用于生产衬套的方法与流程

1.本发明涉及一种用于生产衬套的方法，该衬套用于设置在转子轴的空腔中。此外，本发明涉及一种根据该方法生产的衬套以及一种用于电动机的转子，该转子具有带有空腔的转子轴，这种衬套设置在该空腔中。本发明还涉及一种具有这种转子的电动机。


背景技术：

2.伴随着不断增加的电气化(特别是在电动车辆方面)，大功率电动机也被越来越多地使用，其特点不仅在于结构紧凑，而且在于高性能。然而，高性能密度也必然导致高热负荷，并且需要对应的冷却设计(例如在这种电动车辆中使用的电动机的转子的主动冷却)。为此，例如，空腔设置在转子的转子轴中，冷却流体(例如气体或液体冷却剂)引导通过该空腔，从而冷却转子轴和设置在其上的转子绕组。
3.为了能够在此增加冷却能力，从而也间接地提高电动机的性能，空腔的内表面区域在此能够设置有用于扩大可用于传热的表面的表面结构。然而，空腔的内壁的这种加工只能以相对费力并且因此昂贵的方式进行。


技术实现要素：

4.因此，本发明致力于的问题是提出一种方法，借助于该方法至少能够将已知转子轴中存在的缺点最小化。
5.根据本发明，该问题通过独立权利要求1的主题来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
6.本发明基于以下总体构思：不再由于空心转子轴的内表面设置有该表面结构而扩大空心转子轴中可用于传热的内表面，而是首先生产具有这种表面结构的单独衬套，该衬套随后插入到空心转子轴的空腔中，由此能够省去对空心转子轴的内表面区域的费力加工。在根据本发明的用于生产衬套的方法中，该衬套用于插入到转子轴的空腔中，首先生产扁平金属带，特别是冲压扁平金属带或将其切割成一定尺寸。在此进行生产，使得该金属带能够在稍后卷起的状态下插入到转子轴的空腔中并设置在其中。此时在扁平金属带的一侧上引入表面结构，用于扩大可用于传热和/或引导冷却剂的表面，其中附加地或替代地，也能够将孔引入到扁平金属带中。这种孔也构成表面结构，该表面结构扩大了可用于传热的表面从而改进了传热。随后，将扁平金属带卷起以形成衬套，其中如果适用的话，存在的表面结构此时位于该衬套的内表面区域上。当仅存在孔时，基本上金属条如何卷起以形成衬套并不重要。根据本发明的方法在此提供了一个很大的优势：能够在扁平、未卷起的状态下将凹陷或通常的表面结构或孔引入到板材或金属带中，这不仅相对容易而且明显比加工转子轴的空腔的内表面区域更经济。通过表面结构或孔能够产生更大的冷却表面，并且还能够减缓流动，其中附加地，表面结构用于使在衬套中流动的冷却剂旋转，由此可以使冷却均匀并改进传热。在此，金属带的材料厚度优选小于5mm。因此，根据本发明的衬套可以更容易且更经济地引入表面结构以改进冷却，从而更经济地生产整个转子轴或整个转子。
7.在根据本发明的方法的另一个有利实施例中，对衬套的外表面区域进行后处理(post-process)，特别是研磨。由此，能够实现所需的形状和位置的公差以及所需的尺寸准确度。
8.方便的是，通过压印、激光、水射流、铣削、机械加工方法、轧制或弯曲引入表面结构。附加地或替代地，也能够例如通过钻孔或冲压将至少一个孔引入到金属带中。纯理论上，其他方法、特别是化学方法(如蚀刻)当然也是可以设想的。该非结论性列表已经表明了生产孔或表面结构的多种生产可能性。所有提及的方法变体在此都具有共同点：这些方法非常精确、经济，并且经过多年的工业验证。
9.在根据前面段落中描述的方法生产衬套后，将衬套插入到转子轴的空腔中并固定在其中，例如卡住、焊接或以其他方式固定在其中。
10.本发明还基于以下总体构思：提出一种根据前述段落的方法生产的衬套。利用这种衬套，特别是能够首次在平的金属带或扁平金属带上经济且高质量地引入增加冷却能力的表面结构，该金属带在稍后的工作步骤中才被卷起以形成衬套，并随后插入到转子轴的空腔中。
11.在根据本发明的衬套的有利的进一步改进方案中，表面结构具有峰和谷，其中峰之一与谷之一之间的高度差h为0.20mm≤h≤4.0mm。通过这种高度差，能够明显扩大衬套的表面，由此也能够明显扩大可用于传热的表面，从而能够改进传热和冷却。在此，峰或谷或通常的表面结构能够具有锐边的槽或尖顶，但也能够具有倒圆的峰和谷。
12.在根据本发明的衬套的另一个有利实施例中，至少一个孔具有圆形、椭圆形或成角度的形状，特别是矩形或三角形的形状。该非结论性列表已经表明了孔的形状能够采用的多种可能性。在此重要的是，在孔的区域中，在空腔中流动的冷却剂能够直接进入转子轴的内表面区域，由此可以进行特别有效的传热。不过，通过衬套和由衬套形成的孔的边缘，能够扩大可用于传热的表面，从而也能够改进冷却能力。
13.方便的是，表面结构具有螺纹。这种螺纹能够形成为具有或不具有螺距，从而例如有助于在衬套中或在转子轴中输送冷却剂。绕组的横截面形状在此优选是密集的圆形(intensively rounded)，而不是实现为三角形。这种螺纹的螺距能够为0.5mm至4mm，其中在多级绕组(multi-threaded windings)的情况下，也能够设置其倍数。没有螺距的螺纹(即只有环)也增加了设置在转子轴上的叠片组(sheet packages)与在空腔中流动的冷却剂之间的传热，由此能够提高配备有这种转子轴的电动机的性能。
14.由于衬套是在板条或金属条的基础上生产的，因此，还存在从衬套的中间区域以相反方向的螺距实现螺纹状轮廓的可能性，使得冷却介质可以沿两个不同的方向朝相应的轴端部输送。
15.在根据本发明的衬套的另一个有利实施例中，衬套以开缝的方式形成，例如，该衬套具有宽度b为0.05mm至1.0mm的狭缝。这种狭缝提供了很大的优点：能够相对容易地进行衬套在转子轴的空腔中的安装，因为为了安装，只需以压缩的方式将衬套插入到转子轴的空腔中，然后，在释放后，衬套对转子轴中空腔的内表面区域弹性地向外施加预应力。该狭缝能够以直配合接合部、斜配合接合部以及v形配合接合部的形式实施。在此，仅这种施加预应力就能够足以将衬套固定在转子轴的空腔中，使得不必进行另外的固定，特别是单独的固定。由此，能够特别容易地安装转子轴的衬套。
16.在根据本发明的衬套的另一个有利实施例中，衬套的两个周向端部经由形状配合连接部彼此连接。这种形状配合连接部能够是例如拼图连接部或通常是公-母连接部。尤其是构成底切连接部的拼图连接部导致衬套的两个周向端部的连接，该连接能够承受牵引力。另一方面，公/母连接部还能够允许卷起的衬套回弹。
17.在根据本发明的衬套的另一个有利实施例中，衬套是一体形成的。这提供了很大的优点：衬套能够相对容易地生产，此外能够容易地处理。
18.在根据本发明的衬套的另一个有利实施例中，衬套以多层的方式形成，并且具有由锌、铝或锡合金组成的(特别是外)层和/或由铜或铜合金或铝合金组成的(特别是内)层。衬套的载体材料在此能够由钢、铝或铝合金制成。铝层在此具有优异的滑动特性，由此便于将衬套插入到转子轴的空腔中。另一方面，铜或铜合金具有特别高的导热性，由此能够实现高传热并因此能够实现改进的冷却能力。
19.本发明还基于以下总体构思：提供一种用于电动机的转子，该转子具有带有空腔的转子轴，前面段落中描述的衬套设置在该空腔中。由此，关于可生产性和生产成本的优点也能够转移到转子上。
20.本发明还基于以下总体构思：为电动机配备前面段落中描述的转子。由此，能够创造一种电动机，该电动机能够经济地生产，同时能够良好地冷却，从而能够以高性能运行。
21.本发明的其他重要特征和优点将从从属权利要求、附图以及参照附图的相关附图描述中显现。
22.应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上面描述的和下文将要进一步解释的特征不仅能够以分别提出的组合使用，还可以以其他组合使用或单独使用。
附图说明
23.本发明的优选示例性实施例在附图中示出，并且在下面的描述中更详细地解释。
24.在此分别示意性地示出：
25.图1示出了贯穿根据本发明的电动机的截面图，该电动机具有带有转子轴的转子，由根据本发明的方法生产的根据本发明的衬套设置在该转子轴的空腔中，
26.图2示出了图1的详细图示，
27.图3示出了根据本发明的衬套的视图，
28.图4示出了根据本发明的衬套的可能实施方式的详细图示，该衬套具有底切连接部，
29.图5示出了根据本发明的具有孔的开缝衬套的实施例。
具体实施方式
30.根据图1，根据本发明的电动机1(其能够安装在例如至少部分电驱动的机动车辆中)具有带有转子轴3和空腔4的转子2，其中根据本发明的衬套5设置在空腔4中，特别是插入或卡入空腔4中。叠片组6设置在转子轴3上。
31.为了此时能够实现电动机1的尽可能高的性能，其转子2被内部冷却，即冷却剂10流过空腔4，在当前情况下，冷却剂10流过衬套5。为了进一步提高电动机1的性能，衬套5在内表面区域上具有带有峰8和谷9的表面结构7。通过表面结构7，在运行中在衬套5中流动的
冷却剂10被旋转从而被均匀化，由此能够实现改进的冷却效果。此外，表面结构7导致可用于传热的表面扩大，从而提高了冷却能力。
32.峰8之一和谷9之一之间的高度差h(参见图2)在此能够为0.2mm至4.0mm，其中当然，峰顶或谷能够被构造成尖的或倒圆的，或者也能够被构造成平台形的。当然，纯理论上，不仅提供了均匀的峰8或谷9，而且还根据需要进行分布。
33.在根据图1和图2的衬套5的情况下观察表面结构7，能够看到，表面结构7在那里形成螺纹。这种螺纹的螺距能够为0.4mm至4mm，由此取决于螺纹的螺距，通过衬套5更快或更慢地输送冷却剂10。然而，纯理论上，螺纹的螺距也能够为零，由此能够实现冷却剂10在衬套5中的更长停留。
34.作为表面结构7的补充或替代，衬套5还能够具有孔11，如根据图5示出的，其中孔11完全穿透衬套5。另外，替代地，这些孔也能够以薄底部形成，即仅形成为凹陷。不管实施例如何，这些凹陷或孔11呈现出可用于传热的表面的扩大，从而能够提高冷却性能。
35.进一步观察图5的衬套5，能够看到，衬套5具有狭缝12，这特别简化了衬套5在转子轴3的空腔4中的引入和固定，因为为了将衬套5安装在空腔4中，衬套5只需稍微压缩，然后就能够插入到空腔4中。当衬套5随后被释放时，其自主地弹性张紧抵靠空腔4的内表面区域，由此例如能够省略另外的固定件。在直径上彼此相对的端部之间的狭缝12在衬套5的插入状态下出现的宽度b由“未张紧的衬套5与轴内径”的直径差相对于衬套5的狭缝12在插入状态下出现的宽度b的比率在规定比率值0.318
±
0.01以下来定义。取决于轴内径，狭缝12的小宽度b表示衬套直径仅非常小的减小，并且因此接合间隙非常小。取决于衬套5未张紧状态下的外径，狭缝12需要更大的宽度b，以便能够使衬套5完全接合。以下内容适用于此：
36.与30mm至50mm的轴内径相差+0.1mm的衬套直径，需要狭缝12的宽度b约0.35mm，而与30mm至50mm的轴内径相差+0.2mm的衬套直径，需要狭缝12的宽度b约0.65mm。在与30mm至50mm的轴内径相差+0.3mm的衬套直径的情况下，这需要狭缝12的宽度b约0.95mm。关系由此产生。
[0037][0038]
在根据图3和图4示出的衬套5中，能够看到，两个周向端部13、13’通过形状配合连接部14彼此连接。根据图3，形状配合连接部14在此被构造成所谓的公/母连接部，而根据图4，其被构造成拼图连接部，并且能够形成例如底切连接部。由此，可以将根据本发明的衬套5的两个周向端部13、13’牢固地彼此固定，例如封闭位于它们之间的狭缝12。
[0039]
衬套5在此能够是一体形成的，其中纯理论上也可以设想，衬套5以多层的方式形成，使得衬套5具有至少一个由锌、铝或锡合金组成的(特别是外)层15和/或由例如铜、黄铜或铝组成的(特别是内)层16。衬套5的基材通常由钢形成，并且层15、16比基材薄。为了能够实现对在衬套5中流动的冷却剂10的尽可能高的传热，有利的是，衬套5的内层16由具有良好导热性的材料(例如铜或黄铜)形成。此外，由锌或铝或锡合金形成外层15提供了以下优点：由此可以实现良好的滑动特性，从而简化了衬套5插入转子轴3的空腔4中的过程。当然，如根据图5示出的，衬套5的完全一体式构造以及衬套5的单层构造也是可以想到的，例如由铜制成。
[0040]
为了此时能够尽可能经济地生产转子2，提出了一种根据本发明的方法，其中首先
单独预制衬套5，随后才将衬套5插入到转子轴3的空腔4中。由此，能够省去从内部对空腔4的内表面区域进行的费力加工。根据本发明的衬套5在此根据本发明的方法如下生产：
[0041]
首先，生产扁平金属带，特别是冲压扁平金属带或将其切割成一定尺寸，其中随后在扁平金属带的一侧上引入表面结构7，用于扩大传热区域和/或用于引导冷却剂10。附加地或替代地，还能够将至少一个孔11引入到扁平金属带中。随后，将该扁平金属带卷起以形成衬套5，其中如果适用的话，存在的表面结构7位于内表面区域上(参见图1和图2)。
[0042]
随后能够对衬套5的外表面区域进行进一步后处理，例如研磨，以补偿尺寸和位置的公差。能够例如通过压印、激光、水射流、铣削、磨削、机械加工方法、轧制或弯曲引入表面结构7。能够例如通过冲压或钻孔引入至少一个孔11。当然，在此也可以设想，表面结构7累积地设置有至少一个孔11，或者孔11形成表面结构7的组成部分。
[0043]
通过将表面结构7的生产与转子2的实际生产分离，表面结构7能够极其经济地生产，并且仍然以高质量的方式生产。还能够创建表面结构7，该表面结构可以不在加工转子轴3的空腔4的内表面区域时生产。
[0044]
因此，利用根据本发明的用于生产衬套5和用于生产转子2的方法，也能够更经济地生产具有这种转子2的电动机1，但该电动机仍具有高性能。

技术特征：
1.一种用于生产衬套(5)的方法，所述衬套用于设置在转子轴(3)的空腔(4)中，其中-生产扁平金属带，-将表面结构(7)引入到所述扁平金属带的一侧上，用于扩大传热区域和/或用于引导冷却剂(10)，和/或其中将至少一个孔(11)引入到所述扁平金属带中，-将所述扁平金属带卷起以形成所述衬套(5)，其中如果适用的话，存在的表面结构(7)位于所述衬套(5)的内表面区域上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述衬套(5)的外表面区域进行后处理，特别是研磨。3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，-通过压印、激光、水射流、铣削、机械加工方法、轧制或弯曲引入所述表面结构(7)，和/或-通过冲压或钻孔引入所述至少一个孔(11)。4.一种衬套(5)，其通过根据前述权利要求之一所述的方法生产。5.根据权利要求4所述的衬套，其特征在于，所述表面结构(7)具有峰(8)和谷(9)，其中峰(9)与谷(8)之间的高度差h为0.20mm≤h≤4.0mm。6.根据权利要求4或5所述的衬套，其特征在于，所述至少一个孔(11)具有圆形、椭圆形或成角度的形状。7.根据权利要求4至6之一所述的衬套，其特征在于，所述表面结构(7)形成螺纹。8.根据权利要求4至7之一所述的衬套，其特征在于，所述衬套(5)是开缝的，其中狭缝(12)具有未张紧状态下的衬套外径与轴内径之差相对于所述衬套的狭缝在插入状态下出现的宽度的比率，所述比率≤0.318
±
0.01。9.根据权利要求4至7之一所述的衬套，其特征在于，所述衬套(5)的两个周向端部(13、13’)经由形状配合连接部(14)彼此连接。10.根据权利要求4至9之一所述的衬套，其特征在于，所述衬套(5)是一体形成的。11.根据权利要求4至9之一所述的衬套，其特征在于，所述衬套(5)具有至少一个由锌、铝或锡合金组成的层(15)或者由铜或铜合金或铝合金组成的层(16)。
12.根据前述权利要求之一所述的衬套，其特征在于，所述衬套(5)具有由钢、铝或铝合金组成的载体材料。13.一种用于电动机(1)的转子(2)，所述转子具有带有空腔(4)的转子轴(3)，根据权利要求4至12之一所述的衬套(5)设置在所述空腔中。14.一种电动机(1)，特别是牵引电动机，其具有根据权利要求13所述的转子(2)。

技术总结
本发明涉及一种用于生产衬套(5)的方法，该衬套用于插入到转子轴(3)的空腔(4)中，其中-生产扁平金属带，-将表面结构(7)引入到扁平金属带的一侧上，用于扩大传热区域和/或用于引导冷却剂(10)，和/或其中将至少一个孔(11)引入到扁平金属带中，-将扁平金属带卷起以形成衬套(5)，其中如果适用的话，存在的表面结构(7)位于内表面区域上。由此，能够更经济地生产内部冷却并因此高性能的电动机(1)。生产内部冷却并因此高性能的电动机(1)。生产内部冷却并因此高性能的电动机(1)。


技术研发人员：帕特里克
受保护的技术使用者：马勒国际有限公司
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/8/23