TWI843297B

TWI843297B - 電動機

Info

Publication number: TWI843297B
Application number: TW111145172A
Authority: TW
Inventors: 石軒光; 詹勝景; 王奕尊
Original assignee: 台全電機股份有限公司
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2024-05-21
Also published as: TW202423011A

Abstract

一種電動機，包含外殼、軸承、固定環、定子組件及轉子組件。該外殼具有界定第一環槽的第一壁部、界定第二環槽的第二壁部、界定第三環槽的第三壁部，及自該第一壁部凸伸的內凸緣，該第一環槽、該第二環槽及該第三環槽同軸設置且沿軸向排布，該第二壁部設有內螺紋。該軸承容置於該第一環槽且以膠黏層與該第一壁部黏結固定。該固定環容置於該第二環槽且設有與該內螺紋相配合的外螺紋以與該第二壁部鎖接固定，該固定環與該內凸緣共同將該軸承在軸向限位。該定子組件容置於該第三環槽。該轉子組件由該軸承支撐並能由該定子組件驅動繞軸轉動。

Description

電動機

本發明是有關於一種電動機，特別是指一種適用於車輛的電動機。

軸承在組裝時需考慮軸承內部間隙，通常內環與外環與其他兩個組件組裝時，必須有一個為滑動組入、另外一個為緊配(干涉)壓入。或是內環、外環均為與其他組件滑動組入(無干涉)。為了避免內環、或是外環與滑動接觸的對手組件產生移動，通常會使用C扣或是其他機構來阻止其在軸方向的運動

NVH全名為Noise、Vibration、Harshness，分別代表噪音、振動以及粗糙度，是用於評估車輛乘坐時的舒適感的指標。因此，車用的電動機(馬達)必須減少NVH不良的影響。

現有的一種車用電動機所使用的軸承需要承受較大的軸向力，當軸向力或溫度變化大到足以造成電動機的不同材質殼體組件產生應變時，會使軸承的外環與殼體產生間隙，而導致軸承的外環相對殼體滑動的問題。如此會出現軸承與殼體間的震動或是相對摩擦滑動，致使產生NVH不良或是接觸面的磨耗。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種可以解決前述問題的電動機。

於是，本發明電動機在一些實施態樣中，是包含一外殼、一軸承、一固定環、一定子組件及一轉子組件。該外殼具有一界定一第一環槽的第一壁部、一界定一第二環槽的第二壁部、一界定一第三環槽的第三壁部，及一自該第一壁部靠近端緣處往中心徑向凸伸的內凸緣，該第一環槽、該第二環槽及該第三環槽同軸設置且沿軸向排布，該第二壁部設有內螺紋。該軸承容置於該第一環槽且以一膠黏層與該第一壁部黏結固定。該固定環容置於該第二環槽且設有與該內螺紋相配合的外螺紋以與該第二壁部鎖接固定。該定子組件容置於該第三環槽。該轉子組件由該軸承支撐並能由該定子組件驅動繞軸轉動。

在一些實施態樣中，該軸承以滑動組入方式容置於該第一環槽。

在一些實施態樣中，該固定環與該內凸緣共同將該軸承在軸向限位。

在一些實施態樣中，該固定環與該外殼連接處形成多個鉚接凹槽。

在一些實施態樣中，該膠黏層由具有伸長率至少50%、且剪切強度至少3.0MPa之膠體形成。

在一些實施態樣中，該膠黏層之膠體大部分聚集在該軸承的外環倒角處。

本發明至少具有以下功效：藉由該膠黏層使該軸承的外環與該第一壁部黏接固定，能夠減少該軸承與該第一壁部的間隙並提供彈性緩衝，不僅能增加防止該軸承在軸向移動的效果，且能增加防止該軸承的外環轉動的效果，進而避免出現該軸承與該外殼間的震動導致NVH不良或是相對運動造成的表面磨耗。

100:電動機

1:外殼

11:第一壁部

111:第一環槽

12:第二壁部

121:第二環槽

122:內螺紋

13:第三壁部

131:第三環槽

14:內凸緣

2:軸承

21:內環

22:外環

221:倒角

3:固定環

31:外螺紋

32:鉚接凹槽

4:定子組件

5:轉子組件

6:膠黏層

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明電動機的一實施例的一立體圖；圖2是該實施例的一立體分解圖；圖3是該實施例的外殼的一立體剖視圖；圖4是該實施例的一剖視示意圖；圖5是該實施例的一俯視圖，其中一轉子組件被移除；圖6是標示該實施例軸承尺寸說明的示意圖；及圖7是說明該實施例的軸承倒角處與外殼產生間隙的示意圖。

參閱圖1與圖2，本發明電動機100之一實施例，包含一外殼1、一軸承2、一固定環3、一定子組件4及一轉子組件5。

參閱圖3，該外殼1具有一界定一第一環槽111的第一壁部11、一界定一第二環槽121的第二壁部12、一界定一第三環槽131的第三壁部13，及一自該第一壁部11靠近端緣處往中心徑向凸伸的內凸緣14。該內凸緣14與該第一壁部11共同界定該第一環槽111。該第一環槽111、該第二環槽121及該第三環槽131同軸設置且沿軸向排布，該第二壁部12設有內螺紋122。

參閱圖3、圖4與圖6，該軸承2以滑動組入方式容置於該第一環槽111且以一膠黏層6與該第一壁部11黏結固定。在本實施例中，該軸承2為四點接觸滾珠軸承2，並具有一內環21及一外環22。該膠黏層6設於該軸承2的外環22表面與該第一壁部11之間，且該膠黏層6之膠體多數會聚集在軸承2之外環22的倒角221處。本實施例之膠黏層6採用Threebond品牌、型號TB1533的膠體所形成。藉由該膠黏層6使該軸承2的外環22與該第一壁部11黏接固定，膠體固化後能夠充填該軸承2與該第一壁部11的間隙並提供彈性緩衝，不僅能增加防止該軸承2在軸向移動的效果，且能增加防止該軸承2的外環轉動的效果，進而避免出現該軸承2與該外殼1間的震動導致NVH不良或是相對運動造成的表面磨耗。

參閱圖3至圖5，該固定環3容置於該第二環槽121且設有與該內螺紋122相配合的外螺紋31以與該第二壁部12鎖接固定。該固定環3與該內凸緣14共同將該軸承2在軸向限位。在本實施例中，在該固定環3與該外殼1連接處還以特殊鉚頭壓出多個鉚接凹槽32。具體而言，該固定環3以特定扭力鎖固於該外殼1，能使該固定環3在軸向有效壓住該軸承2，再以四個鉚接凹槽32以間隔90度分布於該固定環3，利用鉚接凹槽32的擠壓力增加該固定環3退出的阻力，即增加該固定環3的鬆開扭矩，而使該固定環3的固定效果更為穩固。

參閱圖2與圖4，該定子組件4容置於該第三環槽131。該轉子組件5由該軸承2支撐並能由該定子組件4驅動繞軸轉動。該定子組件4及該轉子組件5可採用現有技術實施。

以下說明選擇適用於膠黏層6的膠體的設計參數。

參閱圖4與圖6，已知軸承2旋轉時，內環21與外環22間存在摩擦力，該摩擦力可能會導致軸承2的外環22被帶動旋轉。本實施例係以黏膠將軸承2的外環與外殼1(即軸承座)黏接固定，而膠體有效的性能貢獻區域(接觸面積)主要集中在軸承2之外環22的倒角221處，故可由軸承2之外環22的倒角221尺寸與膠體(橫向)剪切強度關係，選擇適當的膠體。

圖6為軸承2的示意圖，並標示說明軸承外環22的倒角221之軸向長度W及徑向長度X、軸承外環22之外圍直徑為Y(外圍半徑為y)、軸承外環22之內徑為Z、軸承2之軸向厚度為L。W、X、Y、Z、L之尺寸單位為mm。

軸承外環22的周長為π*Y。

軸承外環22之倒角221的弧長F(F恆大於X、W所做之直角三角形之斜面)。依照畢氏定理可求得斜邊長度Q，且斜邊長度Q恆大於徑向長度X(垂直邊)或軸向長度W(底邊)。亦即是F>Q>W或X。

軸承外環22之倒角221與膠體的接觸面積以A表示，其接觸面積A約近似Q*周長=πQY。此處以最保守的方式計算則A=πWY。

外殼1之第一壁部11在外環22之倒角221附近的面積以H表示，其中徑向接觸面積為X*周長=πXY，軸向接觸面積約等於πWY，故總接觸面積H=π(X+W)*Y。

膠體的剪切強度以B表示，其實際數值可由膠體供應商提供的性能數值得知。

軸承旋轉摩擦力矩以C表示，一般軸承為規格品，可由供應商提供的性能數值得知。

由於膠體的剪切強度為B Mpa=B N/mm²，則作用在軸承面積上的剪切力為：接觸面積A mm² * B N/mm²=AB N，而在軸承旋轉時膠體產生的抗扭矩能力為：力矩(Nm)=力臂(m) * 力(N)=(0.001y) * AB=0.0005ABY(Nm)，此抗扭矩能力須大於軸承旋轉摩擦力矩，故選擇膠體性能須滿足0.0005ABY Nm>C Nm。

以本實施例具體說明，其中W=0.4mm、X=0.4mm、Y=40mm。A=3.14*0.4*40=50.24mm²。B=5.8Mpa=5.8N/mm²。C=0.5Nm(軸承在1000rpm下，-40℃的摩擦力矩)。AB=50.24*5.8=291.392 N；0.0005ABY=0.0005 * 291.392 * 40=5.82784Nm(理論最大值)。故0.0005ABY(5.82784)Nm>C(0.5)Nm。當電動機在高溫運作時，膠體剪切強度會剩下約20%，依照實施例計算後，抗扭矩能力=1.166Nm，約為軸承轉矩的2倍多，足以抵抗軸承旋轉產生的扭矩。

下表所示為本實施例與未塗膠的比較例實際轉動測試的結果，由此可證明使用膠黏層6確實能夠增加軸承外環22旋轉所需要的扭力。而且，在高溫狀態，本實施例相較於未塗膠的對照組能夠減少扭力下降的幅度。下表欄位轉動扭力係指轉動實驗軸體需要的扭力。

本實施例之軸承2對組裝後軸向間隙非常敏感，因此選用膠體必須在固化後仍維持高彈性體狀態。且由於該電動機需要承受軸向最大受力P以及在溫度上升最大T℃下運作，因此膠體選用須具備足夠高的彈性變形量(彈性伸長率)；並在高溫狀態以及軸向力朝固定環3方向施力產生間隙G(參見圖7)時，仍然能維持在倒角221附近的膠體不被破壞或撕裂。

在本實施例中，外殼1由鋁合金製成，鑄件厚度一般至少為2mm；外殼1相鄰軸承2處的截面積E約等於外環22的外徑圓周乘以鋁合金外殼最小厚度，即E=2π*Y(mm²)。在最大軸向力P(kN)作用下會產生應力S(Gpa)，應力為力除以面積，故S=P/E。

根據虎克定律，在比例限度內，應力S與應變之比值為一常數，此比值稱楊氏係數J(Gpa)，應變為應力(Gpa)除以楊氏係數(Gpa)，即應變為S/J。

外殼1相鄰軸承2處之軸向厚度為L，當受到最大軸向力P作用下，軸向變形量G1(mm)為應變乘以軸向厚度L(mm)，即G1=SL/J。

以本實施例具體說明，其中P=10kN。E=2*3.14*40=251.2mm²。J=71Gpa(鋁合金的楊氏係數)。L=12mm。受到最大軸向力P，外殼1相鄰軸承2處產生應力S=10/251.2=0.0398Gpa。在比例限度內，軸向變形量 G1=0.0398*12/71=0.00673mm。

由於軸承鋼的熱膨脹係數(11.5μm/m℃)約為鋁合金熱膨脹係數(23.0μm/m℃)的一半，若上升T℃，則軸承2與外殼1的相對變形量約為11.5*T μm/m。因此軸承2在軸向厚度L(mm)=0.001L(m)，會由於溫度上升T℃時產生軸向間隙G2=0.0115LT μm。

以本實施例具體說明，電動機外殼受到溫升從20℃到120℃(溫差100℃)，軸承軸向厚度L為12mm，軸向由於熱膨脹係數不同所產生軸向間隙G2=0.0115*L*Tμm=0.0115*12*100*μm=13.8μm=0.0138mm。

由於該電動機需承受最大軸向力P以及最大溫度T下運作，當軸向力或溫度變化大到足以使軸承外環22與外殼1間產生應變時，軸承倒角221處與外殼1間產生軸向間隙G及徑向間隙，G=G1+G2。

因此，膠體的選擇須具備高彈性伸長率，以實施例的膠體特性需選用至少有50%的伸長率。在最大軸向受力P及高溫T下，膠體可承受最大伸長率之軸承倒角221處與外殼1間軸向距離w(見圖7，w小於等於W)，為膠體未受到變形前的軸向長度。膠體最大伸長率為G/w，當膠體在未變形前的軸向距離小於w，其受到變形後的伸長率會超出膠體所能承受之最大伸長率，膠黏層6將逐漸被破壞。

以本實施例具體說明，其中W=0.4mm。軸向間隙G=0.00673+0.0138=0.02053mm。膠體最大伸長率50%=0.02053/w，w=0.04106mm。w佔軸向長度W的10.2%，故當選用膠體最大伸長率為50%，w>0.04106mm以上的膠體不會因為受到軸向力及跟高溫產生的間隙造成失效。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。