CN101401280A - 电机的轴支撑系统、电机及轴支撑系统的制造方法 - Google Patents

电机的轴支撑系统、电机及轴支撑系统的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机的轴支撑系统、电机及轴支撑系统的制造方法，其中用于电机(1)的轴支撑系统(7)包括滚动轴承(17)，该滚动轴承设置有设计成将安装在所述轴(5)上的内圈(33)，和外圈(34)；用于探测内滚道的角位置的至少一个角位置传感器(20)；安装在内滚道上的编码器(19)；用于支承轴承的外滚道的凸缘(16)；和由该凸缘支撑的处理模块(18)。

Description

电机的轴支撑系统、电机及轴支撑系统的制造方法
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及可能在转轴和电机外壳之间形成机械连接的支架。
背景技术
文件JP-A-08023666的摘要描述了一无刷电机，包括与霍尔效应传感器相关的连接部件，该传感器设置用于探测安装在轴上的磁铁。该轴利用轴承可转动地安装在连接部件中。
在这类传统电机中，由于大量实现机械和电子功能以及探测转子的转动角的功能的单独部件，所以用于组装电机的步骤较多并且较复杂。
发明内容
本发明的目的是消除上述现有技术的缺点。
本发明提出了一多功能轴支架。
本发明提出了一滚动轴承和凸缘组件，该组件在轴和电机的外壳之间提供机械连接，并起到用于传感器和信号处理电子器件的支架的作用。
用于电机的轴支撑系统包括：滚动轴承，该滚动轴承设置有设计成将安装在所述轴上的内圈，和外圈；用于探测内圈的角位置的至少一个角位置传感器；安装在内圈上的编码器；用于支承轴承的外圈的凸缘；和由该凸缘支撑的处理模块。该支架构成实现轴承、凸缘和角度探测功能的子组件。
在一个实施例中，该传感器安装在处理模块上，该处理模块连接到传感器的输出上。
在一个实施例中，该处理模块构造成接收来自传感器的表示编码器相对于该传感器的角位置的输出信号，并作为输出传递表示编码器相对于传感器的角位置的一项经处理的信息。
在一个实施例中，该凸缘受到密封。
在一个实施例中，该凸缘包括连接到电机上的装置。该连接装置可以包括通孔，该通孔可以将凸缘螺钉连接到电机的传感器上。
在一个实施例中，该系统包括用于与内圈的末端密封的装置。从而，该凸缘形成电机的轴向端，并防止液体或污染物的进入。该密封可以相对于编码器或内圈或电机的轴构成狭窄通道或摩擦唇缘的类型。
在一个实施例中，该角位置传感器能够探测绝对角位置。因此，可以精确确定转子的肩部相对于定子的角度位置，该角度位置在无刷直流电机中非常有用。
在一个实施例中，该处理模块包括支撑传感器的电路板。
在一个实施例中，该处理模块构造成以模拟或数字形式传递一项输出信息。
在一个实施例中，该凸缘过模制到滚动轴承的外圈上。
在一个实施例中，该外圈包括与凸缘接触的表面，所述凸缘设置有耦接浮凸部(reliefs)。所述表面可以是外圈的外表面。该耦接浮凸部可以通过滚花获得。
在一个实施例中，该处理模块构造成以脉宽调制形式传递一项输出信息。
本发明还涉及一电机，该电机包括轴、转子、定子和支撑所述轴的上述系统，该系统安装在定子上并能够作为输出提供转子相对于定子的角位置。
在一个实施例中，所述系统封闭电机的轴向端。这产生良好的密封。
制造用于电机的轴支撑系统的方法，包括如下步骤：将凸缘连接到安装有编码器的滚动轴承的外圈上，当该传感器和处理模块已经连接时，将安装有角度传感器的处理模块安装在该凸缘上。
在一个实施例中，该凸缘和滚动轴承彼此连接，从而它们不能分开。
在一个实施例中，该凸缘过模制到外圈上。这产生良好的密封。
通过定向转子，使该轴支撑系统轴向移动，使转子轴进入滚动轴承，并且通过凸缘连接到电机的外壳上可该组装该电机。该连接可通过螺纹连接来实现。
以这种方法，可给电机制造商提供多功能组件，该多功能组件在轴和外壳之间提供机械连接，支撑用于处理信号和支撑转动传感器的电路。该编码器由轴承滚道有利地支撑。该支承系统轴向紧凑，能够通过单个子组件的密封电机，可以紧挨着传感器，对来自传感器的输出信号进行本地处理，因此具有更好的信号质量。特别地，经处理的输出信息对干扰或外部影响比来自传感器的输出信号较不敏感，特别是当经处理的输出信息为数字或脉宽调制形式时。
附图说明
在阅读实施例的详细描述后，将更好地理解本发明，该实施例作为非限制性的例子，并通过附图进行说明，其中：
附图1是电机的剖面形式的分解视图；
附图2是该电机的剖视图；
附图3是该轴支架的透视图；
附图4是与附图3的轴支架相对的透视图；
附图5是该轴支架的分解透视图；及
附图6是该轴支架的轴向剖视图。
具体实施方式
如附图1和2中所示，整体用1表示的该电机包括外壳2、安装在外壳2中的定子3、固定连接成彼此转动的转子4和轴5、放置在轴5的其中一个末端和外壳2之间的滚动轴承6，及连接到外壳2上并支撑轴5的另一端的轴支撑系统7。更特别地，该外壳2包括轴向部分8、封闭该轴向部分8的其中一端的径向底部9，和轴向轴环10，该轴环连接到径向底部9上，对中在电机的轴线上并设计成容纳滚动轴承6。
该滚动轴承6可以属于普通类型，带有内圈11、外圈12、一组滚动元件13，该滚动元件在此情况下为球，放置在内圈11的外滚道(raceway)和外圈12的内滚道之间。该滚动轴承6可以设置有用于保持滚动元件的圆周空间的保持架(cage)和放置在与径向底部9相对的侧面上的密封件14。由于封闭的径向底部9有效地保护了滚动轴承6，免于外部污染物的进入，所以密封件在径向底部9的侧面上的存在不是必需的。轴5的其中一端套装到内圈11中。
定子3处于管状部件的形式，靠近外壳2的径向底部9并与轴向部分8的孔接触。该定子3还包括在与径向底部9相对的方向上突出的三个轴向销15。转子4连接到轴5上并安装在定子3内部，同时能够相对于所述定子3转动。
可在附图3至5中更详细地看到的轴5的支撑系统7包括凸缘16、由该凸缘16支撑的滚动轴承17、也由凸缘16支撑的电子处理模块18、由滚动轴承17支撑的编码器19和由模块18支撑的至少一个传感器20。在所示实施例中，设置四个传感器20。在安装状态下，该支撑系统7封闭与径向底部9相对侧面上的外壳2的末端。
该凸缘16包括基本环形径向形状的壁21，该壁通过也是径向的四个舌片22朝外侧延伸。每个舌片22都设置有通孔23，该通孔允许螺杆或螺钉通过，以将支撑系统7连接到外壳2上。该凸缘16设置有环形肋板24，该肋板在径向底部9的方向上轴向延伸，并与外壳2的轴向部分8的孔接触，从而将凸缘7在外壳2中对中。处于圆弧形的多个凹口25在肋板24的径向上设置在凸缘16的外表面上，以将模具退出或去除并使冷却有差别(differentialcooling)，从而防止厚的部分比薄的部分冷却得更慢。
多个通孔26设置在环形径向部分21中，并设置成容纳定子3的指状物15，在此情况下该通孔为三个。因此，定子3相对于支撑系统7固定不转动。该指状物15和孔26可以均匀地沿圆周分布，或者以不等于120的角度逆分布，以获得定子3相对于支撑系统7的指数化(indexation)。
该凸缘16包括从环形径向部分21开始径向向内和轴向朝外壳2的径向底部9延伸的截头圆锥部分27，向该截头圆锥部分27内部延伸的环状径向部分28，及可容纳滚动轴承17的环状轴向部分29。加强肋板可设置在该径向部分28和轴向部分29之间截头圆锥部分27的延伸部分上。
更精确地，该径向部分28包括由指向内的两个径向边缘30和31限定的孔29a。多个轴向指状物32在与外壳2的径向底部9相对的方向上从径向部分28突出设置。该凸缘16有利地以整体方式用模制成一件的合成材料制成，例如包括聚酰胺6-6或者填充有玻璃或碳纤维的聚对苯二甲酸乙二醇酯，该玻璃或碳纤维例如以10至50％的比例填充，最好是20至40％的数量级，例如大约30％。
该滚动轴承17包括内圈33、外圈34、一组滚动元件35、用于维持滚动元件35的均匀圆周空间的保持架36，和密封凸缘37，该滚动元件在此情况下为球。该滚动轴承17表示类似于滚动轴承6的结构，带有在外圈的孔中和内圈的外支撑表面上形成滚道的两个立体的深陷(deep-throated)的环。该凸缘37安装在外圈34的凹槽中，并与内圈33的外支撑表面形成狭窄通道，同时放置在转子4的侧面上。该外圈34与轴向部分29的孔29a和凸缘16的径向边缘30和31接触。有利地，该凸缘16过模制(overmolded)在外圈34上。这在这两个部件之间提供了良好的密封和机械强度。
编码器19包括处于金属薄片杯形状的支架38，和活动(active)部分39。该支架38包括轴向部分、径向部分和截头圆锥部分，该轴向部分在与密封凸缘37相对的侧面上套装在内圈33的外支撑表面上，该径向部分从轴向部分指向内并与内圈33的径向前表面接触，该截头圆锥部分径向指向内并与密封凸缘37轴向相对，并且延伸径向部分的小直径末端。
活动部分39过模制在该截头圆锥部分的外面、与内滚道33相对的径向部分的面和该径向部分的外面的一部分上，该活动部分例如为包括沿圆周方向交替北极和南极的磁化塑料铁素体。该活动部分39具有轴向外表面并可包括不是传感器数量的倍数的数个极。
电子模块18包括基本环形的电路板40，其中设置有数个通孔41，该通孔设计成与凸缘16的指状物32相互作用，在此情况下为三个。在组装期间，该指状物32进入孔41，从而保持模块18相对于凸缘16的角度及其指数化。例如属于印刷电路板型的该电路板40支撑多个电子部件，使其可处理来自传感器20的输出信号并产生通过有线或者无线传递到未示出的其它构件的输出信号。电路板40还利用四组三个孔43支承传感器20，该孔设置得靠近其内边缘并且传感器元件20的支柱44放置在其中，然后通常通过铜焊连接。该传感器20可以沿圆周放置，均匀地或不均匀地分布。
在附图6中所示的支撑系统7的组装状态下，电子模块18靠近凸缘16的径向部分28的外表面放置。传感器元件20相对于电路板40轴向突出，并径向放置在编码器19和径向部分28的径向边缘31之间，同时与编码器19的活动部分39的轴向外表面以轻微径向空气间隙分离。该电子模块18和编码器19具有比内圈33的孔大的内径，以能够允许电机的轴5的一端通过。
这产生了轴支撑系统，该该轴支撑系统形成设计成将放置在外壳2的开放轴向末端处的预组装组件，并实现转动电机的轴支架5的功能，封闭外壳2的开放径向面，防止定子3转动，探测轴5的转动参数，尤其是速度、角位置、加速度等。
该轴支撑系统还可以支撑信号处理电子器件和传感器。然后，盖子可以保护电子模块18。该盖子可以以密封方式嵌入，从而对电机内部和电路板提供高度的保护。可将盖子设置成环形，连接到凸缘16上，以与编码器19和/或滚动轴承17的内圈33形成狭窄通道。该盖子还可设置有摩擦密封(friction seal)。
该轴支撑系统7的制造可以包括如下步骤。凸缘16过模制在滚动轴承17的外圈34上。为了确保塑料材料在滚动轴承17的外圈34上的良好结合，可在所述外圈34的外圆柱表面的一部分上提供滚花。该编码器19套装在内圈33上。电子模块18安装在凸缘16上，然后用盖子盖住组件。
电机的组装可以用少量的相对简单的操作实现。首先，滚动轴承6放置在外壳2的底部处的其外壳内。定子3放置在外壳2中。支承转子4的轴5放置在滚动轴承6的内圈11的孔中。轴支撑组件7放置并安装在外壳2中。然后，盖子连接到凸缘上。这些步骤通过简单的轴线运动来进行，因此，该电机的组装非常简单。
自然地，处理模块18尤其是电路42可以设计成以模拟或数字形式传送一项输出信息。编码器19和传感器20的电极的相对角位置可探测绝对角位置，因此可以非常高的精度确定转子4的极相对于定子3的极的相对位置。或者，电路42可以构造成以脉宽调制形式传递一项输出信息。因此，该输出信号可以由其他外部构件直接使用。

Claims (15)

1.一种用于电机(1)的轴支撑系统(7)，其特征在于，它包括：滚动轴承(17)，该滚动轴承设置有设计成将安装在所述轴(5)上的内圈(33)、和外圈(34)；用于探测内圈的角位置的至少一个角位置传感器(20)；安装在内圈上的编码器(19)；用于支承轴承的外圈的凸缘(16)；和由该凸缘支撑的处理模块(18)。
2.如权利要求1所述的系统，其中该传感器(20)安装在处理模块(18)上，该处理模块连接到传感器的输出上。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中该处理模块(18)构造成自传感器接收表示编码器相对于该传感器的角位置的输出信号，并作为输出传递表示编码器(19)相对于传感器(20)的角位置的一条经处理的信息。
4.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中该凸缘(16)包括连接到电机(1)上的装置。
5.如上述权利要求中任一项所述的系统，包括用于密封内圈的末端的装置。
6.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中该角位置传感器(20)能够探测绝对角位置。
7.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中该处理模块(18)包括支撑传感器(20)的电路板(40)。
8.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中该凸缘(16)过模制到滚动轴承(17)的外圈(34)上。
9.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中该外圈(34)包括与凸缘接触的表面，该凸缘设置有耦接浮凸部。
10.如上述权利要求中任一项所述的系统，其中该处理模块构造成以脉宽调制形式传递一条输出信息。
11.一种电机(1)，包括轴(5)、转子(4)、定子(3)和支撑所述轴的如上述权利要求中任一项所述的系统(7)，该系统安装在定子上并能够作为输出提供转子相对于定子的角位置。
12.如权利要求11所述的电机，其中所述系统封闭电机的轴向端。
13.一种制造用于电机的轴支撑系统的方法，其中凸缘(16)连接到安装有编码器(19)的滚动轴承(17)的外圈(34)上，安装有角度传感器(20)的处理模块(18)安装在该凸缘(16)上，并且该传感器和处理模块连接。
14.如权利要求13所述的方法，其中该凸缘(16)过模制到外圈(34)上。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述转子(4)被定向，该轴支撑系统(7)被轴向移动，转子轴进入滚动轴承(17)，并且凸缘连接到电机(1)的外壳(2)上。
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