一种车用三段式电机空心转子轴及其工艺

1.本发明涉及电机转子轴技术领域，更具体地说，尤其涉及一种车用三段式电机空心转子轴及其工艺。


背景技术：

2.随着新能源汽车的推广与技术发展，为了使汽车拥有更好的性能，人们对车辆驱动电机的功率转矩密度的要求越来越高。功率转矩密度的提高，更需要驱动电机体积小、重量轻，同时有着较好的散热性能。所以，电机的结构设计，特别是转子轴的设计越来越受到重视；
3.目前，市面上所使用的电机转子轴分为四种：实心轴、空心轴、焊接空心轴以及锻造空心轴，其中，相对保守的实心轴设计方法，虽然产品的安全系数较大，但也造成驱动电机自身质量重，无法发挥电机最大产品性能，且实心轴上进行电机转子油冷或液冷的冷却油道设计难度较大，电机轴在运行时，其产生的应力主要集中在轴的表面，轴芯位置仅承受较小的弯曲应力，所以，实心轴轴芯处的材料基本属于多余；其次，空心轴内孔必须为直孔，加工效率低，且轴芯材料直接通过机加工去除，难以重复利用，造成材料浪费；进一步的，焊接方式对工艺控制要求较高，且对轴的两段同轴度保证困难采用摩擦焊时容易产生在轴的两端产生一定高度的卷边，影响冷却油液的流动；激光焊接成本较高，且对轴的装配精度要求较高，否则容易产生焊接缺陷，同时，由于焊道的凝固较快，也容易产生气化及脆化的缺陷，最后，径向锻造与旋转锻造的设备当前以进口设备为主，价格昂贵，导致制造成本相对传统实心轴会上升，且旋锻加工过程中，若进给设置不合理，容易产生轴的圆度不足，表面出现褶皱、裂纹等缺陷。
4.为解决上述问题，本技术中提出一种车用三段式电机空心转子轴及其工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种车用三段式电机空心转子轴及其工艺，以解决现有技术中的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种车用三段式电机空心转子轴，包括转子轴段，所述转子轴段的一端设置有旋变段，所述转子轴段的另一端设置有花键段，所述花键段的一端设置有用于与转子轴段连接的焊接段，所述旋变段的一端外侧设置有压装段，所述转子轴段的一端外侧设置有凸出的凸环座，所述凸环座用于在旋变段压装时代替转子轴段承受外力，所述转子轴段的一端外侧还设置有凸轴，所述旋变段的一端外侧设置有用于与凸轴对接的压装环，所述转子轴段的内部设置有用于增加转子轴段稳定性能的加强轴，所述加强轴的两端外侧设置有凸出的凸座，所述加强轴的外侧等间距设置有多处用于对转子轴段形成防护的弧形垫，所述凸座的外侧内部设置有用于与弧形垫连接并对外力进行缓冲分解的弹簧缓冲器。
8.进一步地，所述旋变段的一端内侧设置有用于压装于凸轴内部的内压装板，所述
凸轴的内侧设置有用于将内压装板定位的定位杆。
9.进一步地，所述加强轴的两端外侧设置有凸出的支座，所述转子轴段的另一端内侧设置有用于抵住支座的凸出环形板体机构。
10.进一步地，所述支座的外侧设置有外螺纹段，所述转子轴段的两端内部开设有用于外螺纹段旋合连接的内螺纹段。
11.进一步地，所述定位杆的外侧设置有用于防止松动的橡胶垫，所述内压装板的内部轴向等间距开设有多处用于定位杆以及橡胶垫卡合连接的定位孔。
12.进一步地，所述压装环的一侧设置有凸出的外压装板，所述凸轴的一端内侧开设有用于外压装板卡合连接的弧形卡槽。
13.进一步地，所述定位杆的一端设置有自动形成导向的导向锥。
14.进一步地，所述加强轴的内部开设有用于加设冷却油液的冷却油道。
15.进一步地，所述凸座的外侧开设有用于安装弹簧缓冲器的环槽。
16.一种车用三段式电机空心转子轴工艺，包括如权利要求1-4任一所述的转子轴段、旋变段以及花键段，所述转子轴段、旋变段以及花键段的设计工艺具体如下：
17.s1、根据轴的结构，首先将轴体分为三段：安装旋转变压器的旋变段、安装转子叠片的转子轴段以及输出扭矩的花键段，
18.s2、接着对轴体进行受力分析，电机轴体的承受的载荷是其传递的扭矩，以及转子叠片产生的单边磁拉力与转子自身的重力，轴体受扭矩作用的区域主要在转子叠片安装的转子轴段与花键段，通过有限元分析与试验测试，在扭矩作用下，除去轴体的形状突变位置有小的应力集中外，应力最大区域出现在花键段与转子轴段的过渡处，而轴体的旋变段仅用于安装旋转变压器，旋转变压器用于测量驱动电机转子的位置、转速及旋转方向,并提供给电机控制器进行电机闭环控制，旋变段基本不受载荷作用，
19.s3、旋变段与转子轴段的连接方式采用简单的压装工艺，由于旋变段几乎不受载荷作用，压装的尺寸公差可按10-20nm的扭矩进行校核设计，优选10nm，由于过盈量一般在10微米以下，压装设备要求不高，可在常温下装配，同样的，为节约材料成本，旋变段可用刚度较好而强度一般的低成本材料，
20.s4、花键段与转子轴段之间采用焊接的连接方式，可采用摩擦焊或激光焊接的方式，摩擦焊成本稍低，优选惯性摩擦焊，控制住卷边的高度，
21.s5、转子轴段可直接选用壁厚与外径合适的无缝钢管，壁厚通常为6-12mm，优选6-8mm，选用无缝钢管使轴体的加工量减少，可以保证材料不被浪费，节约成本，能够合理有效地实现转子的轻量化。
22.本发明的有益效果：
23.1、本发明通过将轴体设置为转子轴段、旋变段以及花键段三段后，直接将定位杆穿设于定位孔的内部可将外压装板对齐于弧形卡槽，进而利用压装机即可直接将内压装板压装于转子轴段的内部，最后利用摩擦焊或者激光焊将花键段按照于转子轴段的另一端即可，结构简单三段式装配方案，能够有效减轻电机转子轴的重量，达到轻量化设计的目的，且转子轴段的中间段用于安装电机转子叠片，选用无缝钢管可以减少加工余量，降低成本；
24.2、本发明通过在转子轴段的两端内部加工出内螺纹段后，可直接将加强轴推入带动外螺纹段旋合安装于内螺纹段的内部可使支座抵住转子轴段另一端向内凸出部分的断
面形成限位，此时即可直接经弧形垫以及弹簧缓冲器对外力进行缓冲分解，防止转子轴段的空心部分受到较大载荷出现变形，有效保障转子轴段的长期运行稳定性能的同时，其安装简单可快速进行检修更换等处理使用。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的整体外观结构示意图；
27.图2为图1中的转子轴内部部分结构示意图；
28.图3为图1中的旋变段与转子轴分解部分结构示意图；
29.图4为图3中的a部分局部放大结构示意图；
30.图5为图2中的加强轴外侧部分结构示意图；
31.图6为图1中的弧形垫与支座连接部分结构示意图；
32.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
33.图中：1、转子轴段；2、旋变段；3、花键段；4、焊接段；5、压装段；6、凸环座；7、凸轴；8、压装环；9、加强轴；10、冷却油道；11、凸座；12、弧形垫；13、弹簧缓冲器；14、内压装板；15、定位杆；16、支座；17、外螺纹段；18、内螺纹段；19、橡胶垫；20、定位孔；21、外压装板；22、弧形卡槽；23、导向锥；24、环槽。
具体实施方式
34.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.具体请参阅图1、2以及6：一种车用三段式电机空心转子轴，包括转子轴段1，转子轴段1的一端设置有旋变段2，转子轴段1的另一端设置有花键段3，花键段3的一端设置有用于与转子轴段1连接的焊接段4，旋变段2的一端外侧设置有压装段5，转子轴段1的一端外侧设置有凸出的凸环座6，凸环座6用于在旋变段2压装时代替转子轴段1承受外力，转子轴段1的一端外侧还设置有凸轴7，旋变段2的一端外侧设置有用于与凸轴7对接的压装环8，转子轴段1的内部设置有用于增加转子轴段1稳定性能的加强轴9，加强轴9的两端外侧设置有凸出的凸座11，加强轴9的外侧等间距设置有多处用于对转子轴段1形成防护的弧形垫12，凸座11的外侧内部设置有用于与弧形垫12连接并对外力进行缓冲分解的弹簧缓冲器13，凸座11在加强轴9的外侧为等间距设置，且可根据转子轴段1的长度需求，自行将加强轴9设置为不同的长度，以适应转子轴段1不同位置的受力对其进行防护。
36.请继续参阅图2以及3：旋变段2的一端内侧设置有用于压装于凸轴7内部的内压装板14，凸轴7的内侧设置有用于将内压装板14定位的定位杆15，定位杆15的长度略长于凸轴7，可通过此定位杆15便捷将旋变段2调整至合适角度便于后续的压装工艺使用。
37.请继续参阅图2以及5：加强轴9的两端外侧设置有凸出的支座16，转子轴段1的另
一端内侧设置有用于抵住支座16的凸出环形板体机构，支座16在旋变段2压装完成后，其端部的内压装板14抵住位于加强轴9另一端的支座16。
38.请继续参阅图2、3以及5：支座16的外侧设置有外螺纹段17，转子轴段1的两端内部开设有用于外螺纹段17旋合连接的内螺纹段18，相邻的外螺纹段17以及内螺纹段18均为相同的螺纹数据。
39.请继续参阅图3以及4：定位杆15的外侧设置有用于防止松动的橡胶垫19，内压装板14的内部轴向等间距开设有多处用于定位杆15以及橡胶垫19卡合连接的定位孔20，橡胶垫19用于防止在压装过程中旋变段2产生晃动影响压装质量。
40.请继续参阅图3以及4：压装环8的一侧设置有凸出的外压装板21，凸轴7的一端内侧开设有用于外压装板21卡合连接的弧形卡槽22，外压装板21用于增加该压装工艺的连接稳定性能。
41.请继续参阅图4：定位杆15的一端设置有自动形成导向的导向锥23，导向锥23可在抵住定位孔20的孔壁时，自动使其偏转形成同轴状态。
42.请继续参阅图3以及5：加强轴9的内部开设有用于加设冷却油液的冷却油道10，冷却油道10可根据使用需求自行在后续加设输液管等机构。
43.请继续参阅图6：凸座11的外侧开设有用于安装弹簧缓冲器13的环槽24，弹簧缓冲器13在环槽24的内部为周向等间距设置。
44.请继续参阅图1-4：一种车用三段式电机空心转子轴工艺，包括如权利要求1-4任一的转子轴段1、旋变段2以及花键段3，转子轴段1、旋变段2以及花键段3的设计工艺具体如下：
45.s1、根据轴的结构，首先将轴体分为三段：安装旋转变压器的旋变段2、安装转子叠片的转子轴段1以及输出扭矩的花键段3，
46.s2、接着对轴体进行受力分析，电机轴体的承受的载荷是其传递的扭矩，以及转子叠片产生的单边磁拉力与转子自身的重力，轴体受扭矩作用的区域主要在转子叠片安装的转子轴段1与花键段3，通过有限元分析与试验测试，在扭矩作用下，除去轴体的形状突变位置有小的应力集中外，应力最大区域出现在花键段3与转子轴段1的过渡处，而轴体的旋变段2仅用于安装旋转变压器，旋转变压器用于测量驱动电机转子的位置、转速及旋转方向,并提供给电机控制器进行电机闭环控制，旋变段2基本不受载荷作用，
47.s3、旋变段2与转子轴段1的连接方式采用简单的压装工艺，由于旋变段2几乎不受载荷作用，压装的尺寸公差可按10-20nm的扭矩进行校核设计，优选10nm，由于过盈量一般在10微米以下，压装设备要求不高，可在常温下装配，同样的，为节约材料成本，旋变段2可用刚度较好而强度一般的低成本材料，
48.s4、花键段3与转子轴段1之间采用焊接的连接方式，可采用摩擦焊或激光焊接的方式，摩擦焊成本稍低，优选惯性摩擦焊，控制住卷边的高度，
49.s5、转子轴段1可直接选用壁厚与外径合适的无缝钢管，壁厚通常为6-12mm，优选6-8mm，选用无缝钢管使轴体的加工量减少，可以保证材料不被浪费，节约成本，能够合理有效地实现转子的轻量化。
50.本发明的工作原理为：
51.本发明通过将轴体设置为转子轴段1、旋变段2以及花键段3三段后，直接将甚至于
转子轴段1一端内侧的定位杆15穿设于旋变段2一端分布于内压装板14外侧的定位孔20内部，可将位于压装环8外侧的外压装板21对齐于转子轴段1一端内侧的弧形卡槽22，进而利用压装机即可直接将内压装板14压装于转子轴段1的内部，在此压装过程中，可将位于转子轴段1一端外侧的凸轴7安装于压装机的底座上端，防止外力过大作用于转子轴段1本体造成损伤，最后利用摩擦焊或者激光焊将花键段3按照于转子轴段1的另一端即可，结构简单三段式装配方案，能够有效减轻电机转子轴的重量，达到轻量化设计的目的，且转子轴段1的中间段用于安装电机转子叠片，选用无缝钢管可以减少加工余量，降低成本；本发明通过在转子轴段1的两端内部加工出内螺纹段18后，可直接将加强轴9推入带动位于加强轴9两端支座16外侧的外螺纹段17旋合安装于内螺纹段18的内部，可使支座16抵住转子轴段1另一端向内凸出部分的断面形成限位，此时即可直接经四种于加强轴9外侧的弧形垫12，以及按照于凸座11外侧环槽24内部的弹簧缓冲器13对外力进行缓冲分解，防止转子轴段1的空心部分受到较大载荷出现变形，有效保障转子轴段1的长期运行稳定性能的同时，其安装简单可快速进行检修更换等处理使用。
52.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种车用三段式电机空心转子轴，包括转子轴段(1)，其特征在于：所述转子轴段(1)的一端设置有旋变段(2)，所述转子轴段(1)的另一端设置有花键段(3)，所述花键段(3)的一端设置有用于与转子轴段(1)连接的焊接段(4)，所述旋变段(2)的一端外侧设置有压装段(5)，所述转子轴段(1)的一端外侧设置有凸出的凸环座(6)，所述凸环座(6)用于在旋变段(2)压装时代替转子轴段(1)承受外力，所述转子轴段(1)的一端外侧还设置有凸轴(7)，所述旋变段(2)的一端外侧设置有用于与凸轴(7)对接的压装环(8)，所述转子轴段(1)的内部设置有用于增加转子轴段(1)稳定性能的加强轴(9)，所述加强轴(9)的两端外侧设置有凸出的凸座(11)，所述加强轴(9)的外侧等间距设置有多处用于对转子轴段(1)形成防护的弧形垫(12)，所述凸座(11)的外侧内部设置有用于与弧形垫(12)连接并对外力进行缓冲分解的弹簧缓冲器(13)。2.根据权利要求1所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述旋变段(2)的一端内侧设置有用于压装于凸轴(7)内部的内压装板(14)，所述凸轴(7)的内侧设置有用于将内压装板(14)定位的定位杆(15)。3.根据权利要求1所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述加强轴(9)的两端外侧设置有凸出的支座(16)，所述转子轴段(1)的另一端内侧设置有用于抵住支座(16)的凸出环形板体机构。4.根据权利要求3所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述支座(16)的外侧设置有外螺纹段(17)，所述转子轴段(1)的两端内部开设有用于外螺纹段(17)旋合连接的内螺纹段(18)。5.根据权利要求2所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述定位杆(15)的外侧设置有用于防止松动的橡胶垫(19)，所述内压装板(14)的内部轴向等间距开设有多处用于定位杆(15)以及橡胶垫(19)卡合连接的定位孔(20)。6.根据权利要求1所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述压装环(8)的一侧设置有凸出的外压装板(21)，所述凸轴(7)的一端内侧开设有用于外压装板(21)卡合连接的弧形卡槽(22)。7.根据权利要求2所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述定位杆(15)的一端设置有自动形成导向的导向锥(23)。8.根据权利要求1所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述加强轴(9)的内部开设有用于加设冷却油液的冷却油道(10)。9.根据权利要求2所述的一种车用三段式电机空心转子轴，其特征在于：所述凸座(11)的外侧开设有用于安装弹簧缓冲器(13)的环槽(24)。10.一种车用三段式电机空心转子轴工艺，包括如权利要求1-4任一所述的转子轴段(1)、旋变段(2)以及花键段(3)，其特征在于：所述转子轴段(1)、旋变段(2)以及花键段(3)的设计工艺具体如下：s1、根据轴的结构，首先将轴体分为三段：安装旋转变压器的旋变段(2)、安装转子叠片的转子轴段(1)以及输出扭矩的花键段(3)；s2、接着对轴体进行受力分析，电机轴体的承受的载荷是其传递的扭矩，以及转子叠片产生的单边磁拉力与转子自身的重力，轴体受扭矩作用的区域主要在转子叠片安装的转子轴段(1)与花键段(3)，通过有限元分析与试验测试，在扭矩作用下，除去轴体的形状突变位
置有小的应力集中外，应力最大区域出现在花键段(3)与转子轴段(1)的过渡处，而轴体的旋变段(2)仅用于安装旋转变压器，旋转变压器用于测量驱动电机转子的位置、转速及旋转方向,并提供给电机控制器进行电机闭环控制，旋变段(2)基本不受载荷作用；s3、旋变段(2)与转子轴段(1)的连接方式采用简单的压装工艺，由于旋变段(2)几乎不受载荷作用，压装的尺寸公差可按10-20nm的扭矩进行校核设计，优选10nm，由于过盈量一般在10微米以下，压装设备要求不高，可在常温下装配，同样的，为节约材料成本，旋变段(2)可用刚度较好而强度一般的低成本材料；s4、花键段(3)与转子轴段(1)之间采用焊接的连接方式，可采用摩擦焊或激光焊接的方式，摩擦焊成本稍低，优选惯性摩擦焊，控制住卷边的高度；s5、转子轴段(1)可直接选用壁厚与外径合适的无缝钢管，壁厚通常为6-12mm，优选6-8mm，选用无缝钢管使轴体的加工量减少，可以保证材料不被浪费，节约成本，能够合理有效地实现转子的轻量化。

技术总结
本发明涉及电机转子轴技术领域，提供了一种车用三段式电机空心转子轴及其工艺。一种车用三段式电机空心转子轴，包括转子轴段，所述转子轴段的一端设置有旋变段，所述转子轴段的另一端设置有花键段。本发明通过将轴体设置为转子轴段、旋变段以及花键段三段后，直接将定位杆穿设于定位孔的内部可将外压装板对齐于弧形卡槽，进而利用压装机即可直接将内压装板压装于转子轴段的内部，最后利用摩擦焊或者激光焊将花键段按照于转子轴段的另一端即可，结构简单三段式装配方案，能够有效减轻电机转子轴的重量，达到轻量化设计的目的，且转子轴段的中间段用于安装电机转子叠片，选用无缝钢管可以减少加工余量，降低成本。降低成本。降低成本。


技术研发人员：朱凌云 王东明 王陈宁 吴顺风
受保护的技术使用者：安庆师范大学
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/8