CN114026771A - 用于旋转电机的塑料轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机的轴承，包括塑料主体和以不可拆卸的方式固定到塑料主体的至少一个电导体。

Description

用于旋转电机的塑料轴承

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的塑料轴承。

背景技术

以本身已知的方式，旋转电机包括定子和固定到轴上的转子。转子可以固定到驱动轴和/或从动轴上，并且可以属于交流发电机、电动机或能够在两种模式下运行的可逆机器形式的旋转电机。

定子安装在外壳中，该外壳构造成通过滚动轴承在轴承上旋转轴。转子包括由叠片堆形成的主体，叠片堆通过合适的固定***保持为组的形式。转子包括例如由永磁体形成的极，永磁体容纳在设置在转子磁块中的腔中。作为替代，在称为“凸极”架构的架构中，极由缠绕在转子臂上的线圈形成。作为替代，转子将由包括爪的两个极轮形成。

此外，定子包括由形成环的薄叠片堆形成的主体，其内表面设置有朝向内部开口的槽，以便接收相绕组。这些绕组穿过定子主体的槽，并形成在定子主体的任一侧突出的束。相绕组例如由具有圆形或方形横截面并覆盖有搪瓷的连续电线获得，或者由通过焊接连接在一起的销形导电元件获得。

特别是由抗污染标准施加的约束要求特别限制车辆上机器的质量。然而，这种机器很重，特别是由于外壳轴承的金属质量。

机器的外壳支撑一定数量的功能设备。功能设备之一是互连器，也就是说，在机器定子的相绕组和电力电子器件之间提供连接的部分。外壳还支撑一定数量的传感器，例如温度或位置传感器。

文件FR3065338描述了例如在前轴承上集成位置传感器。

将这些设备安装在外壳上尤其需要额外的组装步骤，这带来了成本。

发明内容

根据本发明，用于旋转电机的轴承包括塑料主体和以不可拆卸的方式固定到塑料主体的至少一个电导体。

通过本发明，获得的塑料轴承更轻，从而降低了机器的整体质量。此外，这种轴承的制造成本较低，例如在轴承主体的模制过程中，各种功能被直接模制到该轴承中。由于制造步骤的数量有限，制造过程得以特别简化。

根据其他特征，单独地或组合地：

-电导体是至少部分模制在轴承中的轨道；

-电导体是轴承表面上的轨道；

-轨道用于将至少一个第一绕组端连接到用于连接到电机的电力电子器件的连接垫，或者将两个第二绕组端彼此连接，或者将连接到处于控制电子器件的地电位的元件的第一点连接到连接到处于马达控制器的地电位的元件的第二点。

在这种情况下，定子绕组的中性汇流条直接集成到轴承的主体中，从而使得尤其能够增强中性汇流条的机械强度，简化制造过程，并确保良好的电绝缘。

-轨道用于将第一绕组端连接到用于连接到电机的电力电子器件的连接垫，或者将两个第二绕组端彼此连接，主体包括围绕至少一个连接垫的模制壁；

-主体还包括面向至少一个轨道定位的电流检测装置的探针。

术语“面向”将被理解为意味着探针以允许通过霍尔效应测量轨道中流动的电流的距离靠近轨道。探针和轨道之间的距离通常约为1.5mm。

-主体包括热单元的探针；

-主体还包括转子位置传感器的至少一个探针；

-适于引导至少一个电连接器的至少一个引导通道被模制到轴承的主体中。

本发明还涉及一种旋转电机，包括：围绕安装在轴上的转子的多相定子，轴沿着与转子的旋转轴线相对应的轴线X延伸；以及包括用于轴的旋转安装的轴承容座的至少一个轴承，以及这种轴承。

通过阅读以下描述和研究附图，将更好地理解本发明。这些附图仅作为本发明的完全非限制性的说明给出。

附图说明

图1是根据本发明的旋转电机的纵向剖视图；

图2是机器的透视图，示出了轴承表面上的接口壳体；

图3是包括轨道的机器的轴承的透视图；

图4是包括电流检测装置的探针的轴承的透视图；

图5a是配备有热检测单元的机器的一部分的剖视图；

图5b是机器配备的热检测单元的透视图；

图6a是配备有转子位置传感器的轴承的平面图；

图6b是承载位置传感器的轴承的一部分的透视图。

在各个图中，相同、相似或类似的元件带有相同的附图标记。

具体实施方式

在说明书的其余部分中，“前”元件被理解为表示位于驱动侧的元件，“后”元件被理解为表示位于相对侧的元件。

将在机器架构的情况下给出描述，其中前轴承和后轴承是塑料轴承，每个轴承包含某些功能。

图1示出了旋转电机10，其包括围绕安装在轴13上的转子14的多相定子11，轴13沿着与转子14的旋转轴线相对应的轴线X延伸。

在说明书的其余部分，术语轴向、径向、外部和内部指的是穿过轴13中心的轴线X。轴向方向对应于轴线X，而径向方向对应于与轴线X相交特别是与之垂直的平面。对于径向方向，术语外部或内部应理解为关于同一轴线X，术语内部对应于朝向轴线定向或者比第二元件更靠近轴线的元件，术语外部表示离轴线一定距离。

定子11围绕转子14，在定子的内周和转子14的外周之间存在气隙。定子11安装在设置有前轴承17和后轴承18的外壳中，两个轴承各自布置在定子的轴向端。

轴承17、18通过称为拉杆的螺钉连接在一起，螺钉用于与形成在轴承17、18的突出凸耳中的螺纹孔相互作用，使得定子以夹在两个轴承17、18之间的方式安装。

两个轴承17中的至少一个由塑料制成。另一个轴承18例如是金属的，例如由铝制成。作为变型，另一个轴承18也由塑料制成。每个轴承17、18容易通过模制获得。在说明书的剩余部分，将认为两个轴承由塑料制成。

每个轴承包括由横向凸缘171、181和裙部172、182形成的主体。横向凸缘171、181在垂直于轴承的轴线X1的平面中延伸，轴承的轴线X1旨在与机器的轴线X重合。环形裙部172、182源自凸缘的外周，并且相对于轴线X1具有轴向定向。至少一个轴承包括用于引导轴旋转的轴承容座15。

该电机10例如可以用于联接到属于机动车辆牵引链的齿轮箱。电机10能够在交流发电机模式下运行，以便向车辆的电池和车载动力***提供特定的能量，并且在电动机模式下，不仅启动车辆的内燃机，而且有助于单独地或与内燃机结合地向车辆提供牵引力。机器10的功率可以在10kW和50kW之间。作为替代，电机10可以安装在机动车辆的车轴上，特别是后车轴。

更具体地，转子14包括叠片组形式的主体。永磁体安装在主体的腔中。在所示的示例中，磁体以V形配置安装。作为替代，磁体径向安装在腔内，两个相邻磁体的相对面具有相同的极性。这就是通量集中配置。取决于机器10的应用和期望功率，磁体可以由稀土或铁氧体制成。

此外，定子包括由叠片组形成的主体，以及绕组24。该主体由相互独立并通过合适的固定***保持为组形式的叠片堆形成。主体设置有成对地限定用于安装定子绕组的槽的齿。

绕组24包括一组相绕组，其穿过槽并形成束25并且在定子11的主体的任一侧突出。相绕组在这里由销形导电元件获得，其端部例如通过焊接彼此连接。作为替代，相绕组可以由一根或多根连续电线获得。

相绕组可以例如具有三相或双三相星形或三角形配置。这些绕组旨在连接到电子模块的功率部分。电子模块包括具有包含功率元件诸如MOSFET晶体管的功率桥的功率部分，以及用于多个检测器的电子控制电路。

如图2所示，旨在连接到电子模块的接口壳体40固定到前轴承17的表面。壳体40包括由导电材料制成的垫41，通过它们的基部模制到塑料轴承中。围绕垫的壁42有利地从轴承表面延伸，横向于轴承表面。该壁例如与塑料轴承是一体的。壁42允许壳体40与电子模块的连接壳体相互作用，并确保密封性。

如图3所示，导体43尤其将所述绕组24的第一端240连接到接口壳体40的连接垫41。导体43以不可拆卸的方式固定到塑料轴承。

导体43有利地是至少部分模制在轴承中的轨道。作为变型，导体是通过在塑料轴承表面上漆或塑电子(plastronics)获得的轨道。由塑电子形成的轨道将特别是用于将地彼此连接的轨道，因此低电流在其中流动。第一绕组端240例如焊接到轨道上。

作为变型，第一绕组端部240被拧到轨道上。轨道43也有利地焊接到垫41。

从图3中可以看出，轨道43因此可以在每个相输出和适于将其连接到上述电力电子模块并用于将中性输出彼此连接的垫41之间提供电连接。在三相情况下，三个轨道43因此分别将对应于相240的每个第一线圈端连接到每相一个垫41。其他轨道44也使得可以建立对应于中性输出的第二线圈端241彼此之间的电连接。在三相情况下，另外两条轨道44使得可以建立第二线圈端部241彼此之间的电连接。

开口45特别设置在前轴承171的横向凸缘中，以便允许定子绕组端连接到轨道43、44以在那里露出。在星形联接的情况下，开口45使得例如可以允许相位和对应中性的两个绕组端240、241露出。

如图2所示，开口45例如被壁46包围，该壁46设计成保护从该开口露出的电线的端部，从而形成容座47。壁46例如与塑料轴承的横向凸缘成一体，也就是说，壁46与凸缘形成单件。有利地，壁在轴承的模制过程中被直接模制。

特别是在油冷电机的情况下，必须保护非绝缘绕组端免受油渗透。在这种情况下，为了保护绕组端，容座47有利地填充有树脂。作为变型，可以为三相***的所有绕组输出提供单个开口45，例如围绕该开口的壁46和树脂能够用于填充如此形成的容座，以便保护绕组端。作为变型，由此由壁形成的每个容座可以由盖封闭，盖以密封的方式安装在所述壁46上。

还可以提供轨道，以便将连接到处于控制电子器件的地电位的元件的第一点与连接到处于马达控制器的地电位的元件的第二点互连。控制电子器件的地电位在接口壳体的一个相垫41处恢复。马达控制器的地电位在外壳固定到车辆的固定孔190处恢复。例如，在这种情况下，接地电压为12V。

轴承17包括电流检测装置50的探针51，如图4所示，用于测量电力轨道中流动的电流。因此，探针至少部分地模制到塑料轴承的主体中。探针51例如是磁场探针。磁场探针可以是霍尔效应探针，其具有紧凑、消耗很少功率和提供对噪声不敏感的信号的优点。在图4的实施例中，探针51面向电力轨道安装。更准确地说，探针面向轨道的一部分定位。

从图4中可以清楚地看到，铁磁屏蔽件52可以减少容易影响探针进行的测量的磁干扰。铁磁屏蔽件52由具有底壁521的U形部分构成，两个端壁522从该底壁起始。底壁521具有与轨道的与承载探针51的面相对的面接触的面。端壁522在探针51的任一侧延伸。端壁522基本垂直于底壁521和承载探针的轨道部分延伸。对应于端壁522之间的距离，屏蔽件52的U形的宽度基本等于电力轨道的宽度。

探针51与设置有多个连接销的连接器53相关。其中两个销用于向探针51供电，至少一个销用于传输与探针执行的测量相关的信号。

探针51和连接器53安装在集成电路54上，集成电路54压靠在电力轨道的一部分上。集成电路可以是刚性的或柔性的。如图4所示，连接器53经由连接电缆连接到控制电子器件的控制单元。作为变型，连接器例如通过包覆成型轨道(未示出)连接到控制电子器件。

如图4所示，轨道43以及集成电路54和屏蔽件52的至少一部分被包覆成型到塑料轴承中，限定探针51位于其中的腔。为了防止灰尘、液体或其他污物渗入测量区域，腔由盖密封。作为变型，腔填充有树脂材料。

此外，为了在过热的情况下保护电机，该电机配备有热检测单元70，如图5a所示。该单元旨在经由至少一个导体73连接到热保护电路(未示出)，该热保护电路配置为在检测到过热时减少或切断对机器的电力供应。

更准确地说，使用温度传感器71(特别在图5b中可见)，其固定在弹性支撑件72上，用于固定到旋转电机的前轴承17。温度探针71尤其是玻璃封装的热敏电阻。固定支撑件72尤其是柔性部分，例如可压缩护套。护套例如将是硅树脂护套。作为变型，它将是具有弹性的橡胶或树脂护套。探针71在护套的两端露出。

护套的一部分包覆成型到前塑料轴承17中，使得探针的两端在塑料轴承壁的任一侧露出。在一实施例中，弹性护套预先包覆成型在轴承开口的周边上，然后将温度探针***护套中。作为变型，探针预先集成在可压缩护套中，然后整个组件被模制到轴承中。

连接到探针71端部的导体73例如电线沿着前轴承17的表面被引导。在一优选实施例中，连接凸片74使得可以将电线连接到热保护电路。导电凸片74例如是前轴承17表面上的轨道。电线的端部连接到导电凸片74，特别是通过焊接。树脂有利地用于覆盖导电凸片74和电线73之间的连接，以防止它们被损坏。

护套72朝向绕组束25突出，并且用于与所讨论的定子绕组的束25局部接触。护套由抵抗由绕组束25传递的热量的材料制成。它确保探针71和所讨论的绕组的束25之间良好的热传递。该护套是电绝缘的。如图5b所示，该护套的内表面与束的接触面积大于探针71和束25之间的直接接触面积。护套确保探针71和一个或多个连接器73的端部的密封和电绝缘，该端部可以暴露。探针71通过支撑件72的弹簧作用与绕组束25接触。

作为变型，如果塑料不导电，探针可以部分地直接模制到塑料轴承中，特别是为了测量机器的环境温度。在这种情况下，探针没有封装在导电护套中。探针在两端之间延伸，探针的侧壁被模制到塑料轴承中，因此探针在塑料轴承的横向凸缘的任一侧露出。

如图6a所示，后轴承18还特别包括转子位置传感器60的探针61。位置传感器尤其检测转子的角位置。位置传感器尤其是轴向读出型的。

可以在图6b中看到，该传感器60包括安装在轴13周围的目标垫圈65。垫圈65在垂直于转子的旋转轴线X的平面中延伸。

磁场测量探针61布置成测量由目标垫圈65沿着转子的旋转轴线X的方向产生的磁场。在该情况下，使用三个探针61，它们以规则的方式彼此成角度地偏移。探针61有利地是霍尔效应探针。作为变型，探针61是涡流探针。

磁场测量探针61安装在印刷电路62的表面上，如图6b所示。印刷电路62安装在支撑件63上。例如由塑料制成的支撑件63固定到定子11，使得探针61面向目标垫圈65。

探针61例如通过从印刷电路62到电子器件的有线连接器65连接到控制电子器件的控制单元。其上安装有印刷电路62的支撑件63被包覆成型到塑料轴承18中，使得探针61面向垫圈不受阻碍，有线连接器65从轴承朝向电子器件露出。作为变型，控制电子器件的一些连接器65是包覆成型到轴承(未示出)中的轨道。

因此，在操作期间，转子的旋转导致由各种探针61接收的磁场变化。这些探针61向控制单元传输电信号，这些取决于接收的磁场水平。控制单元处理这些信号，以便从中推导出转子的速度以及位置。

将位置传感器60集成到后塑料轴承18中使得可以减少零件数量、改进并简化所述位置传感器在机器上的固定，并且允许传感器在任何热变化期间不旋转。

在一优选实施例中，后轴承181的横向凸缘可以特别包括至少一个引导通道64，其适于引导将探针61连接到控制单元的至少一个电连接器65，如图6a所示。引导通道64例如由两个塑料珠限定，这两个塑料珠在轴承的模制过程中被模制在横向凸缘181处，并且出于引导目的可能延伸到环形裙部182上。

当然，以上描述仅通过示例给出，并不限制本发明的领域，通过用任何其他等同物替换各种元件也不会偏离本发明的领域。

此外，本发明的各种特征、变型和/或实施例可以以许多组合彼此结合，只要它们不相互不兼容或相互排斥。

该描述尤其可以应用于爪式转子机器，其中例如小齿轮将由滑轮代替。

Claims (10)

1.一种用于旋转电机的轴承(17、18)，包括塑料主体(170、180)和以不可拆卸的方式固定到塑料主体(170、180)的至少一个电导体。

2.如权利要求1所述的轴承，其中，所述电导体是至少部分地模制到所述轴承(17、18)中的轨道。

3.如权利要求1所述的轴承，其中，所述电导体是所述轴承(17、18)的表面上的轨道。

4.如权利要求2和3中任一项所述的轴承，其中，所述轨道(43、44、80)用于：

-将至少一个第一绕组端(240)连接到用于连接到电机(41)的电力电子器件的连接垫，或者将两个第二绕组端(241)彼此连接，

-或者将连接到处于控制电子器件的地电位的元件的第一点连接到连接到处于马达控制器的地电位的元件的第二点。

5.如权利要求4所述的轴承，其中，所述轨道用于将第一绕组端(240)连接到用于连接到电机的电力电子器件(41)的连接垫，或者将两个第二绕组端(241)彼此连接，所述主体(170、180)包括围绕至少一个连接垫(41)的模制壁(42)。

6.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其主体还包括面向至少一个轨道定位的电流检测装置(50)的探针(51)。

7.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其主体包括热单元(70)的探针(71)。

8.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其主体还包括转子位置传感器(60)的至少一个探针(61)。

9.如前述权利要求中任一项所述的轴承，其主体中模制有适于引导至少一个电连接器(65)的至少一个引导通道(64)。

10.一种旋转电机，包括：围绕安装在轴(13)上的转子的多相定子(11)，轴(13)沿着与转子的旋转轴线相对应的轴线X延伸；以及包括用于轴(13)的旋转安装的轴承容座(15)的至少一个轴承(17、18)，轴承(17、18)是如权利要求1至9中任一项所述的轴承。

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