CN112154093B - 用于驱动和操纵轮子转向的轮子驱动模块 - Google Patents

用于驱动和操纵轮子转向的轮子驱动模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动和操纵轮子(30)转向的轮子驱动模块(1)，包括所述轮子(30)、第一驱动马达(11)、第二驱动马达(21)和传动装置，其中所述轮子(30)可由所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)通过所述传动装置同时进行驱动和转向操纵，其中从所述第一驱动马达(11)在第一马达轴方向(12’)上延伸出用于驱动所述传动装置的第一马达轴(12)，从所述第二驱动马达(21)在第二马达轴方向(22’)上延伸出用于驱动所述传动装置的第二马达轴(22)，所述第一马达轴方向(12’)和所述第二马达轴方向(22’)彼此相反，并且所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)在共同的重叠部分
Figure DDA0002787644360000011
上平行于所述第一和第二马达轴(12’、22’)方向延伸。

Description

用于驱动和操纵轮子转向的轮子驱动模块
技术领域
本发明涉及一种用于驱动和操纵轮子转向的轮子驱动模块，其中所述轮子可由两个驱动马达驱动并同时进行转向操纵。
背景技术
在现有技术中，已知有众多适用于各种应用领域的轮子驱动模块和轮子驱动方案。若需要将这些轮子驱动方案集中于单一的模块，那么有利的是：该模块结构紧凑，因而仅需占用较小的空间。特别是在将这样一种轮子驱动模块应用于物流领域，例如应用于运输滑架时，较小的结构高度是有利的。现有技术中的已知方案往往将驱动轮子的马达在高度上与轮子以及与连接在马达和轮子之间的传动装置偏移设置。这使得，轮子驱动模块的总结构高度至少取决于马达的结构高度、轮子的结构高度与传动装置的部分结构高度之和。
发明内容
因此，本发明的目的是克服上述缺点并提供一种轮子驱动模块，这种轮子驱动模块结构高度小，并且可作为紧凑的、造价低廉的结构单元被提供。
本发明提出一种用于驱动和操纵轮子转向的轮子驱动模块。为此，该轮子驱动模块包括轮子、第一驱动马达、第二驱动马达和传动装置。需要用轮子驱动模块进行驱动和转向操纵的轮子与传动装置作用性连接，并且可由通过传动装置作用于轮子的第一驱动马达和第二驱动马达同时进行驱动和转向操纵。从第一驱动马达在第一马达轴方向上延伸出用于驱动传动装置的第一马达轴，第一马达轴可在第一驱动马达驱动下旋转并且例如通过第一小齿轮驱动传动装置。相似地，从第二驱动马达在第二马达轴方向上延伸出用于驱动传动装置的第二马达轴，第二马达轴可在第二驱动马达驱动下旋转并且例如通过第二小齿轮驱动传动装置。第一和第二驱动马达彼此对立布置，使得第一马达轴方向和第二马达轴方向定向相反或彼此相反。此外，第一驱动马达和第二驱动马达在共同的重叠部分上平行于第一和第二马达轴方向延伸。因此，驱动马达是轴向平行地并排布置，其中与其对应的马达轴指向相反方向。
本发明一种有利的、特别紧凑的实施方式提出：重叠部分占第一驱动马达和第二驱动马达平行于第一和第二马达轴方向的总延伸的50％至90％。
驱动马达还可以具有马达传动装置，马达传动装置可直接设于对应的驱动马达上，并且从马达传动装置中延伸出对应的马达轴。如果存在马达传动装置，则该马达传动装置与对应的驱动马达形成结构单元，如此一来，对应的驱动马达的总延伸是马达本身的延伸与对应该马达的马达传动装置的延伸之和。
在有利的进一步方案中，传动装置具有可相对独立地围绕共同的旋转轴旋转的第一和第二主动齿轮。此外，传动装置还包括从动轴，从动轴可绕轮子的轮轴旋转并且可由第一和第二主动齿轮驱动。从动轴连接轮子，并且轮子可由从动轴驱动。通过第一主动齿轮和第二主动齿轮围绕其共同旋转轴的第一旋转和第二旋转，从动轴连同轮子可绕轮轴被驱动并且可绕旋转轴旋转。第一马达轴方向和第二马达轴方向平行于旋转轴延伸。从动轴和轮子旋转时所围绕的从动轴和轮轴优选与第一和第二主动齿轮的旋转轴正交延伸。
从动轴优选设有从动齿轮，从动齿轮设于第一主动齿轮与第二主动齿轮之间，并且以其齿部与第一和第二主动齿轮或这些主动齿轮的齿部啮合。
第一和第二主动齿轮优选实施为有齿回转环或者说齿圈。所述齿圈分别优选具有用于与小齿轮或中间轮啮合的第一齿部以及用于将旋转传递给从动齿轮的第二齿部，第二齿部优选与第一齿部正交定向。
如果第一主动齿轮和第二主动齿轮以相同的旋转速度、相反的方向围绕其共同的旋转轴旋转，则从动轴会在从动齿轮作用下绕轮轴旋转，但轮子围绕旋转轴的位置不改变。如果从动轴和轮子相对于主动齿轮的旋转轴不发生位置变化，则借此实现对轮子的驱动，但轮子不发生围绕主动齿轮的旋转轴的转向运动。如果主动齿轮的旋转或者说主动齿轮的旋转速度有差别，则轮子在受到驱动的同时围绕主动齿轮的旋转轴转动，从而在驱动或推进的同时在轮子上实现转向运动。当主动齿轮以相同的转速和相同的旋转方向旋转时，会产生使得轮子被锁止或者说不绕轮轴旋转且不受驱动的转向运动。
另一有利的改进方案提出：传动装置的第一主动齿轮可由第一马达轴通过第一主动齿轮副进行驱动，并且传动装置的第二主动齿轮可由第二马达轴通过第二主动齿轮副进行驱动。第一主动齿轮副沿着旋转轴以一偏移量与第二主动齿轮副隔开设置。该偏移量优选取决于第一与第二主动齿轮之间的距离以及位于主动齿轮之间的从动齿轮。
在替代性技术方案中提出：第一马达轴具有第一小齿轮。第一小齿轮要么与第一主动齿轮啮合并且与第一主动齿轮形成第一主动齿轮副，要么与传动装置的第一中间轮啮合。如果使用第一中间轮，则该第一中间轮设于第一小齿轮与第一主动齿轮之间，以其齿部与第一小齿轮和第一主动齿轮啮合并且与第一小齿轮和第一主动齿轮或者与第一主动齿轮形成第一主动齿轮副。
此外，相似地提出：第二马达轴具有第二小齿轮。第二小齿轮相应地要么与第二主动齿轮啮合并且与第二主动齿轮形成第二主动齿轮副，要么与传动装置的第二中间轮啮合。如果使用第二中间轮，则该第二中间轮设于第二小齿轮与第二主动齿轮之间，以其齿部与第二小齿轮和第二主动齿轮啮合并且与第二小齿轮和第二主动齿轮或者与第二主动齿轮形成第二主动齿轮副。
借助被构建为齿轮的中间轮分别规定对应的马达轴或对应的小齿轮与对应的主动齿轮之间的传动比。其中，该传动比也可以为1，使得中间轮在将小齿轮与主动齿轮隔开的同时，仅用于将力和旋转从小齿轮传递到主动齿轮上。
在本发明的有利实施方式中，第一驱动马达和第二驱动马达的重叠部分设于第一与第二主动齿轮副之间。主动齿轮被从动齿轮强制性隔开，其中通过将重叠部分设于第一与第二主动齿轮副之间，可以利用主动齿轮副之间的现有间隙来整合第一和第二驱动马达，从而实现紧凑的结构形式。
在所述轮子驱动模块的另一变体中，第一驱动马达和第二驱动马达完全设于第一与第二主动齿轮副之间。其中，马达轴分别从对应的驱动马达以及主动齿轮副之间的间隙中延伸而出。
进一步有利的是：在本发明进一步的方案中，第一驱动马达和/或第二驱动马达具有平行于旋转轴的长度尺寸，该长度尺寸等于或小于第一主动齿轮副与第二主动齿轮副之间的偏移量。
在另一替代性技术方案中，驱动马达的第一和第二马达轴相对于第一和第二主动齿轮的旋转轴沿周向相对偏移设置。
作为补充或替代方案，第一马达轴和第二马达轴相对于第一和第二主动齿轮的旋转轴在主动齿轮的径向上相对偏移设置。如此一来，马达轴和各自所对应的驱动马达可例如借助相应的对称轴而布置在从旋转轴出发的直线上，从而使所述轮子驱动模块具有从俯视角度看在旋转方向上特别窄的结构形式。
此外，所述轮子驱动模块的如下技术方案是有利的：第一和第二驱动马达沿旋转轴的周向相邻接布置。
附图说明
关于本发明其他有利改进方案的特征，下面参照附图并结合本发明的优选实施方案予以详细说明。其中：
图1为第一轮子驱动模块的侧视图；
图2为第二轮子驱动模块的俯视图；
图3为第三轮子驱动模块的侧视图；
图4为第四轮子驱动模块的侧视图；
图5为轮子驱动模块的透视图。
具体实施方式
附图是例示性的示意图。在附图中，相同的附图标记指向相同的功能特征和/或结构特征。
图1示出本发明的轮子驱动模块1的实施变体。第一驱动马达11和第二驱动马达21彼此重叠地呈现在侧视图中，其中第二驱动马达21部分地被示出，以便能清楚看到位于其后面的第一驱动马达11。从驱动马达11、21分别延伸出马达轴12、22，其中在第一马达轴12上设有第一小齿轮13，并且在第二马达轴22上设有第二小齿轮23。第一小齿轮13与第一中间轮14啮合，第一中间轮14与第一主动齿轮15啮合，借此，第一驱动马达11通过第一马达轴12的旋转驱动第一主动齿轮15绕旋转轴R旋转。与此相似地，第二小齿轮23与第二中间轮24啮合，第二中间轮与第二主动齿轮25啮合，使得第二驱动马达21可以通过第二马达轴22的旋转驱动第二主动齿轮25绕旋转轴R旋转。
第一和第二主动齿轮15、25以能够绕其共同的旋转轴R旋转的方式进行安装。第一和第二中间轮14、24围绕各自的自有旋转轴旋转，这些旋转轴在图2中呈现为叠合，但也可以沿主动齿轮15、25的径向RA或周向UM相对位移。
借助设于第一与第二主动齿轮15、25之间且固定在从动轴31上的从动齿轮32在第一与第二主动齿轮15、25之间规定偏移量X。第一和第二驱动马达11、21至少部分地设于主动齿轮15、25之间，因而至少部分地沿着偏移量X延伸。在图1所示的实施例中，第一和第二驱动马达11、21完全设于偏移量X以内，这使得驱动单元1沿旋转轴所测得的结构高度取决于偏移量X以及齿轮(特别是主动齿轮15、25)沿旋转方向R的厚度。从侧视图看，第一和第二驱动马达11、21在图示实施方案中以约85％的程度彼此重叠，其重叠部分
Figure GDA0003979776750000051
在图1所示的实施方案中完全位于偏移量X以内。为了驱动第一和第二主动齿轮15、25，第一和第二马达轴12、22指向相反方向。第一马达轴方向12’和第二马达轴方向22’相应地彼此相反，但相互平行且平行于旋转轴R。
图2以俯视角度示出轮子驱动模块1，其中第一主动齿轮15和第二主动齿轮25呈现为彼此重叠。在图示实施例中，在俯视图中彼此重叠的还有第一中间轮14和第二中间轮24，其中在替代实施变体中，第一中间轮和第二中间轮也可以沿着围绕旋转轴R的周向UM相隔设置。具有固定在其上的第一小齿轮13的第一马达轴12在围绕旋转轴R的周向UM上偏离具有第二小齿轮23的第二马达轴22的角度为α，这使得第一马达轴和第二马达轴是并排布置。在俯视示意图中，第一驱动马达11设于第一小齿轮13下方，并且第二小齿轮23连同第二马达轴22设于第二驱动马达21下方，其中第一驱动马达11和第二驱动马达21在其各自的直径方面也被构建为大于对应的小齿轮13、23，并且可被布置成直接相邻接。在如图2所揭示的实施变体中，第一驱动马达11和第二驱动马达21在径向RA上与旋转轴R隔开相同距离。作为替代方案，驱动马达11、21也可以与旋转轴R隔开不同的距离。举例而言，所述驱动马达可以相对独立地围绕对应的中间轮14、24的旋转轴位移布置。
为了更好地说明转向过程，图2还示出了轮子30的初始位置以及沿着围绕旋转轴R的周向UM发生位移后的位置。在此以虚线示出偏转后的轮子30’。
图3中所揭示的轮子驱动模块1未被一并示出从动齿轮32、从动轴31和轮子30，并且采用不设第二中间轮24的实施方式。由于省去了第二中间轮24，第二小齿轮23直接与第二主动齿轮25啮合并对第二主动齿轮进行驱动。如此一来，第二驱动马达21在主动齿轮15、25的径向上更靠近这些主动齿轮。此外，第一和第二驱动马达11、21可沿径向RA相邻布置。第一小齿轮13与第一中间轮14之间的传动比优选为1:1，如此一来，第二小齿轮23用以驱动第二主动齿轮25的传动比与第一小齿轮13通过第一中间轮14驱动第一主动齿轮15所用的传动比是相同的。
图4所示的实施方式与图3的实施变体基本一致，其中第一驱动马达11延伸超过偏移量X并且部分地平行于第二主动齿轮25布置，其中第一驱动马达沿旋转轴R的延伸幅度不超过主动齿轮25。如果从俯视角度看，第一或第二驱动马达11、21未被另一个中间轮14、24或另一个主动齿轮15、25覆盖，那么这个驱动马达11、21可以突出于偏移量X以外，其中这个驱动马达在偏移量X以内仍然以重叠量
Figure GDA0003979776750000061
为幅度平行于另一个驱动马达11、21延伸。
图5以透视示意图示出的轮子驱动模块1的实施方式涉及的是如下变体：轮子30并非设于第一和第二主动齿轮15、25外部，而是设于由主动齿轮15、25限定的轮子容置空间20内。主动齿轮15、25分别实施为齿圈和冠齿轮，该齿圈/冠齿轮呈环形并且具有指向从动齿轮32的齿部以及指向对应的中间轮14、24的齿部。从透视图中特别能看清第一和第二驱动马达11、21的相对布局。第一和第二驱动马达被布置成直接相邻接并且从其纵向侧面图看沿旋转轴R彼此重叠。与此同时，驱动马达11、21连同其各自的马达轴12、22和各自的小齿轮13、23具有沿着旋转轴R的共同的长度延伸，由于驱动马达11、21的重叠，该长度延伸总计等于或小于第一和第二主动齿轮15、25沿旋转轴R相背离一侧之间的距离。

Claims (12)

1.一种用于驱动和操纵轮子(30)转向的轮子驱动模块(1)，包括所述轮子(30)、第一驱动马达(11)、第二驱动马达(21)和传动装置，其中，
所述轮子(30)能够由所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)通过所述传动装置同时进行驱动和转向操纵，其中，
从所述第一驱动马达(11)在第一马达轴方向(12’)上延伸出用于驱动所述传动装置的第一马达轴(12)，
从所述第二驱动马达(21)在第二马达轴方向(22’)上延伸出用于驱动所述传动装置的第二马达轴(22)，
所述第一马达轴方向(12’)和所述第二马达轴方向(22’)彼此相反且背离，并且
所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)在共同的重叠部分(
Figure FDA0003979776740000011
)上平行于所述第一马达轴(12’)和所述第二马达轴(22’)方向延伸，
所述传动装置具有能够围绕共同的旋转轴(R)旋转的第一主动齿轮(15)和第二主动齿轮(25)、以及从动轴(31)，所述从动轴能够绕轮轴(A)旋转并且能够由所述第一主动齿轮(15)和所述第二主动齿轮(25)驱动，其中，
所述从动轴(31)连接所述轮子(30)，并且所述轮子(30)能够由所述从动轴(31)驱动，
所述从动轴(31)连同所述轮子(30)通过所述第一主动齿轮(15)和所述第二主动齿轮(25)围绕其共同的所述旋转轴(R)的第一旋转和第二旋转能够发生旋转并且能够绕所述轮轴(A)被驱动，并且
所述第一马达轴方向(12’)和所述第二马达轴方向(22’)平行于所述旋转轴(R)延伸。
2.根据权利要求1所述的轮子驱动模块，其中所述重叠部分(
Figure FDA0003979776740000012
)占所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)分别平行于所述第一马达轴方向(12’)和所述第二马达轴方向(22’)的总延伸的50％至80％。
3.根据权利要求1所述的轮子驱动模块，其中所述从动轴(31)设有从动齿轮(32)，所述从动齿轮设于所述第一主动齿轮(15)与所述第二主动齿轮(25)之间并且与所述第一主动齿轮和所述第二主动齿轮啮合。
4.根据权利要求1所述的轮子驱动模块，其中，
所述传动装置的第一主动齿轮(15)能够由所述第一马达轴(12)通过第一主动齿轮副进行驱动，
所述传动装置的第二主动齿轮(25)能够由所述第二马达轴(22)通过第二主动齿轮副进行驱动，并且
所述第一主动齿轮副沿着所述旋转轴(R)以一偏移量(X)与所述第二主动齿轮副隔开设置。
5.根据权利要求4所述的轮子驱动模块，其中，
所述第一马达轴(12)具有第一小齿轮(13)，所述第一小齿轮与所述第一主动齿轮(15)啮合并且与所述第一主动齿轮形成所述第一主动齿轮副，或者
所述第一马达轴(12)具有第一小齿轮(13)，所述第一小齿轮与第一中间轮(14)啮合，所述第一中间轮与所述第一主动齿轮(15)啮合并且与所述第一主动齿轮形成所述第一主动齿轮副。
6.根据权利要求4所述的轮子驱动模块，其中，
所述第二马达轴(22)具有第二小齿轮(23)，所述第二小齿轮与所述第二主动齿轮(25)啮合并且与所述第二主动齿轮形成所述第二主动齿轮副，或者
所述第二马达轴(22)具有第二小齿轮(23)，所述第二小齿轮与第二中间轮(24)啮合，所述第二中间轮与所述第二主动齿轮(25)啮合并且与所述第二主动齿轮形成所述第二主动齿轮副。
7.根据权利要求4所述的轮子驱动模块，其中所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)的重叠部分(
Figure FDA0003979776740000021
)设于所述第一主动齿轮副与所述第二主动齿轮副之间。
8.根据权利要求4所述的轮子驱动模块，其中所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)完全设于所述第一主动齿轮副与所述第二主动齿轮副之间。
9.根据权利要求4所述的轮子驱动模块，其中所述第一驱动马达(11)和/或所述第二驱动马达(21)具有平行于所述旋转轴(R)的长度尺寸，所述长度尺寸等于或小于所述第一主动齿轮副与所述第二主动齿轮副之间的所述偏移量(X)。
10.根据权利要求1所述的轮子驱动模块，其中所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)的所述第一马达轴(12)和所述第二马达轴(22)相对于所述第一主动齿轮(15)和所述第二主动齿轮(25)的旋转轴(R)沿周向(UM)偏移设置。
11.根据权利要求1所述的轮子驱动模块，其中所述第一马达轴(12)和所述第二马达轴(22)相对于所述第一主动齿轮(15)和所述第二主动齿轮(25)的旋转轴(R)在所述第一主动齿轮(15)和所述第二主动齿轮(25)的径向(RA)上相对偏移设置。
12.根据权利要求1所述的轮子驱动模块，其中所述第一驱动马达(11)和所述第二驱动马达(21)沿所述旋转轴(R)的周向(UM)相邻接布置。
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