原创 轮式动力产品（WPP）综述

第一节 轮式动力产品定义及分类

一、WPP（wheel powered products）定义及分类

随着行业发展，社会生产复杂程度加大，工厂自动化程度提升，自动搬运设备需求随之扩大，搬运设备在提高生产效率、增加空间利用率以及降低人力成本方面具有明显的效果。因此搬运设备中的核心动力部件——轮式动力产品也因此发展迅速，客户对轮式动力产品这一行业也提出了更多的新要求。

轮式动力产品就是以电机集成轮辐式被动轮及其他减速机、减速箱、制动器、编码器、定位开关、连接等附件，以轮面与工厂地面形成滚动，带动搬运设备自动行走的动力式产品。

本报告所考虑的轮式动力产品主要以低压电驱动，并按电机类型可区分为直流、交流和永磁同步等类型。按产品类型可分为：舵轮、驱动轮、差速轮/组、麦克纳姆轮和驱动桥等。其中所有轮式动力产品都可以根据电气控制需求选配直流、交流或永磁同步电机，因此本报告主要以产品类型为基础进行行业分析。

轮式动力产品可广泛应用于自动生产线、物流、仓库、交通运输和搬运等领域，为AGV、LGV、AGC、叉车、自动巡检车、流水线、物流输送线等等有自动行走要求的设备提供核心动力配件。

二、产品定义

1. 舵轮

舵轮是以直行电机、转向电机、减速箱、减速电机为主体部件，再选配其他电气控制和连接配件的集成化轮式动力产品，可以实现直行和转向的动力功能，主要用于等自动行走设备。其中驱动部分电机通过减速箱带动被动轮的转动，实现行走设备前进或后退功能，转向电机通过回转支承转换动力方向后带动自动行走设备实现转向、平移和360°原地转弯的功能。

主要应用于AGV、LGV、电动平车和其他卧式或平板式自动行走设备。以下图示为舵轮实物图片及结构爆炸图示例：

图1-1 卧式舵轮图

图1-2 立式舵轮图

图1-3 卧式舵轮爆炸示意图

2.驱动轮

驱动轮由直行电机、减速箱和其他配件等集成为不带转向系统的轮式动力产品，可以实现直行功能，也可以通过两个驱动轮分布于自动行走设备两侧的方式，以差速形式驱动自动行走设备实现转向功能。与舵轮相比，驱动轮结果较为简单，少了转向系统，可以适用于更低的车体结构，但是差速控制不能实现车体360°原地转弯和平移，而且转弯半径比舵轮控制相比更大，电气控制更为复杂。

主要应用于AGV、AGC、电动平车和其他总体高度较低的设备。舵轮和驱动轮具有一体化设计、集成度高、适应性强等特点。广泛应用于汽车汽配制造、机械加工、烟草行业、3C电子、家电制造、军工制造、医疗器械、电气电力、橡胶轮胎、邮政物流和食品饮料等行业的生产线或仓库运输中。

图1-4  卧式驱动轮图  

图1-5 立式驱动轮图

3.差速轮/组

差速轮主要由电机、减速电机及其他机械组件构成，根据产品结构特性，一般两组成套组成差速轮组使用，通过差速形式驱动自动行走设备实现直行和转向功能。与驱动轮相比，差速轮一般用直角减速电机而不是减速箱体来实现驱动电机的减速要求，并且可能增加减震弹簧组件来实现自动行走设备的减震需求，结构极为紧凑，由于空间有限，差速轮组更适用于轻载场合，并且对地面平整度要求更高，目前随着产品发展，已有重载型差速轮成功应用于客户现场。 

图1-6 差速轮组 

图1-7 差速轮

图1-8 差速轮组爆炸图

 图1-9 大功率差速轮组

产品主要为应用于环境较好的电商、零售或高标准工厂等场景中的AGC和物流搬运车等提供动力部件。由图1-8所示，差速轮可根据客户需求自由选配电机类型或被动轮材质，舵轮等产品也同样具备可选择性。

其中大功率差速轮组要求较大的安装宽度，可用于电动平车、差速式电驱动车，以差速方式实现电驱动车的转弯，其他与驱动桥使用较为类似。

4.轮毂电机

轮毂电机与差速轮有类似之处，是行业中比较年轻的轮式动力产品，其特点是电机按被动轮尺寸设计，将电机及减速电机装置于被动轮中，通过电机轴输出实现轮毂电机前进后退的功能。

目前，部分差速轮与轮毂电机尺寸基本类同，轮毂电机最大的特点是其动力部分宽度不超出被动轮尺寸，将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等传动部件，由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，并得以将电驱动车的机械部分大为简化，因此能更好的应用于电动车、自动化生产线、其他手动式搬运设备或轻载型物流搬运设备等产品中，缺点是操控性和制动性较差，因此不适合长时间高速运行场合。

图1-10a 轮毂电机图（乘用车）

图1-10b 大功率轮毂电机（AGV用）

图1-10c 小功率轮毂电机（AGV用）

5.麦克纳姆轮

麦克纳姆轮是瑞典麦克纳姆公司的专利。

麦克纳姆轮是以电机为中心，多个纺锤形小滚子于电机外圈以电机为中心按一定方向在机轮上排列成圆形，由中心电机输出到各自机轮的方向和速度，最终合成任何要求的方向上产生合力矢量，保证了在不改变机轮自身方向上，通过小滚子灵活方便地实现全方位移动的功能。

由于小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。基于麦克纳姆轮技术的全方位运动设备可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。在此基础上研制的全方位叉车及全方位运输平台非常适合转运空间有限、作业通道狭窄的环境。

主要应用于AGV等产品，与舵轮相比，麦克纳姆轮承载能力较小，同等载荷的自动搬运设备需要多个麦克纳姆轮承担负载和动力功能，其电气控制复杂，而且麦克纳姆轮上的小滚子配件经常有更换需求，因此目前市场已经广泛应用舵轮取代麦克纳姆轮形式。

图1-11 麦克纳姆轮

6.驱动桥

驱动桥是位于传动系末端能改变来自变速器的转速和转矩，并将它们传递给被动轮的机构，一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成，转向驱动桥还有等速万向节。另外，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力，纵向力和横向力，以及制动力矩和反作用力。

其基本功能是：①将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降速增大转矩；②通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；③通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向；④通过桥壳体和车轮实现承载及传力矩作用。

 图1-12 驱动桥

本报告所指驱动桥主要用于电驱动车，其速度要求较低、不长时间连续运行、载重不大，例如高尔夫球车、观光车、座驾式叉车等等。一般来讲，驱动桥包括电机、主减速器、差速器、车轮传动装置等关键部件，但客户可根据需求进行筛选，同时也可以对电机类型进行按需求选择。

7.其他产品及展望

以上所有产品都是带电机及减速部分和轮式集成装置，由蓄电池供电，具有低压低速运行等特点，地面要求平缓。随着搬运设备和电驱动车的多样化要求提升，在轮式动力产品核心不变的情况下，新产品或新名称不断涌现，发展趋势主要集中在集成化、紧凑化、定制化、超重载化等几个方面，例如将搬运设备的减震部分集成到轮式动力系统中，或将几个轮式动力产品整合成一套搬运设备的动力系统，也可以针对一些特种设备或者超重载型搬运设备提供专门的定制方案（见图1-13）等等。

图1-13 超重载搬运设备轮式动力方案集锦

注：图片由江苏亿控智能装备有限公司提供