CN101645620B - 电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电机，例如电动机或发电机。在本发明的实施例中，一种适用于用在电动机中的定子组件包含定子芯，其具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。定子芯具有外直径、齿根直径和内直径。每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部以及从其根部向其头部测量得到的长度。颈部具有宽度。每个相邻齿对限定了具有面积的槽。另外，组件包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的至少三个齿周围的铝和/或铜。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。定子芯外直径在从大约5.1英寸到大约5.9英寸的范围内。定子芯内直径小于大约3.0英寸。

Description

电机
技术领域
本发明涉及电机，例如电动机或发电机，特别涉及具有铝绕组的电机。
背景技术
电机——例如电动机或发电机——典型地包含安装在外壳内部的定子以及支撑在外壳中以便相对于定子旋转的转子。机器的定子和/或转子具有包含导线线圈的绕组。在电动机中，电通过这些线圈传送以便产生磁场，使得转子旋转。在发电机中，随着转子旋转，电在绕组中产生。尽管不同的导电材料可用于制造绕组，在过去，这些绕组频繁用铜或铜合金制造。电机常常集成到例如空气处理设备、洗衣机、固定自行车和踏车(treadmill)等设备中。含有电机的设备的尺寸、性能和成本在进行采购决策时可能是重要的因素。电机的尺寸、性能和成本常常对于设备的总体尺寸和成本具有重要影响。
用于制造绕组的导电材料的价格发生波动。有时，某些绕组材料比起其他的要贵。例如，有时候铜相对于铝等其他导电材料非常昂贵。材料的电导率也是重要的考虑。随着电导率降低，必须使用较大的绕组来克服损耗。然而，较大的绕组产生了关于机器尺寸并导致设备尺寸的忧虑。因此，即使铝等某些材料能具有超越更常使用的铜等材料的成本优势，铜可能仍被使用，因为例如尺寸等这些其他的考虑。按照传统，以类似的性能将对于铜绕组设计的电动机改为接受铝绕组需要电动机具有较大的体积。这种体积增加常常通过电动机的直径和/或长度的显著增大实现，以便容纳超过惯用铜绕组体积的增大的铝绕组体积。但是，如果电动机的外部尺寸受到使用电动机的应用场合的限制，不能实现这些长度和/或直径上的这些增大，替代性的绕组材料(例如铝)不能在不牺牲性能的情况下使用。在保持电动机的类似性能而没有显著增大其直径和/或长度的同时，如果电机可并有更具成本效益的材料(例如铝绕组)可能是有利的。
发明内容
在某些实施例中，本发明涉及一种适用于用在电动机中的定子组件。该组件包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径(root tooth diameter)和内直径。所述多个齿的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部以及从其根部向其头部测量得到的长度。颈部具有宽度。所述多个齿的每个相邻齿对限定了具有面积的槽。另外，组件包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极(magnetic dipoles)。定子芯外直径在从大约5.1英寸到大约5.9英寸的范围内。定子芯内直径小于大约3.0英寸。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及适用于用在电动机中的定子组件。该组件包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径以及内直径。所述多个齿中的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部。所述多个齿的各个相邻齿对限定槽。另外，组件包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。定子芯外直径在从大约5.3英寸到大约5.7英寸的范围内。定子芯内直径与定子芯外直径的比率小于大约0.55。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及一种适用于用在电动机中的定子组件。该组件包含定子芯，其具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径和内直径。所述多个齿的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部以及从其根部向其头部测量得到的长度。颈部具有宽度。所述多个齿的每个相邻齿对限定了槽。另外，组件包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。定子芯外直径在从大约5.1英寸到大约5.9英寸的范围内。齿宽度与齿长度的比率小于大约0.14。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及适用于用在电动机中的定子组件。该组件包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径以及内直径。所述多个齿中的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部。环形的边具有限定封闭的截面积的外边缘。所述多个齿的每个相邻齿对限定了具有面积的槽。另外，组件包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。定子芯外直径在从大约5.1英寸到大约5.9英寸的范围内。槽面积总和与封闭截面积的比率在从大约0.24到大约0.27的范围内。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及适用于用在电动机中的定子组件。该组件包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的36个齿。芯具有外直径、齿根直径以及内直径。36个齿中的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部。环形的边具有限定封闭的截面积的外边缘。36个齿的各个相邻齿对限定具有面积的槽。另外，电机包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。槽面积总和与封闭截面积的比率为大约0.26。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及一种电机，其包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径和内直径。所述多个齿的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部以及从其根部向其头部测量得到的长度。颈部具有宽度。所述多个齿的每个相邻齿对限定了具有面积的槽。另外，电机包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。机器还包含可旋转地安装在定子芯内部的转子体，其包含朝向定子芯的外表面。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。芯的外直径大于大约5.1英寸。芯的内直径小于大约3.0英寸。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及一种电机，其包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径和内直径。所述多个齿的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部。所述多个齿的每个相邻齿对限定了槽。另外，电机包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。另外，机器包含可旋转地安装在定子芯内部的转子体，其包含朝向定子芯的外表面。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。定子芯外直径在从大约5.3英寸到大约5.7英寸的范围内。定子芯内直径与定子芯外直径的比率小于大约0.55。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及一种电机，其包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径和内直径。所述多个齿的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部以及从其根部向其头部测量得到的长度。颈部具有宽度。所述多个齿的每个相邻齿对限定了槽。另外，电机包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。机器还包含可旋转地安装在定子芯内部的转子体，其包含朝向定子芯的外表面。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。定子芯外直径在从大约5.1英寸到大约5.9英寸的范围内。齿宽度与齿长度的比率小于大约0.14。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
在某些实施例中，本发明涉及电机，其包含定子芯，定子芯具有环形的边以及从边向内径向延伸的多个齿。芯具有外直径、齿根直径以及内直径。所述多个齿中的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部。环形的边具有限定封闭的截面积的外边缘。所述多个齿的各个相邻齿对限定具有面积的槽。另外，电机包含绕组，绕组包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝和铜中的至少一个。另外，电机包含可旋转地安装在定子芯内部的转子体，其包含朝向定子芯的外表面。定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极。定子芯外直径在从大约5.1英寸到大约5.9英寸的范围内。槽面积总和与封闭截面积的比率大于大约0.26。本发明的各个实施例可以以多种以及具体的组合使用，在每个重新配置中，以本发明的这些实施形态的一个或一个以上使用。另外，本发明的这些实施形态中的一个或一个以上能与上面或下面介绍的其他实施形态和实施例中的各个合并。
本发明的其它实施形态将在某种程度上由下文明了和指出。
附图说明
图1为由根据本发明一实施例的电机驱动的设备的原理截面图；
图2为本发明的定子组件的分裂的透视图；
图3为根据本发明的定子叠层(stator lamination)的端视图；
图4为电机的定子叠层的放大的端视图。
贯穿几幅附图，对应的参考标号表示对应的部件。
具体实施方式
现在参照附图、特别是图1，电气设备整体用参考标号10表示。在一个实施例中，设备10包含用于驱动装置22的电动机，其一般地用20表示。尽管在不脱离本发明的范围的情况下装置22可以为其他类型，在某些实施例中，该装置包含鼓风机、叶轮、滑轮、齿轮、泵和/或风扇。另外，在某些实施例中，电动机20具有小于大约1千瓦的连续负荷轴输出功率。在某些实施例中，电动机20具有小于大约700瓦的连续负荷轴输出功率。电动机20包含一般地用26表示的转子组件，其由安装在一般地用30表示的定子组件中的轴承28可旋转地支撑。转子组件26包含转子体32，其具有邻近转子体的外表面36有角度地分布的感应转子线棒34。在不脱离本发明的实施例的范围的情况下，感应线棒34也可有角度地分布在转子体的外表面或有角度地分布在转子体外表面之下。转子组件26还包含转子组件在其周围旋转的轴38。轴38安装在轴承28上，并将电动机20耦合到装置22。由于转子组件26的特征在现有技术中是公知的，不再对之进行进一步的详细阐释。
如图2所示，转子组件30包含层叠的体或芯，其一般地用40表示，层叠的体或芯包含堆叠的薄层或叠层42。叠层42在图3和4中示出。尽管在不脱离本发明的范围的情况下叠层42可用其他材料制造，在一个实施例中，叠层用具有从大约0.014英寸到大约0.032英寸范围内的厚度的电工钢合金片或板坯料来制造。本实施例的定子芯40具有从大约0.75英寸到大约4英寸的范围内的总厚度。本领域技术人员将会明了，在不脱离本发明的范围的情况下，取决于电动机设计和性能要求，可使用不同类型的材料和具有不同厚度的材料。本领域技术人员将会明了，在不脱离本发明的范围的情况下，薄层可以以扇形(in sectors)形成，并以交错构造(staggeredconfiguration)堆叠。
定子芯40具有环形的边50以及从边向内径向延伸的多个齿52。尽管在不脱离本发明的范围的情况下定子芯40可具有其他数量的齿52，在一个实施例中，定子芯具有36个齿。本领域技术人员将会明了，绕组54被缠绕在齿52的组上，例如两个、三个、四个或更多的齿的组。这种类型的绕组按照惯例被称为同心绕组(concentric winding)。在不脱离本发明的实施例的范围的情况下，也可使用其他的绕组方案和技术。例如，定子组件30可串联绕卷、并联绕卷以及多通路并联绕卷，如本领域技术人员将会明了的那样。在一个实施例中，绕组54各自由多次绕卷在齿组周围的单股铝线构成。尽管在不脱离本发明的范围的情况下可以使用具有其他特性的导线，在一个实施例中，导线为20美国线规(American Wire Gauge(AWG))绝缘单股铝线。在其他的实施例中，导线可以为全铜或为铝和铜的组合，例如铜包层铝(copper clad aluminum)。在本发明的某些实施例的范围内，也可以想到对于所有铝线从大约26AWG到大约14AWG以及对于所有铜线的从大约30AWG到大约14AWG的其他导线尺寸。尽管在不脱离本发明的范围的情况下导线可具有其他的截面形状，在一个实施例中，导线具有圆截面，特别是圆形截面。依赖于获得适当的缝密度所需要的固体性因素(solidity factor)，可使用其他的截面形状。电流流经绕组54，产生与在感应转子线棒34中感应的电流互相作用的旋转磁场，以便驱动转子组件26相对于定子组件30旋转。如本领域技术人员将会明了，定子芯40具有四个六个或八个磁偶极。换句话说，定子组件30具有绕组54，其被电气励磁，以便提供绕定子芯40旋转的四个、六个或八个磁偶极。
如图3与4所示，定子芯40(以及构成定子芯的叠层42的各个)具有外直径60、齿根直径62、内直径64。尽管在不脱离本发明的范围的情况下定子芯40可具有其他的尺寸，在某些实施例中，定子芯具有在从5.1英寸到大约5.9英寸的范围内的外直径60。在某些进一步的实施例中，定子芯40具有在从大约5.3英寸到大约5.7英寸的范围内的外直径60，在更进一步的实施例中，定子芯具有小于大约5.5英寸的外直径。在某些特定实施例中，定子芯40具有大约5.49英寸的外直径60。另外，在某些实施例中，定子芯40具有在从大约4.6英寸到大约4.7英寸的范围内的齿根直径62，在某些更进一步的实施例中，定子芯具有大约4.64英寸的齿根直径。另外，在某些实施例中，定子芯40具有小于大约3.0英寸的内直径64。在某些进一步的实施例中，定子芯40具有大约2.9英寸的内直径，在某些更进一步的实施例中，定子芯具有大约2.84英寸的内直径。在某些实施例中，定子芯40具有小于大约0.55的定子芯内直径64与定子芯外直径60的比率。小于大约0.55的这种比率允许使用较低电导率的材料，例如铝，同时保持与例如铜等较高电导率材料相比较的性能。特别地，这种比率提供了用于在定子芯40中将附加的导线添加到绕组54的附加定子面积，与用大约0.55或更大的比率设计的传统定子芯相比。在某些进一步的实施例中，定子芯内直径64与定子芯外直径60的比率小于大约0.53，在某些更进一步的实施例中，定子芯内直径64与定子芯外直径60的比率为大约0.517。前面的比率也允许在保持性能的同时使用低电导率材料，如上面所讨论的。
另外，各个齿52具有根部70、从根部向内延伸的颈部72、与根部相反的头部74、从根部向头部测量得到的长度76(或齿长度)。各个颈部72具有宽度78(或齿宽度)，齿52的各个相邻的对限定具有面积82的槽80。尽管在不脱离本发明的范围的情况下齿52可具有其他的尺寸，在某些实施例中，各个齿具有在从0.82英寸到大约0.98英寸的范围内的长度76。在某些进一步的实施例中，各个齿52具有在大约0.87英寸到大约0.93英寸的范围内的长度76，在某些特定实施例中，各个齿具有大约0.90英寸的长度。在某些实施例中，各个齿颈部72具有在大约0.110英寸到大约0.134英寸的范围内的宽度78。在某些进一步的实施例中，各个齿颈部72具有在大约0.118英寸到大约0.126英寸的范围内的宽度78，在某些特定实施例中，各个齿颈部具有大约0.122英寸的宽度。尽管在不脱离本发明的范围的情况下齿52可具有其他的尺寸，在某些实施例中，各个齿具有小于大约0.149的齿颈部宽度与齿长度76的比率。小于大约0.149的此比率允许使用低电导率的材料例如铝，同时，与例如铜等较高电导率材料相比保持性能。具体而言，与传统的以大约0.149或更大的比率设计的定子芯相比，这种比率提供了具有延长形态比率的齿，由此在齿之间以及沿着齿的长度提供了附加的空间，以便在定子芯40中向绕组54添加附加的导线。在某些进一步的实施例中，各个齿52具有小于大约0.140的齿颈部宽度78与齿长度76的比率，在某些特定实施例中，各个齿具有小于大约0.136的齿颈部宽度与齿长度的比率。前面的比率也允许在保持性能的同时使用较低电导率材料，如上面所讨论的那样。
尽管在不脱离本发明的范围的情况下定子芯40可具有其他的尺寸，在某些实施例中，定子芯具有在从大约5.1英寸到大约5.9英寸的范围内的外直径60，槽80具有在从大约5.3平方英寸到大约7.1平方英寸的范围内的总复合面积82。从大约5.3平方英寸到大约7.1平方英寸的此范围允许使用较低电导率材料，例如铝，同时，与例如铜等较高电导率材料相比保持性能。具体而言，与在所述大约5.3平方英寸到大约7.1平方英寸的此范围外设计的传统的定子芯相比，此范围提供了更多的槽空间，以便在定子芯40中向绕组54添加附加的导线。在某些进一步的实施例中，槽80具有大约6.176平方英寸的总复合面积82。前面的面积也允许在保持性能的同时使用低电导率材料，如上面所讨论的。
另外，在某些实施例中，槽面积总和与电动机20的封闭截面积的比率在从大约0.24到大约0.27的范围内。所述从大约0.24到大约0.27的范围允许使用较低电导率的材料，例如铝，同时，与例如铜等较高电导率材料相比保持性能。具体而言，与以在所述大约0.24到大约0.27的范围外的比率设计的传统定子芯相比，此比率范围提供了作为电动机尺寸的一部分的更大的槽面积，以便在定子芯40内向绕组54添加附加的导线。在某些进一步的实施例中，槽面积总和与封闭截面积的比率大于大约0.26，在某些特定实施例中，该比率为大约0.261。前面的比率也允许在保持性能的同时使用低电导率材料，如上面所讨论的。
定子芯40所限定的示例性槽和极组合包括：24个槽80与4、6或8个极，36个槽与4、6或8个极以及40个槽与4、6或8个极。
由于本领域技术人员一般可明了设备10和电动机20的其他特征，这些装置的传统实施形态不再进一步详细介绍。
在介绍本发明或其实施例的元件时，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”以及“具有”是包括性的，并旨在表示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对上述构造进行多种修改，上面的说明书或附图所示的所有主题将被解释为说明性的，不是限制性的。

Claims (8)

1.一种定子组件，其适用于用在电动机中，所述组件包含：
定子芯，其具有环形的边、从边向内径向延伸的多个齿、外直径、齿根直径和内直径，所述多个齿的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部、与根部相反的头部以及从其根部向其头部测量得到的长度，所述颈部具有宽度，所述多个齿的每个相邻齿对限定了具有面积的槽；以及
绕组，其包含缠绕在定子芯的所述多个齿的至少三个齿周围的铝；
其中，定子芯和绕组具有四个、六个或八个磁偶极；
其中，定子芯外直径在从5.1英寸到5.9英寸的范围内；
其中；定子芯内直径小于3.0英寸；且
其中，定子芯内直径与定子芯外直径的比率小于0.55。
2.根据权利要求1的定子组件，其中，齿宽度与齿长度的比率小于0.149。
3.根据权利要求1的定子组件，其中，所述环形的边具有限定封闭的截面积的外边缘，槽面积总和与封闭截面积的比率在从0.24到0.27的范围内。
4.根据权利要求1的定子组件，其中，绕组包含铜包层铝。
5.根据权利要求1的定子组件，其中，定子芯外直径在从5.3英寸到5.7英寸的范围内。
6.根据权利要求5的定子组件，其中，齿宽度与齿长度的比率小于0.14。
7.一种电机，其包含：
根据权利要求1-6中任意一项的定子芯。
8.根据权利要求7的电机，其中，电机包含具有小于1kw的连续负荷轴输出功率的电动机。
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