电动机的转子轴
阅读说明：本技术 电动机的转子轴 (Rotor shaft of electric motor ) 是由 Y·特雷蒙丹 D·罗斯 于 2020-03-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电动机的、尤其是电流激励的同步电机的转子轴(12),所述转子轴由轴体(20)和电流传输模块(22)组成,其中,轴体(20)具有朝电流传输模块(22)指向的管状的敞开的端部,所述端部形成接纳部(26),并且电流传输模块(22)的轴体侧的端部(32)以形锁合的方式接纳在所述接纳部(26)中。(The invention relates to a rotor shaft (12) of an electric motor, in particular of a current-excited synchronous machine, comprising a shaft body (20) and a current transmission module (22), wherein the shaft body (20) has a tubular open end which is directed toward the current transmission module (22) and which forms a receptacle (26), and wherein a shaft-side end (32) of the current transmission module (22) is received in the receptacle (26) in a form-fitting manner.)
技术领域
本发明涉及一种电动机的转子轴的、尤其是一种电流激励的同步电机的转子轴。
背景技术
用作用于混合动力车辆和电动车辆的牵引电机的电动机需要在尽可能小的成本的情况下具有高的功率密度和非常好的效率。为了实现期望的功率密度，使用高转速的电动机，然而，所述电动机也经受较高的机械负荷。
电流激励的同步电机提供优点，即用于其制造不需要稀土元素，因为转子磁场通过载流的绕组产生。利用该结构方式能够降低成本。转子轴在已知的设计中不仅用于支承转子和将力传递至被驱动的构件而且用于转子绕组的供电。
发明内容
本发明的任务是，提供一种转子轴，所述转子轴承受高的机械负载并且能够简单地和低成本地制造。
该任务利用电动机具有权利要求1的特征的电动机的转子轴来解决。电动机的、尤其是电流激励的同步电机的转子轴由轴体和电流传输模块组成，其中，轴体具有朝电流传输模块指向的管状的敞开的端部，所述端部形成接纳部，并且电流传输模块的轴体侧的端部以形锁合的方式接纳在所述接纳部中。已证实，这样的转子轴在电动机的运行中比传统的转子轴具有显著更高的固有刚度和稳定性并且也具有显著更好的振动特性。这允许，设置较高的最大转速或在较小的最大转速的情况下实现降低材料厚度。
优选地，为了制造转子轴，轴体压套到电流传输模块上，从而电流传输模块的轴体侧的端部伸入到接纳部中并且位于轴体内。
整个转子轴能够以在其整个长度上基本上保持不变的外径设计。尤其是无需在轴体的外表面中设置用于紧固电流传输模块的阶梯部、轴肩或凸肩。
电流传输模块的轴体侧的端部的外表面优选在主要部分上与接纳部的内侧处于形锁合的接触中，从而形成在轴体和电流传输模块之间的稳定的连接。
电流传输模块的轴体侧的端部例如具有轴向的突出部，所述突出部在环绕的轴肩处结束，其中，电流传输模块的轴体侧的端部如此程度地伸入到在轴体的端部处的接纳部中，使得所述轴肩贴靠在轴体的端面上。所述端面在此优选地也形成轴体的轴向的端部。轴体和电流传输模块可以在该情况下组合成，使得在轴体和电流传输模块之间的过渡部处产生具有保持不变的直径的连续的外表面。已证实，因此能够进一步改善转子轴的振动性能。
在一种优选的实施方式中，电流传输模块包括由第一材料制成的基体和由第二材料制成的电的接触元件，所述电的接触元件设置在基体上。
第一材料优选是轴体的材料。
第二材料应该良好地导电并且可以例如是铜。
基体构成电流传输模块的承载的稳定的组件，而电的接触元件用于马达绕组的电的接触导通，但无需承受高的力。
优选地，基体在其内部包括空腔，所述空腔相对于轴体的内部空间封闭，尤其是针对冷却流体密封。该几何结构可以例如以如下方式实现，即突出部在电流传输模块的轴体侧的端部处具有封闭的端壁，所述端壁在必要情况下与突出部一件式地构造。
在基体中的空腔能够被利用，以便将电的接触元件保护地设置在电流传输模块的内部中，其中，优选地，电的接触元件包括在内部空间的内侧上伸展的导线线路。以这样的方式，可以尽量或完全放弃用于引导电流的线缆或其他可运动的构件。接触元件可以以任意适合的已知的方法施加到基体上。
优选地，也设置如下导线线路，所述导线线路在设置在基体中的接触导通通道中伸展，其中，所述接触导通通道与在基体的环周面上设置的接触位置导电地连接。所述接触位置用于与转子绕组的电连接，并且接触导通通道将接触位置与在空腔的内部中的导体线路导电地连接。转子绕组的电的接触导通的大部分可以以这样的方式保护地设置在基体的内部中。
优选地，在制造基体之后，导线线路和接触位置施加到基体的表面上和接触导通通道中，例如方式为：第二材料的线路施加在基体的表面上。
为了提高导线线路的材料厚度，可以例如通过钻孔、铣削或如果基体是铸件的话通过对应的成型方案将对应的凹部或槽预制在基体中。
接触导通通道可以完全以第二材料填充，从而所述接触导通通道也引起空腔在接触位置的区域中的密封。
为了电流传输模块的外部的电的接触导通，如传统已知的那样，优选地在电流传输模块的外侧上在所述电流传输模块的背离轴体的端部处设置两个滑环。各滑环由适合的、良好导电的材料制成，其中，可以使用不同于第二材料的另一种材料。在制造基体之后，各滑环例如压套到所述基体上。
优选地，接触位置沿轴向方向沿转子轴远离滑环地设置，其中，电连接经由在基体的内部中伸展的导线线路和接触导通通道进行。
附加地或替代性地，有利的是，在电流传输模块、尤其是在其基体中设置冷却流体通道，所述冷却流体通道从轴体侧的端部出发，并且所述冷却流体通道在电流传输模块的外侧上通入，并且所述冷却流体通道与轴体的内部空间处于流体连接中。流动通过轴体的内部空间的冷却流体通过冷却流体通道与电流传输模块到达热接触中并且能够因此冷却该电流传输模块。
优选地，冷却流体通道沿突出部沿轴向方向伸展，从而热量能够充分地传输至冷却流体，以便充分冷却整个电流传输模块。
冷却流体通道应该沿环周方向与接触导通通道错开地设置，以便优化地利用在电流传输模块的基体上的空间。
附图说明
下面根据实施例并且参考附图更详细地阐述本发明。在附图中：
图1示出电流激励的同步电机的转子的示意性的分解图；
图2示出按照本发明的转子轴的示意性的剖面图；
图3示出图2的转子轴的轴体的示意性的透视图；
图4示出图2的转子轴的电流传输模块的示意性的透视图；
图5示出图2的转子轴从轴体至发电模块的过渡部的示意性的放大剖面图；以及
图6和图7示出图4的电流传输模块的示意性的透视剖面图。
具体实施方式
图1示出电流激励的同步电机(未更详细地示出)的转子10的原理简图。转子轴12延伸通过整个转子10并且不仅用于支承以及传输输出力而且用于对在支架14上接纳的转子绕组16供电，所述转子绕组大多由铜线制成。
电接头的传统的形式为在转子轴12的轴向的端部处的两个滑环18，所述电接头与外部的电源(未示出)处于电接触中。电流例如经由电刷与滑环18接触而传输至转子绕组16。
图2至图7示出按照本发明的转子轴12。
转子轴12由两个单独的、分开地预制的构件组成，即由轴体20以及电流传输模块22组成，所述轴体以及电流传输模块沿轴向方向A沿转子轴12的纵向延伸尺寸相继地设置。
轴体20的朝电流传输模块22指向的端部设计成管状的和敞开的，并且在环形的端面24处结束(例如参见图3)。该敞开的端部形成具有基本上柱形的内壁的接纳部26。
在该示例中，接纳部26在轴体20的内径不改变的情况下过渡到该轴体的空心的内部空间28中，所述内部空间沿轴向方向A延伸通过整个轴体20。
轴体20在该示例中在其整个纵向延伸尺寸上具有基本上相同的外径。
在与接纳部26相对置的端部处，在轴体的内面上构成齿部30，借助所述齿部，输出轴可以与转子轴12耦合。
电流传输模块22在其轴体侧的端部32处具有柱形的(在这里为圆柱形的)突出部34，该突出部的直径和外轮廓适配于接纳部26的直径和内轮廓。突出部34沿轴向方向A通过轴肩38限定。
在制造转子轴12时，轴体20压套到电流传输模块22的轴体侧的端部32上，使得突出部34在制成的转子轴12中完全设置在接纳部26的内部中，并且轴肩38贴靠在轴体20的端面24上。
在突出部34的外环周面上设置多个沿轴向方向A伸展的槽，所述槽形成冷却流体通道40，并且所述槽在电流传输模块22的轴体侧的端部32处与轴体20的内部空间28处于流体连接中。这在图2和图6中示出。
除了冷却流体通道40，突出部34的外环周面面状地并且形锁合地贴靠在轴体20的接纳部26的内侧上。这例如可在图5中看出。
在电流传输模块22中，冷却流体通道40部分地作为封闭的通道伸展，直至所述冷却流体通道沿轴向方向A与轴体侧的端部32远离地在电流传输模块22的外环周面上在排出位置42处通入。
来自轴体20的内部空间28的冷却流体可以因此沿电流传输模块22的突出部34流动通过冷却流体通道40直至排出位置42并且因此冷却电流传输模块22。
电流传输模块22具有刚性的、形状稳定的基体44，所述基体在这里由与轴体20相同的材料制成。
在基体44的内部中设置空腔46，所述空腔相对于轴体20的内部空间28在这里通过端壁47以流体密封的方式封闭，所述端壁将空腔46与内部空间28分开。冷却流体通道40也不建立至空腔46的流体连接，从而空腔46始终保持没有冷却剂。
在基体44上设置电的接触元件48，所述电的接触元件由与基体44的第一材料不同的、良好导电的第二材料、例如铜制成。
在该示例中，基体44的远离轴体的端部50朝空腔46敞开。所述第二材料以多个导体线路52的形式施加到基体44上，各导体线路从基体44的外环周面经过敞开的端部并且在空腔46的内壁上伸展直至在基体44中构造的接触导通通道54(参见图5和图7)并且通过所述接触导通通道径向向外分别伸展至在基体44的环周面上的一个接触位置56。各接触位置56沿轴向方向A与远离轴体的端部50间隔开距离。
各一个电的接触元件48在这里与在基体44的远离轴体的端部50处的滑环18电连接，例如方式为：滑环18压套到端部50和在那里设置的电的接触元件48上。
滑环18可以由不同于第二材料的另一种材料制成，如果规定，滑环18通过电刷接触导通，则所述另一材料在必要情况下具有较高的机械耐磨性。
电的接触元件48、导体线路52、接触导通通道54和接触位置56构造成和设置成，使得两个单独的电线路分别从一个滑环18伸展至接触位置56。两个接触位置56在制成的转子10中与转子绕组16连接并且用于对转子绕组16供电。两个电线路当然在其走向方面相对彼此电绝缘，以便能够经由两个滑环18和转子绕组16建立无短路的封闭的电路。
当然可以设置其他的电的接触元件48、导体线路52、接触导通通道54和接触位置56，以便实现用于其他目的的另外的电线路。
接触导通通道54可以从接触位置56直至到空腔46中完全以电的接触元件48的第二材料填充。
可行的是，在电的接触元件48的区域中、尤其是在空腔46的内侧上，设置适合地成型的凹部或槽，所述凹部或槽由第二材料填充。
接触导通通道54和接触位置56相对于冷却流体通道40和冷却流体通道的排出位置42沿基体44的环周错开并且不相交。
基体44可以以任意合适的方式制成，例如通过铸造方法，在必要情况下与钻孔步骤和/或铣削步骤组合，以便制造冷却流体通道40、接触导通通道54以及其他几何组成部分。
在该示例中，转子轴12在电流传输模块22的区域中进行支承(参见图5中的轴承60)。为此可以规定，电流传输模块22的基体44沿轴向方向A毗邻轴肩38地逐渐变细，从而电流传输模块22的端部50可以推入到轴承60中。
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