CN111795068A - 一种导电轴承 - Google Patents

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向科鹏
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Abstract

本发明提供了一种导电轴承以及采用这一导电轴承的永磁电机和交通工具，其中导电轴承包括：轴承内圈；轴承外圈；放置在所述轴承内圈和所述轴承外圈之间的滚珠；以及导电附件，所述导电附件导电地连接所述轴承外圈以及所述导电轴承所承载的转动轴。

Description

一种导电轴承
技术领域
本发明涉及轴承，更具体地，涉及一种导电轴承以及采用这一导电轴承的永磁电机和交通工具。
背景技术
随着新能源汽车的发展，电池技术越来越成熟以及充电装置越来越完善，纯电动汽车的使用量逐年上升。纯电动汽车有着污染空气小、噪音低、舒适度高的特点，在城市公交车中有着越来越多应用。
由于乘客对公交车的舒适度的要求越来越高，纯电动汽车没有了发动机，传动系统(包括电机、变速箱、后桥等)是主要的振动和噪音来源。所以，传动系统的NVH(噪声、振动与声振粗糙度)问题对于纯电动汽车舒适度来说关联密切，电机、变速箱、后桥的噪音和异响因而受到更多的关注。
在车辆运行过程中，永磁电机产生的轴电压可能会导致后桥轴承出现电腐蚀现象，造成车辆异响，影响车辆乘坐的舒适度。轴承电腐蚀的问题近些年来才得到商用车制造商的重视和关注。目前，各大轴承厂家在推广可导电轴承，但运用市场并不广泛，主要原因在于：结构复杂，在高速运转中不稳定；导电效果不理想等。
发明内容
提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
针对现有的导电轴承产品，本发明提供了一种结构简单，导电性能良好、可靠性高、安装方便的导电轴承。与现有技术中的方案相比，本发明提供了一种导电轴承，利用轴承上的导电附件将电机轴产生的放电电流直接引到机壳上，因而不会损伤轴承，从而解决了轴承电腐蚀的问题。同时，当选择具有导电性能好、耐磨、接触性好等特点的碳刷或其它材料作为导电附件可使得本发明的导电轴承在车辆全使用寿命周期中不需要更换维护，从而节约了维护成本，提高了经济效益。
根据本发明的一个实施例，提供了一种导电轴承，其中所述导电轴承包括：
轴承内圈；
轴承外圈；
放置在所述轴承内圈和所述轴承外圈之间的滚珠；以及
导电附件，所述导电附件导电地连接所述轴承外圈以及所述导电轴承所承载的转动轴。
根据本发明的一个方面，所述轴承外圈被成型为一侧向外延伸超出所述轴承内圈，随后沿径向向内延伸，并且所述导电附件被安装在所述轴承外圈的径向向内延伸部分的末端并且接触所述导电轴承所承载的转动轴。
根据本发明的又一方面，所述轴承外圈在整个周向都具有径向向内延伸部分。
根据本发明的又一方面，所述导电附件是导电环。
根据本发明的又一方面，所述导电附件是电刷。
根据本发明的又一方面，所述电刷是碳刷。
根据本发明的又一方面，所述碳刷是纤维碳刷。
根据本发明的又一方面，所述导电附件被成型为圆环或长条，并且一端导电地连接所述轴承外圈，另一端导电地连接所述导电轴承所承载的转动轴。
根据本发明的另一实施例，提供了一种永磁电机，其中承载所述电机的电机轴的轴承是本发明所提供的导电轴承。
根据本发明的又一实施例，提供了一种具有永磁电机的交通工具，其中承载所述交通工具的电机轴的轴承是本发明所提供的导电轴承。
以上描述了本发明的导电轴承，与现有的导电轴承相比，本发明至少具备以下的优点：
(1)通过本发明的轴承结构，轴电流将通过阻值最小的导电附件经由轴承外圈直接引导到机壳，由此避免了轴承损伤及电腐蚀现象；
(2)本发明的导电轴承在电动汽车的全寿命周期内不需要更换维护，节约了维护成本，提高了经济效益。
通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。
附图说明
为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。
图1是根据本发明的一个实施例的导电轴承的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明，本发明的特点将在以下的具体描述中得到进一步的显现。
纯电动汽车的传动系统通常由电机、变速箱、传动轴以及后桥主减组成。传动系统部件轴承多，所用每个轴承的品质也各有差异，这就导致电机轴放电电流会从阻值最小的轴承经过，从而导致轴承损坏。即便所有的轴承都采用绝缘轴承，但车辆经过长时间运行后，仍然会出现同样的现象。
如之前提到的，电机在运转过程中，电机轴会产生轴电压。这一轴电压会形成放电电流，放电电流的特点是会沿着阻值最小的路径形成回路。当电流足够大时，它可能会在轴承内圈和轴承外圈之间产生电弧，即放电加工(EDM)效应。这一放电电流的路径为：电机轴—轴承内圈－轴承外圈—机壳—车架—电机轴，从而形成回路。这一放电电流将会损坏轴承，使得轴承会形成搓衣纹状的电腐蚀现象，进而导致异响。
本发明的导电轴承避免了这一问题。图1是根据本发明的一个实施例的导电轴承的三维结构图。如图1中所示，导电轴承包括轴承外圈2、保持架3、滚珠4、轴承内圈6，轴承可被安装在轴承座1上。与普通轴承不同的是，本发明的导电轴承还包括导电附件5，用于将诸如电动汽车电机的电机轴之类的转轴上积累的电荷直接经由轴承外圈2引导的轴承座1，从而避免了在轴承的内圈和外圈之间产生放电现象，由此保护了轴承并且不会再使轴承出现电腐蚀现象。
图1中所示的结构是本发明的导电轴承的一个非限制性示例。在图1中，为了使导电附件5能够接触转轴，可将轴承外圈2成型为一侧向外延伸超出轴承内圈，随后沿径向向内延伸一定长度，并在顶端安装导电附件5。延伸部分的长度可被设计为恰好使得导电附件5稳定地接触轴承所承载的转轴。这一设计利用了轴承外圈本身的刚性，使其能够提供恰当的支撑力来保持导电附件5与转轴之间持续、牢固的接触。轴承外圈2和导电附件5之间可采用任何适当的方式固定，例如可通过机械连接方式或者粘合方式来连接。同时，轴承外圈2和导电附件5之间也始终保持电导通。作为一个示例，导电附件5可以是导电环或电刷。作为一个优选示例，导电附件5可以是碳刷。更进一步地，为了确保转轴产生的电荷能够经由导电附件5－轴承外圈这一路径引导到轴承座，可以选择阻值尽可能小的碳刷。作为一个示例，碳刷可以选用纤维材料制成的碳刷。这类纤维碳刷不仅具有阻值小的特性，还具有耐磨、接触性好等特点，尤其适合用于在保持与转轴接触的情况下的持续稳定接触。类似地，如果导电附件5是导电环的情况下，该导电环也可以选择与纤维碳刷相同的材料来制成。
在导电附件5是导电环的情况下，轴承外圈2可以在整个周向都具有径向向内延伸部分，即形成为一个整体，类似于一个中间开有圆环的盖子。在导电附件5是电刷(碳刷)的情况下，电刷的数量可以是一个或多个。例如，如果具有多个电刷，则这些电刷可在转动轴的周向上等间隔地分布。可以设想，在这种情况下，轴承外圈2既可以在整个周向都具有径向向内延伸部分，也可以仅在与电刷相对应处具有延伸部分。在这种情况下，每一个电刷可被安装在一个相应的延伸部分顶端。类似地，本领域技术人员还可以设想，本发明的目的是要将轴电流经由导电附件引导到轴承外圈和轴承座，因此导电附件5也可以通过其它形式连接转轴和轴承外圈，并不一定非得要利用轴承外圈成型为导电附件5的支撑件。例如，作为一个示例，轴承外圈可以保持与传统的轴承外圈的形状和结构不变，而将导电附件5成型为以上描述的轴承外圈的延伸部分，例如成型为一个圆环，或者一个或多个长条状元件，使其两端分别连接轴承外圈和转轴。
由于导电附件5的阻值非常小，通过在轴承外圈增加导电附件5，电机轴产生的电流路径可相应变为：电机轴—导电附件—轴承外圈－机壳—车架—电机轴。可以看到，这一电流路径中没有经过轴承内圈，而是直接经由导电附件和轴承外圈引到机壳上，因此不会在轴承内圈上积累电荷而导致放电电弧的产生，从而避免了损伤轴承，由此也解决了轴承的电腐蚀问题。此外，为了进一步确保电机轴产生的电流会沿着上述路径引导到机壳，轴承外圈的材料可以选用比传统的材质导电性能更好的材料，从而确保导电附件5与轴承外圈的组合具有最小的阻值。
电机轴的电腐蚀不仅导致噪音明显增大，同时还影响车辆的运行。为此，轴承不得不定期维护更换，维护成本增加。采用本发明的导电轴承结构，只要导电附件能够保持与电机轴和轴承外圈的良好接触，就能够始终起到上述技术效果。在这方面，碳刷或具有类似性质的导电附件本身除了阻值小，同时也具有导电性能好、耐磨、接触性好等特点，特别适合用作为本发明的导电轴承中的导电附件。在车辆全使用寿命周期中，导电附件都不会被磨损失效。由此，轴承不需要更换维护，节约了维护成本，带来了很高的经济效益。
此外，本领域技术人员能够理解，虽然以上是结合电动汽车领域进行的描述，但本发明的导电轴承并不仅仅可被应用于电动汽车上，任何具有因电机轴电压导致轴承产生电腐蚀问题的交通工具(诸如电气驱动的列车上)中都可以采用本发明的导电轴承。
以上所已经描述的内容包括所要求保护主题的各方面的示例。当然，出于描绘所要求保护主题的目的而描述每一个可以想到的组件或组件的组合是不可能的，但本领域内的普通技术人员应该认识到，所要求保护主题的许多进一步的组合和排列都是可能的。从而，所公开的主题旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变化。

Claims (10)

1.一种导电轴承，其特征在于，所述导电轴承包括：
轴承内圈(6)；
轴承外圈(2)；
放置在所述轴承内圈(6)和所述轴承外圈(2)之间的滚珠(4)；以及
导电附件(5)，所述导电附件(5)导电地连接所述轴承外圈(2)以及所述导电轴承所承载的转动轴。
2.如权利要求1所述的导电轴承，其特征在于，所述轴承外圈(2)被成型为一侧向外延伸超出所述轴承内圈(6)，随后沿径向向内延伸，并且所述导电附件(5)被安装在所述轴承外圈(2)的径向向内延伸部分的末端并且接触所述导电轴承所承载的转动轴。
3.如权利要求2所述的导电轴承，其特征在于，所述轴承外圈(2)在整个周向都具有径向向内延伸部分。
4.如权利要求1所述的导电轴承，其特征在于，所述导电附件(5)是导电环。
5.如权利要求1所述的导电轴承，其特征在于，所述导电附件(5)是电刷。
6.如权利要求5所述的导电轴承，其特征在于，所述电刷是碳刷。
7.如权利要求6所述的导电轴承，其特征在于，所述碳刷是纤维碳刷。
8.如权利要求1所述的导电轴承，其特征在于，所述导电附件(5)被成型为圆环或长条，并且一端导电地连接所述轴承外圈(2)，另一端导电地连接所述导电轴承所承载的转动轴。
9.一种永磁电机，其特征在于，承载所述永磁电机的电机轴的轴承是如权利要求1－8中的任意一项所述的导电轴承。
10.一种具有永磁电机的交通工具，其特征在于，承载所述交通工具的电机轴的轴承是如权利要求1－8中的任意一项所述的导电轴承。
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