CN201118344Y

CN201118344Y - 具有推力系统的电动机

Info

Publication number: CN201118344Y
Application number: CNU2007201532909U
Authority: CN
Inventors: B·M·纽伯格; L·R·多宏恩; P·S·约翰逊; G·W·博尔歇丁; J·R·戈尔
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Nidec Motor Corp
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: US7732960B2; US20080054746A1

Abstract

一种电动机，其包含：定子；转子，其包含转子轴，转子轴具有在其中形成的定位凹槽；推力系统，其被安装在转子轴上；定位器，其被布置在凹槽中，用于将推力系统定位在预定的位置。

Description

具有推力系统的电动机

技术领域

本实用新型涉及具有推力系统(thrust system)的电动机。

背景技术

现有技术中具有推力系统的电动机常常使用环氧树脂组装。尽管这样的电动机是令人满意的，但其存在几个缺点。首先，环氧树脂应用不会有助于“精益”制造技术。环氧树脂需要几个小时来固化，将这几个小时有影响地增加到了组装过程，并增加了任何给定时间“在处理中”的电动机的数量。环氧树脂倾向于在固化后具有锐边，使其更加难以处理。因此，需要一种能够消除制造过程中对环氧树脂的需求的、可靠的、高效率的电动机构造。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够消除制造过程中对环氧树脂的需求的、可靠的、高效率的电动机构造。

在一个实施形态中，电动机包含：定子；转子，其包含具有在其中形成的定位凹槽的转子轴；推力系统，其被安装在转子轴上；定位器，其被布置在凹槽中，以便将推力系统定位在预定位置。

在另一实施形态中，电动机包含推力系统，推力系统被安装在转子轴上并包含轴承、推力圈和可压缩环。推力圈包含用于容纳所述环的空隙。设置该空隙的大小和形状，使得在放松位置上所述环从推力圈的表面轴向延伸，在压缩位置上所述环不从该表面轴向延伸。

在又一实施形态中，转子包含转子轴，转子轴具有定位器以及与之间隔开的突出部。推力系统被安装在转子轴上，通常在定位器与突出部之间，且推力系统包含具有可变形部分的部件。可变形部分容纳突出部，并具有与推力系统中的差异对应的深度，因此，无论差异如何，推力系统相对于定位器被精确定位。

根据本实用新型的电动机构造使得与现有技术中的电动机相比更为精益的制造过程成为可能。例如，这种新电动机的制造能在没有环氧树脂的情况下进行，由此使得制造过程更快、更具有成本效益、更为精确。这种新电动机还使得轴延伸公差的更好控制成为可能。进一步地，在轴承面上的推力负载小于或等于现有技术的电动机中的，故轴承温度保持在可接受的水平。

在关于本实用新型的上述实施形态介绍的特征中存在多种改进。也可在本发明的上述实施形态中并入进一步的特征。这些改进以及附加的特征可以单独存在或以任何组合存在。例如，下面关于本实用新型的任何所示实施例讨论的各种特征可单独或以任何组合并入本实用新型的任何上述实施形态。

附图说明

图1为一实施例的电动机的透视图；

图2为该电动机的剖视图；

图3为图2的一部分的放大视图，其示出了该实施例的推力系统，且图3A、3B为进一步的放大，图3C示出了组装前的风扇毂(fan hub)；

图4为系统的风扇的透视图；

图5为图1的一部分的放大视图，其示出了连接端罩与定子的紧固件的区域；

贯穿附图，对应的参考标号表示对应的部分。

具体实施方式

参照图1-2，本实用新型一实施例的电动机被一般地表示为11。电动机一般包含定子12，定子12具有绕组13和定子芯(被一般地表示为14)，定子芯包含叠片结构14a。转子被一般地表示为15，其处于与定子的磁耦合关系并具有转子芯16与转子轴17。电动机还包含端罩19，端罩19被固定到定子芯14。电动机11可被适当地用作干燥机电动机。在干燥机应用中，轴的一端具有带槽的滑轮21，以便在其上安装皮带(未示出)，从而转动干燥机的滚筒。在本发明的范围内可以想到电动机的许多其它应用。

参照图2-3，第一推力系统25安装在转子轴17上。推力系统25包含套筒轴承27，套筒轴承27安装在一个端罩19上，并被容纳在转子轴17上。端罩19包含：与轴承外周表面27a接触的棱29(有时称为“轴承钝边(bearing land)”)；与相对的内向表面27b接触的保持器的臂，使得轴承被留在棱与臂之间。棱29与臂31一起将轴承27保持在端罩19中。注意，在这里为便于介绍附图可使用“内向(inward)”和“外向(outward)”等术语，但这些相对的术语不对本发明的范围进行限制。端罩19适当地为金属铸件，例如铝，但除其它的选择以外也可以为模制塑料件。视情况可选地与铸件分离制造保持器。

推力系统25的内向与外向垫圈35a、b被布置在轴承27的相对的侧面。在本实施例中，垫圈为薄的钢垫圈，例如用硬化钢制成。

隔离物37被布置在外向垫圈35b的外侧。在本实施例中，隔离物用尼龙制成，大约为0.125英寸厚。内直径的大小被设置为在轴17上滑动，且外直径的大小被设置为大于外向垫圈35b，故而在轴承通过例如轴上的冲击或其它内向力相对于轴内向移动的情况下，隔离物的内向面支承在端罩的棱29上，由此通过端罩19而不是轴承27“反作用出”或传递力。

外向的O形环41(广义地说，定位器或环)被布置在隔离物37的外侧。O形环41被容纳在定位凹槽43(图3A)中，其中，定位凹槽43是在轴17上一体化地形成的。O形环适当地由橡胶等有弹性的材料制成。O形环的内直径的大小被设置为与全直径轴的相比明显较小，使得其被容纳在凹槽43中。O形环可具有环形截面以外的截面。

参照图3，本实施例中的凹槽43在轴上距离轴17的外向端45精确的距离上形成。依次地，推力系统25相对于凹槽(以及其中的O形环)被精确定位，如下面进一步介绍的那样。或者，凹槽43可在不考虑到轴17末端的距离的情况下在轴上形成，且推力系统可被简单地相对于凹槽精确定位，而不是相对于凹槽以及轴的末端。形成对照的是，轴的末端也可作为定位器。另外，定位器可具有其它的构造，并可包含除O形环或轴末端以外的或者代替O形环或轴末端的其它特征。

凹槽43基本连续地绕着轴17延伸，并具有恒定的形状。凹槽在截面上具有与O形环半径对应的半径，使得O形环被留在凹槽中且难以移动。在一个实施例中，凹槽的深度使得O形环圆周的至少大约33％被容纳在凹槽中，例如，大约40％被容纳。凹槽43包含斜切的(chamfered)内向边43a(图3A示出了在省略O形环的情况下的凹槽)，在本实施例中，以大约10°的角度A进行斜切。外向边43b以较大的角度B被斜切，例如大约20°。注意，除了斜切的深度以外，O形环41以至少大约33％被容纳在凹槽中。作为替代的是，边可具有倒圆(radius)或对边进行平滑的其它构造。斜切(或类似的构造)是有利的，除其它原因外，因为它们防止了各种部件组装到轴上时的损伤。特别地，外向斜切防止了对O形环的损伤，在其抵抗轴向力时。

O形环进一步向外为轴承盖51与毂环53。轴17的外向端45带有螺纹，以便容纳干燥机吹风机(未示出)，但其它元件可附着在外向端上，或者，没有元件附着在外向端上。

推力圈57和内向O形环59与内向垫圈35a相对地被布置在轴承的内侧。本实施例的推力圈是环形的，且包含从其内向面63向内延伸的空隙61，以便容纳内向的O形环59。对空隙61的大小和形状进行设置，使得O形环59由于下面介绍的原因从推力圈57的内向面63向外延伸。另外，对空隙61的大小和形状进行设置，使得在O形环59压缩时，O形环能被完全或基本完全地容纳在空隙中，并由此不从内向面向外延伸，如下面介绍的组装实施例中的那样。在本实施例中，推力圈由尼龙制成，且O形环由橡胶等有弹性的材料制成。

参照图3-4以及3B、3C，从推力圈向内，推力系统25还包含公差系统71，以便吸收推力系统中的公差或差异。公差系统71包含用于冷却电动机11的风扇67的部分(广义地说，最内部的部件)。风扇67安装在转子轴17上，并被公差系统71固定在适当的位置。公差系统包含在风扇67的毂74中环向延伸的可变形部份或凹进73。凹进73在电动机组装过程中形成(也就是说，其不是在毂中预先形成的)，且其深度D可变化，以便吸收系统中的公差或差异，如下面在典型组装方法中介绍的那样。毂还包含在毂中预先形成且被形成为帮助组装的斜切边75。公差系统71还包含从轴17延伸的突出部79。在本实施例中，突出部79为在轴17中一体化地形成的滚轧圈(rolled collar)80的外向边。然而，可以想到许多其它的构造。毂中的凹进73通常由突出部79在组装过程中形成，此后，突出部被容纳在塑性变形毂74中。

参照图4，风扇毂74包含缺口83(广义地说，“凹凸(relief)”)以便帮助组装并防止毂的破裂。固体的、连续的毂可能在固定在滚轧圈上时发生破裂。相应地，如图所示，毂74包含两个缺口83，但也可以使用其它数量的缺口(例如3-4个)。这种设计优越于现有技术中的设计，在现有技术中，毂具有用于将风扇保持在滚轧圈或轴上的其它突出部上的几个棱。然而，风扇67是视情况可选的。推力圈57可作为替代地包含在前面被介绍为在风扇67中形成的公差系统71的部分。

在一个实施例中，通过首先在轴上滑动风扇67的毂74，推力系统25被组装在轴17上。接着，推力圈57、内向的O形环59、内向垫圈35a以及端罩组件19(包含轴承27)被放置在轴上，接着是外向垫圈35b和隔离物37。轴向向内压力被施加在隔离物37上，以便将内向的O形环59压到推力圈57中的空隙61中。

该压力也将风扇毂74压到滚轧圈80的突出部79上的位置中，以便形成凹进73。(注意，如果公差系统是推力圈57而不是如图所示风扇67的一部分，则推力圈与滚轧圈接合。)当推力系统25相对于凹槽43精确定位时，压力被释放，并且，凹进于是具有图3B所示的深度D。深度D将取决于突出部79的位置、推力圈57、内向O形环59、垫圈35a与35b、端罩组件19(包含轴承27)、隔离物37以及风扇67的厚度而变化。换句话说，公差系统71吸收电动机11的各个前述部件中的公差或差异，因此，无论各部件中的差异如何，推力系统25被精确定位。

在压力被释放后，外向O形环41被放置在轴17的外向端上(O形环可能需要伸展或扩张)并向内移动，直到其被容纳在凹槽43中。在放置外向O形环41后，推力系统25被如图3所示地布置。本实施例中的推力系统25使得轴中的预定量的自由末端间隙(free endplay)成为可能，例如，小于大约0.020英寸或在大约0.002与大约0.015英寸之间。此后可安装将被安装在轴17的外向端上的部件的其余部分(例如干燥机吹风机)。注意，在将推力系统25组装到轴17上之前，轴被压到转子芯16中，离心致动器87(图2)在芯的远离推力系统的相对侧也被压到芯中。在本实施例中，推力系统25被布置在定子芯14的远离承载负载(用于皮带的有槽滑轮21(图1))的轴端的相对侧。这种放置减小了轴承温度，并一般地改善了电动机的可靠性和使用寿命。

参照图5，各端罩19具有用于容纳紧固件93的末端开口槽91。在本实施例中，紧固件为螺钉，在组装过程中，螺钉倾向于将叠片结构14a稍微拉进槽，以便确保好的连接。通过使用槽91而不是洞，端罩19不从定子芯伸出。在对于定子芯14的冲击力的情况下，端罩19不被冲击，以便防止对端罩的损伤以及对电动机的损伤。现有技术中的端罩简单地具有洞，这意味着端罩将从定子芯延伸出来。如果存在对于现有技术的端罩的冲击力，其可能改变定子与转子之间的气隙，并由此对电动机的运行造成不良冲击。

另一个优点在于本实施例的端罩是更加容易铸造的部件。这是因为现有技术的端罩中使用的封闭洞与本实施例中的末端开口槽相比更难铸造。

本发明的实施例使得与现有技术中的电动机相比更为精益的制造过程成为可能。例如，制造电动机的实施例能在没有环氧树脂的情况下进行，由此使得制造过程更快、更具有成本效益、更为精确。新的电动机还使得轴延伸公差的更好控制成为可能。进一步地，在轴承面上的推力负载小于或等于现有技术的电动机中的，故轴承温度保持在可接受的水平。注意，推力系统使能的自由末端间隙确保了热量不能在两个轴承面上产生。换句话说，在任何给定时间，推力负载仅对于轴承面中的一个发生。推力组件与使用球形轴承的相比更为廉价，与使用PAL螺母的相比更为精确且更易移除。

某些实施例的推力组件还抵抗了轴的各端上的冲击。上面介绍的隔离物向端罩传递冲击力，使得轴承不被离位。凹槽中的O形环还用于将组件保持在适当的位置。两侧上的O形环还用于将电动机的噪音保持为较低。

凹槽构造中的O形环的另一优点在于其减低了公差累加。精确地从轴端按尺寸设置凹槽，且组件被定位在凹槽与O形环旁边。轴上的所有推力通过一个推力系统反作用出，而不是像许多现有技术中的电动机那样通过两个推力系统。由于隔离物，内向推力通过端罩反作用出，外向推力也通过端罩反作用出。通过这种方式，在沿着或平行于轴的轴线的方向上的力或冲击负载下，推力系统运行以防止对轴承和电动机的损伤。另外，仅O形环、组件以及轴凹槽中的公差影响自由末端间隙。因为不需要在转子/定子的另一侧支承推力，有着小得多的公差累加。这使得更为高效的制造过程以及推力系统中精确的自由末端间隙成为可能。在一个实施例中，公差小于0.020英寸或甚至在大约0.002与0.015英寸之间。

在介绍本发明的元件或其优选实施例时，冠词“一”、“一个”、“该”、“所述”旨在表示存在一个或一个以上的该元件。术语“包含”、“包括”和“具有”是包括性的，并且意味着可能存在除所列元件以外的其它元件。

由于在不脱离本发明的范围的情况下可以在上面的构造、产品和方法中进行不同的修改，上述说明中所包含的以及附图中所示出的所有事物应当被理解为说明性而不是限制性的。

Claims

1. 一种电动机，其特征在于包含：

定子，

转子，其包含转子轴，所述转子轴具有在其中形成的定位凹槽，

推力系统，其被安装在所述转子轴上，以及

定位器，其被布置在所述凹槽中，用于将所述推力系统定位在预定的位置。

2. 根据权利要求1的电动机，其特征在于所述凹槽与所述定位器用于在所施加的负载下保持所述推力系统。

3. 根据权利要求1的电动机，其特征在于所述定位器包含弹性环。

4. 根据权利要求3的电动机，其特征在于：所述凹槽绕着所述轴连续延伸，并具有基本不变的圆周半径。

5. 根据权利要求4的电动机，其特征在于所述凹槽的大小和形状被设置为使得所述环至少33％被容纳在所述凹槽中。

6. 根据权利要求4的电动机，其特征在于：所述凹槽的边被斜切或平滑，以便帮助组装并防止对所述环的损伤。

7. 根据权利要求1的电动机，其特征在于：所述推力系统包含被布置在所述定子与转子一端的端罩，所述端罩包含用于容纳紧固件的末端开口槽，以便将所述端罩固定到所述定子。

8. 根据权利要求7的电动机，其特征在于：所述定子具有外周，所述端罩的所述末端开口槽确保所述端罩不从所述定子的所述外周向外延伸，并由此防止对所述电动机的损伤。

9. 根据权利要求1的电动机，其特征在于：所述推力系统包含被保持在所述端罩中的套筒轴承以及被布置在所述轴承与所述定位器之间从而防止所述轴承离位的隔离物。

10. 根据权利要求9的电动机，其特征在于：所述隔离物的尺寸被设置为在直径上大于所述轴承的表面，以便在冲击下接触所述端罩。

11. 根据权利要求9的电动机，其特征在于还包含用于防止所述推力系统位置差异的公差系统，所述公差系统包含被布置在所述轴承内侧的所述推力系统的最内部件的部分以及从所述轴延伸的突出部，所述最内部件适用于接合所述突出部。

12. 根据权利要求11的电动机，其特征在于：所述最内部件包含可变形部分，所述可变形部分被所述突出部接合且具有与所述推力系统中的至少两个部件的差异对应的、可选择的深度。

13. 根据权利要求11的电动机，其特征在于：所述最内部件还包含多个缺口，用于在没有对该部件的损伤的情况下帮助接合。

14. 根据权利要求9的电动机，其特征在于还包含具有风扇毂的风扇，所述风扇毂具有为防止所述毂与所述轴的突出部接合时破裂而形成的多个缺口。

15. 一种电动机，其特征在于包含：

定子，

转子，其具有转子轴，以及

推力系统，其被安装在所述转子轴上，并包含轴承、推力圈和可压缩的环，所述推力圈包含用于容纳所述环的空隙，所述空隙的大小和形状被设置为使得在放松位置上所述环从所述推力圈的表面轴向延伸、在压缩位置上所述环不从该表面轴向延伸。

16. 根据权利要求15的电动机，其特征在于还包含被布置在所述轴承与所述推力圈之间的用于压缩所述环的垫片。

17. 根据权利要求15的电动机，其特征在于还包含被布置在所述轴承的外侧的第二可压缩环，使得所述轴承被布置在第一参考环与第二环之间，以便减弱所述电动机中的噪音。

18. 根据权利要求17的电动机，其特征在于还包含用于将所述推力系统相对于所述轴的外向端定位的、相对于所述轴的所述外向端布置的定位凹槽，所述第二环被布置在所述凹槽中以便定位和保持所述推力系统。

19. 根据权利要求18的电动机，其特征在于：所述推力系统包含用于保持所述轴承的端罩以及邻近所述轴承的隔离物，所述隔离物适用于在负载下接触所述端罩，所述推力系统适用于防止所述轴承在各轴向方向上的推力负载下离位。

20. 根据权利要求19的电动机，其特征在于：所述推力系统使得所述轴中的自由末端间隙成为可能，故而对于所述轴承的推力负载可仅对所述轴承的一个面发生。

21. 一种电动机，其特征在于包含：

定子，

转子，其包含转子轴，所述转子轴具有定位器和与之间隔开的突出部，

推力系统，其在所述定位器与所述突出部之间被安装在所述转子轴上，该系统包含具有可变形部分的部件，

所述可变形部分容纳所述突出部并具有与所述推力系统中的差异对应的深度，使得无论所述差异如何，所述推力系统相对于所述定位器精确定位。

22. 根据权利要求21的电动机，其特征在于：所述可变形部分包含环向延伸的凹进，所述突出部也环向延伸。

23. 根据权利要求21的电动机，其特征在于所述定位器包含环。