CN102255591A - 用于同步电机启动的控制装置 - Google Patents

Abstract

用于控制同步电机(20)启动的控制装置(10)，包括止回设备(30)，该止回设备设置用于容纳所述电机(20)的转轴(22)的座体(31)，并且该止回设备适于至少在所述电机(20)启动时通过在该转轴上施加回弹转矩(CR)而防止所述转轴(22)在第一旋转方向上旋转，而使其在第二旋转方向上旋转；放大设备(40)，其用于将所述回弹转矩(CR)放大到这样一个值，该值至少大于所述转轴(22)在第一旋转方向上的磁性旋转转矩(CEM)。

Description

用于同步电机启动的控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于同步电机启动的控制装置。

背景技术

一般地，当同步电机启动时，转子并不具有确定的或预定的旋转方向，这是因为其可在顺时针方向或逆时针方向上自由地旋转，具体是顺时针方向还是逆时针方向取决于随机的启动状态。对于上面所述电机的特定应用场合，比如例如液压泵，电机自由旋转的可能性使得其不能使用具有成形外形的叶片(blades)。只能使用具有扁平外形的单径向翼片(fin)。结果是，泵液压部分的效率受到限制。

因此，电子或机械设备被研制出来以控制电机的旋转并防止启动异步电机时其在所述两个旋转方向中的一个上旋转。然而，一方面，已有的电子设备已经被证明不论其切换循环次数是多少总是相当昂贵的，已知的机械设备尽管比电子设备便宜一些，其也不能在大量的重复开关过程中通过全部可靠性测试。

发明内容

本发明的目标在于提供一种用于同步电机启动的控制装置，其不仅有效地节省制造成本，而且在大量的切换循环过程中特别可靠。

根据本发明，提供一种用于同步电机启动的控制装置，该控制装置包括：止回设备，其设置用于容纳所述电机的转轴的座体，并且适于至少在所述电机启动时在第二旋转方向上通过在该转轴上施加回弹转矩CR防止该转轴在第一旋转方向上旋转；用于放大所述回弹转矩CR的放大设备，这些设备被插入在所述电机的固定支撑件与所述止回设备之间以将该回弹转矩CR放大到这样一个数值，该数值至少大于所述转轴在第一旋转方向上的磁性旋转转矩CEM的数值。

附图说明

现在参考附图描述本发明的示例性实施方式，其中：

图1为用于同步电机启动的控制装置的优选实施方式的前部正视图；

图2是沿图1中线II-II得到的剖视图；以及

图3是图1中细节的放大比例视图，其中为清楚起见给出一些部分的截面图并切除另外一些部分。

具体实施方式

参考图1和图2，整体标记10为用于控制图1中概略示出并标记为20的同步电机启动的控制装置。

电机20包括用于支撑定子极靴的固定支撑件21以及转轴22(rotorshaft)，其中由于该定子极靴产生的旋转磁场，该转轴22适于相对于该固定支撑件21围绕旋转轴线A旋转。一旦电机20启动，由定子磁场产生的电磁转矩CEM并不按照任何预先确定的围绕轴线A旋转的方向而施加，并且由此，轴22可以在逆时针旋转方向CCW上或者顺时针旋转方向CW上围绕轴线A开始旋转。

控制装置10适于允许轴22围绕轴线A在单一旋转方向上旋转，为便于解释以及不限制下面的讨论，将该旋转方向假定为逆时针旋转方向CCW。

装置10包括止回(non-return)设备或支撑(backstop)设备30，其设置座体31以用于容纳转轴22并适于将轴22的旋转锁定在顺时针方向CW上。另外，当电机20启动时以及该启动将要使轴22在顺时针方向上旋转的情况下，在锁定轴22的旋转后，设备30还适于通过反作用而在逆时针旋转方向CCW上施加回弹转矩CR到轴22，轴22承受该反作用而继续保持其锁定状态。

回弹转矩CR的强度不会超过轴22能够连续承受的电磁转矩CEM的强度。施加到轴22的CEM电磁转矩与回弹转矩CR之间的不平衡和差异决定了轴22的停转状态，随之使得电机20锁定，其中这种不平衡和差异主要是由CEM转矩引起的。因此，为了避免这种停转状态，装置10包括放大设备40以用于放大回弹转矩CR。

放大设备40是机械式装置，其被应用于止回设备30且适于提高转矩CR从而使得轴22在设备30所允许的正确旋转方向上旋转。

放大设备或提高设备40被插入在支撑件21和止回设备30之间。该放大设备适于将回弹转矩CR增大到这样一个值，该值至少超过至少在电机20处于启动状态时转轴22旋转的CEM磁矩值。

根据图3所示，止回设备30由实质上已知设计的飞轮离合器(freewheelclutch)限定，这里仅描述其中那些用于理解与放大设备40组合工作相关的部件。然而，这里描述的止回设备30仅表示多个可能的可替代飞轮离合器中的一个，下面的讨论将会清楚地描述该设备。应当理解的是，在其应用中本发明并不限于该示例性的止回设备。

设备30包括环形壳体32，位于壳体32内并设置有围绕轴线A均匀分布的多个座体35的笼体34，以及对应于每个座体35的滚动体33(roller)。每个滚动体33朝着轴线A径向地突出其座体35，以便于与其他滚动体33一起限定用于容纳转轴22的座体31。

笼体34相对于壳体32固定并且围绕轴线A基本上彼此等距离地保持滚动体33。对于每个座体35，壳体32上形成单独的不对称弯曲或凹部36，以允许相应的滚动体33在稳定运转状态以及电机20启动时当轴22旋转在逆时针旋转方向CCW上时的旋转。

设备40包括与轴线A同轴并与壳体32成角度地一体(angularly integral)的内部环状本体41，以及外部环状本体42，该外部环状本体42与本体41同轴并且与电机20的支撑件21成角度地一体。

本体41和42为圆柱形并且具有相等的轴向厚度，以及分别具有各自的径向厚度S1和S2，其中厚度S1基本上大于厚度S2。

本体41和42由塑料材质制成，优选地但非必须地为聚丙烯或其它可模制的塑料材质，比如PA 6聚酰胺、或PA 66聚酰胺，两者都添加了乙烯丙烯二烯烃单体，以便在设备30上模制设备40。总之，选择的塑料材质应当表现出良好的弹性性能和疲劳强度。

本体41和42都是设备40的一部分并且彼此之间通过给定数量的径向翼片(fins)43在径向上保持隔开，这些翼片与本体41和42制成为单一构件并由与本体41和42相同的材料制成。

在示出的示例性实施方式中，翼片43的数量为四个，但也可以是三个或多于四个，这取决于结构和操作的要求。在任何情况下，翼片43都是均匀地围绕轴线A分布并且相对于本体41和42外表面和内表面的切线方向成直角地布置。

翼片43具有等于本体41和42轴向宽度的轴向宽度，并且具有小于厚度S 1和S2的厚度S3。另外，翼片43具有径向长度L，该径向长度L大于其轴向厚度并且也大于厚度S1和S2。因此，翼片43在长度上而不是在其它的维度上可变形ΔL。

最后，设备40包括四个或更多个径向突出44，它们沿本体42的外周布置并且容纳在形成于固定支撑件2中的各自座体23内，以防止本体42相对于同一固定支撑件21和轴线A出现任何的旋转。优选地，径向突出44靠近翼片43或与翼片43径向地对准并具有径向的高度，这防止由于在径向突出(44)和它们的座体23之间存在一些径向活动空间而当相对于同一座体23产生径向自由运动时它们从其座体23内滑出。

在使用中，一旦启动电机20，由定子磁场产生的电磁转矩CEM使轴22围绕轴线A旋转。在这样的旋转被止回设备30所容许的情况下，也就是在这个例子中假定的逆时针旋转方向CCW上，轴22将会自由地旋转，支撑在滚动体33上。由于逆时针旋转方向CCW，滚动体33将进入到凹部36中。

相反，如果由定子场产生的电磁转矩CEM趋于使轴22围绕轴线A在顺时针旋转方向CW上旋转，也即在止回设备30所阻止的旋转方向上，轴22将使滚动体33滚出凹部36并且在轴22和壳体32之间被径向地压缩，从而锁定轴22的旋转。

这种锁定使得轴22和壳体32彼此成角度地成为一体，也使得本体41围绕轴线A旋转。由于本体41被连接到翼片43，并且由于本体42与支撑21保持固定，本体41的旋转使得弹性翼片43逐渐变长，从而通过设备40形成弹性能量的积累。

轴22旋转的锁定以及翼片43的延长会突然出现。结果是，轴22将在与初始旋转相反的方向上承受反冲力(backlash)，该反冲力变为回弹转矩CR。该回弹转矩的强度由设备40施加到轴22的弹性转矩CT放大，从而返回(returning)在翼片43延长期间积累的弹性能量。

回弹转矩CR的强度和弹性转矩CT的强度合起来能够克服轴所承受的顺时针方向CW上的电磁转矩CEM，并使得轴22开始在与初始方向相反的旋转方向上旋转，也即在逆时针旋转方向CCW上。由于同步电机20的已知工作特点，该旋转方向将会在其余工作循环中保持。

如上所述的用于同步电机启动的控制装置10，除了能够可靠的用于电机20的大量启动周期之外，其也很容易和便宜地实施。具体地，设备40可通过模制制成并随即通过轴向施力地将壳体32插入到本体41中而与设备30组装在一起。作为可替代方式，放大设备40可在止回设备30上通过过模制而制得。

上面描述的装置10允许用于各种场合的同步电机，比如液压泵，其中，其特别有用和有利地具有转子轴的特定初始旋转状态。

可以理解的是，本发明不限于这里所描述和示出的实施方式，该实施方式被视为用于控制同步电机启动的控制装置10的示例性实施方式；而且，本发明在部件的形状和布置、结构装配和组装细节上可以进行进一步的修改。

Claims (10)

1.一种用于同步电机(20)启动的控制装置(10)，该控制装置(10)包括：

-止回设备(30)，其设置用于容纳所述电机(20)的转轴(22)的座体(31)，并且适于至少在所述电机(20)启动时在第二旋转方向上通过在该转轴上施加回弹转矩(CR)防止该转轴(22)在第一旋转方向上旋转；以及

-用于放大所述回弹转矩(CR)的放大设备(40)，这些设备被插入在所述电机(20)的固定支撑件(21)与所述止回设备(30)之间以将该回弹转矩(CR)放大到这样一个数值，该数值至少大于所述转轴(22)在第一旋转方向上的磁性旋转转矩(CEM)的数值。

2.根据权利要求1的控制装置，其特征在于，所述放大设备(40)包括成角度地固定于所述外壳座体(31)的第一环状本体(41)、成角度地固定于所述固定支撑件(21)的第二环状本体(42)、以及至少两个径向本体(43)，这两个径向本体插入到所述第一本体(41)和第二本体(42)之间并在长度上可弹性地变形。

3.根据权利要求2的控制装置，其特征在于，所述第一本体(41)、第二本体(42)和径向本体(43)彼此形成为一体并且由相同的塑料材料制成。

4.根据权利要求3的控制装置，其特征在于，每个径向本体(43)的轴向宽度等于所述第一本体(41)和第二本体(42)的轴向宽度。

5.根据权利要求4的控制装置，其特征在于，每个径向本体(43)的厚度(S3)等于或小于所述第一本体(41)和第二本体(42)的径向厚度(S1)(S2)。

6.根据权利要求5的控制装置，其特征在于，每个径向本体(43)的径向长度(L)等于或小于第一本体(41)和第二本体(42)自身的轴向宽度和径向厚度(S1)(S2)。

7.根据权利要求6的控制装置，其特征在于，所述第二本体(42)包括多个容纳在形成于所述固定支撑件(21)中对应座体(23)内的径向突出(44)，以防止所述第二本体(42)相对于所述固定支撑件(21)以及相对于所述转轴(22)的旋转轴线(A)的旋转，其中在所述径向突出(44)和它们的座体(23)之间存在一些径向活动空间。

8.根据权利要求7的控制装置，其特征在于，止回设备(30)由飞轮离合器形成，并包括壳体(32)和在壳体(32)内并围绕旋转轴线(A)设置的多个滚针(33)，以形成所述壳体座体(31)，所述壳体(32)具有对应于每个滚针(33)的对应凹部(36)，以允许当转轴(22)在第二旋转方向上旋转时相对应的滚针(33)的旋转。

9.根据权利要求8的控制装置，其特征在于，所述壳体(32)设置在所述第一本体(41)内部并且被成角度地固定用于第一本体(41)的旋转。

10.根据权利要求9的控制装置，其特征在于，所述放大设备(40)过模制在所述止回设备(30)上。

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