CN106961195A - 单相异步电机绕组串并联切换方法、单相异步电机及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种单相异步电机绕组串并联切换方法、单相异步电机及设备。其中单相异步电机包括：主相绕组、副相绕组以及切换装置，所述主相绕组包括至少两个绕组线圈；所述切换装置，用于根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述主相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。本发明的技术方案通过单相异步电机绕组连接方式的切换，在串联运行时电机轻负载运行性能高，在并联运行时电机过载能力强，串并联结合使轻载时高效运行，重载时稳定、可靠运行，充分发挥电机的性能空间，提升应用工况能效，达到节能的效果，同时也拓宽了负载能力，提升了启动能力。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种单相异步电机绕组串并联切换方法、单相异步电机及设备。
背景技术
目前在电机技术领域中，关于切换绕组技术，在三相异步电机中有星三角启动应用，在风扇电机中采用部分绕组运行。风扇绕组的切换能够有效调速，但是性能无法保障。类似于压缩机的应用场合，对电机性能及特性要求极高的场合，运行负载跨度大，从重载到轻载频繁的切换，传统单相异步电机存在上升的瓶颈。在使用过程中传统的单相异步电机存在过载能力要求高，启动能力差，单要求额定运行时负载低、性能高的特点，传统的单相异步电机无法做到两者的兼得的特点。并且从异步电机的性能特性来看，最佳性能点很窄，无法做到宽转速范围的高性能，所以异步电机设计中，对负载点的设计要求高。现有应用电机最佳性能点无法再额定点运行，应用场合(例如压缩机)的性能还存在开发空间。在过载能力要求一定的情况下，性能不能完全发挥。在一些类似压缩机尤其是负载跨度大的应用场合，对能效、稳定运行、过载能力要求高的场合，传统的单相异步电机结合其本身的特性曲线，无法做到性能和过载两者的兼得。如何充分发挥电机的性能空间、拓宽负载能力及提升启动能力是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种单相异步电机的绕组串并联切换装置、方法、电机及设备，以解决电机性能发挥程度有限、负载能力和启动能力差的问题。
本发明一方面提供了一种单相异步电机，包括：主相绕组、副相绕组以及切换装置，所述主相绕组包括至少两个绕组线圈；所述切换装置，用于根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述主相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
可选地，所述副相绕组包括至少两个绕组线圈；所述切换装置，还用于根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述副相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
可选地，还包括：所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联；所述并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，或者当主相绕组或副相绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联或者先并联再把并联部分串联。
可选地，所述运行数据包括工作电流、温度、负载大小中的至少一个。
可选地，所述工作电流是通过所述单相异步电机的主相绕组、副相绕组或公共端的电流；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的工作电流大于预设的电流上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的工作电流小于预设的电流下限阈值时切换到所述串联方式。
可选地，所述电流上限阈值大于等于所述电流下限阈值；和/或所述电流上限阈值小于在恶劣高温低压并以串联方式运行情况下的过载电流。
可选地，所述温度是所述单相异步电机的温度、与所述单相异步电机配套使用的设备的温度及外界环境温度的其中之一；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的温度大于预设的温度上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的温度小于预设的温度下限阈值时切换到所述串联方式。
可选地，所述负载大小包括功率大小或转矩大小；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的负载大小高于预设的负载上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的负载大小低于预设的负载下限阈值时切换到所述串联方式。
可选地，还包括：所述串联方式还包括在副相绕组上串联运行电容C1，所述并联方式还包括在副相绕组上串联过载电容C2；所述运行电容C1与所述过载电容C2的关系为：C2＝C1+C2＇，其中：C2＇的取值范围为C1<C2＇<2C1，或者C2＇＝0。
可选地，当所述主相绕组和副相绕组的两个以上的绕组线圈同时采用串联方式或同时采用并联方式时，并联匝比Λ1＝串联匝比Λ2＝并联副相匝数Nsb/并联主相匝数Nmb＝串联副相匝数Nsc/串联主相匝数Nmc，且0.5<Λ1＝Λ2<0.75；当所述仅主相绕组采用串联方式或并联方式时，并联匝比的取值范围为0.65<Λ1<0.9，和/或串联匝比的取值范围为0.5<Λ2<0.75。
可选地，还包括采用多股线并绕的方式实现绕组的串联和并联，所述多股线并绕包括双线并绕和三线并绕。
可选地，还包括通过增大转子冲片槽面积、增大转子端环、和/或增加转子外径用以提高电机性能。
本发明的又一方面又提供了一种设备，所述设备包括上述任一项所述的单相异步电机；或者所述设备包括混合电机，所述混合电机使用上述任一项所述的单相异步电机启动，所述混合电机包括单相异步启动永磁同步电机或三相异步启动永磁同步电机。
本发明的另一方面又提供了一种单相异步电机绕组串并联切换方法，包括：所述单相异步电机的主相绕组包括至少两个绕组线圈；根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述主相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
可选地，所述单相异步电机的副相绕组包括至少两个绕组线圈；所述方法还包括根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述副相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
可选地，还包括：所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联；所述并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，或者当主相绕组或副相绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联或者先并联再把并联部分串联。
可选地，所述运行数据包括工作电流、温度、负载大小中的至少一个。
可选地，所述工作电流是通过所述单相异步电机的主相绕组、副相绕组或公共端的电流；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的工作电流大于预设的电流上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的工作电流小于预设的电流下限阈值时切换到所述串联方式。
可选地，所述电流上限阈值大于等于所述电流下限阈值；和/或所述电流上限阈值小于在恶劣高温低压并以串联方式运行情况下的过载电流。
可选地，所述温度是所述单相异步电机的温度、与所述单相异步电机配套使用的设备的温度及外界环境温度的其中之一；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的温度大于预设的温度上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的温度小于预设的温度下限阈值时切换到所述串联方式。
可选地，所述负载大小包括功率大小或转矩大小；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的负载大小高于预设的负载上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的负载大小低于预设的负载下限阈值时切换到所述串联方式。
可选地，还包括：所述串联方式还包括在副相绕组上串联运行电容C1，所述并联方式还包括在副相绕组上串联过载电容C2；所述运行电容C1与所述过载电容C2的关系为：C2＝C1+C2＇，其中：C2＇的取值范围为C1<C2＇<2C1，或者C2＇＝0。
可选地，当所述主相绕组和副相绕组的两个以上的绕组线圈同时采用串联方式或同时采用并联方式时，并联匝比Λ1＝串联匝比Λ2＝并联副相匝数Nsb/并联主相匝数Nmb＝串联副相匝数Nsc/串联主相匝数Nmc，且0.5<Λ1＝Λ2<0.75；当所述仅主相绕组采用串联方式或并联方式时，并联匝比的取值范围为0.65<Λ1<0.9，和/或串联匝比的取值范围为0.5<Λ2<0.75。
可选地，还包括采用多股线并绕的方式实现绕组的串联和并联，所述多股线并绕包括双线并绕和三线并绕。
可选地，还包括通过增大转子冲片槽面积、增大转子端环、和/或增加转子外径用以提高电机性能。
本发明的技术方案通过单相异步电机绕组连接方式的切换，在串联运行时电机轻负载运行性能高，在并联运行时电机过载能力强，串并联结合使轻载时高效运行，重载时稳定、可靠运行，充分发挥电机的性能空间，提升应用工况能效，达到节能的效果，同时也拓宽了负载能力，提升了启动能力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的单相异步电机的整体结构图；
图2是本发明提供的单相异步电机的一种优选实施例的设备结构示意图；
图3是单相异步电机的绕组示意图；
图4是本发明提供的单相异步电机主副相绕组串联方式示意图；
图5是本发明提供的单相异步电机主副相绕组并联方式示意图；
图6是本发明提供的单相异步电机主相绕组串联方式示意图；
图7是本发明提供的单相异步电机主相绕组并联方式示意图；
图8是本发明提供的单相异步电机主相三个绕组串联方式示意图；
图9是本发明提供的单相异步电机主相三个绕组并联方式示意图；
图10是本发明提供的单相异步电机主相四个绕组串联方式示意图；
图11是本发明提供的单相异步电机主相四个绕组并联方式的一种优选实施例的示意图；
图12是本发明提供的单相异步电机主相四个绕组并联方式的另一优选实施例的示意图；
图13是本发明提供的单相异步电机串联方式和传统设计的效率对比图示；
图14是本发明提供的单相异步电机串联方式、并联方式和传统设计的转矩-转速曲线图示；
图15是本发明提供的单相异步电机绕组串并联切换方法的一种优选实施例的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明一方面提供了一种单相异步电机，包括：主相绕组、副相绕组以及切换装置，所述主相绕组包括至少两个绕组线圈；所述切换装置，用于根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述主相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
以上实施方式调整时仅切换主相绕组的连接方式，在另一种实施方式中，调整时主相绕组和副相绕组都切换连接方式。在这种实施方式中，所述副相绕组包括至少两个绕组线圈；所述切换装置，还用于根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述副相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。图1是本发明提供的单相异步电机的整体结构图。图1所示的结构中其主相绕组和副相绕组都设置有切换装置，在仅切换主相绕组的情况下，副相绕组中就不需要设置切换装置了。
图2是本发明提供的单相异步电机的一种优选实施例的设备结构示意图。本发明单相异步电机的切换装置包括：检测器件100，用于检测单相异步电机的运行数据，所述运行数据包括工作电流、温度、负载大小中的至少一个；切换组件200，用于根据所述检测器件检测的结果切换所述单相异步电机的绕组连接方式，所述绕组连接方式包括串联方式和并联方式。具体实施过程中，在所述检测到的运行数据大于预设的上限阈值的情况下切换到并联方式，在所述检测到的运行数据小于预设的下限阈值的情况下切换到串联方式。电容运转单相异步电机，通过主副相或主相绕组的各自两个绕组或两个以上的绕组串并联形式的切换实现电机的宽负载能力，达到轻载时高效运行，重载时稳定、可靠运行。将串并联两种形式的优点相结合，并使用一定的外部控制办法，实现绕组的切换、电容的切换，实现异步电机的性能、过载和启动各方面的效果兼得。通过使用本发明提供的技术方案，电机额定点性能可以提升2-5％，过载能力提升2-4倍。
图3是单相异步电机的绕组示意图。异步电机根据极数、槽数的不同，绕组的分布设计有不同，其绕组数量可大于等于2，图示仅为示例，在实际应用时可灵活采用，图3以主相绕组和副相绕组各有两个为例。在各个附图中，主相是指主相绕组，副相是指副相绕组，主相一是指主相第一个绕组，依次类推其他同理。
根据本发明提供的技术方案，单相异步电机通过采用主副相绕组串并联的办法，设计成两种特性不同的单相异步电机。在串联运行时，电机轻负载运行性能极高，与应用工况绝佳匹配，这种状态下，其过载能力差，无法满足极端重载情况，尤其是低压情况。在并联运行状态下，电机过载能力极强，提升数倍，轻松满足应用场合的过载能力及低压情况下的过载能力需求，在这种情况下低负载运行时的性能差。串并联结合使用时，取两者的长处，充分发挥电机的性能空间，提升应用工况能效，达到节能的效果。现有应用情况预计性能提升2-3％，过载点和额定运行点差距越大，越能发挥这种电机的优势。并联方式能够在启动中发挥强大优势，启动能力相比以前提升100％，可取消启动器，达到一定程度上的控制成本、降低成本的作用。
根据本发明单相异步电机一种实施方式，所述工作电流是通过所述单相异步电机的主相、副相或公共端的电流；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的工作电流大于预设的电流上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的工作电流小于预设的电流下限阈值时切换到所述串联方式。可通过公共端或主相或副相的电流变化来控制开关，切换绕组串并联，实现绕组的切换。当电流大于预设的电流上限阈值时切换成并联，进入重载；当电流降低到电流下限阈值时，切换成串联运行。
其中，所述电流上限阈值大于等于所述电流下限阈值；和/或所述电流上限阈值小于在恶劣高温低压并以串联方式运行情况下的过载电流。
根据本发明单相异步电机的一种实施方式，所述温度是所述单相异步电机的温度、与所述单相异步电机配套使用的设备的温度及外界环境温度的其中之一；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的温度大于预设的温度上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的温度小于预设的温度下限阈值时切换到所述串联方式。电机绕组切换机理还可采用温度控制，通过温度传感器感应单相异步电机的温度、或者是感应与所述单相异步电机配套使用的设备的温度(比如冷冻、冷藏箱体的温度)、还可以感应外界环境温度，通过温度传感器感应到的温度给予判定切换信号。
根据本发明单相异步电机的一种实施方式，所述负载大小包括功率大小或转矩大小；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的负载大小高于预设的负载上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的负载大小低于预设的负载下限阈值时切换到所述串联方式。电机绕组切换还可采用负载控制，比如在冰箱冷柜等的应用场合，在具体的实施方案中，可由冰箱冷柜等上位机根据实际负载大小给予绕组切换组件切换串并联的信号。
根据本发明单相异步电机的一种实施方式，还包括：所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联；所述并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，或者当主相绕组或副相绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联或者先并联再把并联部分串联。
在一种实施方式中，单相异步电机的主相和副相的绕组可同时采用串联方式或同时采用并联方式。图4是本发明提供的单相异步电机主副相绕组串联方式示意图；图5是本发明提供的单相异步电机主副相绕组并联方式示意图。在图4和图5中，单相异步电机的主副相分别有两个绕组，图4中主相和副相的两个绕组同时采用串联方式，图5中主相和副相的两个绕组同时采用并联方式。以单相异步电机应用于制冷压缩机为例，其壳体上接线柱通常有5-8个导电柱，各个附图中的字母A、B、C、D、E、F、G、H分别表示连接电机的各线头。电机绕组较多的情况相应导柱个数也多，在图10、图11和图12中，字母A′、B′、C′、D′也表示连接电机的各线头。
在另一种实施方式中，单相异步电机仅主相的绕组采用串联方式或并联方式。图6是本发明提供的单相异步电机主相绕组串联方式示意图；图7是本发明提供的单相异步电机主相绕组并联方式示意图。在图6和图7的实施方式中，单相异步电机仅主相的两个绕组采用串联方式或并联方式，图6中主相的两个绕组采用串联方式，图7中主相的两个绕组采用并联方式。单相异步电机仅主相的绕组采用串联方式或并联方式同样可以达到拓宽负载能力，性能提升，缺点是过载运行状态略差，电机磁场圆度略差。另外，还有较差的实施方式为主相切换串并联设计，电容不切换、副相不切换，能够达到提升提升过载能力效果，缺点是过载运行电流增大较为明显。
再者，单相异步电机的绕组数量可能在两个以上。图8是本发明提供的单相异步电机主相三个绕组串联方式示意图；图9是本发明提供的单相异步电机主相三个绕组并联方式示意图。在图8和图9的实施方式中，单相异步电机主相的三个绕组分别采用串联方式和并联方式，图8中主相的三个绕组采用串联方式，图9中主相的三个绕组采用并联方式。
另外，所述并联方式还包括所述单相异步电机的主相、或主相和副相的多个绕组先串联再并联或者先并联再串联。图10是本发明提供的单相异步电机主相四个绕组串联方式示意图；图11是本发明提供的单相异步电机主相四个绕组并联方式的一种优选实施例的示意图；图12是本发明提供的单相异步电机主相四个绕组并联方式的另一优选实施例的示意图。在图10、图11和图12的实施方式中，单相异步电机主相的四个绕组分别采用串联方式和并联方式，图10中主相的四个绕组采用串联方式，图11和图12中主相的四个绕组都是采用并联方式。其中图11中主相的四个绕组采用两两并联再串联的方式，图12中主相的四个绕组采用两两串联再并联的方式。
根据本发明单相异步电机的一种实施方式，所述串联方式还包括在副相绕组上串联运行电容C1，所述并联方式还包括在副相绕组上串联过载电容C2；所述运行电容C1与所述过载电容C2的关系为：C2＝C1+C2＇，其中：C2＇的取值范围为C1<C2＇<2C1，或者C2＇＝0。即运行电容C1始终与副相绕组串联，C2＇为实现启动电容增加的容值。C2＇可取消，这种情况下过载电容C2始终使用运行电容C1。适当设置电容的大小有助于兼容电机在串并联状态下的运行状态，有利于改善并联运行状态下的磁场圆度。
根据本发明单相异步电机的一种实施方式，当所述单相异步电机的主相和副相的两个以上的绕组同时采用串联方式或同时采用并联方式时，并联匝比Λ1＝串联匝比Λ2＝并联副相匝数Nsb/并联主相匝数Nmb＝串联副相匝数Nsc/串联主相匝数Nmc，且0.5<Λ1＝Λ2<0.75；当所述单相异步电机仅主相绕组采用串联方式或并联方式时，并联匝比的取值范围为0.65<Λ1<0.9，和/或串联匝比的取值范围为0.5<Λ2<0.75。适当限定匝比有助于兼容串联和并联两种连接方式，使电机在串联状态和并联状态下都能很好地运行，提高效率和稳定性，并能够有效避免并联状态下磁场圆度差、效率下降、保护器提前跳闸等情况的发生。
图13是本发明提供的单相异步电机串联方式和传统设计的效率对比图示(以冰箱应用为例)。在图13中，传统设计指目前市面上的定频压缩机电机采用的电机设计方案，即市面上现有机型方案；串联效果是指本发明提供的技术方案中绕组串联时运行的性能特性曲线；图中横坐标为输入功率，即表示该点电机稳定运行的输入平均功率，纵坐标为对应的电机效率；冰箱工况负载点是指压缩机在冰箱上进行耗电量稳定测试时工况时，电机的负载点；国标工况负载点是指压缩机按照国标要求工况时，电机稳定运行的输入平均功率。图13中的串联效果对应的曲线是图6所示的单相异步电机主相绕组串联方式的效果。另外，图13的数据是基于传统方案的定子冲片、转子冲片、鼠笼的基础上设计的，如果调整定转子冲片、转子鼠笼，电机性能提升预计可达到3％。
如图13中的黑色实线所示，电机最高性能点在国标工况的右边，且在评估压缩机匹配冰箱时的负载点比国标工况还要低，这说明该电机在性能发挥方面没有做到最佳。导致传统设计不能够充分发挥电机性能优势的原因是在冰箱使用中，会出现极端的恶劣工况，环境温度高，箱体内温度高，此时压缩机的负载会急剧增大，但压缩机不能停机，国标中描述为连续过载。
图14是本发明提供的单相异步电机串联方式、并联方式和传统设计的转矩-转速曲线图示。在图14中，串联转矩是指本发明提供的技术方案中采用串联方式连接时电机运行的转速与转矩输出的对应关系；并联转矩是指本发明提供的技术方案中采用并联方式时电机运行的转速与转矩输出的对应关系；传统设计这里是指现有技术的设计方案的转速与转矩输出的对应关系。如图13和图14所示，图13中的传统设计机型的过载能力必须达到0.58Nm时，才能满足实际应用需求，可参见图14中传统设计的转矩转速曲线。人们对节能环保的逐步重视，又对产品提出更多的苛刻的要求，也因此电机行业的能效标准在不断的提高，传统电机的设计研发遇到上升的瓶颈。本发明提供的技术方案可以较完美的解决这个矛盾和问题，赋予电机行业新的发展空间。
异步电机根据负载点的不同、过载、启动能力要求的不同，绕组的匝数差异较大。仍以冰箱为例，这里的重载并不是指同一个压缩机，而是指大冰箱使用的压缩机，同样是国标工况，其负载要比小冰箱要小很多。同理轻载应用是指小冰箱用的压缩机其同样工况时，负载要小很多。由于这样的不同，电机在设计上就会出现绕线方案、线径、电容等就会变化。重载应用时，绕组的匝数少，线径粗，电容较大，其承载能力强，启动能力强，最佳性能点在负载较为重的地方。轻载应用时，异步电机可以设计成绕组匝数多，线径细，电容较小，其能够做到小负载的情况下性能较优，不足之处就是过载能力下降的厉害，启动能力差。如图14所示，点虚线方案(串联转矩曲线)匝数多线径细电容小，其过载能力仅有0.37Nm；实线方案(传统设计转矩曲线)匝数相比点虚线较少，线径粗，其过载能力能够达到0.59Nm；线虚线(并联转矩曲线)时，其匝数仅有串联时的一半，低于传统设计方案，等效线径较粗，其过载能力达到1.44Nm。
根据本发明单相异步电机的一种实施方式，还包括采用多股线并绕的方式实现绕组的串联和并联，所述多股线并绕包括双线并绕和三线并绕。
根据本发明单相异步电机的绕组串并联切换装置的一种实施方式，还包括通过增大转子冲片槽面积、增大转子端环、和/或增加转子外径用以提高电机性能。以冰箱的应用为例，采用以上结构设计可有效发挥冰箱工况点电机性能。
本发明的又一方面又提供了一种设备，所述设备包括上述任一项所述的单相异步电机；或者所述设备包括混合电机，所述混合电机使用上述任一项所述的单相异步电机启动，所述混合电机包括单相异步启动永磁同步电机或三相异步启动永磁同步电机。其中，应用在单相异步启动永磁同步电机上有一定的效果，缺点是该类型电机的退磁能力本身就不好，当采用并联启动时，启动瞬间电流更大，其退磁设计较为困难；应用在三相异步电机上会在实际使用中工况重载时会切换到并联状态较长时运行。所述设备为空调、风扇、洗衣机等使用上述电机的电子设备。
本发明的另一方面又提供了一种单相异步电机绕组串并联切换方法，包括：所述单相异步电机的主相绕组包括至少两个绕组线圈；根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述主相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，所述单相异步电机的副相绕组包括至少两个绕组线圈；所述方法还包括根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述副相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
图15是本发明提供的单相异步电机绕组串并联切换方法的一种优选实施例的步骤流程图。如图15所示，本发明单相异步电机绕组串并联切换方法包括：步骤S110，检测步骤，用于检测单相异步电机的运行数据，所述运行数据包括工作电流、温度或负载大小；步骤S120，切换步骤，用于根据所述检测步骤检测的结果切换所述单相异步电机的绕组连接方式，所述绕组连接方式包括串联方式和并联方式。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，还包括：所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联；所述并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，或者当主相绕组或副相绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联或者先并联再把并联部分串联。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，所述运行数据包括工作电流、温度、负载大小中的至少一个。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，所述工作电流是通过所述单相异步电机的主相绕组、副相绕组或公共端的电流；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的工作电流大于预设的电流上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的工作电流小于预设的电流下限阈值时切换到所述串联方式。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，所述电流上限阈值大于等于所述电流下限阈值；和/或所述电流上限阈值小于在恶劣高温低压并以串联方式运行情况下的过载电流。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，所述温度是所述单相异步电机的温度、与所述单相异步电机配套使用的设备的温度及外界环境温度的其中之一；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的温度大于预设的温度上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的温度小于预设的温度下限阈值时切换到所述串联方式。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，所述负载大小包括功率大小或转矩大小；所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的负载大小高于预设的负载上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的负载大小低于预设的负载下限阈值时切换到所述串联方式。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，还包括：所述串联方式还包括在副相绕组上串联运行电容C1，所述并联方式还包括在副相绕组上串联过载电容C2；所述运行电容C1与所述过载电容C2的关系为：C2＝C1+C2＇，其中：C2＇的取值范围为C1<C2＇<2C1，或者C2＇＝0。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，当所述单相异步电机的主相和副相的两个以上的绕组同时采用串联方式或同时采用并联方式时，并联匝比Λ1＝串联匝比Λ2＝并联副相匝数Nsb/并联主相匝数Nmb＝串联副相匝数Nsc/串联主相匝数Nmc，且0.5<Λ1＝Λ2<0.75；当所述单相异步电机仅主相绕组采用串联方式或并联方式时，并联匝比的取值范围为0.65<Λ1<0.9，和/或串联匝比的取值范围为0.5<Λ2<0.75。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，还包括采用多股线并绕的方式实现绕组的串联和并联，所述多股线并绕包括双线并绕和三线并绕。
根据本发明单相异步电机绕组串并联切换方法的一种实施方式，还包括通过增大转子冲片槽面积、增大转子端环、和/或增加转子外径用以提高电机性能。
本发明的技术方案通过单相异步电机绕组连接方式的切换，在串联运行时电机轻负载运行性能高，在并联运行时电机过载能力强，串并联结合使轻载时高效运行，重载时稳定、可靠运行，充分发挥电机的性能空间，提升应用工况能效，达到节能的效果，同时也拓宽了负载能力，提升了启动能力。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (25)
1.一种单相异步电机，其特征在于，包括：主相绕组、副相绕组以及切换装置，
所述主相绕组包括至少两个绕组线圈；
所述切换装置，用于根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述主相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，
所述副相绕组包括至少两个绕组线圈；
所述切换装置，还用于根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述副相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，还包括：
所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联；
所述并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，或者当主相绕组或副相绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联或者先并联再把并联部分串联。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电机，其特征在于，所述运行数据包括工作电流、温度、负载大小中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，
所述工作电流是通过所述单相异步电机的主相绕组、副相绕组或公共端的电流；
所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的工作电流大于预设的电流上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的工作电流小于预设的电流下限阈值时切换到所述串联方式。
6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述电流上限阈值大于等于所述电流下限阈值；和/或所述电流上限阈值小于在恶劣高温低压并以串联方式运行情况下的过载电流。
7.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，
所述温度是所述单相异步电机的温度、与所述单相异步电机配套使用的设备的温度及外界环境温度的其中之一；
所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的温度大于预设的温度上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的温度小于预设的温度下限阈值时切换到所述串联方式。
8.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，
所述负载大小包括功率大小或转矩大小；
所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的负载大小高于预设的负载上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的负载大小低于预设的负载下限阈值时切换到所述串联方式。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的电机，其特征在于，还包括：
所述串联方式还包括在副相绕组上串联运行电容C1，所述并联方式还包括在副相绕组上串联过载电容C2；所述运行电容C1与所述过载电容C2的关系为：C2＝C1+C2＇，其中：C2＇的取值范围为C1<C2＇<2C1，或者C2＇＝0。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的电机，其特征在于，
当所述主相绕组和副相绕组的两个以上的绕组线圈同时采用串联方式或同时采用并联方式时，并联匝比Λ1＝串联匝比Λ2＝并联副相匝数Nsb/并联主相匝数Nmb＝串联副相匝数Nsc/串联主相匝数Nmc，且0.5<Λ1＝Λ2<0.75；
当所述仅主相绕组采用串联方式或并联方式时，并联匝比的取值范围为0.65<Λ1<0.9，和/或串联匝比的取值范围为0.5<Λ2<0.75。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的电机，其特征在于，还包括采用多股线并绕的方式实现绕组的串联和并联，所述多股线并绕包括双线并绕和三线并绕。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的电机，其特征在于，还包括通过增大转子冲片槽面积、增大转子端环、和/或增加转子外径用以提高电机性能。
13.一种设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求1-12中任一项所述的单相异步电机；或者所述设备包括混合电机，所述混合电机使用如权利要求1-12中任一项所述的单相异步电机启动，所述混合电机包括单相异步启动永磁同步电机或三相异步启动永磁同步电机。
14.一种单相异步电机绕组串并联切换方法，其特征在于，所述单相异步电机的主相绕组包括至少两个绕组线圈；根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述主相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述单相异步电机的副相绕组包括至少两个绕组线圈；所述方法还包括根据所述单相异步电机的运行数据，调整所述副相绕组的至少两个绕组线圈之间连接方式，所述连接方式包括串联方式和并联方式。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，还包括：
所述串联方式包括至少两个绕组线圈全部串联；
所述并联方式包括：至少两个绕组线圈全部并联，或者当主相绕组或副相绕组包括至少三个绕组线圈时，所述并联方式还包括：绕组线圈先串联再把串联部分并联或者先并联再把并联部分串联。
17.根据权利要求14-16任一项所述的方法，其特征在于，所述运行数据包括工作电流、温度、负载大小中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，
所述工作电流是通过所述单相异步电机的主相绕组、副相绕组或公共端的电流；
所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的工作电流大于预设的电流上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的工作电流小于预设的电流下限阈值时切换到所述串联方式。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述电流上限阈值大于等于所述电流下限阈值；和/或所述电流上限阈值小于在恶劣高温低压并以串联方式运行情况下的过载电流。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，
所述温度是所述单相异步电机的温度、与所述单相异步电机配套使用的设备的温度及外界环境温度的其中之一；
所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的温度大于预设的温度上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的温度小于预设的温度下限阈值时切换到所述串联方式。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，
所述负载大小包括功率大小或转矩大小；
所述根据所述单相异步电机的运行数据调整至少两个绕组线圈之间连接方式，包括：当所述检测到的负载大小高于预设的负载上限阈值时切换到所述并联方式；当所述检测到的负载大小低于预设的负载下限阈值时切换到所述串联方式。
22.根据权利要求16-21中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
所述串联方式还包括在副相绕组上串联运行电容C1，所述并联方式还包括在副相绕组上串联过载电容C2；所述运行电容C1与所述过载电容C2的关系为：C2＝C1+C2＇，其中：C2＇的取值范围为C1<C2＇<2C1，或者C2＇＝0。
23.根据权利要求16-22中任一项所述的方法，其特征在于，
当所述主相绕组和副相绕组的两个以上的绕组线圈同时采用串联方式或同时采用并联方式时，并联匝比Λ1＝串联匝比Λ2＝并联副相匝数Nsb/并联主相匝数Nmb＝串联副相匝数Nsc/串联主相匝数Nmc，且0.5<Λ1＝Λ2<0.75；
当所述仅主相绕组采用串联方式或并联方式时，并联匝比的取值范围为0.65<Λ1<0.9，和/或串联匝比的取值范围为0.5<Λ2<0.75。
24.根据权利要求14-23中任一项所述的方法，其特征在于，还包括采用多股线并绕的方式实现绕组的串联和并联，所述多股线并绕包括双线并绕和三线并绕。
25.根据权利要求14-24中任一项所述的方法，其特征在于，还包括通过增大转子冲片槽面积、增大转子端环、和/或增加转子外径用以提高电机性能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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