CN113794309A - 移动平台高速悬臂式轮毂电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种移动平台高速悬臂式轮毂电机，包括以悬臂轴作为转动轴心的轮毂外壳和设于其内部的机芯外壳、机芯和行星减速机构，机芯外壳固定在悬臂轴前端，机芯为外定子内转子结构，转子中心的芯轴前端设有轴齿并与行星减速机构中的行星齿轮通过斜齿啮合，行星齿轮再与设在轮毂外壳内壁上的内齿圈啮合；其特征在于芯轴由前、后芯轴轴承支撑装配在机芯外壳内，芯轴上成型前、后轴肩，前轴肩前端经前芯轴轴承与机芯外壳前端内壁相抵，后轴肩后端与后芯轴轴承相抵，芯轴后端与机芯外壳后端内壁间留有轴向间隙，且后芯轴轴承和机芯外壳后端内壁间垫有波垫。本发明能降低芯轴和芯轴轴承受到的轴向力，减缓其损耗，提高轮毂电机的工作可靠性。

Description

移动平台高速悬臂式轮毂电机
技术领域
本发明涉及一种移动平台高速悬臂式轮毂电机。
背景技术
现有技术中移动平台由于移动灵活平稳，转向精度高，而被广泛应用于工业及生活各个领域，例如自动化程度较高的企业生产车间通常都配备有移动平台来输送生产材料、产品或者运载服务型机器人执行生产操作；再比如高尔夫球场则通常配备有以移动平台作为行走机构的高尔夫球车等。
目前这种移动平台的核心驱动部件是两侧的轮毂电机，且多为悬臂式轮毂电机。这种悬臂式轮毂电机的主体结构通常包括悬臂轴、轮毂外壳、机芯外壳、机芯和行星减速机构。悬臂轴前端固定机芯外壳，而机芯外壳前端再固定支架，轮毂外壳两端就分别通过轮毂轴承装配在悬臂轴和支架上。机芯位于机芯外壳内，包括定子、转子及与转子固定的芯轴，芯轴与悬臂轴同轴布置，其前端伸出机芯外壳并设有轴齿与行星减速机构中的行星齿轮啮合，行星齿轮再与轮毂外壳上的内齿圈啮合，以此传递动力，驱动轮毂外壳转动。可以说现有的悬臂式轮毂电机的结构特性决定了移动平台的性能。而随着移动平台越来越向高速重载方向的发展，对于悬臂式轮毂电机的结构特性也提出了更高的设计要求。
目前出于高速重载的要求，以及运动平稳性和降低噪音方面的设计考虑，已知的一类悬臂式轮毂电机，其芯轴的轴齿和行星齿轮之间往往采用斜齿啮合，取得较好的效果，但在实际应用中却也暴露出如下问题：
斜齿的啮合结构会使芯轴受到轴向力而产生轴向偏移，但是现有的悬臂式轮毂电机，其芯轴在设计时通过其上的轴肩与芯轴轴承接触，进而再与机芯外壳上的轴承凹座之间装配完成轴向的限位和锁紧，这就造成电机高速运转时，芯轴与芯轴轴承，以及芯轴轴承与机芯外壳之间都会产生较大的轴向挤压力，长此以往会加快芯轴和芯轴轴承的磨损，进而造成电机内部机构运转的不稳定性，并产生噪音，严重时甚至造成整个电机报废。
尤其是目前的移动平台轮毂电机多为正反转电机，而正转和反转会进一步使得芯轴受到两个方向的轴向力，且这两个轴向力的大小是不同的，这就进一步放大了芯轴上的受力偏差。其结果是导致芯轴及其上的芯轴轴承受到的挤压力更频繁，更大，使得部件损耗更严重，寿命更低，大大降低了此类悬臂式轮毂电机的工作可靠性和稳定性，故亟待改进。
发明内容
本发明目的是：提供一种移动平台高速悬臂式轮毂电机，其能够降低和缓冲高速运转时内部芯轴和芯轴轴承受到的轴向力，减缓它们的损耗，从而进一步提高轮毂电机内部机构的工作可靠性和稳定性，提高轮毂电机使用寿命。
本发明的技术方案是：一种移动平台高速悬臂式轮毂电机，包括以悬臂轴作为转动轴心的轮毂外壳和设于轮毂外壳内部的机芯外壳、机芯和行星减速机构，机芯外壳固定在悬臂轴前端，机芯为外定子内转子结构，定子固定在机芯外壳内壁上，而转子中心固定有与悬臂轴同轴设置的芯轴，该芯轴前端设有轴齿并伸出机芯外壳前部轴孔与行星减速机构中的行星齿轮通过斜齿啮合，行星齿轮再与设在轮毂外壳内壁上的内齿圈啮合；其特征在于芯轴通过前芯轴轴承和后芯轴轴承共同支撑装配在机芯外壳内，芯轴上成型有前轴肩和后轴肩，前轴肩前端经前芯轴轴承与机芯外壳前端内壁相抵，而后轴肩后端与后芯轴轴承相抵，芯轴后端与机芯外壳后端内壁间留有轴向间隙，且后芯轴轴承和机芯外壳后端内壁之间垫有波垫。
进一步的，本发明中所述波垫和后芯轴轴承之间还垫有平垫。
进一步的，本发明中所述行星减速机构还包括固定在所述机芯外壳前部的行星支架，所述行星齿轮通过行星轴承装配在行星轴上，而行星轴两端支撑装配在设于行星支架和机芯外壳前部外壁上的装配孔内。并且同已知技术一样，行星减速机构中行星齿轮的数量通常为3个以上，并且在圆周方向上等角度间隔分布。
更进一步的，本发明中所述行星齿轮为尼龙齿轮，其内圈固定有钢套，而钢套内侧通过两个行星轴承支撑装配在所述行星轴上，并且两个行星轴承压紧至钢套两端。尼龙齿轮能够降低噪音，而钢套和两端行星轴承压紧的设计目的是进一步增加行星齿轮的结构强度，从而确保其更好的与芯轴上的轴齿啮合传递动力，符合电机高速重载的需求。
更进一步的，本发明中所述行星支架的前端成型有与悬臂轴共轴心的前置支撑轴，轮毂外壳两端分别通过轮毂轴承装配在前置支撑轴和所述悬臂轴上。
进一步的，本发明中还包括设置在机芯外壳内侧的速度检测装置，该速度检测装置为电感编码器，包括码盘和与码盘配合的编码器感应线圈，码盘固定在芯轴上，随芯轴一同旋转，而编码器感应线圈则固定在机芯外壳内侧并与码盘相对。
再进一步的，本发明中所述编码器感应线圈为PCB板电磁线圈， PCB板电磁线圈是指在PCB板上采用铜箔贴附并蚀刻形成的环形线圈，为已知技术。本发明采用PCB板电磁线圈在于进一步减小电感编码器的体积，便于其在机芯外壳内部的固定和安装。
再进一步的，本发明中所述悬臂轴内部设有连通轮毂外壳内外的引出线孔，而机芯外壳上开有走线孔，所述编码器感应线圈和定子上设有的线圈的引出线均依次经由走线孔和引出线孔引出至轮毂外壳外部。
需要指出，本发明中采用的电感编码器本身为常规技术，其通过电感的变化将转子的转向角位移转换成相应的电脉冲以数字量输出给移动平台的控制器，由控制器精准的获取转子的旋转角度位置，进而在差速转向控制中能够更加精确的控制移动平台的旋转方向。
进一步的，本发明中所述机芯外壳由机芯前盖和机芯后盖相互扣合并通过螺钉固定而成，机芯后盖固定在所述悬臂轴前端，机芯前盖上开有供所述芯轴伸出的所述轴孔，并且机芯前盖内壁上围绕轴孔成型有用于嵌装所述前芯轴轴承的前轴承凹座，芯轴的所述前轴肩前端经前芯轴轴承与前轴承凹座内端壁相抵；而机芯后盖内壁上成型有用于嵌装所述后芯轴轴承的后轴承凹座，所述芯轴后端与该后轴承凹座内端壁间留有所述轴向间隙。
本发明的优点是：
1）本发明的轮毂电机结构设计中，在芯轴后端与机芯外壳后端内壁间留有轴向间隙，即给予了芯轴轴向上的偏移自由，确保芯轴在受到斜齿啮合产生的轴向力时能够有空间产生小的偏移运动，而不至于同机芯外壳内壁之间产生大的挤压和摩擦，从而有利于降低对于芯轴的损耗。又由于在后芯轴轴承与机芯外壳后端内壁间垫有波垫，为后芯轴轴承的偏移提供了缓冲，同样减弱了轴向力导致的机芯外壳对于后芯轴轴承的挤压影响，减缓了后芯轴轴承的损耗，这样有助于进一步提高轮毂电机内部机构的工作可靠性和稳定性，提高轮毂电机整体使用寿命。
2）本发明中所述行星齿轮为尼龙齿轮，其内圈固定有钢套，而钢套内侧通过两个行星轴承支撑装配在所述行星轴上，并且两个行星轴承压紧至钢套两端。尼龙齿轮能够降低噪音，而钢套和两端行星轴承压紧的设计目的是进一步增加行星齿轮的结构强度，从而确保其更好的与芯轴上的轴齿啮合传递动力，符合电机高速重载的需求。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构主剖面图。
其中：1、悬臂轴；1a、引出线孔；2、轮毂外壳；3、机芯外壳；3a、机芯前盖；3b、机芯后盖；4、定子；5、转子；6、芯轴；6a、前轴肩；6b、后轴肩；7、轴齿；8、轴孔；9、行星齿轮；10、内齿圈；11、前芯轴轴承；12、后芯轴轴承；13、波垫；14、平垫；15、行星支架；15a、前置支撑轴；16、行星轴承；17、行星轴；18、钢套；19、轮毂轴承；20、码盘；21、编码器感应线圈；22、走线孔；23、前轴承凹座；24、后轴承凹座。
具体实施方式
实施例：如图1所示，为本发明移动平台高速悬臂式轮毂电机的一种具体实施方式，其主要被应用于在高尔夫球车上。
同常规技术一样，这种轮毂电机具有以悬臂轴1作为转动轴心的轮毂外壳2和设于轮毂外壳2内部的机芯外壳3、机芯和行星减速机构，机芯外壳3固定在悬臂轴1前端，机芯为外定子4内转子5结构，定子4固定在机芯外壳3内壁上，而转子5中心固定有与悬臂轴1同轴设置的芯轴6，该芯轴6前端设有轴齿7并伸出机芯外壳3前部轴孔8与行星减速机构中的行星齿轮9通过斜齿啮合，行星齿轮9再与设在轮毂外壳2内壁上的内齿圈10啮合，从而传递动力驱动轮毂外壳2转动。
本发明的核心改进在于：芯轴6通过前芯轴轴承11和后芯轴轴承12共同支撑装配在机芯外壳3内，芯轴6上成型有前轴肩6a和后轴肩6b，前轴肩6a前端经前芯轴轴承11与机芯外壳3前端内壁相抵，而后轴肩6b后端与后芯轴轴承12相抵，芯轴6后端与机芯外壳3后端内壁间留有轴向间隙，且后芯轴轴承12和机芯外壳3后端内壁之间依次垫有平垫14和波垫13。波垫13后部与机芯外壳3后端内壁相抵，而前部需经平垫14才能与所述后芯轴轴承12相抵。波垫13的作用是缓冲后芯轴轴承12与机芯外壳3后端内壁间的挤压，而平垫14用于调整后芯轴轴承12和波垫13之间的间隙，使得两者之间不至于过宽或者顶死。
本实施例中的行星减速机构，其行星齿轮9的数量同常规技术一样为三个，并且在圆周上等角度间隔布置（图1的剖面图中仅能看到一个行星齿轮9）。并且行星减速机构具体还包括行星支架15以及支撑装配各行星齿轮9的行星轴17和行星轴承16。如图1所示，行星支架15固定在所述机芯外壳3前部，各行星齿轮9通过行星轴承16装配在行星轴17上，而行星轴17两端支撑装配在设于行星支架15和机芯外壳3前部外壁上的装配孔内。
本实施例中所述行星齿轮9为尼龙齿轮，其内圈固定有钢套18，而钢套18内侧通过两个所述行星轴承16支撑装配在所述行星轴17上，并且两个行星轴承16压紧至钢套18两端。尼龙齿轮能够降低噪音，而钢套18和两端行星轴承16压紧的设计目的是进一步增加行星齿轮9的结构强度，从而确保其更好的与芯轴6上的轴齿7啮合传递动力，符合电机高速重载的需求。
本实施例中所述行星支架15的前端成型有与悬臂轴1共轴心的前置支撑轴15a，轮毂外壳2两端分别通过一轮毂轴承19装配在前置支撑轴15a和所述悬臂轴1上，见图1所示。
依旧如图1所示，本实施例中在机芯外壳3内侧还设置了速度检测装置，该速度检测装置为电感编码器，包括码盘20和与码盘20配合的编码器感应线圈21，码盘20固定在芯轴6上，随芯轴6一同旋转，而编码器感应线圈21则固定在机芯外壳3内侧并与码盘20相对。并且所述编码器感应线圈21为PCB板电磁线圈。PCB板电磁线圈是指在PCB板上采用铜箔贴附并蚀刻形成的环形线圈，为已知技术。本发明采用PCB板电磁线圈在于进一步减小电感编码器的体积，便于其在机芯外壳3内部的固定和安装。电感编码器本身为常规技术，其通过电感的变化将转子5的转向角位移转换成相应的电脉冲以数字量输出给移动平台的控制器，由控制器精准的获取转子的旋转角度位置，进而在差速转向控制中能够更加精确的控制移动平台的旋转方向。
再结合图1所示，所述悬臂轴1内部设有连通轮毂外壳2内外的引出线孔1a，而机芯外壳3上开有走线孔22，所述编码器感应线圈21和定子4上设有的线圈的引出线均依次经由走线孔22和引出线孔1a引出至轮毂外壳2外部。
如图1所示，本实施例中所述机芯外壳3由机芯前盖3a和机芯后盖3b相互扣合并通过螺钉固定而成，机芯后盖3b固定在所述悬臂轴1前端，机芯前盖3a上开有供所述芯轴6伸出的所述轴孔8，并且机芯前盖3a内壁上围绕轴孔8成型有用于嵌装所述前芯轴轴承11的前轴承凹座23，芯轴6的所述前轴肩6a前端经前芯轴轴承11与前轴承凹座23内端壁相抵；而机芯后盖3b内壁上成型有用于嵌装所述后芯轴轴承12的后轴承凹座24，所述芯轴6后端与该后轴承凹座24内端壁间留有所述轴向间隙。
本发明的轮毂电机结构设计中，在芯轴6后端与机芯外壳3后端内壁间留有轴向间隙，即给予了芯轴6轴向上的偏移自由，确保芯轴6在受到斜齿啮合产生的轴向力时能够有空间产生小的偏移运动，而不至于同机芯外壳3内壁之间产生大的挤压和摩擦，从而有利于降低对于芯轴6的损耗。又由于在后芯轴轴承12与机芯外壳3后端内壁间垫有波垫13，为后芯轴轴承12的偏移提供了缓冲，同样减弱了轴向力导致的机芯外壳3对于后芯轴轴承12的挤压影响，减缓了后芯轴轴承12的损耗，这样有助于进一步提高轮毂电机内部机构的工作可靠性和稳定性，提高轮毂电机整体使用寿命。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种移动平台高速悬臂式轮毂电机，包括以悬臂轴（1）作为转动轴心的轮毂外壳（2）和设于轮毂外壳（2）内部的机芯外壳（3）、机芯和行星减速机构，机芯外壳（3）固定在悬臂轴（1）前端，机芯为外定子（4）内转子（5）结构，定子（4）固定在机芯外壳（3）内壁上，而转子（5）中心固定有与悬臂轴（1）同轴设置的芯轴（6），该芯轴（6）前端设有轴齿（7）并伸出机芯外壳（3）前部轴孔（8）与行星减速机构中的行星齿轮（9）通过斜齿啮合，行星齿轮（9）再与设在轮毂外壳（2）内壁上的内齿圈（10）啮合；其特征在于芯轴（6）通过前芯轴轴承（11）和后芯轴轴承（12）共同支撑装配在机芯外壳（3）内，芯轴（6）上成型有前轴肩（6a）和后轴肩（6b），前轴肩（6a）前端经前芯轴轴承（11）与机芯外壳（3）前端内壁相抵，而后轴肩（6b）后端与后芯轴轴承（12）相抵，芯轴（6）后端与机芯外壳（3）后端内壁间留有轴向间隙，且后芯轴轴承（12）和机芯外壳（3）后端内壁之间垫有波垫（13）。
2.根据权利要求1所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于所述波垫（13）和后芯轴轴承（12）之间还垫有平垫（14）。
3.根据权利要求1所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于所述行星减速机构还包括固定在所述机芯外壳（3）前部的行星支架（15），所述行星齿轮（9）通过行星轴承（16）装配在行星轴（17）上，而行星轴（17）两端支撑装配在设于行星支架（15）和机芯外壳（3）前部外壁上的装配孔内。
4.根据权利要求3所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于所述行星齿轮（9）为尼龙齿轮，其内圈固定有钢套（18），而钢套（18）内侧通过两个所述行星轴承（16）支撑装配在所述行星轴（17）上，并且两个行星轴承（16）压紧至钢套（18）两端。
5.根据权利要求3所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于所述行星支架（15）的前端成型有与悬臂轴（1）共轴心的前置支撑轴（15a），轮毂外壳（2）两端分别通过轮毂轴承（19）装配在前置支撑轴（15a）和所述悬臂轴（1）上。
6.根据权利要求1所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于还包括设置在机芯外壳（3）内侧的速度检测装置，该速度检测装置为电感编码器，包括码盘（20）和与码盘（20）配合的编码器感应线圈（21），码盘（20）固定在芯轴（6）上，随芯轴（6）一同旋转，而编码器感应线圈（21）则固定在机芯外壳（3）内侧并与码盘（20）相对。
7.根据权利要求6所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于所述编码器感应线圈（21）为PCB板电磁线圈。
8.根据权利要求6所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于所述悬臂轴（1）内部设有连通轮毂外壳（2）内外的引出线孔（1a），而机芯外壳（3）上开有走线孔（22），所述编码器感应线圈（21）和定子（4）上设有的线圈的引出线均依次经由走线孔（22）和引出线孔（1a）引出至轮毂外壳（2）外部。
9.根据权利要求1所述的移动平台高速悬臂式轮毂电机，其特征在于所述机芯外壳（3）由机芯前盖（3a）和机芯后盖（3b）相互扣合并通过螺钉固定而成，机芯后盖（3b）固定在所述悬臂轴（1）前端，机芯前盖（3a）上开有供所述芯轴（6）伸出的所述轴孔（8），并且机芯前盖（3a）内壁上围绕轴孔（8）成型有用于嵌装所述前芯轴轴承（11）的前轴承凹座（23），芯轴（6）的所述前轴肩（6a）前端经前芯轴轴承（11）与前轴承凹座（23）内端壁相抵；而机芯后盖（3b）内壁上成型有用于嵌装所述后芯轴轴承（12）的后轴承凹座（24），所述芯轴（6）后端与该后轴承凹座（24）内端壁间留有所述轴向间隙。
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WO2023176300A1 (ja) * 2022-03-14 2023-09-21 株式会社アイシン 車両駆動装置

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