CN116685421A - 重量优化的转子轴及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转子轴(1)以及一种用于制造转子轴(1)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子轴以及一种用于制造转子轴的方法。
背景技术
转子轴是在电动机等中，尤其在用于道路相关的电动或混合动力车辆的电动机中的部件，并且具有传递电动机转矩的任务。在转子轴上连接或者说固定所谓的转子叠片组。这种实施方案的总重量应该尽可能小，以便提高电动车辆或混合动力车辆的续驶里程或降低电流消耗。转子叠片组要么可以像例如在德国公开文献DE 10 2014 106
614Al中公开的那样力配合地、要么像例如在德国公开文献DE 10
2016 215 979Al中描述的那样形状配合地、要么由二者组合地连接或者说固定到转子轴上。
力配合的连接具有如下缺点，即，这在转子叠片组的金属叠片中引起高的应力，所述高的应力与纯形状配合的连接或者形状配合和力配合的组合相比具有更高的机电损失。为了形状配合地连接，在转子轴的外表面上设置有几何形状，所述几何形状在转子叠片组的各个金属片中又表现为负形，以便在此产生形状配合。这些几何形状被以减材的方式引入转子轴的外表面中，这意味着转子轴的横截面被削弱。因此，转子轴必须在结构上设计成补偿该局部的厚度减小。此外，在这些几何形状的通常非切削的引入期间，在径向方向上将力引入转子轴中，从而在此必须如此大地选择壁厚，使得作为用于制造转子轴的坯件提供的管既不塑性变形也不弹性变形。这导致转子轴在许多部位处尺寸过大并且重量相应较大。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种转子轴和一种用于制造该转子轴的方法，由此可以显著降低过大的重量。
该目的通过具有权利要求1的特征的转子轴来解决。该目的通过具有权利要求6的特征的用于制造转子轴的方法来解决。
发明人已经确定，在具有空心轴体的转子轴上，该空心轴体具有至少一个在轴体外部沿轴体的纵向延伸而延伸的、用于形状配合地容纳或连接转子叠片组的轮廓成型部，通过附加地在轴体内部设置至少一个在轴体的纵向延伸上平行于在轴体外部延伸的轮廓成型部的凸起形的轮廓成型部可以获得轴体的基本上保持相同的厚度，从而可以将轴体的厚度减小到在最终使用中承受负载所必需的最小尺寸，以便省去附加的质量并由此省去重量，从而可以提供一种重量优化的转子轴。通过在轴体内部在轴体外部在轴体的纵向延伸上延伸的轮廓成型部的区域内并在其背离侧上设置至少一个凸起形的轮廓成型部，轴体在外部延伸的轮廓成型部的区域中并且因此在形状配合地连接转子叠片组的区域中也不进行材料削弱，从而才能实现转子轴的重量优化的设计。轴体经旋压成型。
在轴体外部沿轴体的纵向延伸而延伸的轮廓成型部可以设计为凹部和/或槽。也可以设想其它的几何形状，所述几何形状适合于形状配合地容纳转子叠片组。此外，所述外部延伸的轮廓成型部可以限制在(部分)区段上或者在所述轴体上贯穿地延伸。也可以分别在(部分)区段或贯穿地在纵向延伸上存在多个在圆周上分布延伸的轮廓成型部。因此，所述至少一个凸起形的轮廓成型部(始终)布置在该区域中并且平行于外部延伸的轮廓成型部。通过至少一个凸起形的轮廓成型部，在空心轴体内部中在内周上观察在截面中局部地或区段式地产生横截面收缩。
其他有利的设计方案和改进方案从下面的描述中得出。来自权利要求、说明书以及附图的一个或多个特征可以与来自它们的一个或多个其它特征结合以形成本发明的其它设计方案。也可以将一个或多个其他特征与来自独立权利要求的一个或多个特征相结合。
按照根据本发明的转子轴的一种设计方案，转子轴具有至少一个布置在轴体的一个端部上的端部区段，该端部区段封闭轴体的一个端部。因此，中空轴体至少在一侧上或在其端部之一上由端部区段封闭。优选的是，转子轴具有布置在轴体的两个端部上的端部区段，这些端部区段封闭轴体的端部。特别优选地，该端部区段具有轴颈区段或者所述两个端部区段分别具有轴颈区段，该轴颈区段这样实施，使得这个轴颈区段或这些轴颈区段可旋转地容纳在电气部件中的相应的轴承中。
按照根据本发明的转子轴的一种设计方案，轴体和可选地转子轴的一个端部区段被旋压成型。借助选压成型，至少转子轴的大部分可以由半成品借助旋压成型制造，从而优选地转子轴的一个端部区段和中空轴体由一种材料借助旋压成型一体地并且由此重量优化地制造或成型。
根据第二方面，本发明涉及一种用于制造具有空心的轴体的转子轴的方法，所述轴体具有至少一个在外部在轴体上沿轴体的纵向延伸延伸的轮廓成型部，其中，所述方法包括以下步骤：
提供金属的半成品；
由所述半成品成形空心的轴体；
在成形期间或成形之后产生至少一个在外部在轴体上沿着轴体的纵向延伸延伸的轮廓成型部。
根据本发明，在一个或多个旋压成型步骤中借助旋压成型进行成形，其中，在所述一个旋压成型步骤中或在旋压成型步骤之一中，沿轴体的纵向延伸在内部在轴体上产生至少一个凸起形的轮廓成型部。
旋压成型应理解为一种用于非切削式成型旋转对称的空心体的方法。在此，半成品、例如圆片坯料或空心型材被夹紧和/或固定在压力卡盘上并且被置于旋转中。至少一个挤压盘/辊或其他相应合适的装置相对于旋转的半成品运动，从而部分地通过压应力进行成形，所述压应力通过径向引导的旋压成型被引入到半成品的材料中。材料流动并且在从半成品的一个到另一个端部的轴向加工过程中接收位于内部的压力卡盘的轮廓。如果压力卡盘是圆形的，则滚压的轴体获得圆形的柱形的内部几何形状。优选地，压力卡盘的形状设计成使得可以在经旋压成型的轴体上的内部几何形状在内部实现。在旋压成型时，所述至少一个挤压盘/辊通过直接的压力作用使半成品的材料塑性变形，其中，所述至少一个挤压盘/辊的定义的轴向运动会导致，半成品的初始壁厚减小到可设置的(最终壁)厚度。在需要时，可以直接由压力卡盘赋形旋压成型的半成品/轴体的内轮廓。附加地或替代地，也可以通过轴体的轴向定向调节单独的厚度。旋压成型与现有技术相同。
根据本发明，例如考虑在压力卡盘或内芯中的负形，其考虑在纵向延伸上在待产生的轴体中在轴体内部上凸起形的轮廓成型部。
特别是热轧或冷轧的板材工件用作金属的半成品，其优选由铁基材料、优选由钢材、以圆片坯料形式或作为空心型材预制。半成品的厚度可以在2.0和25mm之间。厚度尤其为至少2.5mm、优选至少3.5mm并且尤其被限制到最大22mm、优选最大20mm。
为了避免重复，参考对根据本发明的转子轴的实施方案。
按照根据本发明的方法的一种设计方案，在轴体外部沿轴体的纵向延伸而延伸的至少一个轮廓成型部在凸起形轮廓成型部的区域中并且平行地在其背离一侧上产生。为了确保不存在材料的削弱，在旋压成型过程中，在仅一个的旋压成型步骤中或在旋压成型步骤之一中，在轴体上在内部调整得到至少一个的凸起形的轮廓成型部，使得接下来产生至少一个在轴体外部上延伸的轮廓成型部。优选以切削方式产生在外部延伸的轮廓成型部，因为在公差的范围内，可以有针对性地调整和引入用于形状配合地容纳和连接转子叠片组的轮廓成型部。
按照根据本发明方法的一个实施例，在内部设置的凸起形轮廓成型部和在外部延伸的轮廓成型部的尺寸这样确定，使得这些轮廓成型部的区域中的厚度不小于成品轴体的最终厚度。这具有的优点是，在轮廓成型部的区域中不存在材料削弱并且仍然可以提供重量优化的转子轴。
按照根据本发明的方法的一种实施方式，除了轴体外，附加地也由半成品成形一个端部区段，该端部区段在轴体成形之前或之后产生。优选首先由半成品预成形或成形端部区段的一部分或预成形件，并且要么在成形轴体之前、要么在成形轴体之后最终成形。因此，可以由半成品一体式地借助于旋压成型制造转子轴的大部分。用于完全封闭轴体并且由此完成转子轴的第二端部区段可以作为单独的部件制造并且与轴体的敞开的端部材料配合、形状配合和/或力配合地连接。
附图说明
下面借助于附图对本发明进行详细解释。相同的部件设有相同的附图标记。详细地示出：
图1示出了传统的转子轴的剖面的俯视图，并且
图2示出了按照本发明的一种实施方式的转子轴的剖面的透视图。
具体实施方式
图1示出了传统制造的转子轴1的示例。转子轴1实施为空心轴体2并且具有沿着轴体2的纵向延伸的轮廓成型部3，轮廓成型部在此呈两个引入的槽3的形式，这些槽用于形状配合地容纳和连接未示出的转子叠片组。可以清楚地看到，轴体2的厚度在轮廓成型部3的区域中减小。轴体2的厚度d1通过轮廓成型部3在该区域中减小至厚度d2。轴体2设计为具有厚度d2的尺寸虽然就足够了，但是由于引入槽形式的轮廓成型部3，附加了d1和d2的差值并且该差值最终在最终使用中作为不必要的附加重量一起随动。
图2示出了转子轴1的根据本发明的实施方式，该转子轴与图1中的传统设计相比，除了轴体2的更小且基本上统一的厚度d2之外，附加地在至少一个轮廓成型部3的区域中具有至少一个在内部且平行于轮廓成型部3延伸的凸起形轮廓成型部4。设置在内部的凸起形轮廓成型部4和在外部延伸的轮廓成型部3这样确定尺寸，使得轮廓成型部3、4的区域内的厚度不低于成品轴体2的最终厚度d2。根据本发明的转子轴1的大部分能够借助于旋压成型制造，其中，所述轴体2和所述转子轴1的端部区段5一体地由半成品制成。转子轴1通过单独的部件完成，该单独的部件形成第二端部区段并且与轴体2的敞开的端部材料配合地、形状配合地和/或力配合地连接，在此未示出。端部区段5也具有未示出的用于可转动地支承的轴颈区段。
只要技术上可行，所描述的特征可以全部彼此组合。根据本发明的转子轴1被用于电驱动器中，特别是用于与道路相关联的车辆的电动机中。在轴体2外部沿轴体3的纵向延伸而延伸的轮廓成型部3可以实施为凹部和/或槽。也可以设想其它的几何形状，所述几何形状适合于形状配合地容纳转子叠片组。此外，所述外部延伸的轮廓成型部3可以限于(部分)区段或者在所述轴体2上贯穿地延伸。也可以分别在(部分)区段上或贯穿地在纵向延伸上存在多个分布在圆周上的分布的轮廓成型部2，见图2。凸起形的轮廓成型部4始终设置在该区域中并且平行于外部延伸的轮廓成型部3布置。
Claims (10)
1.一种转子轴(1)，具有空心的轴体(2)，所述轴体具有至少一个在外部在轴体(2)上沿轴体(2)的纵向延伸而延伸的轮廓成型部(3)，其特征在于，所述轴体(2)被旋压成型，并且在内部在轴体(2)上设置至少一个凸起形的轮廓成型部(4)，所述轮廓成型部沿轴体(2)的纵向延伸平行于在外部在轴体(2)上延伸的轮廓成型部(3)延伸。
2.根据权利要求1所述的转子轴，其中，所述转子轴(1)具有至少一个布置在所述轴体(2)的一个端部上的端部区段(5)，所述端部区段封闭所述轴体(2)的所述一个端部。
3.根据前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，所述转子轴(1)具有布置在所述轴体(2)的两个端部上的端部区段(5)，这些端部区段封闭所述轴体(2)的端部。
4.根据权利要求2或3所述的转子轴，其中，所述端部区段(5)具有轴颈区段。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，所述轴体(2)和所述转子轴(1)的一个端部区段(5)被旋压成型。
6.一种用于制造转子轴(1)的方法，所述转子轴具有空心的轴体(2)，所述轴体具有至少一个在外部在轴体(2)上沿轴体(2)的纵向延伸而延伸的轮廓成型部(3)，其中，所述方法包括以下步骤：
提供金属的半成品；
由所述半成品成形空心的轴体(2)；
在所述成形期间或所述成形之后，产生至少一个在外部在轴体(2)上沿轴体(2)的纵向延伸而延伸的轮廓成型部(3)；
其特征在于，在一个或多个旋压成型步骤中借助旋压成型进行所述成形，其中，在所述一个旋压成型步骤中或在旋压成型步骤之一中，沿轴体(2)的纵向延伸在内部在轴体(2)上产生至少一个凸起形的轮廓成型部(4)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在外部在轴体(2)上沿所述轴体(2)的纵向延伸而延伸的所述至少一个轮廓成型部(3)在所述凸起形轮廓成型部(4)的区域中并且平行地在其背离的一侧上产生。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，以切削方式产生所述至少一个在外部延伸的轮廓成型部(3)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中，这样确定设置在内部的凸起形的轮廓成型部(4)和在外部延伸的轮廓成型部(3)的尺寸，使得这些轮廓成型部(3、4)区域内的厚度不小于成品的轴体(2)的最终厚度(d2)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，由所述半成品也成形端部区段(5)，所述端部区段在所述轴体(2)的所述成形之前或之后产生。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |