單相感應電機的製作方法

2023-09-22 13:42:55 1

專利名稱：單相感應電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及單相感應電機，並且具體地，涉及這樣一種單相感應電機，其中可變電阻元件並聯連接到能夠產生磁場的主繞組或輔助繞組的一部分，在啟動時，該可變電阻元件可以改變主繞組或輔助繞組的繞組數。
背景技術：
一般而言，在單相感應電機之中，主線圈和副線圈在定子中以空間90°相互纏繞， 並且電源電壓直接施加於主線圈，並經由電容器和開關施加到副線圈。因為，儘管電壓加於主線圈，但轉子不是僅由主線圈來啟動。所以，轉子場是通過諸如副線圈這樣的啟動器件在定子中產生，以使得轉子啟動。根據種類，將啟動器件分類為分相類型、校正線圈類型、電容啟動類型和排斥啟動類型。作為具有啟動器件的單相感應電機一個示例，在圖1和2中說明了電容啟動型單相感應電機。圖1說明了普通單相感應電機的定子和轉子，而圖2說明了轉子和定子線圈的簡化電路。當僅有主線圈12纏繞在定子10中時，在定子10中僅產生交變磁場，這樣轉子20 不會啟動。因此，副線圈14纏繞在定子10中，以產生旋轉磁場，這樣轉子20由旋轉磁場啟動，並以特定方向旋轉。也就是，通過旋轉磁場產生啟動轉矩。此處，電容器15使加於副線圈14的電流相位延遲，以通過與主線圈12的相互作用產生啟動轉矩。儘管副線圈14沒有加電，但是轉子20—旦啟動之後就繼續旋轉，只要其負載不變。所以，在啟動之後，經過特定的轉數後，就不必對副線圈14加電。然而，如果負載是可變的，則因為啟動轉矩是必需的，所以優選的是，始終經由電容器15將電力提供給副線圈14。在三相感應電機的情形中，儘管僅有主線圈纏繞在定子之中，但產生了旋轉場，因此不必在定子中纏繞副線圈。也就是，三相感應電機不需要特別的啟動器件。單相感應電機具有價格上的優勢，因為其不像無刷直流(BLDC)電機或磁阻電機一樣需要反用換流器結構，並且可以由單相商用電啟動。以下將參照圖1和2詳細解釋普通的單相感應電機。定子10具有空心結構，並由以特定角度為間隔沿內周邊放置、向內部徑向凸出的多個齒11所組成，並且主線圈12纏繞在各個齒11上，在原電流施加時具有N或S極性。此處，在齒11和主線圈12之間設置了絕緣體(未示出)，以在齒11和主線圈12 之間起絕緣作用，並起到使主線圈12易於纏繞的作用。另外，定子10包括空間上距主線圈12特定角度而纏繞的副線圈14，以在電流施加時，產生旋轉磁場。副線圈14也經由絕緣體纏繞在齒11上。可以將主線圈12和副線圈 14稱為定子線圈或線圈。線圈12和14連接到單相電源，並且主線圈12和副線圈14相互並聯連接。另外，電容器15串聯連接到副線圈14。另外，儘管沒有示出，但是電容器15可以經由開關選擇性連接到電源。轉子20通常是鼠籠式轉子。圖1和2說明了鼠籠式轉子。轉子20由堆疊鋼片而形成，其中，在距中心特定半徑位置上，沿外周邊以特定角度形成多個槽21。而且，轉子20包括插入在轉子芯的槽21之中的條形導體22。條形導體 22 一般由銅或鋁條構成。另外，鼠籠式轉子的兩端均由端環(未示出)連接，以通過條形導體22形成電短路。一般而言，它們是壓模鑄造而成。也就是，條形導體22和端環通過鋁壓模鑄造而一體地形成，並且端環分別在轉子芯的上部和下部形成。同時，在轉子20的中心部分中形成軸孔M。將轉子20的旋轉力傳遞到外部的旋轉軸(未示出)被壓配到軸孔M之中，並與轉子20—起旋轉。在如此構造的單相感應電機中，當把電力加到線圈12和14時，在條形導體22中產生感應電流，這樣轉子20由因此產生的感應轉矩所旋轉。

發明內容
技術問題本發明的一個目的是提供這樣一種單相感應電機，其可以通過增加啟動時流經主繞組或輔助繞組的電流大小，來提高啟動轉矩。本發明的另一目的是提供這樣一種單相感應電機，其通過將具有可變電阻大小的可變電阻元件並聯連接到一部分主繞組或輔助繞組，可以在不減少正常運轉時的堵轉轉矩的情況下，提高啟動時的啟動轉矩。本發明的進一步目的是提供這樣一種單相感應電機，其通過使用正溫度係數 (PTC)元件或電-正溫度係數(E-PTC)元件作為可變電阻元件，在啟動時，減小主繞組和輔助繞組的電阻和洩露電阻值。技術解決方案根據本發明，提供了一種單相感應電機，包括由芯、主繞組和輔助繞組組成的定子，以及由與定子的相互電磁力所旋轉的轉子，該單相感應電機包括並聯連接到主繞組的一部分的電阻可變元件。根據本發明的另一方面，其所述主繞組的其餘部分串聯電連接到主繞組的一部分和電阻可變元件。根據本發明的又一方面，該電阻可變元件是PTC元件。根據本發明的又一方面，該電阻可變元件是E-PTC元件。根據本發明的又一方面，該電阻可變元件在啟動時具有低電阻，並且在正常運轉中具有高到足夠阻截流向該電阻可變元件的電流的電阻。根據本發明的又一方面，該主繞組通過將相互並聯連接的多個線圈纏繞在定子芯上而形成，並且該電阻可變元件並聯連接到多個線圈之中的一個。另外，根據本發明，提供了一種單相感應電機，包括由芯、主繞組和輔助繞組組成的定子，以及由與定子的相互電磁力所旋轉的轉子，該單相感應電機包括串聯連接到輔助繞組的電容器，以及並聯連接到輔助繞組的一部分和電容器的電阻可變元件。
另外，根據本發明，提供了一種單相感應電機，包括由芯、主繞組和輔助繞組組成的定子，以及由與定子的相互電磁力所旋轉的轉子，該單相感應電機包括串聯連接到輔助繞組的電阻可變元件，以及並聯連接到輔助繞組的一部分和電阻可變元件的電容器。根據本發明的又一方面，該電阻可變元件是PTC元件。根據本發明的又一方面，該電阻可變元件是E-PTC元件。根據本發明的又一方面，該電阻可變元件在啟動時具有低電阻，並且在正常運轉中具有高到足夠阻截流向該電阻可變元件的電流的電阻。根據本發明的又一方面，該單相感應電機進一步包括並聯連接到主繞組的一部分的補充電阻可變元件。根據本發明的又一方面，該補充電阻可變元件是E-PTC元件。有益效果根據本發明，由於單相感應電機可以改變啟動運轉和正常運轉中流經主繞組的電流大小，所以即使是具有很大堵轉轉矩的單相感應電機，也可以在不降低效率的情況下提高啟動轉矩。另外，根據本發明，由於單相感應電機可以改變啟動運轉和正常運轉中流經輔助繞組的電流大小，所以其可以提高啟動轉矩。


圖1是說明一般單相感應電機的定子和轉子的示圖；圖2是說明轉子和定子線圈的電路原理示圖；圖3是說明根據本發明第一實施例的單相感應電機的電路原理示圖；圖4是示出根據本發明第一實施例在定子的主繞組和輔助繞組中產生的電感矢量的圖表；圖5是示出根據本發明第一實施例隨定子電路改變而改變的轉矩的曲線圖；圖6和7是說明根據本發明第二和第三實施例的定子電路的原理圖；圖8是示出隨著輔助繞組的繞組數的變化，流動通過輔助繞組的電流和輔助繞組的阻抗的變化的曲線圖；並且圖9是示出隨著輔助繞組的繞組數的變化，啟動轉矩的變化的曲線圖。
具體實施例方式圖3是說明根據本發明第一實施例的單相感應電機的電路原理示圖。根據本發明第一實施例的單相感應電機包括被施加單相交流電的定子、以及具有插入其中的條形導體並由與定子的相互電磁力旋轉的轉子。在定子中，主繞組和輔助繞組以空間90°的間隔， 繞著定子芯。儘管是將單相交流電加於主繞組和輔助繞組，但由於產生了形成具有可變大小，角度為90°的平衡磁場，所以轉子不能旋轉。所以，應當將改變流經輔助繞組的電流的相位的元件連接到輔助繞組。本發明的單相感應電機是使用電容啟動的電容啟動型單相感應電機。電容啟動型單相感應電機相比其他單相感應電機具有更好的效率和功率因數，減少了振動和噪聲，因為其產生近乎圓形的旋轉磁場，並展示令人滿意的運轉狀態。在電容啟動型單相感應電機中，由於電容器和輔助繞組連接在一起，所以具有比電壓更快相位的電流流經輔助繞組，主繞組和輔助繞組具有大約為90°的相位差。電容啟動型單相感應電機的啟動轉矩受以下所影響流經主繞組的電流大小、流經輔助繞組的電流大小、流經主繞組和輔助繞組的電流之間的相位差、主繞組和輔助繞組的有效纏繞比等。如果纏繞更多的主繞組以提高單相感應電機的效率或正常運轉中的轉矩(堵轉轉矩)，那麼由於電機的有效纏繞比降低，並且電機的啟動轉矩嚴重減小，所以因較小的啟動轉矩而難於啟動。相反，如果主繞組纏繞地較少，則單相感應電機的效率和堵轉轉矩降低。為了確保本發明的單相感應電機中的啟動轉矩和堵轉轉矩，如圖3所示，在主繞組電路中形成支路，並且可變電阻元件在此並聯連接。優選地，可變電阻元件是PTC元件。 當電流流動時，PTC元件的溫度上升，並且電阻無限上升，這使得電路近乎開路。因此，當將 PTC元件用作為可變電阻元件時，不需要用於控制該可變電阻元件的特別控制單元。在特定時間之後，具有PTC電路連接的電路開路。所以，在根據本發明第一實施例的單相感應電機中，在啟動時，主繞組的一部分和 PTC元件並聯連接，並且PTC元件、並聯連接到PTC元件的一部分主繞組、以及主繞組的其他部分相互串聯連接在一起。同時，PTC元件和並聯連接到該PTC元件的一部分主繞組中的電感減少。同時，當主繞組的線圈(主線圈)纏繞定子芯的齒時，為簡化纏繞過程，每次可以纏繞兩股或兩股以上的線圈。為了更強的轉矩，期望纏繞很多粗的線圈。但是，因為尺寸上的問題，所以不能纏繞很多粗線圈。也就是，如果線圈粗，就應當纏繞較少。細線圈就可以被纏繞得更多。粗線圈的優點是其可以每次加較大的電流，這增強了轉子一側上的磁力，提高了相對永磁體的排斥力，並增加了轉矩和轉數。然而，由於粗線圈的硬度，所以其難以彎曲，因此不可能很密地纏繞線圈。結果是，磁通量密度降低，並且磁力變弱。此處，建議使用數股線圈的多繞組。股數增加得越多，則線圈的粗細程度降低得越多。相應地，線圈的繞組數增加，磁通量密度就增加。相比主繞組由一個線圈形成的情形，在主繞組由多個主線圈形成的情形下，具有 PTC元件相連的電路更易於構造。也就是，相比在纏繞線圈的中間形成支路，並將PTC元件連接到該處，將PTC元件連接到至少一個線圈的末端更加容易。多個纏繞主線圈與一個粗的纏繞主線圈具有幾乎相同的線圈特性。當PTC元件並聯連接到這多個主線圈之中的一個或多個時，有PTC元件相連的主線圈的電感就減少了。此後，當PTC元件的溫度上升，並且流向PTC元件的電流被阻截時，則有PTC元件並聯連接的主線圈幾乎恢復其原來的電感。圖4是示出根據本發明第一實施例，在定子的主繞組和輔助繞組中產生的電感矢量的曲線圖。主繞組和輔助繞組的大小和繞組數相同。當啟動時，在PTC元件並聯連接到一部分主繞組時，根據第一實施例的單相感應電機具有如下效應在啟動時，主繞組的繞組數小於傳統單相感應電機的主繞組的繞組數，並且電感Lm小於傳統主繞組的電感Lm'。 同時，當主繞組的電感下降時，流經主繞組的電流值增加，這樣單相電感電機的啟動轉矩增加。圖5是示出根據本發明第一實施例，隨定子電路改變而改變的轉矩的曲線圖。當電流連續流過時，PTC元件的溫度持續上升，則該PTC元件的電阻幾乎無限上升。所以，該電路變為開路狀態電路，其中，電流幾乎不流經並聯連接到一部分主繞組的PTC元件。因此，電流流過幾乎全部主繞組，並且電感與傳統的相同。也就是，在特定時間之後，啟動電路(其中PTC元件並聯連接到一部分主繞組，使得僅有其餘部分的主繞組產生旋轉交變磁場) 變為運轉狀態電路，其中全部主繞組產生旋轉交變磁場。改變主繞組的繞組數，根據在具有 0. 38牛米啟動轉矩的單相感應電機中對啟動轉矩變化的觀察結果，當主繞組的繞組數減少約10%時，啟動轉矩約為0. 40牛米，增加了約5%。圖6和7是說明根據本發明第二和第三實施例的定子電路的原理圖。在根據本發明第二和第三實施例的定子電路中，輔助繞組和電容器串聯連接，在輔助繞組中形成支路， 並且可變電阻元件並聯連接到該輔助繞組和電容器(第二實施例)，或者輔助繞組和可變電阻元件串聯連接，在輔助繞組中形成支路，電容器並聯連接到該輔助繞組和可變電阻元件(第三實施例)。以同樣方式，當在輔助繞組中形成支路，並且可變電阻元件連接到該支路時，當電流流過電阻時，效果與在啟動時輔助繞組的繞組數減少相同。所以，在啟動時，輔助繞組的電感減小，並且流過輔助繞組的電流增加。ZTa = Zla+Zc+a2 (Zf+Zb)輔助繞組阻抗Zt = Z!+Zf+Zb 主繞組阻抗
VmZra+jVaa(Zf-Zb)T VaZr-jVma{Zf-Zb)Im --2-Γ^ 二-—:--J-
^ T^ Ta ~ a (^/ "^b)^jT ^"Γα — a (^/ ~ ^ b JT = [I2m +CaIJ2KRf -Rb) +(2a/mIa sm^)(Rf +Rb)在啟動時，因為\ = Zb,Tst = (2Β ωΙ38 ηΦ) (2Rf)、=》α:^~
乙T乙ταZTa = Zla+a22Zf, Zt = IljTllfTst = (4Rf,s^)(2Rf)
\ZT\\ZTa/a\Zt = 1,+21, = r1+jX1+2 (Rf+jXf)ZTa/a = ZTa/a+2aZf = rla X N/a+jXla X N2/a+2a (Rf+jXf) +rptc/a
參照以上公式和圖8，當a減小時(即當輔助繞組的繞組數減少時)，由於在特定時間段內，流過輔助繞組的電流Ia增加，並且相位差增加，所以從以下公式中可知，啟動轉矩Tst增加。
V2fL, = (4Rf_____ , ,sin￠))(2/ ,)
」Ζ7,||ΖΓα/α|『在最優點上，啟動轉矩最大，並且主繞組和輔助繞組之間的相位差大約為90°。然而，由於Ij的大小減小，故Tst減小。圖9是示出隨著輔助繞組的繞組數的變化，啟動轉矩的變化的曲線圖。為了查明以上公式是否可實際應用於單相感應電機，在單相感應電機模型中改變輔助繞組的繞組數的情況下，觀察到啟動轉矩的變化。PTC元件具有4. 8歐姆，並且該單相感應電機模型是用於具有0. 38牛米啟動轉矩的往復式壓縮機的單相感應電機。表1
權利要求
1.一種單相感應電機，包括定子和轉子，所述定子由芯、主繞組和輔助繞組組成，所述轉子通過所述定子與轉子的相互電磁力而得以旋轉，所述單相感應電機包括以並聯方式連接到所述主繞組的一部分的電阻可變元件。
2.如權利要求1所述的單相感應電機，其中，所述主繞組的其他部分以串聯方式電連接到所述主繞組的一部分和所述電阻可變元件。
3.如權利要求1所述的單相感應電機，其中，所述電阻可變元件是PTC元件。
4.如權利要求1所述的單相感應電機，其中，所述電阻可變元件是E-PTC元件。
5.如權利要求1所述的單相感應電機，其中，所述電阻可變元件在啟動時具有低電阻， 並且在正常運轉中具有高到足夠阻截流向所述電阻可變元件的電流的電阻。
6.如權利要求1所述的單相感應電機，其中，所述主繞組通過將相互並聯連接的多個線圈纏繞在所述定子芯上而形成，並且所述電阻可變元件以並聯方式連接到所述多個線圈中的一個。
7.一種單相感應電機，包括定子和轉子，所述定子由芯、主繞組和輔助繞組組成，所述轉子通過所述定子與轉子的相互電磁力而得以旋轉，所述單相感應電機包括以串聯方式連接到所述輔助繞組的電容器；以及以並聯方式連接到所述輔助繞組的一部分和所述電容器的電阻可變元件。
8.一種單相感應電機，包括定子和轉子，所述定子由芯、主繞組和輔助繞組組成，所述轉子通過所述定子與轉子的相互電磁力而得以旋轉，所述單相感應電機包括以串聯方式連接到所述輔助繞組的電阻可變元件；以及以並聯方式連接到所述輔助繞組的一部分和所述電阻可變元件的電阻可變元件。
9.如權利要求7或8所述的單相感應電機，其中，所述電阻可變元件是PTC元件。
10.如權利要求7或8所述的單相感應電機，其中，所述電阻可變元件是E-PTC元件。
11.如權利要求7或8所述的單相感應電機，其中，所述電阻可變元件在啟動時具有低電阻，並且在正常運轉中具有高到足夠阻截流向所述電阻可變元件的電流的電阻。
12.如權利要求7或8所述的單相感應電機，其中，在啟動運轉中使用的所述輔助繞組的繞組數與在正常運轉中使用的所述輔助繞組的繞組數的比值範圍為從0. 35到0. 9。
13.如權利要求7或8所述的單相感應電機，其中，以並聯方式連接到另一元件的所述輔助繞組的一部分等於全部輔助繞組的10%到65%。
14.如權利要求7或8所述的單相感應電機，進一步包括並聯連接到所述主繞組的一部分的補充電阻可變元件。
15.如權利要求12所述的單相感應電機，其中，所述補充電阻可變元件是E-PTC元件。
全文摘要
本發明涉及單相感應電機，並且具體涉及這樣一種單相感應電機，其中可變電阻元件並聯連接到主繞組或輔助繞組的一部分，在啟動時該可變電阻元件能夠改變可產生磁場的主繞組或輔助繞組的繞組數。一種單相感應電機，包括由芯、主繞組和輔助繞組組成的定子，以及由與定子的相互電磁力所旋轉的轉子，包括並聯連接到主繞組的一部分的電阻可變元件。另外，一種單相感應電機，包括由芯、主繞組和輔助繞組組成的定子，以及由與定子的相互電磁力所旋轉的轉子，包括串聯連接到輔助繞組的電容器，以及並聯連接到輔助繞組的一部分和電容器的電阻可變元件。
文檔編號H02P1/20GK102379083SQ200980000452
公開日2012年3月14日 申請日期2009年6月9日 優先權日2008年11月24日
發明者趙誠國, 金敬皓, 金炳澤 申請人:Lg電子株式會社