CN113366732A

CN113366732A - 在轴上接合叠片

Info

Publication number: CN113366732A
Application number: CN201980089432.5A
Authority: CN
Inventors: 克劳斯·比特纳; 克劳斯·基希纳; 马蒂亚斯·瓦尔穆特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Yinmengda Co ltd
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-09-07
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: EP3867998B1; US20220077737A1; WO2020148048A1; EP3683933A1; CN113366732B; EP3867998A1

Abstract

本发明涉及一种旋转电机的转子(6)的叠片(1)，叠片具有带有半径(R1)的轴孔(3)、至少两个穿引槽(7)和两个间隙凹部(10)，其中，穿引槽(7)各自具有至少一个径向向内指向轴线(12)的叠片舌片(8)，以使得叠片舌片(8)的径向向内指向的端部(9)在半径(R2)上，其中，R2小于R1。

Description

在轴上接合叠片

技术领域

本发明涉及一种旋转电机的转子的叠片、旋转电机的转子的叠片组、具有这样构造的转子的电机和用于制造转子的方法。

背景技术

电机被用作为发电机或发动机。在发动机的情况下，由其产生的转矩从转子或转子叠片组传递到轴上。在此，要保障轴上的叠片组的稳定性。这首先在垂直构造的发动机的情况下是适用的。因此，对此所要求的压配合具有轴相对于叠片组的组孔或轴孔的相对较高的过盈。

在压紧叠片组的情况下，将轴以理想的方式支撑在轴镜面上，以便获得尽可能大的面积作为支撑。为了在将叠片组推到轴上时限制轴向的压紧力或接合力，将转子的叠片组加热到大约250℃至300℃。由此实现了轴孔的热膨胀，从而减小了要求的轴向的接合力。因此，能够实现的是，在接合过程期间保持在轴的支撑面的允许的抗压强度之下。然而在此，在具有不合适的长度和直径比的轴中出现轴弯折的危险。由此，得出下述缺点：

必须在接合时加热转子和叠片组，以便减少接合力，这要求处理热部件，这在工作保护的观点中是要避免的。

此外，不能够直接立刻进行之后的制造过程(如转子的过度扭转或抬升)。转子首先必须再次冷却到室温。由此，明显妨碍了将该制造步骤集成到转子或电机的链式的自动化制造中。特别地，在转子的高差异的情况下、即不同的轴直径、转子直径和在叠片组的不同的轴向长度的情况下要考虑不同的加热和冷却时间。

传递转矩的另一个可行性是，将具有滑键保护的转子的叠片组接合到轴上。然而，在斜切转子时，必须将滑键保护清除。

在粘合连接时也要考虑硬化时间，此外，粘合剂在热波动情况下、如在电动机运行时一定出现的热波动的情况下粘合剂的耐久性受到限制。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于，提供一种转子的叠片组与轴之间的连接，该连接也适用于自动化制造，但是不具有上述缺点。

该目的的解决方案通过旋转电机的转子的叠片来实现，叠片具有带有半径R1的轴孔、至少两个穿引槽和两个间隙凹部，其中，穿引槽各自具有至少一个径向向内指向轴线的叠片舌片，使得叠片舌片的径向指向内部的端部的半径为R2，其中，R2小于R1。

该目的的解决方案同样通过具有根据本发明的叠片的旋转电机的转子的叠片组来实现，其中，使得转子的叠片以沿轴向分层的顺序在轴向方向上至少逐段地分层，分层方式为使得具有叠片舌片的叠片布置在在叠片之间的区域中具有间隙凹部的叠片之间。

该目的的解决方案同样通过具有带有根据本发明的叠片组的转子的电机来实现。

该目的的解决方案同样通过根据本发明的旋转电机在压缩机、泵和机床中的应用来实现。

该目的的解决方案同样通过用于将根据本发明的叠片组通过以下步骤接合到轴上的方法来实现

-提供根据权利要求6所述的叠片组，

-提供装置中的轴，

-将具有轴孔的叠片组在轴向上压紧到轴上直至预设的轴向位置。

现在，根据本发明实现的是，能够冷接合转子的叠片组，并且尽管如此得到叠片组在轴上的所要求的扭矩强度和轴向的稳定性。轴向的接合力减少，从而在制造时不再出现轴的支撑面的抗压强度以及轴的弯折的危险。

这尤其通过将压配合仅设计为具有相对较小的过盈来实现，其中，所要求的轴向的接合力因此减少大约50％。通过单独减小过盈，利用“冷却”方法现在会降低扭矩强度。为了至少实现迄今为止的扭矩强度，通过各个叠片与轴的附加的小的形状配合来实现迄今为止的扭矩强度。

根据本发明，这通过在穿引槽处的叠片舌片来实现，叠片舌片布置在叠片的内直径上并且伸入到轴孔中。理想情况下，叠片舌片伸入到轴孔中大约0.2至0.3mm。根据电机的轴高也能够超过或低于这些值。

穿引槽中的叠片舌片已经在冲压各个叠片时一起制造，从而不需要附加的制造花费。

同样地，在内直径上设置间隙凹部并且能够已经在冲压各个叠片时一起制造。

在一个实施方案中，现在使得叠片的穿引槽以及叠片舌片和间隙凹部通过冲压过程在叠片的内直径上偏移180°地定位。因此，在叠片以能预设的穿引槽与的间隙凹部之间90°的旋转角相互连接时得到叠片组，其中，间隙凹部使得叠片舌片伸入到间隙凹部的自由空间中，叠片组分别在每个叠片舌片之前和之后由碟片厚度设置轴向的自由空间。因此，叠片舌片能够产生轻微的弹性形变。在此，在将具有根据本发明的叠片的叠片组接合到轴上时，在此，使得叠片的一个或多个叠片舌片躲避到相邻的接片的间隙凹部中。

然而，叠片舌片在旋转方向上具有更高的刚性。通常以RZ25的精度加工轴。在转子的叠片组的轴向接合时，这些叠片舌片纵向经过轴的加工的表面并且弄平轴上的加工槽的尖部。由此，在接合过程期间已经在叠片舌片的宽度上构造有较小的形状配合。叠片舌片的轴向的接合力分量与主要的圆柱形的框相比相对较小，因为其能够轻易地弯曲。然而，形状配合的总和对在轴上的整个叠片组提供了相对高的抗扭保障。

通过冷结合，现在在制造过程期间避免了轴镜面的抗压强度、即轴的弯折的危险。因此，在制造流程中也不再设有等待时间，因为该结合过程没有热过程。

因此，轴毂连接在整个使用寿命期间被设计为是可靠的。

特别有利的是，在自动化的制造过程期间在转子的高差异的情况下也能够考虑自动化，因为不要求具有不同要求的时间的冷却。通过叠片舌片实现的弹性可靠地补偿在运行或离心力负荷时轴孔由于加热的产生的膨胀，而不必损害定位、特别是抗扭保障。。

因此，叠片舌片的轴向的钩卡也提供了对抗叠片组在轴上的轴向防滑保障。制造接合法能够在没有附加的加工的情况下也用于转子的通常倾斜的叠片组。

附图说明

根据原理上示出的实例详细阐述本发明以及本发明的有利的设计方案；在此示出：

图1是具有叠片组的转子，转子在轴上构造为鼠笼式转子，

图2是根据现有技术的原理上的接合过程，

图3是根据本发明的叠片，

图4是根据本发明的叠片组的细节图，

图5是轴的粗糙度的细节图，

图6是接合过程之后轴的粗糙度的细节图，

图7是接合之前的轴，

图8是接合之后的轴，

图9是轴上的叠片组的细节图，

图10是轴上的接合的叠片组，

图11是转子的横截面，

图12是具有梯形的叠片舌片的穿引槽，

图13是具有矩形的叠片舌片的穿引槽，

图14是具有锥形的叠片舌片的穿引槽，

图15是电动发电机。

具体实施方式

图1原理性地示出了轴4的纵剖面，在轴上定位有转子6的叠片组2。这示出了叠片组2与轴之间的电机建造者力求实现的最终状态，以便将电动机24的转矩经由转子6传递到轴4上，或者在发电机的情况中反过来将转矩引导到电机中。

图2原理性地示出了根据现有技术的制造方法，其中，通过轴向的接合力17将叠片组2在附加地加热18叠片组2的情况下轴向地挤压到轴4上。在此，总是在过高的轴向的接合力17的情况下存在轴4的(虚线所示)弯折的危险。但是在此，接合力17最终确定叠片组2和轴4的抗扭性以及转矩的传递性能。

图3示出了现在的根据本发明的叠片1，其中，在轴孔3的范围中设置穿引槽7。穿引槽7在轴12的方向上具有突出的叠片舌片8。轴孔3具有一半径R1，叠片舌片8布置在半径R2上。半径R2在此小于半径R1，更确切地说小大约0.2至0.3mm。

穿引槽7在该情况下相互180°地相对置。为了关于穿引槽7偏移90°而布置有间隙凹部10。在轴向堆叠的叠片组2中，每个第二叠片1都相对于之前的叠片90°地布置，使得叠片舌片8躲避到偏移90°布置的间隙凹部10中，并且因此具有用于在接合过程期间躲避并且随后在最终状态中在轴上的轴向空间。

每叠片1地也能够实现仅一个穿引槽7和仅一个间隙凹部10。同样地也能够实现每叠片1更多的穿引槽7和间隙凹部10。然而，在打包叠片组2时要注意的是，在将叠片组2接合到轴4时，穿引槽7的叠片舌片8、特别是叠片舌片的端部9能够躲避到相邻的叠片1的间隙凹部10中。

这在叠片1的冲压过程和叠片组2的随后定向的打包期间，通过穿引槽7和间隙凹部10在轴孔3处的相应的按照角度的分布来实现。因此，例如在每个叠片1四个穿引槽7的情况下，相应地也在该叠片1处实现间隙凹部10。然后，穿引槽7如叠片1的间隙凹部10那样在周向方向上观察分别偏移90°地布置。在穿引槽7与间隙凹部10之间在该叠片上为45°。

随后，在打包叠片组2时必须分别旋转后续叠片45°，以便保证叠片舌片8能够躲避到偏移45°布置的间隙凹部10中，并且因此具有用于在接合过程期间躲避并且随后在最终状态中在轴4上的轴向空间。

图4示出了叠片1的相应的轴向布置，具有间隙10，叠片舌片8能够轴向躲避到其中，如在图9中原理性地示出的那样。

如最后转子6自身设计的那样，设置为鼠笼式转子或永磁激励的转子6或者设置有自己的绕组系统，该绕组系统经由汇流环供电，最后在轴4上的叠片组2的轴向的层起次要作用。

在转子6的叠片组2的槽5的轴向延伸中要注意的是，槽基本上轴向对齐地布置。因此要注意的是，仅槽5和穿引槽7以预设的轴向次序与间隙凹部10轴向地对齐。

在图3中示例性地示出鼠笼式转子的槽5，然而其最终不应当限制根据本发明的想法。

图5示出了在加工之后并且在接合过程之前的轴4，其中，存在粗糙度11，该粗糙度在基础轮廓15与参考轮廓14之间延伸。在接合过程之后，现在减少叠片舌片8的区域中的粗糙度11，尤其通过轴向的接合，其中，叠片舌片8在参考轮廓14上减少粗糙度11，这如在图6中原理性地示出的那样。

图7示出了轴4的横截面，其中，不仅在轴向方向山、在周向方向上分别在轴4的表面处存在粗糙度11。

图8示出了叠片1的细节图，叠片定位在轴4上，并且在叠片中，穿引槽7的叠片舌片8啮合到轴4中，并且因此有助于在轴4上的叠片舌片8的轴向接合的区域中减少粗糙度。

在根据图9的部分纵剖面的细节图中，现在示出了轴4上的叠片1的轴向的次序。在此，叠片舌片8在其端部9弯曲，并且因此有助于减少粗糙度11。穿引槽7的叠片舌片8在轴向上观察躲避到相邻的叠片1的间隙10中。

在具有根据本发明的叠片1的叠片组2在轴4上的接合过程之后，现在确定轴外直径处的形状配合的划痕。

图10示出了在轴4上的轴向的结合过程期间的叠片组。

根据图11，现在，对于在轴4上的转子6的叠片组2观察以下视图。在该实施方式中角度α描述穿引槽7至槽5到偏移。在该实施方式中，穿引槽7布置在两个槽5之间。因此，α对应转子6的一半槽距β。

通过电导体22占据转子6的槽5，导体能轴向地用作为杆或者通过压铸法形成。在该视图中未示出的短路环16被焊接或者通过冷喷法与导体22电接触。同样地，短路环首先在压铸法中能够在铸造过程期间与导体22一起铸造。

在其它的实施方式中，α和β也能够是相同的。

图12示出了穿引槽7的叠片舌片8，其具有梯形的造型。其相对于根据图13的具有平行的侧面叠片舌片8引起叠片舌片8的端部9的轴向更大的回复力。因此进一步改进了叠片组2在轴4上的转矩传递。

原则上也能够实现叠片舌片8的其它的造型，以便根据要求在叠片舌片8的端部9处得到较小或较大的轴向的回复力。因此，回复力受到半径R1和R2的差、以及叠片1的材料、叠片舌片8的造型以及叠片1的轴孔3上的穿引槽7的数量影响。

因此，图14示出了另外的穿引槽7。优选地，该穿引槽7在轴孔3处通过两个具有半径R3的子环形成，该穿引槽在其延伸中从能预设的过渡点30开始，从半径R3的分别过渡到直线，并且因此形成叠片舌片8，叠片舌片利用直线包围角度γ。通过选择具有半径R3的子环处的过渡点30能调整角度γ以及叠片舌片8的抗弯曲强度。

经由叠片舌片8的端部9的半径R4能够也在轴向的接合时影响在轴4上的条纹形成。

例如，在大约50mm的轴直径的情况下，R4在mm的分数范围中；R3为几mm，并且在每种情况下在大约30至°到70°的范围中。

在其它的轴直径/轴高度的情况下，也能够得到相应的其它的位置或者被证明有意义。

图15原理性地示出了具有转子6的电动旋转电机2，转子实施为鼠笼式转子。转子6在其端侧处示出了短路环16，短路环将转子6的槽5中的电导体22短路。通过转子6经由气隙21与定子20中的通电流的绕组系统23的电磁的相互作用，在轴4上生成转矩。

这样的电机24首先用于例如石油和天然气工业中、食品工业中、传送带的驱动。在那里，电机驱动压缩机、风扇和机床。同样地，电机也能够在交通技术中用作为驱动器。

Claims

1.一种旋转电机的转子(6)的叠片(1)，所述叠片具有带有半径(R1)的轴孔(3)、至少两个穿引槽(7)和两个间隙凹部(10)，其中，所述穿引槽(7)各自具有至少一个径向向内指向轴线(12)的叠片舌片(8)，使得所述叠片舌片(8)的径向向内指向的端部(9)位于一半径(R2)上，其中，R2小于R1，以在轴(4)上获得高的抗扭保障和轴向防滑保障。

2.根据权利要求1所述的叠片(1)，其特征在于，所述穿引槽(7)在所述轴孔(3)中沿周向均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的叠片(1)，其特征在于，所述叠片舌片(8)构造成锥形。

4.根据权利要求2所述的叠片(1)，其特征在于，所述叠片(1)的所述穿引槽(7)在所述轴孔(3)中相互对置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的叠片(1)，其特征在于，所述间隙凹部(10)在周向方向上观察布置在所述穿引槽(7)之间。

6.一种旋转电机的转子(6)的叠片组(2)，所述叠片组具有根据权利要求1至5中任一项所述的叠片(1)，其中，所述转子(6)的所述叠片(1)以沿轴向分层的顺序在轴向方向上至少逐段地分层，分层方式为使具有叠片舌片(8)的叠片(1)布置在在叠片之间的区域中具有间隙凹部(10)的叠片(1)之间，以在轴上获得高的抗扭保障和轴向防滑保障。

7.一种具有转子(6)的旋转电机(24)，所述转子具有旋转电机的转子(6)的叠片组(2)，所述叠片组具有根据权利要求1至4中任一项所述的叠片(1)，其中，所述转子(6)的所述叠片组(2)的所述叠片(1)以沿轴向分层的顺序至少逐段地分层，以使具有叠片舌片(8)的叠片(1)布置在在叠片之间的区域中具有间隙凹部(10)的叠片(1)之间。

8.一种根据权利要求7所述的旋转电机(24)在压缩机、泵、机床中的应用。

9.一种用于将根据权利要求6所述的叠片组(2)接合到轴(4)上的方法，所述方法具有以下步骤：

-提供根据权利要求6所述的叠片组(2)，

-提供装置中的轴(4)，

-将具有轴孔(3)的所述叠片组(2)沿轴向压紧到所述轴(4)上直至预设的轴向位置，其中，在该位置，在轴向的接合过程期间叠片舌片(8)沿纵向经过所述轴(4)进而弄平所述轴(4)上的加工槽的尖部，从而在轴外直径处构造形状配合的划痕。