轉子軸內的介質輸送系統的製作方法

2023-07-10 22:46:46 1

本發明涉及一種用於電機的轉子的轉子中空軸，其中該轉子中空軸包括在兩側被端部凸緣封閉的柱形筒，其中在每種情況下在端部凸緣上均定位有一個軸頸，並且其中，至少在一個端部凸緣中、特別是在軸頸中設置有同軸進入孔，其提供了介質通向由柱形筒所圍繞的軸腔的通路。本發明還涉及一種具有轉子中空軸的轉子以及相應的電機，其中，該轉子中空軸配備有疊片組件。

背景技術：

例如從DE 42 40 045 C1和DE 203 07 198 U1明顯看出的是，這樣的轉子中空軸長期以來就是已知的，並且被用於尋求實現儘可能輕的構造的各種地方。如果轉子中空軸是由多個部件「組裝的」、特別是由柱形筒和兩個端部凸緣「組裝的」，則它們也被稱為「組裝的」轉子軸。

關於電機的中空轉子軸，也已知的是，介質流動通過這些中空轉子軸，特別是出於冷卻轉子的目的。在這方面，例如參見EP 0 659 308或DE 199 13 199A1，其中冷卻介質經由管道被導引到腔體中並且穿過腔體返回到出口。然而，已經發現，這種類型的冷卻是不充分的，且其與構造方面的花費和電動機的工作特性的損傷不相匹配。

此外，已知存在這樣的電機，即介質例如潤滑劑或冷卻劑，必須從一端側輸送到另一端側，這是因為例如油盤設置在一側，但不同的位置也需要油。在這種情況下，轉子只具有輸送功能(Durchleitfunktion)。目前已知的中空軸幾乎不適合於該功能，這是因為介質是經由形成在軸頸中的窄的管道供應的，並且隨後介質分布在具有明顯更大直徑的中空軸中，以通過窄的管道在另一側再次出現。對於比如為了將冷卻介質供給到定子，對液體介質的這種導引可能是有利的。

在電機具有導引功能的情況下，由於管線橫截面的大幅加寬，可能出現由於介質進入中空軸的擴膨、以及中空軸內的湍流而引起的運行不平順(Laufunruhen)增加。此外，中空軸完全被液體介質充滿，其抵消了重量減輕的優點。特別地，對於電機的使用，以液體填充的中空圓柱體對所述中空圓柱體的轉動慣性具有不利的影響。在這方面，上述現有技術的缺點在於轉子軸腔內的過大介質容積、轉子軸過重和/或限制了優化低重量的可能性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種轉子中空軸，其結構簡單且製造花費不高，同時重量輕、表現出良好的工作特性，還包括優異的導引功能。

所述目的通過權利要求1所述的轉子中空軸來實現。從屬權利要求描述了有利的實施方式。

相應地，根據本發明，轉子中空軸的主要方面在於布置在軸腔內的中空的導引元件，由於高度的層流條件，其確保了液體或氣體介質以低摩擦從一個軸頸到另一個軸頸的直流。根據本發明，所述導引元件被裝配到端側軸頸的進入孔中，以便相對於軸腔施加密封作用，使得沒有介質進入軸腔內。導引元件穿過圍繞的軸腔導引至另一個軸頸，在另一個軸頸處所述導引元件被同樣裝配為相對於軸腔施加密封作用。在此可以設想轉子中空軸的如下實施方式：其中介質在另一側以直的射流再次同軸地出現。在其它實施方式中，介質流在另一端沿徑向方向從導引元件引出，比如為了使冷卻介質衝擊到定子繞組成為可能。

本發明保證了介質通過中空的柱形轉子軸的輸送，其中介質特別是液體比如潤滑劑和冷卻劑，或者氣體比如壓縮空氣。這裡，提供了介質在一側被引導到轉子軸中，並且被向前引導至軸向的另一個軸端，或者被引導到另一個軸端處的徑向出口點。這裡，介質的體積被限制為應用所需的最小可能量，其中這種結構上的設計不依賴於轉子軸的結構和腔體積。由於質量相對於旋轉軸線同軸且均勻地分布，並且在最佳情況下相對於旋轉中心是同心的圓形形式，因此以這種方式實現的軸向介質輸送和為此目的所需的裝置不會產生不平衡。

通過提供導引元件，導引功能與轉子中空軸的其他設計相脫離開，使得儘管存在導引，但是在重量輕的轉子軸中保留了幾何形狀方面可以自由設計的大腔體。在上下文中，要指出的是，所要求保護的特徵「裝配」還可以意味著，導引元件作為柱形的管以不可拆分的方式特別是通過旋鍛工藝一體地形成在端部凸緣上，並且，實際上，形成了可從外部軸向進入的進入孔。然而在一個特別簡單的實施方式中，導引元件為以其他方式「組裝的」轉子的分離的部件，該部件通過密封件裝配(安裝)到軸頸中，或者在接合工藝中被接合。這裡，涉及尤其對導引元件的塑性變形的接合工藝是便利的。

儘管導引元件也適合於氣體介質的導引，這是沒有問題的，但是根據本發明，轉子中空軸的優點在使用諸如油或水的液體介質的情況下是特別有效的。所述優點特別在於這樣的事實，即根據本發明的導引元件甚至可以在轉子現有的幾何形狀的情況下使用，由此不需要對疊片組件或定子或其它組件進行結構的修改。相比之下，使用根據本發明的導引元件，使得基本上不依賴於周圍的幾何形狀、同時優化上述功能成為可能。特別是確保了最佳的導引功能以及轉子重量最大可能的減少。另一優點是，由於導引元件的流動橫截面可以自由地設計，因此介質輸送的附加功能可被適配於轉子的體積要求和運行特性。

在由於其簡單性而特別有利的實施方式中，導引元件是中空的柱形管件，其從一端側穿過軸腔伸到另一端側，並且其外徑明顯地小於軸腔的內徑。理想地，軸腔的內徑等於進入孔的內徑，從而避免出現可能引起湍流的邊緣。

在示例性實施方式中，其中導引元件是分離的部件，特別是為管件的形式，在兩個變型之間依次進行了區分。在第一變型中，管件被壓到柱形容納部內，該柱形容納部在端部凸緣的內側處圍繞進入孔的內口。在該第一實施方式中，在每種情況下，管件從進入孔的後面開始。這特別適合於組裝的轉子。在另一個、第二變型中，管件被壓到兩個進入孔中，從而在每種情況下均通過其兩個外邊緣與進入孔的邊緣齊平地終止。由此管件自身形成被插入的進入孔。該實施方式特別適合於組裝不可拆分的轉子軸。

在這兩種實施方式中，在這種情況下，可以以與要被導引通過的介質的體積流量要求相適合併且不依賴於轉子軸的結構和中空軸的腔體體積的方式來確定導引元件的內徑和外徑尺寸。在這裡，將流過的介質的量限制到實際需要量是有利的。在這方面，導引元件的恆定截面提供了最佳條件。

在第一實施方式的情況下，管件在兩側被有利地壓到在相應端部凸緣的內側形成的環形容納部中，其中，在每種情況下，在該容納部中形成有一個密封邊緣。這裡，密封邊緣包括切割環的功能，且使省去附加的密封裝置成為可能。這裡，具有密封作用的壓入與管件的被壓到容納部內的那些端部的變形相關，管件由比端部凸緣更軟的材料、特別是鋁或塑料製成。這裡，管件的外徑包括重疊區也就是說，相對於容納部的密封邊緣直徑而言尺寸過大。在壓入過程中，通過容納部內的密封邊緣的幾何形狀，在相對低強度的管件的外徑上實現部分塑性材料的移位，其中，在每種情況下，在由相對高強度的材料例如鋼組成的端部凸緣內形成容納部。由此製成的且被切入到軟的管件中的密封件在整個溫度範圍內起作用，而不需要額外的密封裝置。根據容納部的直徑，密封邊緣的長度在1mm和4mm之間是有利的，其中2mm的長度被證明是特別合適的。

在第一實施方式的情況下，轉子中空軸有利地由多個部件構成，特別地由轉子的柱形筒、位於其中的管件以及接納管件並支撐柱形筒的兩個端部凸緣構成。所述多個部件可以通過接合工藝組裝，其中有利的是，首先將管件壓到容納部中，然後將這種預組裝的單元接合到柱形筒，最後，在按壓第二端部凸緣的過程中，以並行的過程產生柱形筒與端部凸緣之間的接合連接以及管件與具有密封作用的容納部的壓入連接。

在第二實施方式的情況下，管件被裝配到兩個進入孔中並且在每種情況下均與進入孔的外邊緣齊平地終止，如果管件是在管件和端部凸緣之間存在溫度差的情況下被密封地裝配到進入孔中則是有利的。為此，在插入通過冷卻而有利地「收縮」的管件之前，通過加熱端部凸緣或整個轉子中空軸來使進入孔變寬。當溫度相等時，管件被密封地壓到進入孔中。

使用管件還使得可以通過並行運行的相應的多個管件或者在一個管件中的多個管道來實現多個單獨的流體橫截面。因此可以同時實現不同功能，例如潤滑和冷卻，或者分別引導不同介質、例如水和油。

附圖說明

下面基於附圖更詳細地描述了根據本發明的轉子中空軸的實施方式，在附圖中：

圖1示出了第一實施方式的轉子中空軸，

圖2示出了介質流過的轉子，

圖3示出了第二實施方式的轉子中空軸，以及

圖4示出了具有徑向出口的轉子中空軸。

具體實施方式

圖1示出了用於電機的轉子的旋轉對稱的轉子中空軸。所述轉子中空軸包括柱形筒2，該柱形筒在兩側被由鋼製成的端部凸緣1封閉，其中在每種情況下在端部凸緣1上均定位有一個軸頸3。這裡，軸頸可以以不可拆分的形式形成在端部凸緣上，或者可以是保持在端部凸緣上的分離的部件。在這種情況下，在兩個軸頸上設置有同軸的進入孔4，這些進入孔只要它們沒有被封閉，就提供通向由柱形筒2圍繞的軸腔5的通路。作為導引元件，提供了由軟材料比如鋁或塑料組成的中空的柱形管件6，可以看出，該中空的柱形管件的外徑小於軸腔5的內徑。在軸腔5側處，管件6在兩側被壓到圍繞進入孔4車出(eingedreht)的、旋成的環形的容納部7。將管件6壓到容納部7中產生相對於軸腔5的密封作用，使得通過管件6從一個軸頸引導到另一軸頸的液體或氣體介質不會進入軸腔5。在這種情況下，管件6的內徑比進入孔4的內徑略小，其中兩個內徑近似相等。

將相對較軟的管件6壓到相對較硬的端部凸緣1的容納部7中是通過一種特別的連接工藝——密封邊緣工藝——實現的。這裡，管件6的被壓入的端部抵靠於設置在容納部7中的環形密封邊緣8(參見細節Z)而產生塑性變形。

圖2示出了具有轉子中空軸的轉子，該轉子中空軸配備有疊片組件(Blechpaketen)9，該轉子中空軸在一側具有一體地形成在柱形筒10上的端部凸緣11並且在另一側具有被壓到柱形筒10中的端部凸緣12。為管件13形式的導引元件被壓入到端部凸緣11和12之間，液體介質14沿箭頭方向同軸地流過端部凸緣11和12。

圖3示出了轉子中空軸的第二實施方式，在該情況下，裝配到兩個進入孔4中的管件6在每種情況下均通過其外邊緣16與進入孔的邊緣15齊平地終止。在這種情況下，端部凸緣17和柱形筒18是以不可拆分的方式模製的，以在鑄造過程中形成轉子中空軸。管件6是在存在溫度差的情況下被密封地安裝到進入孔4中的。

圖4示出了根據圖3的轉子中空軸的設計變型，在該情況下，管件6在一側被裝配到容納部19中，並且被容納部19的基部20軸向封閉。介質通過徑向地形成在管件6中和容納部19中的孔21被引導出。

附圖標記列表

1 端部凸緣

2 柱形筒

3 軸頸

4 進入孔

5 軸腔

6 管件

7 容納部

8 密封邊緣

9 疊片組件

10 柱形筒

11 一體成型的端部凸緣

12 被壓入的端部凸緣

13 管件

14 液體介質

15 進入孔的邊緣

16 管件的邊緣

17 不可拆分的轉子中空軸的端部凸緣

18 不可拆分的轉子中空軸的柱形筒

19 盆狀的容納部

20 容納部的基部

21 徑向定向的孔