电机、组件及相关方法与流程

这里描述的实施例一般涉及电机，特别是涉及用于将电机轴固定于轴承的机构。

背景技术：

旋转式机械机构通常具有用于支承机构的相对于静止部件的旋转部件的轴承。对于那些具有滚珠、滚轴或者球面滚子的滚动元件轴承，典型地，一个元件或者座圈固定至旋转部件并且另一元件或者座圈固定至静止部件。滚动元件在一个座圈和另一座圈之间提供运动。

将座圈固定到旋转部件和静止部件，可以通过孔与直径的干涉配合或者通过施加到座圈表面上的力来实现。由于来自制造误差、不同材料的热膨胀以及组装误差的累积公差，典型地，在两个座圈上提供干涉配合导致轴承上的不可接受的轴向预负载。

对于在机构的工作循环期间轴承上的径向负荷保持在固定方向的应用而言，旋转部件可以与座圈具有干涉配合并且静止部件可以与座圈具有间隙配合。这样的配置避免了在座圈上的轴向预负载。在这样的机构中的力不会使得座圈相对于静止部件旋转移动。

对于在机构的工作循环期间轴承上的径向负载改变方向的应用而言，座圈在工作循环期间轻微旋转移动的过程或者趋势经常会发生。该过程可能会在轴或者壳体上引起微动磨损(fretting)或者耗损。微动磨损及耗损会产生在整个机构中迁移的微粒。这些微粒可能会进入润滑剂以及轴承滚动元件，从而导致轴承寿命的缩短。

可选择地，在座圈孔、座圈外径或者座圈表面上的特征结构可以与旋转部件及静止部件(其典型地是轴或者壳体)上的特征结构配合，以提供在座圈和该部件之间的物理干涉。然而，这些特征结构增加很大的成本并且使座圈和部件的应力升级。

本发明旨在减轻现有技术中的至少一些问题。

技术实现要素：

根据本发明的一个实施例，提供一种电机。该电机包括定子和转子。转子可旋转地固定于定子上。电机还包括固定于转子上的轴，以及轴套。该轴套限定了轴套的孔和外周面。该轴套可滑动地固定在轴上。电机还包括限定轴承孔的轴承。轴承孔的至少一部分被固定安装至轴套的外周面的至少一部分。

根据本发明的一个方面，电机可以设置为：其中所述轴承包括具有内座圈、外座圈和多个滚动元件的滚动元件轴承，并且其中轴承的内座圈被固定安装至轴套的外周面。

根据本发明的另一个方面，电机可以设置为：其中轴套和轴中的至少一者包括用于限制轴套和轴之间的相对旋转运动的特征结构(feature)。

根据本发明的又一方面，电机可以设置为：其中该特征结构包括从轴的外周面和轴套的孔中的一者延伸的凸起，以及壁。所述壁限定了形成在轴的外周面和轴套的孔的另一者中的空间(void)。该空间适于与凸起相配合，以便允许轴套和轴之间的至少一些轴向运动并且限制轴套和轴之间的旋转运动。

根据本发明的又一方面，电机可以设置为：其中所述凸起包括销。

根据本发明的又一方面，电机可以设置为：其中所述特征结构包括限定形成于轴的外周面中的第一空间的第一壁。该特征结构还包括限定形成于轴套的孔中的第二空间的第二壁。该特征结构还包括适于与第一壁和第二壁相配合的元件，以便允许轴套和轴之间的至少一些轴向运动以及限制轴套和轴之间的旋转运动。

根据本发明的又一方面，电机可以设置为：其中该元件包括键(key)。

根据本发明的又一方面，电机可以设置为：其中所述轴限定了形成在轴的外周面中的第一和第二间隔开的圆周凹槽，并且其中轴套的孔的至少一部分被轴向定位于这些凹槽之间。

根据本发明的又一方面，电机还可包括分别至少部分位于第一和第二凹槽内的第一和第二密封件。

根据本发明的又一方面，电机还可包括位于轴和轴套之间的润滑剂。

根据本发明的又一方面，电机还可包括与第一轴承间隔开的第二轴承。第二轴承限定第二轴承孔。第二轴承孔的至少一部分被固定安装至轴上。

根据本发明的又一实施例，提供一种在具有定子和转子的电机中使用的组件。该组件包括固定于转子的轴和限定轴套的孔和外周面的轴套。轴套可滑动地固定于轴上。该组件还包括限定了轴承孔的轴承。轴承孔的至少一部分被固定安装至轴套的外周面的至少一部分。

根据本发明的另一方面，组件可以设置为：其中轴承包括具有内座圈、外座圈和多个滚动元件的滚动元件轴承，并且其中轴承的内座圈被固定安装至轴套的外周面。

根据本发明的又一个方面，组件可以设置为：其中轴套和/或轴包括用于限制轴套和轴之间的相对旋转运动的特征结构。

根据本发明的又一方面，组件可以设置为：其中该特征结构包括从轴的外周面和轴套的孔中的一者延伸的凸起，以及壁。所述壁限定了形成在轴的外周面和轴套的孔的另一者中的空间。轴套的孔适于与凸起相配合，以便允许轴套和轴之间的至少一些轴向运动并且限制轴套和轴之间的旋转运动。

根据本发明的又一方面，组件可以设置为：其中该特征结构包括第一壁和第二壁。第一壁限定了形成于轴的外周面中的第一空间。第二壁限定了形成于轴套孔中的第二空间。该特征结构还包括适于与第一壁和第二壁配合的元件，以允许轴套和轴之间的至少一些轴向运动以及限制轴套和轴之间的旋转运动。

根据本发明的又一方面，组件可以设置为：其中轴限定了形成在轴的外周面中的第一和第二间隔开的圆周凹槽，并且其中轴套孔的至少一部分被轴向定位于这些凹槽之间。

根据本发明的另一实施例，提供一种用于在电机中将轴承固定于轴的方法。该方法包括：提供电机壳体的步骤，将轴承固定安装至壳体的步骤，将轴套固定安装到轴承的步骤，以及将轴套固定到轴同时限制两者之间的轴向和旋转相对运动的步骤。

根据本发明的又一方面，该方法可以设置为：其中将轴套可滑动地固定到轴的步骤包括：提供从轴的外周面和轴套的孔中的一者延伸的凸起并且提供限定形成在轴的外周面和轴套的孔的另一者中的空间的壁的步骤，使壁适于与凸起相配合的步骤，允许轴套和轴之间的至少一些轴向运动的步骤，以及限制轴套和轴之间的旋转运动的步骤。

根据本发明的又一方面，该方法可以设置为：其中将轴套可滑动地固定到轴的步骤包括以下步骤：提供限定形成于轴的外周面中的第一空间的第一壁，提供限定形成于轴套的孔中的第二空间的第二壁，提供一个元件，使该元件适于与第一空间和第二空间配合，允许轴套和轴之间的至少一些轴向运动，以及限制轴套和轴之间的旋转运动。

附图说明

图1是电机形式的本发明实施例的部分处于横截面的透视图；

图2是图1电机沿着线2-2在箭头方向上的横截面视图；

图3是图1电机的部分横截面视图，其更加详细的示出了浮动轴承座；

图4是图3的浮动轴承座的部分横截面视图，其更加详细的示出了浮动机构；

图4A是图4的浮动机构的部分横截面视图，其更加详细的示出了轴中的空间；

图4B是图4的浮动机构的部分横截面视图，其更加详细的示出了轴套中的空间；

图4C是本发明电机可选实施例的部分横截面视图，其示出了在轴上具有凸起的浮动机构；

图4D是本发明电机可选实施例的部分横截面视图，其示出了在轴套中具有凸起的浮动机构；

图5是图1的电机的部分横截面视图，其更加详细的示出了固定轴承座；以及

图6是形式为电机提供方法的本发明另一实施例的流程图。

具体实施方式

旋转机械机构典型地具有用于相对于静止部件支承机构的旋转部件的轴承。对于那些具有滚珠、滚轴或者球面滚子的滚动元件轴承，典型地，一个元件或者座圈固定至旋转部件并且另一元件或者座圈固定至静止部件。滚动元件在一个座圈和另一座圈之间提供运动。

将座圈固定到旋转部件和静止部件，可以通过孔与直径的干涉配合或者通过施加到座圈表面上的力来实现。由于来自制造误差、不同材料的热膨胀以及组装误差的累积公差，典型地，在两个轴承的两个座圈上提供干涉配合导致轴承上的不可接受的轴向预负载。

对于在机构的工作循环期间轴承上的径向负荷保持在固定方向的应用而言，旋转部件可以与座圈具有干涉配合并且静止部件可以与座圈具有间隙配合。这样的配置避免了在座圈上的轴向预负载。在这样的机构中的力不会使得座圈相对于静止部件旋转移动。

对于在机构的工作循环期间轴承上的径向负载改变方向的应用而言，例如，其中偏心负载例如在振动器上旋转的情况，座圈在工作循环期间轻微旋转移动的过程或者趋势经常会发生。该过程可能会在轴或者壳体上引起微动磨损或者耗损。微动磨损及耗损会产生在整个机构中迁移的微粒。这些微粒可能会进入润滑剂以及轴承滚动元件，从而导致轴承寿命的缩短。

可选择地，在座圈孔、座圈外径或者座圈表面上的特征结构可以与旋转部件及静止部件(其典型地是轴或者壳体)上的特征结构配合，以提供在座圈和该部件之间的物理干涉。然而，这些特征结构增加很大的成本并且使座圈和部件的应力升级。

电机，例如电动马达或者发电机，是广泛使用的具有轴承的机构。对于使用在机构的工作循环期间轴承上的径向负载改变方向的电动马达的应用而言，例如，其中偏心负载例如在振动器上旋转的情况，在座圈和部件之间的运动可能引起这种微动磨损和耗损。

这里描述的方法、系统和装置的技术效果包括降低成本、提高使用可靠性、提高性能和品质以及降低劳动力成本中的至少一项。

根据本发明的一个实施例以及参考图1，提供一种电机10。电机10可以是电动马达或者发电机，但是下文中将以电动马达10进行描述。应该理解的是，该电动马达可以被用于为任何机构提供动力，例如泵、循环驱动器(cyclic drive)、压缩机、车辆、风扇或者吹风机。

电动马达10典型地包括居中定位的马达轴14，其相对于马达10旋转。电能被施加给马达10中的线圈15。线圈产生电磁场，其与安装至马达轴14的转子13中的电磁场协同工作。线圈15启动轴14和马达10之间的相对运动，将功率从线圈传输到轴14。

静止组件16，也称为定子，包括定子铁芯11和围绕部分定子铁芯定位的线圈15或者绕组。能量被施加于这些线圈以便启动将功率传输至轴的相对运动。这些线圈15通过围绕中央铁芯卷绕线(未示出)以形成绕组或者线圈而形成，所述线典型地为铜、铝或其组合。使电流通过线圈15，这样感应出磁场。该磁场启动所述相对运动，从而将功率传输至轴14。定子铁芯11典型地包括多个定子铁芯叠片19，其限定了线圈15卷绕于其上的定子齿21。

典型地，马达10包括壳体17，壳体17具有在其内部限定出马达腔室的内壁或者表面。壳体17可以包括多个部件并且可以由合适的耐用材料制成，例如由金属、聚合物材料或者复合材料制成。如图所示，壳体17可以包括圆柱形本体18和相对的端盖20。

应该理解的是，马达的壳体可以具有任意合适的形状。一种常见的马达壳体的形状是圆柱形实体，其具有大致圆柱形的横截面。在具有这样形状的马达上的轴通常从马达的一端延伸。

马达10可以具有任意合适的尺寸和形状，并且可以是例如感应式马达、固定分相电容器式(PSC)马达、电子整流电动机式(ECM)马达、或者开关磁阻马达。壳体17可以包括凸起，例如翅片(未示出)，以便散热。马达10还可以包括位于壳体17内的风扇(未示出)。

根据本发明的一个实施例以及参考图2，提供电机10。电机10包括定子16和转子13。转子13可旋转地固定至定子。轴承22例如可以用于提供这种旋转固定。电机10进一步包括固定到转子13的轴14。轴14围绕轴旋转轴线或者中心线23旋转。

电机10进一步包括轴套24。该轴套限定了轴套24的孔26以及外周面28。轴套24可滑动地固定至轴14。值得注意的是，轴套24与轴14的滑动固定可以在轴向浮动的或者间隙的轴承座30上发生。

电机10进一步包括轴承22，其限定了轴承22的孔34。轴承22的孔34的至少一部分被固定地紧固至轴套24的外周面28的至少一个轴承座部分36。

如图2所示，转子13通过两个间隔开的轴承22被可旋转地支承在壳体17中。轴承22不可旋转地固定到壳体17并且可旋转地固定到转子13。

为了避免轴承22的预负载以及根据本发明的一个实施例，马达10包括轴向浮动或间隙的轴承座30以及固定或轴向锁定的轴承座38。如图所示，轴套24定位在轴承22和轴14之间，其中，一个轴套24被用于与间隙轴承座30相关的其中一个轴承22，以及与固定的或轴向锁定的轴承座38相关的另一个轴承22。

每一个轴套24具有用于接合轴承22的孔34的轴承座部分36。轴套24通过任意合适的方法，比如粘结、干涉配合或者机械互锁(未示出)而固定安装到轴承22上，该机械互锁例如通过销、键槽或键(未示出)实现。为了简明起见，优选干涉配合。

轴向浮动或间隙轴承座30提供轴14相对于轴套24在箭头40方向上的有限运动。相反地，固定的或轴向锁定的轴承座38使轴14相对于轴套24在箭头40的方向上不能运动。

轴承22可以是任意轴承并且可以是轴套轴承或者滚动元件轴承。如果轴承22是滚动元件轴承，如图2所示，其可以具有内座圈42、外座圈44和多个滚动元件46。如果轴承22是滚动元件轴承，则滚动元件46可以是滚珠、圆柱，或者如图所示，球面滚子的形式。轴承22可以包括支承架或者保持架48，用于防止滚子46偏斜或者变得间隔不均匀。

现在参考图3，其更加详细的示出了轴向浮动或者间隙轴承座30。间隙轴承座30包括轴套24，其在轴套24的外周面28的一部分36处固定安装到轴承22的内座圈42的轴承孔34。如图所示，内座圈可以对着轴套24的肩部52的表面50定位。轴套24与壳体17分隔开。应该理解的是，当内座圈42和轴套24之间的干涉配合足以将轴承22固定地定位在轴14上时，可以不需要肩部52。

如图3所示，轴套24的孔26至少在轴承内座圈42下方密切接触轴14的外径54。如图所示，轴套24的孔26可包括在轴承22内部的第一缓解部分(relieved portion)56。轴套24的孔26可包括在轴承22外部的第二部分58。如图所示，第二部分58可以不是缓解部分。可选择地，第二部分58可以是缓解部分，与第一缓解部分56类似。部分56和58的缓解可以使得轴套24与轴承22之间的微动磨损降低。

如图3所示，轴套24和轴承22可以由例如保持架形式的保持装置60保持在马达10内。保持架60可以通过带头螺钉形式的紧固件62连接到轴14，该带头螺钉轴向延伸穿过保持架并且通过轴14中的螺纹64连接到轴14。可选择地，保持架60可以具有内螺纹(未示出)，其与轴14上的外螺纹(未示出)相配合。保持架60与轴14一起旋转。与固定的或轴向锁定的轴承座38的保持架60相结合，保持架60保持并且限制轴14和轴套24相对于马达10的壳体17的轴向运动。

密封件65可以被设置在保持架60和壳体17之间。可选择地，密封件65可以具有密封件迷宫式凸起(未示出)，其与保持架的保持架迷宫式凸起(未示出)相匹配。密封件65可以固定安装到壳体17。该密封件可以是唇状密封件(未示出)或者可以具有任意其它合适的构型。密封件65可以与间隙轴承座30和锁定的轴承座38都相关。

为了减少微动磨损和耗损微粒的传播，马达10的轴向浮动或者间隙轴承座30可以进一步包括设置在轴套24和轴14之间的润滑部件66。润滑部件66可以简单的是润滑剂68(例如滑脂)的投放，该润滑剂68在轴套24的孔26与轴14的外径54之间，特别是在轴承22的内座圈42之下。

润滑部件66可以进一步包括保持部件70，其用于保持微动磨损微粒和/或润滑剂68。例如，如图3所示，保持部件70可以是形成在轴14中的间隔开的凹槽72的形式，其适于固定与轴套24的孔26相匹配的O形圈73，以保持微动磨损微粒和/或润滑剂68。

为了减少微动磨损和耗损微粒的传播，马达10的轴向浮动或间隙轴承座30可以进一步包括特征结构74，以用于限制轴套24与所述轴14之间的相对旋转运动。特征结构74可以进一步用于限制轴套24和所述轴14之间的相对轴向运动。应该理解的是，轴套24和所述轴14之间的相对轴向运动也可以由保持架60限制，如上所述。

现在参考图4、4A和4B，特征结构74可以具有任意合适的形状并且可以例如是元件76的形式，元件76例如是键76的形式。键76可以具有任意形状并且为了简单起见可以是矩形。如图所示，键76可以被设置在轴套24和轴14之间。

轴14可以限定形成在轴14的外周面54中的轴空间或轴空穴78。轴空穴78由第一轴空穴壁80部分限定。轴空穴78可以具有任意形状，为了简单起见可以是矩形，并且由径向延伸的轴空穴壁82和轴空穴底面84所限定。

轴套24可以限定形成在轴套24的孔26中的轴套空间或者轴套空穴86。轴套空穴86由第一轴套空穴壁88部分限定。轴套空穴86可以具有任意形状，为了简单起见可以是矩形，并且由径向延伸的轴套空穴壁90和轴套空穴底面92所限定。键76适于与轴14的第一轴空穴壁80和第一轴套空穴壁88配合，以便允许轴套24和轴14之间的至少一些轴向运动并且限制轴套24和轴14之间的旋转运动。

可选择地以及现在参考图4C，与图1-4中的电机10类似，电机10C可以设置有特征结构74C，用于限制轴套24C和轴14C之间的相对旋转运动。特征结构74C包括凸起76C，其从轴14C的外周面54C向外延伸。凸起76C例如可以是销76C的形式。为了简明起见，销76C可以是圆柱形的并且适合安装在轴14C中的开口77C内。

轴套24C可以限定形成在轴套24C的孔26C中的轴套空间或者轴套空穴86C。轴套空穴86C由第一轴套空穴壁88C部分限定。轴套空穴86C可以具有任意形状，为了简单起见可以是矩形，并且由径向延伸的轴套空穴壁90C和轴套空穴底面92C所限定。销76C适于与第一轴套空穴壁88C配合，以便允许轴套24C和轴14C之间的至少一些轴向运动并且限制轴套24C和轴14C之间的旋转运动。

可选择地以及现在参考图4D，与图1-4中的电机10类似，电机10D可以设置有特征结构74D，用于限制轴套24D和轴14D之间的相对旋转运动。特征结构74D包括凸起76D，其从轴套24D的孔26D向内延伸。该凸起可以例如是销76D的形式。为了简单起见，销76D可以是圆柱形的并且向内延伸。

轴14D可以限定形成在轴14D的外周面54D中的轴空间或轴空穴78D。轴空穴78D由第一轴空穴壁80D部分限定。轴空穴78D可以具有任意形状，为了简单起见可以是矩形，并且由径向延伸的轴空穴壁82D和轴空穴底面84D所限定。

销76D适于与第一轴空穴壁80D配合，以便允许轴套24D和轴14D之间的至少一些轴向运动并且限制轴套24D和轴14D之间的旋转运动。

现在参考图3和5，其更加详细地示出了固定的或者轴向锁定的轴承座38。轴向锁定的轴承座38包括轴套24，该轴套24在轴套24的外周面28的一部分36处固定安装到轴承22的内座圈42的轴承孔34。如图所示，该内座圈可以定位成抵靠轴套24的肩部52的表面50。轴套24与壳体17间隔开。

如图5所示，轴套24的孔26密切接触轴14的外径54。

如图5所示，轴套24和轴承22可以被保持在马达10中，并且通过例如保持架形式的保持装置60被锁定到轴14。保持架60可以通过带头螺钉形式的紧固件62连接到轴14，该带头螺钉轴向延伸穿过保持架，并且通过轴14中的螺纹64连接到轴14。可选择地，保持架60可以具有内螺纹(未示出)，该内螺纹与轴14上的外螺纹(未示出)相匹配。保持架60与轴14一起旋转。

现在参考图6，所示的本发明的另一实施例为用于将轴承固定到电机中的轴的方法100。该方法包括提供电机壳体的步骤110，将轴承固定安装到壳体的步骤112，将轴套固定安装到轴承的步骤114，以及将轴套固定到轴同时提供两者之间的受限的轴向和旋转相对运动的步骤116。

根据本发明的又一方面，所述方法可以设定为：其中，将轴套固定到轴的步骤包括提供从轴的外周面和轴套的孔中的一者延伸的凸起并且提供限定形成在轴的外周面和轴套的孔中的另一者中的空间的壁的步骤，使壁适于与凸起相配合的步骤，允许轴套和轴之间的至少一些轴向运动的步骤，以及限制轴套和轴之间的旋转运动的步骤。

根据本发明的又一方面，所述方法可以设定为：其中，将轴套固定到轴的步骤包括以下步骤：提供限定形成于轴的外周面中的第一空间的第一壁，提供限定形成于轴套的孔中的第二空间的第二壁，提供一个元件，使该元件适于与第一空间和第二空间配合，从而允许在轴套和轴之间的至少一些轴向运动，以及限制轴套和轴之间的旋转运动。

这里描述的方法、系统和设备有利于电机的高效经济的组装和操作。这里详细描述和/或图示了方法、系统和设备的典型实施例。方法、系统和设备不限于这里描述的特定实施例，每个设备和系统的组成部件以及每个方法的步骤可以与这里描述的其它组成部件和步骤独立地分别使用。每个组成部件、每个方法步骤也可与其它组成部件和/或方法步骤组合使用。

当介绍这里描述和/或图示的方法和设备的元件/组成部件/等时，冠词“一”、“一个”、“该”和“它们”意图是指具有一个或者多个该元件/组成部件/等。术语“包括”、“包含”和“具有”意图是指包含在内的，并且是指除了所列举的元件/组成部件/等之外还可具有附加的元件/组成部件/等。

此说明书利用示例公开了本发明，包括最佳方式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实现本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及实施任何集成的方法。本发明的专利保护范围由权利要求书所限定，并且可包括本领域技术人员可以想到的其它示例。如果其它示例具有与权利要求书的文字语言没有差异的结构元件，或者如果其它示例包括与权利要求书的文字语言无本质区别的等同结构元件，则这些示例意图包含在权利要求书的范围内。

这里描述了利用改进的轴承座布置的示例性方法、系统和设备，该轴承座布置允许轴向的轴承浮动并且减少或者消除了轴的微动磨损。这里描述的方法、系统和设备可以被用于任何合适的应用中。

上文详细描述了电机和系统的示例性实施例。电机及其组成部件不限于这里描述的特定实施例，相反，系统的组成部件可以与这里描述的其它组成部件独立地分别使用。例如，组成部件也可与其它机械系统、方法和设备组合使用，而不限于仅在这里描述的系统和设备中使用。所述示例性实施例可以联系许多其它应用而被实施和使用。

尽管所公开的多个实施例中的特定特征在某些图中示出而未在其它图中示出，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，附图中的任意特征可以结合任意其它附图的任意特征被引用和/或保护。

此说明书利用示例公开了本发明，包括最佳方式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实现本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及实施任何集成的方法。本发明的专利保护范围由权利要求书所限定，并且可包括本领域技术人员可以想到的其它示例。如果其它示例具有与权利要求书的文字语言没有差异的结构元件，或者如果其它示例包括与权利要求书的文字语言无本质区别的等同结构元件，则这些示例意图包含在权利要求书的范围内。