CN111052562A - 转子和电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机(21)的转子，在该转子中布置有由蜂窝状金属材料制成的至少一个结构吸声元件(15)。本发明还涉及一种电机(21)，该电机包括转子轴(6)、两个滚子轴承(22)和用于该两个滚子轴承(22)中的每一个的轴承座(24)，该转子轴(6)可旋转地安装在该两个滚子轴承(22)中，并且在该两个轴承座(24)中至少一个的区域中安排有由蜂窝状金属材料制成的结构吸声元件(15)。

Description

转子和电机

本发明涉及一种用于电机的转子。本发明还涉及一种电机。

电动车桥驱动装置(elektrischen Achsantrieb)中噪声的主要原因之一通常是电机中转矩不均匀性。电机中转矩不均匀性取决于构造的类型，并且会受电机设计的影响。

降低噪声最有效方法是首先不允许产生噪声，或者至少减少开始时已经存在的声音。存在多种识别声音来源的可能方法。一种方法是理论上的。在这种情况下，想象电机被分解成其单独部件，然后根据其机械声学特性进行分类。这种调查的结果是针对声源、声发送器和声发射器的评估表。它们产生了声流程图，该声流程图图解地说明电机的哪些部件必须首先处理以减少噪声。来源的影响越大、或者本体发送或发射越多，则在这一点进行干预的必要性就越大。为此，根据部件的影响幅值、用不同粗细的线来标记这些部件。这样的线越粗，对噪声的影响就越关键，并且就更有必要在此处进行降噪。

这种类型的分析既适用于设计又适用于现有电机。其示出了声学家在哪些点进行干预是必要且适当的。如果声流程图中存在若干高度优先的声源，则在设计阶段期间就不会成为问题，因为就该点而言仍存在用于规划降噪措施的充分选项。

基于此，本发明的目的尤其是以替代性和简单的方式减少电动车桥驱动装置中的噪声。

该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。有利的实施例是从属权利要求、以下说明以及附图的主题。

根据本发明，由蜂窝状金属材料制成的至少一个结构吸声元件被布置在转子中和/或在电机的轴承座的区域中。因此，可以通过与设计有关的措施、连接措施或材料技术措施来实现振动阻尼。结构吸声元件吸收能量并且有助于提高电机的实用价值。

结构声阻尼尤其是指通过所应用的阻尼材料的分子的热、磁或原子的重排来吸收振动能量。结构声的吸收的参数是所谓的“损耗因子”，它是所涉及的材料在动态应力(特别是弯曲振动)下吸收能量的能力的量度。蜂窝状金属材料尤其适合作为用于电机的结构声阻尼的材料，蜂窝状金属材料允许大的空气载声阻尼和结构声阻尼，因此特别理想作为电机构造中或用于电机的转子中的被动阻尼元件。

在结构的效果链中，可以在部件的力激励和速度激励之间进行区分。力激励的部件通常处于闭合的功率流中，并通过弹性变形而被激励为结构振动(尤其是电机的转子和转子轴，参见下文根据本发明的第一方面的用于电机的转子)。另一方面，速度激励的部件在功率流之外。它们不是承载部分。但是，它们联接至功率流中的部件，并经由联接点(例如，电机的壳体，尤其是在电机的转子轴的轴承区域中，参见根据本发明第二方面的电机)而导致发出结构振动。

在实践中，力激励的部件和速度激励的部件在其结构振动方面可以相互影响，这就是为何应尽可能阻止结构声在结构内传播的原因。这可以通过结构隔音和结构声阻尼来实现。

在很多情况下，通过用于结构隔音的装置不能实现对于噪声减低所期望的避免结构声传播，因为在没有阻尼的情况下能量不会被消耗。

在所使用的材料中，通过阻尼来减少结构声传送需要大的内部损耗。结构声能量通过接触表面上的摩擦或通过材料的内部摩擦而转化成热。在此，结构声阻尼越接近起始点(例如在转子中或在转子轴中并且尤其是靠近转子轴的轴承)也就越有效。

在这个意义上，根据本发明的第一方面，提供了一种用于电机的转子。在转子中布置有由蜂窝状金属材料制成的例如呈成形体形式的至少一个结构吸声元件。

在一个实施例中，转子包括具有孔的转子轴，结构吸声元件被布置在转子轴的孔内。该孔尤其可以是在转子轴的纵向方向上延伸的中心孔。

在进一步的实施例中，转子包括具有至少一个槽的叠片式转子铁芯，结构吸声元件被布置在叠片式转子铁芯的槽中。特别地，该至少一个槽可以平行于转子轴的纵向方向延伸。特别地，可以设置多个槽，该多个槽优选在周向方向上彼此等距地间隔开。

在进一步的实施例中，转子包括第一轴颈、第二轴颈、叠片式转子铁芯和用于叠片式转子铁芯的承载件，用于叠片式转子铁芯的承载件被布置在第一轴颈和第二轴颈之间。可以在承载件、第一轴颈和第二轴颈之间界定空腔，并且结构吸声元件可以布置在该空腔内。

蜂窝状金属材料可以是泡沫金属、尤其是泡沫铝。泡沫金属(尤其是泡沫铝)具有结构特定特性，这些特性使得可以生产具有改善刚度、具有显著改善阻尼能力并具有控制能量吸收可能性的复合结构。具有集成泡沫铝的构造仍然特别轻，吸收大量能量并且特别有效地抑制振动和噪声。在为结构声的发送器或发射器的电机部件中引入或布置泡沫金属(尤其是泡沫铝)既允许轻量构造又允许声阻尼或振动阻尼。

此外，泡沫金属可以包括中空球形结构。特别地，中空球形结构可以是金属的。泡沫金属可以通过开孔隙率和闭孔隙率的组合来区分，并且中空球形结构可以由具有可精确调节的单元直径和单元壁厚度的球形单元形成。

中空球形结构提供了耗尽振动能量的可能性。一旦波前到达中空球形壳，球形壳就开始抵靠彼此振动。振动能量通过摩擦和部分弹性冲击而转化为热。因为在结构声阻尼的情况下，振动能量通过内部摩擦转化为热，该内部摩擦也可以称为“内部阻尼”。中空球形结构允许在极端条件下，用于电机部件(例如电机的转子)快速运动的高水平的结构声阻尼和振动阻尼。金属中空球形结构可以通过特殊技术制造，并且可以进一步灵活地加工。金属中空球形结构可以例如被铸造，但是也可以通过粘合剂粘结、钎焊或烧结来连接。

在开发中，可自由移动的陶瓷颗粒可以存在于上述中空球形结构的内部。在这个意义上，在进一步的实施例中，泡沫金属可以包括填充有颗粒、尤其是填充有陶瓷颗粒的中空球形结构。这些颗粒、尤其是陶瓷颗粒，用作减振器。可以将烧结的单独的球体填充到结构吸声元件(例如呈成形体形式)中，并通过粘合剂粘结或钎焊固定在那里。也可以将成形体或其他单独的中空球形结构进一步加工成夹层结构、或铸造成聚合物或金属。当具有颗粒填充的中空球形结构的部件振动时，基础材料的运动会将能量引导到颗粒床中。颗粒被抛出空腔壁，从而吸收振动能量。动能通过颗粒的冲击和摩擦而转化为热。以这种方式实现的阻尼值可以是具有相当密度的泡沫铝的阻尼值的大约十倍，泡沫铝可以用作减振的轻量构造材料(更多的参见上文)。

根据本发明的第二方面，提供了一种电机。该电机包括转子轴、两个滚子轴承和用于该两个滚子轴承中的每一个的轴承座，该转子轴可旋转地安装在该两个滚子轴承中，并且在该两个轴承座中至少一个的区域中布置有由蜂窝状金属材料制成的结构吸声元件。

蜂窝状金属材料可以是泡沫金属、尤其是泡沫铝。此外，泡沫金属可以包括中空球形结构。在进一步的实施例中，泡沫金属包括填充有颗粒、尤其是填充有陶瓷颗粒的中空球形结构。关于本段落中描述的实施例的效果、优点和更详细的构型，为避免重复，参考与根据本发明第一方面的转子有关的以上阐述。

下面将基于部分示意图更详细地讨论本发明的示例性实施例。在附图中：

图1示出了已知的电动车桥驱动装置的局部截面表示，

图2示出了具有转子轴和叠片式转子铁芯的已知转子的纵向截面表示，

图3和图4示出了根据本发明的将结构吸声泡沫金属集成在转子轴中的转子的示例性实施例的纵向截面表示，

图5示出了具有多部分转子轴的已知转子的纵向截面表示，

图6和图7示出了根据本发明的将结构吸声泡沫金属集成在多部分转子轴的空腔中的转子的示例性实施例的纵向截面表示，

图8和图9示出了根据本发明的将结构吸声泡沫金属集成在叠片式转子铁芯的槽中的转子的示例性实施例的纵向截面表示，

图10示出了具有转子轴、滚子轴承和形成用于滚子轴承的轴承座的壳体的电机的一部分的纵向截面表示，

图11和图12示出了根据本发明在轴承座的区域中具有结构吸声泡沫金属的电机的示例性实施例的一部分的纵向截面表示，

图13示出了根据本发明在轴承座的区域中和在多部分转子轴的内部具有结构吸声泡沫金属的电机的示例性实施例的纵向截面表示，并且

图14示出了根据本发明在多部分转子轴的内部和在叠片式转子铁芯的槽中具有结构吸声泡沫金属的电机的示例性实施例的纵向截面表示。

图1示出了机动车辆2的电动车桥驱动装置1。电动车桥驱动装置1包括具有叠片式转子铁芯4、定子5和转子轴6的电机3。电机3的定子5通过具有弹簧和阻尼器的装配支承件7联接至机动车辆2的底盘8。转子轴6联接至变速器9，该变速器经由具有弹簧元件的变速器支承件10联接至车辆2。

电动车桥驱动装置1中噪声的主要原因之一通常是电机3中转矩不均匀性。电机3中转矩不均匀性取决于构造的类型，并且会受到电机3设计的影响。

然而，转矩不均匀性也可能是电机3致动的结果，例如，如果开关频率过低并且电机3中的漏感较小，则产生显著的谐波电流，这会引起转矩波动11，通常也被称为“转矩脉动”。

电机3的转矩不均匀性会导致噪声以多种不同方式产生。例如，转矩脉动11可以经由转子轴6到达变速器9，并且在此处产生变速器噪声。此外，转矩脉动11可以经由装配支承件7到达车辆2的底盘8(如果阻尼不足)，并且提供振动激励和相关联的噪声。此外，定子5的壳体12(如果尺寸不足)可以被旋转动力源激励成结构声12，然后该结构声可以采取空气载声的形式。

图2示出了已知转子，该转子具有转子轴6和叠片式转子铁芯4，该叠片式转子铁芯安装在转子轴6上以用于共同旋转。

图3和图4各自示出了根据本发明的具有转子轴6的转子，该转子轴包括沿转子轴6的纵向方向L延伸的中心孔14。在孔14内布置有结构吸声元件15，该结构吸声元件可以例如由泡沫金属、尤其是由泡沫铝生产。

图5示出了已知转子，该转子包括第一轴颈16、第二轴颈17、叠片式转子铁芯4(磁性相关区域)以及用于叠片式转子铁芯4的承载件18。承载件18沿转子的纵向方向L布置在第一轴颈16与第二轴颈17之间。此外，承载件18、第一轴颈16和第二轴颈17在它们之间界定了空腔19。此外，叠片式转子铁芯4安装在承载件18上以用于共同旋转。

图6和图7各自示出了根据本发明的转子，该转子具有与图5所示的转子相同的基本结构。然而，根据本发明，如图6和图7所示，结构吸声元件15布置在转子的空腔19内，使得元件15可以例如由泡沫金属、尤其是由泡沫铝生产。在这种情况下，结构吸声元件15可以完全填充空腔19。

图8和图9各自示出了根据本发明的转子，该转子具有转子轴6和叠片式转子铁芯4，该叠片式转子铁芯安装在转子轴6上以用于共同旋转。叠片式转子铁芯4包括沿周向方向分布的多个槽20，这些槽在轴向方向L上延伸穿过叠片式转子铁芯4的各个叠片。在这些槽20的每一个中布置有结构吸声元件15。元件15可以例如由泡沫金属、尤其是由泡沫铝生产。在图8和图9所示的示例性实施例中，槽20平行于转子轴6的纵向轴线L延伸。

图10示出了已知电机21的一部分，该电机具有一个转子轴6和两个滚子轴承22，图10中示出了其中一个滚子轴承。电机21进一步包括形成两个轴承座24的壳体23，图10中示出了其中一个轴承座。转子轴6可旋转地安装在两个滚子轴承22中，并且这两个轴承座24各自容纳滚子轴承22。

图11和图12各自示出了根据本发明的电机21的一部分，该电机具有与如图10所示的电机相同的基本结构。然而，根据本发明，由蜂窝状金属材料制成的结构吸声元件15布置在两个轴承座24的区域中(特别地，元件15可以围绕两个轴承座24模制)，使得元件15可以例如由泡沫金属、尤其是由泡沫铝生产。

图13示出了根据本发明的另一电机21。类似于如图11和图12所示，由蜂窝状金属材料制成的结构吸声元件15布置在两个轴承座24中每一个的区域中。此外，类似于如图6和图7所示，由蜂窝状金属材料制成的结构吸声元件15布置在多部分转子的空腔19内，该多部分转子包括第一轴颈16、第二轴颈17、叠片式转子铁芯4和用于叠片式转子铁芯4的承载件18。元件15可以例如由泡沫金属、尤其是由泡沫铝生产。根据如图13所示的示例性实施例，电机21进一步包括定子25和集成在电机中的变速器26，在该变速器内也可以布置由蜂窝状金属材料制成的结构吸声元件15。

图14示出了根据本发明的另一电机21。类似于如图3和图4所示，电机的转子具有转子轴6，该转子轴具有在转子轴6的纵向方向L上延伸的中心孔14。在孔14内布置有结构吸声元件15。类似于如图8和图9所示，转子的叠片式转子铁芯4包括在周向方向上分布的多个槽20，在这些槽20的每一个中布置有结构吸声元件15。元件15可以例如由泡沫金属、尤其是由泡沫铝生产。根据如图14所示的示例性实施例，电机21进一步包括液冷式壳体23、叠片式转子铁芯4的封闭件27、支承板28以及逆变器29。

上述附图所示的泡沫金属可以包括中空球形结构、尤其是填充有颗粒、例如填充有陶瓷颗粒的中空球形结构。

Claims (11)

1.一种用于电机(21)的转子，在该转子中布置有由蜂窝状金属材料制成的至少一个结构吸声元件(15)。

2.如权利要求1所述的转子，该转子包括具有孔(14)的转子轴(6)，该结构吸声元件(15)被布置在该转子轴(6)的孔(14)内。

3.如权利要求1或2所述的转子，该转子包括具有至少一个槽(20)的叠片式转子铁芯(4)，该结构吸声元件(15)被布置在该叠片式转子铁芯(4)的槽(20)中。

4.如前述权利要求之一所述的转子，该转子包括第一轴颈(16)、第二轴颈(17)、叠片式转子铁芯(4)和用于该叠片式转子铁芯(4)的承载件(18)，

-用于该叠片式转子铁芯(4)的承载件(18)被布置在该第一轴颈(16)与该第二轴颈(17)之间，

-该承载件(18)、该第一轴颈(16)和该第二轴颈(17)在它们之间界定了空腔(19)，并且

-该结构吸声元件(15)被布置在该空腔(19)内。

5.如权利要求1至4之一所述的转子，该蜂窝状金属材料是泡沫金属、尤其是泡沫铝。

6.如权利要求1至5之一所述的转子，该泡沫金属包括中空球形结构。

7.如权利要求1至6之一所述的转子，该泡沫金属包括填充有颗粒、尤其是填充有陶瓷颗粒的中空球形结构。

8.一种电机(21)，该电机包括转子轴(6)、两个滚子轴承(22)和用于该两个滚子轴承(22)中的每一个的轴承座(24)，该转子轴(6)可旋转地安装在该两个滚子轴承(22)中，并且在该两个轴承座(24)中至少一个的区域中布置有由蜂窝状金属材料制成的结构吸声元件(15)。

9.如权利要求8所述的电机，该蜂窝状金属材料是泡沫金属、尤其是泡沫铝。

10.如权利要求8或9所述的电机，该泡沫金属包括中空球形结构。

11.如权利要求8或9所述的电机，该泡沫金属包括填充有颗粒、尤其是填充有陶瓷颗粒的中空球形结构。

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