CN1753299A - 空调风扇电动机的速度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空调风扇电动机的速度控制系统。该空调风扇电动机的速度控制系统包括：一变频器，其具有一电力输出端，该电力输出端连接到该风扇电动机的一单相电力输入端，该风扇电动机具有一单相定子、一感应转子和一永磁转子，该定子包括一主线圈和一副线圈，该永磁转子安装在该定子和该感应转子之间；以及一三相驱动电动机，其连接至该变频器的电力输出端，并且通过所接收的来自该变频器的电力来驱动空调压缩机。

Description

空调风扇电动机的速度控制系统
技术领域
本发明涉及一种空调的风扇电动机，并且尤其涉及一种空调风扇电动机的速度控制系统。
背景技术
通常，将单相感应电动机用作空调的风扇电动机。为了产生旋转力矩，单相感应电动机将产生旋转磁场的磁化电流和电动机中产生的感应电流都供给到连接至外部电力端的绕组。
由于转子的一次铜耗和二次铜耗，单相感应电动机在改善效率方面具有局限性。为解决这种局限性，近来使用一种在图1和图2中示出的HIM(混合式感应电动机)作为空调的风扇电动机。在下文中，具有永磁转子的感应电动机被限定为HIM。
图1是根据传统技术的HIM的示意性截面图。
图2是沿图1中HIM的线B-B’的示意性俯视图。
如图1和图2所示，根据传统技术，定子102安装在HIM的支架101内，并且感应转子103安装在定子102内。多个片(slot)105突出地形成在定子102内，并且线圈106分别缠绕在片105上。
转子铝条107垂直地插入到沿垂直方向形成在转子103边缘的多个气隙103a中，并且所述转子铝条107通过端环108彼此连接。
用于将转子103的旋转力传递到外部的转轴109安装在形成于感应转子103中心的气隙103b处。转轴109能够通过安装在支架101上的无油轴承110进行旋转。
在定子102和感应转子103之间安装永磁转子104，该永磁转子104在通过由定子102产生的旋转磁场而进行旋转的同时，使转子103在强磁通下进行旋转。
根据传统技术，当AC电压施加到HIM时，施加到定子102的线圈106的电流使永磁转子104进行旋转，并且旋转的永磁转子104产生具有强磁通的旋转磁场，从而使感应转子103旋转。此时，与风扇(未示出)分隔开的低惯性永磁转子104通过定子102的旋转磁场而进行旋转，并且通过永磁转子104的旋转磁场将产生扭矩的磁通施加到感应转子103，从而使感应转子103旋转。即，当通过由分布绕组的定子产生的椭圆形旋转磁场而进行旋转的永磁转子104旋转时，永磁转子104产生具有强磁通的旋转磁场，从而使感应转子103旋转。因此，HIM以高效率运转，并发出很低的噪音。
下面参考图3描述根据传统技术的HIM和一般的感应电动机的速度特性。
图3是示出根据传统技术的HIM和一般的感应电动机的速度特性的坐标图。
如图所示，当通过控制施加到风扇电动机(HIM)的电压来控制风扇电动机的旋转速度的速度控制系统被应用于该HIM中时，根据电压来限制速度控制范围(例如790～880rpm(转数/每分钟))。即，因为永磁转子104，速度控制范围被限制在790～880rpm之内。由此，根据传统技术的速度控制系统不能被应用于需要速度控制范围为100rpm或更大的空调中。
同时，根据传统技术，用作空调风扇电动机的感应电动机在2004年11月16日注册的美国专利No.6819026中有所揭示。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种空调风扇电动机的速度控制系统，其能够通过利用变频器(inverter)的输出电力(output power)控制风扇电动机，来扩大风扇电动机的速度控制范围，其中该变频器用于驱动压缩机的驱动电动机。
本发明的另一个目的是提供一种空调风扇电动机的速度控制系统，其能够在不需要特殊的装置的情况下通过利用变频器输出电力的频率控制风扇电动机，从而在不需要任何特殊的额外成本的情况下扩大风扇电动机的速度控制范围，其中该变频器用于驱动压缩机的驱动电动机。
为了实现这些和其它优点，根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种空调风扇电动机的速度控制系统，包括：一变频器，其具有一电力输出端，该电力输出端连接到该风扇电动机的一单相电力输入端，该风扇电动机具有一单相定子、一感应转子和一永磁转子，该定子包括一主线圈和一副线圈，该永磁转子安装在该定子和该感应转子之间；以及一三相驱动电动机，其连接至该变频器的电力输出端，并且通过所接收的来自该变频器的电力来驱动空调压缩机。
为了实现这些和其它优点，根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种空调风扇电动机的速度控制系统，包括：一变频器，其具有一电力输出端，该电力输出端连接到风扇电动机的一三相电力输入端，该风扇电动机具有一三相定子、一感应转子和一永磁转子，该定子包括一三相平衡线圈，该永磁转子安装在该定子和该感应转子之间；以及一三相驱动电动机，其连接至该变频器的电力输出端，并且通过所接收的来自该变频器的电力来驱动空调压缩机。
在结合附图的同时，本发明的前述和其它目的、特征、方案及优点将从本发明下面的详细描述中变得更加清楚。
附图说明
所包含的附图提供对本发明的进一步理解，并且被并入构成为本说明书的一部分，其示出了本发明的实施例，并与说明一起用来解释本发明的原理。
在附图中：
图1是根据传统技术的HIM的示意性截面图；
图2是沿图1中HIM的线B-B’的示意性俯视图；
图3是示出根据传统技术的HIM和一般的感应电动机的速度特性的坐标图；
图4是示出根据本发明一实施例的空调风扇电动机的速度控制系统结构的电路图；
图5是示出根据本发明另一实施例的空调风扇电动机的速度控制系统结构的电路图；以及
图6是示出根据本发明的空调风扇电动机的速度和电力频率(powerfrequency)之间关系的列表，其中该电力频率取决于三相驱动电动机的极数和风扇电动机的极数。
具体实施方式
下面将详细说明本发明的优选实施例，其实例在附图中示出。
下面将参考图4至图6描述根据本发明的空调风扇电动机的速度控制系统的优选实施例，该速度控制系统能够通过利用变频器的输出电力控制风扇电动机，来扩大风扇电动机的速度控制范围，其中该变频器用于驱动压缩机的驱动电动机；并且该速度控制系统能够在不需要特殊的装置的情况下通过利用变频器输出电力的频率控制风扇电动机，从而在不需要任何特殊的额外成本的情况下扩大风扇电动机的速度控制范围，其中该变频器用于驱动压缩机的驱动电动机。
图4是示出根据本发明一个实施例的空调风扇电动机的速度控制系统结构的电路图。
如图所示，根据本发明的空调风扇电动机的速度控制系统包括：一变频器42，其具有一电力输出端，该电力输出端连接到风扇电动机41的一单相电力输入端，该风扇电动机41具有一单相定子102、一感应转子103和一永磁转子104，该定子102包括一主线圈和一副线圈，该永磁转子104安装在该定子和该感应转子之间；以及一三相驱动电动机43，其连接至该变频器42的电力输出端，并且通过所接收的来自该变频器42的电力来驱动空调压缩机。这里，三相驱动电动机43是三相无刷直流(BLDC)电动机、三相感应电动机或三相HIM(混合式感应电动机)。
根据室内温度和用户的期望温度，一控制装置(未示出)将用于改变压缩机压缩容量的控制信号输出到变频器42。
当变频器42的切换装置根据输出的控制信号进行切换时，变频器42改变三相驱动电动机43的驱动电力的频率。三相驱动电动机43的转速根据改变了的驱动电力的频率而变化。此时，风扇电动机41接收来自变频器42的改变了的驱动电力的频率，从而与压缩机的三相驱动电动机43互相配合并由此进行旋转。
然而，通常，三相驱动电动机43通过从变频器42输出的驱动电力的频率，以特定转速(例如2400rpm)进行旋转，并且风扇电动机41以大约为该特定转速的三分之一的转速(例如800rpm)进行旋转。例如，三相驱动电动机43通过从变频器42输出的驱动电力的频率60Hz，以1200rpm～3600rpm进行旋转，并且风扇电动机41以400rpm～1200rpm进行旋转。因此，需要一种方法，其通过驱动电力的频率使三相驱动电动机43的转数与风扇电动机41的转数之比为3∶1。为此，本发明设计为使风扇电动机41的极数是压缩机的三相驱动电动机43的极数的三倍。
并且，因为风扇电动机41是单相HIM，该单相HIM具有包含一主线圈和一副线圈的定子，所以风扇电动机41接收来自三相变频器42的三相电力输出端的单相电力。
下面将参考图5描述根据本发明的空调风扇电动机的速度控制系统的另一实施例。
图5是示出根据本发明另一实施例的空调风扇电动机的速度控制系统结构的电路图。
如图所示，根据本发明另一实施例的空调风扇电动机的速度控制系统包括：一变频器52，其具有一电力输出端，该电力输出端连接到风扇电动机51的一三相电力输入端，该风扇电动机51具有一三相定子、一感应转子和一永磁转子，该定子包括一三相平衡线圈，该永磁转子安装在该定子和该感应转子之间；以及一三相驱动电动机53，其连接至该变频器52的电力输出端，并且通过所接收的来自该变频器52的电力来驱动空调压缩机。这里，三相驱动电动机53是三相无刷直流(BLDC)电动机、三相感应电动机或三相HIM(混合式感应电动机)。
在根据具有如此结构的本发明另一实施例的空调风扇电动机的速度控制系统中，优选地，代替具有包含一主线圈和一副线圈的定子的单相HIM，将三相HIM用作风扇电动机51，该三相HIM具有包含一三相平衡线圈的三相定子。因此，除了风扇电动机51连接至三相变频器52的三相电力输出端并接收驱动电力之外，根据本发明另一实施例的空调风扇电动机的速度控制系统与根据本发明前一实施例的空调风扇电动机的速度控制系统没有区别。
下面将参考图6描述根据本发明的一特殊实例。
图6是示出根据本发明的空调风扇电动机的速度和电力频率之间关系的列表，其中电力频率取决于三相驱动电动机的极数和风扇电动机的极数。
参考图6的实施例1，三相驱动电动机的极数和风扇电动机的极数分别是6和18，并且因此具有1∶3的相关比。根据变频器输出电力的频率(210～30Hz)，三相驱动电动机以4200～600rpm进行旋转，并且风扇电动机能以1400～200rpm进行旋转。
参考图6的实施例2，三相驱动电动机的极数和风扇电动机的极数分别是4和12，并且由此具有1∶3的相关比。根据变频器输出电力的频率(210～30Hz)，三相驱动电动机以6300～900rpm进行旋转，并且风扇电动机能以2100～300rpm进行旋转。
参考图6的实施例3，三相驱动电动机的极数和风扇电动机的极数分别是2和6，并且由此具有1∶3的相关比。根据变频器输出电力的频率(210～30Hz)，三相驱动电动机以12600～1800rpm进行旋转，并且风扇电动机能以4200～600rpm进行旋转。
如图6的实施例1至3所描述的，与传统技术相比，本发明能够显著扩大空调风扇电动机的速度控制范围。
如至此所描述的，根据本发明的空调风扇电动机的速度控制系统能够通过利用变频器的输出电力控制风扇电动机，来扩大风扇电动机的速度控制范围，其中该变频器驱动压缩机的驱动电动机。
并且，根据本发明的空调风扇电动机的速度控制系统能够在不需要特殊的装置的情况下通过利用变频器输出电力的频率控制风扇电动机，而在不需要任何特殊的额外成本的情况下扩大风扇电动机的速度控制范围，其中该变频器驱动压缩机的驱动电动机。
由于只要不背离本发明的精神或必要特征，本发明可以以多种形式来实施，所以可以理解的是，除了特殊说明，前面说明的详细内容并非用于限制上述实施例，而应该如所附权利要求中所限定的一样，在其精神和范围之内进行广泛解释；因此，落入到权利要求界限内或等同界限内的所有变化和修改都将被所附权利要求所涵盖。

Claims (16)

1、一种空调风扇电动机的速度控制系统，包括：
一变频器，其具有一电力输出端，该电力输出端连接到该风扇电动机的一单相电力输入端，该风扇电动机具有一单相定子、一感应转子和一永磁转子，该定子包括一主线圈和一副线圈，该永磁转子安装在该定子和该感应转子之间；以及
一三相驱动电动机，其连接至该变频器的电力输出端，并且通过所接收的来自该变频器的电力来驱动空调的压缩机。
2、如权利要求1所述的系统，其中该风扇电动机接收来自该变频器的电力输出端的单相电力，该变频器将三相电力供给到该三相驱动电动机。
3、如权利要求1所述的系统，其中该风扇电动机的极数是驱动该压缩机的该三相驱动电动机的极数的三倍。
4、如权利要求1所述的系统，其中该压缩机的该三相驱动电动机的极数和该风扇电动机的极数分别是6和18、4和12、及2和6。
5、如权利要求1所述的系统，其中该三相驱动电动机是三相无刷直流(BLDC)电动机。
6、如权利要求1所述的系统，其中该三相驱动电动机是三相感应电动机。
7、如权利要求1所述的系统，其中该三相驱动电动机是三相混合式感应电动机(HIM)。
8、如权利要求1所述的系统，其中该系统还包括：
一控制装置，其输出用于控制该变频器的控制信号，以便根据室内温度和用户的期望温度改变该压缩机的压缩容量。
9、一种空调风扇电动机的速度控制系统，包括：
一变频器，其具有一电力输出端，该电力输出端连接到风扇电动机的一三相电力输入端，该风扇电动机具有一三相定子、一感应转子和一永磁转子，该定子包括一三相平衡线圈，该永磁转子安装在该定子和该感应转子之间；以及
一三相驱动电动机，其连接至该变频器的电力输出端，并且通过所接收的来自该变频器的电力来驱动空调的压缩机。
10、如权利要求9所述的系统，其中该风扇电动机接收来自该变频器的电力输出端的三相电力，该变频器将三相电力供给到该三相驱动电动机。
11、如权利要求9所述的系统，其中该风扇电动机的极数是驱动该压缩机的该三相驱动电动机的极数的三倍。
12、如权利要求9所述的系统，其中该压缩机的该三相驱动电动机的极数和该风扇电动机的极数分别是6和18、4和12、及2和6。
13、如权利要求9所述的系统，其中该三相驱动电动机是三相无刷直流电动机。
14、如权利要求9所述的系统，其中该三相驱动电动机是三相感应电动机。
15、如权利要求9所述的系统，其中该三相驱动电动机是三相混合式感应电动机。
16、如权利要求9所述的系统，其中该系统还包括：
一控制装置，其输出用于控制该变频器的控制信号，以便根据室内温度和用户的期望温度改变该压缩机的压缩容量。
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