CN101682226A - 轴向磁通电动机 - Google Patents

Abstract

轴向磁通电动机包括：壳体；位于壳体内的定子；通过至少一个主轴承由壳体支撑的可转动的轴，和在壳体内固定于轴的转子。转子和定子间的磁吸引力在主轴承上产生轴向推力，偏压装置(优选采用弹簧的形式)被设置用于沿着与轴向推力相反的方向推动轴以便降低主轴承上的净载荷。主轴承上的净载荷的减小增加了轴承的寿命并提高了电动机的效率。

Description

轴向磁通电动机

技术领域

本发明一般地涉及电动机，尤其是轴向磁通电动机。本发明特别适合在轴向磁通电动机中使用，因此，相对于实例应用方便地描述本发明。但是，应该理解本发明同样也可应用于轴向磁通发电机。

背景技术

电动机通常需要两个轴承。理想地是，使用的轴承成本尽可能低。在滚动轴承系列中，深沟球轴承通常价格最低。轴向磁通电动机不能理想地适用于这种轴承，因为，由于转子和定子之间大的吸引力，大量的轴向(或推力)载荷被施加在轴向磁通电动机内的一个轴承上。较常见的径向磁通电动机结构没有这个问题，在该结构中力被适当地抵消，因此没有很大的载荷作用于轴承。轴向磁通电动机内的高推力载荷会大幅地降低轴承的寿命，并且这也是轴向磁通电动机技术的已知问题。

深沟球轴承典型地要求施加某种最小的轴向力以便更安静地运转和增加使用寿命，这被称为“预载”力。但是，产生在轴向磁通电动机中的轴向力可能远远大于建议的预载力。实际上，施加在轴向磁通电动机内的深沟球轴承上的轴向载荷会显著降低轴承的使用寿命。

因此希望提供一些装置，通过这些装置能降低轴承上的推力载荷，但只保留足够的力作为充分的预载。这将显著地增加轴向磁通电动机内的轴承的寿命，因此显著地增加了包含这种轴承的产品的有效寿命。

发明内容

本发明相应地提供了轴向磁通电动机，包括：

壳体；

位于壳体内的定子；

通过至少一个主轴承由壳体支撑的能转动的轴；

在壳体内固定在轴上的转子，其中转子和定子间的磁吸引力在主轴承上产生轴向推力；以及

偏压装置，其设置为用于沿着与轴向推力相反的方向推动轴以便降低主轴承上的净载荷。

电动机内的偏压装置直接或间接地连接于电动机的轴，以便产生由转子和定子之间的磁吸引力而产生的与轴向推力相反方向的力。然后，该力用于降低施加在主轴承上的净载荷。这样，主轴承的寿命显著地增加了。另外的优点是由于减轻了载荷所以降低了主轴承的摩擦损失。这将提高电动机的效率。

在一个实施例中，电动机包括固定于轴并且相对于壳体支撑轴的副轴承。偏压装置包括设置在副轴承和壳体之间的弹簧，并以这种方式将副轴承和轴从主轴承推开。

优选地，弹簧可以是或可以包括波形垫圈。根据相关的力，可以使用两个或多个波形垫圈。

在一个实施例中，壳体包括端罩，并且在端罩外侧的位置副轴承固定于轴。然后，波形垫圈设置在端罩的向外的表面和副轴承之间。这样，波形垫圈用于将副轴承和连接于其的轴从主轴承推离。

副轴承可以通过紧配合固定于轴并可通过滑动配合由端罩支撑。这样，副轴承与轴一起能够根据通过波形垫圈施加在轴承上的力沿轴向移动，但是不能沿径向移动。滑动配合应该足够紧密以便防止在正常工作条件下轴承的外部壳体在端罩内转动。

以至于副轴承不能突出超过端罩，端罩可以包括环绕轴的一部分的凹进区域，副轴承和波形垫圈可以设置在其中。

在优选的实施例中，偏压装置充分地抵消了由转子和定子之间的磁吸引力产生的轴向推力。然后，主轴承上的净载荷基本上等于副轴承上的净载荷(虽然沿相反的方向)。在大多数情况下，这种结构会给轴承副提供最大的寿命。

在电动机的特别优选的结构中，电动机是具有固定于转子的多个磁体的永磁体电动机。

现在将参照附图描述本发明的优选实施例。应该理解，本实施例只通过图示方式给出并且本发明不限于本实施例。

附图说明

在附图中：

图1示出轴向磁通电动机的示意图，该图阐明了本发明的原理；

图2示出根据本发明的优选实施例的轴向磁通无刷式直流电动机的横截侧视图；

图3示出图2所示电动机的分解透视图；

图4示出相对于轴承上的推力载荷的预期的轴承寿命的曲线图。

具体实施方式

开始参考附图中的图1，示出轴向磁通直流(DC)电动机的示意图。电动机包括壳体1，位于壳体1内的定子3，通过主轴承7和副轴承9由壳体1支撑的可转动轴5。电动机还包括固定在轴5上的转子11，和附连于转子的永磁体13。转子11上的磁体13和定子3之间的磁吸引力在主轴承7上产生沿方向“A”的轴向推力。电动机还包括偏压装置，用弹簧15表示，偏压装置设置为沿方向“B”推动轴5以便减小主轴承7上的净载荷。

从图1中稍微理想化的图示应该理解，本发明是以沿着与磁力方向相反的方向向轴5施加力的原理为基础的。这可以通过多种方式实现，其中一种方式体现在图2和3所示的电动机中。

首先参考图2，示出根据本发明的优选实施例的轴向磁通无刷直流电动机的横截侧视图。

图2所示的电动机包括壳体，壳体包括第一端罩41，第二端罩43和管形套45。定子23位于壳体内，轴25通过主轴承27和副轴承29由壳体支撑。轴承27和29两者都是深沟球轴承。在壳体内转子31固定于轴25，多个永磁体33固定于转子31。转子31和定子23之间的磁吸引力在主轴承27上产生沿标记“A”的方向的轴向推力。

采用波形垫圈35的形式并位于端罩41向外的表面和副轴承29之间的偏压装置用于推动副轴承29和轴25离开主轴承27，轴25通过紧配合固定于轴承29。换句话说，力沿着与标记“A”的方向相反的方向施加于轴。在本实施例中，副轴承29和波形垫圈35位于端罩41的凹进区域内。

现在参考图3，示出图2所示的电动机的组成部分的分解透视图。图3中使用的附图标号与图2中使用的附图标号相对应。

电动机的安装按照图3所示的顺序。转子31和轴25首先安装。然后将端罩41沿图示方向没有紧固地放置在转子上，确保借助于定位卡具使位于端罩41上的凹进区域与轴25同轴。然后将波形垫圈35小心地放入端罩41以便其放置在凹进区域内。然后将轴承29压在轴25上直到其靠上在轴25上机加工的轴肩。在这个操作过程中，轴承也滑入凹进区域并部分地压紧波形垫圈35。一旦完成这一步，轴承27就能压在轴25的相对端上。然后将端罩43附连于定子23、套45和连接在一起形成的组件以便形成完整的电动机。

图4示出表示在不同的推力载荷下深沟球轴承的预期寿命的曲线图。在该实例的情况下，磁力载荷是600牛顿，副轴承上的预载力是150牛顿。能够看到，如果轴承上的推力载荷从750牛顿减小到450牛顿，通过利用轴承预载力来平衡磁力，那么寿命从4000小时提高到20000小时。这相当于在轴承寿命方面5倍的增长。

由于本发明的结果，实现了下述结果的可调整的组合：

●电动机的寿命和可靠性得以增加。

●电动机中使用的轴承的成本得以降低。

例如，如果转子和定子间的磁吸引力是600牛顿，可以用波形垫圈产生300牛顿的反方向的力。这将使主轴承上的净载荷减小到300牛顿，并在副轴承上施加了300牛顿的反方向的净载荷。因此这两个力是平衡的并且每个轴承上的载荷是相同的，因而最大限度地提高了每个轴承的寿命，从而提高了电动机的寿命。根据图4，可以从4000小时提高到50000小时。

虽然在此详细描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应该理解，可以在不背离本发明的精神或所附权利要求的范围的情况下对本发明作出改变。

Claims (8)

1.轴向磁通电动机包括：

壳体；

位于壳体内的定子；

通过至少一个主轴承由所述壳体支撑的能转动的轴；

在壳体内固定在轴上的转子，其中所述转子和所述定子间的磁吸引力在所述主轴承上产生轴向推力；以及

偏压装置，所述偏压装置设置为沿着与轴向推力相反的方向推动所述轴以便降低所述主轴承上的净载荷。

2.根据权利要求1所述的电动机，包括副轴承，所述副轴承固定于所述轴并相对于所述壳体支撑所述轴，所述偏压装置包括位于所述副轴承和所述壳体之间的弹簧，以便将所述副轴承和所述轴推离所述主轴承。

3.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，所述弹簧包括波形垫圈。

4.根据权利要求2或3所述的电动机，其中，所述壳体包括端罩，并且在所述端罩的外侧的位置处所述副轴承固定于所述轴，并且所述弹簧放置在所述端罩的向外的表面和所述副轴承之间。

5.根据权利要求4所述的电动机，其中，所述副轴承通过紧配合固定于所述轴并通过滑动配合由所述端罩支撑。

6.根据权利要求4或5所述的电动机，其中，所述端罩包括环绕所述轴的一部分的向外的凹进区域，并且所述副轴承和所述弹簧垫圈位于所述凹进区域内。

7.根据权利要求2至6中的任一项所述的电动机，其中，所述偏压装置基本上抵消由于所述转子和所述定子间的磁吸引力而产生的轴向推力，并且所述主轴承上的净载荷基本上等于所述副轴承上的净载荷。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的电动机，其中，所述电动机是具有固定于所述转子的多个磁体的永磁体电动机。

Images