设有行星齿轮系统的电动马达设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种设有行星齿轮系统的电动马达设备，该电动马达设备包括环形的带有薄周缘的定子(1)以及与该定子同轴的扭矩输出轴(2)。根据本实用新型，该设备包括：在定子(1)内侧的环形的带有薄周缘的转子(3)；固定地联接到该转子且与输出轴(2)同轴的太阳轮(4)；在转子内的以不能移动的方式联接的齿圈(5)，其具有带齿的内表面；与齿圈及太阳轮啮合的行星齿轮(6)；行星架(7)，所述行星齿轮被支撑在该行星架(7)上；以及联接装置(8)，该联接装置(8)用于可选地将转子的扭矩直接传递到扭矩输出轴或通过行星架传递到扭矩输出轴。
【专利说明】
设有行星齿轮系统的电动马达设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种设有行星齿轮系统的电动马达设备。
【背景技术】
[0002]传统地，各种重型器械(例如拖拉机、森林机械、土方机械、叉车等)已经涉及机械传动系的使用，该机械传动系具有选择用于工作的低量程齿轮系统和用于从一个位置驱动到另一个位置的高量程齿轮系统的可能性。然而，在增加的程度上，重型器械中的传动系统当前由车轮专用轮毂马达实施，也就是，带有安装在车轮轮毂上或构成轮毂的液压马达或电动马达，因为这种类型的布置提供用于机械设计和性能的最大自由度。轮毂中的空间是有限的，这是为什么马达通常是以单一速度形式取得的原因。因此，马达的扭矩特性和操作特性必须遵守低速工作需求来选择，这是为什么重型装备的一个位置到另一个位置的驱动在不必要的低速下进行或不得不通过另外的运输装备来实现。
[0003]发明目的
[0004]本实用新型的目的是消除现有技术中的上述缺陷。具体地，本实用新型的目的是引入一种新型的、用于重型机械的基于电动马达的轮毂牵引马达，其允许车轮专用齿轮系统的使用，由此使装备有轮毂马达的重型机械的慢驱动和快驱动分离。
【发明内容】
[0005]根据本实用新型的设有行星齿轮系统的电动马达设备包括环形的带有薄周缘(thin ri_ed)定子以及与其同轴的扭矩输出轴。根据本实用新型，该设备包括在定子内侧的环形的且带有薄周缘的转子，与输出轴同轴的太阳轮被固定地联结至该转子。该设备还包括:在转子内的以不能移动的方式联接的齿圈，该齿圈具有带齿的内表面；以及行星齿轮，所述行星齿轮布置在齿圈和太阳轮之间且与齿圈及太阳轮啮合，并且被支撑在行星架上。该行星架与输出轴同轴。因此，行星架能够绕输出轴旋转，从而行星齿轮还能够随着行星架绕所述输出轴旋转并绕行星齿轮自己的轴线旋转。另外，根据本实用新型的该设备包括联接装置，该联接装置用于可选地将转子的扭矩直接传递到输出轴或通过行星架传递到输出轴。因此，该联接装置提供了将电动马达的动力在高速和低扭矩下直接传递到输出轴或在低速和高扭矩下通过行星齿轮系统传递到输出轴的手段。
[0006]在本实用新型的一个实施例中，该联接装置包括两个彼此分开的联接件，S卩:第一联接件，由电机的转子和太阳轮构成的共同旋转组件能够通过该第一联接件直接联接到输出轴，以及第二联接件，行星架能够通过该第二联接件直接联接到输出轴。由于这两个联接件在电动马达的转子和输出轴之间建立了不相等的齿轮比，自然就防止了它们的意外同时致动。这可以通过使所述联接件同时移动来以机械方式实现。以电子方式相互联接也是可以的。在本实用新型的一个实施例中，在马达不旋转的任何时候，这种同时致动仍然是可能的。这是一种实现功能可靠且简单保持制动而不必分开制动部件的简单方式。
[0007]在本实用新型的一个实施例中，所述第一联接件和第二联接件包括围绕输出轴的联接套筒，该联接套筒适合相对于输出轴是旋转刚性的(rotat 1na11y r igid)，但仍能够相对于输出轴在纵向方向上移动。此外，合适的是，该联接套筒和由转子和太阳轮构成的共同旋转组件包括互补的联接元件，用于通过该联接套筒在输出轴的方向上的移动而将该联接套筒和所述共同旋转组件以旋转刚性的方式彼此联接，同样，该联接套筒和行星架包括互补的联接元件，用于通过该联接套筒在输出轴的方向上的移动而将该联接套筒和行星架以旋转刚性的方式彼此联接。因此，在其特定位置，该联接套筒与输出轴一起自由旋转，并且，在该输出轴的纵向方向上移位的另一个位置，该联接套筒以旋转刚性的方式与转子或太阳轮以如下方式啮合:即，该输出轴与转子或太阳轮一起以与其相同的速度旋转。因此，在本实施例中，该输出轴以如下方式延伸穿过设有行星齿轮系统的电动马达设备:即，由齿轮系统执行且具有两个不同齿轮比的联接在该电动马达设备的不同侧上与同一刚性轴一起发生。
[0008]在根据本实用新型的一个实施例的联接装置中，行星架被刚性地安装在延伸穿过实际的电动马达设备的输出轴上，从而，可选的联接装置绕输出轴设置在电动马达设备的同一侧。在这种情况下，优选地，该联接装置包括:第一嵌齿轮(cogwheel)，其与转子联接，即，与转子以相同的速度旋转;第二嵌齿轮，其在直径和齿形(toothing)方面是类似的且同轴，并且通过所述输出轴联接到行星架并以与行星架相同的速度旋转；以及第三嵌齿轮，其在直径和齿形方面是类似的且同轴，并联接到将旋转扭矩传递到整个组件外部的输出轴。此外，所有这三个同轴且等周的(equi circumferential)嵌齿轮被共同的联接套筒围绕，通过该联接套筒，能够可选地在第一嵌齿轮和第三嵌齿轮之间或在第二嵌齿轮和第三嵌齿轮之间实现旋转扭矩的传递。
[0009]为了防止第一嵌齿轮和第二嵌齿轮的同时致动，第一嵌齿轮和第二嵌齿轮被适当地布置，在本实用新型的一个实施例中，第一嵌齿轮和第二嵌齿轮彼此间隔一定距离，即，在第一嵌齿轮和第二嵌齿轮之间包括空闲空间或绕所述输出轴自由旋转的第四嵌齿轮。该空闲空间或第四嵌齿轮为该设备提供了空档档位，从而，马达的扭矩不从该设备向外传递到输出轴。
[0010]在一个优选的联接套筒的设计中，该联接套筒的内表面设有两个间隔开的齿环(gear ring)，通过可选地在纵向方向(即轴向方向)上移动该联接套筒，所述两个间隔开的齿环能够联接在第一嵌齿轮和第三嵌齿轮之间、在第二嵌齿轮和第三嵌齿轮之间、或在第四嵌齿轮/空闲空间与第三嵌齿轮之间。
[0011]设有行星齿轮系统的电动马达设备所需选择的是如下这种电动马达:该电动马达的转子的内部能够是中空的，以便将行星齿轮系统装配在转子内侧。电机的转子和定子均具有所谓的磁轭，通过该磁轭，磁通量被引导到邻近的磁极区域。所需的磁轭的高度取决于磁轭的结构材料和电机磁极的宽度，使得穿过磁极的磁通量的一半具有足够的空间以分别由转子磁轭穿过并在定子侧上由定子磁轭穿过，而不会不利地饱和或不会引起过多的损失。
[0012]通常，定子和转子的磁路由电气钢板构成且在现有技术基础教科书中的介绍是磁轭中的磁通密度不允许超过I.5特斯拉。通常在钢板构造的磁路的情况下，气隙磁通密度的最大值大约是Bmax= IT。假定磁极宽度是TAU。在这种情况下，经由磁极穿过的最大可能磁通量是cXTAUXBmaxX I’，其中I’是电机的磁长度。如果Bmax = IT，则经由磁轭穿过的磁通将是(C X TAUX IT X I’)/2。因此磁轭具有大约I’的长度且转子磁轭中的最大磁通密度Byr=I.5T，转子磁轭的高度将是 yr = (c X TAU X IT X I’ /2) / (I’ X Byr) = c X TAU/3。如果气隙磁通密度是正弦曲线，c的得到的值将是c = 0.64。如果气隙磁通密度的分布是梯形的，则c的值将朝一增长。因此，得到的磁轭的高度将是yr = (0.21-0.3) TAU。这意味着在电机中磁极距TAU越窄，转子(yr)所需的磁轭越低，对于定子(ys)也是同样的。
[0013]应当注意，高度多磁极电机的磁轭将是薄的。当磁极距窄时，需要多个极来填充具有磁极的电机的外围，且电机的磁极成对数目P将会是高的。
[OOM]根据电机的基本原理，电机的磁化电感与电机的磁极对数(pair number)p的平方成反比。磁化电感部分确定例如用于短路马达的磁化电流的需求。具有高磁轭和低P的电机需要大量的磁化电流，从而导致较弱的动力因子。因此，电感马达在涉及高度多磁极电机的情况下具有较弱的特性。电感式电机最好是P = I或2。
[0015]在设计装备有行星齿轮系统的电动马达设备的过程中，有必要选择不像电感式电机那样遭受低的磁化电感的马达类型。这种电机类型包括分激感应同步马达和永磁同步马达，以及双凸极磁阻电机，所谓的开关式磁阻电机。
[0016]因此，最适用于本实用新型的装备有行星齿轮系统的电动马达设备的电机实际上是永磁同步马达和开关式磁阻马达，它们均能够构造有所谓的励磁线圈。在励磁线圈电机中，定子绕组端部变得可能最短。从而，对于设有行星齿轮系统的马达设备，将获得仍然具有良好电气性能的带有非常薄的周缘(very thin-rimmed)的多磁极牵引马达。因此，行星齿轮无问题地装配在马达内侧。
[0017]本实用新型的优点
[0018]根据本实用新型的设有行星齿轮系统的电动马达设备具有优于现有技术的几个主要优点。在各种类型的重型装备中，本实用新型允许车轮专用马达与两速机械齿轮的结合使用。因此，本实用新型简化和减轻了重型装备中采用的技术结构。另外，相对于传统的液压驱动，本实用新型使得能够提供显著更紧凑的还可以在优化条件下连续操作的马达。这通过根据本实用新型的马达和足够的电池组或超级电容的结合使用来促进。因此，驱动发电机的柴油发动机在基本恒定的动力下旋转且所述电池组根据马达的当前电动需求而被连续地放电或充电。这种布置显著减少了燃料的消耗，并且与传统液压驱动相比，增加了所采用的马达的寿命。
【附图说明】
[0019]现在，将参考附图详细描述本实用新型，其中
[0020]图1示意性地示出了本实用新型的一种构造，并且[0021 ]图2示意性地示出了本实用新型的第二种构造。
【具体实施方式】
[0022]图1以示意图示出了环形定子I以及在定子I中间的输出轴2，该输出轴2以与定子基本同轴的关系延伸穿过该设备。太阳轮4围绕输出轴2，太阳轮4相对于输出轴2旋转，并与该电动马达的位于定子I附近的外围转子3构成彼此固定且共同旋转的结构。齿圈5在转子3的内侧，齿圈5即设有内部带齿周缘(toothed rim)的环，其相对于所述定子I固定。在齿圈5的带齿周缘与太阳轮4的带齿外表面周缘之间分别布置有与齿圈5和太阳轮4 二者啮合的带齿的行星齿轮6。这些行星齿轮6通过轴承以可旋转方式安装在公共的行星架7上，行星架7构成绕输出轴2旋转的盘型结构。因此，当转子3以给定速度旋转时，太阳轮4以相同的速度绕输出轴2旋转，且行星架7以减小的速度绕该输出轴旋转，所述减小的速度取决于在该行星齿轮系统中设立的齿轮比。
[0023]在绕输出轴2旋转的上述部件与该输出轴之间的是联接装置8，该联接装置8用于使输出轴直接以转子的旋转速度旋转，或者以行星架7的旋转速度旋转。该联接装置包括第一联接件10，该第一联接件10具有围绕输出轴2的联接套筒12。该联接套筒12能够在输出轴的纵向方向上相对于输出轴滑动，但在该轴的横向方向(transverse direct1n)上是旋转刚性的。联接件10还包括联接元件13，并且第二个的相应联接元件13被支撑在由太阳轮4和转子3组成的组件上。这两个联接元件13能够彼此接合以构成一个共同旋转组件。这些联接元件可以是离合器盘，其在联接情形中允许一些滑动，或者能够设有适当的用于在静止时将它们以彼此旋转刚性的方式锁定的联接凹槽等。
[0024]完全等同的第二联接件11在该设备的另一边缘上布置在输出轴2和行星架7之间。这里，围绕该轴的是联接套筒12和联接元件13，联接元件13从联接套筒12径向延伸并具有其配对物，即，安装在行星架7上的第二个联接元件13。因此，通过使联接件11绕输出轴2在输出轴2的纵向方向上移动，行星架能够与输出轴接合而能与输出轴一起旋转，或者能够与输出轴脱离。这样，输出轴2能够可选地通过第一联接件10和第二联接件11的中介作用而直接以转子的旋转速度旋转，或者以由该行星齿轮系统决定的减小的旋转速度旋转。
[0025]图2示出了本实用新型的第二实施例，其中，盘形电动马达及其内部的行星齿轮系统与图1中的完全类似。因此，这些在下文中将不再描述。另一方面，齿轮系统(即联接装置9)是不同的。
[0026]在图2的实施例中，延伸穿过该电动马达和行星齿轮系统的输出轴2以如下方式联接到行星架7:即，它们总是一起旋转且以相等的旋转速度旋转。由此，扭矩从行星架经由穿过该设备的输出轴传递到该设备的设有转子3的一侧。这里，输出轴2在其端部处具有第二嵌齿轮15并终止于该第二嵌齿轮15。具有相匹配的尺寸和形状的第一嵌齿轮14绕输出轴布置且与输出轴间隔开，与由太阳轮4和转子3组成的组件附接在一起。在第一嵌齿轮14和第二嵌齿轮15之间，围绕输出轴2设有第四嵌齿轮18，就其带齿周缘而言，第四嵌齿轮18与第一和第二嵌齿轮是一致的。第四嵌齿轮18能够绕输出轴自由旋转。
[0027]作为输出轴2的延伸，在第二嵌齿轮15的前方设有第三嵌齿轮16，实际的输出轴2’从第三嵌齿轮16延伸，用于将扭矩传递到该设备外部。就其轴向长度而言，第三嵌齿轮16是其他嵌齿轮的轴向长度的三倍，即，约等于其他三个嵌齿轮的各自长度的总和。所有四个嵌齿轮14、15、16和18以及两个输出轴2、2’是同轴的，S卩，具有一致的旋转轴线。绕这些嵌齿轮布置的是联接套筒17，该套筒的两端处的内表面包括带齿周缘(toothed rim)19。该带齿周缘19的宽度基本与较窄的嵌齿轮14、15和18的宽度匹配。该带齿周缘的齿形与所述嵌齿轮的齿形匹配，使得当重合时，它们建立了动力传递联接。此外，联接套筒17能够在纵向方向上(即在轴向方向上)以如下方式移动:在一个边缘的带齿周缘19总是与第三嵌齿轮16处于动力传递接触的同时，另一个边缘的带齿周缘19可选地与第一嵌齿轮14、第二嵌齿轮15或第四嵌齿轮18处于动力传递接触。这样，动力输出轴2’能够可选地被直接提供转子3的旋转速度、由行星齿轮系统传递的减小的旋转速度、或空档档位。
[0028]在上文中，已结合附图的辅助通过示例描述了本实用新型，但绝非以任何方式将本实用新型限制于当前的构造。
【主权项】
1.一种设有行星齿轮系统的电动马达设备，所述电动马达设备包括:环形定子(I);与所述定子同轴的扭矩输出轴(2);在所述定子(I)内侧的环形转子(3);太阳轮(4)，所述太阳轮(4)固定地联接到所述转子并与所述输出轴(2)同轴;在转子内的以不能移动的方式联接的齿圈(5)，所述齿圈(5)具有带齿的内表面;行星齿轮(6)，所述行星齿轮(6)与所述齿圈及所述太阳轮啮合；以及行星架(7)，所述行星齿轮被支撑在所述行星架(7)上，其特征在于，所述设备包括联接装置(8)，所述联接装置(8)用于可选地将所述转子的扭矩直接传递到所述扭矩输出轴或通过所述行星架传递到所述扭矩输出轴。2.根据权利要求1所述的电动马达设备，其特征在于，所述联接装置(8)包括:第一联接件(10)，所述第一联接件(10)用于将由所述电动马达的转子(3)和太阳轮(4)构成的共同旋转组件联接至所述输出轴(2);以及第二联接件(11)，所述第二联接件(11)用于将所述行星架(7)直接联接到所述输出轴(2)。3.根据权利要求2所述的电动马达设备，其特征在于，所述第一联接件(10)和所述第二联接件(11)彼此连接，用于防止所述设备旋转时的同时联接。4.根据权利要求2或3所述的电动马达设备，其特征在于，所述第一联接件(10)和所述第二联接件(11)包括围绕所述输出轴(2)的联接套筒(12)，所述联接套筒(12)被制造成相对于所述输出轴是旋转刚性的，但仍能够相对于所述输出轴在纵向方向上移动。5.根据权利要求4所述的电动马达设备，其特征在于，所述联接套筒与由所述转子和太阳轮构成的所述共同旋转组件/行星架包括互补的联接元件(13)，用于通过所述联接套筒在所述输出轴的方向上的移动而将所述联接套筒与所述共同旋转组件/行星架以旋转刚性的方式彼此联接。6.根据权利要求2或3所述的电动马达设备，其特征在于，当所述电动马达静止时，所述第一联接元件和所述第二联接元件被提供有将所述第一联接元件和所述第二联接元件同时联接的选项，用于为所述设备提供保持制动。7.根据权利要求1所述的电动马达设备，其特征在于，在联接装置(9)中，所述行星架(7)安装在所述输出轴(2)上，由此，所述联接装置绕所述输出轴设置在所述电动马达设备的同一侧。8.根据权利要求7所述的电动马达设备，其特征在于，所述联接装置(9)包括:第一嵌齿轮(14)，所述第一嵌齿轮(14)联接到所述转子(3);第二嵌齿轮(15)，所述第二嵌齿轮(15)在直径和齿形方面是类似的且同轴，并通过所述输出轴(2)联接到所述行星架(7);以及第三嵌齿轮(16)，所述第三嵌齿轮(16)在直径和齿形方面是类似的且同轴，并联接到将旋转扭矩传递到所述设备外部的输出轴(2’)，所有这三个嵌齿轮被共同的联接套筒(17)围绕，通过所述联接套筒(17)，能够可选地在所述第一嵌齿轮和所述第三嵌齿轮之间或在所述第二嵌齿轮和所述第三嵌齿轮之间实现旋转扭矩的传递。9.根据权利要求8所述的电动马达设备，其特征在于，在所述第一嵌齿轮(14)和所述第二嵌齿轮(15)之间包括空闲空间或绕所述输出轴自由旋转的第四嵌齿轮(18)，所述空闲空间或所述第四嵌齿轮(18)用于实现空档档位。10.根据权利要求9所述的电动马达设备，其特征在于，所述联接套筒(17)的内表面设有两个间隔开的带齿周缘(19)，通过使所述联接套筒在纵向方向上移动，所述两个间隔开的带齿周缘(19)能够可选地联接在所述第一嵌齿轮和所述第三嵌齿轮之间、在所述第二嵌齿轮和所述第三嵌齿轮之间、或在所述第四嵌齿轮和所述第三嵌齿轮之间。11.根据权利要求1至3中的任一项所述的电动马达设备，其特征在于，所述电动马达包括永磁同步马达。12.根据权利要求1至3中的任一项所述的电动马达设备，其特征在于，所述电动马达包括开关式磁阻马达。
【文档编号】B60K7/00GK205668494SQ201490001031
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2014年8月18日
【发明人】西莫·辛科, 托米·努梅林, 安西·苏罗宁, 尤哈·皮尔赫宁
【申请人】塞马应用科学大学