CN102483064B - 电机 - Google Patents

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Abstract

一种用于螺旋式压缩机的三相高电压电动机，包含定子芯，定子芯具有环形缘以及从缘向内径向延伸的多个齿。铝绕组被绕卷在定子芯的所述多个齿的齿的周围。绕组彼此间隔120度电角度。电动机还包含转子体，其可旋转地安装在定子芯内，并包含朝向定子芯的外表面。

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三相电机。
背景技术
例如电动机或发电机的电机典型地包含安装在外壳内的定子和支撑在外壳中以便相对于定子旋转的转子。该机器中的定子和/或转子具有包含导线线圈的绕组。在电动机中，电经过这些线圈传输，从而产生磁场，导致转子旋转。在发电机中，当转子旋转时，在绕组中产生电。尽管可使用不同的导电材料来制作绕组，在过去，这些绕组经常用铜或铜合金来制作。
三相系统用于对大型电动机或其他的大型电气负荷供电。三相电动机是一类普通的三相负载。由于其高效率、成本有效性和耐久性，三相感应电动机常常用来驱动螺旋式压缩机。由于其在压缩气体制冷剂中的高效率，螺旋式压缩机在例如空调器的装置中是令人满意的。
包含电机的设备的尺寸、性能和成本可能是做出购买决策时的重要因素，尤其是对于空调器。另外，电机的尺寸、性能和成本经常对整体设备的尺寸和成本具有显著影响。
用于制造绕组的导电材料的价格是波动的，有时，某些绕组材料比其他绕组材料要贵。例如，有时，相比于例如铝的导电材料，铜非常贵。材料的导电率也是重要考虑因素。当传导性下降时，必须使用较大的绕组来克服损耗。然而，较大的绕组增加了关于机器尺寸以及结果带来的设备尺寸的忧虑。因此，即使例如铝的一些材料具有超越例如铜的更为常用的材料的成本优势，由于例如尺寸等的这些其他的考虑，可能仍然使用铜。按照惯例，对设计为使用铜绕组的电动机进行修改、使其具有铝绕组但保持类似的性能特性需要电动机具有更大的体积。这种体积增大常常通过实质上增大电动机直径和/或以容纳超过传统铜绕组体积的增大的铝绕组体积来实现。但是，如果电动机的外尺寸受到将要使用电动机的应用场合的限制，长度和/或直径上的这些增大将不起作用，故而不能在不牺牲性能的情况下使用替代性的绕组材料(例如铝)。如果三相电机可包含更具成本有效性的材料(例如铝绕组)但保持电动机中相似的性能特性而不实质性增大其直径和/或长度将会是有利的。
发明内容
在一实施形态中，本发明一般涉及在螺旋式压缩机中使用的三相高电压电动机。电动机包含定子芯，定子芯具有环形缘以及从缘径向向内延伸的多个齿。铝绕组绕卷在定子芯的所述多个齿的齿周围。绕组彼此间隔120电角度。电动机还包含转子体，转子体可旋转地安装定子芯内并包含朝向定子芯的外表面。
在另一实施形态中，本发明一般涉及螺旋式压缩机系统，该系统包含螺旋式压缩机和三相高电压电动机。电动机包含定子芯，定子芯具有环形缘、外径，齿根直径(root tooth diameter)、内径以及从缘向内径向延伸的多个齿。所述多个齿中的每个齿具有根部、从齿根向内延伸的颈部以及与根部相对的顶部。环形缘具有外边缘，外边缘限定了封闭的横截面积。各对相邻的齿限定了具有面积(area)的槽。铝绕组绕卷在定子芯的所述多个齿的齿周围。绕组彼此间隔120度电角度。电动机还包含转子体，转子体可旋转地安装在定子芯内并具有朝向定子芯的外表面。该绕组进一步包含铝合金电磁线。
在另一实施形态中，本发明一般涉及对用于螺旋式压缩机的三相高电压电动机进行修改的方法。电动机包含具有多个齿的定子芯。所述多个齿中的每对相邻的齿限定了具有体积的槽。铜绕组被绕卷在定子芯的所述多个齿的齿周围。绕组彼此间隔120度电角度。电动机还包含转子，其可旋转地安装在定子芯内，并包含朝向所述定子芯的外表面。该方法包含用这样的导线制成的铝绕组代替铜绕组：其线规尺寸比制造铜导线的导线至少大二，且长度与制造铜绕组的导线相等。槽的体积增大，以便容纳铝绕组。
下文中将会部分地给出其他的目的和特征。
附图说明
图1是包含本发明的电动机的螺旋式压缩机的截面图；
图2是由本发明的电动机驱动的螺旋式压缩机的原理性截面图；
图3是本发明的定子组件的部分透视图。
图4是根据本发明的定子叠层的端视图；以及
图5是电机定子叠层的放大的端视图。
贯穿绘图，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1，一般地用10表示的螺旋式压缩机包含：一般为圆柱形的壳体12；连接(例如焊接)到壳体上端的隔离物14；连接到隔离物的盖16；连接到壳体下端的基座18。下轴承套20被固定到壳体12，上轴承套22被固定到高于下轴承套的壳体12。基座18具有与壳体12一体化地形成的多个安装脚(没有显示)。盖16具有冷却剂排放配件24。
在其上端具有偏心曲柄销32的驱动轴30可旋转地安装在位于下轴承套20中的第一轴承34以及位于上轴承套22中的第二轴承36中。驱动轴30由一般用40表示的电动机旋转。在所示的实施例中，电动机是三相高电压感应电动机，其具有大约208V与大约575V之间的标准运行电压等级范围。
参照图2，电动机40包含定子组件42、在定子组件周围绕卷的绕组44(见图1)以及安装(例如压配)在驱动轴30上的转子组件43。转子组件43包含转子体45，转子体45具有感应转子线棒47，并相应地具有上下平衡配重46、48(见图1)。在所示的实施例中，转子组件43是“鼠笼式转子”。由于鼠笼式转子的特征在本领域是公知的，将不对其进一步具体进行阐释。用于三相系统的转子将在感应线棒的深度和形状上具有变化，以便适应特定的设计需要。
如图1进一步地示出的，上轴承套22的上表面具有平坦的推力轴承表面50，轨道运动的(orbiting)螺旋元件52被布置在推力轴承表面50上。螺旋元件52具有从端板56向上延伸的螺旋叶片或涡旋(wrap)54。其中具有轴颈轴承58的圆柱形毂从轨道运动螺旋元件52的板56的下表面向下伸出。驱动器衬套60被可旋转地布置在轴承58中。驱动器衬套60具有内腔62，其容纳曲柄销32。曲柄销具有平坦的表面，其接合在腔62的一部分中形成的平坦表面(未示出)，以便提供径向顺从(radially compliant)的驱动布置。
非轨道运动螺旋元件70也具有涡旋72，其从被定位为与轨道运动螺旋元件52的涡旋54啮合接合的端盘74向下延伸。非轨道运动螺旋元件70还具有在中心布置的排放通道76，其与和由盖16、隔离物14限定的排放消声(muffler)室80流体连通的朝向上的敞开凹部78连通。非轨道运动螺旋元件70中的环状凹部82容纳浮动密封组件84。敞开的凹部78，环状凹部82和浮动密封组件84协同限定了轴向压力室，其容纳被涡旋58、72压缩的加压流体，以便在非轨道运动螺旋元件70上施加轴向力，从而将涡旋的尖端推动为与端板74、60密封接合。螺旋元件52之间的相互作用下被综合地定义为泵。上面一般地介绍的螺旋式压缩机10是本领域技术人员公知的，将不再详细进行介绍。
如图3所示，定子组件42包含一般地用90表示的堆叠的体或芯，其包含堆叠的叠片或叠层92。叠片具有堆叠高度H。叠层92在图3和图4中示出。在不脱离本发明的范围的情况下，叠层92能用其他的材料制造，然而，在一实施例中，叠层用厚度在大约0.014英寸到大约0.032英寸之间的范围内的电工钢合金片或板坯料制造。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，可使用不同的材料和堆叠厚度。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，叠片可以按部分形成并以交错配置堆叠。
定子芯90具有环形缘94以及从缘向内径向延伸的多个齿96。本领域技术人员将会容易地明了，绕组44绕卷在包含两个、三个、四个或更多个齿的齿组96周围。这种绕组类型通常称为同心绕组。在不脱离本发明的实施例的范围的情况下，可使用其他的绕组方案和技术。例如，如本领域技术人员将会明了的，定子组件42可以为串绕、并绕以及多路径并绕的。绕组44各自由多次绕卷在齿组周围的单股铝线构成。传统上，从大约15美国线规(AWG)到大约22AWG的铜线用电动机绕组。在本发明一实施例中，导线为16AWG绝缘单股铝电磁线。在不脱离本发明的范围的情况下，对于铝导线可使用从大约13AWG到大约20AWG的其他尺寸。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，但是，在一实施例中，导线具有圆的、特别是圆形的截面。取决于得到合适的槽密度需要的密实度(solidity)因子，可以使用其他的横截面形状，例如矩形或正方形。电流流过绕组44，产生旋转的磁场，其与在感应转子线棒47中感应的电流相互作用，对转子组件43进行驱动，使其相对于定子组件42旋转。如本领域技术人员将会明了的那样，定子芯90具有四个、六个或八个磁偶极。换句话说，定子组件42具有这样的绕组44：其被电激励为提供绕定子芯90旋转的四个、六个或八个磁偶极。
如图4和5所示，定子芯90(以及形成定子芯的各个叠层92)具有外径100、齿根直径102和内径104。在不脱离本发明的范围的情况下，定子芯90可具有多种尺寸。在一些实施例中，定子芯90具有与常规相比较小的定子芯内径104与定子芯外径100之比。这种比率的减小允许在与例如铜的较高传导性材料相比保持性能的同时使用较低传导性的材料，例如铝。特别地，相比于常规的定子芯，这种比率提供了附加的定子槽面积，用于将附加的导线加到定子芯90内的绕组44。上述比率也允许如上面所讨论地在保持性能的同时使用较低传导性的材料。
另外，每个齿96具有：根部108；从根部向内延伸的颈部108；与根部相对的顶部110；从根部到顶部测量的长度112(或齿长度)。每个颈部108具有宽度114(或齿宽度)，每对相邻的齿96限定具有面积118的槽116。每个齿具有与常规相比较小的齿颈宽度114与齿长度112之比。将此比率降低为小于常规允许使用较低传导性的材料，例如铝，同时，与例如铜的较高传导性材料相比，保持了性能。特别地，相比于常规的定子芯，这种比率提供了具有拉长的纵横比的齿，在齿之间以及沿着齿的长度提供了附加的空间，以便将附加的导线添加到定子芯90内的绕组。如上面所讨论的那样，前述的减小的比率还允许使用较低传导性的材料，同时，保持了性能。
此外，在一些实施例中，槽面积的总和与电动机40的封闭横截面积之比相比于常规的三相电动机要大。提高这种比例允许使用较低传导性的材料，例如铝，同时，相比于例如铜的较高传导性的材料，保持了性能。特别地，与常规的定子芯相比，此比率范围的提高提供了更多的、作为电动机尺寸的一部分的槽面积，以便将附加的导线加到定子芯90中的绕组44。，如上面所讨论的那样，上述的比率也允许使用较低传导性的材料，同时，保持了性能。
由定子芯90限定的示例性的槽与极的组合包括18个槽116和2、4或6个极，24个槽和2、4、6或8个极，30个槽和2个极，36个槽和2、4、6或8个极。
为了允许使用铝绕组44，增大堆叠高度H可能是必要的。在一实施例中，堆叠高度在从大约23/4英寸到大约6英寸的范围内。在进一步的实施例中，堆叠高度在从大约3英寸和大约51/2英寸之间的范围内。在更进一步的实施例中，堆叠高度大约为51/2英寸。与大约21/2到大约41/2英寸的传统堆叠高度相比，这种增大的堆叠高度为绕卷额外的铝绕组44提供了额外的叠片92。
一种方法可被用来将被设计为用于铜绕组的三相电动机改为具有铝绕组。铜绕组被铝绕组代替。替换绕组用铝导线制成，铝导线具有与铜绕组的相比至少大两个尺寸的线规。例如，如果铜绕组具有大约18AWG的线规，它们用具有大约16AWG的线规的铝导线代替。铝导线具有与铜导线的大约相等的长度，所以，绕组可具有与铜绕组将会具有的绕卷数大约相等的绕卷数。由于铝导线的线规较大，槽的体积必须增大，以容纳较大的导线。在一些设计中，槽的体积可以通过增大对于齿横向测量的槽面积来增大。然而，在一些设计中，定子芯的材料变得小到不能承载高效地驱动转子所需要的电通量。这种情况称作饱和。如果饱和增大到不能接受的程度，槽体积能通过增大槽高度来增大，例如通过增大叠层的数量。本领域技术人员将会明了，使用这种方法可减小材料成本(例如，以差不多35％)，而不牺牲电动机的效率。
已经详细介绍了本发明，将会明了，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，修改和变形是可能的。
当介绍本发明或其优选实施例的元素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多于一个的该元素。术语“包含”、“包括”和“具有”是包括性的，并且旨在表示可能存在除所列元素以外的附加元素。
由上文可见，实现了本发明的几个目标，并获得了其他的有利结果。由于可在不脱离本发明的范围的情况下作出对上述构造的多种改变，上面的说明书以及附图所示的所有主题应当理解为示例性而不是限制性的。

Claims (8)

1.一种螺旋式压缩机系统，包含：
螺旋式压缩机，用于压缩制冷剂；以及
三相高电压电动机，其具有208V与575V之间的运行电压等级范围，该电动机包含：
定子芯，具有环形缘和从缘向内径向延伸的多个齿；
绕卷在定子芯的所述多个齿的齿的周围的包含铝的绕组；以及
转子体，其可旋转地安装在定子芯内，包含朝向所述定子芯的外表面。
2.如权利要求1所述的螺旋式压缩机系统，其中，定子具有在从23/4英寸到6英寸的范围内的电动机堆叠高度。
3.如权利要求2所述的螺旋式压缩机系统，其中，电动机堆叠高度为51/2英寸。
4.如权利要求1所述的螺旋式压缩机系统，其中，绕组包含铝电磁线。
5.如权利要求1所述的螺旋式压缩机系统，其中，绕组包含铝合金电磁线。
6.一种螺旋式压缩机系统，包含：
螺旋式压缩机，用于压缩制冷剂；以及
三相高电压电动机，其具有208V与575V之间的运行电压等级范围，该电动机包含：
定子芯，具有环形缘、外径、齿根直径、内径和从缘向内径向延伸的多个齿，所述多个齿中的每个齿具有根部、从根部向内延伸的颈部以及与根部相对的顶部，环形缘具有限定封闭的截面积的外边缘，各对相邻的齿限定了具有面积的槽；
绕卷在定子芯的所述多个齿的齿的周围的包含铝的绕组，绕组包含第一绕组、第二绕组以及第三绕组；以及
转子体，其可旋转地安装在定子芯内，包含朝向所述定子芯的外表面。
7.如权利要求6所述的螺旋式压缩机系统，其中，电动机具有在从23/4英寸到6英寸的范围内的堆叠高度。
8.如权利要求7所述的螺旋式压缩机系统，其中，电动机堆叠高度为51/2英寸。
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