具有預緊的球軸承的電機和製造該電機的方法

2023-10-25 17:10:17

專利名稱：具有預緊的球軸承的電機和製造該電機的方法
技術領域：
本發明涉及一種具有預緊的球軸承的電機以及一種製造該電機的方法。
背景技術：
已公開具有一個定子和一個轉子的電機。所述轉子具有一個支承在轉子軸承中的轉子軸。其中，這類電機尤其作為驅動裝置應用在汽車中的輔助裝置中，例如在那裡可以用作車窗玻璃升降機的電機，或者用作泵的驅動裝置。在實踐中在這類電機中出現這樣的問題，即在定子和轉子之間出現徑向-和軸向間隙。在運行中這導致所不希望的噪聲，此外也導致轉子軸承的使用壽命下降。
DE 35 34 381 C2已公開了一種用於調節電機的轉子和定子之間的軸向間隙的裝置。在這種已公開的裝置中，用於轉子軸的符合運行條件的固定軸承設計成軸頸軸承。為了調節軸向間隙，通過超過符合運行條件的軸向載荷的壓力使該軸頸軸承可相對於它的定子側的軸承蓋容納裝置軸向地移動。
DE 42 06 761 C2公開了一種用於電機轉子的軸承裝置。該裝置包含兩個容納轉子軸端部的球軸承。這兩個球軸承的內環分別藉助一種壓配合不可移動地張緊在轉子軸的轉承支承面上。球軸承的所屬的外環按照滑動配合可移動地支承在馬達機殼的軸承蓋中。此外，已公開的裝置還具有一個支撐在一個軸承蓋上的軸向調整彈簧。該調整彈簧對球軸承中的一個的外環施加作用。兩個軸承蓋由板材構件或鋁材構件製作構成，並且具有設計為圓筒形的深拉伸的軸承支承架。它們藉助間距型材在拉應力作用下連接在一起。調整彈簧作為波形彈簧，這種波形彈簧支撐在深拉伸的軸承支承架的底部上，並且它的壓力通過第一球軸承的外環傳遞到它的內環上，從該內環通過轉子軸傳遞到第二球軸承的內環上，然後傳遞到它的外環上。通過這些措施提供一種成本低、噪聲小、並且即使在軸承徑向大負荷時也能取得長的使用壽命的軸承裝置。
本發明的任務是以DE 42 06 761 C2為依據，提供一種減少構件數量的電機。

發明內容
本發明的這個任務通過一種具有在權利要求1中給出的特徵的電機完成。在從屬權利要求中對本發明的優選方案和改進方案進行了說明。在權利要求10中對製造一種具有預緊的球軸承的電機的方法進行了說明。
本發明的優點特別是，為了預緊球軸承無需分開的彈簧裝置或者其它的調節-或校準裝置。球軸承的所希望的預緊通過至少一個軸向可彈性變形的軸承蓋實現，藉助這種軸承蓋至少其中一個球軸承例如錯位0.3到0.7毫米地預緊。通過這一措施補償了在球軸承中存在的間隙，也補償了電機的定子和轉子之間的其它公差。這導致提高相應球軸承的使用壽命，並且避免在電機運行期間產生所不希望的噪聲。
當軸承蓋的彈性變形朝向定子時，則產生一種反向的預緊力，這種預緊力將軸承沿離開轉子的方向預緊。同時通過由此產生的反作用力將軸承蓋朝定子方向拉緊。這樣在定子上軸承蓋也產生一個無間隙的支座，而無需用於軸承蓋的附加固定部件。
若用於轉子軸的相應的軸承設置在軸承蓋的背向定子的外側，如上所述可以以特別簡單的方式取得軸承蓋的預緊。軸承例如可以容納、定中心在軸承蓋外側的一個凹槽中，並且利用一種壓配合固定在其中。然後可簡單地通過下述措施產生預緊，即與軸承蓋一起將軸承向轉子軸移動時、或者在先前的裝上軸承蓋之後，將軸子軸上的軸承沿著朝轉子組方向移動如此程度，直到達到軸承蓋的所需要的彈性變形。
若軸承蓋具有一個外環、一個內環和許多將外環與內環連接起來的連接片，側有助於軸承蓋的彎曲特性，從而有助於它的柔性。
若這些連接片沿徑向延伸，則這使得相應的軸承蓋的製造過程變得容易，因為在這種情況中在相鄰的連接片之間存在的凹槽-優選地形成為橢圓形-可通過簡單的衝壓工序實現。
連接片的彎曲的和非徑向方向延伸的設計的優點是，進一步改進相應的軸承蓋的柔性或者彎曲特性。


從藉助附圖對其示例性的說明可以得到本發明的其它有利的特點。
這些附圖是圖1根據本發明的一個實施例的一個電機的截面圖；圖2在圖1中所示電機的部分區域的放大圖；圖3軸向方向具有柔性的軸承蓋的第一實施例的透視圖；圖4軸向方向具有柔性的軸承蓋的第二實施例的透視圖。
具體實施例方式
圖1表示根據本發明的一個第一實施例的電機的一個截面圖。
所示電機1具有一個定子組件，該定子組件主要由一個具有一個定子芯2的定子組3和兩個絕緣盤6/19組成。此外，所示電機還具有一個轉子組件，該轉子組件基本上由一個轉子軸5和一個轉子組4組成。轉子軸5在電機的B側的端部區域處支承在一個第一球軸承10中，在電機的A側的端部區域處支承在一個第二球軸承11中。
第一球軸承10具有一個外環10a和一個內環10b。內環10b和轉子軸5固定連接。第二球軸承11具有一個外環11a和一個內環11b。內環11b和轉子軸5固定連接。
絕緣盤6定位在電機的B側的端面上。該絕緣盤具有一個外壁6a和一個具有許多齒形凸起、且凸起間有齒間空腔7的內壁6b。在電機的對置的A側端面上設置具有外壁19a和內壁19b的相應的絕緣盤19，該內壁也是由許多齒形凸起組成，在該凸起間有齒間空隙20。
B側的球軸承10固定在軸承蓋8的背向定子組的外側。該軸承蓋覆蓋了除了轉子軸的端部區域以外的電機的B側端面。為了球軸承10的定位目的，軸承蓋8具有一個在附圖中作為臺階8a出現的圓形的凹槽，球軸承10外側地容納在該凹槽中，並且必要時通過一種壓配合固定。軸承蓋8的臺階8a的徑向內端部8b與轉子軸5如此地保持距離，即軸承蓋8不一直延伸到球軸承10內環10b的區域。因此，軸承蓋8的臺階8a的內端部8b到轉子軸5的距離21要大於球軸承10的內環10b的寬度22。
A側的球軸承11固定在軸承蓋9的背向定子組的外側。該軸承蓋覆蓋除了轉子軸端部區域以外的電機的A側端面。為了球軸承11的定位，軸承蓋9具有一個在附圖中作為臺階9a出現的圓形的凹槽，球軸承11外側地容納在該凹槽中，並且在必要時通過一種壓配合進行固定。軸承蓋9的臺階9a的徑向內端部9b與轉子軸5如此地保持距離，即軸承蓋9不一直延伸到球軸承11內環11b的區域。因此，軸承蓋9的臺階9a的內端部9b到轉子軸5的距離23要大於球軸承11的內環11b的寬度24。
此外，在圖1中所示的電機1中，B側的球軸承10是以這種意義預緊的，即在外環10a和內環10b之間補償由製造造成的間隙。此外，通過這種預緊也補償由於其它原因所造成的間隙。
為了能預緊球軸承10，軸承蓋8沿軸向方向是可彈性變形的。換句話說，軸承蓋8沿軸向方向可以膨脹或者可以彎曲，並且具有比較小的彈性剛性。
下面介紹是如何預緊球軸承10的在第一步驟中將其上固定有球軸承11的A側軸承蓋9裝入一個製造工具中。
然後在第二步驟中將其上固定有轉子組4的轉子軸5通過A側的軸承蓋9的中間孔裝入到球軸承11中。其中，可通過一種壓配合保證球軸承的內環11b固定在轉子軸5上。
然後在第三步驟中如此地裝上帶有絕緣盤的定子，即從軸向方向看將定子組3定位在轉子組4的四周。然後在第四步驟中一起裝上B側的軸承蓋8和其上固定的球軸承10，或者先裝上軸承蓋8，然後依次如此地裝上球軸承10，即軸承蓋8的徑向外部區域位於定子芯2上。也可在軸承蓋8和定子芯2之間設置一種壓配合。
最後在第五步驟中通過對轉子軸5和/或球軸承的內環10b施加提高的壓力、並且沿圖1中所示的箭頭x方向繼續位移，就達到軸向可彈性變形的軸承蓋8在臺階8a的區域內向下(朝轉子組方向)彎曲，這樣就出現了一種轉向錯位12。這種錯位例如在0.3至0.7毫米的範圍內。通過軸承蓋8的徑向內置區域對於軸承蓋8的徑向外置區域的這種軸向錯位，同時產生球軸承10的上述預緊。其中，工具的使用與電機的長度無關。
這樣就可以省掉在現有技術中規定的、作為波形彈簧實現的軸向調節彈簧，因為它的功能、也就是對於球軸承的預緊，通過對於本來已存在的軸承蓋8的預緊就已完成。
此外，通過預緊至少一個軸承蓋8/9，軸承蓋8/9也對定子芯2施加反作用力。這樣，定子芯2壓緊在這兩個軸承蓋(A側/B側)之間。換句話說，這兩個軸承蓋8/9朝著定子芯2的相應的端面拉緊，並且這樣被附加地固定在定子芯2上，或者至少支承在該位置上。
根據本發明的一種實施方式，軸承蓋9的A側是如此意義的剛性設計，即它具有大的彈簧剛性。在這種實施方式中，電機的軸向間隙僅是通過軸承蓋8在B側產生的預緊、並且因此球軸承10的預緊而得到補償的。
在本發明的一個可替代的實施方式中，A側的軸承蓋8和B側的軸承蓋9一樣是柔性的，這樣，在這個可替代的實施方式中軸向間隙是通過預緊這兩個軸承蓋、並且因此預緊這兩個球軸承而得到補償的。
圖2表示在圖1中所示電機的部分區域的一個放大圖。從這個放大圖中可特別清楚地看出，軸向可彈性變形的軸承蓋8沿軸向方向具有一個錯位12，該錯位是通過軸承蓋8的徑向內置區域的彈性變形產生的；並且通過軸承蓋8的這種變形產生球軸承10所希望的預緊，以補償球軸承10的軸向間隙，並且因此補償整個電機的軸向間隙。這樣，在電機運行期間就有利地避免所不希望的噪聲的發生。此外，通過這一措施也可有利地實現延長球軸承的使用壽命。
圖3表示一個軸向方向為柔性的軸承蓋的一種第一實施例的透視圖。所示軸承蓋8』具有一個外環13和一個內環14。外環13通過許多徑向的連接片15與內環14相連接。設置在相鄰的連接片之間的、基本為橢圓形設計的凹槽是藉助傳統的衝壓機通過衝壓工序產生的。當外環為固定支承時，通過沿軸向方向對內環14施加壓力，與徑向外部區域相比較軸承蓋8』的徑向內部區域會發生彎曲，這樣，如上所述，通過這種彎曲可以造成固定在軸承蓋的徑向內部區域中的球軸承的預緊。
圖4表示一個軸向方向為柔性的軸承蓋的一種第二實施例的透視圖。所示軸承蓋8」具有一個外環16和一個內環17。外環16通過許多連接片18與內環17相連接，其中，這些連接片18為彎曲設計，並且不沿徑向方向延伸。此外，這些連接片18也軸向地沿彎曲方向(張緊方向)在幾何上進行預彎曲。然後在安裝時這些連接片進一步彎曲，這樣達到所希望的預緊。在連接片的這種方案中進一步改進了柔性軸承蓋的彎曲特性。這種方案也具有能補償更大的軸向間隙的優點。
上面藉助一個被認為是一般的實施例對本發明進行了說明，在該實施例中定子具有一個定子芯和一個定子組，轉子具有一個轉子軸和一個轉子組。然而本發明可以用在所有可能類型的具有定子組件和轉子組件的電機中。定子組件可以包括定子繞組或者一個殼式磁體裝置。轉子組件可以具有轉子磁體或者一個轉子繞組。它此外可以還可以是同步電機、異步電機、有電刷電機、無電刷電機等。
權利要求
1.具有一個定子和一個轉子的電機，其中，該轉子具有一個轉子軸，該轉子軸通過至少一個球軸承與至少一個軸承蓋連接，並且其中球軸承沿軸向方向預緊，其特徵在於，軸承蓋(8)沿軸向方向是可彈性變形的，並且通過預緊沿軸向方向可彈性變形的軸承蓋(8)而實現對於球軸承(10)的預緊。
2.按照權利要求1所述的電機，其特徵在於，至少一個軸承蓋通過所述預緊而沿軸向方向朝定子方向拉緊。
3.按照權利要求1或2所述的電機，其特徵在於，在至少一個軸承蓋的背向定子的外側分別設置至少一個球軸承。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的電機，其特徵在於，轉子軸(5)在它的兩個端部區域分別支承在一個球軸承(10、11)上；球軸承(10、11)分別和一個軸承蓋(8、9)連接；軸承蓋之一(8)沿軸向方向是可彈性變形的，並且用作球軸承(10)的預緊元件；並且另一軸承蓋(9)沿軸向方向剛性地構成。
5.按照權利要求4所述的電機，其特徵在於，沿軸向方向剛性構成的軸承蓋(9)是電機殼體的或者定子的剛性的組成部件。
6.按照權利要求1至3中任一項所述的電機，其特徵在於，轉子軸(5)在它的兩個端部區域分別支承在一個球軸承(10、11)上；球軸承(10、11)分別和一個軸承蓋(8、9)連接；並且這兩個軸承蓋(8、9)軸向柔性地構成，並且分別用作各球軸承(10、11)的預緊元件。
7.按照前述權利要求中任一項所述的電機，其特徵在於，用作預緊元件的軸承蓋(8、8』、8」)具有一個外環(13、16)、一個內環(14、17)，並且具有許多將外環與內環連接起來的連接片(15、18)。
8.按照權利要求7所述的電機，其特徵在於，連接片(15)沿徑向方向延伸(圖3)。
9.按照權利要求7所述的電機，其特徵在於，連接片(18)是彎曲的，並且不沿徑向方向延伸(圖4)。
10.具有預緊的球軸承的電機的製造方法，該方法具有下述步驟—將其上固定有球軸承的一個第一軸承蓋裝到製造工具中，—將其上固定有轉子組的轉子軸裝到球軸承中，—如此地裝上定子組和絕緣盤，使定子組沿軸向方向定位在轉子組的四周，—一起裝上第二軸承蓋和其上固定的另一球軸承，或者依次如此地裝上第二軸承蓋和另一球軸承，使另一軸承蓋的徑向外部區域位於定子組上，並且—施加提高的作用於轉子軸和/或另一球軸承內環的壓力，以沿軸向方向如此進一步地位移，使另一軸承蓋在它的徑向內置的區域中彈性彎曲，以造成球軸承的預緊。
全文摘要
本發明涉及一種具有通過軸承蓋的彈性變形而預緊的球軸承的電機，以及製造這種電機的方法。該電機具有一個定子和一個帶有轉子軸的轉子。轉子軸通過球軸承支承在軸承蓋中。至少一個軸承蓋是沿軸向方向可彈性變形的，並且通過軸承蓋的沿軸向方向的預緊而產生球軸承的預緊。
文檔編號H02K5/167GK1866685SQ20061007985
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月11日 優先權日2005年5月11日
發明者J·鮑姆加特納, T·布班 申請人:西門子公司