CN214506787U - 电机轴、电机及电动车 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电机轴、电机及电动车。电机轴包括轴本体及绝缘涂层。轴本体包括固定连接的第一安装部与第二安装部。第一安装部靠近所述第二安装部的一端设有定位台阶面。第一安装部用于安装转子。第二安装部覆盖有绝缘涂层，第二安装部用于安装轴承。绝缘涂层的电阻率不小于107Ω·m，如此，能够有效降低轴电压放电击穿轴承内润滑油膜形成通路产生轴电流的可能性，即绝缘涂层能够有效阻断轴电流在电机轴和轴承之间的流通，进而降低了轴承因电腐蚀导致电机运行异响的可能性，有效提高电机的寿命。

Description

电机轴、电机及电动车
技术领域
本申请涉及电机技术领域，特别涉及一种电机轴、电机及电动车。
背景技术
电机主要由定子、转子、电机外壳、电机轴、轴承等部分组成，其中转子安装在电机轴上，电机轴通过轴承与电机外壳连接。电机轴与转子构成能绕电机轴的中轴线转动的转子部件，定子与电机外壳构成定子部件。电机运行时，定子部件与转子部件之间的磁路或相电流由于存在不平衡会产生旋转系统磁链。当电机轴旋转时，该等磁链会在转子部件与定子部件产生电势差，形成轴电压。
轴电压通过转子部件、定子部件、轴承等构成闭合回路时，则会产生轴电流。若轴电压较高，或者轴承内的润滑油膜在电机起动瞬间未稳定的情况下，轴电压将放电击穿轴承内润滑油膜形成通路，从而产生轴电流。轴电流局部放电产生的高温，可以融化轴承，即电腐蚀。轴承电腐蚀会增大电机运行过程中的噪声和振动，并容易导致轴承的损坏及润滑剂的老化，使得电机过早发生故障。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种能够降低轴承电腐蚀的可能性的电机轴、电机及电动车。
第一方面，本申请提供一种电机轴，包括轴本体及绝缘涂层，所述轴本体包括固定连接的第一安装部与第二安装部，所述第一安装部靠近所述第二安装部的一端设有定位台阶面，所述第一安装部用于安装转子，所述第二安装部覆盖有所述绝缘涂层，所述第二安装部用于安装轴承，所述绝缘涂层的电阻率不小于107Ω·m。
本申请第一方面提供的电机轴，由于第二安装部覆盖有电阻率不小于107欧姆·米(又称Ω·m)的绝缘涂层，能够有效降低轴电压放电击穿轴承内润滑油膜形成通路产生轴电流的可能性，即绝缘涂层能够有效阻断轴电流在电机轴和轴承之间的流通，进而降低了轴承电腐蚀的可能性，亦降低了因轴承电腐蚀导致电机运行异响的可能性，有效提高电机的寿命。绝缘涂层的绝缘性能好，结构简单、易加工、成本较低。另外，定位台阶面用于在轴承套设于第二安装部上时对轴承进行定位，提高了轴承组装于电机轴上的便利性。
根据第一方面，本申请第一方面的第一种实现方式中，所述定位台阶面覆盖有所述绝缘涂层。由于轴承套设于第二安装部上时贴靠于定位台阶面，而定位台阶面覆盖有绝缘涂层，使得轴本体与轴承的接触面之间均覆盖有绝缘涂层，进一步降低轴承电腐蚀的可能性。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种实现方式，本申请第一方面的第二种实现方式中，所述轴本体第二安装部还设有沿所述第二安装部的周向延伸的环形凹槽，所述凹槽位于所述第二安装部靠近所述定位台阶面的一端。凹槽用于提高电机轴和轴承的尺寸配合精度。其中，第二安装部的周向，是指绕第二安装部的轴线方向。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第二种实现方式，本申请第一方面的第三种实现方式中，所述凹槽包括相对设置的第一连接壁与第二连接壁，所述第一连接壁设于所述凹槽靠近所述第一安装部的一端，位于所述定位台阶面上的所述绝缘涂层与所述第一连接壁平齐，位于所述第二安装部上的所述绝缘涂层的靠近所述第一安装部一端的端面与所述第二连接壁平齐。换而言之，所述凹槽的内壁裸露于所述绝缘涂层外。凹槽为退刀槽，便于刀具加工形成轴承于第二安装部的周壁上的安装面(即轴承安装面)，方便电机轴的加工。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第三种实现方式，本申请第一方面的第四种实现方式中，所述凹槽的内壁覆盖有所述绝缘涂层。由于绝缘涂层在轴本体上的覆盖面较大，进一步降低轴承电腐蚀的可能性。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第四种实现方式，本申请第一方面的第五种实现方式中，所述第二安装部背离所述第一安装部的端面的至少部分覆盖有所述绝缘涂层，进一步增大绝缘涂层在轴本体上的覆盖面。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第五种实现方式，本申请第一方面的第六种实现方式中，所述第一安装部包括固定连接的装设段与轴肩，所述装设段的外径大于所述轴肩的外径，所述轴肩的外径大于所述第二安装部的外径而形成所述定位台阶面。第一安装部包括装设段及轴肩，轴肩能够加强电机轴的强度并方便轴承的安装。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第六种实现方式，本申请第一方面的第七种实现方式中，所述装设段设有沿所述装设段的轴向延伸的转子安装槽，用于安装所述转子，如此，提高转子安装于电机轴的便利性。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第七种实现方式，本申请第一方面的第八种实现方式中，所述绝缘涂层的厚度范围为0.01mm～0.8mm。
根据第一方面或本申请第一方面的第一种至第八种实现方式，本申请第一方面的第九种实现方式中，所述绝缘涂层在1000V直流电压下的最小绝缘电阻为50MΩ。
第二方面，本申请提供一种电机，包括第一方面或第一方面的第一种至第六种实现方式所述的电机轴、转子、定子、电机外壳及轴承，所述转子固定套设于所述电机轴的第一安装部上，所述定子套设于所述转子上，所述电机外壳固定套设于所述定子外，所述轴承套设于所述电机轴的第二安装部上并与所述电机外壳固定连接，所述轴承与所述定位台阶面相抵持，所述电机轴能够随同所述转子相对所述定子转动。
第三方面，本申请提供一种电动车，包括电源系统及电驱动总成，所述电源系统用于向所述电驱动总成提供电能，所述电驱动总成包括本申请第二方面提供的电机。
附图说明
图1为本申请一实施方式提供的电动车的结构框图；
图2为本申请一实施方式提供的电动车的电机示意图；
图3为图2所示的电机的电机轴的部分结构示意图；
图4为本申请另一实施方式提供的电机轴的部分结构示意图；
图5为本申请又一实施方式提供的电机轴的结构示意图；
图6为图5所示的电机轴的轴本体及其区域IV的放大示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
电动车包括电池电动汽车(BEV，Battery Electric Vehicle)、混合动力电动汽车(HEV，Hybrid Electric Vehicle)和插入式混合动力电动汽车(PHEV，Plug In HybridElectric Vehicle)等。
电池电动汽车包括电动机，其中，电动机的能量来源是动力电池。电池电动汽车的动力电池可从外部电网再充电。电池电动汽车的动力电池实际上是用于汽车推进的车载能量的唯一来源。
混合动力电动汽车包括内燃引擎和电动机，其中，引擎的能量来源是燃料，电动机的能量来源是动力电池。引擎是用于汽车推进的能量的主要来源，混合动力电动汽车的动力电池提供用于汽车推进的补充能量(混合动力电动汽车的动力电池以电的形式缓冲燃料能量和恢复动能)。
插入式混合动力电动汽车与混合动力电动汽车的不同之处在于：插入式混合动力电动汽车动力电池具有比混合动力电动汽车动力电池更大的容量，插入式混合动力电动汽车动力电池可从电网再充电。插入式混合动力电动汽车的动力电池是用于汽车推进的能量的主要来源，直到插入式混合的动力电动汽车动力电池损耗到低能量水平，这时，插入式混合动力电动汽车如同用于汽车推进的混合动力电动汽车那样操作。
下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。本申请实施例中，以电池电动汽车为例来对电动车的结构进行说明。
请参阅图1，本申请一实施方式提供的一种电动车200，包括电源系统201、电驱动总成100、整车控制器203、电机控制器204、驱动车轮205及辅助系统207。电源系统201包括动力电池2011、电池管理系统2013及充电器2015。电驱动总成100包括电机20及与电机20机械连接的减速器10。减速器10还与驱动车轮205机械连接，用于将电机20产生的动力传递至驱动车轮205以驱动电动车200行驶。
整车控制器(VCU，Vehicle Control Unit)203，也叫动力总成控制器，是整个汽车的核心控制部件，相当于汽车的大脑。它采集加速踏板信号、制动踏板信号及其他部件信号，并做出相应判断后，控制下层的各部件控制器的动作，驱动汽车正常行驶。作为汽车的指挥管理中心，整车控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网)网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等，它起着控制车辆运行的作用。因此整车控制器的优劣直接决定了车辆的稳定性和安全性。
电机控制器204是通过主动工作来控制电驱动总成100中的电机20按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路，其与整车控制器203通信连接。在电动车200中，电机控制器204的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池2011所存储的电能转化为电机所需的电能，来控制电动车200的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车200刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池2011中。
电机(俗称“马达”)20是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，其与电机控制器204电连接并与减速器10机械连接。它的主要作用是产生驱动转矩，作为驱动车轮205的动力源。
动力电池2011与电机控制器204电连接，用于储存并提供电能。动力电池2011包括但不限于铅酸电池、磷酸铁锂电池、镍氢电池、镍镉电池等。一些实施例中，动力电池2011还可以包括超级电容器。
电池管理系统2013与动力电池2011电连接，并与整车控制器203通信连接。电池管理系统2013用于对动力电池2011在不同工况下的状态进行监测和估算，以提高动力电池2011的利用率，防止动力电池2011出现过充电和过放电，从而延长动力电池2011的使用寿命。具体地，电池管理系统2013的主要功能可包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。
充电器2015与动力电池2011电连接，用于与外部电源连接以为动力电池2011充电。具体地，当电动车200与外部电源(如充电桩)连接时，充电器2015将外部电源提供的交流电转换为直流电以为动力电池2011进行充电。此外，电池管理系统2013还与充电器2015连接，以对动力电池2011充电过程进行监控。
辅助系统207包括DC/DC转换器310、辅助电池320、低压负载330及高压负载340。DC/DC转换器310的一端与动力电池2011连接，另一端分别与辅助电池320及低压负载330相连。DC/DC转换器310用于将动力电池2011输出的高压(如380V)转换成低压(如12V)后为辅助电池320充电以及为低压负载330供电。一些实施方式中，低压负载330包括低压汽车附件，例如冷却泵、风扇、加热器、动力转向装置、制动器等。当然，辅助电池320也可以为低压负载330供电。另外，动力电池2011还与高压负载340连接，以为高压负载340供电。一些实施方式中，高压负载340包括PTC加热器和空调单元等。
需要说明的是，电动车200中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括多个用于通信的信道。车辆网络的一个信道可以是诸如控制器局域网(Controller Area Network，CAN)的串行总线。车辆网络的信道中的一个可包括由电气与电子工程师协会(IEEE)802标准族定义的以太网。车辆网络的其它信道可包括模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助动力电池2011的电力信号。不同的信号可通过车辆网络的不同信道进行传输。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)进行传输，而控制信号可通过CAN或离散信号进行传输。车辆网络可包括协助在模块之间传输信号和数据的任意硬件组件和软件组件。车辆网络在图1中未示出，但可隐含的是，车辆网络可连接到存在于电动车200中的任何电子模块。例如，可存在整车控制器203以协调各个组件的操作。
可以理解的是，本申请实施例示意的结构并不构成对电动车200的具体限定。在本申请另一些实施例中，电动车200可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件，软件或软件和硬件的组合实现。
请参阅图2，电机20包括电机轴21、转子23、定子25、电机外壳26及轴承27。转子23固定套设于电机轴21上，定子25套设于转子23上。电机外壳26固定套设于定子25上，用于收容电机轴21、转子23及定子25。电机轴21能够随同转子23相对定子25转动。轴承27套设于电机轴21的端部上并与电机外壳26固定，用于支撑电机轴21。轴承27包括能够相对转动的内圈271及外圈273，内圈271固定于电机轴21上，外圈273固定于电机外壳26。
请参阅图3，电机轴21包括轴本体211及绝缘涂层213。轴本体211包括固定连接的第一安装部2111与第二安装部2113。第二安装部2113位于轴本体211的端部。第一安装部2111靠近第二安装部2113的一端设有定位台阶面2115。第二安装部2113覆盖有绝缘涂层213。绝缘涂层213的电阻率不小于107Ω·m。转子23固定套设于第一安装部2111上。轴承27的内圈271套设于第二安装部2113上并与定位台阶面2115相接触。定位台阶面2115用于在轴承27组装于第二安装部2113上时与轴承27接触，以实现对轴承27的内圈271进行限位，从而方便轴承27组装于电机轴21上。可以理解，本申请对第二安装部2113于轴本体211上的位置不作限定，例如，第二安装部2113位于轴本体211的。
其中，电机轴21与转子23构成能绕电机轴21的中轴线转动的转子部件，定子25与电机外壳26构成定子部件。轴承27内有润滑油，以提高轴承27的内圈271与轴承27的外圈273相对转动的顺畅性。
电机运行时，定子与转子之间的磁路或相电流由于不平衡会产生旋转系统磁链。当电机轴旋转时，该等磁链会在转子部件和定子部件之间产生电势差，即形成轴电压。轴电压通过转子部件、定子部件、轴承或辅助装置等构成闭合回路时，则会产生轴电流。若轴电压较高，或者轴承内的润滑油膜在电机起动瞬间未稳定的情况下，轴电压将放电击穿轴承内润滑油膜形成通路而产生轴电流。轴电流局部放电产生高温能融化轴承至少部分，例如轴承内圈、轴承外圈或轴承的滚珠等，即轴承电腐蚀。轴承电腐蚀会增大电机运行过程中的噪声和振动，并容易导致轴承的损坏及润滑剂的老化，使得电机过早发生故障。电动车运行的功率通常在100kw以上，导致电机产生的轴电压很大，使得安装于轴本体上的轴承的风险性较大。
本申请实施方式提供的电机20中，第二安装部2113覆盖有电阻率不小于107欧姆·米(又称Ω·m)的绝缘涂层213，即绝缘涂层213能够承受较大的轴电压，从而有效降低轴电压放电击穿轴承27内润滑油膜形成通路而产生轴电流的可能性。由于绝缘涂层213能够有效阻断轴电流在电机轴21和轴承27之间的流通，进而降低了轴承27因电腐蚀导致电机20运行异响的可能性，有效提高电机20的寿命。另外，绝缘涂层213的绝缘性能好，结构简单、易加工、成本较低。
绝缘涂层213通过将绝缘材料喷涂于轴本体211的表面上形成。本实施方式中，绝缘涂层213的厚度范围为0.01mm-0.8mm，绝缘涂层213在1000V直流电压下的最小绝缘电阻为50兆欧姆(又称MΩ)。绝缘材料包括且不限于绝缘陶瓷、特氟龙等绝缘材料及其特制绝缘材料。
本实施方式中，第一安装部2111的外径大于第二安装部2113的外径，从而于第一安装部2111靠近第二安装部2113的端部形成定位台阶面2115。定位台阶面2115覆盖有绝缘涂层213，以使轴本体211与轴承27的接触面之间均覆盖有绝缘涂层213，进一步降低轴承27的可能性。可以理解，转子23可以通过紧固件或过盈配合等方式固定于第一安装部2111上。
本实施方式中，第二安装部2113的数量为两个，两个第二安装部2113一一对应地与第一安装部2111的两个端部固定连接，其中一个第二安装部2113与减速器10的输入轴(图未示)相连接，减速器10的输出轴与驱动车轮205连接，从而将电机20产生的动力传递至驱动车轮205。
第二安装部2113上还设有沿第二安装部2113的周向延伸的环形凹槽2117，凹槽2117位于第二安装部2113靠近第一安装部2117的一端。凹槽2117用于提高电机轴21和轴承27的尺寸配合精度。凹槽2117的内壁未覆盖有绝缘涂层213，即凹槽2117的内壁裸露于绝缘涂层213外。本实施方式中，凹槽2117为退刀槽，便于刀具加工(例如磨削)形成轴承27于第二安装部2113的周壁的安装面(即轴承安装面)后进行退刀。
凹槽2117包括相对设置的第一连接壁2118与第二连接壁2119，第一连接壁2118设置于凹槽2117靠近第一安装部2111的一端，位于定位台阶面2115上的绝缘涂层213与第一连接壁2118平齐，位于第二安装部2113上的绝缘涂层213的靠近第一安装部2111一端的端面与第二连接壁2119平齐。需要说明的是，本申请对电机轴21的绝缘涂层213的覆盖面(即绝缘材料的喷涂范围)包括且不限于电机轴21与轴承27的接触面，例如，请参阅图4，第二安装部2113背离第一安装部2111的端面(即轴本体21的端面)的至少边缘部分覆盖有绝缘涂层213，凹槽2117的内壁覆盖有绝缘涂层213，以增大轴本体21上的绝缘涂层213的覆盖面积；又或者，第一安装部2111的外表面至少部分可以覆盖有绝缘涂层213，即电机轴21与转子23之间的接触表面亦可以覆盖绝缘涂层213。
可以理解，本申请对第一安装部2111的结构不作限定，例如，在一实施方式中，请参阅图5与图6，轴本体211包括第一安装部2111及与第一安装部2111的端部固定连接的第二安装部2113，第一安装部2111包括固定连接的装设段2201与轴肩2203，装设段2201的外径大于轴肩2203的外径，轴肩2201的外径大于第二安装部2113的外径而形成定位台阶面2115。轴肩2203能够加强电机轴的强度并方便轴承的安装。装设段2201设有沿装设段2201的轴向延伸的转子安装槽2205，用于安装转子，如此，提高转子安装于电机轴的便利性。凹槽2117靠近定位台阶面2115设置。其中，第二安装部2113上覆盖有绝缘涂层21。
应当理解的是，可以在本申请中使用的诸如“包括”以及“可以包括”之类的表述表示所公开的功能、操作或构成要素的存在性，并且并不限制一个或多个附加功能、操作和构成要素。在本申请中，诸如“包括”和/或“具有”之类的术语可解释为表示特定特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合，但是不可解释为将一个或多个其它特性、数目、操作、构成要素、组件或它们的组合的存在性或添加可能性排除在外。
此外，在本申请中，表述“和/或”包括关联列出的词语中的任意和所有组合。例如，表述“A和/或B”可以包括A，可以包括B，或者可以包括A和B这二者。
在本申请中，包含诸如“第一”和“第二”等的序数在内的表述可以修饰各要素。然而，这种要素不被上述表述限制。例如，上述表述并不限制要素的顺序和/或重要性。上述表述仅用于将一个要素与其它要素进行区分。例如，第一用户设备和第二用户设备指示不同的用户设备，尽管第一用户设备和第二用户设备都是用户设备。类似地，在不脱离本申请的范围的情况下，第一要素可以被称为第二要素，类似地，第二要素也可以被称为第一要素。
当组件被称作“连接”或“接入”其他组件时，应当理解的是：该组件不仅直接连接到或接入到其他组件，而且在该组件和其它组件之间还可以存在另一组件。另一方面，当组件被称作“直接连接”或“直接接入”其他组件的情况下，应该理解它们之间不存在组件。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种电机轴，其特征在于，包括轴本体及绝缘涂层，所述轴本体包括固定连接的第一安装部与第二安装部，所述第一安装部靠近所述第二安装部的一端设有定位台阶面，所述第一安装部用于安装转子，所述第二安装部覆盖有所述绝缘涂层，所述第二安装部用于安装轴承，所述绝缘涂层的电阻率不小于107Ω·m。
2.根据权利要求1所述的电机轴，其特征在于，所述定位台阶面覆盖有所述绝缘涂层。
3.根据权利要求2所述的电机轴，其特征在于，所述第二安装部还设有沿所述第二安装部的周向延伸的环形凹槽，所述凹槽位于所述第二安装部靠近所述定位台阶面的一端。
4.根据权利要求3所述的电机轴，其特征在于，所述凹槽包括相对设置的第一连接壁与第二连接壁，所述第一连接壁设于所述凹槽靠近所述第一安装部的一端，位于所述定位台阶面上的所述绝缘涂层与所述第一连接壁平齐，位于所述第二安装部上的所述绝缘涂层的靠近所述第一安装部一端的端面与所述第二连接壁平齐。
5.根据权利要求3所述的电机轴，其特征在于，所述凹槽的内壁覆盖有所述绝缘涂层。
6.根据权利要求1所述的电机轴，其特征在于，所述第二安装部背离所述第一安装部的端面的至少部分覆盖有所述绝缘涂层。
7.根据权利要求1所述的电机轴，其特征在于，所述第一安装部包括固定连接的装设段与轴肩，所述装设段的外径大于所述轴肩的外径，所述轴肩的外径大于所述第二安装部的外径而形成所述定位台阶面。
8.根据权利要求7所述的电机轴，其特征在于，所述装设段设有沿所述装设段的轴向延伸的转子安装槽，用于安装所述转子。
9.根据权利要求1所述的电机轴，其特征在于，所述绝缘涂层的厚度范围为0.01mm～0.8mm。
10.根据权利要求1所述的电机轴，其特征在于，所述绝缘涂层在1000V直流电压下的最小绝缘电阻为50MΩ。
11.一种电机，其特征在于，包括根据权利要求1-10任意一项所述的电机轴、转子、定子、电机外壳及轴承，所述转子固定套设于所述电机轴的第一安装部上，所述定子套设于所述转子上，所述电机外壳固定套设于所述定子外，所述轴承套设于所述电机轴的第二安装部上并与所述电机外壳固定连接，所述轴承与所述定位台阶面相接触，所述电机轴能够随同所述转子相对所述定子转动。
12.一种电动车，其特征在于，包括电源系统及电驱动总成，所述电源系统用于向所述电驱动总成提供电能，所述电驱动总成包括根据权利要求11所述的电机。
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