CN206743073U - 单相异步电机及具有该电机的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相异步电机及具有该电机的设备。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。本实用新型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

单相异步电机及具有该电机的设备

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种单相异步电机及具有该电机的设备。

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。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种相异步电机及具有该电机的设备，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。

本实用新型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，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。

本实用新型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。

本实用新型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实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型提供的单相异步电机的整体结构图；

图2是本实用新型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是本实用新型提供的单相异步电机主副相绕组串联方式示意图；

图5是本实用新型提供的单相异步电机主副相绕组并联方式示意图；

图6是本实用新型提供的单相异步电机主相绕组串联方式示意图；

图7是本实用新型提供的单相异步电机主相绕组并联方式示意图；

图8是本实用新型提供的单相异步电机主相三个绕组串联方式示意图；

图9是本实用新型提供的单相异步电机主相三个绕组并联方式示意图；

图10是本实用新型提供的单相异步电机主相四个绕组串联方式示意图；

图11是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型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，以便这里描述的本实用新型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。

本实用新型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是本实用新型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是本实用新型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。本实用新型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运行数据调整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。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，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。通过使用本实用新型提供的技术方案，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。

根据本实用新型提供的技术方案，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。

根据本实用新型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是本实用新型提供的单相异步电机主副相绕组串联方式示意图；图5是本实用新型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是本实用新型提供的单相异步电机主相绕组串联方式示意图；图7是本实用新型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是本实用新型提供的单相异步电机主相三个绕组串联方式示意图；图9是本实用新型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是本实用新型提供的单相异步电机主相四个绕组串联方式示意图；图11是本实用新型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是本实用新型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。

图13是本实用新型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；串联效果是指本实用新型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是本实用新型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，串联转矩是指本实用新型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；并联转矩是指本实用新型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。本实用新型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。

根据本实用新型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。

根据本实用新型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。

本实用新型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。

本实用新型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。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (7)

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或2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1或2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。

6.根据权利要求1或2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。

7.一种电器，其特征在于，所述电器包括如权利要求1-6中任一项所述的单相异步电机；或者所述电器包括混合电机，所述混合电机使用如权利要求1-6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。