CN1326257A

CN1326257A - 旋转电机

Info

Publication number: CN1326257A
Application number: CN01119609A
Authority: CN
Inventors: 高野正
Original assignee: Menlic K K
Current assignee: Menlic K K
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2001-12-12
Also published as: EP1146625A2; EP1146625A3; TW525336B

Abstract

本发明提供了旋转电机如DC无刷电机的几个实施例,该电机安装在机架设备中,不仅为转子提供轴承,而且提供一个安放具有与DC电机相连的转轴的有关机器大部分的腔。从而获得结构多用性,允许相连的设备具有更大的自由度。本发明披露了转子轴承支撑件和机架结构的各种方案。

Description

旋转电机

本发明涉及一种旋转电机，更具体地说，本发明涉及一种用于这种电机转子的改进的机架机构和轴承设备。

旋转电机可以具有多种类型，并且通常由电动机或者发动机构成。但是，假如不考虑种类，将旋转电机与另一种机器的转轴连接是十分普通的。例如，如果该机器只有一个电动机，那么该电机将正常驱动一个负载。

例如，曾有人建议提供一种具有电力驱动液压动力驾驶系统的汽车。利用这种电推进力，在驱动液压泵时，不用持续消耗汽车发动机功率。因此，在驱动内燃机的负荷上升但不超负荷的条件下，可以接通或者关闭电动机，驱动动力驾驶泵。

但是，如果这样，电动机的转子通常支撑在其机架上固定于机架端盖轴承上的对应端处。于是，电机连接至一个本身具有轴承的液压泵上。外部连接造成总长度增加，附加的轴承显著增加了所获得机构的成本和尺寸。

当电机具有一个发动机，该发动机由另一种旋转电机如一个内燃机驱动时，也会出现类似的问题。又比如，即使没有显著的优点，也要求具有这种构造，以便电机可以做的更加紧凑，可以显著减少轴承的数量，从而降低成本。

因此，本发明的主要目的是提供一种旋转电机的改进机架机构，其机架组件还可以容纳一个与该旋转电机的转子驱动连接的其它有关机器。

正如所述的那样，旋转电机的轴承设备通常包括一对间隔开的轴承，它们安装在机架的端盖内，配合连接的转子轴端部。这种结构的一个问题是当该机构与另一个旋转机器连接时，轴难以校直。并且，如果从该旋转电机上去除端盖，那么剩下的端轴承失去将转子轴保持在一个固定位置的这种性能。

因此，本发明的另一个目的是提供一种用于连接该转子和旋转电机的改进结构，其中至少有一个转子轴承具有足够的长度即使在使用的其余轴承错位时也能够稳定该转子。

本发明的一个特点是适合使用于一个由外机架形成一个DC旋转电机定子而构成的DC旋转电机内。该外机架包括一个由第一和第二端盖封闭在对应端的大体为圆柱形的中央部分。转子位于外机架内，并延伸通过第一端盖，用来与另一个电机的相连转轴驱动连接。该第一端盖形成一个容纳相连电机主要部分的腔。

本发明的另一个特点是适合使用于一个DC旋转电机内。与该特点相关，一个外机架形成该电机的定子，并包括一个由第一和第二端盖封闭的位于对应端的大体为圆柱形的中央部分。转子位于该外机架内，并通过第一端盖延伸，用来与另一个电机的相关转轴驱动连接。该第二端盖携带一个伸入转子圆柱形开口内的圆柱形支柱，来将转子安装于该外机架内。

图1是使用本发明旋转电机的一种自动动力驾驶系统的示意图。

图2是该旋转电机的放大立面图。

图3是沿该旋转电机轴的剖面图，表示驱动该电机的有关液压泵。

图4是部分类似于图3的剖面图，表示本发明的另一个实施例。

图5是部分类似于图3-4的剖面图，表示本发明的第三个实施例。图6是部分类似于图3-5的局部剖面图，表示本发明的第四个实施例。图7是部分类似于图3-6的局部剖面图，表示本发明的第五个实施例。

图8是部分类似于图3-7的局部剖面图，表示本发明的第六个实施例。

图9是部分类似于图3-8的剖面图，表示本发明的第七个实施例。

图10是该实施例中转子轴一端的立面图。

图11是部分类似于图3-8的剖面图，表示本发明的第八个实施例。

图12是部分类似于图3-8、11的剖面图，表示本发明的第九个实施例。

图13是部分类似于图3-8、11-12的局部剖面图，表示本发明的第十个实施例。

图14是部分类似于图3-8、11-13的局部剖面图，表示本发明的第十一个实施例。

图15是部分类似于图3-8、11-14的局部剖面图，表示本发明的第十二个实施例。

图16是部分类似于图3-8、11-15的局部剖面图，表示本发明的第十三个实施例。

图17是部分类似于图3-8、11-16的局部剖面图，表示本发明的第十四个实施例。

图18是部分类似于图3-8、11-17的局部剖面图，表示本发明的第十五个实施例。

图19是部分类似于图3-8、11-18的局部剖面图，表示本发明的第十六个实施例。

图20是该实施例转子轴一端的立面图。

现在从图1开始参照附图进行描述，该图表示可以使用本发明的一种典型环境。在这种环境下，有一种无刷DC电机形式的旋转电机，该电机驱动一种自动动力驾驶系统中使用的液压泵形式的另一种负荷。如将会变的很清楚的那样，该联合组件通常由附图标记21表示，包括具有后面附图3中将要详细描述的主电机机架的无刷DC电机22，以及因此形成电机转子轴承的端盖23。此外，将要参照附图3详细描述的液压泵包含在端盖23的基本部分内。另一个封闭元件24封闭在该液压泵中，该液压泵顺序地从一个形成在其内用于动力助推器的水池中向液压动力驾驶机构供应液压流体，该机构通常由附图标记25表示。该动力驾驶机构25给连接汽车驾驶轮26和汽车操向齿条机构27的齿轮机构提供助推器动力。该操向齿条机构27通过栓柱与汽车的驾驶连杆机械连接。

部分由主电机机架形成的动力驱动电机22的力矩由一个控制器控制，该控制器通常由附图标记29表示。该控制器29接收某种汽车输入，以便决定端盖23内的液压泵产生的助推器动力量。尽管可以采用任何类型的控制器，但是该系统能够包括一个检测驾驶轮26转动角度的传感器31，一个车速传感器，该传感器通常由附图标记32表示，它输入一个表示汽车速度的信号；以及一个发动机速度传感器33，该传感器输入一个表示驱动发动机转速的信号。

通过检测这些值，能够决定在各种情况下驾驶的最佳动力助推量。例如，如果该汽车以荷载速度行驶，而转向角度传感器检测到大的转向输入，那么可以假定该汽车处于停车状态，需要更大的助推。这还可以通过低汽车发动机速度决定，它表示汽车处于停车状态。当然，使用特殊控制策略形成非本发明的部分，如上述清楚表示的那样，本发明可以使用于其它场合，还可以使用于不使用电机而使用发动机的场合，该发电机可以优选是一种无刷DC发电机，由一种最原始的驱动器尤其是其转轴驱动。

现在参照附图2，它更详细地表示了该组件21，该组件包括全部包含在一个共同的机架组件内的三个主要部件。这些包括该主电机机架组件22的机架，端盖23设置于主电机机架组件上，该端盖含有一个可逆的液压泵34。该泵34从另一个封闭元件24内的一个水池中抽取流体。

该设备的内部结构表示于附图2中，它可以参照附图3得到最好的理解，附图3是该组件的剖视图。首先参看该DC无刷可逆电机22的构造，它包括一个由一个主机架件构成的机架组件，该主机架件大体为圆柱形结构，并且最好由高强度的轻质材料如铝合金等构成。

该主机架35的下端由一个完整的形成于其中的端盖36封闭。该端盖36具有一个容纳淬火钢突起部分37，伸入该机架35圆柱形部分内的转子支撑轴38。这通过一个形成在转子组件内的孔，该孔通常由附图标记39表示。更具体地说，该孔由一个充满油的轴承组成，该轴承受到压迫，或者被装入一个形成在该转子组件39的孔42内。该转子组件39优选由层叠的电磁铁板构成，四周以一定的间隔设置有永磁体43。

该磁体43优选由一种磁生材料例如磁性合金，铁酸盐，钕-铁-硼等材料构成，。该磁体43受到磁化，以便磁极在圆周方向交替变化，并且可以由圆柱形或者方板形磁铁中心轴并列连接而制成。转子组件39外表面优选由一种防锈的涂覆层保护，并包含由一种适当的模制树脂如PPS(DOW化工厂生产的聚苯撑硫化物)制成的板。这优选用于保护磁体43。

由于该转子轴支撑件38和轴承41向转子组件39内延伸一个基本轴距，因此该转子组件39甚至在后述电机组件22的剩余部件错位时也能够保持稳定。

该径向向外的转子组件39的永磁体43外表面上的机架部分35内的是一种包括一个三相场磁体线圈，它由附图标记44表示。它具有一个薄片芯45。该线圈绕组44缠绕在芯极周围的的绝缘线轴46周围，形成通常由附图标记47表示的该防护组件。

为了控制防护元件47电磁体的极生，使转子组件39有效转动，设置了多个传感器，尤其是由附图标记48表示的厅型传感器，它们安装在一个传感器板49上，在磁体径向内周边轴向地向内延伸。这些磁体43因此沿轴向伸出中心板45，从而提供一种非常紧凑的组件。这就提供了一种转子环形位置的指示，从而允许通过一个控制方案进行适当的控制，这里将简要描述其中的一种类型。导电体51和52通过整个端盖36，用于接受动力。在该实施例中，控制器组件适当地安装于电机组件22外部。其余控制器安装方案见图4和5。

该端盖23有一个整体壁部53，它容纳一个抗摩擦轴承54，轴承54装在驱动轴部分55一端转子组件39上的一个轴肩上。该轴部55伸入一个形成在电机组件22端盖23的腔体内。液压泵34容纳于该腔体内，因此由另一个封闭元件24容纳和封闭。液压装置之一表示于该图中，由附图标记57表示，用于将流体的负压传递至图1所示的液压驾驶控制机构25。

在组装时，在防护元件45和完全防护元件47置位时，转子39可以安装在机架35内。接着，将端盖23放入安装液压泵的位置，与轴部55形成驱动联系。这样，显然可以明显减少所需要的轴承数量，使该组件更加紧凑。此外，这种方案允许使用传统型泵，这些泵不需要特别设计，也可以与使用的特定类型电机合作。

图4表示本发明的另一个实施例，该实施例基本上与图3所述实施例尤其在构造上相同。因此，该实施例中与前述实施例相同的部件用相同的附图标记表示，它们也将被再次描述，仅用于理解该实施例的结构和操作。

在该实施例中，通常由附图标记61表示的控制器组件设置于联合机架组件21内。该控制组件61由另一个机架件62组成，并加在电机机架35的圆柱形部分和其端盖23之间。

机架62中包括电机组件22的控制机构，这包括一个例如由六个FETS63组成的桥电路，这些FETS安装于一块支撑板64上，与金属机架板23和35紧密热接触，以便迅速散热。此外，其它控制电路组件例如IC元件65也安装在该板64上，并连接至一个外部连接器66，以便不需要在上述实施例中经过任何导体就可以实现外部电连接。就其它方面而言，该实施例与上述相同，并具有与上述实施例相同的优点和特点。

图5表示本发明的另一个实施例，它十分类似于已经描述的实施例，但是在该实施例中，通常用附图标记71表示的控制组件安装于该组件的端盖23一侧，以便缩短总长度。该控制组件71与形成在封闭元件23上的安装突起72合作，支撑在绝缘板或安装其它电气元件如一个IC元件75的线路板上的六个FETS73。

控制器71包括一个限定一个腔77的加长的机架元件76，其中这些元件被定位，腔由辅助封闭板78封闭。安装电连接器79的一端用于控制电连接。

下面将要描述的是一组实施例(图6-8，9和10，11-18和19以及20表示构成旋转电机和特别无刷DC电机22的不同方案。由于这些不同的实施例能够用于具有内部或者外部控制的如图3-5所示上述任何类型的机架组件，因此，只描述了每一个实施例的电动机结构部分。)

图6中所示的第一实施例基本上与已经描述的那些实施例相同。因此，显然，对本领域的普通技术人员而言，不必对该实施例做进一步描述，并且相同的部分用相同的附图标记表示。

图7表示另一个实施例，它进一步降低了成本，并简化了总结构，其中电动机组件22的防护组件47不完全由端盖和机架部分覆盖。实际上，该部分35的轴长减少，螺纹紧固件81通过防护芯45的层压板，被固定于端盖23上。端盖23不必向下延伸。以封闭没有被机架部分35覆盖的防护板45的外周边。这就降低了总体结构的成本和重量。

图8表示电动机组件的另一个实施例，它基本上与图7中所示的相同。但是，在该实施例中，转子的叠片是在中央具有压配浸油轴承41的钢板套筒。与芯45叠片较为粗糙的表面相反，由于钢套筒91具有光滑的表面，油浸渍的轴承41可以更容易地插入，而不会对其产生类似的损害。

图9和10表示本发明的另一个实施例，该实施例与图7和8中的相同。因此相同的部件用相同的附图标记表示。在该实施例中，通常由附图标记101表示的电动机具有一个固体而非层压的圆柱体102。永磁体43连接圆柱体102的外周。

转子主体102的延伸部分设置有一个长方形的开口103，以便驱动负荷成为适合装入该开口的舌形，从而建立一种驱动联系，消除对键或者键槽的需要。

在图11的实施例中，结构基本上与图9中的相同，但是，在该实施例中，主机架35较长，很象图3-5和6中的实施例那样向上延伸至结构的顶部。

图12的实施例象图9和10中的实施例，但是该实施例使用了一个层压芯作为电动机的主要部分，通常由附图标记112表示。其中与前述的其它部件相同的部件用相同的附图标记表示。

在至今已经描述的所有实施例中，转子设置有容纳支撑栓和用油浸渍的轴承的钻口。图13表示另一个具有图3-5、6和11中类似的机架结构的实施例，但是具有更长直径更大的钢柱，设置了一个容纳于由突起部分37形成的端板开口和外周边携带一个球轴122的栓状支撑柱121。该球轴承压配在转子本体内，在该实施例中，它是固体的，该转子由附图标记123表示。因此寿命较长。

图14表示类似图13的另一个实施例，但是在该实施例中，定子机架较短，象图7、8、9和10和12中所示的实施例一样，只能够连接定子一端。

图15和16表示本发明的一个不同的实施例，其中象图13和14中的实施例那样不使用固体柱，耐磨球轴承122位于管状钢杆131上。在图16的实施例中，由附图标记132表示的转轴的端部设置有能够装入相应泵内类似形状的母键开口内的长方形突起。

图17-19表示转子的另一种轴承设置。在这些实施例中，电动机机架35的整个端盖36设置有一个直立圆柱形突起141，该突起具有一个安装球轴承122的小直径部分142。

图17表示一个如图2-4，5-8，和17所示转子的传统型轴设置，而图18表示一个如图9、10、11和12的开槽设置。图19表示一个如图16所示用于连接相应液压泵的舌形轴端。

因此，从上述的描述中很清楚地看见，本发明描述的实施例为旋转电机提供了一种非常紧凑的组件，它与其它具有转轴的机器配合，作为对旋转电机的输入或者旋转电机驱动。当然，上面的描述是本发明的最佳实施例，在不脱离本发明后附的权利要求书的精神和范围内可以进行各种变化和改进。

Claims

1、一种DC旋转电机，包括形成一个所述DC旋转电机定子的外机架，所述外机架包括一个大体为圆柱形的中央部分和第一与第二固定端盖，安装在所述外机架和延伸通过所述第一和第二端盖的转子，该转子与一个相关的旋转机器驱动连接，所述第一端盖形成一个容纳所述相关旋转机器主要部分的腔。

2、一种根据权利要求1的DC旋转电机，其中附有一个与第一端盖中容纳相关旋转机器的该腔密切相关的第三端盖。

3、一种根据权利要求1的DC旋转电机，其中第一和第二端盖彼此沿轴向间隔开，第二端盖整体具有一个沿轴向延伸的圆柱形中央部分。

4、一种根据权利要求3的DC旋转电机，其中第一端盖毗连轴向延伸的圆柱形部分。

5、一种根据权利要求3的DC旋转电机，其中第一端盖与该轴向延伸的圆柱形中央部分轴向间隔开。

6、一种根据权利要求5的DC旋转电机，其中该电机包括一个由多个励磁线圈构成的定子。

7、一种根据权利要求6的DC旋转电机，其中多个励磁线圈绕于叠片磁芯周围。

8、一种根据权利要求7的DC旋转电机，其中叠片磁芯的一部分暴露于第一和第二端盖之间。

9、一种根据权利要求1的DC旋转电机，其中DC旋转电机是无刷的。

10、一种根据权利要求9的DC旋转电机，其中进一步包括一个包含在外机架中用于检测所述转子的旋转位置的传感器。

11、一种根据权利要求10的DC旋转电机，其中该电机包括一个由多个励磁线圈构成的定子。

12、一种根据权利要求11的DC旋转电机，其中控制器响应该传感器的输出改变励磁线圈的极性。

13、一种根据权利要求12的DC旋转电机，其中控制器安装在该电机内部。

14、一种根据权利要求13的DC旋转电机，其中控制器沿轴向安装在第一和第二端盖之间。

15、一种根据权利要求14的DC旋转电机，其中控制器安装在介于第一和第二端盖之间的的圆柱形元件内。

16、一种根据权利要求12的DC旋转电机，其中控制器沿轴向安装在该电机外部。

17、一种根据权利要求1的DC旋转电机，其中第二端盖携带一个伸入转子圆柱形开口内，将所述转子安装在外机架内的圆柱形接线柱。

18、一种根据权利要求17的DC旋转电机，其中该圆柱形接线柱沿轴向伸入转子内相当距离。

19、一种根据权利要求18的DC旋转电机，其中该圆柱形接线柱与连接该转子的一个轴承连接。

20、一种根据权利要求19的DC旋转电机，其中与转子相连的轴承包括一种用油浸渍的套筒型轴承。

21、一种根据权利要求17的DC旋转电机，其中与转子相连的轴承包括一种耐磨轴承。

22、一种根据权利要求17的DC旋转电机，其中圆柱形接线柱可拆卸地连接于第二端盖。

23、一种根据权利要求22的DC旋转电机，其中与转子相连的轴承包括一种用油浸渍的套筒型轴承。

24、一种根据权利要求22的DC旋转电机，其中其中与转子相连的轴承包括一种耐磨轴承。

25、一种根据权利要求21的DC旋转电机，其中圆柱形接线柱整个具有第二端盖。

26、一种根据权利要求1的DC旋转电机，其中与液压驾驶系统相结合，该DC旋转电机包括一个电机，相连的机器是一个液压泵。

27、一种DC旋转电机，包括形成一个所述DC旋转电机的定子的外机架，所述外机架包括一个对应端由第一与第二端盖封闭、大体为圆柱形的中央部分，在所述外机架内延伸通过所述第一和第二端盖的转子，该转子与一个相关的旋转机器驱动连接，所述第二端盖具有一个在所述转子内伸入圆柱形开口、用于将所述转子安装在所述外机架内的圆柱形接线柱。

28、一种根据权利要求27的DC旋转电机，其中该圆柱形接线柱沿轴向深入该转子内相当的距离。

29、一种根据权利要求28的DC旋转电机，其中该圆柱形接线柱与连接该转子的一个轴承连接。

30、一种根据权利要求29的DC旋转电机，其中与转子连接的轴承包括一种用油浸渍的套筒型轴承。

31、一种根据权利要求29的DC旋转电机，其中与该转子相连的轴承包括一种耐磨轴承。

32、一种根据权利要求27的DC旋转电机，其中该圆柱形接线柱可拆卸地与第二端盖连接。

33、一种根据权利要求32的DC旋转电机，其中与转子连接的轴承包括一种用油浸渍的套筒型轴承。

34、一种根据权利要求32的DC旋转电机，其中与该转子相连的轴承包括一种耐磨轴承。

35、一种根据权利要求27的DC旋转电机，其中该圆柱形接线柱整体具有第二端盖。