CN112018937A - 电机轴向预紧力的调节机构以及电机 - Google Patents

Abstract

涉及电机技术，本申请提供了一种电机轴向预紧力的调节机构以及电机，调节机构设置于电机主轴的端部，所述调节机构包括永磁盘以及电磁件，所述永磁盘固定于所述主轴，所述电磁件对应所述永磁盘固定于所述电机，通过调节所述电磁件对所述永磁盘输出的电磁作用力，调节所述主轴的轴向预紧力。本申请实施例通过电磁力预紧，而不需要机械结构上的接触，对轴向装配精度的要求相对较低，可以放大零部件的轴向尺寸公差，降低加工难度。

Description

电机轴向预紧力的调节机构以及电机

技术领域

本申请涉及电机技术，尤其涉及一种电机轴向预紧力的调节机构以及电机。

背景技术

在电机的安装结构中，为了防止电机卡死，同时也是为了抵消掉零件的加工误差和轴向的安装误差，轴向的安装尺寸会保留几个毫米的间隙，这时候需要在主轴4的端部配置波形垫圈9，如图1所示，波形垫圈9的主要作用是提供预紧力，防止电机运转时发生轴向窜动，产生噪音，同时给轴承室21内轴承5预加轴向载荷，提高轴承刚性，防止电机发生共振，轴承打滑。

但是，波形垫圈9为机械加工部件，难免存在误差，而在轴向间隙过大或过小时，不可避免的存在主轴松动或卡死的风险，或者因为长时间的工作和轴向力过大而失效的风险。同时波形垫圈的放置位置与电机轴向力的方向有关，在电机方案采用斜槽或者斜极时，或者电机水平安装和竖直安装时，波形垫圈需要根据需要放置在前端或者后端，对电机的装配工艺产生影响。

发明内容

为了解决现有技术弹力垫圈中的预应力效果不佳问题，本申请提供了一种电机轴向预紧力的调节机构以及电机。

第一方面，本申请提供了一种电机轴向预紧力的调节机构，设置于电机主轴的端部，其特征在于，所述调节机构包括永磁盘以及电磁件，所述永磁盘固定于所述主轴，所述电磁件对应所述永磁盘固定于所述电机，通过调节所述电磁件对所述永磁盘输出的电磁作用力，调节所述主轴的轴向预紧力。

本申请一实施例中，还具有一个隔磁件，设置于所述永磁盘远离所述电磁件的一侧。

本申请一实施例中，所述隔磁件为磁屏蔽材料或反磁材料。

本申请一实施例中，所述隔磁件固定于所述主轴的轴肩台阶与一个装配式卡紧件之间。

本申请一实施例中，所述隔磁件与所述永磁盘粘接固定，或者所述隔磁件与所述永磁盘一体成型。

本申请一实施例中，所述调节机构设置于所述电机的端盖轴承室内，所述端盖轴承室内表面设置有绝缘层。

本申请一实施例中，所述端盖轴承室内表面还设置有隔磁层。

本申请一实施例中，所述永磁盘具有第一磁作用面，所述电磁件具有第二磁作用面，所述第一磁作用面与所述第二磁作用面之间进行电磁作用；所述永磁盘注塑密封除所述第一磁作用面外的其他面，以及/或者，所述电磁件注塑密封除所述第二磁作用面外的其他面。

本申请一实施例中，所述永磁盘以及所述电磁件均为圆环状，以供所述主轴穿过。

本申请一实施例中，所述电磁件包括铁芯以及线圈，所述线圈绕设在所述铁芯。

第二方面，本申请提供了一种电机，包括转子、定子、主轴以及如前任一项所述的电机轴向预紧力的调节机构。

本申请一实施例中，所述主轴在一个端部配置有一个所述电机轴向预紧力的调节机构，或者所述主轴在两个端部分别配置有一个所述电机轴向预紧力的调节机构。

本申请实施例提供的电机轴向预紧力的调节机构，针对现有技术中的问题，本申请对电机的轴向结构进行设计，在轴向安装永磁体做成的永磁盘，安装在主轴上，在电机对应位置安装电磁件，通入电流后，电磁件会产生磁性，与永磁盘之间产生电磁力，实现波形垫圈类似的预紧力，电磁盘的引出线与电机控制器相连；通过设置控制器的参数实现对输入电流的大小和方向的控制，根据电机实现运转状况，调节预紧力的大小和方向。本申请采用电磁力替代机械力实现轴向预紧，避免了物理结构上的干涉；同时因为取消了结构上的安装，可以留出更大的轴向间隙，减小对加工精度和安装精度的要求，降低成本；再者，因为电磁力的方向可调，在电机轴向力的方向改变时，预紧结构的位置无需调整，只需改变电流的方向，避免了电机工艺的变更，同时可以避免波形垫圈因长期负载使用而失效。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1现有电机的轴向预紧结构示意图；

图2本发明实施例的轴向预紧结构示意图；

图3本发明实施例的另一种轴向预紧结构示意图；

图4本发明实施例的隔磁板和永磁盘粘结结构示意图；

图5本发明实施例的永磁盘和隔磁板整体结构示意图；

图6本发明实施例的电磁盘组装步骤示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为解决现有技术弹力垫圈中的预应力效果不佳问题，本申请人发现，可以采用有源主控的磁控技术应用在主轴的轴向预紧力调节，也就是将可控的电磁发生装置配置在主轴端部，对应地在主轴上配置一个能与之相互磁作用的永磁件，如此，可以利用能改变磁场方向与大小的电磁铁，作用于主轴上的永磁件以此来调节主轴的轴向预紧力。从而可以达成稳定的轴向预紧力，以及可根据需要进行灵活地调节的轴向预紧力。

图2本发明实施例的轴向预紧结构示意图，图3本发明实施例的另一种轴向预紧结构示意图；第一方面，本申请实施例提供一种电机轴向预紧力的调节机构，设置于电机主轴4的端部，所述调节机构主要包括永磁盘6以及电磁件7，所述永磁盘6固定于所述主轴4，所述电磁件7对应所述永磁盘6固定于所述电机，通过调节所述电磁件7对所述永磁盘6输出的电磁作用力，调节所述主轴4的轴向预紧力。

本申请实施例提供的电机轴向预紧力的调节机构，针对现有技术中的问题，本申请对电机的轴向结构进行设计，在轴向安装永磁体做成的永磁盘，安装在主轴上，在电机对应位置安装电磁件，通入电流后，电磁件会产生磁性，与永磁盘之间产生电磁力，实现波形垫圈类似的预紧力，电磁盘的引出线与电机控制器相连；通过设置控制器的参数实现对输入电流的大小和方向的控制，根据电机实现运转状况，调节预紧力的大小和方向。本申请采用电磁力替代机械力实现轴向预紧，避免了物理结构上的干涉；同时因为取消了结构上的安装，可以留出更大的轴向间隙，减小对加工精度和安装精度的要求，降低成本；再者，因为电磁力的方向可调，在电机轴向力的方向改变时，预紧结构的位置无需调整，只需改变电流的方向，避免了电机工艺的变更，同时可以避免波形垫圈因长期负载使用而失效。

图4本发明实施例的隔磁板和永磁盘粘结结构示意图，图5本发明实施例的永磁盘和隔磁板整体结构示意图；本申请实施例中，永磁盘6包括永磁件61以及隔磁件62，设置于所述永磁盘6远离所述电磁件7的一侧。所述隔磁件62为磁屏蔽材料或反磁材料。所述隔磁件62固定于所述主轴4的轴肩台阶41与一个装配式卡紧件42之间。所述隔磁件62可以与所述永磁件61粘接固定，或者所述隔磁件62与所述永磁件61一体成型。装配式卡紧件42可以采用图2示意的卡簧，或图3所示意的轴向卡紧环。两种方式均可以在轴向上卡紧固定永磁盘6。

本申请实施例中，所述调节机构设置于所述电机的端盖轴承室21内，所述端盖轴承室21内表面设置有绝缘层81。本申请实施例中，所述端盖轴承室21内表面还设置有隔磁层82。绝缘材料可采用酚醛树脂、环氧树脂和BMC注塑料等绝缘性材料。隔磁件62与隔磁层82可以组合成一个磁屏蔽盒形状，以便于避免轴向预紧结构与电机主磁场相互影响。

本发明实施例隔磁板是为了防止永磁体的磁场对电机磁场造成影响，可采用反磁性材料，如铜、金、银等，最常用的是铜。轴承配合的轴承室位置增加采用隔磁材料(铜材质)做成的套筒，套筒与端盖轴承室之间采用绝缘材料灌封配合，增加电气绝缘。隔磁板和套筒(隔磁材料)构成封闭环境，避免影响电机主磁场。

本申请实施例中，所述永磁盘6具有第一磁作用面，所述电磁件7具有第二磁作用面，所述第一磁作用面与所述第二磁作用面之间进行电磁作用；所述永磁盘6注塑密封除所述第一磁作用面外的其他面，以及/或者，所述电磁件7注塑密封除所述第二磁作用面外的其他面，如图6中所示意的塑封层74。

本申请实施例中，所述永磁盘6以及所述电磁件7均为圆环状，以供所述主轴4穿过。

本申请实施例中，所述电磁件7包括铁芯71以及线圈72，所述线圈72绕设在所述铁芯71。

本申请实施例另一方面，提供一种电机，包括转子3、定子1、主轴4以及如前任一项所述的电机轴向预紧力的调节机构。

本申请实施例中，所述主轴4在一个端部配置有一个所述电机轴向预紧力的调节机构，或者所述主轴4在两个端部分别配置有一个所述电机轴向预紧力的调节机构。永磁盘(和隔磁板)可以位于轴承的左侧或者右侧，永磁盘+电磁盘的结构可以位于电机前后两端或者两端同时布置。

以下结合具体实施例示例性说明如下：

在现有的电机结构中，为了防止电机在运转过程中轴向窜动，在轴端部增加波形垫圈，一般电机的轴向间隙要小于波垫的自有高度，波垫处于压缩状态，通过波垫的弹力预紧力来压紧转子，预紧力的公式如下：

F＝Kx

其中，K为波垫的弹性系数，x为波垫的压缩量。

根据以上分析，为了实现波垫的压紧，电机的轴向间隙需要比较小，考虑到各个零部件之间的装配误差，对每个零部件的加工精度有一定要求。

本发明中，用电磁力来替代轴向压紧的机械力，电磁件7线圈产生的电磁力的公式如下：

F＝Ni

其中，N为线圈匝数，i为电流大小。

电磁件7线圈的电磁力与永磁盘6的磁力作用产生排斥预紧力，通过改变电流的大小来改变预紧力，根据电机轴向力的方向不同可以改变电流的方向，实现吸引预紧力。预紧力的大小和方向可控调节，可以实现物料和装配工艺的统一。同时电磁力预紧不需要机械结构上的接触，对轴向装配精度的要求相对较低，可以放大零部件的轴向尺寸公差，降低加工难度。

本发明的轴向预紧机构由隔磁板62、永磁盘6、电磁件7组成，永磁盘6安装在后轴端轴承外侧，电磁盘安装在后轴端轴承室底部，电磁盘的内部线圈转接引出线在电机内部走线，与电机的其它控制线束一起连接到控制器端，具体的结构示意图如图2所示；

永磁盘6是采用高磁性的永磁材料做成，可产生较大的磁力，永磁体的磁性和厚度尺寸根据电机所需的最大预紧力来确定，永磁盘6整体结构为圆环形，内环可穿过转子轴。永磁盘6和轴承6之间增加隔磁材料做成的隔磁板62，隔磁板62整体为与永磁盘6相同的圆环形结构；两者可以分开安装，也可以做成一体，可以通过胶粘的方式的连接，粘结后成为一个整体，如图4和5所示。永磁盘和隔磁板的前轴端用轴肩台阶41限位固定，后轴端可以加工凹槽，用卡簧固定限位，也可以在轴上加工螺纹，用轴向锁紧环锁死，两种安装结构如图2和图3所示；

电磁件7的电磁盘是由线圈绕制而成，根据仿真或者实测确定电机运转过程的最大轴向力，根据电磁力公式和控制器电流限制，确定线圈的线径和匝数。块状凹槽形铁芯作为电磁盘的基体，线圈沿着凹槽绕制在铁芯上，线圈的两端引线与转接线束焊接在一起引出，保证引出线的强度。为了保护线圈，线圈和铁芯的外部用塑封料整体密封，仅通过转接线与外界通信，其结构如图6所示。电磁盘由控制器输入电流，产生电磁力，电磁盘通过过盈配合的方式固定在轴承室底部，也可以通过预留螺钉孔，用螺钉孔固定。端盖轴承室在生产过程中通过灌封的方式生产绝缘层，也可以做成轴套的结构，在电机装配的过程中装入轴承室，起到电气绝缘的作用，同时可以隔绝磁场；

另一方面，本领域技术人员可以理解的是，还可以根据需要依据本申请给出的精神进行如下几方面扩展：

根据电机安装尺寸和轴径，设计隔磁板、永磁盘和电磁盘的尺寸；

根据电机轴向力的大小，合理设计永磁体的尺寸和材质；

根据电机轴向力的大小，合理设计电磁盘的线圈线径、匝数和电流参数；

设计注塑模具，将电磁盘进行注塑密封；

按照电机的结构，完成轴向零部件的安装。

本申请实施例中，永磁盘和电磁盘在轴向上同心安装，由于预紧力是磁力相互作用，不存在物理结构上的直接接触，轴向上的装配公差要求相对降低。通过控制器输入电流到电磁盘的线圈，产生电磁力，与永磁盘的磁体磁力相互作用，对电机产生轴向排斥预紧力。控制器可以根据电机方案和运行工况，调节电流的大小，进而调节电磁预紧力。根据电机的实际使用工况，电机有水平安装和竖直安装、电机方案不同(定子斜槽方向和转子斜极方向)，电机的轴向力方向有变化的情况，波垫预紧方式只能通过压缩来产生预紧力，此时需要根据力的方向来调整波垫的安装位置，而此发明只需要改变输入电流的方向，可以实现预紧力的可控调节。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种电机轴向预紧力的调节机构，设置于电机主轴(4)的端部，其特征在于，所述调节机构包括永磁盘(6)以及电磁件(7)，所述永磁盘(6)固定于所述主轴(4)，所述电磁件(7)对应所述永磁盘(6)固定于所述电机，通过调节所述电磁件(7)对所述永磁盘(6)输出的电磁作用力，调节所述主轴(4)的轴向预紧力。

2.如权利要求1所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，还具有一个隔磁件(62)，设置于所述永磁盘(6)远离所述电磁件(7)的一侧。

3.如权利要求2所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述隔磁件(62)为磁屏蔽材料或反磁材料。

4.如权利要求2所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述隔磁件(62)固定于所述主轴(4)的轴肩台阶(41)与一个装配式卡紧件(42)之间。

5.如权利要求2所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述隔磁件(62)与所述永磁盘(6)粘接固定，或者所述隔磁件(62)与所述永磁盘(6)一体成型。

6.如权利要求1所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述调节机构设置于所述电机的端盖轴承室(21)内，所述端盖轴承室(21)内表面设置有绝缘层(81)。

7.如权利要求6所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述端盖轴承室(21)内表面还设置有隔磁层(82)。

8.如权利要求1所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述永磁盘(6)具有第一磁作用面，所述电磁件(7)具有第二磁作用面，所述第一磁作用面与所述第二磁作用面之间进行电磁作用；所述永磁盘(6)注塑密封除所述第一磁作用面外的其他面，以及/或者，所述电磁件(7)注塑密封除所述第二磁作用面外的其他面。

9.如权利要求1至8任一项所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述永磁盘(6)以及所述电磁件(7)均为圆环状，以供所述主轴(4)穿过。

10.如权利要求1至8任一项所述的电机轴向预紧力的调节机构，其特征在于，所述电磁件(7)包括铁芯(71)以及线圈(72)，所述线圈(72)绕设在所述铁芯(71)。

11.一种电机，其特征在于，包括转子(3)、定子(1)、主轴(4)以及如权利要求1至10任一项所述的电机轴向预紧力的调节机构。

12.如权利要求11所述的电机，其特征在于，所述主轴(4)在一个端部配置有一个所述电机轴向预紧力的调节机构，或者所述主轴(4)在两个端部分别配置有一个所述电机轴向预紧力的调节机构。

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