CN105556800A - 具有中心线圈的电机绕组 - Google Patents

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Abstract

一种具有中心线圈和辅助线圈的电机绕组，所述中心线圈位于极对的场中心，所述辅助线圈位于定子的极对中的两个极中的每一个极的场中。所述定子的极对的每个极的场中的两个主线圈由位于所述极的场中心的单一中心线圈替代。电机、变压器以及线圈的功率取决于铁芯面积的平方。为了在具有辅助线圈的电机中进行线圈功率的分配，使用一给出了定子和转子铁芯的合适负载的因数。通过增加场中中心线圈的匝数来减少定子中的槽数。借助于使用所述线圈在铁芯面积中的功率的平方根来使所述定子得到优化。在气密密封制冷压缩机中，转子中容纳了大的中心轴。变压器中的中心铁芯从环形铁芯的高度的2倍减小为倍。

Description

具有中心线圈的电机绕组
技术领域
一种具有中心线圈和辅助线圈的电机绕组，中心线圈位于极对的场中心，辅助线圈位于定子内的极对中的两个极中的每一个极的场中。
背景技术
电机转子由于在电机中旋转而是圆形的，电机转子的面积和铁芯形状是确定的。定子必须借助于绕组来确保在合适的位置产生足够的场强。绕组借助于一个或多个线圈在合适的位置提供所需的功率。线圈功率取决于线圈中的匝数。当绕组由定子内的每个极中的绕组中的多个线圈组成时，将线圈所对应的转子铁芯面积的平方作为正确分配电机中的负载并且最大程度地使用转子和定子的基础，从而将功率分配至线圈。电机中的每个线圈作为变压器将电力从定子变换至转子。电机功率是三个线圈功率的总和，并且取决于线圈的转子铁芯面积的平方，该转子铁芯面积为转子直径乘以转子宽度。
电机、变压器以及线圈的功率取决于线圈的铁芯面积的平方。功率＝B×A2。功率＝W(瓦特)或VA(伏安)。B＝通量。A＝铁芯面积。
发明内容
制造一种具有中心线圈和辅助线圈的电机绕组，中心线圈位于极对的场中心，辅助线圈位于定子内的极对中的两个极中的每一个极的场中。
在定子极对的两个极中的每一个极内具有线圈的电机中，这两个线圈由位于定子中的每个极对的场中心的一个中心线圈替代。
使定子内的极对中的中心槽更大，并且使极对中的场中心内的中心线圈的匝数增加，并且调整辅助线圈的匝数。
在通用电机和DC电机中具有线圈，该线圈位于定子内的极对的两个极中的每个极中，从而将两个线圈连接为定子场中心处的唯一一个中心线圈。这2个短路线圈为别位于转子的4个槽中，并且连接转子中的2个相对的径向槽。
不同大小的电机功率由线圈的转子的铁芯面积的平方确定，该铁芯面积为转子直径乘以转子宽度。
为了通过对转子铁芯中对应的面积求平方这一函数来达到电机中的线圈的功率，将线圈的匝数设定为与面积成正比(proportional)，该面积为有效转子宽度乘以转子中从转子中心到定子的两个线圈中心的两条线之间的弦长。
定子槽和定子外表面之间的距离取决于该槽中线圈功率的平方根。
在气密密封制冷压缩机中具有中心轴，该中心轴具有中心孔，该中心孔用于由中心轴占异步电机的转子的很大体积的单元的润滑。
对于电机中的线圈，变压器铁芯和线圈被配置为线圈取决于铁芯面积的平方。
多极电机可以绕有中心线圈，在定子的每个极对中可以具有或不具有辅助线圈。通过针对每个相绕制单相电机，能够基于与本发明中所述相同的原理来绕制多相电机。
现有电机
该电机的绕组具有主线圈，在定子的每个极对的两个极中的每个极内具有或不具有辅助线圈。转子的体积可被用作计算电机功率的依据。当电机中存在辅助线圈时，没有已知的有效方法可以计算为定子和转子铁芯提供合适负载的各线圈间的功率分配和匝数分配。当线圈具有匝数很多时，该线圈吸收更多的能量。这引起了热量的积累，进而使得温度升高以致可能造成线圈中存在绝缘和短路而导致发热。功率因数和效率也被减小。这种加热是能量的浪费。由于较小的线圈由于具有匝数过多而几乎总是烧坏，虽然这种线圈更多地被密封。
通用电机和DC电机在定子的极对的两个极中的每一个极内都具有线圈。2个短路线圈分别位于转子中的4个槽内。
气密密封制冷压缩机中具有中心轴，该中心轴具有中心孔，该中心孔用于单元的润滑。在转子中存在润滑油时，能耗显著增大并且电机以更低的速度运转。
改进
通过以与线圈对应的转子铁芯面积的平方为基础来分配线圈功率，具有定子和转子的当前设计的小型异步电机的视在功率效应(VA)约增加25％。功率因数和效率显著提高。通过对定子和转子的设计进行适配，效率可以得到进一步提高。生成的热量更少并且烧毁绕组的可能性更小。对于冷却的需求也减小了。对于铜的消耗几乎与目前相同，但是横截面更小。
通过增大定子的极对的场中心的中心槽并增加场中的中心线圈的匝数以及调整辅助线圈的匝数，可以减少定子中辅助线圈和槽的数量。
当通用电机和直流电机的定子的极对中的两个极中的每一个极内的线圈联合成场中心中的单一中心线圈时，并且当2个短路线圈分别位于转子的、被连接为2个相对的径向槽的4个槽中短路线圈时，电机的效率提高。
在现有的气密密封制冷压缩机中具有中心轴，该中心轴具有中心孔，该中心孔用于单元的润滑，中心轴占异步电机的转子的很大体积，从而增大转子铁芯的面积。润滑油并不使电场变弱，防止能耗增加。并且电机不以更低的速度工作。
当定子位于转子外部时，外部形状由定子中的槽与外部定子表面之间的距离确定，该距离取决于该槽中线圈的功率的平方根。欧洲专利88300380.3中的定子设计中，对于单相感应电机的外部定子表面的设计采用不同设计基础，并且给出了不同的结果。
附图说明
本发明可以通过下述附图来进行解释：
其中不包括启动绕组。启动绕组可以根据相同的规则来绕制。
图1示出了具有24个槽的定子(St)的现有单相异步电机中的绕组。Ro＝转子。St＝定子。B12＝主线圈。B10＝辅助线圈。B8＝辅助线圈。B6＝辅助线圈。B4＝辅助线圈。
图2示出了与图1相同的电机，该电机具有绕组，该绕组具有中心线圈(BC)和辅助线圈(B)，中心线圈位于极对的场中心，辅助线圈位于定子的每个极对中。B11＝辅助线圈。B9＝辅助线圈。B7＝辅助线圈。
图3示出了用于具有两个极、20个槽的定子的绕组，该绕组具有位于极对的场中心的中心铁芯(BC)以及位于定子(St)中每个极对内的辅助线圈(B)。根据辅助线圈(B)所穿过的槽数对辅助线圈进行编号。转子(Ro)中每个辅助线圈对应的角度(A)和sineA以及距离(H)由相同的数字进行编号。H＝定子中的槽和外部定子表面之间的距离。下表中示出了所使用的符号：
线圈 角度 Sine A 距离H
中心线圈BC AC SC HC
辅助线圈B9 A9 S9 H9
辅助线圈B7 A7 S7 H7
辅助线圈B5 A5 S5 H5
辅助线圈B3 A3 S3 H3
图4示出了转子(Ro)中的铁芯面积(N)，该铁芯面积对应于定子(St)中的线圈(B)。铁芯面积(N)以灰色示出。Ro＝转子铁芯。b＝转子宽度。R＝转子(Ro)半径。N＝与定子(St)中的线圈(B)相对应的转子铁芯面积。a＝转子(Ro)中的弦长＝铁芯高度(N)。Pc＝极中心线。A＝极中心线(Pc)与从转子(Ro)中心到定子中两个线圈(B)中心之一的连线之间的角度。
S＝sineA。
图5示出了具有绕组的定子形状，该绕组具有位于场中心的中心线圈和位于极对中的辅助线圈。所计算出的定子形状由黑色示出。
图6示出了具有2个安装孔的定子。所计算出的定子形状由黑色示出。
图7示出了具有当前绕组的通用电机和DC电机。定子中的两个线圈由黑线示出。位于定子的4个槽中的2个短路线圈由黑线示出。
图8示出了具有位于定子的场中心的单一中心线圈的通用电机和DC电机。唯一的中心线圈由黑线示出。转子中相同的两个相对的径向槽中的2个短路线圈由黑线示出。
图9示出了变压器铁芯的当前设计。A＝中心铁芯的高度。a＝环形铁芯的高度。b＝铁芯的宽度。
图10示出了根据对铁芯面积求平方来设置的变压器铁芯的形状。A＝中心铁芯的高度。a＝环形铁芯的高度。b＝铁芯的宽度。
图11示出了采用圆形铁芯的线圈。D＝铁芯的直径。
具体实施方式
以气密密封的制冷压缩机中的单相异步电机为例，该单相异步电机在定子(St)中具有20个槽。启动绕组并未包括在内。启动绕组可以根据相同的规则进行绕制。
参照图3和图4，位于定子(St)的极对的中心处的中心线圈(BC)以转子(Ro)直径与转子(Ro)的宽度(b)的乘积作为铁芯面积(NC)。位于定子(St)的极对中的两个极中的每一个极的场中的辅助线圈(B)根据该辅助线圈所跨接的槽数来编号。辅助线圈在转子(Ro)中对应的角度(A)和sineA以及距离由相同的数字进行编号。电机绕组中的线圈(B)以串联连接，并且因此具有相同的电流强度。铁芯面积宽度(b)与有效转子宽度(b)相等。角度(A)为极中心线(Pc)与从转子(Ro)中心到定子(St)中的两个线圈(B)中心的连线之间的角度。
线圈(B)的铁芯高度(a)与转子(Ro)中的弦长(a)相等，该弦长(a)为从转子(Ro)中心到定子(St)的两个线圈(B)中心的连线之间的距离。为了获得相同的流量负载(flowloading)，线圈(B)的匝数必须与转子(Ro)中对应的铁芯面积(N)成比例。线圈(B)功率取决于其对应在转子的铁芯面积的平方。铁芯(N)是等宽(b)的，并且线圈(B)的匝数将与转子(Ro)中铁芯(N)的高度(a)成正比。线圈(B)功率取决于转子(Ro)中的铁芯(N)的高度(a)的平方。
转子(Ro)中的弦长(a)是转子半径(R)与sineA乘积的2倍。转子半径(R)是恒定的。SineA可以被用作电机绕组中的每个线圈(B)中匝数的分配因数，并且可应用于绕组中具有辅助线圈的所有尺寸的各种电机。
Sine2A被用作线圈(B)功率的比例的分配因数,并且可应用于绕组中具有辅助线圈的所有尺寸的各种电机。
线圈(B)功率的总和是电机功率。电机通过对其转子铁芯面积(NC)求平方而取决于极对的场中心的中心线圈(BC)，转子铁芯面积(NC)为转子直径与转子宽度(b)的乘积。
对于具有两个极、20个槽、绕组具有位于极对的场中心的中心线圈(BC)以及位于极对的两个极中每一个极的场中的辅助线圈(B)的定子(St)，线圈(B)的匝数分配将如下表中所示：
Fs＝电机总计/6.52
当给出了槽和外部定子表面之间的距离时，其他距离(H)必须适配于这些距离的因数sineA。符号表示参照图3。对于具有两个极、20个槽、绕组具有中心线圈(BC)和辅助线圈(B)的定子(St)，距离(H)可如下表中所示：
所得到的定子(St)形状在图5中示出，并且图6中示出了具有以黑色示出的两个安装孔的定子。就电机中的安装而言，从槽到外部定子(St)表面的某个距离(H)大于所需距离，并且调整线圈(B)的匝数以致其相对于转子(Ro)获得恰当的功率。
如图1中所示的现有的单相异步电机中在定子的极对中的两个极的每一个极内具有主线圈和4个辅助线圈被图2中所示的由位于场中心的中心线圈和位于定子的极对中的两个极中的每一个极内的三个辅助线圈代替，电机所具有的节能率为22.5％，并且节省了16.5％的铜。
图9中示出了当前配置中的变压器铁芯。铁芯的高度(A)等于环形铁芯的高度(a)的2倍：A＝2×a。图10中示出了对铁芯面积求平方得到的变压器铁芯：铁芯的高度(A)等于环形铁芯的高度(a)的倍：与此同时，窗口能够被制为平方器，并且铁芯中心(A)和环形铁芯(a)会更短。
图11中所示的线圈的功率取决于铁芯面积的平方。这对于空心线圈是一样的。当使用矩形铁芯来绕制线圈时，对于变压器而言具有相同的规则。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种具有中心线圈和辅助线圈的电机绕组，所述中心线圈位于极对的场中心，所述辅助线圈位于定子的极对中的两个极中的每一个极的场中。
2.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，所述电机在所述定子的所述极对中的两个极中的每一个极内具有线圈，从而将这两个线圈由位于所述定子的每个极对的所述场中心的单一中心线圈来代替。
3.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，使位于所述定子的所述极对的场中的中心槽更大，并且调整所述辅助线圈的匝数。
4.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，通用电机和DC电机在所述定子的所述极对中的两个极中的每一个极内具有线圈，从而将该两个线圈连接成位于场中心的一个中心线圈，所述定子的4个槽中的2个短路线圈在所述定子中的两个相对的径向槽中被联合。
5.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，不同大小的电机的功率由所述电机的所述转子的铁芯面积的平方来确定，所述铁芯面积为转子直径乘以转子宽度。
6.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，通过将所述线圈的匝数设定为与所述铁芯面积成比例，以便通过对所述转子中对应的铁芯面积求平方来达到所述电机的线圈功率，所述铁芯面积为有效转子宽度乘以从所述转子中心到所述定子中的两个线圈中心的两条连线之间的弦长。
7.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，所述定子中的槽与外部定子表面之间的距离取决于该槽中线圈的功率的平方根。

Claims (9)

1.一种具有中心线圈和辅助线圈的电机绕组，所述中心线圈位于极对的场中心，所述辅助线圈位于定子的极对中的两个极中的每一个极的场中。
2.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，所述电机在所述定子的所述极对中的两个极中的每一个极内具有线圈，从而将这两个线圈由位于所述定子的每个极对的所述场中心的单一中心线圈来代替。
3.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，使位于所述定子的所述极对的场中的中心槽更大，并且增加在该槽中的极对中间的电场中的所述中心线圈的匝数。
4.根据权利要求1所述的具有中心线圈的电机绕组，其特征在于，通用电机和DC电机在所述定子的所述极对中的两个极中的每一个极内具有线圈，从而将该两个线圈连接成位于场中心的一个中心线圈，分别位于所述定子的4个槽中的2个短路线圈在所述定子中的两个相对的径向槽中被联合。
5.根据权利要求1所述的电机绕组，其特征在于，不同大小的电机的功率由所述电机的所述转子的铁芯面积的平方来确定，所述铁芯面积为转子直径乘以转子宽度。
6.根据权利要求1所述的电机绕组，其特征在于，通过将所述线圈的匝数设定为与所述铁芯面积成比例，以便通过对所述转子中对应的铁芯面积求平方来达到所述电机的线圈功率，所述铁芯面积为有效转子宽度乘以从所述转子中心到所述定子中的两个线圈中心的两条连线之间的弦长。
7.根据权利要求1所述的电机绕组，其特征在于，所述定子中的槽与外部定子表面之间的距离取决于该槽中线圈的功率的平方根。
8.一种电机，其特征在于，所述电机由制冷压缩机进行气密密封，所述制冷压缩机具有中心轴，所述中心轴具有中心孔，所述中心孔用于单元的润滑，所述中心轴占异步电机的转子的很大体积。
9.一种线圈功率，其特征在于，所述线圈位于变压器中，并且所述线圈依据升高到第二功率的铁芯面积来设置。
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