CN113364222A - 接地装置、电机及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接地装置、电机及车辆，其中，所述接地装置包括导电棒、伸缩件、壳体和密封件。当电机的转子为工作状态时，转子切割磁场产生的共模干扰电流，依次经转子的一端、导电棒、伸缩件和壳体引流至电机外壳中，以滤除对应的共模电压。则本发明不仅能将共模干扰电流引出，降低共模电压，改善轴电损伤，且转子的一端、壳体和密封件形成的密闭空间还能够作为粉尘回收装置，避免导电棒经磨损而产生的粉尘造成电机腔体的电污染，降低电机设计中对爬电距离和绝缘强度的要求，提高电机的可靠性。同时，也降低了电机的制备成本，使电机整体实现小型化，且对装配顺序和工艺不提出额外要求，灵活性高，而且接地装置拆装操作较为简单，便于后期维护。

Description

接地装置、电机及车辆

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，特别涉及一种接地装置、电机及车辆。

背景技术

车载“三合一”电驱动桥广泛适用于混合动力电动车辆以及电池电动车辆。车载“三合一”电驱动桥包括主驱动电机、电机控制器和减速器。其中，电机控制器为主驱动电机提供信号和能量输入，主驱动电机将电能转化为机械能，为车辆提供动力，再通过减速器将电机的转速降低，同时将主驱动电机的输出扭矩放大，实现减速增扭的作用，使车辆能够在一定转速范围内和一定驱动力下运行。

其中，图1为车载“三合一”电驱动桥中电机控制器与主驱动电机的连接示意图。图1中使用逆变器101作为电机控制器，主驱动电机102为永磁同步电机。逆变器101向每个相输出脉冲宽度调制电压，主驱动电机102在任一固定时刻UVW三相的相电压矢量和U_M不为零(如图2所示)。然而，这一不为零的电压特性会使得主驱动电机中定子产生的磁场失衡，再加上主驱动电机中各配件(如硅钢片、磁钢、转轴等)不可避免的存在加工和装配偏差，极易产生偏磁现象。因此，主驱动电机中的转子在转动过程中会由于切割此不平衡的磁场而产生对地的电动势，即共模电压。共模电压会积累于电机轴承的内外圈及滚子间，使内外圈和滚子发生容性充放电。当产生的电势差过大时，轴承处的电容会发生漏电流或满充后的电火花放电，由此损伤轴承滚道和滚子，同时还会带来异常的振动，从而降低整个系统的寿命。

此外，除了永磁同步电机，在感应电机、开关磁阻电机等受脉宽调制控制的电机类型中，无论是三相式，还是六相式等其他连接方式，均会产生上述的轴电问题，从而会对整个系统造成较大的损伤。

又因为系统中的开关频率极高(大于等于10kHz)，则这种轴电损伤的累积便更为迅速。因此，为缓解该损伤，现常用的解决方案有如下几种：

第一种，降低脉冲宽度调制开关频率，以减少一段时间内轴电发生的次数。但会导致噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness，NVH)劣化。

第二种，使用绝缘轴承套/轴承座，或陶瓷滚子轴承，以隔绝轴电的通路。但成本非常高，且轴承强度会降低。

第三种，使用导电油脂，相当于在轴承内外圈和滚子形成的电容两端并联一个大电阻。因为导电润滑脂的导电程度是相对于绝缘的硅油而言，其绝对电导率不甚理想，不过这种方式对于低频分量和直流信号有一定降低作用，但在车载电机常见的高频场景中作用微弱。

第四种，使用与主承载轴承同轴的接地轴承、使轴直接接地。不过该方案与第三种方案一样，在车载电机常见的高频场景中效果不佳，且此接地轴承替换维修困难。

第五种，使用一端接地的电刷(一般为碳刷、银碳刷或铜碳刷)与轴进行径向接触，使其接地，相当于在前述电容两端并联一个很小的电阻，可以起到很好的接地作用。但是，三合一电驱动桥的设计极为紧凑和小型化，加之“碳刷不可在带油环境中使用”的特性以及整个产品的装配工艺和顺序等因素，均约束了接地碳刷在系统内所能处于的位置。此外，碳刷直接与高速运转的金属接触，磨损严重，全寿命中一般有整根碳棒的1/3化作粉尘飘散于电机空间内，造成电污染，给绝缘强度带来极大挑战。

因此，需要一种新的接地装置来解决上述的至少部分问题，以有效降低共模电压，改善轴电损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接地装置、电机及车辆，以解决如何有效降低共模电压的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种接地装置，用于电机，所述接地装置包括：至少一个导电棒、至少一个伸缩件、壳体和密封件；其中，所述导电棒、所述伸缩件和所述壳体均具有导电性；

所述壳体的一端固定在所述电机的外壳上，所述壳体的另一端为具有开口的中空结构，且伸入到所述电机的转子一端的端口中或者套设在所述电机的转子一端上；

所述导电棒与所述伸缩件均设置于所述壳体的中空结构内，且所述导电棒的一端通过所述伸缩件连接所述壳体，另一端抵接至所述电机的转子一端；

所述密封件设置于所述中空结构与所述电机的转子一端之间的间隙中，以形成一密闭空间。

可选的，在所述的接地装置中，所述导电棒和所述伸缩件一一对应设置，或者，每一所述导电棒连接多个所述伸缩件，或者，多个所述导电棒连接同一所述伸缩件。

可选的，在所述的接地装置中，至少部分所述导电棒的一端从所述中空结构的开口处伸出抵接至所述电机的转子一端，和/或，至少部分所述导电棒的一端在所述中空结构内与所述电机的转子一端相抵接。

可选的，在所述的接地装置中，所述导电棒的材质包括碳、银碳或铜碳。

可选的，在所述的接地装置中，所述伸缩件包括压缩弹簧或弹簧顶针。

可选的，在所述的接地装置中，所述密封件包括塑料密封环、石墨密封环、毛毡圈或环状迷宫密封结构。

可选的，在所述的接地装置中，在所述壳体中，所述中空结构的具有所述开口的一端置于所述电机的转子一端的端口中时，所述密封件套设于所述中空结构的外侧壁上且与所述电机的转子一端的端口的内侧壁相密接；或者，所述中空结构的具有所述开口的一端套设在所述电机的转子一端的外侧壁上时，所述密封件套设于所述电机的转子一端的外侧壁上，且与所述中空结构的内侧壁相密接。

基于同一发明构思，本发明还提供一种电机，采用脉宽调制方式控制，用于驱动和/或发电，所述电机包括：转子、电机外壳以及所述接地装置，且所述转子和所述接地装置设置于所述电机壳体内。

可选的，在所述的电机中，所述电机还包括定子和轴承；所述定子和所述轴承均设置于所述电机壳体内，其中，所述转子与所述定子相配置，所述轴承设置于所述转子相对的两端部，且连接所述电机外壳和所述转子。

基于同一发明构思，本发明还提供一种车辆，所述车辆包括所述电机。

综上所述，本发明提供一种接地装置、电机及车辆，所述接地装置包括：至少一个导电棒、至少一个伸缩件、壳体和密封件。其中，所述导电棒、所述伸缩件和所述壳体均具有导电性。所述壳体的一端固定在所述电机的外壳上，所述壳体的另一端为具有开口的中空结构，且伸入到所述电机的转子一端的端口中或者套设在所述电机的转子一端上。所述导电棒与所述伸缩件均设置于所述壳体的中空结构内，且所述导电棒的一端通过所述伸缩件连接所述壳体，另一端抵接至所述电机的转子一端。所述密封件设置于所述中空结构与所述电机的转子一端之间的间隙中，以形成一密闭空间。

当所述电机的转子为工作状态时，所述转子切割磁场产生的共模干扰电流，依次经所述转子的一端、所述导电棒、所述伸缩件和所述壳体引流至所述电机外壳，以滤除对应的共模电压。因此，本发明不仅能有效地将共模干扰电流引出，以降低共模电压，改善轴电损伤，且所述转子的一端、所述壳体和所述密封件形成的密闭空间还能够作为粉尘回收装置，避免所述导电棒经磨损而产生的粉尘造成电机腔体的电污染，降低了电机设计中对爬电距离和绝缘强度的要求，提高了电机的可靠性。故本发明提供的所述接地装置，无需再单独设置粉尘回收装置，不但降低了电机的制备成本，使电机整体实现小型化，且对装配顺序和工艺不提出额外要求，灵活性高，而且所述接地装置拆装操作较为简单，便于后期维护。

附图说明

图1为电机控制器与主驱动电机的连接示意图；

图2为电机的三相电压示意图及三相电压矢量叠加后的示意图；

图3为本发明实施例电机示意图；

图4为本发明实施例第一端部结构示意图；

图5为本发明实施例一种接地装置示意图；

图6为本发明实施例一种接地装置示意图；

图7为本发明实施例一种接地装置示意图；

图8为本发明实施例一种接地装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

为解决上述技术问题，本实施例提供一种接地装置及电机。所述接地装置包括至少一个导电棒、至少一个伸缩件、壳体和密封件。其中，所述接地装置设置于电机内，且可以作为电机的一组件，用于实现电机中干扰共模电流的接地。以下结合附图3-8具体介绍所述接地装置的位置布置及各组件的连接关系。

请参阅图3-5，所述电机采用脉宽调制方式控制，用于驱动和/或发电，可选的为：车载驱动电机或发电电机。进一步的，所述电机包括：电机外壳20、转子30和接地装置40。所述转子30和所述接地装置40设置于所述电机外壳20内。其中，所述转子30的一端301呈筒体状(如图4所示)，且与所述接地装置40连接。所述接地装置40包括壳体401、导电棒402、伸缩件403和密封件404。其中，所述壳体401、所述导电棒402和所述伸缩件403均具有导电性。所述壳体401的一端固定在所述电机外壳20上，所述壳体401的另一端为具有开口的中空结构，且伸入到所述转子一端(以下命名为第一端部301)的端口中(如图5-6)，或者套设在所述转子的第一端部301上(如图7-8)。

所述导电棒402与所述伸缩件403均设置于所述壳体401的中空结构内，且所述导电棒402的一端通过所述伸缩件403连接所述壳体401，另一端抵接至所述第一端部301。所述密封件404设置于所述中空结构与所述第一端部301之间的间隙中，以形成一密闭空间。

进一步的，所述导电棒402具有良好的导电性，其材质包括但不限于为纯碳棒、银碳棒或者铜碳棒。在本实施例提供的所述接地装置40中，所述导电棒不仅能够用于引流共模干扰电流，还具有良好的耐磨性，且不损伤所述转子30的第一端部301，能够增加所述接地装置和所述电机的使用寿命。所述伸缩件403也具有导电性，可选的，如图5和图6所示，所述伸缩件403为压缩弹簧或弹簧顶针。所述伸缩件403因具有一定的伸缩性，在安装所述接地装置时，会先压制所述伸缩件403以使所述伸缩件403收缩，当放开对所述伸缩件403施加的压力时，所述伸缩件403产生的伸展力，会转化为对所述导电棒402的压力，使得所述导电棒402抵接至所述第一端部301。且随着所述导电棒402的磨损，所述伸缩件403依然能够保持对所述导电棒402施加压力，使得所述导电棒402抵接至所述第一端部301，直至所述导电棒402磨损至接触极限值。

其中，所述导电棒402与所述伸缩件403可以整体埋注成型，共同压装入所述壳体401中，也可以通过焊接等方式相连接。其中，所述导电棒402与所述伸缩件403为松配合，可在轴向自由运动。

同时，所述导电棒402和所述伸缩件403的数量大于或等于1个，则二者可一一对应设置。或者，每一所述导电棒402连接多个所述伸缩件403。亦或者，多个所述导电棒402连接同一所述伸缩件403。同时，至少部分所述导电棒402的一端从所述中空结构的开口处伸出抵接至所述第一端部301，如图5-7所示，所述导电棒402的一端伸出开口处，并抵接至所述第一端部301的底壁上；和/或，至少部分所述导电棒402的一端在所述中空结构内与所述第一端部301相抵接，如图8所示，存在部分导电棒402在中空结构内抵接至所述第一端部301的筒体顶表面位置。当然，所有所述导电棒402均可伸出开口处并抵接至所述第一端部301，也可以均在在中空结构内抵接至所述第一端部301。

由此，如上连接关系可将所述电机切割不平衡磁场产生的干扰共模电流，经所述第一端部301、所述导电棒402、所述伸缩件403和所述壳体401引流至所述电机外壳20中，以滤除对应的共模电压。此外，所述接地装置40中的密封件404还能够使得所述壳体401与所述第一端部301形成一密闭空间，以避免在作业中，因所述导电棒402的摩擦产生的粉尘对整个电机内腔造成污染。进一步的，如图5-6，当所述中空结构的具有所述开口的一端置于所述第一端部301的端口中时，所述密封件404套设于所述中空结构的外侧壁上且与所述第一端部301的端口的内侧壁相密接。或者，如图7-8，当所述中空结构的具有所述开口的一端套设在所述第一端,301的外侧壁上时，所述密封件404套设于所述第一端部301的外侧壁上，且与所述中空结构的内侧壁相密接。

进一步的，所述密封件404可选的为：塑料密封环、石墨密封环、毛毡圈或环状迷宫密封结构等，其中塑料密封环的材质可包括聚四氟乙烯，聚四氟乙烯在缺少或毫无润滑的情况下维持较低的磨耗，具有“高速动密封”的能力。所述石墨密封环的材质可包括碳化硅。因此，在所述密封件404的作用下，所述第一端部301与所述壳体401形成了一密闭空间。所述密闭空间能够作为粉尘回收装置，避免所述导电棒402经磨损而产生的粉尘造成电机腔体的电污染。与直接的碳刷安装相比，本实施例的所述接地装置降低了电机设计中对爬电距离和绝缘强度的要求，提高了电机的可靠性。且相较于径向上安装碳刷，本实施例提供的所述电机，不但制备成本低，且使电机整体实现小型化，所述接地装置40对装配顺序和工艺不提出额外要求，灵活性高，而且与径向安装碳刷和接地轴承等方式相比，所述接地装置40的后期拆装和维护操作简单、成本低。

请继续参阅图3-5，所述电机外壳20包括本体201和端盖202，所述本体201呈圆筒状，相对两个底面具有开口。所述转子30设置于所述本体201内。其中，所述转子30具有相对的第一端部301和第二端部302，且所述第一端部301和第二端部302分别位于所述本体201的两个底面的开口处。所述第一端部301呈筒体状(如图4所示)，且与所述接地装置40连接。所述第二端部302作为所述电机的输出端，延伸至对应的所述开口的外部，即伸出至所述本体201的外部，并以花键等形式对外连接，将所述电机的扭矩传递出去，最终到达整车的轮端。

所述端盖202呈筒体状，且覆盖于所述第一端部301所在的所述本体201的开口上，以形成一容置腔，便于所述接地装置40设置于所述容置腔内。进一步的，所述本体201和所述端盖202一般采用紧配合，并使用密封胶、密封垫等形式保证二者间形成的容置腔具有良好的气密性。

此外，所述电机还包括定子50和轴承60。所述定子50和所述轴承60均设置于所述本体201内。其中，所述转子30与所述定子50相配置。本实施例所提供的电机包括但不限定为外转子电机或者为内转子电机等。所述轴承60分别设置于所述转子30的所述第一端部301和所述第二端部302，且分别连接所述本体201和所述第一端部301及所述第二端部302。其中，所述第一端部301和所述第二端部302与对应的所述轴承60为过盈连接，也可使用轴向的止动卡簧固定。所述本体201与所述轴承60可采用过盈、过渡或间隙配合等连接方式。因此，所述轴承60不仅能够便于转子30的转动，还能够通过所述轴承60传递支撑力，以支撑所述转子30以及与所述转子30相连接的器件，保持所述转子30与所述本体201在轴向上相对固定。同时，所述轴承60还增强了所述本体201与所述端盖202形成的所述容置腔的气密性，降低所述接地装置40对所述电机造成的粉尘污染。

进一步的，所述壳体401与所述端盖202直接可通过连接件405连接。所述连接件405可选的为金属螺栓或者金属卡扣，也可以为整体铸造或者焊接、铆接等方式。其中，所述电机外壳20上设置有接地端口(未图示)。当所述转子30为工作状态时，所述转子30切割磁场产生的共模干扰电流，依次经所述第一端部301、所述导电棒402、所述伸缩件403和所述壳体401引流至所述电机外壳401上。当所述接地装置40设置有连接件405时，共模干扰电流还会通过所述连接件405，最终引流至所述电机外壳401上，经所述接地端口(未图示)实现接地，从而滤除对应的共模电压。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种车辆，所述车辆包括所述电机。

综上所述，采用脉宽调制方式控制的电机容易出现因共模电压导致的轴电损伤等问题，因此本实施例提供的所述接地装置、电机及车辆，不仅有效地将共模干扰电流引出至所述电机外壳20，以降低共模电压，且所述壳体401、所述第一端部301和所述密封件404形成的密闭空间还能够作为粉尘回收装置，避免所述导电棒经磨损而产生的粉尘造成电机腔体的电污染，降低了电机设计中对爬电距离和绝缘强度的要求，提高了电机的可靠性。故实施例提供的所述接地装置，无需再单独设置粉尘回收装置，不但降低了电机的制备成本，使电机整体实现小型化，且对装配顺序和工艺不提出额外要求，灵活性高，而且所述接地装置拆装操作较为简单，便于后期维护。

此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种接地装置，用于电机，其特征在于，所述接地装置包括：至少一个导电棒、至少一个伸缩件、壳体和密封件；其中，所述导电棒、所述伸缩件和所述壳体均具有导电性；

所述壳体的一端固定在所述电机的外壳上，所述壳体的另一端为具有开口的中空结构，且伸入到所述电机的转子一端的端口中或者套设在所述电机的转子一端上；

所述导电棒与所述伸缩件均设置于所述壳体的中空结构内，且所述导电棒的一端通过所述伸缩件连接所述壳体，另一端抵接至所述电机的转子一端；

所述密封件设置于所述中空结构与所述电机的转子一端之间的间隙中，以形成一密闭空间。

2.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述导电棒和所述伸缩件一一对应设置，或者，每一所述导电棒连接多个所述伸缩件，或者，多个所述导电棒连接同一所述伸缩件。

3.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，至少部分所述导电棒的一端从所述中空结构的开口处伸出抵接至所述电机的转子一端，和/或，至少部分所述导电棒的一端在所述中空结构内与所述电机的转子一端相抵接。

4.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述导电棒的材质包括碳、银碳或铜碳。

5.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述伸缩件包括压缩弹簧或弹簧顶针。

6.根据权利要求1所述的接地装置，其特征在于，所述密封件包括塑料密封环、石墨密封环、毛毡圈或环状迷宫密封结构。

7.根据权利要求6所述的接地装置，其特征在于，在所述壳体中，所述中空结构的具有所述开口的一端置于所述电机的转子一端的端口中时，所述密封件套设于所述中空结构的外侧壁上且与所述电机的转子一端的端口的内侧壁相密接；或者，所述中空结构的具有所述开口的一端套设在所述电机的转子一端的外侧壁上时，所述密封件套设于所述电机的转子一端的外侧壁上，且与所述中空结构的内侧壁相密接。

8.一种电机，采用脉宽调制方式控制，用于驱动和/或发电，其特征在于，所述电机包括：转子、电机外壳以及如权利要求1至7中任一项所述的接地装置，且所述转子和所述接地装置设置于所述电机壳体内。

9.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机还包括定子和轴承；所述定子和所述轴承均设置于所述电机壳体内，其中，所述转子与所述定子相配置，所述轴承设置于所述转子相对的两端部，且连接所述电机外壳和所述转子。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求8-9中任意一项所述的电机。

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