具有采用铝绕组的单相感应电机的涡旋压缩的制造方法
【专利摘要】一种用于压缩制冷剂的涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括单相电机，该单相电机包括具有定子芯体的定子，该定子芯体限定径向地位于定子芯体内部周围的多个槽以及位于该多个槽内的绕组。该绕组包括主绕组和启动绕组，并且主绕组和启动绕组中的每个绕组由包括铝的导线组成。压缩机包括转子，其被同轴地设置在定子内;驱动轴，其被藕接到转子;以及轨道涡旋构件，其被藕接到驱动轴。单相电机、驱动轴以及轨道涡旋构件位于外壳内。
【专利说明】具有采用铝绕组的单相感应电机的涡旋压缩机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年11月30日提交的美国临时申请N0.61/731,618的权益。上述申请的全部公开通过引用并入在此。
【技术领域】
[0003]本公开涉及具有采用铝绕组的单相感应电机的涡旋压缩机。
【背景技术】
[0004]本部分提供涉及不一定是现有技术的本公开的背景信息。
[0005]制冷和空调系统一般包括压缩机、冷凝器、膨胀阀或其等效物，以及蒸发器。这些部件依次被耦接以限定连续的流动路径。制冷剂流过该系统并且在液相和蒸汽或气相之间交替。各种压缩机类型已经被用于实现制冷系统，例如包括但不限于往复式压缩机、螺杆式压缩机以及诸如叶片型压缩机的旋转式压缩机。
[0006]电机经由附加到电机转子的合适的驱动轴来驱动涡旋构件中的一个构件。传统上，压缩机制造商在它们的电机中使用铜绕组。最近，涡旋压缩机的制造商已经转向具有铜绕组与一些铝绕组组合的电机。然而铝绕组具有比铜更高的电阻率。因此，用铝绕组代替太多的铜绕组将导致电机效率的下降。
[0007]从下文中提供的详细说明中，本实用新型的适用性的其它领域将变得显而易见。应该理解当指示本实用新型的优选实施例时，详细说明和具体示例旨在仅用于说明目的并且不旨在限制本实用新型的范围。
【发明内容】
[0008]本部分提供本公开的一般概要，而不是其全部范围或全部其特征的全面披露。
[0009]一种用于压缩制冷剂的涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括单相电机，该单相电机包括具有定子芯体的定子，该定子芯体限定径向地位于定子芯体内部周围的多个槽以及位于多个槽内的绕组。该绕组包括主绕组和启动绕组。主绕组和启动绕组两者都由包括铝的导线组成。压缩机包括转子，其被同轴地设置在定子内；驱动轴，其被耦接到转子；以及轨道涡旋构件，其被耦接到驱动轴。单相电机、驱动轴以及轨道涡旋构件位于外壳内。
[0010]进一步，该定子芯体具有在4-1/4英寸和5-1/2英寸之间范围中的堆叠高度。该定子芯体优选具有4-1/4英寸或5 - 1/8英寸的堆叠高度。
[0011]进一步，该多个槽的一部分容纳主绕组和启动绕组两者，容纳主绕组和启动绕组两者的多个槽的一部分的每个槽具有总截面面积和采用两个绕组填充的面积，该槽的采用两个绕组填充的面积与总截面面积的比率大于或等于0.66。
[0012]进一步，该多个槽的一部分仅容纳主绕组,仅容纳主绕组的多个槽的一部分的每个槽具有总截面面积和采用主绕组填充的面积，该槽的采用主绕组填充的面积与总截面面积的比率大于或等于0.68。[0013]进一步，该转子包括外周和铝条，数量在34和42之间的范围中的铝条在外周的周围均匀地被间隔开。
[0014]进一步，该单相电机具有在180伏和300伏之间的工作电压范围。
[0015]进一步，该单相电机具有1000瓦以上的工作功率范围。
[0016]进一步，该单相电机具有大于80%的效率。
[0017]一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括压缩单元以及驱动压缩单元的单相电机。该单相电机包括定子，该定子具有包括被选择为4.25英寸和4.75英寸之间高度的堆叠高度的定子芯体，该定子芯体限定径向位于定子芯体内部周围的多个槽以及位于多个槽内的绕组。该绕组包括主绕组和启动绕组，并且主绕组和启动绕组中的每个绕组由包括铝的导线组成。该单相电机还包括被选择为在0.64和0.72之间的比率的槽填充比率；以及转子，其被同轴地设置在定子内，该转子包括外周和在外周的周围均匀地被间隔开的铝条，铝条的数量在34和36之间选择。
[0018]进一步，该单相电机具有在200伏和265伏之间的工作电压范围。
[0019]进一步，该转子电阻在0.9欧姆和1.8欧姆之间。
[0020]一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机包括压缩单元以及驱动压缩单元的单相电机。单相电机包括定子，该定子具有包括被选择为4.25英寸和5.125英寸之间高度的高度的堆叠高度的定子芯体，该定子芯体限定径向位于定子芯体内部周围的多个槽以及位于多个槽内的绕组，该绕组包括主绕组和启动绕组，并且主绕组和启动绕组中的每个绕组由包括铝的导线组成。该单相电机还包括槽填充比率，其被选择为在0.65和0.74之间的比率；以及被同轴地设置在定子内的转子，该转子包括外周和在所述外周的周围均匀地被间隔开的铝条，铝条的数量在36和42之间选择。
[0021]进一步，该单相电机具有在200伏和265伏之间的工作电压范围。
[0022]进一步，该转子电阻在0.4欧姆和1.1欧姆之间。
[0023]更进一步，该多个槽具有24个槽。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]在此描述的附图仅用于所选实施例而不是所有可能实现的说明目的，并且不旨在限制本公开的范围。
[0025]图1是涡旋压缩机的示例的截面图。
[0026]图2是定子芯体和绕组的透视图。
[0027]图3是定子芯体的一个实施例的顶部图。
[0028]图4是单相电机的示例性绕组结构的截面图。
[0029]图5是具有位于槽内的绕组的定子芯体的截面图。
[0030]图6是空槽的分解图。
[0031]图7a和7b是图5的槽的分解图。
[0032]图8a和8b是两个示例性转子设计的截面图。
[0033]图9是与所有铜电机相比的电机的一个实施例的达因测试图。
[0034]相应的参考标记指示在整个附图的几个视图中的相应部分。【具体实施方式】
[0035]现在将参考附图更全面地描述示例实施例。
[0036]提供示例实施例以使本公开将是彻底的，并且将向本领域技术人员更全面地传达范围。阐述了许多具体细节，诸如具体部件、装置以及方法的示例，以提供本公开的实施例的透彻理解。对于本领域的技术人员明显的是无需采用具体的细节，该示例实施例可以以许多不同形式来实施并且都不应解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，不详细描述熟知的方法、熟知的装置结构以及熟知的技术。
[0037]在此使用的术语仅是为了描述特定示例实施例，并不是为了限制。如在此所使用的，单数形式“一个”、“一”和“所述”可旨在也包括复数形式，除非上下文中另外明确指示。术语“包括”、“含有”、“包含”以及“具有”是包括性的，并且因此指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。在此描述的方法步骤、过程以及操作不需要解释为在讨论或示出的特定顺序中需要它们的性能，除非具体地识别为性能的顺序。同样应该理解，可采用额外或替代步骤。
[0038]当元件或层被称为“在上面”、“接合到”、“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，其可直接在另一元件或层上，接合、连接或耦接到另一元件或层。相反，当元件被称为“直接在上面”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，可能不存在中间 元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应该以类似的方式解释(例如“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
[0039]虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等可在此用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，这些元件、部件、区域、层和/或部分不应由这些术语来限制。这些术语仅可用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。当在此使用的诸如“第一”、“第二”和其它许多术语不意味着序列或顺序，除非通过上下文明确地指示。因此，在不背离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
[0040]为便于描述，诸如“内部”、“外部”、“在……下方”、“在……之下”、“下方”、“在……
之上”、“上方”等的空间相关术语可在此用于描述如附图中所示的一个元件或特征到另一元件或特征的关系。空间相关术语可旨在包含除了附图中所示的取向之外的使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果在附图中的装置被翻转，描述为“在其它元件或特征之下”或“在其它元件或特征下方”的元件将然后取向为“在其它元件或特征之上”。因此，示例术语“在……之下”可包含“在……之上”和“在……之下”的取向两者。装置可以以另外方式被取向(被旋转90度或在其它取向处)并且因此在此解释所使用的空间相关描述符。
[0041]现参考附图并且特别是图1，一般由10指示的涡旋压缩机包括大致圆筒形的外壳
12、被连接到外壳上端的隔板(partit1n) 14、被连接到隔板14的盖子16，以及被连接到外壳12的下端的底座18。在圆筒形的外壳12内，单相电机40被配置为驱动轨道涡旋构件52。电机40包括定子组件42、绕在定子组件42周围的绕组44，以及被耦接到驱动轴30的转子43。
[0042]电机40是具有启动绕组110和主绕组104的单相感应电机(图4)。启动绕组110和主绕组104两者都通过在多个齿96周围缠绕导线来形成(图3)。对于主绕组104和启动绕组110中的每个绕组，导线包括铝但不包括铜。如在此所使用的，铝应该理解为同样包括用作导线以形成电机绕组的合适铝合金。一般来说，在此描述的电机40的各种实施例具有在约180V和约300V之间的标准工作电压范围，在1000瓦之上的工作功率范围，大于或等于一个马力(Hp)的马力额定值，以及大于或等于80%的效率。使效率额定值大于80%允许电机40在涡旋压缩机中使用，而不是具有仅铜绕组或具有铜和铝绕组两者的类似电机。如采用在此所使用的电压，术语“大约”意为加上或减去5V。如采用在此所使用的尺寸，术语“大约”意为加上或减去0.05英寸。
[0043]电机40经由驱动轴30将机械能传递给轨道涡旋构件52。轨道涡旋构件52具有从端板56向上延伸的螺旋形叶片54。非轨道式涡旋构件70同样具有与轨道涡旋构件52一起在啮合中向下延伸的叶片72。涡旋构件52、70之间的相互作用可广义地定义为泵。
[0044]图2是在涡旋压缩机组件10内使用的定子组件42的示例。定子组件42包括包含堆叠叠片92的定子芯体90。定子芯体90具有堆叠高度H。取决于涡旋压缩机的实施例，堆叠高度H可在4.25英寸和5.5英寸之间变化。采用分别具有4.25英寸和5.125英寸的堆叠高度的优选实施例。
[0045]图3示出如上描述的定子芯体90的顶视图的示例。定子芯体90包括轭体部分94和从轭体部分94径向向内延伸的多个齿96。多个齿96限定每个位于相邻齿96之间的多个绕组槽97的边界。总的来说，多个齿96的内部端98限定接收转子43的孔100 (图1)。每个槽具有最接近孔100的近端，以及径向地远离孔100的远端。应该理解，虽然齿96和绕组槽97已经示为在定子芯体90周围沿周向等距隔开，但是可使用各种其它已知的齿和槽的结构。孔100限定一般称为1.D.的内部直径，而轭体部分96的外侧边缘限定外周103。外周具有一般称为0.D.的外部直径。在具有1.5马力额定值的电机40的一个示例中，0.D.测量约5.3英寸。具有3马力额定值的电机40的另一个示例中，0.D.测量约6.3英寸。其它实施例可具有更小或更大的0.D.测量值。
[0046]图4示出单相电机40的示例绕组结构。电机40包括主绕组104，其被分成两个相对的部分104a和104b，以及启动绕组110，其被分成两个相对的部分IlOa和110b。总的来说，主绕组部分104a和104b形成电机的两个主极。现参考主绕组部分104a，主绕组线圈104a-l位于槽对97-2内；其中在槽对97_2中的每个槽与另一个槽相对。同样，主绕组线圈104a-2、104a-3、104a-4 以及 104a_5 分别位于槽对 97-3、97_4、97_5 以及 97_6 中。主绕组线圈104a-3、104a-4以及104a_5分别是位于槽对97_4、97_5以及97_6中的仅有的绕组线圈。在图4所示的实施例中，主绕组线圈104a-l、104a-2、104a-3、104a-4以及104a_5中的每个绕组线圈位于远离与启动绕组110相对的孔100的它们的相应槽的远端处。可替代地，在一些布置中，主绕组线圈104a-l、104a-2、104a-3、104a-4以及104a_5中的每个绕组线圈可位于靠近与启动绕组110相对的孔100的槽中。虽然没有详细描述，但是应该理解主绕组部分104b-l至104b-5同样地位于在定子芯体90的相对侧上的槽97_2至97_5内。
[0047]启动绕组部分IlOa和IlOb共同形成电机40的两个启动极。现参考启动绕组110a，启动绕组线圈IlOa位于槽对97-1内；其中在槽对97_1中的每个槽彼此相对。同样，启动绕组线圈110a-2以及110a-3分别位于槽对97_2以及97_3中。虽然启动绕组110a_2和110a-3采用位于这些槽中的主绕组线圈来共享槽对97-2和97_3，但是启动绕组线圈IlOa-1是采用槽97-1定位的仅有的绕组线圈。虽然没有详细描述，但是应该理解其它启动绕组线圈IlOb的启动绕组IlOb-1至110b-3同样位于在定子芯体90的相对侧上的槽97_1至97-3内。
[0048]图5示出具有位于槽97内的主绕组104和启动绕组110的定子芯体90的截面图。槽97每个具有总截面面积Ato总截面面积At是在两个相邻齿之间的有界区域(在图6中示出)。槽97-1仅容纳启动绕组。槽97-2至97-3是容纳主绕组线圈和启动绕组线圈两者的共享槽(在图7a中示出)，而槽97-4、槽97-5和97_6每个仅容纳主绕组线圈中的一个线圈(在图7b中示出)。
[0049]图7a和7b分别示出槽97-3和97-4的放大图，如图5a中所示。槽97_2是容纳主绕组和启动绕组两者的共享槽的示例。因此，所提供用于槽97-2的描述一般适用于97-3。同样，槽97-4仅容纳主绕组。因此，所提供用于槽97-4的描述一般适用于槽97-5和97_6。现参考图7a，垂直虚线区域114表示启动绕组110的累计区域——该区域是包括启动绕组110的每个导线的横截面积的总和，并且一般称为Asw。水平虚线区域116表示主绕组104的累计区域——该区域是包括主绕组104的每个导线的横截面积的总和，并且一般称为Α?。添加Amw和Asw(如果任何启动绕组处于槽中)产生所选槽内的绕组的总面积一该区域一般称为Aw。现参考图7b，槽97-4可仅容纳主绕组104。因此，Amw等于Aw。
[0050]AW/AT的比率定义了总绕组面积与总可用槽面积的比率。如在此所使用的，AW/AT的比率应该同样被称为槽填充率。在一个优选实施例中，对于槽97-2至97-6，槽填充率大于或等于0.66。在另一个优选实施例中，i)对于槽97-2和97-3,槽填充率大于或等于0.66,以及ii)对于槽97-4、97-5以及97_6，槽填充率大于或等于0.68。
[0051]图8a和图8b 示出转子43的两个实施例的两个示例性截面图。在两个示例中，转子43具有转子外部直径R.0.D.并且定义外周120。铝感应条47在转子的外周120周围均匀地间隔开。通过增加转子43内的感应条47的数量——与具有所有铜绕组或具有铜和铝绕组组合的等效电机的转子的感应条中的数量相比——电机40在效率上获得适度的增加。现参考假设图8a所示的转子43，转子43包括在其外周120周围等距间隔开的三十六
(36)个铝感应条47。R.0.D.约为2.797英寸。该转子是在1_1/2马力电机上使用的一个转子的示例。现参考假设图8b所示的转子43，转子43包括在其外周120周围等距间隔开的四十二(42)个铝感应条47。R.0.D.约为3.074英寸。该转子是在3马力电机上使用的转子的示例。虽然图8a和8b包括具体的感应条数量，但是取决于实施例，在34和42个感应条之间的感应条数量已经被发现实现80%以上的电机效率。
[0052]具有1-1/2马力额定值的电机40的一个优选实施例包括:1)具有堆叠高度H的定子芯体90等于约4-1/4英寸，并且0.D.等于约5.3英寸，以及ii)具有R.0.D.的转子43等于约2.797英寸并且包括三十六(36)个感应条。具有3马力额定值的电机40的另一个优选实施例包括:1)具有堆叠高度H的定子芯体90等于约5-1/8英寸，并且0.D.等于约
6.3英寸，以及ii)具有R.0.D.的转子43等于约3.074英寸并且包括四十二(42)个感应条。这些电机实施例中的两个实施例在180V和300V之间的电压范围中都实现大于80%的效率。
[0053]
【权利要求】
1.一种涡旋压缩机系统，用于压缩制冷剂，所述涡旋压缩机包括: 单相电机，其包括: 定子，所述定子具有定子芯体，所述定子芯体限定径向位于所述定子芯体内部周围的多个槽以及位于所述多个槽内的绕组，所述绕组包括主绕组和启动绕组，并且所述主绕组和启动绕组中的每个绕组由包括铝的导线组成；以及转子，其同轴地设置在所述定子内； 驱动轴，其被耦接到所述转子； 轨道涡旋构件，其可操作地耦接到所述驱动轴；以及 外壳，其中所述单相电机、驱动轴以及轨道涡旋构件位于所述外壳内。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机系统，其中所述定子芯体具有在4-1/4英寸和5-1/2英寸之间范围中的堆叠高度。
3.根据权利要求1所述的涡旋压缩机系统，其中所述定子芯体具有4-1/4英寸的堆叠高度。
4.根据权利要求1所述的涡旋压缩机系统，其中所述定子芯体具有5- 1/8英寸的堆叠高度。
5.根据权利要求 2所述的涡旋压缩机系统，其中所述多个槽的一部分容纳所述主绕组和所述启动绕组两者，容纳所述主绕组和所述启动绕组两者的所述多个槽的一部分的每个槽具有总截面面积和采用两个绕组填充的面积，所述槽的采用两个绕组填充的面积与所述总截面面积的比率大于或等于0.66。
6.根据权利要求2所述的涡旋压缩机系统，其中所述多个槽的一部分仅容纳所述主绕组，仅容纳所述主绕组的所述多个槽的一部分的每个槽具有总截面面积和采用所述主绕组填充的面积，所述槽的所述采用所述主绕组填充的面积与所述总截面面积的比率大于或等于 0.68。
7.根据权利要求2所述的涡旋压缩机系统，其中所述转子包括外周和铝条，数量在34和42之间的范围中的所述铝条在所述外周的周围均匀地被间隔开。
8.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其中所述单相电机具有在180伏和300伏之间的工作电压范围。
9.根据权利要求1所述的涡旋压缩机系统，其中所述单相电机具有1000瓦以上的工作功率范围。
10.根据权利要求1所述的涡旋压缩机系统，其中所述单相电机具有大于80%的效率。
11.一种涡旋压缩机，所述涡旋压缩机包括: 压缩单元；以及 驱动所述压缩单元的单相电机，所述单相电机包括: 定子，所述定子具有包括被选择为4.25英寸和4.75英寸之间高度的堆叠高度的定子芯体，所述定子芯体限定径向位于所述定子芯体内部周围的多个槽以及位于所述多个槽内的绕组，所述绕组包括主绕组和启动绕组，并且所述主绕组和启动绕组中的每个绕组由包括铝的导线组成； 槽填充比率，其被选择为在0.64和0.72之间的比率；以及 转子，其被同轴地设置在所述定子内，所述转子包括外周和在所述外周的周围均匀地被间隔开的铝条，铝条的数量在34和36之间选择。
12.根据权利要求11所述的涡旋压缩机，其中所述单相电机具有在200伏和265伏之间的工作电压范围。
13.根据权利要求11所述的涡旋压缩机，其中所述转子电阻在0.9欧姆和1.8欧姆之间。
14.一种涡旋压缩机，所述涡旋压缩机包括: 压缩单元；以及 驱动所述压缩单元的单相电机，所述单相电机包括: 定子，所述定子具有包括被选择为4.25英寸和5.125英寸之间高度的高度的堆叠高度的定子芯体，所述定子芯体限定径向位于所述定子芯体内部周围的多个槽以及位于所述多个槽内的绕组，所述绕组包括主绕组和启动绕组，并且所述主绕组和所述启动绕组中的每个绕组由包括铝的导线组成； 槽填充比率，其被选择为在0.65和0.74之间的比率；以及 转子，其被同轴地设置在所述定子内，所述转子包括外周和在所述外周的周围均匀地被间隔开的铝条，铝条的数量在36和42之间选择。
15.根据权利要 求14所述的涡旋压缩机，其中所述单相电机具有在200伏和265伏之间的工作电压范围。
16.根据权利要求14所述的涡旋压缩机，其中所述转子电阻在0.4欧姆和1.1欧姆之间。
17.根据权利要求11或14所述的涡旋压缩机，其中所述多个槽具有24个槽。
【文档编号】H02K1/16GK203813555SQ201320761329
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】M·P·宾加曼, J·P·鲍尔斯 申请人:艾默生电气公司