技术领域
[0001] 本
发明属于一般车辆技术领域，具体为一种采用湿式制动器的电动轮。
背景技术
[0002] 分布式驱动技术具有传动链条短、传动效率高，集成度高、利于车辆总布置，各轮
电机转矩可独立控制与测量、便于实现多样的整车动
力学控制等优点，因而采用
轮毂电机驱动的电动轮系统成为各科研机构和公司的研发热点。
[0003] 在电动轮系统中，
制动系统具有重要意义，虽然一般的轮毂电机可以为电动轮系统提供较充足的制动力，但在紧急制动和低速等场合，机械制动的作用仍然非常重要，高可靠性的机械制动系统是电动轮系统的重要组成部分。而电动轮系统的紧凑布置，又对制动系统提出了相比于常规车辆更高的可靠性、紧凑性要求，且机械制动系统的温升对于电动轮的电机、密封等部件的影响应当通过合理的结构布置和设计被尽可能降低。在现有的电动轮技术中的，有以下几类机械制动系统的方案：
盘式制动器、
鼓式制动器、湿式制动器等。
[0004] 其中，盘式制动器的问题有：将盘式制动器用于电动轮，需要为电动轮特别制造盘式制动器，因而开发成本高；其次，盘式制动器的卡钳占用的周向尺寸较大，在电动轮紧凑的空间内难以布置。鼓式制动器的问题有：将鼓式制动器布置在轮毂电机
转子的内部，会导致鼓式制动器的
散热条件恶化；而且，传统鼓式制动器的促动机构以及回位机构也难以在电动轮紧凑的空间内进行布置。
[0005] 而湿式制动器在相比之下的优势有：可以将湿式制动器和轮毂电机、减速器进行一体化油冷，从而解决制动器散热条件恶化的问题；多片式的湿式制动器在圆周方向尺寸均匀，可以节省空间。
[0006] 但是，目前在电动轮中采用湿式制动器的技术仍不成熟，还有较大的发展空间。
[0007] 在现有的湿式制动器技术中，多采用湿式多片制动器的方案。
[0008] 舍弗勒就采用了多片湿式制动器作为轮毂电机的减速器，将制动器布置在减速器之后。
[0009] 由于制动器布置在低速级，故制动器需要提供较大的制动力，为了提供较大的制动力，制动器内部需要较大的轴向力，这会对电动轮结构的强度带来不利影响。
[0010] 在舍弗勒的混合动力模
块中，采用了杠杆机构来形成
离合器所需要的压紧力。这种布置方式可以抵消轴向力对系统结构的影响，但是该方案中杠杆机构布置浪费了较大的空间，不适用于对空间要求很高的电动轮系统。
[0011] 在中国
专利号为ZL2019101670982的《一种采用鼓式制动器的电动轮总成》中公开了一种采用鼓式制动器的电动轮总成，虽然各壳体不承受相应
载荷，利于相应结构的轻量化，也减小了
车轮载荷对电机性能的影响；但在由于
转向节套筒等部件的设置，在电动轮内侧(靠近制动器一侧)的部件较多因而导致轴向尺寸较大，甚至大幅超出了轮胎的厚度。
[0012] 为解决上述
现有技术中的问题与
缺陷，提出一种不采用多片式湿式制动器方案的电动轮，解决了当所需制动力增大时，电动轮轴向尺寸和结构强度难以同时保证的问题。
发明内容
[0013] 针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种采用湿式制动器的电动轮，其特征在于，包括：轮胎、
轮辋、轮毂、湿式制动器、内转子轮毂电机、行星
齿轮减速器和电机壳体，其中轮胎安装于轮辋外，轮辋的轴向一端安装有辐板，轮毂与轮辋的辐板外侧相连；空心盘状结构的辐板固接于轮辋径向的内侧，且位于轮辋轴向的外端；内转子轮毂电机和湿式制动器都安装于电机壳体内，内转子轮毂电机位于行星齿轮减速器轴向的内侧，湿式制动器位于内转子轮毂电机径向的内侧；
[0014] 所述电机壳体由
定子壳体、内端盖和外端盖组成；其中定子壳体为无端面的筒状结构，定子壳体的轴向内侧安装有圆盘状的内端盖，定子壳体的轴向外侧顺序连接有外端盖和行星齿轮减速器的减速器壳体；轮毂从内转子轮毂电机和湿式制动器的中心穿过。
[0015] 所述内转子轮毂电机包括定子、绕组、转子和转子套筒，其中定子安装于定子壳体内，绕组缠绕在定子上，转子固接于转子套筒周向外侧的中部，转子套筒为套筒状结构，其外端与行星齿轮减速器的
太阳轮固接；转子套筒径向的内侧和外侧分别通过轮毂
轴承和转子轴承与轮毂和电机壳体相连。
[0016] 所述内端盖上设有三相线出口和
信号线出口，内转子轮毂电机的绕组从三相线出口伸出，低压信号线从信号线出口伸出。
[0017] 所述湿式制动器包括：
制动蹄、制动顶杆、制动蹄安装销、销钉、C形
弹簧、滚轮和肋板；其中两个制动蹄安装销固接于内端盖的外侧，制动蹄与标准的鼓式制动器制动蹄结构形式一致，其轴向厚度可以根据实际应用场合调整，制动器
摩擦片安装在制动蹄的外周面；每个制动蹄有两层肋板，两层肋板之间装有销钉；C形弹簧加装在制动蹄两层肋板之间，卡在两层肋板中间的销钉的外侧。
[0018] 制动蹄安装销和滚轮分别安装于制动蹄的两端，制动蹄安装销的轴线与制动蹄的径面垂直，滚轮的轴线与制动蹄的径面平行，制动顶杆位于两个滚轮之间，制动顶杆的两侧面分别与两个滚轮
接触连接。
[0019] 所述制动顶杆的两侧面对称。
[0020] 所述制动顶杆由对称线共线的头部矩形、中部梯形和尾部杆件顺序一体固接组成；制动顶杆由头部矩形与中部梯形的连接处与滚轮相接触或者由头部矩形与滚轮相接触。
[0021] 所述尾部杆件从内端盖的开口中穿过，并在内端盖开口附近的外侧设有安装口以安装制动气室
支架，制动气室支架与内端盖的连接部分为端部具有
法兰面的筒状结构，制动气室支架套于制动顶杆的尾部杆件外；在制动气室支架上安装制动气室。
[0022] 所述中部梯形的两斜边为直线或弧线。
[0023] 所述行星齿轮减速器布置在辐板与电机壳体之间，与电机壳体的外端盖一起安装于定子壳体上。
[0024] 所述行星齿轮减速器包括：太阳轮、
行星轮、齿圈、减速器壳体和
行星架，行星齿轮减速器的输入为太阳轮，输出为行星架，行星架一体集成到轮毂上，为轮毂的一部分；行星轮通过行星轮销安装在行星架上，行星轮销的外端穿过行星架的安装孔和辐板的开口，其外侧一端设置
螺纹以将行星架和辐板固定在一起，同时将行星轮销的外侧一端固定在行星架上，行星轮销的另一端通过弹性挡圈固定在行星架盘上。
[0025] 本发明的有益效果在于：
[0026] 1.内转子轮毂电机和湿式制动器具有中空的筒状结构，轮毂可以从中间穿过，合理利用了轮辋内部的径向空间，也使得轮毂轴承的布置中心
位置和跨距较为合理，利于整个电动轮的承载。
[0027] 2.施加在轮辋的作用力，经由辐板、与行星齿轮减速器的行星架一体化集成的轮毂、轮毂轴承、转子套筒、转子轴承、电机壳体，传递至
悬架系统，承力路径合理，结构强度高；减速器壳体等部件不承受相应载荷，而只是主要传递
扭矩，利于相应结构的轻量化。
[0028] 3.将制动器布置在电动轮的高速端且采用湿式制动器，由于制动器布置在高速端，制动器提供的机械制动力矩可以经由行星齿轮减速器放大后作用至轮辋，所需的制动器制动力有所减小，利于制动器的轻量化，而湿式制动器被包络在电机转子内，转子内壁外形规则，轴向尺寸便于控制，适宜安放在高速端与车轮内侧，且相较于传统鼓式制动器所需要的设计变更比电动轮盘式制动器相较于传统盘式制动器更少，利于与电动轮整体集成，另外，相对盘式制动器方案，本发明提出的湿式制动器具有成本优势。相比传统多片湿式制动器，本发明提出的湿式制动器促动机构结构简单，占用电动轮内部空间少。
[0029] 4.可以实现行星齿轮减速器、内转子轮毂电机以及湿式制动器的一体化冷却，在一体化的冷却润滑方案下，内转子轮毂电机的峰值与持续状况下的输出转矩和输出功率可以得到极大提升，行星齿轮减速器的冷却润滑状态、整个电动轮总成的集成度也可得到提升。
[0030] 5.可以采用机电混合制动的模式，湿式制动器主要用于紧急制动、低速、
电池系统满电等情况，其使用时长、制动强度都有所减少，制动散热的需求也有所降低，而本专利的湿式制动器由于安装在高速端，其整体尺寸可以设计得较小，而且实现了与电机的一体化冷却，其散热问题得到改善。
[0031] 6.行星齿轮减速器的行星轮采用分级塔式齿轮，一方面提高了单级行星齿轮减速器的
传动比，保证了电动轮总成的输出转矩，另一方面在保证减速比达到要求的情况下，这种布置方式有效减小了行星齿轮减速器的轴向长度，使得内转子轮毂电机与行星齿轮减速器的轴向长度之和不致过长，可以布置在辐板和内侧轮辋所限定的空间中，也使得轮毂轴承的整体位置不致过于靠近轮胎外侧，再加上辐板为空心盘状结构，使得轮毂和车轮
支撑轴等可以从其中穿过，两个轮毂轴承布置的中心位置和跨距可以比较合理，利于电动轮的承载。
附图说明
[0032] 图1为本发明一种采用湿式制动器的电动轮
实施例的结构简图；
[0033] 图2为本发明实施例中湿式制动器和电机壳体的局部剖面图；
[0034] 图3为本发明实施例中湿式制动器的三维示意图；
[0035] 图4为本发明实施例中行星齿轮减速器的结构简图。
[0036] 图中：
[0037] 2-湿式制动器，3-内转子轮毂电机，4-行星齿轮减速器，5-电机壳体，6-制动气室支架，7-制动气室，11-轮胎，12-轮辋，13-轮毂，14-辐板，21-制动蹄，22-制动顶杆，23-制动蹄安装销，24-销钉，25-C形弹簧，26-滚轮，27-肋板，31-定子，32-转子套筒，33-转子，41-太阳轮，42-行星轮，43-齿圈，44-减速器壳体，45-行星架，46-行星架盘，47-行星轮销，51-定子壳体，52-内端盖，53-外端盖，221-头部矩形，222-中部梯形，223-尾部杆件，131-轮毂轴承，331-转子轴承。
具体实施方式
[0038] 以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0039] 如图1～图4所示的本发明实施例，包括：轮胎11、轮辋12、轮毂13、湿式制动器2、内转子轮毂电机3、行星齿轮减速器4和电机壳体5，其中轮胎11安装于轮辋12外，轮辋12的轴向一端安装有辐板14，轮毂13与轮辋12的辐板14外侧相连；空心盘状结构的辐板14固接于轮辋12径向的内侧，且位于轮辋12轴向的外端(远离辐板14的一侧为电动轮轴向的内侧，将靠近辐板14的一侧为轴向的外侧)；
[0040] 电机壳体5由定子壳体51、内端盖52和外端盖53组成；其中定子壳体51为无端面的筒状结构，定子壳体51的轴向内侧安装有圆盘状的内端盖52，定子壳体51的轴向外侧顺序连接有外端盖53和行星齿轮减速器4的减速器壳体44；湿式制动器2位于内转子轮毂电机3的内侧；轮毂13从内转子轮毂电机3和湿式制动器2的中心穿过。
[0041] 如图1和图2所示的内转子轮毂电机3为永磁同步电机，包括定子31、绕组、转子33和转子套筒32，其中定子31安装于定子壳体51内，绕组(三相线)缠绕在定子31上，转子33固接于转子套筒32周向外侧的中部，转子套筒32为内转子轮毂电机3的动力输出端，转子套筒32为套筒状结构，其外端与行星齿轮减速器4的太阳轮41固接，转子套筒32与太阳轮41的轴线共线；内端盖52上设有三相线出口和信号线出口，内转子轮毂电机的绕组从三相线出口伸出，低压信号线从信号线出口伸出；转子套筒32径向的内侧和外侧分别通过轮毂轴承131和转子轴承331与轮毂13和电机壳体5相连；具体的，转子套筒3径向外侧的轴向外侧和轴向内侧分别与外端盖53和内端盖52通过转子轴承331轴承连接；
[0042] 在本实施例中，低压信号线包括但不限于旋转
变压器、电机
温度传感器等传感器的低压信号线。
[0043] 如图1～图3所示的湿式制动器2包括：制动蹄21、制动顶杆22、制动蹄安装销23、销钉24、C形弹簧25、滚轮26和肋板27；其中两个制动蹄安装销23与固接于内端盖52上；其轴向厚度可以根据实际应用场合调整，制动器摩擦片安装在制动蹄21的外周面；每个制动蹄21有两层肋板27，两层肋板27之间装有销钉24；C形弹簧25设置于制动蹄21内，且周向上位于两个制动蹄21之间，C形弹簧25加装在制动蹄两层肋板之间，卡在两层肋板中间的销钉24的外侧。
[0044] 制动蹄安装销23和滚轮26分别安装于制动蹄21的两端，制动蹄安装销23的轴线与制动蹄21的径面垂直，滚轮26的轴线与制动蹄21的径面平行，制动顶杆22位于两个滚轮25之间，且由于C形弹簧25的作用，制动顶杆22的两侧面分别与两个滚轮25接触连接；且制动顶杆22的两侧面对称；
[0045] 制动顶杆22由对称线共线的头部矩形221、中部梯形222和尾部杆件223顺序一体固接组成；其中头部矩形221和中部梯形222为拥有侧面的块状结构，尾部杆件223为矩形块或圆柱体；在自然状态下，制动顶杆22由头部矩形221与中部梯形222的连接处与滚轮26相接触或者由头部矩形221与滚轮相接触。
[0046] 在电机壳体5的内端盖52上，设有开口供制动顶杆22的尾部杆件223从开口中穿过，并在内端盖52开口附近的外侧设有安装口以安装制动气室支架6，制动气室支架6与内端盖52的连接部分为端部具有法兰面的筒状结构，制动气室支架6套于制动顶杆22的尾部杆件223外；在制动气室支架6上安装制动气室7。
[0047] 在本实施例中，制动蹄21与标准的鼓式制动器制动蹄结构形式一致，但滚轮26的轴线与转子33内壁
制动鼓的轴线
正交；
[0048] 在本实施例中，制动顶杆22外侧轴端形状为对称的箭头形状，但是制动顶杆外侧轴端的箭头形状的两边(即中部梯形222的两斜边)可以是直线，也可以是弧线，可以根据湿式制动器的张开过程进行具体的优化设计。
[0049] 机械制动过程开始时(制动时)，制动气室7推动制动顶杆22运动，制动顶杆22的中部梯形222推动两侧的滚轮26，使得两个滚轮26的间距增加，从而推动两个制动蹄21逐渐张开，使得制动蹄21上的摩擦片(
摩擦材料)与内转子轮毂电机3的转子33内壁的制动鼓之间产生
摩擦制动力；当机械制动过程结束后，制动顶杆22退回原位，C形弹簧25的预紧力作用于销钉24，带动制动蹄21收回原位。
[0050] 如图1和图4所示的行星齿轮减速器4布置在辐板14与电机壳体5之间，与电机壳体5的外端盖53一起安装于定子壳体51上；行星齿轮减速器4包括：太阳轮41、行星轮42、齿圈
43、减速器壳体44和行星架45，行星齿轮减速器的输入为太阳轮41，输出为行星架45，行星架45一体集成到轮毂13上，为轮毂13的一部分；内转子轮毂电机3安装于电机壳体5内，且位于行星齿轮减速器4轴向的内侧，湿式制动器2也安装于电机壳体5的内；且位于内转子轮毂电机3的径向内侧。
[0051] 行星齿轮减速器的行星轮42在与太阳轮41
啮合的同时，与齿圈43啮合。
[0052] 在本实施例中，行星轮42为多个，行星轮42通过行星轮销47支撑在行星架45上，行星轮42和行星轮销47之间设有行星轮轴承；行星轮销47的外端穿过行星架45的安装孔和辐板14的开口，其外侧一端设置螺纹以将行星架45和辐板14固定在一起，同时将行星轮销47的外侧一端固定在行星架45上，行星轮销47的另一端通过弹性挡圈固定在行星架盘46上。由于设有行星架盘46，避免了行星轮销47成为悬臂结构，提高了行星轮销47的支撑
刚度，有利于提高行星齿轮减速器的传动
精度和减轻噪声振动。
[0053] 在本实施例中，行星架盘46与行星架45一体制造，全部集成到轮毂上，但是也可以分开制造。
[0054] 每个行星轮42可为分级的塔式齿轮结构，均包括初级齿轮与太阳轮41啮合，次级齿轮与初级齿轮同轴设置且与齿圈43啮合，次级齿轮的齿数小于初级齿轮的齿数。采用了变结构的分级塔式行星齿轮，从太阳轮41到与行星架45的传动比可以有效提高，具体计算公式为：
[0055]
[0056] 其中，如图4所示，其中太阳轮41的齿数为z1，行星轮42的初级齿轮的齿数为z2，行星轮42的次级齿轮的齿数为z3，齿圈43的齿数为z4。
[0057] 采用分级塔式齿轮形式的行星轮42，一方面，可以提高单级行星齿轮减速器的传动比，保证了电动轮总成的输出转矩，或在同样的电动轮目标峰值输出转矩下，可以选用峰值转矩更小的轮毂电机，对电机的设计要求更低，也利于电机的轻量化；另一方面，相比多级传动的方案，可以在保证传动比足够大的情况下，有效减少行星齿轮减速器的轴向尺寸，使得内转子轮毂电机与行星齿轮减速器的轴向长度之和不致过长，完全布置在辐板14和内端盖52之间的空间中。
[0058] 减速器壳体44安装在齿圈43的径向外侧，为阶梯状套筒结构，其外周面上布置加强肋；减速器壳体44直径较大的一端与内转子轮毂电机连接。
[0059] 对内转子轮毂电机3采用喷油冷却，通过设置于定子壳体51上的
冷却液进口与冷却液出口，实现对内转子轮毂电机3的喷油冷却。
[0060] 或者，对内转子轮毂电机3、行星齿轮减速器4、湿式制动器2与轮毂轴承131采用一体化冷却润滑。一体化冷却润滑为在内转子轮毂电机3的外端盖53上设置开孔，使由冷却液进口进入内转子轮毂电机3以及湿式制动器2的冷却油进入行星齿轮减速器4，并从行星轮42和轮毂轴承131间进入轮毂13内部空间，再回流至行星齿轮减速器4和内转子轮毂电机3的底部，通过内转子轮毂电机3底部的冷却液出口流出。
[0061] 在外端盖53开孔的上设置有过滤网与
吸附永磁体对金属磨屑进行过滤与吸附。
[0062] 由于电机转子连接在转子套筒32上，而转子套筒32的另一端又同时连接行星齿轮减速器4的输入端，这样机械制动的摩擦转矩经过行星齿轮减速器4增大之后才传递到轮辋12，使得同等条件下湿式制动器2需要提供的机械制动摩擦转矩可以更小，即制动蹄21的半径更小，因此被允许设置于电机转子33径向的内侧。而且，除去径向方向外，在轴向方向的尺寸上，湿式制动器2同样具有优势。相较于盘式制动器，湿式制动器2轴向厚度均匀，便于控制轴向尺寸，而盘式制动器往往具有轴向尺寸较长的制动卡钳，不利于向电动轮集成，即便是全盘式制动器，其轴向尺寸相对湿式制动器2也不具备优势。
[0063] 由于电机转子连接在转子套筒上，湿式制动器2的机械制动力可以经行星齿轮减速器4放大，所需的促动力也会小于机械制动力未经放大的情况，因而制动气室7等促动机构的尺寸可以减小，使其布置在电动轮总成的电机壳体5内，与电机壳体5集成，提高系统的集成度，为
车身中部节省更多空间。
[0064] 在这种结构下，施加在轮辋12的作用力，经由辐板14、与行星齿轮减速器4的行星架45一体化集成的轮毂13、轮毂轴承131、转子套筒、转子轴承331、电机壳体5，传递至悬架系统，承力路径合理，结构强度高；减速器壳体44等部件不承受相应载荷，而只是主要传递扭矩，利于相应结构的轻量化。
[0065] 在车辆驱动时，依据整车控制的方法，电机
控制器将
电流通过三相线通入内转子轮毂电机3的绕组，内转子轮毂电机3产生转矩带动转子套筒转动，转子套筒通过端部的太阳轮41将动力输入行星齿轮减速器4，经过行星齿轮减速器4的减速增扭，将动力通过行星架45输出，行星架45即为电动轮总成的轮毂13，通过轮毂13将动力传递到与之相连的辐板14，从而带动轮辋12和轮胎11转动。
[0066] 在车辆制动时，采用机电混合制动的模式，作用在车轮上的制动力由内转子轮毂电机3和湿式制动器2共同提供，其中内转子轮毂电机3产生
电制动力，湿式制动器2产生机械制动力。车辆在高速行驶时的制动力主要由内转子轮毂电机3提供，而在低速行驶时或紧急制动下的制动力由内转子轮毂电机3与湿式制动器2共同提供或仅由湿式制动器2提供，可以通过一定的控制
算法实现机械制动与电制动之间的协调控制，在保证安全的前提下实现制动
能量回收。
[0067] 例如，按照一定的机电混合制动控制算法，当车辆行驶速度高于某一车速时且驾驶员输入的制动
踏板动作满足一定条件，由内转子轮毂电机3产生电制动转矩，通过转子套筒输出，经由行星齿轮减速器4、轮毂13作用到轮辋12上，起到制动作用。当车辆行驶速度低于某一车速且制动踏板动作满足一定条件时，湿式制动器2和内转子轮毂电机3都工作，控制制动气室7推动制动顶杆，推动制动蹄21张开产生摩擦制动力，作用在电机转子上的机械制动力同样作用到转子套筒上，并经由行星齿轮减速器4的减速增扭作用到轮辋12上，起到制动作用。当车辆速度低于某一车速、或者制动踏板动作满足一定条件、或者动力电池的SOC高于一定限值接近满电时，电制动力撤销，仅由湿式制动器2产生制动力实现车辆的制动。另外，当制动踏板动作满足紧急制动的一定条件时，在车速较高的情况下同样可以控制湿式制动器2产生机械制动力。
[0068] 本发明的采用湿式制动器2的电动轮总成提供了一种功率和转矩
密度高、轻量化
水平高、各部件承载合理的轮毂13电机减速驱动的电动轮构型，在兼顾动力性、效率、密封和散热的情况下，尽量降低了总
质量。
