CN107532602B - 在旋转件上的叶轮的布置以及用于生产该布置的方法 - Google Patents

Abstract

一种在旋转件上的、优选地在电动马达(1)上的、具体地在外转子马达上的叶轮(3)的布置，其中马达(1)的转矩通过在马达(1)的转子(2)与叶轮(3)或它的叶轮轮毂(4)之间的旋转地固定的连接传递到叶轮(3)，并且其中，所述连接通过在叶轮轮毂(4)与转子(2)之间整合了套筒(6)的压配合来创建，套筒(6)优选地被牢固地分配给叶轮轮毂(4)并且承受机械应力，其特征在于，套筒(6)是多边形的并且至少以轻微的变形压装到转子(2)的表面上，以形成轴向接触表面。还详细说明了用于生产这样的布置的方法。

Description

在旋转件上的叶轮的布置以及用于生产该布置的方法

技术领域

本发明涉及一种在旋转件上的、优选地在外转子马达上的叶轮组件。旋转件还可以是例如形成在内转子马达中的轴或者例如在皮带传动中的轮毂或圆盘。无论如何，术语“旋转件”应该以最广泛的意义来理解。为了简单起见，以下将参考在电动马达上的、具体地在外转子马达上的叶轮组件。

对于通用组件，马达的转矩通过马达的转子与叶轮或者它的叶轮轮毂之间的非旋转连接传递到叶轮。该连接通过在叶轮轮毂和转子之间整合了环状坯件的过盈配合(压配合)来实施，该环状坯件永久地专用于叶轮轮毂、机械地吸收张力。关于永久地专用，应该注意的是叶轮或者叶轮轮毂和环状坯件可以是两个单独的部件，其中当它们压装或者组装到一起时，连接形成。本发明还涉及一种用于生产这样的组件的方法。

背景技术

术语“叶轮”和“外转子马达”或“外转子”应该以最广泛的意义来理解。具体而言，叶轮可以是通风机的风扇轮(轴流式叶轮)，其中风扇轮不可旋转地连接到转子(参阅DE 102011 015 784 A1)。除了轴流式叶轮，叶轮还可以以径向式叶轮和/或斜流式叶轮形成。

本领域中已知用于将风扇轮附接到马达的转子的不同方法。

由铝制成的风扇轮可以与由铝制成的转子一起生产或浇铸。这里的劣势是铝制部件通常昂贵。此外，它们需要大量的精加工工作，并且具体地对于风扇轮，它们不能以灵活的方式使用。具体来说，特别是由于部件的固定分配，导致不能使用相同的部件实施不同方向的空气输送。因此，为了获得期望/必需的方向的空气输送，必须可得到铝制部件的两种不同的组合。

在本领域中已知将由铝或者塑料制成的风扇轮旋拧到马达的转子。按照这种方式，根据风扇轮是如何拧在上面的而可实施两个输送方向。因此，按照这种方式拧在上面的风扇轮提供比上面详细说明的变型更大的灵活性。此外，与由铝制成的部件相比，当使用由塑料制成的风扇轮时，精加工工作显著地减少，并且与由铝制成的风扇轮相比，塑料风扇轮能够比较便宜地生产。因此并非无关紧要的劣势是风扇轮的拧在上面需要更多时间，无论如何因此增加组装成本。

在第三种变型中，风扇轮压装到转子上，具有与拧在上面的风扇轮相同的灵活性，以便能够使用相同的部件实施两个输送方向。组装比旋拧变型简单，并因此是划算的。随着压配合的实施，由钢制成的环状坯件用于在叶轮或者轮毂与转子之间建立固定连接，环状坯件通常在级进模中生产，并且在注射成型工序之前放置在叶轮模具中。

冷凝可以在转子和叶轮(例如风扇轮)之间形成，由于给定的几何形状，导致该冷凝难以移除。当在转子和压装在其上的叶轮的轮毂之间不存在自由通道时，情况尤其是这样。在本领域中这个问题已被公认，并且凹槽被形成在轮毂的表面中，从而削弱了轮毂的机械性能，而且当轮毂被压装在上面时还导致高的张力。

具有深拉钢板外壳的转子频繁地被使用，具体地以便减少成本，转子表面设置有粉末涂料。由于深拉以及粉末涂料的应用，导致必须渡过大的公差带。因此，即使在“最糟糕的情况方案”下，与叶轮一起使用的金属薄片环状坯件必须具有比转子小的直径，以便形成固定连接。无论如何，必须实施确保某一水平的固定的步骤。将被渡过的直径之差可以是例如0.6到0.8mm。根据有限元方法(FEM)的计算已显示：直径的扩张被传递到塑料轮毂。如果0.6mm的直径扩张应用到金属薄片环状坯件并因此应用到轮毂，于是在某种情况下，轮毂非常靠近塑性材料的断裂极限。

上述问题在公布的现有技术中(例如在EP 1 609 996 B1中)已经公认。其中已经讨论在已知的塑料叶轮中使用的圆柱形的金属薄片环状坯件在它被压装在上面时扩张。因为塑料轮毂支撑转子上的环状坯件的整个表面。所以环状坯件的扩张传递到轮毂，致使高的机械张力可以不利地形成在轮毂中，这在某些情况下甚至可以导致轮破裂。进一步的劣势是无法排除冷凝，当温度降至露点温度以下时冷凝可以形成在轮毂中。此外，塑料轮毂抑制经由转子表面的热传递。

为了消除现有技术中公认的劣势，在EP 1 609 996 B1中已提出建议分段的金属环状坯件，其中环状坯件的不同部段具有不同的内径，环状坯件的每个部段是环状坯件的圆柱形的部分。换言之，在现有技术中提出的环状坯件具有弯曲的表面部段，弯曲的表面部段具有沿着环状坯件的圆周均匀地分布的较小的内径，使得环状坯件仅通过具有较小的内径的那些部段而完全地支撑在转子表面上。

然而，在现有技术中提出的问题的解决方案同样是不利的，因为当叶轮在上面滑动时，表面接触从开始就存在，仅在形成于它们之间的具有小半径的凹部区域中获得空间。压装在上面的工序仍然需要施加力并且是困难的，而且存在如下风险：由于意在接触的环状坯件的部段的尺寸，导致当环状坯件被压装在上面时，环状坯件的部段在整个圆周上支撑在转子表面上，致使出现了之前存在的相同的问题。

发明内容

因此，本发明提出重新设计并开发在电动马达上的通用叶轮组件的目标，以便在现有技术中出现的问题至少大体上被消除。应确保叶轮牢固地保持在转子上，其中将叶轮压装到转子上应该简单且快速。当叶轮被压装在上面时，应该有足够的冷空气能够在转子上通过，并应确保冷凝被排出。此外，应确保叶轮在运行过程中产生所有负载期间都牢固地位于转子上。此外，将提供一种用于生产这样的组件的方法。

上述目标通过本发明的特征实现。因此，通用组件的特征在于，环状坯件是多边形的并且压装到转子上，与转子表面形成轴向表面接触，以便环状坯件至少轻微地变形。

根据本发明，已被确认的是当环状坯件是多边形的时候，在叶轮和转子之间通过环状坯件的整合可产生简单且牢固的连接。如果具有虚构的内切圆的环状坯件的内径等于转子的外径，于是环状坯件与转子表面形成轴向的线性接触，转子表面具有数量对应于存在于拐角之间的表面的数量的线，拐角利用它们各自的最小内径以线性方式支撑在转子表面上。当环状坯件滑动到转子上时环状坯件发生变形时，线性接触扩张以形成轴向定向的表面接触，其中留出用于排出冷凝以及用于目的在于冷却的空气循环的空间。

重要地，环状坯件能够由任意材料制成，其前提是它在叶轮的轮毂中或上确保足够的机械稳定性。还可以想到的是，环状坯件在叶轮或叶轮轮毂的生产过程中就会原地生成，例如通过由更稳定的材料制成的区域限定。

按照特别有利的方式，环状坯件被设计为金属环状坯件，其中该环状坯件可以具体地由金属薄片制成，优选地由钢金属薄片制成。按照这样的方式，确保环状坯件足够稳定。

如上所述，环状坯件是多边形组件。此时应该注意，特别是相对于现有技术，即使根据本文要求保护的教导，环状坯件不是理想的圆形组件，术语“环状坯件”也应该被保留。相反，这是多边形组件，例如具有八个拐角的环状坯件，结果是环状坯件在八个拐角之间具有八个表面、具有相应的八个接触线或轴向扩张的接触表面。拐角的优选的或甚至必需的数量大体上取决于转子的直径以及在转子和环状坯件之间必需的间隙。环状坯件的八边形设计以示例的方式详细说明为在70至110mm范围内的直径。在较小直径的情况下，环状坯件可以具有三个拐角，在较大直径的情况下，环状坯件可以具有16个拐角。

具体而言，金属薄片环状坯件可以注塑成型到轮毂的内表面上、到穿过轮毂的通道中、到轮毂的材料中。在叶轮或轮毂的注塑成型生产的框架中，环状坯件必须插入注塑模具中。还可以想到的是，轮毂至少部分地被涂覆，并且通过涂层牢固地连接到叶轮。环状坯件不绝对地需要完全被涂覆。当环状坯件没有被完全涂覆时，间隙在环状坯件和叶轮轮毂之间形成。这些间隙导致在环状坯件被压装在上面并变形之后在环状坯件和轮毂之间不存在连续的接触，以便在轮毂或叶轮中不引起张力或仅引起轻微的张力。有利地，环状坯件仅在它没有变形或仅经历非常轻微的变形的那些位置被涂覆。

环状坯件的内径或内接在多边形环状坯件中的圆的直径小于转子的外径。由于这种措施，可以将环状坯件压装到转子上，其中拐角之间的表面在环状坯件被压装在上面时变形，形成上述接触表面。

具体而言，可以选择环状坯件的内径使得当环状坯件在上面滑动时，初始的轴向的线性接触扩张以形成轴向表面部段或表面接触。重要的是，在拐角区域中保持足够的通道，以便一方面确保沿着转子表面的通风，且另一方面确保冷凝的排出。在环状坯件被压装在上面并变形之后，保持不与转子表面接触的区域。

环状坯件可以具有便于使叶轮滑动到或压装到转子上的结构措施。因此有利的是，当环状坯件在边缘区域中至少在一侧具有周向的扩口时，便于使之滑动到或压装到转子上。如果在环状坯件的两侧形成这样的边缘区域，于是通过环状坯件能够从两侧滑动或压装在上面的这种便利，改善了用于两个空气输送方向的相同的叶轮或风扇轮使用。

根据本发明的方法通过本发明的特征实现了引言中详细说明的目标。该方法涉及根据本发明的对应于上述说明的组件的生产。

首先，提供马达，其中该马达可以是电动马达，具体地是外转子马达。优选地它由工件安装件垂直地支撑，以便当马达保持在固定位置时，进行叶轮或风扇轮的安装。

此外，提供用于安装的叶轮或风扇轮，其中该叶轮包括对应于根据本发明的组件的多边形环状坯件。环状坯件整合在叶轮的通道中，以便环状坯件用于将叶轮附接到转子。

根据介质的期望的输送方向，叶轮与马达相关地定位，以便相同的叶轮可以用于两个输送方向。然后使叶轮滑动到转子上并压装在转子上，使环状坯件变形，以便存在关于转子表面的轴向分段的表面接触，在表面接触之间具有开放的通道，流体-空气和/或水可以穿过该通道流动。

结果，根据本发明，在具有减小的机械张力的叶轮和转子表面之间获得足够令人满意的连接。由于存在于环状坯件的拐角中的轴向通道，可以排出当温度降至露点温度以下时形成的冷凝，而不必为轮毂提供另外必需的凹槽。通道还用于在转子表面上引导冷却空气，以便散热。

附图说明

现在存在有利地实施并发展本发明的教导的多种可能性。为此，一方面参考本发明的优选实施例，另一方面参考基于附图对本发明的优选示例性实施例的以下说明。通过与基于附图对本发明的优选示例性实施例的说明结合，该教导的优选的设计和发展以通常的方式解释。在附图中：

图1示出了根据本发明的处于组装状态的组件的示例性实施例的示意图，具体而言，组件是轴流式通风机，

图2以示意性主视图示出了图1的主要内容，

图3以局部剖视的方式、以示意性侧视图示出了图1和图2的主要内容，

图4以类似于图1的示意图示出了图1至图3的主要内容的但没有转子的叶轮，

图5以类似于图3的视图示出了来自于图4的但没有转子的叶轮，以及

图6示出了金属薄片环状坯件的示例性实施例的示意图，该金属薄片环状坯件对应于在根据图1至图5的叶轮中使用的设计。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本发明的组件，组件包括具有转子2的电动马达1，其中在下文中被称为风扇轮3的叶轮压装到转子2上。风扇轮3的轮毂4与转子2或者转子2的表面之间的非旋转连接通过压配合产生。

叶片5设置有空气动力学特征，关于根据本发明的教导，空气动力学特征并不发挥作用。

此时应该注意的是，风扇轮3压装到转子2上以便形成具体的流动方向。对于相反的流动方向，在不改变风扇轮3的类型和设计的情况下，能够通过将风扇轮3压装在面向另一个方向的转子上而形成。

图2以俯视图示出了图1中的主要内容，其中能够在示意图中看见多边形的环状坯件6在风扇轮3的轮毂4与转子2之间，环状坯件6的表面与转子2的表面接触，这能够被称为拓宽的线性接触。最后，这关系到轴向延伸的分段的接触表面，该接触表面或多或少地根据环状坯件6的变形作出判断。

图3以局部剖视的示意性侧视图示出了图1和图2的主要内容。图3清楚地示出了在本文选定的示例性实施例中，环状坯件6设计成金属薄片环状坯件，金属薄片环状坯件整合到风扇轮3的轮毂4的材料中。环状坯件6涂覆有与风扇轮相同的材料，例如塑料。

图3还表明了环状坯件6具有位于一侧的张开区域7。不论这些，其中模制有环状坯件6的风扇轮3设计为使得对于两个输送方向，风扇轮3能够自动地压装到转子2上。对于两个输送方向提供单个风扇轮，结果是显著地降低了存储成本。由此产生最大化的灵活性。

图4示出了来自于图1至图3的但没有转子的组件的风扇轮3。风扇轮3的轮毂4在内部设置有八边形设计的环状坯件6。当环状坯件没有在上面滑动时，即根据来自于图4的描述，在环状坯件6的拐角8之间延伸的平坦平面9具有共同的最小半径，最小半径由具有内切圆的这些表面9各自的中心接触点形成。相对于转子2的表面，这个半径必须小于转子2的外径，以便使得整合了环状坯件6的轮毂4能够压装到转子上，同时使得环状坯件6变形，更准确地说，同时使得在拐角8之间延伸的最初平坦的平面9变形。

应该注意的是，对于环状坯件6，在不放弃本发明的教导的情况下，环状坯件6能够表现出任意的措施，例如压花或者卷边等以便改善稳定性/刚度。

图5以对应于图3的图示出了图4中的但没有马达1/转子2的主要内容。此处，也能够看出整合的环状坯件6具有其拐角8和表面9。

最后，图6在本示例性实施例中以八边形单独地示出了环状坯件6，八边形具有位于它们之间的表面9，表面9用作关于转子2的支撑表面并且在轮毂4或者风扇轮3压装到转子2上时发生变形，结果是当遭受相应的张力时机械的扩张。

图6还示出了圆周的张开区域7，圆周的张开区域7便于张开区域7沿一个方向滑动到转子2上并压装在转子2上。离散的张开部7设置在分段设计的环状坯件6的相对侧上，这便于面向另一个方向的在上面滑动或者压装在上面。两个边缘区域中的每一个能够具有圆周的张开部7或者独立的离散的张开部7。

对于根据本发明的教导的进一步有利的实施例，为了避免重复，参考一般描述和所附的权利要求书。

最后，清楚地阐明的是，上述示例性实施例仅用作用于解释要求保护的教导的手段，同时这些教导不限于示例性实施例。

参考标记的列表

1 电动马达

2 转子

3 叶轮、风扇轮

4 轮毂、叶轮轮毂

5 叶片

6 环状坯件

7 扩张的边缘区域(环状坯件的边缘区域)，张开部

8 环状坯件的拐角

9 环状坯件的平坦表面

Claims (19)

1.一种在马达的旋转件上的叶轮组件，其中所述马达(1)的转矩通过在所述马达(1)的转子(2)与叶轮(3)或它的叶轮轮毂(4)之间的非旋转连接传递到所述叶轮(3)，并且其中，所述连接通过在所述叶轮轮毂(4)与所述转子(2)之间包含环状坯件(6)的压配合实施，所述环状坯件(6)吸收机械张力，其特征在于，所述环状坯件(6)实施为是多边形的、具有在拐角(8)之间的平坦的表面(9)，其中，在将所述环状坯件(6)压装到所述转子(2)上时，在所述拐角(8)之间延伸的所述平坦的表面(9)在形成与所述转子(2)的表面的轴向接触表面的情况下至少轻微地变形。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述马达是电动马达。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述马达是外转子马达。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)永久地专用于所述叶轮轮毂(4)。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)在所述叶轮(3)或所述叶轮轮毂(4)的生产过程中原地生成。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)是金属环状坯件。

7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)由金属薄片制成。

8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)模制在所述轮毂(4)的内侧上、模制在所述轮毂(4)的通道中、模制到所述轮毂(4)的材料中，或者所述环状坯件至少部分地被涂覆。

9.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)由钢金属薄片制成。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)是八边形的。

11.根据权利要求1至9中的任一项所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)的内径小于所述转子(2)的外径。

12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)的内径选择为使得当所述环状坯件(6)在上面滑动时，初始的轴向的线性接触扩张以形成轴向表面接触。

13.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)的内径选择为使得在所述环状坯件(6)被压装到上面并变形之后，保持不与所述转子(2)的表面接触的区域。

14.根据权利要求12所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)的内径选择为使得在所述环状坯件(6)被压装到上面并变形之后，保持不与所述转子(2)的表面接触的区域。

15.根据权利要求1至9中的任一项所述的组件，其特征在于，所述环状坯件(6)具有在边缘区域(7)中的分区的或分段的或者周向的张开部，以便于滑动到并且压装到所述转子(2)上。

16.一种用于生产根据权利要求1至15中的任一项所述的组件的方法，其特征在于以下步骤：

提供马达(1)；

提供具有多边形的环状坯件(6)的叶轮(3)，所述环状坯件(6)整合在所述叶轮(3)的通道中；

根据期望的输送方向相对于所述马达(1)定位所述叶轮(3)；

使所述叶轮(3)滑动到所述转子(2)上，同时使具有在拐角(8)之间延伸的平坦的表面(9)的所述多边形的环状坯件(6)变形，以便形成关于所述转子(2)表面的轴向分段的表面接触，使得开放的通道区域位于所述表面接触之间，其中，在将所述环状坯件(6)压装到所述转子(2)上时，在所述拐角(8)之间延伸的所述平坦的表面(9)在形成与所述转子(2)的表面的轴向接触表面的情况下至少轻微地变形。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述马达(1)是外转子马达。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述马达(1)由工件安装件垂直地保持。

19.根据权利要求16至18中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述叶轮(3)的生产过程中，环状坯件(6)选择为具有内径，所述内径具有的尺寸使得当所述环状坯件(6)压装到上面时，初始的轴向的线性接触扩张以形成轴向表面接触，以便在所述环状坯件(6)压装到上面并变形之后，在接触表面之间保持不与所述转子(2)的表面接触的区域。

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