CN106464085B - 转子轴内的介质输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机的转子的中空转子轴，该中空转子轴具有在两个端部处以端部凸缘终止的柱形筒，其中在每个端部凸缘处均形成有主轴颈，其中，至少在一个主轴颈中设置有进入孔，该进入孔提供通向由柱形筒所围绕的轴腔的通路，其中，设置有导引元件，该导引元件装配到进入孔中使得该导引元件密封所述轴腔，并且该导引元件穿过所围绕的轴腔导引至另一个主轴颈，该导引元件同样装配到该另一个主轴颈中使得该导引元件密封该轴腔，其中导引元件允许液体或气体介质导引通过。

Description

转子轴内的介质输送系统

技术领域

本发明涉及一种用于电机的转子的转子中空轴，其中该转子中空轴包括在两侧被端部凸缘封闭的柱形筒，其中在每种情况下在端部凸缘上均定位有一个轴颈，并且其中，至少在一个端部凸缘中、特别是在轴颈中设置有同轴进入孔，其提供了介质通向由柱形筒所围绕的轴腔的通路。本发明还涉及一种具有转子中空轴的转子以及相应的电机，其中，该转子中空轴配备有叠片组件。

背景技术

例如从DE 42 40 045 C1和DE 203 07 198 U1明显看出的是，这样的转子中空轴长期以来就是已知的，并且被用于寻求实现尽可能轻的构造的各种地方。如果转子中空轴是由多个部件“组装的”、特别是由柱形筒和两个端部凸缘“组装的”，则它们也被称为“组装的”转子轴。

关于电机的中空转子轴，也已知的是，介质流动通过这些中空转子轴，特别是出于冷却转子的目的。在这方面，例如参见EP 0 659 308或DE 199 13 199A1，其中冷却介质经由管道被导引到腔体中并且穿过腔体返回到出口。然而，已经发现，这种类型的冷却是不充分的，且其与构造方面的花费和电动机的工作特性的损伤不相匹配。

此外，已知存在这样的电机，即介质例如润滑剂或冷却剂，必须从一端侧输送到另一端侧，这是因为例如油盘设置在一侧，但不同的位置也需要油。在这种情况下，转子只具有输送功能(Durchleitfunktion)。目前已知的中空轴几乎不适合于该功能，这是因为介质是经由形成在轴颈中的窄的管道供应的，并且随后介质分布在具有明显更大直径的中空轴中，以通过窄的管道在另一侧再次出现。对于比如为了将冷却介质供给到定子，对液体介质的这种导引可能是有利的。

在电机具有导引功能的情况下，由于管线横截面的大幅加宽，可能出现由于介质进入中空轴的扩膨、以及中空轴内的湍流而引起的运行不平顺(Laufunruhen)增加。此外，中空轴完全被液体介质充满，其抵消了重量减轻的优点。特别地，对于电机的使用，以液体填充的中空圆柱体对所述中空圆柱体的转动惯性具有不利的影响。在这方面，上述现有技术的缺点在于转子轴腔内的过大介质容积、转子轴过重和/或限制了优化低重量的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种转子中空轴，其结构简单且制造花费不高，同时重量轻、表现出良好的工作特性，还包括优异的导引功能。

所述目的通过权利要求1所述的转子中空轴来实现。从属权利要求描述了有利的实施方式。

相应地，根据本发明，转子中空轴的主要方面在于布置在轴腔内的中空的导引元件，由于高度的层流条件，其确保了液体或气体介质以低摩擦从一个轴颈到另一个轴颈的直流。根据本发明，所述导引元件被装配到端侧轴颈的进入孔中，以便相对于轴腔施加密封作用，使得没有介质进入轴腔内。导引元件穿过围绕的轴腔导引至另一个轴颈，在另一个轴颈处所述导引元件被同样装配为相对于轴腔施加密封作用。在此可以设想转子中空轴的如下实施方式：其中介质在另一侧以直的射流再次同轴地出现。在其它实施方式中，介质流在另一端沿径向方向从导引元件引出，比如为了使冷却介质冲击到定子绕组成为可能。

本发明保证了介质通过中空的柱形转子轴的输送，其中介质特别是液体比如润滑剂和冷却剂，或者气体比如压缩空气。这里，提供了介质在一侧被引导到转子轴中，并且被向前引导至轴向的另一个轴端，或者被引导到另一个轴端处的径向出口点。这里，介质的体积被限制为应用所需的最小可能量，其中这种结构上的设计不依赖于转子轴的结构和腔体积。由于质量相对于旋转轴线同轴且均匀地分布，并且在最佳情况下相对于旋转中心是同心的圆形形式，因此以这种方式实现的轴向介质输送和为此目的所需的装置不会产生不平衡。

通过提供导引元件，导引功能与转子中空轴的其他设计相脱离开，使得尽管存在导引，但是在重量轻的转子轴中保留了几何形状方面可以自由设计的大腔体。在上下文中，要指出的是，所要求保护的特征“装配”还可以意味着，导引元件作为柱形的管以不可拆分的方式特别是通过旋锻工艺一体地形成在端部凸缘上，并且，实际上，形成了可从外部轴向进入的进入孔。然而在一个特别简单的实施方式中，导引元件为以其他方式“组装的”转子的分离的部件，该部件通过密封件装配(安装)到轴颈中，或者在接合工艺中被接合。这里，涉及尤其对导引元件的塑性变形的接合工艺是便利的。

尽管导引元件也适合于气体介质的导引，这是没有问题的，但是根据本发明，转子中空轴的优点在使用诸如油或水的液体介质的情况下是特别有效的。所述优点特别在于这样的事实，即根据本发明的导引元件甚至可以在转子现有的几何形状的情况下使用，由此不需要对叠片组件或定子或其它组件进行结构的修改。相比之下，使用根据本发明的导引元件，使得基本上不依赖于周围的几何形状、同时优化上述功能成为可能。特别是确保了最佳的导引功能以及转子重量最大可能的减少。另一优点是，由于导引元件的流动横截面可以自由地设计，因此介质输送的附加功能可被适配于转子的体积要求和运行特性。

在由于其简单性而特别有利的实施方式中，导引元件是中空的柱形管件，其从一端侧穿过轴腔伸到另一端侧，并且其外径明显地小于轴腔的内径。理想地，轴腔的内径等于进入孔的内径，从而避免出现可能引起湍流的边缘。

在示例性实施方式中，其中导引元件是分离的部件，特别是为管件的形式，在两个变型之间依次进行了区分。在第一变型中，管件被压到柱形容纳部内，该柱形容纳部在端部凸缘的内侧处围绕进入孔的内口。在该第一实施方式中，在每种情况下，管件从进入孔的后面开始。这特别适合于组装的转子。在另一个、第二变型中，管件被压到两个进入孔中，从而在每种情况下均通过其两个外边缘与进入孔的边缘齐平地终止。由此管件自身形成被插入的进入孔。该实施方式特别适合于组装不可拆分的转子轴。

在这两种实施方式中，在这种情况下，可以以与要被导引通过的介质的体积流量要求相适合并且不依赖于转子轴的结构和中空轴的腔体体积的方式来确定导引元件的内径和外径尺寸。在这里，将流过的介质的量限制到实际需要量是有利的。在这方面，导引元件的恒定截面提供了最佳条件。

在第一实施方式的情况下，管件在两侧被有利地压到在相应端部凸缘的内侧形成的环形容纳部中，其中，在每种情况下，在该容纳部中形成有一个密封边缘。这里，密封边缘包括切割环的功能，且使省去附加的密封装置成为可能。这里，具有密封作用的压入与管件的被压到容纳部内的那些端部的变形相关，管件由比端部凸缘更软的材料、特别是铝或塑料制成。这里，管件的外径包括重叠区

也就是说，相对于容纳部的密封边缘直径而言尺寸过大。在压入过程中，通过容纳部内的密封边缘的几何形状，在相对低强度的管件的外径上实现部分塑性材料的移位，其中，在每种情况下，在由相对高强度的材料例如钢组成的端部凸缘内形成容纳部。由此制成的且被切入到软的管件中的密封件在整个温度范围内起作用，而不需要额外的密封装置。根据容纳部的直径，密封边缘的长度在1mm和4mm之间是有利的，其中2mm的长度被证明是特别合适的。

在第一实施方式的情况下，转子中空轴有利地由多个部件构成，特别地由转子的柱形筒、位于其中的管件以及接纳管件并支撑柱形筒的两个端部凸缘构成。所述多个部件可以通过接合工艺组装，其中有利的是，首先将管件压到容纳部中，然后将这种预组装的单元接合到柱形筒，最后，在按压第二端部凸缘的过程中，以并行的过程产生柱形筒与端部凸缘之间的接合连接以及管件与具有密封作用的容纳部的压入连接。

在第二实施方式的情况下，管件被装配到两个进入孔中并且在每种情况下均与进入孔的外边缘齐平地终止，如果管件是在管件和端部凸缘之间存在温度差的情况下被密封地装配到进入孔中则是有利的。为此，在插入通过冷却而有利地“收缩”的管件之前，通过加热端部凸缘或整个转子中空轴来使进入孔变宽。当温度相等时，管件被密封地压到进入孔中。

使用管件还使得可以通过并行运行的相应的多个管件或者在一个管件中的多个管道来实现多个单独的流体横截面。因此可以同时实现不同功能，例如润滑和冷却，或者分别引导不同介质、例如水和油。

附图说明

下面基于附图更详细地描述了根据本发明的转子中空轴的实施方式，在附图中：

图1示出了第一实施方式的转子中空轴，

图2示出了介质流过的转子，

图3示出了第二实施方式的转子中空轴，以及

图4示出了具有径向出口的转子中空轴。

具体实施方式

图1示出了用于电机的转子的旋转对称的转子中空轴。所述转子中空轴包括柱形筒2，该柱形筒在两侧被由钢制成的端部凸缘1封闭，其中在每种情况下在端部凸缘1上均定位有一个轴颈3。这里，轴颈可以以不可拆分的形式形成在端部凸缘上，或者可以是保持在端部凸缘上的分离的部件。在这种情况下，在两个轴颈上设置有同轴的进入孔4，这些进入孔只要它们没有被封闭，就提供通向由柱形筒2围绕的轴腔5的通路。作为导引元件，提供了由软材料比如铝或塑料组成的中空的柱形管件6，可以看出，该中空的柱形管件的外径小于轴腔5的内径。在轴腔5侧处，管件6在两侧被压到围绕进入孔4车出(eingedreht)的、旋成的环形的容纳部7。将管件6压到容纳部7中产生相对于轴腔5的密封作用，使得通过管件6从一个轴颈引导到另一轴颈的液体或气体介质不会进入轴腔5。在这种情况下，管件6的内径比进入孔4的内径略小，其中两个内径近似相等。

将相对较软的管件6压到相对较硬的端部凸缘1的容纳部7中是通过一种特别的连接工艺——密封边缘工艺——实现的。这里，管件6的被压入的端部抵靠于设置在容纳部7中的环形密封边缘8(参见细节Z)而产生塑性变形。

图2示出了具有转子中空轴的转子，该转子中空轴配备有叠片组件(Blechpaketen)9，该转子中空轴在一侧具有一体地形成在柱形筒10上的端部凸缘11并且在另一侧具有被压到柱形筒10中的端部凸缘12。为管件13形式的导引元件被压入到端部凸缘11和12之间，液体介质14沿箭头方向同轴地流过端部凸缘11和12。

图3示出了转子中空轴的第二实施方式，在该情况下，装配到两个进入孔4中的管件6在每种情况下均通过其外边缘16与进入孔的边缘15齐平地终止。在这种情况下，端部凸缘17和柱形筒18是以不可拆分的方式模制的，以在铸造过程中形成转子中空轴。管件6是在存在温度差的情况下被密封地安装到进入孔4中的。

图4示出了根据图3的转子中空轴的设计变型，在该情况下，管件6在一侧被装配到容纳部19中，并且被容纳部19的基部20轴向封闭。介质通过径向地形成在管件6中和容纳部19中的孔21被引导出。

附图标记列表

1 端部凸缘

2 柱形筒

3 轴颈

4 进入孔

5 轴腔

6 管件

7 容纳部

8 密封边缘

9 叠片组件

10 柱形筒

11 一体成型的端部凸缘

12 被压入的端部凸缘

13 管件

14 液体介质

15 进入孔的边缘

16 管件的边缘

17 不可拆分的转子中空轴的端部凸缘

18 不可拆分的转子中空轴的柱形筒

19 盆状的容纳部

20 容纳部的基部

21 径向定向的孔

Claims (14)

1.一种用于电机的转子的转子中空轴，所述转子中空轴具有在两侧由端部凸缘(1，11，12，17)封闭的柱形筒(2，10，18)，其中在每种情况下在所述端部凸缘(1，11，12，17)上均定位有一个轴颈(3)，其中，至少在所述轴颈(3)中的一个轴颈中设置有进入孔(4)，所述进入孔(4)提供通向由柱形筒(2，10，18)所围绕的轴腔(5)的通路，

其特征在于包括导引元件(6，13)，所述导引元件(6，13)装配到所述进入孔(4)中以相对于所述轴腔(5)施加密封作用，并且所述导引元件(6，13)穿过所围绕的轴腔(5)导引至另一个轴颈(3)，在所述另一个轴颈(3)处所述导引元件同样装配为相对于所述轴腔(5)施加密封作用，其中所述导引元件(6，13)允许液体或气体介质(14)的导引；

所述导引元件(6，13)由比所述端部凸缘(1，11，12)软的材料制成。

2.根据权利要求1所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述导引元件是中空的柱形管件(6，13)，所述管件(6，13)的外径小于所述轴腔(5)的内径。

3.根据权利要求2所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述管件(6，13)被压到柱形的容纳部(7)中，所述容纳部(7)在所述端部凸缘(1，11，12)的内侧围绕所述进入孔(4)的内口。

4.根据权利要求3所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述管件(6，13)的内径至少大约等于所述进入孔(4)的内径。

5.根据权利要求3所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述管件(6，13)在两侧被压到位于相应的端部凸缘(1，11，12)的内侧上的容纳部中。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述管件(6，13)是由铝或者塑料制成的，其中所述管件(6，13)由于被压到所述容纳部(7)中而变形，其中在所述容纳部中设置有密封边缘(8)。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的转子中空轴，

其特征在于包括由所述柱形筒(2)、所述管件(6)和所述端部凸缘(1)组成的多部件结构，其中上述部件是在连接过程中被组装的。

8.根据权利要求2所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述管件(6)被装配到两个进入孔(4)中并且在每种情况下均与所述进入孔(4)的外边缘(15)齐平地终止。

9.根据权利要求8所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述管件(6)是在管件(6)与端部凸缘(17)之间存在温度差的情况下被密封地装配到所述进入孔(4)中的。

10.根据权利要求8或9所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述端部凸缘(17)以不可拆分的方式一体地形成在所述柱形筒(18)上。

11.根据权利要求10所述的转子中空轴，

其特征在于，

所述端部凸缘(17)以铸造工艺一体地形成在所述柱形筒(18)上。

12.一种转子，所述转子具有根据前述权利要求中任一项所述的转子中空轴，所述转子中空轴配备有叠片组件。

13.一种电机，所述电机具有根据权利要求12所述的转子。

14.根据权利要求13所述的电机，

其特征在于，

所述电机是异步电动机或者永磁同步电机。

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