專利名稱：用于感應(yīng)電動機(jī)電路的兩導(dǎo)體繞組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及異步電動機(jī)，特別涉及用于這些電動機(jī)的繞組。
背景技術(shù)：
單相和三相電動機(jī)用在多種應(yīng)用場合中。單相電動機(jī)可包含定子和轉(zhuǎn)子，定子具有主繞組和輔助繞組，轉(zhuǎn)子具有在其中形成的電氣導(dǎo)體。有選擇地通過繞組提供電流，以便在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)二次電流。繞組和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，以便在轉(zhuǎn)子的輸出軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。三相電動機(jī)具有間隔120度的三個定子繞組。響應(yīng)于在繞組中流動的電流相(current phases)，氣隙磁通在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電流，并在轉(zhuǎn)子輸出軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。繞組可直接由AC源供電，或者，DC逆變器可用于對于所選擇的速度以需要的頻率和幅度供給電力。轉(zhuǎn)子繞組典型地為絕緣電氣導(dǎo)體。最常見的是，定子具有槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體在槽結(jié)構(gòu)中多次繞卷以形成繞組。導(dǎo)線線規(guī)(gauge)和匝數(shù)影響電動機(jī)的輸出和效率。繞卷導(dǎo)線的槽的尺寸典型地被設(shè)計為容納特定線規(guī)的導(dǎo)線達(dá)預(yù)定的匝數(shù)。在電動機(jī)制造中，定子可以大量制造，用于安裝在電動機(jī)中。定子成本的一個部分為繞組所使用的導(dǎo)體的類型。經(jīng)常使用銅，但是隨著銅的成本顯著上升，較便宜的鋁的使用得到增長。用鋁替換銅的問題來自于鋁線相較于相同線規(guī)的銅線具有較大的電阻率。因此，鋁線的線規(guī)需要較大，以便使鋁線承載與被替換的銅線大約相同量值的電流。不幸的是，定子間隙典型地小到不能容納所述匝數(shù)的較大的鋁線。如果定子必須重新設(shè)計或修改以容納較大線規(guī)的鋁線，則實(shí)際上抵消了用鋁替換繞組中的銅帶來的任何節(jié)省。

發(fā)明內(nèi)容
電氣感應(yīng)電動機(jī)具有用兩種不同電氣導(dǎo)體構(gòu)成的主繞組。電動機(jī)包含定子，其具有在周圍形成繞組的結(jié)構(gòu)，繞組包含第一電氣導(dǎo)體和第二電氣導(dǎo)體，第一電氣導(dǎo)體具有第一末端和第二末端，第二電氣導(dǎo)體具有第一末端和第二末端，第一電氣導(dǎo)體的第一末端和第二電氣導(dǎo)體的第一末端耦合在一起，第一電氣導(dǎo)體的第二末端和第二電氣導(dǎo)體的第二末端耦合在一起，構(gòu)成第一電氣導(dǎo)體與第二電氣導(dǎo)體的并聯(lián)電路，第二電氣導(dǎo)體具有與第一電氣導(dǎo)體的電阻率相比較大的電阻率。在一實(shí)施例中，第一電氣導(dǎo)體為銅，第二電氣導(dǎo)體為
ρ O電動機(jī)可用這樣的方法制造使用具有不同電阻率的兩種電氣導(dǎo)體構(gòu)成電動機(jī)繞組。該方法包含將第一電氣導(dǎo)體耦合到第二電氣導(dǎo)體，以構(gòu)成并聯(lián)電路，第二電氣導(dǎo)體具有與第一電氣導(dǎo)體的電阻率相比較大的電阻率；將第一與第二電氣導(dǎo)體繞卷在定子中的一組槽的間隙周圍，以構(gòu)成用于電動機(jī)的繞組。


下面將聯(lián)系附圖闡釋具有有著不同電阻率的兩種電氣導(dǎo)體的電動機(jī)繞組的前述方面以及其他特征，其中，電氣導(dǎo)體在并聯(lián)電路中耦合在一起，以構(gòu)成繞組。圖1為定子和定子中的繞組的透視圖；圖2為具有用于啟動電動機(jī)的輔助繞組的感應(yīng)電動機(jī)的電路圖；圖3為具有由兩種不相似的導(dǎo)體制成的主繞組的感應(yīng)電動機(jī)的電路圖。
具體實(shí)施例方式可安裝在傳統(tǒng)的電氣感應(yīng)電動機(jī)中的定子10在圖1中示出。定子10由鑄鐵或鋁所制的多個薄疊層構(gòu)成。疊層接合在一起，以便形成具有槽18的中空定子芯14。絕緣導(dǎo)線 22的線圈已經(jīng)繞卷在一組槽上，以形成繞組沈。當(dāng)交流電流施加到繞組沈時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。這種旋轉(zhuǎn)磁場以已知的方式作用在轉(zhuǎn)子上，以便在轉(zhuǎn)子的輸出軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。圖2示出了單相感應(yīng)電動機(jī)的電路圖。電動機(jī)50包含輸入連接M、主繞組58、電容器62、離心開關(guān)66、啟動或輔助繞組70、轉(zhuǎn)子74。主繞組58和輔助繞組70繞卷在一組定子槽上，如上面所介紹的那樣。電容器62、離心開關(guān)66、輔助繞組70已經(jīng)被添加，因?yàn)閮H僅具有一個繞組的電動機(jī)不是自啟動的。在停止位置或低速時，離心開關(guān)66閉合。響應(yīng)于施加到電路的交流電流，通過主繞組58的電流滯后于供電電流，這是因?yàn)橹骼@組的阻抗。 類似地，由于啟動分支的阻抗，通過電路的啟動分支(start leg)-其包含電容器62、開關(guān) 66、繞組70-的電流也滯后于供電電流。主繞組和啟動繞組產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生以一個方向旋轉(zhuǎn)的磁場。此磁場作用在轉(zhuǎn)子上以轉(zhuǎn)動它。隨著轉(zhuǎn)子逼近預(yù)定的速度，離心開關(guān)斷開，輔助繞組不再產(chǎn)生磁場。此后，主繞組通過與轉(zhuǎn)子的交互繼續(xù)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以繼續(xù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。在先前知道的感應(yīng)電動機(jī)中，主繞組和輔助繞組可用繞卷在一組定子間隙上的銅線制成。銅線繞卷在定子槽上達(dá)多匝，以獲得繞組的預(yù)定的效能匝(efficiency-turns)和電阻。隨著銅的價格的增長，考慮將較為便宜的導(dǎo)體用作形成繞組的銅的替代。然而，這些較為便宜的導(dǎo)體不具有像銅一樣低的電阻率。因此，較為便宜的導(dǎo)體要求導(dǎo)線具有與將被替代的銅線相比較大的線規(guī)，以便提供與銅繞組的效能匝以及電阻相當(dāng)?shù)男芎碗娮?。例如，?0攝氏度的溫度下，銅具有大約1. 724微歐姆每立方厘米的電阻率，而在20攝氏度的溫度下，鋁具有大約2. 828微歐姆每立方厘米的電阻率。在定子槽中繞卷較大線規(guī)的導(dǎo)線達(dá)適當(dāng)數(shù)量的匝使得定子中的槽被過度填充。因此，或者需要增大槽的尺寸，或者需要增加轉(zhuǎn)子的長度。兩種類型的改變相對較為昂貴，因?yàn)樗鼈冃枰龃蟮脑O(shè)計和加工費(fèi)用，或增大的材料費(fèi)用。當(dāng)然，這些增大的費(fèi)用至少是在部分上抵消了希望從替換較為便宜的導(dǎo)體材料帶來的節(jié)省。為了克服這些問題并保留由為繞組替換較為便宜的導(dǎo)體帶來的更多可能的成本節(jié)省，已經(jīng)開發(fā)出包含兩種具有不同電阻率的電氣導(dǎo)體的新的繞組，電氣導(dǎo)體在并聯(lián)電路中耦合在一起。圖3示出了具有新的繞組的電動機(jī)的電路圖。這一方案與圖2所示的相同， 故同樣的參考標(biāo)號用于類似的部件。然而，主繞組100由兩個電氣導(dǎo)體構(gòu)成。一個電氣導(dǎo)體為絕緣銅線104，另一個導(dǎo)體為絕緣鋁線108。如圖所示，兩個導(dǎo)體彼此耦合，以形成并聯(lián)電路。為了使繞組100具有與繞組58-其被繞組100代替一相等的效能匝和電阻，構(gòu)成繞組100的銅線的線規(guī)從用于構(gòu)成銅線58的銅線的線規(guī)減小。在一個實(shí)施例中，繞組58 由在三個定子槽中繞卷M匝、37匝、43匝的18線規(guī)的銅線構(gòu)成，而繞組100由在三個定子槽中繞卷27匝、36匝、42匝的并聯(lián)耦合的21線規(guī)銅線和19線規(guī)鋁線構(gòu)成。即使為了得到相等的效能匝而需要更多匝，較薄的導(dǎo)體使得由兩種導(dǎo)體構(gòu)成的繞組能夠安裝在用于保持繞組58的同樣的定子槽中。另外，繞組100需要的銅量的減小，加上與繞組100中使用的鋁線的減小的成本，帶來了超越繞組58的成本的大約13%的成本節(jié)省。因此，在并聯(lián)電路中耦合在一起的具有不同電阻率的兩個電氣導(dǎo)體的組合提供了安裝在原始電動機(jī)的定子槽中的較為便宜的繞組。在上面討論的實(shí)施例中，同樣長度的銅線的三個線規(guī)尺寸的下降導(dǎo)致繞組的一個分支具有原始繞組58的一半的電阻。因此，原始繞組58的另一半必須由鋁線提供。通過將鋁線的線規(guī)增大到比新選擇的銅線線規(guī)導(dǎo)線大兩個線規(guī)尺寸，可采用與較小線規(guī)銅線長度相等的鋁線長度獲得與原始繞組58的一半相等的電阻。然而，可使用兩個導(dǎo)體之間的電阻的其他比率，只要導(dǎo)體的并聯(lián)布置給出的電阻等于用一個金屬導(dǎo)體制造的原始繞組的電阻。上面公開的主電動機(jī)繞組的構(gòu)造可用于電動機(jī)中的其他繞組。例如，輔助繞組也可包含在并聯(lián)電路中耦合并在定子槽周圍繞卷的具有不同電阻率的兩個電氣導(dǎo)體。類似地，可類似地制造多相電動機(jī)中的一個或多于一個的繞組。并入上面公開的繞組構(gòu)造使得可由使用較為便宜的材料實(shí)現(xiàn)節(jié)省以及電動機(jī)重量的減小。在運(yùn)行中，對于一個或多于一個的新繞組，評估已有的電動機(jī)設(shè)計。選擇繞組，并對繞組選擇具有第一電阻率的較薄的導(dǎo)體。選擇具有與第一導(dǎo)體不同的電阻率的第二導(dǎo)體。選擇各個導(dǎo)體的電阻，當(dāng)兩個導(dǎo)體在并聯(lián)電路中彼此耦合時，其得到與原始設(shè)計中的繞組電阻相等的電阻。于是由對于各個導(dǎo)體的電阻決定各個導(dǎo)體的長度，將兩個導(dǎo)體彼此耦合以形成并聯(lián)電路。兩個導(dǎo)體于是繞卷在用于原始電動機(jī)設(shè)計的定子的一組槽中。于是可對電動機(jī)進(jìn)行測試，以驗(yàn)證具有新繞組的電動機(jī)的性能是否等同于原始電動機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明了，可對上面介紹的具體實(shí)施方式
進(jìn)行多種修改。因此，下面的權(quán)利要求不對上面所示出的和所介紹的特定實(shí)施例進(jìn)行限制。原始提出的和將被修改的權(quán)利要求包括對這里公開的實(shí)施例和啟示的變型、替換、修改、改進(jìn)、等同和基本等同，包括當(dāng)前未預(yù)見和未想到的那些，以及例如可由申請人/合作者等想到的那些。
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)，包含定子，其具有一結(jié)構(gòu)，繞組在該結(jié)構(gòu)的周圍形成；且繞組包含第一電氣導(dǎo)體，其具有第一末端與第二末端；以及第二電氣導(dǎo)體，其具有第一末端和第二末端，第一電氣導(dǎo)體的第一末端和第二電氣導(dǎo)體的第一末端耦合在一起，第一電氣導(dǎo)體的第二末端和第二電氣導(dǎo)體的第二末端耦合在一起，以形成第一電氣導(dǎo)體和第二電氣導(dǎo)體的并聯(lián)電路，第二電氣導(dǎo)體具有大于第一電氣導(dǎo)體的電阻率。
2.權(quán)利要求1的電動機(jī)，其中，第一電氣導(dǎo)體為銅，第二電氣導(dǎo)體為鋁。
3.權(quán)利要求1的電動機(jī)，其中，第一電氣導(dǎo)體具有小于第二電氣導(dǎo)體線規(guī)的線規(guī)尺寸。
4.權(quán)利要求3的電動機(jī)，其中，第一電氣導(dǎo)體的線規(guī)尺寸至少比第二電氣導(dǎo)體的線規(guī)尺寸小兩個線規(guī)尺寸。
5.權(quán)利要求1的電動機(jī)，其中，第一電氣導(dǎo)體的電阻等于第二電氣導(dǎo)體的電阻。
6.權(quán)利要求1的電動機(jī)，其中，定子包含另一結(jié)構(gòu)，另一繞組在該結(jié)構(gòu)周圍形成；所述另一繞組包含第三電氣導(dǎo)體，其具有第一末端和第二末端，并具有等于第一電氣導(dǎo)體電阻率的電阻率；以及第四電氣導(dǎo)體，其具有第一末端和第二末端，第三電氣導(dǎo)體的第一末端和第四電氣導(dǎo)體的第一末端耦合在一起，第三電氣導(dǎo)體的第二末端和第四電氣導(dǎo)體的第二末端耦合在一起，以形成第三電氣導(dǎo)體和第四電氣導(dǎo)體的并聯(lián)電路，第四電氣導(dǎo)體具有等于第二電氣導(dǎo)體的電阻率。
7.權(quán)利要求6的電動機(jī)，其中，第三電氣導(dǎo)體為絕緣銅線，第四電氣導(dǎo)體為絕緣鋁線。
8.權(quán)利要求6的電動機(jī)，其中，第三電氣導(dǎo)體具有小于第四電氣導(dǎo)體線規(guī)的線規(guī)。
9.權(quán)利要求6的電動機(jī)，其中，第三電氣導(dǎo)體的電阻等于第四電氣導(dǎo)體的電阻。
10.權(quán)利要求6的電動機(jī)，其中，第一電氣導(dǎo)體的線規(guī)尺寸至少比第二電氣導(dǎo)體的線規(guī)尺寸小兩個線規(guī)尺寸。
11.一種用于構(gòu)建電動機(jī)的方法，其包含將第一電氣導(dǎo)體耦合到第二電氣導(dǎo)體，以形成并聯(lián)電路，第二電氣導(dǎo)體具有大于第一電氣導(dǎo)體電阻率的電阻率；以及在定子中的一組槽內(nèi)繞卷第一與第二電氣導(dǎo)體，以便形成用于電動機(jī)的繞組。
12.權(quán)利要求11的方法，其中，第一電氣導(dǎo)體為絕緣銅線，第二電氣導(dǎo)體為絕緣鋁線。
13.權(quán)利要求11的方法，其中，第一電氣導(dǎo)體的線規(guī)小于第二電氣導(dǎo)體的線規(guī)。
14.權(quán)利要求11的方法，其中，第一電氣導(dǎo)體的電阻等于第二電氣導(dǎo)體的電阻。
15.權(quán)利要求11的方法，其中，第一電氣導(dǎo)體的線規(guī)尺寸至少比第二電氣導(dǎo)體的線規(guī)尺寸小兩個線規(guī)尺寸。
全文摘要
一種電氣感應(yīng)電動機(jī)，其具有用有著不同電阻率的兩個電氣導(dǎo)體構(gòu)成的主繞組。電動機(jī)包含定子，定子具有一結(jié)構(gòu)，繞組在該結(jié)構(gòu)的周圍形成，繞組包含第一電氣導(dǎo)體和第二電氣導(dǎo)體，第一電氣導(dǎo)體具有第一末端和第二末端，第二電氣導(dǎo)體具有第一末端和第二末端，第一電氣導(dǎo)體的第一末端和第二電氣導(dǎo)體的第一末端耦合在一起，第一電氣導(dǎo)體的第二末端和第二電氣導(dǎo)體的第二末端耦合在一起，以形成第一電氣導(dǎo)體和第二電氣導(dǎo)體的并聯(lián)電路，第二電氣導(dǎo)體具有大于第一電氣導(dǎo)體電阻率的電阻率。在一個實(shí)施例中，第一電氣導(dǎo)體是銅，第二電氣導(dǎo)體是鋁。
文檔編號H02K17/08GK102334268SQ201080009316
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者A·B·法庫納斯 申請人:艾默生電氣公司