[发明专利]安装在轴上的电动机用的轮对轴以及驱动单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于安装在轴上的电动机的轮对轴，所述轮对轴包括两个轴向侧面边缘区域和一个布置在所述边缘区域之间的中间区域。此外，本发明还涉及一种具有这种轮对轴的驱动单元。

背景技术

M.Kaufhold(M.考夫霍尔特)和A.(A.约克尔)等人所著的技术论文“Permanenterregte Groβmaschinen：Potenziale in der Oberklasse(大型永磁电机：顶级配置中的潜能)”(2002年，第20期，第2-7页)提出，用于轨道车辆的牵引驱动装置无论作为柔性电动机还是作为非柔性电动机(即轴装电动机)，未来都应实施为永磁同步电动机。

在这种无齿轮非柔性轮对直接驱动装置中，同步电动机的转子通过一个转子支承管直接安装在轮对轴上。转子支承在轮对轴上，因此，这个轮对轴同时又是转子轴。所述转子支承管在两个配合件处热套在采用传统尺寸的轮对轴上。这样在实际操作时，转子支承管会发生与轮对轴相同的机械扭转变形及弯曲变形。因此，转子支承管是用与轮对轴相似的优质材料制成的。此外还须防止转子支承管与轮对轴之间的热压配合件上产生由微动引起的摩擦腐蚀。这些措施花费较大，会增加制造成本。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种开篇所述类型的轮对轴，这种轮对轴可避免上述缺点，且易于制造，成本低廉。

在本发明的轮对轴中，每个边缘区域至少部分基本设计为实心圆柱体，具有一个用于安装一个车轮或一个轴承的第一外圆周面，中间区域设计为空的空心圆柱体，具有一个第二外圆周面，所述第二外圆周面用于直接安装轴装电动机的一个转子。

本发明认识到，迄今所用的附加式转子支承管可为轮对轴的中间区域减去极多机械负荷。因此，本发明的轮对轴在其中间区域仅采用转子支承管的空心圆柱形。迄今为止用实心材料制成的轮对轴具有一个在转子支承管的空心内腔中延伸的部分，本发明未对这一部分加以采用。在本发明的轮对轴中，空心圆柱体的内腔是空的，也就是未充填任何材料。借此一方面可以减少所需材料，另一方面也能减小总重量。与此同时，功能性和安全性仍保持原有水准。现有技术采用的是两个组件的组合，即由实心材料构成的传统轮对轴与转子支承管的组合，这一组合被单独一个组件所代替，也就是本发明的轮对轴。迄今为止借助两个组件所实现的功能被整合在单独一个组件中。在节省组件和材料的同时，制造费用也会有所降低，从而在整体上达到降低制造成本的目的。此外，仅使用单独一个组件也会使热压配合连接成为多余，在此情况下，本发明的轮对轴原则上就不会产生摩擦腐蚀。

此外，在为中间区域采用空心设计的情况下，还可对以往不建议用于轮对轴的材料加以使用。在此情况下，原则上也可用具有相应强度的铸造材料进行制造。

根据一种有利方案，中间区域的外径大于两个边缘区域的外径，边缘区域由轴端和相应的过渡区构成。借此可在材料用量相同或较少的情况下实现更高或至少相同的支承能力。此外还能减轻重量。

此外，可优选采用具有两个轴部分的两分式结构，其中，每个轴部分分别包括一个边缘区域和一部分空心中间区域，两个轴部分在其朝向中间区域的轴向末端处彼此固定相连。这样就可以简单而有利的方式制造带有空心中间区域的轮对轴。两个轴部分例如可通过锻造或热挤压工艺制成，并通过焊接技术(例如MAG焊接、UP焊接或摩擦焊接)彼此相连。可以根据所选(焊接)连接技术对轴部分之间的相应接触点进行相应设计。

此外，如果两个轴部分结构相同，且轴部分的连接处位于中间区域的轴向中央，也是有利的。其优点是，两个轴部受到的机械应力相同。在轮对轴由两个相同轴部分组装而成的情况下，还能减少组件的种类。这一点同样会对制造成本产生有利影响。

根据另一优选方案，采用一种具有两个轴端部分和一个轴中间部分的三分式结构，所述两个轴端部分分别包括一个边缘区域，所述轴中间部分构成所述中间区域，其中，所述轴中间部分在其两个轴向末端处各自与一个轴端部分固定相连。在此情况下，可以根据适用于相应轴段的要求，特别是机械要求和磁性要求(主要指中间区域而言)对每个轴的各部分进行相应设计。每个轴部分均可进行独立选材。轴中间部分特定而言可以选用不同于轴边缘部分的材料。举例而言，轴中间部分可由具有磁性能的材料构成，从而与需要安装在这个中间区域内的磁性有效转子达到一定程度的匹配。采用磁损耗较低的材料是有利的。举例而言，可考虑使用结构钢St37或St52。这种材料价格相对较低，但仍具有预期的磁性能。