CN110945750A - 包括弹性部件的旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种用于旋转电机(10)的弹性部件(40)，所述旋转电机包括由壳体(11)承载的定子(15)。弹性部件(40)在径向方向上组装在定子(15)和壳体(11)之间，至少部分地由金属材料形成，并且成形为具有在径向方向上的刚度以用于过滤定子(15)的振动。

Description

包括弹性部件的旋转电机

技术领域

本发明涉及一种用于装备机动车辆的旋转电机的弹性部件，以及包括这种类型的弹性部件的旋转电机。

背景技术

具有热力发动机的机动车辆装备有交流发电机，所述交流发电机的目的是将从发动机获得的机械能转换为电能，尤其是为车辆的电池再充电并为车载电网供电。为此目的，交流发电机包括安装在旋转的轴上的转子和围绕转子的定子，所述定子由壳体支撑。

当交流发电机运行时，转子产生旋转磁场，所述磁场作用在定子上并使其振动。取决于交流发电机的旋转速度，定子的振动会产生啸叫形式的磁噪声，从而引起听觉不适。

为了衰减磁噪声，特别是从文献EP 1249064 B1中已知，在定子和壳体元件之间***诸如缓冲器和树脂用于衰减振动。这种进行方式的缺点在于，将这种类型的阻尼元件放置到位需要大量时间。实际上，特别是必须放置缓冲器，倒入树脂，然后等待其聚合。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种用于阻尼旋转电机的振动的器件来解决上述问题，所述器件安装得更快。

为此，本发明的第一方面涉及一种用于机动车辆的旋转电机。所述旋转电机包括：定子；围绕转子和定子的壳体，所述转子围绕轴线旋转；在径向方向上设置在定子和壳体之间的弹性部件，所述弹性部件至少部分地由金属材料制成并且形成为在径向方向上具有刚度，所述刚度设计成过滤定子的振动。

弹性部件是放置在旋转电机的定子与壳体之间的机械部件。因此，与现有技术中使用的树脂的情况相反，将单元放置到位的速度很快，并且不需要任何等待时间。

根据一个实施例，弹性部件由多层材料制成。“多层材料”是指弹性部件由不同材料的一系列层制成，这些层在径向方向上彼此接连。

例如，弹性部件由至少两种不同的材料制成。

例如，弹性部件由三种不同的材料制成。

例如，弹性部件由具有不同特性的不同材料的一系列层制成。

例如，至少两层具有不同的径向刚度。

例如，至少一层由金属制成。

例如，至少一层由有机化合物制成。

例如，由有机化合物制成的层具有比由金属材料制成的层更高的阻尼模量。

例如，在两层金属材料之间包含一层阻尼材料。

因此，弹性部件使得可以在径向方向上既过滤又阻尼定子的振动。

例如，弹性部件围绕定子周向延伸。

根据一个实施例，弹性部件具有对称平面，所述对称平面包括旋转轴线。另外，弹性部件还可以具有垂直于旋转轴线延伸的第二对称平面。

根据一个实施例，弹性部件具有相对于轴线的横截面，所述横截面是敞开的。在这种情况下，第一对称平面在敞开部的周向方向上穿过所述敞开部，特别是穿过中心。

根据一个实施例，弹性部件形成具有至少240°的角度的圆弧。

根据一个实施例，弹性部件具有起伏形状。在所述单元的定位方向上在壳体和定子之间产生起伏。如果弹性部件径向地定位在壳体和定子之间，则起伏可以因此是径向的。作为变型，如果弹性部件轴向地定位在壳体和定子之间，则起伏可以是轴向的。

根据一个实施例，弹性部件包括凸台。凸台特别是在径向方向上延伸。

根据一个实施例，弹性部件包括朝向基准轴线定向的内表面和与内表面相对的外表面，所述外表面和/或内表面设置有凸台。

根据一个实施例，每个凸台在径向方向上的高度优选地包含在0.5mm和30mm之间。

根据一个实施例，每个凸台包括轴向延伸的支撑表面。

根据一个实施例，弹性部件包括至少一个开口，所述至少一个开口以与凸台中的一个相邻的方式设置。在这种情况下，弹性部件包括设置在至少一个凸台的两侧上的开口。

例如，开口在轴向方向上延伸。作为变型，开口在周向方向上延伸。

根据一个实施例，弹性部件包括在凸台中的至少一个开口。

根据一个实施例，弹性部件包括开口，所述开口创建成将凸台分成优选地具有相同尺寸的两个部分。

例如，开口在轴向方向上延伸。作为变型，开口在周向方向上延伸。

根据一个实施例，弹性部件在径向方向上的厚度包含在0.1mm和1mm之间。

根据一个实施例，定子包括沿着第一长度轴向延伸的主体，其中弹性部件沿着第二长度轴向延伸，所述第二长度包含在第一长度的10％和120％之间。

根据一个实施例，电机包括第二弹性部件，所述第二弹性部件在轴向方向上在定子和壳体之间延伸，并且形成为在轴向方向上具有刚度，所述刚度设计成过滤定子的振动。该第二弹性部件可以用作第一弹性部件的补充，以便阻尼振动在第二方向上的传递，所述第二方向尤其是轴向。

根据一个实施例，壳体包括被称为“前轴承”的第一轴承和被称为“后轴承”的第二轴承，其中弹性部件将定子机械地连接到前轴承，并且前轴承对应于更靠近旋转电机的驱动单元的轴承。

附图说明

通过阅读以下说明并查看随附的附图，将会更好地理解本发明及其不同的应用，其中：

图1是根据本发明实施例的交流发电机的纵向截面示意图；

图2是装备图1中的交流发电机的弹性部件的第一示例的立体示意图；

图3是图2中的弹性部件的凸台的放大图；

图4A示出了图3中的凸台的第一变型实施例；

图4B示出了图3中的凸台的第二变型实施例；

图5示出了图3中的凸台的第三变型实施例；

图6是装备图1中的交流发电机的弹性部件的第二示例的立体示意图；

图7A和7B分别表示图1中的交流发电机和根据现有技术的交流发电机的磁噪声的变化曲线，其取决于交流发电机的旋转速度，分别没有和有交流发电机的预热阶段；

图8是根据本发明的弹性部件的第三示例的立体示意图。

这些附图仅仅是通过指示的方式提供的，绝不限制本发明。

为了更加清楚，在所有附图中相同或相似的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

具有热力发动机的机动车辆装备有旋转电机，例如交流发电机或交流发电机-起动器，其构造成将从热力发动机获得的机械能转换成电能，特别是为车辆的电池再充电并为车载电网供电。

交流发电机-起动器是可逆交流发电机，即，它还具有这样的运行模式，其中，它将电能转换为机械能，以便特别是启动机动车辆的热力发动机。在这种情况下，旋转机械用作电动马达。

现在将参考图1描述根据本发明的交流发电机10的实施例。交流发电机10包括一体旋转地装配在轴13上的转子12和围绕转子12的定子15。转子12和定子15设置在壳体11的内部，所述壳体包括前轴承16和后轴承17。

轴13沿着纵向轴线延伸，并且通过马达经由包括带轮20的运动传递设备旋转，所述带轮固定在轴13的前端处。轴13的纵向轴线X形成轴13的旋转轴线。

在所有说明书和权利要求书中，相对于纵向轴线X定义术语“轴向”、“径向”、“切向”、“内部”、“外部”及其派生词。

定子15包括由金属板的堆叠形成的主体27，每个金属板具有大致环形的形状。在每个金属板的内周处设置有凹口。堆叠的金属板中的凹口形成凹槽，导电线缠绕在凹槽中以形成电枢绕组28。线圈28限定电气相，每个相包括至少一个线圈。芯28形成设置在定子15的主体27的两侧上的前髻子29和后髻子30。

定子15的主体27具有大致环形的圆柱形状，其由面对前轴承16设置的前表面、面对后轴承17设置的后表面、内圆柱表面和外圆柱表面界定。定子15的主体27的前表面和后表面相对于纵向轴线X横向。

转子12包括两个磁轮31，每个磁轮包括相对于纵向轴线X横向地设置的凸缘32，在凸缘的周边上设置有轴向延伸的爪33。一个磁轮31的爪33相对于另一个磁轮31的爪33在角度上偏移，使得两个磁轮31的爪43交替地互穿。在磁轮31的凸缘32之间轴向地***有圆柱状的芯34。在这种情况下，芯34由两个半芯构成，每个半芯属于一个凸缘32。该芯34在其外周支撑激励线圈35，所述激励线圈缠绕径向地位于芯34和激励线圈35之间的绝缘体中。

轴承16、17分别装备有球轴承18、19，用于使轴13旋转安装。后轴承17装备有电刷架24，所述电刷架设置有电刷23，所述电刷设计成在电连接到转子12的激励线圈35的集电环21上摩擦。激励线圈35因此可以通过从稳压器获得的激励电流来供电。集电环21设置在轴13的后端上。

通过分别设置在转子12的前表面和后表面上的两个风扇25、26产生的空气的循环来确保交流发电机10的冷却。

交流发电机10包括布置在定子15与壳体11之间的弹性部件40。根据图1中的实施例，弹性部件40设置在定子15与单个轴承(在这种情况下为前轴承16)之间，以便方便组装。根据其他实施例，弹性部件可以将定子机械地连接到后轴承或一次性地到两个轴承。弹性部件40形成为过滤定子15在交流发电机运转时由于存在于交流发电机10中的电磁力而引起的振动。因此，弹性部件40限制了定子15的振动朝向交流发电机10的壳体11的传播，从而减小了交流发电机10的磁噪声。

弹性部件40例如为公差环的形状，如图2所示。在这种情况下，弹性部件40装配在定子15的主体27的外圆柱表面周围。弹性部件40包括：内表面41，其设置成面对定子15的主体27的外圆柱表面并且优选与之接触；外表面42，其与内表面41相对。

根据该实施例，弹性部件40包括在外表面42的外部上径向延伸的凸台44。相反，内表面41设置有具有与凸台44互补的形状的凹陷45。凸台44用作在定子15和壳体11之间的阻尼元件。在图3中可以更好地看到弹性部件40的凸台44。

根据另一实施例，凸台可以倒置，即它们可以设置在内周面41上。

当将定子15组装在壳体11中时，弹性部件40的凸台44至少部分地弹性变形，以便向定子15和壳体11上施加径向力，以防止定子15相对于壳体11轴向和/或径向和/或旋转移位。弹性部件40的凸台44因此使得可以将定子15在壳体11中保持到位。

弹性部件40沿着优选地包含在定子15的主体27的长度LS的10％和120％之间的总长度LT延伸。因此，弹性部件可以沿着比定子主体的轴向长度短的轴向长度延伸。，或者，作为变型，它可以沿着比定子主体的长度长的长度延伸。弹性部件40在径向方向上具有厚度E，其优选地包含在0.1mm和1mm之间。

每个凸台44包括支撑表面47，如果凸台设置在弹性部件的外周面上，则支撑表面设置成与壳体11接触，如果凸台布置在所述单元的内周面上，则支撑表面设置成与定子的主体27接触。根据一个变型实施例，弹性部件可以包括分别位于所述单元的内表面和外表面上的凸台。凸台在一个或另一个表面上的布置可以取决于交流发电机的组装方法，在这种意义上，在定子安装在壳体中期间，支撑表面47特别是与活动部件(壳体或定子)接触。因此，特别是在定子和壳体之间的组装之前，弹性部件被安装在该组装期间不可移动的部分上。

每个凸台44的支撑表面47沿着长度L轴向延伸，所述长度优选地包含在定子15的主体27的长度LS的20％和110％之间。每个凸台44具有高度H，所述高度在径向方向上在内表面41和支撑表面27之间考虑，优选地包含在0.5mm和30mm之间。另外，每个凸台44具有例如在周向方向上的宽度，所述宽度优选地包含在0.2mm和30mm之间。

例如，单个弹性部件40的凸台围绕所述单元的圆周全部相同。再例如，凸台可以围绕弹性部件的圆周规则地分布，或者不规则地分布。例如，多个凸台的组可以彼此规则地分布，并且在这种情况下，在附图中，表示两个凸台的组。

弹性部件40具有相对于轴线X的横截面，所述横截面是敞开的。换句话说，弹性部件40不是闭合的环。优选地，弹性部件40使得其覆盖至少240°的角度，这使得可以确保定子15相对于壳体11的对中。

弹性部件40可以由诸如钢或铝的金属制成。使用金属的优点是在定子15与壳体11之间获得良好的热传导，从而散发由在定子中感应出的电流的产生所引起的热量。

根据变型实施例，弹性部件40可以包括设置在每个凸台44的两侧上的开口48。作为变型，弹性部件40可以为每个凸台44包括单个开口，其例如设置在凸台的中间。根据另一变型，凸台44可以由通过开口间隔开的多个条形成。

开口48可以如图4A所示轴向延伸，或者如图5所示切线延伸。可选地，每个凸台44可以包括附加开口48，如图4B所示，所述附加开口创建成将凸台44分成两个部分，所述两个部分优选地具有相同的尺寸。弹性部件40包括的不同开口以及它们的尺寸设计成调整凸台44的刚度，特别是在径向方向上，使得弹性部件40足够刚性以将定子15在壳体11中保持到位，同时足够柔性以过滤振动。

根据变型实施例，弹性部件40可以由多层材料60制成。“多层材料”是指弹性部件由不同材料的一系列层制成，这些层在径向方向上彼此接连。在图6所示的示例中，弹性部件包括凸台44，并且由三层61、62、61制成。上、下层61由金属材料制成，并且中间层62由有机化合物制成。

金属层可以由钢、铝、铜、黄铜或其他材料制成。中间层可以由橡胶、聚合物泡沫或其他材料制成。

由有机化合物制成的中间层具有比由金属材料制成的两层更高的阻尼模量。因此，弹性部件使得可以既过滤又阻尼定子在径向方向上的振动。

图7A示出了根据按照现有技术的交流发电机的旋转速度V的磁噪声BM的变化的第一曲线601，以及根据按照本发明的交流发电机10的旋转速度V的磁噪声BM的变化的第二曲线602。这两个曲线601、602是在大约25℃的环境温度下获得的，交流发电机当其为冷时投入运行状态，即在执行测量之前，交流发电机尚未经历预热阶段。

在所有附图中，磁噪声BM以声学分贝dB(A)w表示，旋转速度以每分钟的转数rpm表示。

至少在包含在1800rpm和5200rpm之间的速度范围内发现磁噪声BM减小。包含在1800rpm和4000rpm之间的速度范围是特别有利的，因为在该范围内，最容易听到磁噪声，因此产生最大的不适感。实际上，在此范围之外，确保交流发电机的冷却的风扇的空气噪声掩盖了磁噪声。

以类似于图7A的方式，图7B示出了根据按照现有技术的交流发电机的旋转速度V的磁噪声BM的变化的第三曲线603，以及根据按照本发明的交流发电机10的旋转速度V的磁噪声BM的变化的第二曲线604。另一方面，这两个曲线603、604是在交流发电机已经经历预热阶段并且在大约25℃的环境温度下获得的。还发现，在包含在1800rpm和4000rpm之间的速度范围V中，磁噪声减小或保持近似相等。

图8示出了第二弹性部件50的另一示例，除了弹性部件40之外，所述第二弹性部件也可以安装在交流发电机10中。

弹性部件50例如具有围绕回转轴线延伸的环面形状，并且优选地由金属制成。这种类型的弹性部件可以轴向地组装在定子15的主体27的每个面与相应的轴承16、17之间，使得回转轴线与旋转轴线X重合。因此，交流发电机10可以包括两个第二弹性部件50。

弹性部件50在轴向方向上具有用作阻尼元件的起伏。弹性部件50具有相对于回转轴线横向的横截面，所述横截面是敞开的。

将理解的是，本发明不限于参考附图描述的实施例，并且可以设想变型而不脱离本发明的上下文。

Claims (14)

1.一种用于机动车辆的旋转电机，所述电机(10)包括：

定子(15)；

围绕转子和所述定子的壳体(11)，所述转子围绕轴线(X)旋转；和

在径向方向上设置在所述定子(15)与所述壳体(11)之间的弹性部件(40)；

所述电机的特征在于，所述弹性部件(40)至少部分地由金属材料制成，并且其形成为在径向方向上具有刚度，所述刚度设计成过滤所述定子的振动。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)具有对称平面，所述对称平面包括所述轴线(X)。

3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)具有相对于所述轴线(X)的横截面，所述横截面是敞开的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)形成角度为至少240°的圆弧。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)具有起伏形状。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)包括凸台(44)。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)包括朝向所述轴线(X)定向的内表面(41)和与所述内表面(41)相对的外表面(42)，其中所述外表面(42)设置有所述凸台(44)。

8.根据权利要求6或7所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)包括朝向所述轴线(X)定向的内表面(41)和与所述内表面(41)相对的外表面(42)，其中所述内表面(41)设置有所述凸台(44)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的电机，其特征在于，每个凸台(44)包括轴向延伸的支撑表面(47)。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)包括至少一个开口(48)，所述至少一个开口以与所述凸台(44)中的一个相邻的方式设置。

11.根据权利要求10所述的电机，其特征在于，所述弹性部件(40)包括设置在至少一个凸台(44)的两侧上的开口(48)。

12.根据权利要求10或11所述的电机，其特征在于，所述开口(48)在轴向方向上延伸。

13.根据权利要求10或11所述的电机，其特征在于，所述开口(48)在周向方向上延伸。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的电机，其特征在于，所述电机包括第二弹性部件(50)，所述第二弹性部件在轴向方向上在所述定子(15)和所述壳体(11)之间延伸，并且形成为在轴向方向上具有刚度，所述刚度设计成过滤所述定子的振动。

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