CN104798290A - 具有封装结构的定子以及具有所述定子的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的定子，该定子具有封装结构（6）并且围绕着轴线（30）同心地延伸，其中所述封装结构（6）在所述定子的背向轴线的一侧（14）上至少部分地形成所述定子的外表面（151），并且其中所述封装结构（6）在所述定子的朝向轴线的一侧（16）上具有用于布置浮动轴承（510）的第一配合面（61）。此外，本发明涉及一种具有这样的定子的电机以及一种具有这样的电机的调节驱动装置。

Description

具有封装结构的定子以及具有所述定子的电机

背景技术

本发明涉及一种用于电机的定子，该定子具有一种封装结构并且围绕着轴线同心地延伸，其中所述封装结构在所述定子的背向轴线的一侧上至少部分地形成所述定子的外表面。此外，本发明涉及一种具有这样的定子的电机。

电机具有旋转的组件，所述旋转的组件比如借助于球轴承或者滑动轴承来支承在静止的组件中。在所述旋转的组件旋转时形成了噪声和振动，所述旋转的组件的、偏离相对于旋转轴线的同心度的偏差越大，所述噪声和振动就越大。对于直流电机来说，所述轴承经常被固定在将所述电机包围住的壳体中或者被固定在壳体盖上。对于有些电机来说—其定子沿着轴向的方向比其转子长—，此外知道将所述轴承固定在所述定子上，由此与支承在壳体中或者支承在壳体盖上的情况相比减小了公差链，从而改进了所述同心度。

但是，对于已被分隔成段的定子来说，不可能进行这样的支承。对于这样的定子来说，比如知道将定子分段粘贴在所述壳体中并且将所述轴承粘贴在所述壳体中或者粘贴在所述壳体盖上。此外，知道在所述定子中所注入的固定轴承。

发明公开内容

本发明的任务是，进一步改进电机的旋转的组件的同心度，从而在所述电机的运行中降低了噪声及振动的产生程度。

该任务利用一种用于电机的定子得到解决，该定子围绕着一轴线同心地延伸并且具有一种注塑封装结构，所述封装结构在所述定子的背向轴线的一侧上至少部分地形成所述定子的外表面，并且所述封装结构在所述定子的朝向轴线的一侧上具有用于浮动轴承的轴承座。由此所述浮动轴承能够布置在所述定子上。相对于布置在壳体或者壳体盖上的浮动轴承，关于在这种定子中的浮动轴承，所述公差链得到了减小。所述同心度相应地得到了改进，使得拥有这种定子的电机在运行中具有较小的噪声和振动的产生程度。

所述轴承座优选包括第一配合面，所述第一配合面被设置在所述定子的朝向轴线的一侧上。在优选的第一种实施方式中，所述第一配合面围绕着所述轴线同心地延伸。

但是，根据所述注塑封装结构的制造方法和材料，在第二种实施方式中同样优选的是，所述轴承座在其朝向轴线的一侧上具有多个沿着圆周方向尤其均匀地分布的第一配合面。在这种实施方式中，所述第一配合面优选构造为相对于所述定子的基准内表面突起的造型。此外，这种实施方式的多个第一配合面围绕着所述轴线同心地布置。

因为所述轴承座直接布置在所述定子上并且被槽加工到所述封装结构中，所以所述轴承座的、偏离同心度的偏差通过所述第一配合面的制造精度来决定。所述公差链由此被减小到最低限度，并且所述轴承座能够非常精确地制造。

在一种优选的实施方式中，此外在所述定子上布置了固定轴承。优选所述固定轴承被注入到所述封装结构中。所述固定轴承以及所述第一配合面优选围绕着同一条轴线同心地布置。在此，所述固定轴承的同心度通过所述固定轴承的喷射注塑的制造精度来决定，并且所述公差链被减小到最低限度。因此，这种实施方式的定子不仅关于其固定轴承而且也关于其浮动轴承都具有很好的同心度。因此，具有这种实施方式的定子的电机在运行中声音很轻。

在一种特别优选的实施方式中，所述定子被分成部段。在这种实施方式中，所述封装结构此外引起以下结果：所述定子的分段相对于彼此得到定位并且被固定在彼此上面。此外，在这两个轴承中得到支承的轴能够较好地同心地布置在所述定子中，并且在转子与定子之间的气隙构造得非常均匀。

特别优选的是，所述注塑封装结构形成了所述定子的外表面。在这种实施方式中，所述封装结构至少在背向轴线的一侧上包围着所述定子的电的组件。此外，优选所述封装结构在横向于所述轴线延伸的、彼此对置的端面上包围着所述定子。在这里将所述定子的、具有必要时设置的线圈芯和/或永久磁体的线圈绕组称为电的组件，所述线圈绕组被设置用于产生电场。因为所述封装结构形成所述定子的外表面，所以所述封装结构在这种实施方式中同时用作防腐、防尘及防湿机构。

在另一种优选的实施方式中，所述浮动轴承和所述固定轴承构造为球轴承。但是，本发明也能够运用到滑动轴承上。

优选的是，所述封装结构由塑料制成，尤其是由热固性塑料、由具有热固性基体、比如BMC（Bulk Moulding Compound（预制整体模塑料））的纤维-基体-半成品、或者热塑性塑料、比如聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者聚邻苯二甲酰胺（PPA）构成。这些材料能够实现与所加工的金属相类似的制造精度。在一种特别优选的实施方式中，所述封装结构由聚对苯二甲酸丁二酯制成，因为其在这种实施方式中具有较高的强度和刚度以及很好的摩擦特性及耐磨特性。

在一种优选的实施方式中，所述封装结构在其朝向轴线的一侧上此外具有用于布置壳体盖的第二配合面。由此，这个第二配合面也能够非常精确地制造，并且所述壳体盖能够十分精确地中心地布置在所述定子上。

此外，所述任务用一种具有这样的定子的电机来解决。由于所述在定子上所构成的、用于浮动轴承的轴承座的以及必要时此外所述在定子中所注入的固定轴承的非常好的同心度，所述电机在运行中声音很轻。

在一种优选的实施方式中，所述电机是直流电动机。但是，本发明不局限于直流电动机，而是也适合于其它的电机、比如同步电机。

特别优选将所述直流电动机用作机动车中的调节驱动装置。但是也能够用于其它的装置、比如用作用于手持式工具机的驱动装置。

特别优选的是，所述定子的封装结构形成所述电机的壳体。在这种实施方式中，放弃附加的壳体，所述附加的壳体除了成本及安装开销之外也引起额外的噪声和振动。

所述电机优选包括转子，该转子在所述固定轴承与所述浮动轴承之间抗扭转地布置在所述轴上。所述轴优选被支承在所述固定轴承及所述浮动轴承中，使得其在两侧得到了支承。它优选构造为实心轴、构造为实心空心轴或者构造为空心轴。

在一种优选的实施方式中，所述电机包括壳体盖，在该壳体盖上布置了预紧机构。优选的是，所述预紧机构克服复位力而抵靠在所述浮动轴承上、尤其是抵靠在轴承外环上。所述预紧机构优选沿着轴向的方向将所述浮动轴承夹紧。由此所述浮动轴承、尤其是所述轴承外环在所述电机的运行中较少地沿着轴向的方向来回移动，因而所述浮动轴承引起的噪声较少并且其使用寿命得到了提高。

特别优选的是，所述预紧机构构造为有弹性的夹紧环，该夹紧环优选围绕着所述轴线同心地延伸。在一种优选的实施方式中，所述夹紧环处处具有相同的横截面并且抵靠在所述浮动轴承上。在这种实施方式中，它优选由弹性体或者橡胶构成，并且对所述定子的内部空间进行密封，以防止尘埃和湿气。在一种同样优选的实施方式中，所述夹紧环由金属或者金属合金制成，并且沿着轴向的方向构造为波浪形。由此所述夹紧环在彼此隔开的支承面上抵靠在所述浮动轴承上。在这种实施方式中，所述夹紧环能够成本十分低廉地制造。

下面借助于附图来对本发明进行描述。附图仅仅是示范性的并且不限制普遍的发明构思。

图1在图1（a）中示出了具有按照现有技术的、分成部段的定子的电机，并且在图1（b）中示范性地示出了分成部段的定子的芯部的截取部分；

图2在图2（a）中示出了具有按本发明的定子的电机，并且在图2（b）中示出了图2（a）的、具有壳体的电机；

图3示出了具有按本发明的定子的、电机的另一种实施方式，其中图3（a）和图3（b）示出了具有一壳体盖和不同的预紧机构的定子，并且其中图3（c）示出了图3（b）的壳体盖连同预紧机构的截取部分，并且图3（d）示出了图3（a）的壳体盖连同预紧机构；

图4示出了按本发明的定子的另一种实施方式，其中图4（a）示出了具有所注入的固定轴承的定子的透视图，图4（b）示出了朝这个定子的内部空间中看的侧视图，并且图4（c）示出了具有这种定子的电机的截取部分；并且

图5在图5（a）和5（b）中示出了具有按本发明的定子的电机的另一种实施方式的断面图的不同的透视图。

图1在（a）中示出了按照现有技术的电机10。所述电机10作为静止的组件具有定子1，并且作为旋转的组件具有转子2。所述转子2抗扭转地布置在轴3上，该轴沿着轴线30延伸。在此，轴3、转子2和定子1围绕着所述轴线30同心地布置。

为了对所述轴3和所述转子2进行支承，在所述转子2的两侧设置了固定轴承52和浮动轴承51。所述两个轴承51、52构造为球轴承，并且分别具有轴承内环511、521以及轴承外环512、522，在所述轴承内环与所述轴承外环之间布置了球体513、523。所述固定轴承52布置在壳体4、这里是铝制壳体中，该壳体包围着所述定子1，并且用作防尘、防湿及防腐机构，并且用于将热量从所述定子1排放给所述电机10的环境，并且用于在所述定子1的对置的端部18、19之间进行热平衡。所述浮动轴承51布置在轴承盖40中，该轴承盖优选同样由铝制成。

这种电机10的轴承51、52构造为球轴承。但是，本发明也能够运用到下述电机10上，所述电机的轴3被支承在滑动轴承（未示出）中。

本发明意义上的固定轴承52是一种轴承，该轴承不仅沿着轴向的方向31而且也反向于所述轴向的方向31来承受力。该固定轴承优选被设置用于固定所述轴3。

本发明意义上的浮动轴承51是一种轴承，该轴承包括至少一个能够沿着轴向的方向31移动的轴承内环511或者轴承外环512。

所述定子1被分成部段，并且因此具有分段11，所述分段具有围绕着线圈芯13来缠绕的线圈12。所述线圈12被示意性地示出。所述线圈芯13优选构造为铁芯。所述分段11不是彼此相连接，而是这里被固定在所述壳体4上。

这种电机10的同心度不仅仅由所述壳体4的同心度来决定，而且也由所述定子分段11的、所述用于固定轴承52的轴承座520的、所述用于浮动轴承51的壳体盖41及轴承座510的同心度来决定。除了所述轴3及所述转子2之外，所有这些组件都会在所述电机10的运行中振动，这会导致巨大的噪声。

图1（b）示范性地示出了被分割成段的定子1的芯部13的截取部分。所述定子分段11在横截面中大致构造为T形，并且沿着所述轴向的方向31延伸。它们在所述定子的朝向轴线的一侧16上分别具有一个极111，所述极沿着所述径向的方向32延伸。它们在所述背向轴线的一侧14上分别具有一个大致横向于所述极111延伸的磁轭分段110。沿着圆周方向33，所述定子分段11彼此并列，从而所述磁轭分段110相互贴靠在一起，用于得到所述电机10的尽可能好的效率。在所述极111之间分别设置了一自由空间112，所述自由空间被设置用于：接纳所述围绕着所述极111来缠绕的定子绕组12（参见图1（a））。

图2（a）的电机10具有一按本发明的、拥有封装结构6的定子1。该定子1具有外表面151，该外表面在所述定子1的背向轴线的一侧14上至少部分地通过所述定子1的封装结构来构成。

所述定子1被分割成段，并且因此具有沿着相切的方向33并排地布置的定子分段11，所述定子分段的磁轭分段11彼此抵靠。围绕着所述定子分段11的极111缠绕着所述定子绕组。在所述定子绕组12之间留下的自由空间用所述封装结构6来填满。所述封装结构6如此包围着所述定子1，使得所述定子分段11相对于彼此定位并且彼此相连接。

在所述定子1的第二端部19上在朝向轴线的一侧16上，朝所述封装结构6中喷注了一种固定轴承52，使得所述固定轴承52无间隙地布置在其轴承座520中。此外，所述封装结构6在与所述第二端部19对置的第一端部18上在其朝向轴线的一侧16上具有用于浮动轴承51的轴承座510。

不仅所述固定轴承52而且所述浮动轴承51在这里都构造为球轴承。

所述用于浮动轴承51的轴承座510包括一围绕着所述轴线30同心地延伸的第一配合面61，并且在这里此外包括一边缘63。这条边缘63是加工边缘，该加工边缘对于所述浮动轴承51的支承来说不需要。所述浮动轴承51的轴承内环511在这里抗扭转地布置在所述轴3上。而所述浮动轴承51的轴承外环512与之相反则以能够沿着轴向的方向32移动的方式来设置，并且通过所述轴承内环511及所述球体513得到保持。

为了沿着所述轴向的方向31来夹紧所述浮动轴承51，设置了壳体盖41，该壳体盖围绕着所述轴线30同心地延伸。为此，所述封装结构6具有第二配合面62以及第二止挡64，所述第二配合面和所述第二止挡用作壳体盖座410。在所述壳体盖41上设置了壳体盖接片42，该壳体盖接片围绕着轴线30同心地延伸。该壳体盖接片42使一种夹紧机构431沿着径向的方向32定位，所述夹紧机构431在这里构造为围绕着所述轴线30同心地延伸的夹紧环。下面将“夹紧机构431”和“夹紧环”这两个概念用作同义词。在这里所示出的实施方式的夹紧环431沿着轴向的方向31波浪状地弯曲，并且优选由弹簧钢构成。图3（d）示出了具有这个夹紧环431的壳体盖41。

所述电机10具有轴3，该轴沿着所述轴线30的方向延伸。在所述轴3上抗扭转地布置了转子2，因而所述转子2在所述轴3旋转时一同旋转。所述轴3被支承在所述固定轴承52及所述浮动轴承51中，使得所述转子2布置在所述固定轴承52与所述浮动轴承51之间并且在两侧得到了支承。

对于这种定子1来说，所述封装结构6的制造精度决定了所述电机10的同心度，因为所述固定轴承51被无间隙地注入到所述封装结构6中，并且所述用于浮动轴承51的轴承座510布置在所述封装结构6上。所述壳体4的以及壳体盖40的制造公差没有影响到这种定子1的或者这种电机10的同心度，其中所述电机10根本没有所述壳体盖40。

因为这样的封装结构6能够非常精确地制造，所以所述定子1或者所述具有这种定子1的电机10具有很好的同心度。因此，在所述电机10的运行中由于同心度的偏差而出现的振动和噪声非常小。因而，所述电机10在运行中声音很轻。

所述定子1的绕组12优选在对所述定子1进行挤压包封之前被连接或者说被接线。在对所述定子分段11进行挤压包封时，在一个唯一的制造步骤中将这些定子分段彼此连接起来，使所述固定轴承52同心地定位并且将其注射进去，并且形成用于所述浮动轴承51的以及必要时用于壳体盖41的轴承座510。在所述挤压包封之后，将所述具有转子2的轴3以及所述浮动轴承51装配到所述定子1的内部空间100中。随后将所述壳体盖41布置在所述封装结构6上。

总之，所述电机10能够以比传统的电机10少的构件来制成。所述按本发明的定子1或者所述具有这种定子1的电机10此外能够制造得较短一些。并且它们能够以较少的制造步骤来更为精确地制造。

图2（a）的定子1的轴3构造为空心轴，因而其具有较小的重量。

图2（b）示出了图2（a）的定子1处于壳体4中的情况，所述壳体4同心地将所述定子1包围住，并且防止尘埃及湿气的挤入，并且防止腐蚀。所述壳体4优选由铝构成，因而其一方面较轻并且另一方面能够实现较好的散热性。

图3的电机10具有实心-空心轴3。在所述固定轴承52的区域中，所述实心-空心轴3构造为具有较小的直径的实心轴，并且在所述浮动轴承51的及所述转子2的区域中构造为具有比在前一个区域中大的直径的空心轴。由此可以将传统的轴承用作固定轴承52。此外，能够使用具有较大的内直径的转子2，其中所述电机10的重量比在其它方面结构相同的、在所述转子2的区域中具有构造为实心轴的轴3的电机10小。此外，空心轴与实心轴相比具有较大的刚度的优点，因为其具有较小的挠度。

对于这种电机10来说，所述固定轴承52被喷射注入到所述定子1的封装结构6中，并且所述浮动轴承51的轴承座510、尤其是其第一配合面61同样被设置在所述封装结构6中。此外，这个轴承座510也具有围绕着所述轴线30同心地延伸的、用于浮动轴承51的第一配合面61。

此外，这个定子1具有用于所述壳体盖41的第二配合面62和第二止挡64，所述第二止挡64限制所述浮动轴承51的、反向于轴向的方向31的运动。

在所述壳体盖41上布置了所述夹紧环431。因此，这个浮动轴承51被预紧，用于对温差及制造公差进行补偿。

图3（b）示出了另一种实施方式的、具有这样的壳体盖41及预紧机构432的电机10。

在图3（c）中示出了图3（a）的电机10的壳体盖41连同夹紧环431的截取部分。在图3（d）中示出了图3（b）的电机10的壳体盖41连同夹紧环432。

图3（c）的夹紧环432优选构造为有弹性的结构。优选其由橡胶或者弹性体构成。这个夹紧环432优选通过挤压配合来布置在处于所述壳体盖41中的槽44中。所述夹紧环432沿着圆周方向33处处具有大约相同的横截面。在此，所述壳体盖接片42使所述夹紧环43沿着径向的方向32定位，使得所述夹紧环43抵靠在所述壳体盖接片42的内侧面45上。

图3（d）的夹紧环431松动地布置在所述壳体盖41上。在这种实施方式中，所述壳体盖接片42也用于使所述夹紧环431径向地定位。

图4示出了按本发明的定子1的另一种实施方式。因为在这里既未示出所述轴3，也未示出所述转子2，也未示出所述浮动轴承51，所以图4首先示出了所述定子1的内部空间100及其内表面152。

与至此所示出的定子相比，这种定子具有一浮动轴承座510，该浮动轴承座具有大量均匀地沿着圆周方向33分布的第一配合面61。相对于在所述用于浮动轴承51的轴承座510中所设置的基准内表面1521，所述第一配合面61是突起的造型。在这种实施方式中，所述第一配合面61也围绕着所述轴线30同心地延伸。此外，能够看出所述用于对壳体盖41进行支承的第二配合面62及第二止挡64。

图4（c）示出了具有图4（a）和（b）的定子1的电机10的、在浮动轴承51的区域中的截取部分。所述壳体盖41未被示出。由此能够看出在这里在图3（d）的实施方式中的预紧环431。

与图2和3的电机10的定子1相比，所述封装结构6对于图5（a）和（b）的定子1来说形成该定子1的外表面151。它不仅被设置在所述定子1的、彼此对置的、横向于轴线30延伸的端面101、102上。而且所述封装结构6也在背向轴线的一侧14上完全包围着所述定子1。在所述定子绕组12的区域中，所述封装结构优选具有大约1-10mm、优选3-6mm的壁厚17。

对于这种定子1来说，因此所述封装结构6取代壳体4（参见图2（b）），因为其不仅用于将所述定子分段11彼此连接起来并且用作用于所述固定轴承52及所述浮动轴承51的轴承座520、510，而且同时也用作防尘、防湿及防腐机构。

此外，对于这种具有封装结构6的定子1来说，能够构成固定机构（未示出），利用所述固定机构，所述电机10根据其安装情况能够安装并且固定到像比如调节驱动装置（未示出）那样的装置上，或者能够安装并且固定到像比如手持式工具机（未示出）那样的装置中。

Claims (15)

1. 用于电机（10）的定子（1），该定子围绕着轴线（30）同心地延伸并且具有封装结构（6），所述封装结构（6）在所述定子（1）的背向轴线的一侧（14）上至少部分地形成所述定子（1）的外表面（151），

其特征在于，

所述封装结构（6）在所述定子（1）的朝向轴线的一侧（16）上具有用于浮动轴承（51）的轴承座（510）。

2. 按权利要求1所述的定子（1），其特征在于，所述轴承座（510）包括第一配合面（61），该第一配合面围绕着所述轴线（30）同心地延伸。

3. 按权利要求1所述的定子（1），其特征在于，所述轴承座（510）包括多个第一配合面（61），所述配合面沿着圆周方向（33）均匀分布地布置。

4. 按前述权利要求中任一项所述的定子（1），其特征在于，它被分成部段。

5. 按前述权利要求中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述封装结构（6）形成了所述定子（1）的外表面（151）。

6. 按前述权利要求中任一项所述的定子（1），其特征在于，一固定轴承（52）被注入到所述封装结构（6）中。

7. 按权利要求6所述的定子（1），其特征在于，所述固定轴承（52）以及所述第一配合面（1）围绕着同一轴线（30）同心地布置。

8. 按权利要求6-7中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述浮动轴承（51）和所述固定轴承（52）相应地构造为滑动轴承或者构造为球轴承。

9. 按前述权利要求中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述封装结构（5）由塑料制成，尤其是由热固性塑料或者聚对苯二甲酸丁二酯制成。

10. 按前述权利要求中任一项所述的定子（1），其特征在于，所述封装结构（6）在所述定子（1）的朝向轴线的一侧（16）上具有用于布置壳体盖（41）的第二配合面（62）。

11. 具有按前述权利要求中任一项所述的定子（1）的电机（10）。

12. 按权利要求11所述的电机（10），其特征在于，它是直流电动机。

13. 按权利要求11-12中任一项所述的电机（10），其特征在于，所述定子（1）的封装结构（6）形成所述电机（10）的壳体（4）。

14. 按权利要求11-13中任一项所述的电机（10），其特征在于，该电机包括壳体盖（41），在该壳体盖上布置了预紧机构（43）、尤其是有弹性的预紧环。

15. 具有按权利要求11-14中任一项所述的电机的调节驱动装置。