專利名稱：電機(jī)的軸支撐系統(tǒng)、電機(jī)及軸支撐系統(tǒng)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及可能在轉(zhuǎn)軸和電機(jī)外殼之間形成機(jī)械 連接的支架。
背景技術(shù)：
文件JP - A - 08023666的摘要描述了 一無(wú)刷電機(jī)，包括與霍爾效應(yīng)傳 感器相關(guān)的連接部件，該傳感器設(shè)置用于探測(cè)安裝在軸上的磁鐵。該軸利 用軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在連接部件中。在這類傳統(tǒng)電機(jī)中，由于大量實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電子功能以及探測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 動(dòng)角的功能的單獨(dú)部件，所以用于組裝電機(jī)的步驟較多并且較復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是消除上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。 本發(fā)明提出了一多功能軸支架。本發(fā)明提出了一滾動(dòng)軸承和凸緣組件，該組件在軸和電機(jī)的外殼之間 提供機(jī)械連接，并起到用于傳感器和信號(hào)處理電子器件的支架的作用。用于電機(jī)的軸支撐系統(tǒng)包括滾動(dòng)軸承，該滾動(dòng)軸承設(shè)置有設(shè)計(jì)成將 安裝在所述軸上的內(nèi)圏，和外圈；用于探測(cè)內(nèi)圈的角位置的至少一個(gè)角位 置傳感器；安裝在內(nèi)圏上的編碼器；用于支承軸承的外圈的凸緣；和由該 凸緣支撐的處理模塊。該支架構(gòu)成實(shí)現(xiàn)軸承、凸緣和角度探測(cè)功能的子組 件。在一個(gè)實(shí)施例中，該傳感器安裝在處理模塊上，該處理模塊連接到傳 感器的輸出上。在一個(gè)實(shí)施例中，該處理模塊構(gòu)造成接收來(lái)自傳感器的表示編碼器相 對(duì)于該傳感器的角位置的輸出信號(hào)，并作為輸出傳遞表示編碼器相對(duì)于傳 感器的角位置的 一項(xiàng)經(jīng)處理的信息。在一個(gè)實(shí)施例中，該凸緣受到密封。 在一個(gè)實(shí)施例中，該凸緣包括連接到電機(jī)上的裝置。該連接裝置可以 包括通孔，該通孔可以將凸緣螺釘連接到電機(jī)的傳感器上。在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括用于與內(nèi)圈的末端密封的裝置。從而， 該凸緣形成電機(jī)的軸向端，并防止液體或污染物的進(jìn)入。該密封可以相對(duì) 于編碼器或內(nèi)圈或電機(jī)的軸構(gòu)成狹窄通道或摩擦唇緣的類型。在一個(gè)實(shí)施例中，該角位置傳感器能夠探測(cè)絕對(duì)角位置。因此，可以 精確確定轉(zhuǎn)子的肩部相對(duì)于定子的角度位置，該角度位置在無(wú)刷直流電機(jī) 中非常有用。在一個(gè)實(shí)施例中，該處理模塊包括支撐傳感器的電路板。 在一個(gè)實(shí)施例中，該處理模塊構(gòu)造成以模擬或數(shù)字形式傳遞一項(xiàng)輸出 信息。在一個(gè)實(shí)施例中，該凸緣過(guò)模制到滾動(dòng)軸承的外圈上。在一個(gè)實(shí)施例中，該外圈包括與凸緣接觸的表面，所述凸緣設(shè)置有耦接浮凸部(reliefs)。所述表面可以是外圏的外表面。該耦接浮凸部可以通過(guò) 滾花獲得。在 一個(gè)實(shí)施例中，該處理模塊構(gòu)造成以脈寬調(diào)制形式傳遞一項(xiàng)輸出信臺(tái)-("、o本發(fā)明還涉及一電機(jī)，該電機(jī)包括軸、轉(zhuǎn)子、定子和支撐所述軸的上 述系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在定子上并能夠作為輸出提供轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的角位置。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)封閉電機(jī)的軸向端。這產(chǎn)生良好的密封。制造用于電機(jī)的軸支撐系統(tǒng)的方法，包括如下步驟將凸緣連接到安 裝有編碼器的滾動(dòng)軸承的外圈上，當(dāng)該傳感器和處理模塊已經(jīng)連接時(shí)，將安裝有角度傳感器的處理模塊安裝在該凸緣上。在一個(gè)實(shí)施例中，該凸緣和滾動(dòng)軸承彼此連接，從而它們不能分開。 在一個(gè)實(shí)施例中，該凸緣過(guò)模制到外圈上。這產(chǎn)生良好的密封。 通過(guò)定向轉(zhuǎn)子，使該軸支撐系統(tǒng)軸向移動(dòng)，使轉(zhuǎn)子軸進(jìn)入滾動(dòng)軸承，并且通過(guò)凸緣連接到電機(jī)的外殼上可該組裝該電機(jī)。該連接可通過(guò)螺紋連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。以這種方法，可給電機(jī)制造商提供多功能組件，該多功能組件在軸和 外殼之間提供機(jī)械連接，支撐用于處理信號(hào)和支撐轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器的電路。該
編碼器由軸承滾道有利地支撐。該支承系統(tǒng)軸向緊湊，能夠通過(guò)單個(gè)子組 件的密封電機(jī)，可以緊挨著傳感器，對(duì)來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行本地處 理，因此具有更好的信號(hào)質(zhì)量。特別地，經(jīng)處理的輸出信息對(duì)干擾或外部 影響比來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)較不敏感，特別是當(dāng)經(jīng)處理的輸出信息為數(shù) 字或脈寬調(diào)制形式時(shí)。


在閱讀實(shí)施例的詳細(xì)描述后，將更好地理解本發(fā)明，該實(shí)施例作為非限制性的例子，并通過(guò)附圖進(jìn)行說(shuō)明，其中 附圖l是電機(jī)的剖面形式的分解視圖； 附圖2是該電機(jī)的剖視圖； 附圖3是該軸支架的透視圖； 附圖4是與附圖3的軸支架相對(duì)的透視圖； 附圖5是該軸支架的分解透視圖；及 附圖6是該軸支架的軸向剖視圖。
具體實(shí)施方式
如附圖1和2中所示，整體用l表示的該電機(jī)包括外殼2、安裝在外殼2 中的定子3、固定連接成彼此轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子4和軸5、放置在軸5的其中一個(gè)末 端和外殼2之間的滾動(dòng)軸承6 ，及連接到外殼2上并支撐軸5的另 一端的軸支 撐系統(tǒng)7。更特別地，該外殼2包括軸向部分8、封閉該軸向部分8的其中一 端的徑向底部9，和軸向軸環(huán)IO,該軸環(huán)連接到徑向底部9上，對(duì)中在電機(jī) 的軸線上并設(shè)計(jì)成容納滾動(dòng)軸承6。該滾動(dòng)軸承6可以屬于普通類型，帶有內(nèi)圈ll、外圈12、 一組滾動(dòng)元 件13,該滾動(dòng)元件在此情況下為球，放置在內(nèi)圈ll的外滾道(raceway)和 外圈12的內(nèi)滾道之間。該滾動(dòng)軸承6可以設(shè)置有用于保持滾動(dòng)元件的圓周 空間的保持架(cage)和放置在與徑向底部9相對(duì)的側(cè)面上的密封件14。由 于封閉的徑向底部9有效地保護(hù)了滾動(dòng)軸承6，免于外部污染物的進(jìn)入，所 以密封件在徑向底部9的側(cè)面上的存在不是必需的。軸5的其中一端套裝到 內(nèi)圈11中。定子3處于管狀部件的形式，靠近外殼2的徑向底部9并與軸向部分8的
孔接觸。該定子3還包括在與徑向底部9相對(duì)的方向上突出的三個(gè)軸向銷15。轉(zhuǎn)子4連接到軸5上并安裝在定子3內(nèi)部，同時(shí)能夠相對(duì)于所述定子3轉(zhuǎn) 動(dòng)?？稍诟綀D3至5中更詳細(xì)地看到的軸5的支撐系統(tǒng)7包括凸緣16 、由該凸 緣16支撐的滾動(dòng)軸承17、也由凸緣16支撐的電子處理模塊18、由滾動(dòng)軸承 17支撐的編碼器19和由模塊18支撐的至少一個(gè)傳感器20。在所示實(shí)施例 中，設(shè)置四個(gè)傳感器20。在安裝狀態(tài)下，該支撐系統(tǒng)7封閉與徑向底部9相 對(duì)側(cè)面上的外殼2的末端。該凸緣16包括基本環(huán)形徑向形狀的壁21,該壁通過(guò)也是徑向的四個(gè)舌 片22朝外側(cè)延伸。每個(gè)舌片22都設(shè)置有通孔23,該通孔允許螺桿或螺釘通 過(guò)，以將支撐系統(tǒng)7連接到外殼2上。該凸緣16設(shè)置有環(huán)形肋板24，該肋板 在徑向底部9的方向上軸向延伸，并與外殼2的軸向部分8的孔接觸，從而 將凸緣7在外殼2中對(duì)中。處于圓弧形的多個(gè)凹口 25在肋板24的徑向上設(shè)置 在凸緣16的外表面上，以將模具退出或去除并使冷卻有差別(differential cooling),從而防止厚的部分比薄的部分冷卻得更慢。多個(gè)通孔26設(shè)置在環(huán)形徑向部分21中，并設(shè)置成容納定子3的指狀物 15，在此情況下該通孔為三個(gè)。因此，定子3相對(duì)于支撐系統(tǒng)7固定不轉(zhuǎn) 動(dòng)。該指狀物15和孔26可以均勻地沿圓周分布，或者以不等于U0的角度 逆分布，以獲得定子3相對(duì)于支撐系統(tǒng)7的指數(shù)化(indexation)。該凸緣16包括/人環(huán)形徑向部分21開始徑向向內(nèi)和軸向朝外殼2的徑向 底部9延伸的截頭圓錐部分27,向該截頭圓錐部分27內(nèi)部延伸的環(huán)狀徑向 部分28,及可容納滾動(dòng)軸承17的環(huán)狀軸向部分29。加強(qiáng)肋板可設(shè)置在該徑 向部分28和軸向部分29之間截頭圓錐部分27的延伸部分上。更精確地，該徑向部分28包括由指向內(nèi)的兩個(gè)徑向邊緣30和31限定的 孔29a。多個(gè)軸向指狀物32在與外殼2的徑向底部9相對(duì)的方向上從徑向部 分28突出設(shè)置。該凸緣16有利地以整體方式用模制成一件的合成材料制 成，例如包括聚酰胺6-6或者填充有玻璃或碳纖維的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇 酯，該玻璃或碳纖維例如以10至50%的比例填充，最好是20至40%的數(shù)量 級(jí)，例如大約30%。該滾動(dòng)軸承17包括內(nèi)圈33、外圈34、 一組滾動(dòng)元件35、用于維持滾動(dòng) 元件35的均勻圓周空間的保持架36,和密封凸緣37，該滾動(dòng)元件在此情況 下為球。該滾動(dòng)軸承17表示類似于滾動(dòng)軸承6的結(jié)構(gòu)，帶有在外圏的孔中和內(nèi)圈的外支撐表面上形成滾道的兩個(gè)立體的深陷(deep-throated)的 環(huán)。該凸緣37安裝在外圏34的凹槽中，并與內(nèi)圈33的外支撐表面形成狹窄 通道，同時(shí)放置在轉(zhuǎn)子4的側(cè)面上。該外圈34與軸向部分29的孔29a和凸緣 16的徑向邊緣30和31接觸。有利地，該凸緣16過(guò)模制(overmolded)在外 圏34上。這在這兩個(gè)部件之間提供了良好的密封和機(jī)械強(qiáng)度。編碼器19包括處于金屬薄片杯形狀的支架38，和活動(dòng)(active)部分 39。該支架38包括軸向部分、徑向部分和截頭圓錐部分，該軸向部分在與 密封凸緣37相對(duì)的側(cè)面上套裝在內(nèi)圈33的外支撐表面上，該徑向部分從軸 向部分指向內(nèi)并與內(nèi)圈33的徑向前表面接觸，該截頭圓錐部分徑向指向內(nèi) 并與密封凸緣37軸向相對(duì)，并且延伸徑向部分的小直徑末端?；顒?dòng)部分39過(guò)模制在該截頭圓錐部分的外面、與內(nèi)滾道33相對(duì)的徑向 部分的面和該徑向部分的外面的一部分上，該活動(dòng)部分例如為包括沿圓周 方向交替北極和南極的磁化塑料鐵素體。該活動(dòng)部分39具有軸向外表面并 可包括不是傳感器數(shù)量的倍數(shù)的數(shù)個(gè)極。電子模塊18包括基本環(huán)形的電路板40,其中設(shè)置有數(shù)個(gè)通孔41，該通 孔設(shè)計(jì)成與凸緣16的指狀物32相互作用，在此情況下為三個(gè)。在組裝期 間，該指狀物32進(jìn)入孔41,從而保持模塊18相對(duì)于凸緣16的角度及其指數(shù) 化。例如屬于印刷電路板型的該電路板40支撐多個(gè)電子部件，使其可處理 來(lái)自傳感器20的輸出信號(hào)并產(chǎn)生通過(guò)有線或者無(wú)線傳遞到未示出的其它構(gòu) 件的輸出信號(hào)。電路板40還利用四組三個(gè)孔43支承傳感器20，該孔設(shè)置得 靠近其內(nèi)邊緣并且傳感器元件20的支柱44放置在其中，然后通常通過(guò)銅焊 連接。該傳感器20可以沿圓周放置，均勻地或不均勻地分布。在附圖6中所示的支撐系統(tǒng)7的組裝狀態(tài)下，電子模塊18靠近凸緣16的 徑向部分28的外表面放置。傳感器元件20相對(duì)于電路板40軸向突出，并徑 向放置在編碼器19和徑向部分28的徑向邊緣31之間，同時(shí)與編碼器19的活 動(dòng)部分3 9的軸向外表面以輕微徑向空氣間隙分離。該電子模塊18和編碼器 19具有比內(nèi)圈33的孔大的內(nèi)徑，以能夠允許電機(jī)的軸5的一端通過(guò)。這產(chǎn)生了軸支撐系統(tǒng)，該該軸支撐系統(tǒng)形成設(shè)計(jì)成將放置在外殼2的 開放軸向末端處的預(yù)組裝組件，并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的軸支架5的功能，封閉 外殼2的開放徑向面，防止定子3轉(zhuǎn)動(dòng)，探測(cè)軸5的轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)，尤其是速
度、角位置、加速度等。該軸支撐系統(tǒng)還可以支撐信號(hào)處理電子器件和傳感器。然后，蓋子可 以保護(hù)電子模塊18。該蓋子可以以密封方式嵌入，從而對(duì)電機(jī)內(nèi)部和電路板提供高度的保護(hù)?？蓪⑸w子設(shè)置成環(huán)形，連接到凸緣16上，以與編碼器 19和/或滾動(dòng)軸承17的內(nèi)圈33形成狹窄通道。該蓋子還可設(shè)置有摩擦密封 (friction seal)。該軸支撐系統(tǒng)7的制造可以包括如下步驟。凸緣16過(guò)模制在滾動(dòng)軸承 17的外圏34上。為了確保塑料材料在滾動(dòng)軸承17的外圏34上的良好結(jié)合， 可在所述外圈34的外圓柱表面的一部分上提供滾花。該編碼器19套裝在內(nèi) 圈33上。電子模塊18安裝在凸緣16上，然后用蓋子蓋住組件。電機(jī)的組裝可以用少量的相對(duì)簡(jiǎn)單的操作實(shí)現(xiàn)。首先，滾動(dòng)軸承6放 置在外殼2的底部處的其外殼內(nèi)。定子3放置在外殼2中。支承轉(zhuǎn)子4的軸5 放置在滾動(dòng)軸承6的內(nèi)圈11的孔中。軸支撐組件7放置并安裝在外殼2中。 然后，蓋子連接到凸緣上。這些步驟通過(guò)簡(jiǎn)單的軸線運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行，因此，該電機(jī)的組裝非常簡(jiǎn)單。自然地，處理模塊18尤其是電路42可以設(shè)計(jì)成以模擬或數(shù)字形式傳送 一項(xiàng)輸出信息。編碼器19和傳感器20的電極的相對(duì)角位置可探測(cè)絕對(duì)角位 置，因此可以非常高的精度確定轉(zhuǎn)子4的極相對(duì)于定子3的極的相對(duì)位置。 或者，電^各42可以構(gòu)造成以脈寬調(diào)制形式傳遞一項(xiàng)輸出信息。因此，該輸 出信號(hào)可以由其他外部構(gòu)件直接使用。
權(quán)利要求
1. 一種用于電機(jī)(1)的軸支撐系統(tǒng)(7)，其特征在于，它包括滾動(dòng)軸承(17)，該滾動(dòng)軸承設(shè)置有設(shè)計(jì)成將安裝在所述軸(5)上的內(nèi)圈(33)、和外圈(34)；用于探測(cè)內(nèi)圈的角位置的至少一個(gè)角位置傳感器(20)；安裝在內(nèi)圈上的編碼器(19)；用于支承軸承的外圈的凸緣(16)；和由該凸緣支撐的處理模塊(18)。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該傳感器(20)安裝在處理模塊 U8)上，該處理模塊連接到傳感器的輸出上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中該處理模塊(18)構(gòu)造成自傳感 器接收表示編碼器相對(duì)于該傳感器的角位置的輸出信號(hào)，并作為輸出傳遞 表示編碼器(19)相對(duì)于傳感器(20)的角位置的一條經(jīng)處理的信息。
4. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中該凸緣(16)包括連接 到電機(jī)(1 )上的裝置。
5. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括用于密封內(nèi)圈的末端的 裝置。
6. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中該角位置傳感器(20) 能夠探測(cè)絕對(duì)角位置。
7. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中該處理模塊(l8)包括 支撐傳感器(20)的電路板(40)。
8. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中該凸緣(16)過(guò)模制到 滾動(dòng)軸承(17)的外圈(34)上。
9. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中該外圈(34)包括與凸 緣接觸的表面，該凸緣設(shè)置有耦接浮凸部。
10. 如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中該處理模塊構(gòu)造成以 脈寬調(diào)制形式傳遞一條輸出信息。
11. 一種電機(jī)(l),包括軸(5)、轉(zhuǎn)子(4)、定子(3)和支撐所述軸 的如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(7)，該系統(tǒng)安裝在定子上并能夠 作為輸出提供轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的角位置。
12. 如權(quán)利要求ll所述的電機(jī)，其中所述系統(tǒng)封閉電機(jī)的軸向端。
13. —種制造用于電機(jī)的軸支撐系統(tǒng)的方法，其中凸緣(16)連接到 安裝有編碼器(19)的滾動(dòng)軸承(17)的外圈(34)上，安裝有角度傳感 器(20)的處理模塊(18)安裝在該凸緣(16)上，并且該傳感器和處理 模塊連接。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該凸緣(16)過(guò)模制到外圈 (34)上。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)子(4)被定向，該軸 支撐系統(tǒng)(7)被軸向移動(dòng)，轉(zhuǎn)子軸進(jìn)入滾動(dòng)軸承(17)，并且凸緣連接到 電機(jī)(1)的外殼(2)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電機(jī)的軸支撐系統(tǒng)、電機(jī)及軸支撐系統(tǒng)的制造方法，其中用于電機(jī)(1)的軸支撐系統(tǒng)(7)包括滾動(dòng)軸承(17)，該滾動(dòng)軸承設(shè)置有設(shè)計(jì)成將安裝在所述軸(5)上的內(nèi)圈(33)，和外圈(34)；用于探測(cè)內(nèi)滾道的角位置的至少一個(gè)角位置傳感器(20)；安裝在內(nèi)滾道上的編碼器(19)；用于支承軸承的外滾道的凸緣(16)；和由該凸緣支撐的處理模塊(18)。
文檔編號(hào)G01P3/44GK101401280SQ200780008714
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者多梅尼科·雷斯泰諾, 奧利維爾·梅塞奇, 弗蘭克·蘭德里夫, 弗蘭克·德布雷利 申請(qǐng)人:Skf公司