具有叠片组的转子轴

摘要

本发明涉及一种用于将叠片(5)组装在设置成用于电机的转子的轴(1)上的方法。叠片(5)以滑动的方式被推动到轴(1)上，并且被夹在两个止推垫圈(4、6)之间，所述止推垫圈(4、6)可旋转地固定至轴(1)。叠片(5)被推动到轴上并抵靠止挡件(4)，该止挡件是由布置在轴(1)的第一轴向子部分(2)中的第一止推垫圈(4)形成的。在第二轴向子部分(3)的表面通过引入外表面轮廓而被扩大之后，第二止推垫圈(6)以力配合的方式被推动到轴(1)的第二轴向子部分(3)上，从而轴向地夹紧叠片(5)。

权利要求

1.一种用于将叠片(5)安装到设置成用于电机的转子的轴(1)上的方法，其中，所述叠片(5)被平滑地滑动到所述轴(1)上，所述轴(1)包括轴向隔开的第一轴向子部分(2)和第二轴向子部分(3)，所述轴(1)的所述第一轴向子部分(2)具有比所述第二轴向子部分(3)的外径大的外径，所述叠片(5)被夹持在与所述轴(1)相连接的抗旋转的两个止推垫圈(4、6)之间，其中，将所述叠片(5)滑动到所述轴(1)上以抵靠止挡件(4)，所述止挡件(4)为布置在所述轴(1)的所述第一轴向子部分(2)上的第一止推垫圈(4)的形式，其中，所述第二轴向子部分(3)的外径小于所述第一止推垫圈(4)中的中心孔的直径，使得所述第一止推垫圈(4)将经过并跨过所述第二轴向子部分(3)来装配，并且其中，在所述第二轴向子部分(3)的表面已经预先通过引入外表面轮廓而被扩大后，通过轴向地夹持所述叠片(5)以摩擦互锁的方式将第二止推垫圈(6)压入到所述轴(1)的所述第二轴向子部分(3)上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述轴(1)的所述第一轴向子部分(2)的表面已经预先通过引入外表面轮廓而被扩大后，也以摩擦互锁的方式将所述第一止推垫圈(4)压到所述轴(1)的所述第一轴向子部分(2)上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述叠片被组装为一个或多个冲压堆叠的叠片组。

4.根据前述权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，步骤的顺序是：

扩大所述轴的所述第一轴向子部分和所述第二轴向子部分的外表面轮廓，将所述第一止推垫圈压到所述轴上，将所述叠片无阻力地装配到所述轴上以抵靠所述第一止推垫圈，以及

通过夹持所述叠片将所述第二止推垫圈压到所述轴上。

5.根据前述权利要求3所述的方法，其特征在于，所述叠片或叠片组(5)是借助弹性元件(7)来滑动的，所述弹性元件(7)与所述叠片或叠片组(5)一起被夹持在两个所述止推垫圈(4、6)之间。

6.根据前述权利要求5所述的方法，其特征在于，包括所述叠片(5)的所述叠片组(5)有间隙地滑动并且通过所述叠片组(5)的表面上的结构对中，其中，在所述止推垫圈(4、6)的接触表面上存在有用于所述结构的配合结构。

7.一种根据前述任一权利要求的方法制造的用于电机的转子，

其特征在于包括轴(1)，所述轴(1)的直径包括轴向隔开的两个轴向子部分(2、3)，每个轴向子部分具有扩大的直径，其中，止推垫圈(4、6)以摩擦互锁的方式被压到每个所述轴向子部分(2、3)上，并且其中，有间隙地围绕所述轴(1)的所述叠片(1)以抗旋转的方式被夹持在所述止推垫圈(4、6)之间。

8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述扩大的直径包括材料的增厚。

9.根据权利要求8所述的转子，其特征在于，所述轴是中空轴(1)。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的转子，其特征在于，所述止推垫圈(4、6)和由所述叠片形成的所述叠片组(5)穿设有同轴孔，锁定销插入所述同轴孔中。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的转子，其特征在于，所述轴在第一轴向子部分(2)处具有比在第二轴向子部分(3)处的直径大的直径，其中，所述第二轴向子部分(3)的外径小于所述第一止推垫圈(4)的中心孔的直径。

12.一种电机，所述电机具有根据权利要求7至11中任一项所述的转子。

13.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，所述电机包括异步电动机或永磁同步电机。

说明书

具有叠片组的转子轴

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于将叠片安装到用于电机的转子的轴上的方法，其中叠片被平滑地滑动到轴上并且以抗旋转的方式夹持在与轴连接的两个止推垫圈之间。本发明还涉及具有这种轴的转子和具有所述轴的电机，尤其是感应电动机(Asynchronmotor)或永磁同步电机。

背景技术

[0002] 许多这样的其上设置有叠片的转子在现有技术中是已知的，这些叠片中大多数或多或少地都是冲压堆片。这些转子用在异步电机和永磁同步电机中。对于现有技术中已知的转子，通常采用附加元件例如轴向拉杆、形状锁定装置(Formschlussmittel)或其它有用的途径比如粘合剂产生用于在叠片组和轴之间传递扭矩的可靠连接。

[0003] 现有技术中已有的接合技术是通过过盈配合将叠片组保持在轴上。还已知的是使叠片组热收缩的方式，即通过将轴冷却，而相应地将叠片组加热。然而，这种热连接方式很麻烦，而且消耗大量的能量和时间。另外，由于接合区域的温度差引起积聚冷凝物，会出现问题。此外，将叠片组简单地以机械方式压在轴上的接合方法是已知的。但是，这种施加压力的方式需要叠片组具有高度的稳定性，而仅经过冲压的叠片组并不具备所述的高度稳定性。可替代地，对于这种机械连接的过盈配合，可采用由烤瓷叠成的叠片组，由此形成稳定的结构。对于这种叠片组，由于烤瓷的粘合特性，其机械接合性能将进一步增强。

[0004] 此外，例如DE 10 2007 039 186公开了一种转子，其中，将叠片组滑动到支撑元件上并且将其布置在相对的压缩环之间，压缩环之间通过螺栓连接杆相互紧贴，并且收缩到轴上，或者使用某种其他类型的抗旋转的轴毂连接(Welle-Nabe Verbindung)将压缩环附接到轴。在这种情况下，一方面为了准确地建立压缩环与轴的连接，另一方面为了确保压缩环之间的张力，这需要花费高生产成本和工作量。

[0005] DE 1950 586公开了一种复杂设计的转子，其中叠片组紧紧地夹在拧在轴上的两个螺母之间。由于该叠片组相对于轴的张力，造成了转子的高度弯曲刚度。为了补偿叠片组的热膨胀，设置有布置在叠片组和螺母之间的附加的弹性元件。JP 2005184957公开了一种类似设计的转子，在该文献中，在轴中设置轴向槽，叠片组通过相应的突起坐置在该轴向槽内。

[0006] 例如还从DE 10 2011 012 429已知的是将叠片组摩擦压配合连接至中空轴。其缺点是，叠片的电磁效应在接合直径处受到损害。此外，作用在通过过盈配合连接的叠片组的内径上的连接处的应力影响材料性能，并由此影响电磁片的功能。

[0007] 关于同步电动机的转子的设计应该注意的是，由脆性材料构成的永磁体嵌入到叠片组中，其可能由于过盈配合产生的应力而受到损坏。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种用于将叠片安装到转子的轴上的方法，该方法可以通过简单的技术手段实现，并且能够实现经济无损地制造转子。本发明的另一个目的是提供一种转子，该转子性能稳定、制造经济，并且重量轻，可承受重载荷，并且最重要的是能够传递高转矩。

[0009] 上述目的通过权利要求1所述的方法和权利要求7所述的转子来实现。这些优选实施方式在相应的从属权利要求中描述。

[0010] 根据权利要求所述的，本发明的主要方面是仅通过安装在该轴上的两个止推垫圈之间的轴向的摩擦压力来保持有间隙地安置在转子的轴上的叠片组，其中，至少一个施加压力的第二止推垫圈自身通过与该轴的子部分的摩擦互锁连接与该轴相接合，其中该子部分通过机械加工而扩大。另一个第一止推垫圈可以由位于该轴上的固定的止挡件形成，第一止推垫圈例如为从轴形成的凹槽(Absatzes)的形式。

[0011] 根据本发明，首先将单个的叠片、尤其是或多或少地已冲压的叠片组的各冲压叠片以径向间隙无阻力地滑动到轴上，然后抵靠止挡件对中就位。然后，通过利用同样滑动到该轴上的止推垫圈，使就位的叠片组在轴向方向上被夹紧，使得其除了可以通过辅助对中的部分互锁动作来对中(Zentrierung)以外仅仅通过摩擦连接被精确地且永久地固定在止挡件和止推垫圈之间。根据本发明，通过所述止推垫圈以摩擦互锁的方式压紧在轴的扩大的子部分上，实现了在轴向方向上对夹紧叠片组的止推垫圈的安装，其中轴是由钢特制的。通过这种夹紧，可以对叠片堆施加足够大的夹持力和保持力。

[0012] 可选地，包括叠片的所述叠片组有间隙地滑动并且通过所述叠片组的表面上的结构对中，其中，在所述止推垫圈的接触表面上存在有用于所述结构的配合结构。

[0013] 可选地，所述止推垫圈和由所述叠片形成的所述叠片组穿设有同轴孔，锁定销插入所述同轴孔中。

[0014] 有利地，通过滚压和/或辗压(Walzens)实现的压花实现轴的一个或多个子部分的扩大(Aufweiten)，由此移置轴表面上的材料，从而沿着表面的轴向或切向产生材料的扩大或其它结构。在一个优选实施方式中，螺纹以零螺距滚压到轴的表面(滚压抛光)，于是滚压出一系列覆盖圆周的凸起，止推垫圈通过其中心孔上设置的最小的内齿被压紧到该凸起上。扩大圆周的方法是已知的，例如DE 41 21 951或DE 10 2009 057 633，这些文献中描述的方法是用于将控制凸轮(Steuernocken)压到凸轮轴上。该方法也是本领域技术人员已知的 工艺。

[0015] 根据本发明，将叠片、尤其是将经冲压并预制成型的叠片组滑动到该轴上，然后平靠着已经安装到轴第一子部分上的止挡件，其中止挡件优选是第一环形止推垫圈的形式。在装配叠片之后——其涉及滑动叠片组，通过以特定的摩擦互锁力轴向地夹紧某种程度上可压缩的叠片组，将第二止推垫圈压在轴的第二轴向子部分上，该第二止推垫圈搁置在其上的第二轴向子部分的表面已经预先通过引入外表面轮廓而被扩大。

[0016] 由于根据本发明的方法可以用少量的部件和组装步骤来实现，所以可以以特别简便和经济的方式大量地生产用于电机的转子。在该过程中，由于以高到足以在叠片组与压紧在轴上的止推垫圈之间产生相应摩擦连接的特定压力实现压缩，因而大量的扭矩可以经由夹紧在止推垫圈之间的叠片组从定子传递到转子轴。此外，压力可以如此集中并且带来的如此小的损坏，以致不必担心改变转子的几何形状或降低叠片组内嵌的磁体性能。此外，叠片组在压力止推垫圈之间的夹持在轴上产生张力，从而增加整个转子的刚度。

[0017] 在根据本发明的方法中，在各种情况下，利用被压缩的叠片组的弹性力作为已有的附接特性。另外，因为在叠片之间没留有“浪费”的空气层，因而这种压缩带来改进的电磁特性。

[0018] 此外有利的是，整个方法可以在室温下进行，并且压配合(Presssitze)的产生并不依赖于较大的温度差。在该过程中，该方法可以用于生产具有装配有叠片的轴的任何转子。轴是中空的还是实心的并不紧要。仅仅可能的是，可以使用所描述的方法将两个止推垫圈支撑在其上的轴的表面积增大到必要的程度。

[0019] 根据本发明，首先，如何制造形成止挡件的第一止推垫圈并将其安装到轴上并不重要。垫圈模具不是绝对必要的，只要形状和附接满足止挡件的功能即可。然而，在一个特别有利的实施方式中，因为制造简单，所以第一止推垫圈也以摩擦互锁的方式压到轴的相应的第一轴向子部分上。在这方面，第一止推垫圈的安装类似于第二止推垫圈的安装。因此，在将第一止推垫圈贴合地压到轴的第一轴向子部分的表面的第一方法步骤中，通过引入外表面轮廓来实现所述第一轴向子部分及其半径的扩大。

[0020] 有利地，该方法利用以下步骤顺序：

[0021] 首先，扩大轴的两个子部分的外表面轮廓。在这样做时，该轴是中空轴还是实心轴并不重要。当端部法兰被压入面向端部的开口中时，中空轴是优选的，中空轴为滚压向外放置的子部分提供适当的稳定性。形成止挡件的第一止推垫圈被压到如上所述预组装的轴的经滚压的第一子部分上。在该过程中，该轴可以借助法兰的表面搁置在安装板上，使得该轴垂直朝上。然后，装配第一止推垫圈并将其设置在滚压部分上，之后安装工具在高压力下将第一止推垫圈压到第一子部分上。第一止推垫圈则安装好了。

[0022] 随后，将叠片装配到该轴上并且无阻力地穿过第二滚压子部分，从而抵靠第一止推垫圈。然后，装配第二止推垫圈，并将第二止推垫圈设置在第二子部分的滚压部分上。随后使用装配的安装工具以高压力将第二止推垫圈压到第二子部分上，由此其位于叠片组的端面处。继续施加压力而不中断，使得叠片组被特定的安装力压缩。通过夹紧叠片，实现将第二止推垫圈压在轴上。

[0023] 在叠片组本身不具有足够的轴向压缩能力的情况下，为了产生建立摩擦连接所需的弹性力，提供附加的弹性元件是有利的，该弹性元件也被装配到轴上，并随后和叠片一起被夹持在两个止推垫圈之间。弹性元件可以是由钢制成的碟形弹簧或可压缩的缓冲元件组成的。使用缓冲元件对于帮助补偿叠片组与温度相关的膨胀具有进一步的优势，并且在各种条件下都具有保持摩擦连接所必需的弹性力。

[0024] 如果第二止推垫圈是以力控制而不是以位移控制的方式装配的并且滚压是以“超宽”的方式进行的，则本方法会展现出相对于叠片组的通常的轴向容差而言较大的“容差”。

附图说明

[0025] 下面参照附图描述根据本发明的转子的具体实施方式。如下所示：

[0026] 图1示出制造的四个阶段，

[0027] 图2示出其上压有叠片组的中空轴的剖视图，

[0028] 图3示出具有中空轴和受压叠片组的三件式转子，以及

[0029] 图4示出带有碟形弹簧的固定的叠片组。

具体实施方式

[0030] 在图1中，示出了用于将叠片安装到设置成用于电机的转子的中空轴1上的四个初始的方法步骤a)至d)。首先，在根据图1a的第一步骤中，通过外表面轮廓的滚压处理——在这种情况下为具有零螺距的螺纹，增大了中空轴1在第一子部分2和第二子部分3处的表面。

[0031] 可以在制为成品后，将所增大的部分磨制成最终的尺寸。在随后的步骤1b中，沿箭头A的方向将形成止挡件的止推垫圈4滑动到预先组装的该中空轴1上从而位于滚压纹上，然后用安装工具将止推垫圈4压到经滚压的第一子部分2上。这样做时，止推垫圈4中的孔的壁也通过螺纹被粗糙化，该螺纹具有比子部分2的外表面轮廓浅的深度。以这种方式从内部修孔 的止推垫圈4以摩擦互锁压配合的方式坐置于中空轴1上。

[0032] 在步骤1c中，将预先冲压的叠片组5中的叠片沿箭头A的方向装配到中空轴1上并且无阻力地穿过经滚压的第二子部分3，直到所述叠片抵靠形成止挡件的第一止推垫圈4。为了使叠片组5能够穿过子部分3而成功装配，叠片组5的中心孔形式的接收孔具有比第二子部分3大的直径，由此在第二子部分3的位置，中空轴1和叠片组5之间保留有小的间隙。

[0033] 然后，在步骤1d中，开始是将第二止推垫圈6设置在中空轴1上，此后用安装工具(未示出)沿箭头A的方向将第二止推垫圈6以高压力压到第二子部分3上，由此所述止推垫圈6抵靠叠片组5的表面并且承受轴向夹持力的作用。沿箭头方向的压力是连续的，并且以特定的安装力来压缩叠片组。由于对第二止推垫圈6的压缩，叠片组5被轴向地夹紧。由此，叠片组5平滑地滑动到中空轴1上，并且被夹紧在与中空轴1连接的两个抗旋转止推垫圈4和6之间。来自叠片组5的扭矩经由止推垫圈4和6传递到中空轴1上。

[0034] 为了能够从一个方向(箭头A)进行安装，如已经提及的，中空轴1在第一子部分2处具有比在第二子部分3处稍大的外径，由此较小的直径一直延伸至中空轴1的相应的端部3a。第二子部分3的外径小于第一止推垫圈4的中心孔的直径，使得所述止推垫圈4可以容易地跨过第二子部分3以实现装配。第二止推垫圈6的中心孔的直径与第二子部分3的扩大了的较小直径相匹配，并且可以压在该较小直径上。

[0035] 图2示出了第二子部分3的剖视图，其中第二止推垫圈6被压到中空轴1上。在止推垫圈6和叠片组5的长度之间存在容差，因此示出容差区域9，在该区域9内，通过挤压止推垫圈6来压紧叠片的组。在该区域中，叠片组5可突出超过第二子部分的扩大的直径。

[0036] 图3示出了滑动到中空轴1上的叠片组5，其中碟形弹簧7布置在叠片组5的表面和第二止推垫圈3之间。在这种情况下，所述碟形弹簧7增强了用于摩擦连接所需的压缩能力，从而确保为叠片组提供充分的轴向夹持。

[0037] 图4则示出了根据所描述的方法制造的用于电机的转子。可以看到中空轴1，该中空轴1的直径包括轴向隔开的两个子部分2和3，每个子部分具有通过滚压抛光而制成的扩大的直径。止推垫圈4和6以摩擦互锁的方式压在子部分2和3上，该止推垫圈4和6以抗旋转的方式夹紧有间隙地安置(aufgeschobene)的叠片组。在挤压止推垫圈4和6之前，将端部凸缘8压入中空轴1的各端面中，所述端部凸缘8用于接纳输出轴。端部凸缘8用于在止推垫圈4和6被挤压的位置处支撑中空轴1的壁。

[0038] 附图标记列表

[0039] 1  中空轴

[0040] 2  第一子部分

[0041] 3  第二子部分

[0042] 3a 中空轴端部

[0043] 4  形成止挡件的第一止推垫圈

[0044] 5  叠片组

[0045] 6  第二止推垫圈

[0046] 7  碟形弹簧

[0047] 8  凸缘

[0048] 9  容差区域