CN117836527A

CN117836527A - 轴承装置

Info

Publication number: CN117836527A
Application number: CN202280056870.3A
Authority: CN
Inventors: 川口隼人
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2022-08-19
Publication date: 2024-04-05
Also published as: WO2023026978A1; KR20240050370A; JP2023030949A

Abstract

本发明在利用滚动轴承相对于壳体对车辆驱动用马达或与车辆驱动用马达连接的变速器所包括的旋转轴进行支承的轴承装置中，避免滚动轴承所具备的套圈的量产性和绝缘被膜的可靠性的降低并抑制套圈的成本。因此，滚动轴承(1)具有安装于旋转轴(21)与壳体(10)的一方的套圈(3)，一个套圈(3)中的与一个部件(10)嵌合的配合面(3b)由绝缘被膜(7)构成，该配合面(3b)与壳体(10)间隙配合。

Description

轴承装置

技术领域

本发明涉及在车辆驱动用马达等所包括的旋转轴与壳体之间具备滚动轴承的轴承装置，特别是涉及将滚动轴承的套圈绝缘的情况。

背景技术

通常，电动汽车(EV)、电动混合动力车(HV)等汽车、生产机械用车辆具备包括驱动用马达和变速器在内的驱动系统。该驱动用马达或变速器的旋转轴由滚动轴承支承。

在将滚动轴承组装到驱动用马达、与其连接的变速器的情况下，有时会在夹设有该滚动轴承的旋转轴与壳体间产生电位差。对于驱动用马达而言，为了高效化而需要将变频器控制的频率提高，但若频率变高，则电流变得容易流向该滚动轴承。

若安装于旋转轴与壳体的一方的套圈的配合面具有导电性，则由上述的电位差形成的电流流向滚动轴承并在滚道面与滚动体的弹性接触区域发生放电，有时会在套圈、滚动体上发生电腐蚀。为了防止这种情况，以往，进行有用绝缘被膜构成套圈的配合面(专利文献1)。

滚动轴承的高阻抗化对于电腐蚀的防止是有效的。专利文献1所公开的轴承装置将滚动轴承的套圈的主体设为金属环，在该金属环的滚道面相反面侧的外周或内周形成套圈的配合面的基底面、和从该基底面向径向凹入的凹陷，以沿着该凹陷的形状的方式用绝缘被膜覆盖金属环的基底面侧的周面、以填埋该凹陷的方式用绝缘被膜覆盖基底面侧的周面，由此使套圈与嵌合对象的旋转轴或壳体之间的电容减小来实现高阻抗化。

专利文献1：日本特开2007-298060号公报。

然而，如专利文献1那样，当在金属环上形成一个或多个整周槽状的凹陷、分散配置地形成多个凹陷并以沿着该凹陷的形状构成了绝缘被膜的情况下，在绝缘被膜的整周或者形成多个从套圈的配合面凹入的凹陷被覆部，并在该凹陷被覆部与嵌合对象的配合面之间产生间隙，因此套圈与嵌合对象间的导热性变差，从而有可能对滚动轴承的散热性造成不良影响。

另外，由于在绝缘被膜上形成凹陷被覆部，因此绝缘被膜的成型变难，量产性变低。

另外，由于在该凹陷被覆部上存在拐角、角部的弯曲部，因此在该弯曲部应力集中，绝缘被膜变得容易破裂、剥离，可靠性变低。

另外，由于需要在金属环的基底面侧的周面对凹陷进行加工，因此套圈的成本变高。

另一方面，通过不在金属环上形成凹陷而使绝缘被膜的膜厚全面地变厚，从而也能够使电容减小，但由于绝缘被膜的材料使用量变多，因此套圈的成本变高，另外，散热性也有可能降低。

发明内容

鉴于上述的背景，本发明欲解决的课题在于在利用滚动轴承相对于壳体对车辆驱动用马达或与车辆驱动用马达连接的变速器所包括的旋转轴进行支承的轴承装置中，避免滚动轴承所具备的套圈的量产性和绝缘被膜的可靠性的降低并且抑制套圈的成本。

为了实现上述的课题，本发明具备车辆驱动用马达或与车辆驱动用马达连接的变速器所包括的旋转轴、设置于上述旋转轴的周围的壳体、以及相对于上述壳体对上述旋转轴进行支承的滚动轴承，上述滚动轴承具有内侧的套圈、外侧的套圈、夹设于上述内侧的套圈与上述外侧的套圈之间的多个滚动体、以及保持这些多个滚动体的保持器，上述内侧的套圈与上述外侧的套圈中的一个套圈安装于上述旋转轴与上述壳体中的一个部件，上述一个套圈中的与上述一个部件嵌合的配合面由绝缘被膜构成，在上述轴承装置中，采用了上述配合面与上述一个部件间隙配合的结构。

根据上述结构，构成一个套圈的配合面的绝缘被膜与作为嵌合对象的一个部件间隙配合，因此能够基于其配合间隙减少绝缘被膜与一个部件的接触面积，即能够使电容减小来实现高阻抗化。因此，无需在绝缘被膜形成凹陷被覆部，并且能够使绝缘被膜的膜厚变薄，由此，能够避免一个套圈的量产性、绝缘被膜的可靠性的降低并且抑制套圈的成本。

这里，本发明中的车辆驱动用马达是指相当于转换电能并输出成为车辆的驱动源的旋转的电气设备、与在车辆的再生制动时将输入旋转转换为电能的电气设备的至少一方的马达。

另外，本发明中的变速器是指转换输入旋转速度并传递到输出侧的装置，是包含使其速度转换的比率(减速比、变速比)连续地改变的无级变速装置、和该速度转换的比率被固定的固定比变速装置的概念，该固定比变速装置包括该速度转换的比率只有一种的被称为减速机或增速机的装置。

也可以在上述配合面与上述一个部件之间设定有0.005mm以上的配合间隙。这样，在对车辆驱动用马达或与车辆驱动用马达连接的变速器所包括的旋转轴进行支承的用途中有实际效果的轴承尺寸上，与在一个套圈的配合面和一个部件之间没有配合间隙的情况相比，能够将接触面积减少至大概一半以下来实现高阻抗化。与其对应地能够使绝缘被膜变薄来实现低成本化。

也可以更优选上述配合间隙为0.02mm以上。这样，能够将上述的接触面积减少大概七成，并能够使绝缘被膜更薄。

也可以构成为：上述绝缘被膜的膜厚为0.05mm以下。这样，若将绝缘被膜的膜厚变薄至0.05mm以下，则能够减小由作用于一个套圈的配合面与一个部件的接触部的径向载荷引起的绝缘被膜的变形并抑制上述的接触面积的扩大来确保高阻抗。

也可以构成为：上述绝缘被膜是含有陶瓷、聚苯硫醚树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、以及环氧树脂中的至少一种的烧制膜。在绝缘电阻、绝缘击穿电压、机械强度、以及加工性等方面，这些材料适合作为绝缘被膜的材料。

如上述那样，本发明通过采用上述结构，在利用滚动轴承相对于壳体对车辆驱动用马达或与车辆驱动用马达连接的变速器所包括的旋转轴进行支承的轴承装置中，能够避免滚动轴承所具备的套圈的量产性和绝缘被膜的可靠性的降低并且抑制套圈的成本。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的轴承装置的主要部位的纵向主剖视图。

图2是图1的轴承装置的侧视图。

图3是表示图1所示的轴承装置的使用例的示意图。

图4是图1所示的套圈与壳体的接触部的放大图。

图5是表示相对于图4的比较例的接触部的剖视图。

图6是表示计算模型中的套圈与壳体的配合间隙与接触面积的关系的曲线图。

具体实施方式

基于附图的图1～图6对作为本发明的一个例子的实施方式所涉及的轴承装置进行说明。

图1～图3所示的该轴承装置具备壳体10、车辆驱动用马达20的旋转轴21、以及相对于壳体10对旋转轴21进行支承的滚动轴承1。

该轴承装置作为组装到车辆的驱动系统的旋转传递装置的一部分来使用。图3中例示的旋转传递装置具备车辆驱动用马达20、和与车辆驱动用马达20连接的变速器30。变速器30具备多个旋转轴31～33、设置于这各旋转轴31～33的齿轮34～36、以及对旋转轴31、32、33进行支承的多个滚动轴承37、38。由车辆驱动用马达20的电机轴构成的旋转轴21与旋转轴31连结，两轴21、31一体旋转。在车辆驱动用马达20成为驱动源的情况下，从成为车辆驱动用马达20的输出轴的旋转轴21输入到变速器30的旋转轴31，变速器30成为对输入至旋转轴31的旋转进行减速并从旋转轴33输出的齿轮减速机。在车辆驱动用马达20成为再生制动器的情况下，变速器30成为对从行驶车轮侧输入至旋转轴33的旋转进行增速并从旋转轴31输出到车辆驱动用马达20的旋转轴21的齿轮增速机。

对旋转轴21进行支承的滚动轴承1、和对旋转轴31～32进行支承的滚动轴承37分别是深沟球轴承。对旋转轴33进行支承的滚动轴承38是圆锥滚子轴承。

如图1、图2所示，滚动轴承1具有内侧的套圈2、外侧的套圈3、夹设在内侧的套圈2与外侧的套圈3之间的多个滚动体4、以及保持这些多个滚动体4的保持器5。

此外，以下将沿着该滚动轴承1的轴承中心轴(省略图示，以下相同)的方向称为“轴向”。另外，将与轴向正交的方向称为“径向”。另外，将沿着绕轴承中心轴的圆周的方向称为“周向”。在图1中，轴承中心轴是作为旋转圈的内侧的套圈2的中心轴。图1表示包含轴承中心轴的假想平面的剖面。轴向在图1中相当于左右方向，径向在图1中相当于上下方向。

内侧的套圈2由在外周侧具有与滚动体4接触的滚道面2a、和在内周侧具有与旋转轴21嵌合的配合面2b的环状部件构成。

外侧的套圈3由在内周侧具有与滚动体4接触的滚道面3a、和在外周侧具有配合面3b的环状部件构成。

滚动体4由钢球构成。

保持器5由环状的轴承部件构成，该环状的轴承部件将夹设于内外的滚道面2a、3a间的多个滚动体4保持为规定的周向间隔。

壳体10具有设置于旋转轴21的周围的配合面10a。该配合面10a形成为圆筒面状。壳体10例如由铝系材料形成。

内侧的套圈2整体由钢形成。

外侧的套圈3由在内周侧具有滚道面3a的金属环6、和被覆金属环6的外周及两侧面的绝缘被膜7构成。

金属环6由钢形成。

绝缘被膜7由具有绝缘性的非金属材制的涂层构成。绝缘被膜7全面地贴合于金属环6的圆筒面状的外径面。绝缘被膜7的膜厚是全面均匀的。此外，在图1中，为了容易理解绝缘被膜7，较大地夸大了该膜厚。

从绝缘电阻、绝缘击穿电压、机械强度、以及加工性等方面出发，优选绝缘被膜7例如为含有陶瓷、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚酰胺酰亚胺树脂(PAI)、以及环氧树脂中的至少一种的烧制膜。在陶瓷、环氧树脂、聚酰胺酰亚胺树脂的情况下，能够对涂布后的材料进行加热来形成烧制膜。在环氧树脂、聚酰胺酰亚胺树脂的情况下，也可以含有固化剂来烧制。

作为陶瓷，例如可以举出氧化铝(Al ₂O ₃)、二氧化钛(TiO ₂)等。例如，能够在金属环6的外周形成陶瓷被膜，并使PPS、PAI等绝缘性的合成树脂浸入于该陶瓷被膜来构成绝缘被膜7。

另外，绝缘被膜7例如也可以是将PPS、PAI以及环氧树脂中的至少一种作为基体树脂、并含有有助于该基体树脂的强化的纤维材料的合成树脂组合物。

绝缘被膜7的膜厚例如能够设为0.0010mm以上、1.0mm以下。若将膜厚不必要地增厚，则成本变高，因此优选设为1.0mm以下。

特别是在将以PAI为主要成分的烧制膜或以PAI为基体树脂的烧制膜作为绝缘被膜7的情况下，若考虑膜厚的均匀性等，则优选绝缘被膜7的膜厚为0.005mm以上、0.100mm以下。在该情况下，若考虑由外侧的套圈3的蠕动引起的磨损、绝缘性，则更优选绝缘被膜7的膜厚为0.010mm以上、0.050mm以下。

外侧的套圈3的配合面3b由绝缘被膜7构成。该配合面3b形成为规定外侧的套圈3的外径的圆筒面状。

外侧的套圈3的配合面3b与壳体10的配合面10a嵌合。内侧的套圈2的配合面2b与旋转轴21嵌合。

外侧的套圈3的配合面3b的最大外径比壳体10的配合面10a的最小内径小。即，外侧的套圈3的配合面3b与作为旋转轴21和壳体10中的一个部件的壳体10间隙配合。在外侧的套圈3的配合面3b与壳体10的配合面10a之间设定的配合间隙相当于配合面10a的最小内径与配合面3b的最大值之差。

作为一个部件的壳体10与作为该嵌合对象亦即一个套圈的外侧的套圈3能够在径向上接触的部位仅为彼此的配合面3b、配合面10a。对于构成该配合面3b的绝缘被膜7而言，利用绝缘被膜7切断供来自驱动用马达20的漏电流流动的电路，防止内外的套圈2、3与滚动体4间的放电来防止内外的套圈2、3、滚动体4的电腐蚀。

如图4所示，在外侧的套圈3的配合面3b与壳体10的配合面10a之间，在其周向的大部分的区域中，在两配合面3b、10a间产生间隙g _a，另一方面，在其周向的剩余部位，两配合面3b、10a接触。两配合面3b、10a的接触部由于负载于滚动轴承1的径向载荷而变形。因此，两配合面3b、10a的接触部在沿着与径向载荷的方向(在图4中为下方向)正交的平面的方向上以宽度Wa产生。

绝缘被膜7越因上述径向载荷而大幅度地变形，则接触部的宽度Wa变得越大。接触部的宽度Wa变得越大，则两配合面3b、10a的接触面积变得越大。为了抑制由径向载荷引起的绝缘被膜7的变形，优选绝缘被膜7的膜厚为0.05mm以下。

这里，基于绝缘被膜7的静电电容C可以通过以下的[数式1]表示。

[数式1]

在[数式1]中，ε₀是真空的介电常数，ε_m是绝缘被膜的材料的介电常数，S是两配合面3b、10a的接触面积，d是绝缘被膜7的膜厚。根据[数式1]可知，为了减小静电电容C，即为了提高阻抗，只要减小接触面积S即可。

假设在使壳体10的配合面10a的内径更小而变更为图5所示的配合面10b的情况下，外侧的套圈3的配合面3b与壳体10的配合面10b之间的配合间隙变得比图4例小，间隙g_b总体上变小，因此两配合面3b、10b的接触部的宽度Wb变得比图4例的宽度Wa大，因此，，接触面积变得比图4例大，对高阻抗化来说是不利的。此外，在图4、图5中，为了容易理解由配合间隙的不同引起的接触面积的变化，夸大了宽度Wa、Wb。

假定在车辆驱动用马达、变速器的旋转轴支承用途中有实际效果的轴承尺寸，计算了配合间隙与接触面积的关系。将该计算结果在图6中示出。这里，计算模型设定为型号6207(轴承外径)。

根据图6的曲线图明显可知，当配合间隙为0.005mm以上时，与没有配合间隙的情况相比，能够将接触面积减少大概一半以上。特别是在配合间隙为0.020mm以上的情况下，甚至能够将接触面积减少约七成。

由此可知，通过在图1所示的外侧的套圈3的配合面3b与壳体10的配合面10a之间设定0.005mm以上、更优选为0..020mm以上的配合间隙，从而能够在车辆驱动用马达等的旋转轴支承用途中有实际效果的轴承尺寸上，将两配合面3b、10a的接触面积减少五成以上，更优选为减少七成以上来实现两配合面3b、10a间的高阻抗化。因此，即使得到相同的静电电容，若将配合间隙设为0.005mm以上，则也能够将绝缘被膜7的膜厚减少五成以上，特别是若将配合间隙设为0.020m以上，，则能够将绝缘被膜7的膜厚减少七成以上，从而能够实现绝缘被膜7的低成本化。

如上所述，图1～图4所示的该轴承装置具备车辆驱动用马达20中所包括的旋转轴21、设置于旋转轴21的周围的壳体10、以及相对于壳体10对旋转轴21进行支承的滚动轴承1，滚动轴承1具有内侧的套圈、外侧的套圈、夹设在内侧的套圈与外侧的套圈之间的多个滚动体、以及保持这些多个滚动体的保持器，内侧的套圈与外侧的套圈中的一个套圈3安装于旋转轴与壳体中的一个部件(壳体10)，一个套圈3中的与一个部件10嵌合的配合面3b由绝缘被膜7构成，一个套圈3的配合面3b与一个部件10间隙配合，因此能够基于该配合间隙减少绝缘被膜与一个部件的接触面积来减小静电电容(电容)而实现高阻抗化。由此，该轴承装置在金属环6的外周去除用于高阻抗化的凹陷加工，另外，使绝缘被膜7的膜厚变薄，从而能够避免一个套圈3的量产性和绝缘被膜7的可靠性的降低并且抑制一个套圈3的成本。

另外，该轴承装置通过在一个套圈3的配合面3b与一个部件10之间设定0.005mm以上的配合间隙，从而在对车辆驱动用马达20的旋转轴21进行支承的用途中有实际效果的轴承尺寸上，与在一个套圈3的配合面3b与一个部件10之间没有配合间隙的情况相比，将接触面积减少至大概一半以下，并实现高阻抗化，与其对应地，能够使绝缘被膜7变薄来实现低成本化。

特别是对于该轴承装置而言，一个套圈3的配合面3b与一个部件10之间的配合间隙为0.02mm以上，由此能够将上述的接触面积减少大概七成来使绝缘被膜7变得更薄。

另外，对于该轴承装置而言，绝缘被膜7的膜厚为0.05mm以下，由此能够减小由作用于一个套圈3的配合面3b与一个部件10的接触部的径向载荷引起的绝缘被膜7的变形，并能够抑制上述的接触面积的扩大来确保高阻抗。

另外，对于该轴承装置而言，绝缘被膜7是含有陶瓷、聚苯硫醚树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、以及环氧树脂中的至少一种的烧制膜，由此能够得到绝缘被膜7的良好的绝缘电阻、绝缘击穿电压、机械强度、以及加工性等。

在图示例中，在对车辆驱动用马达20的旋转轴21进行支承的滚动轴承1的外侧的套圈3与壳体10间实现了高阻抗化，但也考虑在内侧的套圈与旋转轴间实现高阻抗化的情况。在该情况下，只要通过绝缘被覆构成作为一个套圈的内侧的套圈的配合面，将内侧的套圈的配合面与作为一个部件的旋转轴间隙配合，并将其膜厚、配合间隙同样地设定即可，因此省略其图示说明。另外，在图示例中，将本发明应用于对车辆驱动用马达20的旋转轴21进行支承的轴承装置中，但在通过绝缘被覆构成对变速器30的旋转轴31～33进行支承的滚动轴承37、38的套圈的配合面的情况下，本发明也只要与滚动轴承1的情况同样地应用即可，因此省略其图示说明。

本次公开的实施方式全部的点应被认为是例示，并非是对本发明进行的限制。因此，本发明的范围并非由上述的说明限定，而是由权利要求书表示，意在包括与权利要求书等同的意思以及在其范围内的全部变更。

附图标记说明

1、37、38…转动轴承；2…内侧的套圈；3…外侧的套圈；3b…配合面；4…滚动体；5…保持器；7…绝缘被覆；10…壳体；20…车辆驱动用马达；30…变速器；21、31～33…旋转轴。

Claims

1.一种轴承装置，其具备车辆驱动用马达或与车辆驱动用马达连接的变速器所包括的旋转轴、设置于所述旋转轴的周围的壳体、以及相对于所述壳体对所述旋转轴进行支承的滚动轴承，

所述滚动轴承具有内侧的套圈、外侧的套圈、夹设于所述内侧的套圈与所述外侧的套圈之间的多个滚动体、以及保持这些多个滚动体的保持器，

所述内侧的套圈与所述外侧的套圈中的一个套圈安装于所述旋转轴与所述壳体中的一个部件，

所述一个套圈中的与所述一个部件嵌合的配合面由绝缘被膜构成，

所述轴承装置的特征在于，

所述配合面与所述一个部件间隙配合。

2.根据权利要求1所述的轴承装置，其中，

在所述配合面与所述一个部件之间设定有0.005mm以上的配合间隙。

3.根据权利要求2所述的轴承装置，其中，

所述配合间隙为0.02mm以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的轴承装置，其中，

所述绝缘被膜的膜厚为0.05mm以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的轴承装置，其中，

所述绝缘被膜是含有陶瓷、聚苯硫醚树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、以及环氧树脂中的至少一种的烧制膜。