CN1881755A - 感应马达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种感应马达，包括：定子，包括分别缠绕在定子铁芯中的主绕组线圈和副绕组线圈，该主绕组线圈的体积大于该副绕组线圈的体积；主转子，可旋转地插入在该定子中；以及副转子，可旋转地插入在该定子与该主转子之间的气隙中。由此，主绕组线圈的反电动势增大，而其电阻减小，从而能够提高运行效率，并且能够降低启动电压和制动电压。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应马达，更具体地，涉及一种通过有效地缠绕绕组线圈而能够减小绕组线圈的无效部、以及最小化绕组线圈的电阻损耗并增大反电动势的感应马达。
背景技术
通常，将电力转换为动力的马达应用于诸如家用电器等各种领域，以用作产品的动力来源。例如，用于冰箱时，马达转动风扇以使冷气在冰箱内部循环。用于空调时，马达转动风扇以使从蒸发器产生的冷气移动到室内空间中。
冰箱或空调持续打开及关闭，以将冰箱的内部温度或室内温度保持为预设温度。因此，安装在冰箱或空调中的马达需要高效率，以最小化其功耗。为提高马达效率已进行了各种研究。
图1示出对马达进行研发的本申请人正在制造的感应马达的一个实例的前剖视图，图2为该感应马达的侧剖视图。
如图所示，该感应马达优选包括：定子100，其中线圈沿其圆周方向缠绕；主转子200，可旋转地插入在定子100中；以及副转子300，可旋转地插入在定子100与主转子200之间。
定子100包括：具有特定长度的定子铁芯110；以及沿圆周方向缠绕在定子铁芯110中的绕组线圈120。定子铁芯110包括：形成为具有特定宽度的环形的轭部111；以及形成在轭部111的内圆周表面并延伸特定长度的多个齿112。各个齿112彼此形状相同。具有相同尺寸和形状的多个槽113形成在各个齿112之间。齿112的端部表面形成插入孔，以使主转子200放置在定子铁芯110中。
定子铁芯110是叠片体，其中叠压有多个薄片。
通过在各个齿112之间多次缠绕线匝而得到绕组线圈120，以包绕在多个齿112周围。绕组线圈120安置在各个齿112之间形成的槽113中。也就是说，如图3所示，绕组线圈120沿排列有多个齿112的定子铁芯110的圆周方向放置，并且朝向定子铁芯110的两个侧表面凸出。绕组线圈120包括：副绕组线圈，用于通过初始运行时施加的电流来旋转副转子300；以及主绕组线圈，用于在正常运行时产生反电动势。
主转子200包括：转子铁芯210，形成为具有特定长度的空心圆柱形；以及插入在转子铁芯210中的笼架(cage)220。转子铁芯210是叠片体，其中叠压有多个薄片。转轴410连接至转子铁芯210的中心。
主转子200插入在定子100的插入孔中。
副转子300包括：磁体310，为具有特定厚度的圆柱形；以及保持架320，为杯形并支撑磁体310。磁体310可旋转地插在定子100的插入孔的内圆周表面与主转子200的外圆周表面之间。轴承330连接至保持架320的一侧，并且轴承330连接至转轴410。
定子100安装在马达壳体420中。轴承430连接至马达壳体420的一侧，转轴410连接至轴承430。定子100连接为使得其外圆周表面与马达壳体420的内圆周表面相接触。
上述感应马达的运行说明如下。
当第一电流顺序地提供给定子100的绕组线圈120而形成旋转磁场时，副转子300被旋转磁场所同步，因而以同步速度旋转。由于副转子300是磁体，所以通过副转子300的旋转产生具有强磁场的旋转磁场。通过副转子300的旋转磁场，主转子200被转动。
当主转子200旋转时，主转子200的转动力通过转轴410传递至需要该转动力的部分。
但是，定子100的绕组线圈120具有在感应马达运行期间不产生有效磁场的一部分，因而降低了感应马达的效率。
也就是说，在定子100的绕组线圈120中，位于定子铁芯110两侧的部分是不与各个齿112相交的端部回转部(end turn portion)121。因此，不能从那里产生影响主转子200的旋转磁场。另外，作为端部回转部121的自身电阻的铜损增大，从而降低了效率及功率。
虽然端部回转部121的长度随缠绕方法而改变，但以现有的缠绕方法必然存在端部回转部121。也就是说，在定子100中应形成多个磁极，以在绕组线圈120中产生旋转磁场。为此，如图3所示，绕组线圈120不缠绕在相邻的齿112周围，而是跳过几个齿112而缠绕。因此，端部回转部121的长度必然增大。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种通过有效地缠绕绕组线圈而能够减小绕组线圈的无效部、最小化绕组线圈的电阻损耗并增大反电动势的感应马达。
为获得这些以及其它优点并且根据本发明的意图，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种感应马达，包括：定子，具有缠绕在定子铁芯中的主绕组线圈和副绕组线圈，该主绕组线圈的体积大于该副绕组线圈的体积；主转子，可旋转地插入在该定子中；以及副转子，可旋转地插入在该定子与该主转子之间的气隙中。
通过对本发明的以下详细说明并结合附图，本发明的前述以及其它目的、特征、方案和优点将更为明显。
附图说明
附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，用以提供对于本发明的进一步理解，附图示出本发明的实施例，并与说明书一起用以解释本发明的原理。
在附图中：
图1和图2示出对马达进行研发的本申请人正在制造的感应马达的前剖视图和侧剖视图；
图3示出该感应马达一部分的侧剖视图；
图4和图5示出根据本发明的感应马达的实施例的前剖视图和侧剖视图；
图6示出构成根据本发明的感应马达的定子铁芯的一部分的侧剖视图；
图7和图8分别示出构成根据本发明的感应马达的绕组线圈的缠绕结构的剖视图；
图9示出构成根据本发明的感应马达的副转子的另一变化实施例的剖视图；
图10示出根据现有技术的感应马达的磁饱和状态的侧剖视示意图；
图11示出根据本发明的感应马达的磁饱和状态的侧剖视示意图；
图12示出根据现有技术的感应马达的磁特性的侧剖视示意图；
图13示出根据本发明的感应马达的磁特性的侧剖视示意图；
图14示出感应马达的反电动势特性的曲线图；以及
图15示出根据本发明的感应马达的反电动势特性的曲线图。
具体实施方式
下面详细参照本发明的优选实施例，其实例示出于附图中。
图4示出根据本发明的感应马达的实施例的前剖视图，图5为该感应马达的侧剖视图。
如图所示，首先，该感应马达设置有包括定子铁芯510的定子、缠绕在定子铁芯510上的主绕组线圈520以及缠绕在该定子铁芯上的副绕组线圈530(副绕组线圈530的体积小于主绕组线圈520的体积)、可旋转地插入定子500中的主转子600、以及包括磁体710并可旋转地插入定子500与主转子600之间的气隙中的副转子700。
定子铁芯510包括：形成为具有特定宽度的环形的轭部511；以及形成在轭部511的内圆周表面并朝向轭部511的中心延伸特定长度的多个齿512。多个槽S形成在各个齿512之间，优选每个齿512具有相同的形状。
槽S包括：主槽513，其中安置有主绕组线圈520；以及副槽514，其中安置有副绕组线圈530。主槽513的尺寸大于副槽514的尺寸。主槽513和副槽514彼此交替排列。
优选主槽513的尺寸为副槽514尺寸的1.3到2倍大。也就是说，如图6所示，由从定子铁芯510的中心延伸并分别通过形成主槽513的两个齿512的中心的虚线形成的角度优选具有尺寸W1，其相应于尺寸W2的1.3到2倍大，尺寸W2是由从定子铁芯510的中心延伸并分别通过形成副槽514的两个齿512的中心的虚线形成的角度所具有的尺寸。
槽S的内壁即轭部511的内圆周表面为弯曲表面。轭部511的内圆周表面的曲率半径与其外圆周表面的曲率半径相同。
定子铁芯510是叠片体，其中叠压有多个薄片。
主绕组线圈520缠绕着放置于定子铁芯510的主槽513内，而副绕组线圈530缠绕着放置于定子铁芯510的副槽514内。因此，主绕组线圈520和副绕组线圈530彼此交替放置。
如图7所示，作为使主绕组线圈520的体积大于副绕组线圈530的体积的一种方法，主绕组线圈520的缠绕匝数大于副绕组线圈530的缠绕匝数，因而主绕组线圈520的体积能够大于副绕组线圈530的体积。这里，形成主绕组线圈520的线匝直径与形成副绕组线圈530的线匝直径相同。
定子铁芯510的主槽513(其中放置了主绕组线圈520)的尺寸大于定子铁芯510的副槽514(其中放置了副绕组线圈530)的尺寸，从而能够增大主绕组线圈520的缠绕匝数。
如图8所示，作为使主绕组线圈520的体积大于副绕组线圈530的体积的另一种方法，主绕组线圈520的缠绕匝数与副绕组线圈530的缠绕匝数相匹配。此外，使主绕组线圈520的线匝直径大于副绕组线圈530的线匝直径。即使主绕组线圈520与副绕组线圈530的缠绕匝数彼此相同，由于主绕组线圈520的线匝直径大于副绕组线圈530的线匝直径，所以主绕组线圈520的体积也能够大于副绕组线圈530的体积。
在定子铁芯510的齿512的端部表面形成插入孔，以使主转子600能够由此放置在定子铁芯510中。
主转子600包括：具有特定长度的转子铁芯610；以及插入转子铁芯610中的笼架620。转子铁芯610是叠片体，其中叠压有多个薄片。转轴810连接至转子铁芯610的中心。
主转子600插入在定子500的插入孔中。
副转子700包括：形成为具有特定厚度的空心圆柱形的磁体710；以及形成为杯形并支撑磁体710的保持架720。磁体710被磁化，使得沿其圆周方向具有多个磁极。
磁体710可旋转地插在定子500的插入孔的内圆周表面与主转子600的外圆周表面之间。轴承730连接至保持架720的一侧。轴承730连接至转轴810。
如图9所示，在另一变化实施例中，副转子700包括：分别形成为具有特定厚度、长度和外径的空心圆柱形的两个磁体740和760；以及分别形成为杯形并分别支撑两个空心圆柱磁体740和760的两个保持架750和770。空心圆柱磁体740和760被磁化，使得沿其圆周方向具有多个磁极。
一个空心圆柱磁体740在定子500的一侧可旋转地插在定子500的插入孔的内圆周表面与主转子600的外圆周表面之间，而另一空心圆柱磁体760在定子500的另一侧可旋转地插在定子500的插入孔的内圆周表面与主转子600的外圆周表面之间。
轴承780和790分别连接至保持架750和770的各一侧，保持架750和770分别连接至两个空心圆柱磁体740和760。连接至各保持架750和770的各轴承780和790均连接至转轴810。
保护件540覆盖在主绕组线圈520、副绕组线圈530及定子铁芯510的边缘上方。保护件540优选通过模铸形成。
马达壳体910设置在定子500的外侧。主转子600的转轴810连接至多个轴承920，该轴承920分别连接至马达壳体910的两个侧壁。
风扇930固定地连接至由马达壳体910支撑的转轴810。优选风扇930为空调风扇，空气通过该风扇在空调内流动。
根据本发明的感应马达可设置有空调风扇，从而安装在空调内。
以下说明根据本发明的感应马达的运行效果。
在该感应马达中，首先，在将作为常用电力的交流(AC)电力提供给定子500的主绕组线圈520和副绕组线圈530时，通过流过副绕组线圈530的电流在定子铁芯510处形成椭圆形的旋转磁场。副转子700被该旋转磁场所同步，从而以同步速度旋转。副转子700的磁体710通过副转子700的旋转产生具有强磁场的旋转磁场。随后，主转子600通过副转子700的旋转磁场而旋转。
在马达运行期间通过副转子700的旋转磁场而旋转的主转子600在达到同步速度后可通过主绕组线圈520的旋转磁场而旋转。
也就是说，流过副绕组线圈530的电流使副转子700被初始驱动。随后，主转子600通过副转子700的旋转而旋转。此外，流过主绕组线圈520的电流相应于主转子600的反电动势，从而产生电力。
在本发明中，感应马达的运行中使用的多个主绕组线圈520可分别具有较大的体积，除其初始驱动时间之外在马达的运行中未使用的多个副绕组线圈530可分别具有较小的体积。因此，感应至在驱动马达时产生马达电力的主绕组线圈520的反电动势可增大。此外，主绕组线圈520的电阻可减小。
另外，在本发明中，主绕组线圈520和副绕组线圈530彼此具有不同的体积，并且主绕组线圈520和副绕组线圈530缠绕着覆盖定子铁芯510的槽的内壁和定子铁芯510的外圆周表面。因此，感应至主绕组线圈520的反电动势可增大，而诸如现有技术中绕组线圈的端部回转部的无效部可消除，从而降低作为线圈自身电阻的铜损。
此外，在本发明中，主绕组线圈520和副绕组线圈530彼此具有不同的体积，并且副转子700设置有两个空心圆柱磁体740和760。因此，感应至主绕组线圈520的反电动势可增大，同时主转子600的转速可改变。主转子600的磁通量依电压的变化而变化，从而使转速能够改变。此外，当副转子700设置有两个空心圆柱磁体740和760时，在马达的初始驱动及其正常运行期间，两个空心圆柱磁体740和760可交替同步，从而降低启动电流。
另一方面，图10示出在定子铁芯510的主槽513和副槽514彼此具有相同尺寸并且缠绕在主槽513中的主绕组线圈520的体积与缠绕在副槽514中的副绕组线圈530的体积相同的状态下的磁饱和状态。图11示出在定子铁芯510的主槽513和副槽514彼此具有不同尺寸并且放置在主槽513中的主绕组线圈520的体积大于放置在副槽514中的副绕组线圈530的体积的状态下的磁饱和状态。
如图所示，当主绕组线圈520的体积大于副绕组线圈530的体积时，未产生磁饱和区。
此外，图12示出在定子铁芯510的主槽513和副槽514彼此具有相同尺寸并且缠绕在主槽513中的主绕组线圈520的体积与缠绕在副槽514中的副绕组线圈530的体积相同的状态下的磁特性。图13示出在定子铁芯510的主槽513和副槽514彼此具有不同尺寸并且放置在主槽513中的主绕组线圈520的体积大于放置在副槽514中的副绕组线圈530的体积的状态下的磁特性。
如图所示，当主绕组线圈520的体积大于副绕组线圈530的体积时，未发生磁特性的降低。
此外，图14示出在定子铁芯510的主槽513和副槽514彼此具有相同尺寸并且缠绕在主槽513中的主绕组线圈520的体积与缠绕在副槽514中的副绕组线圈530的体积相同的状态下的反电动势曲线图。图15示出在定子铁芯510的主槽513和副槽514彼此具有不同尺寸并且放置在主槽513中的主绕组线圈520的体积大于放置在副槽514中的副绕组线圈530的体积的状态下的反电动势曲线图。
如图所示，当主绕组线圈520的体积大于副绕组线圈530的体积时，反电动势增大并且电阻减小。由于主槽513的尺寸与副槽514的尺寸不同，所以尽管齿512之间的间隔不均等，施加至包括该齿的定子铁芯的磁通量都是电平衡(electrical balanced)的。因此，从曲线图中可见主绕组线圈520和副绕组线圈530具有90°的相同相位差。
在将空调风扇930连接到转轴810时，通过空调风扇930的旋转产生气流。特别地，当感应马达和风扇930安装在空调中时，空调中产生的冷气能够流动。
如上所述，在根据本发明的感应马达中，主绕组线圈的反电动势增大，而其电阻减小，从而能够提高马达的运行效率。另外，启动电压和制动电压(break down voltage)降低，从而能够提高感应马达的性能和可靠性。
此外，主绕组线圈的反电动势可增大，并且主转子的转速可改变，从而增大经转轴传递的输出力并改变风扇的转速。因此，通过依据空调的负载改变风扇的转速，能够使冷气循环。
由于本发明可具体实施为多种形式而不背离其精神或实质，所以应当理解，除非另有规定，上述实施例并不受限于前述说明的任何细节，而应在随附权利要求书限定的精神和范围内宽泛地解释，因此，落入权利要求书的界限及其等效范围内的所有变化和改型都应为随附权利要求书所涵盖。
Claims (15)
1、一种感应马达，包括：
定子，包括分别缠绕在定子铁芯中的主绕组线圈和副绕组线圈，该主绕组线圈的体积大于该副绕组线圈的体积；
主转子，可旋转地插入在该定子中；以及
副转子，可旋转地插入在该定子与该主转子之间的气隙中。
2、如权利要求1所述的感应马达，其中该主绕组线圈和副绕组线圈形成为使得线圈缠绕在该定子铁芯的内侧表面和外侧表面上，并且该主绕组线圈和副绕组线圈的缠绕方向设置为朝向该定子铁芯的径向。
3、如权利要求1所述的感应马达，其中该主绕组线圈的缠绕匝数大于该副绕组线圈的缠绕匝数。
4、如权利要求1所述的感应马达，其中该主绕组线圈的线匝直径大于该副绕组线圈的线匝直径。
5、如权利要求1所述的感应马达，其中定子铁芯的安置有各主绕组线圈的各主槽的尺寸与定子铁芯的安置有各副绕组线圈的各副槽的尺寸不同。
6、如权利要求5所述的感应马达，其中该定子铁芯的主槽和副槽为彼此交替地设置。
7、如权利要求5所述的感应马达，其中该主槽的尺寸大于该副槽的尺寸。
8、如权利要求5所述的感应马达，其中该定子铁芯的主槽和副槽的内壁为弯曲表面。
9、如权利要求8所述的感应马达，其中该定子铁芯的槽的内壁的曲率半径与该定子铁芯的外圆周表面的曲率半径相同。
10、如权利要求1所述的感应马达，其中该定子铁芯包括：形成为具有特定宽度的环形的轭部；以及形成在该轭部的内圆周表面并朝向该轭部的中心延伸的具有特定长度的多个齿，该多个齿的形状相同，形成在齿与齿之间的槽与相邻的槽的尺寸不同。
11、如权利要求1所述的感应马达，其中该主转子包括：
空心圆柱磁体；
用以支撑该空心圆柱磁体的保持架；以及
连接至该保持架的轴承。
12、如权利要求1所述的感应马达，其中安装在空调中的空调风扇连接至构成该主转子的转轴，并且与该空调风扇相连接的感应马达安装在该空调中。
13、一种感应马达，包括：
定子，包括分别缠绕在定子铁芯中的主绕组线圈和副绕组线圈，该主绕组线圈的体积大于该副绕组线圈的体积；
主转子，可旋转地插入在该定子中；以及
副转子，包括两个空心圆柱型磁体、分别支撑该两个空心圆柱型磁体的两个保持架、以及分别连接至该保持架的轴承。
14、一种感应马达，包括：
定子，包括定子铁芯，在该定子铁芯中，安置有主绕组线圈的槽大于安置有副绕组线圈的槽；
主转子，可旋转地插入在该定子中；以及
副转子，包括磁体，并且可旋转地插入在该定子与该主转子之间的气隙中。
15、如权利要求14所述的感应马达，其中该主绕组线圈和副绕组线圈缠绕为包绕该定子铁芯的槽的内壁和该定子铁芯的外圆周表面。
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