CN104247226A - 用于旋转的电机器的壳体和带有壳体的旋转的电机器 - Google Patents

Abstract

公开一种用于旋转的电机器的壳体和一种带有壳体的旋转的电机器。一种用于旋转的电机器（1）的壳体（7），具有如下特征：由金属或金属合金构成的壳体内件（10），其包围旋转的电机器（1）的定子（3）和转子（2）；由塑料构成的壳体外件（14），其至少部分地包围壳体内件（10）；在壳体内件（10）与壳体外件（14）之间的至少一个连接部位（17），在该连接部位处使得壳体外件（14）与壳体内件（10）机械地连接；其中，至少一个连接部位（17）具有在壳体外件（14）上构造的第一法兰（31）和在壳体内件（10）上构造的第二法兰（32）。

Description

用于旋转的电机器的壳体和带有壳体的旋转的电机器

本发明涉及一种用于旋转的电机器特别是电动机或发电机的壳体。还介绍一种用于制造带有上述壳体的旋转的电机器的方法。

在现代汽车中，日益安装有电动机。这些电动机在此特别是用作完全整合在驱动系中的驱动电机，或者在混合动力应用中例如用作起动器发电机。在此既采用他励的或永久励磁的同步电机，又采用异步电机。

特别是也采用乃至约20kW的内转子式电机。这种电机的壳体往往被设计成用冷却剂冷却。这种壳体例如由DE 10 2009 031 467 A1已知。

该壳体通常具有多种功能：它要承受在工作中产生的力或扭矩，它可以形成用于冷却电机的冷却剂外罩，它可以提供一种用于固定其它电机室机组的可行方案。为了实现这些功能，出于EMV防护的原因，电机壳体由金属制成。

本发明的目的是，提出一种用于旋转的电机器的壳体，它能实现所述功能，但此外也特别轻。还要提出一种用于制造带有这种壳体的旋转的电机器的方法。

根据本发明的一个方面，提出一种用于旋转的电机器的壳体，该壳体具有壳体内件，其包围旋转的电机器的定子和转子，其中，壳体内件主要由金属或金属合金构成。“主要由金属或金属合金构成”意为，壳体内件最大部分地或者主要地含有金属或金属合金。换句话说，壳体内件的基本材料是金属或金属合金。因而也可行的是，壳体内件例如因制造过程中的污染致使含有少量非金属的材料。

壳体还具有壳体外件，壳体外件至少部分地包围壳体内件，且主要由稳固的塑料构成。“主要由塑料构成”意为，壳体外件最大部分地或者主要地含有塑料。换句话说，壳体外件的基本材料是塑料。因而也可行的是，壳体外件例如因制造过程中的污染致使含有少量金属的材料，或者作为壳体外件的金属组件比如增强部件、EMV膜或冷却剂接头。

在壳体外件与壳体内件之间设置有至少一个连接部位，在该连接部位使得壳体外件与壳体内件机械地连接。在此，至少一个连接部位具有第一法兰和第二法兰，其中，第一法兰在壳体外件上且优选与壳体外件一体地构造，第二法兰在壳体内件上且优选与壳体内件一体地构造。通过连接部位把由转子传递到壳体内件上的力传递到壳体外件上。

因而在这里及在下文中用术语“壳体”来表示被分成壳体内件与壳体外件的整个壳体。

这种壳体具有的优点是，它一方面足够稳固，以便承受在工作中产生的扭矩，另一方面还特别轻。塑料制的壳体外件可以承担完全由金属构成的壳体通常所要完成的各种不同的任务。壳体可以为机器冷却提供外罩。它可简便地构造和简便地制造。由于壳体部分地由塑料构成，旋转的电机器的重量整体减轻。此外，塑料制的壳体外件有阻抑噪声的作用。另外也保证了EMV防护，因为壳体内件由金属构成。

壳体外件与壳体内件之间的连接部位由在这些壳体部件上构造的法兰构成，这提供的优点是，该连接部位形成了一种可无损毁地松开的机械连接，这种连接一方面便于两个壳体部件的定位，另一方面把在转子旋转时产生的从转子传递到壳体内件上的惯性力顺畅地由壳体内件传递到壳体外件上，并进一步传递到电机固定机构上，而不会使得壳体外件和壳体内件在这种情况下相对扭转。

在此，这些法兰优选分别与壳体外件或壳体内件一体地构造，且构造形式为环绕相应壳体部件的盘状连接件。

按照一种优选的实施方式，壳体还具有由金属或金属合金构成的轴承盖，该轴承盖通过至少一个连接部位与壳体外件和壳体内件机械地连接。在此，至少一个连接部位包括在轴承盖上优选与轴承盖一体地构造的第三法兰。

按照另一优选的实施方式，第一、第二和第三法兰为了使得力从壳体内件传递到壳体外件上而相互搭叠地布置，且彼此形状配合地或力配合地连接。

通过搭叠的布置方式，这些法兰形成所谓的“夹层”结构。在此，三个传递力的法兰在安装时借助于例如法兰螺栓而汇聚。由此把扭矩分布到这些法兰螺栓上，并随后传递到电机固定机构上。也可以使得这些法兰相互敛缝连接（verstemmen）或铆接。

壳体内件的和轴承盖的法兰由稳固的金属或稳固的金属合金构成，这些法兰由此可以作为增强件附加地用于增强壳体外件、壳体内件和轴承盖之间的连接部位。

在另一实施方式中，壳体内件基本上为带有外罩和底部的柱形结构。壳体外件被构造成柱形外罩，其包围壳体内件的外罩。壳体内件因而具有第一柱形壁和底部，而壳体外件具有第二柱形壁，其中，壳体外件的第二柱形壁包围壳体内件的第一柱形壁。

按照另一优选的实施方式，在壳体外件和壳体内件之间形成至少一个用于容纳冷却液体的空腔。根据该实施方式，冷却外罩在壳体外件和壳体内件之间形成。在此，空腔在壳体内件的第一柱形壁和壳体外件的第二柱形壁之间形成。

法兰区域的轴向位置可以根据安装空间来选择。在此，该位置可以经过适当选择，使得法兰与壳体固定部件之间的间距尽可能小，以便使得杠杆效应（Hebelwirkung）保持尽可能小。为此最好把法兰放置在有壳体固定部件的高度上。

根据另一优选的实施方式，壳体内件可以具有金属合金，该金属合金含有铁、铬和镍，其中，铬的含量为18~19的重量百分比，镍的含量为12~13的重量百分比。金属合金尤其可以具有合金组分Fe_剩余Cr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h，其中，a、b、c、d、e、f、g和h是重量百分比，且18 ≤ a ≤ 19；12 ≤ b ≤ 13；0 ≤ c ≤ 1.4；0 ≤ d ≤ 0.055；0 ≤ e ≤ 0.6；0 ≤ f ≤ 0.04；0 ≤ g ≤ 0.008和 0 ≤ h ≤ 0.1。

相比于已知的不锈钢例如钢1.4301和1.4303，这种材料的铬含量和镍含量特别高。已表明，由这种钢构成的工件即使在变形、冲裁或切割之后也保持不可磁化。所以减小了壳体中的涡轮损失。

但替代地也可以采用简单的成本低廉的钢，其必要时带有不生锈的表面。也可以为壳体内件采用铝或烧结材料。

轴承盖也可以优选具有金属合金，该金属合金含有铁、铬和镍，其中，铬的含量为18~19的重量百分比，镍的含量为12~13的重量百分比。金属合金尤其可以具有合金组分Fe_剩余Cr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h，其中，a、b、c、d、e、f、g和h是重量百分比，且18 ≤ a ≤ 19；12 ≤ b ≤ 13；0 ≤ c ≤ 1.4；0 ≤ d ≤ 0.055；0 ≤ e ≤ 0.6；0 ≤ f ≤ 0.04；0 ≤ g ≤ 0.008和 0 ≤ h ≤ 0.1。

但替代地在此也可以采用简单的成本低廉的必要时带有不生锈表面的钢、铝、烧结材料或埋入或置入金属膜的塑料，以便保证EMV防护。

在另一优选的实施方式中，壳体在壳体外件与壳体内件之间具有至少一个O形圈，用于使得空腔防水地密封。

按照另一优选的实施方式，壳体外件具有金属制的附加的增强部件。这种增强部件可以是金属的插套，利用所述插套来增强用于电机固定机构或法兰螺栓的壳体孔。也可以用金属来设计用于水冷件的接头。还可以设置EMV膜，其喷入到或者置入到壳体外件中。这种EMV膜也可以设置在壳体的由塑料构成的顶盖中，如果例如在那里设置有转子位置传感器且需要EMV防护。

根据另一优选的实施方式，壳体在连接部位的区域内，且在壳体外件、壳体内件和/或轴承盖之间具有气隙，用于补偿在壳体外件、壳体内件或轴承盖之间的制造误差。在壳体外件、壳体内件和/或轴承盖之间优选设置有至少一个O形圈，该O形圈补偿在壳体外件、壳体内件或轴承盖之间的制造误差，也使得壳体外件、壳体内件或轴承盖相互对中。

按照该实施方式，轴承盖与壳体外件和壳体内件利用O形圈对中，并利用柔性的O形圈补偿在壳体外件、壳体内件或轴承盖之间的误差。

根据本发明的一个方面，提出一种带有所述壳体的旋转的电机器。该旋转的电机器特别是可以为内转子式设计，且被设计用于每分钟10000转及以上的转速。

这种旋转的电机器适合于在汽车内应用。它们既可以用作完全整合在驱动系中的驱动电机例如轮毂电机或者轴向电机，又可以例如用作起动器发电机。因此根据本发明的一个方面，提出一种具有所述旋转的电机器的汽车。汽车在此可以是电动汽车或者混合动力汽车。

根据本发明的另一方面，提出一种用于制造带有所述壳体的旋转的电机器的方法。按照一种实施方式，把带有绕组的定子冷压到壳体中。替代地也可考虑例如通过粘接或热压配合（Heißschrumpfen）进行装配。

根据一种实施方式，把转子与轴承一起压入到壳体内件中，且为了固定而对轴承进行无间隙的滚压。在这种情况下产生固定轴承。

按照一种实施方式，壳体外件采用注塑方法制造。在此，在注塑期间插入并喷注壳体外件的金属组件比如增强件、EMV膜或冷却剂接头。但它们也可以事后插入。

也可以在注塑方法期间插入并喷注壳体外件的预制的塑料组件。在这种情况下产生两元组件或多元组件。这例如在需要水冷时是有利的，为此把第二材料组件整合到注塑过程中。第二材料组件在此可以是金属的插件，或者是第二“后喷射的”的塑料件。

现在参照附图详述本发明的实施方式。

图1为根据本发明的第一实施方式的电动机的示意性的剖视图；

图2为根据图1的电动机的示意性的立体图；

图3为根据本发明的第二实施方式的电动机的示意性的剖视图；

图3a示出图3的细节部分；

图4为根据本发明的第三实施方式的电动机的示意性的剖视图；

图4a示出图4的细节部分；

图5为根据本发明的第四实施方式的电动机的示意性的剖视图；

图5a示出图5的细节部分。

在所有附图中，相同的部分标有相同的附图标记。

图1所示为电动机1的示意性的剖视图，其带有被构造成叠片组的转子2和包围转子2的定子3。电动机1在该实施方式中被设计成内转子式电机。

转子2具有抗扭地与转子轴4连接的叠片组。转子轴4通过固定轴承5和浮动轴承6可旋转地支撑在壳体7中和轴承盖13上。固定轴承5和浮动轴承6在该实施方式中被设计成球轴承。浮动轴承6具有调节轮29，该调节轮把浮动轴承6中的间隙挤出。转子轴4在一端带有皮带传动机构的皮带轮8。

定子3也具有绕组，仅示出了其绕组头9。定子3与壳体7固定地连接，并与转子轴4同心地包围转子2。

壳体7具有金属的壳体内件10。壳体内件10在该实施方式中具有一种材料，该材料主要具有合金组分Fe_剩余Cr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h，其中，a、b、c、d、e、f、g和h是重量百分比，且18 ≤ a ≤ 19；12 ≤ b ≤ 13；0 ≤ c ≤ 1.4；0 ≤ d ≤ 0.055；0 ≤ e ≤ 0.6；0 ≤ f ≤ 0.04；0 ≤ g ≤ 0.008和 0 ≤ h ≤ 0.1。

壳体内件10分成底部11和外罩12。在底部11的对面设置有同样金属的轴承盖13。

外罩12被塑料的壳体外件14包围。按照图1中所示的实施方式，还设置有由塑料或另一种材料构成的顶盖15，该顶盖向外遮盖住轴承盖13。轴承盖13支撑在顶盖15上。在壳体内件10和壳体外件14之间形成一个空腔16，该空腔可以被冷却剂例如乙二醇流过。

在转子轴4上还可以设置有用于定位和支撑转子2的固定环19。

构件壳体外件14、壳体内件10、轴承盖13和顶盖15在连接部位17通过法兰螺栓18相互连接。为此，连接部位17具有第一法兰31、第二法兰32、第三法兰33和第四法兰34。在此，第一法兰31作为环绕壳体外件14的环形垫圈与壳体外件14一体地构造。第二法兰32作为环绕壳体内件10的环形垫圈与壳体内件10一体地构造。类似地，第三法兰33作为环绕轴承盖13的环形垫圈与壳体外件14一体地构造。相应地，第四法兰34作为环绕顶盖15的环形垫圈与顶盖15一体地构造。

法兰螺栓18把四个法兰31、32、33和34固定在一起，进而把壳体外件14、壳体内件10、轴承盖13和顶盖15固定在一起。但它们也用于把扭矩从转子2经由法兰31、32、33和34传递到壳体外件14上，随后传递到壳体7的在图2中示出的固定部件20上。

按照图1中所示的实施方式，连接部位17或四个法兰31、32、33和34大致在电动机的中心相对于电动机1的在浮动轴承侧的端部错开，因而位于壳体7的在图2中示出的固定部件20的附近。

在图1中未示出转子位置传感器。但它可以设置在浮动轴承侧的区域内，如针对图3~5中的其它实施方式所示。

为了使得水冷的电动机1密封，在壳体外件14和壳体内件10之间设置有两个O形圈21，作为特别简单且成本低廉的密封件。这些O形圈把在壳体内件10和壳体外件14之间形成的空腔16密封。在此，塑料制的壳体外件14经过设计，从而无需精确的加工或调整（Passung）。两个密封区域可以采用注塑方法制得，而无需滑块（Schieber）。因而可以简单地制造壳体外件14。借助O形圈21来补偿误差。

在壳体7的指向浮动轴承6的后部区域中，在壳体外件14和壳体内件10之间形成气隙28。这具有的优点是，对壳体外件14和壳体内件10的制造可以特别简单地进行，因为不必关注保持较小的误差。在壳体外件14和壳体内件10之间的固定连接可以在指向固定轴承5的前部区域中在O形圈21的区域内例如通过压入或者过盈（über Maß）连接来进行。

图2以立体图示出电动机1的壳体7。在该图中示出了固定部件20，借助这些固定部件可以把电动机1固定在电机室中。按照所示实施方式，固定部件20部分地位于连接部位17附近，从而在力传递时在很大程度上避免杠杆（Hebel）。

在图3中示出了根据本发明的第二实施方式的电动机1。在该第二实施方式中示出了安装在传感器容纳件24中的转子位置传感器23。传感器容纳件24与顶盖15连接。转子位置传感器23具有用于未示出的汽车电子机构的接头25。

在转子位置传感器23的对面有一个安装在容纳件26上的传感轮（Geberrad）27，该传感轮抗扭地与转子轴4连接，且在工作中与转子轴一同旋转。

在该实施方式中，顶盖15由金属例如烧结金属构成，比如由与壳体内件10或轴承盖13相同的材料构成。该顶盖因此用作EMV防护件。

对于常见类型的传感器，使用由与塑料复合的磁性材料构成的所谓的“解码环”-传感轮。为了使得传感轮27的磁场保持不受干扰，容纳件由不可磁化的材料构成，且具有一种材料，该材料主要具有合金组分Fe_剩余Cr_aNi_bMn_cC_dSi_eP_fS_gN_h，其中，a、b、c、d、e、f、g和h是重量百分比，且18 ≤ a ≤ 19；12 ≤ b ≤ 13；0 ≤ c ≤ 1.4；0 ≤ d ≤ 0.055；0 ≤ e ≤ 0.6；0 ≤ f ≤ 0.04；0 ≤ g ≤ 0.008和 0 ≤ h ≤ 0.1。

在传感轮的磁场未受严重影响的实施方式中，也可以采用可磁化的钢或其它材料比如塑料或烧结材料。

图3a详细示出了根据图3的电动机1的连接部位17，它包括第一、第二和第三法兰31、32和33。在该图中可特别清楚地看到两个O形圈21、21a。O形圈21环绕壳体内件10并设置在壳体外件14和壳体内件10之间，其任务是防水地把空腔16密封，该空腔作为冷却通道用于引导冷却液体。O形圈21a环绕轴承盖13并设置在轴承盖13和壳体内件10之间，其任务是，补偿壳体内件10与轴承盖13之间的制造误差，并使得电动机1的内腔例如对喷射水密封。

在轴承盖13和壳体内件10之间设置有较小的气隙28。由于该气隙28，轴承盖13并不接触壳体内件10。轴承盖13在壳体7中利用O形圈21a相对于壳体内件10对中。在工作中，转子2相对于壳体7和轴承盖13并非完全同轴地运转。但这种运转误差利用柔性的O形圈21a得到补偿。按照一种未示出的实施方式，附加地还安装有另一O形圈，以便防止顶盖15的倾翻运动。O形圈21a和未示出的所述另一O形圈如同O形圈21一样用作减振部件，且有助于减小噪声。

图4示出根据第三实施方式的电动机1。第三实施方式与图3中所示的第二实施方式的区别在于，壳体外件14没有顶盖15。按照该实施方式，转子位置传感器23从外面直接插入到轴承盖13中。为此使得容纳件24与轴承盖13连接。

图4a又示出了根据图4的电动机1的法兰17的区域细节。在该图中可特别清楚地看到O形圈21、21a。

图3和4示出轴向的转子位置传感器23。但也可以使用径向的传感器，例如当安装空间需要这样时。

图5所示为根据本发明的第四实施方式的电动机1的示意性的剖视图。

图5a又示出了根据图5的电动机1的法兰17的区域细节。

尽管前面介绍了至少一个示范性的实施方式，却可以做出各种不同的改变和改型。所述实施方式仅仅是范例，而不应以任何方式限制适用范围、可用性或配置。确切地说，前述说明令本领域技术人员有计划实施至少一个示范性的实施方式，其中，在不偏离所附权利要求及其法律等同体的保护范围的情况下，可以对在示范性的实施方式中说明的部件的功能和布置方式做出众多改型。

还公开了用于制造带有上述壳体7的旋转的电机器1的第一种方法，其中，定子3冷压到壳体7中。

此外公开了用于制造带有上述壳体7的旋转的电机器1的第二种方法，其中，转子2与轴承5、6一起压入到壳体7中，轴承5、6为了固定而被无间隙地滚压。

还公开了用于制造带有上述壳体7的旋转的电机器1的第三种方法，其中，壳体外件14采用注塑方法制造。在注塑方法期间，采用壳体外件14的金属组件和/或预制的塑料组件，并用塑料浇注物质喷注。

Claims (12)

1.一种用于旋转的电机器（1）的壳体（7），具有如下特征：

- 由金属或金属合金构成的壳体内件（10），其包围旋转的电机器（1）的定子（3）和转子（2）；

- 由塑料构成的壳体外件（14），其至少部分地包围壳体内件（10）；

- 在壳体内件（10）与壳体外件（14）之间的至少一个连接部位（17），通过该连接部位使得壳体外件（14）与壳体内件（10）机械地连接；

- 其中，至少一个连接部位（17）具有在壳体外件（14）上构造的第一法兰（31）和在壳体内件（10）上构造的第二法兰（32）。

2. 如权利要求1所述的壳体（7），它还具有轴承盖（13），其中，该轴承盖（13）通过至少一个连接部位（17）与壳体内件（10）和壳体外件（14）机械地连接，其中，至少一个连接部位（17）包括在轴承盖（13）上构造的第三法兰（33）。

3. 如权利要求2所述的壳体（7），其中，第一法兰（31）、第二法兰（32）和第三法兰（33）为了使得力从壳体内件（10）和/或轴承盖（13）传递到壳体外件（14）上而相互搭叠地布置，且彼此形状配合地或力配合地连接。

4. 如前述权利要求中任一项所述的壳体（7），其中，壳体内件（10）具有第一柱形壁（12），而壳体外件（14）具有第二柱形壁（30），其中，壳体外件（14）的第二柱形壁（30）包围壳体内件（10）的第一柱形壁（12）。

5. 如前述权利要求中任一项所述的壳体（7），其中，壳体（7）在壳体外件（14）和壳体内件（10）之间具有至少一个用于容纳冷却液体的空腔（16）。

6. 如权利要求5所述的壳体（7），其中，空腔（16）构造在壳体内件（10）的第一柱形壁（12）和壳体外件（14）的第二柱形壁（30）之间。

7. 如前述权利要求中任一项所述的壳体（7），其中，壳体内件（10）由金属合金构成，该金属合金含有铁、铬和镍，其中，铬的含量为18~19的重量百分比，镍的含量为12~13的重量百分比。

8. 如权利要求2~7中任一项所述的壳体（7），其中，轴承盖（13）由金属合金构成，该金属合金含有铁、铬和镍，其中，铬的含量为18~19的重量百分比，镍的含量为12~13的重量百分比。

9. 如权利要求5~8中任一项所述的壳体（7），其中，壳体（7）在壳体外件（14）与壳体内件（10）之间具有至少一个第一O形圈（21），用于使得空腔（16）防水地密封。

10. 如权利要求2~9中任一项所述的壳体（7），其中，壳体（7）在连接部位（17）的区域内，且在壳体外件（14）、壳体内件（10）和/或轴承盖（13）之间具有至少一个气隙（28），该气隙被设计用于补偿在壳体外件（14）、壳体内件（10）或轴承盖（13）之间的制造误差。

11. 如权利要求10所述的壳体（7），其中，壳体（7）在至少一个气隙（28）中具有至少一个第二O形圈（21a），该O形圈被设计用于补偿在壳体外件（14）、壳体内件（10）或轴承盖（13）之间的制造误差，并使得壳体外件（14）、壳体内件（10）或轴承盖（13）相互对中。

12. 一种旋转的电机器（1），带有根据权利要求1~11中任一项的壳体（7）。