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Title:
HOLLOW ROTOR SHAFT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/189478
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hollow rotor shaft for a rotor, which rotates about a longitudinal axis, of an electric machine, comprising a cylindrical casing (2), which surrounds a shaft cavity (3), and end flanges (4) arranged on the cylindrical casing (2) on both sides. At least one end flange (4) transitions into a hollow shaft journal (5), and the outer circumferential surface of the shaft journal (5) is designed as a bearing seat (7) in some regions. Rotor windings which are connected to power feed lines (10) are arranged on the outer circumference of the cylindrical casing (2), wherein the power feed lines (10) lead to sliding contacts (11) at the end facing away from the rotor windings, said sliding contacts being arranged on the free end of the shaft journal (5). According to the invention, the rotor shaft is formed as a single piece from a tubular or circular starting body by means of a shaping process using a flow forming method, and the power feed lines (10) are arranged in the cavity (6) of the shaft journal (5) at least in the region of the bearing seat (7) and are integrated into a tubular casing (12) made of plastic, said casing being injection molded onto the inner circumferential surface of the shaft journal (5) as a single piece. The tubular casing (12) made of plastic together with the integrated power feed lines (10) extends axially outwards beyond the free end of the shaft journal (5) into a free end region (12a), and the sliding contacts (11) are integrated into the tubular casing (12) and are arranged on the outer circumference of the free end region (12a).

Inventors:
RAIDT DR (DE)
RUDERT BERND (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/055977
Publication Date:
September 15, 2022
Filing Date:
March 09, 2022
Export Citation:
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Assignee:
WINKELMANN POWERTRAIN COMPONENTS GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H01R39/16; H02K13/00
Foreign References:
JPS50117305U1975-09-25
EP0220981A11987-05-06
US20180323687A12018-11-08
DE102018130471A12020-06-04
Attorney, Agent or Firm:
MEINKE, Jochen (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Rotorhohlwelle für einen um eine Längsachse rotierenden Rotor einer elektri schen Maschine mit einem Zylindermantel (2), der einen Wellenhohlraum (3) umgibt, sowie beidseitig an dem Zylindermantel (2) angeordneten Stirnflanschen (4), wobei wenigstens ein Stirnflansch (4) in einen hohlen Wellenzapfen (5) über geht, wobei die Außenumfangsfläche des Wellenzapfens (5) bereichsweise als La gersitz (7) ausgebildet ist, wobei am Außenumfang des Zylindermantels (2) mit Stromzuleitungen (10) verbundene Rotorwicklungen angeordnet sind, wobei die Stromzuleitungen (10) am den Rotorwicklungen abgewandten Ende in Schleif kontakten (11) münden, die am freien Ende des Wellenzapfens (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass diese einstückig durch Umformen mittels Streckdrücken aus einem rohr- oder rondenförmigen Ausgangskörper gebildet ist, wobei die Stromzuleitungen

(10) wenigstens im Bereich des Lagersitzes (7) im Hohlraum (6) des Wellenzap fens (5) angeordnet und in einen rohrförmigen Mantel (12) aus Kunststoff einge bettet sind, der einstückig an die Innenumfangsfläche des Wellenzapfens (5) an gespritzt ist, wobei der rohrförmige Mantel (12) aus Kunststoff mit den eingebet teten Stromzuleitungen (10) sich über das freie Ende des Wellenzapfens (5) axial nach außen in einen freien Endbereich (12a) erstreckt und die Schleifkontakte

(11) in den rohrförmigen Mantel (12) eingebettet und am Außenumfang des freien Endbereiches (12a) angeordnet sind.

2. Rotorhohlwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stirnflansch (4) und dem Lagersitz (7) des Wellenzapfens (5) radiale Durchtrittsöffnungen (13) vorgesehen sind, durch welche die Stromzulei tungen (10) eingebettet in sich durch die Durchtrittsöffnungen (13) nach außen erstreckende Ansätze (14) des Mantels (12) aus Kunststoff radial nach außen ge führt sind. 3. Rotorhohlwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuleitungen (10) in innerhalb des Hohlraumes (6) des Wellenzap fens (5) angeordneten Abstandhaltern geführt sind.

4. Rotorhohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an den Stirnflansch (4) im Hohlraum (6) des Wellenzapfens (5) ein Anschlagring (15) als Anspritzkante für den rohrförmigen Mantel (12) aus Kunststoff vorgesehen ist.

5. Rotorhohlwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlagring (15) einstückig eingeformt ist.

6. Rotorhohlwelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Mantel (12) durch Spritzgießen oder Spritzpressen ange formt ist.

Description:
Rotorhohlwelle

Die Erfindung betrifft eine Rotorhohlwelle für einen um eine Längsachse rotieren den Rotor einer elektrischen Maschine mit einem Zylindermantel, der einen Wel lenhohlraum umgibt, sowie beidseitig an dem Zylindermantel angeordneten Stirn flanschen, wobei wenigstens ein Stirnflansch in einen hohlen Wellenzapfen über geht, wobei die Außenumfangsfläche des Wellenzapfens bereichsweise als Lager sitz ausgebildet ist, wobei am Außenumfang des Zylindermantels mit Stromzulei tungen verbundene Rotorwicklungen angeordnet sind, wobei die Stromzuleitun gen am den Rotorwicklungen abgewandten Ende in Schleifkontakten münden, die am freien Ende des Wellenzapfens angeordnet sind.

Bei fremderregten Synchronmaschinen sind sowohl auf dem Stator als auch auf der Rotorwelle Magnetspulen verbaut, durch welche während des Betriebes Strom fließt. Während die Stromzuleitung zu den Wicklungen des ortsfesten Sta tors unproblematisch ist, erfolgt die Stromzuleitung zu den Rotorwicklungen über Schleifringe an der Rotorwelle und feststehende Bürsten. Von den Schleifringen zu den Rotorwicklungen sind somit an der Rotorwelle verlaufende Stromzuleitun gen erforderlich.

Bei einer bekannten Rotorhohlwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Pa tentanspruches 1, die z.B. in der fremderregten Synchronmaschine des Fahr zeugtyps "Renault Zoe" eingesetzt wird, sind die Schleifkontakte am freien Ende eines Wellenzapfens der Rotorhohlwelle angeordnet und die Stromzuleitungen verlaufen an der Außenumfangsfläche des Wellenzapfens. Im Bereich des Lager sitzes sind Längsnuten in den Außenumfang des Wellenzapfens eingebracht, durch welche die Stromzuleitungen geführt sind, welche im Einbauzustand im Be reich des Lagersitzes radial außenseitig vom zugeordneten Lagerring umgeben sind. Der Lagerring liegt somit aufgrund dieser Längsnuten nicht umlaufend voll flächig am Wellenzapfen an. Dies erschwert einerseits die Montage des Lagers und führt anderseits zu einer Materialschwächung der Rotorhohlwelle in diesem Bereich, so dass die Wandstärke des Wellenzapfens erhöht werden muss.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstig herstellbare, gewichtsreduzierte Rotorhohlwelle zu schaffen, bei welcher der Bereich des Lagersitzes nicht durch die Stromzuleitungen beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Rotorhohlwelle der eingangs bezeichneten Art erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass diese einstückig durch Umformen mittels Streckdrücken aus einem rohr- oder rondenförmigen Ausgangskörper gebildet ist, wobei die Stromzuleitungen wenigstens im Bereich des Lagersitzes im Hohl raum des Wellenzapfens angeordnet und in einen rohrförmigen Mantel aus Kunststoff eingebettet sind, der einstückig an die Innenumfangsfläche des Wel lenzapfens angespritzt ist, wobei der rohrförmige Mantel aus Kunststoff mit den eingebetteten Stromzuleitungen sich über das freie Ende des Wellenzapfens axial nach außen in einen freien Endbereich erstreckt und die Schleifkontakte in den rohrförmigen Mantel eingebettet und am Außenumfang des freien Endbereiches angeordnet sind.

Erfindungsgemäß wird somit eine Hybridrotorhohlwelle bereitgestellt, die durch Streckdrücken und anschließendes einstückiges Anspritzen des Mantels aus Kunststoff einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Da die Stromzu leitungen zumindest im Bereich des Lagersitzes eingebettet in den Mantel im In neren des Wellenzapfens verlaufen, sind an der Außenfläche im Bereich des La gersitzes keine materialschwächenden Längsnuten erforderlich, so dass die Wandstärke des Wellenzapfens geringer und damit gewichtssparender dimensio niert werden kann. Außerdem liegt der Lagerring vollflächig an. Durch die Einbet tung der Schleifkontakte ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche Isolierung der Schleifkontakte gegenüber dem Wellenzapfen vorzusehen. Außerdem müssen die Stromzuleitungen im Bereich der Schleifkontakte nicht durch radiale Durchtritts öffnungen des Wellenzapfens geführt werden.

Bevorzugt sind in Ausgestaltung zwischen dem Stirnflansch und dem Lagersitz des Wellenzapfens radiale Durchtrittsöffnungen vorgesehen, durch welche die Stromzuleitungen eingebettet in sich durch die Durchtrittsöffnungen nach außen erstreckende Ansätze des Mantels aus Kunststoff radial nach außen geführt sind.

Ferner ist vorteilhaft vorgesehen, dass die Stromzuleitungen in innerhalb des Hohlraumes des Wellenzapfens angeordneten Abstandhaltern geführt sind. Dies erleichtert die Positionierung der Stromzuleitungen vor dem Anformen des Man tels aus Kunststoff. Die Abstandhalter sind nach dem Anformen in den Mantel eingebettet.

Des Weiteren ist angrenzend an den Stirnflansch im Hohlraum des Wellenzapfens ein Anschlagring als Anspritzkante für den rohrförmigen Mantel aus Kunststoff vorgesehen.

Dieser Anschlagring kann beim Streckdrücken bevorzugt einstückig eingeformt werden. Alternativ kann der Anschlagring auch ein Einzelteil sein, das in die Ro torhohlwelle eingesetzt wird.

Der rohrförmige Mantel kann durch Spritzgießen oder Spritzpressen (transfer moulding) angeformt sein. Als Kunststoff wird bevorzugt ein Duroplast einge setzt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine teilweise dargestellte Rotorhohlwelle. Eine Rotorhohlwelle für einen um eine Längsachse L rotierenden Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine, ist allgemein mit 1 bezeichnet und nur teilweise mit den für die Erfindung wesentli chen Bestandteilen dargestellt.

Die Rotorhohlwelle 1 weist einen nur bereichsweise dargestellten Zylindermantel 2 auf, auf dem beim fertigen Rotor nicht dargestellte Rotorwicklungen angeord net sind. Der Zylindermantel 2 umgibt einen bereichsweise dargestellten Wellen hohlraum 3 und ist beidseitig jeweils durch einen Stirnflansch 4 begrenzt, von dem nur ein Stirnflansch 4 dargestellt ist. Der Stirnflansch 4 geht in einen hohlen Wellenzapfen 5 über, dessen Hohlraum mit 6 bezeichnet ist.

Die insoweit beschriebene Rotorhohlwelle 1 wird erfindungsgemäß einstückig durch Umformen mittels Streckdrücken aus einem nicht dargestellten rohrförmi gen oder rondenförmigen Ausgangskörper hergestellt.

Die Außenumfangsfläche des Wellenzapfens 5 ist bereichsweise als Lagersitz 7 ausgebildet. Auf diesem Lagersitz 7 wird ein innerer, nicht dargestellter Lagerring eines Kugellagers od. dgl. angeordnet, wobei beidseitig des Lagersitzes 7 umlau fende Nuten 8, 9 für Sprengringe od. dgl. vorgesehen sind.

Zur Stromversorgung der nicht dargestellten Rotorwicklungen sind Stromzulei tungen 10 vorgesehen, die am den Rotorwicklungen abgewandten Ende jeweils in umlaufenden ringförmigen Schleifkontakten 11 münden. Diese Schleifkontakte 11 wirken zur Stromübertragung mit nicht dargestellten feststehenden Bürsten der elektrischen Maschine zusammen.

Erfindungsgemäß sind die Stromzuleitungen 10 wenigstens im Bereich des Lager sitzes 7 im Hohlraum 6 des Wellenzapfens 5 angeordnet und in einen rohrförmi gen Mantel 12 aus Kunststoff eingebettet. Dieser rohrförmige Mantel 12 ist an die Innenumfangsfläche des Wellenzapfens 5 einstückig angeformt (durch Spritzgie- ßen oder Spritzpressen). Dabei sind zwischen dem Stirnflansch 4 und dem Lager sitz 7 des Wellenzapfens 5 radiale Durchtrittsöffnungen 13 vorgesehen, durch welche die Stromzuleitungen 10 eingebettet in sich durch die Durchtrittsöffnun gen 13 nach außen streckende Ansätze 14 des Mantels 12 aus Kunststoff radial nach außen geführt sind. Von dort erstrecken sich die Stromzuleitungen 10 wei ter bis zu den nicht dargestellten Rotorwicklungen. Auch die Stromzuleitungen 10 sind im Bereich außerhalb des radialen Durchtritts durch die Durchtrittsöffnungen 13 nicht weiter dargestellt.

Der rohrförmige Mantel 12 aus Kunststoff mit den eingebetteten Stromzuleitun gen 10 erstreckt sich über das freie Ende des Wellenzapfens 5 axial nach außen in einen freien Endbereich 12a. In diesem sich über den Wellenzapfen 5 hinaus erstreckenden freien Endbereich 12a sind die ringförmigen Schleifkontakte 11 in den rohrförmigen Mantel 12 bzw. den Endbereich 12a eingebettet und am Außen umfang des freien Endbereiches 12a angeordnet.

Zur Positionierung der Stromzuleitungen 10 innerhalb des Hohlraumes 6 des Wel lenzapfens 5 vor dem Anspritzen oder Spritzpressen des Mantels 12 können in nerhalb des Hohlraumes 6 angeordnete Abstandhalter angeordnet sein, die nicht dargestellt sind und in denen die Stromzuleitungen 10 geführt sind. Diese Ab standhalter werden dann beim Anspritzen oder Spritzpressen des Mantels 12 in diesen eingebettet.

Um ein einwandfreies Anspritzen oder Spritzpressen des Mantels 12 zu ermögli chen, ist angrenzend an den Stirnflansch 4 im Hohlraum 6 des Wellenzapfens 5 ein Anschlagring 15 als Anspritzkante vorgesehen. Dieser Anschlagring 15 kann einstückig in die Rotorhohlwelle 1 eingeformt sein, d.h. durch Streckdrücken her gestellt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine ringförmige Anschlagkante 16 durch Streckdrücken eingeformt, an der ein separater An schlagring 15 anliegt. Bezuaszeichenliste:

1 Rotorhohlwelle

2 Zylindermantel

3 Wellenhohlraum

4 Stirnflansch

5 hohler Wellenzapfen

6 Hohlraum

7 Lagersitz

8 Nuten

9 Nuten

10 Stromzuleitung

11 Schleifkontakt

12 rohrförmiger Mantel

12a freier Endbereich

13 Durchtrittsöffnung

14 Ansatz

15 Anschlagring

16 Anschlagkante

L Längsachse