專利名稱：電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機，例如電動機或發(fā)電機，特別涉及具有鋁繞組的三相電機。
背景技術：
例如電動機或發(fā)電機的電機典型地包含安裝在外殼內的定子和支撐在外殼中以便相對于定子旋轉的轉子。該機器中的定子和/或轉子具有包含導線線圈的繞組。在電動機中，電經(jīng)過這些線圈傳輸，從而產生磁場，導致轉子旋轉。在發(fā)電機中，當轉子旋轉時，在繞組中產生電。盡管可使用不同的導電材料來制作繞組，在過去，這些繞組經(jīng)常用銅或銅合金來制作。三相系統(tǒng)用于對大型電動機或其他的大型電氣負荷供電。三相電動機是一類普通的三相負載。由于其高效率、成本有效性和耐久性，三相感應電動機常常用來驅動螺旋式壓縮機。由于其在壓縮氣體制冷劑中的高效率，螺旋式壓縮機在例如空調器的裝置中是令人滿意的。包含電機的設備的尺寸、性能和成本可能是做出購買決策時的重要因素，尤其是對于空調器。另外，電機的尺寸、性能和成本經(jīng)常對整體設備的尺寸和成本具有顯著影響。用于制造繞組的導電材料的價格是波動的，有時，某些繞組材料比其他繞組材料要貴。例如，有時，相比于例如鋁的導電材料，銅非常貴。材料的導電率也是重要考慮因素。 當傳導性下降時，必須使用較大的繞組來克服損耗。然而，較大的繞組增加了關于機器尺寸以及結果帶來的設備尺寸的憂慮。因此，即使例如鋁的一些材料具有超越例如銅的更為常用的材料的成本優(yōu)勢，由于例如尺寸等的這些其他的考慮，可能仍然使用銅。按照慣例，對設計為使用銅繞組的電動機進行修改、使其具有鋁繞組但保持類似的性能特性需要電動機具有更大的體積。這種體積增大常常通過實質上增大電動機直徑和/或以容納超過傳統(tǒng)銅繞組體積的增大的鋁繞組體積來實現(xiàn)。但是，如果電動機的外尺寸受到將要使用電動機的應用場合的限制，長度和/或直徑上的這些增大將不起作用，故而不能在不犧牲性能的情況下使用替代性的繞組材料(例如鋁)。如果三相電機可包含更具成本有效性的材料(例如鋁繞組)但保持電動機中相似的性能特性而不實質性增大其直徑和/或長度將會是有利的。

發(fā)明內容
在一實施形態(tài)中，本發(fā)明一般涉及在螺旋式壓縮機中使用的三相高電壓電動機。 電動機包含定子芯，定子芯具有環(huán)形緣以及從緣徑向向內延伸的多個齒。鋁繞組繞卷在定子芯的所述多個齒的齒周圍。繞組彼此間隔120電角度。電動機還包含轉子體，轉子體可旋轉地安裝定子芯內并包含朝向定子芯的外表面。在另一實施形態(tài)中，本發(fā)明一般涉及螺旋式壓縮機系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含螺旋式壓縮機和三相高電壓電動機。電動機包含定子芯，定子芯具有環(huán)形緣、外徑，齒根直徑(root tooth diameter)、內徑以及從緣向內徑向延伸的多個齒。所述多個齒中的每個齒具有根
4部、從齒根向內延伸的頸部以及與根部相對的頂部。環(huán)形緣具有外邊緣，外邊緣限定了封閉的橫截面積。各對相鄰的齒限定了具有面積(area)的槽。鋁繞組繞卷在定子芯的所述多個齒的齒周圍。繞組彼此間隔120度電角度。電動機還包含轉子體，轉子體可旋轉地安裝在定子芯內并具有朝向定子芯的外表面。在另一實施形態(tài)中，本發(fā)明一般涉及對用于螺旋式壓縮機的三相高電壓電動機進行修改的方法。電動機包含具有多個齒的定子芯。所述多個齒中的每對相鄰的齒限定了具有體積的槽。銅繞組被繞卷在定子芯的所述多個齒的齒周圍。繞組彼此間隔120度電角度。電動機還包含轉子，其可旋轉地安裝在定子芯內，并包含朝向所述定子芯的外表面。該方法包含用這樣的導線制成的鋁繞組代替銅繞組其線規(guī)尺寸比制造銅導線的導線至少大二，且長度與制造銅繞組的導線相等。槽的體積增大，以便容納鋁繞組。下文中將會部分地給出其他的目的和特征。


圖1是包含本發(fā)明的電動機的螺旋式壓縮機的截面圖；圖2是由本發(fā)明的電動機驅動的螺旋式壓縮機的原理性截面圖；圖3是本發(fā)明的定子組件的部分透視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的定子疊層的端視圖；以及圖5是電機定子疊層的放大的端視圖。貫穿繪圖，對應的參考標號表示對應的部件。
具體實施例方式現(xiàn)在參照附圖、特別是圖1，一般地用10表示的螺旋式壓縮機包含一般為圓柱形的殼體12 ；連接(例如焊接)到殼體上端的隔離物14 ；連接到隔離物的蓋16 ；連接到殼體下端的基座18。下軸承套20被固定到殼體12，上軸承套22被固定到高于下軸承套的殼體 12?；?8具有與殼體12 —體化地形成的多個安裝腳(沒有顯示)。蓋16具有冷卻劑排放配件對。在其上端具有偏心曲柄銷32的驅動軸30可旋轉地安裝在位于下軸承套20中的第一軸承34以及位于上軸承套22中的第二軸承36中。驅動軸30由一般用40表示的電動機旋轉。在所示的實施例中，電動機是三相高電壓感應電動機，其具有大約208V與大約 575V之間的標準運行電壓等級范圍。參照圖2，電動機40包含定子組件42、在定子組件周圍繞卷的繞組44 (見圖1)以及安裝(例如壓配)在驅動軸30上的轉子組件43。轉子組件43包含轉子體45，轉子體45 具有感應轉子線棒47，并相應地具有上下平衡配重46、48(見圖1)。在所示的實施例中，轉子組件43是“鼠籠式轉子”。由于鼠籠式轉子的特征在本領域是公知的，將不對其進一步具體進行闡釋。用于三相系統(tǒng)的轉子將在感應線棒的深度和形狀上具有變化，以便適應特定的設計需要。如圖1進一步地示出的，上軸承套22的上表面具有平坦的推力軸承表面50，軌道運動的(orbiting)螺旋元件52被布置在推力軸承表面50上。螺旋元件52具有從端板56 向上延伸的螺旋葉片或渦旋(wrap) 54。其中具有軸頸軸承58的圓柱形轂從軌道運動螺旋元件52的板56的下表面向下伸出。驅動器襯套60被可旋轉地布置在軸承58中。驅動器襯套60具有內腔62，其容納曲柄銷32。曲柄銷具有平坦的表面，其接合在腔62的一部分中形成的平坦表面(未示出)，以便提供徑向順從(radially compliant)的驅動布置。非軌道運動螺旋元件70也具有渦旋72，其從被定位為與軌道運動螺旋元件52的渦旋M嚙合接合的端盤74向下延伸。非軌道運動螺旋元件70還具有在中心布置的排放通道76，其與和由蓋16、隔離物14限定的排放消聲(muffler)室80流體連通的朝向上的敞開凹部78連通。非軌道運動螺旋元件70中的環(huán)狀凹部82容納浮動密封組件84。敞開的凹部78，環(huán)狀凹部82和浮動密封組件84協(xié)同限定了軸向壓力室，其容納被渦旋58、72壓縮的加壓流體，以便在非軌道運動螺旋元件70上施加軸向力，從而將渦旋的尖端推動為與端板74、60密封接合。螺旋元件52之間的相互作用下被綜合地定義為泵。上面一般地介紹的螺旋式壓縮機10是本領域技術人員公知的，將不再詳細進行介紹。如圖3所示，定子組件42包含一般地用90表示的堆疊的體或芯，其包含堆疊的疊片或疊層92。疊片具有堆疊高度H。疊層92在圖3和圖4中示出。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，疊層92能用其他的材料制造，然而，在一實施例中，疊層用厚度在大約0.014 英寸到大約0. 032英寸之間的范圍內的電工鋼合金片或板坯料制造。本領域技術人員將會明了，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，取決于電動機設計和性能要求，可使用不同的材料和堆疊厚度。本領域技術人員將會明了，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，疊片可以按部分形成并以交錯配置堆疊。定子芯90具有環(huán)形緣94以及從緣向內徑向延伸的多個齒96。本領域技術人員將會容易地明了，繞組44繞卷在包含兩個、三個、四個或更多個齒的齒組96周圍。這種繞組類型通常稱為同心繞組。在不脫離本發(fā)明的實施例的范圍的情況下，可使用其他的繞組方案和技術。例如，如本領域技術人員將會明了的，定子組件42可以為串繞、并繞以及多路徑并繞的。繞組44各自由多次繞卷在齒組周圍的單股鋁線構成。傳統(tǒng)上，從大約15美國線規(guī)(AWG)到大約22AWG的銅線用電動機繞組。在本發(fā)明一實施例中，導線為16AWG絕緣單股鋁電磁線。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，對于鋁導線可使用從大約13AWG到大約 20AWG的其他尺寸。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，導線可具有其他的截面形狀，但是， 在一實施例中，導線具有圓的、特別是圓形的截面。取決于得到合適的槽密度需要的密實度 (solidity)因子，可以使用其他的橫截面形狀，例如矩形或正方形。電流流過繞組44，產生旋轉的磁場，其與在感應轉子線棒47中感應的電流相互作用，對轉子組件43進行驅動，使其相對于定子組件42旋轉。如本領域技術人員將會明了的那樣，定子芯90具有四個、六個或八個磁偶極。換句話說，定子組件42具有這樣的繞組44 其被電激勵為提供繞定子芯90 旋轉的四個、六個或八個磁偶極。如圖4和5所示，定子芯90 (以及形成定子芯的各個疊層92)具有外徑100、齒根直徑102和內徑104。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，定子芯90可具有多種尺寸。在一些實施例中，定子芯90具有與常規(guī)相比較小的定子芯內徑104與定子芯外徑100之比。這種比率的減小允許在與例如銅的較高傳導性材料相比保持性能的同時使用較低傳導性的材料，例如鋁。特別地，相比于常規(guī)的定子芯，這種比率提供了附加的定子槽面積，用于將附加的導線加到定子芯90內的繞組44。上述比率也允許如上面所討論地在保持性能的同時使用較低傳導性的材料。
另外，每個齒96具有根部108 ；從根部向內延伸的頸部108 ；與根部相對的頂部 110 ；從根部到頂部測量的長度112 (或齒長度)。每個頸部108具有寬度114(或齒寬度)， 每對相鄰的齒96限定具有面積118的槽116。每個齒具有與常規(guī)相比較小的齒頸寬度114 與齒長度112之比。將此比率降低為小于常規(guī)允許使用較低傳導性的材料，例如鋁，同時， 與例如銅的較高傳導性材料相比，保持了性能。特別地，相比于常規(guī)的定子芯，這種比率提供了具有拉長的縱橫比的齒，在齒之間以及沿著齒的長度提供了附加的空間，以便將附加的導線添加到定子芯90內的繞組。如上面所討論的那樣，前述的減小的比率還允許使用較低傳導性的材料，同時，保持了性能。此外，在一些實施例中，槽面積的總和與電動機40的封閉橫截面積之比相比于常規(guī)的三相電動機要大。提高這種比例允許使用較低傳導性的材料，例如鋁，同時，相比于例如銅的較高傳導性的材料，保持了性能。特別地，與常規(guī)的定子芯相比，此比率范圍的提高提供了更多的、作為電動機尺寸的一部分的槽面積，以便將附加的導線加到定子芯90中的繞組44。，如上面所討論的那樣，上述的比率也允許使用較低傳導性的材料，同時，保持了性能。由定子芯90限定的示例性的槽與極的組合包括18個槽116和2、4或6個極，24 個槽和2、4、6或8個極，30個槽和2個極，36個槽和2、4、6或8個極。為了允許使用鋁繞組44，增大堆疊高度H可能是必要的。在一實施例中，堆疊高度在從大約23/4英寸到大約6英寸的范圍內。在進一步的實施例中，堆疊高度在從大約3英寸和大約572英寸之間的范圍內。在更進一步的實施例中，堆疊高度大約為572英寸。與大約272到大約472英寸的傳統(tǒng)堆疊高度相比，這種增大的堆疊高度為繞卷額外的鋁繞組 44提供了額外的疊片92。一種方法可被用來將被設計為用于銅繞組的三相電動機改為具有鋁繞組。銅繞組被鋁繞組代替。替換繞組用鋁導線制成，鋁導線具有與銅繞組的相比至少大兩個尺寸的線規(guī)。例如，如果銅繞組具有大約18AWG的線規(guī)，它們用具有大約16AWG的線規(guī)的鋁導線代替。 鋁導線具有與銅導線的大約相等的長度，所以，繞組可具有與銅繞組將會具有的繞卷數(shù)大約相等的繞卷數(shù)。由于鋁導線的線規(guī)較大，槽的體積必須增大，以容納較大的導線。在一些設計中，槽的體積可以通過增大對于齒橫向測量的槽面積來增大。然而，在一些設計中，定子芯的材料變得小到不能承載高效地驅動轉子所需要的電通量。這種情況稱作飽和。如果飽和增大到不能接受的程度，槽體積能通過增大槽高度來增大，例如通過增大疊層的數(shù)量。 本領域技術人員將會明了，使用這種方法可減小材料成本(例如，以差不多35% )，而不犧牲電動機的效率。已經(jīng)詳細介紹了本發(fā)明，將會明了，在不脫離所附權利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下，修改和變形是可能的。當介紹本發(fā)明或其優(yōu)選實施例的元素時，冠詞“一 ”、“ 一個”、“該，，和“所述，，旨在
表示存在一個或多于一個的該元素。術語“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。由上文可見，實現(xiàn)了本發(fā)明的幾個目標，并獲得了其他的有利結果。由于可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下作出對上述構造的多種改變，上面的說明書以及附圖所示的所有主題應當理解為示例性而不是限制性的。
權利要求
1.一種用于螺旋式壓縮機的三相高電壓電動機，包含定子芯，其具有環(huán)形緣以及從緣向內徑向延伸的多個齒；包含鋁的繞組，其繞卷在定子芯的所述多個齒的齒周圍，繞組彼此間隔120度電角度；以及在定子芯內可旋轉地安裝并具有朝向所述定子芯的外表面的轉子體。
2.如權利要求1所述的三相電動機，其中，各對相鄰的齒限定了具有面積的槽，槽面積總和與電動機的封閉截面積之比相比于傳統(tǒng)三相電機的較大。
3.如權利要求2所述的三相電動機，其中，定子具有在從大約23/4英寸到大約6英寸的范圍內的電動機堆疊高度。
4.如權利要求3所述的三相電動機，其中，電動堆疊高度大約為572英寸。
5.如權利要求1所述的三相電動機，其中，繞組包含鋁電磁線。
6.如權利要求1所述的三相電動機，其中，繞組包含鋁合金電磁線。
7.如權利要求1所述的三相電動機，其中，電動機具有從大約208V到大約575V的范圍內的電壓等級。
8.一種螺旋式壓縮機系統(tǒng)，包含螺旋式壓縮機；以及三相高電壓電動機，包含定子芯，具有環(huán)形緣、外徑、齒根直徑、內徑和從緣向內徑向延伸的多個齒，所述多個齒中的每個齒具有根部、從根部向內延伸的頸部以及與根部相對的頂部，環(huán)形緣具有限定封閉的截面積的外邊緣，各對相鄰的齒限定了具有面積的槽；繞卷在定子芯的所述多個齒的齒的周圍的包含鋁的繞組，繞組彼此間隔120度電角度；以及轉子體，其可旋轉地安裝在定子芯內，包含朝向所述定子芯的外表面。
9.如權利要求8所述的螺旋式壓縮機系統(tǒng)，其中，各對相鄰的齒限定具有面積的槽，槽面積總和與電動機的封閉截面積之比相比于常規(guī)三相電動機的較大。
10.如權利要求9所述的螺旋式壓縮機系統(tǒng)，其中，電動機具有在從大約23/4英寸到大約6英寸的范圍內的堆疊高度。
11.如權利要求10所述的螺旋式壓縮機系統(tǒng)，其中，電動機堆疊高度大約為572英寸。
12.一種對用于螺旋式壓縮機的三相高電壓電動機進行修改的方法，該電動機包含 具有多個齒的定子芯，所述多個齒的各對相鄰的齒限定了具有體積的槽，包含銅的繞組被繞卷在定子芯的所述多個齒的齒的周圍，繞組彼此間隔120度電角度；轉子，其可旋轉地安裝在定子芯內，并包含朝向定子芯的外表面，所述方法包含用這樣的導線制成的鋁繞組代替銅繞組其線規(guī)尺寸比制造銅導線的導線至少大二個線規(guī)，且長度與制造銅繞組的導線相等；以及增大槽的體積，以便容納鋁繞組。
13.如權利要求12所述的方法，其中，通過增大定子的堆疊高度來增大槽的體積，以便容納鋁導線。
14.如權利要求12所述的方法，其中，通過增大在定子芯的相鄰齒對之間延伸的槽面積來增大槽的體積，以便容納鋁導線。
15.如權利要求12所述的方法，其中，通過增大在相鄰齒對之間延伸的槽面積以及通過增大定子的堆疊高度來增大槽的體積，以便容納鋁導線。
全文摘要
一種用于螺旋式壓縮機的三相高電壓電動機，包含定子芯，定子芯具有環(huán)形緣以及從緣向內徑向延伸的多個齒。鋁繞組被繞卷在定子芯的所述多個齒的齒的周圍。繞組彼此間隔120度電角度。電動機還包含轉子體，其可旋轉地安裝在定子芯內，并包含朝向定子芯的外表面。
文檔編號H02K3/46GK102483064SQ201080038785
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權日2009年9月1日
發(fā)明者J·S·羅斯 申請人:艾默生電氣公司