CN102334268A - 用于感应电动机电路的两导体绕组 - Google Patents
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Abstract
一种电气感应电动机，其具有用有着不同电阻率的两个电气导体构成的主绕组。电动机包含定子，定子具有一结构，绕组在该结构的周围形成，绕组包含第一电气导体和第二电气导体，第一电气导体具有第一末端和第二末端，第二电气导体具有第一末端和第二末端，第一电气导体的第一末端和第二电气导体的第一末端耦合在一起，第一电气导体的第二末端和第二电气导体的第二末端耦合在一起，以形成第一电气导体和第二电气导体的并联电路，第二电气导体具有大于第一电气导体电阻率的电阻率。在一个实施例中，第一电气导体是铜，第二电气导体是铝。
Description
技术领域
本公开一般涉及异步电动机，特别涉及用于这些电动机的绕组。
背景技术
单相和三相电动机用在多种应用场合中。单相电动机可包含定子和转子，定子具有主绕组和辅助绕组，转子具有在其中形成的电气导体。有选择地通过绕组提供电流，以便在转子中感应二次电流。绕组和转子导体中的电流产生的旋转磁场旋转转子，以便在转子的输出轴上产生转矩。三相电动机具有间隔120度的三个定子绕组。响应于在绕组中流动的电流相(current phases)，气隙磁通在转子导体中感应电流，并在转子输出轴上产生转矩。绕组可直接由AC源供电，或者，DC逆变器可用于对于所选择的速度以需要的频率和幅度供给电力。
转子绕组典型地为绝缘电气导体。最常见的是，定子具有槽结构，导体在槽结构中多次绕卷以形成绕组。导线线规(gauge)和匝数影响电动机的输出和效率。绕卷导线的槽的尺寸典型地被设计为容纳特定线规的导线达预定的匝数。在电动机制造中，定子可以大量制造，用于安装在电动机中。定子成本的一个部分为绕组所使用的导体的类型。经常使用铜，但是随着铜的成本显著上升，较便宜的铝的使用得到增长。用铝替换铜的问题来自于铝线相较于相同线规的铜线具有较大的电阻率。因此，铝线的线规需要较大，以便使铝线承载与被替换的铜线大约相同量值的电流。不幸的是，定子间隙典型地小到不能容纳所述匝数的较大的铝线。如果定子必须重新设计或修改以容纳较大线规的铝线，则实际上抵消了用铝替换绕组中的铜带来的任何节省。
发明内容
电气感应电动机具有用两种不同电气导体构成的主绕组。电动机包含定子，其具有在周围形成绕组的结构，绕组包含第一电气导体和第二电气导体，第一电气导体具有第一末端和第二末端，第二电气导体具有第一末端和第二末端，第一电气导体的第一末端和第二电气导体的第一末端耦合在一起，第一电气导体的第二末端和第二电气导体的第二末端耦合在一起，构成第一电气导体与第二电气导体的并联电路，第二电气导体具有与第一电气导体的电阻率相比较大的电阻率。在一实施例中，第一电气导体为铜，第二电气导体为铝。
电动机可用这样的方法制造：使用具有不同电阻率的两种电气导体构成电动机绕组。该方法包含：将第一电气导体耦合到第二电气导体，以构成并联电路，第二电气导体具有与第一电气导体的电阻率相比较大的电阻率；将第一与第二电气导体绕卷在定子中的一组槽的间隙周围，以构成用于电动机的绕组。
附图说明
下面将联系附图阐释具有有着不同电阻率的两种电气导体的电动机绕组的前述方面以及其他特征，其中，电气导体在并联电路中耦合在一起，以构成绕组。
图1为定子和定子中的绕组的透视图；
图2为具有用于启动电动机的辅助绕组的感应电动机的电路图；
图3为具有由两种不相似的导体制成的主绕组的感应电动机的电路图。
具体实施方式
可安装在传统的电气感应电动机中的定子10在图1中示出。定子10由铸铁或铝所制的多个薄叠层构成。叠层接合在一起，以便形成具有槽18的中空定子芯14。绝缘导线22的线圈已经绕卷在一组槽上，以形成绕组26。当交流电流施加到绕组26时，产生旋转磁场。这种旋转磁场以已知的方式作用在转子上，以便在转子的输出轴上产生转矩。
图2示出了单相感应电动机的电路图。电动机50包含输入连接54、主绕组58、电容器62、离心开关66、启动或辅助绕组70、转子74。主绕组58和辅助绕组70绕卷在一组定子槽上，如上面所介绍的那样。电容器62、离心开关66、辅助绕组70已经被添加，因为仅仅具有一个绕组的电动机不是自启动的。在停止位置或低速时，离心开关66闭合。响应于施加到电路的交流电流，通过主绕组58的电流滞后于供电电流，这是因为主绕组的阻抗。类似地，由于启动分支的阻抗，通过电路的启动分支(startleg)--其包含电容器62、开关66、绕组70--的电流也滞后于供电电流。主绕组和启动绕组产生的磁场产生以一个方向旋转的磁场。此磁场作用在转子上以转动它。随着转子逼近预定的速度，离心开关断开，辅助绕组不再产生磁场。此后，主绕组通过与转子的交互继续产生旋转磁场，以继续转子的旋转。
在先前知道的感应电动机中，主绕组和辅助绕组可用绕卷在一组定子间隙上的铜线制成。铜线绕卷在定子槽上达多匝，以获得绕组的预定的效能匝(efficiency-turns)和电阻。随着铜的价格的增长，考虑将较为便宜的导体用作形成绕组的铜的替代。然而，这些较为便宜的导体不具有像铜一样低的电阻率。因此，较为便宜的导体要求导线具有与将被替代的铜线相比较大的线规，以便提供与铜绕组的效能匝以及电阻相当的效能和电阻。例如，在20摄氏度的温度下，铜具有大约1.724微欧姆每立方厘米的电阻率，而在20摄氏度的温度下，铝具有大约2.828微欧姆每立方厘米的电阻率。在定子槽中绕卷较大线规的导线达适当数量的匝使得定子中的槽被过度填充。因此，或者需要增大槽的尺寸，或者需要增加转子的长度。两种类型的改变相对较为昂贵，因为它们需要增大的设计和加工费用，或增大的材料费用。当然，这些增大的费用至少是在部分上抵消了希望从替换较为便宜的导体材料带来的节省。
为了克服这些问题并保留由为绕组替换较为便宜的导体带来的更多可能的成本节省，已经开发出包含两种具有不同电阻率的电气导体的新的绕组，电气导体在并联电路中耦合在一起。图3示出了具有新的绕组的电动机的电路图。这一方案与图2所示的相同，故同样的参考标号用于类似的部件。然而，主绕组100由两个电气导体构成。一个电气导体为绝缘铜线104，另一个导体为绝缘铝线108。如图所示，两个导体彼此耦合，以形成并联电路。为了使绕组100具有与绕组58--其被绕组100代替--相等的效能匝和电阻，构成绕组100的铜线的线规从用于构成铜线58的铜线的线规减小。在一个实施例中，绕组58由在三个定子槽中绕卷24匝、37匝、43匝的18线规的铜线构成，而绕组100由在三个定子槽中绕卷27匝、36匝、42匝的并联耦合的21线规铜线和19线规铝线构成。即使为了得到相等的效能匝而需要更多匝，较薄的导体使得由两种导体构成的绕组能够安装在用于保持绕组58的同样的定子槽中。另外，绕组100需要的铜量的减小，加上与绕组100中使用的铝线的减小的成本，带来了超越绕组58的成本的大约13％的成本节省。因此，在并联电路中耦合在一起的具有不同电阻率的两个电气导体的组合提供了安装在原始电动机的定子槽中的较为便宜的绕组。
在上面讨论的实施例中，同样长度的铜线的三个线规尺寸的下降导致绕组的一个分支具有原始绕组58的一半的电阻。因此，原始绕组58的另一半必须由铝线提供。通过将铝线的线规增大到比新选择的铜线线规导线大两个线规尺寸，可采用与较小线规铜线长度相等的铝线长度获得与原始绕组58的一半相等的电阻。然而，可使用两个导体之间的电阻的其他比率，只要导体的并联布置给出的电阻等于用一个金属导体制造的原始绕组的电阻。
上面公开的主电动机绕组的构造可用于电动机中的其他绕组。例如，辅助绕组也可包含在并联电路中耦合并在定子槽周围绕卷的具有不同电阻率的两个电气导体。类似地，可类似地制造多相电动机中的一个或多于一个的绕组。并入上面公开的绕组构造使得可由使用较为便宜的材料实现节省以及电动机重量的减小。
在运行中，对于一个或多于一个的新绕组，评估已有的电动机设计。选择绕组，并对绕组选择具有第一电阻率的较薄的导体。选择具有与第一导体不同的电阻率的第二导体。选择各个导体的电阻，当两个导体在并联电路中彼此耦合时，其得到与原始设计中的绕组电阻相等的电阻。于是由对于各个导体的电阻决定各个导体的长度，将两个导体彼此耦合以形成并联电路。两个导体于是绕卷在用于原始电动机设计的定子的一组槽中。于是可对电动机进行测试，以验证具有新绕组的电动机的性能是否等同于原始电动机。
本领域技术人员将会明了，可对上面介绍的具体实施方式进行多种修改。因此，下面的权利要求不对上面所示出的和所介绍的特定实施例进行限制。原始提出的和将被修改的权利要求包括对这里公开的实施例和启示的变型、替换、修改、改进、等同和基本等同，包括当前未预见和未想到的那些，以及例如可由申请人/合作者等想到的那些。
Claims (15)
1.一种电动机，包含：
定子，其具有一结构，绕组在该结构的周围形成；且
绕组包含：
第一电气导体，其具有第一末端与第二末端；以及
第二电气导体，其具有第一末端和第二末端，第一电气导体的第一末端和第二电气导体的第一末端耦合在一起，第一电气导体的第二末端和第二电气导体的第二末端耦合在一起，以形成第一电气导体和第二电气导体的并联电路，第二电气导体具有大于第一电气导体的电阻率。
2.权利要求1的电动机，其中，第一电气导体为铜，第二电气导体为铝。
3.权利要求1的电动机，其中，第一电气导体具有小于第二电气导体线规的线规尺寸。
4.权利要求3的电动机，其中，第一电气导体的线规尺寸至少比第二电气导体的线规尺寸小两个线规尺寸。
5.权利要求1的电动机，其中，第一电气导体的电阻等于第二电气导体的电阻。
6.权利要求1的电动机，其中，定子包含另一结构，另一绕组在该结构周围形成；所述另一绕组包含：
第三电气导体，其具有第一末端和第二末端，并具有等于第一电气导体电阻率的电阻率；以及
第四电气导体，其具有第一末端和第二末端，第三电气导体的第一末端和第四电气导体的第一末端耦合在一起，第三电气导体的第二末端和第四电气导体的第二末端耦合在一起，以形成第三电气导体和第四电气导体的并联电路，第四电气导体具有等于第二电气导体的电阻率。
7.权利要求6的电动机，其中，第三电气导体为绝缘铜线，第四电气导体为绝缘铝线。
8.权利要求6的电动机，其中，第三电气导体具有小于第四电气导体线规的线规。
9.权利要求6的电动机，其中，第三电气导体的电阻等于第四电气导体的电阻。
10.权利要求6的电动机，其中，第一电气导体的线规尺寸至少比第二电气导体的线规尺寸小两个线规尺寸。
11.一种用于构建电动机的方法，其包含：
将第一电气导体耦合到第二电气导体，以形成并联电路，第二电气导体具有大于第一电气导体电阻率的电阻率；以及
在定子中的一组槽内绕卷第一与第二电气导体，以便形成用于电动机的绕组。
12.权利要求11的方法，其中，第一电气导体为绝缘铜线，第二电气导体为绝缘铝线。
13.权利要求11的方法，其中，第一电气导体的线规小于第二电气导体的线规。
14.权利要求11的方法，其中，第一电气导体的电阻等于第二电气导体的电阻。
15.权利要求11的方法，其中，第一电气导体的线规尺寸至少比第二电气导体的线规尺寸小两个线规尺寸。
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