CN109899399B - 用于驱动电动机的轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于驱动电动机的轴承。轴承包括与旋转轴结合的内圈，与电动机壳体结合的外圈，以及可旋转地设置在内圈的滚道面与外圈的滚道面之间的滚动构件。另外，保持器设置在内圈与外圈之间，并且沿周向以预定间隔支承滚动构件。导电引导构件形成在内圈和外圈中的每一者中，并且通过保持器形成内圈与外圈之间的电流路径。

Description

用于驱动电动机的轴承

技术领域

本发明涉及用于电力驱动车辆的驱动电动机，且更具体地，涉及一种用于驱动电动机的轴承，其能够抑制由于驱动电动机的轴电流而在轴承中发生电蚀。

背景技术

近来，已经开发出诸如电动车辆或燃料电池车辆的纯电动环保车辆。通常电动机安装在电动环保车辆内，代替诸如发动机的内燃机作为通过电能获得旋转力的驱动源。驱动电动机包括电动机壳体，固定地安装在电动机壳体内的定子，以及围绕作为驱动轴的旋转轴旋转的转子。在定子与转子之间还保持有间隙。

驱动电动机需要具有高效率和高输出密度。特别地，电动车辆需要从驱动电动机获得车辆的动力，因此，需要进一步改善的扭矩和输出。驱动电动机还需要设计成尺寸更小并且具有高扭矩密度和高输出密度，以在有限的车辆空间内产生高水平的扭矩和输出。因此，由于在有限的空间内产生内部更高的电磁能量，所以驱动电动机可能易受电磁干扰和泄漏问题的影响。

电磁干扰和泄漏问题之一是轴电流。当驱动驱动电动机的三相逆变器执行高速切换控制时，产生谐波噪声电压(例如，公共电压)。由公共电压引起的电场移动转子钢板的自由电子以在旋转轴中产生轴电流。换言之，谐波噪声电压利用定子与转子之间的寄生电容器在转子轴上感应出电压，以产生轴电流。

在转子轴中产生的轴电流沿轴或通过轴承流动至电动机壳体时，在轴承的内圈和外圈之间产生电位差，并且轴承内部的放电机理导致轴承电蚀。电蚀显著地影响驱动电动机的耐久性并因此损坏轴承。近来，在具有高扭矩密度和高输出密度的驱动电动机中产生的轴电流的大小已增加。

在本部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能包含不构成本国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明致力于提供一种用于驱动电动机的轴承，其能够在驱动电动机被驱动时，通过形成旋转轴中产生的轴电流的电流路径来抑制滚动元件中和滚道面上的电解腐蚀(即，电蚀)的发生。

本发明的示例性实施例提供一种用于驱动电动机的轴承，其具有与旋转轴结合的内圈，与电动机壳体结合的外圈，以及可旋转地设置在内圈的滚道面与外圈的滚道面之间的滚动构件。轴承可包括：保持器，设置在内圈与外圈之间，并且构造成沿周向以预定间隔支承滚动构件；以及导电引导构件，包括在内圈和外圈中，并且通过保持器形成内圈与外圈之间的电流路径。

内圈、外圈、滚动构件和保持器可由金属材料制成。保持器可沿周向以预定间隔形成，并可包括支承滚动构件的兜孔构件。对应于兜孔构件的导电引导构件可沿周向形成在内圈和外圈中。换言之，导电引导构件形成在内圈和外圈中的每一者中。导电引导构件可包括载流突起，其相对于兜孔构件以预定游隙设置，沿内圈和外圈的周向设置，并且在径向突出。

此外，内圈的载流突起可相对于兜孔构件的第一侧以预定游隙一体地形成在内圈的第一侧边缘部。外圈的载流突起可相对于兜孔构件的第二侧以预定游隙一体地形成在外圈的第二侧边缘部。可在载流突起和兜孔构件中产生由于旋转轴中的轴电流而发生电火花的放电现象。兜孔构件与载流突起之间的游隙可小于内圈和外圈的各滚道面与各滚动构件之间的游隙。保持器可安装在内圈上，并且兜孔构件可与外圈间隔开。

本发明的另一示例性实施例提供一种用于驱动电动机的轴承，其具有与旋转轴结合的内圈，与电动机壳体结合的外圈，以及设置在内圈的滚道面与外圈的滚道面之间的滚动构件。轴承可包括：保持器，设置在内圈与外圈之间，并且构造成沿周向以预定间隔支承滚动构件；以及导电引导构件，包括在内圈和外圈中，并且通过保持器形成内圈与外圈之间的电流路径。滚动构件可由金属材料制成，并且绝缘构件可形成在内圈的滚道面和外圈的滚道面上。

内圈、外圈和保持器可由金属材料制成。导电引导构件可包括载流突起，其相对于兜孔构件的第一侧以预定游隙沿周向设置在内圈的第一侧并在径向突出，或者相对于兜孔构件的第二侧以预定游隙沿周向设置在外圈的第二侧并在径向突出。

本发明的另一示例性实施例提供一种用于驱动电动机的轴承，其具有与旋转轴结合的内圈，与电动机壳体结合的外圈，以及设置在内圈的滚道面与外圈的滚道面之间的滚动构件。轴承可包括：保持器，设置在内圈与外圈之间，并且构造成沿周向以预定间隔支承滚动构件；以及导电引导构件，包括在内圈和外圈中，并且通过保持器形成内圈与外圈之间的电流路径。滚动构件可包括绝缘材料。内圈、外圈和保持器可由金属材料制成，并且滚动构件可由陶瓷材料制成。

本发明的示例性实施例可利用导电引导构件通过保持器诱发电火花，以抑制滚动构件与滚道之间的电蚀发生。此外，在本发明的示例性实施例的详细说明中，将直接或隐含地公开可由本发明的示例性实施例获得或预测的效果。即，将在下述详细说明中公开由本发明的示例性实施例预测的各种效果。

附图说明

虽然将结合目前被认为实用的示例性实施例说明附图，但是应该理解，本发明不限于所公开的附图。

图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的轴承所应用的驱动电动机的示例的视图；

图2和图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的剖切面的视图；

图4是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的构造的视图；

图5A和图5B分别是根据本发明的示例性实施例的图3的A部分和B部分的详细视图；

图6是说明根据本发明的示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的操作的视图；

图7是示意性地示出根据本发明的另一示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的构造的视图；并且

图8是示意性地示出根据本发明的另一示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的构造的视图。

附图标记说明

1： 驱动电动机；

2： 定子；

3： 电动机壳体；

4： 定子线圈；

5： 旋转轴；

6： 转子；

10： 内圈；

11、21： 滚道；

20： 外圈；

30、130： 滚动构件；

50： 保持器；

51： 兜孔构件；

70： 导电引导构件；

71： 载流突起；

80： 绝缘构件；

L1、L2： 游隙；

100、200、300： 轴承。

具体实施方式

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的乘用车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如兼备汽油动力和电动力的车辆。

本文所使用的术语仅用于说明特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外明确指明。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

下面将参照示出本发明的示例性实施例的附图更全面地说明本发明。如本领域技术人员将认识到的，所述的示例性实施例可以各种不同方式进行修改，而均不脱离本发明的思想或范围。

为了明确地解释本发明，与说明无关的部分将被省略，并且在整个说明书中相同的附图标记将用于相同或相似的元件。在附图中，为了更好地理解和便于说明，近似地示出每个元件的尺寸和厚度。因此，本发明不限于附图，而是为了清楚起见，夸大了层、膜、板、区域等的厚度。

此外，在以下详细说明中，处于相同关系的组件的名称被分成“第一”、“第二”等，但是本发明不限于以下说明中的顺序。另外，在说明书中记载的诸如“…单元”、“…装置”、“…部”或“…构件”的术语是指包含执行至少一种功能或操作的组件的单位。

图1是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的轴承所应用的驱动电动机的示例的视图。参照图1，驱动电动机1可以是诸如纯电动车辆或燃料电池车辆的环境友好型车辆的电力驱动源。

驱动电动机1可以是利用发动机的驱动力和电力的混合动力车辆(例如，混合动力电动车辆(HEV)或插电式混合动力电动车辆(PHEV))的电力驱动源。例如，驱动电动机1可包括永磁同步电动机(PMSM)或绕线转子同步电动机(WRSM)。然而，应该理解的是，本发明不限于环境友好型车辆的驱动电动机，并且本发明的技术思想可应用于各种工业领域中使用的驱动电动机。

驱动电动机1可包括固定至电动机壳体3的内部的定子2和配置为围绕作为驱动轴的旋转轴5旋转的转子6。定子与转子之间可保持间隙。例如，驱动电动机1可以是转子6设置在定子2的内侧的内转子型同步电动机。定子线圈4可缠绕在定子2周围，并且旋转轴5可通过轴承100可旋转地结合至电动机壳体3。

轴承100可以是使用诸如滚珠的滚动体(即，滚动元件)支承旋转轴5的滚珠轴承。轴承100可以可滑动地装配至旋转轴5上，并可以配合方式装配或安装于电动机壳体3。当驱动电动机1被驱动时，用于驱动电动机的轴承100可通过形成旋转轴5中产生的轴电流的电流路径(即，载流路径)来抑制滚动元件中和滚道面上的电解腐蚀(即，电蚀)的发生。

图2和图3是示出根据本发明的示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的剖切面的视图。图4是示意性地示出根据本发明的示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的构造的视图。参照图2至图4，轴承100可包括内圈10、外圈20、滚动构件30、保持器50和导电引导构件(即，载流引导构件)70。

将内圈10和外圈20的圆周方向定义为周向,并且将垂直于设置有内圈10和外圈20的平面的方向(即，旋转轴5与内圈10和外圈20(或内圈)结合的方向)定义为轴向(即，轴方向)。将朝向内圈10的厚度、外圈20的厚度或轴承的内心的方向定义为径向。

特别地，内圈10可形成为环形或圆筒形，并可利用滑动过盈配合安装在旋转轴5上。在内圈10中，支承滚动构件30的滚动运动的滚道11可沿周向形成。滚道11在相关技术领域中被称为滚道面。外圈20可与内圈10隔开预定距离，并可装配于电动机壳体3的安置部(例如，安装孔的内周面)。在外圈20中，支承滚动构件30的滚动运动的滚道21可沿周向形成。

滚动构件30可包括多个滚珠，并且可以是在滚道11与21之间滚动的滚动元件。内圈10、外圈20和滚动构件30可由具有导电性的金属材料制成。例如，金属材料可包括轴承钢(KS：STB2，JS：SUJ2，ISO：100Cr6)或高碳低铬钢。保持器50可设置在内圈10与外圈20之间，可沿周向以预定间隔支承滚动构件30，并且在相关技术领域中被称为保持架。

此外，保持器50可由具有导电性的金属材料制成，并可包括安装在内圈10上且设置在内圈10与外圈20之间的环形主体构件(未示出)。保持器50或环形主体构件可沿周向以预定间隔形成。兜孔(pocket)构件51可保持滚动构件30之间的一致间隙并可支承滚动构件30。

兜孔构件51在相关技术领域中可被称为隔壁，并可包括在径向开放且设置在内圈10与外圈20之间的兜壁。兜孔构件51可防止滚动构件30在轴向移位并可与外圈20或内圈10隔开预定距离。导电引导构件70可构造为使旋转轴5中产生的轴电流通过内圈10、保持器50和外圈20作为电火花放电。换言之，导电引导构件70可诱导由于沿旋转轴5流动的轴电流而在内圈10、保持器50和外圈20之间发生电火花的放电现象。

导电引导构件70可形成通过保持器50设置在内圈10与外圈20之间的载流路径。对应于保持器50的兜孔构件51的导电引导构件70可沿周向形成在内圈10和外圈20中。导电引导构件70可包括相对于保持器50的兜孔构件51以预定游隙(即，预定间隙)设置、并且沿内圈10和外圈20的周向设置的径向突出的载流突起71。

另外，内圈10中的载流突起71可相对于兜孔构件51的第一侧以预定游隙一体地形成在内圈10的第一侧边缘部、可在径向突出并可沿内圈10的周向设置。外圈20中的载流突起71可相对于兜孔构件51的第二侧以预定游隙一体地形成在外圈20的第二侧边缘部、可在径向突出并可沿外圈20的周向设置。内圈10中的载流突起71可形成为径向向外突出，并且外圈20中的载流突起71可形成为径向向内突出。

如图5A和图5B中所示，在兜孔构件51与载流突起71之间可设置由油膜设定的游隙L1。游隙L1可设定为小于滚道11或21与滚动构件30之间的游隙L2。由于游隙L1可设定为小于游隙L2，因此载流突起71和兜孔构件51可对旋转轴5中产生的轴电流进行放电。如上所述在载流突起71和兜孔构件51进行的轴电流的放电将在稍后更详细地说明。

在下文中，将参照附图详细说明轴承100的操作。图6是说明根据本发明的示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的操作的视图。参照图1和图6，当逆变器执行高速切换控制以操作驱动电动机1时，可能产生谐波噪声电压。

谐波噪声电压可利用定子2与转子6之间的寄生电容器在转子6的旋转轴5上感应出电压，以在旋转轴5中产生轴电流。轴电流可流动至内圈10。由于可相对于保持器50的兜孔构件51以预定游隙在内圈10和外圈20中形成载流突起71，因此可通过载流突起71和兜孔构件51形成设置在内圈10与外圈20之间的具有放电形式的载流路径。即，载流路径可形成为放电路径。因此，可在载流突起71和兜孔构件51中产生由于轴电流而发生电火花的放电现象。

具体地，游隙L1可设定为小于游隙L2。由于游隙L1和L2存在差异，因此可在滚道11或21与滚动构件30之间产生相当大的电阻，并可在载流突起71与兜孔构件51之间产生极小的电阻。因此，轴电流可流动至载流突起71与兜孔构件51之间的具有极小阻抗的路径，以在载流突起71与兜孔构件51之间产生放电现象。

因此，在兜孔构件51中可发生由于放电现象引起的电蚀。然而，兜孔构件51的电蚀对于在滚道11与21之间滚动的滚动构件30没有影响。因此，在本发明的示例性实施例中，由于电流在载流突起71与兜孔构件51之间流动，所以可使滚动构件30与滚道11、21之间发生的放电现象最小化。结果，可防止由于放电现象导致的滚动构件30与滚道11、21之间的电蚀。因此，可防止由于电蚀导致的滚动构件30和滚道11、21的损坏。

图7是示意性地示出根据本发明的另一示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的构造的视图。在图7中，与上述示例性实施例中相同的附图标记表示与该示例性实施例的元件相同的元件。参照图7，根据本发明的另一示例性实施例的用于驱动电动机的轴承200可包括上述示例性实施例的元件和设置在内圈10和外圈20的滚道11、21中的绝缘构件80。

在本发明的另一示例性实施例中，设置在内圈10与外圈20之间的保持器50、保持器50的兜孔构件51和导电引导构件70的载流突起71与上述示例性实施例中的构件相同。因此，将省略其详细说明。绝缘构件80可由公知的绝缘材料制成，并可分别涂覆或附着于内圈10和外圈20的滚道11、21。设置在内外圈10、20之间的滚动构件30、保持器50和内外圈10、20可由金属材料制成。

因此，在本发明的示例性实施例中，绝缘构件80可形成在支承滚动构件30的滚动运动的内外圈10、20的滚道11、21上。因此，在滚道11、21与滚动构件30之间产生的电阻可设定为大于载流突起71与兜孔构件51之间产生的电阻。因此，在本发明的示例性实施例中，在旋转轴5中产生的轴电流可流动至设置在载流突起71与兜孔构件51之间的具有极小电阻的路径。载流突起71和兜孔构件51可引起发生电火花的放电现象。因此，在本发明的示例性实施例中，可防止在滚道11或21与滚动构件30之间产生的放电现象。

根据本发明的另一示例性实施例的用于驱动电动机的轴承200的其它结构和操作与上述示例性实施例中相同，因此将省略其详细说明。

图8是示意性地示出根据本发明的另一示例性实施例的用于驱动电动机的轴承的构造的视图。在图8中，与上述示例性实施例中相同的附图标记表示与该示例性实施例的元件相同的元件。参照图8，根据本发明的另一示例性实施例的用于驱动电动机的轴承300可包括上述示例性实施例的元件和由绝缘材料制成的滚动构件130。

在本发明的另一示例性实施例中，设置在内圈10与外圈20之间的保持器50、保持器50的兜孔构件51和导电引导构件70的载流突起71与上述示例性实施例中的构件相同。因此，将省略其详细说明。滚动构件130可设置在内外圈10、20的滚道11、21之间。例如，滚动构件130可包括由作为公知绝缘材料的陶瓷材料制成的滚珠。保持器50和内外圈10、20可由金属材料制成。

因此，在本发明的示例性实施例中，内外圈10、20之间的滚动构件130可由绝缘材料制成。因此，滚道11、21与滚动构件130之间的电阻可设定为大于载流突起71与兜孔构件51之间的电阻。因此，在本发明的示例性实施例中，在旋转轴5中产生的轴电流可流动至设置在载流突起71与兜孔构件51之间的具有极小电阻的路径。载流突起71和兜孔构件51可引起发生电火花的放电现象。

在本发明的示例性实施例中，可由载流突起71形成包括内圈10、保持器50和外圈20的具有放电形式的载流路径。因此，参照图1，在旋转轴5中产生的轴电流可流动至接地的电动机壳体3。因此，本发明的示例性实施例可防止当更换或修理驱动电动机1或轴承时，由于存储在旋转轴5中的轴电压而引起的操作者的电击事故。

虽然已结合目前被认为示例性的实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例，而是相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求的思想和范围内的各种变型和等同布置。

Claims (7)

1.一种用于驱动电动机的轴承，具有与旋转轴结合的内圈，与电动机壳体结合的外圈，以及可旋转地设置在所述内圈的滚道面与所述外圈的滚道面之间的滚动构件，所述轴承包括：

保持器，设置在所述内圈与所述外圈之间，并且构造成沿周向以预定间隔支承所述滚动构件；以及

导电引导构件，形成在所述内圈和所述外圈的每一者中，并且通过所述保持器形成所述内圈与所述外圈之间的电流路径，

其中所述保持器沿周向以预定间隔形成，并且包括支承所述滚动构件的兜孔构件，并且其中对应于所述兜孔构件的所述导电引导构件沿周向形成在所述内圈和外圈中，

其中所述导电引导构件包括：

载流突起，相对于所述兜孔构件以预定游隙设置，沿所述内圈和外圈的周向设置，并且在径向突出，

其中所述内圈的载流突起相对于所述兜孔构件的第一侧以预定游隙一体地形成在所述内圈的第一侧边缘部，并且其中所述外圈的载流突起相对于所述兜孔构件的第二侧以预定游隙一体地形成在所述外圈的第二侧边缘部，并且

其中在所述载流突起和所述兜孔构件中产生由于所述旋转轴中的轴电流而发生电火花的放电现象。

2.如权利要求1所述的轴承，其中所述内圈、外圈、滚动构件和保持器由金属材料制成。

3.如权利要求1所述的轴承，其中所述兜孔构件与所述载流突起之间的游隙小于所述内圈和外圈的各滚道面与各所述滚动构件之间的游隙。

4.如权利要求1所述的轴承，其中所述保持器安装在所述内圈上，并且其中所述兜孔构件与所述外圈间隔开。

5.一种用于驱动电动机的轴承，具有与旋转轴结合的内圈，与电动机壳体结合的外圈，以及设置在所述内圈的滚道面与所述外圈的滚道面之间的滚动构件，所述轴承包括：

保持器，设置在所述内圈与所述外圈之间，并且构造成沿周向以预定间隔支承所述滚动构件；以及

导电引导构件，形成在所述内圈和所述外圈的每一者中，并且通过所述保持器形成所述内圈与所述外圈之间的电流路径，

其中所述滚动构件由金属材料制成，并且绝缘构件形成在所述内圈的滚道面和所述外圈的滚道面上，

其中所述内圈、外圈和保持器由金属材料制成，其中所述保持器沿周向以预定间隔形成，并且包括支承所述滚动构件的兜孔构件，并且其中对应于所述兜孔构件的所述导电引导构件沿周向形成在所述内圈和外圈中，

其中所述导电引导构件包括：

载流突起，相对于所述兜孔构件的第一侧以预定游隙沿周向设置在所述内圈的第一侧并在径向突出，或者相对于所述兜孔构件的第二侧以预定游隙沿周向设置在所述外圈的第二侧并在径向突出，并且

其中在所述载流突起和所述兜孔构件中产生由于所述旋转轴中的轴电流而发生电火花的放电现象。

6.一种用于驱动电动机的轴承，具有与旋转轴结合的内圈，与电动机壳体结合的外圈，以及设置在所述内圈的滚道面与所述外圈的滚道面之间的滚动构件，所述轴承包括：

保持器，设置在所述内圈与所述外圈之间，并且构造成沿周向以预定间隔支承所述滚动构件；以及

导电引导构件，形成在所述内圈和所述外圈的每一者中，并且通过所述保持器形成所述内圈与所述外圈之间的电流路径，

其中所述滚动构件包括绝缘材料，

其中所述内圈、外圈和保持器由金属材料制成，其中所述保持器沿周向以预定间隔形成，并且包括支承所述滚动构件的兜孔构件，并且其中对应于所述兜孔构件的所述导电引导构件沿周向形成在所述内圈和外圈中，

其中所述导电引导构件包括：

载流突起，相对于所述兜孔构件的第一侧以预定游隙沿周向设置在所述内圈的第一侧并在径向突出，或者相对于所述兜孔构件的第二侧以预定游隙沿周向设置在所述外圈的第二侧并在径向突出，并且

其中在所述载流突起和所述兜孔构件中产生由于所述旋转轴中的轴电流而发生电火花的放电现象。

7.如权利要求6所述的轴承，其中所述滚动构件由陶瓷材料制成。

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