CN114640198A - 用于旋转电机的滚动轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种滚动轴承装置(5)，其能够围绕轴线X的旋转电机的轴(1)安装，并且轴向位于转子组件(20)上方，滚动轴承装置(36)包括：滚动轴承，其包括以轴线为中心的内座圈(361)和外座圈(360)；靶座(50)，其在由轴向唇缘(52)延伸的基部(53)中固定到内座圈并相对于轴线径向延伸超过外座圈，靶(41)，其固定到靶座并且能够与检测装置(42)配合，用于跟踪座圈围绕轴线的旋转，其特征在于，靶座的基部(53)包括至少一个轴向突出的突出部(532)，该突出部设计成一旦滚动轴承已被安装在轴上，当基部(53)抵靠转子组件时轴向变形。

Description

用于旋转电机的滚动轴承装置
技术领域
本发明尤其涉及一种用于旋转电机的滚动轴承装置。
背景技术
本发明特别有利地应用于旋转电机领域，例如交流发电机、起动机-交流发电机，或者甚至可逆机器或电动机。应该记得，可逆机器是能够可逆操作的旋转电机，当用作交流发电机时既可以作为发电机，又可以作为电动机，例如用于启动车辆(例如机动车辆)的内燃机。
旋转电机包括能够绕轴线旋转的转子和通过滚动轴承装置固定的定子。在交流发电机模式下，当转子旋转时，它在定子处感应出磁场，该磁场将其转换成电流，以便向车辆的用电设备供电并给电池充电。在电动机模式下，定子是电动的，并且感应出磁场，导致转子旋转，例如以便启动内燃机。这种旋转电机装有跟踪转子角位置的装置。这些装置确定转子相对于绕线定子的角位置，特别是为了在旋转电机以电动机模式运行的正确时间将电流注入绕线定子。这些跟踪装置有利地部分由滚动轴承装置承载。考虑到机器的高转速，必须提高坚固性，尤其是机器旋转部件的坚固性。
发明内容
为此，本发明的主题因此是一种滚动轴承装置，其能够围绕轴线X的旋转电机的轴安装，并且轴向位于转子组件上方，滚动轴承装置包括：滚动轴承，其包括以轴线为中心的内座圈和外座圈；靶座，其在由轴向唇缘延伸的基部中固定到内座圈并相对于轴线径向延伸超过外座圈，靶，其固定到靶座并且能够与检测装置配合，用于跟踪座圈围绕轴线的旋转，其特征在于，靶座的基部包括至少一个轴向突出的突出部，该突出部设计成一旦滚动轴承已被安装在轴上，当基部抵靠转子组件时轴向变形。
靶座承受的应力尤其被突出部吸收，从而限制破裂的风险。这使得滚动轴承装置更加坚固。由此提高了由位置传感器执行的测量的可靠性。
根据一实施例，突出部径向延伸。
根据一实施例，基部包括至少一个开口，突出部通过该开口在两端之间延伸。
根据一实施例，开口的最大圆周延伸φ1和突出部的最大圆周延伸φ2之间的比率在3和20之间。
根据一实施例，突出部通过其两端固定到靶座基部的其余部分。
根据一实施例，突出部在一端固定到靶座的基部，另一端是自由的。
根据一实施例，突出部通过冲压获得。
根据一实施例，装置包括围绕旋转电机的轴线X均匀分布的四个突出部。
本发明的另一主题是一种旋转电机，其包括旋转轴、与该轴一起旋转的转子组件、围绕转子的定子以及滚动轴承装置，其中靶座基部的至少一个突出部在应力下抵靠转子组件安装。
根据一实施例，转子组件包括风扇，靶座基部的至少一个突出部在应力下抵靠风扇安装。
附图说明
通过阅读以下对本发明的非限制性实施方式的详细描述以及研究附图，可以更好地理解本发明。
图1示意性且部分地示出了根据本发明一示例的旋转电机的剖视图。
图2示意性且部分地示出了滚动轴承装置的剖视图。
图3、图3a和图3b分别示出了第一实施例中的靶座的透视图，以及在没有突出部的情况下在基部处和在具有突出部的基部处的靶座的剖视图。
图4是根据第二实施例的靶座的俯视图。
具体实施方式
在各个图中相同、相似或类似的元件保持相同的参考标记。还将注意到，不同的附图不一定是相同的比例。此外，下面描述的示例性实施例决不是限制性的。特别地，可以设想本发明的变型，其仅包括与其他描述的特征分开的下述特征的选择。
在说明书的其余部分中，轴向方向是沿着轴线的方向，径向方向是穿过轴线并在横向于轴线的平面中延伸的方向，周向方向是在横向于轴线的平面中围绕轴线延伸的方向。
图1所示的旋转电机是用于机动车辆的可逆运行交流发电机。这种交流发电机被称为起动机-交流发电机，并且包括旋转轴1、与轴1一起旋转的转子2、围绕转子2的固定多相定子3以及用于跟踪转子2的位置的跟踪装置4。轴1的轴线限定电机的旋转轴线X-X’，电机在这里是多相类型的。转子2固定在轴1上，并与其形成转子组件。
转子2是爪极转子，其包括两个极爪轮21和设置在极爪轮21之间的励磁绕组22。每个轮21具有基本垂直于轴1延伸的凸缘，并且在其外周上支撑朝向另一个极轮的凸缘的轴向定向的齿。齿从一个极轮向另一个极轮周向偏移并重叠。它们各自具有梯形形状。每个凸缘都穿有容纳轴1的中心孔，并且通过轴的滚花与该轴一起旋转，滚花被强制地套在轮21的凸缘的中心孔中。芯插入极轮的凸缘之间，用于承载绕组22。
当电感线圈22通电时，一个极轮21的齿限定北极，而另一个极轮21的齿限定南极。
定子3旨在固定到车辆的固定部分。就其本身而言，该定子3包括前轴承31和后轴承32以及定子组件34，前轴承31和后轴承32封闭在一起，并且在这里用拉杆彼此固定，从而形成外壳，定子组件34包括定子主体并且承载一组定子绕组。
定子组件的定子主体固定到定子的固定外壳31、32上，并由此被承载在内部。众所周知，定子组件34围绕转子2，并且具有叠片堆形式的主体，在叠片堆中形成一系列包含绕组的槽，作为六相类型的变型，起动机-交流发电机(其在这里是三相类型的)的每相至少有一个绕组。绕组可以是分离线圈型、交错线圈型或条型，例如呈U形。
中空形状的轴承31和32有孔，以使空气在紧凑类型的机器内部流通，并且具有内部通风，转子2在这里承载前风扇23和后风扇24，每个风扇在其轴向端部之一。转子组件20包括上述转子2以及风扇23和24。
风扇23、24具有环形形状，并且每个风扇都具有凸缘230、240，凸缘230、240例如通过焊接点固定到转子的所讨论的极轮，作为通过压接或螺纹连接的变型。因此，每个风扇通过转子与中心轴一起旋转。凸缘240在其外周上设置有叶片(未示出)。
定子3的固定外壳的每个轴承31、32(这里由铝制成)在中央承载滚珠轴承35、36。这样，在此具有轴承31、32的定子3的外壳在中央承载至少一个滚珠轴承，以便以可旋转的方式安装转子2的轴1。这些滚动轴承35、36分别支撑轴1的前端和后端，并且这里具有装配在旋转内座圈和固定外座圈之间的单排滚珠。
轴1延续到前轴承31之外，用于承载形式为滑轮的运动传递构件，该滑轮在所述轴承的外侧固定到轴1。与轴1一起旋转的该滑轮旨在与V形槽带(未示出)配合，当电机以发电机模式运行时，机动车辆的内燃机通过该V形槽带驱动轴1和转子2的组件。当所述电机在起动机模式下运行时，该滑轮和与其相关的带允许电机也以相反方向驱动车辆的内燃机。作为变型，轴1和车辆的内燃机之间的运动传递装置可以具有齿轮、至少一个可变间距的滑轮链和/或至少一个带。以这种方式，运动传递构件可以具有多种构造，并且由齿轮、带齿的轮、滑轮等构成。转子2的绕组22的端部各自通过有线链路连接到滑环11，滑环11由外壳外侧的轴1的后端承载。
集电器承载滑环11。该集电器被强制套在轴1的后端，并且具有承载环11的主体和用于与励磁绕组22的端部连接的环(未示出)。
定子组件34的绕组本身通过电缆链路和连接器连接到电子管理和控制装置的功率级，有利地由起动机-交流发电机的后轴承承载。
从图2中可以更好地看出，跟踪装置4具有围绕轴1并与该轴1一起旋转的环形靶41，以及至少一个固定检测装置42，该检测装置42靠近靶41设置并与其配合以读取靶。靶至少部分是磁性的，有利地由包含至少一个永磁体的环形成。检测装置通常由三个霍尔效应传感器构成，其中一个可以在图2中看到。传感器42固定安装在后轴承32上，在该轴承32的内侧。这些传感器安装在传感器保持器上。
在靶41与轴1一起旋转的作用下，每个传感器42接收的磁场变化。这些传感器42连接到电子管理和控制装置，并向其发送作为所接收磁场的函数的信号，该装置处理所述信号以便从中推导出转子2的角位置。
电子管理和控制装置包括功率级，其设置有逆变器，例如具有MOSFET型晶体管，形成将定子3产生的交流电转换成直流电的转换器，接收来自传感器42的信息的控制装置，以及用于调节转子2的绕组的励磁电流的装置。这些调节装置电连接到未示出的电刷-保持器装置，其包括与由轴1承载的环11接触的电刷。
靶由靶座50承载。靶座是附接在中心轴上的杯子的形式。靶座可以制成一体，例如通过冲压金属板。该环形靶座22优选由非磁性材料制成。靶座有利地由钢制成。作为变型，靶座优选由纤维增强的可模制塑料材料制成。
如图2所示，构造为同轴围绕中心轴的径向环的靶座由基本沿轴线X方向延伸的内孔51在内侧限定一部分，而由基本沿轴线X方向轴向定向的环形唇缘52在外侧限定另一部分。靶座具有连接内孔51和环形唇缘52的基部53。环形靶座通过其内周固定而联接到内座圈361，并相对于轴线径向延伸超过外座圈。
靶座50的环形唇缘因此形成靶41的径向向内转向的圆柱形支撑面。这样，当安装靶座50时，靶41围绕后滚珠轴承36的外座圈径向延伸，并且以面向传感器42的方式径向插入滚珠轴承和靶之间。校准的气隙将靶与传感器分开。环形靶因此以轴为中心，并且基本围绕后滚动轴承在后轴承内延伸。
靶座安装成能够与转子后面的中心轴一起轴向旋转。根据本发明的一实施例，靶座50中的内孔51紧密安装在与中心轴1相关的部分上，以防止靶座50相对于中心轴旋转。这种紧密安装还在正常使用条件下相对于中心轴轴向固定靶座。这种安装允许靶座精确地位于中心轴的中心，同时仍允许容易安装。因此，靶41相对于传感器42的位置特别精确。靶座50例如通过冷缩配合或热缩配合被强制安装在中心轴1上。
基部还具有两个直径相对的窗口，用于将转子的磁极与靶的磁极对准。
靶41由弹性磁体制成。这种弹性磁体具有包含磁性材料颗粒的弹性体，例如最终磁化的氧化铁颗粒。在其生产过程中，弹性磁体靶经历硫化步骤。一旦靶已经围绕靶座的环形唇缘定位，就有利地执行该步骤。弹性体硫化过程是众所周知的。这包括在硫的存在下交联弹性体，例如通过加热。在弹性磁体的情况下，磁性元件的颗粒以这种方式被均匀地捕获在硫化的弹性体中。在硫化操作期间，硫化在靶和靶所位于的支撑面之间产生粘合力。以这种方式，靶通过硫化固定到靶座上。更具体地，根据具有以下步骤的过程制造靶。在生产环形靶的预备步骤中，加热弹性材料和磁性材料颗粒比如氧化铁颗粒或铁氧体颗粒的混合物，以获得由非交联弹性材料制成的环形靶。例如，产生内径等于靶座环形唇缘外径的圆柱体。然后，切割出该圆柱体的一部分，以获得尺寸合适的环形靶。然后，以这种方式形成的靶围绕与环形唇缘接触的环形唇缘定位。然后，在硫化步骤中，硫化如此形成且然后定位在环形唇缘上的靶。靶最终被磁化以形成多个北极和南极。铁氧体和/或稀土也可以用作磁性颗粒。有利地，在硫化步骤之前的准备步骤期间，环形唇缘的内表面涂覆有粘合底漆，以增加靶41和环形唇缘之间的粘合力。作为变型，靶由塑料磁体制成：含有磁性颗粒的塑料环。
滚动轴承装置5形成包括滚动轴承36、靶座50和靶51的环形组件。
如上所述，后风扇24通过固定到转子2而轴向地插入滚动轴承装置5和转子1之间。凸缘设置有沿其内周延伸的轴向定向的环形唇缘241。靶座径向延伸超过凸缘的环形唇缘，使得靶座基部的一部分轴向位于风扇的凸缘上方。
靶座的基部在其内周和外周之间具有轴向偏移，使得它通过其内周的内孔51组装在滚动轴承上，而其外周轴向靠近风扇(最小轴向距离为0.5mm)。
基部在其内周和外周之间延伸成通常横向定向的部分，这些部分通过倾斜部分连接，使得当从机器的轴线径向向外移动时，杯子在包含轴线的平面中的部分具有下降的阶梯。
杯子的基部包括径向延伸的突出部。突出部有利地均匀间隔开。例如，有四个突出部。作为变型，基部包括八个均匀间隔开的突出部。
图3示出了第一实施例中的杯子。在杯子的基部移除基本径向和基本彼此平行定向的两个材料带，形成开口531，剩余材料带延伸穿过该开口531，剩余材料带通过其径向端附接到靶座基部的其余部分。剩余带被冲压以形成相对于基部的剩余部分轴向突出的突出部532。因此，突出部与靶座的其余部分是一体的。因此，突出部径向延伸到杯子的基部。
最大圆周延伸被定义为尽可能靠近基部边缘的绕轴线X的角度延伸。有利地，如图3所示，突出部的最大圆周延伸φ1和开口的最大圆周延伸φ2之间的比值在0.05和0.33之间，有利地在0.1和0.25之间。
在图4所示的第二实施例中，突出部532仅通过其一个径向端固定到靶座基部的其余部分，另一端是自由的。
作为前述实施例中任一个的变型，突出部由两个切口形成，这两个切口基本是径向的并且基本彼此平行，而不去除材料，然后通过冲压由切口限定的材料带。
作为前述实施例中任一个的变型，这种突出部在杯子的冲压过程中直接获得。
作为前述实施例中任一个的变型，移除的材料带使得突出部延伸穿过的开口在杯子的内周和外周之间张开。
如图3b所示，在被安装到机器中之前，在突出部处的截面中，杯子的基部在突出部的轴向端533的任一侧上基本沿轴线X的方向以横向定向的部分和倾斜的部分延伸。在杯子的轴向定向的环形唇缘52处，突出部533的轴向端和基部的轴向端之间的距离h有利地在靶座和转子之间的轴向距离的0.006％和0.01％之间。突出部533的轴向端的径向位置使得当杯子和风扇同轴时，突出部的轴向端轴向面对风扇的轴向定向的环形唇缘241。
如图2所示，在安装过程中，突出部533的轴向端抵靠在风扇的环形唇缘上并变形。当杯子从机器轴线向外径向移动时，杯子在包含轴线的平面中的部分具有下降的阶梯。风扇的凸缘与杯子的基部有轴向距离。突出部的这种弹性变形以灵活的方式保持靶座，这限制了它在机器使用时的变形。此外，机器的安装也得到简化，因为不需要将杯子基部抵靠在风扇上。这避免了将杯子置于应力之下，导致杯子破裂的风险以及随后改变位置信号测量质量的风险。
作为变型，突出部533的轴向端的径向位置使得当杯子和风扇同轴时，突出部的轴向端轴向面对风扇的凸缘。安装时，突出部的一部分因此在应力下抵靠在风扇的凸缘上。
上面描述了当风扇和靶座同轴时突出部轴向设置在风扇上方的情况。作为变型，在风扇的内周直径较大的情况下或者当风扇不存在时，突出部将面向转子的轴向端。在这种情况下，安装时，至少一部分突出部在应力下抵靠在转子的轴向端上。

Claims (10)

1.一种滚动轴承装置(5)，其能够围绕轴线X的旋转电机的轴(1)安装，并且轴向位于转子组件(20)上方，
该滚动轴承装置包括：
滚动轴承(36)，其包括以轴线为中心的内座圈(361)和外座圈(360)；
靶座(50)，其在由轴向唇缘(52)延伸的基部(53)中固定到内座圈并相对于轴线径向延伸超过外座圈，
靶(41)，其固定到靶座并且能够与检测装置(42)配合，用于跟踪座圈围绕轴线的旋转，
其特征在于，所述靶座的基部(53)包括至少一个轴向突出的突出部(532)，该突出部设计成一旦滚动轴承已被安装在所述轴上，当基部(53)抵靠转子组件时轴向变形。
2.根据权利要求1所述的装置(5)，其中，所述突出部(532)径向延伸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(5)，其中，所述基部(53)包括至少一个开口(531)，所述突出部在两端之间延伸穿过所述开口。
4.根据权利要求3所述的装置(5)，其中，所述开口的最大圆周延伸(φ1)和所述突出部的最大圆周延伸(φ2)之间的比率在3和20之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(5)，其中，所述突出部(532)通过其两端固定到所述靶座的基部的其余部分。
6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的装置(5)，其中，所述突出部(532)在一端固定到所述靶座的基部，另一端是自由的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(5)，其中，所述突出部(532)通过冲压获得。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(5)，包括围绕所述旋转电机的轴线X均匀分布的至少四个突出部。
9.一种旋转电机，包括：
旋转轴(1)、与该轴一起旋转的转子组件(20)、围绕转子(2)的定子(3)以及根据权利要求1至8中任一项所述的滚动轴承装置(5)，其中靶座的基部的至少一个突出部在应力下抵靠转子组件(20)安装。
10.根据权利要求9所述的旋转电机，其中，所述转子组件包括风扇(24)，所述靶座的基部的至少一个突出部(532)在应力下抵靠所述风扇(24)安装。
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