CN103248167B - 电机以及用于装配电机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机(1)，具有驱动轴(2)，在驱动轴上设置转子(3)和联接元件(4)并且在所述驱动轴中在转子(3)与联接元件(4)之间形成至少部分力锁合的转矩传递连接，为此在至少背离转子(3)的方向上设有用于轴向地固定联接元件(4)的固定元件(6)。在此设有不仅与驱动轴(2)而且与联接元件(4)以形状锁合的方式处于有效连接的连接元件(18)。本发明还涉及一种用于装配电机(1)的方法。

Description

电机以及用于装配电机的方法
技术领域
本发明涉及一种具有驱动轴的电机，在驱动轴上设置转子和联接元件，并且在驱动轴中在转子与联接元件之间形成至少部分力锁合的转矩传递连接，为此在至少背离转子的方向上设有用于轴向固定联接元件的固定元件。本发明还涉及一种用于装配电机的方法。
背景技术
由现有技术已知上述形式的电机。电机可以各种形式地构成并且尤其可以作为机动车辆的马达、发电机或者马达-发电机使用。电机具有驱动轴，电机通过该驱动轴给出转矩或者接收转矩。在驱动轴上至少部分地设置转子和联接元件。转子利用驱动轴支承在电机中。除了转子以外，在驱动轴上设有联接元件，通过该联接元件使驱动轴或转子的转矩供另一装置使用，或者将另一装置的转矩传递到转子上。联接元件例如以皮带轮存在，它通过弯曲柔性的回转器件、特别是皮带、与其它装置以传递转矩的方式有效连接。因此在转子与联接元件之间存在转矩传递连接。这意味着，转子与联接元件相互连接使得在它们之间可以优选无滑差地传递转矩。转矩传递连接至少部分是力锁合、尤其是完全力锁合的。
就此而言，例如通过转子与联接元件之间的转矩传递连接不能或者至少只能次级地通过形状锁合或者材料锁合的转矩传递连接传递转矩。例如可以规定，转子和联接元件可旋转地设置在驱动轴上并且仅仅能够通过两个元件之间的力锁合来在它们之间传递转矩。这尤其意味着，朝向转子的方向挤压联接元件，使得可以通过力锁合或者摩擦锁合传递转矩并且存在转矩传递连接。为此设有固定元件，它使联接元件在轴向上在至少背离转子的方向上固定或者甚至在轴向上、即在驱动轴纵轴线方向上将联接元件压到转子上。
通过固定联接元件，在联接元件上和在轴向上在联接元件与转子之间可能存在的转矩传递元件上施加或者至少保持轴向力，该轴向力朝向转子的方向挤压转矩传递元件。在转子与联接元件之间可传递的最大转矩在这种实施方式中取决于(最大)轴向力。但是这种轴向力不能任意加大，因为它导入到驱动轴里面并且在负荷太剧烈时可能导致损伤驱动轴。在常见的电机实施方式中最大可传递的转矩约为50至60Nm。如果进一步增加轴向力，可能导致驱动轴形成裂纹和失效，尤其在装配电机的时候。
由现有技术，例如DE102007036313A1已知一种用于制造电机定子绕组的方法。在那里在驱动轴上旋上螺母，用于朝向转子的方向挤压联接元件并且通过这种方式建立力锁合的转矩传递连接。此外，DE19507860A1示出了皮带轮，它通过螺纹孔旋紧在电机轴的轴端上。
发明内容
与现有技术相比，具有权利要求1所述特征的电机的优点是，增大了在转子与联接元件之间可传递的最大转矩。按照本发明，这一点通过不仅与驱动轴而且与联接元件以形状锁合的方式处于有效连接的连接元件实现。因此，除了在转子与联接元件之间存在的至少部分力锁合的(第一)转矩传递连接以外还规定，在联接元件与驱动轴之间传递转矩。作用于联接元件上的转矩也被导入到驱动轴中。反之，作用于驱动轴上的转矩被传递到联接元件上。在第一实施方式中存在与连接元件分开的固定元件，该固定元件轴向固定联接元件或者朝向转子的方向挤压联接元件。在装配电机时相应地首先利用固定元件固定联接元件，接着设置连接元件以建立不仅与驱动轴而且与联接元件的有效连接。但是在可选的实施方式中可以规定，所述联接元件由连接元件构成。
附加地可以规定，所述转子同样传递转矩地与驱动轴连接。这一点可以通过各种方式和方法实现，例如通过转子与驱动轴敛缝。通过这种方式建立力锁合的有效连接。但是可选择或附加地也可以在转子与驱动轴之间建立形状锁合的和/或材料锁合的连接。相应地，除了部分力锁合的转矩传递连接之外设有另一转矩传递连接，但是它不直接在转子与联接元件之间传递转矩，而是将转矩首先导入到驱动轴中。例如借助于连接元件可以传递约50Nm的转矩。这个值可以与目前可传递的最大转矩相加，由此现在例如可以在联接元件与转子之间传递最大100Nm至110Nm的转矩。即，不仅在联接元件与转子之间存在直接的力锁合的第一转矩传递连接(可能通过轴向设置在其间的转矩传递元件)、即不通过驱动轴，而且还存在通过驱动轴的间接的第二转矩传递连接，该第二转矩传递连接至少在驱动轴与联接元件之间优选是完全形状锁合的。
如上所述，因为转子和联接元件在轴向上相互挤压，在转子与联接元件之间存在至少部分力锁合的(第一)转矩传递连接。但是转子固定在驱动轴上的方式为它抵抗在转子与联接元件之间为此起作用的力，即不会在轴向上移动。就此而言，转子至少在离开联接元件的方向上轴向固定在驱动轴上。这一点例如可以与联接元件类似地实现或者为此设有使转子与驱动轴连接的敛缝。在这种敛缝的区域中所述驱动轴可以具有在圆周方向上延伸的圆周槽或圆周沟道。在形成敛缝时其至少局部地接合在这个圆周槽或圆周沟道内，由此使敛缝建立转子在驱动轴上力锁合以及形状锁合的固定。替代地或者附加地可以规定，所述转子与驱动轴不可相对旋转地连接，例如通过压接(Crimpverbindung)。
所述转子可以具有至少一个永磁体元件或者是电激励的。在电激励的情况下所述转子例如设计成爪极转子并就此而言尤其由两个爪极板组成，在其外圆周上分别形成轴向延伸的爪极指。最后，所述转子是设置在驱动轴上并且可以置于旋转的任意元件。因此事实上，所述转子不必一定具有电机的转子、电枢、电感或极轮(Polrad)的所有元件。而是术语“转子”也可以只理解为这样一种元件的一部分，尤其是理解为转子芯。例如这样相互设置爪极板，使其在电机轴向上延伸的爪极指在转子圆周上彼此交替地作为北极和南极。因此，一般在反相地磁化的爪极指之间存在爪极间隙。所述爪极指优选朝向其自由端的方向收缩并因此相对于电机的纵轴线略微倾斜地延伸。
本发明的一种改进方案规定，所述驱动轴具有内啮合部，连接元件的外啮合部啮合在其中。通过内啮合部与外啮合部的共同作用在驱动轴与连接元件之间建立形状锁合的有效连接。在装配电机时，内啮合部优选也用于使驱动轴在圆周方向上旋转或者固定在确定的旋转角位置。例如在装配期间首先利用固定元件轴向固定联接元件，其中将装配工具接合到内啮合部中并且在圆周方向上固定驱动轴。同时将固定元件旋到驱动轴上。替代地，可以在圆周方向上将固定元件固定并且使驱动轴旋转。在安置固定元件以后取下工具并且使连接元件或者说其外啮合部与内啮合部啮合。
本发明的一种改进方案规定，所述连接元件具有至少一个接合凸起，该接合凸起接合到联接元件的固定容纳部中。通过接合凸起与固定容纳部的共同作用在连接元件与联接元件之间建立形状锁合的有效连接。优选设有多个接合凸起，其中各个接合凸起接合到一个固定容纳部中。在这种情况下所述接合凸起优选设置成均匀分布在连接元件的圆周上。例如在设有偶数个连接元件时设有直径上对置的布置。
本发明的一种改进方案规定，所述固定容纳部始于至少部分地被驱动轴穿过的轴容纳室。所述轴容纳室优选与驱动轴旋转轴线同轴地构成。它从背离转子的联接元件端面开始，延伸到联接元件中。在装配电机以后所述驱动轴至少局部地位于轴容纳室里面。所述固定元件和/或连接元件尤其至少部分、优选完全地设置在轴容纳室里面，由此保护它们免受外部影响。例如可以规定，在完成将联接元件装配在驱动轴上以后封闭轴容纳室，例如通过可取下的盖。现在优选使固定容纳部在径向上从轴容纳室开始向外延伸。
本发明的一种改进方案规定，所述连接元件利用螺纹连接固定在驱动轴上。除了形状锁合地与驱动轴连接以外，所述连接元件也具有通过螺纹连接实现的力锁合的连接。所述螺纹连接使连接元件相对于驱动轴在轴向上固定。所述螺纹连接尤其使连接元件在轴向上相对于驱动轴这样固定，即外啮合部不能与内啮合部脱离啮合。为此所述螺纹连接朝向驱动轴或者驱动轴端面的方向挤压连接元件。
本发明的一种改进方案规定，所述螺纹连接的螺栓具有螺栓外螺纹，它旋入到驱动轴的轴内螺纹中。特别优选所述螺栓与驱动轴或者说驱动轴的旋转轴线同心。因此，所述驱动轴至少局部地构造成空心轴，其中所述螺栓以至少其螺栓外螺纹延伸到驱动轴中直到轴内螺纹。通过这种方式可以减轻电机的重量，因为空心轴明显比由现有技术已知的实心驱动轴更轻。
本发明的一种改进方案规定，所述轴内螺纹位于内啮合部的背离螺栓头的一侧上。即，所述螺栓在轴向穿过构造有内啮合部的区域。相应地在装配以后螺栓头位于电机内啮合部的一侧上并且其螺栓外螺纹位于内啮合部的另一侧上。在此例如可以规定，所述轴内螺纹和螺栓外螺纹位于与转子相同的轴向位置处。在此，相同的轴向位置理解为这样的位置，即在该位置处轴内螺纹、螺栓外螺纹和转子在垂直于驱动轴旋转轴线的缝隙的意义上具有至少一个共同的轴向位置。但是优选轴内螺纹和/或螺栓外螺纹、尤其只是轴内螺纹或只是螺栓外螺纹完全位于转子的轴向长度以内，由此转子防止可能由于轴内螺纹与螺栓外螺纹的共同作用而引起的驱动轴的扩开。
本发明的一种改进方案规定，在轴向上看去，在转子与联接元件之间的驱动轴上设置至少一个转矩传递元件，它用于在转子与联接元件之间力锁合地传递转矩。因此所述转子和联接元件并非必须为了建立(直接的)第一转矩传递连接而直接相互紧邻，该第一转矩传递连接不在驱动轴上延伸。而是可以规定，所述至少一个转矩传递元件在轴向上位于其间，即，就此而言转子与联接元件在轴向上相互间隔。因此具体地说，在转子与转矩传递元件之间以及在转矩传递元件与联接元件之间分别可以力锁合地传递转矩。
如果设有多个转矩传递元件，则它们相互设置成使得分别在两个转矩传递元件之间同样可以力锁合地传递转矩。相应地，经由所述至少一个转矩传递元件在转子与联接元件之间并且在驱动轴以外实现转矩传递链、即第一转矩传递连接。借助于转矩传递元件可以加大转子与联接元件之间轴向上的距离，而不必加大转子或联接元件本身。
可以规定，所述转矩传递元件是间隔环、球轴承或通风轮。代替间隔环也可以设置具有较大轴向长度的间隔衬套。球轴承用于支承驱动轴并由此也支承设置在轴承上的元件，例如转子和联接元件。代替球轴承当然也可以设置各种轴承、尤其是各种滚动轴承。通风轮是用于冷却电机的通风装置的组成部分。通风轮一般具有多个叶片，它们在驱动轴旋转时引起朝向转子方向或者相反方向的、尤其越过转子或穿过转子的空气流。
本发明还涉及一种用于装配尤其如上述实施方式所述电机的方法，其中该电机具有驱动轴，在该驱动轴上设置转子和联接元件，并且在驱动轴中在转子与联接元件之间形成至少部分力锁合的转矩传递连接，为此利用固定元件在至少背离转子的方向上轴向地固定联接元件。在此规定，一个连接元件不仅与驱动轴而且与联接元件形状锁合地有效连接。所述电机可以按照上述的实施方式改进。
本发明的一种改进方案规定，所述驱动轴具有内啮合部，利用该内啮合部在将固定元件固定在驱动轴上期间通过工具的接合使驱动轴在圆周方向上固定或旋转，并且在将固定元件固定以后使所述连接元件在驱动轴上设置成使所述连接元件的外啮合部接合到内啮合部中。所述固定元件例如是螺母，它旋到驱动轴上，用于朝向转子的方向挤压联接元件。对此有利的是，将所述驱动轴在圆周方向上可靠地固定并且将固定元件旋上，或者替代地将固定元件固定并且为了旋上固定元件使轴旋转。因此设有内啮合部，在将固定元件固定在驱动轴上期间工具接合在该内啮合部中。在固定后取下工具并且取而代之这样设置连接元件，即设置在该连接元件上的外啮合部与内啮合部相啮合。通过这种方式在装配固定元件以后也利用驱动轴的内啮合部。
电机的装配优选按照组合部件的方式进行。在装配期间根据在转子与联接元件之间要传递的最大转矩决定，是否设置连接元件。优选只在如下这种电机中装配连接元件，即在这种电机中要传递的转矩超过不再能由至少部分力锁合的(第一)转矩传递连接保证的转矩。
附图说明
下面借助于在附图中所示的实施例以不限制本发明的方式详细解释本发明。附图中：
图1示出了电机驱动轴的局部，在驱动轴上以常见的方式利用固定元件固定联接元件，
图2示出了按照本发明的电机的局部的第一实施例纵向剖视图，
图3示出了电机第二实施例的纵向剖视图，以及
图4示出了连接元件的细节图。
具体实施方式
图1示出常见的电机1的局部视图。电机1例如可以作为马达、发电机或者也作为马达-发电机。它具有驱动轴2，电机可以通过驱动轴2给出或接收转矩。在驱动轴2上设置在这里未示出的转子3和优选在轴向上与转子3间隔开的联接元件4。联接元件4例如作为皮带轮，亦即具有用于弯曲柔性的缠绕器件(例如皮带)的回转面5。联接元件4利用固定元件6固定在驱动轴2上并且由该固定元件朝向转子3的方向、即沿箭头7的方向挤压。在此箭头7平行于驱动轴2的纵轴线8或者说旋转轴线。
固定元件6构造为螺母，它旋到在这里只基本上示出的驱动轴2的轴外螺纹9上。为了能够旋上，驱动轴2具有内啮合部10，该内啮合部从驱动轴2的端面在朝向转子3的方向上延伸到驱动轴2内部。但是，在轴向上看，在此内啮合部10优选最迟与联接元件4一起终止。即，内啮合部10在朝向转子3的方向上的延伸不超过联接元件4。由此避免由于形成内啮合部10削弱驱动轴2。
固定元件6沿箭头7的方向、即朝向转子3的方向挤压联接元件4。通过这种方式(在这里看不到)在联接元件4与转子3之间建立第一转矩传递连接。这个第一转矩传递连接是至少部分力锁合的或者甚至是完全力锁合的。这意味着，在转子3与联接元件4之间的转矩可以完全通过力锁合经由第一转矩传递连接传递。在此第一转矩传递连接不经过驱动轴2，而是直接在联接元件4与转子3之间。
图2示出电机1的局部的第一实施例。在此仍然至少示例地示出驱动轴2、转子3和联接元件4。因为按照本发明的电机1可以通过原理上公知的结构构造，因此补充地参阅上面的描述。在轴向上、即沿着纵轴线8在转子3与联接元件4之间设有多个转矩传递元件11。其中一个转矩传递元件11构造成轴承12的轴承壳12’。轴承12在此优选是球轴承。但是原则上可以设置各种形式的轴承。轴承壳12’由设计成间隔环13的转矩传递元件11在两侧(在轴向上看)包围。最后一个转矩传递元件11作为通风轮14或者作为中间盘存在。
转矩传递元件11以及联接元件4原则上可旋转地设置在驱动轴2上。这意味着，在这些元件与驱动轴2之间没有直接的形状锁合的或者材料锁合的连接。在转子3与联接元件4之间的转矩传递尤其通过经由转矩传递元件11建立的力锁合的第一转矩传递连接实现。为此固定元件6不仅挤压联接元件4，而且也朝向转子3的方向挤压转矩传递元件11。驱动轴2反作用于在此产生的力。
通过朝向转子3的方向挤压联接元件4，在联接元件4与紧邻安置的转矩传递元件11之间、在各个相邻的转矩传递元件11之间以及在转子3与邻接这个转子的转矩传递元件11之间实现力锁合的转矩传递，由此总体上在转子3与联接元件4之间存在力锁合的转矩传递链、即第一转矩传递连接。因此驱动轴2首先不在转子3与联接元件4之间传递或者只传递一小部分转矩。而是它基本用于轴向夹紧联接元件4、转矩传递元件22和转子3。
利用固定元件6朝向转子3的方向挤压联接元件4。在这个目的中在装配电机1时将固定元件6旋到轴外螺纹9上一定程度，直到在联接元件4、转矩传递元件11与转子3之间存在足够大的力锁合，从而可以在转子3与联接元件4之间传递所期望的最大转矩。固定元件6在此具有夹紧面15，该夹紧面与联接元件4的对应夹紧面共同作用，以在固定元件6与联接元件4之间也实现力锁合的连接。由夹紧面15和对应夹紧面16构成的夹紧连接17在联接元件4与固定元件6并因此也与驱动轴2之间建立力锁合的转矩传递连接。夹紧面15和16尤其是圆环形的，即具有中央空隙。
为了加大在转子3与联接元件4之间可传递的最大转矩，附加地设有连接元件18，该连接元件不仅与驱动轴2而且与联接元件4形状锁合地有效连接。为此，连接元件具有与驱动轴2的内啮合部10接合的外啮合部19。此外，连接元件具有至少一个接合凸起20，该接合凸起接合到联接元件4的固定容纳部21中。固定容纳部21在此作为轴向槽存在，它始于联接元件4的轴容纳室22。因为固定容纳部21通到联接元件4的端面23中，所以能够方便地使接合凸起20进入到固定容纳部21中。优选设有多个接合凸起20和同样数量的固定容纳部21。这些接合凸起20设置成均匀分布在连接元件18的圆周上。
轴容纳室22至少部分地被驱动轴2穿过。该轴容纳室边缘敞开地通到端面23并且构造成，不仅固定元件6而且连接元件18都可以完全设置在轴容纳室里面。连接元件18利用螺纹连接24固定在驱动轴2上。为此螺纹连接24的螺栓25通过螺栓外螺纹26旋入到驱动轴2的轴内螺纹27中。螺栓25的杆28相应地至少部分地嵌入到作为空心轴存在的驱动轴2的中央空隙29中。在驱动轴2的面对联接元件4的端部上设有上述的内啮合部10，但是该内啮合部仅仅局部地延伸到空隙29中。内啮合部10的轴向长度尤其小于固定元件6的长度。内啮合部10用于在将固定元件6装配在驱动轴2上期间、即在旋上期间使驱动轴2在圆周方向上固定。为此将与内啮合部10协调的防止相互旋转的配对元件或工具(未示出)插入到所述内啮合部中，装配固定元件6并且再取下配对元件或工具。内啮合部10实施成它在装配时可以传递产生的最大装配转矩，例如50Nm。
螺栓25除了杆28以外具有头部30，该头部贴靠在连接元件18上并因此将该连接元件轴向挤压在驱动轴2上。通过外啮合部19与内啮合部10的相互啮合以及接合凸起20接合到固定容纳部21中，在驱动轴2与连接元件18之间以及在连接元件18与联接元件4之间建立形状锁合的有效连接。因此总体上在联接元件4与驱动轴2之间通过连接元件18存在间接的形状锁合的连接。因此，除了可通过力锁合的第一转矩传递连接(它不经由驱动轴2延伸)传递的转矩之外，能够将转矩从联接元件4导入到驱动轴2中，反之亦然。总体上通过驱动轴2并且相应地通过间接的第二转矩传递连接传递部分转矩，只要转子3不可相对旋转地固定在驱动轴2上。
显然，螺栓25插入到空隙29中的程度使得轴内螺纹27设置在内啮合部10的背离头部30的一侧上。相应地适用于用于驱动轴2的轴外螺纹9的倒凹部(Freistich)31或空槽。通过固定元件6施加在驱动轴2上的轴向应力使这个倒凹部31承受剧烈的负荷。这个负荷可以通过在驱动轴2的内部延伸的螺栓25减小。
图3示出电机1另一实施例的局部。与参照图2所述的实施例的不同仅仅在于，螺栓25并非一直延伸到转子3，而是在轴向上仅仅略微在面对转子3的一侧上突出于联接元件4。这也足以使倒凹部31明显去负荷。其它的请参阅上面的描述。在这里未示出固定元件6。可以规定，这个固定元件可以如同参照图2所述的那样旋到轴外螺纹9上。但是也可以规定，驱动轴2没有用于固定元件6的外螺纹，而是由连接元件18朝向转子3的方向挤压固定元件。由此利用螺栓25不仅固定了固定元件6而且固定了连接元件18。代替地，两个元件也可以一体地构成，由此使固定元件6由连接元件18构成。
图4示出连接元件18的细节图。显然，这个元件由基体元件32组成，接合凸起20从该基体元件径向向外延伸。从基体32轴向延伸出接合凸起33，在该接合凸起上设有外啮合部19。

Claims (8)

1.一种电机(1)，具有驱动轴(2)，在所述驱动轴上设置转子(3)和联接元件(4)并且在转子(3)与联接元件(4)之间形成至少部分力锁合的转矩传递连接，为此在至少背离转子(3)的方向上设有用于轴向固定联接元件(4)的固定元件(6)，其特征在于，设有不仅与驱动轴(2)而且与联接元件(4)以形状锁合的方式处于有效连接的连接元件(18)，其中，所述驱动轴(2)具有内啮合部(10)，连接元件(18)的外啮合部(19)啮合在该内啮合部中。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述连接元件(18)具有至少一个接合凸起(20)，该接合凸起接合在联接元件(4)的固定容纳部(21)中。
3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述固定容纳部(21)始于至少部分地被驱动轴(2)穿过的轴容纳室(22)。
4.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述连接元件(18)利用螺纹连接(24)固定在驱动轴(2)上。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述螺纹连接(24)的螺栓(25)具有螺栓外螺纹(26)，该螺栓外螺纹旋入到驱动轴(2)的轴内螺纹中。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述轴内螺纹(27)设置在所述内啮合部(10)的背离螺栓(25)的螺栓头部(30)的一侧上。
7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，在轴向上看，在转子(3)与联接元件(4)之间在驱动轴(2)上设置至少一个转矩传递元件(11)，该转矩传递元件用于在转子(3)与联接元件(4)之间力锁合地传递转矩。
8.一种用于装配根据上述权利要求中的任一项所述的电机(1)的方法，其中该电机(1)具有驱动轴(2)，在所述驱动轴上设置转子(3)和联接元件(4)，并且在转子(3)与联接元件(4)之间形成至少部分力锁合的转矩传递连接，为此利用固定元件(6)在至少背离转子(3)的方向上轴向地固定联接元件(4)，其特征在于，设有一个连接元件(18)，该连接元件不仅与驱动轴(2)而且与联接元件(4)以形状锁合的方式有效连接，其中，所述驱动轴(2)具有内啮合部(10)，利用该内啮合部在将固定元件(6)固定在驱动轴(2)上期间通过工具的接合使驱动轴在圆周方向上固定或旋转，并且在将固定元件(6)固定以后使所述连接元件(18)在驱动轴(2)上设置成，使所述连接元件(18)的外啮合部(19)接合到内啮合部(10)中。
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