CN116412207A - 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)。第二圈包括界定其径向厚度的外表面(14a)和内表面(14b)。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)被包覆成型在外套(24)上并至少在第二圈(14)的内表面和外表面中的一个表面上。第二圈(14)的所述表面被构造为通过与绝缘内衬的形状的互补性而在周向方向上相对于表面保持绝缘内衬(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。所述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。
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。所述绝缘内衬由电绝缘材料制成。
根据另一总体特征，所述绝缘内衬被包覆成型在所述外套上并且至少在所述轴承的第二圈的内表面和外表面中的一个表面上。
所述第二圈的所述外表面或所述内表面被构造为通过与所述绝缘内衬的形状的互补性而在周向方向上相对于所述表面保持所述绝缘内衬。
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。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。
此外，当绝缘内衬被包覆成型时，它在没有任何附加元件的情况下附接到第二圈和外套。
此外，第二圈的所述表面的构造通过形状的互补性进一步增强了与绝缘内衬的刚性固定。绝缘内衬与外套之间在周向方向上的相对运动的风险尤其受到限制，特别是在温度变化的情况下。
根据第一设计，所述轴承的第二圈的所述表面具有至少一个凹部，用于附接所述绝缘内衬的突起在所述凹部内延伸，所述突起具有与所述凹部互补的形状。
在包覆成型期间，一个或多个附接突起形成在轴承的第二圈的所述表面中的一个或多个凹部内。
所述凹部可以为缺口(notch)的形式。
作为变型，所述凹部可以为槽的形式。在这种情况下，所述槽可以在轴向上延伸。作为另一种选择，所述凹部可以螺旋地延伸。
所述槽或所述缺口可以从轴承的第二圈的端面中的一个端面朝向另一个端面延伸。所述槽或所述缺口可以在所述另一个端面上开口或者在轴向上与所述另一个端面相距一定距离。作为另一种选择，所述槽或所述缺口可以与第二圈的两个端面相距一定距离。换句话说，在这种情况下，所述槽或所述缺口不在第二圈的端面上开口。
轴承的第二圈的所述表面中的一个或多个凹部形成在第二圈的径向厚度中。优选地，该凹部或这些凹部是盲的。然而，作为另一种选择，可以设想一个或多个贯通凹部。
根据第二设计，所述轴承的第二圈的所述表面具有至少一个突起，所述至少一个突起突出到所述绝缘内衬中的缺口中，所述缺口具有与所述突起互补的形状。第二设计可以代替第一设计或与第一设计组合。
根据第三设计，所述轴承的第二圈的所述表面具有圆柱形形状，所述表面的轴线相对于所述第二圈的具有圆柱形形状的另一表面的轴线在径向上偏移。第三设计可以代替第一设计或第二设计，或者与第一设计和/或第二设计组合。
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。
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。
轴承的第二圈包括在轴向上界定内表面和外表面的两个相对的端面。在一个实施方式中，所述绝缘内衬可以至少部分地包覆成型在所述端面中的一个端面上。
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轴向截面图，
图2是图1的轴承装置的轴承的外圈的立体图，
图3至图6是根据本发明的第二实施方式、第三实施方式、第四实施方式和第五实施方式的轴承装置的轴承的外圈的立体图，以及
图7是根据本发明第六实施方式的轴承装置的径向截面图。
具体实施方式
图1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。
如在图1和图2中可以看出的，外圈的外表面14a具有在轴向上形成在外圈的一侧的第一组缺口28以及在轴向上在外圈的相对侧形成的第二组缺口30。在示出的实施方式中，缺口28、30是相同的。缺口28、30从圈的外表面14a在径向上向内延伸。
在示出的实施方式中，缺口28从外圈的端面14c在轴向上延伸。缺口30从外圈的端面14d在轴向上延伸。缺口28、30具有限制的轴向尺寸。缺口28、30可以通过机加工形成。作为另一种选择，缺口28、30可以在距端面14c、14d一定距离处形成在外圈的外表面14a上。
在示出的实施方式中，一组缺口中的缺口28、30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，可以设想在外圈的每侧具有单个缺口28、30，或者在外圈的一侧具有一个或多个缺口。
在示出的实施方式中，一组缺口中的每个缺口28相对于另一组缺口中的缺口30在周向方向上偏移(/错开)(offset)。作为变型，可以设想一组缺口中的每个缺口28在周向方向上与另一组缺口中的一个缺口30对准的配置。
在示出的实施方式中，为了简化制造，缺口28、30具有多边形形状，在这种情况下为正方形。作为变型，缺口28、30可以具有其他形状，例如椭圆形等。
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包覆成型在外圈14上和外套24上。
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。
有利地，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。
如上所述，绝缘内衬26被包覆成型在轴承的外圈14上和外套24上。绝缘内衬26被包覆成型在外圈14的外表面14a上和外套24的孔24b上。
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。
在另一替代方案中或组合地，外套24可以相对于面26c和26d在轴向上突出超过绝缘内衬26，或者在轴向上从这些面后退设置。
绝缘内衬26还包括多个突起32、34，多个突起32、34从孔26b在径向上向内延伸，并且每个突起被接纳在轴承的外圈的缺口28、30中的一个中。每个突起32、34具有与相关联的缺口28、30互补的形状。每个突起32、34接触抵着(contact against)相关联的缺口28、30的内边缘。突起32、34相对于绝缘内衬的孔26b突出。突起32、34在绝缘内衬26的包覆成型期间形成在孔26b上。
如下制造轴承装置。
在第一步骤中，将轴承10和外套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。如上所述，在该步骤期间形成绝缘内衬的突起32、34，突起32、34促进与轴承的外圈14的附接。
最后，将呈整体组件(/单元组件)(unitary assembly)形式的轴承装置从模具中移除。
在该实施方式中，外圈的外表面14a上的缺口28、30形成凹部，绝缘内衬的互补的突起32、34在每个凹部内延伸。
作为变型，可以设想外圈的外表面14a上的这些凹部的其他形状。
例如，在图3中示出的实施方式中，其中相同的元件具有相同的附图标记，外圈的外表面14a具有在轴向上形成在外圈的一侧的第一组条纹或槽36以及在轴向上形成在外圈的相对侧的第二组条纹或槽38。在示出的实施方式中，槽36、38是相同的。槽36、38从圈的外表面14a在径向上向内延伸。槽36、38可以通过滚花(knurling)形成在外圈的外表面14a上。
在示出的实施方式中，槽36在外圈的端面14c上开口，并且槽38在端面14d上开口。作为变型，槽36、38可以不在这些端面上开口。成组中的槽36、38在轴向上间隔开。一组中的槽36、38在周向方向上紧邻。作为变型，可以设想仅有槽36或槽38。
如在所描述的第一示例中，配备有该外圈14的装置的绝缘内衬包括在其包覆成型期间形成的多个突起，并且每个突起延伸到槽36、38中的一个中并且具有与所述相关联的槽互补的形状。
在图4中示出的实施方式中，外圈的外表面14a中的凹部被制成在周向方向上彼此间隔开(在该情况下为规则地间隔开)的轴向槽40的形式。槽40沿着外圈的外表面14a在轴向上延伸并且在两个端面14c、14d上开口(/敞开)(open out)。作为另一种选择，槽40不在端面14c、14d中的至少一个上开口。
图5中示出的实施方式与先前示例的不同之处在于：外圈的外表面14a上的槽42螺旋地(helically)延伸。
如在先前的示例中，配备有该外圈14的装置的绝缘内衬包括在其包覆成型期间形成的多个突起，并且每个突起延伸到槽40、42中的一个中并且具有与所述相关联的槽互补的形状。
在上述实施方式中，轴承的外圈14的外表面14a具有凹部，以通过与绝缘内衬的突起的形状的互补性而在周向方向上相对于外表面保持绝缘内衬26。
作为变型，凹部和突起在轴承的外圈14的外表面14a上和绝缘内衬上的配置可以颠倒。
例如，在图6中示出的实施方式中，其中相同的元件具有相同的附图标记，第一组径向突起44在轴向上形成在轴承的外圈14的一侧，并且第二组径向突起46在轴向上形成在外圈的相对侧。突起44、46相对于外圈的外表面14a在径向上向外突出。突起44、46形成径向突起。
作为变型，外圈的外表面14a可以具有阶梯形状，具有大直径的中心部分和小直径的两个侧部部分，突起44、46形成在该两个侧部部分上。在这种情况下，突起44、46优选地从外表面14a的大直径的中心部分在径向上后退设置(set back)。
第一组的突起44在轴向上靠近轴承的外圈的端面14c定位。突起44通过局部推回材料而由端面14c形成，并且位于外表面14a上。
第二组的突起46在轴向上靠近轴承的外圈的端面14d定位。与突起44类似，突起46通过局部推回材料而由端面14d形成。
在这种情况下，突起44、46是相同的。作为指示，可以设想突起44、46在5°至15°之间的角度扇区上延伸。
在示出的实施方式中，成组中的突起44、46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，可以在外套的每侧设想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44在周向方向上与另一组中的突起46中的一个对齐。作为变型，可以设想突起44相对于突起46在周向上偏移的配置。
在将绝缘内衬26包覆成型在轴承的外圈14上和外套24上之后，每个突起44、46延伸到在绝缘内衬的孔26b上形成的缺口中。外圈的外表面14a上的突起44、46具有与绝缘内衬中的缺口的形状互补的形状。绝缘内衬中的缺口在包覆成型期间形成。外圈的外表面14a上的突起44、46延伸到绝缘内衬26的电绝缘材料中。突起44、46完全嵌入电绝缘材料中。
在上述实施方式中，轴承的外圈14的外表面14a具有凹部或突起，以形成用于防止绝缘内衬26旋转的部件。
替代地或组合地，可以设想外圈14的外表面14a的其他构造，以通过形状的互补性相对于外表面14a在角度上保持绝缘内衬26。
例如，在图7中示出的实施方式中，其中相同的元件具有相同的附图标记，轴承的外圈的圆柱形外表面14a的轴线50相对于外圈的孔的轴线X-X'在径向上偏移。绝缘内衬的孔26b具有与外圈的外表面14a互补的形状。孔26b具有圆柱形形状和轴线50。绝缘内衬的外表面26a和外套的外表面24a是圆柱形的并且具有轴线X-X'。
如上所述，在示出的实施方式中，轴承的第一圈12是内圈，并且绝缘内衬26包覆成型在其上的第二圈14是外圈。作为另一种选择，可以设想相反的配置，其中绝缘内衬26包覆成型在其上的第二圈14是内圈。在这种情况下，绝缘套筒位于内圈的孔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。绝缘内衬被包覆成型在外套上并且至少在内圈的孔12a上。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)，所述第二圈(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(14a)和所述内表面(14b)界定所述第二圈的径向厚度，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)被包覆成型在所述外套(24)上并且至少在所述轴承的第二圈(14)的内表面和外表面中的一个表面上，所述第二圈(14)的所述表面被构造为通过与所述绝缘内衬的形状的互补性而在周向方向上相对于所述表面保持所述绝缘内衬(26)。
2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述轴承的第二圈(14)的所述表面具有至少一个凹部(28、30；36、38；40；42)，用于附接所述绝缘内衬的突起(32、34)在所述凹部内延伸，所述突起具有与所述凹部互补的形状。
3.根据权利要求2所述的轴承装置，其特征在于，所述凹部(28、30)为缺口的形式。
4.根据权利要求2所述的轴承装置，其特征在于，所述凹部(36、38；40；42)为槽的形式。
5.根据权利要求4所述的轴承装置，其特征在于，所述槽在轴向上延伸。
6.根据权利要求4所述的轴承装置，其特征在于，所述槽螺旋地延伸。
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，所述轴承的第二圈(14)的所述表面具有至少一个突起(44、46)，所述至少一个突起(44、46)突出到所述绝缘内衬中的缺口中，所述缺口具有与所述突起互补的形状。
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)的所述表面具有圆柱形形状，所述表面的轴线(50)相对于所述第二圈(14)的具有圆柱形形状的另一表面的轴线(X-X')在径向上偏移。
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，所述外套(24)是由金属制成的。
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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