具有轴的电的制造方法

具有轴的电的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电机包括：定子；转子，其在运行电机时与定子磁性地共同作用；第一轴承装置，第二轴承装置和轴，轴在第三轴承装置和第二轴承装置中能围绕轴的旋转轴线旋转地支承，其中，轴在旋转轴线的轴向方向上依次连续地具有带有第一材料的第一部段和带有第二材料的第二部段，其中，转子固定在轴的第一部段处，其中，第一材料和第二材料在第一部段和第二部段的接合位置处通过轨道的摩擦焊接材料配合地且均匀地相连。本发明还涉及一种用于电机的轴和一种由电机构成的系列以及一种用于制造电机的方法和一种用于制造由电机构成的系列的方法。
【专利说明】具有轴的电机

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分地电机。本发明也涉及一种用于这种电机的、用于包括至少一个该电机的电机系列的轴。此外，本发明还涉及以及一种用于制造电机的方法和一种用于制造由电机构成的系列的方法。

【背景技术】
[0002]这种电机由DE 10 2006 047 186 Al中已知。在其中描述了一种驱动机，其包括转子和具有电绕组系统的定子。具有轴向彼此叠放的冲压板材的组合叠片直接装配在齿轮组轴的空心柱形的转子区域的外圆周面上。齿轮组轴包括两个具有轴线末端部分的轴向侧方的边缘区域和布置在边缘区域之间的空心柱形的转子区域。这两个轴向侧方的边缘区域与空心柱形的转子区域借助焊接技术如MAG-焊接，UP-焊接或者摩擦焊接彼此相连。在此，对于其他的轴部分的相应的连接位置可以特别的根据所选择的焊接连接技术来设计。借助连接摩擦焊接的连接此时导致了特别小的扭曲。在空心柱形的转子区域中，可以设置受到柱形的内部空腔决定的材料节约，不会由此导致损害机械稳定性。由于转子区域中的更大的外直径，此时可以设定更小的通过扭转-和弯曲惯量引起的机械应力，该应力小于在具有更小的外直径的两个轴向侧方的边缘区域的轴线末端部分中的。由于转子区域中的内部空腔，齿轮组整体在具有高的机械稳定性时仍然具有较小的重量。
[0003]这种电机也由US 4 353 002 A中已知。该专利的电机与加热到高温的旋转机器、例如用于加工纤维的热辊或者用于高温烤箱通风的鼓风机等等相连。电机包括利用电机的轴承可旋转地支承的轴。轴包括适合用于轴承中的轴承的由具有低导热能力的不锈钢制成的第一部段和由用于机器构造的具有高硬度的钢合金如铬钢、铬钥钢或者镍铬钢制成的第二部段，其中，在远离轴承的连接位置的与转子关于轴承相对置的侧上，通过压力摩擦焊接连接第一部段和第二部段。为此，这两个部段彼此接合并且旋转这两个部段中的至少一个，以便产生用于连接这两个部段的摩擦热。如此选择连接位置，在轴承和轴上的连接位置之间的轴上可以装配排热的鼓风机或者冷却排等。通过借助由具有高导热能力的材料、铝合金制成的鼓风机将热量排出到空气中，并且通过第一部段的微弱的导热能力减少了向轴承的第一部段运输的已加热的旋转机器、例如热辊的热量。
[0004]在公开文献JP 2004 336989A中，轴由至少一个中央轴部件、第一和第二外侧轴部件组成。为了连接轴部件，第一和第二轴部件分别在中央的空心柱状的轴部件的端部处压入到中央的空心柱状的轴部件中。通过不同的轴部件实现了，根据对于相应的轴部件的具体要求，组合单个组件以便减小转子模块的材料和制造成本。
[0005]基于这种尝试，即成本显著地与边际条件无关地降低，由核心意义带来进一步的技术贡献，以便单独的、替代性的或者组合的利用已知方法改进电机。


【发明内容】

[0006]因此，本发明基于以下目的，成本低廉地提供适用于特殊的要求的电机。
[0007]该目的通过具有权利要求的特征的电机来实现。
[0008]该目的也通过具有根据权利要求13的特征的轴来实现。
[0009]用于根据本发明的电机的根据本发明的转子轴组合包括转子和轴。
[0010]该目的也通过具有根据权利要求14的特征的电机系列来实现。
[0011]该目的也通过具有根据权利要求15的特征的用于制造根据本发明的电机的方法来实现。
[0012]在用于制造根据本发明的电机的根据本发明的方法中，在一个方法步骤中利用连接方法使第一材料和第二材料在第一和第二部段的接合位置处材料配合地并且均匀地相连。
[0013]该目的也通过具有根据权利要求16的特征的用于制造由根据本发明的电机构成的系列的方法来实现。
[0014]在用于制造由根据本发明的电机构成的系列的根据本发明的方法中，在一个方法步骤中利用连接方法使第一材料和第二材料在第一和第二部段的接合位置处材料配合地并且均匀地彼此相连，并且在其他的方法步骤中利用连接方法使第四和第五材料在第四和第五部段的接合位置处材料配合地并且均匀地彼此相连。
[0015]通过材料配合地和均匀地连接实现了与材料无关的且与形状无关的在第一和第二部段之间的连接，从而根据本发明的电机有利地实现了所述目的。轴的第一和第二部段可以有利的根据对于轴的部段和对于将轴作为整体所提出的要求来设计，以便成本低廉地提供适合特殊要求的电机。
[0016]第一材料和第二材料在接合位置处的材料配合地并且均匀地连接实现了对于运行电机重要的在第一部段和第二部段之间的力传递。
[0017]通过在接合位置处的材料配合地和均匀地连接，有利地避免了连接特性中与位置有关的区别。
[0018]利用轨道上的摩擦焊接可以有利的实现在第一和第二部段的接合位置处的材料配合地和均匀地连接，其中可以成本低廉地实现对于电机的特殊要求。
[0019]在使用轨道的摩擦焊接座位连接方法时，借助第一和第二部段的或者第一或第二部段的圆周的旋转振荡运动通过轴的第一和第二部段的相对移动导致能量损耗。第一和第二部段没有实施朝向彼此的转动。通过第一和第二部段的相对移动，通过此时产生的摩擦加热并塑化第一和第二材料。当相应的加热并塑化第一和第二材料时，部件在轴向方向上彼此定位并且其借助已定义的顶锻力在高压下压合。在冷却第一和第二材料之后，第一和第二材料在第一和第二部段的接合位置处材料配合地并且均匀地相连。
[0020]在使用轨道上的摩擦焊接时，在第一和第二部段相对移动时，速度仅仅与环形轨道直径相关。随后的接合位置的每个点以相同的速度移动，这导致了在这两个材料中的均匀地能量损耗。在接合位置处有利的不出现或者以很少的数量出现与到旋转轴线的距离相关的在轴向方向上不同的接合。此外，接合位置如此可以有利的在轴向方向上的很大的长度范围中延伸。很大的长度可以特别地大于从旋转轴线到接合位置的起点的距离。
[0021]因为随后的接合位置的每个点与第一和第二部段的材料和形状无关地以相同的速度移动，由于轨道的摩擦焊接的材料配合地且均匀地连接有利地与第一和第二部段的材料和形状无关。
[0022]在根据本发明的电机中，轴借助第一轴承架的第一轴承装置并且借助第二轴承架的第二轴承装置来支承。轴承架或者具有轴承架的壳体，如此可以有利地用作转矩支持。
[0023]在运行根据本发明的电机作为发电机时，通过电能将转子置于旋转。通过在转子和定子之间的磁性共同作用，可以将机械能转换成电能。在固定在定子上的绕组处可以通过接通耗电器来提取电能。
[0024]在运行根据本发明的电机作为发动机时，通过绕组输送电能并且通过定子和转子之间的磁性共同作用将电能转换成机械能。在此使转子置于旋转，并且在轴上可以将机械能以旋转移动的形式输出到机械耗电器上。
[0025]转子和定子之间的磁性共同作用可以通过空气隙来实现，该在垂直于轴向方向来取向的径向方向上通过转子和定子来界定空气隙。转子可以具有相应的装置，以便可以通过空气隙与转子、特别是固定在转子上的绕组磁性地共同作用。为此，该装置可以具有永磁体和/或绕组。
[0026]用于电机的根据本发明的轴也具有其他的优点，通过与对电机的要求相匹配的加工步骤可以减少在径向方向上的、特别是也减少了在接合位置处的轴的半径。
[0027]由于材料配合地的且均匀地连接，在运行具有根据本发明的轴时，对轴的处理不引起由于弯曲、扭转或者可能的压力的轴的负载能力的显著的或者偶尔的降低。显著的或者偶尔的负载可能通过连接特性中与位置相关的区别来体现，当在接合位置处的连接在径向方向上具有位置，其没有或者具有比接合位置的其他位置更微弱的可负载的以材质相连的连接。当通过处理释放了空腔或者接头时，此时轴的显著的或者偶尔的负载能力的降低可能变得显著，该负载能力引起了在接合位置的表面上的切口效应。通过材料配合地且均匀地连接，有利地避免了在连接特性中这类的与位置相关的区别，从而具有处理步骤的轴可以有利地减少匹配于电机的要求。根据本发明的轴可以例如有利的通过减少应力的处理来降低其直径。
[0028]用于根据本发明的电机的根据本发明的转子-轴-组合(Rotor-Welle-Kombinat1n)还具有其他优点，转子和轴作为组合、例如在封装单元中，可以供根据本发明的电机中的安装使用。因为转子和轴在其相应的特性中为了降低成本有利地如下地彼此协调，即仅在转子的和轴的第一部段的确定的状态中，可以满足关于弯曲、扭转和压力所需要的负载，有利的是，轴和转子作为组合以供使用。风险可以例如降低到，对于负载不适合的转子包封件装配到不属于转子包封件的轴上。特别是在转子轴组合中，转子固定在轴的第一部段处。特别是由此还可以有利地降低风险，即转子以不适合的方式固定在轴的第一部段上。
[0029]根据本发明的电机系列还具有其它优点，该系列可以包括成本低廉的电机，其满足了不同领域和应用对电机的特殊需求。轴的部段可以由已存在的以结构技术算出的和以实验技术已验证的部段组成。
[0030]用于制造根据本发明的电机的根据本发明的方法还具有其它的优点，材料配合地的且均匀地连接导致了高的过程安全性，该具有较小废件份额的安全性是可以自动实现的。
[0031]用于制造根据本发明的电机系列的根据本发明的方法具有其它的优点，该连接方法可以用于连接该系列不同电机的部段的所有接合位置。通过此时由于材料配合地的且均匀地连接方法可实现的高件数，成本低廉地实现了优化利用这种连接方法的生产。特别是对于该连接方法重要的仅是第一连接装置，利用该装置可以执行用于连接系列的不同电机的部段的所有接合位置。因此，在件数很少时也有利的是，仅需要配置一个连接装置作为第一连接装置。其它的连接装置仅在更高件数时是必须配置的，该件数是利用第一连接装置在约定交付时间无法及时完成的。
[0032]本发明的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
[0033]因此，在第一材料是非铁金属时，根据本发明的电机的设计方案是有利地。公知，在材料配合地且均匀地连接轴的第一和第二部段时，对于在其上固定有转子的、轴的第一部段，为了满足电机的需求有利地可以使用非铁金属。
[0034]称作非铁金属的是除了铁以外所有的金属，以及其中不包含铁作为主元素的、或者纯铁(Fe)的份额不超过50%的金属合金。
[0035]轴在第一部段中可以具有装配部段，在其上固定了转子，其中转子围绕装配部段。公知，因此，用于在小强度的非铁金属时也传递转矩的抗扭连接可以在转子和轴之间。
[0036]在根据本发明的电机的其它有利设计方案中，第一部段具有在第一材料和轴的第一端部之间的用于传输热量的轴向孔。因此，通过轴的第一部段的轴向孔可以有利地从具有高导热能力的金属、特别是第一金属中导出电机的废热给电机的冷却部。此外，有利地可以与材料配合地的且均匀地连接无关地安装轴向孔。
[0037]第一部段可以通过预制的孔来构成。因此有利地，第一部段可以成本低廉地制造成批量货物、特别是由半成品制成的。
[0038]第一部段可以通过第一材质的挤压型材来形成。因此，可以有利地满足对于电机的要求并且成本低廉地实现用于冷却的冷却系统，因为挤压型材具有密封的接合部。密封的接合部具有高导热能力。因此通过高导热能力有利地将废热大量地从第一材料引导到轴向孔中。因此，根据本发明的电机可以有利地成本低廉地提供特殊的与要求相匹配的电机。
[0039]根据本发明的电机可以具有注入元件，其延伸到轴向孔中，使得冷却工具、特别是冷却液可以从注入元件中流入到轴向孔中。因此有利地，轴向孔可以成本低廉地用于冷却根据本发明的电机，以便满足对于电机的要求。有利地，注入元件可以成本低廉地且简单地相对于轴向孔的径向边界面来布置。特别是因为基于第一材料与第二材料的材料配合地的且均匀地连接有利地避免了轴向孔的变型。轴向孔是关于旋转轴高度对称的、特别是在第一材料材料配合地且均匀地连接第二材料之后也还是对称的。
[0040]在根据本发明的电机的其它优选设计方案中，轴向孔具有用于在第一材料和轴的第一端部之间传输热量的传输结构。在接合位置处材料配合地且均匀地连接第一材料和第二材料有利地实现了，当对于电机的特殊要求需要传输热量时，通过传输结构实现或者支持成本低廉低传输热量。此外，通过材料配合地的且均匀地连接有利地避免了通过在连接属性中的与位置有关的区别可能出现的对传输结构的机械作用。例如如下地避免了，传输结构通过在连接属性中的与位置有关的区别承受不利的机械应力。这种不利的机械应力可能导致传输结构在传输热量时微弱的有效性或者/并且导致其提前停机。在有不利的机械应力时，因为必须为这种不利的机械应力设计传输结构，还可以成本更低廉地制造传输结构。根据本发明，有利地，相应于对电机的特殊要求可以成本低廉地仅设计具有传输结构的轴的第一部段。
[0041]有利地，第一部段可以具有温差环流装置，其具有轴向孔和传输结构。有利地，当对于电机的特殊要求需要如此时，轴的第一部段可以成本低廉地配备具有用于冷却电机的自供给的冷却系统。
[0042]在根据本使用新型的电机的其他有利的设计方案中，第二部段具有通入到第一部段的轴向孔中的轴向孔，其中第二部段的轴向孔具有在轴的第二端部的开口。因此，第二部段可以有利地用于输送冷的冷却剂或者排除热的冷却剂以便冷却电机，其中有利地，根据在此处所期望的要求可以成本低廉地设计第一部段。
[0043]在根据本发明的电机的其他有利设计方案中，在接合位置处的第二材料从旋转轴起在径向方向上延伸。通过在第一和第二部段的接合位置处的材料配合地的且均匀地连接，在接合位置处的第二材料可以有利地从旋转轴起在径向方向上延伸。因此，尽管对电机有高要求，第二部段也可以由整体材料制成。在于接合位置处的第二部段处必须没有设置任何空隙，从而材料配合地的且均匀地连接满足由于弯曲、扭转和可能的压力的轴的负载。
[0044]在根据本发明的电机的其他有利的设计方案中，第二材料可以是铁金属。在此称作铁金属的是不是非铁金属的金属或者金属合金。属于铁金属的例如是钢，其主成分是铁并且该主成分能够以变型技术来加工。但是在此，可锻造的金属也属于铁金属。通过在接合位置处材料配合地且均匀地连接第一和第二部段，对于根据本发明的电机的要求能够以几乎相同的高度提出，如同在除了电机轴以外由铁金属制成的电机中。由于在第一和第二部段的接合位置上材料配合地的且均匀地连接足以使得，在第二部段中的轴由铁金属制成，因为在该处基于机械和热学的应力原因铁金属是必须的。在轴的第一部段中，关于机械和热学应力的对根据本发明的电机的要求是不同的。在第一和第二部段的接合位置处的材料配合地的且均匀地连接实现了，轴作为整体或者电机作为整体来满足该要求。
[0045]轴在第二部段中可以具有轴承部段，其上布置了用于可旋转地支承的第一轴承装置。因此有利地，可以成本低廉地实现限制在第二部段上的具有对于交替负载的高强度和耐磨强度的轴承部段。
[0046]在根据本发明的电机的其他有利设计方案中，第一部段和第二部段在接合位置处通过第一部段的平坦平面和第二部段的平坦平面材料配合地且均匀地连接，其中第一部段的平坦平面和第二部段的平坦平面分别定向在旋转轴线的轴向方向上。平坦平面有利地且成本低廉地不需要加工预制的第一和第二部段，并且有利地实现了，再建立材料配合地的且均匀地连接时，在轴的轴向方向上将能量均匀地输入到第一和第二材料中。通过接合位置来均匀分布在轴向方向上的到材料中的能量输入有利地有助于均匀地形成连接，并且同样有利地导致了第一和第二材料在接合位置处少量的必需的变热。
[0047]在用于制造根据本发明的电机的根据本发明的方法的有利的设计方案中，在连接方法中，第一部段的平坦平面和第二部段的平坦平面接合。
[0048]在根据本发明的电机的其他有利设计方案中，轴在旋转轴线的轴向方向上具有依次连续的带有第三材料的第三部段和第一部段，其中第三和第一材料在第三和第一部段的第二接合位置处材料配合地且均匀地连接。这种第三和第一材料在第二接合位置处的第二连接有利地实现了在第一和第三部段之间的与材料无关的且与形状无关的连接。轴的第三部段可以有利地根据对于轴的部段和轴的整体所提出的要求有利地设计，以便成本低廉地提供匹配于特殊要求的电机。
[0049]在根据本发明的电机的其他有利设计方案中，轴在第三部段中具有第二轴承部段，其上布置了用于可旋转地支承轴的第二轴承装置。轴的第三部段可以如此地根据对于根据本发明的电机的关于第二轴承装置的特殊要求来设计，并且轴的第一和第二部段可以有利地根据对于第一和第二部段所提出的要求来设计。
[0050]在根据本发明的电机的其他有利设计方案中，第三部段具有在第一部段和轴的第一端部之间的用于传输热量的轴向孔。因此有利地，轴的第一端部可以成本低廉地具有为确定的冷却系统所设计的特殊接口。
[0051]在根据本发明的电机的其他有利设计方案中，第三材料具有比第一材料小的导热能力。因此有利地，在运行中并且在运行了电机之后可以成本低廉地实现第二轴承装置的、特别是具有第二轴承装置的第二轴承的微弱的变热。
[0052]在根据本发明的电机系列的其他有利设计方案中，第一部段具有第一形状，其具有用于在第一材料和第一轴的第一端部之间传输热量的轴向孔，其中第一电机具有注入元件，其如下地延伸到径向孔中，即冷却剂、特别是冷却液由注入元件可以流入到轴向孔中，其中第四部段具有第四形状，其具有带有用于在第四材料和第二轴的第一端部之间传输热量的传输结构的轴向孔。因此有利地，可以成本低廉地提供电机系列，其包括至少一个具有带有冷却及、特别是冷却液的外部输送件的冷却系统的电机和具有冷却系统的电机，冷却系统通过传输结构实现了或者支持了热量运输。根据冷却系统的可支配性和/或用于运输冷却剂的能量的可支配性，可以有利地且成本低廉地提供匹配于特殊要求的系列中的电机。特别地，也可以有利地且成本低廉地提供匹配于特殊要求的系列中的具有自供给冷却系统的、例如具有温差环流装置的第二电机。
[0053]有利地，电机系列还可以具有第三电机，其具有一些或更多的已说明的特征的有利组合，从而第三电机与第一电机和第二电机相区分。
[0054]有利地，根据本发明的电机的有利的设计方案、根据本发明的轴和根据本发明的电机系列通过一些或者多个所说明的特征的组合来得出。由此，例如可以获得具有极其有效的冷却的电机，从而可以成本低廉地提供与特殊要求相匹配的电机。例如在根据本发明的电机中，当第一部段通过由挤压型材制成的管来形成时，存在极其有效的冷却的有利的设计方案，第一材料具有比第二材料更高的导热能力，并且在接合位置处的第二材料从旋转轴线起在径向方向上延伸。因此在根据本发明的电机中，利用整体材料和管可以成本低廉地实现最外侧的极其有效的冷却。通过在第一和第二部段的接合位置处材料配合地且均匀地连接第一和第二材料可以成本低廉地实现冷却液的液密的转向，而不需要在径向孔的内部的再处理。

【专利附图】

【附图说明】
[0055]本发明的上述属性、特征和优点以及如何实现这些的方式和方法结合下面参考附图详细阐述的对实施例的说明会更加清晰易懂。其示出:
[0056]图1是用于利用具有将冷却液作为冷却剂的外部输送的冷却系统来冷却的电机的实施例，
[0057]图2是用于利用具有将空气作为冷却剂的外部输送的冷却系统来冷却的电机的实施例，
[0058]图3是具有自供给的冷却系统的电机的实施例，
[0059]图4是电机系列的实施例。

【具体实施方式】
[0060]图1示出电机I的实施例，其包括定子2和转子4，转子在运行电机I时与定子2磁性地共同作用。此外，电机I还包括第一轴承装置8、杜轴承装置81和轴5，轴安装成在第一轴承装置8并且在第二轴承装置81中可以围绕轴5的旋转轴线3旋转的。轴5在旋转轴线3的轴向方向21上具有依次连续的具有第一材料的第一部段301和具有第二材料的第二部段302，其中第一材料和第二材料在第一部段301和第二部段302的接合位置9处材料配合地的且均匀地相连。转子4固定在轴5的第一部段301处。
[0061]第一部段301的第一材料是具有高导热能力的非铁金属，如同例如在高坚固的铝合金中的情况一样。在根据图1的实施例中，第一材料是AlZn5，5MgCu。轴5在第一部段301中具有装配部段11，其上固定了转子4，其中转子4围绕装配部段11。转子4包括组合叠片16，其在轴向方向21中包括分层的板材。分层的板材分别包括孔，引导轴5的装配部段11穿过该孔。有利地，板在所有的径向方向22上包围装配部段11。转子4在板材的开口处以力连接地固定在装配部段11处。在装配部段11处固定转子4可以由此来实现，即转子具有加热到比装配部段11更高的温度上并且推移到装配部段11上。
[0062]第一部段301具有用于在第一材料和轴5的第一端部13之间传输热量的轴向孔6。第一部段301通过预制成挤压型材的管来形成。电机I具有注入元件7，其如下地延伸到轴向孔6中，即冷却剂15、特别是冷却液可以从注入元件7中流入到轴向孔6中。冷却剂15、特别是冷却液的流动方向在图1中通过箭头来指示。注入元件7是固定在支架37中的进入管。支架37固定在电机I的壳体104处。注入元件7是相对于轴向孔6的径向分界面324布置的。有利地，轴向孔6是关于旋转轴线高度对称的，从而注入元件7可以最优地定位在轴向孔6中。因此阻止了或者避免了在注入元件7和轴向孔6的边界、特别是轴向孔6的径向分界面324之间的接触。通过作用到电机I上的给料或者/并且通过运行电机I可以引起该接触。有利地，在第一部段301和第二部段302的接合位置9处材料配合地且均匀地连接第一和第二材料有助于，在连接第一部段301和第二部段302之后轴向孔6也还是关于旋转轴线3高度对称的。第一和第二部段301，302在接合位置9处通过轨道上的摩擦焊接来材料配合地的且均匀地彼此连接。第二部段302的第二材料在接合位置9处从旋转轴线3其在径向方向22上延伸。因此，第二部段302可以在其朝向接合位置9的部段处保持为整体材料。第一部段301和第二部段302在接合位置9处通过第一部段301的平坦平面和第二部段302的平坦平面材料配合地且均匀地相连，其中第一部段301的平坦平面和第二部段302的平坦平面定向在旋转轴线3的径向方向21中。在材料配合地且均匀地连接第一部段301和第二部段302的彼此相对的平坦平面时，平坦平面借助循环的旋转振荡运动互相摩擦。在加热并塑化了第一和第二材料之后，第一和第二部段301，302在轴向方向21上彼此相对地定位在轴向方向21中，并且借助已定义的顶锻力在高压下压合。在第一和第二材料冷却之后，这两个材料在第一和第二部段301，302的接合位置9处以材料连接地且均匀地彼此相连。在完成了材料配合地的且均匀地额连接之前，有利地，预制的用作第一部段301的管的平坦平面必须不加以任何特殊处理。在连接第一和第二部段301,302之后，轴向孔6也必须在其底部，即在靠近接合位置9处没有再处理过。
[0063]在根据图1的电机的实施例中，第二材料是铁金属。铁金属是高坚固性的钢。高坚固性的钢在本实施例中是42CrMoS4。轴5在第二部段302中具有轴承部段12，其上布置了用于可旋转地支承轴5的第一轴承装置8。因此有利地，成本低廉地实现了限制在第二部段302上的具有对于电机I的驱动侧上的交替负载的高坚固度和耐磨强度的轴承部段12。因为第二材料是高坚固性的钢，有利地，可以成本低廉的在驱动侧上的第二部段302上安装内部轮齿323。由此有利地，电机I已经具有齿轮箱的一部分，该部分用于根据要驱动的目的调整电机I的动态参量。
[0064]根据图1的电机I的实施例具有用于保护电机的带有第一轴承架102和第二轴承架103的第一壳体104，其中定子2布置在壳体104中，并且转子4可旋转地置于定子2的贯穿的空隙14中。转子4的可旋转的放置在具有第一轴承装置8和第二轴承装置81的轴5之上进行。第一轴承装置8布置在第一轴承架102中并且具有滚动轴承。第二轴承装置81布置在第二轴承架103中并且同样具有滚动轴承。
[0065]在根据图1的电机I中，轴5在轴向方向21上依次连续地具有带有第三材料的第三部段303和第一部段301，其中在第三部段303和第一部段301的第二接合位置10处材料配合地且均匀地连接第三材料和第一材料。轴5在第三部段303中具有第二轴承部段121，其上布置了用于可旋转地支承轴5的第二轴承装置81。第三部段303具有用于在第一部段301和轴5的第一端部13之间传输热量的轴向孔61。因此轴5的第一端部13可以有利地且成本低廉地具有为确定的冷却系统设计的特殊的接口 322。附加的，由此有利地获得了第二轴承装置81相对于冷却剂15的热隔离，因为第三部段303通过第三材料具有小于第一材料的导热能力。因此，在运行电机中和运行电机I之后可以有利地且成本低廉地实现第二轴承装置81、特别是具有第二轴承装置81的第二轴承的更小的加热。
[0066]用于冷却电机I的冷却系统包括电机I和用于运输冷却剂15、特别是冷却液的穿过轴向孔6，61的冷却剂循环。在用于根据图1的电机I的冷却系统的实施例中，冷却剂循环包括冷却剂泵，其用于从冷却剂泵向电机的冷却剂入口运输冷却剂15并且从电机的冷却剂出口回送给冷却剂泵。
[0067]电机I的冷却剂入口和出口在图1中通过箭头来标记。因此有利地，可以在外部输送冷却剂15并且与电机I的运行无关地根据需求从冷却机泵运输冷却剂。在此，冷却剂15通过冷却剂泵运输到注入元件7中。注入元件7在轴向孔6中沿轴向方向21延伸到第一轴承装置8和与其直接邻接的转子4的端部之间的区域。在该区域中，冷却剂15、特别是冷却液可以从注入元件7流入到轴向孔6中并且转向，以便在轴向孔6中可以流向轴5的第一端部13。在那里，冷却剂15、特别是冷却液可以流入到空腔中，通过该空腔其可以离开电机I。
[0068]在图1的实施例中，在定子2处固定了绕组，其与转子4的相应设备磁性地共同作用。为此，转子4的该设备具有铜棒23，其在转子组合叠片的两个端部处通过短路环17磁性地且电学地相连。在运行电机I时于该设备中产生的废热大部分通过具有轴向孔6的第一部段301运输给轴5的第一端部13。
[0069]图2示出了用于利用具有将空气作为冷却剂211的外部输送的冷却系统来冷却电机200的实施例，其通过箭头示出。与图1不同的是，根据图2的电机200具有带有轴向孔2061的第二部段2302，轴向孔通入到第一部段2301的轴向孔206中。第二部段2302的轴向孔2061具有在轴25的第二端部2312处的开口 218。第一部段2301在轴225的第一端部213处具有在径向方向22上的穿孔210。在轴25的第一端部213处固定了径向风扇2012。冷的冷却剂211可以穿过开口 218流入到第一和第二部段2301,2302的径向孔2061，206中并且在穿孔210处的已加热的冷却剂211可以沿径向方向22从轴25中流出，开口 218可以有利地用于电机的冷却。此时，在第一部段2301中冷却剂211在径向孔206中吸收废热，以便向轴25的第一端部213运输废热。从穿孔210中流出的冷却剂211直接穿过径向风扇2012沿径向方向22向外输送。电机200具有风扇外罩2013，其具有穿孔214。除了冷却剂211之外，径向风扇2012还需要冷却剂流215，径向风扇2012从风扇外罩213的穿孔214起借助外侧的风扇叶片2019在电机200的壳体204的外侧引导该冷却剂流。径向风扇2012具有外侧的风扇叶片2019和内部的风扇叶片2018，其可以将来自轴向孔206的冷却剂211沿径向方向22从穿孔210中输出。
[0070]在图2的实施例中，在定子201上固定了绕组，其与转子202的相应的设备磁性地共同作用。为此，转子202的设备具有铜棒，其在转子组合叠片的两个端部处通过短路环磁性地且电学地连接。根据图2的电机200的实施例具有用于保护电机的壳体，其中在壳体204中布置了定子201并且转子202可旋转地置于定子201的贯穿的空隙140中。转子202的可旋转的放置通过具有第一轴承装置281和第二轴承装置208的轴25来进行。
[0071]图3示出了具有自供给的冷却系统的电机300的实施例。在电机300中，第一部段3301具有用于在第一材料和轴35的第一端部313之间传输热量的轴向孔306的第一部段3301，其中轴向孔306具有用于在第一材料和轴35的第一端部313之间传输热量的传输结构。在根据图3的电机300的实施例中,传输结构包括第一传输结构18和第二传输结构19。第一传输结构18用于在轴向孔306的内部运输冷却剂的冷凝物。因此，第一传输结构18用于在轴向方向22上运输冷凝物。第二传输结构19用于运输在蒸汽状的聚合状态中的冷却剂。因此，第二传输结构19用于在与轴向方向22相反的方向上运输在蒸汽状的聚合状态中的冷却剂。因此，第一部段3301具有温差环流装置，其具有轴向孔306和传输结构。借助温差环流装置，第一材料的、特别是在装配部段11处的废热运输给轴35的第一端部313。在轴35的第一端部313处，热量通过热交换器24输出到电机300的周围环境中。在温差环流装置中，第一材料的、特别是装配部段11的热量由冷却剂的冷凝物所吸收。所吸收的热量导致了冷凝物的蒸发。蒸发了的冷凝物在蒸汽状的聚合状态中运输给轴35的第一端部，冷却剂通过热交换器24将热量输送在该端部上，并且再次冷凝。第一传输结构18安装在轴向孔306的径向分界面处。在本实施例中，第一传输结构18具有螺纹型的结构，从而冷却剂通过第一传输结构18可以运输进入到轴35中。第一传输结构18有利地位于径向分界面处，因为在那里由于离心力存在冷却剂的冷凝物，并且在那里由于与冷却剂的蒸汽状的聚合状态相反的低温，该冷凝物可以用于冷却。有利地，第二传输结构19安装在轴向孔的中央，即在旋转轴线3的附近。即在那里冷却剂以蒸汽状的聚合状态存在，从而第二传输结构19在那里有利地有助于向轴35的第一端部313运输第一材料、特别是第一装配部段11的冷却剂。通过根据本发明的材料配合地的且均匀地连接，避免了在旋转轴线附近的和其上的轴35和第二传输结构19的机械扭曲，并且因此实现了第二传输结构19的高效应。在实施例中，第二传输结构具有螺旋形的结构，从而冷却剂可以通过第二传输结构18从轴35中运出给轴35的第一端部313。根据本发明，温差环流装置、特别是第一和第二传输结构可以根据对于电机300的特殊要求来设计，因为特别是避免了，通过在接合位置309处的连接特性中的根据位置的区别，传输结构承受了不利的机械应力。
[0072]图4示出了电机系列400的实施例。系列400包括根据图1的电机1、根据图2的电机200和根据图3的电机300。
[0073]尽管在细节上通过优选的实施例详细地阐述并说明了本发明，本发明并不局限于所公开的实例并且本领域技术人员可以从中推导出其他变体，而不离开本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种电机(1，200，300)，包括 定子(2，201)， 转子(4，202)，所述转子在运行所述电机(1，200，300)时与所述定子(2，201)磁性地共同作用， 第一轴承装置(8,208), 第二轴承装置(81，281)和 轴(5，25，35)，所述轴在所述第三轴承装置(8，208)和所述第二轴承装置(81，281)中能围绕所述轴(5，25，35)的旋转轴线(3)旋转地支承， 其中所述轴(5，25，35)在所述旋转轴线(3)的轴向方向(21)上依次连续地具有带有第一材料的第一部段(301，2301，3301)和带有第二材料的第二部段(302，2302)， 其中所述转子(4，202)固定在所述轴(5，25，35)的所述第一部段(301，2301，3301)处， 其特征在于， 所述第一材料和所述第二材料在所述第一部段(301，2301，3301)和所述第二部段(302，2302)的接合位置(9，209，309)处通过轨道的摩擦焊接材料配合地且均匀地相连。
2.根据权利要求1所述的电机(1，200，300)，其中，所述第一材料是非铁金属。
3.根据权利要求1所述的电机(I，200，300)，其中，所述第一部段(301，2301，3301)具有用于在所述第一材料和所述轴(5，25，35)的第一端部(13，213，313)之间传输热量的轴向孔(6,206,306)。
4.根据权利要求3所述的电机(1，200，300)，其中，轴向的所述孔(306)具有用于在所述第一材料和所述轴(5，25，35)的所述第一端部(313)之间传输热量的传输结构(18，19)。
5.根据权利要求3或4所述的电机(1，200，300)，其中，所述第二部段(2302)具有轴向孔(2061)，这个轴向孔通入到所述第一部段(2301)的所述轴向孔(206)中，其中所述第二部段(2302)的所述轴向孔(2061)具有在所述轴(5，25，35)的第二端部(2312)处的开口(218)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电机(1，200，300)，其中，所述第二材料在所述接合位置(9，209，309)从所述旋转轴线(3)起在径向方向(22)上延伸。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电机(1，200，300)，其中，所述第二材料是铁材料。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的电机(I，200，300)，其中，所述第一部段(301，2301,3301)和所述第二部段(302，2302)在所述接合位置(9，209，309)处通过所述第一部段(301，2301，3301)的平坦平面和所述第二部段(302，2302)的平坦平面材料配合地且均匀地相连，其中所述第一部段(301，2301，3301)的平坦的所述平面和所述第二部段(302，2302)的平坦的所述平面在所述旋转轴线(3)的所述轴向方向(21)中定向。
9.根据权利要求3或4所述的电机(I，200，300)，其中，所述轴(5，25，35)在所述旋转轴线(3)的所述轴向方向(21)上具有依次连续的、带有第三材料的第三部段(303)和所述第一部段(301)，其中所述第三材料和所述第一材料在所述第三部段(303)和所述第一部段(301)的第二接合位置(10)处，通过轨道上的摩擦焊接材料配合地且均匀地连接，其中所述轴(5，25，35)在所述第三部段(303)中具有第二轴承部段(121)，所述第二轴承装置(81)为了能旋转地支撑所述轴(5)布置在所述第二轴承部段上，其中所述第三部段(303)具有用于在所述第一部段(301)和所述轴(5)的所述第一端部(13)之间传输热量的轴向孔(61)，其中所述第三部段(303)通过所述第三材料具有比所述第一材料更小的导热能力。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的电机(I，200，300)，其中，所述第二部段(302，2302)在所述接合位置(9，309)处保持为整体材料。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的电机(1，200，300)，其中，所述第一部段通过预制的管形成。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的电机(1，200，300)，其中，所述轴(5，25，35)也在所述接合位置(9，209，309)具有在径向方向(22)上的直径，并且所述轴能通过消除应力的处理减小所述轴的所述直径。
13.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的电机(1，200，300)的轴(5，25，35)，其中，所述轴(5，25，35)在旋转轴线(3)的轴向方向(21)上具有依次连续的带有第一材料的第一部段(301，2301，3301)和具有第二材料的第二部段(302，2302)， 其中所述第一材料和所述第二材料在所述第一部段(301，2301，3301)和所述第二部段(302，2302)的接合位置(9，209，309)处通过轨道上的摩擦焊接材料配合地且均匀地相连。
14.一种由电机(1，200，300)构成的系列(400)，包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的第一电机(I，200，300)和至少一个第二电机(1，200，300)， 其中第一部段(301，2301，3301)具有第一形状， 其中所述第二电机(1，200，300)具有， 第二定子(2，201)， 第二转子(4，202)，所述第二转子在运行所述第二电机(1，200，300)时与所述第二定子(2，201)磁性的共同作用， 第三轴承装置(8，208)， 第四轴承装置(81，281)和 第二轴(5，25，35)，所述第二轴在所述第三轴承装置(8，208)和所述第四轴承装置(81，281)中能围绕所述第二轴(5，25，35)的旋转轴线(3)旋转地支承。 其中所述第二轴(5，25，35)在所述第二轴(5，25，35)的所述旋转轴线(3)的轴向方向(21)上具有依次连续的带有第四材料的第四部段(301，2301，3301)和带有第五材料的第五部段(302，2302)， 其中所述第四部段(301，2301，3301)具有第四形状， 其中所述第四形状和/或所述第四材料区别于所述第一形状和/或所述第一材料， 其中所述第四材料和所述第五材料在所述第四部段(301，2301，3301)和所述第五部段(302，2302)的接合位置(9，209，309)处，通过轨道上的摩擦焊接材料配合地且均匀地相连。
15.—种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的电机的方法,其中,在一个方法步骤中利用连接方法使第一材料和第二材料在第一部段和第二部段的接合位置处材料配合地并且均匀地相连。
16.一种用于制造由根据权利要求1至12中任一项所述的电机构成的系列的方法，其中，在一个方法步骤中利用连接方法使第一材料和第二材料在第一和第二部段的接合位置处材料配合地并且均匀地彼此相连，并且在其他的方法步骤中利用连接方法使第四材料和第五材料在第四部段和第五部段的接合位置处材料配合地并且均匀地彼此相连。
【文档编号】H02K1/32GK104426269SQ201410459100
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】克劳斯·比特纳, 斯特芬·瓦尔特 申请人:西门子公司