电动机装置 本申请要求于1998年4月24日提交的美国专利申请60／082，895的优先权。
本发明总体涉及电动机，具体涉及能够经受重的侧负荷的电动机装置。
电动机一般包括壳体、定子和转子装置。壳体包括外壳和两个端罩，并至少容纳转子装置的一部分。转子装置包括转子铁芯和延伸通过转子铁芯的转子轴。一些类型的电动机及其配置包括用于为特定应用而修正电动机的工作特性的元件。这种类型的电动机的例子包括电阻启动、电抗器启动、电容器启动、永久分裂电容器和电容式启动-电容式运转的电动机。这些不同类型的电动机的特征在于，它们具有不同的速度-转矩特性，并被设计用于提供不同的理论最大效率。对于某些应用，尤其是需要大的启动转矩的应用，例如在压缩机电动机的应用中，电动机中的一部分绕组用作辅助绕组或启动绕组，它们在电动机开始激励期间被通电，而在电动机到达预定的速度时则断电。这种绕组的断电通常由离心开关或其它合适装置完成。
除去离心开关之外，在一些电动机配置中使用的电气元件至少包括一个电容器和一个过载开关。这些元件可以被安装在其中一个电动机端罩上，以便可以够到这些元件。为了提供保护使其免受湿度、尘埃、和其它污染的影响，这种元件通常被安装在一个封闭的“控制室”内，在控制室内容纳着主要电气元件。
目前市场上一般使用的压缩机电动机已经发展到直接驱动结构。直接驱动结构地压缩机电动机利用在电动机的正常驱动端上的端罩在结构上支撑着压缩机。端罩一般包括用于接收作为压缩机基本部件的圆柱套筒、活塞、曲轴和压缩头。把压缩机直接集成在电动机上需要电动机轴经得起由压缩冲程引起的不寻常的高侧负荷。已有的用以驱动压缩机的电动机一般利用有台阶的轴结构来限制轴的偏移，并阻止曲轴轴承破坏。有台阶的轴制造成本高，这至少部分地是由于轴的复杂性造成的。
因而，需要提供一种电容式启动-电容式运转的电动机，其转子轴的制造成本低，并且能够经受不寻常的高侧负荷。还需要使电动机的所有电子元件处于封闭的环境中，以便保护其不受外部环境的影响。还需要提供一种使得容易接近电动机上安装的至少一部分电气元件的电动机。
本发明的这些和其它的目的可以通过一种电动机装置来实现，所述电动机装置具有低的成本、生产率高的零件(例如轴和环)和比已知压缩机电动机的轴承跨度短的轴承跨度。在一个实施例中，所述装置包括电动机壳体，其具有包括第一和第二端部的外壳。第一端罩被固定在第一壳端上，第二端罩被固定在第二壳端上。第一和第二端罩包括轴承支座，该轴承支座中具有轴承。第一端罩还包括一个法兰，用于把压缩机连接到电动机上。
包括启动绕组和运转绕组的定子被安装在壳体内，该定子具有贯穿其中延伸的孔。包括转子铁芯和具有基本上均匀直径的轴的转子装置延伸通过定子中的孔。转子通过端罩中的轴承被可转动地安装在壳体内。一个位于转子铁芯和第一端罩之间的加强环包围转子轴的一部分。加强环对轴提供支撑，使其不致由于重侧载荷而产生偏移。
电动机装置还包括离心机构和位于电动机壳体外板上的垫块。垫块位于电动机壳体的外板上，并和第二端罩轴承相邻。离心机构被设置在和垫块相邻的位置，并和转子轴一起转动。一个保持环被设置在转子轴上，它和离心机构相邻，并使离心机构保持与垫块接触。离心机构在壳体外板上的位置使得能够获得比已有电动机装置较小的轴承跨距。较小的轴承跨距对转子轴提供进一步支撑，避免由于重侧载荷而产生偏移。
电动机装置还包括一个和第二端罩相连的盖。所述盖和第二端罩形成一个容纳离心机构的封闭空间。盖包括第一和第二电容器支座以及离心开关，启动电容器位于第一电容器支座中，运转电容器位于第二电容器支座中。离心开关和启动电容器以及运转电容器电气相连。盖还包括用于把离心开关固定到盖上与离心机构相邻的位置处的卡扣。离心开关括能够被离心机构启动的启动杠杆。当离心机构启动启动杠杆时，离心开关切断启动电容器，从而切断启动绕组的电源。
电动机装置还包括过载装置(overload)和过载装置固定支架。过载装置延伸通过在第二端罩中的开口，并且过载装置固定支架被设置在过载装置上方。过载装置支架包括用于与第二端罩接合并用于将支架和过载装置保持就位的卡扣。
电动机装置还包括具有多个卡扣的负载垫片。卡扣用于接合第二端罩并用于将负载垫片在第二端罩上保持就位。
上述的电动机装置制造成本低，因为不需要具有台阶的轴。而是使用基本上均匀直径的转子轴，并在轴上设置加强环以用于支撑。此外，电气元件例如离心开关和过载装置利用卡扣固定就位。这些卡扣可以使得各元件能够快速且容易地被拆下，并且制造成本低。此外，卡扣和电动机装置的其它元件形成一个整体，因而减少了用于装配电动机所需的零件数量。
图1是已有的电动机装置的侧视图，其中包括驱动侧端罩的剖面图。
图2是图1所示的已有电动机装置的端视图。
图3是按照本发明一个实施例的电动机装置的侧视图，它包括驱动侧端罩的剖视图。
图4是图3所示的电动机装置的端视图。
图5是转子装置的侧视图，包括从图3所示的电动机装置所取的转子铁芯和轴承的剖面图。
图6是从图3所示的电动机装置所取的盖装置的内部图。
图7是图6所示的盖装置的局部顶视图。
图8是图6所示的盖装置的沿A-A线截取的剖面图。
图9是图3所示的电动机装置的端罩的正视图，示出过载支架和过载装置。
图10是图9所示的过载装置的沿B-B线截取的截面图。
图11是图9所示的过载支架的侧视图。
图12是图3所示的电动机端罩的正视图。
图13是图12所示的沿C-C线截取的端罩的截面图。
图14是图13所示的被固定在端罩上的端环的侧视图，用于示出部分D。
图1是已有的电动机装置100的侧视图，包括具有外壳104、第一端罩110和第二端罩112的壳体102，外壳104具有第一壳端部106和第二壳端部108。第一和第二端罩110、112包括轴承支座114(只示出了在第一端罩110中的轴承支座114)，其中具有轴承116(同样只示出了在第一端罩110中的轴承116)。电动机装置100包括被轴承116可转动地支撑着的转子轴118。第一端罩110还包括用于支撑被电动机轴118驱动的压缩机(未示出)的法兰120。转子轴118被固定地连接到位于定子内的转子铁芯(未示出)上。定子含有运转绕组(未示出)和启动绕组(未示出)。启动绕组和运转绕组被结合用于使转子铁芯和转子轴118开始转动。一旦转子轴达到为实现其正常运转速度所需的足够的转数，启动绕组便和电动机电路断开，使得启动绕组不会对电动机运行带来不利影响。电动机装置100还包括铭牌122和固定在壳体102上的盖124。
图2是电动机装置100的端视图，示出用于分别容纳启动电容器(未示出)和运转电容器(未示出)的第一电容器支座126和第二电容器支座128。一对端子130和接地环132通过壳体102被连接到电动机装置10上，并用于使电动机装置100和电源相连。第二端罩112包括支架134，其具有贯通其中的开口136。
在电动机装置100中，轴118是一种有台阶的轴结构，这种结构限制轴的偏移，并阻止曲轴轴承被破坏。有台阶的轴118是复杂的，因而制造成本高。
图3是按照本发明一个实施例的电动机装置200的侧视图。电动机装置200包括包括具有外壳204、第一端罩210和第二端罩212的壳体202，外壳204具有第一端部206和第二端部208。第一和第二端罩210、212分别被安装在第一和第二壳端部206、208上。第一和第二端罩210、212包括轴承支座214(只示出了在第一端罩210中的轴承支座214)，其中具有轴承216(同样只示出了在第一端罩210中的轴承216)。转子轴218被轴承216可转动地支撑着。第一端罩210还包括用于支撑被电动机轴218驱动的压缩机(未示出)的法兰220。电动机装置200还包括铭牌222和盖224。铭牌222被固定在外壳204上，盖224被固定在第二端罩212上。
图4是包括盖224的电动机装置200的端视图，盖224包括第一电容器支座226和第二电容器支座228。端子230和接地环232与定子绕组电气相连，并用于使电动机装置200和电源相连。盖224还包括支架234，其具有贯通其中的开口236。提供支架234，用于与独立护罩装置相连。盖224还包括可除去的帽238，当盖224仍然被连接在第二端罩212上时，其提供进入第二端罩212和盖224之间空间的通路。具体地说，并且如下面要详细说明的，一个过载装置被固定到第二端罩212上，并且通过除去盖224，使用者可以接近该过载装置，以便进行维修或更换。在盖224中的开口240、242和第二端罩212中的各个开口(未示出)对准，一个紧固件(未示出)例如螺栓被插入每个开口240，242中，并延伸到各个第二端罩开口中，以用于把盖224和第二端罩212相连。
图5是转子装置244的侧视图，其包括转子轴218、转子铁芯246、以及具有缩颈端部250的加固环248，转子铁芯246包括多个铁芯片(未示出)和端环252。转子铁芯246具有贯穿其中的孔254，转子轴218延伸通过转子铁芯孔254，并被牢固地固定在转子铁芯246上。转子轴218基本上是直的，并且，在一个实施例中，具有基本上均匀的直径。定子(未示出)被安装在壳体202内，并且包括启动绕组和运转绕组。转子装置244位于定子孔内。
图5还说明用于支撑转子轴218的轴承216。轴承216被支撑在端罩210和212内。转子轴218在转子铁芯246和第一端罩轴承216之间延伸通过环248。在一个实施例中，环248从转子铁芯246向第一端罩轴承216延伸，并被牢固地固定在转子轴218上。缩颈端部250位于第一端罩轴承216附近。因为电动机装置200被用于驱动压缩机，转子轴218会发生重的侧向负荷。加强环248通过在转子铁芯246和第一端罩轴承216之间的空间内对转子轴218提供附加支撑，有助于阻止转子轴218在该重侧向负荷期间产生偏移。
转子装置244还包括比已知的轴承跨距短的轴承跨距256，这也有助于阻止在重侧向负荷期间转子轴218产生偏移。为了提供这一减少的轴承跨距，离心机构258被固定在壳体202的外板上。离心机构258包括推环260和多个臂262。各臂262通过至少一个弹簧264彼此相连。离心机构258具有贯穿其中的孔266，该孔能够使离心机构258被固定在转子轴218上。离心机构258被用于在转子轴218达到预置转速时切断启动绕组(未示出)。在预置转速下，臂262从转子轴218向外运动，沿着转子轴218沿轴向推动推环260。垫块268在第二端罩轴承216和离心机构258之间位于转子轴218上。在一个实施例中，第二端罩轴承216和与离心机构258相邻的垫块268相邻。一个保持环270位于转子轴218上、和离心机构258相邻。保持环270被锁定在转子轴218上，并保持离心机构258和垫块268接触，而垫块268又被保持和第二端罩轴承216接触。
图6-8分别是盖装置272的内部视图、顶视图和截面图。盖装置272包括和第二端罩212相连的盖224，启动电容器274，运转电容器276和端子板278。端子板278包括具有启动杠杆282的开关280。启动电容器274位于第一电容器支座226内，运转电容器位于第二电容器支座228内。启动电容器274和运转电容器276分别被容纳在第一电容器壳体284和第二电容器壳体286内。在一个实施例中，电容器壳体284、286由UL94-5V材料制造，其成本相当低，并能满足可燃性的要求。UL94-5V材料在市场上可以从通用电气公司，Pittsfield，Mass．，NorylHS2000X得到。
开关280和与启动绕组(未示出)电气相连的启动电容器274电气相连。离心开关280也和与运转绕组(未示出)电气相连的运转电容器276电气相连。盖224和第二端罩212形成一个封闭空间(未示出)，其容纳离心机构258和端子板278。当盖224被固定在第二端罩212上时，离心机构258位于开关280附近。在一个实施例中，由于转子轴218达到一个预置转速而使推环250沿轴向运动时，启动杠杆282被启动。杠杆282的启动切断了为启动绕组电路(未示出)供电的启动电容器274。
盖224还包括卡扣288，当把盖224固定在第二端罩212上时，用于接合端子板278并把端子板278保持在正确的方位。在一个实施例中，卡扣288和盖224是一个整体。
图9和图10分别是第二端罩212的正视图和过载装置290与过载装置固定支架292的截面图。过载装置支架292包括连接部分294和至少两个支脚296。第二端罩212包括至少一个开口298，过载装置290延伸通过该开口。过载装置290至少部分地通过开口298延伸，并通过过载装置支架292被固定在第二端罩212中。支脚296至少部分地伸入开口298中，并与将过载装置290保持就位的第二端罩212接合。盖224位于过载装置290和过载装置支架292的上方。在盖224中的帽238被置于过载装置支架292的上方。
图11是过载装置支架292的侧视图。在一个实施例中，过载装置支架292具有连接部分294和两个支脚296。每个支脚296上具有第一卡扣300和第二卡扣302。过载装置290具有用于容纳支脚296的至少一部分的缺口(未示出)。第一卡扣300位于支架292的内侧上，用于接合过载装置290，使得过载装置290被锁定在支架292上并和其保持接触。第二卡扣302位于支架292的外侧上，用于接合第二端罩212，使得支架292被锁定在第二端罩212上并和其保持接触。用这种方式，过载装置290至少部分地被保持在第二端罩212的开口298内。
图12-14分别是包括负载垫片304的第二端罩212的正视图、截面图和放大的截面图。负载垫片304包括环306、多个支脚308和多个卡扣310。支脚308至少部分地伸入多个开口312中，并与第二端罩212接合，由此将负载垫片304固定在第二端罩212上。在一个实施例中，负载垫片304包括三个支脚308，每个支脚具有一个卡扣310。卡扣310包括叉形物314，其从脚308的下部向脚308的上部318向内向上延伸。叉形物314的一端和下脚部分316相连。叉形物314的另一端和第二端罩212的内表面320接触，并把负载垫片304固定在第二端罩212上。然后，围绕下脚部分316和卡扣310涂敷密封剂322，以便使卡扣310和第二端罩212保持接触，从而对开口312进行密封。
上述的电动机装置制造成本低，因为不需要具有台阶的转子轴。而是使用具有基本上均匀直径的转子轴，并且在轴上设置加强环以用于支撑。此外，电气元件例如离心开关和过载装置利用卡扣固定。这些卡扣可以使得电气元件能够快速且容易地被除去，并且制造成本低。此外，卡扣和电动机装置的其它元件形成一个整体，因而减少了用于装配电动机所需的零件数量。
从上述的本发明的实施例显然可以看出实现了本发明的目的。虽然对本发明进行了详细说明，但应当理解，这些仅是用于说明本发明而不是限制本发明的。因而，本发明的构思和范围只由所附权利要求限制。