CN112994331A - 包括弹性单元的旋转电机 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车辆的旋转电机，该电机(10)包括：定子(15)；围绕转子和所述定子的壳体(11)，所述转子绕轴线(X)旋转；和弹性单元(40)，其至少部分地由金属材料形成并包括凸台(44)，所述弹性单元沿径向方向设置在所述定子(15)和所述壳体(11)之间；其特征在于，至少一个凸台(44)相对于其他凸台在轴向方向上偏移。

Description

包括弹性单元的旋转电机

技术领域

发明涉及一种用于装备机动车辆的旋转电机的弹性单元，以及包括这种类型的弹性单元的旋转电机。本发明在交流发电机、交流发电机起动器和可逆电机领域中具有特别有利的应用。

背景技术

具有热力发动机的机动车辆装备有交流发电机，该交流发电机的目的是将从发动机获得的机械能转换为电能，特别是为车辆的电池充电并为车辆的车载网络供电。为此目的，交流发电机包括安装在旋转的轴上的转子和围绕转子的定子，该定子由壳体支撑。

当交流发电机操作时，转子会产生旋转磁场，该磁场作用在定子上并使其振动。取决于交流发电机的旋转速度，定子的振动会产生啸叫形式的磁噪声，从而引起听觉不适。

为了衰减磁噪声，尤其是从文献EP 1249064B1中已知，在定子和壳体元件之间插入用于阻尼振动的元件，例如缓冲器和树脂。该方法的缺点是将这种类型的阻尼元件放置到位需要大量时间。实际上，尤其是必须定位缓冲器，倒入树脂并等待其聚合。

从文献FR 3 069 724A1中已知的另一种解决方案包括在壳体和定子之间沿径向方向定位弹性单元，该弹性单元至少部分地由金属材料形成，并且被设计为在径向和切线方向具有用于过滤定子振动的刚度。弹性单元是置于旋转电机的转子和壳体之间的机械部件。因此，与树脂的情况不同，将其放置到位可以很快地实施，并且不需要任何等待时间。然而，该解决方案并不令人满意，因为它涉及在交流发电机的结构中发生定子倾斜的风险，从而在结构中产生磁力并产生大量噪声。

还已知文件DE 101 42 174A1，US 2019/199163A1，US 2013/093273A1，WO 2014/129062A1和EP 2081280A1示出了本发明的现有技术。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种用于阻尼旋转电机的振动的装置来解决上述问题，该装置既安装迅速，又消除了噪声问题。

为此，本发明的第一方面涉及一种用于机动车辆的旋转电机。该电机包括：

定子；

围绕转子和定子的壳体，转子绕轴线旋转；和

弹性单元，其至少部分地由金属材料形成并包括凸台，所述弹性单元沿径向方向设置在定子和壳体之间；

其特征在于，至少一个凸台相对于其他凸台在轴向方向上偏移。

在所有说明书和权利要求书中，相对于纵向轴线X定义术语“轴向”，“周向”，“径向”，“切向”，“内部”，“外部”及其派生词。

弹性单元是置于旋转电机的转子和壳体之间的机械部件。因此，与现有技术中使用的树脂的情况不同，将其放置到位可以快速实施，并且不需要任何等待时间。弹性单元使得可以在定子和壳体之间具有支撑，该支撑分布在两个轴向偏移的平面上，从而有助于改善定子在壳体中的保持。因此结构更加稳定。这种类型的弹性单元还可以使定子相对于转子的轴线获得改善的同轴定位，从而有助于改善电机的操作。最后，弹性单元可以过滤径向和切向方向的磁噪声。

根据本发明的一方面，所有凸台彼此相同。

凸台特别是在径向方向上延伸。

根据一个实施例，每个凸台在径向方向上的高度优选在0.5mm至30mm范围内。

根据一个实施例，每个凸台包括轴向延伸的支撑表面。

例如，弹性单元绕定子周向延伸。

根据本发明的一方面，所述凸台以在轴向方向上偏移的至少一个第一系列和一个第二系列分布。例如，凸台以三个系列分布，它们相对于彼此轴向偏移。根据另一示例，所述凸台以四个系列或更多系列分布，所述四个系列或更多个轴向相对于彼此偏移。根据另一示例，凸台以相对于彼此偏移的多个系列分布。

根据本发明的一个方面，所述凸台以周向偏移的至少一个第一系列和一个第二系列分布。

根据本发明的一方面，第一系列的凸台沿周向部分地面对第二系列的凸台。

根据本发明的一方面，垂直于转子的轴线的平面与第一系列的凸台和第二系列的凸台相交。

轴向和周向偏移的两个系列的凸台的构造，其中第一系列的凸台沿周向部分地面向第二系列的凸台，使得可以节省轴向方向上的空间，同时保持定子与壳体之间的支撑，该支撑分布在两个轴向偏移的平面上，从而可以保持定子并过滤噪音。

根据本发明的一个方面，第一系列的每个凸台在轴向方向上面向第二系列的凸台。

根据本发明的一个方面，第一系列的凸台与第二系列的凸台在周向上交替。

根据本发明的一个方面，第一系列的凸台与第二系列的凸台一个接一个地交替。

根据本发明的一个方面，第一系列中的凸台与第二系列中的凸台一样多。

根据一个实施例，弹性单元具有对称平面，所述对称平面包括旋转轴线。此外，弹性单元还可以具有垂直于旋转轴线延伸的第二对称平面。

根据一个实施例，弹性单元具有相对于轴线的横截面，该横截面是敞开的。在这种情况下，第一对称平面通过开口，特别是通过所述开口的圆周方向的中心。

根据一个实施例，弹性单元形成具有至少240°的角度的圆弧。

根据一个实施例，弹性单元包括朝向参考轴线定向的内表面和与内表面相对的外表面，该外表面和/或内表面设置有凸台。

根据一个实施例，弹性单元包括至少一个第一开口，该至少一个第一开口以与至少一个凸台相邻的方式设置。

例如，第一开口沿轴向方向延伸。作为变型，第一开口在周向方向上延伸。

例如，弹性单元包括布置在凸台的两侧的两个第一开口。

根据一个实施例，弹性单元包括多个第一开口，使得两个第一开口设置在每个凸台的两侧。

根据一个实施例，弹性单元包括设置在至少一个凸台上的至少一个开口，称为第二开口。

例如，第二开口沿轴向方向延伸。作为变型，第二开口在周向方向上延伸。

例如，弹性单元包括第二开口，该第二开口设置为将凸台分成优选地具有相同尺寸的两个部分。

根据一个实施例，弹性单元包括两个第二开口，其设置为将凸台分成优选具有相同尺寸的三个部分。

根据一个实施例，弹性单元包括多个第二开口，所述多个第二开口被设置为将每个凸台分成优选地具有相同尺寸的两个部分。

根据一个实施例，弹性单元包括多个第二开口，该多个第二开口被设置为将每个凸台分成优选地具有相同尺寸的三个部分。

根据一个实施例，弹性单元包括多个第二开口，所述多个第二开口被设置为将每个凸台分成优选地具有相同尺寸的多个部分。

根据一个实施例，弹性单元包括轴向面对至少一个凸台的开口，称为第三开口。

根据一个实施例，每个凸台与至少一个第三开口相关联。每个第三开口沿与相关联的凸台相同的方向延伸。

根据一个实施例，与第一系列的凸台相关联的第三开口轴向地设置在凸台的一侧，而与第二系列的凸台相关联的第三开口则设置在凸台的另一侧。第三开口相对于对称平面不对称。

例如，第三开口沿轴向方向延伸。作为变型，第三开口在周向方向上延伸。

根据一个实施例，弹性单元包括与第一和/或第二开口一样多的第三开口。

根据一个实施例，第一、第二和第三开口在周向方向上具有相同的尺寸。

当单元包括第一和/或第二开口时，这些第三开口使得可以便于弹性单元的滚动。没有这些第三开口，弹性单元的圆形度就不太好，这在组装过程中可能会成为障碍。

根据一个实施例，弹性单元在径向方向上的厚度在0.1mm至2mm范围内。

根据一个实施例，弹性单元在径向方向上的厚度在0.1mm至1mm范围内。

根据一个实施例，弹性单元在径向方向上的厚度在0.3mm至0.7mm范围内。

根据一个实施例，弹性单元由多层材料形成。“多层材料”是指弹性单元由一系列不同材料的层形成，这些层在径向方向上彼此相继。

例如，弹性单元由至少两种不同的材料形成。

例如，弹性单元由三种不同的材料形成。例如，弹性单元由一系列具有不同特性的不同材料的层形成。

例如，至少两个层包括不同的径向刚度。

例如，至少一个层由金属制成。

例如，至少一个层由有机化合物形成。

例如，由有机化合物形成的层具有比由金属材料形成的层更高的阻尼模量。

例如，在两个金属材料层之间包含一个阻尼材料层。

因此，弹性单元使得能够过滤和阻尼定子在径向方向上的振动。

根据一个实施例，定子包括沿第一长度轴向延伸的主体，弹性单元沿第二长度轴向延伸，该第二长度在第一长度的10％至120％范围内。

根据本发明的一方面，所有凸台均具有垂直于电机的旋转轴线的对称平面。

根据本发明的一个方面，每个凸台具有两个固定端。换句话说，每个端固定在弹性单元的其余部分上。没有一个凸台具有自由端，自由端的抗疲劳性和/或精度较低。

根据本发明的一方面，电机包括多个如前所述的弹性单元。这些弹性单元可以全部相同。作为变型，弹性单元可以是不同的。这允许振动的多样化过滤，这在电机的某些构造中可能是有利的。

这些弹性单元可以彼此隔开。至少一些弹性单元可以是邻接的。单元的多重性允许力的良好分配，尤其是在电机组装期间。

根据本发明的一方面，电机包括两个弹性单元。

根据一个实施例，壳体包括被称为“前轴承”的第一轴承和被称为“后轴承”的第二轴承，弹性单元将定子机械地连接至前轴承，前轴承与最靠近旋转电机的驱动单元的轴承相对应。

附图说明

通过阅读以下说明并查看随附的附图，将会更好地理解本发明及其不同的应用，在附图中：

图1是根据本发明实施例的交流发电机的纵向截面示意图；

图2A为装备图1中的交流发电机的弹性单元的第一示例的立体示意图；

图2B为装备图1中的交流发电机的弹性单元的第二示例的透视示意图；

图3是图2a和2b中的弹性单元的凸台的放大图；

图4A示出了图3中的凸台的第一变型实施例；

图4B示出了图3中的凸台的第二变型实施例；

图5示出了图3中的凸台的第三变型实施例；

图6是根据本发明的弹性单元的第三实施例在滚动之前的透视图；和

图7示出了图3中的凸台的第四变型实施例。

具体实施方式

仅通过本发明的非限制性说明来提供附图。

为了更加清楚，在所有附图中相同或相似的元件具有相同的附图标记。

具有热力发动机的机动车辆装备有旋转电机，例如交流发电机或交流发电机-起动器，该旋转电机被构造为将从热力发动机获得的机械能转换为电能，特别是为车辆的电池充电并为车辆的车载网络供电。

交流发电机-起动器是可逆的交流发电机，即，它还具有一种操作模式，在该操作模式中，它将电能转换为机械能，以便特别是起动机动车辆的热力发动机。在这种情况下，旋转电机用作电马达。

现在将参照图1描述根据本发明的交流发电机10的实施例。交流发电机10包括：转子12，其一体旋转地装配在轴13上；以及定子15，其围绕转子12。转子12和定子15设置在壳体11的内部，该壳体11包括前轴承16和后轴承17。

轴13沿着纵向轴线X延伸，并且由马达经由包括带轮20的运动传递装置旋转，带轮20固定在轴13的前端上。轴13的纵向轴线X形成转子12的旋转轴线。

在所有说明书和权利要求书中，相对于纵向轴线X定义术语“轴向”，“周向”，“径向”，“切向”，“内部”，“外部”及其派生词。

定子15包括由堆叠的金属板形成的主体27，每个金属板具有大致环形的形式。在每个金属板的内周设有凹口。堆叠的金属板中的凹口形成凹槽，导电线缠绕在凹槽中，从而形成电枢线圈28。线圈28限定电相，每个相包括至少一个线圈。线圈28形成轴向设置在定子15的主体27的两侧上的前髻状部29和后髻状部30。

定子15的主体27具有大致环形的圆柱形式，其由面对前轴承16设置的前部面、面对后轴承17设置的后部面、内圆柱表面和外圆柱表面界定。定子15的主体27的前部面和后部面相对于纵向轴线X横向。

转子12包括两个磁轮31，每个磁轮包括相对于纵向轴线X横向地设置的法兰32，并且设有在法兰的外围上轴向延伸的爪33。磁轮31中的一个的爪33相对于另一个磁轮31的爪33在角度上偏移，使得两个磁轮31的爪43彼此交替地穿入。圆柱芯34轴向地插置在磁轮31的法兰32之间。在这种情况下，芯34由两个半芯组成，每个半芯均属于法兰32中的一个。该芯30在其外周上支撑激励线圈35，该激励线圈35缠绕在沿径向插置在芯34与激励线圈31之间的绝缘体32中。

轴承16、17每个都配备有球轴承18、19，用于使轴13旋转安装。后轴承17配备有设有电刷23的电刷架24，电刷设计成在集电环21上摩擦，集电环21电连接到转子2的激励线圈35。激励线圈35因此可以被提供有从电压调节器获得的激励电流。集电环21设置在轴13的后端。

通过分别设置在转子12的前部面和后部面上的两个风扇25、26产生的空气的流通来确保交流发电机10的冷却。

交流发电机10包括弹性单元40，其布置在定子15和壳体11之间。根据图1中的实施例，弹性单元40设置在定子15和单个轴承之间，在这种情况下是前轴承16之间，以便于组装。根据其他实施例，弹性单元可以将定子机械地连接到后轴承，或者一次连接到两个轴承。弹性单元40被设计成当交流发电机10操作时，过滤定子15的振动，该振动源自发电机10中存在的电磁力。因此，弹性单元40限制了定子15的振动向交流发电机10的壳体11的传播，从而减小了交流发电机10的磁噪声。

弹性单元40例如呈公差环(tolerance ring)的形式，如图2A和2B所示。在这些情况下，弹性单元40安装在定子15的主体27的外圆柱表面周围。弹性单元40包括内表面41和与内表面41相对的外表面42，该内表面41面向定子15的主体27的外圆柱表面设置并优选与之接触。

如图2A和2B所示，弹性单元40包括在外表面42的外部径向延伸的凸台44。相反，内表面41设置有凹陷45，凹陷45的形状与凸台44互补。凸台44用作定子15和壳体11之间的弹性元件。在图3中可以更好地看到弹性单元40的凸台44。

根据另一个实施例，凸台可以倒置，即设置在内周表面41上。

根据图2A所示的实施例，凸台44以在轴向方向上偏移的第一系列46和第二系列49分布，第一系列的每个凸台在轴向方向上面向第二系列的凸台。在该构造中，第一系列46中的凸台44与第二系列49中的凸台44一样多。

根据图2B所示的另一实施例，凸台44以轴向和周向偏移的第一系列46和第二系列49分布。第一系列46的凸台44沿周向部分地面对第二系列49的凸台44。垂直于转子的轴线X的平面与第一系列46的凸台44和第二系列49的凸台44相交。第一系列46的凸台44与第二系列49的凸台44在周向上交替。特别地，在该实施例中，第一系列46的凸台44与第二系列49的凸台44一个接一个地交替。两个系列的凸台44的这种构造使得可以节省轴向空间，同时具有对定子15的良好保持力和滤除的噪声。

当定子15被组装在壳体11中时，弹性单元40的凸台44至少部分地变形，以便在定子15和壳体11上施加径向力，以防止定子15相对于壳体11轴向和/或径向和/或旋转地移动。因此，弹性单元40的凸台44使得可以将定子15保持在壳体11中的适当位置。

弹性单元40沿着总长度LT延伸，该总长度优选地被包含在定子15的主体27的长度LS的10％和120％范围内。因此，弹性单元可以沿着比定子主体的轴向长度短的轴向长度延伸，或者作为变型，它可以沿着比定子主体的长度长的长度延伸。弹性单元40在径向方向上具有厚度E，其优选地在0.1mm和1mm范围内。

每个凸台44包括支撑表面47，如果凸台设置在弹性单元的外周面上，则该支撑表面47设置成与壳体11接触；如果凸台设置在所述单元的内周面上，则支撑表面47与定子的本体27接触。根据变形实施例，弹性单元可包括分别位于所述单元的内部面和外部面上的凸台。凸台在一个面或另一个面上的布置可以取决于交流发电机的组装方法，因为特别是在将定子组装在壳体中的过程中，支撑表面47与可动部件(壳体或定子)接触。因此，在定子和壳体之间的组装之前，弹性单元特别地安装在该组装期间不可移动的部件上。

每个凸台44的支撑表面47沿长度L轴向延伸，该长度L优选地包含在定子15的主体27的长度LS的20％至110％范围内。每个凸起部44具有在内表面41和支撑表面27之间沿径向方向考虑的高度H，其优选地在0.5mm和30mm范围内。另外，每个凸台44具有例如在圆周方向上的宽度，该宽度优选地被包含在0.2mm和30mm范围内。

例如，单个弹性单元40的凸台沿所述单元的圆周全都是相同的。再例如，凸台可以沿着弹性单元的圆周规则地分布，或者不规则地分布。例如，多个凸台构成的组可以相对于彼此规则地分布。

弹性单元40相对于轴线X具有敞开的横截面。换句话说，弹性单元40不是闭合的环。优选地，弹性单元40使得其覆盖至少240°的角度，这使得可以确保定子15相对于壳体11的居中。

弹性单元40可以由金属制成，例如钢或铝。使用金属的优点在于在定子15和壳体11之间获得良好的热传导，以便散发由于在定子中感应出的电流的产生而产生的热量。

根据变形实施例，弹性单元40可包括设置在每个凸台44的两侧的第一开口48。作为变型，弹性单元40可针对每个凸台44包括第二开口52，第二开口52例如设置在凸台的中间。

根据另一种变型，凸台44可以由被第一开口和/或第二开口隔开的多个条形成。

如图4A所示，第一开口48可以轴向延伸，或者如图5所示，第一开口可以切向延伸。可选地，每个凸台44可包括第二开口52，如图4B所示，该第二开口52被制造成将凸台44分成优选地具有相同的尺寸的两个部分。弹性单元40包括的不同的开口以及它们的尺寸被设计为调节凸台44的刚度，特别是在径向方向上的刚度，使得弹性单元40足够刚性以将定子15保持在壳体11中的适当位置，同时足够柔性以过滤振动。

根据变型实施例，弹性单元40可以包括第三开口51，其轴向面对每个凸台44设置。图6示出了根据本发明的弹性单元的第三实施例的在滚动之前的透视图。在该示例中，弹性单元40可包括与凸台所包括的第一开口48和第二开口52一样多的轴向面对凸台的第三开口51。在所示的示例中，第一、第二和第三开口在周向方向上具有相同的尺寸。

当弹性单元包括第一开口48和/或第二开口52时，这些第三开口51使得可以便于弹性单元的滚动。如果没有第三开口51，则弹性单元的圆形度将变差；这可能是组装过程中的障碍。

根据变型实施例，弹性单元40可由多层材料60形成。“多层材料”是指弹性单元由一系列不同材料的层形成，这些层在径向方向上彼此相继。在图7所示的示例中，弹性单元包括凸台44，并且由三个层61、62、61形成。上层61和下层61由金属材料形成，中间层62由有机化合物形成。

金属层可以由钢，铝，铜，黄铜或其他材料制成。中间层可以由橡胶，聚合物泡沫或其他材料制成。

由有机化合物形成的中间层的阻尼模量高于由金属材料形成的两层的阻尼模量。因此，弹性单元使得能够过滤和阻尼定子在径向方向上的振动。

将理解的是，本发明不限于参考附图描述的实施例，并且可以设想变型而不脱离本发明的上下文。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的旋转电机，该电机(10)包括：

定子(15)；

围绕转子和所述定子的壳体(11)，所述转子绕轴线(X)旋转；和

弹性单元(40)，其至少部分地由金属材料形成并包括凸台(44)，所述弹性单元沿径向方向设置在所述定子(15)和所述壳体(11)之间；

其特征在于，至少一个凸台(44)相对于其他凸台在轴向方向上偏移。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述凸台以在轴向方向上偏移的至少一个第一系列(46)和一个第二系列(49)分布。

3.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述凸台以在周向上偏移的至少一个第一系列(46)和一个第二系列(49)分布。

4.根据从属于权利要求2时的权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，所述第一系列(46)的凸台沿周向部分地面对所述第二系列(49)的凸台。

5.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述第一系列(46)的凸台(44)在轴向方向上面对所述第二系列(49)的凸台。

6.根据权利要求3或4所述的旋转电机，其特征在于，所述第一系列(46)的凸台(44)与所述第二系列(49)的凸台(44)在周向上交替。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，所述第一系列(46)的凸台(44)与所述第二系列(49)的凸台一个接一个地交替。

8.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述弹性单元(40)包括与至少一个凸台(44)相邻设置的至少一个第一开口(48)，并且所述弹性单元(40)包括多个第一开口(48)，使得在每个凸台(44)的两侧上设置两个第一开口。

9.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述弹性单元(40)包括设置在至少一个凸台(44)上的至少一个开口，称为第二开口(52)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述弹性单元(40)包括轴向面对至少一个凸台的至少一个开口(51)，称为第三开口(51)。

11.根据权利要求10所述的旋转电机，其特征在于，所述弹性单元(40)包括与所述第一开口(48)和/或所述第二开口(52)一样多的第三开口(51)。

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