相關申請

本申請是于2014年1月28日申請的美國非臨時專利申請no.14/166,424的部分連續(xù)申請，其要求申請日為2013年1月28日的美國臨時專利申請no.61/757,380的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容通過引用的方式結(jié)合在本文中。

背景技術：

本發(fā)明涉及在氨環(huán)境中使用的電動馬達。更為具體地，本發(fā)明涉及在氨環(huán)境中使用并且由變頻器驅(qū)動的電動馬達。

技術實現(xiàn)要素：

在一方面，在制冷劑環(huán)境中使用的馬達包括構(gòu)造成圍繞一軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和與所述轉(zhuǎn)子相鄰的定子。所述定子包括限定端部的芯和限定多個槽的多個齒。多個線圈圍繞所述多個齒纏繞，使得所述多個線圈中的每一個線圈包括一對槽部段和端匝(endturn)，所述槽部段至少部分地延伸通過所述多個槽中的相鄰的槽，所述端匝在槽部段之間延伸并且至少部分地跨過所述端部。殼體封裝定子的端部，使得所述多個線圈的端匝基本與制冷劑環(huán)境隔離。

在另一方面，一種用于組裝在制冷劑環(huán)境中使用的馬達的方法包括形成包括芯和限定多個槽的多個齒的定子。所述芯限定定子的端部。多個線圈圍繞所述多個齒纏繞，使得所述多個線圈的端匝延伸跨過所述端部。在所述端部上形成一殼體，使得所述多個線圈的端匝基本與制冷劑環(huán)境隔離。

在又一個方面，一種制冷系統(tǒng)包括構(gòu)造成包含制冷劑的壓縮機腔室和設置在所述壓縮機腔室內(nèi)并且構(gòu)造成在一壓力下從壓縮機腔室抽吸制冷劑 并且在較高壓力下將所述制冷劑排出的壓縮機。馬達設置在壓縮機腔室中并且聯(lián)接至壓縮機以驅(qū)動所述壓縮機。馬達包括構(gòu)造成圍繞一軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和與所述轉(zhuǎn)子相鄰的定子。所述定子包括端部和限定多個槽的多個齒。多個線圈圍繞所述多個齒纏繞，使得所述多個線圈中的每個線圈包括一對槽部段和端匝，所述槽部段至少部分地延伸通過所述多個槽中的相鄰的槽，所述端匝在槽部段之間延伸并至少部分地跨過所述端部。殼體封裝定子的端部，使得多個線圈的端匝基本與所述制冷劑隔離。

附圖說明

本發(fā)明的其它方面在考慮詳細描述和附圖后將變得明顯。

圖1是包括壓縮機和馬達的制冷系統(tǒng)的示意圖；

圖2是定子的透視圖；

圖3是圖2的定子的更詳細的透視圖；

圖4是示出了繞線/線繞組(wirewinding)的一個槽的端部視圖；

圖5是一個繞線的剖視圖；

圖6是轉(zhuǎn)子的透視圖；和

圖7是引出線的剖視圖。

具體實施方式

在詳細描述本發(fā)明的任何實施例之前，應理解的是，本發(fā)明在其應用方面不局限于在下面的描述中給出的或者在下面的附圖中示出的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和布置的細節(jié)。本發(fā)明可具有其它實施方式并且以各種方式操作或?qū)嵤?。同樣，應理解的是，這里使用的措辭和術語用作描述的目的并且不應視為限制。這里“包含”、“包括”或“具有”和其各種變型的使用意味著包含其后列出的物體以及它們的等同物和附加物。除非指定或另外限制，術語“安裝”、“連接”、“支承”和“聯(lián)接”及其變型被寬泛地使用并且包含直接和間接的安裝、連接、支承和聯(lián)接。此外，“連接”和“聯(lián)接”不局限于物理或機械連接或聯(lián)接。

圖1示出了包括壓縮機腔室15的制冷系統(tǒng)10，壓縮機腔室15包含由電動馬達25驅(qū)動的壓縮機20。所述制冷系統(tǒng)10還包括蒸發(fā)器31、冷凝器32和膨脹閥33。所述制冷系統(tǒng)10適于使用制冷流體例如氨。在一個實施例中，所述氨為制冷劑代號為r-717的氨。

所述壓縮機20可包括例如旋轉(zhuǎn)螺桿式、往復式、轉(zhuǎn)軸式、離心式等各種不同類型的壓縮機中的一種。對于本發(fā)明而言，所使用的壓縮機的實際類型并不重要。反而，只需所述壓縮機20包含固定部分和與壓縮機軸聯(lián)接的轉(zhuǎn)動部分。

在優(yōu)選實施例中，馬達25是特別設計為浸在制冷劑環(huán)境中的密封型馬達(hermeticmotor)。馬達25可使用能線路饋電(line-fed)或逆變器供電的外部能量供應。

用于氨壓縮機20的馬達25通常位于壓縮機腔室15外側(cè)并且使用軸封或磁力耦合器/磁力聯(lián)軸器以將所述馬達25連接至壓縮機軸。因為制冷劑(例如氨)對于馬達結(jié)構(gòu)的標準材料的化學侵蝕，這一直是必要的。另外，暴露于高溫/高壓氨會引起一般絕緣材料喪失電阻，其進而引起馬達的過早失效。本發(fā)明使用對于氨更具抗力的材料來構(gòu)造馬達25并且使用增強材料的有效性的技術和布置，由此允許馬達25被放置在氨環(huán)境中而令人滿意地運行足夠長的時間。

如在圖1中示出的，馬達25和壓縮機20設置在壓縮機腔室15內(nèi)部以節(jié)約空間和為所述馬達提供來自制冷劑的冷卻效果。馬達25的該冷卻可能允許使用更小的馬達以實現(xiàn)相同的性能。另外，將馬達25放置在壓縮機腔室15內(nèi)消除了經(jīng)過外部軸封的任何可能的泄露路徑。最后，將馬達25放置在壓縮機腔室15內(nèi)允許更低的成本單位，因為其消除了在外部連接所述馬達所需的復雜支架和軸承。壓縮機軸也可制造得更短、省去軸封并且不再需要磁力耦合器。

在優(yōu)選實施例中，馬達25使用變頻器(vfd)30以與更常規(guī)的線路饋電系統(tǒng)相比改進了制冷系統(tǒng)10的效率。所述vfd30使用對于馬達電流消耗和系統(tǒng)泄露電流敏感的控制系統(tǒng)。

馬達結(jié)構(gòu)必須改造為確保不存在或存在極少的如下區(qū)域：在該區(qū)域中，所述氨可與電機繞組或極間連接線(inter-poleconnection)內(nèi)的導電區(qū)域接觸。因為相對于在密封型壓縮機中使用的一般制冷劑，氨對于電流具有更高的傳導性能，并且由于馬達的定子位于所述氨內(nèi)，可能產(chǎn)生的泄露電流將有可能相對于在未設置在氨中的馬達上產(chǎn)生的泄露電流會更大。該電流泄露將更容易引起vfd馬達保護以將能量移動至馬達25。為了減少這種可能性，所述馬達25集成有其中不存在內(nèi)部連接件的定子繞組(即每一相繞組都是連續(xù)的)。內(nèi)部連接件的消除減少了由氨制冷劑引起任何潛在的泄露電流的可能性。

馬達25包括定子35和與所述定子35相鄰設置并且驅(qū)動地連接至壓縮機20的驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)子40。在示出的結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子40包括設置在定子35的腔室45中的部分。但是，也可以使用其它馬達布置結(jié)構(gòu)以驅(qū)動壓縮機20。

電動馬達25設置在制冷系統(tǒng)10內(nèi)，使得電動馬達25直接聯(lián)接至壓縮機20并且使得電動馬達25直接暴露于制冷劑，在示出的例子中，該制冷劑為氨。使馬達25以這種方式定位提供了馬達25和壓縮機20之間更高效的能量轉(zhuǎn)移，并且也提供了馬達25的使用制冷劑作為冷卻劑的更高效的冷卻。但是，制冷劑可能會對很多一般的馬達構(gòu)件不利。

參照圖2-4，定子35限定接收轉(zhuǎn)子40的一部分的腔室45。定子35包括限定了相對的端部55、60的芯50。定子芯50包括多個周向間隔開的堆疊的金屬層壓片65，所述金屬層壓片平行于腔室45的中心軸線70設置。在一個實施例中，金屬層壓片65由電氣級層壓鋼構(gòu)成，其它材料或結(jié)構(gòu)例如粉末狀金屬部分也是可能的。如在圖4中最佳示出的，定子芯50包括多個齒75，每一個齒限定一對周向間隔開的縱向槽壁80。相鄰的齒75的所述槽壁80彼此協(xié)作以在所述定子35的周向上限定縱向槽85。每一個齒還限定兩個鉤狀部90。

周向間隔開的線圈布置成使得每一線圈布置在一個齒75上，從而使每一線圈至少部分地布置在兩個槽85中。每一線圈由多個繞線95構(gòu)成，部 分繞線95在所述線圈所在的所述槽85中縱向地延伸。因此，每一線圈由多個重復地穿過第一槽85a、圍繞所述第一端部55、穿過與第一槽85a相鄰的第二槽85b、圍繞所述第二端部60，并且再次穿過所述第一槽85a的多個繞線95限定。

如在圖5中最佳地示出的，繞線95包括直接地由線絕緣部分105包圍的導電材料100。在示出的結(jié)構(gòu)中，銅線或鋁線100用作導體100，且鋁在氨環(huán)境中是優(yōu)選的。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，聚醚醚酮材料peek被用于形成絕緣部分105。一些結(jié)構(gòu)可使用涂覆有peek絕緣部分105的導體100，而優(yōu)選的結(jié)構(gòu)則采用擠壓的peek絕緣部分105，因為測試已表明：使用該結(jié)構(gòu)使性能明顯提高。具體地，當與涂覆的絕緣部分相比，擠壓的peek絕緣部分105表現(xiàn)出改善的磨損性能和更高的絕緣性能。

在槽85中的繞線95和相應的槽壁80之間布置有槽襯件110，以進一步使所述繞線95與磁芯50絕緣。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，槽襯件110由聚苯硫醚(pps)片形成。雖然各種厚度的槽襯件110都是可能的，一個優(yōu)選結(jié)構(gòu)使用在約0.01和約0.02英寸范圍厚度之間的槽襯件110。與所測試的其它材料相比，所述片材提供更好的可成型性和魯棒性。

在高電壓、多相應用中，定子35可在線圈之間包括有時稱作相紙的相間絕緣件115，以進一步絕緣所述馬達25的不同相。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，使用相紙15并且相紙使用與槽襯件110類似的pps材料片制成。同所述槽襯件110一樣，該片材提供了與其它材料選擇相比改進的性能。

當纏繞所述定子35時，通常在槽85中存在未被填充的空間。通常在所述槽85中設置楔形塊120以占據(jù)該空間，保證各個繞線95盡可能緊地堆疊，并且限制繞線95的不希望的移動。盡管可以使用若干種不同的楔形塊120以填充希望的空間，在示出的結(jié)構(gòu)中使用縱向延伸的楔形塊120。每個楔形塊120在槽口85內(nèi)設置在各個槽襯件110和繞組95之間。楔形塊120接合形成為相鄰齒75的一部分的兩個相鄰鉤狀部90的下側(cè)以對所述繞線95施加壓縮力。在一些結(jié)構(gòu)中，在所述繞線95和楔形塊120之間設置栓釘以占據(jù)另外的空間并且為所述楔形塊120提供更平坦的接合表 面。雖然很多材料可用于楔形塊120和栓釘，但優(yōu)選結(jié)構(gòu)采用由環(huán)氧層壓板、聚苯硫醚(pps)、聚醚醚酮材料(peek)中的一種形成的楔形塊120和栓釘(如果使用的話)。所述楔形塊120和栓釘(如果使用的話)被緊固成和定子芯50成互鎖的關系以阻止線圈95相對于定子芯50徑向向外地移動。需要注意的是，可以使用所述三種提到的材料的任意組合來構(gòu)造所述定子35。例如，若需要，栓釘可以由peek材料形成而楔形塊120由pps材料形成?；蛘?，各構(gòu)件可被制造為合成件。例如，栓釘或楔形塊120可由涂覆有或覆蓋有擠壓的peek、pps或環(huán)氧層壓板材料的木質(zhì)芯材形成。

在一些結(jié)構(gòu)中，定子35包括系住所述線圈的端匝的系索125。系索125緊緊地緊固所述線圈的端匝，從而減少不希望地移動或振動。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，系索125由帶形成。當然，可使用其它材料構(gòu)造系索125(例如其它間位芳綸、對位芳綸等)。

定子35也包括提供所述線圈和電源之間連接的引出線130。如在圖7中示出的，引出線130包括直接由引出線絕緣部分140包圍的導電材料135(例如銅，鋁等)。例如，一個結(jié)構(gòu)采用由具有引出線絕緣部分140的纏繞的鋁絞線形成的導電材料135，所述引出線絕緣部分140由含氟聚合物如(即，聚四氟乙烯(ptfe))形成。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，絕緣部分140形成在電機引出線上以密封引出線并且提供希望的絕緣。在一些結(jié)構(gòu)中，絕緣材料以帶的形式設置，所述帶圍繞導電部分135以疊置的關系包覆，使得帶的疊置部分為至少約50％。在一個實施例中，引出線絕緣部分140包括以疊置的關系包覆的帶和在帶上覆蓋的玻璃纖維絞線或玻璃纖維絲。玻璃纖維絲在帶上提供了一個柔性抗磨損的覆蓋層。在一個替代實施例中(未示出)，馬達為無引出線的，使得電線直接連接至電源終端。

定子35還可以包括保護所述引出線130并且還使所述引出線130在線圈的交叉處彼此隔離開的套筒145。在一個實施例中，套筒145包括含氟聚合物例如(即，聚四氟乙烯(ptfe))。

在一個示例性實施例中，殼體150封裝組裝的定子35的至少一部分。特別是，殼體150封裝定子35的第一端部55和第二端部60，使得線圈的端匝基本隔離于制冷劑環(huán)境。在替代實施例中，所述殼體封裝定子35的能使所述馬達如本文所述的運行的任意部分。在一些實施例中，所述殼體150基本封裝整個定子35。在示例性實施例中，殼體150沒有孔口以減少電流泄露的量。在一些實施例中，殼體150為不透明的/不傳熱的。在替代實施例中，殼體150具有能使所述馬達如本文所述的運行的任意特征。

同樣，在示例性實施例中，殼體150包括結(jié)合至所述線圈的端匝的環(huán)氧樹脂。在一個合適的實施例中，所述殼體150包括低粘度環(huán)氧樹脂，例如可從馬來西亞南丹尼斯的arcor^tmepoxytechnologies公司獲得的商品名為arcor^tmee11的胺固化100％的固體環(huán)氧外涂層。在替代實施例中，殼體150包括能使所述馬達25如本文所述的運行的任意材料。

此外，在示例性實施例中，殼體150具有從約1毫米(mm)到約100mm范圍的平均厚度。在另一實施例中，殼體150具有從約4mm到約10mm范圍的平均厚度。在替代實施例中，殼體150具有能使所述馬達如本文所述的運行的任意厚度。

另外，在示例性實施例中，殼體150通過使用用于固化形成所述殼體150的液體來涂覆所述線圈的端匝和所述定子35的全部暴露表面而形成。所述定子35通過將所述定子35至少部分地浸漬在液體中而被涂覆，所述液體附著至所述定子35并且固化以形成殼體150。在另一實施例中，定子35通過滴流施加固化以形成殼體150的液體而被涂覆。在替代實施例中，所述殼體150以能使所述馬達25如本文所述的運行的任意方式形成。在示例性實施例中，殼體150將所述線圈隔離于氨環(huán)境中，將所述繞線95結(jié)合在一起以減少所述繞線95相對于彼此的移動，減少來自馬達25的噪音，覆蓋并且聯(lián)結(jié)定子35中的層壓板65，并且錨固相間絕緣部分。另外，當定子35被放置在壓縮機腔室15中時且在制冷系統(tǒng)10運行期間，所述殼體150有助于保護所述線圈的端匝以免劃傷或磨損。因此，所述殼體150增加了馬達25的對氨環(huán)境的抗力并且減少了定子35的線圈的電流泄露的風 險。

轉(zhuǎn)子40使用傳統(tǒng)材料和技術形成。在圖6中示出的轉(zhuǎn)子40包括轉(zhuǎn)子芯155，所述轉(zhuǎn)子芯155由沿著旋轉(zhuǎn)軸線70堆疊至希望長度的電氣級層壓鋼板或鋁板形成。在其它結(jié)構(gòu)中，芯155的一些部分可由粉末金屬或其它成分形成。轉(zhuǎn)子條160沿著芯155的長度延伸并且聯(lián)接至設置在所述芯155每一端的端環(huán)165、170上。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子條160和端環(huán)165、170使用鋁(其它材料也是可能的)形成。

與已有馬達相比，由所指出的材料形成的馬達25對于氨的侵蝕更具抵抗性。馬達25可安裝在制冷系統(tǒng)10中與氨接觸，所述制冷系統(tǒng)10適于在所述馬達25在與氨接觸時運行。因此，制冷系統(tǒng)10可以簡單地且便宜地構(gòu)造，而不需要使所述馬達25與氨封隔起來。

本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點在下面的權利要求中給出。