CN117189785A - 轴承组件、特别是用于电动马达的轴承组件 - Google Patents

Abstract

公开了一种轴承组件(1)，轴承组件(1)具有轴承(2)，轴承(2)包括第一圈(4；6)和第二圈(4；6)，第一圈(4；6)和第二圈(4；6)相对于彼此可旋转地布置并且在第一圈(4；6)与第二圈(4；6)之间限定轴承内部(8)，其中，轴承组件(1)还包括至少一个绝缘装置(18)，至少一个绝缘装置(18)被施加在轴承的第一圈(4；6)上并且包括绝缘层(22)，绝缘层(22)布置在第一圈(4；6)上并且由电绝缘材料构成，其中，绝缘装置(18)还包括至少一个导热层(23)，至少一个导热层(23)由非金属材料制成并且被构造为填充绝缘层(22)与接纳轴承第一圈的组成部件(15；17)之间的至少一个充气腔。

Description

轴承组件、特别是用于电动马达的轴承组件

技术领域

本发明涉及一种根据专利权利要求1的前序部分的轴承组件，所述轴承组件特别是可以用于电动马达(electric motors)、电机(/电气机械)(electrical machines)和相关设备中。

背景技术

电动马达或电机通常包括可旋转轴以及接纳电动马达的组成部件(components)和轴的座(/壳体)(housing)。为了将可旋转轴支撑在座(housing)中，至少一个具有内圈和外圈的滚动轴承附接在马达或电机的座与旋转轴之间，其中通常是内圈连接到轴，使得内圈和轴一起旋转，并且外圈连接到座，使得外圈和座旋转固定(/在旋转上固定)(rotationally fixed)。在操作(/工作)(operation)中，在马达或电机的轴与座之间可能出现电势差；电势差在滚动轴承的内圈与外圈之间产生电流。

然后流过滚动轴承的组成部件(components)的电流可能损坏这些组成部件，特别是附接到内圈和外圈的滚动元件和滚道。另外，放电还可能产生振动。

为了弥补这些缺点，已知的是用由陶瓷制造的滚动元件来替换由与内圈和外圈相同的钢制造的轴承滚动元件。于是通常将其称为混合滚动轴承。然而，这种混合滚动轴承相对昂贵。

在轴承圈与座(housing)之间附接绝缘层也是已知的。

然而，将绝缘层引入到轴承中具有以下缺点：在轴承操作中产生的热的散热受损，并且由此产生的高温还可能损坏轴承。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种轴承组件(bearing assembly)，所述轴承组件包括能够容易地且成本高效地制造并且可以改善轴承散热的电绝缘。

该目的通过根据专利技术方案1的轴承组件来实现。

在下文中，提出一种轴承组件，所述轴承组件具有轴承，所述轴承包括第一圈和第二圈，所述第一圈和所述第二圈相对于彼此可旋转地布置并且在所述第一圈与所述第二圈之间限定轴承内部。这里，所述轴承组件还包括至少一个绝缘装置(insulation device)，所述至少一个绝缘装置被施加在轴承的第一圈上并且包括绝缘层，所述绝缘层布置在所述第一圈上并且由电绝缘材料构成。

为了改善热传输，提出了所述绝缘装置还包括至少一个导热层(heat-conductinglayer)，所述至少一个导热层由非金属材料制成并且被构造为填充所述绝缘层与接纳轴承的第一圈的组成部件(component)之间的至少一个充气腔(air-filled cavity)。

这里，特别有利的是，所述导热层由导热的、薄且软的材料制造。这种材料可以特别好地填充腔，并且由此确保在接纳轴承组件的组成部件与轴承组件之间不存在隔热的空气夹杂物(heat-insulating air inclusions)。

根据一个优选的示例性实施方式，所述导热层是导热膏。导热膏是已知的，例如在电子器件中是已知的，并且确保例如由芯片产生的热传递到周围组成部件(surroundingcomponents)。发明人惊讶地发现，导热膏的这种使用还可以解决在电绝缘轴承中的热积聚问题，因为在电绝缘轴承中，即使在压配合(/压配)(press fit)的情况下，在轴承圈或电绝缘层与接纳组成部件之间也经常存在阻碍热传导的微空气夹杂物(micro-air-inclusions)和微腔(micro-cavities)。可以用导热膏来填充这些腔，使得材料接触并且因此热传输可以始终存在。

这里，特别有利的是，所述导热层由含硅材料(silicon-containing material)制造。硅树脂(/聚硅氧烷)(silicone)由于其耐高温性以及同时高导热性及其柔性一致性而特别适合(/注定会)(predestined for)这种功能。

在不期望含硅材料的情况下，基于热塑性塑料或热固性材料的材料形成替代方案。

根据另一有利的示例性实施方式，所述绝缘层和所述导热层由相同的材料制造并且形成为整体式层(/一体层/集成层)(integrated layer)。这里，材料具有导热特性和电绝缘特性两种。这使得可以仅需要施加一个材料层，这进一步简化制造。

根据另一有利的示例性实施方式，所述绝缘装置还包括由金属承载件材料制成的环形承载件，所述环形承载件至少承载所述至少一个导热层并且围绕所述绝缘层。一方面，由此可以提供一种制造容易且成本高效的轴承组件。另一方面，环形承载件至少保护绝缘层免受损坏，使得始终确保电绝缘。此外，金属可以被容易且精确地进行后处理(post-processed)，使得环形承载件用于将轴承组件精确且准确地配合到接纳组成部件中。

根据另一优选的示例性实施方式，所述导热层布置在绝缘层与环形承载件之间。由此还可以保护导热层免受损坏。由于承载件本身由具有良好导热能力的金属制成，因此由于导热层，从轴承内部传递到金属承载件中的热容易排放到周围组成部件。

为了进一步增强这种导热能力，还可以提供(/设置)：所述环形承载件以夹层(sandwich)形式由两个导热层包围并且承载这两个导热层。因此，还可以确保减少应当存在于环形承载件与接纳组成部件之间的空气夹杂物，使得导热性得到进一步改善。

当然，所述环形承载件还可以布置在所述绝缘层与所述导热层之间，并且以夹层形式在一侧承载(carries)所述绝缘层，并且在另一侧承载所述导热层。

根据另一有利的示例性实施方式，所述环形承载件由弯曲成环的至少一个条形承载件坯料(carrier blank)形成，并且包括至少两个抵接边缘，所述至少两个抵接边缘以材料结合和/或过盈配合(/干涉配合)(interference-fit)的方式彼此连接。所述条形承载件坯料优选具有两个短边缘和两个长边缘，其中所述抵接边缘(abutting edges)由短边缘实现。

作为另一种选择，环形承载件当然还可以由环形承载件坯料制造，例如由从管或套筒切割成一定长度的环形承载件坯料制造。

这种承载件坯料可以容易地制造，并且可以在安装到轴承组件中之前容易地配备对应的层、绝缘层和/或导热层。

对于条形承载件坯料，有利地还可以通过承载件材料的对应切割而简单地提供各种尺寸的环形承载件。因此，可以简单地适应各种尺寸。在两个抵接边缘处的材料结合或过盈配合连接进而确保条形承载件坯料保持其环形形状并且完全包围(encloses)轴承圈。

由于在将轴承安装在座(/壳体)(housing)中之前，环形承载件通常仍然必须以机械精确的方式进行后处理，以便例如能够压配合(/压配)(press fit)在接纳组成部件(receiving component)上，因此在后处理步骤期间，抵接边缘接缝(abutting-edgeseams)可以被简单且成本高效地进行后处理，特别是研磨平滑(ground smooth)。

根据一个有利的示例性实施方式，所述绝缘层和/或所述导热层形成在所述承载件材料上或所述承载件坯料上，特别是，所述绝缘层和/或所述导热层被粘附(adhered)或包覆成型到所述承载件坯料上。对于条形承载件坯料，该形成步骤可以在弯圆之前和弯圆之后提供。此外，稍后可以将绝缘层施加到承载件材料上，即甚至在切割之前施加绝缘层。因此，例如，可以用绝缘材料广泛地涂覆金属板，并且仅在进一步的制造步骤中，可以将条形承载件切割成期望的尺寸。这也提供了非常简单且成本高效的制造方法。

根据另一有利的示例性实施方式，所述环形承载件还具有朝向所述轴承内部弯曲的至少一个边缘。至少设置在一侧的该边缘使得环形承载件能够在轴向上固定地安置(fixed seat of)在轴承圈上，并且还使得轴承圈的电绝缘件能够在轴向上固定地安置在轴承圈的端侧上。在这方面，特别有利的是，所述边缘至少部分地沿着所述第一圈的端表面延伸。由此可以避免绝缘装置相对于第一轴承圈的移位、至少在轴向方向上的移位。

这里，特别有利的是，环形承载件不仅具有一个弯曲边缘(bent edge)，而且具有两个弯曲边缘，这些弯曲边缘以U形方式包围轴承圈。这防止了绝缘装置与轴承圈之间的任何相对轴向移动。

根据另一有利的示例性实施方式，环形承载件包括凸耳(lug)，所述凸耳至少部分地在外圆周上在径向上向外或在径向上向内对准(aligned)，所述凸耳可以接合到接纳第一轴承圈的组成部件中的互补凹部中。因此，可以借助于承载件将轴承在轴向上固定在组成部件中，并且还可以将轴承固定以防止在组成部件中旋转。有利的是，该凸耳可以直接由承载件材料形成。

如果使用条形承载件坯料，则根据另一有利的示例性实施方式，一个抵接边缘可以具有与另一抵接边缘互补的形状。因此，在弯圆(round-bending)期间已经可以实现抵接边缘的精确相互对准，并且由于抵接边缘相对于彼此的精确对准是自动实现的，因此就制造技术而言，可以简化和加快弯圆(round-bending)和抵接边缘的连接。

根据另一有利的示例性实施方式，抵接边缘具有至少一个拼图型(puzzle-piece-type)过盈配合连接部，抵接边缘经由拼图型过盈配合连接部至少通过过盈配合彼此连接。这种拼图型过盈配合连接部使得抵接边缘可以快速且精确的连接，从而形成环形承载件。

当然，环形承载件也可以不仅仅由单个条形承载件坯料构成，而是包括多个单独的件，这些单独的件各自在它们的抵接边缘处彼此连接。这里，如上所述，抵接边缘可以以过盈配合和/或材料结合的方式彼此连接。

根据另一有利的示例性实施方式，抵接边缘特别是彼此焊接。这也可以用于上述通过过盈配合连接的抵接边缘中，作为防止过盈配合连接无意释放(unintentionalreleasing)的附加固定。

本发明的另一方面涉及一种用于制造上述轴承组件的方法，所述方法具有以下步骤：

提供具有第一轴承圈和第二轴承圈的轴承，

将电绝缘层施加到所述第一轴承圈上，

将至少一个导热层施加到所述电绝缘层上和/或施加到被构造为围绕所述电绝缘层的环形承载件上。

这里，特别优选的是，绝缘层和/或导热层被施加、附接或形成在其上，特别是包覆成型或粘附(adhered)。当然，绝缘层和/或导热层也可以被简单地插入而无需进一步附接。由于绝缘层和/或导热层可以在环形承载件施加到轴承圈上之前已经施加到承载件材料上，因此可以省略将承载件材料注入轴承圈与环形承载件之间的中间空间中的时间和成本密集的注入(a time and cost-intensive injecting)。在先施加(prior application)还可以使得承载件材料上的绝缘层材料或导热材料的尺寸均匀。

如果使用具有两个长边缘和布置在条形承载件坯料的短边上的两个相对的抵接边缘的条形承载件坯料，则所述方法还可以包括：

将所述条形承载件坯料弯圆成环，使得两个抵接边缘彼此抵接，

以材料结合和/或过盈配合的方式接合所述抵接边缘，以提供环形承载件。

这里，环形承载件还可以包括多个单独的条形承载件坯料，这些单独的条形承载件坯料各自在它们的抵接边缘处以材料结合或过盈配合的方式彼此连接。

提供由承载件材料制成的条形承载件坯料优选通过从金属板切割出条或从长的金属板条切割成一定长度来实现，其中，可以通过对应尺寸的切割金属板条而容易地提供期望的尺寸差异。对于环形承载件坯料，可以通过从套筒或管切割成一定长度来制造这些环形承载件坯料。

根据另一有利的示例性实施方式，将环形承载件的两个长边缘中的至少一个朝向轴承圈弯曲，使得弯曲部分被构造为至少部分地在其上布置有环形承载件的轴承圈的端侧上围绕轴承圈，其中，长边缘的弯曲可以在条形承载件坯料的弯圆之前或之后实现。如上所述，弯曲边缘使得绝缘装置可以在轴向上固定地安置在轴承圈上，使得可以省略绝缘装置到轴承圈上的另外的附接部件。

在说明书、附图和权利要求书中指明了另外的优点和有利的实施方式。这里特别地，在说明书和附图中指明的特征的组合仅仅是示例性的，使得特征也可以单独存在或以其他方式组合。

在下文中，使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。这里，示例性实施方式和示例性实施方式中示出的组合仅仅是示例性的，并不旨在限定本发明的范围。该范围仅由未决权利要求限定。

附图说明

图1示出了通过轴承组件的一个优选示例性实施方式的示意性截面图；

图2示出了通过轴承组件的另一优选示例性实施方式的示意性截面图；

图3示出了处于各种加工状态的条形承载件坯料的示意性概图；

图4示出了材料结合连接的示意图；以及

图5示出了过盈配合(/干涉配合)(interference-fit)连接的示意图。

在下文中，相同或功能等同的元件由相同的附图标记指定。

附图标记列表

1 轴承组件

2 滚动轴承

4 内圈

6 外圈

8 轴承内部

10 滚动元件

12、14 滚道

15 座

16 外表面

17 轴

18 绝缘装置

20 环形承载件

22 绝缘层

23 导热层

24、26 弯曲边缘

28、30 端表面

29 卡环

32 承载件坯料

34 抵接边缘

36 过盈配合连接部

38 突起

40 插入区域

具体实施方式

图1和图2各自示意性地示出了通过轴承组件1的截面图，轴承组件1具有滚动轴承2作为轴承。滚动轴承2包括内圈4和外圈6，内圈4和外圈6在它们之间形成轴承内部8，滚动元件10布置在轴承内部8中，滚动元件10在形成于内圈4和/或外圈6上的滚道12、14上滚动。轴承本身及其外圈6被接纳在座(/壳体)(housing)15中并且支撑轴17。

此外，图1和图2示出了绝缘装置18被施加在外圈6的外表面16上。

在图1的示例性实施方式中，绝缘装置18包括绝缘层22，导热层施加在绝缘层22上，导热层被设计成填充存在于绝缘层22与座15之间的充气腔(未描绘)，使得在滚动轴承2与座15之间实现改善的热传递。

由于即使在压装(press seat)的情况下，在轴承圈6或电绝缘层22与接纳组成部件(这里是座(housing)15)之间也经常存在微空气夹杂物(micro-air-inclusion)和微腔，因此热传导受损，使得在电绝缘轴承中经常发生可能损坏轴承的热积聚。可以用导热层来填充这些腔，使得材料接触，并且因此热传输可以始终存在。

这里，导热层优选地是导热膏，特别是基于硅树脂(silicone)的导热膏，导热膏可以被薄薄地施加，并且由于导热膏的软材料特性而很好地配合(fits)到腔中。

此外，为了提供特别好的保护以免损坏绝缘层22和导热层23，如图2的示例性实施方式所示，可以提供环形承载件20，环形承载件20围绕绝缘层22和导热层23并且直接或经由另一导热层(未描绘)与座15接触。

此外，图1和图2示出了绝缘层22、导热层23和/或环形承载件20具有U形，其具有两个弯曲边缘24、26，弯曲边缘24、26沿着轴承外圈6的端表面28、30延伸并且将环形承载件20或绝缘装置18在轴向上附接到轴承外圈6。图2还示出了提供附加轴向固定的附加卡环29。

如从图3可以看出的，环形承载件20可以优选地由条形承载件坯料32制成，例如由金属板条制成。这里，图3的a示出了条形承载环坯料32，其具有两个长边缘24、26和用作抵接边缘的两个短边缘34，如图3的部分b所示，两个长边缘24、26朝向轴承内部8内弯曲，以实现图2中描绘的环形承载件20的U形。这里，如图2所示的边缘24、26的弯曲可以在条形承载件坯料32的弯圆之前或之后引入，以提供环形承载件20。在图3中，描绘了在弯圆之前弯曲边缘24、26。

条形承载件坯料32可以从大表面板切割，或者从金属板条切割成一定长度，并且因此可以单独地适应轴承外圈6的尺寸。这里，绝缘层22的绝缘材料和/或导热层23的材料可以在切割之前施加到金属板上，或者作为另一种选择，在切割之后施加到金属板上，使得可容易地提供绝缘装置18的单独生产尺寸。

如果绝缘层22和/或导热层23尚未施加到条形承载件坯料32上或金属板上，则还可以在边缘24、26弯曲之后实现绝缘层22和/或导热层23的施加。

如果条形承载件坯料32设置有绝缘层22和/或导热层23并且可选地将边缘弯曲，则将条形承载件坯料32绕着轴承外圈6弯圆，并且条形承载件坯料32的抵接边缘34以材料结合(参见图4)或过盈配合(参见图5)的方式彼此连接。

特别如图5所示，过盈配合连接可以以至少一个拼图型过盈配合连接部(puzzle-piece-type interference-fit connection)36的形式提供，其中抵接边缘34-1中的一个具有突起38，而抵接边缘34-2中的另一个具有与突起38互补形成的插入区域40，突起38可以卡扣到插入区域40中。当然，其他过盈配合也是可行的。

当然，也可以将材料结合和过盈配合组合，以能够实现抵接边缘34彼此特别牢固的连接。

一旦轴承圈6被绝缘装置18包围，并且环形承载件20在其抵接边缘34处以材料结合和/或过盈配合的方式连接，就可以对环形承载件20实现精加工，以实现轴承组件在座中的压配合所需的精确表面。环形承载件20的这种精加工还使得轴承外圈6本身可以不需要精加工。这也降低了制造成本，因为与精加工滚动轴承外圈6相比，精加工环形承载件20需要较少的工作量。

这里，特别地，将环形承载件20的与接纳组成部件(例如，座)压配合的表面研磨至其精确尺寸，并且对轴承圈6本身的滚道12、14进行珩磨(honed)。当然，另外的后处理步骤是可行的。然后可以将具有绝缘装置18的成品轴承外圈6安装在电动马达中。

由于提供至少一个导热层，可以显著改善电绝缘轴承中的热传输，因为减少或防止了不可避免地存在的空气夹杂物。绝缘装置18可以由条形承载件坯料32制造，使得可以容易地为轴承外圈6的最宽尺寸范围配备绝缘装置18。因此，单独的尺寸也易于制造，而不需要为每种尺寸的轴承提供或制造不同的管型坯料。由于环形承载件通常在安装之前仍然被加工，因此材料结合或过盈配合连接并没有表现出缺点。在该步骤中可以容易地去除任何突出的焊缝(welding seams)。总的来说，上面讨论的轴承组件呈现一种简单且成本高效的方式来使布置在电动马达或电机中的轴承电绝缘。

Claims (12)

1.一种轴承组件(1)，所述轴承组件(1)具有轴承(2)，所述轴承(2)包括第一圈(4；6)和第二圈(4；6)，所述第一圈(4；6)和所述第二圈(4；6)相对于彼此可旋转地布置并且在所述第一圈(4；6)与所述第二圈(4；6)之间限定轴承内部(8)，其中，所述轴承组件(1)还包括至少一个绝缘装置(18)，所述至少一个绝缘装置(18)被施加在所述轴承的第一圈(4；6)上并且包括绝缘层，其中，所述绝缘层(22)布置在所述第一圈(4；6)上并且由电绝缘材料构成，其特征在于，所述绝缘装置(18)还包括至少一个导热层(23)，所述至少一个导热层(23)由非金属材料制成并且被构造为填充所述绝缘层(22)与接纳轴承的第一圈的组成部件(15；17)之间的至少一个充气腔。

2.根据权利要求1所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述导热层(23)由导热的、薄且软的材料制造。

3.根据权利要求1或2所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述导热层(23)是导热膏。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述导热层(23)由含硅材料制造。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述绝缘层(22)和所述导热层(23)由相同的材料制造并且形成为一体式层(23)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述绝缘装置(18)还包括由金属承载件材料制成的环形承载件(20)，所述环形承载件(20)至少承载所述至少一个导热层(23)并且围绕所述绝缘层(22)。

7.根据权利要求6所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述导热层(23)布置在绝缘层(22)与环形承载件(20)之间。

8.根据权利要求6或7所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述环形承载件(20)由两个导热层(23)夹置和支撑。

9.根据权利要求6所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述环形承载件(20)布置在所述绝缘层(22)与所述导热层(23)之间，并且以夹层形式一方面承载所述绝缘层(22)，并且另一方面承载所述导热层(23)。

10.根据权利要求6至9中的任一项所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述环形承载件(20)由弯曲成环(4；6)的至少一个条形承载件坯料(32)形成，并且具有至少两个抵接边缘(34)，所述至少两个抵接边缘(34)以材料结合和/或过盈配合的方式彼此连接。

11.根据权利要求6至10中的任一项所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述绝缘层(22)和/或所述导热层(23)被施加、附接或形成到承载件材料或所述条形承载件坯料(32)上，特别是，所述绝缘层(22)和/或所述导热层(23)被粘附或包覆成型到承载件材料或所述条形承载件坯料(32)上。

12.根据权利要求6至11中的任一项所述的轴承组件(1)，其特征在于，所述环形承载件(20)还具有朝向所述轴承内部(8)弯曲的至少一个边缘(24；26)，其中，所述边缘(24；26)优选至少部分地沿着所述第一圈(4；6)的端表面延伸。