CN101615824A - 具有内制动器的齿轮减速器电动马达组件 - Google Patents

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Abstract

公开并要求保护一种具有内制动器的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，高速电动马达与具有大齿轮减速比的齿轮减速器互连。该组件包括：主轴；制动器，该制动器基本安装在所述高速电动马达内，并可抵抗弹簧而操作，该弹簧将所述制动器偏压成与基面接合。制动器被电致动以允许向齿轮减速器传递能量。齿轮减速器包括输入行星齿轮级、中间行星齿轮级以及输出行星齿轮级。输入级和中间级位于所述主轴内，并且所述输出行星齿轮级驱动输出齿圈。释放装置用于从制动器释放输出齿圈以允许输出齿圈旋转。

Description

具有内制动器的齿轮减速器电动马达组件
本专利申请要求于2008年6月16日提交的申请号为61073021的美国临时专利申请以及于2008年9月16日提交的申请号为61097456的美国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明属于用于向车辆的驱动轮提供动力和扭矩的扭矩轮毂(torquehub)的领域。
背景技术
小型悬臂起重机(例如那些车辆总重量小于15,000磅的悬臂起重机)通常是仅在室内使用的以电池为动力的两轮驱动机器。这些机器上的车轮主要通过该机器非转向轴上的电动马达与行星变速箱来驱动。因为电动马达延伸得太远，并由于与车辆的框架接合而干涉车辆的操作，因此该电驱动系统的结构太长，从而不可能驱动转向轮。另外，由于这些电动马达通常位于室内机器上的非转向轴中，因此它们不具有(或不需要)任何类型的环境保护。
在本文描述和要求保护的发明之前，将混合电系统放入车辆总重量较大的机器中的主要障碍在于，在小型悬臂起重机上使用的相同类型的电驱动组件不能用于大型悬臂起重机中。因此，需要使电驱动组件具有较高的功率密度且能得以环境保护。本发明解决了该问题并满足了此需要。
发明内容
本发明为包括高速电动马达、内制动器和三级齿轮减速器的电动车轮驱动组件。其可用于航空操作平台(悬臂起重机、大型剪式起重机)、远程运送机、大型叉式起重机、农用车辆等上。该驱动装置将三相电力供给到感应交流马达。马达轴的前端由容纳在电磁制动器内的轴承支撑，该电磁制动器施加有弹簧并进行电磁释放。所述制动器包括摩擦盘，该摩擦盘与马达轴连接(花键连接)，以提供停车制动与紧急制动。马达轴与齿轮减速比范围为90∶1至160∶1的三行星齿轮变速箱的恒星齿轮连接。两个第一行星齿轮级套入主轮支撑轴承的直径内。输出行星齿轮级朝向罩端定位并输出到驱动轮毂的齿圈。该罩容纳通过两个螺栓固定的盖，这两个螺栓可被移除，然后该盖可被翻转作用于杆113和109上，以将组件从马达和制动器拆下。杆抵抗弹簧的力而推入组件中，因此断开花键连接。
本发明提供的商业上的优点在于电动车轮驱动装置可用于较重型机器。以悬臂起重机类型机器作为例子进行描述。然而，本发明不局限于这样的机器。车辆总重量大于15,000磅的大型悬臂起重机通常适于在室外操作，它们可以是两轮驱动或四轮驱动。这些机器上的车轮通常通过液压马达和行星齿轮变速箱驱动。由于液压系统通常由所需要的峰值功率和扭矩超出机器范围的内燃机驱动，因此推进车轮所需的液压系统存在问题。悬臂机器极少在其峰值功率下操作，例如，当爬陡坡时(通常在装载于拖车上期间)在其峰值功率下操作。不论车轮或其它系统所需要的输出功率如何，液压系统经常需要超出内燃机范围的峰值功率，因而使其成为效率非常低的机器。随着排放标准的日益严格，消费者正考虑将他们的悬臂起重机转换成采用混合电系统的机器。
本文公开并要求保护一种具有内制动器的小型齿轮减速器电动马达组件，其中高速电动马达与具有大齿轮减速比的齿轮减速器互连。通过使用每分钟最大速度为6000转的高速交流马达与非常紧凑的高减速齿轮箱以及基本套入该马达的绕组内的制动器来产生高功率密度。该组件包括基本安装在高速电动马达内的主轴和制动器。制动器的工作方式为，由弹簧对制动器施加偏压，使得制动器对抗该弹簧而与磨擦板接合。制动器被电致动，使压力板与摩擦板或盘分离，以允许马达轴旋转并向齿轮减速器传递能量。
齿轮减速器包括输入行星齿轮级、中间行星齿轮级与输出行星齿轮级。输入级和中间级位于主轴内，输出行星齿轮级驱动输出齿圈。用于从制动器释放输出齿圈的释放装置允许输出齿圈旋转，使得机器可移动或被牵引。
本发明包括将高速行星齿轮级(例如输入和中间级)封装在主支撑轴承内。传统上，行星轮传动齿轮箱中的高速传动装置朝向罩端。通过将高速级容纳在轴承内，将三个行星齿轮级支撑在较短的轴向长度中。
在本发明的一个实施例中，将制动器“套入”或容纳在电动马达的绕组端匝内。交流感应马达的长的绕组端匝通常正好占用空间。本发明利用该空间作为制动器外壳的处所，从而使马达-制动器-齿轮减速器的轴向长度减少了大约1英寸。
制动器为马达轴的端部提供了轴承支撑。在马达轴与制动器之间插设轴承。小型齿轮减速器电动马达组件包括高速电动马达，该高速电动马达与齿轮减速比范围为1∶90至1∶160的齿轮减速器互连。齿轮减速器包括主轴和断开轴。断开轴将高速电动马达的能量传递到齿轮减速器。内制动器包括外壳和安装在外壳中的弹簧以及外壳中的电磁线圈。
内制动器包括固定到主轴的摩擦板。内制动器还包括外壳与第一和第二压力板。第一和第二压力板均包括贯通的通路。间隔件位于第一和第二板之间。摩擦板固定到马达轴并可随之旋转。摩擦板通常为具有第一和第二侧面的盘形，并包括固定到其第一和第二侧面上的摩擦材料。
制动器的弹簧可在制动器外壳与第一压力板之间操作。压力板为铁磁体，并可在线圈通电时被制动器的线圈吸引。当线圈断电时，弹簧向第一压力板施力，使其与摩擦板接合。内制动器基本位于高速电动马达内。
制动器被电致动，以允许向齿轮减速器传递能量。齿轮减速器包括输入行星齿轮级、中间行星齿轮级以及输出行星齿轮级。所述输入级和中间级位于所述主轴内。所述输出行星齿轮级驱动输出齿圈。所述电动马达包括一轴，所述电动马达包括与所述轴径向间隔开的电动绕组，以在所述轴与所述绕组之间产生空隙或空间。所述电动制动器基本位于所述轴与所述绕组之间的空间内。所述输入行星齿轮级包括一输入恒星齿轮和多个行星齿轮。所述输入级的所述行星齿轮具有第一宽度，所述中间行星齿轮级包括一中间恒星齿轮和多个中间行星齿轮。所述中间行星齿轮具有第二宽度。所述输入级齿轮的第一宽度小于具有第二宽度的所述中间行星齿轮宽度的二分之一。
其它实施例采用不同的制动组件取向和不同构造的行星齿轮级。
本发明的一个目的是提供一种具有高速电动马达、内制动器以及容积小的齿轮减速器的扭矩轮毂。
本发明的另一目的是提供一种具有高速电动马达的扭矩轮毂，该高速马达通过传动减速装置提供大扭矩，以使车辆抵抗重负载运动。
本发明的另一目的是提供一种扭矩轮毂，该扭矩轮毂与液压驱动马达相比较短，从而能够使车辆转动。
本发明的另一目的是提供一种扭矩轮毂，该扭矩轮毂包括基本位于电动马达内的制动器。
本发明的另一目的是提供一种短而紧凑的扭矩轮毂。
本发明的另一目的是提供一种利用变速箱的扭矩轮毂，其中其第一和第二级位于主轴内，第三级位于外齿圈内，从而提供一种大减速比的静音变速箱。
本发明的另一目的是提供一种短而紧凑的扭矩轮毂，该扭矩轮毂采用宽度小于中间行星齿轮宽度的二分之一的恒星齿轮。
附图说明
图1是制动器外壳基本位于电动马达内的马达-制动器-齿轮减速器的优选实施例的组装剖视图。
图1A是图1的示出输入行星齿轮与中间行星齿轮的部分的放大图。
图1B是图1的示出制动器的一部分的部分的放大图。
图1C是马达-制动器-齿轮减速器的优选实施例的组装立体图。
图2是马达-制动器-齿轮减速器的另一实施例的组装剖视图。
图2A是图2的示出输入行星齿轮与中间行星齿轮的部分的放大图。
图3是马达-制动器-齿轮减速器的又一实施例的组装剖视图。
图3A是图3的示出输入行星齿轮与中间行星齿轮的部分的放大图。
图3B是图3和图3A所示的实施例的外部立体图。
图4是马达-制动器-齿轮减速器的再一实施例的组装剖视图。
图4A是图4的示出输入行星齿轮与中间行星齿轮的部分的放大图。
图4B是图4和图4A所示的实施例的外部立体图。
具体实施方式
图1是制动器外壳基本位于电动马达内的马达-制动器-齿轮减速器的优选实施例的组装剖视图100。参照图1，附图标记101A为容纳多个行星齿轮级的钢制主轴/输入齿圈。唇形密封件101B密封主轴/输入齿圈与轮毂101D之间的间隙。主轴承101C支撑轮毂101D与输出齿圈101E，以相对于主轴101A旋转。轴承螺母101F与固定螺栓101G将轴承101C纵向固定在合适位置。内齿轮与变速箱部件由钢或不锈钢制成。主轴101A为钢或钢合金。
图1A是图1的示出输入行星齿轮102F与中间行星齿轮103F的部分的放大图100A。输入齿架102A与止推板102B一起在图1A中示出。输入行星齿轮销102E将输入行星齿轮102F固定到输入行星齿轮齿架102A。输入行星齿轮102F通过输入行星齿轮销保持环102G固定。输入行星齿轮102E通过输入恒星齿轮110驱动(180)，输入恒星齿轮110通过花键连接(172)的断开轴109驱动。保持环112保持中间恒星齿轮与输入行星齿轮齿架。
还参照图1A，输入行星齿轮102F包括35个渗碳齿，并通过具有19个齿的渗碳输入恒星齿轮110驱动。输入止推板102B将输入行星齿轮102F固定到输入行星齿轮销102E。输入/中间行星齿轮衬套103C支撑输入行星齿轮102F和中间行星齿轮103F。输入行星齿轮销保持环102G将止推板102B固定在合适位置，以保持输入行星齿轮销102E。输入恒星齿轮110被马达轴141和中间恒星齿轮116限制纵向运动。类似地，输入止推垫圈103B将中间行星齿轮103F固定到中间行星齿轮销103E。输入齿架102A通过输入行星齿轮销102E驱动，并被花键连接(173)到中间恒星齿轮116。中间恒星齿轮116包括19个渗碳齿并驱动(180)中间行星齿轮103F，中间行星齿轮103F与主轴101A的内齿圈188的齿相互接合并抵抗所述齿。
中间恒星齿轮保持环112保持输入齿架102A。止推间隔件120位于输入齿架102A与中间齿架103A之间。中间齿架滚销103G将中间齿架103A固定到中间齿轮销103E。中间齿架103A用于将止推垫圈103B保持并固定在合适位置。输出恒星齿轮111上的肩部(未编号)将中间齿架103A固定在合适位置，因此也将中间齿轮固定在合适位置。参见图1，输出齿架104A花键连接(174A)到主轴101A的内齿圈199并静止(固定或安放)。应注意，允许输入行星齿轮、输入齿架、中间行星齿轮和中间齿架纵向运动一小段距离，该距离受保持环、止推间隔件以及与其紧邻的元件的其它结构的限制。
图1B是图1的示出制动器108A的一部分100B的部分的放大图。Inertia Dynamics Incorporated(下文称为“IDI”)制造施加有弹簧的线圈，该线圈通电而释放本文所述的制动器。IDI制动器适于沿与法向相反的方向安装到齿轮减速器的主轴101A，以经济地使用主轴与电动马达内的可用空间197。制动器的法向可在图2至图4中看出。制动器180A中的通电线圈130抵抗弹簧164的力吸引铁磁致动板126(有时也称为止回件(clapper))并使其离开摩擦板125，以允许摩擦板125随马达轴141/141A旋转。参见图1。当线圈130被致动时，板126抵接外壳的本体108A，图1B中所示的间隙169消失。线圈130为可在80V直流、27W下操作的直流线圈。
摩擦板125包括固定至其上的摩擦材料125A。利用粘合剂将摩擦材料固定到摩擦板。摩擦材料位于摩擦板125的周向范围附近。当施加制动时，弹簧164推动致动板126抵靠摩擦板125，具体抵靠固定到摩擦板125的摩擦材料125A。如图1B所示，摩擦材料125A示出为抵靠板126和124并与之接合。当间隔件或隔开件161被限制在制动器的本体108A与压力板124之间时，板124示出为销接(162)到主轴101A。间隔件或隔开件161包括用于螺栓199的贯通通路163。类似地，板126包括用于放置间隔件的通路163P。压力板124包括用于放置螺栓199的通路163Q。螺栓199将外壳108A固定到主轴101A，并防止板124、126旋转。螺栓199、外壳108A以及间隔件161使板124抵靠主轴101A固定并与之接合。螺栓199示出为将本体108A压靠间隔件161，而间隔件161压靠压力板124，压力板124又压靠主轴101A。在该组件中使用了三个螺栓199和多个弹簧164。制动器108A抵靠主轴101A密封(108C)。
图1C是马达-制动器-齿轮减速器的优选实施例的组件的立体图100C，示出了马达(先进的72V交流马达，IP67防护等级)107A的外部、主轴101A、轮毂101D以及输出齿圈101E的外部。马达107A是支持IP67防护等级的先进的72V交流马达。IP代表进入保护，“6”是用于防护灰尘渗入的最高等级，“7”是当该封闭件浸入15cm到1m的水中30分钟时的水渗入的等级。
参照图1和图1C，马达107A具有大体筒形的锥形外部。马达轴141/141A为干涉配合。弹簧140支承在断开轴109上。通过使未编号的盖的取向反向而实现机器的牵引，该反向包括移除未编号的螺栓。一旦将盖的取向反向并将其栓接到合适位置，其就向左推压未编号的杆，该杆向左推压杆113和109。一旦移除了该分离盖，则将该盖的取向反向，使得该盖的底部反向(向左取向)而推动未编号的杆，该杆作用于断开杆113和断开轴109使它们向左运动，从而使得轴109与恒星齿轮110分开。用螺栓(未编号)将按钮保持在罩106A上。从而反向取向的按钮使马达与变速箱分离，以将其置于牵引模式。衬套189支撑内断开杆113。马达轴141/141A由大致位于马达左端的轴承142支撑，并由大致位于该马达右端的轴承190支撑。轴承位于静止的制动器108A与轴141A之间。制动器108A通过螺栓199栓接到主轴101A。马达107A通过O形环密封(107C)，以防止在主轴与马达的结合处的水或灰尘的进入。马达107A通过图1C中未编号的螺栓固定到主轴101A。马达107A密封成使得向该马达和线圈供电的电线以及与传感器128通信的电线在它们密封成防止灰尘和水进入的情况下穿过马达封闭体。
制动器108A沿使得线圈130突出到马达的绕组123与马达轴141/141A之间的空腔或容积197中的方向安装。制动器108A位于主轴101A一端的径向孔196中。轴承190通过弹簧108E张紧并保持在合适位置，弹簧108E可在位于制动器的内径孔的槽中的环108D与轴承190之间操作。弹簧108E推动轴承190抵靠轴141A的外部上的肩部。主轴101A形成中间齿圈188。
参照图1A，输入恒星齿轮110经渗碳并具有19个齿。输入恒星齿轮110与断开轴109花键连接(172)。输入齿架102A与中间恒星齿轮116花键连接(173)，而中间恒星齿轮116驱动中间行星齿轮103F。中间恒星齿轮116和中间行星齿轮103F彼此互相啮合(181)。注意，图1和图1A示出输入行星齿轮102F的宽度小于中间行星齿轮103F的宽度的一半，这可将第一级和第二级行星齿轮定位在主轴101A内的齿圈188内，因此节省变速箱内的轴向空间，同时经济有效地传递动力和扭矩。
参照图1和图1A，输入密封件108F和制动器O形环108C将变速箱与马达分开密封，以防止马达中进入不需要的润滑油。轮毂101D通过螺栓101M固定到输出齿圈101E。主唇形密封件101B密封在输出齿圈101E、轮毂101D以及主轴/输入齿圈101A之间。主轴承101C与轮毂101D和主轴101A相互接合，因此使轮毂101D能够相对于主轴101A旋转，主轴101A固定到车辆并且不可旋转。轴承螺母101F和固定螺栓101G确保轴承101C抵靠主轴101A固定。必要时在变速箱中使用例如弹性体O形环密封件118的密封件。
仍参照图1和图1A，中间齿轮103F驱动与输出恒星齿轮111花键连接(174)的中间齿架103A。中间级行星齿轮具有35个齿。渗碳输出恒星齿轮111包括25个齿，并驱动(182)与输出齿圈101E的齿188A互相接合的输出行星齿轮104F。尽管有4个输出行星齿轮，但可使用不同数量的输出行星齿轮，例如使用3个或5个。输出齿架104A将输出行星齿轮104F和输出行星齿轮销104E定位成远离第一级(输入级)齿轮和第二级(中间级)齿轮，并位于输出齿圈101E内。由于本发明具有通过改变在输入级和中间级中的齿组合而采用不同比例的灵活性，所以输入行星齿轮、中间行星齿轮和输出行星齿轮所采用的齿数仅为例示的方式。
还参照图1和图1A，输出行星齿轮齿架104A静止。输出行星齿轮齿架的花键174A与主轴的内齿圈188互连。因此，输出齿架104A静止。输出行星齿轮销104E固定在输出行星齿轮齿架104A内。输出行星齿轮104F绕静止的输出行星齿轮销104E旋转，并与输出内齿圈啮合(188A)，使得输出内齿圈旋转并驱动由柱头螺栓101M和螺母(未示出)固定的车轮(未示出)。输出行星齿轮止推垫圈104B抵接输出齿架104A，并阻止输出行星齿轮104F的侧向移动。输出行星齿轮滚针104C由输出行星齿轮间隔件104D分开，并使输出齿轮104F能够相对于输出行星齿轮销104E旋转。输出行星齿轮滚销104G将输出行星齿轮销104E固定到输出行星齿轮齿架104A。
双重壁中间齿架103A与输出恒星齿轮111花键连接。中间行星齿轮止推垫圈103B纵向固定中间行星齿轮103F，衬套103C插设在输入行星齿轮和输入行星齿轮销102E之间。衬套103C插设在中间行星齿轮103F和中间行星齿轮销103E之间。中间齿架滚销103G将中间齿架103A固定到中间行星齿轮销而由行星齿轮驱动。止推间隔件120位于输入齿架与中间齿架之间。参见图1A。
还参照图1和图1A，行星齿轮输出齿架104A通过销104G固定到行星齿轮输出销104E。输出行星齿轮止推垫圈104B固定输出行星齿轮104F以防止其纵向运动。输出行星齿轮间隔件104D将插设在输出行星齿轮104F的内部与输出销104E之间的输出行星齿轮滚针轴承分开，以使输出齿轮能够相对于输出销旋转。罩组件106A由罩保持环106G保持。罩止推垫圈106B与由中间齿架103A驱动的输出恒星齿轮111互相接合。
先进的72V交流电动马达107A具有IP67防护等级(防水至1米)，并驱动花键连接的断开轴109，而断开轴109驱动输入恒星齿轮110，输入恒星齿轮110又驱动输入行星齿轮102F。当然马达外壳107A固定到主轴101A，如图1C所示。
仍参照图1，O形环密封件107C插设在马达外壳107A与主轴101A之间。电动制动器108A通过制动器安装螺栓199固定到主轴101A，密封件108C位于制动器与主轴101A之间。制动器组件包括压力板124、静止板126以及摩擦板125。摩擦板125固定到(178：花键连接到)马达轴141/141A，并随电动马达轴141/141A旋转。当外壳108A中的线圈130通电时，压力板124被拉离摩擦板125并与摩擦板125分离，从而使制动器失去作用。弹簧164迫使压力板126与摩擦板125接合而阻止轴141/141A旋转。轴承预加载弹簧108E作用于位于制动器108A的内孔的凹部中的卡环108D上。示出的所用马达传感器128与马达的速度控制相关。还示出了用于电线(未编号)的水封件129。制动器外壳108A安装在电动马达的线圈绕组123内。这样，节省了空间且使马达-变速箱组件的总长度最小。
输入行星齿轮102F不与中间行星齿轮103F一样宽。如图1、1A和1B所示的优选实施例中所阐述的齿轮布置由于其长度短、减速比高并且较为防水和灰尘从而优于其它布置。
本文所述的机器包括容纳用于向一组电池充电的发电机组的混合系统。电池为所有机器功能(包括车轮驱动组件)提供动力。当电池达到某一放电级时，发动机组将启动并向电池充电。这会自动地消除牵引功率的波峰和波谷。结果，发动机仅提供机器所需要的功率，从而形成排放少且运行较安静的明显更加有效的系统。
如图1所示，本发明的轴向长度足够短，使其能够被放置在车辆的转向轮上，而不向车辆下架的外部突出得太远，也不向车辆下架的内部突出得太远。本发明的功率密度是由于利用具有非常紧凑的高减速变速箱和制动器的高速交流马达(最大6000RPM)的结果。对于给定的马力来说，高速马达比低速马达更为紧凑。该组件还能够在室外环境中操作。马达变速箱组件设计成IP67的等级(可浸入达至1m的水中)。
本发明包括下列特征。高速马达、高减速变速箱和电磁制动器的紧凑布置使得空间利用最小。以下是本发明的一些附加特征。
将高速(第1和第2级)行星齿轮级封装在主轮支撑轴承内节省了空间。传统上，行星轮传动变速箱中的高速传动装置朝向罩端。通过移动轴承内的高速级，三个行星齿轮级(输入行星齿轮级102F、中间行星齿轮级103F以及输出配合级104F)比传统的两个行星齿轮级组件的轴向长度短。另外，在高速传动装置远离罩的情况下，传向外部环境的噪声大大降低。
图1、1A、1B和1C中所示的本发明包括将制动器套入马达107A的绕组端匝123内，这也节省了空间。感应交流马达传统上具有通常正好占用空间的长的绕组端匝。第一个实施例通过将制动器外壳108A套入端匝内而利用了该轴向长度。这导致轴向长度减少大约1英寸。
利用制动器108A作为马达支撑件节省了空间。制动器为马达轴141/141A提供了轴承支撑，并且将马达与变速箱组件(其容纳有油)分开密封。
使导线129以密封的方式引出允许在潮湿的环境中使用。电源(高电流)导线和使电源与马达外的控制信号通信的低电流导线在不损坏密封件的情况下离开马达封闭件。低电流电线通过包覆成型的垫环离开。
在功率损失的情况下，制动器108A将接合。如果机器需要被牵引，则不必使操作者移除马达来接近并机械地释放制动器。断开件113/109使得比较容易地从制动器释放。当从图1观察时，断开杆113被向内/向左推动，因此抵抗弹簧140的力推动断开花键109，这又释放断开件109与输入恒星齿轮之间的花键互连，使轮毂能够自由转动，从而使车辆运动。
图2是马达-制动器-齿轮减速器的另一实施例的组装剖视图200。参照图2所示的实施例，内制动器安装成使得制动器的外壳208A中的吸引板224的线圈230定位成靠近主轴201A。在图1、1A和1B的优选实施例中，内制动器安装成使得线圈230基本安装在电动马达内，从而节省空间。
图2A是图2的示出输入行星齿轮202F和中间行星齿轮203F的一部分的放大图200A。在图2和图2A所示的实施例中，注意，输入行星齿轮202F与中间行星齿轮203F的宽度相同。
唇形密封件201B密封主轴/输入齿圈与轮毂101D之间的间隙。主轴承201C支撑轮毂201D和输出齿圈201E，以相对于主轴201A旋转。轴承螺母201F和固定螺栓201G将轴承201C纵向固定在合适位置。
图2A是示出输入行星齿轮202F和中间行星齿轮203F的图2的一部分的放大图200A。输入齿架202A与止推板202B一起在图2中示出。输入行星齿轮销202E将输入行星齿轮202F固定到输入行星齿轮齿架202A。输入行星齿轮202F通过板202B固定到输入行星齿轮销202E。衬套203C位于输入行星齿轮与销202E之间。输入恒星齿轮210由花键连接(272)的断开轴209驱动。输入恒星齿轮210的齿与输入行星齿轮202F的齿互相啮合(280)，以驱动输入行星齿轮。保持环212保持中间恒星齿轮216。
还参照图2A，输入行星齿轮202F包括35个渗碳齿，并由具有19个齿的渗碳输入恒星齿轮210驱动。输入止推板202B将输入行星齿轮202F固定到输入行星齿轮销202E。输入/中间行星齿轮衬套203C支撑输入行星齿轮202F和中间行星齿轮203F。输入行星齿轮销保持环202G将止推板202B固定到输入行星齿轮销202E。类似地，输入止推板203B将中间行星齿轮203F固定到中间行星齿轮销203E。输入齿架202A由输入行星齿轮销202E驱动，输入齿架与中间恒星齿轮216花键连接(273)。中间恒星齿轮216包括19个渗碳齿，并驱动(281)中间行星齿轮，中间行星齿轮与主轴201A的内齿圈288的齿互相接合并且抵抗该内齿圈288的齿。参见图2A。
中间恒星保持环212保持输入恒星齿轮202F和输入齿架203A。扣环220和输出齿架204A保持中间齿架203A。
图2示出了制动器208A。Inertia Dynamics Incorporated(下文称为“IDI”)制造施加有弹簧的线圈，该线圈通电而释放本文所述的制动器。IDI制动器适于安装到齿轮减速器的主轴。制动器208A中的通电线圈230抵抗弹簧264的力吸引铁磁致动板226(有时也称为止回件)并使其离开摩擦板225，以允许摩擦板225随断开轴209旋转。当线圈230被致动时，板226抵接外壳的本体208A，以允许轴241和变速箱内的轴旋转。线圈230为可在80V直流、27W的功率下操作的直流线圈。在图2或图2A中未示出向线圈230供电的电线。
摩擦板225包括固定至其上的摩擦材料。利用粘合剂将摩擦材料固定到摩擦板。摩擦材料位于摩擦板225的周向范围附近。当施加制动时，弹簧264推动致动板226抵靠摩擦板225，具体为抵靠固定到摩擦板的摩擦材料以阻止轴241旋转。制动器抵靠主轴201A密封(208C)。参见图2A来观察密封件(208C)。
参照图2，马达207A具有大体筒形的锥形外部。马达207A通过未示出的螺栓固定到主轴201A。弹簧240支承在断开轴209上，以能够通过移除罩组件206A、罩止推垫圈206B以及罩保持环206G来拆卸该装置。一旦移除罩206A、止推垫圈206B以及罩保持环206G，则可向里推动内断开杆213，并且可以将罩反向或翻转并且重新安装，从而向左推动分离杆213、209，而将马达与变速箱彼此分离。断开杆213通常用于支撑输出恒星齿轮。马达轴241通过大致位于该马达左端的轴承242支撑，并通过大致位于该马达右端的轴承290支撑。轴承290位于静止的制动器外壳208A与轴241之间，以允许轴相对于轴承外壳旋转。制动器208A通过螺栓261固定到主轴201A。马达207A通过O形环密封(208C)，以防止在主轴与马达的连接处的水或灰尘的进入。
制动器208A位于主轴201A一端的径向孔296中。轴承290通过弹簧208E张紧并保持在合适位置，弹簧208E可在位于制动器的内径孔的槽中的环208D与轴承290之间操作。弹簧208E推动轴承290抵靠轴241的外部上的肩部。主轴201A包括中间齿圈288。
输入恒星齿轮210经渗碳并具有19个齿。输入恒星齿轮210与断开轴209花键连接(272)。输入齿架202A与中间恒星齿轮216花键连接(273)，中间恒星齿轮216又驱动中间行星齿轮203F。注意，图2示出的输入行星齿轮202F的宽度与中间行星齿轮203F的宽度相等，这使得将第一和第二行星齿轮级定位在主轴201A内的齿圈288内。这节省了变速箱内的轴向空间，同时经济有效地传递动力和扭矩。
输入密封件208F和制动器O形环208C将变速箱与马达分开密封，以防止马达中进入不需要的润滑油。轮毂201D通过螺栓201M固定到输出齿圈201E。主唇形密封件201B密封在输出齿圈201E、轮毂201D以及主轴/输入齿圈201A之间。主轴承201C与轮毂201D和主轴201A互相接合，使轮毂201D能够相对于主轴201A旋转，主轴201A固定到车辆并且不可旋转。轴承螺母201F和固定螺栓201G确保轴承201C抵靠主轴201A固定。必要时在变速箱中使用例如O形环密封件218的密封件。
中间齿轮203F驱动与输出恒星齿轮211花键连接(274)的中间齿架203A。渗碳的输出恒星齿轮211包括25个齿，并驱动(282)输出行星齿轮204F，输出行星齿轮204F与输出齿圈201E的齿288A互相接合。具有4个输出行星齿轮。输出齿架204A将输出行星齿轮204F和输出行星齿轮销204E定位成远离第一级(输入级)和第二级(中间级)，并位于输出齿圈201E内。
输出行星齿轮齿架204A静止。输出行星齿轮204F与输出内齿圈的齿互相啮合(288A)，使得输出内齿圈旋转并驱动由柱头螺栓201M和螺母(未示出)固定的车轮(未示出)。输出行星齿轮止推垫圈/板204B限制输出行星齿轮的侧向运动。输出行星齿轮间隔件204D和输出行星齿轮滚针204C支撑输出行星齿轮，并使输出行星齿轮能够相对于输出行星齿轮滚销204E旋转。输出行星齿轮销204G将输出行星齿轮滚销204E固定到静止的输出行星齿轮齿架。
中间齿架203A与输出恒星齿轮211互相接合。中间行星齿轮止推板203B纵向固定中间行星齿轮203F。衬套203C插设在输入行星齿轮202F与输入行星齿轮销202E之间。衬套203C插设在中间行星齿轮203F与中间行星齿轮销203E之间。
行星齿轮输出齿架204A通过销204G固定到行星齿轮输出销204E。输出行星齿轮止推垫圈/板204B固定输出行星齿轮204F以防止其纵向运动。输出行星齿轮间隔件204D将插设在输出行星齿轮204F的内部与输出销204E之间的输出行星齿轮滚针轴承分开，以使输出齿轮能够相对于输出销旋转。罩组件206A由罩保持环保持。罩止推垫圈206B与由中间齿架203A驱动的输出恒星齿轮211互相接合。
Sauer交流电动马达207A驱动花键连接的断开轴209，断开轴209又驱动输入恒星齿轮210，输入恒星齿轮210又驱动输入行星齿轮202F。当然，马达外壳207A固定到主轴201A。
图1和图2的实施例不同。图2示出了大间隔件/罩269S的开口中的位于马达207A与锻造的主轴/输入齿圈269之间的间隔件269和“L”形套筒。图1利用了等级为IP67的不同的马达107A。注意，制动器208A部分容纳在主轴201A端部的径向孔296内。图1中，板124、126和摩擦板125容纳在主轴101A端部的径向孔196内，外壳108A主要位于马达绕组123和马达轴141A之间。图1还采用了窄的输入行星齿轮102F，该输入行星齿轮102F与制动器的反向取向一起提供长度较短的马达-制动器-减速器组合。较窄的输入级的优点在于中间级传动装置可以较宽。中间级传动装置在第一个实施例中较宽。在申请人的测试中导致样机过早失效。主轴101A和主轴201A外形相同。
由于马达绕组223外部的制动器的取向和较宽的输入行星齿轮202F，因此图2示出的马达-制动器-减速器组合比图1的马达-制动器-减速器组合长。由于制动器不装配在马达内，因此在马达207A与锻造的主轴/输入齿圈269之间的间隔件269和“L”形套筒位于大间隔件/罩269S中的靠近通向马达外部的线束的开口中。图2示出了间隔件269和“L”形套筒269A，“L”形套筒269A沿该装置的轴线纵向延伸，延伸距离大约为压力板224、226和摩擦板225的厚度。
图3是马达-制动器-齿轮减速器的另一实施例的组装剖视图300，其在许多方面与图2和图2A中所示的实施例相同。除了这里所述的以外，图2和图2A的200系列的附图标记表示与图3、3A和3B中的300系列的附图标记相同的结构。图3A是图3的示出输入行星齿轮301F和中间行星齿轮303F的一部分的放大图300。图3A是为了完整性而提供并与图2相同。图3示出的马达-制动器-减速器组合比图1所示的实施例略长，这是由于马达绕组323外部的制动器的取向并且由于使用了Sauer 207A马达。由于制动器不装配在马达307A内，因此一体的间隔件369与“L”形套筒369A位于马达307A与锻造的主轴/输入齿圈369之间，并且在大间隔件/罩369S中靠近通向马达外部的线束存在开口。马达307A通过图3B中未编号的螺栓固定到主轴301A。图3示出一体的间隔件369和“L”形套筒369A，“L”形套筒369A沿装置的轴线纵向延伸，延伸距离大约为压力板324、326和摩擦板325的厚度。图3B是图3和图3A所示的实施例的外部立体图。Sauer交流电动马达307A驱动花键连接的断开轴309，该断开轴309又驱动输入恒星齿轮310，该输入恒星齿轮310又驱动输入行星齿轮302F。当然，马达外壳307A固定到主轴301A。
图4是马达-制动器-齿轮减速器的另一实施例的组装剖视图400。图4A是图4的示出制动器408A的一部分的部分的放大图400。图4B是图4和图4A中所示的实施例的外部立体图400B。图4是许多方面均与图2和图3所示的实施例相同的马达-制动器-减速器的另一个实施例的组装剖视图400。除了这里所述的以外，对于相应的图2、2A和图3、3A和3B的200和300系列的附图标记与图4、4A和4B中的400系列的附图标记表示相同的结构。图4A是图4的示出输入行星齿轮401F和中间行星齿轮403F的一部分的放大图400。图4A是为了完整性而提供，并且与图2A和图3A相同。由于马达绕组423外部的制动器408A和Danaher马达408A的取向，因此图4示出的马达-制动器-减速器组合比图1所示的略长。由于制动器不装配在马达内，因此间隔件469和“L”形套筒469A位于马达407A和锻造的主轴/输入齿圈401A之间。马达407A通过图4B中未编号的螺栓固定到主轴401A。并且示出大间隔件/罩469S中的靠近通向马达外部的线束而未编号的开口。图4示出一体的间隔件469和“L”形套筒469A，“L”形套筒469A沿装置的轴线纵向延伸，延伸距离大约与压力板424、426和摩擦板425的厚度相同。图4B是图4和图4A所示的实施例的外部立体图400B。Danaher交流电动马达407A驱动花键连接的断开轴409，该断开轴409又驱动输入恒星齿轮410，该输入恒星齿轮41 0又驱动输入行星齿轮402F。当然，马达外壳407A固定到主轴401A。
除了这里所述的之外，图2、3和4的齿轮组和制动器的操作与结合图1的实施例所述的操作相同。图1是优选实施例，由于各个部件的几何形状，因此它们的设置是最为紧凑且有效的马达-制动器-齿轮减速器。
图1的实施例从左侧马达覆盖件179到右侧马达覆盖件179A的总长度近似为16英寸。类似地，图2和图3的实施例从左侧马达覆盖件279、379到右侧马达覆盖件279A、379A的总长度近似为16.3英寸。类似地，图4的实施例从左侧马达覆盖件479到右侧马达覆盖件479A的总长度近似为16.6英寸。
Danaher交流电动马达407A驱动花键连接的断开轴409，该断开轴又驱动输入恒星齿轮410，该输入恒星齿轮410又驱动输入行星齿轮402F。当然，马达外壳407A固定到主轴401A。所有的马达107A、207A和307A均为6马力马达。
通常，所有的传动装置、轴承、行星齿轮轴均由渗碳钢制成，而齿架和外壳由球墨铸铁或钢制成。输入级齿架由完全硬化钢制成。主轴由灰铸铁/铸钢/钢合金制成，并且马达外壳为铝材料。
通常，基于本申请所需要的变速箱等级具有三个输入行星齿轮、三个中间行星齿轮以及三个或四个输出行星齿轮。但对于每级齿轮个数可使用其它构造。
附图标记
100：制动器部分位于电动马达内的扭矩轮毂的剖视图
100A：图1的部分放大图
100B：图1A的部分放大图
100C：图1C的部分放大图
101A：锻造的主轴/输入齿圈
101B：主唇形密封件
101C：系列主轴承
101D：轮毂
101E：输出齿圈
101F：系列轴承螺母
101G：轴承螺母固定螺栓
101M：柱头螺栓
102A：输入齿架
102B：输入止推板
102D：输入行星齿轮衬套
102E：输入行星齿轮销
102F：35个齿的渗碳输入行星齿轮
102G：输入行星齿轮销保持环
103A：双重壁中间齿架
103B：中间行星齿轮止推垫圈
103C：输入/中间行星齿轮衬套
103E：中间行星齿轮销
103F：中间行星齿轮
103G：中间齿架滚销
104A：行星齿轮输出齿架
104B：输出行星齿轮止推垫圈
104C：输出行星齿轮滚针
104D：输出行星齿轮间隔件
104E：输出行星齿轮销
104F：46齿的输出行星齿轮
104G：输出行星齿轮滚销
106A：罩组件
106B：罩止推垫圈
106G：罩保持环
107A：先进的72V交流马达，IP67防护等级
107C：马达O形环
108A：电动制动器
108C：制动器O形环
108D：制动器保持环
108E：轴承预加载弹簧
108F：输入密封件
109：花键连接断开轴
110：19个齿的渗碳输入恒星齿轮
111：25个齿的渗碳输出恒星齿轮
112：中间恒星齿轮保持环
113：内断开杆
116：19个齿的渗碳中间恒星齿轮
118：输出齿圈O形环
120：输入齿架与中间齿架之间的止推间隔件
123：电动马达绕组端匝
124：压力板
125：摩擦板
125A：通过粘合剂固定到摩擦板的摩擦材料
126：致动板
128：马达速度控制件
129：电线的水封件
130：制动器中的线圈
140：止推弹簧
141：马达轴
141A：马达轴
142：轴承
160：用于将制动器固定到锻造的主轴/输入齿圈的带螺纹的螺栓
161：电磁线圈与压力板之间的间隔件，三个中的一个
162：压力板抵靠锻造的主轴/输入齿圈的互接
163：摩擦板125中的通路
163A：与主轴101A的螺纹互连
163P：铁磁体板126中的通路
163Q：板124中的通路
164：弹簧，三个中的一个
169：当线圈断电时内线圈壳体108A与内板126之间的间隙
171：将马达轴与断开轴互连的花键
172：将断开轴109/输出恒星齿轮110互连的花键
173：将输出齿架102A互连的花键
174：将中间齿架103A与输出恒星齿轮111互连的花键
178：花键连接
179、279、379、479：左侧马达覆盖件
179A、279A、379A、479A：右侧马达覆盖件
180：输入恒星齿轮与输入行星齿轮互相啮合
181：中间恒星齿轮116与中间行星齿轮103F互相啮合
182：输出恒星齿轮与输出行星齿轮互相啮合
188：主轴101A的内齿圈
189：在断开杆113与输出恒星齿轮111之间操作的衬套
190：支撑马达轴141A的轴承
196：主轴101A端部中的径向孔
197：马达绕组123的端部与马达轴141/141A之间的空间
199：将制动器108A的本体、间隔件与板124固定到主轴101A的螺栓
200：具有制动器的扭矩轮毂的剖视图
200A：图2的部分放大图
201A、301A、401A：主轴/输入齿圈(锻造)
201B、301B、401B：主唇形密封件
201C、301C、401C：主轴承
201D、301D、401D：轮毂
201E、301E、401E：输出齿圈
201F、301F、401F：轴承螺母
201G、301G、401G：轴承螺母固定螺栓
201M、301M、401M：柱头螺栓
202A、302A、402A：输入齿架
202B、302B、402B：输入止推板
202E、302E、402E：输入行星齿轮销
202F、302F、402F：35个齿的渗碳输入行星齿轮
202G、302G、402G：输入行星齿轮销保持环
203A、303A、403A：双重壁中间齿架
203B、303B、403B：中间行星齿轮止推板
203C、303C、403C：输入/中间行星齿轮衬套
203E、303E、403E：中间行星齿轮销
203F、303F、403F：中间行星齿轮
203G、303G、403G：中间齿架滚销
204A、304A、404A：行星齿轮输出齿架
204B、304B、404B：输出行星齿轮止推垫圈/板
204C、304C、404C：输出行星齿轮滚针
204D、304D、404D：输出行星齿轮间隔件
204E、304E、404E：输出行星齿轮销
204F、304F、404F：46齿的输出行星齿轮
204G、304G、404G：输出行星齿轮滚销
206A、306A、406A：罩组件
206B、306B、406B：罩止推垫圈
206G、306G、406G：罩保持环
207A、307A、407A：Sauer马达
208A、308A、408A：电动制动器
208C、308C、408C：制动器O形环
208D、308D、408D：制动器保持环
208E、308E、408E：轴承预加载弹簧
208F、308F、408F：输入密封件
208G、308G、408G：外板226与电制动器208A/线圈230之间的隔开/互连
209、309、409：花键连接的断开轴
210、310、410：19个齿的渗碳输入恒星齿轮
211、311、411：25个齿的渗碳输出恒星齿轮
212、312、412：中间恒星齿轮保持环
213、313、413：内断开杆
216、316、416：19个齿的渗碳中间恒星齿轮
218、318、418：输出齿圈O形环
220、320、420：输入齿架与中间齿架之间的止推间隔件
221、321、421：断开保持环
222、322、422：断开垫圈，外径0.524；内径0.286；厚度0.047
223、323、423：电动马达绕组端匝
224、324、424：压力板
225、325、425：制动器摩擦
226、326、426：板
230、330、430：制动器中的线圈
240、340、440：弹簧
241、341、441：马达轴
242、342、442：马达轴承
261：电磁线圈与压力板之间的间隔件，三个中的一个
264、364、464：弹簧
269、469：锻造的主轴/输入齿圈的延伸部(锻造)
269A、369A、469A：“L”形套筒
269S、369S、469S：大间隔件/罩
272、372、472：将断开轴209/309/409与输入恒星齿轮210/310/410互连的花键
273、373、473：将输入齿架202A互连的花键
274、374、474：将中间齿架203A/303A/403A与输出恒星齿轮211/311/411互连的花键
274A、374A、474A：将输出齿架与主轴互连的花键
281、381、481：中间输入恒星齿轮与中间行星齿轮互相啮合
288、388、488：主轴201A/301A/401A的内齿圈
290、390、490：支撑马达轴的轴承
296、396、496：主轴201A/301A/401A的内径
300：扭矩轮毂的剖视图
300A：图3的部分放大图
300B：扭矩轮毂的立体图
369：主轴的一体延伸部
400：扭矩轮毂的剖视图
400A：图4的部分放大图
400B：扭矩轮毂的立体图
已经通过实施例对本发明进行了阐述。本领域技术人员容易认识到，在不脱离所附的权利要求的精神和范围的情况下，可以对本发明进行改变。

Claims (10)

1、一种小型齿轮减速器电动马达组件，该小型齿轮减速器电动马达组件包括：
内制动器；
高速电动马达，该高速电动马达与具有大齿轮减速比的齿轮减速器互连；
所述齿轮减速器包括主轴；
所述内制动器基本安装在所述高速电动马达内，并可抵抗弹簧而操作，该弹簧将所述制动器偏压成与基面接合；
所述制动器被电致动以允许向所述齿轮减速器传递能量；
所述齿轮减速器包括输入行星齿轮级、中间行星齿轮级以及输出行星齿轮级；
所述输入行星齿轮级和所述中间行星齿轮级位于所述主轴内；并且
所述输出行星齿轮级驱动输出齿圈。
2、根据权利要求1所述的小型齿轮减速器电动马达组件，该小型齿轮减速器电动马达组件还包括释放装置，该释放装置用于从所述制动器释放所述输出齿圈以允许该输出齿圈旋转。
3、根据权利要求2所述的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，所述释放装置包括电磁线圈。
4、根据权利要求1所述的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，所述电动马达包括轴，且所述电动马达包括与所述轴径向间隔开的电绕组，以在所述轴与所述绕组之间产生空隙或空间。
5、根据权利要求4所述的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，所述电动制动器基本位于所述轴与所述绕组之间的所述空间内。
6、根据权利要求5所述的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，所述输入行星齿轮级包括一个输入恒星齿轮与多个输入行星齿轮，所述输入行星齿轮级的所述行星齿轮具有第一宽度，所述中间行星齿轮级包括一个中间恒星齿轮和多个中间行星齿轮，所述中间行星齿轮具有第二宽度，所述输入行星齿轮级的第一宽度小于具有第二宽度的所述中间行星齿轮的宽度的二分之一。
7、一种小型齿轮减速器电动马达组件，该小型齿轮减速器电动马达组件包括：
高速电动马达，该高速电动马达与具有齿轮减速比的齿轮减速器互连，所述齿轮减速比的范围为1∶90至1∶160；
所述齿轮减速器包括主轴和断开轴，所述断开轴将所述高速电动马达的能量传递到所述齿轮减速器；
内制动器，所述内制动器包括外壳，所述内制动器的所述外壳还包括电磁线圈和安装在所述外壳中的弹簧；
所述内制动器固定到所述主轴，所述内制动器还包括：外壳；第一和第二压力板，所述第一和第二压力板均包括贯通的通路；位于所述第一和第二板之间的间隔件；以及固定到所述断开轴并随之旋转的摩擦板；
所述摩擦板大致为具有第一和第二侧面的盘形，并包括固定到所述摩擦板的所述第一和第二侧面上的摩擦材料；
所述制动器的所述弹簧可在所述制动器的所述外壳与所述第一压力板之间操作，所述压力板是铁磁性的，并可在所述制动器的所述线圈通电时被所述线圈吸引，当所述线圈断电时，所述弹簧推动所述第一压力板与所述摩擦板接合；
所述内制动器基本位于所述高速电动马达内；
所述制动器被电致动以向所述齿轮减速器传递能量；
所述齿轮减速器包括输入行星齿轮级、中间行星齿轮级以及输出行星齿轮级；
所述输入行星齿轮级和所述中间行星齿轮级位于所述主轴内；并且
所述输出行星齿轮级驱动输出齿圈。
8、根据权利要求7所述的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，所述电动马达包括轴，且所述电动马达包括与所述轴径向间隔开的电绕组，以在所述轴与所述绕组之间产生空隙或空间。
9、根据权利要求8所述的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，所述电动制动器基本位于所述轴与所述绕组之间的所述空间内。
10、根据权利要求9所述的小型齿轮减速器电动马达组件，其中，所述输入行星齿轮级包括一个输入恒星齿轮与多个输入行星齿轮，所述输入行星齿轮级的所述行星齿轮具有第一宽度，所述中间行星齿轮级包括一个中间恒星齿轮和多个中间行星齿轮，所述中间行星齿轮具有第二宽度，所述输入行星齿轮级的所述第一宽度小于具有第二宽度的所述中间行星齿轮的宽度的二分之一。
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