转子轴布置及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于电动机的转子的转子轴布置、带有这种转子轴布置的转子、带有这种转子的电动机以及该转子轴布置的制造方法。

背景技术：

从现有技术已知电动机冷却的不同类型。此时，一种可能是提供无源冷却，此时电动机中出现的热量通过机器结构上的固定装置进一步传递。这时，该热量可以，例如，通过转子轴的轴承传递。这导致轴承热负载高，因此必须相应地形成规格确定。另一个可能性提供积极的空气冷却，此时空气通过电动机鼓入，并因此连续地从转子带走热量。另一种可能性在于液体冷却，此时液体冷却介质在一个封闭的冷却循环中，在相应的电动机组件中循环。其前提一方面是复杂的冷却循环结构。另一方面这样的液体冷却尤其在电动机运动部件中，会提高运动质量，这尤其鉴于可能的不平衡和与此相联系的振动，总体上导致液体冷却，和因而电动机组件的复杂形态。

技术实现要素：

现在本发明的任务是，提供一种更简单地和高效地散热的相应的转子冷却。

按照第一方面，本发明涉及用于电动机转子的转子轴布置。它有一个空心轴(下文中亦称转子轴)，用以(在外侧或圆周侧)接纳转子体，例如动片组(rotorpaket)。另外，该转子轴布置还具有设置在空心轴内的冷却体。它与空心轴径向热接触，并具有轴向连续的敞开结构，以便可以让冷却介质在空心轴内轴向穿过冷却体流动；换句话说，可以在一个轴向端部进入冷却体，并在相反的轴向端部离开冷却体。

此时，冷却介质可以是每一种流体，例如空气或液体冷却介质。该冷却体的轴向连续的敞开结构，使流过冷却体的冷却介质达到尽可能大的散热表面成为可能。此外，通过一方面单独提供空心轴，另一方面提供冷却体，最佳地形成这两个组件各自本身及其结合。这一方面对于各组件所使用的材料是如此，它们可以根据各自任务选定。这里空心轴最好可以用适当的钢制造，而冷却体可以用诸如尤其是铝或铜等导热性较高的材料制造。另一方面，这个设计方案还使简单地制造这些组件成为可能，因为它们首先单独制造，并接着可以组装起来。因此，还可以更简单地提供转子轴布置总体上复杂的形状。借助于安置在空心轴内的冷却体，通过连续的和便于实现的散热，使相应转子轴布置的轴承位置出现热卸载。这再次导致这些区域和所分配的轴承热膨胀的减小，这因此可以设计得紧凑和小型。通过较小的热负载，该轴承还因此可以以较高的转速运行。因此通过这种转子轴布置可以总体上降低转子的温度水平，并因此提高运行的电动机的功率(制造能力)。这样一种转子冷却尤其推荐用于异步电机。

冷却体和空心轴最好彼此力配合连接，以便该冷却体径向支承在该空心轴的内壁上；例如，通过在空心轴的整个圆周上优选环形均匀分布的多个点、线或面观察。通过冷却体插入的径向支承作用，可以可靠地支持作用在空心轴上的力，以便例如与已知的实施方案相比，空心轴的壁厚可以形成得小，这再次可以导致重量减轻。

上面提到的敞开结构，最好通过限定的通道，诸如通孔，或网络结构形成。该结构尤其应该使冷却介质可以在空心轴内穿过冷却体流动成为可能，其中流过的区域应该限定冷却体尽可能大的表面，以便使尽可能有效的散热成为可能。

总而言之，该冷却体应该这样形成，并设置在空心轴内，使其质量重心处于空心轴的纵向轴上，或者该转子轴布置具有其质量重心在转子的旋转轴上。

该空心轴至少在其面向冷却体的内壁上或其内部可以具有结构件，结构件与冷却体相应的径向外部区域接触，它最好同样可以是结构件。这时，在这两个组件之间最好应该提供形状配合的连接。这时，空心轴的结构件，例如，可以形成为凹槽或肋条，它们最好可以在制造空心轴的变形过程中同时压入其中。这样可以更可靠地和确定地把冷却体固定在空心轴内，同时达到这两个组件更可靠的热接触。另外，该结构件可以确保这两个组件相对旋转的固定。

总而言之，该冷却体应该抗扭转地与空心轴连接。为此，可以设想基本上所有的连接类型进行彼此的结合，尤其是力配合和/或形状配合。

该冷却体最好这样形成，使得通过其连续的敞开结构，在空心轴旋转时，轴向输送冷却介质。这尤其通过其几何形状成为可能。这时，例如，冷却介质的流过方向，包括冷却介质本身以及具有该转子轴布置的转子的旋转方向，以便提供一个确定的输送方向。

按照一个推荐的配置方式，该冷却体可以具有至少一个且最好还有多个，例如至少三个径向延伸的冷却肋条。冷却肋条一般具有尽可能平面的几何形状，并因而在组件设计尺寸小和材料用量小的同时，提供尽可能大的散热表面。

该冷却肋条可以在其面向空心轴的径向端上具有变宽的接触区，以便与空心轴热接触。至少变宽区域的一部分，因而若干数量的变宽接触区，可以彼此整体形成，以便尤其在热接触的范围内这两个组件(空心轴和冷却体)形成尽可能大的面接触。在一个推荐的配置形式中，该变宽接触区还可以是所有(形式的)彼此连接，以便以此在冷却体的径向外端上形成在一个环绕闭合的环，它最好出现与空心轴的面接触。以此提供一个特别大的散热表面，而由于冷却体敞开的或空心的结构，可以保持其重量尽可能小。该变宽接触区或上面提到的闭环最好跟随空心轴或其内壁的轮廓，以便提供面积尽可能大的接触区。

冷却肋条可以在该空心轴中轴向延伸。这时，该冷却肋条可以沿着空心轴的纵向轴直线延伸。若该冷却体在其整个圆周上具有尽可能均匀分布的这种类型的冷却肋条，则冷却体在断面上形成星形。还可以设想，冷却肋条围绕空心轴的纵向轴呈螺纹形延伸，以便该冷却体最好具有螺纹形。为了尤其在转子轴布置旋转时起自动通过空心轴输送冷却介质的作用，这样的形状是最好的。依该冷却体做成带有处于外部的冷却结构(例如，冷却肋条)的异形件，还是例如，做个带有通孔，例如螺纹形的空心结构，或者两者结合而定，冷却介质的流动发生在冷却体外部和/或内部，以便散热可以根据冷却体的设计方案而任意调节。

带有上面提到的和径向延伸的冷却肋条的设计方案，是径向支承并因而使空心轴卸载的推荐的设计方案。显而易见，还可以设想其他配置方案。

如前所述，冷却体优选具有至少一个冷却肋条，例如，它在设计方案上呈螺纹形。在带有纵向或轴向延伸的冷却肋条的方案中，该冷却体最好具有至少两个和更优选至少三个冷却肋条。这时，该冷却肋条最好安置得均匀分布在冷却体的整个圆周上，以便提供在空心轴的内壁上的同样均匀的支承。冷却肋条的最大数量本发明并不加以限制，尤其根据转子轴布置的尺寸以及制造和材料技术决定的极限而定。例如，可以设置多达50个冷却肋条。

另外，冷却体可以具有一个轴向延伸的导热体，该冷却肋条优选由此径向向外延伸。该导热体可以轴向一侧或两侧从空心轴延伸出来。在一个推荐的配置形式中，这时导热体沿着空心轴的纵向轴延伸，并例如形成棒状。

该导热体可以轴向一侧或两侧从空心轴延伸出来。该导热体尤其可以在背向转子轴布置的驱动侧的一侧从空心轴延伸出去。以此可以将通过冷却体导出的热量从该转子轴布置并因而从一个具有此安置的转子散出。另外，为此该导热体可以在从空心轴延伸出去的一端上具有散热件。例如，这可以是一个结构件。这时，散热件尤其形成为带有增大了的表面。例如，该散热件可以是圆片或螺旋桨。导热体从空心轴延伸出来的一端，和最好其散热件，可以这样在冷却介质(例如，空气或冷却液)中提供，以便有效地把热量从具有该转子轴布置的转子的转子轴布置中引走。

该导热件可以具有一个轴向延伸和轴向两侧敞开的通孔，用以引导冷却介质通过。在这种情况下，例如，这样一种冷却介质可以是穿过导热体的冷却液，以便进一步提高冷却体的散热。显而易见，还可以设想用空气作为冷却介质的做法。尤其在这种情况下，在该导热体中的通孔作为附加的增大总体流过冷却体的，或总体流过空心轴的散热面积。

该空心轴，优选在其轴向相反的端部具有轴承座。该轴承座优选设置在空心轴的直径比用于接纳冷却体的、轴向被其包围的区域小的区域上。由于冷却体与空心轴的径向热耦合，冷却体基本上延伸在空心轴的整个直径上，以便通过冷却体直径小的区域，可以附带地提供轴向限制、固定和某些情况下热耦合。尤其该冷却体这样更可靠地被接纳在空心轴中。

这时，该转子轴布置可以形成为单块。为此，该冷却体通过空心轴的轴向敞开端插入其中，尤其带有余量地压入，并接着利用变形技术缩小该敞开端的直径，或者完全封闭。作为替代方案，还可以设想该转子轴布置的预制方案，其中该冷却体用上述方法插入(例如，压入)该空心轴，然后在空心轴的一端或轴向相反的两个敞开端上设置相应的附加件。例如，这个附加件可以插入(例如，压入)该空心轴的轴向开孔。该附加件最好具有轴承座，该轴承座推荐的配置方案中轴向向外延伸。基本上可以设想将该单块方案和该预装配方案结合起来，其中，例如，在冷却体插入之后，可以在空心轴的缩小端设置附加件。

按照第二方面。本发明涉及带有按照本发明的转子轴布置的电动机转子以及在该转子轴布置上或其空心轴上接纳转子体。该转子体例如可以是动片组。

按照另一方面，本发明还涉及带有按照本发明的转子以及包围该转子的定子的电动机，例如，异步电机。轴向从空心轴延伸出去的导热件，只要它存在，最好与其散热件一起伸入诸如空气或冷却液等冷却介质中。

按照另一方面，本发明涉及电动机转子用的转子轴布置的制造方法。这样的转子轴布置最好对应于按照本发明的转子轴布置。这时，按照本发明的方法具有下列步骤：

●提供用于接纳转子体用的空心轴；

●提供冷却体；和

●通过该空心轴的轴向敞开端将冷却体安置在空心轴内，使得该冷却体与空心轴径向热接触，其中该冷却体轴向连续敞开地构成，从而具有轴向连续的敞开结构，使得冷却介质在空心轴内可以穿过冷却体流动。

采用按照本发明的方法，可以简单地提供该转子轴布置，在具有该转子轴布置的组件(例如，电动机)上高效地引走在运行时出现的热量，以此满足高转速电动机的高要求。

为了将冷却体安置在空心轴中，最好将该冷却体轴向引入空心轴且尤其将其压入。这时，可以使该冷却体相应的结构件和另一方的该空心轴彼此有效接触，以便达到将冷却体相应地接纳和固定在空心轴内。

将冷却体安置在空心轴内之后，可以使该空心轴在其用于引入冷却体的轴向敞开端上变形。该变形尤其可以是缩小；因而使空心轴的直径在这个区域内缩小，以便获得直径缩小的区域，例如，该区域可以具有轴承座。

还可以设想，将冷却体安置在空心轴内之后，在空心轴的一个或两个轴向敞开端上设置上面提到的附加件，该附加件同样可以具有轴承座。这时，这样一个附加件可以插入空心轴的未变形的或已变形的(例如，已缩小的)端部区域。这样可以提供一种按照本发明的转子轴布置的预制方案，这尤其使简单的安装过程成为可能，其中可以附带地更简单地使整合冷却体的引入。

该空心轴和/或该冷却体可以通过变形工艺(umformprozess)，例如，锻造，或一种原型工艺(urformprozess)，诸如浇铸，或者还有切削(zerspanend)加工方法，例如，铣或钻孔制造。这时，还可以设想把上述制造方法结合起来，例如，冷却体作为浇铸或锻造(铝)组件，作为空心结构切削制造的组件和/或作为与空心结构一起作为再生制造组件制造。

附图说明

现将参照附图和下列实施例说明本发明的其他配置形式和优点。附图中：

图1是带有按照本发明第一实施例的转子轴布置的转子的透视剖面图；

图2是按照图1的没有冷却体的转子；

图3是按照本发明第二实施例的转子轴布置的透视剖面图；

图4是来自图3的空心轴；以及

图5以非剖面图表示来自图3的冷却体。

具体实施方式

附图表示按照本发明的转子轴布置1的不同实施例。这时，相同的附图标记标示相同的特征。

转子轴布置1，例如这样地用于转子r，如图1所示那样，并例如可以用于电动机。

转子轴布置1一方面具有用以接纳(从外面)转子体k的空心轴2。这时，转子体k最好装在空心轴2上，使之抗扭转地彼此结合。

空心轴2最好用钢制造，但其中还可以设想其他材料。例如，空心轴2可以用原型工艺，例如浇铸或相应的变形处理，例如，锻造制造。还可以设想其他加工方法。

在轴向端部20上，空心轴2最好具有用于连接轴向端部子的接纳区200。接纳区200在图1中形成为插入式齿部。在所示的实施例中，为此空心轴2在其驱动端20上具有轴承座201，它在这里作为示例，设置在空心轴2直径较小的区域内。

类似地，空心轴2可以在其另一(在这里是对置的)轴向端部21上最好在直径较小的区域同样有一个轴承座211。

此外，该转子轴布置1具有安置在空心轴2中的冷却体3。该冷却体3，如图1和图3所示，径向与空心轴2热接触。这种热接触尤其通过空心轴2和冷却体3的物质直接接触达到。这时，冷却体3与空心轴2最好力配合地连接，方法是优选将冷却体3压入空心轴2内。这样冷却体3可以径向支承在空心轴2的内壁22上。这样一来，作用在空心轴2上的径向力，例如由转子体k传递到冷却体3上，使得空心轴2总体可以以较小的壁厚形成，这再次导致转子轴布置1的重量减轻。

该冷却体3尤其抗扭转地与空心轴2连接，即设置在空心轴中。

为了使通过冷却体3尽可能有效地散热成为可能，冷却体3最好由导热性较高的材料制造。该冷却体尤其可以由铝或铜制造。这时，该冷却体同样可以通过变形处理和/或原型处理和/或切削加工方法，或者这些或其他加工方法结合(例如，再生制造方法)制造。例如，冷却体3作为铝铸件或锻造铝构件提供。

为了使高效散热成为可能，冷却体3具有轴向连续的敞开结构s，以便冷却介质可以在空心轴2内或优选流过空心轴2地轴向流过冷却体3。换句话说，冷却体3形成为连续敞开，以便提供尽可能大的散热面积，由完全流过冷却体3的冷却介质输送热量。通过冷却体3的敞开结构s冷却介质可以做到连续流动，这具有组件有效冷却的效果。即使基本上还可以设想每一种冷却介质，还有液体冷却介质，但最好采用空气作为冷却介质。因此还可以减轻运行时的运动质量，而同时可以更简单地提供易于获得的冷却介质。

例如，冷却介质可以通过空心轴2的轴向敞开的两侧端部区域20，21穿过。基本上还可以设想通过空心轴2其他区域引入或引出。这样，例如，可以在空心轴2壁部内引入相应的(径向)通道，以便允许一定的冷却介质通过它或通过冷却体3流过。

敞开结构s可以通过所限定的通道，诸如通孔，或者还有网络结构，或这两者的结合提供。当结构s提供尽可能大的供冷却介质在其上流过的表面，而它流过空心轴2和尤其流过冷却体3时，这对高效散热尤其有利。

正如尤其在图4中可以看见的，空心轴2至少在其面向冷却体3的内壁22之中或之上可以具有结构件220。该结构件220，如图4所示，可以形成为凹槽，或者也形成为肋条，或这两者的结合。正如图3所示在所示转子轴布置1的下部区域清楚看出的，结构件220再次出现与冷却体3相应的径向外部区域32接触。这时，这个径向外部区域32，如图5所示，同样形成为结构件320。这时，相应的结构件220，320最好这样形成，使得当冷却体3被接纳在并最好压入空心轴2中时，它们形状配合地彼此结合。以此还可以改善空心轴2和冷却体3之间的抗扭转连接。

正如从图1、图3和图5可以看出的，冷却体3可以具有径向延伸的冷却肋条30。冷却肋条30由于它们通常的面设计，具有可以利用来进行高效散热的很大的表面。

正如尤其图5所示，冷却肋条30可以在其面向空心轴2的径向端32具有与空心轴2热接触用的变宽的接触区320。这个接触区320最好形成以上面提到的结构件320的形式构成，以便可以与空心轴2的相应对应的结构件220最好形状配合地结合。总之，冷却肋条变宽的设计方案，通过变宽的接触区320导致从空心轴2向冷却体3特别高效的热传导，其中热量再次由于敞开的结构s得以有效引出。

正如图中没有示出的，变宽的接触区320也可以至少部分地彼此整体形成。通过这种方式，当它们最好全面积地彼此接触时，在一方面冷却体3和另一方面空心轴2之间可以提供尽可能大的接触面。该变宽的接触区320可以特别有利，只要它们全都相连，形成为环绕的闭合(接触)环，以便形成冷却体3对空心轴2最大的面贴合。这样一个环结构的内侧也形成对敞开结构s的另一表面，这再次有效地进行散热。

正如在该实施例所显示的，冷却肋条30可以轴向伸入空心轴2。这样一个轴向延伸，如图1、图3和图5所示，是沿着空心轴2纵向轴l的直线延伸。这时，冷却体3，如图5所示具有星形的截面。其特征尤其在于在使用较少材料并因而在重量小的情况下有很大的表面。

但还可以设想，冷却肋条30的轴向延伸通过冷却肋条30围绕空心轴2的纵向轴l形成螺旋形延伸构成。这时，这样形成的冷却体3最好呈螺纹形，它在某些情况下可以，如上所说，被环绕的接触环包围。这样一个螺纹形尤其有这样的优点，在转子轴布置1在围绕纵向轴l或转子r的旋转轴旋转运动时，在运行中这个螺旋形可以用于有效地通过空心轴2，并因而穿过冷却体3输送散热所要求的冷却介质。

显而易见，基本上还可以设想冷却肋条30所有其他配置形式和延伸方向。例如，还可以提供多个轴向隔开的冷却肋条组，它们本身各自形成螺旋桨形式，并因而使进一步改善冷却介质通过空心轴2和冷却体3的输送成为可能。

图5所示的冷却体3共有6个冷却肋条30，其中本发明对其不加限制。这样，例如也可以只设置一条冷却肋条30(例如在螺纹形设计方案下)，或者也可以设置较多的冷却肋条30，例如多达50条冷却肋条30。例如，冷却肋条30可以如图5所示地纵向或轴向延伸，这样冷却体3最好有至少两个，且更优选有至少三个冷却肋条30。这时，多个冷却肋条30最好安置得均匀地分布在冷却体3的整个圆周上，以便均匀地支承在空心轴2的内壁22上。

冷却体3可以具有轴向延伸的导热件31。导热体31最好可以沿着空心轴2的纵向轴l延伸。因此，导热体31形成一个最好旋转对称安置并从它延伸的冷却件用的接纳区域，正如这里所显示的冷却肋条30。

在一个推荐的配置形式中，导热体31轴向在空心轴2一侧(比较图1和3)或也两侧(未示出)延伸出去。这样通过冷却体3散走的热量可以从转子轴布置1引出。在其从空心轴2延伸出去的端部310上，导热件31还可以具有这里未示出的散热件。例如，这个散热件可以形成为异形件。该散热件的特征尤其在于，与导热件31的截面积相比增大的表面。例如，该散热件可以形成为圆片，和特别优选形成为螺旋桨，以便使尽可能有效的散热成为可能。这时，该散热件可以设置在带有冷却介质的一个区域内。该冷却介质可以是液体，或最好还是空气。

正如在附图的实施方式中未示出的，该导热件31可以具有轴向延伸的和轴向两侧敞开的通孔，用以引导冷却介质通过。这时，该通孔同样最好沿着空心轴2的纵向轴l延伸。例如，这个通孔用于引导液体冷却介质通过。还可以设想，这个通孔用于附加地增大冷却体3的表面，并因而提高散热。

如上面已提到的，空心轴2最好在其轴向相反一端20，21上具有轴承座201，211。它们最好设置在空心轴2的直径较小的区域上；这尤其与空心轴2中从其接纳冷却体3用的轴向闭合区域相比。

如图1所示，转子轴布置1与接纳于其上或其空心轴2上的转子体k一起，形成本发明的转子r。该转子r又与包围它的定子(未示出)一起形成按照本发明的电动机。这时，这通常可以相应地安置和执行，以便相应地运行并引走所产生的转矩。这时，转矩可以例如通过安置在驱动侧200上的驱动轴实现。

相应的电动机的从空心轴2轴向延伸出去的导热件31最好可以以其散热件一起延伸入冷却介质，例如，空气或冷却液中，以便为电动机提供尽可能有效的散热。因为用空气作为冷却介质尤其已经可以达到非常高的散热，本发明在减小运动质量和尤其特别简单的结构设计方案和安装的同时，关心最有效的散热。

接着，示出用于电动机转子r的转子轴布置1的制造方法。

第一步，提供一个用于接纳转子体k的空心轴2。这样的转子体k可以是，例如，动片组。空心轴2可以以任意方法制造，尤其由钢制成。例如，空心轴2可以用变形或原型工艺或切削加工方法，以及还借助于再生加工方法制造。还可以设想这些或其他加工方法的任意结合。

第二步，提供一个冷却体3，正如图5作为示例已经示出的。该冷却体3最好由高导热材料，诸如铝等制造。作为加工方法，例如，在这里可以考虑变形方法、原型方法，或者还有切削或再生加工方法或其任意结合。

下一步中，通过空心轴2的轴向敞开端21将冷却体3安置在空心轴2中，使得冷却体3与空心轴2径向热接触。为此，冷却体3尤其可以轴向引入空心轴2，并且最好压入空心轴2。通过这种方式冷却体3还可以对空心轴2提供径向支承作用，因此，例如，例如可以以较小的壁厚提供。这时，冷却体3有一个轴向连续的敞开结构s，使得冷却介质在空心轴2中可以轴向流过冷却体3。提供大的表面的这种结合，在总体上比较简单或简单制造的结构件几何形状的情况下，负责为电动机转子r用的按照本发明的转子轴布置1，简单地提供高效的散热冷却结构。

正如前面已经描述的，冷却体3通过空心轴2的轴向敞开端21设置在空心轴中。在相应地将冷却体3设置在空心轴2内之后，空心轴2可以至少在其用来在引入冷却体3的轴向敞开端21上进行变形，并且尤其缩小(reduziert)，以便优选形成直径缩小的区域。这时，如图1至图4所示，这可以用来作为轴承座211。另外，该直径缩小的区域还可以用于将冷却体3轴向锁止或固定在空心轴2内。

转子轴布置1还可以(附加地)作为预制方案提供。这时，在将冷却体3安置在空心轴2内之后，在空心轴2的一个或两个轴向敞开端20，21上设置附加件。该附加件最好压入空心轴2，以便至少部分地封闭敞开端。这时，相应的附加件，例如，同样可以具有轴承座201，211。另外，该附加件可以具有结构件200，用以减小借助于转子轴布置1提供的转矩。一个或两个附加件同样可以具有开孔，导热件31可以通过该开孔从空心轴2轴向延伸出去，以便提供向外散热。

本发明不限于上述实施例，只要它们被下列权利要求的要点所包含。该冷却体3尤其可以形成为任意几何形状，只要它与空心轴2热耦合，连续敞开地构成，以便允许冷却介质流动通过它，以便再次使相应有效的散热成为可能。此外，以上描述的转子轴布置1，基本上可以用于尤其要求散走运行时出现的热量的任何一种轴类型。