一种电动轮冷却系统及方法与流程

本发明涉及电动轮冷却技术领域，尤其是涉及一种电动轮冷却系统及方法。

背景技术：

随着科学技术的发展以及环保要求的日益增高，电动汽车成为了研究的热点，其中根据驱动方式可以分为集中式驱动和分布式驱动，由于分布式驱动传动链短，效率高，各轮独立控制，道路适应性好等优点，为车辆的设计发展以及驱动控制提供了新的思路；

但对于分布式车辆来说，轮毂电机系统集成在车轮内，空间狭小，散热困难，限制了车辆性能的提高；如在低速大扭矩下，电机绕组电流较大，温度较高，过高的温度会出现电机绕组性能变异以及退磁等问题，在紧急制动、下长坡制动情况下，会产生较大的热，使得摩擦片温度急剧升高，严重甚至导致热衰退，为此，能够将热量及时散出即具有良好的冷却系统是极有必要的。

目前的轮毂电机系统中电机、减速器以及制动器均处于单独腔体中，制动器多为盘式制动器，采用风冷的方式进行冷却，减速器则采用飞溅冷却的方式，电机则通过壳体上的冷却水道进行冷却；在低速大扭矩、下长坡制动等情况下，传统的冷却方式无法满足系统的散热需求，亟需一种新型冷却系统提高轮毂电机系统的散热能力，提高车辆的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服了现有技术无法满足轮毂电机系统散热需求的问题，提出一种电动轮冷却系统及方法。

一方面，本发明提供一种电动轮冷却系统，包括循环油道、电机壳体、分油板、电机腔体端盖、制动器端盖、制动器壳体；

制动器设置于所述制动器壳体与制动器端盖形成的制动器腔体内，电机、减速器及轮毂轴承设置于所述电机腔体端盖和电机壳体形成的电机腔体内，所述制动器腔体与电机腔体相通；

所述循环油道为u型迷宫式油道，所述循环油道设置于电机壳体内，所述电机壳体设置有喷油孔，所述循环油道、喷油孔及电机腔体相通，所述循环油道还设置有冷却液入口；在电机端盖的下侧设置冷却液出口；所述循环油道还设置有循环油道出油口；所述制动器端盖设置有制动器冷却液进油口；

冷却液从冷却液入口沿循环油道流动，冷却液经过喷油孔时进入电机腔体，对电机、减速器及轮毂轴承冷却，未进入喷油孔的冷却液沿着循环油道循环流动，并通过循环油道出油口流出；冷却液还通过制动器冷却液进油口进入制动器腔体对制动器进行冷却，进入电机腔体和制动器腔体的冷却液通过冷却液出口流出。

进一步地，所述电动轮冷却系统，所述u型迷宫式的循环油道形状为：从冷却液入口分两组油道，两组油道向相同方向延伸一段长度后向相反方向延伸一段长度，之后两组油道又向相同方向延伸一段长度；延伸后的一组油道与喷油孔相通；延伸后的另一组油道，在与其第二次延伸方向相同的方向上继续延伸一段长度，接着在与其第一次延伸方向相同的方向上继续延伸一段长度，再在其第二次延伸方向相同的方向上继续延伸一段长度，如此延伸若干次后，与循环油道出油口相通。

进一步地，所述电动轮冷却系统，所述喷油孔下端设置有分油板，所述分油板固定在电机绕组的端部，所述分油板两侧分别开有通孔；冷却液通过喷油孔自由流到分油板上，通过分油板两侧的通孔流动到电机绕组端部，对电机进行冷却。

进一步地，所述电动轮冷却系统，所述电机壳体设置有两条轮毂轴承冷却油道，两条轮毂轴承冷却油道呈对称分布，所述轮毂轴承冷却油道的入口面向电机腔体，所述轮毂轴承冷却油道的入口所在面与电机腔体端盖平行，所述轮毂轴承冷却油道的出口处于两个轮毂轴承中间；当电机腔体内的冷却液没过轮毂轴承冷却油道的入口时，进入轮毂轴承冷却油道的入口，通过轮毂轴承冷却油道对轮毂轴承进行冷却，冷却液从轮毂轴承冷却油道的出口流出后对轮毂轴承冷却。

进一步地，所述电动轮冷却系统还包括油箱、精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、开关阀、比例阀、冷却器和回油泵，所述油箱依次与精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、开关阀通过管道连接，所述开关阀通过管道与制动器冷却液进油口连接，所述开关阀还与比例阀通过管道连接，所述比例阀与循环油道入口通过管道连接，所述冷却液出口通过管道与冷却器连接，所述冷却器通过管道与回油泵连接，所述回油泵通过管道与所述油箱连接；所述开关阀用于开启或者关闭油箱与循环油道入口的通道，保证冷却过程的安全，所述节流阀用于调节进入制动器冷却液进油口和循环油道入口的冷却液的流量。

进一步地，所述电动轮冷却系统还包括油箱、两个精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、两个开关阀、比例阀、冷却器、回油泵和液压泵，所述油箱依次与一个精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、开关阀通过管道连接，所述开关阀通过管道与制动器冷却液进油口连接，所述冷却液出口通过管道与冷却器连接，所述冷却器通过管道与回油泵连接，所述回油泵通过管道与所述油箱连接，所述油箱还与另一个精滤器通过管道与液压泵连接，所述液压泵与循环油道入口通过管道连接；在制动工况下，根据实际制动力矩调节溢流阀压力，制动力矩与溢流阀压力呈正比关系；常规工况下，通过进油泵和回油泵转速的控制，使冷却液面的高度低于电机转子的最低点；高速工况下，通过调节进油泵和回油泵的转速，使冷却液液面高度低于电机转子的最低点；大扭矩工况下，根据实际电机力矩调节进油泵和回油泵的转速，进油泵和回油泵的转速与电机力矩呈正比关系。

另一方面，本发明还提供了一种根据上述任一技术方案所述电动轮冷却系统的电动轮冷却方法，包括以下步骤：冷却液从冷却液入口沿循环油道流动，冷却液经过喷油孔时进入电机腔体，冷却摩擦盘的散热，并对电机和减速器进行冷却，未进入喷油孔的冷却液沿着循环油道循环流动，并通过循环油道出油口流出；冷却液还通过制动器冷却液进油口进入制动器腔体对制动器进行冷却，进入电机腔体和制动器腔体的冷却液通过冷却液出口流出。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：冷却液从冷却液入口沿循环油道流动，冷却液经过喷油孔时进入电机腔体，对电机和减速器进行冷却，未进入喷油孔的冷却液沿着循环油道循环流动，并通过循环油道出油口流出；冷却液还通过制动器冷却液进油口进入制动器腔体对制动器进行冷却，进入电机腔体和制动器腔体的冷却液通过冷却液出口流出；实现了轮毂电机系统中电机、减速器、制动器及轮毂轴承一体化冷却散热，提高了轮毂电机系统的散热能力。

附图说明

图1是本发明实施例1所述电动轮冷却系统的结构示意图一；

图2是本发明实施例1所述电动轮冷却系统结构示意图二；

图3是本发明实施例1所述循环油道示意图；

图4是本发明实施例1所述冷却液流向示意图；

图5是本发明实施例2所述流量控制冷却循环原理图一；

图6是本发明实施例2所述流量控制冷却循环原理图二。

附图标记：1-轮毂轴承；2-减速器；3-电机；4-制动器；5-电机壳体；6-电机腔体端盖；7-制动腔体端盖；8-制动壳体；501-喷油孔；502-喷油孔；503-喷油油道；301-绕组端部；302-分油板；601-冷却液出油口；508-电机转子；201-齿轮；506-电机定子；507-轮毂轴承冷却油道；507_a-轮毂轴承冷却油道入口；507_b-轮毂轴承冷却油道出口；509-电机冷却液进油口；602-电机冷却液进油口；505-循环油道出油口；603-循环油道出油口；701-制动器冷却液进油口；401-制动器摩擦片。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供了一种电动轮冷却系统，所述电动轮冷却系统的结构示意图一，如图1所示，包括循环油道、电机壳体5、分油板302、电机腔体端盖6、制动器端盖7、制动器壳体8；

制动器4设置于所述制动器壳体(制动壳体8)与制动器端盖(制动腔体端盖7)形成的制动器腔体内，电机3、减速器2及轮毂轴承1于所述电机腔体端盖6和电机壳体5形成的电机腔体内，所述制动器腔体与电机腔体相通；

所述循环油道为u型迷宫式油道，所述循环油道设置于电机壳体5内，所述电机壳体5设置有喷油孔501(502)，所述循环油道、喷油孔501(502)及电机腔体相通，所述循环油道还设置有冷却液入口；在电机端盖的下侧设置冷却液出口；所述循环油道还设置有循环油道出油口505(603)；所述制动器端盖设置有制动器4冷却液进油口；

冷却液从冷却液入口沿循环油道流动，冷却液经过喷油孔501(502)时进入电机腔体，对电机3、减速器2及轮毂轴承1进行冷却，未进入喷油孔501(502)的冷却液沿着循环油道循环流动，并通过循环油道出油口505(603)流出；冷却液还通过制动器冷却液进油口701进入制动器腔体对制动器4进行冷却，进入电机腔体和制动器腔体的冷却液通过冷却液出口流出。

需要说明的是，本发明实施例所述电动轮冷却系统针对轮毂电机系统，如图1所示，轮毂电机系统，从轮毂侧到悬架侧，各部件位置依次为轮毂轴承1、减速器2、电机3、制动器4、电机壳体5、电机腔体端盖6、制动腔体端盖7、制动器壳体8；电动轮冷却系统结构示意图二，如图2所示；

一个具体实施例中，电机3与减速器2处于同一腔体内，采用电机壳体5“u型迷宫式”油道循环冷却以及腔体喷淋式冷却双冷却方式；在电机壳体5上部开有两个喷油孔501(502)以及相应的喷油油道503，两个喷油孔501(502)位置分别对应着绕组端部301，同时，喷油孔501(502)下端设置有分油板302，分油板302通过嵌入在绕组端部301里进行固定，分油板302两侧分别开有两个通孔；冷却液经过喷油油道503，流到喷油孔501(502)处，通过喷油孔501(502)自由流到分油板302上，通过分油板302两侧的通孔以及弧形板面，流到绕组端部301，对电机3进行冷却；冷却液最终汇集在电机3与减速器2腔体底部；

电机壳体5内的循环油道示意图，如图3所示；由于电机3采用喷淋冷却时，可能会造成各部分绕组冷却不均匀，温差较大，为了避免此种情况，在电机壳体5上开有循环油道；电机壳体5上的循环油道为轴向循环油道，即“u”型循环油道504；为了避免油槽开的太大，降低壳体强度，每条油道由n条(例如3条)大小相同的圆形油道组成；即每3条油道内冷却液流向相同，并沿着流向方向在电机壳体5端部汇集流入下一组三条油道，最终通过壳体上的循环油道出油口505流出；

一个具体实施例中，在电机腔体端盖6下侧开有腔体冷却液出油口601，腔体内的冷却液在减速器齿轮201旋转搅动作用下进行飞溅润滑，从而达到降温的效果；同时电机转子508转动也会搅动冷却液形成油雾，即电机腔体内的冷却液在电机3和减速器旋转作用下形成油雾和飞溅的液滴对齿轮201、电机转子508、电机绕组、电机定子506、轮毂轴承1以及其他部件进行冷却；

在电机壳体5内部靠近轮毂轴承1处开有两条轮毂轴承冷却油道507，两条轮毂轴承冷却油道507呈对称分布，即呈180度，该油道设置在电机壳体5上，轮毂轴承冷却油道出口507_b处于两个轮毂轴承中间，轮毂轴承冷却油道入口507_a面向电机3与减速器2腔体，入口507_a所在面与电机端盖面平行；当电机腔体内的冷却液没过该冷却油道入口507_a时，即可通过该油道507对轮毂轴承1进行冷却；同时溅起的冷却液，液化的油雾均可通过轮毂轴承冷却油道507对轮毂轴承1进行冷却，最终冷却液汇集到电机腔体；

冷却液流向示意图，如图4所示；喷淋冷却液入口和壳体循环冷却液的入口设置为同一入口，称为电机冷却液进油口602(509)；入口处设置在端盖边缘处；壳体5上与冷却液进油口对应的地方开有n+1条(例如4条)圆形油道，其中一条圆形油道用于冷却喷油，冷却液通过该油道流到喷油孔501(502)处进行喷油冷却，另外n条(例如3条)圆形油道则为壳体循环冷却油道504组成部分。循环油道出油口603(505)也设置在端盖边缘处。因而该电机端盖6上设置有一个进油口，两个出油口，其中，505和603表示同一出口，505指电机壳体5上的出口，603表示电机端盖上的出口，509和602表示同一进油口，509指电机壳体5上的进油口，602表示电机端盖上的进油口，5010表示紧固螺栓；

另一个具体实施例中，制动器4采用湿式制动器，在制动器端盖7上设置制动器冷却液进油口701，冷却液通过该进油口701进入制动器腔体，对制动器摩擦片401进行冷却，制动器腔体与电机腔体相连，未进行密封，制动器腔体内的冷却液会渗入到电机腔体内，与电机腔体内的喷淋冷却液一起通过腔体冷却液出油口601一同流出，进行下一循环；

优选的，所述述u型迷宫式的循环油道形状为：从而冷却液入口分两组油道，两组油道向相同方向延伸一段长度后向相反方向延伸一段长度，之后两组油道又向相同方向延伸一段长度；延伸后的一组油道与喷油孔501(502)相通；延伸后的另一组油道，在与其第二次延伸方向相同的方向上继续延伸一段长度，接着在与其第一次延伸方向相同的方向上继续延伸一段长度，再在其第二次延伸方向相同的方向上继续延伸一段长度，如此延伸若干次后，与循环油道出油口相通。

优选的，所述电动轮冷却系统，所述喷油孔501(502)下端设置有分油板302，所述分油板302固定在电机绕组的端部，所述分油板302两侧分别开有通孔；冷却液通过喷油孔501(502)自由流到分油板302上，通过分油板302两侧的通孔流动到电机绕组端部301，对电机3进行冷却。

优选的，所述电动轮冷却系统，所述电机壳体5设置有两条轮毂轴承冷却油道507，两条轮毂轴承冷却油道507呈对称分布，所述轮毂轴承冷却油道507的入口面向电机腔体，所述轮毂轴承冷却油道507的入口所在面与电机腔体端盖6平行，所述轮毂轴承冷却油道507的出口处于两个轮毂轴承中间；当电机腔体内的冷却液没过轮毂轴承冷却油道507的入口时，进入轮毂轴承冷却油道507的入口，通过轮毂轴承冷却油道507对轮毂轴承1进行冷却，冷却液从轮毂轴承冷却油道507的出口流出后对轮毂轴承1冷却。

优选的，所述电动轮冷却系统，还包括油箱、精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、开关阀、比例阀、冷却器和回油泵，所述油箱依次与精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、开关阀通过管道连接，所述开关阀通过管道与制动器冷却液进油口701连接，所述开关阀还与比例阀通过管道连接，所述比例阀与循环油道入口通过管道连接，所述冷却液出口通过管道与冷却器连接，所述冷却器通过管道与回油泵连接，所述回油泵通过管道与所述油箱连接；所述开关阀用于开启或者关闭油箱与循环油道入口的通道，保证冷却过程的安全，所述比例阀用于调节进入制动器冷却液进油口701和循环油道入口的冷却液的流量。

优选的，所述电动轮冷却系统，还包括油箱、两个精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、两个开关阀、比例阀、冷却器、回油泵和液压泵，所述所述油箱依次与一个精滤器、进油泵、溢流阀、单向阀、开关阀通过管道连接，所述开关阀通过管道与制动器冷却液进油口701连接，所述冷却液出口通过管道与冷却器连接，所述冷却器通过管道与回油泵连接，所述回油泵通过管道与所述油箱连接，所述油箱还与另一个精滤器通过管道与液压泵连接，所述液压泵与循环油道入口通过管道连接；在制动工况下，根据实际制动力矩调节溢流阀压力，制动力矩与溢流阀压力呈正比关系；常规工况下，通过进油泵和回油泵转速的控制，使冷却液面的高度低于电机转子的最低点；高速工况下，通过调节进油泵和回油泵的转速，使冷却液液面高度低于电机转子的最低点；大扭矩工况下，根据实际电机力矩调节进油泵和回油泵的转速，进油泵和回油泵的转速与电机力矩呈正比关系。

实施例2

本发明还提供了一种根据上述任一实施例所述的电动轮冷却系统的电动轮冷却方法，包括以下步骤：冷却液从冷却液入口沿循环油道流动，冷却液经过喷油孔501(502)时进入电机腔体，冷却摩擦盘的散热，并对电机3和减速器2进行冷却；未进入喷油孔501(502)的冷却液沿着循环油道循环流动，并通过循环油道出油口505(603)流出；冷却液还通过制动器冷却液进油口701进入制动器腔体对制动器进行冷却；进入电机腔体和制动器腔体的冷却液通过冷却液出口流出。

一个具体实施例中，流量控制冷却循环原理图一，如图5所示；进油泵抽取冷却油箱里的冷却液，先后流向溢流阀和单向阀，冷却液从单向阀流出后流向分流阀，冷却液进行分流，流向不同轮毂电机系统，紧接着流向开关阀，通过开关阀后冷却液分为两个支路，一路通过制动器冷却液进油口701流入制动器4腔体，一路通过电机冷却液进油口，通过壳体上“u”形水道504和喷油孔501(502)对电机3和减速器2进行冷却。电机壳体5上的冷却液和腔体内的冷却液在回油泵的作用下，通过各自出口流向冷却器，最终流回油箱最终流回油箱。为了保证冷却液的清洁度，在进油泵和油箱之间以及轮毂电机系统和冷却器之间各设置一个精滤器；

在该种情况下，通过冷却液流量控制以适应不同工况下轮毂电机系统对冷却的要求；

(1)在紧急制动、长时间制动下，这时制动器4为主要发热体，提高进油泵转速，即加大冷却液流量，同时调节比例阀，使流入制动腔体内的冷却液更多，在制动时，电机3发热量较小，因而在分配时，通过调节比例阀，使制动腔体内的冷却液分配多一点。未制动情况下电机腔体与制动器腔体内流量比为7:3，随着制动力的增加不断提高制动器冷却液流量所占比例，最高比例为2:8，即当制动力最大时，制动器冷却液所占总比例为80％；

(2)在低速大扭矩情况下，电机3为主要发热体，扭矩越大，电机3电流越大，发热量越多。提高进油泵转速，加大冷却液流量，调节比例阀，使流入电机腔体内的冷却液更多，同时调节回油泵，使电机腔体内的冷却液保持一定的高度，让电机3处于浸泡式冷却，随着转矩的增大，油液高度也增大。当电机3转矩达到最大值时，使油液充满电机腔体的2/3，当电机3处于1.5倍堵转时，电机腔体内冷却液充满整个腔体，电机3整体泡在冷却液里；

(3)常规工况下，通过进油泵和回油泵转速的控制，使油液高度低于电机转子508最低点，减少搅油损失；

(4)高速工况下，提高进油泵和回油泵转速，提高冷却液流量，加大冷却，同时通过调节进油泵和回油泵的转速保持液面高度低于转子最低点，减少搅油损失；

(5)当电动轮出现故障时，如出现漏油、渗水以及电动轮自身电气故障时，闭合故障电动轮所在支路的开关阀，使电动轮冷却系统停止工作，保证电动轮冷却系统的安全；

另一个具体实施例中，流量控制冷却循环原理图二，如图6所示；进油泵抽取冷却油箱里的冷却液，先后流向溢流阀和单向阀，冷却液从单向阀流出后流向分流阀，冷却液进行分流，流向不同轮毂电机系统，紧接着流向开关阀，通过开关阀后流向电机冷却液进油口509(602)，通过壳体上“u”形水道和喷油孔501(502)对电机3和减速器2进行冷却。进油泵和油箱之间设置有精滤器。

制动腔体的冷却液则与制动液压系统相集成，油箱里的油液经过液压泵，精滤器，分两路高压，一路通过开关阀和溢流阀进入驻车制动活塞，一路流入行车制动活塞，其中进入制动腔体内的冷却液来自驻车制动系统中溢流阀溢流出的低压油；制动腔体内的冷却液渗入到电机腔体内，壳体上的冷却液和电机腔体内的冷却液在回油泵的作用下，通过各自出口流向冷却器，最终流回油箱最终流回油箱。轮毂电机系统和冷却器之间设置一个精滤器；在该种情况下，冷却系统控制方式如下；

(1)制动冷却控制通过压力控制，随着制动液压系统中溢流阀压力增大，溢出的低压油也会变多。因而在控制时，根据实际制动力矩调节溢流阀压力，力矩越大溢流阀压力越大，呈正比关系；

(2)电机3、减速器2冷却控制，通过控制进油泵和回油泵转速，调节进入电机腔体内的冷却液。当在大扭矩情况下，如低速大扭矩，爬坡、堵转情况下，电机3发热严重，这时增大进油泵和回油泵转速，进油泵和回油泵的转速与电机3力矩呈正比关系，电机力矩越大，进油泵和回油泵转速越高，进入电机腔体的流量就越多。同时保持电机腔体内油液处于一定高度，油液高度随转矩增大而增大。在峰值转矩下，电机腔体内的油液充满整个电机腔体约2/3，当达到堵转时，且堵转力矩为峰值力矩1.5倍时，让整个电机腔体充满冷却液，整个电机3则相当于泡在冷却液里进行冷却；

(3)常规工况下，一般如在额定工况下，为了提高效率，通过进油泵和回油泵转速的控制，使油液高度低于电机转子508最低点，减少搅油损失；

(4)高速工况下，提高进油泵和回油泵转速，提高冷却液流量，加大冷却，同时通过调节进油泵和回油泵的转速保持液面高度低于转子最低点，减少搅油损失，提高电机3效率；

(5)当电动轮出现故障时，如出现漏油、渗水以及电动轮自身电气故障时，闭合故障电动轮所在支路的开关阀，停止电动轮冷却系统工作，保证电动轮冷却系统的安全。

本发明公开了一种电动轮冷却系统及方法，通过冷却液从冷却液入口沿循环油道流动，冷却液经过喷油孔时进入电机腔体，对电机和减速器进行冷却，未进入喷油孔的冷却液沿着循环油道循环流动，并通过循环油道出油口流出；冷却液还通过制动器冷却液进油口进入制动器腔体对制动器进行冷却，进入电机腔体和制动器腔体的冷却液通过冷却液出口流出；实现了电机、减速器、制动器及轮毂轴承一体化冷却散热，提高了轮毂电机系统的散热能力，提高了车辆的安全性；同时，冷却液还能给减速器润滑。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。