CN105790499B - 小直径大扭矩一体式轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于驱动电机技术领域，尤其涉及一种小直径大扭矩一体式轮毂电机，包括：电机、减速器和轮圈，电机定子2固定在阶梯空心轴上，阶梯空心轴的粗轴末端铣有轴固定平台4用于与机架固定；电机外转子1和阶梯空心轴的阶梯轴轴台连接，电机外转子1的动力输出一侧与减速器中的上级太阳轮21固定；上级行星轮19和末级行星轮14分别通过上级系杆销20和末级系杆销15与上级系杆18和末级系杆12连接，上级系杆18与末级太阳轮13固接逐级传导减速；末级系杆12与阶梯空心轴的细轴末端套接；末级系杆12作为细轴侧承重件，在末级系杆12的末端铣出轴固定平台用于和机架的固接；采用端盖固定钉7将轮圈17和轴承端盖固定在一起。

Description

小直径大扭矩一体式轮毂电机

技术领域

本发明属于驱动电机技术领域，尤其涉及一种小直径大扭矩一体式轮毂电机。

背景技术

目前市场上轮毂电机直径尺寸多集中在4英寸及以上，基本难以找到4英寸及以下的。这一方面是由于这种极端使用工况较少见，而另一方面更多的是因为在小于4英寸时普通轮毂电机难以做到保证较小直径和宽度的同时保持大扭矩。在对空间体积有苛刻要求的轮式驱动应用场合，普通轮毂电机及其他传统驱动方式往往难以胜任。由于常规驱动机构无法在如此小的离地距离下有效布置，使得小直径轮式直驱机构成为工程应用难题。

为保证驱动轮在小直径下依然有效工作，除普通轮毂电机外，目前可采用的常规替代驱动方式主要有：同步带电机驱动，液压气压驱动，减速器电机驱动。然而受本身机电特性的影响，这些驱动方式虽然可以部分实现小直径轮式驱动，但依然无法完全满足其全部工作要求。

以同步带电机驱动为例，这种驱动方式往往将电机沿轮子径向布置然后使用同步带将动力传至轮子。虽然这种驱动方式有效性不受驱动轮直径限制，但却是以牺牲轮子径向空间为代价。并且由于一方面减速比直接等比于带轮直径，另一方面轮子直径小而带轮直径又不能超过轮子，这种同步带驱动的本身特性的限制影响了总体减速比的提高，使其无法获得大扭矩。

液压气压驱动可以将液压或气压马达置于轮子内部，动力源可布置于离驱动部分较远的地方，因而不占用驱动部分的体积，满足小直径轮式驱动工况要求，并且可获得相对较大的力矩。然而液压气压驱动结构复杂并且需要将电能先转换为压力能然后再驱动液压马达，另外无法做到液体或气体绝对的无泄漏，这对于对能源效能和液体气体泄漏有特殊要求的场合依然无法接受。

减速器电机驱动一般将减速电机布置于驱动轮的轴向，电机动力经减速器后传到驱动轮上。虽然这种方法可以实现小尺寸大扭矩轮式驱动，但由于采用电机轴、减速器轴和轮子轴层层套接的方式，不但使得机构轴向刚度较小，而且增加了驱动轮轴向的占用面积，没有充分利用轮子内部空间，轮子、减速器、电机基本独立，使得总体宽度太大结构较为臃肿。

发明内容

为克服现有轮式驱动方式在空间占用大、扭矩较小、刚度低、能效不高的缺点，本发明提出了一款面向4英寸及以下轮式驱动工况的小直径大扭矩一体式轮毂电机，包括：电机、减速器和轮圈，电机采用外转子无刷电机，减速器采用二级行星减速器，其中，

电机定子2固定在阶梯空心轴上，阶梯空心轴的粗轴末端铣有轴固定平台4用于与机架固定；

电机外转子1的动力输出一侧通过电机动力输出侧轴承5和阶梯空心轴的阶梯轴轴台连接，电机外转子1的动力输出一侧直接与减速器中的上级太阳轮21固定；减速器中的上级行星轮19和末级行星轮14分别通过上级系杆销20和末级系杆销15与上级系杆18和末级系杆12连接，上级系杆18与末级太阳轮13固接逐级传导减速；

末级系杆12与阶梯空心轴的细轴末端套接，并用系杆固定钉11将两者固接在一起；末级系杆12同时作为细轴侧承重件，在末级系杆12的末端铣出轴固定平台用于和机架的固接；系杆固定钉11处的凸台安装有端盖轴承10，由末级系杆12和减速器侧轴承端盖9限制两侧轴向窜动；

减速器侧采用端盖固定钉7将内齿圈16、轮圈17与减速机侧轴承端盖9径向固定在一起，电机侧采用端盖固定钉7将轮圈17和电机侧轴承端盖6固定在一起；端盖固定钉7末端高出轮圈，在轮圈上包胶胎8。

所述阶梯空心轴的粗轴一侧空心，钻有电机出线孔，将电线从空心轴引出。

所述上级行星轮19和末级行星轮14为轴承齿轮，前者采用耐磨材料，后者采用合金钢材料。

所述胶胎8的材料为耐磨橡胶或PE。

本专利由于将驱动电机减速器及轮子融合为一体，充分利用轮子内部空间，不存在驱动机构径向和轴向的空间体积过大占用，可满足小直径轮式驱动苛刻的工作要求。本专利由于采用多级行星减速器减速传动，传动比及动态响应性均优于非行星齿轮传动或同步带传动。本专利采用电机直接带动减速器驱动，而不经过二次驱动源转换，因而能效较高，驱动结构简单。本专利采用外转无刷电机驱动，相比于有刷内转子电机，不存在碳刷的磨损而且扭矩大整体使用寿命长。并且采用外传无刷电机使得电机、减速器及轮子共用一根轴成为可能，这种单轴方式相比于电机、减速器和轮子各轴独立轴套结的方式不但可简化结构更重要的是能提高轮毂电机轴向刚度进而提高承重能力。轮毂电机轴采用阶梯部分空心轴并且减速器一侧轴径远小于电机侧，这使得在齿轮模数相同的情况下可采用更小的太阳轮，增大行星轮系总体减速比。为弥补减速器侧采用细轴对轮毂电机轴向刚度的影响，细轴末端套入末级异形系杆，由系杆承重可减少由于采用细轴造成的轴向承重挠度。电机侧采用空心轴，将电线由空心轴引出不会对其他结构造成影响，并且这种引线方式加上轴承端盖布置方式保证了整体密封性，保证轮毂电机在恶劣工况下的有效运转。

附图说明

图1为本发明的轮毂电机轴向刨面图，其中，1-电机外转子，2-电机定子，3-空心轴出线孔，4-轴固定平台，5-电机动力输出侧轴承，6-电机侧轴承端盖，7-端盖固定钉，8-胶胎，9-减速器侧轴承端盖，10-端盖轴承，11-系杆固定钉，12-末级系杆，13-末级太阳轮，14-末级行星轮，15-末级系杆销，16-内齿圈，17-轮圈，18-上级系杆，19-上级行星轮，20-上级系杆销，21-上级太阳轮。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种小直径大扭矩一体式轮毂电机，包括电机、减速器和轮圈，其中，

电机采用永磁无刷外转子式，电机外转子1内嵌有永磁钢片。电机定子2的铁芯由硅钢片叠加而成，固定在阶梯空心轴上。电机霍尔线和三相供电线经空心轴出线孔3后沿空心轴一端引出。轴末端铣有轴固定平台4用于与机架的固定。电机外转子动力输出一侧直接和末级太阳轮13固接，由阶梯轴轴台和转子端盖限制电机动力输出侧轴承5轴向窜动。

上级行星轮19采用MC尼龙，末级行星轮14则采用合金钢。为减小磨损行星轮采用轴承齿轮，套在系杆销上。上级系杆18和末级太阳轮13固接逐级传导减速。末级系杆12与阶梯轴细轴套接，并用系杆固定钉11将两者固接在一起。末级系杆12同时作为细轴侧承重件，在末端铣出轴固定平台用于和机架的固接。系杆固定钉11处凸台安装有端盖轴承10，由末级系杆12和轴承端盖9限制两侧轴向窜动。

减速器侧采用端盖固定钉7将内齿圈16轮圈17与减速机侧轴承端盖9径向固定在一起，电机侧采用端盖固定钉7将轮圈17和电机侧轴承端盖6固定在一起；端盖固定钉7末端高出轮圈，在轮圈上包胶胎8，材料为耐磨橡胶或PE。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种小直径大扭矩一体式轮毂电机，其特征在于，包括：电机、减速器和轮圈，电机采用外转子无刷电机，减速器采用二级行星减速器，其中，

电机定子(2)固定在阶梯空心轴上，阶梯空心轴的粗轴末端铣有轴固定平台(4)用于与机架固定；

电机外转子(1)的动力输出一侧通过电机动力输出侧轴承(5)和阶梯空心轴的阶梯轴轴台连接，电机外转子(1)的动力输出一侧直接与减速器中的上级太阳轮(21)固定；减速器中的上级行星轮(19)和末级行星轮(14)分别通过上级系杆销(20)和末级系杆销(15)与上级系杆(18)和末级系杆(12)连接，上级系杆(18)与末级太阳轮(13)固接逐级传导减速；

末级系杆(12)与阶梯空心轴的细轴末端套接，并用系杆固定钉(11)将两者固接在一起；末级系杆(12)同时作为细轴侧承重件，在末级系杆(12)的末端铣出轴固定平台用于和机架的固接；系杆固定钉(11)处的凸台安装有端盖轴承(10)，由末级系杆(12)和减速器侧轴承端盖(9)限制两侧轴向窜动；

减速器侧采用端盖固定钉(7)将内齿圈(16)、轮圈(17)与减速机侧轴承端盖(9)径向固定在一起，电机侧采用端盖固定钉(7)将轮圈(17)和电机侧轴承端盖(6)固定在一起；端盖固定钉(7)末端高出轮圈，在轮圈上包胶胎(8)。

2.根据权利要求1所述轮毂电机，其特征在于，所述阶梯空心轴的粗轴一侧空心，钻有电机出线孔，将电线从空心轴引出。

3.根据权利要求1所述轮毂电机，其特征在于，所述上级行星轮(19)和末级行星轮(14)为轴承齿轮，前者采用耐磨材料，后者采用合金钢材料。

4.根据权利要求1所述轮毂电机，其特征在于，所述胶胎(8)的材料为耐磨橡胶或PE。