CN114499039A - 一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成 - Google Patents

一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成 Download PDF

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CN114499039A CN202210357225.7A CN202210357225A CN114499039A CN 114499039 A CN114499039 A CN 114499039A CN 202210357225 A CN202210357225 A CN 202210357225A CN 114499039 A CN114499039 A CN 114499039A
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靳博豪
董增辉
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Abstract

本发明属于电动轮技术领域，具体为一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，包括轮轴、轮辋法兰和轮辋，其特征在于，所述车轮总成还包括：轮毂电机模块，所述轮毂电机模块安装在轮辋形成的空腔内，所述轮毂电机模块包括定子总成和转子总成，所述定子总成通过转动件安装在轮轴上，所述转子总成安装在定子总成形成的空腔内，并固定安装在轮轴上；所述定子总成，还通过固定件连接远离所述转子总成一侧的转向节，用于将所述定子总成所承受的来自所述轮轴的力传递给车体，其结构合理，提供一种集成度更高的车轮结构，同时优化车轮内部驱动机构和制动机构的受力问题。

Description

一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成
技术领域
本发明涉及电动轮技术领域，具体为一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成。
背景技术
在新能源快速发展的大背景下，电动轮技术飞速发展，电动轮可以独立实现轮胎的驱动和制动。相对于传统燃油车而言，电动轮可以代替发动机、减速器和传动轴等复杂装置，这可以大大提升传动效率，在一定程度上起到节约能源的作用，同时也极大简化汽车的底盘结构，构造出一种未来新能源汽车的底盘新构型；电动轮的驱动和制动均以电力为能源，具有环保无污染、能量来源多样化的特点，同时也对未来汽车智能化奠定基础。
电动轮需要同时具有驱动和制动的功能，传统电动轮的轮毂电机、减速机构和制动器多轴向并排安装，这会使电动轮占用的轴向空间变大，导致转向和悬架系统安装空间减小，间接恶化车辆的行驶性能；除此之外，电动轮受力复杂，轮胎内的轮毂电机、减速机构和制动器工作条件恶劣，这会影响到轮毂电机和制动器的可靠性，影响车辆行驶的安全性。
为此，我们提出一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成解决上述问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，提供一种集成度更高的车轮结构，同时优化车轮内部驱动机构和制动机构的受力问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其包括轮轴、轮辋法兰和轮辋；
其中，还包括：
轮毂电机模块，所述轮毂电机模块安装在轮辋形成的空腔内，所述轮毂电机模块包括定子总成和转子总成，所述定子总成通过转动件安装在轮轴上，所述转子总成安装在定子总成形成的空腔内，并固定安装在轮轴上；
所述定子总成，还通过固定件连接远离所述转子总成一侧的转向节，用于将所述定子总成所承受的来自所述轮轴的力传递给车体；
行星齿轮模块，所述行星齿轮模块安装在所述定子总成形成的空腔内，并通过转动件安装在轮轴上，所述行星齿轮模块还通过固定件连接所述轮辋法兰；
所述轮辋法兰通过固定件和轮辋固定在一起，并通过转动件安装在轮轴上；
制动模块，所述制动模块安装在所述定子总成远离所述行星齿轮模块一侧，用于制动所述轮毂电机模块。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述固定件包括螺钉、螺栓、螺母，所述螺母用于安装在所述螺栓一端，并与其螺纹连接。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述定子总成包括定子支架、定子套、定子端盖和定子绕组，所述定子支架、定子套和定子端盖通过所述螺钉连接，且形成所述空腔，所述定子绕组均匀安装在所述定子套内表面凹槽内，并与所述转子总成相对安装。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述转子总成包括转子和永磁体，所述永磁体均匀安装在所述转子的外表面凹槽内，用于与所述定子绕组相互作用，带动所述轮轴转动，所述转子和所述定子支架之间还装有密封件。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述行星齿轮模块包括：
一级行星减速器，所述一级行星减速器安装在所述定子套远离所述转子总成的一侧；
二级行星减速器，所述二级行星减速器安装在所述一级行星减速器远离转子总成的一侧。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述一级行星减速器包括一级行星轮系、一级太阳轮和一级齿圈，所述一级行星轮系包括一级行星架、一级行星齿轮、一级行星齿轮轴和一级行星齿轮轴承，所述一级行星架与所述转子和所述定子套之间均安装有密封件，所述一级齿圈安装在所述定子套上，所述一级太阳轮与所述轮轴为一体化制造，使所述一级太阳轮和所述轮轴能一起转动，从而带动所述一级行星轮系转动，将动力传递到所述一级行星架。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述二级行星减速器包括二级行星轮系、二级太阳轮和二级齿圈，所述二级行星轮系包括二级行星架、二级行星齿轮、二级行星齿轮轴和二级行星齿轮轴承，所述二级齿圈安装在所述定子套上，所述二级行星架通过轮辋法兰固定螺钉与所述轮辋法兰连接，所述二级太阳轮与所述一级行星架为一体化制造，使所述二级太阳轮可以与所述一级行星架一起转动，从而带动所述二级行星架转动，最后将动力输出给所述轮辋法兰。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述制动模块包括制动盘，制动卡钳和卡钳支架，所述制动盘通过制动盘固定螺钉固定安装在所述轮轴上，所述卡钳支架通过卡钳支架固定螺钉安装在所述定子支架上，所述制动卡钳安装在所述定子支架上，所述制动卡钳上的卡钳衬块悬浮在所述制动盘两侧，用于进行所述轮毂电机模块的制动。
作为本发明所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种优选方案，其中：所述转动件由前密封端盖和后密封端盖预紧和密封，所述前密封端盖由锁紧螺母实现夹紧，并且在所述轮辋法兰和所述轮轴之间均安装有密封件，所述后密封端盖由所述制动盘固定螺钉进行夹紧，并且在所述定子支架和所述轮轴之间均安装有密封件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供了一种集成度更高的车轮总成，轮毂电机安装在轮辋的空腔内，行星减速器和制动器均安装在轮毂电机中定子总成形成的空腔内，这极大节省了轴向空间的占用，方便汽车转向和悬架系统的安装。
2.本发明所提供车轮总成中的轮毂电机和行星减速器只受到驱动或制动转矩作用，不会承受来自车轮的其他复杂力作用，这极大优化了轮毂电机和行星减速器的受力问题，提高了汽车行驶的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1本发明所提供的车轮总成的立体结构图；
图2本发明所提供的车轮总成的全剖视图；
图3本发明所提供的车轮总成的全剖视图；
图4本发明所提供的制动器安装的爆炸示意图；
图5本发明所提供的定子立体视图；
图6本发明所提供的定子立体视图。
图中：1-轮辋，2-定子端盖，3-轮辋法兰，4-圆锥滚子轴承Ⅰ，5-前密封端盖，6-锁紧螺母，7-轮轴，7a-一级太阳轮，8-圆锥滚子轴承Ⅱ，9-二级太阳轮，9a-一级行星架Ⅱ，10-二级行星架，11-二级行星齿轮轴承，12-二级行星齿轮，13-二级齿圈，14-一级齿圈，15-一级行星齿轮，16-一级行星齿轮轴承，17-一级行星架Ⅰ，18-圆锥滚子轴承Ⅲ，19-圆锥滚子轴承Ⅳ，20-制动盘固定螺钉，21-转向节，22-制动盘，23-定子支架，23a-第一导杆孔，23b-第二导杆孔，23c-第一卡钳衬块卡槽，24-转子，25-转向节固定螺钉，26-永磁体，27-定子绕组，28-定子套，29-定子端盖固定螺钉，30-密封圈Ⅰ，31-二级行星齿轮轴，32-卡环，33-轮辋法兰螺钉，34-圆锥滚子轴承Ⅴ，35-密封圈Ⅱ，36-密封圈Ⅲ，37-圆锥滚子轴承Ⅵ，38-轮胎螺母，39-弹簧垫片，40-轮胎螺栓，41-密封圈Ⅳ，42-一级行星齿轮轴，43-密封圈Ⅴ，44-密封圈Ⅵ，45-密封圈Ⅶ，46-后密封端盖，47-密封圈Ⅷ，48-套筒，49-制动卡钳，49a-第一导杆，49b-第二导杆，49c-第一卡钳衬块，49d-第二卡钳衬块，50-定子套固定螺钉，51-卡钳支架，51a-第一通孔，51b-第二通孔，51d-第二卡钳衬块卡槽，52-卡钳支架固定螺钉。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明提供如下技术方案：一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，在使用过程中，提供一种集成度更高的车轮结构，同时优化车轮内部驱动机构和制动机构的受力问题；
图1至图6示出的是本发明一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成的一种实施例，根据附图1-6对本发明结构方案进行详细的介绍；
根据附图1-3，转向节21通过转向节固定螺钉25固定在定子支架23上，定子套28通过定子套固定螺钉47固定在定子支架23上，定子支架23通过圆锥滚子轴承Ⅲ18、圆锥滚子轴承Ⅳ19安装在轮轴7上，保证定子支架23与轮轴7可以相对转动，制动盘22、转子24均通过过盈配合安装在轮轴7的对应位置上，保证制动盘22、转子24和轮轴7共同转动或静止；转子24在轴向上通过其右侧轮轴7上轴肩定位，圆锥滚子轴承Ⅲ18右侧紧靠转子24实现轴向定位，定子支架23紧靠其右侧圆锥滚子轴承Ⅲ18，圆锥滚子轴承Ⅳ19右侧紧靠定子支架23，后密封端盖46紧靠在圆锥滚子轴承Ⅳ19上，制动盘22靠在其右侧后密封端盖46上实现轴向定位，制动盘22通过制动盘固定螺钉20紧固在轮轴7上，同时对后密封端盖46、圆锥滚子轴承Ⅳ19、定子支架23、圆锥滚子轴承Ⅲ18和转子24实现夹紧；定子套28内表面凹槽内均匀安装着定子绕组27，转子24外表面槽内均匀固定着永磁体26，轮毂电机工作时，定子绕组27与永磁体26相互作用，驱动转子24转动，同时带动轮轴7和制动盘22一起转动；在后密封端盖46和定子支架23之间安装有密封圈Ⅶ45，在后密封端盖46与轮轴7之间安装有密封圈Ⅷ47，定子支架23与转子24之间也安装有密封圈Ⅵ44，保证了圆锥滚子轴承Ⅲ18和圆锥滚子轴承Ⅳ19工作空间的密闭性。
根据附图2-3，行星减速机构共有两级，一级齿圈14固定在定子套28上，一级太阳轮7a与轮轴7为一体化制造，一级行星架Ⅱ9a与二级太阳轮9为一体化制造，通过圆锥滚子轴承34Ⅴ和圆锥滚子轴承37Ⅵ安装在轮轴7上，保证一级行星架9a、二级太阳轮9与轮轴7可以相对转动，一级行星齿轮轴42右侧轴肩紧靠在一级行星架Ⅱ9a上，一级行星齿轮轴承16安装在一级行星轮轴42上，一级行星轮15安装在一级行星齿轮轴承16上，一级行星架Ⅰ17紧靠在一级行星齿轮轴42左侧轴肩上，并通过螺钉与一级行星齿轮轴Ⅱ9a固定在一起，一级行星架Ⅰ17还分别与定子套28、转子24之间安装有密封圈Ⅳ41、密封圈Ⅴ43，与密封圈Ⅵ44共同保证了轮毂电机工作的密闭性；二级齿圈13固定在定子套28上，二级行星架10通过过渡配合安装在轮辋法兰3上，其右侧紧靠轮辋法兰3端面，并通过轮辋法兰螺钉33紧固在轮辋法兰3上，二级行星齿轮轴承11右侧紧靠二级行星架10，二级行星齿轮轴31穿过二级行星齿轮轴承11插入二级行星架10的对应孔中，其左侧轴肩紧靠在二级行星齿轮轴承32上，并通过卡环32完成固定，二级行星齿轮12安装在二级行星齿轮轴承11上；定子端盖2通过定子端盖固定螺钉29与定子套28固定在一起，定子端盖2还与轮辋法兰3之间安装有密封圈Ⅰ30，轮辋1通过轮胎螺栓40、轮胎螺母38和弹簧垫片39与轮辋法兰3连接在一起，其中，轮辋法兰3与轮胎螺栓40之间为过盈配合，轮辋法兰3通过圆锥滚子轴承Ⅰ4和圆锥滚子轴承Ⅱ8安装在轮轴7上，保证轮辋法兰3及和其固连的部件可以与轮轴7之间相对转动；套筒48紧靠其左侧轮轴7上轴肩，套筒48、圆锥滚子轴承Ⅳ37、二级太阳轮9、圆锥滚子轴承Ⅲ34、圆锥滚子轴承Ⅱ8、轮辋法兰3、圆锥滚子轴承Ⅰ4和前密封端盖5依次向左紧靠前者，实现各自的轴向定位，最后均通过锁紧螺母6实现夹紧固定，前密封端盖5还分别与轮轴7、轮辋法兰3之间安装有密封圈Ⅱ35、密封圈Ⅲ36；密封圈Ⅰ30、密封圈Ⅱ35、密封圈Ⅲ36、密封圈Ⅳ41和密封圈Ⅴ43共同保证了行星减速机构工作的密闭性。
根据附图3-6，定子支架23上有第一导杆孔23a、第二导杆孔23b和第一卡钳衬块卡槽23c，卡钳支架51通过卡钳支架固定螺钉52固定在定子支架23上，制动卡钳49上第一导杆49a、第二导杆49b分别穿过卡钳支架51上第一通孔51a、第二通孔51b插入定子支架23上的第一导杆孔23a、第二导杆孔23b中，使制动卡钳上第一卡钳衬块59c、第二卡钳衬块59d分别卡在定子支架23上第一卡钳衬块卡槽23c、卡钳支架51上第二卡钳衬块卡槽51d内，保证制动卡钳49上卡钳衬块所受力可以传递到定子支架23和卡钳支架51上，制动盘安21装在制动卡钳49上第一卡钳衬块49c和第二卡钳衬块49d之间，在车辆未制动时，第一卡钳衬块49c和第二卡钳衬块49d悬浮在制动盘21两侧，在车辆制动时，第一卡钳衬块49c和第二卡钳衬块49d紧压在制动盘21上，构成浮钳盘式刹车系统。
下面会本发明所述方案的工作原理进行介绍。
在车辆正常行驶时，定子套28上的定子绕组27和转子24上的永磁体26之间相互作用，驱动转子24转动，带动轮轴7和制动盘22转动，一级太阳轮7a转动带动一级行星减速机构转动，将动力传递到二级太阳轮9，二级太阳轮9驱动二级行星减速机构转动，将动力传递到轮辋法兰10上，最后带动轮辋1转动，使车辆正常行驶，此时，制动卡钳49不工作，不产生制动力。在车辆制动时，制动卡钳49工作，两卡钳衬块紧压在制动盘21上，产生摩擦力，制动盘21和轮轴7转速下降，通过行星齿轮减速器，最后使轮辋1转速下降，从而达到车辆减速的目的。
最后对车轮总成内部受力情况进行分析。
车轮所受的来自地面的纵向力、横向力和垂向力通过轮辋1、轮辋法兰3和圆锥滚子轴承Ⅰ4、圆锥滚子轴承Ⅱ8直接传递到轮轴7上，轮轴7上的力可以通过圆锥滚子轴承Ⅴ18、圆锥滚子轴承Ⅵ19直接传递给定子支架23上，最后通过转向节21将力传递给车辆的悬架系统；轮毂电机和行星减速器部分均只承受来自车轮的转矩作用。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：包括轮轴(7)、轮辋法兰(3)和轮辋(1)；
其中，还包括：
轮毂电机模块，所述轮毂电机模块安装在轮辋(1)形成的空腔内，所述轮毂电机模块包括定子总成和转子总成，所述定子总成通过转动件安装在轮轴(7)上，所述转子总成安装在定子总成形成的空腔内，并固定安装在轮轴(7)上；
所述定子总成，还通过固定件连接远离所述转子总成一侧的转向节(21)，用于将所述定子总成所承受的来自所述轮轴(7)的力传递给车体；
行星齿轮模块，所述行星齿轮模块安装在所述定子总成形成的空腔内，并通过转动件安装在轮轴(7)上，所述行星齿轮模块还通过固定件连接所述轮辋法兰(3)；
所述轮辋法兰(3)通过固定件和轮辋(1)固定在一起，并通过转动件安装在轮轴(7)上；
制动模块，所述制动模块安装在所述定子总成远离所述行星齿轮模块一侧，用于制动所述轮毂电机模块。
2.根据权利要求1所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述固定件包括螺钉、螺栓、螺母，所述螺母用于安装在所述螺栓一端，并与其螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述定子总成包括定子支架(23)、定子套(28)、定子端盖(2)和定子绕组(27)，所述定子支架(23)、定子套(28)和定子端盖(2)通过螺钉连接，且形成空腔，所述定子绕组(27)均匀安装在所述定子套(28)内表面凹槽内，并与所述转子总成相对安装。
4.根据权利要求1所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述转子总成包括转子(24)和永磁体(26)，所述永磁体(26)均匀安装在所述转子(24)的外表面凹槽内，用于与所述定子绕组(27)相互作用，带动所述轮轴(27)转动，所述转子(24)和所述定子支架(23)之间还装有密封件。
5.根据权利要求1所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述行星齿轮模块包括：
一级行星减速器，所述一级行星减速器安装在所述定子套(28)远离所述转子总成的一侧；
二级行星减速器，所述二级行星减速器安装在所述一级行星减速器远离转子总成的一侧。
6.根据权利要求5所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述一级行星减速器包括一级行星轮系、一级太阳轮(7a)和一级齿圈(14)，所述一级行星轮系包括一级行星架、一级行星齿轮(15)、一级行星齿轮轴(42)和一级行星齿轮轴承(16)，所述一级行星架与所述转子(24)和所述定子套(28)之间均安装有密封件，所述一级齿圈(14)安装在所述定子套(28)上，所述一级太阳轮(7a)与所述轮轴(7)为一体化制造，使所述一级太阳轮(7a)和所述轮轴(7)能一起转动，从而带动所述一级行星轮系转动，将动力传递到所述一级行星架。
7.根据权利要求5所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述二级行星减速器包括二级行星轮系、二级太阳轮(9)和二级齿圈(13)，所述二级行星轮系包括二级行星架(10)、二级行星齿轮(12)、二级行星齿轮轴(31)和二级行星齿轮轴承(11)，所述二级齿圈(13)安装在所述定子套(28)上，所述二级行星架(10)通过螺钉与所述轮辋法兰(3)连接，所述二级太阳轮(9)与所述一级行星架为一体化制造，使所述二级太阳轮(9)可以与所述一级行星架一起转动，从而带动所述二级行星架(10)转动，最后将动力输出给所述轮辋法兰(3)。
8.根据权利要求1所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述制动模块包括制动盘(22)，制动卡钳(49)和卡钳支架(51)，所述制动盘(22)通过制动盘固定螺钉(20)固定安装在所述轮轴(7)上，所述卡钳支架(51)通过卡钳支架固定螺钉(52)安装在所述定子支架(23)上，所述制动卡钳(49)安装在所述定子支架(23)上，所述制动卡钳(49)上的卡钳衬块悬浮在所述制动盘(22)两侧，用于进行所述轮毂电机模块的制动。
9.根据权利要求1所述的一种集成制动器、轮毂电机和行星减速器的车轮总成，其特征在于：所述转动件由前密封端盖(5)和后密封端盖(46)预紧和密封，所述前密封端盖(5)由锁紧螺母(6)实现夹紧，并且在所述轮辋法兰(3)和所述轮轴(7)之间均安装有密封件，所述后密封端盖(46)由所述制动盘固定螺钉(52)进行夹紧，并且在所述定子支架(23)和所述轮轴(7)之间均安装有密封件。
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