具有可释放的轴承组件的电机的制作方法

1.本发明涉及诸如电动马达或发电机的电机。本发明特别地但不排他地涉及用于驱动车辆的电动马达，特别是用于轨道车辆的电动马达。
2.原则上，本发明可以应用于任何电机。然而，在永磁体激励的电机的情况下，这些益处是特别重要的，在永磁体激励的电机中，不仅在机器被供电时产生高磁力，而且永久地产生高磁力。


背景技术：

3.用于驱动车辆的电机通常设置有：定子，该定子包括轴承护罩和固定迷宫式密封环；转子，该转子包括转子轴和可旋转迷宫式密封环，该可旋转迷宫式密封环安装在转子轴上并且在该固定迷宫式密封环的一定距离处面向该固定迷宫式密封环，从而在该固定迷宫式密封环与该可旋转迷宫式密封环之间形成环形迷宫。一个或更多个轴承组件可释放地安装在轴承护罩和转子轴之间，用于引导转子绕旋转轴线的旋转运动并防止转子相对于定子的轴向运动。
4.电机的轴承被大量使用并且必须定期维修或替换。更换轴承是相对复杂的并且涉及损坏电机的部件的风险。通常，转子必须在轴承更换过程中拆卸，然后重新组装。这可能是困难的任务，特别是在永磁体激励的电机的情况下，因为在转子和定子之间的气隙中出现的高磁力。
5.在ep 2610514中提出了构造一种电机，其中迷宫式环可以相对于彼此移动，直到它们在锁定位置彼此接触，使得转子可以在轴向和径向方向上被固定，以用于置换轴承。迷宫式环具有圆锥形表面，这些表面在锁定位置彼此接触，使得在锁定位置可以实现迷宫式环之间的形状连接(positive connection)，这确保了转子被精确地固定在旋转轴线的中心。在电机的正常运行过程中，固定迷宫式环通过螺栓连接至轴承护罩。松开这些螺栓的目的是将迷宫式环转移到锁定位置以更换轴承。该固定迷宫式环可以通过至少一个锁定螺栓、优选地以一定角度布置的三个锁定螺栓被固定在该锁定位置。这确保在轴承更换过程中以相对较小的劳动牢固地固定马达的位置。在维护位置，电机的轴承可以被快速且容易地维修或替换。
6.然而，这种解决方案的缺点是，固定非常弱，依赖于螺栓上的压缩负载以在迷宫中形成摩擦接合，该摩擦接合仅提供减小的接触表面。此外，润滑脂通常存在于迷宫中，这进一步减小了该摩擦接合。另外，该解决方案对旋紧锁定螺栓的方式敏感，并且螺栓需要以小的增量横向(crosswise)旋紧，以防止卡住转子。最后但并非最不重要的是，该解决方案需要特定的迷宫式密封环。


技术实现要素：

7.本发明旨在克服现有技术的至少一些缺点并且提供可以容易地维护的电机。
8.根据本发明的第一方面，提供了一种电机，该电机包括：定子、转子和轴承组件。该
定子设置有轴承护罩组件，该轴承护罩组件包括轴承护罩和具有曲折迷宫表面的固定迷宫式密封环。转子可相对于定子绕旋转轴线旋转，并且转子包括转子轴和安装在转子轴上的可旋转迷宫式密封环。该可旋转迷宫式密封环具有曲折迷宫表面，该可旋转迷宫式密封环的曲折迷宫表面在该固定迷宫式密封环的曲折迷宫表面的第一轴向距离处面向该固定迷宫式密封环的曲折迷宫表面，以便在该固定迷宫式密封环的曲折迷宫表面与该可旋转迷宫式密封环的曲折迷宫表面之间形成环形迷宫。轴承组件可释放地安装在轴承护罩组件和转子轴之间，用于引导转子绕旋转轴线的旋转运动。轴承护罩组件设置有固定接触面，并且转子进一步包括相对接触面，该相对接触面以轴承护罩组件的固定接触面的第二轴向距离轴向地面向轴承护罩组件的固定接触面，第二轴向距离短于第一轴向距离。
9.当可释放的轴承被松开时，有可能使转子相对于定子平移，直到固定接触面到达相对接触面，这发生在该可旋转迷宫式环接触该固定迷宫式密封环之前。固定接触面和相对接触面提供用于将转子锁定到定子的大且干净的表面。
10.在实施例中，轴承组件包括轴承衬套、装配到该轴承衬套中的外座圈以及装配到该转子轴上的内座圈。优选地，轴承衬套设置有安装通孔，该安装通孔平行于旋转轴线并且与轴承护罩组件的螺纹孔对齐，轴承组件包括紧固螺栓，该紧固螺栓被插入轴承衬套的安装通孔中并且拧入轴承护罩组件的螺纹孔中，以将轴承衬套紧固至轴承护罩组件。可以松开紧固螺栓以拆卸轴承组件。
11.在实施例中，轴承衬套支承在轴承护罩的外表面上，而固定迷宫式密封环支承在轴承护罩的与外表面相对的内表面上。
12.在优选实施例中，轴承衬套设置有间隙通孔，间隙通孔平行于旋转轴线并且与轴承护罩组件的通孔对齐，并且间隙通孔能够在转子相对于定子的分度角位置与转子的螺纹孔对齐，间隙通孔的直径大于轴承护罩组件的通孔和转子的螺纹孔，使得在该分度角位置，锁定螺栓可以被插入间隙通孔中以及轴承护罩组件的通孔中，并且被拧入转子的螺纹孔中，其中锁定螺栓的圆柱形螺栓头轴向支承在轴承护罩组件的通孔的边缘上。一旦其中锁定螺栓之一的螺栓头到达轴承护罩组件的通孔的边缘，随后旋紧螺栓将致使转子相对于定子平行于螺栓轴线(即，平行于旋转轴线)平移运动，直到在轴承护罩组件的接触面和转子的相对接触面之间建立接触。该平移由螺栓柄和轴承护罩组件的通孔的内壁之间的径向接触来引导。一旦建立接触面之间的接触，锁定螺栓被进一步旋紧，直到张拉加载的锁定螺栓在接触面之间提供足够的压力，并且转子通过接触面的摩擦接合被锁定。
13.在一个实施例中，止推垫圈被可释放地固定在转子轴的端部处，以便轴向地支承在轴承组件的内座圈上。内座圈的相对的轴向端部可以支承转子轴的肩台或另一轴向止挡件。
14.在一个实施例中，轴承组件包括在外座圈与内座圈之间的滚动元件。滚动元件可包括布置成一行或几行的球形、圆柱形、锥形或桶形滚子。
15.在一个实施例中，填充有润滑剂的内轴承空间形成在内座圈与外座圈之间，并且内轴承空间由在固定迷宫式密封环与可旋转迷宫式密封环之间形成的环形迷宫密封。该润滑剂优选地是润滑脂。
16.在一个实施例中，外轴承盖可释放地固定到轴承护罩组件。外轴承盖可以封闭轴承的内润滑空间，该内润滑空间从外轴承盖延伸至迷宫式密封环。外轴承优选地覆盖轴承
衬套的安装通孔和/或间隙通孔。
17.在一个实施例中，固定接触面是由电绝缘材料制成。替代性地或附加地，相对接触面由电绝缘材料制成。这确保当接触面接触时没有电流流过接触面。
18.在一个实施例中，固定接触面是与固定迷宫式密封环被一体地制成的。替代性地，固定接触面形成在轴承护罩上。
19.在优选实施例中，固定接触面包括至少一平坦部分，该平坦部分在该第二轴向距离处面向相对接触面的平坦部分。
20.有利地，固定迷宫式密封环和可旋转迷宫式密封环设置有与旋转轴线对齐(align)的交错的管状肋，迷宫由交错的管状肋之间的连续环形空间形成。
21.在实施例中，电机是轨道车辆的驱动马达。
附图说明
22.从仅作为非限制性示例给出并且在附图中表示的本发明的特定实施例的以下描述中，本发明的其他优点和特征将变得更加清晰明显，在附图中：
[0023]-图1是根据本发明的实施例的电机从驱动侧观察的等距视图；
[0024]-图2是图1的电机在拆卸该电机的非驱动侧上的第一轴承组件的步骤过程中从非驱动侧观察的等距视图；
[0025]-图3是图1的电机从非驱动侧观察的前视图，没有外轴承盖；
[0026]-图4是图1的电机通过图3中示出的截面平面iv-iv的轴向剖面图；
[0027]-图5是图1的电机通过图3中示出的截面平面v-v的轴向剖面图；
[0028]-图6示出了图1的电机在拆卸该电机的非驱动侧上的第一轴承组件的步骤过程中在图3中示出的截面平面v-v中的细节；
[0029]-图7示出了图1的电机在拆卸该电机的非驱动侧上的该第一轴承组件的另一步骤过程中在图3中示出的截面平面v-v中的细节，；
[0030]-图8示出了图1的电机在图7的拆卸步骤过程中在图3示出的截面平面iv-iv中的细节；
[0031]-图9示出了图1的电机在拆卸该电机的驱动侧上的第二轴承组件的步骤过程中在图3中示出的截面平面v-v中的细节；
[0032]-图10示出了图1的电机在拆卸该电机的驱动侧上的第二轴承组件的另一步骤过程中在图3中示出的截面平面v-v中的细节。
[0033]
在每个附图中，相应的附图标记指代相同或相应的部件。
具体实施方式
[0034]
参照图1至图5，电机10(例如，轨道车辆的驱动马达)包括定子12、转子14、在电机10的非驱动端部处的第一轴承组件16以及在电机10的驱动端部处的第二轴承组件116，第一轴承组件16和第二轴承组件116用于引导转子14相对于定子12绕电机10的旋转轴线100的旋转运动。
[0035]
定子12设置有被容纳在定子壳体20中的定子绕组18，定子壳体20包括定子框架22、在电机10的非驱动端部处的第一轴承护罩组件24以及在电机10的驱动端部处的第二轴
承护罩组件124。第一轴承护罩组件24是环形的并且包括轴承护罩26和固定迷宫式密封环28。第二轴承护罩组件124是环形的并且包括轴承护罩126和两个固定迷宫式密封环128、228。
[0036]
转子14以旋转轴线100为中心并且包括一组转子绕组或永磁体30、转子轴32、第一可旋转迷宫式密封环34、以及一对第二可旋转迷宫式密封环134、234，第一可旋转迷宫式密封环34安装在转子轴32上并且面向第一轴承护罩组件24的固定迷宫式密封环28，第二可旋转迷宫式密封环134、234安装在转子轴32上并且面向第二轴承护罩组件124的两个固定迷宫式密封环128、228。固定迷宫式密封环28、128、228和可旋转迷宫式密封环34、134、234设置有与旋转轴线100对齐的交错的管状肋36、38、136、138、236、238，并且曲折的路径由交错的管状肋36、38、136、138、236、238之间的连续环形空间形成。
[0037]
在平行于旋转轴线100的轴向方向上，最小距离d1将由可旋转迷宫式密封环34的管状肋38形成的曲折迷宫表面与由固定迷宫式密封环28的管状肋36形成的曲折迷宫表面分开。
[0038]
值得注意的是，轴承护罩组件24设置有一个或更多个固定接触面40，并且转子14进一步包括一个或更多个相对接触面42，相对接触面42在轴承护罩组件的固定接触面的轴向距离d2处轴向地面向轴承护罩组件24的固定接触面40，其中d2＜d1。固定接触面和相对接触面是垂直于旋转轴线的平坦面。
[0039]
最小距离d11在平行于旋转轴线100的轴向方向上将由可旋转迷宫式密封环134、234的管状肋138、238形成的曲折迷宫表面与由固定迷宫式密封环128、228的管状肋136、138形成的曲折迷宫表面分开。d11是这样的并且d2＜d11并且优选地d11等于d1。
[0040]
类似地，轴承护罩组件124设置有一个或更多个固定接触面140，并且转子14进一步包括一个或更多个相对接触面142，相对接触面142在轴承护罩组件的固定接触面的轴向距离d22处轴向地面向轴承护罩组件124的固定接触面140，其中d12＜d11。固定接触面和相对接触面是垂直于旋转轴线的平坦面。优选地，d12等于d2。
[0041]
在电机10的非驱动端部处的第一轴承组件16安装在第一轴承护罩组件24与转子14之间，并且第二轴承组件116安装在第二轴承护罩组件124与转子14之间，以用于引导转子14绕旋转轴线100的旋转运动。
[0042]
更具体的，第一轴承组件16包括轴承衬套44、被压配到轴承衬套44中的外座圈46、被压配到转子轴14上的内座圈48以及在内座圈48与外座圈46之间的滚动元件50。在这个实施例中，滚动元件50是球体，并且内座圈48和外座圈46具有凹形截面。内座圈48轴向支承在转子轴14的肩台52上。止推垫圈54通过螺栓58可释放地固定在转子轴32的端部56处，以便轴向地支承在轴承组件16的内座圈48上。
[0043]
如图4中所描绘的，轴承衬套44轴向支承在轴承护罩26的外侧60上并且设置有一组若干个、优选地三个或更多个安装通孔62，安装通孔62分布在轴承衬套44的圆周上并且在平行于旋转轴线100的方向上延伸。安装通孔62与轴承护罩26的中部孔64和固定迷宫式密封环28的螺纹孔65对齐。紧固螺栓66被插入轴承衬套的安装通孔62中并且被拧入轴承护罩26的螺纹孔64中，以将轴承衬套44紧固到轴承护罩26。
[0044]
如图5所示，轴承衬套44进一步设置有分布在轴承衬套44的圆周上的一组若干个、优选地三个或更多个间隙通孔68，间隙通孔68平行于旋转轴线100并且与轴承护罩组件24
的通孔70、72对齐，在这个实施例中，间隙通孔68贯穿轴承护罩26和固定迷宫式密封环28。
[0045]
当转子14被置于相对于定子12的分度角位置时，这些间隙通孔68与转子14的螺纹孔74对齐。间隙通孔68的直径大于轴承护罩组件的通孔70、72和转子的螺纹孔74的直径。
[0046]
外轴承盖76通过螺栓78可释放地固定到轴承护罩26并且覆盖轴承衬套44的安装通孔62和间隙通孔68。在内座圈48与外座圈46之间形成密封润滑体积80，密封润滑体积80在一个轴向端部处由外轴承盖76封闭，并且在相对的轴向端部处由迷宫式密封件密封，该迷宫式密封件密封由固定迷宫式密封环28和可旋转迷宫式密封环34形成。润滑体积可以填充有润滑剂，优选地填充有润滑脂。
[0047]
类似地，在电机的驱动端部处的第二轴承组件16包括与固定迷宫式密封环228一体的轴承衬套144、压配到轴承衬套144中的外座圈146、压配到转子轴14上的内座圈148以及在内座圈148与外座圈146之间的滚动元件150。在这个实施例中，滚动元件是圆柱形滚子，并且内座圈148和外座圈46的圈是圆柱形的。内座圈148轴向支承在转子轴14的肩台152上。
[0048]
如图4中所描绘的，轴承衬套144轴向支承在轴承护罩126的外侧160上并且设置有一组若干个、优选地三个或更多个安装通孔162，安装通孔162分布在轴承衬套144的圆周上并且在平行于旋转轴线100的方向上延伸。安装通孔162与轴承护罩126的中部通孔和固定迷宫式密封环128的螺纹孔165对齐。紧固螺栓166被插入轴承衬套144的安装通孔162中并且被拧入轴承护罩126的螺纹孔164中，以将轴承衬套144紧固到轴承护罩126。
[0049]
如图5所示，轴承衬套144进一步设置有一组若干个、优选地三个或更多个间隙通孔168，间隙通孔168分布在轴承衬套144的圆周上，间隙通孔168平行于旋转轴线100并且与轴承护罩组件124的通孔170、172对齐，在这个实施例中，间隙通孔16贯穿轴承护罩126和固定迷宫式密封环128。当转子14处于相对于定子12的分度角位置时，这些间隙通孔168可与转子14的螺纹孔174对齐。间隙通孔168的直径大于轴承护罩组件的通孔170、172和转子的螺纹孔174的直径。
[0050]
在内座圈48与外座圈46之间形成密封润滑体积180，密封润滑体积180在一个轴向端部处由由固定迷宫式密封环128和可旋转迷宫式密封环134形成的迷宫式密封件密封，并且在相对的轴向端部处由与轴承衬套144一体的固定迷宫式密封环228和可旋转迷宫式密封环34形成的迷宫式密封件密封。润滑体积可填充有润滑剂，优选地填充有润滑脂。
[0051]
为了在电机10的非驱动端部处拆卸第一轴承组件16，首先必须拧松螺栓78并且移除外轴承盖76，这提供了通向轴承衬套44的间隙通孔68以及轴承衬套44的安装通孔62的通路。
[0052]
转子14被旋转到分度角位置，并且锁定螺栓82被插入间隙通孔68中(见图2)和轴承护罩组件24的通孔70、72中。如图6所示，锁定螺栓82被拧入转子14的螺纹孔74中，直到锁定螺栓82的圆柱形螺栓头84轴向地支承在轴承护罩26的通孔70的边缘86上。
[0053]
一旦锁定螺栓82的螺栓头84到达轴承护罩26的通孔70的边缘86，锁定螺栓82的柄就与轴承护罩24的通孔70、72的内壁以及固定迷宫式密封环28相接触，并且确保转子14相对于旋转轴线10独立于轴承组件16的居中定位。因此，安装螺栓66可至少部分地被拧开，以允许转子14相对于定子12的有限平移运动。
[0054]
如图7所示，随后旋紧锁定螺栓82致使转子14相对于定子12平行于锁定螺栓轴线
(即，平行于旋转轴线100)平移运动，直到在轴承护罩组件24的接触面40与转子14的相对接触面42之间建立接触。这种平移由锁定螺栓82的柄与轴承护罩组件24的通孔70、72的内壁之间的径向接触和/或由滚动体50和内座圈48来引导。一旦建立接触面40、42之间的接触，锁定螺栓82就被进一步旋紧，直到张拉加载的锁定螺栓82在接触面40、42之间提供足够的压力，并且转子14通过接触面40、42的摩擦接合被锁定。值得注意的是，因为d2＜d1，在固定迷宫式密封环和可移动迷宫式密封环的交错的肋36、38之间没有发生接触。类似地，因为d2＜d11，在固定迷宫式密封环128、228和可移动迷宫式密封环134、234的交错的肋136、138、236、238之间不发生接触。在转子的平移运动过程中，圆柱形滚子150在内座圈148的圈上滑动。
[0055]
如果它们在图5的步骤结束时没有被完全移除，则安装螺栓66连同螺栓58可以被完全拧开和移除。轴承衬套76、外座圈46以及滚动体50可以在环拉拔器被插入至到达内座圈48的远端面并且拉动内座圈48之前被移除。
[0056]
如图9所示，为了在电机10的驱动端部处拆卸第二轴承组件116，首先必须在电机10的非驱动端部处拧松螺栓78并且移除外轴承盖76，这提供了通向轴承衬套44的间隙通孔68和轴承衬套44的安装通孔62的通路。
[0057]
如图9所示，转子14被旋转到分度角位置，并且可选地，带螺纹的分度杆90被插入间隙通孔68中和轴承护罩组件24的通孔70、72中并且被拧入转子14的螺纹孔74中。
[0058]
一旦分度杆90已经就位，分度杆90的柄与轴承护罩24的通孔70、72的内壁以及固定迷宫式密封环28相接触，并且确保转子14相对于旋转轴线10独立于轴承组件16的居中定位。因此，安装螺栓66可至少部分地被拧开，以允许转子14相对于定子12的有限平移运动。
[0059]
一旦在电机10的非驱动端部处已经完成了这些初步步骤，在驱动端部处的实际操作就可以开始。如图9所示，将锁定螺栓182插入间隙通孔168中和轴承护罩组件124的通孔170、172中，并拧入转子14的螺纹孔174中，直到锁定螺栓182的圆柱形螺栓头184轴向支承轴承护罩126的通孔170的边缘186。
[0060]
一旦锁定螺栓182的螺栓头184已经到达轴承护罩126的通孔170的边缘186，锁定螺栓182的柄与轴承护罩124的通孔170、172的内壁以及固定迷宫式密封环128相接触，并且确保转子14相对于旋转轴线10独立于轴承组件116的居中定位。因此，安装螺栓166可至少部分地被拧开，以允许转子14相对于定子12的有限平移运动。
[0061]
如图10所示，随后旋紧锁定螺栓182致使转子14相对于定子12平行于锁定螺栓轴线(即，平行于旋转轴线100)平移运动，直到在轴承护罩组件124的接触面140与转子14的相对接触面142之间建立接触。这种平移由锁定螺栓182的柄和轴承护罩组件124的通孔170、172的内壁之间的径向接触和/或由滚动体150和内座圈148来引导。一旦建立接触面140、142之间的接触，锁定螺栓182就被进一步旋紧，直到张拉加载的锁定螺栓182在接触面140、142之间提供足够的压力，并且转子14通过接触面140、142的摩擦接合被锁定。值得注意的是，由于固定迷宫式密封环128、228和可移动迷宫式密封环134、234，因为d12＜d11，固定迷宫式密封环和可移动迷宫式密封环的交错肋136、138、236、238之间没有发生接触。值得注意的是，在电机10的非驱动端部处的轴承组件16随着转子14和止推垫圈54移动并且将固定迷宫式密封环28推离轴承护罩26，同时通过分度杆90维持这两个部件之间的相对角位置。如图9所示，然后可移动迷宫式密封环223可被拉出，并且轴承衬套176、外座圈146和滚动体
150可以在环拉拔器被插入至到达内座圈148的远端面并且拉动内座圈148之前被移除。
[0062]
轴承护罩26、126优选地是金属的。固定迷宫式密封环28、128、228优选地由电绝缘材料制成，使得当接触表面40、42、140、142彼此接触时不产生电通路。
[0063]
作为变型，在图4的步骤之后，随后旋紧锁定螺栓82可导致轴承护罩26的弹性变形，这导致接触面40、42之间的接触，而无需转子14相对于定子12的平移。可替代地，可以发生螺纹孔74所位于的转子压板的变形。
[0064]
在锁定螺栓82的柄、轴承护罩24的通孔70、72和固定迷宫式密封环28之间可以保持间隙，在这种情况下，当安装螺栓66被移除时，转子14相对于旋转轴线10的居中定位是由轴承组件16提供的。