CN105703550A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(2)，尤其是工业设备的电机，其具有机轴(14)，机轴通过机器壳体(4)的B侧的轴承盖(16)的轴承(24)可转动地支承，并且与转动传感器(48)的传感器轴(56)联接。传感器轴(56)与机轴(14)同心地布置，并且通过转动传感器(48)的转动传感器定子(50)可转动地支承。转动传感器(48)定位在B侧轴承盖(16)与连接在机器壳体(4)上的机器遮盖件(38)之间，并且其中，在机器壳体(4)与机器遮盖件(38)之间布置有第一热隔离元件(40)。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种具有机轴的电机，机轴通过机器壳体的B侧轴承盖的轴承可转动地支承，并且与转动传感器的传感器轴联接。电机尤其是工业设备的组成部分。

背景技术

工业设备具有许多执行器，它们分别通过电动机运行。执行器大部分构造成内转动件，并且因此包括布置在定子内部的转子。为了精确地控制通过各个电动机驱动的执行器需要知道转子相对于定子的准确的角位置。为此通常使用联接到马达轴上的转动传感器。转动传感器通常具有两个相对于马达轴的旋转轴线错开的电容式传感器件。转动传感器的与马达轴联接的组成部分包括外配齿的传感器轮。在马达轴旋转运动时，外轮廓运动经过两个电容式传感器件。因此，在两个电容式传感器件的每一个中都感应出电压，电压通过合适的硬件来评估。测量信号在转子轴的转动速度恒定时总是相应于正弦轨迹，其中，两个通过两个传感器件接收的信号的相位彼此间相差90°。因此，两个轨迹中的其中一个被称为正弦轨迹，另一个被称为余弦轨迹。通过计算能够从两者中获知角度。

为了改进角度分辨率公知的是，转动传感器的与马达轴联接的构件配有所谓的条纹，通常256或512个。它们转动对称地、沿构件的周边等距地布置。在马达轴旋转时计数所检测到的条纹并且因此确定角位置。条纹本身通常由永磁体形成，从而一方面可以通过计数所接收到的条纹将角位置准确地确定在360°/256或360°/512上。处于两者之间的范围根据借助由两个传感器件检测到的传感器件信号获知。因此，通过这两个传感器件分别针对每次马达轴旋转检测正弦或余弦轨迹的256或512个周期。

电动机通常具有一定数量的电线圈，它们通过变流器通电。在这里，电流强度由于需要的功率比较高而比较大，并且通常为至少2A。由于通电而形成损耗功率，损耗功率导致电动机升温。热量本身经由电动机的壳体释放给周围环境，或者电动机通过冷却液冷却。为了排除转动传感器的功能故障，转动传感器与电动机的壳体在空间上间隔开地布置，并且马达轴本身适当地延长，允许利用仅较小的制造公差完成其生产。因此，生产成本比较高。作为替选，通过离合器延长马达轴。只要使用由成本更低的材料制成的离合器，那么该连接在大部分情况下不是抗转矩的，从而减少了可通过转动传感器达到的角度分辨率。两种情况都需要为与转动传感器联接的电动机准备更多的轴向结构空间。

发明内容

本发明的基本任务是提供一种特别适当的电机，其中，尤其是减少生产成本和/或以适宜方式减小结构空间，并且优选提高角度分辨率。

根据本发明，该任务通过权利要求1的特征解决。有利的改进方案和构造方案是从属权利要求的主题。

电机优选地是电动机，并且例如构造成同步或异步机器。电动机尤其是通过直流电或交流电运行。换句话说，电动机优选地是三相电流同步电机。电机具有转子和定子，其中，转子以适宜方式布置在定子内。换句话说，电机是内转动件。以适宜方式，电机具有在0转/分到10000转/分之间的运行转速，尤其是在1000转/分到7000转/分之间的运行转速。运行转速表示的是电机能够安全运行、而不会损坏电机部件的转速范围。在这个转速范围内也提高电机的效率。运行转速尤其是大于或等于1200转/分，2000转/分或4000转/分。以适宜方式，运行转速小于或等于3000转/分，4000转/分或6000转/分。

适宜地，电机是工业设备的组成部分。电机的功率尤其是大于或等于300W、500W、800W、1kW、1.2kW，并且例如小于20kW、15kW、10kW、5kW、2kW、1kW或800W。以适宜方式，电机利用如下电流运行，该电流具有100V到500V之间、200V到300V之间的电压和/或1A到20A之间、2A到10A之间或3A到5A之间的电流强度。电机例如用于运行执行器，如运行传送带或起重机。替选地，通过构造成电动机的电机驱动车辆，例如船只或机动车，如商用车。在另一种替选方案中，电机是发电机，并且例如是风力发电设备的组成部分。

转子包括通过B侧的轴承盖可转动地支承的机轴。B侧的轴承盖是机器壳体的组成部分，机器壳体例如包括具有另一轴承的A侧的轴承盖。以该方式稳定机轴的位置。机轴尤其是穿过A侧的轴承盖，并且在A侧轴承盖的与B侧轴承盖相对置的那侧上具有轴颈，在已安装状态下，通过电机驱动的或者驱动电机的结构元件与这个轴颈联接。为此，该轴颈以适宜方式具有适当的离合器或者用于离合器的容纳部。尤其是以如下方式设置和装配轴颈，以便在已安装状态下与结构元件或离合器形状锁合和/或力锁合地连接。适宜地，机器壳体包括中间区段，其例如按照空心柱体的方式成形。通过中间区段将A侧的轴承盖与B侧的轴承盖相连，其中，转子基本上都布置在中间区段内，除了机轴的穿过相应的轴承盖的区段以外。

电机此外还包括带有传感器轴的转动传感器，传感器轴通过转动传感器定子可转动地支承。以适宜方式，转动传感器定子包括尤其是电容式的传感器件，例如一定数量的传感器件。传感器轴优选具有传感器轮，传感器轮尤其是在周边侧具有轮廓，例如一定数量的尖部或齿部。换句话说，传感器轮是外配齿的。在一种特别优选的实施方式中，传感器轮的齿部的数量为64、128、256或512。这些齿部尤其是相对于传感器轴的轴线转动对称地布置。作为替选或者与之组合地，转动传感器定子包括霍尔传感器件。

传感器轴与机轴同心地布置。换句话说，在已安装状态下，机轴的旋转轴线相应于传感器轴的旋转轴线。此外，传感器轴与机轴联接。例如，传感器轴直接固定在机轴上。作为替选或者与之组合地，传感器轴直接嵌入机轴的相应的凹部内。换句话说，传感器轴和机轴相互形状锁合和/或力锁合地连接。基于这种联接，机轴的转动运动传递到传感器轴上。

电机此外还具有机器遮盖件。转动传感器布置在B侧的轴承盖与机器遮盖件之间。机器遮盖件尤其是可拆卸地固定在机器壳体上。例如，机器遮盖件和机器壳体拧紧。因此，通过机器遮盖件保护转动传感器不受外界影响。换句话说，转动传感器通过机器遮盖件和B侧的轴承盖包围。在这里，只要存在A侧的轴承盖，那么转动传感器位于B侧的轴承盖的与A侧轴承盖相对置的那侧上。通过机器遮盖件也避免轴承或机轴受损。

在机器壳体与机器遮盖件之间布置有热隔离元件。热隔离元件尤其是按照O形环的方式成形的绝缘片。环的厚度，也就是它的轴向延伸尺寸尤其是大于或等于0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm，并且尤其是小于1cm。优选地，厚度在1mm到5mm之间，优选地在2mm到3mm之间。轴向延伸尺寸尤其是理解为在与机轴的旋转轴线平行的方向上的延伸尺寸。热隔离元件优选地不仅热地而且还机械地布置在机器壳体与机器遮盖件之间。换句话说，机器遮盖件与机器壳体不直接机械接触。机器遮盖件尤其是与第一热隔离元件直接机械接触，并且机器壳体与第一热隔离元件直接机械接触。第一热隔离元件与机器壳体和机器遮盖件的材料相比具有更小的热导率。第一热隔离元件尤其是由陶瓷、生胶、橡胶、纤维素，例如纸、模铸树脂并且优选地由聚合物制成，并且尤其是由它们构成。优选地，第一热隔离元件由聚氨酯制成，并且尤其是由模铸树脂制成。

通过第一热隔离元件使得机器遮盖件与机器壳体热隔离，从而排除因为机器壳体在电机运行期间升温而使热量从机器遮盖件输送至转动传感器。以这种方式尤其是使转动传感器定子与机器壳体隔离，并且以适宜方式与电机的整个定子隔离。还能够实现的是，热量从转动传感器输送给机器遮盖件，并且从这里以适宜方式输送到电机的周围环境中。以这种方式避免转动传感器在运行时过热。因此提高电机的运行安全性。此外还能够实现的是，减小转动传感器定子与B侧轴承盖的距离，这导致具有减少的轴向延伸尺寸的比较紧凑的电机。还能够实现的是，以比较高的电流强度运行电机，从而提高电机的功率。在这里，功率极限由于热过载而不由比较有效地热隔离的转动传感器确定，而是由电机的其他部件，例如定子的温度确定。基于减少的轴向长度还能够实现机轴与传感器轴的转动角度比较固定的联接，从而提高电机的角度分辨率。

B侧的轴承盖尤其是形成机器壳体的端侧，其中，优选地，机器壳体的整个端侧通过B侧的轴承盖形成。只要存在中间区段，那么因此就通过B侧的轴承盖提供以这种方式形成的柱体的底面。B侧的轴承盖尤其是固定在中间区段上并且与之导热地连接。适宜地，B侧的轴承盖具有安装到中间区段上的卡圈。以适宜方式，B侧的轴承盖凹形地，也就是弯曲地构造，其中，B侧的轴承盖的一个区段在周边侧由中间区段包围。在这里，以适宜方式，轴承至少部分定位在中间区段内，从而受到保护。机器遮盖件在此尤其是基本上平坦地构造，这简化了电机的安装。

作为替选或者与之组合地，B侧的轴承盖和优选地同样还有中间区段(只要它存在)由铝制成，也就是由铝或铝合金制成。以适宜方式，整个机器壳体由铝或铝合金形成。以这种方式使热量从机器壳体内部传输到电机的周围环境中变得容易。此外还能够实现使机器壳体接地，从而基本上排除在电机功能故障时有可能的部件因为为此需要电流而损坏或受损害。优选地，机器遮盖件由铝或铝合金制成，这使热量从转动传感器传输到周围环境中变得容易。

以适宜方式，转动传感器定子固定在B侧的轴承盖上。这例如通过粘合剂或通过螺栓完成，这使转动传感器的拆卸进而更换变得容易。由于固定在B侧的轴承盖上而提供一种比较耐用的电机。此外，基本上排除因为传感器轴相对于机轴的移动和由此导致的偏心率而使转动传感器受损。换句话说，以这种方式确保机轴与传感器轴的同心性。

在此，尤其是在转动传感器定子与B侧的轴承盖之间热布置有第二热隔离元件。优选地，第二热隔离元件热且机械地定位在转动传感器定子与B侧的轴承盖之间。换句话说，转动传感器定子与B侧的轴承盖不直接机械接触，而是仅间接地经由第二热隔离元件接触。第二热隔离元件例如由生胶、橡胶、纸或模铸树脂制成，尤其是聚氨酯基。因此减少热量从B侧的轴承盖和电机的布置在B侧轴承盖的与转动传感器相对置的那侧上的部件输送至转动传感器定子，这进一步减少转动传感器的热负荷。尤其是通过转动传感器第二热隔离元件，转动传感器定子与电机的定子或者至少与定子的电绕组热隔离。优选地，第二热隔离元件按照O形环的方式制成。

以适宜方式，转动传感器定子与机器遮盖件热联接。转动传感器定子尤其是经由导热膜或导热膏与机器遮盖件机械接触。以这种方式使转动传感器定子与热沉件热联接，这导致转动传感器定子的冷却。由于机器遮盖件与机器壳体的热隔离，所以冷却比较有效。尤其是在运行时，热量从转动传感器定子释放到机器遮盖件，并且从那里释放到周围环境中。以适宜方式，在电机运行时，为机器遮盖件加载冷空气，从而比较有效地从机器遮盖件中导出热量。因此，转动传感器的冷却和/或热量从在B侧轴承盖与机器遮盖件之间形成的空间中的导出得到改进。

优选地，传感器轴通过第三热隔离元件与机轴联接。换句话说，不仅热而且机械地在机轴与传感器轴之间布置有第三热隔离元件。在这里，热隔离元件的轴向长度比较小，尤其是小于传感器轴的轴向延伸尺寸的75％、50％、25％、10％、5％、2％。以适宜方式，机轴与第三热隔离元件直接机械接触，该第三热隔离元件又与传感器轴直接机械接触。以这种方式提供传感器轴与机轴之间的角度比较固定的连接，其中，减少从转子侧向转动传感器的热输送。尤其是与之组合地，转动传感器定子通过第二热隔离元件与B侧的轴承盖隔离，并且与机器遮盖件导热地连接，这导致转动传感器在电机运行时的热负荷比较小，从而能够以比较高的功率运行电机。尤其是按照爪式离合器的方式制造第三热隔离元件。优选地，第三热隔离元件由陶瓷或塑料，如聚丙烯制成。

以适宜方式，机轴由钢制成，例如由不锈钢制成，这提高电机的耐用性。定子与机器壳体例如热联接。电绕组，也就是定子的电线圈尤其是与机器壳体导热地连接，通过电线圈来提供电磁体。热联接例如通过导热膏或导热膜实现。在这里，定子例如与B侧的轴承盖热联接。然而特别优选的是，B侧的轴承盖不与定子联接，而是例如通过空气缝隙与之间隔开。定子以适宜方式与机器壳体的中间区段热联接，只要存在这个中间区段。以这种方式提供比较大的表面，通过这个表面可以将定子的热量释放到电机的周围环境中，从而可以以比较高的功率运行电机。

B侧的轴承盖的轴承例如是滑动轴承。然而特别优选的是，轴承是滚柱轴承或滚珠轴承，它的一个圈与机轴抗相对转动地连接。这个圈尤其是缩紧到机轴上或者粘贴在其上。以这种方式减少在B侧轴承盖与机轴之间形成的摩擦，这一方面提高了效率，另一方面使B侧轴承盖的升温减少。

附图说明

下面借助附图更详尽地阐述本发明的实施例。在此：

图1示出电机的立体图，

图2用透视剖面图局部示出电机，并且

图3用轴向剖面图局部示出电机。

彼此相应的部件在所有图中配有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中用立体图示出了一种交流电同步电动机形式的、最大功率为5kW的电机2。该电机2包括由铝制成的机器壳体4。机器壳体4本身具有空心柱体形地构造的中间区段6，在它的一个端侧上固定有具有滚珠轴承10的A侧轴承盖8。机轴14的轴颈12穿过借助滚珠轴承10形成的中央留空部，该机轴由钢制成。在已安装状态下，轴颈12上连接着通过电动机2运行的结构元件。换句话说，轴颈12形成电动机2的驱动侧。在中间区段8的与A侧轴承盖8相对置的那侧上，B侧的轴承盖16连接到中间区段6上，其中，B侧轴承盖16具有卡圈18，这个卡圈与中间区段6对齐。因此，中间区段6在两侧被封闭，其中，通过两个轴承盖8、18分别形成机器壳体4的端侧。

图2和3用沿图1的剖面II的剖面图局部示出了电机2。B侧的轴承盖16具有凹形地伸入中间区段6内部的区段20，这个区段具有中央留空部22，在留空部内定位有滚珠轴承形式的轴承24。通过滚珠轴承24可转动地支承机轴14。换句话说，机轴14的可转动的支承不仅通过B侧轴承盖的轴承24而且还通过A侧轴承盖8的滚珠轴承10实现。在这里，轴承24的未详尽示出的外圈抗相对转动地连接在B侧的轴承盖16的区段20上。轴承24的内圈抗相对转动地与机轴14连接，并且轴承24的两个圈经由一定数量的滚珠相互接触。

机轴14是转子26的组成部分，转子具有一定数量的、定位在叠片组28内的永磁体30，叠片组抗相对转动地连接在机轴14上。转子26在径向上在周边侧被定子32包围，其中，转子26和定子32通过空隙34相互间隔开。定子32包括叠片组，一定数量的绕组缠绕着它。以这种方式制成电磁体，通过该电磁体在运行时产生旋转磁场，这个磁场与转子26的永磁体30交互作用，并且因此使机轴14置于旋转运动中。定子32在它的周边侧上通过导热膜35与由铝制成的中间区段6联接。在这里，导热膜35也用于将定子32机械地稳定在中间区段6内。定子32通过空气缝隙36与B侧轴承盖16并且尤其是与它的区段20间隔开。在定子32内的在运行时形成的损耗热量因此比较少地传递到B侧轴承盖16上。损耗热量的余留部分通过导热膜35经由中间区段6导出到电机2的周围环境中。

在B侧轴承盖16的与定子32相对置的那侧上定位有由铝制成的机器遮盖件38，这个机器遮盖件的周边侧与卡圈8对齐。在这里，在卡圈18与机器遮盖件38之间定位有由聚氨酯-模铸树脂制成的绝缘片形式的第一热隔离元件40。第一热隔离元件40的厚度，也就是在轴向A上的延伸尺寸为2.5mm。机器遮盖件38通过第一热隔离元件40连接在B侧的轴承盖16上。此外还通过未详尽示出的螺栓来促进固定。机器遮盖件38的背离B侧轴承盖16的表面42形成电机2的轴向封闭件，并且基本上是平坦的。

在B侧轴承盖16与机器遮盖件38之间形成防尘且防液体的空间46，在这个空间内定位有转动传感器48。转动传感器48具有带有未详尽示出的传感器件和电子器件的转动传感器定子50。转动传感器定子50固定在B侧的轴承盖16上，也就是区段20上，其中，在区段20与转动传感器定子50之间定位有由聚氨酯-模铸树脂制成的、O形环形式的第二热隔离元件52。隔离元件52一方面用于转动传感器定子50与B侧轴承盖16的热隔离，然而至少减少从区段20向转动传感器定子50的热输送，并且另一方面用于使转动传感器48固定在机器壳体4上。转动传感器定子50此外还通过导热膜54与机器遮盖件38热接触，从而使转动传感器定子50的温度基本上相应于机器遮盖件38的温度。

在转动传感器定子50内利用外配齿的传感器轮58可转动地支承有转动传感器48的传感器轴56。传感器轴56与第三热隔离元件60啮合，第三热隔离元件由硬塑料或陶瓷制成。第三热隔离元件60直接地固定在机轴14的沿轴向A形成的端面上。转动传感器48因此通过第二和第三热隔离元件52、60与定子32和转子26还有轴承24隔离，它们在电机2运行时由于损耗而升温。因此，转动传感器48的升温比较小。转动传感器48的热量此外还经由导热膜54输送给机器遮盖件38，这个机器遮盖件本身基于第一热隔离元件40比较小地升温，并且具有基本上恒定的温度。因此能够实现以比较高的功率运行电机2，其中，轴向A上的延伸尺寸比较小。

在运行时，传感器轮58的外轮廓与转动传感器定子50的传感器件共同作用并能够确定机轴14的位置，并且因此能够确定转子26相对于B侧轴承盖16和进而还有相对于定子32的位置。

本发明不局限于以上描述的实施例。更确切地说也可以由本领域技术人员从中推导出本发明的其他变型方案，而不脱离本发明的主题。尤其是此外还可以以其他的方式将所有结合实施例描述的单个特征相互组合，而不脱离本发明的主题。

附图标记列表

2电机

4机器壳体

6中间区段

8A侧轴承盖

10滚珠轴承

12轴颈

14机轴

16B侧轴承盖

18卡圈

20区段

22留空部

24轴承

26转子

28叠片组

30永磁体

32定子

34空隙

35导热膜

36空气缝隙

38机器遮盖件

40第一热隔离元件

42表面

46空间

48转动传感器

50转动传感器定子

52第二热隔离元件

54导热膜

56传感器轴

58传感器轮

60第三热隔离元件

A轴向

Claims (9)

1.电机(2)，尤其是工业设备的电机，其具有机轴(14)，所述机轴通过机器壳体(4)的B侧轴承盖(16)的轴承(24)能转动地支承，并且与转动传感器(48)的传感器轴(56)联接，所述传感器轴与所述机轴(14)同心地布置，并且通过所述转动传感器(48)的转动传感器定子(50)能转动地支承，其中，所述转动传感器(48)定位在所述B侧轴承盖(16)与连接在所述机器壳体(4)上的机器遮盖件(38)之间，并且其中，在所述机器壳体(4)与所述机器遮盖件(38)之间布置有第一热隔离元件(40)。

2.按照权利要求1所述的电机(2)，其特征在于，所述B侧轴承盖(16)形成所述机器壳体(4)的端侧，并且/或者所述机器壳体(4)由铝制成。

3.按照权利要求1或2所述的电机(2)，其特征在于，所述转动传感器定子(50)固定在所述B侧轴承盖(16)上。

4.按照权利要求3所述的电机(2)，其特征在于，在所述转动传感器定子(50)与所述B侧轴承盖(16)之间布置有第二热隔离元件(52)。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的电机(2)，其特征在于，所述转动传感器定子(50)与所述机器遮盖件(38)热联接。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的电机(2)，其特征在于，所述机轴(14)通过第三热隔离元件(60)与所述传感器轴(56)联接。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的电机(2)，其特征在于，所述机轴(14)由钢制成。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的电机(2)，其特征在于，定子(32)与所述机器壳体(4)热联接。

9.按照权利要求1至8中任一项所述的电机(2)，其特征在于，所述轴承(24)是滚珠轴承或滚柱轴承。