具有双直径定子的齿轮电机的制作方法

1.本发明涉及一种包括无刷电机和减速齿轮的齿轮电机，其中，齿轮电机的定子具有双直径，因此齿轮电机更加可靠。在汽车工业中，由齿轮电机控制的或开或关或按比例开关的阀被使用。例如，这些阀用于管理冷却剂、燃料、油等的供应。


背景技术：

2.齿轮电机可包括带有磁体的转子，该转子被装置在包括线圈的定子中。减速齿轮被装置在转子中。输出轴与转子同轴。文献wo2019/129984中记载了这种齿轮电机的一个示例。
3.这种齿轮电机所占空间小，因此适用于控制阀，例如机动车辆上使用的液压分配器。它还使用一个定心销，该定心销为所有运动部件提供导向和重新定心，并且还为运动部件执行滑动轴承功能。减速齿轮的磨损是有限的。
4.这种齿轮电机使用12个环绕转子的线圈。最好是减少线圈的数量，例如减少到六个或者甚至三个。通过减少线圈数量，线圈就只面向转子径向外表面的一部分。发明人发现，在齿轮电机的运行过程中，来自线圈的排斥力基本上垂直于旋转轴施加到转子上。由于这些力仅在一个方向上施加，结果可能是定子轴线和转子旋转轴线之间出现偏移，并且尽管使用了单一的定心销，但仍可能会出现过早磨损的风险，从而降低齿轮电机的可靠性。


技术实现要素：

5.因此，本发明的一个目的是公开一种齿轮电机，其过早磨损的风险甚至进一步降低。
6.上述目的通过包括定子、转子、减速齿轮和输出轴的齿轮电机来实现。定子包括其中装配有转子的壳体。该壳体包括面向转子侧面的侧表面。齿轮电机还包括安装在定子上的线圈，以便面向转子侧面的一部分。考虑正交于转子旋转轴的平面，侧表面在该平面中的投影部分地由具有第一半径的第一圆界定，部分地由具有第二半径的第二圆界定，第二半径大于第一半径，并且线圈位于侧表面的具有第一半径的区域中。这样，就形成了一个角度区域，对于该角度区域，定子和转子的径向面之间的气隙值大于定子的包括线圈的区域中的气隙值。因此，定子在小半径角度区域对转子的吸引力高于定子在大半径角度区域对转子的吸引力，这具有至少部分补偿由线圈施加的排斥力的效果。
7.转子仍以定子为中心，但其形状由主半径和另一个稍大的且同轴的半径组成。
8.因此，在运行过程中，转子的偏移至少被部分地减小甚至消除。因此，降低了齿轮电机过早磨损的风险。
9.有利的是，具有第二半径的定子壳体的角度延伸优选地类似于或等于包括线圈的转子区域的角度延伸。
10.非常有利的是，包括线圈的区域与具有最大气隙的区域在直径方向上相对。
11.本技术的一个主题是一种齿轮电机，包括无刷电动电机、行星减速齿轮和具有纵
向轴线的输出轴，该输出轴旋转地固定到行星减速齿轮，所述电动电机包括定子、转子和至少两个线圈，转子容纳在定子中的壳体中并由该壳体的侧表面包围，所述转子被配置成围绕纵向轴线旋转，至少两个线圈在壳体的侧表面的延伸角度为α3的一部分中附接到定子，使得至少两个线圈面对转子的外侧表面的一部分，其中，定子和转子在其间限定出至少一个具有第一气隙的第一区域和一个具有第二气隙的第二区域，第一气隙小于第二气隙，第一区域包括线圈，使得由定子在第二区域中施加在转子上的吸引力比在第一区域中施加在转子上的吸引力小。
12.优选地，壳体的所述侧表面的一部分在正交于纵向轴线的平面中包括半径为r1、延伸角度为α1的至少一个第一圆弧，和半径为r2、延伸角度为α2的第二圆弧，r1<r2，并且壳体的侧表面的包含线圈的部分被包含在壳体的侧表面的具有第一圆弧的部分中。
13.例如，r2
‑
r1介于0.2mm至0.5mm之间。
14.有利的是，壳体的侧壁的由第二圆弧界定的部分与壳体的侧表面的包含线圈的部分在直径方向上相对。
15.优选地，第二圆弧的角度α2等于壳体的侧表面的包含线圈的部分的角度α3。
16.齿轮电机可包括三个线圈或三的倍数的线圈。
17.例如，定子安装在与线圈相连的电路板上。
18.有利的是，减速齿轮至少部分地容纳在转子中。
19.根据另一个特征，齿轮电机包括形成转子的旋转轴的单轴和行星减速齿轮的主轴。
20.本技术的另一个主题是一种旋转流体装置，其包括具有至少一个流体出口孔的阀体、能够允许或中断通过出口孔的流体流动的芯体和根据本发明的齿轮电机，该齿轮电机用于启动芯体。
附图说明
21.在阅读以下描述和附图后，将更好地理解本发明，在附图中:
22.图1是根据本发明的用于启动液压分配器的齿轮电机的示例的纵向剖视图。
23.图2是可用于图1中齿轮电机的定子的示例的俯视图。
24.图3是配备有线圈的图2所示定子的俯视图。
25.图4是示出图2中定子的俯视图，其线圈被嵌入模制件和转子所覆盖。
26.图5是定子及其电路板和固定在其中的箱体的分解图。
27.图6是用于将线圈连接到电路板的接线片的示例的透视图。
具体实施方式
28.图1是根据本发明的由齿轮电机mr驱动的液压分配器dh的示例的纵向剖视图。
29.分配器dh由阀体b和芯体n构成，阀体b的形状基本上是围绕x轴线旋转的圆柱体，且芯体n安装在阀体b中并且能够在阀体b内旋转。
30.在所示的示例中，阀体b包括底部f和一体成型的圆柱形侧壁p，以及封闭阀体的阀盖c。例如，阀盖c通过焊接固定到阀体b，例如通过超声波焊接。
31.阀体b包括供应孔(不可见)，供应孔形成在侧壁p中并通过用于连接到液体源的导
管延长，以及包括也形成在侧壁p中的至少2个出口孔o，每个出口孔通过用于将液体运送到给定区域(例如待冷却区域)的导管t延长。阀体b限定了液压室。
32.入口孔和出口孔分布在围绕x轴线的壁上。
33.芯体n安装在液压室内，且与齿轮电机a的输出轴a啮合。
34.齿轮电机沿着纵向轴线x延伸。它包括外壳2，电动电机m和行星减速齿轮r容纳在外壳2内。外壳2保护电机和减速齿轮免受外部环境的影响。与芯体啮合的输出轴a的一个纵向端部通过开口3从外壳2伸出。
35.在说明书的其余部分，包括输出轴a的齿轮电机的纵向端部将被指定为“下游端部”，齿轮电机的另一个纵向端部将被指定为“上游端部”。齿轮电机的不同部件相对于这些端部的方位可以用术语“上游”或“下游”来表示。
36.外壳2包括箱体4和将该箱体封闭的盖子5。
37.该电动电机是无刷电机，并且包括定子8、布置在定子8中的转子10和电子板16。
38.将在下面详细描述定子8。
39.图1示出了第一电路板16，线圈的引脚连接到该第一电路板16，并且该第一电路板16用于控制转子。例如，线圈通过接线片电连接和机械连接到电路板16，接线片通过机械紧固电连接到线圈。
40.转子10安装在定子内部，并旨在在定子内部围绕x轴线旋转。例如，转子10包括形成转子外表面且面向线圈的多极磁体21。
41.转子10包括形成轮毂20的底部，该轮毂包括齿轮24，该齿轮在位于与朝向箱体的面相对的下游面上形成减速齿轮r的第一太阳齿轮。因此，第一太阳齿轮24由轮毂20直接驱动旋转。
42.减速齿轮还包括第一行星架板26和三个第一行星齿轮27，它们安装在行星架板26的上游面上，围绕平行于x轴线的轴自由旋转。第一行星齿轮27与第一太阳齿轮24啮合。第二太阳齿轮28旋转地固定在第一行星架板26上，并且关于x轴线位于第一行星架板26的下游面上，该下游面与承载第一行星齿轮27的上游面相对。
43.减速齿轮包括第二行星架板30和三个第二行星齿轮32，第二行星齿轮32安装在第二行星架板30的上游面上，围绕平行于x轴线的主轴32.1自由旋转。第二太阳齿轮28与第二行星齿轮32啮合。
44.有利的是，行星齿轮27和32是相同的，使得齿轮电机更容易制造。
45.齿轮电机的输出轴a旋转地固定到第二行星架板30，并且从与承载第二行星齿轮32的上游面相对的第二行星架板30的下游面伸出。
46.输出轴a可以由盖子中形成的开口3的轮廓来引导旋转。
47.减速齿轮在x轴线上还具有外环齿轮34，该外环齿轮34位于转子10的内部以及第一行星齿轮27和第二行星齿轮32的外部，这样行星齿轮27和32与环形齿轮34啮合。因此，减速齿轮的所有部件都位于环形齿轮34内。环形齿轮34相对于外壳2是固定的。
48.非常有利的是，环形齿轮34插入到箱体4内部，例如通过铸造。可替代地，环形齿轮34通过焊接、粘接、螺钉等固定到箱体4上。
49.非常有利的是，单个定心销38穿过减速齿轮r和电机m，并将减速齿轮和转子10的各个部件相对于定子8定心。轭25具有穿过第一太阳齿轮的中心通道，定心销38穿过该中心
通道。转子10和定子8之间的气隙因此是固定的，无需使用轴承。取消轴承有助于延长齿轮电机的使用寿命。此外，齿轮电机的制造被简化，并且其质量被减小。
50.定心销38被轴向和横向地保持在齿轮电机中。为了实现这一点，盖子5的内底部包括壳体41，销38的纵向端部38.1与该壳体配合，并且承载输出轴30的第二行星架板也包括壳体43，该壳体在其上游面上的第二行星齿轮之间，销38的另一端部38.2与该壳体配合。由于第二行星架板30由盖子5中的开口轮廓引导穿过输出轴a，所以定心销38的另一端部也被轴向和横向地保持。销38固定安装在盖子5中，例如端部38.1紧密配合在盖子5的壳体41中。
51.此外，第一太阳齿轮24和第二太阳齿轮28在其中心分别包括轴向通道42、44，用于使定心销38通过。壳体40、41和壳体42、44的直径根据销38的直径进行调整，以确保横向保持定心销38以及减速齿轮的各种部件的良好旋转导向。
52.销38为所有运动部件提供导向、重新定心，并且还为运动部件执行滑动轴承功能。
53.定心销38有利地由金属制成以具有足够的刚度，例如钢，有利地由不锈钢制成。轴的直径可以通过打磨操作来精确地确定出。有利的是，销38是以高精度制成的，例如通过机械加工。其直径和圆柱度的最大公差有利地分别为20μm和5μm。
54.固定在外壳中的销38和运动元件之间的间隙有利地介于20μm至60μm之间。
55.箱体和盖子被布置成使得壳体40和41确保定心销38和环形齿轮34之间的同轴度。
56.使用固定的定心销的和定位精度，可以在制造包括环形齿轮34的盖子和箱体时以及在它们的组装过程中实现，这可以非常有利地避免在定心轴和绕其旋转运动的元件之间使用滚珠轴承。
57.使用这种定心销38有助于限制减速齿轮的磨损。它还便于组装。在减速齿轮元件由塑料制成的情况下，还可以在元件之间提供足够的间隙，以便它们能够正确啮合。
58.有利的是，行星架板上的行星齿轮的主轴由钢制成，例如不锈钢，以进一步改善导向并避免行星减速齿轮齿的磨损。
59.此外，使用单个销可以大大减少损失，因为减速齿轮的元件围绕该小直径的销进行自由旋转运动。
60.减速齿轮可包括输出轴a的角位置传感器。
61.现在将详细描述定子8。
62.在图2中，单独示出了定子8，而图3示出了装有线圈12的定子8。
63.例如，定子8由堆叠的磁性钢板组成，例如由m270
‑
35a钢制成。也可以使用其他钢，例如m235
‑
35a、m250
‑
35a和m330
‑
35a，但不限于此。
64.例如，定子由28块板组成，每块板厚0.35mm。它的总厚度为9.8mm。
65.定子包括设计成容纳转子10的壳体54；外壳54穿过定子8的整个厚度。
66.外壳54具有外部侧表面56，其一部分被线圈12占据，该部分被称为“绕组部分”。该绕组部分由两个端部边缘57成角度地界定，并且包括臂58，在该示例中为三个臂58，围绕每个臂装配有支撑件，导电线缠绕在该支撑件上以形成线圈12。
67.例如，每个线圈包括被称为场框的塑料体、两个连接接线片或插头以及缠绕在塑料体上的导线，并且在其两端连接到两个接线片，两个接线片用于连接到电路板。每个线圈的主体安装在臂58上。有利的是，每个接线片61(图6)包括紧固到场框的元件61.1，例如，它在其侧面上具有齿部，以便看起来像一种鱼叉状；附接元件被插入到场框中。接线片还包括
位于电线一端的连接元件61.2，例如，它是包括两个形成v形的叶片的元件，这两个叶片被放在一起以夹住电线的端部，然后有利地被焊接。接线片还包括电路板的安装和连接元件61.3，例如安装和连接元件61.3被压配合到电路板上的外壳中。接线片由导电材料制成。
68.绕组部分还包括两个径向元件59，每个径向元件在两个线圈之间延伸。绕组部分还有利地包括沿径向保持线圈的装置。在所示的例子中，径向元件59的自由端部和端部边缘57包括齿(60)，该齿通过卡合将线圈12保持在径向方向上。在这个示例中，每个线圈使用两个齿60。
69.在所示的示例中，绕组部分由最外面的线圈的主轴之间的角度限定，该角度即基本上为插入线圈12的臂58之间的角度。
70.臂58、径向元件59和齿60像壳体一样被切割，例如通过冷镦。
71.在所示的例子中，优选地，电动电机是三相电机，包括等于三的倍数的多个线圈12。然而，两相电机，更一般地说，多相电机，也没有超出本发明的范围。
72.在图3中，可以看到围绕臂58形成的线圈12和用于向线圈供电的连接插头61，这些插头连接到电路板16。
73.在正交于转子8的旋转轴线的平面中，壳体的侧表面的横截面具有角度为α1且半径为r1的第一圆弧arc1以及角度为α2且半径为r2的第二圆弧arc2，其中，r2>r1。
74.外线圈12的轴线a1和a2之间的角度被指定为α3。由第一圆弧arc1界定的壳体的侧表面的部分包括绕组部分。
75.绕组部分延伸的角度α3<α1。
76.半径r2
‑
r1的差值不是由制造不精确导致的。例如，对于0.03mm的不精确度，r2
‑
r1的差等于0.25mm。优选地，0.2mm<r2
‑
r1<0.5mm。例如，r2
‑
r1＝0.25mm，r2＝19.25mm，并且r转子＝18.5mm。
77.例如，在三线圈定子的情况下，α1＝300
°
且α2＝60
°
。例如，两个连续线圈的轴线相对于彼此成30
°
布置。对于6线圈定子，α2＝120
°
且α1＝180
°
。
78.第一圆弧arc1与第二圆弧arc2相连，例如通过相对于定子径向倾斜的直线部分。
79.转子10容纳在定子8的壳体54中，定子磁体的一部分面向线圈12。
80.转子8的径向外表面和壳体54的侧表面56之间的气隙值因圆弧半径的不同而不同。在所示的示例中，气隙基本上具有两个值：转子的径向外壁10和由第一圆弧arc1界定的壳体54的侧表面56的部分之间的第一值e1，以及转子8的径向外壁和由第二圆弧arc2界定的壳体54的侧表面56的部分之间的第二值e2。第一气隙值e1小于第二气隙值e2。例如0.2mm<e1<0.5mm，例如等于0.5mm，以及0.75mm<e2<1mm，例如等于0.75mm。优选地，e1被选择为尽可能低。
81.因此，由于定子8施加在转子10上的吸引力与它们之间的距离成比例，该吸引力随壳体54的侧表面56的轮廓而变化。当气隙较小时，吸引力较大，因此第一气隙值(即沿圆弧arc3)比第二气隙值(即沿圆弧arc2)大。
82.定子还包括箱体b上的孔62，螺钉63穿过该孔将定子固定到箱体4上。
83.在图5中，可以从上方看到齿轮电机的一部分，示出了定子、塑料嵌件成型的线圈64、线圈12所连接的电路板16、箱体4和减速齿轮的环形齿轮34。
84.图5是图4中齿轮电机部分的分解图。
85.电动电机的运行情况如下:
86.线圈12被提供非相位电流，当线圈通电时，在线圈12和转子所承载的面向线圈的磁体部分之间产生排斥力，这种排斥力倾向于使转子10偏离其旋转轴。
87.在定子8和转子10之间持续施加吸引力。与没有线圈的定子部分8相比，本发明在包括线圈12的定子部分处增加了定子8对转子10的吸引力的大小，这至少部分地补偿了线圈12和转子10之间的排斥力，从而至少部分地减小了转子的偏移。因此，转子10和定子8之间的摩擦风险连同例如由于这种偏移而损坏减速齿轮的风险被降低。
88.优选地，角度α2和α3相等或基本相等，使得等于2πr2
×
α2/180的第二圆弧arc2的长度值非常类似于等于2πr1
×
α3/180的绕组部分圆弧arc3的长度值，例如arc2的长度等于40.3mm，且arc2的长度等于39.8mm，其中，角度α2和α3的单位是度。
89.因此，转子10和定子8之间的吸引力减小的区域的长度基本上等于线圈12对转子10施加排斥力的区域的长度。
90.优选地，绕组部分α3与由第二圆弧arc2界定的表面部分在直径方向上相对；如图3所示。因此，线圈对转子施加排斥力被施加在与具有吸引力减少的区域径向相对的区域上。这进一步减小了转子的偏移。
91.定子的外形不是限制性的，它是根据发动机环境和可制造性来选择的。
92.在说明书中，齿轮电机用于控制液压分配器，但是应当理解，它可以用于操作任何其他装置。