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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Für diese nicht vorläufige Anmeldung wird gemäß 35 U.S.C. § 119(a) die Priorität der am 28. August 2015 in der Volksrepublik
China eingereichten Patentanmeldung Nr. 201510543842.6 , der am 7. August 2015 in der Volksrepublik China eingereichten Patentanmeldung Nr.
PCT/CN2015/086422 und der am 3. Juni 2016 in der Volksrepublik
China eingereichten Patentanmeldung Nr. 201610390208.8 in Anspruch genommen.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft Kühlgeräte und insbesondere Kühlgeräte mit einem einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Kühlgebläse eines Kühlgeräts, zum Beispiel eines Gefriergeräts oder eines Kühlschranks, hat einen Motor. Die Konstruktion des Motors, seine Größe und seine Kosten sind maßgeblich für die Kosten des gesamten Kühlgeräts. Aus diesem Grund ist die Abwägung zwischen Kosten und Motorleistung ein wesentliches Thema bei der Auslegung von Motoren.
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ÜBERSICHT
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Es wird daher ein Kühlgerät gewünscht, das einen kostengünstigen und leistungsstabilen internen Motor hat.
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Ein Kühlgerät hat ein Gebläse und einen Motor für den Antrieb des Gebläses. Der Motor ist ein einphasiger Wechselstrom-Synchronmotor.
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Vorzugsweise hat der einphasige Wechselstrom-Synchronmotor einen Ständer und einen Läufer, der sich relativ zu dem Ständer drehen kann. Der Ständer hat einen Ständerkern und Wicklungen, die um den Ständerkern herumgeführt sind. Der Ständerkern hat einen äußeren Ringbereich, eine Mehrzahl von Zahnkörpern, die sich von dem äußeren Ringbereich nach innen erstrecken, und einen Polschuh, der sich von einem distalen Ende zu zwei Umfangsseiten jedes Zahnkörpers erstreckt. Die Wicklungen sind um die jeweiligen Zahnkörper herumgeführt. Der Läufer ist in einem Raum aufgenommen, der durch die zusammenwirkenden Polschuhe gebildet wird, und hat eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen, die entlang einer Umfangsrichtung des Läufers angeordnet sind. Eine Außenfläche des Permanentmagnetpols und eine innere Umfangsfläche des Polschuhs bilden zwischen sich einen symmetrischen ungleichen Luftspalt.
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Vorzugsweise ist die Außenfläche jedes Permanentmagnetpols von einer zentralen Achse des Läufers beabstandet, wobei der Abstand von einer Umfangsmitte zu zwei Umfangsseiten der Außenfläche fortschreitend kleiner wird und der Luftspalt um eine Mittellinie eines der Permanentmagnetpole symmetrisch ist.
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Vorzugsweise ist jeder Permanentmagnetpol durch ein oder mehrere Permanentmagnetelemente gebildet, oder sämtliche Permanentmagnetpole sind durch ein einziges ringförmiges Magnetelement gebildet. Der Läufer hat einen Läuferkern, das oder die Permanentmagnetelemente sind an einer äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns montiert, die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns definiert eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten, und jede Nut liegt an einem Übergang zwischen zwei Permanentmagnetpolen.
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Vorzugsweise haben das oder die Permanentmagnetelemente eine einheitliche Dicke, und die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns ist in ihrer Form an das oder die Permanentmagnetelemente angepasst.
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Vorzugsweise liegen die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns und eine innere Umfangsfläche des oder der Permanentmagnetelemente an derselben zylindrischen Fläche, und jedes Permanentmagnetelement hat eine Dicke, die von einer Umfangsmitte zu zwei Umfangsenden des Permanentmagnetelements fortschreitend abnimmt.
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Vorzugsweise nimmt eine radiale Dicke des Polschuhs in einer von dem Zahnkörper wegführenden Richtung fortschreitend ab.
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Vorzugsweise hat der symmetrische ungleiche Luftspalt eine maximale Dicke, die mindestens das 1,5-fache seiner minimalen Dicke beträgt.
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Vorzugsweise ist zwischen jeweils zwei benachbarten Polschuhen ein Schlitz gebildet, und eine Breite des Schlitzes ist größer als Null und ist kleiner oder gleich dem Vierfachen einer minimalen Dicke des symmetrischen ungleichen Luftspalts.
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Vorzugsweise ist eine Breite des Schlitzes größer als Null und kleiner oder gleich dem Zweifachen der minimalen Dicke des symmetrischen ungleichen Luftspalts.
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Vorzugsweise wird der einphasige Wechselstrom-Synchronmotor durch eine Wechselstromversorgung gespeist. Der einphasige Wechselstrom-Synchronmotor hat einen Ständer, einen Läufer, der sich relativ zu dem Ständer drehen kann, und eine Treiberschaltung, wobei der Ständer einen Ständerkern und um den Ständerkern herumgeführte Wicklungen hat. Die Treiberschaltung umfasst eine integrierte Schaltung und einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter, der mit der integrierten Schaltung verbunden ist, wobei der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter und die Wicklungen zwischen zwei Anschlüssen in Reihe geschaltet sind, die für eine Verbindung mit der Wechselstromquelle konfiguriert sind. Von einem Gleichrichter, einer Erfassungsschaltung und einer Schaltersteuerschaltung sind mindestens zwei in die integrierte Schaltung integriert. Der Gleichrichter ist konfiguriert für die Erzeugung einer Gleichspannung zumindest für die Erfassungsschaltung. Die Erfassungsschaltung ist konfiguriert für die Erfassung einer Polarität des Magnetfelds des Läufers, und die Schaltersteuerschaltung ist konfiguriert für die Steuerung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters zum Umschalten desselben zwischen einem aktivierten und einem deaktivierten Zustand entsprechend einer vorgegebenen Weise, basierend auf der Polarität der Wechselstromquelle und der Polarität des Magnetfelds des Läufers, das durch die Erfassungsschaltung erfasst wird.
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Vorzugsweise ist die Schaltersteuerschaltung konfiguriert für eine Steuerung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters, so dass der Schalter nur aktiviert wird, wenn die Wechselstromquelle in einem positiven Halbzyklus aktiv ist und die Erfassungsschaltung eine erste Polarität des Magnetfelds des Läufers erfasst oder wenn die Wechselstromquelle in einem negativen Halbzyklus aktiv ist und die Erfassungsschaltung eine zweite Polarität des Magnetfelds des Läufers erfasst, wobei die zweite Polarität zur ersten Polarität entgegengesetzt ist.
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Vorzugsweise ist das Kühlgerät ein Gefriergerät.
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Vorzugsweise dreht sich der einphasige Wechselstrom-Synchronmotor im Dauerbetrieb konstant mit 1800 U/min oder 1500 U/min.
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Vorzugsweise hat der einphasige Wechselstrom-Synchronmotor eine Eingangsspannung von 120 V oder 220 bis 230 V, eine Eingangsleistung von 6 bis 20 W und einen Wirkungsgrad von 50% bis 80%.
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Das erfindungsgemäße Kühlgerät hat in seinem Inneren einen einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor für den Antrieb des Gebläses. Verglichen mit dem üblichen Motor ist der einphasige Wechselstrom-Synchronmotor kleiner und weniger teuer und darüber hinaus leistungsstabil.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlgerät mit einem einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor;
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt den einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor von 2, wobei das Außengehäuse entfernt wurde;
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4 zeigt den einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor von 3 in Draufsicht;
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5 zeigt den Ständerkern des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 3;
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6 zeigt Permanentmagnetelemente und den Läuferkern des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 3;
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7 zeigt einen Drehmomentverlauf des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 2 während der Drehung;
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8 zeigt den Ständerkern des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt den Ständerkern des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt den Ständerkern und einen Läufer des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht;
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11 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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12 zeigt in einem Blockdiagramm eine Implementierung der integrierten Schaltung von 11;
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13 zeigt in einem Blockdiagramm eine weitere Implementierung der integrierten Schaltung von 11;
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14 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors von 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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15 zeigt in einem Blockdiagramm eine Implementierung der integrierten Schaltung von 14;
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16 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm des einphasigen Wechsel-Stromsynchronmotors von 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es ist zu beachten, dass die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und dass bau- oder funktionsgleiche oder ähnliche Elemente in den Figuren durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Ebenso sollte beachtet werden, dass die Figuren lediglich dem Zweck der Darstellung der bevorzugten Ausführungsformen dienen und weder jeden einzelnen Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen zeigen noch den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken.
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Das erfindungsgemäße Kühlgerät 1 enthält ein Gebläse 90 und einen einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor (AC-Motor) 10 für den Antrieb des Gebläses 90. Das Kühlgerät 1 kann ein Kühlschrank oder ein Gefriergerät sein.
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Erste Ausführungsform
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Es wird auf die 2 bis 6 Bezug genommen. Der einphasige Wechselstrom-Synchronmotor 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat einen Ständer 20 und einen Läufer 50, der sich relativ zu dem Ständer 20 drehen kann. Der Ständer 20 hat ein zylindrisches Außengehäuse 21 mit einem offenen Ende, eine Endkappe 23, die an dem offenen Ende des Außengehäuses 21 montiert ist, einen Ständerkern 30, der in dem Außengehäuse 21 montiert ist, eine Isolierhalterung 40, die an dem Ständerkern 30 montiert ist, und Wicklungen 39, die um den Ständerkern 30 herumgeführt sind und durch die Isolierhalterung 40 gestützt werden. Der Ständerkern 30 hat einen äußeren Ringbereich 31, eine Mehrzahl von Zahnkörpern 33, die sich von dem äußeren Ringbereich 31 nach innen erstrecken, und einen Polschuh 35, der sich von einem radialen distalen Ende zu zwei Umfangsseiten jedes Zahnkörpers 33 erstreckt. Die Wicklungen 39 sind um die entsprechenden Zahnkörper 33 herumgeführt und sind durch die Isolierhalterung 40 von dem Ständerkern 30 isoliert.
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Der Läufer 50 ist in dem Raum aufgenommen, der durch die zusammenwirkenden Polschuhe 35 der Zahnkörper definiert wird. Der Läufer 50 hat eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen 55, die entlang einer Umfangsrichtung des Läufers angeordnet sind. Eine Außenfläche jedes Permanentmagnetpols 55 ist eine Bogenfläche. Die Außenfläche jedes Permanentmagnetpols 55 ist von einer zentralen Achse des Läufers 50 beabstandet, wobei der Abstand von einer Umfangsmitte zu zwei Umfangsseiten der Außenfläche fortschreitend abnimmt. Die Außenfläche des Permanentmagnetpols 55 und eine innere Umfangsfläche des Polschuhs 35 bilden zwischen sich einen ungleichen Luftspalt 41, der um eine Mittellinie des Permanentmagnetpols 55 symmetrisch ist. Vorzugsweise hat der symmetrische ungleiche Luftspalt 41 eine maximale Dicke, die mindestens das 1,5-fache seiner minimalen Dicke beträgt.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. In dieser Ausführungsform ist jeder Permanentmagnetpol 55 durch ein einziges Permanentmagnetelement 56 gebildet. Der Läufer 50 hat ferner einen Läuferkern 53. Das Permanentmagnetelement 56 ist an einer äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns 53 montiert. Die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns 53 definiert eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 54. Jede Nut 54 liegt an einem Übergang zwischen zwei Permanentmagnetpolen 55, um eine magnetische Streuung zu verringern. Zur Bildung eines ungleichen Luftspalts 41 zwischen dem Permanentmagnetpol 55 und der inneren Umfangsfläche des Polschuhs 35 liegen die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns 53 und die innere Umfangsfläche des Polschuhs 35 in einer axialen Draufsicht auf zwei konzentrischen Kreisen, und eine Dicke des Permanentmagnetelements 56 nimmt von einer Umfangsmitte zu zwei Umfangsenden des Permanentmagnetelements 56 fortschreitend ab.
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Der Läufer 50 hat ferner eine Drehwelle 51, die durch den Läuferkern 53 verläuft und an diesem befestigt ist. Ein Ende der Drehwelle 51 ist über ein Lager 24 an der Endkappe 23 montiert, und das andere Ende der Drehwelle 51 ist über ein weiteres Lager an einer Unterseite des zylindrischen Außengehäuses 21 des Ständers 20 montiert, so dass sich der Läufer 50 relativ zu dem Ständer 20 drehen kann.
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Der Ständerkern 30 besteht aus einem magnetisch leitenden Magnetmaterial. Der Ständerkern 30 ist zum Beispiel aus Magnetlamellen (in der Industrie gebräuchliche Siliziumstahllamellen) gebildet, die entlang einer axialen Richtung des Motors geschichtet sind. In dem Ständerkern 30 ist zwischen jeweils zwei benachbarten Polschuhen 35 ein Schlitz 37 gebildet. Jeder Schlitz 37 liegt vorzugsweise in einer Mittelposition zwischen zwei benachbarten Zahnkörpern 33. Es versteht sich, dass der Schlitz 37 zu der Mittelposition zwischen den beiden benachbarten Zahnkörpern versetzt sein kann. Diese Ausbildung kann das Induktionspotential des Motors verringern, wodurch das Ausgangsdrehmoment des Motors vergrößert wird. Der Schlitz 37 hat eine Breite, die größer als Null ist und kleiner oder gleich dem Vierfachen einer minimalen Dicke des symmetrischen ungleichen Luftspalts 41. Vorzugsweise ist die Breite des Schlitzes 37 größer als Null und kleiner oder gleich dem Zweifachen der minimalen Dicke des symmetrischen ungleichen Luftspalts 41. Bei vorstehender Konfiguration kann der Motor sanft anlaufen und kann sich gleichmäßig drehen. Dadurch wird die Anlaufzuverlässigkeit des Motors verbessert, und die möglichen Totpunkte werden verringert. Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff ”Ringbereich” bezieht sich auf eine geschlossene Struktur, die gebildet wird durch eine durchgehende Erstreckung entlang einer Umfangsrichtung, wie zum Beispiel ein Kreisring, ein Quadrat oder ein Polygon oder dergleichen. Der Begriff ”Dicke” des symmetrischen ungleichen Luftspalts 41 bezieht sich auf eine radiale Dicke des Luftspalts.
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Vorzugsweise nimmt eine radiale Dicke des Polschuhs 35 in einer Richtung von dem Zahnkörper 33 zu dem Schlitz 37 fortschreitend ab, so dass der magnetische Widerstand des Polschuhs 35 in der Richtung von dem Zahnkörper 33 zu dem Schlitz 37 fortschreitend zunimmt, wodurch eine Magnetbrücke mit einem fortschreitend zunehmenden magnetischen Widerstand gebildet wird. Diese Ausgestaltung sorgt für einen gleichmäßigeren Betrieb des Motors und dafür, dass der Motor zuverlässiger anläuft.
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In dieser Ausführungsform definiert der Polschuh 35 zwischen jeweils zwei benachbarten Zahnkörpern 33 einen Positionierungsschlitz 38. Die Anzahl der Positionierungsschlitze 38 ist die gleiche wie die Anzahl der Pole des Ständers 20 und die Anzahl der ringförmigen Permanentmagnetpole 55. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl der Positionierungsschlitze 38 vier. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ständerwicklung eine konzentrierte Wicklung, weshalb die Anzahl der Zahnkörper 33 die gleiche ist wie die Anzahl der Pole des Ständers 20. In einer alternativen Ausführungsform kann die Anzahl der Zahnkörper 33 ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl von Ständerpolen sein, zum Beispiel das Zweifache, Dreifache oder dergleichen.
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In dieser Ausführungsform sind die Positionierungsschlitze 38 entlang der axialen Richtung des Motors beabstandet und sind in der inneren Umfangsfläche der Polschuhe 35 angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform erstrecken sich die Positionierungsschlitze 38 kontinuierlich entlang der axialen Richtung des Motors. Jeder Positionierungsschlitz 38 ist von den beiden benachbarten Zahnkörpern 33 unterschiedlich beabstandet. Der Positionierungsschlitz 38 liegt näher an einem der beiden benachbarten Zahnkörper 33, und eine Mitte des Positionierungsschlitzes 38 ist zu einem Symmetriezentrum des am nächsten benachbarten Zahnkörpers 33 versetzt.
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Wenn der Motor 10 nicht mit Strom versorgt wird, d. h. in einer Ausgangsposition, ist eine Mittellinie L1 des Permanentmagnetpols 55 des Läufers 50 zu einer Mittellinie 12 des benachbarten Zahnkörpers 33 des Ständers 20 versetzt. Ein zwischen der Mittellinie L1 und der Mittellinie 12 gebildeter Winkel Q wird als Anlaufwinkel bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist der Anlaufwinkel größer als ein elektrischer Winkel von 45 Grad und kleiner als ein elektrischer Winkel von 135 Grad. Wenn die Wicklung 39 des Ständers 20 des Motors mit elektrischem Strom in einer Richtung gespeist wird, kann der Läufer 50 entlang einer Richtung gestartet werden. Wenn die Wicklung 39 des Ständers 20 des Motors mit elektrischem Strom in einer entgegengesetzten Richtung gespeist wird, kann der Läufer 50 entlang einer entgegengesetzten Richtung gestartet werden. Es versteht sich, dass bei einem Anlaufwinkel gleich einem elektrischen Winkel von 90 Grad (d. h. eine Mitte des Permanentmagnetpols 55 des Läufers 50 ist auf das Symmetriezentrum eines benachbarten Zahnkörpers 33 ausgerichtet) der Läufer 50 ohne weiteres in beiden Richtungen gestartet werden kann, d. h. es ist der Winkel, bei dem sich ein Anlaufen in zwei Richtungen am leichtesten erreichen lässt. Wenn der Anlaufwinkel zu dem elektrischen Winkel von 90 Grad versetzt ist, kann der Läufer in der einen Richtung leichter anlaufen als in der anderen Richtung. Zahlreiche Versuche haben gezeigt, dass bei einem Anlaufwinkel in dem Bereich eines elektrischen Winkels von 45 Grad bis 135 Grad ein Anlaufen des Läufers in beiden Richtungen mit hoher Zuverlässigkeit möglich ist.
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7 zeigt einen Drehmomentverlauf eines einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors 10 der vorstehenden Ausführungsform während der Drehung, wobei an der horizontalen Achse der Drehwinkel in Grad und an der vertikalen Achse das Drehmoment in Nm angegeben ist. Wie zu sehen ist, ist der Drehmomentverlauf des Motors ein sanfter bzw. gleichmäßiger Verlauf, wodurch der Totpunkt beim Anlaufen verringert oder vermieden und die Anlaufzuverlässigkeit des Motors somit verbessert wird.
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Zweite Ausführungsform
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Es wird auf 8 Bezug genommen. Anders als in der ersten Ausführungsform enthält der Ständerkern des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors zum Verbessern der Wickeleffizienz der Wicklung 39 eine Mehrzahl von Ständerkernteilen 300, die entlang einer Umfangsrichtung des Ständers zusammengefügt sind. Jedes Ständerkernteil 300 hat ein bogenförmiges Jochsegment 300b, einen Zahnkörper 33, der sich von dem bogenförmigen Jochsegment 300b erstreckt, und einen Polschuh 35, der sich von einem radialen distalen Ende des Zahnkörpers 33 zu zwei Umfangsseiten des Zahnkörpers 33 erstreckt. In dieser Ausführungsform hat jedes Ständerkernteil 300 einen einzelnen Zahnkörper 33 und einen entsprechenden Polschuh 35. Es versteht sich, dass jedes Ständerkernteil 300 auch mehr als einen Zahnkörper 33 und entsprechende Polschuhe 35 aufweisen kann. Nachdem der Wickelvorgang an jedem Ständerkernteil 300 abgeschlossen ist, werden die mehrzähligen Ständerkernteile 300 zusammengefügt, um den Ständerkern 30 mit Ständerwicklungen zu bilden.
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An einem Verbindungsbereich zwischen den bogenförmigen Jochsegmenten 300b von zwei benachbarten Ständerkernteilen 300 ist eine Eingriffskonstruktion in Form einer Ausnehmung und eines Vorsprungs gebildet. Bei Bildung der Eingriffskonstruktion in Form einer Ausnehmung und eines Vorsprungs können zwei Enden des bogenförmigen Jochsegments 300b jedes Ständerkernteils 300 für deren Verbindung zur Bildung des äußeren Ringbereichs jeweils mit einer Eingriffsausnehmung 34 und einem Eingriffsvorsprung 32 versehen sein. Die Eingriffsausnehmung 34 und der Eingriffsvorsprung 32 bilden zusammen die Eingriffskonstruktion aus Ausnehmung und Vorsprung. Beim Zusammenfügen greift der Eingriffsvorsprung 32 eines jeweiligen Ständerkernteils 300 in die Eingriffsausnehmung 34 eines jeweiligen benachbarten Ständerkernteils 300, und der Eingriffsvorsprung 34 eines jeweiligen Ständerkernteils 300 greift mit dem Eingriffsvorsprung 32 eines jeweiligen benachbarten Ständerkernteils 300 ineinander.
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Da der Ständerkern 30 durch mehrere zusammengefügte Ständerkernteile 300 gebildet ist, kann der Schlitz 37 zwischen den benachbarten Polschuhen sehr schmal sein. Vorliegend bezieht sich die Breite des Schlitzes auf den Abstand zwischen zwei benachbarten Polschuhen.
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Dritte Ausführungsform
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Es wird auf 9 Bezug genommen. Anders als in der zweiten Ausführungsform sind an den Verbindungsbereichen der bogenförmigen Jochsegmente der benachbarten Ständerkernteile 300 des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors dieser Ausführungsform ebene Flächen gebildet. In diesem Fall können die Verbindungsbereiche der bogenförmigen Jochsegmente miteinander verlötet sein.
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Vierte Ausführungsform
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Es wird auf 10 Bezug genommen. In dieser Ausführungsform bildet der Polschuh 35 zwischen jeweils zwei benachbarten Zahnkörpern 33 des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors ebenfalls einen Positionierungsschlitz 38. Jedoch ist der Positionierungsschlitz 38 dieser Ausführungsform zwischen der äußeren Umfangsfläche und der inneren Umfangsfläche des Polschuhs 35 angeordnet und liegt vorzugsweise nahe zur inneren Umfangsfläche des Polschuhs 35.
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In dieser Ausführungsform hat der Läufer 60 eine Mehrzahl von Permanentmagnetpolen 65, die entlang einer Umfangsrichtung des Läufers 60 angeordnet sind. Eine äußere Umfangsfläche jedes Permanentmagnetpols 65 ist eine Bogenfläche, so dass der Permanentmagnetpol 65 und die innere Umfangsfläche des Polschuhs 35 zwischen sich einen symmetrischen ungleichen Luftspalt 41 bilden. Vorzugsweise hat der symmetrische ungleiche Luftspalt 41 eine maximale Dicke, die mindestens das 1,5-fache seiner minimalen Dicke beträgt. Jeder Permanentmagnetpol 65 ist durch ein einzelnes Permanentmagnetelement gebildet. Das Permanentmagnetelement ist an einer äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns 63 montiert. Die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns 63 definiert eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Nuten 64. Jede Nut 64 liegt an einem Übergang zwischen zwei Permanentmagnetpolen 65, um eine magnetische Streuung zu verringern. Anders als in der ersten Ausführungsform ist die Dicke des Permanentmagnetelements dieser Ausführungsform einheitlich, und die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns 63 ist in ihrer Form an das Permanentmagnetelement angepasst. Das heißt, die äußere Umfangsfläche des Läuferkerns 63 und die innere Umfangsfläche des Polschuhs 35 liegen in axialer Draufsicht nicht mehr auf konzentrischen Kreisen. Solchermaßen können die Außenflächen der Permanentmagnetpole 65 und die inneren Umfangsflächen der Polschuhe 35 zwischen sich immer noch den symmetrischen ungleichen Luftspalt 41 bilden, da die Außenfläche des Permanentmagnetpols 65 immer noch eine Bogenfläche ist. Alternativ können sämtliche Permanentmagnetpole 65 durch ein einziges Permanentmagnetelement gebildet sein.
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In der vorstehenden Ausführungsform hat der Schlitz 37 zwischen jeweils zwei benachbarten Polschuhen 35 eine einheitliche Umfangsbreite. Es versteht sich, dass in einer alternativen Ausführungsform jeder Schlitz 37 ebenso eine nichteinheitliche Umfangsbreite aufweisen kann. Zum Beispiel kann der Schlitz 37 trompetenförmig sein, mit einer kleineren Innenseite und einer größeren Außenseite. In diesem Fall bezieht sich die Breite des Schlitzes 37 in der vorliegenden Beschreibung auf eine minimale Breite des Schlitzes 37. In der vorstehenden Ausführungsform erstreckt sich der Schlitz 37 entlang der radialen Richtung des Motors. Alternativ kann sich der Schlitz 37 auch in einer Richtung erstrecken, die von der radialen Richtung des Motors abweicht. Dadurch lässt sich das Induktionspotential des Motors verringern.
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Bei einem erfindungsgemäß angegebenen einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor sind die Schlitze 37 zwischen den benachbarten Polschuhen 35 gebildet, und die Breite jedes Schlitzes 37 ist größer als Null und kleiner oder gleich dem Vierfachen der minimalen Dicke des Luftspalts 41, wodurch eine plötzliche Änderung des durch eine Schlitzöffnung bewirkten magnetischen Widerstands verringert werden kann, wodurch wiederum das Rastmoment des Motors verringert wird. Außerdem ist die Außenfläche des Permanentmagnetpols als Bogenfläche konfiguriert, derart, dass die Dicke des Luftspalts 41 von einer Mitte des Permanentmagnetpols zu zwei Umfangsseiten des Permanentmagnetpols zunehmend größer wird, so dass der symmetrische ungleiche Luftspalt entsteht. Diese Ausführung reduziert Vibrationen und Geräusche, die bei dem Motor konventioneller Bauart aufgrund der übermäßig großen Schlitzöffnungen erzeugt werden. Es wird der mögliche Anlauftotpunkt reduziert oder vermieden, und die Anlaufzuverlässigkeit des Motors wird verbessert. Hinzukommt, dass sich der Anlaufwinkel und das Rastmoment, die beim Anlaufen des als Beispiel beschriebenen einphasigen Wechselstrom-Synchronmotor notwendig sind, ohne Weiteres den Konstruktionsanforderungen entsprechend einstellen lassen. Die Anlaufzuverlässigkeit des Motors wird dadurch sichergestellt. Zum Beispiel lässt sich der Anlaufwinkel des Motors ohne Weiteres einstellen, indem die Position des Positionierungsschlitzes des Polschuhs eingestellt wird. Wenn der Anlaufwinkel Q größer ist als ein elektrischer Winkel von 45 Grad und kleiner als ein elektrischer Winkel von 135 Grad, kann der Motor in zwei Richtungen anlaufen. Das Rastmoment vor dem Anlaufen des Motors lässt sich einstellen durch eine Einstellung bzw. Anpassung von Form, Größe und Tiefe der Positionierungsschlitze der Polschuhe. Der Ständerkern hat eine geteilte Bauform, so dass der Wickelvorgang durch die Verwendung einer Doppel-Flyer-Wickelmaschine durchgeführt werden kann, bevor die Zahnkörper und der äußere Ringbereich zusammengefügt werden. Die Wickeleffizienz wird dadurch vergrößert.
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11 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm einer Treiberschaltung des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors 10 des Kühlgeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wicklung 39 des Ständers des Motors und eine integrierte Schaltung 70 sind zwischen zwei Anschlüssen einer Wechselstromquelle 80 in Reihe geschaltet. Die Treiberschaltung des Motors 10 ist in die integrierte Schaltung 70 integriert. Die Treiberschaltung kann den Motor derart ansteuern, dass der Motor bei jedem Anschalten entlang einer festen Richtung anläuft.
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12 zeigt eine Weise der Implementierung der integrierten Schaltung 70. Die integrierte Schaltung 70 hat ein Gehäuse 71, zwei Stifte 73, die sich aus dem Gehäuse 71 erstrecken, und eine Treiberschaltung 71, die in das Gehäuse 71 gepackt ist. Die Treiberschaltung ist auf einem Halbleitersubstrat angeordnet, einschließlich einer Erfassungsschaltung 75 für die Erfassung einer Polarität des Läufermagnetfelds des Motors, eines steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 77, der zwischen die beiden Stifte 73 geschaltet ist, und einer Schaltersteuerschaltung 79. Die Schaltersteuerschaltung 79 ist konfiguriert für die Steuerung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 77 zum Schalten desselben zwischen einem Aktivierungszustand und einem Deaktivierungszustand entsprechend einer vorgegebenen Weise und basierend auf der durch die Erfassungsschaltung 75 erfassten Polarität des Läufermagnetfelds.
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Vorzugsweise ist die Schaltersteuerschaltung 79 konfiguriert für die Steuerung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 77 in einer Weise, dass der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 77 nur aktiviert wird, wenn die Wechselstromquelle 80 in einem positiven Halbzyklus aktiv ist und die Erfassungsschaltung 75 eine erste Polarität des Läufermagnetfelds erfasst oder wenn die Wechselstromquelle 80 in einem negativen Halbzyklus aktiv ist und die Erfassungsschaltung 75 eine zweite Polarität des Läufermagnetfelds erfasst, wobei die zweite Polarität zur ersten Polarität entgegengesetzt ist. Diese Konfiguration kann dafür sorgen, dass die Wicklung 39 des Ständers den Läufer zu einer Drehung entlang einer festen Richtung ansteuert, während der Motor anläuft.
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13 zeigt eine andere Weise der Implementierung der integrierten Schaltung 70, die sich von der in 12 dargestellten Weise hauptsächlich dadurch unterscheidet, dass die integrierte Schaltung von 13 ferner einen Gleichrichter 74 enthält, der zwischen den beiden Stiften 73 mit dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 77 parallelgeschaltet ist, um einen Gleichstrom für die Erfassungsschaltung 75 zu erzeugen. In dieser Ausführungsform ist die Erfassungsschaltung 75 bevorzugt ein Magnetsensor (auch als Positionssensor bezeichnet), und die integrierte Schaltung ist an den Läufer angrenzend montiert, so dass der Magnetsensor die Änderung des Läufermagnetfelds erfassen kann. Es versteht sich, dass die Erfassungsschaltung 75 in manchen Ausführungsformen den Magnetsensor gegebenenfalls nicht enthält. Stattdessen erfasst die Erfassungsschaltung 75 die Änderung des Läufermagnetfelds durch andere Mittel. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Treiberschaltung des Motors in die integrierte Schaltung gepackt. Dadurch werden die Kosten der Schaltung verringert und ihre Zuverlässigkeit erhöht. Außerdem wird bei dem Motor gegebenenfalls keine Leiterplatte verwendet. Stattdessen ist die integrierte Schaltung einfach an einer geeigneten Stelle eingebaut und durch Drähte mit der Wicklung des Motors und mit der Stromquelle verbunden.
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In dieser Ausführungsform sind die Ständerwicklung 39 und die Wechselstromquelle 80 zwischen den beiden Stiften 73 in Reihe geschaltet. Die Wechselstromquelle 80 ist vorzugsweise eine Stadtwechselstromversorgung mit einer festen Frequenz, z. B. 50 Hz oder 60 Hz, einer Spannung von beispielsweise 110 V, 220 V oder 230 V und einer Eingangsleistung von 6 bis 20 W. Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 77 ist zwischen den beiden Stiften 73 mit der in Reihe geschalteten Ständerwicklung 39 und der Wechselstromquelle 80 parallelgeschaltet. Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 77 ist vorzugsweise ein Trioden-Wechselstromschalter (TRIAC) mit zwei Anoden, die jeweils mit den beiden Stiften 73 verbunden sind. Es versteht sich, dass der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 77 auch durch zwei unidirektionale Thyristoren implementiert sein kann, die antiparallel geschaltet sind und in einer vorgegebenen Weise durch eine entsprechende Steuerschaltung gesteuert werden. Der Gleichrichter 74 ist zwischen den beiden Stiften 73 mit dem steuerbaren bidirektionalen Schalter 77 parallelgeschaltet. Der Gleichrichter 74 wandelt die Wechselspannung zwischen den beiden Stiften 73 in eine niedrige Gleichspannung um. Die Erfassungsschaltung 75 kann mit der niedrigen Gleichspannung gespeist werden, die von dem Gleichrichter 74 ausgegeben wird, um die Position der Magnetpole des Permanentmagnetläufers 50 des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors 10 zu erfassen und entsprechende Signale auszugeben. Die Schaltersteuerschaltung 79 ist mit dem Gleichrichter 74, der Erfassungsschaltung 75 und dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 77 verbunden und ist konfiguriert für die Steuerung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 77, so dass dieser in vorgegebener Weise und basierend auf der Information der durch die Erfassungsschaltung erfassten Läufermagnetpolposition und auf der von dem Gleichrichter 74 bezogenen Information der Polarität der Wechselstromquelle 80 zwischen einem Aktivierungszustand und einem Deaktivierungszustand umgeschaltet wird, so dass die Ständerwicklung 39 den Läufer 50 für eine Drehung nur entlang der vorstehend beschriebenen festen Anlaufrichtung ansteuert, während der Motor anläuft. Wenn in dieser Ausführungsform der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 82 aktiviert wird, werden die beiden Stifte 73 kurzgeschlossen und der Gleichrichter 74 verbraucht keine Energie, weil kein elektrischer Strom durch ihn hindurchfließt, so dass der Energienutzungseffekt deutlich verbessert werden kann.
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In einer Ausführungsform versorgt die Wechselstromquelle 80 den Motor mit einer Spannung von 120 V, einer Frequenz von 60 Hz und einer Eingangsleistung von 14,2 W, und der Läufer des Motors dreht sich im Dauerzustand konstant mit 1800 U/min. In einer weiteren Ausführungsform hat der Motor einen Wirkungsgrad von 50% bis 80%.
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14 zeigt schematisch ein Schaltungsdiagramm einer Treiberschaltung des einphasigen Wechselstrom-Synchronmotors 10 des Kühlgeräts gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wicklung 39 des Ständers des Motors und eine integrierte Schaltung 70 sind zwischen zwei Anschlüssen einer Wechselstromquelle 80 in Reihe geschaltet. Die Treiberschaltung des Motors 10 ist in die integrierte Schaltung 70 integriert. Die Treiberschaltung kann den Motor derart ansteuern, dass der Motor bei jedem Anschalten entlang einer festen Richtung anläuft. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Treiberschaltung des Motors in die integrierte Schaltung gepackt. Dadurch werden die Kosten der Schaltung verringert und ihre Zuverlässigkeit verbessert.
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In dieser Ausführungsform sind der Gleichrichter, die Erfassungsschaltung, die Schaltersteuerschaltung und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter sämtlich oder zum Teil in die integrierte Schaltung integriert. 12 zeigt zum Beispiel, dass nur die Erfassungsschaltung, die Schaltersteuerschaltung und der steuerbare bidirektionale Schalter in die integrierte Schaltung integriert sein können, während der Gleichrichter außerhalb der integrierten Schaltung angeordnet ist.
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In einem anderen Beispiel, das in den Ausführungsformen der 14 und 15 dargestellt ist, sind eine Spannungsreduzierschaltung 76 und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 77 außerhalb der integrierten Schaltung 70 angeordnet, während der Gleichrichter 74 (der lediglich einen Brückengleichrichter umfassen kann, jedoch keinen Spannungsreduzierwiderstand oder ein anderes Spannungsreduzierelement enthält), die Erfassungsschaltung 75 und die Schaltersteuerschaltung 79 in die integrierte Schaltung 70 integriert sind. In dieser Ausführungsform sind energiesparende Elemente in die integrierte Schaltung integriert. Elemente mit hohem Energiebedarf wie beispielsweise die Spannungsreduzierschaltung 76 und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 77 sind dagegen außerhalb der integrierten Schaltung 70 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform, die in 16 gezeigt ist, ist es auch möglich, die Spannungsreduzierschaltung 76 in die integrierte Schaltung 79 zu integrieren, während der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 77 außerhalb der integrierten Schaltung 70 angeordnet ist.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand einer oder mehrerer Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch, erkennen dass verschiedene Modifikationen möglich sind, weshalb der Schutzumfang der Erfindung durch die anliegenden Ansprüche angegeben wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 201510543842 [0001]
- CN 2015/086422 [0001]
- CN 201610390208 [0001]
