轮辋螺栓603、轮辋602传递给轮胎601，从而驱动电动汽车向前行驶；此时，无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统的二挡传动比为(k2+1)。
3、倒挡状态：当电动汽车处于倒挡状态时，1号励磁线圈212断电，2号励磁线圈408通电；此时，在1号弹簧片204的作用下，1号磁轭213与1号摩擦衬片203分离，消除了摩擦盘206与1号磁轭213之间的压紧力；2号励磁线圈408吸引2号磁轭402压向2号摩擦衬片407，使2号磁轭402与2号电磁制动器壳体401接合，进而使2号弹簧片403和第一内齿圈306与2号电磁制动器壳体401接合，第一内齿圈306固定不动，内转子轮毂电机100输出负向转矩，电机轴108和内转子102同步反转，且设此时电机轴108的转速为-n，则第一太阳轮302的转速为-n，因为第一内齿圈306固定不动，故其转速为0，则根据单排单级行星轮系转速公式，可得第一行星架303的转速和第一行星架盖304的转速均为
因此，如图5所示，当电动汽车处于倒挡状态时，动力依次经电机轴108、第一太阳轮302、第一行星轮301、第一行星架303、第二太阳轮502、第二行星轮501、第二行星架503、轮毂605、轮辋螺栓603、轮辋602传递给轮胎601，从而驱动电动汽车向后行驶；此时，无动力中断内转子轮毂电机两挡变速系统的倒挡传动比为(k1+1)(k2+1)。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
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