用於電動機的啟動裝置的製作方法
2023-04-26 07:19:21
專利名稱：用於電動機的啟動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電動機的啟動裝置，該電動機由來自電源的電力驅動並包括主繞組和輔助繞組。該裝置包括開關(如，啟動開關)、電樞銜鐵和主線圈，其中由主線圈中的電流產生的主磁場可以相對於開關將電樞銜鐵從休止位置移動至向前位置，從而電樞銜鐵將啟動開關從斷開狀態移動至閉合狀態。主線圈連接在電源和主繞組之間，啟動開關連接在電源和輔助繞組之間。這使得僅在啟動開關的閉合狀態在輔助繞組中存在電流。本發明還涉及具有啟動裝置的電動機，並涉及包括電動機和上述種類的啟動裝置的製冷系統。
背景技術：
上述種類的電動機存在於大量的變形體中，包括單相電動機、分相電動機、直接啟動式電動機、電容器啟動式、電容器啟動/運轉式和/或電容器運轉式電動機等。用於上述電動機的典型啟動裝置包機械繼電器，其在啟動期間切換輔助繞組並在電動機啟動後停用輔助繞組。如上所述，這種啟動裝置通常基於磁吸引力。在熟知的電動機中，繼電器功能設置為基於某些運行條件啟用或停止至所述繞組中的一個(通常是所謂的「啟動繞組」)的電流。在本文中，將使用措詞「輔助繞組」，而不是「啟動繞組」，因為該繞組有時可能不僅在電動機的啟動期間使用。通常，繼電器在啟動期間連接輔助繞組，並且在電動機啟動之後，繼電器停用啟動繞組。通常，所述停用基於主繞組中的電流。一旦電動機已經啟動，則由於主繞組中的電感增大，因此主繞組中的電流減小，熟知的繼電器基於主繞組中的這種電流減小而停用啟動繞組。US 6，356，047披露了這種類型的繼電器。現有的繼電器必須基於由主繞組在電源被打開時刻獲得的電流(在下文中，該電流將稱為起動電流)而啟用啟動繞組。繼電器通常被設計為具有安培匝數量(ampere winding number)，這使得它適合特定的電動機。因此，啟用電流足以移動電樞銜鐵，因此用於啟用啟動繞組。一旦被啟用，則在磁場變得不足以維持電樞銜鐵的向前位置且因此不足以維持啟動開關的閉合位置之前，電流會下降至低於啟用電流某一距離的水平。因此，觸發啟動繞組的停用的去勵 (drop-out)電流的水平低於啟用電流。在本文中，起動電流和去勵電流之間的差將稱為該裝置的滯後或磁滯。作為該滯後的結果，避免了啟動繞組的重複的和不希望的啟用和停用，並且該裝置被認為變為「穩定」。即使這是優勢，但非常大的滯後導致不必要的長的活動周期，因此產生不必要的耗電啟動繞組。由於這增加了啟動期間的功耗，並增加了發熱，由於多種原因， 這是不希望的。
發明內容
本發明實施方式旨在克服與電動機啟動相關的、特別是功耗和由此電動機的效率相關的上述和其它問題。因此，本發明提供了一種啟動裝置，其特徵在於其還包括輔助線圈，輔助線圈連接在電源和輔助繞組之間，以使得僅在啟動開關處於閉合狀態時輔助線圈中才存在電流，其中由輔助線圈中的電流產生的輔助磁場作用在電樞銜鐵上。通過採用主線圈和輔助線圈之間的結合，磁力是與主繞組和輔助繞組中的合併電流相關的安培匝數的結果。根據本發明，作用在電樞銜鐵上的輔助磁場可以用來有效地調節滯後並由此用來提供一種具有低的輔助繞組啟用時間的裝置，並且還用來在沒有輔助繞組的重複的、不希望的啟用和停用的情況下實現一種穩定的裝置。參照圖8和9進一步詳細描述了通過主繞組電流和輔助繞組電流的安培匝數之間的組合的使用實現的技術效果。如果希望滯後增大，則根據本發明的輔助磁場可以適於與主磁場一起工作，並因此減小停用電流，且確保更穩定的裝置。另一方面，如果希望滯後減小，則根據本發明的輔助磁場可以適於抵抗主磁場進行工作，並由此增大停用電流，且確保較快地停用輔助繞組。主線圈和輔助線圈可以具有相同或不同的匝數，並且它們可以以相同或相反的方
向纏繞。主繞組和輔助繞組可以構成由例如異步電動機等熟知的傳統種類的運轉繞組和啟動繞組。除了上述主線圈和啟動開關之外，將這些繞組與電源連接在一起的電路可以包含適用於特定電容器的任何其它元件，如電容器、PTC、歐姆電阻等。啟動開關可以形成接觸電橋，並且它可以包括本領域熟知的如用於確定切換形式、降低磨損、避免電火花等的任何特徵。電樞銜鐵可以具有任何形狀，並且可以由任何種類的磁導材料製成。特別地，電樞銜鐵可以形成橢圓體，其分成沿橢圓體方向彼此共同延伸的兩個元件。第一和第二電樞銜鐵元件可以由相同的材料製成，或者它們可以由不同的材料製成。它們可以具有相同的質量，或者它們可以具有不同的質量。它們可以具有相同的形狀，或者它們可以具有不同的形狀。主線圈可以具有可以適合特定電動機的任何數量的繞組。典型地，主繞組應當具有大量繞組，使得安培匝數適合以在打開電源和電動機還未旋轉時最初被獲得的電流移動電樞銜鐵的第一元件。輔助線圈可以具有適合該目的的任何數量的繞組，如等於主線圈的數量的數量， 大於主線圈的數量的數量或小於主線圈的數量的數量。有利的是，通過降低主磁場的磁吸引力降低滯後。為此目的，主線圈可以至少包括具有該主線圈的總匝數的第一部分的第一線圈部和具有該主線圈的總匝數的第二部分的第二線圈部。作為例子，第一部分可以具有所述匝數的10%到60%之間，第二部分可以具有剩餘的匝數。當停止的電動機被啟動時，旁路可以被中斷，使得所有的匝數，即總匝數都起作用或活動的，並使得在電動機打開時通過被主繞組獲得的電流提供相對大量的安培匝數。當主繞組中的電流變為大於起動電流時，啟動開關關閉，並且此時，可能還希望使第二線圈部旁路，由此降低主磁場強度並以較低的去勵電流實現輔助繞組的停用。
為此目的，該啟動裝置還可以包括旁路電路，該旁路電路適於通過將第一線圈部連接在電源和主繞組之間而使第二線圈部旁路。旁路電路可以由旁路開關中斷，通過這種中斷，第二線圈部不再被旁路，並且可以根據主繞組中的電流操作旁路開關。在一種實施方式中，因此通過操作啟動開關的電樞銜鐵操作旁路開關。旁路電路可以包括至少一個二極體，優選兩個二極體，它們沿不同的方向指向並如被如圖5所示配置。二極體防止沿一個方向的電流，因此熄滅或防止啟動開關接線端或旁路開關接線端上的電火花，並且因此潛在地增加該啟動裝置的壽命。在第二方面中，本發明提供了一種通過使用如上所述的啟動裝置啟動電動機的方法，該電動機由來自電源的電力驅動並包括主繞組和輔助繞組，該方法包括採用作為磁軛的第一元件增加由線圈中的電流產生的磁場強度和採用採用強度增加的磁場朝向向前位置移動第二元件的步驟。在另一種實施方式中，本發明提供了一種啟動裝置，其中電樞銜鐵包括在磁場的影響下能夠獨立地移動的第一和第二電樞銜鐵元件。由於電樞銜鐵分成兩個元件，因此與合併的元件的質量相比，每個元件具有較小的質量。最初，當打開電源時，由主繞組獲得的電流快速達到啟動(pick-up)水平，其中所述兩個元件中的一個被移向向前位置。這相對快地發生，因為電樞銜鐵分成具有比整個電樞銜鐵低的質量的元件，即相當的「單件」電樞銜鐵將要求較高的起動電流。因此，在電源打開時，會由於由電動機獲得的電流而降低磁強度。當第一元件移動時，該元件工作作為增加由線圈中的電流產生的磁力的磁軛。因此，與具有類似的以單件形式形成的電樞銜鐵的繼電器相比，還可以以較低的安培匝數水平將第二元件拉向向前位置。當兩個元件都被磁場拉向向前位置時，這些元件可以被朝向彼此推動或擠壓，從而它們由於作用在元件上的磁場而變得連接在一起。因此，在這種情況中，所述元件構成單件電樞銜鐵元件，並且該元件具有與兩個單獨的元件的合併質量一致的質量。因此，磁場不再足夠強以將電樞銜鐵維持在向前位置的去勵電流與從具有相同的製成單件的電樞銜鐵的繼電器所知的去勵電流相同。作為起動電流較小且去勵電流等於相當的單件電樞銜鐵的結果，滯後，即起動電流和去勵電流之間的差變得較小。因此，根據本發明的裝置可以提供以較低的去勵電流斷開輔助繞組的優點，並且可以通過該繞組的更快的斷開(包括可以與輔助繞組串聯插入的任選電阻器、PTC等的斷開)而節能。主繞組和輔助繞組可以構成如由異步電動機等熟知的傳統種類的運行繞組和啟動繞組。除了上述主線圈和啟動開關之外，將這些繞組與電源連接在一起的電路可以包含適用於特定電容器的任何其它元件，如電容器、PTC、歐姆電阻等。該開關可以形成接觸電橋，並且它可以包括本領域熟知的如用於穩定切換功能、 降低磨損、避免電火花等的任何特徵。電樞銜鐵可以具有任何形狀，並且可以由任何種類的磁導材料製成。特別地，電樞銜鐵可以形成橢圓體，其分成沿橢圓體方向彼此共同延伸的兩個元件。主線圈可以具有可以適合特定電動機的任何數量的繞組。典型地，主繞組應當具有大量繞組，由此使得安培匝數適合以打開電源且電動機還未旋轉時最初被獲得的電流移動電樞銜鐵的第一元件。
第一和第二電樞銜鐵元件可以由相同的材料製成，或者它們可以由不同的材料製成。它們可以具有相同的質量，或者它們可以具有不同的質量。它們可以具有相同的形狀， 或者它們可以具有不同的形狀。在一種實施方式中，啟動裝置包括橢圓形引導件，第一和第二電樞銜鐵能夠沿著該引導件移動。橢圓形引導件可以具有前端，其可以例如通過焊接或固定元件的任何其它熟知方式固定至該開關，或者甚至它可以形成該開關的一部分。在相對的後端，引導件可以形成限定休止位置的停止端。停止端可以簡單地為具有橫截面面積比該引導件的剩餘軸部大的頭部。在一種實施方式中，電樞銜鐵元件為在中間形成有孔的環，並且它們圍繞引導件的軸部布置，引導件延伸穿過所述孔。在該實施方式中，停止端可以僅為引導件的擴大端部，具有阻止其進入穿過環形電樞銜鐵元件中的所述孔的尺寸。該啟動裝置還包括彈簧元件，布置在開關和電樞銜鐵之間，以擠壓電樞銜鐵離開開關。以這種方式，可以在停止端和開關之間提供彈力，使得電樞銜鐵在朝向向前位置移動時經由彈簧沿相同的方向擠壓開關。彈簧元件可以為適合該裝置的特定實施方式的任何種類的彈簧，如螺旋線圈式壓縮彈簧、盤簧。在一種實施方式中，彈簧元件便於第一電樞銜鐵元件自由運動，以朝向開關移動。 該實施方式例如可以包括具有內徑的螺旋形彈簧，即形成內管，其尺寸允許第一元件在彈簧元件內自由地上下移動。另一方面，所述內徑可以足夠小以防止第二元件進入內管。艮口， 第一和第二元件在垂直於引導件的平面中具有不同的尺寸。第一元件可以與第二元件磁性地隔離。該特徵可以通過使用布置用以將第一和第二電樞銜鐵元件彼此磁性地隔離的非磁性材料的隔離元件而實現。隔離元件例如可以為非磁性材料，如塑料(如特氟綸)的小盤。隔離元件的用途是避免第一和第二元件彼此粘附。在一種實施方式中，第一和第二電樞銜鐵元件沿從休止位置到向前位置的方向相鄰地設置。在該實施方式中，第一元件例如可以設置為比第二電樞銜鐵元件更靠近向前位置。因此，與第二元件相比，第一元件的較低的質量可以便於第一元件在較低的磁力下朝向向前位置運動。由於如上所述，根據本發明降低了滯後，即由於分成兩個元件的電樞銜鐵，起動安培匝數和去勵安培匝數之間的差異可以變得較小，因此如果電源電壓偏離的太大，則可能會出現問題。如果啟動裝置設計為以採用2M伏過壓電源操作電動機，並且電壓下降至較低的電壓，如198伏，則降低的滯後可以導致裝置具有等於或非常接近去勵電流的起動電流。當電動機加速時，這將導致不穩定的具有重複周期效應的起動程序，並且可能地，電動機不能啟動。為了避免這種情況，並且為了能夠更好地控制滯後，根據本發明的裝置還可以包括輔助線圈，輔助線圈連接在電源和輔助繞組之間，以使得僅在啟動開關處於閉合狀態時輔助線圈中才存在電流，其中由輔助線圈中的電流產生的輔助磁場作用在電樞銜鐵上。通過採用啟動裝置的主線圈和輔助線圈，磁力是與主繞組和輔助繞組中的合併電流相關的安培匝數的結果。根據本發明的該實施方式，作用在電樞銜鐵上的輔助磁場可以用來有效地調節滯後，從而用來提供具有低的輔助繞組的啟用時間的裝置，並且還用來確保不具有不想要的輔助繞組啟用和停用的的穩定的裝置。參考圖7和8進一步詳細描述了通過主繞組電流和輔助繞組電流之間的組合的使用實現的技術效果。如果期望增加的滯後，則根據本發明的輔助磁場可以適於與主磁場一起工作，並因此降低停用電流，且確保更穩定的裝置。另一方面，如果希望降低的滯後，則根據本發明的輔助磁場可以適於抵抗主磁場進行工作，並由此增加停用電流，且確保省電的輔助繞組的更快的停用。主線圈和輔助線圈可以具有相同或不同的匝數，並且它們可以以相同或相反的方向纏繞。由於當開關閉合時首先實現合併的電流，因此該開關必須能夠以較低的電流(即主繞組中的電流)閉合。除了該電流，輔助線圈還對保持電樞銜鐵的磁場添加額外的貢獻。 為了不在閉合狀態中提供太強的開關固定，通常希望輔助線圈具有比主線圈低的匝數，如 1/5或者甚至1/10的量級。在另一個方面中，本發明提供了一種通過使用上述啟動裝置啟動電動機的方法， 該電動機由來自電源的電力驅動並包括主繞組和輔助繞組，該方法包括採用作為磁軛的第一元件增加由線圈中的電流產生的磁場強度和採用採用強度增加的磁場朝向向前位置移動第二元件的步驟。在另一個方面中，本發明提供了一種用於製冷迴路的壓縮機，該壓縮機包括如上所述的電動機和啟動裝置。在第三方面中，本發明提供了一種用於製冷迴路的壓縮機，該壓縮機包括如上所述的電動機和啟動裝置。
在下文中，將參照本發明的實施方式和附圖描述本發明的進一步的細節，在附圖中圖1以示意示了現有的電動機和裝置；圖2以示意示了根據本發明的電動機和裝置；圖3以示意示了可替換配置的根據本發明的電動機和裝置；圖4以示意示了根據本發明的電動機和裝置，包括用於使主線圈的第二部分旁路的旁路電路；圖5、5ajb以示意示了圖3的電動機和裝置，包括用於保護開關的接線端的
二極體；圖5c和5d圖示了沒有二極體的圖5a和恥的實施方式；圖6和7圖示了採用根據本發明的電動機和沒有根據本發明的裝置的比較電動機的測試結果；和圖8和9圖示了通過使用主繞組和輔助繞組電流的安培匝數之間的組合實現的技術效果。圖10圖示了根據本發明的裝置的一部份的示意圖；圖11和12圖示了根據本發明的兩部分電樞銜鐵的兩種不同實施方式；圖13圖示了本發明的包括輔助線圈的實施方式；圖14和15圖示了採用根據本發明的電動機和沒有根據本發明的裝置的比較電動機的測試結果；以及圖16和17圖示了通過主繞組和輔助繞組電流的安培匝數之間的組合的使用實現的技術效果。
具體實施例方式圖1圖示了現有技術中熟知的電動機。該電動機通過來自由接線端1、2圖示的電源的交流(AC)電流驅動。該電動機包括主繞組3和輔助繞組4。啟動開關5控制從電源到輔助繞組4的電流，PTC 6在主繞組3的相位和輔助繞組4的相位之間提供相移。電樞銜鐵7和主線圈8基於主線圈中的與主繞組3中的電流相等的電流通過產生主磁場而控制啟動開關5的運動。電樞銜鐵7從休止位置至向前位置上下移動，從而電樞銜鐵移動切換橋接器9並斷開或閉合啟動開關5。圖2圖示了根據本發明的電動機和裝置。在本文中，該裝置還包括輔助線圈10，其連接在電源和輔助繞組之間，以使得僅在啟動開關5處於閉合狀態時輔助線圈10中存在電流。由輔助線圈10中的電流產生的磁場以支撐主線圈8的方式作用在電樞銜鐵上，或者由通過提供沿與由主線圈8產生的磁力相反方向的磁力作用在主線圈上而作用在電樞銜鐵上。在圖加中，圖示了輔助線圈10，其中主線圈和輔助線圈沿相同的方向纏繞。圖2b圖示了沿相反方向纏繞的可替換的輔助線圈11。圖3圖示了與與圖2中所示基本相同的電動機的可替換連接。圖4圖示了本發明的一個實施方式，其中主線圈包括具有主線圈的總匝數的第一部分的第一線圈部12和具有主線圈的總匝數的第二部分的第二線圈部13。插入旁路電路14，用於通過將第一線圈部12連接在電源和主繞組3之間而使第二線圈部13旁路(bypass)。圖4還示出了旁路開關15，其可以中斷旁路電路14，使得第二線圈部不再被旁路。 圖示的旁路開關由還操作啟動開關5的相同電樞銜鐵操作。由此根據主繞組中的電流操作旁路開關。圖5圖示了本發明的對應於圖4中圖示的實施方式的一個實施方式，但是具有用於保護開關的接線端的至少一個二極體16，17。圖如和恥圖示了類似於圖4或5的裝置，但其中圖4和5圖示了兩個開關5，15， 而圖fe和恥中圖示的每個實施方式僅具有一個開關5。在圖fe中，用於輔助線圈10的電源通過主線圈8，且因此磁場強度取決於下述磁場之間的組合主線圈8傳導主繞組3和輔助繞組4的合併電流時源自該主線圈8的磁場；和輔助線圈10傳導輔助繞組4中的電流時源自該輔助線圈10的磁場。圖恥示出了圖如中示出的裝置的可替換形式。在該裝置中，輔助線圈10中的電流不通過主線圈8。這由從電源直接橫穿主線圈8到輔助線圈10的之間通路圖示。因此， 由下述磁場的組合導出磁場強度源自傳導主繞組3中的電流時的主線圈8的磁場；
源自傳導輔助繞組4中的電流時的輔助線圈10的磁場。當輔助線圈10被啟用時，可以希望使主線圈8的一部分去耦，使得輔助線圈接管先前由主線圈8執行的工作的至少一部分。以這種方式，可以確保磁場強度的一部分來自通過輔助線圈10中的輔助電流。圖如和恥中插入的二極體可以省略，如圖5c所示。圖5d對應於圖5c，修改之處在於，通過入口位置直接從電源向輔助線圈供電，這在電學上與圖5c開關5閉合時一致。 直到開關5閉合，主線圈的磁性性能才改變。圖6示出了採用製冷系統的壓縮電動機的測試測量結果。沿著X軸圖示持續時間， 即小時，沿著Y軸圖示單位為瓦特的功耗。系統運行約半天，測量包括多個類似的循環。每次打開壓縮機時，在非常短的時間周期內經歷高達600W或更高的峰值。在隨後的時間周期中，在正常運行期間功耗較緩和， 約為40W。在最後的時間周期中，壓縮機被斷開且不消耗功率。圖7圖示了採用與圖6相同但設置有根據本發明的啟動裝置的壓縮機系統的對比性的測試。清楚地看到，傳統壓縮機中的大的峰值如何被降低至非常小的峰值或根本沒有峰值。圖8示出了測量結果，示出了在壓縮機中的電動機的啟動期間主繞組中的電流。 沿著X軸圖示轉子每分鐘的旋轉，RPM，沿著Y軸圖示以安培為單位的電流。標記為A的較高的曲線示出與輔助繞組串聯連接的PTC處於低阻模式-即，約 250hm時的電流，標記為B的下曲線示出PTC處於高阻模式-即，約IOOkOhm時的電流。對於曲線A和B 二者，在PTC上以並聯的方式插入2X 10_6法拉的電容器。兩條曲線反應了在電動機的啟動階段中與高的功耗相關的問題。當電動機啟動時，PTC是冷的，因此在開始的數秒內電動機根據較高的曲線A運行。曲線A顯示，在電動機剛啟動之後，即處於低RPM時，電流變化和RPM變化之間的比率小。在滯後高以使得繼電器穩定的傳統繼電器中，繼電器通常不能在PTC已經變熱且電阻變高之前斷開輔助相。此時，主繞組中的電流從曲線A跳至較低的曲線B，大的電流降低使得熟知的繼電器反應並斷開輔助繞組。不幸的是，在PTC變熱之前這在輔助繞組中產生功耗，並且這增加比僅考慮使用提供啟動扭矩的輔助繞組時所必需的多的功耗和發熱。圖9示出了壓縮機中的電動機啟動期間輔助繞組中的電流。沿著X軸圖示轉子每分鐘的旋轉，RPM，沿著Y軸圖示以安培為單位的電流。現在在該圖中，標記為A的較高的曲線示出與輔助繞組串聯連接的PTC處於高阻模式-1Φ，約IOOkOhm時的電流，標記為B的較低的曲線示出PTC處於低阻模式-SP，約 250hm時的電流。左欄Y軸屬於標記為B的曲線，右欄Y軸屬於標記為A的曲線。關於曲線A和B 二者，在PTC上以並聯的方式插入2 X 10-6法拉的電容器。這對特別是曲線A的電流有影響。如圖所示，在PTC變熱之前，電流變化和RPM變化之間的比率較大-換句話說，這是與主繞組中的電流對比相反的情形。由於在啟動之後的前幾秒內的電流變化在輔助繞組中比在主繞組快很多，可以看到，不僅可以通過根據主繞組中的電流控制輔助繞組的使用而獲得優勢，而且通過使用輔助繞組中的電流控制輔助繞組的斷開而由本發明獲得更大的益處。以這種方式，可以在不使系統變慢的情況下適應更大的滯後，並且因此可以在不導致系統不穩定的情況節省功率。在下文中，將參照本發明的一個實施方式和附圖進一步詳細描述本發明，在附圖中，圖10圖示了該裝置的一部分的示意圖。所述電動機由來自電源的電力驅動，該電源具有相位連接器21和零位連接器 (zero connector) 220電動機包括經由連接器23連接的主繞組(未示出)和經由連接器 M連接的輔助繞組(未示出)。該裝置包括經由電樞銜鐵沈操作的開關25。電樞銜鐵沈可以在主線圈27中提供的磁場的影響下在休止位置和向前位置之間上下移動。圖10中的開關圖示為處於閉合位置，以細虛線圖示了其處於斷開狀態的位置。主線圈27插入在電源相位連接器1和主繞組之間，開關5連接在電源相位連接器 1和輔助繞組之間，以使得僅在開關閉合狀態中輔助繞組中才存在電流。插入PTC 28，以在電動機運行且PTC變熱時停用輔助繞組。圖11以放大視圖的方式示出了電樞銜鐵沈。電樞銜鐵包括在磁場的影響下能夠獨立地移動的第一和第二電樞銜鐵元件四、30。電樞銜鐵包括橢圓形引導件，第一和第二電樞銜鐵元件可以沿著該橢圓形引導件移動。橢圓形引導件具有固定至切換橋接器32的前端，切換橋接器32連接開關的兩個切換電極(參見圖10)的33，34並且因此形成開關的一部分。在其相反的後端，該引導件形成停止端35，其限定第一和第二電樞銜鐵元件的休止位置，即停止端35阻止沿後向方向超出特定位置之外的運動。彈簧元件36設置在停止端15和電樞銜鐵元件9，10之間，以擠壓電樞銜鐵元件離開停止端，使得電樞銜鐵被壓靠在開關上。第一元件9通過隔離元件17與第二元件10磁隔離，隔離元件17由非磁性材料 (如特氟綸或類似的塑性材料)製成。隔離元件17將第一電樞銜鐵元件和第二電樞銜鐵元件彼此磁隔離，從而防止所述元件彼此粘附。因此，所述元件將容易獨立移動。如圖顯示，第一和電樞銜鐵元件四，30具有不同的尺寸，這也提供了不同的質量， 因此通過使用磁場而對元件的運動提供了不同的阻力。特別地，希望最靠近線圈的元件具有最小的質量。這使得該特定的最靠近的元件受到重力的影響較小。由於它還最靠近線圈且因此經受比其它元件更強的磁吸引力，該最靠近且最輕的元件變得更容易由較弱的磁吸引力移動。一旦該元件移動到線圈內部的位置，則磁強度增加，因此其它元件可以被現在由線圈和其它元件聯合產生的增加的磁吸引力吸引。圖12圖示了電樞銜鐵沈的可替換實施方式。電樞銜鐵包括與圖11中的電樞銜鐵基本相同的部件，並且所述部件用相同的數字編號。與圖11中的電樞銜鐵相比，圖12中的電樞銜鐵取向不同，並且所述元件中的最小且因此最輕的元件現在最靠近橋接器32並且最靠近線圈。圖12中的開關圖示為處於斷開位置，並以細虛線圖示了該開關的處於閉合狀態的位置。圖13圖示了根據本發明的電動機和裝置。在本文中，該裝置還包括輔助線圈30，其連接在電源和輔助繞組M之間，以使得僅在開關25處於閉合狀態時輔助線圈30中才存在電流。由輔助線圈30中的電流產生的磁場以支撐主線圈27的方式作用在電樞銜鐵上，或者通過沿與主線圈27產生的磁力相反方向提供磁力作用在主線圈而作用在電樞銜鐵上。圖14示出了採用製冷系統的壓縮電動機的測試測量結果。沿著X軸圖示持續時間，即小時，沿著Y軸圖示以瓦特為單位的功耗。系統運行約半天，測量包括多個類似的循環。每次打開壓縮機時，在非常短的時間周期內經歷高達600W或更高的峰值。在隨後的時間周期中，在正常運行期間功耗較緩和， 約為40W。在最後的時間周期中，壓縮機被斷開且不消耗功率。圖15圖示了採用相同的但設置有根據本發明的啟動裝置的壓縮機系統的對比性測試的測量結果。清楚地看到，傳統壓縮機中的大的峰值如何被降低至非常小的峰值或根本沒有峰值。圖16示出了測量結果，示出了在壓縮機中的電動機啟動期間主繞組中的電流。沿著X軸表示轉子每分鐘的旋轉，RPM,沿著Y軸以安培為單位表示電流。標記為A的較高的曲線示出與輔助繞組串聯連接的PTC處於低阻模式-即，約 250hm時的電流，標記為B的較低的曲線示出PTC處於高阻模式-即，約IOOkOhm時的電流。 對於曲線A和B 二者，在PTC上以並聯的方式插入2 X 10_6法拉的電容器。兩條圖線圖示了與電動機的啟動階段中的高功耗相關的問題。當電動機啟動時， PTC是冷的，並且因此電動機沿著較高的曲線A運轉，直到PTC變熱且電阻變高。曲線A顯示，在電動機剛啟動之後，即處於低RPM時，電流變化和RPM變化之間的比率小。在滯後高以使得繼電器穩定的傳統繼電器中，繼電器通常不能在PTC已經變熱且變得高阻之前斷開輔助相。此時，主繞組中的電流從曲線A跳至較低的曲線B，大的電流降低使得熟知的繼電器反應並斷開輔助繞組。不幸的是，在PTC變熱之前這在輔助繞組中產生功耗，並且這增加了比僅考慮使用提供啟動扭矩的輔助繞組時所必需多的功耗和發熱。圖17示出了壓縮機中的電動機的啟動期間輔助繞組中的電流。沿著X軸表示轉子每分鐘的旋轉，RPM,沿著Y軸以安培為單位表示電流。現在在該圖中，標記為A的較高的曲線示出與輔助繞組串聯連接的PTC處於高阻模式- Φ，約IOOkOhm時的電流，標記為B的較低的曲線示出PTC處於低阻模式-SP，約 250hm時的電流。左欄Y軸屬於標記為B的曲線，右欄Y軸屬於標記為A的曲線。對於曲線A和B 二者，在PTC上以並聯的方式插入2 X 10-6法拉的電容器。這對特別是曲線A的電流有影響。如圖所示，在PTC變熱之前，電流變化和RPM變化之間的比率較大-換句話說，這是與主繞組中的電流對比相反的情形。由於啟動之後的開始數秒內的電流變化在輔助繞組中比在主繞組快很多，可以看到，不僅可以通過根據主繞組中的電流控制輔助繞組的使用而獲得優勢，而且通過使用輔助繞組中的電流控制輔助繞組的斷開而由本發明獲得更大的益處。以這種方式，可以在不使系統變慢的情況下適應更大的滯後，並且因此可以在不使系統不穩定的情況節省功率。
權利要求
1.一種用於電動機的啟動裝置，該電動機由來自電源(1，2)的電力驅動並包括主繞組 ⑶和輔助繞組G)，該裝置包括啟動開關(5)、電樞銜鐵(7)和主線圈(8)，其中由主線圈 (8)中的電流產生的主磁場能夠移動電樞銜鐵(7)，並由此能夠將啟動開關( 從休止位置移動至向前位置，由此電樞銜鐵(7)將啟動開關(5)從斷開狀態移動至閉合狀態，其中主線圈⑶連接在電源⑴和主繞組(3)之間，並且其中啟動開關(5)連接在電源⑴和輔助繞組(4)之間以使得僅在啟動開關( 的閉合狀態下輔助繞組中才存在電流，其特徵在於，該裝置還包括輔助線圈(10)，輔助線圈(10)連接在電源⑴和輔助繞組⑷之間以使得僅在啟動開關(5)處於閉合狀態時輔助線圈(10)中才存在電流，其中由輔助線圈(10) 中的電流產生的輔助磁場作用在電樞銜鐵(7)上。
2.根據權利要求1所述的啟動裝置，其中輔助磁場與主磁場一起起作用，以將電樞銜鐵⑵維持在向前位置。
3.根據權利要求1所述的啟動裝置，其中輔助磁場對抗主磁場，並由此對抗電樞銜鐵 (7)在向前位置中的維持。
4.根據前述權利要求中任一項所述的啟動裝置，其中主線圈(8)具有比輔助線圈(10) 多的匝數。
5.根據前述權利要求中任一項所述的啟動裝置，其中主線圈(8)和輔助線圈(10)沿相同的方向纏繞。
6.根據權利要求1-4中任一項所述的啟動裝置，其中主線圈(8)沿與輔助線圈(10)纏繞的方向相反的方向纏繞。
7.根據前述權利要求中任一項所述的啟動裝置，其中主線圈(8)至少包括具有主線圈的總匝數的第一部分的第一線圈部(12)和具有主線圈的總匝數的第二部分的第二線圈部 (13)，該裝置還包括旁路電路(14)，旁路電路適於通過將第一線圈部(1 連接在電源(1) 和主繞組C3)之間而使第二線圈部(1 旁路。
8.根據權利要求7所述的啟動裝置，包括能夠中斷旁路電路(14)的旁路開關(15)，通過這種中斷，第二線圈部(13)不再被旁路。
9.根據權利要求8所述的啟動裝置，其中根據主繞組(3)中的電流操作旁路開關 (15)。
10.根據權利要求9所述的啟動裝置，其中由還操作啟動開關(5)的電樞銜鐵(7)操作旁路開關(15)。
11.根據權利要求7-10中任一項所述的啟動裝置，其中旁路電路(14)包括至少一個二極體。
12.—種單相電動機，包括根據權利要求1-11中任一項的啟動裝置。
13.一種用於製冷迴路的壓縮機，該壓縮機包括根據權利要求12的電動機。
14.一種通過使用根據權利要求1-6中任一項所述的啟動裝置啟動電動機的方法，該電動機通過來自電源的電力驅動並包括主繞組和輔助繞組，該方法包括採用主磁場啟用輔助繞組中的電流和採用輔助磁場調節該啟動裝置的滯後的步驟。
15.一種用於電動機的啟動裝置，該電動機由來自電源的電力驅動並包括主繞組和輔助繞組，該啟動裝置包括開關05)、電樞銜鐵06)和主線圈(27)，其中由主線圈中的電流產生的磁場能夠相對於開關中的切換電極(23，24)將電樞銜鐵從休止位置移動至向前位置，從而電樞銜鐵將開關從斷開狀態移動至閉合狀態，其中主線圈連接在電源和主繞組之間，並且其中開關連接在電源和輔助繞組之間，以使得僅在開關的閉合狀態下輔助繞組中才存在電流，其特徵在於，該電樞銜鐵包括在所述磁場的影響下能夠獨立地移動的第一和第二電樞銜鐵元件 (29,30)。
全文摘要
本發明提供了一種用於電動機的啟動裝置，該電動機由來自電源的電力驅動並包括主繞組和輔助繞組。該啟動裝置包括具有電樞銜鐵的繼電器，通過使用由線圈中的電流產生的磁場，該電樞銜鐵移動啟動開關並因此啟用或停用輔助繞組。為了能夠調整起動電流和去勵電流之間的滯後，該啟動裝置還包括輔助線圈，其連接在電源和輔助繞組之間，以使得僅在啟動開關處於閉合狀態時輔助線圈中才存在電流，其中由輔助線圈中的電流產生的輔助磁場作用在電樞銜鐵上。本發明還提供了啟動電動機的方法和用於製冷系統並包括這種電動機和啟動裝置的壓縮機。
文檔編號H02P1/04GK102377375SQ20111019121
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月8日 優先權日2010年7月12日
發明者尼爾斯·克裡斯蒂安·魏勞赫 申請人:思科普有限責任公司