空心轴是未来电机转子技术发展的重要趋势.空心轴对于电机系统,不只是明显的减重作用,也对系统冷却布置结构和方式有积极价值.近几年,随着新能源汽车电机采用油冷,液冷技术的应用,其高区间面积,散热效率和电机功率密度等方面很大提升.
电机空心轴的制造工艺,一方面涉及传统的热加工领域,如锻造、热处理(正火、渗碳淬火等);另一方面,考虑到装配精度和磁极方向,又涉及冷加工领域,如车削、磨削、插/搓花键等。本文只从电机转轴的空心化这一实现维度对其制造工艺进行必要分析,对于其它工艺不做介绍。空心化工艺,可通过实心轴+机加工实现,也有供应商可以采用特殊成型设备通过锻造实现空心。
一体式成型空心轴,主要是指毛坯的内孔直接成型的轴。目前,应用较广的主要是径向锻造成型和旋转锻造成型。径向锻造和旋转锻造均为特殊成型工艺,主要以进口设备为主。其中,径向锻造成型以FELLS公司设备较为典型,旋转锻造以GFM公司设备为典型。上述设备,不只可以实现空心轴多台阶变壁厚直接成型,而且可以直接锻出内外花键。图8和图9分别为径向锻造成型和旋转锻造成型。
目前,一体化成型空心轴已经越来越多的出现在新能源电驱系统上,不但在电机轴上有应用,而且在差减传动的输入轴和中间轴齿上也有出现。一体式成型空心轴,内表面采用无切削加工保证了金属流线的完整性,加工制造过程中的润滑和冷却液,可能会对其内表面存在一定的污损,且清洗存在一定困难。所以,对于一体式成型空心轴内孔清洁度必须予以关注,尤其是在油冷电驱系统。同时,对于内孔封堵工艺和制造过程管控应给予重视。