CN116412205A - 具有集成电绝缘、特别是用于电动马达或机器的轴承装置 - Google Patents

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Abstract

具有集成电绝缘、特别是用于电动马达或电动机器的轴承装置。轴承装置包括轴承(10)，轴承具有能够相对彼此旋转的第一圈(12)和第二圈(14)。轴承装置包括至少一个绝缘套筒(22)，至少一个绝缘套筒安装在轴承的第二圈(14)上并具有外套(24)和绝缘内衬(26)，绝缘内衬(26)在径向上介于第二圈(14)与外套(24)之间并且由电绝缘材料制成。绝缘内衬(26)刚性地固定到轴承的第二圈(14)和外套(24)。外套包括至少一个突起(30、32)，至少一个突起至少在轴向方向上支承抵着绝缘内衬(26)。

Description

具有集成电绝缘、特别是用于电动马达或机器的轴承装置
技术领域
本发明涉及轴承领域，特别是用在电动马达(electric motor)、电动机器(/电机)(electric machine)和相关联的设备中的轴承的领域。
背景技术
在电动马达或电动机器中，至少一个滚动轴承安装在电动马达或电动机器的壳体与旋转轴之间，以支撑该轴。
在操作(/工作)(operation)中，当轴旋转时，在所述轴与电动马达或电动机器的壳体之间可能出现电位差，这在滚动轴承的刚性地固定到轴的内圈与刚性地固定到壳体的外圈之间产生电流。
经过滚动轴承的组件的电流可能损坏这些组件，特别是滚动元件以及形成在内圈和外圈上的滚道。放电还可能引起振动。
为了克服这些缺点，已知的做法是用由陶瓷材料制成的滚动元件来代替由与内圈和外圈相同的钢制成的轴承滚动元件。这些通常被称为混合滚动轴承。
然而，这种混合滚动轴承相对昂贵。
因此，本发明旨在通过提出一种设计简单且便宜的轴承装置来克服上述缺点。
发明内容
本发明涉及一种轴承装置，包括轴承，所述轴承具有能够相对彼此旋转的第一圈和第二圈。
根据总体特征，所述轴承装置进一步包括至少一个绝缘套筒，所述至少一个绝缘套筒安装在所述轴承的第二圈上。
所述绝缘套筒具有外套(socket)和绝缘内衬，所述绝缘内衬在径向上介于所述轴承的第二圈与所述外套之间。所述绝缘内衬刚性地固定到所述第二圈和所述外套。所述绝缘内衬由电绝缘材料制成。
根据另一总体特征，所述外套包括至少一个突起，所述至少一个突起至少在轴向方向上支承抵着(/抵靠)(bearing against)所述绝缘内衬。
因此，提供了一种具有集成的电绝缘的轴承装置，其与传统的混合滚动轴承相比是便宜的。此外，该轴承装置易于制造并且易于组装在相关联的电动马达或电动机器中。
此外，绝缘内衬由于其在径向上配置在轴承的第二圈与外套之间而不暴露于冲击(impacts)。此外，如果绝缘内衬由合成材料或弹性体材料制成，则可以使该装置对温度变化的敏感性较小。外套的一个或多个突起使得可以防止外套与绝缘内衬之间至少在轴向方向上的相对运动，特别是在温度变化的情况下。
一个或多个突起可以通过外套的塑性变形形成。这进一步降低生产轴承装置的成本。
一个或多个突起可以在轴向上支承抵着(bear against)绝缘内衬，或倾斜地支承抵着绝缘内衬，换句话说，在轴向方向和径向方向两者上支承抵着绝缘内衬。
在一个特定实施方式中，外套的一个或多个突起至少部分地延伸到绝缘内衬的电绝缘材料中。
所述绝缘内衬具有外表面和与所述外表面相对的内表面，所述外表面和所述内表面界定所述绝缘内衬的径向厚度。在一个特定实施方式中，所述外套的所述突起至少部分地延伸到形成在所述绝缘内衬的所述外表面和所述内表面中的一个表面中的具有互补形状的缺口中。
利用这种设计，外套的一个或多个突起还可以防止外套与绝缘内衬之间的周向移动。
在一个实施方式中，所述绝缘内衬被包覆成型在轴承的第二圈和外套上。在这种情况下，外套的一个或多个突起至少部分地嵌入绝缘内衬的电绝缘材料中。
利用该实施方式，绝缘内衬附接到第二圈和外套，无需任何附加元件或对轴承的第二圈进行任何特定加工以安装绝缘内衬。因此，可以使用具有标准的第一圈和第二圈的轴承。这降低装置的成本。
所述轴承的第二圈包括外表面和与所述外表面相对的内表面，所述外表面和所述内表面界定所述第二圈的径向厚度。所述绝缘内衬可以在径向上介于所述外套与所述第二圈的所述内表面和所述外表面中的一个表面之间。
在一个特定实施方式中，所述外套由金属制成。因此，外套可以被容易地加工到预定的径向公差(tolerance)。
在一个实施方式中，所述绝缘内衬覆盖轴承的第二圈的整个所述表面。在这种情况下，所述绝缘内衬在轴向方向和周向方向上完全覆盖第二圈的所述表面。
根据第一设计，所述外套界定所述装置的外表面。在这种情况下，第二圈是轴承的外圈。
根据第二替代设计，所述外套界定所述装置的内表面。在这种情况下，第二圈是轴承的内圈。
在一个特定实施方式中，轴承包括配置在第一圈的滚道与第二圈的滚道之间的至少一列滚动元件。滚动元件可以由金属制成。
本发明还涉及一种电动马达，包括壳体、轴和至少一个如上所述的轴承装置，所述轴承装置在径向上安装在所述壳体与所述轴之间。
附图说明
通过研究以非限制性示例给出并通过附图示出的实施方式的详细描述，将更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的第一实施方式的轴承装置的截面图，
图2是图1的轴承装置的通过另一剖切平面的截面图，
图3是图1和图2的轴承装置的外套的立体图，
图4是根据本发明的第二实施方式的轴承装置的截面图，
图5是根据本发明的第三实施方式的轴承装置的截面图，
图6是根据本发明的第四实施方式的轴承装置的截面图，以及
图7是根据本发明的第五实施方式的轴承装置的截面图。
具体实施方式
图1和图2中示出的轴承装置包括轴承10，轴承10具有能够相对彼此绕轴承的轴线X-X'旋转的第一圈12和第二圈14。在示出的实施方式中，第一圈12是轴承的内圈，第二圈14是外圈。
如下面更详细地描述的，轴承装置被设计成不传导电流。轴承装置具有集成的电绝缘。
轴承的内圈12和外圈14是同心的并且沿着轴承的轴线X-X'在轴向上延伸。内圈12和外圈14由钢制成。圈是实心的。
在示出的实施方式中，轴承10还包括在径向上介于内圈12与外圈14之间的成列滚动元件16，在这种情况下滚动元件16为球。滚动元件16由钢制成。轴承10还包括用于保持滚动元件16之间的规则周向间隔的保持架17。轴承10还可以具有密封件或密封凸缘。
内圈12包括圆柱形孔12a、在径向上与孔相对(/背对)的圆柱形轴向外表面12b以及在轴向上界定孔和外表面的两个在径向上相对的端面(未标示)。孔12a和外表面12b界定内圈12的径向厚度。
内圈12还包括形成在外表面12b上的用于滚动元件16的内滚道18。滚道18在径向上向外指向。
外圈14包括圆柱形轴向外表面14a、在径向上与外表面14a相对的圆柱形孔14b以及在轴向上界定孔和外表面的两个相对的径向端面14c、14d。外表面14a和孔14b界定外圈14的径向厚度。
外圈14还包括形成在孔14b上的用于滚动元件16的外滚道20。滚道20在径向上向内指向。
轴承装置还包括安装在外圈14上的电绝缘套筒22。绝缘套筒22安装在外圈14的外表面14a上。绝缘套筒22刚性地固定到外圈14。
绝缘套筒22包括外套(/插套/插座/座)(socket)24和在径向上介于外圈14与外套24之间的绝缘内衬(insulating lining)26。绝缘内衬26刚性地固定到外圈14和外套24。
外套24具有环形形状。外套24在轴向上延伸。外套24被制成一体件。外套24包括圆柱形轴向外表面24a、在径向上与外表面24a相对的圆柱形孔24b以及在轴向上界定孔和外表面的两个相对的径向端面24c、24d。外表面24a和孔24b界定外套24的径向厚度。外套的外表面24a界定轴承装置10的外表面。换句话说，外表面24a限定轴承装置10的外径。
有利的是，外套24由金属制成。因此，如果需要，外套的外表面24a可以被容易地加工到预定的公差。优选地，外套24由钢制成。外套24可以通过切割、压制和轧制金属板坯料来获得。作为另一种选择，外套24可以从管或从锻造和/或轧制和/或烧结坯料获得。
绝缘内衬26由电绝缘材料制成。绝缘内衬26可以例如由合成材料(诸如PEEK或PA46)制成，或者可以由弹性体材料(例如橡胶)制成。
绝缘内衬26在径向上介于外圈的外表面14a与外套的孔24b之间。绝缘内衬26覆盖外圈的外表面14a。在这种情况下，绝缘内衬26相对于轴向方向和周向方向完全覆盖外表面14a。绝缘内衬26还覆盖外套的孔24b。在这种情况下，绝缘内衬26还相对于轴向方向和周向方向完全覆盖孔24b。
绝缘内衬26具有环形形状。绝缘内衬26在轴向上延伸。绝缘内衬26包括圆柱形轴向外表面26a、在径向上与外表面26a相对的圆柱形孔26b以及在轴向上界定孔和外表面的两个相对的径向端面26c、26d。外表面26a和孔26b界定绝缘内衬26的径向厚度。外表面26a与外套的孔24b径向接触。孔26b与外圈的外表面14a径向接触。
在示出的实施方式中，外圈、绝缘内衬和外套的面14c、26c、24c和14d、26d、24d分别共面。
作为另一种选择，可以设想其他配置。例如，绝缘内衬26可以具有小的轴向尺寸并且在轴向上从外圈的面14c、14d后退设置。作为另一种选择，绝缘内衬26可以具有大的轴向尺寸并且在轴向上突出超过外圈的面14c、14d。在这种情况下，绝缘内衬26可以至少部分地覆盖这些面14c、14d。作为变型，绝缘内衬26可以至少部分地覆盖外套的面24c、24d。
如在图3中可以更清楚地看到的，第一组径向突起30在轴向上形成在外套24的一侧，第二组径向突起32在轴向上形成在外套的相对侧。突起30、32相对于外套的孔24b在径向上向内突出。突起30、32形成径向突起。
第一组的突起30在轴向上靠近外套的端面24c定位。突起30通过局部推回材料而由端面24c形成。因此，突起30通过外套24的塑性变形形成。
第二组的突起32在轴向上靠近外套的端面24d定位。与突起30类似，突32通过局部推回材料而由端面24d形成。
在这种情况下，突起30、32是相同的。作为指示，可以设想突起30、32在5°至15°之间的角度扇区上延伸。
在示出的实施方式中，一组中的突起30、32在周向方向上彼此规则地间隔开。作为另一种选择，可以设想不规则的周向间隔。在另一变型实施方式中，可以设想在外套的每侧具有单个环形或非环形突起。
在示出的实施方式中，一组中的每个突起30在周向方向上与另一组中的突起32中的一个对齐。作为变型，可以设想突起30相对于突起32在周向上偏移的配置。
再次参照图2，突起30、32从面对绝缘内衬26的一侧在径向上突出，并且在轴向上和在径向上支承抵着绝缘内衬26。每个突起30、32延伸到形成在绝缘内衬的外表面26a中的缺口34、36中。突起30、32具有与缺口34、36互补的形状。
在示出的实施方式中，绝缘内衬26被包覆成型在轴承的外圈14和外套24上。绝缘内衬26被包覆成型在外圈14的外表面14a和外套24的孔24b上。绝缘内衬中的缺口34、36在包覆成型期间形成。外套上的突起30、32延伸到绝缘内衬26的电绝缘材料中。突起30、32完全嵌入电绝缘材料中。
如下制造轴承装置。
在第一步骤中，将轴承10和配备有突起30、32的外套24安装在设置用于包覆成型绝缘内衬26的模具内。在安装在模具内的该位置中，外套24在径向上与轴承的外圈14相距一定距离。
接下来，在第二连续步骤期间，在轴承的外圈14上和外套24上包覆成型绝缘内衬26。
最后，将呈整体组件形式的轴承装置从模具中移除。
图4中示出的实施方式(其中，相同的元件具有相同的附图标记)与上述实施方式的不同之处特别在于：绝缘内衬26包括分别在轴向上支承抵着轴承的外圈的端面14c、14d的两个侧向边缘(rim)40、42。每个边缘40、42从绝缘内衬的轴向端部在径向上向内延伸。边缘40、42是环形的。在该实施方式中，绝缘内衬26也通过包覆成型被制成一体件。
在该示例中，外套24包括分别在轴向上支承抵着(/抵靠)绝缘内衬的边缘40、42的两个侧向边缘44、46。边缘44、46在与轴承的外圈14相对的一侧在轴向上支承抵着边缘40、42。每个边缘44、46从外套的轴向端部在径向上向内延伸。边缘44、46相对于外套的孔24b在径向上向内突出。边缘44、46形成径向突起。边缘44、46从面对绝缘内衬的一侧在径向上延伸。边缘44、46通过弯曲外套而形成。因此，边缘44、46通过外套24的塑性变形形成。在该实施方式中，外套24也被制成一体件。
在这种情况下，边缘44、46是环形的。作为另一种选择，边缘44、46可以是在周向方向上彼此间隔开的扇区的形式。在这种情况下，边缘44、46通过弯曲和切割外套而形成。
如上所述，绝缘内衬26被包覆成型在轴承的外圈14和外套24上。作为另一种选择，可以设想将绝缘内衬26附接到轴承的外圈14和外套24的其他方式，例如，如果绝缘内衬不具有边缘40、42，则通过粘合剂结合将绝缘内衬26附接到轴承的外圈14和外套24。在这种情况下，外套的边缘44、46可以具有小的径向尺寸。
图5中示出的实施方式(其中，相同的元件具有相同的附图标记)与上述实施方式的不同之处特别在于：外套的侧向边缘44、46和绝缘内衬的边缘40、42具有小的径向尺寸。在该示例中，绝缘内衬的边缘40、42部分地覆盖外圈的面14c、14d，并且还覆盖边缘44、46的内边沿(edge)。
图6中示出的实施方式(其中，相同的元件具有相同的附图标记)与图4的实施方式的不同之处在于：外套包括在轴向上形成在一侧的第一组侧向凸耳(tab)50以及在轴向上形成在相对侧的第二组侧向凸耳50。凸耳48、50相对于外套的孔24b向内倾斜地突出。因此，凸耳48、50在轴向上且在径向上延伸。凸耳48、50形成倾斜突起。凸耳48、50倾斜地支承抵着绝缘内衬26。
第一组的凸耳48在轴向上靠近外套的端面24c定位。凸耳48通过切割和弯曲而由端面24c形成。因此，凸耳48通过外套24的塑性变形形成。
第二组的凸耳50在轴向上靠近外套的端面24d定位。与凸耳48类似，凸耳50通过切割和弯曲而由端面24d形成。
在这种情况下，凸耳48、50是相同的。作为指示，可以设想凸耳48、50在5°至15°之间的角度扇区上延伸。
一组中的凸耳48、50在周向方向上彼此规则地间隔开。作为另一种选择，可以设想不规则的周向间隔。在另一替代实施方式中，可以设想单个环形凸耳或在更有限的角度扇区上延伸的凸耳。
在示出的实施方式中，一组中的每个凸耳48在轴向上位于另一组中的凸耳50中的一个凸耳的轴向延伸范围(axial extension)中。可以设想凸耳48相对于凸耳50偏移的配置。
凸耳48、50从面对绝缘内衬26的一侧在径向上突出并且支承抵着绝缘内衬26。每个凸耳48、50延伸到形成在绝缘内衬的外表面26a中的缺口52、54中。凸耳48、50具有与缺口52、54互补的形状。
在示出的示例中，绝缘内衬26被包覆成型在轴承的外圈14和外套24上。绝缘内衬26被包覆成型在外圈14的外表面14a和外套24的孔24b上。绝缘内衬中的缺口52、54在包覆成型期间形成。外套上的凸耳48、50延伸到绝缘内衬26的电绝缘材料中。凸耳48、50完全嵌入该电绝缘材料中。
如在图5的实施方式中，作为另一种选择，绝缘内衬的边缘40、42可以具有小的径向尺寸。
图7中示出的实施方式(其中，相同的元件具有相同的附图标记)与第一实施方式的不同之处在于：外套24包括两个环形的径向部分56、58，这两个环形的径向部分56、58在径向上向内延伸并且在轴向上支承抵着彼此，以形成折叠部并且局部地获得双倍厚度的材料。径向部分56、58通过圆形部分60彼此连接。径向部分56、58位于外套24的中间平面中。在这种情况下，径向部分56、58是相同的。
外套的径向部分56、58相对于外套的孔24b在径向上向内突出。径向部分56、58形成径向突起。径向部分56、58通过压制形成。
外套的径向部分56、58从面对绝缘内衬26的一侧在径向上突出，并且在轴向上和在径向上支承抵着绝缘内衬26。径向部分56、58延伸到形成在绝缘内衬的外表面26a中的缺口62中。径向部分56、58具有与缺口62互补的形状。
在示出的实施方式中，绝缘内衬26被包覆成型在轴承的外圈14和外套24上。绝缘内衬26被包覆成型在外圈14的外表面14a和外套24的孔24b上。缺口62在包覆成型期间形成。外套的径向部分56、58延伸到绝缘内衬26的电绝缘材料中。径向部分56、58完全嵌入该电绝缘材料中。
在该实施方式中，绝缘内衬26与轴承的外圈的端面14c、14d平齐。作为另一种选择，绝缘内衬26可以至少部分地接纳轴承的外圈的端面14c、14d。
如上所述，在示出的实施方式中，轴承的第一圈12是内圈，并且附接有套筒22的第二圈14是外圈。作为另一种选择，可以设想相反的配置，其中附接有套筒22的第二圈14是内圈。在这种情况下，绝缘套筒安装在内圈的孔12a中。绝缘内衬则在径向上介于内圈的孔12a与外套的外表面之间。外套的孔界定轴承装置的孔。
在所描述的实施方式中，装置的轴承具有单列滚动元件。作为一个变型，轴承可以具有多列滚动元件。此外，滚动轴承可以包括除球之外的其他类型的滚动元件，例如滚子。在另一变型中，轴承可以是没有任何滚动元件的滑动轴承。

Claims (10)

1.一种轴承装置，包括轴承(10)，所述轴承(10)具有能够相对彼此旋转的第一圈(12)和第二圈(14)，其特征在于，所述轴承装置包括至少一个绝缘套筒(22)，所述至少一个绝缘套筒(22)安装在所述轴承的第二圈(14)上并且具有外套(24)和绝缘内衬(26)，所述绝缘内衬(26)在径向上介于所述第二圈(14)与所述外套(24)之间并且是由电绝缘材料制成的，所述绝缘内衬(26)刚性地固定到所述轴承的第二圈(14)和所述外套(24)，所述外套(24)包括至少一个突起(30、32；44、46；48、50；56、58)，所述至少一个突起(30、32；44、46；48、50；56、58)至少在轴向方向上支承抵着所述绝缘内衬(26)。
2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述突起(30、32；44、46；48、50；56、58)是通过所述外套(24)的塑性变形形成的。
3.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述绝缘内衬(26)具有外表面(26a)和与所述外表面相对的内表面(26b)，所述外表面(26a)和所述内表面(26b)界定所述绝缘内衬的径向厚度，所述外套的所述突起(30、32；44、46；48、50；56、58)至少部分地延伸到形成在所述绝缘内衬(26)的所述外表面和所述内表面中的一个表面中的具有互补形状的缺口(34、36；52、54；62)中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述绝缘内衬(26)被包覆成型在所述轴承的所述第二圈(14)和所述外套(24)上。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述外套至少包括在轴向上配置在所述外套的一侧的第一突起(30；44；48)和配置在相对侧的第二突起(32；46；50)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述外套(24)是由金属制成的。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述绝缘内衬(26)是由合成材料或弹性体材料制成的。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述轴承的第二圈(14)包括外表面(14a)和与所述外表面相对的内表面(14b)，所述外表面和所述内表面界定所述第二圈(14)的径向厚度，所述绝缘内衬(26)在径向上介于所述外套(24)与所述第二圈(14)的所述内表面和所述外表面中的一个表面之间。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述第二圈(14)是所述轴承的外圈，所述第一圈(12)是内圈。
10.一种电动马达，包括壳体、轴和至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的轴承装置，所述轴承装置在径向上安装在所述壳体与所述轴之间。
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