DE102018118943A1 - Electrical machine and method for assembling a rotor laminated core on a rotor shaft - Google Patents

Electrical machine and method for assembling a rotor laminated core on a rotor shaft Download PDF

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Abstract

Es ist eine elektrische Maschine (1) und ein Verfahren zur Montage eines Rotorblechpakets (4) auf einer Rotorwelle (3) einer elektrischen Maschine (1) offenbart. Eine Hülse (10) mit einer bestimmten Wellenkontur (11) ist in einem Spalt (16) zwischen dem Rotorblechpaket (4) und der Rotorwelle (3) vorgesehen. Die Hülse (10) verbindet das Rotorblechpaket (4) kraftschlüssig mit der Rotorwelle (3). Die Wellenkontur (11) kann abgerundet oder kantig sein.An electrical machine (1) and a method for assembling a laminated rotor core (4) on a rotor shaft (3) of an electrical machine (1) are disclosed. A sleeve (10) with a specific shaft contour (11) is provided in a gap (16) between the rotor core (4) and the rotor shaft (3). The sleeve (10) connects the rotor core (4) to the rotor shaft (3) in a force-locking manner. The wave contour (11) can be rounded or angular.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, die einen Rotor besitzt, der eine Rotorwelle mit einem Rotorblechpaket umgibt.The invention relates to an electrical machine. In particular, the invention relates to an electrical machine that has a rotor that surrounds a rotor shaft with a rotor laminated core.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Rotorblechpakets auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine.The invention further relates to a method for assembling a rotor laminated core on a rotor shaft of an electrical machine.

Gemäß dem Stand der Technik wird für die Verbindung von dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle ein radialer Kraftschluss mittels eines Pressverbands erzeugt. Der Pressverband wird dabei durch thermisches Fügen erzeugt. Dabei wird das Blechpaket induktiv erwärmt und die Rotorwelle wird mittels flüssigem Stickstoff gekühlt. Zusätzlich zu dem thermischen Fügen können auch noch formschlüssige Maßnahmen eingesetzt werden. Das Problem des radialen Kraftschlusses mittels eines direkten Pressverbandes zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket ist die hohe notwendige Überdeckung und die großen Temperaturunterschiede beim Fügen. Wenn die Überdeckung zu gering ist, löst sich das Rotorblechpaket bei hohen Temperaturen oder Drehzahlen im Betrieb der Rotorwelle. Die Folge ist ein Versagen der elektrischen Maschine.According to the prior art, a radial frictional connection is generated by means of a press fit for the connection of the rotor laminated core and the rotor shaft. The press fit is created by thermal joining. The laminated core is heated inductively and the rotor shaft is cooled using liquid nitrogen. In addition to thermal joining, positive locking measures can also be used. The problem of the radial frictional connection by means of a direct press fit between the rotor shaft and the rotor laminated core is the high overlap required and the large temperature differences when joining. If the overlap is too small, the rotor laminated core comes loose at high temperatures or speeds when the rotor shaft is operating. The result is a failure of the electrical machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine zu schaffen, bei der die Verbindung zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle dauerhaft und sicher ist.The invention has for its object to provide an electrical machine in which the connection between the rotor laminated core and the rotor shaft is permanent and secure.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Maschine gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.This object is achieved by an electrical machine which comprises the features of claim 1.

Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Montage eines Rotorblechpakets auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine zu schaffen, mit dem eine dauerhafte und sichere Verbindung zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle erzielt werden kann. Diese Verbindung zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle soll auch allen Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine Stand halten.Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for mounting a rotor laminated core on a rotor shaft of an electrical machine, with which a permanent and secure connection between the rotor laminated core and the rotor shaft can be achieved. This connection between the rotor laminated core and the rotor shaft should also withstand all operating conditions of the electrical machine.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Montage eines Rotorblechpakets auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.This object is achieved by a method for assembling a laminated rotor core on a rotor shaft of an electrical machine with the features of claim 4.

Die elektrische Maschine umfasst einen Stator, der eine Rotorwelle mit einem Rotorblechpaket umgibt. Zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket ist ein Spalt ausgebildet, in welchem eine Hülse mit einer Wellenkontur sitzt. Die Hülse verbindet das Rotorblechpaket kraftschlüssig mit der Rotorwelle.The electrical machine includes a stator that surrounds a rotor shaft with a rotor laminated core. A gap is formed between the rotor shaft and the rotor laminated core, in which a sleeve with a shaft contour is seated. The sleeve connects the rotor laminated core to the rotor shaft in a non-positive manner.

Die Wellenkontur kann abgerundet oder kantig ausgebildet sein.The shaft contour can be rounded or angular.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle der elektrischen Maschine eine dauerhafte und sichere Verbindung erreicht werden kann. Diese Verbindung ist unabhängig von den Betriebsparametern (Temperatur oder Drehzahl) der elektrischen Maschine.The invention has the advantage that a permanent and secure connection can be achieved with the non-positive connection between the rotor laminated core and the rotor shaft of the electrical machine. This connection is independent of the operating parameters (temperature or speed) of the electrical machine.

Der Kerngedanke der Erfindung ist, dass die Rotorwelle und das Rotorblechpaket nicht direkt mittels eines Pressverbandes kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Wie bereits oben erwähnt, wird hierzu ein Verbindungselement, was eine gewählte Hülse ist, zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket eingesetzt. Durch gezielte Verformung der gewählten Hülse während der Montage, erreicht man den Kraftschluss zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket.The main idea of the invention is that the rotor shaft and the rotor laminated core are not directly connected to one another by means of a press fit. As already mentioned above, a connecting element, which is a selected sleeve, is used between the rotor shaft and the rotor laminated core. Through targeted deformation of the selected sleeve during assembly, the frictional connection between the rotor shaft and the rotor core is achieved.

Das Verfahren zur Montage eines Rotorblechpakets auf einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst eine Hülse mit einer abgerundeten oder einer kantigen Wellenkontur in einen Spalt zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket eingebracht wird. Anschließend wird auf beide Enden der Hülse eine Axialkraft ausgeübt. Durch die Axialkraft, die auf die Hülse ausgeübt wird, deformiert sich die Hülse in radialer Richtung. Durch diese Deformation der Hülse erzielt man einen Kraftschluss zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket.The method for assembling a rotor laminated core on a rotor shaft of an electrical machine is characterized in that a sleeve with a rounded or an angular shaft contour is first introduced into a gap between the rotor shaft and the laminated rotor core. Then an axial force is exerted on both ends of the sleeve. Due to the axial force exerted on the sleeve, the sleeve deforms in the radial direction. This deformation of the sleeve results in a frictional connection between the rotor shaft and the rotor laminated core.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass man bei dem Zusammenbau zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle die für das thermische Fügen erforderlichen Temperaturunterschiede vermeiden kann. Zusätzlich ergibt das erfindungsgemäße Verfahren einen Kostenvorteil, da die induktive Erwärmung der Rotorwelle, bzw. das mit flüssigem Stickstoff erforderliche Kühlen der Rotorwelle entfällt.The method according to the invention has the advantage that the temperature differences required for thermal joining can be avoided during assembly between the rotor laminated core and the rotor shaft. In addition, the method according to the invention results in a cost advantage, since the inductive heating of the rotor shaft or the cooling of the rotor shaft required with liquid nitrogen is eliminated.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun die Erfindung und ihre Vorteile durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dadurch die Erfindung auf eines der gezeigten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:

  • 1 eine Querschnittansicht, die den Aufbau eines herkömmlichen Elektromotors zeigt;
  • 2 eine schematische Schnittansicht einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hülse, die zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle vorgesehen ist;
  • 3 eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hülse, die zwischen dem Rotorblechpaket und der Rotorwelle vorgesehen ist;
  • 4 eine schematische Darstellung der Positionierung der Hülse aus 2 zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket;
  • 5 eine schematische Ansicht der in axialer Richtung deformierten Hülse, mit der ein Kraftschluss zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket erreicht wird;
  • 6 eine schematische Schnittansicht der Positionierung der Hülse aus 3 zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket; und
  • 7 eine schematische Ansicht der deformierten Hülse, wobei zwischen der Rotorwelle und dem Rotorblechpaket ein Kraftschluss vorliegt.
The invention and its advantages will now be explained in more detail by means of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, without thereby restricting the invention to one of the exemplary embodiments shown. The proportions in the figures do not always correspond to the real proportions, since some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for better illustration. Show:
  • 1 a cross-sectional view showing the structure of a conventional electric motor;
  • 2 is a schematic sectional view of a possible embodiment of the sleeve according to the invention, which is provided between the rotor core and the rotor shaft;
  • 3 a further possible embodiment of the sleeve according to the invention, which is provided between the rotor laminated core and the rotor shaft;
  • 4 a schematic representation of the positioning of the sleeve 2 between the rotor shaft and the rotor core;
  • 5 is a schematic view of the sleeve deformed in the axial direction, with which a positive connection between the rotor shaft and the rotor core is achieved;
  • 6 is a schematic sectional view of the positioning of the sleeve 3 between the rotor shaft and the rotor core; and
  • 7 a schematic view of the deformed sleeve, wherein there is a frictional connection between the rotor shaft and the rotor core.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.Identical reference numerals are used for identical or identically acting elements of the invention. Furthermore, for the sake of clarity, only reference numerals are shown in the individual figures which are necessary for the description of the respective figure. The figures only show exemplary embodiments of the invention, but without restricting the invention to the exemplary embodiments shown.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Maschine 1 des Standes der Technik. Die elektrische Maschine 1 umfasst einen Stator 2, der ein Rotorblechpaket 4 umgibt, das fest auf einer Rotorwelle 3 sitzt. Der Außenbereich 6 der elektrischen Maschine ist von einem Gehäuse 5 umgeben. 1 shows a schematic view of an electrical machine 1 the state of the art. The electrical machine 1 includes a stator 2 who a rotor laminated core 4 surrounds that firmly on a rotor shaft 3 sitting. The outside area 6 the electrical machine is from a housing 5 surround.

Die 2 und 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Hülse 10, die zwischen der Rotorwelle 3 (siehe 1) und dem Rotorblechpaket 4 (siehe 1) positioniert werden kann. Die Hülse 10 umgibt dabei die Rotorwelle 3.The 2 and 3 show different embodiments of a sleeve 10 that between the rotor shaft 3 (please refer 1 ) and the rotor core package 4 (please refer 1 ) can be positioned. The sleeve 10 surrounds the rotor shaft 3 ,

2 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform der Hülse 10, die eine abgerundete Wellenkontur 11 ausgebildet hat. Die in 3 dargestellte Ausführungsform der Hülse 10 hat eine kantige Wellenkontur 11 ausgebildet. Jede der Hülsen 10 ist durch jeweils zwei Enden 14 hinsichtlich ihrer Länge L begrenzt. 2 shows a first possible embodiment of the sleeve 10 that have a rounded wave contour 11 has trained. In the 3 illustrated embodiment of the sleeve 10 has an angular wave contour 11 educated. Each of the pods 10 is by two ends each 14 in terms of their length L limited.

4 zeigt schematisch die Positionierung der Hülse 10 mit runder Wellenkontur 11 in einem Spalt 16 zwischen der Rotorwelle 3 und dem Rotorblechpaket 4. Die Länge L der Hülse 10 ragt dabei in axialer Richtung über das Rotorblechpaket 4 hinaus. Auf die Enden 14 der Hülse 10 wird eine Axialkraft A ausgeübt. Das Resultat der Ausübung der Axialkraft A ist aus 5 zu ersehen. Durch die Axialkraft A wurde die Hülse 10 verkürzt und dabei in radialer Richtung B deformiert, so dass die Hülse 10 nun den Spalt 16 zwischen der Rotorwelle 3 und dem Rotorblechpaket 4 ausfüllt und dabei einen Kraftschluss zwischen der Rotorwelle 3 und dem Rotorblechpaket 4 herstellt. 4 shows schematically the positioning of the sleeve 10 with a round wave contour 11 in a crack 16 between the rotor shaft 3 and the rotor laminated core 4 , The length L the sleeve 10 protrudes in the axial direction over the rotor core 4 out. On the ends 14 the sleeve 10 becomes an axial force A exercised. The result of exerting the axial force A is over 5 to see. By the axial force A became the pod 10 shortened and in the radial direction B deformed so that the sleeve 10 now the gap 16 between the rotor shaft 3 and the rotor laminated core 4 fills and thereby a frictional connection between the rotor shaft 3 and the rotor laminated core 4 manufactures.

Die 6 und 7 beschreiben die Herstellung des Kraftschlusses zwischen der Rotorwelle 3 und dem Rotorblechpaket 4 mittels der Ausführungsform der Hülse 10, welche eine kantige Wellenkontur 11 besitzt. Wie bereits bei der Hülse 10 mit der runden Wellenkontur 11 beschrieben, wird auch hier in 6 auf die Enden 14 der Hülse 10 eine Axialkraft A ausgeübt. Die Hülse 10 ist dabei frei in dem Spalt 16 zwischen der Rotorwelle 3 und dem Rotorblechpaket 4 positioniert. Durch die Ausübung der Axialkraft A wird die Länge L der Hülse 10 reduziert. Wie aus 7 ersichtlich ist, wird die Hülse 10 dabei in radialer Richtung B deformiert und füllt somit den Spalt 16 zwischen der Rotorwelle 3 und dem Rotorblechpaket 4 aus. Die so mittels der Axialkraft A in ihrer Länge L verkürzte und in radialer Richtung B verbreiterte Hülse 10 stellt einen Kraftschluss zwischen der Rotorwelle 3 und dem Rotorblechpaket 4 her.The 6 and 7 describe the establishment of the frictional connection between the rotor shaft 3 and the rotor laminated core 4 by means of the embodiment of the sleeve 10 which has an angular wave contour 11 has. As with the sleeve 10 with the round wave contour 11 is also described here in 6 on the ends 14 the sleeve 10 an axial force A exercised. The sleeve 10 is free in the gap 16 between the rotor shaft 3 and the rotor laminated core 4 positioned. By exerting the axial force A becomes the length L the sleeve 10 reduced. How from 7 can be seen, the sleeve 10 thereby in the radial direction B deforms and thus fills the gap 16 between the rotor shaft 3 and the rotor laminated core 4 out. The so by means of the axial force A in length L shortened and in the radial direction B widened sleeve 10 provides a frictional connection between the rotor shaft 3 and the rotor laminated core 4 ago.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
elektrische Maschineelectrical machine
22
Statorstator
33
Rotorwellerotor shaft
44
RotorblechpaketLaminated core
55
Gehäusecasing
66
Außenbereichoutdoors
1010
Hülseshell
1111
Wellenkonturwave contour
1414
Ende der HülseEnd of the sleeve
1616
Spaltgap
AA
Axialkraftaxial force
BB
radiale Richtungradial direction
LL
Längelength

Claims (4)

Elektrische Maschine (1), umfassend einen Stator (2), der eine Rotorwelle (3) mit einem Rotorblechpaket (4) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülse (10) mit einer Wellenkontur (11) in einem Spalt (16) zwischen dem Rotorblechpaket (4) und der Rotorwelle (3) vorgesehen ist, wobei die Hülse (10) das Rotorblechpaket (4) kraftschlüssig mit der Rotorwelle (3) verbindet.Electrical machine (1), comprising a stator (2) which surrounds a rotor shaft (3) with a rotor laminated core (4), characterized in that a sleeve (10) with a shaft contour (11) in a gap (16) between the The rotor core (4) and the rotor shaft (3) are provided, the sleeve (10) connecting the rotor core (4) to the rotor shaft (3) in a non-positive manner. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Wellenkontur (11) abgerundet ausgebildet ist. Electrical machine (1) after Claim 1 , The shaft contour (11) being rounded. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Wellenkontur (11) kantig ausgebildet ist.Electrical machine (1) after Claim 1 , wherein the shaft contour (11) is angular. Verfahren zur Montage eines Rotorblechpakets (4) auf einer Rotorwelle (3) einer elektrische Maschine (1), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass eine Hülse (10) mit einer abgerundeten oder einer kantigen Wellenkontur (11) in einen Spalt (16) zwischen der Rotorwelle (3) und dem Rotorblechpaket (4) eingebracht wird; • dass auf beide Enden (14) der Hülse (10) eine Axialkraft (A) ausgeübt wird; und • dass durch die Axialkraft (A) die Hülse (10) in einer Länge (L) verkürzt und in radialer Richtung (B) deformiert wird, wodurch mit der deformierten Hülse (10) ein Kraftschluss zwischen der Rotorwelle (3) und dem Rotorblechpaket (4) ausgebildet wird.Method for assembling a rotor laminated core (4) on a rotor shaft (3) of an electrical machine (1), characterized by the following steps: • that a sleeve (10) with a rounded or an angular shaft contour (11) into a gap (16) is introduced between the rotor shaft (3) and the rotor laminated core (4); • that an axial force (A) is exerted on both ends (14) of the sleeve (10); and • that the sleeve (10) is shortened in length (L) by the axial force (A) and deformed in the radial direction (B), as a result of which the deformed sleeve (10) provides a frictional connection between the rotor shaft (3) and the rotor laminated core (4) is formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3670951A1 (en) * 2020-03-05 2020-06-24 Pfeiffer Vacuum Technology AG Method for joining a shaft with a hub, in particular for a vacuum pump

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