CN109904993A - 驱动电动机的接地结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种驱动电动机的接地结构。驱动电动机的接地结构形成电动机壳体与旋转轴的电流路径。接地结构包括：载流壳体，固定至电动机壳体并且容纳旋转轴的至少一个端部；以及载流介质，具有导电性并且包括在载流壳体的内部空间中。

Description

驱动电动机的接地结构

技术领域

本发明涉及一种用于电力驱动车辆的驱动电动机，更具体地，涉及一种用于防止由驱动电动机的轴电流引起的轴承损坏的驱动电动机的接地结构。

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。电动机作为驱动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。在定子与转子之间设置有间隙。

特别地，驱动电动机需要具有高效率和高输出密度。电动车辆需要从驱动电动机获得车辆的全部动力，因此，需要进一步改善的扭矩和输出。驱动电动机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，由于内部更高的电磁能量作用在有限的空间中，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(即，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。

转子轴中产生的轴电流在沿轴或通过轴承流动至电动机壳体时，在轴承的内圈与外圈之间产生电位差，并且轴承内部的放电机制导致轴承电蚀。电蚀显著地影响驱动电动机的耐久性，导致轴承损坏。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。因此，在相关技术领域中需要开发一种将驱动电动机的旋转轴中产生的轴电流传递至电动机壳体，以减小旋转轴中引起的轴电流的接地结构。

在本部分中公开的上述信息仅用于增强对发明背景的理解，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

本发明提供一种驱动电动机的接地结构，其能够确保用于将旋转轴中产生的轴电流传递至电动机壳体的电流路径。

本发明的示例性实施例提供一种驱动电动机的接地结构，其形成电动机壳体与旋转轴的电流路径，并可包括：载流壳体，固定至电动机壳体并且容纳旋转轴的至少一个端部；以及载流介质，具有导电性并且设置在载流壳体的内部空间中。

载流壳体可以可旋转地支承旋转轴，并可与可旋转地支承旋转轴且结合至电动机壳体的轴承分离。载流壳体可包括作为金属导体的壳体主体。载流壳体可包括：壳体主体，具有一个开放面；以及密封盖，结合至壳体主体的开放面并且形成内部空间。壳体主体可包括固定至电动机壳体的金属导体。密封盖可由塑料材料制成。

密封盖可包括形成在与壳体主体结合的部分以及与旋转轴的端部结合的部分、并且由橡胶材料制成的密封部。载流介质可包括填充在载流壳体的内部空间中的载流填料。特别地，载流填料可包括载流流体或载流粉末。替代性地，载流填料可包括载流流体与载流粉末的混合物。容纳在载流壳体中的旋转轴的端部可具有比旋转轴的剩余部分的外径小的外径。

本发明的另一示例性实施例可提供一种将旋转轴与电动机壳体电连接的驱动电动机的接地结构。驱动电动机可包括固定至电动机壳体的内部的定子，与定子保持间隙地通过旋转轴可旋转地结合至电动机壳体的转子，以及固定至电动机壳体并且可旋转地支承旋转轴的轴承。接地结构可包括：载流壳体，在面向轴承的方向上固定至电动机壳体，并将旋转轴的至少一个端部容纳在载流壳体的内部空间中；以及载流填料，配置为将旋转轴中产生的电流传递至电动机壳体，并且填充在载流壳体的内部空间中。

载流填料可以是载流介质，并可包括水或防冻剂。特别地，载流填料可包括载流粉末，并可包括石墨、铝和铜中的至少一种。替代性地，载流填料可包括载流流体与载流粉末的混合物。载流壳体可包括：壳体主体，具有一个开放面并且包括金属导体；以及密封盖，结合至壳体主体的开放面并且形成内部空间。

密封盖可由塑料材料制成，并可包括与旋转轴的端部结合的结合孔。密封盖可包括可形成在与壳体主体结合的部分和结合孔处并且由橡胶材料制成的密封部。装配在结合孔中的旋转轴的端部可具有比旋转轴的剩余部分的外径小的外径。

本发明的示例性实施例可通过将旋转轴中产生的轴电流通过载流壳体和载流填料传递至电动机壳体，防止轴承内部的放电机制导致轴承电蚀(即，轴承电解腐蚀)。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接地结构所应用的驱动电动机的示例的视图；

图2A至图2B是示出根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的剖视图；

图3是示出根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的立体图；

图4A至图4B是示出应用于根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的载流壳体的视图；

图5A至图5C是示出应用于根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的载流填料的示例的视图；并且

图6是用于说明根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的操作的视图。

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；

7： 轴承；

10： 载流壳体；

11： 壳体主体；

15： 密封盖；

17： 结合孔；

19： 密封部；

50： 载流介质；

51： 载流填料；

53： 载流流体；

55： 载流粉末。

具体实施方式

可以理解的是，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。

虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应该理解的是，示例性过程也可由一个或多个模块执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块，以执行以下进一步说明的一个或多个过程。

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。

除非特别说明或从上下文明显可见，如本文所使用的，词语“约”应理解为在本领域的正常容差范围内，例如在平均值的2倍标准偏差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文另外明确，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修改。

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接地结构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的接地结构100可应用于诸如电动车辆或燃料电池车辆的纯环保型车辆的驱动电动机。

驱动电动机1的接地结构100可应用于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))的中小型驱动电动机。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，本发明不限于环保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。

特别地，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。定子与转子之间可设置间隙。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7可旋转地结合至电动机壳体3。驱动电动机的接地结构100可将旋转轴5与电动机壳体3电连接。驱动电动机的接地结构100可将旋转轴5中产生的轴电流传递至电动机壳体3，并可防止由于旋转轴5、轴承7和电动机壳体3之间的放电机制导致的轴承电蚀。

图2A至图2B是示出根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的剖视图。图3是示出根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的立体图。参照图1至图3，驱动电动机的接地结构100可包括形成电动机壳体3与旋转轴5之间的电流路径(即，载流路径)的载流壳体10和载流介质50。

载流壳体10可由具有导电性的金属材料制成。特别地，载流壳体10可与结合至电动机壳体3的轴承7分离地、以压配方式固定至电动机壳体3。载流壳体10可在面向轴承7的方向固定至电动机壳体3。此外，载流壳体10可形成实质上密闭的内部空间。载流壳体10可在内部空间中容纳旋转轴5的至少一个端部。换言之，载流壳体10可支承旋转轴5的端部并可将端部容纳在内部空间中。旋转轴5的端部可穿过载流壳体10的一侧容纳在载流壳体10的内部。

如图1中所示，载流壳体10可仅安装在电动机壳体3的一侧以容纳旋转轴5的一个端部。然而，本发明不限于此，并且载流壳体10可安装在电动机壳体3的两侧以容纳旋转轴5的两个端部。

图4A至图4B是示出应用于根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的载流壳体的视图。参照图3和图4A至图4B，载流壳体10可包括可相互接合的壳体主体11和密封盖15。

如图4A至图4B中所示，壳体主体11的一个表面可以是开放的，并且壳体主体可形成为矩形的壳体主体。替代性地，壳体主体11可以是圆形的壳体主体。壳体主体11可包括固定至电动机壳体3的金属导体。密封盖15可封闭壳体主体11的开放端(即，开放面)，并可结合至壳体主体11的开放端，以在密封盖15的内部形成密闭空间。

密封盖15可由塑料材料制成，并可形成与旋转轴5的端部接合的结合孔17。特别地，密封盖15可包括由橡胶材料制成的密封部19。密封盖15可形成有与壳体主体11接合的部分以及与旋转轴5的端部接合的部分。换言之，密封盖15的第一部分可与壳体主体11接合，并且密封盖15的第二部分可与旋转轴5的端部接合。密封部19可形成在与壳体主体11接合的密封盖15的边缘部，并可形成在结合孔17的内周面上。密封部19可密封壳体主体11与密封盖15之间的结合部位，并可密封旋转轴5的端部与结合孔17之间的部分。

如图2A中所示，载流壳体10可通过密封盖15的结合孔17在内部空间中容纳外径与开口相同的旋转轴5的端部。如图2B中所示，载流壳体10可通过密封盖15的结合孔17在内部空间中容纳外径小于旋转轴5的其余部分的外径的旋转轴5的端部。换言之，在图2B中，容纳在载流壳体10中的旋转轴5的部分的外径可小于未容纳在载流壳体10中的旋转轴5的部分的外径。容纳在载流壳体10的内部空间中的旋转轴5的端部可形成为具有比设置在载流壳体10外部的部分的外径小的外径，从而通过使旋转轴的端部相对于密封盖15的摩擦最小化，减小驱动电动机的旋转损失。

如图2A至图2B中所示，载流介质50可设置在载流壳体10的内部空间中。载流介质50可将旋转轴5、载流壳体10和电动机壳体3电连接以形成用于传递轴电流的电流路径。载流介质50可以是用于将旋转轴5中产生的轴电流传递至电动机壳体3的导电介质，并可包括填充在载流壳体10的内部空间中的载流填料51。

图5A至图5C是示出应用于根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的载流填料的示例的视图。参照图5A，载流填料51可包括填充在载流壳体10的内部空间中的载流流体53。例如，载流流体53可包括能够传递电流的水或能够应对温度的诸如防冻剂的流体。

如图5B中所示，载流填料51可包括填充在载流壳体10的内部空间中的载流粉末55。例如，载流粉末55可包括具有较高导电率的石墨、铝或铜的粉末。载流粉末55可包括上述任何一种材料的粉末，并可包括与其它材料混合的粉末。如图5C中所示，载流填料51可包括载流流体53和载流粉末55的混合物。

在下文中，将参照附图详细说明驱动电动机的接地结构100的操作。图6是用于说明根据本发明的示例性实施例的驱动电动机的接地结构的操作的视图。参照图6，当配置为操作驱动电动机1的逆变器执行高速切换控制时，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。

通过将旋转轴5的端部容纳在载流壳体10的内部密闭空间中并且通过将载流填料51填充在载流壳体10内，可形成接地结构100。通过载流填料51可形成用于将旋转轴5、载流壳体10和电动机壳体3电连接的电流路径。因此，在旋转轴5中产生的轴电流可通过载流壳体10和载流填料51传递至电动机壳体3。因此，本发明的示例性实施例可防止由于轴承7中的放电机制导致的异常电流。

由于在现有技术中不能确保用于将旋转轴与电动机壳体电连接的电流路径，因此可能产生在位置最靠近旋转轴和电动机壳体的轴承中发生电火花的放电现象，从而导致轴承电蚀。然而，根据本发明的示例性实施例，由于通过接地结构100确保用于旋转轴5与电动机壳体3的电流路径，因此可防止由轴承滚珠与轴承的内外圈之间的电位差产生的轴承7的电蚀。

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 (19)

1.一种形成电动机壳体与旋转轴的电流路径的驱动电动机的接地结构，其特征在于包括：

载流壳体，固定至所述电动机壳体并且容纳所述旋转轴的至少一个端部；以及

载流介质，具有导电性并且包括在所述载流壳体的内部空间中。

2.如权利要求1所述的接地结构，其特征在于，所述载流壳体可旋转地支承所述旋转轴，并且与可旋转地支承所述旋转轴且结合至所述电动机壳体的轴承分离。

3.如权利要求1所述的接地结构，其特征在于，所述载流壳体包括作为金属导体的壳体主体。

4.如权利要求1所述的接地结构，其特征在于，所述载流壳体包括：

壳体主体，具有开放面；以及

密封盖，结合至所述壳体主体的开放面并且形成所述内部空间。

5.如权利要求4所述的接地结构，其特征在于，所述壳体主体包括固定至所述电动机壳体的金属导体，并且所述密封盖由塑料材料制成。

6.如权利要求4所述的接地结构，其特征在于，所述密封盖包括形成有与所述壳体主体结合的第一部分以及与所述旋转轴的端部结合的第二部分，并且由橡胶材料制成的密封部。

7.如权利要求1所述的接地结构，其特征在于，所述载流介质包括填充在所述载流壳体的内部空间中的载流填料。

8.如权利要求7所述的接地结构，其特征在于，所述载流填料包括载流流体。

9.如权利要求7所述的接地结构，其特征在于，所述载流填料包括载流粉末。

10.如权利要求7所述的接地结构，其特征在于，所述载流填料包括载流流体与载流粉末的混合物。

11.如权利要求1所述的接地结构，其特征在于，容纳在所述载流壳体中的所述旋转轴的端部的外径小于设置在所述载流壳体的外部的所述旋转轴的部分的外径。

12.一种将旋转轴与电动机壳体电连接的驱动电动机的接地结构，其特征在于，所述驱动电动机包括固定至所述电动机壳体的内部的定子，与所述定子保持间隙并通过所述旋转轴可旋转地结合至所述电动机壳体的转子，以及固定至所述电动机壳体并且可旋转地支承所述旋转轴的轴承，所述接地结构包括：

载流壳体，在面向所述轴承的方向上固定至所述电动机壳体，并将所述旋转轴的至少一个端部容纳在所述载流壳体的内部空间中；以及

载流填料，配置为将所述旋转轴中产生的电流传递至所述电动机壳体，并且填充在所述载流壳体的内部空间中。

13.如权利要求12所述的接地结构，其特征在于，所述载流填料是载流介质，并且包括水或防冻剂。

14.如权利要求12所述的接地结构，其特征在于，所述载流填料包括载流粉末，并且包括石墨、铝和铜中的至少一种。

15.如权利要求12所述的接地结构，其特征在于，所述载流填料包括载流流体与载流粉末的混合物。

16.如权利要求12所述的接地结构，其特征在于，所述载流壳体包括：

壳体主体，具有开放面并且包括金属导体；以及

密封盖，结合至所述壳体主体的开放面并且形成所述内部空间。

17.如权利要求16所述的接地结构，其特征在于，所述密封盖由塑料材料制成，并且包括与所述旋转轴的端部结合的结合孔。

18.如权利要求17所述的接地结构，其特征在于，所述密封盖包括形成在与所述壳体主体结合的部分和所述结合孔处，并且由橡胶材料制成的密封部。

19.如权利要求17所述的接地结构，其特征在于，装配在所述结合孔中的所述旋转轴的端部的外径小于设置在所述载流壳体的外部的所述旋转轴的部分的外径。