CN114391215A - 具有整体式变速箱的电动机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种具有整体式变速箱的电动机，电动机可包括：定子，具有被设置在包壳的内圆周表面上以生成电磁力的第一构件；转子，具有被设置在外圆周表面以面对定子的内圆周表面以与第一构件一起生成电磁力的第二构件；齿轮组件，设置有在转子的内圆周表面上的齿轮齿并且设置在转子内；以及控制单元，控制齿轮组件，其中齿轮组件包括随着转子旋转而旋转的一个或多个齿轮板；连接齿轮，被设置为选择性地耦合到一个或多个齿轮板中的任一个；以及输出轴，随着连接齿轮旋转而一起旋转，以将旋转力传送到外部，并且控制单元根据变速信号控制移动部，以允许连接齿轮与一个或多个齿轮板中的任一个耦合或与一个或多个齿轮板中的任一个解耦合。

Description

具有整体式变速箱的电动机

技术领域

本公开涉及具有整体式变速箱(gearbox)的电动机，并且更具体地，涉及具有能够在电动机内部包括一个或多个可变速的齿轮板的整体式变速箱的电动机。

背景技术

近年来，随着人们对环境问题的兴趣和意识的提高，汽车行业的范例意图基于加强旨在减少温室气体排放的各种环境法规来提高燃油效率。

因此，从混合动力车辆的出现开始，近年来，诸如插电式混合动力电动车辆、电动车辆和氢燃料电池车辆等的基于电力的车辆的开发和商业化正在全球范围内逐步扩大。

这种基于电力的车辆的关键部件之一是驱动电机。

目前，使用的是常规发动机车辆的结构，并且电机代替发动机提供功率。然而，在效率方面，它优于发动机车辆，但由于其效率低，尚未实现电动车辆的特定功能。原因是应用于电动机的变速器系统(transmission system)尚未得到适当的开发。

特别是，在轮内(in-wheel)电机的情况下，它可以独立于车辆的车身结构操作，并且因此，每个车轮的驱动力可以通过去除动力总成部件(诸如发动机)来控制。由于其设置在每个车轮上以独立控制驱动力，因此功率损失被最小化，从而有助于改善环境并且提高性能。此外，重心可以向下部移动，由此提高安全性以及增强在制造车辆时的效率并且减轻其车身重量。另外，随着布置在内部的部件数量的减少，可以进一步获得内部空间。

目前，主要的电动车辆公司还没有为电动车辆开发变速器(transmission)，而是使用只添加了减速器的电机。单独利用减速器会显著降低爬坡能力、降低能源效率，因为在以高速或恒速行驶时，电机会以过高的速度驱动，从而减少行驶里程并增加电池消耗。

从过去开始，行星齿轮(planetary gear)广泛应用于车辆减速器中。特别地，它被用于发动机车辆的自动变速器中，以确保耐久性和性能。然而，为了消除变速冲击，被包括在其中的部件(诸如离合器、变矩器和同步器等)的数量很大并且需要用于驱动它们的液压系统，从而增加了部件的尺寸和重量。此外，能源效率也不可避免地显著降低。

在电动车辆的情况下，当使用大型高性能电机来实现加速和坡道行驶所需的大驱动扭矩、以及实现在高速行驶时的足够速度时，能源效率会降低，需要更大的电池。因此，由于电动车辆的价格和重量的增加，出现了一些问题。

电动机具有即使在低RPM下也能生成大扭矩的优点。此外，它可以在短时间内以高RPM操作。通过在车辆低速时使用具有大减速比的齿轮比来增加电机的输出，并且可以通过在高速或恒速时使用具有小减速比的齿轮比来将其转速保持在有效范围内，从而提高能源效率。

由于电动车辆的变速器具有良好的电机的速度/扭矩特性，因此可以简单地制造，而不需要采用相关领域中发动机车辆的变速器的结构。特别地，在轮内电机的情况下，为了将其放置在有限的空间内，实质上需要紧凑性。

发明内容

技术问题

本公开描述了具有整体式变速箱的电动机，该整体式变速箱能够控制集成在作为电动车辆的动力的电动机中的变速功能。

问题的解决方案

根据本公开的一方面的一种具有整体式变速箱的电动机可包括：定子，定子具有被设置在包壳的内圆周表面上以生成电磁力的第一构件；转子，转子具有被设置在外圆周表面以面对定子的内圆周表面以与第一构件一起生成电磁力的第二构件；齿轮组件，齿轮组件被设置在转子内；以及控制单元，控制单元控制齿轮组件，其中齿轮组件包括一个或多个齿轮板，该一个或多个齿轮板随着转子旋转而旋转；连接齿轮，连接齿轮被设置为选择性地耦合到该一个或多个齿轮板中的任一个；移动部，该移动部将连接齿轮移动到期望的齿轮板位置；以及输出轴，输出轴随着连接齿轮旋转一起旋转，以将旋转力传送到外部，并且控制单元根据变速信号控制移动部，以允许连接齿轮与一个或多个齿轮板中的任一个耦合或与一个或多个齿轮板中的任一个解耦合。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该第一构件可以是施加电流的线圈部，并且该第二构件可以是磁体。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该一个或多个齿轮板可包括至少一个卫星齿轮，并且可包括：第一齿轮板，该第一齿轮板以比转子的转速更慢的速度旋转；第二齿轮板，该第二齿轮板以比该第一齿轮板的速度更高的速度旋转；以及第三齿轮板，该第三齿轮板以比该第二齿轮板的速度更高的速度旋转。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该一个或多个齿轮板可包括连接部，该连接部具有凹凸形状的内圆周表面，以允许耦合到连接齿轮。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该一个或多个齿轮板可包括一个或多个卫星齿轮并且可包括第四齿轮板，该第四齿轮板包括以比该第一齿轮板的托架的转速更慢的速度旋转的托架；以及第五齿轮板，该第五齿轮板包括一个或多个卫星齿轮并且包括以比第三齿轮板的中心齿轮的转速更高的速度旋转的中心齿轮。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该卫星齿轮可包括第一卫星齿轮，该第一卫星齿轮被设置为与被设置在该转子内的齿轮齿接合；以及中心齿轮或托架，该中心齿轮或托架与第一卫星齿轮接合，该中心齿轮或托架被设置有耦合空心，该耦合空心被设置为允许该连接齿轮与其耦合。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该卫星齿轮可进一步包括第二卫星齿轮，该第二卫星齿轮与该第一卫星齿轮接合，以根据该第一卫星齿轮的旋转而旋转，并且其中中心齿轮与该第二卫星齿轮接合地旋转。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，在该一个或多个齿轮板中，该连接齿轮未连接到的该齿轮板可被配置为当该齿轮板是减速齿轮时，将固定到包壳的中心齿轮的固定释放。

此外，在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，在增速齿轮的情况下，固定在该包壳的齿轮板托架的固定可被释放，以不执行增速功能，从而延长齿轮的使用寿命并降低负载。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该一个或多个齿轮板中的至少一个可包括被设置在相邻齿轮板之间并且被设置有内径大于连接齿轮的外圆周长的空心的中性区域。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该中性区域可被设置为从该一个或多个齿轮板中的任一个突出。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该连接齿轮适配到该输出轴，并且该电动机可包括移动部，其中该连接齿轮连接到该一个或多个齿轮板中的任一个，以控制该连接齿轮的移动以允许该输出轴旋转。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，当在中性区域中通过移动部移动以连接到一个或多个齿轮板中的任一个时，所连接的齿轮板可以以接近连接齿轮的速度的速度旋转，以便容易地与该连接齿轮耦合。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该移动部可在该连接齿轮的一侧上设置螺纹，并且可包括伞齿轮、编码器和移动电机。该伞齿轮可与设置在该移动杆上的螺纹接合地旋转以沿着轴向方向移动该连接齿轮。该编码器确定该连接齿轮的位置和移动距离，并且该移动电机可旋转该伞齿轮。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，两侧平坦的旋转限制表面可被设置在该移动杆的螺纹区域中，并且

该移动杆被配置为随着该伞齿轮通过该旋转限制表面旋转而线性移动。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，移动部可固定，以便在移动电机不旋转时不沿着轴向移动。

在根据本公开的一方面的具有整体式变速箱的电动机中，该连接齿轮可耦合到移动部，该连接齿轮可适配到该输出轴以一起旋转，当该连接齿轮和该输出轴旋转时，该移动部可沿着线性方向移动该连接齿轮，而不会被平坦的旋转限制表面旋转。

发明的有益效果

在根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机中，当连接齿轮在中性区域中被移动部移动以连接到一个或多个齿轮板中的任一个时，齿轮板可以以接近连接齿轮的速度的速度旋转。通过这种方式，可以减少当连接齿轮连接到旋转齿轮板时可能发生的冲击。

根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机在转子内可包括具有变速功能的齿轮组件，因此不需要在外部单独提供变速器，从而具有能够减小电动机尺寸的优点。

根据本发明的实施例的具有整体式变速箱的电动机实现了在转子内具有五个或五个以上的多个齿轮的电动机，从而实现了能够在较小空间内实现高效率的电机。

此外，根据本发明的实施例的具有整体式变速箱的电动机可以在不增加电机尺寸的情况下添加变速箱。因此，可以减小尺寸和重量，以允许即使使用相同容量的电池也可以长距离驾驶，从而提高电池效率。

另外，根据本发明的实施例的具有整体式变速箱的电动机可以小尺寸制造，因此具有便于用作车轮内电机的优点。在车轮内电机的情况下，可根据车轮尺寸使电机的外径变大，从而允许安装具有大输出的电机，而没有关于对电机的尺寸的负担。

附图说明

图1和图2是根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机的透视图。

图3是分解的透视图，其中分解了图1中具有整体式变速箱的电动机的变速器部分。

图4至图9是根据本公开的实施例的为了解释具有整体式变速箱的电动机而示出一些部件的透视图。

图10是根据本公开的实施例的用于解释具有整体式变速箱的电动机被变速的概念图。

图11A和图11B是示出了根据本公开的另一实施例的具有整体式变速箱的电动机的变速器部分的分解的透视图。

图12是用于解释具有图11A和图11B的整体式变速箱的电动机使齿轮变速的概念图。

图13是用于解释根据本公开的实施例的使用具有整体式变速箱的电动机的变速控制方法的流程图。

图14和图15分别是用于解释根据本公开的每个实施例的使用具有整体式变速箱的电动机来增加速度和减小速度的图表。

具体实施方式

由于本公开可以通过各种改变来应用，并且提供了各种实施例，因此将详细说明和描述具体实施例。然而，这些具体实施例不应被解释为限制本公开，而应被解释为扩展到被包括在本发明的概念和技术范围中的所有改变、等效物和替代物。

应当注意，本文使用的术语仅用于描述具体实施例，而不是限制本公开。除非上下文另有明确说明，否则单数表达包括复数表达。本文中使用的术语“包括”或“具有”应理解为，它们旨在指示说明书中公开的特征、数量、步骤、构成元素、部件或其组合的存在，并且还可以理解，不预先排除一个或多个其他特征、数量、步骤、构成元素、部件或其组合的存在或附加可能性。

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。此处，应当注意，在附图中，相同的部件尽可能地由相同的附图标记表示。此外，将省略可能模糊本公开要点的众所周知的功能和配置的详细描述。出于同样的原因，一些部件在附图中被放大、省略或示意性地示出。

图1和图2是根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机的透视图。图3是分解的透视图，其中分解了图1中具有整体式变速箱的电动机的变速器部分。图4至图9是根据本公开的实施例的为了解释具有整体式变速箱的电动机而示出一些部件的透视图。

在本公开中，作为示例，行星齿轮将被描述为实施例，但是行星齿轮可被修改以供使用，并且也可使用行星齿轮以外的方法。此外，虽然通常使用减速，但也添加了速度增加和匀速以更好地解释实施例。

此外，与本公开的实施例不同，可以只提供一个齿轮板。例如，变速箱中可以只提供一个齿轮板。由于电动机转子的转速可在短时间内非常快地旋转，因此可使用齿轮板来降低转子的转速。

可在诸如使用电动机的车辆的运输工具中提供根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机M。特别地，由于电动机尺寸小且易于控制，因此其受空间限制较小，并且因此可被设置靠近车辆的车轮。

根据本公开的实施例，具有整体式变速箱的电动机M可包括定子100、转子200、齿轮组件GA和控制单元400。

具体地，参考图1和图2，定子100可被设置为围绕具有整体式变速箱的电动机M的至少一部分。可在定子100的外表面上进一步提供围绕电机等的附加盖。

定子100包括被设置在定子100的内圆周表面上以生成电磁力的第一构件。定子100不旋转。稍后描述的转子200可通过施加到第一构件和稍后描述的第二构件的电磁力来旋转。同时，可在围绕定子100的包壳中提供散热器101。转子200被设置在外圆周表面上以面对定子100的内圆周表面，并且用于与第一构件一起生成电磁力的第二构件设置在转子200中。随着转子200旋转，第一构件和第二构件被反复地驱动以彼此接近和远离。转子200可通过在第一构件和第二构件之间形成的电磁力旋转。

齿轮齿205可被设置在转子200内。一个或多个齿轮板300可连接到转子200的齿轮齿205以旋转。也就是说，随着转子200旋转，被设置在转子200内的一个或多个齿轮板300可旋转。

另一方面，定子100的第一构件可以是对其施加电流的线圈，并且转子200的第二构件可以是磁体。此外，与前述不同，第一构件可以是磁体，第二构件可以是对其施加电流的线圈。

另外，与上述实施例不同，定子100和转子200的位置可以相互交换。在这种情况下，转子200可被设置为与定子100相比长度更大。此外，一个或多个齿轮板300可连接到设置在转子200内的齿轮齿以旋转。另外，旋转轴可被设置在转子的中心处，并且齿轮齿可被设置在定子的内表面上，然后可以在其中设置一个或多个齿轮板以执行变速。

齿轮组件GA被设置在转子200内。具体地，齿轮组件GA可被设置在转子200内以使电机的齿轮变速。

参考图2和图3，齿轮组件GA包括一个或多个齿轮板300、连接齿轮410、移动部420和输出轴421。

多个齿轮板可被设置为彼此平行。齿轮板中的每一个都被构造为随着转子200旋转而旋转。

具体地，一个或多个齿轮板300可包括第一齿轮板310、第二齿轮板320和第三齿轮板330。在这种情况下，第一齿轮板310和第三齿轮板330可包括一个或多个卫星齿轮和用于固定卫星齿轮的托架。

图7的(a)和(b)是示出了从不同方向观看的连接齿轮410和第一齿轮板310连接的状态的视图。

第一齿轮板310可包括一个或多个卫星齿轮，以及以比转子200的转速更慢的速度旋转的齿轮板托架310a。

具体地，参考图3，第一齿轮板310可包括第一卫星齿轮311、中心齿轮315和第一齿轮板托架310a。

第一卫星齿轮311被设置为连接到上述转子200的内齿轮齿205。也就是说，第一卫星齿轮311可与被设置为与转子200内的齿轮齿接合。因此，第一卫星齿轮311可随着转子200旋转而直接旋转。

中心齿轮315被设置为与第一卫星齿轮311接合，并由销301固定到包壳。

在中心齿轮315的中心处，连接齿轮410可穿过中心齿轮315，并且可被设置有中性区域，在该中性区域中，连接齿轮410和第一齿轮板310之间的连接被释放。

此外，可在第一齿轮板托架310a内设置耦合空心(coupling hollow)。

图8示出了第二齿轮板320和连接齿轮410彼此连接的状态。

第二齿轮板320可以以与转子200相同的速度旋转。具体地，当被设置在第二齿轮板320的外圆周表面上的齿轮齿和被设置在转子200的内圆周表面上的齿轮齿彼此接合地旋转时，第二齿轮板320可以以与转子200的旋转速度相同的速度旋转。

参考图4的(b)，第二齿轮板320可包括中性区域329，中性区域329被设置为朝向第一齿轮板310和第三齿轮板330突出。具体地，参考图4的(b)，围绕第二齿轮板320的连接部328设置从两侧突出的第一中性区域329a和第二中性区域329b。然而，出于设计原因，仅一个中性区域可被设置在第二齿轮板320中。

参考图6，第三齿轮板330可以包括一个或多个卫星齿轮和以高于转子200的转速旋转的中心齿轮335。

图9的(a)和(b)是示出了从不同方向观看的第三齿轮板330和连接齿轮410连接的状态的视图。第三齿轮板330可包括第一卫星齿轮331、第二卫星齿轮332和中心齿轮335。

第一卫星齿轮331与转子200接合地旋转。也就是说，第一卫星齿轮331和转子200的内齿轮齿可彼此接合地旋转。另外，第二卫星齿轮332可与第一卫星齿轮331接合，以根据第一卫星齿轮331的旋转而旋转。另外，中心齿轮335可与第二卫星齿轮332接合地旋转。

也就是说，从转子200传送的旋转力可通过第三齿轮板330的第一卫星齿轮331、第二卫星齿轮332和中心齿轮335传送到连接齿轮410。此时，随着设置有第一卫星齿轮331和第二卫星齿轮332，中心齿轮335的直径可以减小。由于中心齿轮335的直径，当转子200旋转一次时，第三齿轮板330的中心齿轮335可以旋转更多。

参考图2，连接到第三齿轮板330的连接齿轮410也可以旋转更多。因此，连接到连接齿轮410的输出轴421可旋转更多。

参考图1，第三齿轮板330可包括固定到电动机的盖上的第三齿轮销331。第三齿轮销331可将第三齿轮板托架330a固定到电动机的盖上。

参考图4的(a)，齿轮组件GA包括第一齿轮板310、第二齿轮板320和第三齿轮板330，第一齿轮板310、第二齿轮板320和第三齿轮板330从移动部420的螺纹部分开始朝向一侧并排布置。第一中性区域329a可被设置在第一齿轮板310和第二齿轮板320之间，第二中性区域329b可被设置在第二齿轮板320和第三齿轮板330之间。此外，中性区域也可被设置在第一齿轮板310的中心齿轮315的内圆周表面上。

上述一个或多个齿轮板300中的每一个都可包括连接部，该连接部具有凹凸形状的内圆周表面，以允许耦合到连接齿轮410。

具体地，中心齿轮315的内圆周表面可以是连接部318。然而，在第二齿轮板320的情况下，不提供中心齿轮，并且连接部328可被设置在第二齿轮板托架320a中。

通过使每个齿轮板的连接部将每个齿轮板和连接齿轮410的外圆周表面耦合，可以利用从转子200传送的旋转力来旋转连接齿轮410。通过这一点，旋转力可被传送到连接到连接齿轮410的输出轴421。

同时，一个或多个齿轮板300中的连接齿轮410未连接到的齿轮板的托架330a或中心齿轮315可从与包壳的固定释放。

例如，当连接齿轮410连接到第一齿轮板310时，第三齿轮板330的第三齿轮板托架330a可从与包壳的固定释放。具体地，由于将第三齿轮板托架330a和包壳彼此连接的销被释放，因此它可以以与转子相同的转速进行旋转，而不执行速度增加功能。因此，可减小施加到第三齿轮板330的驱动力，从而减小施加到转子200的负载，并且增加齿轮的寿命。

根据本公开的实施例的一个或多个齿轮板300中的至少一个可包括中性区域，该中性区域设置在相邻齿轮板之间并且设置有大于连接齿轮410的外圆周的内径的空心。

中性区域可被设置为从一个或多个齿轮板300中的任何一个突出。参考图3，第二齿轮板320可包括从第二齿轮板320两侧突出的两个中性区域。具体地，第二齿轮板320可包括朝向第一齿轮板310突出的第一中性区域329a和朝向第三齿轮板330突出的第二中性区域329b。另外，在第一齿轮板310的情况下，中性区域被包括在中心齿轮315的内表面上。

同时，根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机M可包括移动部420。移动部420可被移动，使得连接齿轮410被连接到一个或多个齿轮板300中的任一个。在这种情况下，控制单元400可通过信号来移动移动部420。稍后将详细描述移动部420。

连接齿轮410可被设置为选择性地耦合到一个或多个齿轮板300中的任一个。连接齿轮410在其外圆周表面上设置有齿轮齿，以便耦合到上述每个齿轮板的连接部。

连接齿轮410被适配到输出轴421上。也就是说，连接齿轮410可被设置为沿着输出轴421可移动。因此，当连接齿轮410耦合到齿轮板以旋转时，输出轴421与其一起旋转以将旋转力传送到外部。

此外，输出轴421可被连接到车辆的车轮。另外，连接齿轮410可被连接到输出轴421。因此，车辆的车轮的旋转可以是连接齿轮410的旋转。此外，连接齿轮410的旋转可以是输出轴421的旋转。

用于检测转速的编码器420a可被设置在输出轴421的一侧处。用于检测转速的编码器420a可检测在移动杆425内旋转的输出轴421的转速。

另外，移动杆425中具有输出轴421。输出轴421可延伸到螺纹区域之外。另外，连接齿轮410可适配在输出轴槽422中(参考图7)。

另一方面，当连接齿轮410被移动部420移动以便连接到中性区域中的一个或多个齿轮板300中的任一个时，齿轮板被瞬时加速或减速以接近连接齿轮410的转速。这是为了以接近与齿轮板连接的连接齿轮410的速度来匹配齿轮板的转速。由此，连接齿轮410连接到的齿轮板的转速与连接齿轮410的转速相似，从而允许连接齿轮410和齿轮板容易地彼此耦合。

此时，转子200的转速可根据连接齿轮410将连接到的齿轮板而变化。这是因为它是每个齿轮板的连接部连接到连接齿轮410而没有变速冲击所需的转速。

例如，假设连接齿轮410以恒速旋转，则连接到第一齿轮板310所需的转子200的转速大于连接到第二齿轮板320和第三齿轮板330所需的转子200的转速。

当转子200以1的相同速度旋转同时连接齿轮410连接到第一齿轮板310、第二齿轮板320和第三齿轮板330时，传送到连接齿轮410的转速可以分别为0.5、1和2。

相反，当连接齿轮410的速度相等地为1时，连接齿轮410连接到第一齿轮板310、第二齿轮板320和第三齿轮板330所需的转子200的转速可以分别为2、1和0.5。

参考图5，控制单元400可被设置在输出轴421和齿轮组件GA之间。控制单元400控制齿轮组件GA。具体地，控制单元400选择齿轮组件GA中的连接到输出轴421的齿轮以控制连接以进行变速。

控制单元400可控制移动部420，使得耦合齿轮410根据变速信号耦合到一个或多个齿轮板300中的任一个，或者释放其耦合。

示例中所示的齿轮板是行星齿轮组，行星齿轮组包括中心齿轮、卫星齿轮和托架。在这种情况下，加工在转子的内圆周表面上的齿轮用作作为行星齿轮的输入的环形齿轮。此外，在减速齿轮的情况下，中心齿轮是固定的，连接部被设置在托架上以用作齿轮板的输出，相反，在增速齿轮的情况下，托架是固定的，连接部被设置在中心齿轮处以用作齿轮板的输出。

当连接齿轮410位于中性区域329中并且连接齿轮410接收到用于耦合到特定齿轮板的信号时，控制单元400可如下所示控制具有具有整体变速箱的电动机M。控制单元400可识别连接齿轮410连接到哪个齿轮板，然后旋转转子200，以允许相对应的齿轮板的连接部的转速和连接齿轮410的转速彼此接近。

参考图6，移动部420可在连接齿轮410的一侧上具有螺纹。移动部420的螺纹被伞齿轮430卡住，以允许移动部420根据伞齿轮的旋转在轴向方向上移动。

移动部420的螺纹区域在其两侧可被设置有平坦的旋转限制表面426。具体地，旋转限制表面426可以平行于移动部420的两侧设置在移动部420具有螺纹的区域中。

旋转限制表面426未卡在设置在前述伞齿轮430的内表面上的螺旋槽中。此外，它通过包壳中旋转限制表面426形式的槽。因此，由于旋转限制面426被设置在移动部420上，因此即使伞齿轮430旋转，其也可能不旋转。也就是说，螺纹和旋转限制表面426被设置在移动部420周围，当伞齿轮430旋转时，其可以执行线性移动而不是旋转移动。

另一方面，可制作用于固定移动部420的固定设备440，以固定移动部420的移动，使得当移动电机450不旋转时，移动部420不沿着轴向方向移动。具体地，当连接齿轮410连接到特定齿轮板以旋转时，需要限制连接到连接齿轮410的移动部420的移动。因此，当连接齿轮410连接到特定齿轮板以旋转时，固定设备440可限制移动部420的移动，以防止连接齿轮410沿着输出轴421的轴向方向移动。

移动部420可以包括移动杆425、伞齿轮430、编码器(用于检查移动位置)和移动电机450。

伞齿轮430可由移动电机450旋转。在伞齿轮430的内表面上可设置有与被设置在移动部420上的螺纹接合的槽。

随着伞齿轮433旋转，附接到移动部420的伞齿轮430可旋转，并且伞齿轮430可与被设置在移动部420上的螺纹接合，以使移动部420在轴向方向上移动。当移动部420沿着轴向方向移动时，连接到移动部420的连接齿轮410可连接到一个或多个齿轮板300中的任一个或与一个或多个齿轮板300中的任一个分离。

编码器可存储连接齿轮410的位置和移动距离。编码器可被包括在稍后描述的移动电机450内。另外，所存储的连接齿轮410的位置和移动距离可被传送到控制单元400。因此，控制单元400可识别连接齿轮410连接到哪个齿轮板或与哪个齿轮板断连。也就是说，控制单元400可确定连接齿轮410的位置。

当动力被驱动时，移动电机450可以旋转伞齿轮430。因此，移动部420可沿着轴向方向移动。

根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机M在转子200内可包括具有变速功能的齿轮组件GA，因此不需要在其中另外提供变速器，从而具有能够减小电动机的尺寸的优点。

此外，根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机可使用通用齿轮，而不是包括卫星齿轮的行星齿轮类型。即使在这种情况下，齿轮组件也可被包括在转子内部，从而减小电动机的尺寸。

同时，与上述实施例不同，一个或多个齿轮板中的全部可以是用于减速的齿轮板。由于电动机的转子的转速(rpm)可以以非常高的速度旋转，因此与转子相比，一个或多个齿轮板可以以不同的减速比进行设置。

图10是用于解释根据本公开的实施例的具有整体式变速箱的电动机M变速的概念图。

参考图10的(a)，连接齿轮410处于与第一齿轮板310断连的状态。它可以被称为电机的变速不被驱动基本状态。

参考图10的(b)，示出了连接齿轮410由移动部朝向第一齿轮板托架310a移动的状态。此时，连接齿轮410处于连接到第一齿轮板310的齿轮板托架310a的状态。此时，连接齿轮410可以比转子200的转速更慢的角速度旋转。当被表示为车辆齿轮时，可以说该齿轮被设置在第一级。

参考图10的(c)，示出了连接齿轮410由移动部移动，并且连接齿轮410被设置在第一中性区域329a中的状态。

参考图10的(d)，示出了连接齿轮410由移动部移动，并且连接齿轮410连接到第二齿轮板320的状态。此时，连接齿轮410可以以与转子200的转速相同的角速度旋转。当被表示为车辆齿轮时，可以说该齿轮被设置在第二级。

参考图10的(e)，示出了连接齿轮410由移动部移动，并且连接齿轮410被设置在第二中性区域329a中的状态。

参考图10的(f)，示出了连接齿轮410由移动部移动，并且连接齿轮410连接到第三齿轮板330的状态。此时，连接齿轮410可以以比转子200的转速更快的角速度旋转。当被表示为车辆齿轮时，可以说该齿轮被设置在第三级。

如上所述，连接齿轮410可连接到一个或多个齿轮板300中的任一个，或被设置在未连接到齿轮板的中性区域中。

当连接齿轮410处于中性区域时，连接齿轮410不接收来自齿轮板的旋转力，但是因为连接齿轮410连接到输出轴421和车轮，所以连接齿轮410以车轮和输出轴421的速度旋转。

此时，当连接齿轮410由移动部移动以连接到中性区域中的一个或多个齿轮板300中的任一个时，转子200的转速由控制单元400控制，使得在齿轮板中连接到连接齿轮410的齿轮板可以以接近连接齿轮的速度的速度旋转。通过这种方式，可以减少当连接齿轮410连接到旋转的齿轮板时可能发生的冲击。

图11A和图11B是示出了根据本公开的另一实施例的具有整体式变速箱的电动机的变速器的分解的透视图。图12是用于解释具有图11A和图11B的整体式变速箱的电动机变速的概念图。

当与如图1至图10所示的具有整体式变速箱的电动机进行比较时，根据本实施例的具有整体式变速箱的电动机的区别仅在于其包括另外两个齿轮板，并且其他部件相同或类似，因此，将省略对相同或类似部件的描述。

在前述实施例中，具有整体式变速箱的电动机M'可包括第一齿轮板310、第二齿轮板320和第三齿轮板330。替代地，其中可以包括具有与第一齿轮板310的形状相似的形状的多个齿轮板。

第一齿轮板310是用于以与转子200的转速相比较低的速度旋转连接齿轮410的齿轮板，并且第二齿轮板320是用于以与转子200的转速相同的速度旋转连接齿轮410的齿轮板。第三齿轮板330是用于以比转子200的转速更高的速度旋转连接齿轮410的齿轮板。

在这种情况下，根据本发明的实施例的一个或多个齿轮板300可进一步包括第四齿轮板340和第五齿轮板350。

参考图11A，第四齿轮板340、第一齿轮板310、第二齿轮板320、第三齿轮板330和第五齿轮板350按此顺序排列。第四齿轮板340是最低齿轮级数，齿轮级量按照第一齿轮板310、第二齿轮板320、第三齿轮板330和第五齿轮板350的顺序增加。

第四齿轮板340可包括一个或多个卫星齿轮，并且可包括固定在包壳上的中心齿轮345。

参考图11A，第四齿轮板340可包括被设置在第四齿轮板托架340a一侧上的第一卫星齿轮341和中心齿轮345。此外，参考图11B，第四齿轮板340可包括被设置在第四齿轮板托架340a的另一侧上的动力传送齿轮347。

动力传送齿轮347可将第四齿轮板托架340a的旋转力传送到第一齿轮板310的卫星齿轮。具体地，如图所示，动力传送齿轮347可与第一齿轮板310的第一卫星齿轮311接合地旋转。

第一齿轮板310可包括第一卫星齿轮311和第一齿轮板托架310a。如上所述，第一卫星齿轮311可以连接到第四齿轮板340的动力传送齿轮347。此时，动力传送齿轮347用作第一齿轮板的中心齿轮。在旋转第一齿轮板托架310a的时第一卫星齿轮311可旋转，并且连接部318可被设置在第一齿轮板托架310a上。

第二齿轮板320可被设置为使得第二齿轮板托架320a自身与转子200接合地旋转。连接部328可被设置在第二齿轮板托架320a内。

第三齿轮板330可包括第一卫星齿轮331、中心齿轮335和第三齿轮板托架330a。

第三齿轮板330的第一卫星齿轮331可不连接到转子200，而是可连接到被设置在第五齿轮板350上的第五齿轮板350的第一卫星齿轮351。第三齿轮板330的中心齿轮335可连接到第三齿轮板330的第一卫星齿轮331以旋转。

第三齿轮板330的第一卫星齿轮331连接到第五齿轮板350的第一卫星齿轮351，以随着第五齿轮板350的第一卫星齿轮351旋转而旋转。被设置在第三齿轮板330的中心齿轮335内的连接部338可随着第三齿轮板330的第一卫星齿轮331旋转而旋转，并且连接齿轮410可连接到第三齿轮板330的连接部338以旋转。

第五齿轮板350可包括一个或多个卫星齿轮，并且可包括以比第三齿轮板330的连接部338的转速更高的速度旋转的中心齿轮355。也就是说，第五齿轮板350是具有比第三齿轮板330更高的齿轮级数的齿轮板。

第五齿轮板350可包括第一卫星齿轮351、第二卫星齿轮352、中心齿轮355和第五齿轮板托架350a。在这种情况下，为了执行增速操作，第五齿轮板托架350a被固定到包壳上。

第五齿轮板350的第一卫星齿轮351连接到转子200以接收旋转力。第一卫星齿轮351接收到的旋转力可传送到第二卫星齿轮352，第二卫星齿轮352可旋转第五齿轮板350的中心齿轮355。连接齿轮410可连接到被设置在第五齿轮板350的中心齿轮355的内圆周表面上的连接部358。

同时，如上所述，可使第五齿轮板350的第一卫星齿轮351变厚。因此，第五齿轮板350的第一卫星齿轮351可旋转第三齿轮板330的第一卫星齿轮331。

根据本发明的实施例的具有整体式变速箱的电动机M’实现了在转子200内具有五个或五个以上多个齿轮的电动机，从而实现了能够在较小空间内具有高效率的电机。

图13是用于解释根据本公开的实施例的使用具有整体式变速箱的电动机的变速控制方法的流程图。

下面将描述根据本发明的实施例的使用具有整体式变速箱的电动机的变速控制方法。

假设是车辆行驶情况，当用户生成使连接齿轮410变速的信号时，转子200的驱动可保持在降低电机负载的速度，以允许连接齿轮连接到每个齿轮板时连接齿轮容易分离(S100)。

接下来，移动部420可将连接齿轮410沿着希望变速的方向移动到中性区域329(S200)。具体地，当在连接齿轮410连接到第一齿轮板310的同时产生增加齿轮级数的信号时，移动部可将连接齿轮410移动到被设置在第二齿轮板320和第一齿轮板310之间的中性区域329a。

接下来，控制单元400可识别连接齿轮410是否位于中性区域329中(S250)。在这种情况下，当连接齿轮410未定位在中性区域329中时，移动部可沿着希望变速的方向将连接齿轮410再次移动到中性区域329的位置。

接下来，可以调整电机的转速，以允许期望变速的齿轮板的转速接近连接齿轮410的转速(S300)。

具体地，当连接齿轮410和齿轮板彼此连接时，为了减轻在连接齿轮410和齿轮板处可能发生的冲击，可以将齿轮板的转速调整为接近连接齿轮410的转速的值。

接下来，控制单元400可确定齿轮板的转速和连接齿轮410的转速是否彼此接近(S400)。此时，彼此接近的齿轮板和连接齿轮410的转速可以是一个转速落在另一个转速的95％到105％范围内的情况。连接齿轮410的转速可参考附接到输出轴端部的编码器420a的值。

接下来，可移动连接齿轮410，以允许连接齿轮410连接到想要变速的齿轮板(S500)。也就是说，连接齿轮410可以移动到所需的变速箱位置。此时，连接齿轮410到达当移动连接齿轮410时由于两个齿轮的转速差而使两个齿轮可以彼此耦合的时间点。

接下来，控制单元400可识别连接齿轮410是否连接到目标齿轮板(S600)。这可以通过读取连接到移动电机450的或内置在移动电机450中的编码器的值来确定。

此时，当连接齿轮410未定位在目标变速器(齿轮板)上时，移动电机被操作以将连接齿轮410再次移动到目标位置。

接下来，可以控制电机以允许输出轴421的转速为期望速度(S700)。具体地，在将输出轴421和连接齿轮410连接到目标齿轮板的过程中，齿轮板的转速可保持在如上所述的降低电机负载的速度。这是为了在连接齿轮410连接到齿轮板时便于分离。

另外，在将连接齿轮410和齿轮板彼此耦合的过程中，齿轮板的转速可类似地接近连接齿轮410的转速。这是为了减少连接齿轮410和齿轮板的连接部相互连接过程中的变速冲击。

此外，在连接完成之后，控制单元400可以控制电机，使得当连接齿轮410和齿轮板彼此连接时，齿轮板的转速成为期望的扭矩值和转速。

图14和图15分别是用于解释根据本公开的每个实施例的使用具有整体式变速箱的电动机来增加和减小速度的图表。

图14是示出了根据具有三个齿轮板的第一实施例的电机的转速和传送到输出轴421的转速的图。图15是示出了根据具有五个齿轮板的第二实施例的电机的转速和传送到输出轴421的转速的图。

首先，参考图14，当连接齿轮410连接到第一齿轮板310时，电机速度被表示为L。此外，当连接齿轮410连接到第二齿轮板320时，电机速度被表示为E。此外，当连接齿轮410连接到第三齿轮板330时，电机速度被表示为H。

当连接齿轮410连接到第一齿轮板310时，传送到连接齿轮410的转速可以是低的，但扭矩值可以是大的。通常，当车辆等初始启动时需要较大的力且需要较小的转速时，可使用该方法。也就是说，当连接齿轮410连接到第一齿轮板310时，它可以用作变速器中的低级。

因此，当查看该图时，在L段中，由输出轴421输出到外部的转速(输出速度)的斜率可以比电机速度低。

当从L段变速到E段时，连接齿轮410通过中性区域329，并且因此，此时电机速度减小，但输出速度可通过惯性保持，尽管时间很短。

在E段中，连接齿轮410可连接到第二齿轮板320。如上所述，由于第二齿轮板320连接到转子200，因此电机速度的斜率和输出速度的斜率可以相同。此外，与L段相比，用于同等增加输出速度的电机速度的斜率可以降低。

在H段中，连接齿轮410可连接到第三齿轮板330。由于第三齿轮板330的中心齿轮335的转速比使用一个或多个卫星齿轮的转子200的转速更高，因此连接到第三齿轮板330的连接齿轮410的转速可以比电机速度更高。

因此，示出了输出速度比电机速度更高。也就是说，H可以是高速行驶时使用的变速状态。

即使在减速的情况下，也可将其从连接齿轮410连接到第三齿轮板330的状态H依次降低到连接齿轮410连接到第二齿轮板320的状态E以及连接齿轮410连接到第一齿轮板310的状态L。

即使在减速的情况下，降低输出速度的斜率也比在状态H下降低电机速度的斜率大。此外，在状态E中，降低电机速度的斜率与降低输出速度的斜率相同。在状态L中，降低电机速度的斜率可比降低输出速度的斜率大。

在图15中，其区别仅仅在于，除了图14中所示的那些之外，还存在第四齿轮板340和第五齿轮板350，并且存在段L2、L1、E、H1和H2，并且在每段之间存在中性区域329，并且其他部分相同和相似，因此，将省略对其的描述。

参考图15，在L2段中，连接齿轮410可连接到第四齿轮板340，并且例如，可被视为齿轮中的第一级。在L1段中，连接齿轮410可连接到第一齿轮板310，并且例如，可被视为齿轮中的第二级。在E段中，连接齿轮410可连接到第二齿轮板320，并且例如，可被视为齿轮中的第三级。在H1段中，可连接到第三齿轮板330，并且例如，可被视为齿轮中的第四级。在H2段中，连接齿轮410可连接到第五齿轮板350，并且例如，可被视为齿轮中的第五级。

参考该图，可以看出，在增速部分，输出速度的斜率是恒定的，但电机速度的斜率按L2、L1、E、H1和H2的顺序减小。也就是说，假设转子200的转速相同，则输出轴421的转速可进一步增加。

在减速部分，可以看出，输出速度的斜率不断减小，但电机速度的斜率按L2、L1、E、H1和H2的顺序增加。

如上所述，尽管已经描述了本公开的实施例，但是对于本领域的技术人员来说，在不偏离权利要求中公开的本公开的概念的情况下，可以对其进行各种修改、变型和添加是显而易见的，也属于本公开的保护范围。

Claims (15)

1.一种具有整体式变速箱的电动机，所述电动机包括：

定子，所述定子具有被设置在包壳的内圆周表面上以生成电磁力的第一构件；

转子，所述转子具有被设置在外圆周表面以面对所述定子的内圆周表面以与所述第一构件一起生成电磁力的第二构件；

齿轮组件，所述齿轮组件被设置在所述转子内并且被配置为可变速的；以及

控制单元，所述控制单元控制所述齿轮组件，

其中，耦合到设置在所述齿轮组件中的齿轮板的齿轮齿被设置在所述转子内，并且

所述齿轮组件被配置为随着所述转子旋转将动力传送到输出轴。

2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述第一构件是施加电流的线圈部，并且

所述第二构件是磁体。

3.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述齿轮组件包括：

一个或多个齿轮板，所述一个或多个齿轮板随着所述转子旋转而旋转；

连接齿轮，所述连接齿轮被设置为选择性地耦合到所述一个或多个齿轮板中的任一个；

移动部，所述移动部在轴向方向上移动所述连接齿轮；以及

输出轴，所述输出轴随着所述连接齿轮旋转而一起旋转，以将旋转力传送到外部，并且

其中所述控制单元根据变速信号移动所述移动部，以允许所述连接齿轮与所述一个或多个齿轮板中的任一个耦合或与所述一个或多个齿轮板中的任一个解耦合，以控制所述输出轴。

4.如权利要求3所述的电动机，其特征在于，所述一个或多个齿轮板包括至少一个卫星齿轮。

5.如权利要求4所述的电动机，其特征在于，所述一个或多个齿轮板包括：

第一齿轮板，所述第一齿轮板以比所述转子的转速更慢的速度旋转；

第二齿轮板，所述第二齿轮板以比所述第一齿轮板的速度更高的速度旋转；以及

第三齿轮板，所述第三齿轮板以比所述第二齿轮板的速度更高的速度旋转。

6.如权利要求3所述的电动机，其特征在于，所述一个或多个齿轮板中的每一个包括连接部，所述连接部具有凹凸形状的内圆周表面，以允许耦合到所述连接齿轮。

7.如权利要求4所述的电动机，其特征在于，所述卫星齿轮包括：

第一卫星齿轮，所述第一卫星齿轮被设置为与被设置在所述转子内的齿轮齿接合；以及

中心齿轮或托架，所述中心齿轮或托架随着所述第一卫星齿轮旋转而旋转，所述中心齿轮或托架被设置有耦合空心，所述耦合空心被设置为允许所述连接齿轮与其耦合。

8.如权利要求7所述的电动机，其特征在于，所述卫星齿轮进一步包括第二卫星齿轮，所述第二卫星齿轮与所述第一卫星齿轮接合，以根据所述第一卫星齿轮的旋转而旋转，并且

其中所述中心齿轮与所述第二卫星齿轮接合地旋转。

9.如权利要求8所述的电动机，其特征在于，在所述一个或多个齿轮板中，所述连接齿轮未连接到的所述齿轮板的齿轮板托架或中心齿轮被设置为从与所述包壳的固定释放。

10.如权利要求6所述的电动机，其特征在于，所述一个或多个齿轮板中的至少一个包括中性区域，所述中性区域设置在相邻齿轮板之间，并且被设置为具有空心，所述空心具有比所述连接齿轮的外圆周更大的内径。

11.如权利要求10所述的电动机，包括：

控制单元，其中所述连接齿轮适配到所述输出轴，并且所述连接齿轮连接到所述一个或多个齿轮板中的任一个，以控制所述连接齿轮的移动，以允许所述输出轴旋转。

12.如权利要求10所述的电动机，其特征在于，所述控制单元被配置为当所述连接齿轮在所述中性区域中被所述移动部移动以连接到所述一个或多个齿轮板中的任一个时，以接近所述连接齿轮的速度的速度旋转连接到所述连接齿轮的所述齿轮板。

13.如权利要求11所述的电动机，其特征在于，所述移动部包括：

移动杆，所述移动杆的一侧有螺纹以围绕所述输出轴；

伞齿轮，所述伞齿轮与设置在所述移动杆上的螺纹接合地旋转以移动所述连接齿轮；

编码器，所述编码器存储所述移动杆的位置和移动距离；以及

移动电机，所述移动电机旋转所述伞齿轮。

14.如权利要求13所述的电动机，其特征在于，两侧平坦的旋转限制表面被设置在所述移动杆的螺纹区域中，并且

所述移动杆被配置为由于所述旋转限制表面随着所述伞齿轮旋转而线性移动。

15.如权利要求13所述的电动机，其特征在于，所述移动部进一步包括移动杆固定设备，并且

所述移动杆固定设备被配置为固定所述移动杆，以在所述移动电机不旋转时不允许所述连接齿轮沿者轴向方向移动。

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