CN111864934A - 电机的转子和用于制造这种转子的方法 - Google Patents

Abstract

一种电机的转子(10)，该转子具有：轴(11)；被布置在该轴(11)上的板组(12)；被布置在该轴(11)上的平衡体(13)，这些平衡体具有偏重心的凹陷(15)，其中相应的平衡体(13)是藉由该凹陷(15)以限定的角度位置被装配在该转子(10)的轴(11)上的；和被布置在该轴(11)上的定位套筒(20)，这些定位套筒限定该轴(11)的轴承(16，17)与该板组(12)或与这些平衡体(13)之间的间隔，并且这些定位套筒为这些平衡体(13)提供防旋转保护。

Description

电机的转子和用于制造这种转子的方法

技术领域

本发明涉及一种电机的转子和一种用于制造这种转子的方法。

背景技术

电机的转子具有支承在轴承中的轴和定位于轴上的板组，其中在该板组的磁体套中定位有磁体。这些磁体形成极对。电机的转子的板组可以形成为分段的板组，该分段的板组由在该轴的轴向方向上看彼此并排或彼此前后定位的多个板组段组成。

即使在通常对称的转子构造方式下，转子的各个组件的制造偏差也导致不平衡。如果转子的不平衡超过极限值，则在电机的运行中产生不希望的振动、噪音或提前失效。

为了补偿电机的转子的不平衡，从实践中已知平衡电机的转子。在此，通过在转子处的质量平衡来消除不平衡。

在平衡中，质量平衡可以通过去除质量(所谓的负平衡)或通过添加质量(所谓的正平衡)来进行。负平衡也可以称为减法平衡，而正平衡也可以称为加法平衡。

根据实践，通常使用负平衡来用于平衡电机的转子。然而电机的转子在负平衡的情况下的损伤对于高功率机器而言是不可容忍的。

因此，从实践中已知，除了上文提及的轴、板组以及磁体的组件之外，在电机的转子处还准备了牺牲质量，可以从其中去除质量以进行负平衡。此类用于负平衡的牺牲质量也称为平衡盘。然而设置这种平衡盘具有以下缺点：一方面提高了转子的轴向结构长度且另一方面提高了转子的质量。

为了避免负平衡的这些缺点，可以替代性地使用正平衡来平衡电机的转子。在正平衡中，将物料逐点地施加到电机的转子上，更确切地仅施加在转子的用于使不平衡最小化所需的位置处。通过正平衡得以平衡的转子比通过负平衡得以平衡的转子更轻。

对于电机的以超过15,000转/分钟的转速或者甚至以超过17,000转/分钟的转速运行的转子而言，从现有技术已知的用于负平衡的方法以及从现有技术已知的用于正平衡的方法均不适用，更确切地尤其鉴于在短周期内对这种转子的工业制造均不适用。

因此，存在对电机的新型转子、尤其是快速运行的电机的新型转子的需求，该转子是可以在短周期内以较小的不平衡制造的。本发明还涉及一种用于制造电机的这种转子的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种电机的新型转子和一种用于制造这种转子的方法。这个目的是通过根据本发明所述的电机的转子来实现的。

根据本发明的转子具有轴。根据本发明的转子还具有被布置在该轴上的板组。

根据本发明的转子还具有被布置在该轴上的平衡体。每个平衡体具有偏重心的凹陷，其中相应的平衡体是藉由该凹陷以限定的角度位置被装配在该转子的轴上的。优选地，相应的偏重心的凹陷根据待平衡的转子的初始不平衡的量值被引入相应的平衡体的坯件中。优选地，该限定的角度位置是与所测定的初始不平衡的取向相关的，相应的平衡体以该限定的角度位置被装配在该转子的轴上。

根据本发明的转子还具有被布置在该轴上的定位套筒，这些定位套筒限定该板组或这些平衡体与该轴的轴承之间的间隔并且为这些平衡体提供防旋转保护。

可以在短周期内以较小的不平衡制造根据本发明的转子。

在此，被定位在根据本发明的转子的轴上的平衡体用于平衡待平衡的转子，即消除该转子的初始不平衡。

同样被定位在根据本发明的转子的轴上的定位套筒主要用于板组和平衡体的轴向定位以及平衡体的防旋转保护。

在此相对于板组的两侧被定位在转子的轴上的定位套筒一方面限定轴的轴承与板组或与平衡体之间的间隔，以便尤其在高转速并且在此作用的高离心力的情况下将板组以及平衡体固定在其位于轴上的轴向位置中。此外，定位套筒用于固定平衡体以防止旋转。于是，即使在高转速的情况下也可以确保转子的较小的不平衡。

根据本发明的一个有利的改进方案，相应的定位套筒具有突出部，该突出部接合到相邻或邻接的平衡体的凹口中。相应的突出部沿轴向方向朝该相邻或邻接的平衡体的相应的凹口中延伸。由此可以特别有利地为轴上的平衡体提供防旋转保护。

根据本发明的一个有利的改进方案，至少一个定位套筒形成为滑动接触部的接触面，藉由该滑动接触部可以降低或消除该电机的转子与定子之间的电压。根据本发明的这个有利的改进方案，相应的定位套筒除了间隔保持功能或轴向固定功能以及除了防旋转功能之外还承担另外的功能，即降低在运行中可能形成的电势差以及因此在电机的转子与定子之间的电压。为此，形成为滑动接触部的接触面的定位套筒优选在其径向的圆周面或径向的外侧面上是镀银的，其中滑动接触部沿着这个镀银的面滑动。

本发明还涉及一种用于制造电机的转子的方法。根据本发明的方法包括至少以下步骤：提供电机的待平衡的转子，其中该转子具有轴和被布置在该轴上的板组。提供平衡体，这些平衡体具有偏重心的凹陷。将这些平衡体以限定的角度位置装配在该轴上。提供定位套筒。将这些定位套筒装配在该轴上，其中这些定位套筒限定该板组或这些平衡体与该轴的轴承之间的间隔并且为这些平衡体提供防旋转保护。利用这种方法可以特别有利地制造电机的转子，更确切地在短周期内以较小的不平衡制造。

优选地，提供这些平衡体包括以下步骤：提供具有长度的坯件，该长度小于该板组的外直径。测定该待平衡的转子的初始不平衡的量值和取向。通过根据所测定的初始不平衡的量值将相应的偏重心的凹陷引入相应的坯件中来加工这些坯件以形成这些平衡体。这些细节同样用于在短周期内以较小的不平衡制造电机的转子。

优选地，该限定的角度位置是与所测定的初始不平衡的取向相关的，相应的平衡体以该限定的角度位置被装配在该轴上。这个细节同样用于在短周期内以较小的不平衡制造电机的转子。

根据用于制造电机的转子的方法的一个有利的改进方案，测定该轴的轴承之间的轴向间隔。还测定该转子的轴向尺寸，尤其该板组的轴向宽度。根据这些轴承的轴向间隔和该转子的轴向尺寸来加工这些定位套筒，以设定这些定位套筒的轴向尺寸。由此可以以简单的方式方法确保电机的转子相对于该电机的定子位于正确的轴向位置。由此尤其可以防止在电机运行中的功率损失。

附图说明

本发明的优选改进方案自说明书和附图中得出。本发明的实施例将借助附图进行详细说明，但并不局限于此。在附图中：

图1示出穿过根据本发明的电机的转子的示意性横截面，

图2示出根据本发明的转子的定位套筒的不同视图，

图3示出根据本发明的转子的平衡体的不同视图，

图4示出用于展示用于平衡电机的转子的步骤的图解。

具体实施方式

本发明涉及电机的转子、尤其是快速运行的电机的如下转子，这些转子在运行中以超过15,000转/分钟、尤其以超过17,000转/分钟的转速旋转。这种电机涉及在高功率车辆中用作驱动设备的电机。本发明还涉及一种用于制造这种电机的转子的方法。

图1示出在电机的转子10的区域中穿过该电机的示意性横截面。转子10具有轴11，该轴藉由轴承16、17可旋转地支承在电机的所谓的定子的壳体18中。这些轴承中的第一轴承(图1中的轴承16)在此形成为固定轴承；与此相反，这些轴承中的另一个轴承(图1中的轴承17)实施为浮动轴承。

这两个轴承16、17中的每个轴承具有在轴侧的轴承内圈16a、17a以及在壳体侧的轴承外圈16b、17b。在形成为浮动轴承的轴承17的轴承外圈17处以邻接于该轴承的方式支撑有弹簧元件，尤其弹簧圈24，以便因此对于浮动轴承而言允许其在轴11的轴向方向上轴向移动。

电机的转子10还具有被布置在轴11上的板组12。在此，板组12由多个板组段12a组合成，在轴11的轴向方向上观察，这些板组段彼此并排或彼此前后地定位。

在轴11上除了板组12的板组段12a之外，还布置有平衡体13。在轴11的轴向方向上观察，在此在板组12的每个轴向末端12b、12c处布置有平衡体13，藉由该平衡体来消除或补偿包括轴11和板组12的转子10的初始不平衡。如在下文中还将详细描述的，平衡体13中的每个平衡体具有偏重心的凹陷15，该凹陷根据待平衡的转子的所测定的初始不平衡的量值被引入平衡体13的坯件13'中。相应的平衡体13藉由其相应的凹陷15装配在待平衡的转子10的轴11上，更确切地通过以下方式，使得平衡体13抵靠相应的外部的板组段12a，并且其中相应的平衡体13以与待平衡的转子的所测定的初始不平衡的取向相关的角度位置被装配在轴11上。

在根据本发明的电机的转子10的轴11上额外布置有定位套筒20。相对于板组12的轴向末端12b、12c定位在转子10的轴11上的定位套筒20一方面限定轴承16、17与板组12或与平衡体13之间的轴向间隔，另一方面定位套筒20为平衡体13提供防旋转保护。

根据图1，定位套筒20中的每个定位套筒以轴向末端支撑在相应的轴承16、17处，即相应的轴承的轴承内圈16a、17a处。相应的定位套筒20以相反的末端支撑在相应的平衡体13处。

藉由定位套筒20可以设定板组12与两个轴承16、17之间的精确间隔，以便因此尤其设定转子10相对于电机的定子的精确的相对位置并且避免在运行中的功率损失。还可以藉由定位套筒20防止板组12由于在运行中形成的转速以及因此在运行中形成的离心力从轴11的抬离以及沿着轴11的轴向移位。因此，定位套筒20不仅承担间隔保持功能，而且承担轴向固定功能。

此外，定位套筒20为平衡体13提供防旋转保护，由此在运行中，这些平衡体相对于板组12始终保持在与所测定的初始平衡的取向相关的角度位置中的定位。

为了简单并且可靠地为平衡体13提供这种防旋转保护，相应的定位套筒20具有突出部21，该突出部接合到凹口22中，该凹口优选地在凹陷15的区域中被引入平衡体13中。

图2示出定位套筒20的不同视图。图3示出平衡体13的不同视图。因此，图2示出：定位套筒20具有突出部21，在轴11的轴向方向上观察以及在定位套筒20的轴向方向上观察，该突出部在该定位套筒的限定的圆周位置处形成或在轴向延伸部中延伸。凹口22被引入平衡体13的凹陷15中。在装配状态中，定位套筒20以其突出部21朝平衡体13的凹口22中延伸并且因此提供防旋转保护。

根据本发明的一个有利的改进方案，至少一个定位套筒20形成为滑动接触部23的接触面。因此图1示出：与板组12的末端12c相邻的、被布置在板组12的末端12c与轴承16之间的定位套筒20与滑动接触部23共同作用，该滑动接触部在运行中沿着定位套筒20的外部的表面或外表面滑动。在此，这个定位套筒20的外部的表面或外侧面优选是镀银的，由此，电机的转子10与定子之间在运行中形成的电压藉由滑动接触部23——该滑动接触部在运行中沿着定位套筒20的镀银表面滑动——可以特别有利被导出或减小。

以下详细描述根据本发明的用于制造转子10的方法，其中这个用于制造电机的转子10的方法的要素是平衡转子10。对转子10的这种平衡从图4中详细得出。

在图4中以I、II、III、IV、V和VI示出了平衡转子10时的各个步骤。

在第一步骤I中，首先提供电机的待平衡的转子10。待平衡的转子10具有轴11以及被布置在轴11上的板组12。

板组12具有(未示出的)磁体套，其中容纳有(同样未示出的)磁体。

在第二步骤II中，提供用于平衡体13的坯件13'，其中在图4中示意性地示出了这样的坯件13。

坯件13优选地由顺磁性且金属的材料制成，例如由顺磁性的钢制成。坯件13具有长度l，该长度小于转子10的板组12的外直径d。坯件13的宽度b小于其长度l。

优选地，坯件13的长度l为待平衡的转子10的板组12的外直径d的60％与90％之间，优选地60％与80％之间。

坯件13的厚度通常介于0.3mm与1.0mm之间。

在第一步骤I中提供待平衡的转子10之后以及在第二步骤II中提供坯件13之后，在第三步骤III中确定待平衡的转子10的初始不平衡。为了测定待平衡的转子10的初始不平衡，在不平衡试验台上根据箭头14来旋转地驱动该转子。在此，在初始不平衡的量值和取向方面对初始不平衡进行测定。在此优选地，相对于板组12的两个轴向末端12b、12c来测定待平衡的转子10的初始不平衡的相应的量值和相应的取向。作为不平衡测定的结果，优选地存在四个测量值，更确切地：对于板组12的轴向末端12b而言存在的待平衡的转子10的初始不平衡的第一量值和第一取向以及对于第二末端12c而言存在的第二量值和第二取向。

在后续的第四步骤IV中，根据相应的所测定的初始不平衡的量值来加工坯件13'。通过以下方式来加工坯件13'，即尤其通过冲压将偏重心的凹陷15引入相应的坯件13'中。相应的平衡体13可以藉由这个偏重心的、圆形的凹陷15被装配在待平衡的转子10的轴11上。在步骤IV的加工中引入坯件13'中的凹陷15的直径适配于待平衡的转子10的轴11的直径，尤其以如下方式，使得可以将相应的平衡体13以限定的配合(尤其以间隙配合)被布置在待平衡的转子10的轴11上。

图4在步骤IV中示出坯件13'的重心S、以及优选地通过冲压被引入坯件13'中的凹陷15的中心M。在此，重心S与中心M之间的间隔x与待平衡的转子10的相应的所测定的初始不平衡的量值相关。待平衡的转子10的初始不平衡的量值越大，这个间隔x就越大。根据相应的初始不平衡的量值来确定重心S与中心M之间的间隔x；并且据此优选地通过冲压将凹陷15引入相应的坯件13'中。如已经解释的，在待平衡的转子10的板组12的两个末端12b、12c的区域中可以存在不同的初始不平衡的量值，使得于是对于每个末端12b、12c而言，将单独的凹陷15——该单独的凹陷具有相应的凹陷15的中心M至相应的坯件13的重心S的单独的间隔x——引入待定位在相应的末端12b、12b处的平衡体13中、引入该平衡体的坯件13'中。

在步骤IV中根据相应的所测定的初始不平衡的量值加工坯件13'之后，在第五步骤V中将经加工的坯件13'以及因此平衡体13以与所测定的初始不平衡的取向相关的角度位置装配在待平衡的转子10上。因为在两个轴向末端12b、12c中的一个末端处不仅初始不平衡的相应的量值可以是不同的，而且初始不平衡的相应的取向也可以是不同的，所以在每个轴向末端12b、12c的区域中，相应的平衡体13可以以单独的角度位置被装配在待平衡的转子10处。

将平衡体13装配在待平衡的转子10的板组12的轴向末端12b、12c处通过将平衡体13藉由其相应的凹陷15在转子10的相应的末端处插到轴11上来实现。

在进一步的步骤VI中，可以任选地用类似于步骤III的再一次的平衡过程(然而用装配的平衡体13)来检查平衡的结果。

在将平衡体13装配在转子10的轴11上之后，提供定位套筒20并且将这些定位套筒装配在轴11上，其中，如已经解释的，定位套筒20限定板组12或平衡体13与轴11的轴承16、17之间的间隔，并且还为平衡体13提供防旋转保护。在此，定位套筒20以如下方式在轴11上取向并且装配，使得这些定位套筒的突出部21轴向地伸入平衡体13的槽状的凹口22中，以便因此提供防旋转保护。在此，使定位套筒20优选地收缩或压紧到轴11上，以使这些定位套筒被固定在其位于轴11上的位置中。

根据一个有利的改进方案提出：测定轴承16、17之间的轴向间隔和转子10的轴向尺寸，尤其板组12的轴向宽度。随后，根据轴承16、17的轴向间隔以及根据转子10的轴向尺寸可以加工已提供的定位套筒20，以设定其轴向长度，并且因此最终使转子10精确地相对于电机的定子取向或定位。

优选地，定位套筒20的这种加工通过在其末端处的打磨来实现，更确切地，在其不具有突出部21的末端处，即在与突出部21相反的末端处来实现。

因此，根据本发明提出一种电机的转子10和一种用于制造这种转子的方法，其中转子10包括平衡体13，以补偿转子10的初始不平衡。在此，这种平衡体13涉及偏重心的凹陷15根据转子10的初始不平衡所引入的元件，相应的平衡体13随后籍由该凹陷被串在轴11上。在此，在待平衡的转子10的板组12的每个轴向末端12b、12c处装配有单独加工的平衡体13，更确切地根据初始不平衡的相应取向以限定的角度位置来装配。定位套筒20将相应的平衡体13固定在这个限定的角度位置以免无意的旋转。

本发明尤其在电机的转子中使用，这些转子在运行中以尤其高于15,000转/分钟的高转速，尤其以高于17,000转/分钟的转速转动。转子可以以较低重量和较小的轴向尺寸在短周期内以较小的不平衡制造。在轴上不需要轴肩。

Claims (12)

1.一种电机的转子(10)，该转子具有：

轴(11)；

布置在该轴(11)上的板组(12)；

布置在该轴(11)上的平衡体(13)，这些平衡体具有偏重心的凹陷(15)，其中相应的平衡体(13)是藉由该凹陷(15)以限定的角度位置被装配在该转子(10)的轴(11)上的；

布置在该轴(11)上的定位套筒(20)，这些定位套筒限定该轴(11)的轴承(16，17)与该板组(12)或与这些平衡体(13)之间的间隔，并且这些定位套筒为这些平衡体(13)提供防旋转保护。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，

相应的平衡体(13)的偏重心的凹陷(15)根据待平衡的转子的初始不平衡的量值被引入该平衡体(13)的坯件(13')中，

该限定的角度位置是与所测定的初始不平衡的取向相关的，相应的平衡体(13)以该限定的角度位置被装配在该轴(11)上。

3.根据权利要求1或2所述的转子，其特征在于，

在该轴(11)的轴向方向上观察，在该轴(11)上在该板组(12)的每个轴向末端(12b，12c)处分别布置有至少一个平衡体(13)并且分别布置有定位套筒(20)，

相应的定位套筒(20)被布置在相应的轴承(16，17)的轴承内圈(16a，17a)与在相应侧布置的该平衡体(13)或每个平衡体之间。

4.根据权利要求1至3之一所述的转子，其特征在于，相应的定位套筒(20)具有突出部(21)，该突出部接合到相邻或邻接的平衡体(13)的凹口(22)中。

5.根据权利要求4所述的转子，其特征在于，相应的突出部(21)沿轴向方向延伸到该相邻或邻接的平衡体(13)的相应的凹口(22)中。

6.根据权利要求1至5之一所述的转子，其特征在于，至少一个定位套筒(20)形成为滑动接触部(23)的接触面，藉由该滑动接触部能够降低该电机的转子与定子之间的电压。

7.一种用于制造电机的转子(10)的方法，该方法具有至少以下步骤：

提供电机的待平衡的转子(10)，其中该转子(10)具有轴(11)和被布置在该轴上的一个或多个板组(12)；

提供平衡体(13)，这些平衡体具有偏重心的凹陷(15)；

将这些平衡体(13)以限定的角度位置装配在该轴(11)上；

提供定位套筒(20)；

将这些定位套筒(20)装配在该轴(11)上，其中这些定位套筒限定该板组(12)或这些平衡体(13)与该轴(11)的轴承(16，17)之间的间隔，并且为这些平衡体(13)提供防旋转保护。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，这些平衡体(13)的提供包括以下步骤：

提供具有长度(l)的坯件(13')，该长度小于该板组(12)的外直径(d)；

测定待平衡的转子(10)的初始不平衡的量值和取向；

通过根据所测定的初始不平衡的量值将相应的偏重心的凹陷(15)引入相应的坯件(13')中来加工这些坯件(13)以形成平衡体(13)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该限定的角度位置是与所测定的初始不平衡的取向相关的，相应的平衡体(13)以该限定的角度位置被装配在该轴(11)上。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，

关于该板组(12)的两个轴向末端(12b，12c)来测定待平衡的转子(10)的初始不平衡的相应的量值和相应的取向，

对于每个轴向末端(12b，12c)，根据该初始不平衡的相应的量值来个别地加工相应的坯件(13')，并且根据该初始不平衡的取向来个别地装配相应的平衡体(13)。

11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，使这些定位套筒(20)收缩或压紧到该轴(11)上。

12.根据权利要求7至11之一所述的方法，其特征在于，

测定这些轴承(16，17)之间的轴向间隔，

测定该转子(10)的轴向尺寸，尤其该板组(12)的轴向宽度，

根据这些轴承(16，17)的轴向间隔和该转子(10)的轴向尺寸来加工这些定位套筒(20)，以设定这些轴向套筒的轴向尺寸。

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