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Abstract

本发明涉及一种马达，该马达既充当同步马达又充当感应马达，并且包括具有卷绕线圈的定子(100)和转子(200)，其中所述转子是具有产生四个极的磁体(300，310，320，330)的转子，并且可以切换所述定子(100)的线圈以便改变极的数量。所述马达当处于低转速时充当同步马达并且当处于高转速时充当感应马达。在其作为感应马达的操作期间，使用具有接近1的凸出比率的转子(200)，产生充分的通量以借助两个极达到良好的效率水平，这防止马达在其操作期间具有扭矩振荡，提供具有较轻操作、较好性能和较小噪音的马达。

Description

能够同步工作的马达并且充当感应马达
技术领域
本发明涉及一种同步和感应马达，并且更具体地，涉及一种充当同步马达并且充当感应马达的马达，显示出在两种情况下允许该马达的良好性能的构造。
背景技术
现在，用于制冷的压缩机马达在这些压缩机的能量消耗中具有重要作用。在这些马达的重要特征中，可以指出作为主要的重要特征的是：电输出、启动(或过载)期间的稳健性和改变马达的速度的可能性。
用于制冷的压缩机中使用三种类型的马达，在家庭应用或在商业应用中，这三种类型的马达装备超过在该领域中见到的总量的90％：单相感应马达、具有永久磁体的同步马达和具有永久磁体的无刷直流马达。
在单相感应马达中，扭矩是高的，通过定子场和转子中感应的场之间的相互作用而产生。这种类型的马达的电效率是合理的(平均)，电子控制的使用是不必要的并且其速度是恒定的。这使得这种类型的马达是低成本马达。
在具有永久磁体(又具有直接启动(LSPM))的同步马达中，扭矩是低的，由磁场和定子电流之间的相互作用而产生。在这种类型的马达中，任何类型的电子控制是不必要的，并且其速度也是恒定的。然而，当与感应马达的效率相比时，其效率是高的。这种类型的马达是中等成本马达。
最后，与其它马达不同，具有永久磁体的无刷直流马达利用电子控制(逆变器)来控制定子中的有效电流幅值，该有效电流幅值与转子产生的场一起产生扭矩。由于具有电子控制，其速度是可控制的(由于晶体管的传导时间可以被调节)。然而，这种类型的方案由于需要使用相当复杂的电子装置而具有高成本。
例如，在文献US 3 978 356、US 4 139 790、US 5 631 512、US 5 825112、US 6 917 133、US 7 116 030、US 7 183 686和US 7 372 183中，可以看到这种类型的马达。
发明内容
本发明包括具有同步马达和感应马达的混合构造的马达，该马达允许在两种速度下的操作而不使用无刷直流马达固有的电子装置，从而得到具有高水平的效率和可变速度并且仍然处于有竞争力的成本的马达。
因此，本发明的目标是提供一种马达，该马达允许速度的变化而不使用电子装置。
本发明的另一目标是提供一种马达，该马达具有比目前马达更好的性能/成本关系，或者，换句话说，以低的成本允许马达的更好的性能。
本发明的又一目标是提供一种马达，在某些情况下，该马达具有同步马达和感应马达的特征。
本发明的另一目标是提供一种马达，该马达具有较低的噪音水平以便同步地并且以低于常用马达的速度工作。
通过提供一种同步和感应马达来实现本发明的目标，该同步和感应马达包括：具有卷绕线圈的定子；具有产生n个极的磁体的转子，并且另外包括具有卷绕线圈的定子，该卷绕线圈布置成使得它们通过开关而允许所述定子的n个极的改变，以便作为同步马达以低转速操作和作为感应马达以高转速操作，其中，在作为感应马达的操作期间，转子在凸出比率(protuberance ratio)Xd/Xq(直轴(direct shaft)和交轴(quadrature shaft)磁阻之间的比率)接近1的情况下被使用。
附图说明
现在将结合下面列出的说明本发明的附图更详细地描述本发明。注意，虽然为了更好的理解，下面的例子使用二到四极构造，但该方案不限于这种组合，并且根据应用需要，可以使用极的数量的任何其它组合。
图1A示出本发明的马达定子的二极构造，示出电流方向。
图1B示出图1A的马达定子的二极构造，示出磁通量方向；
图1C示出本发明的马达定子的四极构造，示出电流方向；
图1D示出图1C的马达定子的四极构造，示出磁通量方向；
图1E示出本发明的马达定子的替代二极构造，示出电流方向；
图1F示出本发明的马达定子的替代四极构造，示出电流方向；
图2示出根据本发明的具有磁体的转子的四极构造，示出磁场方向；
图3A给出转子指向轴与定子主线圈的轴对准的示例性马达的场图；
图3B给出转子指向轴与定子主线圈的轴成90°的图3A的所述马达的场图；
图4A是根据本发明的转子构造的替代示例性布局；并且
图4B是根据本发明的转子构造的替代示例性布局。
具体实施方式
图1A和1B示出具有产生两个极的构造的线圈的定子100。
如从图1A可以看到的，在这种构造中，上部和下部中的电流具有相同的方向(从左到右)，这些电流由箭头1和2表示。
而图1B示出图1A中示出的构造的磁通量方向。
与图1A和1B不同，图1C和1D示出具有产生四个极的构造的线圈的定子100。
图1C示出定子100的线圈的四极构造，其中箭头3和4示出具有相反方向的上部和下部中的电流(上部-从左到右，并且下部-从右到左)。
图1D示出形成四个极的图1C中示出的构造的磁通量。
图1A到1D中示出的构造仅仅是用于将具有二极线圈的定子100变换为具有四极线圈的定子100的可能存在的多种构造的例子。
具有两个极或四个极的定子100的这些线圈构造可以通过电子和/或机电开关的驱动而改变。
图1E和1F中示出另外的构造。图1E示出定子的线圈的可供选择的二极构造，其中箭头5到8示出所述线圈构造中的电流的方向，上部和下部中的电流具有相同的方向(从右到左)并且在右部和左部中具有相同的方向(从顶到底)。
在图1F中示出的具有四极线圈构造的定子100的例子中，上部和下部中的电流具有相反的方向(上部-从左到右，并且下部-从右到左)，并且右部和左部分中的电流也具有相反的方向(右部-从底到顶，并且左部-从顶到底)，如从箭头9到12可注意到的。
除了附图中示出的构造外，可以使用无数其它线圈构造，诸如具有不同特征(诸如另外的效率增益)的二极和四极独立线圈，虽然使用这种构造的成本是较高的。
如上所述，具有两个或四个极的定子100的线圈构造可以通过由外部控制系统控制的例如晶体管的电子开关和/或例如继电器的电机开关的驱动而改变，该外部控制系统负责评价以低或高的转速使用马达的需要，因此引起线圈构造之间的切换(通过电压和/或电流信号)。
参考图2，转子200被示出为具有形成例如四个极的磁体300、310、320、330，其中磁体300、310、320、330在低速状态下将允许马达的同步。作为具有在线直接启动(LSPM)的永久磁体的马达的马达的操作允许这个马达在低速状态下以高的效率操作。在图2中，箭头指示磁体300、310、320、330的磁场方向，并且如可以注意到的，相对位置中的磁体具有相反方向的磁场。例如，根据所述图，上左和下右象限的磁体300、330具有相对彼此相反的磁场方向(180°差异)，并且对于上右和下左磁体310、320出现同样的情况。这种构造导致在转子中产生四个极，然而，取决于希望的转速，较大数量的极可以用于低速构造。例如，两个极(高转速)和四个极(低转速)，或者甚至四个极(高转速)和六个极(低转速)构造，或为马达所预期的应用带来特定优点的任何其它组合。
如在转子200中，不存在切换，并且它是四极转子，它将总是具有四个极，希望一种构造，该构造允许用于两个极(感应马达)和用于四个极(同步马达)的满意的操作。为了提供这个特别的构造，有必要满足一些构造性要求。这些是：a)在作为四极(同步)马达的操作期间，磁体300、310、320、330产生的通量必须足够高以产生合理的扭矩和效率水平；和b)如二极线圈看到的直轴(Xd)和交轴(Xq)之间的磁阻比率(Xd/Xq)必须接近1，以便在转子200的二极操作期间产生接近零的磁阻扭矩，允许达到合理的效率水平并且在额定速度下避免扭矩震荡。这里应当注意，磁阻比率或凸出比率是转子的电直轴和象限轴的磁阻之间的关系。因此，该关系越大，磁阻扭矩将越接近同步旋转。
凸出比率Xd/Xq为近似1，避免高的旋转扭矩震荡(在提及的例子中为二极)。
另一重要要求是，磁体是对称布置的并且精确地具有相同的形式和磁体特征。这个事实将保证两个极中的磁通量产生的平均扭矩是零。
在满足上面指定的这些要求的情况下，防止马达在其二极操作期间具有扭矩震荡。扭矩震荡(马达输出扭矩中的调和变化)有助于机器中的振动、噪音和转速变化。因此，本发明描述的构造产生具有较轻操作、较小噪音和较好性能的马达。
图3A和3B示出示例性磁阻比率，其中图3A给出具有较高磁阻和较小通量的直电轴，而图3B给出具有较小磁阻和较高通量的交电轴。图3A中的箭头指示具有最高磁阻的轴，而图3B中的箭头指示具有最低磁阻的轴。
基于对具有接近1的磁阻比率的需要，可以使用转子200的多种构造，仍然产生对于转子200的适当操作来说足够高的通量。以这种方式，图4A和4B中的说明性构造满足具有两个极和具有四个极的转子200的操作所需的要求中的两个要求。
图4A描绘平坦磁体，而图4B描绘弯曲磁体(凹入形状)。显然的是，图4A和4B中描绘的两种构造仅仅是例子，并且可以提供转子磁体300、310、320、330的其它构造，其中将满足用于最佳操作的要求。
虽然上述描述涉及优选实施例，但本领域技术人员应当理解，本发明不限于上述教导的细节。
应当注意，这里描述的本发明的变化、修改和改变对于本领域技术人员来说是可能的，而不偏离如所附权利要求及它们的等同物包含的本发明的精神和范围或其等同物。

Claims (7)

1.一种同步和感应马达，包括：
具有卷绕线圈的定子(100)；
具体磁体的转子(200)；
所述马达的另外特征在于，具有磁体的所述转子产生n个极，并且所述马达还另外包括具有卷绕线圈的定子，该卷绕线圈布置成允许所述定子中的极的数量通过开关而改变，以便作为同步马达以低转速操作和作为感应马达以高转速操作；
其中作为同步马达的用于以低转速操作的所述定子(100)线圈中的极的数量等于所述转子中的极的数量n；
其中作为感应马达的用于以高转速操作的所述定子(100)线圈中的极的数量是2和n-2之间的偶数并且是整数；
其中，在作为感应马达的操作期间，使用具有接近1的凸出比率(Xd/Xq)的转子(200)。
2.根据权利要求1的同步和感应马达，其特征在于，所述开关是电子开关。
3.根据权利要求1的同步和感应马达，其特征在于，所述开关是机电开关。
4.根据权利要求1到3中的任一项权利要求的同步和感应马达，其特征在于，外部控制系统评价对以高转速或低转速操作的需要。
5.根据权利要求1的同步和感应马达，其特征在于，转子(200)的所述磁体(300，310，320，330)是平坦磁体。
6.根据权利要求1的同步和感应马达，其特征在于，转子(200)的所述磁体(300，310，320，330)是凹入磁体。
7.根据权利要求1的同步和感应马达，其特征在于，用于低转速和高转速的所述定子的线圈是独立的。
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