CN1161594A - 变极型单相感应电动机 - Google Patents

Abstract

变极型单相感应电动机，通过使用一开关装置来改变定子绕组的绕组连接，由此而变化定子的极数，其包括：第一主绕组，由两个绕组组成，在四极运行期产生四极旋转磁场；第二主绕组，由放置在第一主绕组的两套绕组之间的一个绕组所组成，在两极运行期间同第一主绕组相配合而产生两极旋转磁场；一个两极辅助绕组，由位于同第一主绕组相交叠的一套绕组所构成；和一开关装置，开关第一主绕组、第二主绕组或两极辅助绕组的相应触点以进行变极运行。

Description

变极型单相感应电动机

本发明涉及一种变极型(pole-change)单相感应电动机，通过使用开关元件来改变定子绕组的连接绕组。尤其是，涉及用于电冰箱压缩机电机中的变极型单相感应电动机，其包括两个绕组(即主和辅助绕组)，把在两极运行中使用的两极主绕组作为在四极运行期间的四极主绕组使用，并能够进行两极运行和四极运行之间的变极运行。

通常在滑差S下的转速N为：

(1)Ns＝120f/p    (2)N＝Ns(1-s)

其中，Ns＝同步速；p＝极数；f＝电源频率。

参照式(1)和(2)，可以通过改变旋转磁场的同步速Ns或改变滑差S来变化感应电动机速度。

但是，为了控制感应电动机速度，改变同步速Ns的变极方法是在降低生产成本、改变电机速度和不改变电机转矩特性上较好的方法。

图1是一种现有的变极型单相感应电动机。如图1所示，现有的变极型单相感应电动机包括两极主绕组(1a、1b)、两极辅助绕组(2a、2b)、四极主绕组(3a-3d)和四极辅助绕组(4a-4d)，这些绕组被绕制在定子槽中。该现有的变极型单相感应电动机在两极运行期间使用两极主绕组(1a、1b)和两极辅助绕组(2a、2b)；并使用四极主绕组(3a-3d)和四极辅助绕组(4a-4d)。

但是，该现有方法，使用四种绕组(即，两极主绕组、两极辅助绕组、四极主绕组和四极辅助绕组)，只适合于从定子铁心至轭部(Yoke)具有足够长度范围的大尺寸电动机。而小尺寸电动机没有足够的槽面积，而难于绕制四个绕组。

进而，使用四个绕组的该方法因截面积提高而导致的铁芯损耗从而引起了效率变差和电流上升。而绕组绕径(winding diameter)的降低提高了绕组的温度，并且使用四个绕组的方法导致了复杂的工艺过程。

为了解决这些问题，在日本专利公报No.昭59-92751(以“变极型单相感应电动机”为题目，1984年5月29日公开)中描述了另一种方法，以减小定子槽面积和防止铁芯损耗。

如图2A-2B所示，该电动机包括一个两极主绕组、一个四极主绕组和一个辅助绕组，并且在两极和四极运行期间使用同一个辅助绕组，由此而获得两极和四极效果。结果，该电动机大大减小了电流密度并减少了绕组数量。另外，该电动机具有高效率，而能避免温度上升。因而，该电动机相对于使用四个绕组的其它电动机来说具有显著的优点。

参见图2A，在两极运行中使用两极主绕组(1A、1B)和两极辅助绕组(5A、5B)。端子A、B和F被接到电源上，端子D和E短接，端子C开路。

参见图2B，在四极运行中使用四极主绕组(3A-3D)和两极辅助绕组(5A、5B)。端子A、C和E被接到电源上，端子D和F短接，端子B开路。

如上所述那样，在两极运行和四极运行中，都使用两极辅助绕组(5A、5B)作为辅助绕组。这样的电动机在两极运行期间具有足够的效率，但极间距离太短。结果，搭接部分出现，由此而使电机效率变差。另外，由于在该电动机上使用三套绕组，槽的截面积仍然较大，并且工艺过程变得复杂。

本发明的一个目的是提供一种变极型单相感应电动机，通过使用开关元件来改变定子绕组的绕组连接，由此来改变定子的极数。

本发明的另一个目的是提供一种变极型单相感应电动机，在四极运行期间使用供两极运行使用的两极主绕组作为四极主绕组，由此减小槽面积，改善工作效率，并避免效率的下降。

本发明还有一个目的是提供一种变极型单相感应电动机，其包括两套绕组，其可以进行两极和四极的变换。

为了实现这些及其它的目的，该变极型单相感应电动机包括：

一电源单元；

至少一个绕制在定子上的主绕组装置，作为两极和四极运行绕组；

两个辅助绕组，同主绕组相连，在两极运行期间作为起动绕组；

多个抽头装置，形成在主绕组和辅助绕组上，使主绕组用于两极和四极运行；以及

一个开关装置，同抽头装置相连，使抽头装置的连接端子能被选择地连接到电源单元上。

具有两套绕组的变极型单相感应电动机包括：

第一主绕组，由两个绕组组成，在四极运行期间产生四极旋转磁场；

第二主绕组，由位于第一主绕组的两套绕组之间的一个绕组组成，在两极运行期间同第一主绕组相配合产生两极旋转磁场；

两极辅助绕组，由同第一主绕组相交叠地放置的一套绕组组成；以及

开关装置，开关第一主绕组、第二主绕组或两极辅助绕组的相应接点以执行变极运行。

变极型单相感应电动机起动时使用第一主绕组、第二主绕组和两极辅助绕组而作为两极运行。然后该变极单相感应电动机通过开关装置借助电动机的旋转惯性力而被切换到四极。此后，当从四极运行变换为两极运行时，该变极型单相感应电动机通过使用开关装置借助电动机的旋转惯性力被切换到两极运行。

下面将参照附图来更详细地描述本发明的最佳实施例。

图1是一般的变极型单相感应电动机；

图2A是现有变极型单相感应电动机的改进型的接线图，当进行两极运行时；

图2B是现有变极型单相感应电动机的改进型的接线图，当进行四极运行时；

图3是根据本发明的第一优选实施例的变极型单相感应电动机的内部接线图；

图4A和4B表示在图3的电动机的两极运行期间的接线图和等效电路图；

图5A和5B表示在图3的电动机的四极运行期间的接线图和等效电路图；

图6A和6B表示根据本发明的第二优选实施例的两极运行和四极运行期间的接线图；

图7是当两极运行时比较现有技术同本发明第一实施例的特性的表；

图8是当四极运行时比较本发明第一优选实施例同第二实施例的特性的表。

下面参照附图对本发明进行详细描述。

在附图中，箭头表示电流方向， 代表电流流入纸面，

代表电流流出纸面。

如图3所示，根据本发明，在单相感应电动机中，主绕组(9A-9C)位于外槽，第一主绕组(9A、9B)置于以一垂直线为中心的两边，第二主绕组9C在中央。第一和第二主绕组上下移动而分别形成锯齿状。

主绕组9A的一侧M1和主绕组9B的一侧M2被连接到一个继电器R的相应接点上。第一主绕组9A和9B的另一侧2M相互连接起来。

第二主绕组9C的一侧2M被连接到第一主绕组9A和9B的连接点2M上。另一侧C被接至继电器R的相应点上。

相反，具有左右方向的定子内槽，和使一套绕组为锯齿状的两极辅助绕组10A和10B，被置于水平线的中央。两极辅助绕组10A和10B的一端C被共同连接到第二主绕组9C的一端C上，并且其被连接到继电器R的相应接点上。另一端S同其间的相位差产生电容器C一起连至继电器R的对应端上。

图4A和4B表示在图3所示的电动机的两极运行期间的接线图和等效电路图。该感应电动机以两极开始起动。

如图4B所示，在本发明中所使用的继电器R具有第一和第二动触头(moving contacts)H和I，每个在其上和下部分具有三个触头。其具有一个定触头J，该定触头J具有三个布置在第一动触头H和第二动触头I之间的触头。该继电器R还具有三个动铁K，有选择地把第一和第二动触头同定触头J相接触。定触头J中的一个触头通过导线被连接到动触头H中的一个触头上。

三个动铁(moving irons)K根据励磁线圈的导通而向上或向下移动。在两极运行期间，动铁K向上移动而把定触头J连接到第一移动线图H上。从而，在两极运行期间，并联的主绕组9A和9B串联连接到第二主绕组9C上，由此而连接到交流(AC)电源的两侧。

最后，如图4A所示，为了在上部分获得流入电流和在下部分获得流出电流，第一主绕组9A和9B与第二主绕组9C相连接起来。结果，形成具有两极N和S的旋转磁场。

相反，两极辅助绕组10A和10B被连接到AC电源的两侧，其间具有电容器C。因而，在旋转磁场与绕组10A和10B之间具有90°相位差。该旋转磁场是由第一主绕组(9A，9B)和第二主绕组9C所形成，因而，电动机的转子在第一主绕组9A和9B的上限和下限间平滑地旋转。

图5A和5B表示出在图3所示的电动机的四极运行期间的接线图和等效电路图。

如图5B所示，当变极型单相感应电动机通过开关装置借助电动机的旋转惯性力被切换到四极运行上，而进行四极运行，动铁K向下移动。因而，定触头J被接至第二动铁I。从而，在四极运行期间，第二主绕组9C开路，第一主绕组9A和9B分别串接到AC电源的两侧。

两极辅助绕组10A和10B开路。通过这些连接，如图5A所示，电流流入第一主绕组9A的上部分，并流出第一主绕组9A的下部分。相反，在另一绕组9B，电流流入下部分并流出上部分。因而，形成具有四极N、S、N、S的四极旋转磁场，由此而驱动转子旋转。至于转子的转速，虽然在两极运行期间约1Hz(交流)的合成磁动势使转子转一转，但在四极运行期间的转速使转子转1/(P/2)转(其中，P是极数)。即，与两极运行期的一转相比，转子旋转1/2。

图7是当进行两极运行时，比较现有技术与本发明第一实施例的特性的表。

如图7所示，当在图1、2A和2B的现有技术中使用与本发明相同的铁芯时，在图1、2A和2B的现有技术中使用的绕组的数量需要一倍半的槽面积。在此情况下，当本发明的特性同现有技术相比时，在效率和平均电流上存在差别。

图6A和6B表示根据本发明第二优选实施例的两极运行和四极运行期间的接线图。

图8是当进行四极运行时，比较第一实施例同第二实施例的特性的表；

在图6A-6B所示的第二优选实施例中，为了提高四极运行期间的起动转矩，第二主绕组9C′的绕组数少于图3的第二绕组数9C，由此减小极9A′和9B′之间的距离。参照图8，在四极运行期间因极间距离太窄而使起动转矩提高。因而，由于磁道的交叉而使电动机的效率变差及电流上升。根据第二优选实施例，最好使用效率比起动转矩更重要的电动机。

如第一实施例那样，本发明的电动机开始以两极运行起动，然后由一继电器借助电动机的旋转惯性力而被切换到四极运行。

如上述那样，根据本发明的变极型单相感应电动机使用两极运行中所用的两极主绕组作为四极运行期间的四极主绕组，由此减小槽面积，改善工作效率，防止效率下降。该变极型单相感应电动机使用开关元件来改变定子绕组的绕组连接，由此来变化定子的极数。进而，变极型单相感应电动机包括两套绕组，能够在两极运行和四极运行之间进行变极运行。

显然，在不脱离本发明的范围和构思的情况下，本领域技术人员可以进行各种其它的改型。因而，并不意味着权利要求的范围会受到上述描述的限制，而是对本发明所有特征的归纳。

Claims (5)

1、一种变极型单相感应电动机，包括：

一电源单元；

至少一个主绕组装置，绕制在定子上，并作为两极和四极运行绕组；

两辅助绕组装置，连接在所述主绕组装置上，在两极运行期间作为起动绕组；

多个抽头装置，形成在所述主绕组和辅助绕组装置上，使所述主绕组装置进行两极和四极运行；以及

一个开关装置，被接到所述抽头装置上，使所述抽头装置的连接端子被选择地连接至所述电源单元上。

2、根据权利要求1的变极型单相感应电动机，其中，所述变极型单相感应电动机包括两套绕组，通过使用所述主绕组和所述辅助绕组而以两极运行来开始起动该电动机，并使用所述开关装置来进行两极和四极之间的变极运行。

3、根据权利要求1的变极型单相感应电动机，其中，所述的开关装置包括：

第一和第二动触头H和I，每个在其上部分和下部分都有三个触点；

一个定触头，具有三个布置在所述第一动触头H和所述第二动触头I之间的触点；以及

三个动铁K，有选择地把所述第一和第二动触头H和I连接到所述定触头J上，

其中，所述定触头J之中的一个触点通过一导线被连接到所述动触头H之中的一个触点上。

4、一种用于改变单相感应电动机的极数的方法，包括下列步骤：

布置用于两极运行的两极主绕组；

布置一部分所述两极主绕组以用于四极运行；

布置两极辅助绕组以同所述两极主绕组相交叠；

使用所述两极主绕组和所述两极辅助绕组来进行所述两极运行；

借助转子的旋转惯性力而切换到四极；及

在所述四极运行期间使用所述部分的所述两极主绕组，从而通过使用所述部分的所述两极主绕组来进行四极运行。

5、一种具有两套绕组的变极型单相感应电动机，包括：

第一主绕组，由两个绕组组成，在四极运行期间产生四极旋转磁场；

第二主绕组，由布置在所述第一主绕组的所述两个绕组之间的一个绕组所组成，在两极运行期间与该第一主绕组相配合而产生两极旋转磁场；

一个两极辅助绕组，由位于同所述第一主绕组相交叠的两个绕组所组成；和

一开关装置，开关所述第一主绕组，所述第二主绕组或所述两极辅助绕组的对应触点以进行变极运行。

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