CN102593977B - 单相交流电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相交流电动机，包括定子，定子具有形成用于主绕组的狭槽和用于辅助绕组的狭槽的齿，这些绕组产生主磁场和辅助磁场。电动机包括位于辅助磁轴并且具有比其他齿大的磁导率的齿的组。

Description

单相交流电动机

技术领域

本发明提供一种单相交流电动机，包括定子，定子具有形成用于主绕组和辅助绕组的狭槽的齿。主绕组可以连接至电源，以产生具有主磁轴的主磁场，并且辅助绕组可以经由运转电容器连接至电源，以产生具有辅助磁轴的辅助磁场。

背景技术

上面提到的这种电动机可以是用于压缩机的规则感应电动机，或者可以是直接起动电动机。运转电容器在主绕组内的电压和辅助绕组内的电压之间提供90度延迟，使得来自两个绕组的磁场随时间转换。

主绕组和辅助绕组提供的磁场在基本上由主磁轴和辅助磁轴限定的方向上，并且位置通过绕组的布局来确定。

通过矢量相加，主磁轴和辅助磁轴限定相量，其表示具有当电动机以额定负载操作时本质上是恒定的强度的合磁场。

为了提供良好的强度/重量比和由此带来的良好的电动机性能，已经研发定子，其中容纳绕组的狭槽具有不同的形状。

GB887047描述，定位在通过定子叠层结构的角部的孔的第一径向轴线和通过两个相邻角部之间中间点的孔的第二径向轴线之间的定子狭槽形成为使得从第一轴线至第二轴线狭槽横截面面积和深度连续地减小并且定子齿距和宽度连续地增大。因此狭槽的尺寸的改变依赖于定子的角部。

DE10029549A1/US20030178906A1描述了有关所述类型的电动机的矢量旋转理论并且其公开通过参考并入。

电动机将总是设计用于额定负载。在该负载条件下，场的尺寸在交流(AC)电压的整个周期变得均匀，这意味着来自主绕组和辅助绕组的磁场对电动机的旋转磁场具有相同的贡献并且合磁场强度恒定。这通常被称为电动机的对称性并且这种情形是非常期望的。

如果负载从额定负载变化，辅助绕组的贡献与主绕组的贡献不匹配并且电动机不再是对称的。因此通常，电动机以尽可能接近额定负载的负载操作是重要的。

发明内容

本发明的实施例的目地在于，提供一种电动机，其可以甚至在被加载不同于额定负载的负载时以较好的性能运行。

根据第一方面，本发明提供一种上述类型的电动机，其中位于辅助磁轴的一组齿比其他齿具有更大的磁导率。

由于这个特征，与支持主磁场相比，辅助磁场较大程度地通过较大的磁导率支持，并且通过运转电容器提供的电力可能引起的场的变弱通过较大的磁导率抵消。

如果电动机上的负载升高至高于电动机的额定负载的水平，辅助绕组中的电压可能减小，并且同时可能发生辅助绕组中的偏离理想的90度相移的不想要的相移。其原因在于，通常辅助绕组经由电容器提供电力，电容器提供辅助相电压的相对于主相电压的想要的极为接近90度的偏移。这意味着，辅助相的电力供应通常比主绕组的电力供应弱。为了补偿此，相对于主磁轴和相对于辅助磁轴设置不同的齿使得在辅助磁轴的、磁力最大程度受削弱的用于辅助相的电力供应影响的位置处产生最佳磁导率是尤其相关的。

根据本发明，相对于主磁轴和辅助磁轴，不同尺寸、形状或材料性质的齿具体地布置，使得不同的磁导率有利于在负载与额定负载不同的时候保持对称的相量。以此方式，可以在较大跨度的应用扭矩范围上提高电动机的性能。

在此主磁轴被定义为限定由主绕组的安培匝数得出的合磁场的方向的轴线，而辅助磁轴被定义为限定由辅助绕组的安培匝数得出的合磁场的方向的轴线。此处，由主绕组的安培匝数得出的合磁场的方向和大小将通过主相量矢量表示。以类似的方式，由辅助绕组的安培匝数得出的合磁场的方向和大小将通过辅助相量矢量表示。

主相量和辅助相量的矢量和得出本文将称为“定子相量”的矢量，“定子相量”限定定子内产生的合磁场(即定子帮助转子旋转的磁场)的方向和大小。

转子产生附加的磁场，并且因此电动机通过两个不同的磁场系统的结合驱动，也就是通过定子相量表示的磁场系统和通过转子产生的磁场。

这里要理解的是，根据本发明的电动机完全适于额定负载，并且具体地，在该额定负载的条件下，定子相量具有表示恒定磁场强度的恒定长度。

根据本发明，通过支持主向量和辅助相量中最弱的并因此最大程度受高于额定负载或低于额定负载的负载影响的一个，即经由运转电容器通过电力供应驱动的一个应用齿的不同的磁导率以帮助保持恒定的磁场强度。

具体地，可以通过制造具有不同的宽度的齿使得齿的至少一些比其他的齿具有更小的或更大的宽度、或使得形成具有特定齿宽度的齿的多个组，获得磁导率的差异。

在此，齿的宽度被定义为齿的垂直于沿径向向外从转子相对于定子旋转所围绕的中心线延伸的轴线的尺寸。如果齿的宽度随着与中心的距离改变，即从狭槽的底部朝向齿的自由端改变，应该理解，齿宽度是齿在狭槽的底部和齿的自由端之间中间的点处的宽度，即在靠近位于狭槽内的绕组的位置处的宽度，或者替换地，宽度应该理解为齿在其整个长度上的平均宽度，即齿在狭槽的底部和齿的自由端之间的平均宽度。

磁导率的差异也可以至少部分由形成用于是辅助相的磁轴的主绕组的狭槽的齿的总体积和形成用于是主相的磁轴的辅助绕组的狭槽的齿的总体积之间的差异引起。

磁导率的差异还可以至少部分地由形成用于主绕组的狭槽的齿的平均宽度和形成用于辅助绕组的狭槽的齿的平均宽度之间的差异引起。形成用于主绕组的狭槽的齿的平均宽度可以例如在形成用于辅助绕组的狭槽的齿的平均宽度的大约5-15％、大约10-13％或大约11-12.5％，或形成用于主绕组的狭槽的齿的平均宽度可以例如在形成用于辅助绕组的狭槽的齿的平均宽度的5-15％的量级、10-13％的量级或11-12.5％的量级。

形成用于主绕组的狭槽的齿可以位于这里称为“主绕组区域”的区域内。该区域可以在主绕组区域的相对的端部内的主端部齿之间延伸。为了提供磁导率的差异，齿可以随着与主端部齿的距离朝向主绕组区域的中心逐步变宽，使得在主绕组区域内的齿基本上大于主绕组区域外部的齿。

形成用于主绕组的狭槽的这些齿中的最小的一个大于形成用于辅助绕组的狭槽的这些齿中的最大的一个。

磁导率的差异还可以至少部分地由形成用于主绕组的狭槽的齿的材料性质和形成用于辅助绕组的狭槽的齿的材料性质之间的差异引起。

定子可以在圆周上围绕所有狭槽形成磁轭，磁轭包括位于主绕组的主磁轭部和位于辅助绕组的辅助磁轭部，其中主磁轭部比辅助磁轭部提供更低的磁导率。对于相同或类似宽度的主和辅助磁轭部，主磁轭部磁导率可以例如在辅助磁轭部的磁导率的80-95％的范围内。

附图说明

下面，将参照附图进一步详细地描述本发明的实施例。

图1示出垂直于现有技术中已知的定子的旋转轴线的横截面。

图2示出在非理想负载情况下的定子和磁场；和

图3示出根据本发明的垂直于定子的旋转轴线的横截面。

具体实施方式

图1示出定子板1，其可以用于制造用于单相交流电动机的定子。定子板的形状为，当以相同的板的堆的形式堆叠时形成多个用于绕组的狭槽2。狭槽通过齿3(在图1中仅示出一次)分开。

在狭槽中的两个内示意地示出主绕组4，在狭槽的另外两个内示意地示出辅助绕组5，在最终的设计中其他狭槽也将接收绕组，但是为了简化，图中仅包括八个其中具有绕组的狭槽。

主绕组典型地可以直接地连接至电源(未示出)，并且辅助绕组典型地可以经由提供相移的运转电容器连接至电源。

当主绕组连接至电源时，主绕组产生具有由矢量6示出的主磁轴的主磁场。

当辅助绕组经由运转电容器连接至电源时，辅助绕组产生具有由矢量7示出的辅助磁轴的辅助磁场。

主磁场和辅助磁场限定合磁场。该合磁场可以通过矢量和表示，并且合矢量8在此称为“相量”。该相量表示具有在电动机以额定负载(即，电动机设计运行的负载)运行时基本上恒定的强度的磁场。在图1中，主磁场和辅助磁场和相量在不同的时间点，并因此示出的相量不是图示的主磁场矢量和辅助磁场矢量的矢量和的结果。通过主磁场矢量和辅助磁场矢量在特定时间点的矢量和求出相量8。

在图示的实施例中，狭槽围绕开口9的外周布置。转子将位于开口内以形成内转子。本发明还可以应用于外转子设计或结构，其中齿和因此形成的狭槽沿径向向外朝向围绕定子旋转的转子。

图2示出当描述的这种电动机以高于额定负载的负载运行时的结果。在这种情况下，相量的长度随场转动而改变，并且通过相量8的末端沿着移动的椭圆形示出该结果。这种情形是不希望的。

图3示出根据本发明的垂直于定子内的旋转轴线的横截面。在该定子内，齿的宽度已经变化成使得这些位于主绕组(即位于辅助磁轴)的齿比位于辅助绕组(即位于主磁轴)的那些齿更宽。在图3中，最宽的两个齿用附图标记10标记，最细的两个齿用附图标记11标记。

在辅助磁轴位置处的形成的较大磁导率使得电动机在非理想负载条件下(即在不同于额定负载的负载条件下)的运行能够改善。

Claims (7)

1.一种单相交流电动机，包括：

定子(1)，所述定子(1)具有形成用于主绕组(4)的狭槽(2)的齿(3)和用于辅助绕组(5)的狭槽的齿(3)，所述主绕组(4)能够连接至交流电源，以产生具有主磁轴的主磁场，并且辅助绕组能够经由运转电容器连接至电源，以产生具有辅助磁轴的辅助磁场，主磁轴和辅助磁轴通过矢量和限定相量(8)，所述相量(8)表示在电动机以额定负载运行时具有基本上恒定的强度的合磁场，其特征在于

位于辅助磁轴处的齿(10)比其他齿具有更大的磁导率，

其中形成用于主绕组的狭槽的齿位于在主绕组区域的相对的端部的主端部齿之间延伸的主绕组区域内，并且其中齿随着与主端部齿的距离朝向主绕组区域的中心逐渐变宽，并且

其中形成用于主绕组的狭槽的这些齿中的宽度最小的一个比形成用于辅助绕组的狭槽的这些齿中的宽度最大的一个的宽度更大。

2.如权利要求1所述的电动机，其中磁导率的差异至少部分源于所述定子的齿中的至少一些齿之间的宽度的差异。

3.如权利要求1或2所述的电动机，其中磁导率的差异至少部分地由形成位于辅助磁轴的主绕组的狭槽的齿的总体积与形成位于主磁轴的辅助绕组的狭槽的齿的总体积之间的差异引起。

4.如权利要求1或2所述的电动机，其中磁导率的差异至少部分地由形成用于主绕组的狭槽的齿的平均宽度与形成用于辅助绕组的狭槽的齿的平均宽度之间的差异引起。

5.如权利要求1或2所述的电动机，其中磁导率的差异至少部分地由形成用于主绕组的狭槽的齿的材料性质和形成用于辅助绕组的狭槽的齿的材料性质之间的差异引起。

6.如权利要求1或2所述的电动机，其中定子形成磁轭，所述磁轭在圆周上围绕所有狭槽，所述磁轭包括位于主绕组处的主磁轭部和位于辅助绕组处的辅助磁轭部，其中辅助磁轭部比主磁轭部提供更高的磁导率。

7.如权利要求6所述的电动机，其中主磁轭部的磁导率在辅助磁轭部的磁导率的80-95％的范围内。