CN104115013B - 轴承组件和包括这样轴承的旋转电动机械 - Google Patents

Abstract

该轴承组件用于相对于支撑构件(4)可旋转地保持轴(2)，并且包括轴承(10)，具有旋转环(14)和固定在所述支撑构件的机架(4A)内的固定外环(12)。编码器垫圈(50)以随着旋转环旋转的方式固定。至少一个传感器(60)适合于检测编码器垫圈(50)的至少一个旋转参数，并且传感器主体(70)保持该传感器。环形法兰用于相对于固定外环(12)安装所述传感器主体(70)。环形法兰具有第一裙件(85)和第二裙件(86)，其在它们和法兰的底壁(83)之间限定用于容纳传感器主体(70)的至少一部分(72)的环形凹陷(V8)。在轴承组件的安装构造中，第一和第二裙件(85、86)分别朝着旋转环和固定环(14、12)延伸。

Description

轴承组件和包括这样轴承的旋转电动机械

技术领域

本发明涉及用于相对于支撑构件可旋转保持轴的轴承组件。该轴承组件当中包括适合于检测编码器衬垫的旋转参数的至少一个传感器。

本发明还涉及其中包括如上所述的轴承组件的电动机械，例如电动机。

背景技术

总的来说，轴承包括适合于在旋转轴周围一个相对于另一个旋转的内环和外环。在滑动轴承中，两个环滑动接触。在滚动轴承中，几个滚动体安装在两个环之间。这些滚动体可为球、滚子或针。因此，滚动轴承例如可为球轴承、滚子轴承或针轴承。

在轴承领域中，已经知晓利用转速计确定由轴承支撑的轴相对于支撑构件的转速，支撑构件例如为电动机械的壳体。如EP-A-1 933 155所述，可采用具有磁极的编码器垫圈，该磁极以随着轴承的旋转环旋转的方式固定，一个或多个传感器分布在编码器垫圈周围或者设置在其前面。空气间隙提供在编码器垫圈和该传感器或每个传感器之间。编码器垫圈的旋转参数的检测通过该空气间隙产生，因为编码器垫圈产生磁场的变化。

由FR-A-2 698 421可知采用形成传感器支撑构件的环形部件，用于设计为与永磁铁配合的传感器。

有效检测旋转参数的关键点是在传感器附近的编码器垫圈产生的磁场不应受到周围磁场的干扰。在编码器垫圈和该传感器或每个传感器之间的空气间隙不足以保护克服磁场干扰的范围内，这对于现有技术的装置不能保证。更为重要的是旋转检测的某些应用发生在很强的干扰磁场环境中，例如，在电动机械的转子和定子附近，其中产生强磁场。

发明内容

本发明针对于用新的轴承组件解决这些问题，该新轴承组件有效地检测与旋转环固定的编码器垫圈的旋转参数，即使它安装在磁干扰的环境中。

为此，本发明涉及用于相对于支撑构件可旋转保持轴的轴承组件，该轴承组件包括：轴承，具有旋转环和固定在支撑构件的机架内的固定环；编码器垫圈，其以随着旋转环旋转的方式固定；至少一个传感器，适合于检测编码器垫圈的至少一个旋转参数；传感器主体，用于保持该传感器；环形法兰，用于相对于固定环安装传感器主体。根据本发明，环形法兰具有第一裙件和第二裙件，其在它们之间且用法兰的底壁限定用于容纳传感器主体至少一部分的环形凹陷，并且其中在轴承组件的安装构造中，第一和第二裙件分别朝着旋转环和固定环延伸。

由于本发明，环形法兰的第一和第二裙件参与形成在编码器垫圈和该传感器或每个传感器之间限定的空气间隙周围的密闭防护物。这两个裙件的几何形状能使法兰与轴承一起构成屏蔽室或法拉第筒(Faraday cage)，其保护编码器垫圈和传感器(s)不受到电磁干扰。

在本说明书中，词语“轴向”、“径向”、“轴向地”和“径向地”涉及旋转环相对于轴承的固定环的旋转轴或者编码器垫圈的旋转轴。平行于这样的轴时是“轴向”方向，并且垂直于该轴且与其相交时是“径向”方向。垂直于轴向方向的表面是“轴向的”，并且垂直于径向方向且居中在旋转轴上时是“径向的”。“径向内部”部分是沿着径向方向靠近该轴线，反之为“径向外部”部分。旋转参数是编码器垫圈的旋转运动的代表。这样的参数可为角度、速度、位移、加速度或振动。

根据本发明优选但非必须的进一步方面，该轴承组件可结合下面的一个或几个特征，采取任何容许的构造：

该轴承组件包括安装装置用于固定法兰在支撑构件上。这些安装装置优选包括某些螺丝钉用于安装法兰在支撑构件上。

在安装构造中，第一裙件形成用于法兰的底部和旋转环之间的磁通量的第一优选通道的一部分。该第一优选通道可包括轴的一部分。该第一优选通道也可包括编码器垫圈的电枢的一部分。

在安装构造中，第二裙件形成用于固定环和法兰的底壁之间的磁通量的第二优选通道的一部分。当轴承组件包括机械装置以保持固定环在支撑构件的机架内时，第二优选通道可包括这些机械装置的一部分。这样的机械装置可包括卡环。作为选择，第二优选通道仅包括第二裙件。

轴承是滚动轴承，其滚动体安装在旋转环和固定环之间的滚动腔中，并且在安装构造中，滚动体形成用于旋转环和固定环之间的磁通量的第三优选通道的一部分。

作为选择，轴承是滑动轴承，并且用于磁通量的第三优选通道形成在内环和外环之间的界面。

第一、第二和第三优选通道一起形成封闭通道。

第二裙件具有至少一个开口用于传感器主体和机架的壁之间的直接接触。

本发明还涉及旋转电动机械，例如电动机，其壳体支撑旋转轴。根据本发明，该旋转电动机械包括如上所述的至少一个轴承组件。

附图说明

本发明将基于下面对应于附图且作为说明示例给出的描述而更好地理解，而不限制本发明的目标。附图中：

图1是根据本发明的支撑构件、轴和轴承组件的分解透视图，

图2是属于图1的轴承组件的环形法兰在另一个方向上的透视图，

图3是图1上表示的元件的轴向剖视图，以及

图4是图3上细节IV的放大图。

具体实施方式

附图所示的旋转轴承组件A用于相对于支撑构件4可旋转地保持旋转轴2，支撑构件4形成没有进一步示出的电动机M的壳体6的一部分。旋转轴2具有波纹状的中心开口2A，其居中在轴X2上且适合于容纳没有示出的轴，该轴延伸在壳体6内且支撑电动机M的转子。

图1示出了安装在壳体6上的支撑构件4。作为选择，这两个部分可彼此集成。

轴承组件A包括球轴承10，具有固定外环12和旋转内环14。某些球16设置在环12和14的各滚道之间限定的旋转腔18中，如图3和4所示。X10表示轴承10中内环4相对于外环12的旋转轴。在轴承组件A的安装构造中，轴X10与轴承组件A的中心轴XA重合。

支撑构件4提供有相对于支撑构件4居中在轴X4上的圆形开口4A，轴X4与轴承组件A的安装构造中的轴XA重合。

轴承组件A还包括卡环或簧环20，其容纳在支撑构件4的内圆周凹槽4B内，相邻于机架4A。因此，当就位在凹槽4B内时，卡环20保持轴承10在机架4A内。

卡环20是可选的，并且可在选择性实施例中省略，例如，当外环12压配合在机架4A内时。

轴承组件A还包括隔板环30，其适合于通过六个螺丝钉40安装在支撑构件4的外轴衬4C上。隔板环30具有平面的侧表面32，当隔板环30安装在支撑构件4上时，其定向为与支撑构件4相对。如果支撑构件4具有与表面32类似的平面表面，则隔板环30在其可省略的范围内是可选择的。

轴承组件A还包括编码器垫圈50，由双极永磁铁环52和铁磁电枢54形成。编码器垫圈50固定地安装在内环14上。这通过配合电枢54的环形裙件542在内环14的径向内凹槽142内而获得。

轴承组件A还包括几个传感器，其适合于检测编码器垫圈50的旋转参数。这些传感器的一个在图3和4上是可见的，具有附图标记60。实际上，几个传感器可分布在轴XA周围。这些传感器60安装在传感器主体70内，传感器主体70由印刷电路板72和合成环74形成，提供有用于传感器60的各机架。电缆76连接到PCB72且能给其提供电力，并且传输传感器60的输出信号。

轴承组件A还包括环形法兰80，其设计为通过一套螺丝钉40安装在隔板环30和支撑构件4上。为此，法兰80包括径向外部平面环形带81，提供有适合于与隔板环30的各孔34和支撑构件4的螺纹孔4D对齐的几个长方形孔82。螺丝钉40用于固定法兰80在隔板环30和支撑构件4上。开口82是长方形的情况允许调整法兰80在轴XA周围相对于项目4和30的有角定向。

项目2、4、12、14、16、20和80由诸如钢的铁磁材料制造。

X30、X50、X70和X80分别表示隔板环30、编码器垫圈50、传感器主体70和法兰80的中心轴。这些轴和轴X2与轴承组件A的安装构造中的轴XA重合。

法兰80具有底壁83，其平行于带81且垂直于轴X80。底壁83径向地在带81内且沿着轴X80相对于带81偏移。圆形壁84连接法兰80集成的这两个部件。

法兰80在图1上可见的面是该法兰的外面，从而它在安装构造中朝着轴承组件A的外侧定向。法兰80的内面在图2上可见。法兰80的内部径向边缘由第一裙件85限定，第一裙件85是圆柱的、圆形的，并且居中在轴X80上。该裙件沿着轴X80从底壁83朝着自由圆形边缘852延伸，从法兰80的内面可见。

第二裙件86居中在轴X80上，并且由三个部分86A、86B和86C形成。换言之，裙件86不完全是圆形的，并且它被三个开口87中断。在图2上，某些虚线示出了裙件86的轮廓，如果它在轴X80周围是连续的。

根据本发明的选择性实施例，裙件86可为圆形的，并且在轴X80周围是连续的。在此情况下，其自由边缘跟随图2上的虚线。

裙件85径向地在裙件86内。换言之，相对于轴X80，裙件85是径向内部裙件，并且裙件86是径向外部的裙件。裙件85和86径向地在它们之间且轴向地与底壁83限定体积V8，其适合于容纳传感器主体70的一部分。实际上，根据裙件85和86沿着轴X80的长度，体积V8可容纳至少PCB72和合成环74的一部分或者传感器主体70的全部。

因此，如图3和4所示，能安装传感器主体在体积V8中且将其用大量的胶水88固定。

在该位置上，传感器主体70和传感器60径向地设置在磁环52周围。每个传感器60都面对磁环52，并且这样的传感器和该磁环之间的空气间隙G由铁磁部分围绕，保护它不受电磁干扰，例如来自电动机M的定子和转子之间产生的强磁场。

一方面考虑图4上项目50和60周围的磁通量，如箭头F1、F1’、F2、F2’和F3所表示。

在外部磁场围绕图4所示轴承组件A一部分的情况下，用于该磁场的第一优选通道沿着图4上的箭头F1延伸，即从底壁83通过第一裙件85和轴2到内环14。在裙件85朝着内环14延伸的情况下这是可能的，因为其自由边缘852朝着该环定向。如箭头F1’所示，该第一优选通道可通过也是铁磁的电枢54。这是可选的，并且优选通道也可直接从轴2到电枢54周围的内环14。

第二优选通道从外环12通过卡环20和裙件86延伸到底壁83，如图4上的箭头F2和F2’所示。这是可能的，因为裙件86朝着外环12延伸到其自由边缘862与卡环20接触或者靠近的点。

由于卡环20是可选的，并且在不采用这样卡环的情况下，该第二优选通道可直接从外环12到裙件86。在此情况下，可提供自由边缘862和外环12之间的直接接触，或者这些部分正好相邻。

第三优选通道从内环14通过球16到外环12。

因此，由箭头F1+F1’、F2+F2’和F3分别表示的三个优选通道一起形成在空气间隙G周围的封闭通道，从而保护该空气间隙不受外部电磁干扰。

换言之，一种屏蔽室或法拉第筒由轴承组件A的磁感应件50和60周围的法兰80、轴2和轴承10构成。

为了使第二优选通道通过支撑构件4，法兰80的几何形状可进行修改。

本发明表示为采用球轴承情况下的示例。包括滚子轴承和针轴承的其它类型的轴承也是可考虑的。采用滑动轴承也是可能的。在此情况下，第三优选通道形成在它们轴承的两个环之间的界面。

箭头F1、F1’、F2、F2’和F3的方向是图4上的任意方向，并且磁通量也可在这些箭头的方向上通过。

开口87允许传感器主体70和机架4A的径向表面之间的直接接触。这便利于传感器主体70相对于轴X4的居中。

Claims (16)

1.一种相对于支撑构件(4)可旋转地保持轴(2)的轴承组件(A)，所述轴承组件包括：

-轴承(10)，具有旋转环(14)和固定在所述支撑构件的机架(4A)内的固定环(12)，

-编码器垫圈(50)，其以随着该旋转环旋转的方式固定，

-至少一个传感器(60)，其适合于检测该编码器垫圈的至少一个旋转参数，

-传感器主体(70)，其用于保持所述传感器，

-环形法兰(80)，用于相对于所述固定环安装所述传感器主体，

其中

-所述环形法兰(80)具有第一裙件(85)和第二裙件(86)，其在它们和所述法兰的底壁(83)之间限定环形凹陷(V8)，用于容纳所述传感器主体(70)的至少一个部件(72)，并且

-在所述轴承组件(A)的安装构造中，所述第一和第二裙件(85、86)分别朝着所述旋转环和所述固定环延伸。

2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中它还包括用于固定所述法兰(80)在所述支撑构件(4)上的安装装置(40)。

3.根据权利要求2所述的轴承组件，其中所述安装装置包括用于安装所述法兰(80)在所述支撑构件(4)上的螺丝钉(40)。

4.根据权利要求1所述的轴承组件，其中在安装构造中，所述第一裙件(85)形成用于所述法兰(80)的所述底壁(83)和所述旋转环(14)之间的磁通量(F1、F1’)的第一通道的一部分。

5.根据权利要求4所述的轴承组件，其中所述第一通道包括所述轴(2)的一部分。

6.根据权利要求4和5之一所述的轴承组件，其中所述第一通道包括所述编码器垫圈(50)的电枢(54)的一部分。

7.根据权利要求4所述的轴承组件，其中，在安装构造中，所述第二裙件(86)形成用于所述固定环(12)和所述法兰(80)的所述底壁(83)之间磁通量(F2、F2’)的第二通道的一部分。

8.根据权利要求7所述的轴承组件，其中它包括机械装置(20)以保持所述固定环(12)在所述支撑构件(4)的所述机架(4A)内，并且所述第二通道包括所述机械装置的一部分。

9.根据权利要求8所述的轴承组件，其中所述机械装置包括卡环(20)。

10.根据权利要求7所述的轴承组件，其中所述第二通道仅包括所述第二裙件(86)。

11.根据权利要求7所述的轴承组件，其中所述轴承是滚动轴承(10)，其滚动体(16)安装在所述旋转环和固定环(12、14)之间的滚动腔(18)中，并且在安装构造中，所述滚动体形成用于内环和外环之间的磁通量(F3)的第三通道的一部分。

12.根据权利要求7所述的轴承组件，其中所述轴承是滑动轴承，并且用于磁通量(F3)的第三通道形成在所述旋转环和固定环之间的界面。

13.根据权利要求11或12所述的轴承组件，其中所述第一、第二和第三通道一起形成封闭通道(F1、F1’、F2、F2’、F3)。

14.根据前述权利要求1至5任何一项所述的轴承组件，其中所述第二裙件(86)具有至少一个开口(87)，用于所述传感器主体(70)和所述机架(4A)的壁之间的直接接触。

15.一种旋转电动机械，其具有支撑旋转轴(2)的壳体(6)，其中它包括根据任一前述权利要求所述的至少一个轴承组件(A)。

16.根据权利要求15所述的旋转电动机械，其中所述旋转电动机械是电动机(M)。