高集成内转子轮毂电机两挡变速系统及电动汽车的制作方法
本实用新型涉及电动汽车领域，特别涉及一种高集成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：
本实用新型设计开发了一种高集成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。本实用新型的发明目的是通过两个电磁制动器进行换挡操作，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，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。
本实用新型设计开发了一种电动汽车，其通过使用高集成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，在实现换挡功能的同时，该高集成内转子轮毂电机两挡变速系统还兼具驻车制动的功能。
本实用新型提供的技术方案为：
高集成内转子轮毂电机两挡变速系统，包括：
轮毂电机壳体；
电机轴，其可旋转的支撑在所述轮毂电机壳体两侧中心，且所述电机轴的输出端伸出所述轮毂电机壳体；
第一太阳轮，其与所述电机轴的输出端固定连接；
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，并且所述第一内齿圈与所述轮毂电机壳体固定连接；
第一行星架，其设有阶梯状空心轴，并可旋转的支撑在所述电机轴上；
第一行星架盖，其可旋转的支撑在所述电机轴上，并且所述第一行星架盖与所述第一行星架固定连接；
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；
第二内齿圈，其与所述第二行星轮啮合匹配；
第二行星架；
第二行星架盖，其可旋转的支撑在所述第一行星架上，并且所述第二行星架盖与所述第二行星架固定连接；
第一电磁制动器壳体，所述第二内齿圈可旋转的支撑在所述第一电磁制动器壳体上，并且在所述第一电磁制动器壳体周向设置第一环形凹槽，在所述第一环形凹槽的径向内侧沿周向均布第一盲孔；
第一励磁线圈，其设置在所述第一环形凹槽内；
第一磁轭，其与所述第一励磁线圈间隙设置；
第一弹簧，其设置在所述第一盲孔，并且一端与所述第一盲孔的底部相抵触设置，另一端与所述第一磁轭固定连接；
第二电磁制动器壳体，其与所述第二行星架固定连接，并且在所述第二电磁制动器壳体周向设置第二环形凹槽，在所述第二环形凹槽的径向内侧沿周向均布第二盲孔；
第二励磁线圈，其设置在所述第二环形凹槽内；
第二磁轭，其与所述第二励磁线圈间隙设置；
第二弹簧，其设置在所述第二盲孔，并且一端与所述第二盲孔的底部相抵触设置，另一端与所述第二磁轭固定连接；
摩擦盘，其间隙设置在所述第一磁轭和所述第二磁轭之间，并且所述摩擦盘与所述第二内齿圈固定连接；
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，使所述摩擦盘选择性的与所述第一磁轭或者所述第二磁轭压紧。
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一电磁制动器壳体固定连接，所述第二行星架可旋转的支撑在所述第二变速器壳体上。
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。
优选的是，还包括：
第一衬套，其穿过所述第一磁轭嵌入到所述第一电磁制动器壳体中；
第二衬套，其穿过所述第二磁轭嵌入到所述第二电磁制动器壳体中。
优选的是，还包括：
多个摩擦衬片，其对称镶嵌在所述摩擦盘两侧。
优选的是，所述轮毂电机壳体包括第一壳体和第二壳体，并且所述第二壳体设有凹型空腔，所述第一太阳轮、所述第一行星轮、所述第一内齿圈和所述第一行星架盖布置在所述凹型空腔内；以及
还包括：
定子壳体，其固定安装在所述第一壳体和所述第二壳体端面之间；
绕组，其固定在所述定子壳体上；
内转子，其固定在安装在所述电机轴上；
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；
所述第一电磁制动器壳体通过垫圈对所述第二内齿圈进行轴向限位。
优选的是，还包括：
转向节，其与所述轮毂电机壳体固定连接，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，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，使用所述的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统。
与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果：
1、本实用新型提供的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统，结构简单，布局紧凑合理，方便在车轮内部或车轮附近的布置，且将第一行星轮系安装在电机右侧壳体的凹型空腔内，占用空间小，减小了整个变速系统的轴向尺寸。
2、本实用新型提供的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统，两个电磁制动器共用一个摩擦盘，使零部件数目减少，具有集成化程度高的特点。
3、本实用新型提供的高集成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，换挡过程只有几十毫秒，反应迅速，响应特性好。
4、本实用新型提供的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统，不仅可以实现汽车的挡位切换，同时还具有驻车制动的功能，工作模式丰富，可满足汽车的多种需求。
附图说明
图1为本实用新型所述的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统的机械结构示意图。
图2为本实用新型所述的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统的结构原理简图。
图3为本实用新型所述的高集成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为本实用新型所述的高集成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。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型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，本实用新型提供了一种高集成内转子轮毂电机两挡变速系统，该高集成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，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，在实现换挡功能的同时，该高集成内转子轮毂电机两挡变速系统还兼具驻车制动的功能。
本实用新型所提供的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统主要由内转子轮毂电机100、转向节110、变速器环状壳体112、变速器右侧壳体113、第一行星轮系200、第二行星轮系300、1号电磁制动器400、2号电磁制动器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、绕组102、定子壳体103、电机右侧壳体104、1号轴承105、2号轴承106、电机轴107、内转子108和永磁体109；
其中，定子壳体103固定卡装在电机左侧壳体101与电机右侧壳体104之间的端面环槽内，三者固连为一体，绕组102固定在定子壳体103上，电机右侧壳体104中间部位向左收缩形成凹型空腔；紧固螺钉111将定子壳体103、电机右侧壳体104、变速器环状壳体112和制动钳608与转向节110固定连接在一起，螺钉114将变速器右侧壳体113与变速器环状壳体112固定连接，而转向节110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103、电机右侧壳体104、变速器环状壳体112、变速器右侧壳体113和制动钳608均固定不动；电机左侧壳体101与电机右侧壳体104分别通过1号轴承105和2号轴承106对电机轴107进行支撑，内转子108与电机轴107之间花键连接，永磁体109固定在内转子108上；1号轴承105通过内转子108进行轴向限位，内转子108通过2号轴承106进行轴向限位，2号轴承106通过电机右侧壳体104进行轴向限位。
第一行星轮系200为单排单级行星轮系，其位于电机右侧壳体104的凹型空腔内，包括第一行星轮201、3号轴承202、滚针轴承203、第一太阳轮204、第一行星架205、第一行星架紧固螺钉206、第一行星架盖207、第一内齿圈208和齿圈螺钉209；
其中，第一太阳轮204与电机轴107花键连接，第一太阳轮204左侧端面与电机轴107的轴肩端面接触，右侧形成凸起，并与第一行星架205接触，从而对第一太阳轮204进行轴向限位；第一行星轮201向两侧伸出圆柱轴，并伸入第一行星架205和第一行星架盖207的径向外侧圆孔内且可自由转动，第一行星架205和第一行星架盖207之间通过第一行星架紧固螺钉206固定连接；第一行星架205向右延伸形成阶梯状空心轴，第一行星架205的空心轴通过滚针轴承203支撑在电机轴107上，并通过电机轴107的轴肩对滚针轴承203进行轴向限位；第一行星架盖207通过3号轴承202支撑在电机轴107上，并通过电机轴107的轴肩对3号轴承202进行轴向限位；第一内齿圈208通过齿圈螺钉209与电机右侧壳体104固定连接；
在本实施例中，作为一种优选，第一行星轮系200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。
第二行星轮系300为单排单级行星轮系，其位于第一行星轮系200右侧，包括第二行星轮301、4号轴承302、第二太阳轮303、第二行星架304、5号轴承305、第二行星架盖306、第二内齿圈307、第二行星架紧固螺钉308和垫圈309；
其中，第二太阳轮303与第一行星架205的空心轴花键连接，第二太阳轮303左侧端面与第一行星架205的空心轴的轴肩端面接触，右侧形成凸起，并与第二行星架304接触，从而对第二太阳轮303进行轴向限位；第二行星轮301向两侧伸出圆柱轴，并伸入第二行星架304和第二行星架盖306的径向外侧圆孔内且可自由转动，第二行星架304和第二行星架盖306之间通过第二行星架紧固螺钉308固定连接；第二行星架304向右延伸形成阶梯状实心轴，并通过5号轴承305支撑在变速器右侧壳体113上，变速器右侧壳体113对5号轴承进行轴向限位；第二行星架盖306通过4号轴承302支撑在第一行星架205的空心轴上，并通过第一行星架205的空心轴的轴肩对4号轴承302进行轴向限位；第二内齿圈307向右延伸形成空心轴，第二行星架304的实心轴从第二内齿圈307的空心轴中自左至右无接触穿过；
在本实施例中，作为一种优选，第二行星轮系300的行星排特征参数大于1。
1号电磁制动器400位于第二行星轮系300右侧，包括1号励磁线圈401、1号磁轭402、1号电磁制动器壳体403、沿圆周方向均布的1号弹簧404、摩擦盘405、6号轴承406、摩擦衬片407、圆螺母408、沿圆周方向均布的1号电磁制动器螺钉409和与1号电磁制动器螺钉409配套的1号衬套410；
其中，1号电磁制动器壳体403通过6号轴承406对第二内齿圈307的空心轴进行支撑，垫圈309位于第二内齿圈307与1号电磁制动器壳体403之间，对第二内齿圈307进行轴向限位；1号电磁制动器壳体403的环形槽内绕有一组1号励磁线圈401，1号励磁线圈401与1号磁轭402之间留有气隙，环形槽的径向内侧开有沿圆周方向均布的盲孔，1号弹簧404布置在盲孔内，且1号弹簧404一端嵌入盲孔底部，另一端与1号磁轭402的端面粘接固定，1号电磁制动器壳体403的环形槽和盲孔的开口方向均向右侧；1号衬套410穿过1号磁轭402并嵌入到1号电磁制动器壳体403中，1号电磁制动器螺钉409穿过1号衬套410和1号电磁制动器壳体403并旋入变速器环状壳体112中，从而将1号磁轭402、1号电磁制动器壳体403与变速器环状壳体112固定连接，1号磁轭402可沿1号衬套410轴向窜动，1号衬套410可避免1号电磁制动器螺钉409在1号磁轭402轴向窜动的过程中产生磨损，同时也可保证1号励磁线圈401与1号磁轭402之间的最小气隙；摩擦盘405向左延伸形成空心轴，并与第二内齿圈307的空心轴花键连接，同时对6号轴承406进行轴向限位，摩擦盘405的左右两侧均镶嵌有摩擦衬片407；圆螺母408与第二内齿圈307的空心轴右端螺纹连接，对摩擦盘405进行轴向限位，从而使摩擦盘405与第二内齿圈307固连为一体。
2号电磁制动器500位于1号电磁制动器400右侧，包括2号励磁线圈501、2号磁轭502、沿圆周方向均布的2号弹簧503、2号电磁制动器壳体504、沿圆周方向均布的2号衬套505和与2号衬套505配套的2号电磁制动器螺钉506；
其中，摩擦盘405位于1号磁轭402与2号磁轭502之间，1号电磁制动器400与2号电磁制动器500共用摩擦盘405；2号电磁制动器壳体504与第二行星架304的实心轴花键连接，并通过5号轴承305对2号电磁制动器壳体504进行轴向限位，2号电磁制动器壳体504的环形槽内绕有一组2号励磁线圈501，2号励磁线圈501与2号磁轭502之间留有气隙，环形槽的径向内侧开有沿圆周方向均布的盲孔，2号弹簧503布置在盲孔内，且2号弹簧503一端嵌入盲孔底部，另一端与2号磁轭502的端面粘接固定，2号电磁制动器壳体504的环形槽和盲孔的开口方向均向左侧；2号衬套505穿过2号磁轭502并嵌入到2号电磁制动器壳体504中，2号电磁制动器螺钉506穿过2号衬套505并旋入2号电磁制动器壳体504中，从而将2号磁轭502和2号电磁制动器壳体504固定连接，2号磁轭502可沿2号衬套505轴向窜动，2号衬套505可避免2号电磁制动器螺钉506在2号磁轭502轴向窜动的过程中产生磨损，同时也可保证2号励磁线圈501与2号磁轭502之间的最小气隙。
第二行星架304的实心轴右端加工有外花键，并与轮毂605内孔花键连接；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固连，轮辋602又与轮胎601固连；第二行星架304的实心轴右端加工有螺纹孔，轴端螺栓606旋入螺纹孔，且轴端螺栓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。
本实用新型在装配过程中，将内转子轮毂电机100、变速器环状壳体112、变速器右侧壳体113、螺钉114、第一行星轮系200、第二行星轮系300、1号电磁制动器400与2号电磁制动器500作为一个动力总成，通过紧固螺钉111与转向节110和制动钳608固定连接，通过右端伸出的第二行星架304的实心轴与轮辋602和轮毂605固定连接。
如图2所示，表示所述的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统的主要连接关系；本实用新型提供的高集成内转子轮毂电机两挡变速系统共有四种工作模式：前进一挡状态；前进二挡状态；倒挡状态；驻车制动状态；
下面分别对四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401断电，2号励磁线圈501通电；此时，2号励磁线圈501吸引2号磁轭502沿着2号衬套505进行轴向窜动，消除了2号磁轭502与摩擦盘405之间的压紧力；1号磁轭402在1号弹簧404的作用下压向摩擦盘405，使1号磁轭402与摩擦盘405接合；摩擦盘405固定不动，则第二内齿圈307固定不动，内转子轮毂电机100输出正向转矩，电机轴107和内转子108同步正转，且设此时电机轴107的转速为n，则第一太阳轮204的转速为n，因为第一内齿圈208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205的转速为
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107、第一太阳轮204、第一行星轮201、第一行星架205、第二太阳轮303、第二行星轮301、第二行星架304、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，高集成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，1号励磁线圈401通电，2号励磁线圈501断电；此时，1号励磁线圈401吸引1号磁轭402沿着1号衬套410进行轴向窜动，消除了1号磁轭402与摩擦盘405之间的压紧力；2号磁轭502在2号弹簧503的作用下压向摩擦盘405，使2号磁轭502与摩擦盘405接合；摩擦盘405与2号电磁制动器壳体504固连，则第二内齿圈307与第二行星架304固连；内转子轮毂电机100输出正向转矩，电机轴107和内转子108同步正转，且设此时电机轴107的转速为n，则第一太阳轮204的转速为n，因为第一内齿圈208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205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，动力依次经电机轴107、第一太阳轮204、第一行星轮201、第一行星架205、第二太阳轮303、第二行星轮301、第二内齿圈307与第二行星架304、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，高集成内转子轮毂电机两挡变速系统的二挡传动比为(k1+1)。
3、倒挡状态：当电动汽车处于倒挡状态时，只需使内转子轮毂电机100输出负向转矩、电机轴107反转即可，其余工作原理与前进一挡状态和前进二挡状态完全相同，在此不再复述。
4、驻车制动状态：当电动汽车停止行驶进行驻车制动时，1号励磁线圈401与2号励磁线圈501均断电；此时，1号磁轭402在1号弹簧404的作用下压向摩擦盘405，使1号磁轭402与摩擦盘405接合；摩擦盘405固定不动，第二内齿圈307固定不动；2号磁轭502在2号弹簧503的作用下也压向摩擦盘405，使2号磁轭502与摩擦盘405接合，因此2号磁轭502也固定不动，进而阻止2号电磁制动器壳体504转动，进一步阻止第二行星架304转动，从而阻止轮毂605、轮辋602和轮胎601转动。
尽管本实用新型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实用新型的领域，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，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
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