第一節(jié)?輪式動力產品定義及分類

一、WPP（wheel powered products）定義及分類

隨著行業(yè)發(fā)展，社會生產復雜程度加大，工廠自動化程度提升，自動搬運設備需求隨之擴大，搬運設備在提高生產效率、增加空間利用率以及降低人力成本方面具有明顯的效果。因此搬運設備中的核心動力部件——輪式動力產品也因此發(fā)展迅速，客戶對輪式動力產品這一行業(yè)也提出了更多的新要求。

輪式動力產品就是以電機集成輪輻式被動輪及其他減速機、減速箱、制動器、編碼器、定位開關、連接等附件，以輪面與工廠地面形成滾動，帶動搬運設備自動行走的動力式產品。

本報告所考慮的輪式動力產品主要以低壓電驅動，并按電機類型可區(qū)分為直流、交流和永磁同步等類型。按產品類型可分為：舵輪、驅動輪、差速輪/組、麥克納姆輪和驅動橋等。其中所有輪式動力產品都可以根據電氣控制需求選配直流、交流或永磁同步電機，因此本報告主要以產品類型為基礎進行行業(yè)分析。

輪式動力產品可廣泛應用于自動生產線、物流、倉庫、交通運輸和搬運等領域，為AGV、LGV、AGC、叉車、自動巡檢車、流水線、物流輸送線等等有自動行走要求的設備提供核心動力配件。

二、產品定義

1. 舵輪

舵輪是以直行電機、轉向電機、減速箱、減速電機為主體部件，再選配其他電氣控制和連接配件的集成化輪式動力產品，可以實現直行和轉向的動力功能，主要用于等自動行走設備。其中驅動部分電機通過減速箱帶動被動輪的轉動，實現行走設備前進或后退功能，轉向電機通過回轉支承轉換動力方向后帶動自動行走設備實現轉向、平移和360°原地轉彎的功能。

主要應用于AGV、LGV、電動平車和其他臥式或平板式自動行走設備。以下圖示為舵輪實物圖片及結構爆炸圖示例：

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圖1-1?臥式舵輪圖

圖1-2?立式舵輪圖

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圖1-3?臥式舵輪爆炸示意圖

2.驅動輪

驅動輪由直行電機、減速箱和其他配件等集成為不帶轉向系統(tǒng)的輪式動力產品，可以實現直行功能，也可以通過兩個驅動輪分布于自動行走設備兩側的方式，以差速形式驅動自動行走設備實現轉向功能。與舵輪相比，驅動輪結果較為簡單，少了轉向系統(tǒng)，可以適用于更低的車體結構，但是差速控制不能實現車體360°原地轉彎和平移，而且轉彎半徑比舵輪控制相比更大，電氣控制更為復雜。

主要應用于AGV、AGC、電動平車和其他總體高度較低的設備。舵輪和驅動輪具有一體化設計、集成度高、適應性強等特點。廣泛應用于汽車汽配制造、機械加工、煙草行業(yè)、3C電子、家電制造、軍工制造、醫(yī)療器械、電氣電力、橡膠輪胎、郵政物流和食品飲料等行業(yè)的生產線或倉庫運輸中。

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圖1-4 ?臥式驅動輪圖 ?

圖1-5 立式驅動輪圖

3.差速輪/組

差速輪主要由電機、減速電機及其他機械組件構成，根據產品結構特性，一般兩組成套組成差速輪組使用，通過差速形式驅動自動行走設備實現直行和轉向功能。與驅動輪相比，差速輪一般用直角減速電機而不是減速箱體來實現驅動電機的減速要求，并且可能增加減震彈簧組件來實現自動行走設備的減震需求，結構極為緊湊，由于空間有限，差速輪組更適用于輕載場合，并且對地面平整度要求更高，目前隨著產品發(fā)展，已有重載型差速輪成功應用于客戶現場。?

圖1-6 差速輪組?

圖1-7 差速輪

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圖1-8 差速輪組爆炸圖

?圖1-9 大功率差速輪組

產品主要為應用于環(huán)境較好的電商、零售或高標準工廠等場景中的AGC和物流搬運車等提供動力部件。由圖1-8所示，差速輪可根據客戶需求自由選配電機類型或被動輪材質，舵輪等產品也同樣具備可選擇性。

其中大功率差速輪組要求較大的安裝寬度，可用于電動平車、差速式電驅動車，以差速方式實現電驅動車的轉彎，其他與驅動橋使用較為類似。

4.輪轂電機

輪轂電機與差速輪有類似之處，是行業(yè)中比較年輕的輪式動力產品，其特點是電機按被動輪尺寸設計，將電機及減速電機裝置于被動輪中，通過電機軸輸出實現輪轂電機前進后退的功能。

目前，部分差速輪與輪轂電機尺寸基本類同，輪轂電機最大的特點是其動力部分寬度不超出被動輪尺寸，將動力裝置、傳動裝置和制動裝置都整合一起到輪轂內，省略了離合器、變速器、傳動軸、差速器、分動器等傳動部件，由于輪轂電機具備單個車輪獨立驅動的特性，因此無論是前驅、后驅還是四驅形式，它都可以比較輕松地實現，并得以將電驅動車的機械部分大為簡化，因此能更好的應用于電動車、自動化生產線、其他手動式搬運設備或輕載型物流搬運設備等產品中，缺點是操控性和制動性較差，因此不適合長時間高速運行場合。

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圖1-10a 輪轂電機圖（乘用車）

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圖1-10b 大功率輪轂電機（AGV用）

圖1-10c 小功率輪轂電機（AGV用）

5.麥克納姆輪

麥克納姆輪是瑞典麥克納姆公司的專利。

麥克納姆輪是以電機為中心，多個紡錘形小滾子于電機外圈以電機為中心按一定方向在機輪上排列成圓形，由中心電機輸出到各自機輪的方向和速度，最終合成任何要求的方向上產生合力矢量，保證了在不改變機輪自身方向上，通過小滾子靈活方便地實現全方位移動的功能。

由于小滾子的母線很特殊，當輪子繞著固定的輪心軸轉動時，各個小滾子的包絡線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動。麥克納姆輪結構緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。基于麥克納姆輪技術的全方位運動設備可以實現前行、橫移、斜行、旋轉及其組合等運動方式。在此基礎上研制的全方位叉車及全方位運輸平臺非常適合轉運空間有限、作業(yè)通道狹窄的環(huán)境。

主要應用于AGV等產品，與舵輪相比，麥克納姆輪承載能力較小，同等載荷的自動搬運設備需要多個麥克納姆輪承擔負載和動力功能，其電氣控制復雜，而且麥克納姆輪上的小滾子配件經常有更換需求，因此目前市場已經廣泛應用舵輪取代麥克納姆輪形式。

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圖1-11 麥克納姆輪

6.驅動橋

驅動橋是位于傳動系末端能改變來自變速器的轉速和轉矩，并將它們傳遞給被動輪的機構，一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅動橋殼等組成，轉向驅動橋還有等速萬向節(jié)。另外，驅動橋還要承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力，縱向力和橫向力，以及制動力矩和反作用力。

其基本功能是：①將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉矩通過主減速器、差速器、半軸等傳到驅動車輪，實現降速增大轉矩；②通過主減速器圓錐齒輪副改變轉矩的傳遞方向；③通過差速器實現兩側車輪差速作用，保證內、外側車輪以不同轉速轉向；④通過橋殼體和車輪實現承載及傳力矩作用。

?圖1-12 驅動橋

本報告所指驅動橋主要用于電驅動車，其速度要求較低、不長時間連續(xù)運行、載重不大，例如高爾夫球車、觀光車、座駕式叉車等等。一般來講，驅動橋包括電機、主減速器、差速器、車輪傳動裝置等關鍵部件，但客戶可根據需求進行篩選，同時也可以對電機類型進行按需求選擇。

7.其他產品及展望

以上所有產品都是帶電機及減速部分和輪式集成裝置，由蓄電池供電，具有低壓低速運行等特點，地面要求平緩。隨著搬運設備和電驅動車的多樣化要求提升，在輪式動力產品核心不變的情況下，新產品或新名稱不斷涌現，發(fā)展趨勢主要集中在集成化、緊湊化、定制化、超重載化等幾個方面，例如將搬運設備的減震部分集成到輪式動力系統(tǒng)中，或將幾個輪式動力產品整合成一套搬運設備的動力系統(tǒng)，也可以針對一些特種設備或者超重載型搬運設備提供專門的定制方案（見圖1-13）等等。

圖1-13 超重載搬運設備輪式動力方案集錦

注：圖片由江蘇億控智能裝備有限公司提供