CN1822490A - 调速电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调速电机。所述调速电机包括：包括第一和第二主绕组的主绕组，以及包括第一和第二辅助绕组的辅助绕组，其中所述主绕组和所述辅助绕组卷绕在定子上形成多个极；以及多个继电器，用于在第一和第二主绕组或者第一和第二辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作。所述调速电机包括：定子，所述定子上卷绕有4极绕组和12极绕组；以及串联连接到形成4极的4极主绕组的多个分接器绕组，用于在4极运行模式期间扩展所述电机的转速调节范围；以及相位控制电路，用于在12极运行模式期间通过控制输入电源信号的相位改变所述电机的转速。因此，在不使用能够调节电机转速的附加驱动单元的情况下，可以大幅度地调速电机的调速范围，由此生产成本大幅度地降低了，以及由低速控制模式所引起电磁振动噪声也被大幅度地减少了。通过相位控制操作和绕组切换操作控制电机的转速，由此可以有效地控制调速电机的转速，以及大幅度地减少能耗。

Description

调速电机
技术领域
本发明涉及调速电机，更具体地，涉及这样一种调速电机，它允许继电器在由辅助绕组和主绕组组成的至少一个绕组的串联/并联连接之间进行切换操作，将分接器绕组连接到4极主绕组以执行分接器绕组的切换，由此可以大幅度地增加电机的调速范围。
背景技术
图1示出了包含在传统外旋电机中的转子和定子的分解透视图。图2是传统电容型单相感应电机的电路图。
通常，电机包括安装有绕组的定子和安装有永磁体的转子。电机在安装到定子上的绕组中产生周期性的电流变化，通过根据该电流变化产生恒定变化的磁场在转子中产生转矩，由此电机可以通过该转矩获得旋转能量。
根据定子和转子的位置，电机可分为内旋电机和外旋电机，具体来说，如图1所示，外旋电机将定子1安装在转子2内部，由此转子2的旋转通过定子1的绕组中的电流变化实现。
然而，与三相感应电机能够本身产生旋转磁场不同，通常的单相感应电机只能产生由主绕组所引起的交变磁场，因此没有产生旋转力，并且处于静止状态的单相电机是不能独自旋转的。
因此，感应电机不仅包括主绕组，而且包括能够产生起动转矩的辅助绕组，以及包括用于初始地起动上述感应电机的起动装置。根据起动装置的种类，所述的感应电机分为分相起动电机、遮光盘型电机、电容运转电机、推斥起动电机。
例如，将在下文参考图2描述应用广泛的电容电机。
图2示出了传统电容型单相感应电机的等效电路。参考图2，电容型单相感应电机包括主绕组LM、辅助绕组LS和串联地连接到辅助绕组LS的电容器C。如果向电容型单相感应电机施加单相交流电源信号E，那么主绕组LM中产生了交变磁场。在这种情况下，电容器C控制流入辅助绕组LS电流信号的相位使其超前预定的90°，由此在辅助绕组LS中产生了与主绕组LM产生的交变磁场相比具有90°相位差的辅助磁场。
因此，主绕组LM产生的交变磁场和辅助绕组LS产生的辅助磁场具有不同的磁场相位，因此它们不是相互抵消的，而是叠加的。结果，产生了一个旋转磁场，由此单相感应电机就可以旋转。
尽管在性能和成本方面，单相感应电机与三相感应电机相比稍差，但是它比三相感应电机更加容易使用，因此它被广泛地应用于主要要求低能耗的家用电器中。
同时，根据安装了该电机的特定设备独特的工作特性，需要包括起动装置的单相感应电机能够高速旋转或低速旋转。
在这种情况下，如果输入单相AC(交流)电压信号时电机旋转，而输入的交流电压信号电流变化保持不变，造成该电机调速范围受到了限制。结果，需要用于调节该电机速度的附加设备，由此也需要其他的设备(例如，三相电机、逆变器电路和起动驱动电路)。
如果电机包含了上述附加设备，那么不可避免地会出现与所述附加设备相关的附加生产成本。为了解决上述问题，提出了一种改进方法，不仅包括卷绕在定子上的线圈而且包括附加的分接器绕组(tapwinding)，以调节电机的转速。
如果用户或操作人员希望使用分接器绕组改变电机的转速，由于该电机的最小调节速度大约相当于该电机同步转速的2/3的预定值，所以在调节电机转速时存在一个限制，因此很难扩展该电机的调速范围。
发明内容
因此，在考虑了上述问题的情况下完成了本发明，其目的是提供一种在高速旋转时主绕组和辅助绕组并联，以及在低速旋转时主绕组和辅助绕组串联的调速电机，由此可以大幅度地扩展该电机的调速范围。
本发明的另一个目的是提供一种包含4极绕组和12极绕组的调速电机，可以根据运行模式在4极绕组和12极绕组之间进行变极操作，将分接器绕组连接到4极绕组，由此可以大幅度地增加电机的调速范围。
可以实现上述及其他目的的调速电机，包括：包含第一和第二主绕组的主绕组；以及包含第一和第二辅助绕组的辅助绕组，其中所述主绕组和辅助绕组卷绕在定子上形成多个极；多个继电器，用于在第一和第二主绕组或第一和第二辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作，扩展了电机的转速范围。
根据本发明的一个方面，提供一种调速电机，包括：包括第一和第二主绕组的主绕组，以及包括第一和第二辅助绕组的辅助绕组，其中所述主绕组和所述辅助绕组卷绕在定子上形成多个极；多个继电器，用于在第一和第二主绕组或者第一和第二辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作；以及多个串联连接到所述第二辅助绕组的电容器，用于多级地改变所述电机的转速。
根据本发明的另一个方面，提供一种调速电机，包括：定子，在该定子上卷绕有4极绕组和12极绕组；多个分接器绕组，串联连接到形成4极的4-极主绕组，用于在电机处于4极运行模式时扩展该电机的转速调节范围；以及相位控制电路，用于在电机处于12极运行模式时通过控制输入的电源信号的相位改变该电机的转速。
根据本发明的又一个方面，提供一种调速电机，包括：安装到定子以形成多个极的主绕组和辅助绕组；以及多个通过分接器连接到主绕组和辅助绕组形成串联/并联连接的分接器绕组，由此可以扩展调速范围。
调速电机在能够形成多个极的主绕组和辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作，包括多个连接到辅助绕组的电容器，通过控制电容器的电容或输入电压大幅度地扩展该电机的调速范围，并在调速范围内多级地改变电机转速。
该调速电机不需要附加的用于电机调速的驱动单元，因此大幅度地降低了生产成本，并且也大幅度地降低了由电机的低速控制模式所引起电磁振动噪声。
所述调速电机根据运行模式进行变极操作，这样当电机作为特定极数的电机运行时可以扩展该电机的调速范围。所述调速电机进一步地包括分接器绕组，所述分接器绕组串联地连接到主绕组，或另外地连接到每个主绕组和辅助绕组，以扩展所述电机的调速范围。
因此，在不使用能够调节电机转速的附加驱动单元的情况下，所述调速电机可以大幅度地扩展它的调速范围，并且使用相位控制操作控制中级的或中等的速度，由此大幅度地减少了由低速甩干过程所引起电磁振动噪声。
附图说明
根据下述的详细说明以及说明书附图，将能够更清楚地理解本发明的上述及其他目的、特征及其他优点，其中：
图1示出了传统外旋电机分解透视图；
图2示出了传统电容型外旋电机的电路图；
图3示出了根据本发明的调速电机的单相变极绕组的线路图；
图4a、4b和4c示出了用于根据本发明第一优选实施例的调速电机中的主绕组和辅助绕组之间连接的电路图；
图5示出了当在根据本发明第一优选实施例的调速电机中主绕组和辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作时甩干速度变化的曲线图；
图6示出了根据本发明的第一优选实施例在图4中示出的调速电机以12极运行模式运行时的相位控制电路的电路图；
图7a、7b和7c示出了根据本发明第二优选实施例的调速电机中分接器绕组切换的4极主绕组电机的电路图；
图8示出了根据本发明第二优选实施例的调速电机中分接器绕组切换操作时电机转速变化的曲线图；
图9a、9b和9c示出了根据本发明第三优选实施例的调速电机的电路图；
图10示出了在根据本发明第三优选实施例的调速电机中电机转速变化的曲线图；
图11a、11b和11c示出了根据本发明第四优选实施例的调速电机中使用的分接器绕组和主绕组和辅助绕组的串联/并联连接；以及
以及图12示出了根据本发明第四优选实施例的调速电机中切换分接器绕组时甩干速度变化的曲线图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。附图中，不同的说明书附图中描述的相同或相似的元件都使用了同样的标号。在下述说明中，在不会造成本发明的内容不清楚的情况下，省略了对合并于此的已知功能和结构的详细说明。
接下来，将参考附图对根据本发明的调速电机的优选实施例进行描述。
根据本发明的调速电机是施加了单相交流电源信号的单相感应电机。就转子安装在定子外侧的外旋电机来说，其旋转半径大于内旋电机，并且每单位体积的转矩大幅度地增加了，因此根据线圈的串联/并联绕组连接状态可以扩展电机的高转速或低转速的范围。
图3示出了根据本发明的调速电机的单相变极绕组的线路图。
根据本发明的调速电机相当于卷绕有至少一个极绕组的变极电机，它进行变极操作，由此可以调节电机的速度。例如，根据运行模式在定子的4极连接和12极连接之间进行切换操作，以及在具有高RPM(每分钟转数)的4极运行和具有低RPM的12极运行之间进行切换操作，以此对电机进行驱动。
图4a、4b和4c示出了用于根据本发明第一优选实施例的调速电机中主绕组和辅助绕组之间连接的电路图。图4a示出了根据本发明第一优选实施例的主绕组和辅助绕组之间连接的电路图。图4b示出了根据本发明第一优选实施例的主绕组和辅助绕组之间串联连接的电路图。图4c示出了根据本发明第一优选实施例的第一和第二主绕组之间的并联连接以及第一和第二主绕组和辅助绕组之间的串联连接的电路图。
首先，卷绕在根据本发明的调速电机定子1上的主绕组包括第一和第二主绕组，第一主绕组在定子1中形成一个极，第二主绕组在定子1中形成另一个极，并且第一主绕组线圈的方向与第二主绕组线圈方向相对。因此，如果向调速电机施加单相交流电源信号，则能够形成相邻磁极的电流信号的方向是相反的，这样通过该相反的电流信号产生的磁场极性可以以一个N极一个S极这样的方式交替地产生。
进一步，电机包括定子中的主绕组LM和辅助绕组LS以产生旋转转矩。
当电机接收单相交流电源信号时在主绕组LM中生成交变磁场，该交变磁场的出现不能使电机旋转。因此，由于连接到辅助绕组LS的电容器的作用，电机形成了与主绕组LM的交变磁场相比具有90°电相位差的辅助磁场。
因此，由于90°的相位差，主绕组LM生成的交变磁场和辅助绕组LS生成的辅助磁场不会抵消，并且由于这个90°相位差会产生旋转磁场，由此感应电机就可以旋转。
根据本发明的调速电机包括用于形成主绕组LM的第一和第二主绕组LM1和LM2，并包括用于形成的辅助绕组LS的第一和第二辅助绕组LS1和LS2。
如图4a所示，第一和第二主绕组LM1和LM2包括一个或多个继电器RM1和RM2，以及第一和第二辅助绕组LS1和LS2包括一个或多个继电器RS1和RS2。总体的主绕组LM和总体的辅助绕组LS可以是通过上述继电器RM1、RM2、RS1、和RS2并联或串联连接的。
在这种情况下，继电器RM1、RM2、RS1和RS2有选择地连接到单个电路的端点，所述单个电路的端点依据从外部生成的控制信号连接到继电器RM1、RM2、RS1和RS2，由此在主绕组LM和辅助绕组LS的串联/并联连接关系之间进行切换操作。
因此，如图4c所示，第一和第二主绕组LM1和LM2通过上述继电器并联连接到第一和第二辅助绕组LS1和LS2。如果向定子施加220V的单相交流电压信号，则加载到第一和第二主绕组(LM1、LM2)和第一和第二辅助绕组(LS1、LS2)之间的电压是220V，并且形成了相应于220V电压的磁场，由此电机将会旋转。
如图4b所示，如果第一和第二主绕组LM1和LM2是串联连接，向第一和第二主绕组LM1和LM2施加220V的电压，则每个主绕组的电压是110V，由此根据110V电压该电机的转速发生了变化。
为了方便的描述本发明以及更好的了解本发明，以下将详细地描述上述实施例。
如果向上述电路施加交流电压信号，并且由继电器负责进行主绕组和辅助绕组的串联/并联连接，则电机满足下列公式1：
公式1
V＝4.44*f*Φ*N
这里，V是施加到电机定子绕组两端的电压信号的数值，f是施加到电机的电源信号的频率，Φ是电机中产生的磁通量，以及N是定子上卷绕的绕组的匝数。
换言之，施加到电机定子1上缠绕的每个线圈两端的电压是由电机中产生的磁通量所表示的。因此，如果第一和第二主/辅助绕组LM1、LM2、LS1、和LS2通过继电器并联地连接，则磁场增加一个与另一个磁场成比例的预定值，其中所述的另一个磁场是当第一和第二主/辅助绕组LM1、LM2、LS1、和LS2通过继电器串联连接时产生的，由此该电机的转速也增加了。
根据本发明的调速电机适用于各种需要变速操作的设备，例如，洗衣机和洗碗机，等等。就洗涤过程或甩干过程来说，根据需要，电机转速必须从高速变化到低速，或者同样必须从低速变化到高速。
图5示出了当在调速电机的串联/并联连接之间进行切换操作时，该电机的旋转转矩和转速之间的关系图。图5示出了主绕组和辅助绕组串联连接的第一种情况，主绕组和辅助绕组并联连接的第二种情况，以及应用在洗衣机中的电机的负载曲线。
如图5所示，如果在洗衣机中应用该电机进行甩干过程，并且用户或者操作者希望高速旋转电机以执行高速甩干过程，则电机的主绕组和辅助绕组通过继电器并联地连接，并且电机以预定速度S1旋转，预定速度S1位于旋转转矩曲线A1与上述的并联连接状态的负载曲线L的交点。
同样，如用户或者操作者希望低速旋转电机以执行低速甩干过程，则电机的主绕组和辅助绕组通过继电器串联地连接，并且电机可以以预定速度S2旋转，预定速度S2位于旋转转矩曲线B1与上述串联连接状态的负载曲线L的交点，由此电机转速大幅度地从高速变到低速。
具体来说，根据本发明调速电机相当于彼此分离地卷绕有4极绕组和12极绕组的变极电机。因此，调速电机在需要低速/高转矩运行的洗涤过程中作为12极电机(a)运行，而在需要高速/高转矩运行或低速/低转矩运行的甩干过程中作为4极电机(b)运行，因此以4极电机(b)形式卷绕的主绕组和辅助绕组根据需要切换至串联或并联连接，这样就可以大幅度地扩展该电机的调速范围。
同样，如果调速电机作为12极电机(a)运行，则形成了多个磁极，因此主绕组和辅助绕组的速度控制特性变差了，并且通过电机接收的电源信号的相位控制操作可以改变电机的速度。
图6示出了根据本发明第一优选实施例当图4所示的调速电机处于12极运行状态时的相位控制电路的电路图。
该相位控制电路包括当电机接收到正弦波输入电压时用于改变电机转速的三端双向可控硅开关元件(triac element)，由此通过控制三端双向可控硅开关元件的输入触发脉冲形成的导通角改变期望输出电压的幅值，从而改变了该电机的转速。
换句话说，导通角控制的越大，施加到电机的电压幅值越小。结果，电机转速在从高速到低速的范围中变化。导通角的角度控制的越小，从低速到高速范围的电机转速越大。
同样，相位控制操作和电机驱动以预定时间间隔接通或者关闭，由此电机调速范围还可以更大幅度地扩展。
根据本发明的第二优选实施例的调速电机与上述根据本发明第一优选实施例的调速电机基本相同，二者差异在于分接器绕组。因此，为了描述方便，相似的元件使用相同的标号表示，并省略了它们的详细说明。
图7a、7b和7c示出了根据本发明第二优选实施例的调速电机中分接器绕组切换的4极主绕组电机的电路图。图7a示出了根据本发明第二优选实施例的主绕组、辅助绕组和分接器绕组之间连接的电路图。图7b示出了根据本发明第二优选实施例的分接器绕组与第二端点连接的电路图。图7c示出了根据本发明第三优选实施例的分接器绕组和第三端点之间连接的电路图。
根据本发明第二优选实施例的调速电机包括能够产生交变磁场的主绕组LM，能够产生辅助磁场的辅助绕组LS，以及串联连接到辅助绕组LS的电容器C。该调速电机进一步地包括热保护(TP)部件，用于在某一运行模式中防止产生过载。
如果调速电机以4极电机的模式运行，其进一步地包括分接器绕组LC1和LC2，它们串联地连接到形成4个磁极的主绕组LM，从而导致主绕组LM磁场发生变化。分接器绕组LC1和LC2包括转换开关S，其能够根据各个被控制速度的水平而改变绕组长度。
因此，如图7a所示，如果向A和B两个节点之间施加正弦交流电压信号，则转换开关S包括连接到正弦交流电压信号的输入端点(未示出)，和根据分接器绕组LC1和LC2各部分不同地布置的一个或多个端点a、b和c，由此主绕组LM中形成的交变磁场强度也可以根据转换开关S的切换操作而改变。
例如，以下将参考附图对上述操作进行详细说明。
如果向电路施加交流电压信号，并且转换开关S连接到分接器绕组的其中一个端点，则感应电机满足上述公式1。如公式1所示，如果交流电压信号和其频率被确定为60Hz的预定电压(V)，则磁通量与匝数成反比。
在这种情况下，如果在分接器绕组处设置有第一、第二、和第三端点“a”、“b”和“c”，并且如图7a所示转换开关S将输入终端连接到第一端点“a”，则电流信号仅流入主绕组LM，并且卷绕在定子1上的绕组匝数等于主绕组LM的匝数，由此产生磁通。
如图7b所示，如果转换开关S将输入端点连接到第二端点“b”，则形成了连接到主绕组LM的具有预定长度的分接器绕组LC1，由此实质上施加电流信号的绕组匝数等于主绕组LM的匝数和分接器绕组LC1的匝数之和。
因此，公式1中应用的绕组匝数增加了，由此该电机中产生的磁通量小于当转换开关S连接到第一端点“a”时产生的另一磁通量，致使电机的转速下降。
如图7c所示，如果转换开关S将输入端点连接到第三端点“c”，则连接到主绕组的各分接器绕组LC1或LC2的长度是最大的，由此施加电流信号的绕组匝数实质上是最大化的。结果，该电机产生的磁通量最小，因此该电机的转速也最小。
优选地，转换开关S使用继电器实现。
图8示出了当根据本发明第二优选实施例的调速电机中分接器绕组切换操作时电机转速的变化曲线图。
如果端点设置在分接器绕组LC1和LC2的两端并且分接器绕组连接到转换开关S，则根据连接到主绕组LM的分接器绕组的匝数施加到该电机的转矩达到最小值或极大值，由此该电机具有最高或最低转速。
图8示出的曲线图中，曲线“A2”示出了当转换开关S连接到第一端点时电机的转矩和转速，曲线“B2”示出了当转换开关S连接到第三端点时该电机的转矩和转速。为了旋转电机，必须将预定的转矩传递到接至该电机的负载，由此该负载所需的转矩大小应该等于负载曲线L与电机转矩曲线A2和B2相交的特定点的预定值。
特别地，如果在分接器绕组LC1和LC2的预定部分额外地设置一个或多个端点，并且其中一个端点连接到转换开关S，则根据它们之间的连接长度可以逐步地改变处于最大/最小速度之间的中间速度。
因此，如果调速电机作为4极电机运行，则进行分接器绕组LC1和LC2的切换，由此可以改变电机的转速。如果调速电机作为12极电机工作，则通过与本发明第一优选实施例同样的方法通过控制输入电压的相位，对电机的转速进行控制。
同时，类似于本发明第一优选实施例，根据第二优选实施例的调速电机适用于洗衣机。
如果衣物容纳在安装有调速电机的滚筒洗衣机中，则洗衣机在特定的时段内使上述电机以特定的转速旋转，由此带动滚筒旋转。结果，洗衣机执行了能够利用水的操作除去盛放在滚筒中脏衣物上的污垢的洗涤过程。
该洗涤过程通过正向/反向旋转电机带动滚筒旋转，并且带动水运转，由此可以除去被弄脏或染污的衣物上的污垢。就洗涤过程来说，电机必须以低速高转矩运行，因此电机以12极电机的模式工作，以使得能耗最小，并且使用相位控制操作和开/关控制操作改变电机的转速。
如果洗涤过程终止，则通过排水装置将洗衣桶中包含的脏水排到洗衣机外，为了漂清衣物中残留的泡沫，以预定次数重复进行漂洗过程，还有离心地甩干衣物的甩干过程，因此整个洗涤过程完成。
在这种情况下，如果结束洗涤过程并且开始甩干过程，则调速电机以4极电机模式工作，继电器连接到第一端点以进行高速甩干过程，由此该电机进行高速旋转。
就中速甩干过程来说，继电器连接到第二端点，由此中速地进行甩干过程。就低速甩干过程来说，继电器连接到第三端点，由此电机低速地旋转。
就电机的低速级、中速级和高速级来说，通过简单的相位控制操作就可以改变每个级的中间速度。优选地，级数可以大于或等于预定值3。
以下将描述根据本发明的第三优选实施例的调速电机的结构和操作。根据本发明的第三优选实施例的调速电机与上述根据本发明第一优选实施例的调速电机基本相同，二者差异在于电机内包括多个电容器。因此，为了描述方便，相似的元件使用相同的标号表示，并因此省略了它们的详细说明。
图9a、9b和9c示出了根据本发明第三优选实施例的调速电机的电路图。图9a示出了根据本发明第三优选实施例的调速电机的电路图。图9b示出了根据本发明第三优选实施例的主绕组和辅助绕组之间并联连接的电路图。图9c示出了根据本发明第三优选实施例的串联连接的电路图。
如图9b所示，根据本发明的调速电机包括主绕组LM和辅助绕组LS。向主绕组LM和辅助绕组LS的两端施加单相交流电源信号E1。
主绕组LM和辅助绕组LS卷绕在定子1上，并形成了具有90°电相位差的磁场。由于有90°的相位差，由主绕组LM产生的磁场和由辅助绕组LS产生的另一磁场不会相互抵消，这样转子2具有了旋转转矩。
主绕组LM包括第一和第二主绕组LM1和LM2用于形成4个极，辅助绕组LS包括第一和第二辅助绕组LS1和LS2用于形成4个极。通过继电器RM1、RM2、RS1和RS2，第一和第二主绕组LM1和LM2并联或串联地连接到第一和第二辅助绕组LS1和LS2。通过上述绕组的串联/并联连接之间的切换操作，可以大幅度地改变电机的转速。
特别地，调速电机包括多个串联连接到辅助绕组LM2的电容器C1和C2。
电容器C1和C2并联连接，并设计成具有不同的电容值。调速电机可以进一步地包括连接到并联连接的电容器C1和C2的电容器控制电路10，以便控制施加到电容器C1和C2的输入电压。
如果调节施加到电容器C1和C2的输入电压VCAP，则电容器控制电路10可以调节流入电容器C1和C2的电流信号。响应于流入电容器C1和C2的电流信号数值的变化，流入主绕组LM和辅助绕组LS的电流信号的数值也随之改变，由此可以控制电机的旋转转矩。
换言之，如果通过电容器控制电路10向电容器C1和C2施加高电压VCAP，则电容器C1和C2的电荷数量增加了，结果形成流入电容器C1和C2的较大的电流信号。
这样，由于流入电容器C1和C2的电流信号流入主绕组和辅助绕组LM和LS，因此，响应于流入电容器C1和C2的电流信号的增加，流入主绕组和辅助绕组LM和LS的电流信号也增大了，由此主绕组和辅助绕组LM和LS所产生的磁场强度也增加了。
主绕组和辅助绕组LM和LS产生的磁场越强，电机转子中的产生的旋转转矩越大。结果也可以增加电机的转速。
如果向电容器C1和C2施加低电压VCAP，则电容器C1和C2中积聚的电荷数量减少了，由此流入电容器C1和C2的电流信号也减少了，结果导致电机转速下降。
各个通过电容器控制电路10控制的电容器的电容值可以变化。即使向电容器C1和C2施加由电容器控制电路10产生的相同的电压，通过改变电容器C1和C2的电容值，也可以改变电机转速。如果同时控制电容器C1和C2的电容值和输入电压VCAP，就可以将电机的转速分为许多速度级别，由此电机转速可以随意地在多种速度级别中变化。
如图9b所示，如果第一和第二主绕组LM1和LM2是并联连接的，并且第一和第二辅助绕组LS1和LS2是并联连接的，则单相交流电源信号E1产生的输入电压施加到各主绕组LM1和LM2和辅助绕组LS1和LS2上。如果交流电源信号是预定的220V，则施加到单个绕组的电压是220V，形成了相当于220V电压的磁场，由此电机就可以旋转。
如图9c所示，如果第一和第二主绕组LM1和LM2是串联连接的，并且第一和第二辅助绕组LS1和LS2是串联连接的，则交流电源信号同时施加到主绕组LM和辅助绕组LS。因此，如果交流电源信号是预定的220V，则施加到单个绕组的电压是110V，由此串联连接的电机的转速小于并联连接的电机的转速。
因此，当通过继电器RM1、RM2、RS1和RS2主绕组LM1和LM2并联连接并且辅助绕组LS1和LS2并联连接，电机可以高速旋转，当通过继电器RM1、RM2、RS1和RS2主绕组LM1和LM2串联连接并且辅助绕组LS1和LS2串联连接，电机可以低速旋转。电容器控制电路10对高速和低速之间的中间速度范围进行控制，将中间速度分为多个等级。
类似于上述第一和第二优选实施例，如果将根据本发明第三优选实施例的调速电机应用在需要变速运行的洗衣机中，则根据第三优选实施例的调速电机将如下操作。
图10示出了根据本发明第三优选实施例的调速电机中电机转速变化的曲线图。图10示出的曲线图中，曲线“A3”示出了当上述绕组并联连接时电机的转矩和转速，曲线“B3”示出了当上述绕组串联连接时该电机的转矩和转速。
如图10所示，如果各绕组并联连接，则电机形成描绘电机转矩和转速的曲线A3，并且以在曲线A3与负载曲线L相交的预定值S1旋转。
同样，如果各绕组是串联连接的，则电机以曲线B3与负载曲线L相交的预定值S3旋转。
在这个例子中，并联连接的电机转速S1高于串联连接的电机转速S2。如果向电容器施加电压信号，则在并联连接的转矩曲线A3和串联连接的另一转矩曲线B3之间形成了该电机的转矩曲线C1，因此在电机转速与负载曲线L相交的特定点处的电机转速等于相对中等的速度S2。
换言之，如果控制施加到电容器的电压信号的幅值，则电机转速S2可以在高速S1和低速S3之间变化。
可以将上述操作认为是与本发明的第一和第二优选实施例相同的、在洗衣机甩干过程期间的速度控制操作。在需要低速/高转矩状态的洗涤过程期间，电机以12极电机的模式运行。如果增加或降低电机转速允许洗衣机以预定的速度运行，则可以调节施加到电机的输入电压的导通/关断时间，由此也可以调节该电机的转速。
根据本发明第四优选实施例的调速电机通过继电器在电机的串联/并联连接之间进行切换操作，并且进一步地包括附加的分接器绕组，由此可以大幅度地扩展电机的调速范围。
图11a、11b和11c示出了根据本发明第四优选实施例的调速电机中使用的主绕组和辅助绕组以及分接器绕组的串联/并联连接。图11a是示出了根据本发明第四优选实施例的调速电机的电路图。图11b是示出了根据本发明第四优选实施例其中主绕组、辅助绕组和分接器绕组串联连接的调速电机的电路图。图11c是示出了根据本发明第四优选实施例的主绕组和辅助绕组之间并联连接的电路图。
如图11a所示，根据本发明第四优选实施例的调速电机包括主绕组LM、辅助绕组LS、分接器绕组LC11和LC12，以及继电器R1、R2、R3和R4。主绕组LM包括第一和第二主绕组LM1和LM2。辅助绕组LS包括第一和第二辅助绕组LS1和LS2。分接器绕组LC11和LC12通过继电器R1、R2、R3和R4连接到主绕组LM1和LM2以及辅助绕组LS1和LS2，由此它们形成串联/并联连接。
第一和第二主绕组LM1和LM2并联地连接到第一和第二辅助绕组LS1和LS2，第一继电器R1、R2连接到主绕组LM1和LM2以及辅助绕组LS1和LS2，第二继电器R3、R4连接到分接器绕组LC11和LC12，由此第一和第二主绕组LM1和LM2以及第一和第二辅助绕组LS1和LS2通过继电器R1、R2、R3和R4串联连接或并联连接。
主绕组LM1和LM2以及辅助绕组LS1和LS2通过第一继电器R1、R2串联连接或并联连接。分接器绕组LC11通过第二继电器R3、R4连接到主绕组LM1和LM2或从其断开。以这种方式，分接器绕组LC12通过第二继电器R3、R4与辅助绕组LS1和LS2连接或断开。
更详细地，如果向上述电路施加交流电压信号，则电机满足公式1。如果交流电压信号的数值和频率保持不变，则磁通量与电机匝数成反比。
施加到上述电路的电源信号被分到各个极，所述极是由主绕组LM1和LM2、辅助绕组LS1和LS2和/或分接器绕组LC11和LC12形成的。如果施加到电机的电源信号的电压是220V并且电机中的线圈是并联连接的，则220V电压加载在主绕组LM1和LM2以及辅助绕组LS1和LS2上。如果线圈是串联连接的，则220V电压被分到各个极中，因此加载在一对极上的电压是110V。
因此，当主绕组LM1和LM2并联连接到辅助绕组LS1和LS2时所产生的磁通量大小，大于当主绕组LM1和LM2串联连接到辅助绕组LS1和LS2时产生的磁通量大小。如果附加的分接器绕组LC11和LC12通过第二继电器R2连接到主绕组LM1和LM2或辅助绕组LS1和LS2，则电流信号流入并联连接的主绕组LM1和LM2以及串联连接到上述主绕组LM1和LM2的分接器绕组LC11和LC12。
这样，卷绕在定子上的绕组匝数的总数等于主绕组和分接器绕组的匝数之和，因此总的匝数增加了因而磁通量大小减小了，结果导致电机转速的下降。
图12示出了当根据本发明第四优选实施例的调速电机中切换分接器绕组时甩干转速变化的曲线图。图12所示的曲线图中，曲线“A4”表示当上述绕组并联连接时形成的转矩曲线，曲线“B4”表示当上述绕组串联连接时形成的转矩曲线，以及曲线“Cc”表示了当分接器绕组连接到上述绕组时形成的转矩曲线。
换言之，假如电机在甩干过程期间必须高速旋转，并且上述绕组通过继电器并联连接，则电机在向负载施加预定转矩的特定点处以高速旋转。在低速甩干过程的情况下，上述绕组通过继电器串联连接以使得电机低速旋转，由此向负载施加预定的转矩。
同样，在上述绕组串联连接或者并联连接的情况下，如果附加的分接器绕组顺序地连接，则电机以中等速度进行中速的甩干过程，由此可以多级地运行甩干过程。
由上述描述可以清楚的看出，根据本发明的调速电机在能够形成极的主绕组和辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作，可以大幅度地扩展电机的调速范围，并且不需要用于改变电机转速的附加驱动单元，因此生产成本大幅度地降低了，并且由电机低速控制模式所引起电磁振动噪声也大幅度减小了。
特别地，如果该电机应用在洗衣机上，在洗涤过程期间作为12极电机运行，而在甩干过程期间作为4极电机运行，由此调速电机使用相位控制操作和绕组切换操作控制该电机的转速。因此，可以有效地对调速电机进行速度控制操作，并且大幅度地减少能耗。
同样，调速电机进一步地包括串联连接到主绕组的分接器绕组以扩展该电机的调速范围。因此，在不使用能够调节电机转速的附加驱动单元的情况下，可以大幅度地扩展调速电机的调速范围，并且使用相位控制操作控制中等或者中间速度，使得由低速甩干过程所引起电磁的振动噪声大幅度减小了。
尽管为了说明性的目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员应当知晓，在不违背由所附的权利要求公开的本发明的精神和范围的情况下，可能存在多种修改、补充和置换。

Claims (15)

1.一种调速电机，包括：
包括第一和第二主绕组的主绕组，以及包括第一和第二辅助绕组的辅助绕组，其中所述主绕组和所述辅助绕组卷绕在定子上以形成多个极；
以及多个继电器，用于在第一和第二主绕组或者第一和第二辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作，并扩展所述电机的转速范围。
2.根据权利要求1所述调速电机，其中当所述电机高速旋转时，所述继电器在第一和第二主绕组之间提供并联连接以及在第一和第二辅助绕组之间提供并联连接，当所述电机低速旋转时，所述继电器在第一和第二主绕组之间提供串联连接。
3.一种调速电机，包括：
定子，在所述定子上卷绕有4极绕组和12极绕组；以及
串联连接到形成4极的4极主绕组的多个分接器绕组，用于在4极运行模式期间扩展所述电机转速的可变范围。
4.根据权利要求3所述的调速电机，其中分接器绕组包括能够进行切换操作的继电器，用以根据要控制速度的水平改变串联连接到所述4极主绕组的分接器绕组的长度。
5.一种调速电机，包括：
包括第一和第二主绕组的主绕组，以及包括第一和第二辅助绕组的辅助绕组，其中所述主绕组和所述辅助绕组卷绕在定子上形成多个极；
多个继电器，用于在第一和第二主绕组或者第一和第二辅助绕组的串联/并联连接之间进行切换操作；以及
多个串联连接到所述第二辅助绕组的电容器，用于多级地改变所述电机的转速。
6.根据权利要求5所述的调速电机，其中所述电容器具有不同的电容值，并且是并联连接的。
7.根据权利要求6所述的调速电机，进一步包括：
连接到所述电容器的电容器控制电路，它控制各所述电容器的电容值，并改变所述电机的转速。
8.根据权利要求7所述的调速电机，其中所述电容器控制电路控制施加到所述电容器两端的电压信号，以改变流入所述电容器的电流信号，由此它改变所述电机的旋转转矩。
9.根据权利要求6所述调速电机，其中当所述电机高速旋转时，所述继电器在第一和第二主绕组之间提供并联连接并在第一和第二辅助绕组之间提供并联连接，当所述电机低速旋转时，所述继电器在第一和第二主绕组之间提供串联连接。
10.一种调速电机，包括：
安装到定子上以形成多个极的主绕组和辅助绕组；以及
通过继电器连接到所述主绕组和所述辅助绕组以形成串联/并联连接的多个分接器绕组，并扩展调速范围。
11.根据权利要求10所述的调速电机，其中所述主绕组包括并联连接的第一和第二主绕组，所述辅助绕组包括并联连接的第一和第二辅助绕组，所述分接器绕组通过所述继电器串联连接到所述主绕组和所述辅助绕组。
12.根据权利要求1、3、5和10其中之一的调速电机，其中所述电机是外旋电机。
13.根据权利要求1、3、5和10其中之一的所述调速电机，进一步包括：
相位控制电路，用于在12极运行期间控制输入电压的相位，将相位控制的结果传递到所述电机，并且导通或关断所述电机以控制所述电机的转速。
14.根据权利要求1、3、5和10其中之一的调速电机，其中所述电机应用在洗衣机中。
15.根据权利要求14所述的调速电机，其中当进行低速高转矩的洗涤过程时所述电机通过12极绕组运行，以及当进行甩干过程时所述电机通过4极绕组运行。
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