用於電動機的轉子組件和內轉子電動機的製作方法
2023-05-10 01:57:11
專利名稱：用於電動機的轉子組件和內轉子電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電動機的轉子組件以及使用這種轉子組件的內轉子電動機，所述轉子組件包括轉子軸和至少一個安置在轉子軸上的永磁體。
本發明涉及帶有永磁體的無刷電動機的領域，更具體地，涉及構造為被稱作內轉子電動機的直流電動機。內轉子電動機包括轉子組件，所述轉子組件包括轉子軸和一個或多個安置在轉子軸上的永磁體，所述轉子軸被插入包括定子體和場線圈的定子組件中。
在美國專利No 5970600中描述了這種電動機的構造。該電動機包括容納定子的外殼、轉子組件以及可旋轉地支承轉子組件的軸承。該定子包括定子板和線圈，並限定出一個電動機組件能夠插入其中的內部空間。在US-A-5970600中，轉子組件的軸承被集成到電動機外殼的端帽內，以得到緊湊的整體結構。
在這樣的內轉子電動機的製造過程中產生了的問題是當轉子組件被插入定子的內部空間時，鐵磁體微粒被從轉子磁鐵帶走，該微粒可以到達基本由轉子磁鐵的外輪廓和定子的內輪廓所限定的工作間隙。事實上，可能也很常見的是通過提供US-A-5970600中的外殼來防止整個電動機組件在裝配後被外來物體進入和汙染，但是，在不同的電動機部件的裝配過程中，電動機的內部，更具體地，工作間隙不能防止這樣的外來物體的進入。
而且，根據現有技術的內轉子電動機具有裝配相對困難的缺點，因為裝配主要是順序進行的，包括定子和至少一個軸承在外殼內的順序預裝配以及轉子組件裝配到定子和軸承中的後續裝配。作為一種規定，只有使用蓋型凸緣才能夠獲得所需要的元件的同心度，所述蓋型凸緣也包括可旋轉地支承轉子軸的第二軸承。該裝配步驟極大地受到產生自轉子磁體的磁力和力矩的阻礙，所述轉子磁體通過和定子板的疊層的相互作用而被徑向和軸向引導，結果，根本不可能出現轉子的不接觸的同心配合，或只能使用相當多的技術手段才有可能。
從德國專利No.3237196已知一種小型同步電動機，該電動機具有圍繞無芯磁場線圈的單部件的杯形外殼，作為鐵磁體有源磁通引導，並還具有布置在磁場線圈內部的轉子，該轉子的永磁體布置在導磁材料製成的套筒上。該轉子安置在包括軸承的密封外殼內，同時通過永磁性聯軸節產生扭矩輸出，所述永磁性聯軸節包括由轉子的永磁體構成的一部分和包括位於轉子殼外側的軸上的永磁體序列的另一部分。通過密封地裝入轉子可以確保外來物體不能進入到轉子中，軸承始終被潤滑並被保護不受外界環境的影響。通過將密封裝入的轉子插入杯形塑料罩的圓柱狀中空空間，可以整體地裝配電動機，所述塑料罩帶有嵌入的無芯磁場線圈，該線圈在一側打開。該罩被放置在鐵磁材料的外殼內，該外殼同樣是杯形的。
和上述現有技術相關的專利文獻DE3237196已經提出了一種改進，通過該改進，目前為止，電動機裝配到得以簡化，同時事先排除了在裝配階段鐵磁微粒從轉子組件脫落的問題，因為磁場線圈是無芯的，而且是全部鑲嵌在塑料材料中的。
DE3237196的布置到目前為止有不利之處，因為無芯磁場線圈由於較大的間隙而基本上以極低的效率工作，所以它們主要被用作高速微電動機，優選地，用於牙科應用。它們完全不適於傳送大的扭矩，例如在電動機車輛應用中所需要的。
DE3237196的內轉子電動機還有這樣的缺點由於轉子組件的密封，載荷的直接機械聯軸是不可能的，只能通過例如磁聯軸節不直接地產生從轉子傳送到軸的扭矩，如在專利文獻中所述的。
在同一申請人的先前專利申請DE10034302.3中描述了一種用於電動機的轉子組件，該組件包括轉子軸和至少一個布置在轉子軸上的永磁體，該帶有受其支承的永磁體的轉子軸放置在套筒內，並且轉子軸可以在套筒內自由地旋轉。
可以在套筒內預裝配轉子組件。該轉子組件最好設計成使轉子軸在套筒的一端上從套筒伸出，套筒體和轉子軸之間的密封設置在位於套筒端面內的軸承內，該套筒旋轉地支承轉子軸。這將不會實現轉子組件的密封，但是利用位於受到密封的額外保護、防止汙染物進入的套筒的端面內的軸承，套筒得到了足夠的保護，使外來微粒不能進入。
作為預裝配組件，轉子作為整體被插入定子的內部，因而，不會出現和鐵磁微粒的脫落相關的問題。
當轉子被插入定子內時，通過轉子組件和定子之間的磁力作用可以使由塑料套筒所包圍的轉子組件在軸向實現自中心定位，所以，諸如提供並調整用於正確地在定子中定位轉子的止動件的進一步預防措施不再需要。僅僅必須對定子內的轉子組件的足夠高的自由活動性加以注意，這樣，止動件、定子的封閉端等將不能阻礙其在定子內磁性地中心定位。
利用這樣的轉子組件，實際上可以獲得在現有技術上的一種明顯的改進，並且實現了提供能夠費很少力就可以裝配的內轉子電動機，並且，該轉子組件可以確保在裝配和工作階段，沒有汙染物可以進入電動機的內部，或更具體地說是進入工作間隙。但是，需要額外的部件，尤其是由此「損耗的(lost)」套筒。
所以，本發明基於所述任務提供一種轉子組件和內轉子電動機，所述轉子組件和內轉子電動機易於裝配並可利用儘可能少的部件實現。
利用具有權利要求1的特徵的轉子組件和根據權利要求16的內轉子直流電動機可以實現該任務。
本發明提供用於電動機的轉子組件，該組件包括轉子軸和至少一個布置在轉子軸上的永磁體，帶有被支承在其上的永磁體的該轉子軸安置在套筒內，轉子軸可以在該套筒內自由地旋轉，並且該套筒在第一端面處的凸緣相連。所述套筒和凸緣之間的連接最好使得凸緣在其第一端面處中斷該套筒。這導致這樣的優點需要的部件數量少，並且整個電動機的裝配被簡化，由於諸如用於安裝電動機或用於在此固定電動機外殼的電動機凸緣被用作密閉轉子組件的套筒的整體部分，所以實現了兩重功能。
可選地，該套筒在其外側具有加強肋。
優選地，凸緣的形成方式使得其包括在套筒的第一端面處支承轉子軸的軸承，第二軸承的軸承座在與第一端面相對的第二端面處整體形成在套筒內，所述第二軸承用於支承轉子軸。
尤其方便地，轉子軸在套筒的第一端面處的凸緣處伸出套筒以外，其中與所述套筒的第一端面相對的第二端面被封閉或基本封閉。
在一個優選實施例中，套筒具有基本上為圓柱狀的封裝部分，而凸緣被模製到套筒上或者能夠作為分離的部件和套筒配合。
在第一種變形中，將所述凸緣形成得使其具有蓋部分和凸緣部分，所述蓋部分在第一端面處封閉套筒並接納用於轉子軸的軸承，所述凸緣部分向外徑向延伸以安裝電動機，所述蓋部分和凸緣部分可選地在一個或兩個部件內。在第二種變形中，凸緣包括類似的蓋部分和外殼部分，該外殼部分與蓋部分相連並包圍電動機。第一和第二變形可以結合使用。
在一個從製造的角度看尤其有利的實施例中，外殼部分由深衝壓的鋼板製成。它被放入注模機內並部分地被形成蓋部分並提供了與外殼部分的連接的模製塑料材料所覆蓋。
本發明還提供了一種內轉子電動機，該電動機帶有上述設計類型的轉子組件和定子，其中，定子被插在轉子組件的套筒上或者轉子組件的套筒和外殼部分之間。
此外，這樣電動機還可以部分或全部被封裝。
所以，本發明提供了一種用於電動機的轉子組件和一種內轉子電動機，其中，轉子和軸承一起被預裝配在套筒和終止該套筒的凸緣的組合體中，並且，該轉子組件被插入定子中。所述凸緣一方面終止了轉子組件，以便對其進行保護、使外來物體不能進入，另一方面用來安裝完成了的電動機和/或用來使電動機外殼和電動機配合。所述轉子軸在凸緣處從套筒伸出，凸緣和軸承及其密封為轉子組件提供了足夠的保護。根據本發明的結構提供了一種高度緊湊、受到保護的電動機，該電動機能夠在例如潔淨的房間內使用最少數目的部件和裝配步驟實現預裝配，並且能夠被整體地插入定子內。通過設置套筒，可以在轉子組件插入定子的過程中防止鐵磁材料脫落，並防止其進入工作間隙。通過封裝的轉子組件，還可以防止其他的外來顆粒進入。用最好由塑料材料製成的套筒封裝轉子組件還會使轉子在被插入定子時沿軸向自中心定位，並且可以防止由結構產生的噪音從轉子傳播到定子，或者在當時傳播到電動機外殼。
根據本發明的電動機適用於例如直流電動機，最好用在機動車輛應用中，諸如轉向輔助裝置或者用於當在機動車輛內確實需要時才產生液壓的液壓驅動系統，用於通過電動機致動的剎車系統(被稱作線剎系統)。
下面參照附圖對優選實施例進行詳細的描述，附圖中
圖1是根據本發明的第一實施例的內轉子電動機的剖視圖；圖2是根據本發明的第二實施例的內轉子電動機的剖視圖；圖3是根據本發明的第三實施例的內轉子電動機的剖視圖；圖4是根據本發明的第四實施例的內轉子電動機的剖視圖。
圖1示出了根據本發明的電動機的第一實施例，更具體地，是一種內轉子直流電動機。該電動機包括轉子組件6和定子8。轉子組件具有由諸如鋼鐵的軟磁性材料製成的背鐵環12支撐的轉子軸10。分段的或環形永磁體14被附連到背鐵環12上。軸10在軸承16、18內可旋轉，所述軸承形成為滾針軸承或摩擦軸承，更具體地，是球軸承。該包括轉子軸10、背鐵環12和一個或多個永磁體14的轉子被包圍在套筒20內，該套筒20包括杯形部分22和凸緣24。在圖1所示的實施例中，凸緣由包括中心蓋部分28和凸緣部分30的工件製成的。該凸緣部分30具有分布在電動機的外周之上的孔32。在所示的實施例中，套筒20的杯形部分22被拉到凸緣24的蓋部分28之上，以便在兩個部件之間提供精確的配合。
可將軸承16、18預裝配到轉子軸10上並將其放置在套筒20的杯形部分22的端面34內和凸緣24的蓋部分28內，在上述地方利用壓入配合和/或膠水，或以其他合適的方式將它們保持在一起。在所述的實施例中，在凸緣24靠近軸承18的蓋部分28內提供環形彈性元件，諸如，徑向波紋(ondular)的墊圈26，從而平衡相結合的軸向遊隙，並且彼此沒有遊隙地支撐這兩個軸承16、18。
圖1中示出的轉子組件帶有基本的元件，這些元件的具體尺寸和詳細的布置可以有所變化。更具體地，在圖1中提供的是球軸承，但是可以以任何其他的合適的方式旋轉地支承轉子，例如，利用摩擦軸承、液壓軸承、空氣軸承等。轉子組件還可以包括所述元件外的其他元件。在一個或多個永磁體14的外周邊和套筒20的內側之間，提供儘可能小的允許靜態套筒和旋轉轉子之間相對運動的空氣間隙。依據對轉子組件和電動機的要求，對於本領域內的技術人員，顯然還有許多其他對所示實施例的變形。
最好通過注模由塑料材料製成套筒20的杯形部分22。與所示的實施例不同，杯形部分22在對著凸緣24的端面34上可以具有由塑料或金屬製成的分開的蓋。這在例如下文所描述的圖4的實施例中示出。尤其適用的塑料材料是液晶聚合物(LCP，liquid crystal polymer)。其他的材料是聚縮醛、聚甲醛(POM)、聚碸(PSU)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚(PPS，polyphenylenesulfide)、聚醯胺醯亞胺(PAi，polyamideimide)、聚醚醚酮(PEEK，polyetherether ketone)、聚醚碸(PES)、以及聚醚醯亞胺(PEi)。所示實施例的單部件凸緣24由金屬製成。
圖1所示杯形部分22具有相對較薄的壁，並帶有形成在其外表面上、用於加強套筒壁的縱向肋。該加強結構對應於所參考的DE0034302.3描述的發明。該縱向肋基本在圓柱狀套筒20的全長上延伸，並且和其縱向軸平行，同時調整肋的數目和具體設計以適應定子的內輪廓。
如圖1所示的轉子組件6被插入定子8的內部。在圖1中，定子8被概要地表示為由單個定子片50和線圈60構成的片的層疊。虛線42指代縱向肋插入形成在定子柱之間的間隙。
在所示實施例中，金屬凸緣24的形成方式使得蓋部分28延伸到套筒的杯形部分22內，並能被粘到其上，以便終止套筒20。存在從蓋部分28徑向向外延伸的凸緣部分24，被用來將裝配好的電動機連接到位，例如連接到機動車輛等的底盤，當裝配電動機時，具有壁部分36的凸緣部分24部分地圍繞定子8。和圖1所示的實施例不同，該從凸緣24伸出的壁部分36可以在定子8的全長上或基本全長上延伸，並因而形成了用於裝配好的電動機的外殼。
圖2示出了根據本發明的內轉子電動機的另一個實施例，該實施例在凸緣的形狀方面不同於圖1。和圖1相同或相似的部件使用相同的附圖標記，不再贅敘。
第二實施例的凸緣24』不同於第一實施例的凸緣24，這在因為它是由兩個部件製成。在凸緣24』中，蓋部分28』和凸緣部分30』分開地有不同材料製成，所述蓋部分28』最好由塑料製成，而凸緣部分30』最好由金屬製成。更具體地，塑料蓋部分28』被加到凸緣部分30』中並包括用於軸承18的凹部(pocket)，並且該蓋部分28』還具有當套筒20滑過凸緣24』的蓋部分28』時阻止套筒20的杯形部分22的肩38』。
圖2所示的實施例具有如下優點兩個軸承16和18容納在塑料部件，即組成從凸緣部分30』分開的部件的套筒20和蓋部分28』內，所述凸緣部分30』用於將電動機附連到底盤等上，這樣可以極大地減少傳播到底盤的由結構產生的噪聲。
一眼看去，圖2的實施例顯得更加複雜和困難，但是其在製造方面具有優點，可以比圖1中的單部件金屬凸緣24更加容易地通過注模形成蓋部分28』。
本發明的其他實施例在圖3和圖4中示出。在圖3和圖4中，和前圖中相同或相似的部件用相同的附圖標記指代，不再贅述。
圖3和圖4不同於前述實施例之處在於凸緣24」具有塑料蓋部分28」和與其相連的外殼罩40。該外殼罩40最好包括塗覆有蓋部分28」的塑料材料並由其保持的深衝壓金屬片部分。當將定子8和轉子組件6連接到一起後，該杯形外殼罩40包圍整個電動機。
圖3和圖4的實施例的不同之處在於套筒的杯形部分22的設計。圖3示出了作為從凸緣24」的蓋部分28」分開的部分的套筒20的杯形部分22，如前述的兩個實施例，而圖4示出了和凸緣24」的蓋部分28」一起構成單個部件的套筒20的杯形部分22」。在圖4的實施例中，套筒20在其對著凸緣24」的端面處具有分開的蓋部分44，該蓋部分44能夠被取下，以便能夠將轉子插入套筒20。
在圖3和圖4所示的兩個實施例中，外殼罩40放置在注模機內，並部分地被形成凸緣24」的蓋部分28」的塑料所覆蓋，該塑料提供了與外殼罩40的連接。在凸緣24」上設置壁部分36」，用於穩定外殼罩40並用作定子的止動件。
此外，和圖1、圖2類似，在這些實施例中，凸緣24」可以設計得也能被用來將裝配好的電動機安裝在底盤等之上，但是在圖中沒有示出。
對所有的實施例變形來說，最好在潔淨的房間內，通過首先預裝配轉子組件，確實可以以簡單的方式製造根據本發明的內轉子電動機。為此目的，將背鐵12和一個或多個永磁體14附連倒轉子軸10上，並且軸承16、18被預裝配在轉子軸10上。套筒20和凸緣24從軸10的相對端插到轉子上，彼此相連，並最好還粘在一起。轉子軸承16、18在該點被牢固地保持在套筒22的端面32和凸緣24的蓋部分28內，並且被徑向波紋的墊圈26所支撐。
為了可以持久地附連在定子上，優選地，在全部預裝配轉子組件被插入定子8的內部(在該處轉子可以沿軸向自由移動)之前，將液體塑料材料塗敷在套筒20的外側，並通過「自中心定位磁力」在磁中心對齊。
在所示實施例中，定子環8在其兩端打開，從而不妨礙轉子組件6的軸向運動。對本領域內的技術人員來說，其他的定子設計是顯然的，本發明的主要優點是可以省略將轉子6在定子8內進行中心定位的止動件或其他裝置。
當把轉子組件6插入定子8之後，膠水將仍然部分殘留的間隙填充，並在安裝之後可以保證轉子6牢固、不可動地保持在定子8內。
通過將轉子6完全封裝，並通過封閉在套筒內的所有運動旋轉部件，可以極大地減少結構產生的噪聲的傳播以及隨之產生的整個電動機的聲輻射，所述套筒相對於定子8和轉子外殼是靜止的。
現在，可以將以上述方式構造的內轉子電動機進行整體的塑料塗覆或者樹脂包埋，而不會對其功能產生不良影響，並利用處於預定位置的凸緣24將該電動機安裝在相關聯的組件模塊內或組件模塊處。
不需要對定子8進行特殊的調整來適應根據本發明的轉子組件。通過壓縮、粘連、焊接、扣接活其他合適的方法，可以完成各個組件，諸如軸10、背鐵12和永磁體14或套筒20和凸緣24、軸承16、18或定子8之間的連接。對本領域內的技術人員來說，很顯然有許多對本發明的進一步變形和變化。
在上述說明、權利要求和附圖中公開的特徵，在單獨和任意的選擇和組合的情況下，對實現本發明的各種實施例都是很重要的。
權利要求
1.一種用於無刷式直流電動機的轉子組件，該組件包括轉子軸(10)和至少一個布置在轉子軸上的永磁體(14)，帶有在其上被支承的永磁體(14)的所述轉子軸(10)安置在套筒(20)內，並且轉子軸(10)在套筒(20)內可自由旋轉，該套筒在第一端面和凸緣(24)相連。
2.根據權利要求1所述的轉子組件，其特徵在於，凸緣(24)在第一端面處終止套筒(20)。
3.根據權利要求1或2所述的轉子組件，其特徵在於，套筒(20)在其外側上具有加強結構(34)。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的轉子組件，其特徵在於，用於支承轉子軸(10)的軸承座在套筒(20)的第一端面處被整體形成於凸緣(24)內。
5.根據前述權利要求中的任一項所述的轉子組件，其特徵在於，用於支承轉子軸(10)的軸承座在和套筒的第一端面相對的第二端面處被整體形成於套筒(20)內。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的轉子組件，其特徵在於，轉子軸(10)在凸緣(24)處的套筒(20)的第一端面處從套筒伸出。
7.根據權利要求6所述的轉子組件，其特徵在於，和所述第一端面相對的套筒(20)的第二端面被封閉或基本封閉。
9.根據權利要求1到7中的任一項所述的轉子組件，其特徵在於，套筒(20)具有和凸緣(24)配合的基本為圓柱狀的杯形部分(22)。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的轉子組件，其特徵在於，凸緣(24)具有蓋部分(28)和凸緣部分(30)，所述蓋部分用於在第一端面處終止套筒(20)並接納轉子軸的軸承(18)，所述凸緣部分徑向向外伸出以安裝電動機。
11.根據權利要求10所述的轉子組件，其特徵在於，蓋部分(28)和凸緣部分(30)在一個部件內。
12.根據權利要求10所述的轉子組件，其特徵在於，該蓋部分(28)由塑料製成，該凸緣部分(30)由塑料或金屬製成並和蓋部分(28)相連。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的轉子組件，其特徵在於，凸緣(24)具有蓋部分(28)和外殼部分(40)，所述蓋部分用於在第一端面處終止套筒(20)並接納轉子軸的軸承(18)，所述外殼部分用於封閉與蓋部分(28)相連的電動機。
14.根據權利要求13所述的轉子組件，其特徵在於，蓋部分(28)由塑料製成，外殼部分(40)由金屬製成並模製到蓋部分(28)內。
15.根據權利要求14所述的轉子組件，其特徵在於，外殼部分(40)由深衝壓的金屬板件製成，並噴射塗覆有塑料的蓋部分(28)，以便使蓋部分(28)和外殼部分(40)接合。
16.一種內轉子電動機，該電動機帶有根據前述權利要求中的任一項所述的轉子組件和定子(8)，其特徵在於，定子(8)插入轉子組件的套筒(20)上。
17.一種內轉子電動機，該電動機帶有根據權利要求13到15中的任一項所述的轉子組件和定子(8)，其特徵在於，定子(8)插入轉子組件的套筒(20)和外殼部分(40)之間。
18.根據權利要求16或17所述的內轉子電動機，其特徵在於，套筒(20)外側上的加強結構(34)的外輪廓和定子(8)的內輪廓相適應。
19.根據權利要求16、17或18所述的內轉子電動機，其特徵在於，所述電動機被樹脂包埋(resin-embedded)。
全文摘要
本發明涉及一種用於電動機的轉子組件，該組件包括轉子軸和至少一個布置在轉子軸上的永磁體，帶有在其上被支承的永磁體的所述轉子軸安置在套筒內，並且轉子軸在套筒內可自由旋轉，該套筒在第一端面被凸緣封閉。本發明還涉及一種帶有定子和上述類型的轉子組件的內轉子電動機，所述定子插入所述轉子組件的套筒上。
文檔編號H02K5/12GK1448004SQ01814315
公開日2003年10月8日 申請日期2001年9月10日 優先權日2000年10月17日
發明者哈拉爾德·拉普, 奧斯瓦爾德·庫沃特, 于爾根·奧爾施 申請人:美蓓亞株式會社