轮毂驱动系统的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的车轮的轮毂驱动系统。本发明还涉及设有这种轮毂驱动系统的车轮和车辆。

本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域中的工程机械，特别是轮式装载机。尽管将针对轮式装载机来描述本发明，但本发明不限于这种特定机械，而是还可用在其他工程机械中，例如铰接式运输车、挖掘机和反铲装载机，甚至可用在诸如卡车、公共汽车和私家轿车的其他车辆上。

背景技术：

行星齿轮装置通常用在车辆轮毂驱动系统中，用于在从动轮与驱动单元(通常是马达)之间提供减速。在轮毂驱动单元中，车轮驱动单元的部件可用的空间通常非常有限。因此，希望构造一种轮毂驱动单元，该轮毂驱动单元在轴向方向和径向方向上都尽可能紧凑。在us2016/0263987中公开了一种从动轮单元，该从动轮单元被设计成在轴向上尽可能紧凑，由此，由于两个离合器被布置在行星齿轮组之一的径向外侧，从动轮单元反而在径向方向上变得更大。

因此，在径向空间较小的应用中，us2016/0263987的轮毂驱动单元不太合适。例如，中型和大型轮式装载机通常配有25英寸车轮，其中可用的径向空间较小。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于车辆的车轮的轮毂驱动系统，使得在径向方向和轴向方向上都能紧凑地封装该轮毂驱动系统的一部分。本发明的一个目的还涉及一种设有紧凑式轮毂驱动系统的车轮，并且本发明的另一目的涉及一种具有紧凑式轮毂驱动系统的车辆。

根据第一方面，本发明通过提供根据权利要求1的主题所述的轮毂驱动系统至少部分地解决了上述目的和其他目的。

该轮毂驱动系统至少包括：具有驱动轴的驱动马达；输入行星齿轮组；输出行星齿轮组；以及中间行星齿轮组，每个行星齿轮组都包括太阳齿轮、行星架和设置在行星架上的行星齿轮。所述马达的驱动轴与所述输入行星齿轮组的太阳齿轮旋转固定地布置。所述行星齿轮组被布置成使得输入行星齿轮组的行星架与中间行星齿轮组的太阳齿轮旋转固定地布置。中间行星齿轮组的行星架与所述输出行星齿轮组的太阳齿轮旋转固定地布置。所述输出行星齿轮组的行星架适于与车轮的轮辋旋转固定地布置。所述行星齿轮组相对于彼此轴向地布置，使得所述输出行星齿轮组轴向设置在所述输入行星齿轮组和中间行星齿轮组之间。

“所述驱动马达与输入行星齿轮组相邻，输入行星齿轮组与输出行星齿轮组相邻，输出行星齿轮组又与中间行星齿轮组相邻”的轴向布置的示例性效果在于：它使得能够在维持轴向和径向紧凑性的情况下将车轮轴承和制动器在轴向上直接放置在所述输入行星齿轮组和输出行星齿轮组之间。所述输入行星齿轮组和输出行星齿轮组之间的空间靠近轮毂驱动系统的轴向中心。将车轮轴承放置成靠近轮毂驱动系统的轴向中心是有益的，这是因为轴承中的轴向力较小，由此，与车轮轴承需要相对于车轮的轴向中心布置有较大偏移的情况相比，能够使用较小的轴承。

在轮毂驱动系统的一个示例性实施例中，该轮毂驱动系统还包括制动器。该制动器包括第一部分和第二部分，其中，第一部分与轮毂驱动系统的静止部分旋转固定，而第二部分与所述输出行星齿轮组的太阳齿轮旋转固定。第一部分和第二部分能够被可控地接合，使得它们彼此旋转固定。由此，该制动器可以设定在接合状态和分离状态下。在该制动器的接合状态下，所述输出行星齿轮组的太阳齿轮与轮毂驱动系统的静止部分旋转固定。在该制动器的分离状态下，所述输出行星齿轮的太阳齿轮与轮毂驱动系统的任何静止部分都没有任何旋转固定连接。提供该制动器以在其接合状态下制动所述输出行星齿轮组的太阳齿轮的示例性效果在于：它使得该制动器能够在轴向上放置在输入行星齿轮组和输出行星齿轮组之间。

静止部分是相对于轮毂驱动系统的电动马达的转子静止的部分。由此，轮毂驱动系统的静止部分可以是电动马达的定子，或者可以是任何固定地连接到电动马达的定子的部分。

在轮毂驱动系统的一个示例性实施例中，该制动器在轴向上设置在输入行星齿轮组和输出行星齿轮组之间。将该制动器在轴向上设置在输入行星齿轮组和输出行星齿轮组之间的示例性效果在于：它仍然留有在轴向上在输入行星齿轮组和输出行星齿轮组之间设置车轮轴承的空间，而不会对径向构造空间有任何重大影响。

在一个示例性实施例中，该轮毂驱动系统还至少包括车轮轴承的内圈，其中，该内圈在径向上布置在所述制动器外侧并且布置在轮毂驱动系统的静止部分上。该车轮轴承的内圈的这种示例性布置的示例性效果在于：车轮轴承的内圈内侧的径向狭窄空间可以用于容纳所述制动器。与行星齿轮组被布置在内圈内侧的情况相比，这允许车轮轴承的该内圈具有相对小的半径。小半径有助于使整个轮毂驱动系统保持径向紧凑。将该制动器径向布置在内圈的内侧有助于使整个轮毂驱动系统保持轴向紧凑。

在一个示例性实施例中，该轮毂驱动系统还包括车轮轴承的外圈，并且该外圈适于旋转固定到车轮的轮辋。这样做的示例性效果在于：轮毂驱动系统由此已经设有车轮轴承，并且能够容易地装配到车轮的轮辋上。

在轮毂驱动系统的一个示例性实施例中，中间行星齿轮组还包括齿圈，并且中间行星齿轮组的齿圈与输出行星齿轮组的行星架旋转固定。提供适于与输出行星齿轮组的行星架旋转固定的齿圈的示例性效果在于：当轮毂驱动系统被布置在车辆的车轮中时，中间行星齿轮组的齿圈也将把驱动扭矩传递到车轮的轮辋。

在轮毂驱动系统的一个示例性实施例中，所述输出行星齿轮组还包括齿圈，并且所述输出行星齿轮组的齿圈与轮毂驱动系统的静止部分旋转固定。这种构造的示例性效果在于从该行星齿轮组实现了最大可能的传动比。

在轮毂驱动系统的一个示例性实施例中，所述输入行星齿轮组还包括齿圈，并且所述输入行星齿轮组的齿圈与轮毂驱动系统的静止部分旋转固定。这种构造的示例性效果在于该从行星齿轮组实现了最大可能的传动比。

在一个示例性实施例中，该轮毂驱动系统还包括与所述马达的驱动轴同轴地布置的至少一个延伸轴，其中，中间行星齿轮组的太阳齿轮设置在该延伸轴上。该延伸轴的示例性效果在于它将所述输入行星齿轮组的行星架和中间行星齿轮组的太阳齿轮连接。

在一个示例性实施例中，该轮毂驱动系统还包括至少一个中空轴，该中空轴与所述马达的驱动轴同轴地布置并且围绕所述延伸轴设置，其中，所述输出行星齿轮组的太阳齿轮设置在该中空轴上。该中空轴围绕所述延伸轴设置的示例性效果在于它使得能够将输出行星齿轮组布置在输入行星齿轮组和中间行星齿轮组之间。

本公开的一个方面涉及设有根据其任一相关实施例的轮毂驱动系统的车轮，其中，该车轮包括轮辋，并且该轮辋至少与输出行星齿轮组的行星架旋转固定。这种车轮的示例性效果在于其设有集成的驱动系统，该驱动系统装配在用于相关应用(例如轮式装载机和其他建筑设备等)的标准轮辋尺寸内。

本公开的一个方面涉及包括车轮的车辆，该车轮包括根据其任一相关实施例的轮毂驱动系统。这种车辆的示例性效果是它在可以具有标准尺寸的至少一个车轮上设有集成的驱动系统。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的进一步的优点和有利特征。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。

在附图中：

图1是根据本公开的一个方面的、设有轮毂驱动系统的轮式装载机的示意性侧视图；

图2是本公开的轮毂驱动系统的实施例的示意图；

图3是本公开的轮毂驱动系统的实施例的示意图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，且不应被解释为限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，提供这些实施例是为了充分性和完整性，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。

图1公开了设有车轮10的轮式装载机1。在车轮10的轮毂中布置有轮毂驱动系统100。轮毂驱动系统100将驱动力提供给车轮10。轮式装载机1是根据本公开的轮毂驱动系统100所适用的车辆的一个示例。轮毂驱动系统100特别适合用在设有25英寸车轮尺寸的应用中，例如中型建筑设备，例如，轮式装载机、铰接式运输车、挖掘机和反铲装载机。

图2示意性地公开了根据本公开的轮毂驱动系统100的基本构思。轮毂驱动系统100设置在车轮10的轮辋102中，并且包括驱动马达105和三个行星齿轮组110、120、130，这三个行星齿轮组在下文中也分别被称为输入行星齿轮组110、中间行星齿轮组120和输出行星齿轮组130。行星齿轮组110、120、130都与马达105的驱动轴106同轴地布置。该马达通常是电动马达。太阳齿轮111、121、131居中布置在行星齿轮组110、120、130中。每个行星齿轮组110、120、130都包括居中布置的太阳齿轮111、121、131，行星架113、123、133，以及行星齿轮组112、122、132。行星齿轮112、122、132布置在行星架上，并且围绕太阳齿轮111、121、131沿圆周均匀地分布并与太阳齿轮111、121、131啮合。

在图2中，特别公开了从驱动马达105到输入行星齿轮组110到中间行星齿轮组120再到输出行星齿轮组130的扭矩路径，并且该扭矩路径应与行星齿轮的轴向布置进行比较。通过行星齿轮组110、120、130的扭矩路径不同于行星齿轮组110、120、130的轴向顺序。该轴向顺序与所述扭矩路径的不同之处在于：输出行星齿轮组130在轴向上布置在输入行星齿轮组110和中间行星齿轮组120之间，其中，在所述扭矩路径中，输入行星齿轮组110连接到中间行星齿轮组120，该中间行星齿轮组120连接到输出行星齿轮组130。将在图3中更详细地描述具有这种构造的优点以及这种构造的更多细节。输出行星齿轮组130被布置成连接至车轮10的轮辋。

图3示意性地公开了设置在车轮10的轮辋102中的轮毂驱动系统100，该轮毂驱动系统100包括驱动马达105和三个行星齿轮组110、120、130。行星齿轮组110、120、130都与马达105的驱动轴106同轴地布置。太阳齿轮111、121、131居中布置在行星齿轮组110、120、130中。每个行星齿轮组110、120、130都包括居中布置的太阳齿轮111、121、131，设有行星齿轮112、122、132和齿圈114、124、134的行星架113、123、133。行星齿轮112、122、132布置在行星架上，并且围绕太阳齿轮111、121、131沿圆周均匀地分布并与太阳齿轮111、121、131啮合。在所公开的示例中，马达105是具有转子5和定子6的电动马达。定子6定义了轮毂驱动系统100的静止部分7。由此，轮毂驱动系统100的被定义为静止的部分7是静止的，并且相对于驱动马达105的定子6固定。

输入行星齿轮110的太阳齿轮111旋转固定到驱动马达105的驱动轴106。输入行星齿轮110的行星架113经由延伸轴107旋转固定到中间行星齿轮120的太阳齿轮121，该延伸轴107与驱动马达105的驱动轴106同轴地布置。输入行星齿轮组110的齿圈114旋转固定到轮毂驱动系统100的静止部分7。

中间行星齿轮组120的行星架123经由中空轴108旋转固定到输出行星齿轮130的太阳齿轮131，该中空轴108围绕延伸轴107并与延伸轴107同轴地布置。中间行星齿轮组120的齿圈124旋转固定到车轮10的轮辋102。

输出行星齿轮130的太阳齿轮131另外连接到制动器140，该制动器140在轴向上设置在输入行星齿轮组110和输出行星齿轮组130之间。将输出行星齿轮130的太阳齿轮131连接到制动器140的示例性效果在于：由于太阳齿轮131和行星架133之间的传动比，我们获得了扭矩放大，由此能够使用具有较小和/或较少制动盘的较小的制动器140。这也有助于将制动器140在径向上布置在车轮轴承150的内圈151内的可能性。

因此，中间行星齿轮组120的齿圈124和输出行星齿轮组130的行星架133都连接到车轮的轮辋102。然而，驱动该车轮(10)的是输出行星齿轮组130的行星架133。从中间行星齿轮组120的齿圈124传递到轮辋102的扭矩实际上与从输出行星齿轮组130的行星架133传递到轮辋102的扭矩是相反指向的，由此，中间行星齿轮组120的齿圈124由从输出行星齿轮组130的行星架133传递的扭矩支撑。然而，来自中间行星齿轮组130的齿圈124的扭矩显著低于来自输出行星齿轮组130的行星架133的扭矩。这样做的示例性效果在于：可以构建不伸出到中间行星齿轮组120的轴向更紧凑的壳体，由此，轮毂驱动系统100变得在设计上更紧凑、更轻并且更成本有效。

在一个实施例(未公开)中，中间行星齿轮组120的齿圈124被旋转固定地连接到静止部分7而不是连接到车轮的轮辋105，正如也连接到静止部分7的、输入行星齿轮组110的齿圈114和输出行星齿轮组130的齿圈134一样。本实施例的示例性效果在于更高的输出扭矩作用在车轮10的轮辋102上，因为来自输出行星齿轮组130的行星架133的扭矩必须不抵消来自中间行星齿轮组120的由轮毂驱动系统100的任何静止部分7支撑的齿圈124的扭矩。

输出行星齿轮组130的行星架133旋转固定到车轮10的轮辋102。输出行星齿轮组130的齿圈134旋转固定到轮毂驱动系统100的静止部分7。

车轮10的轮辋102进一步通过车轮轴承150连接到轮毂驱动系统100的静止部分7。车轮轴承150设置在输入行星齿轮组110和输出行星齿轮组130之间，并包括内圈151和外圈152。内圈151旋转固定到轮毂驱动系统100的静止部分7，而外圈152旋转固定到车轮10的轮辋102。

在车轮轴承150的内圈151的径向内侧的空间中，布置有制动器140。制动器140包括第一部分144和第二部分142，其中，该第一部分旋转固定到输出行星齿轮组130的太阳齿轮131，第二部分142旋转固定到轮毂驱动系统100的静止部分7。制动器140的第一部分141和第二部分142能够被可控地接合，以便制动输出行星齿轮组130的太阳齿轮131。

如图3中可见，由于输出行星齿轮组130在轴向上布置在中间行星齿轮组120和输入行星齿轮组110之间，所以制动器140、车轮轴承150和制动器140可以布置在相同的轴向位置上，即，制动器140布置在车轮轴承150内部，由此实现了轴向和径向紧凑的轮毂驱动系统100。

行星齿轮组110、120、130以及制动器140和车轮轴承150的构造的示例性效果在于实现了轮毂驱动系统100的紧凑设计。