專利名稱：能夠同步工作的馬達并且充當(dāng)感應(yīng)馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步和感應(yīng)馬達，并且更具體地，涉及一種充當(dāng)同步馬達并且充當(dāng)感應(yīng)馬達的馬達，顯示出在兩種情況下允許該馬達的良好性能的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，用于制冷的壓縮機馬達在這些壓縮機的能量消耗中具有重要作用。在這些馬達的重要特征中，可以指出作為主要的重要特征的是電輸出、啟動(或過載)期間的穩(wěn)健性和改變馬達的速度的可能性。用于制冷的壓縮機中使用三種類型的馬達，在家庭應(yīng)用或在商業(yè)應(yīng)用中，這三種類型的馬達裝備超過在該領(lǐng)域中見到的總量的90% 單相感應(yīng)馬達、具有永久磁體的同步馬達和具有永久磁體的無刷直流馬達。在單相感應(yīng)馬達中，扭矩是高的，通過定子場和轉(zhuǎn)子中感應(yīng)的場之間的相互作用而產(chǎn)生。這種類型的馬達的電效率是合理的(平均)，電子控制的使用是不必要的并且其速度是恒定的。這使得這種類型的馬達是低成本馬達。在具有永久磁體(又具有直接啟動(LSPM))的同步馬達中，扭矩是低的，由磁場和定子電流之間的相互作用而產(chǎn)生。在這種類型的馬達中，任何類型的電子控制是不必要的， 并且其速度也是恒定的。然而，當(dāng)與感應(yīng)馬達的效率相比時，其效率是高的。這種類型的馬達是中等成本馬達。最后，與其它馬達不同，具有永久磁體的無刷直流馬達利用電子控制(逆變器)來控制定子中的有效電流幅值，該有效電流幅值與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的場一起產(chǎn)生扭矩。由于具有電子控制，其速度是可控制的(由于晶體管的傳導(dǎo)時間可以被調(diào)節(jié))。然而，這種類型的方案由于需要使用相當(dāng)復(fù)雜的電子裝置而具有高成本。例如，在文獻US 3 978 356、US 4 139 790、US 5 631 512、US 5 825 112、US 6 917 133, US 7 116 030, US 7 183 686和US 7 372 183中，可以看到這種類型的馬達。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括具有同步馬達和感應(yīng)馬達的混合構(gòu)造的馬達，該馬達允許在兩種速度下的操作而不使用無刷直流馬達固有的電子裝置，從而得到具有高水平的效率和可變速度并且仍然處于有競爭力的成本的馬達。因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種馬達，該馬達允許速度的變化而不使用電子裝置。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種馬達，該馬達具有比目前馬達更好的性能/成本關(guān)系，或者，換句話說，以低的成本允許馬達的更好的性能。本發(fā)明的又一目標(biāo)是提供一種馬達，在某些情況下，該馬達具有同步馬達和感應(yīng)馬達的特征。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種馬達，該馬達具有較低的噪音水平以便同步地并且以低于常用馬達的速度工作。
通過提供一種同步和感應(yīng)馬達來實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)，該同步和感應(yīng)馬達包括具有卷繞線圈的定子；具有產(chǎn)生η個極的磁體的轉(zhuǎn)子，并且另外包括具有卷繞線圈的定子，該卷繞線圈布置成使得它們通過開關(guān)而允許所述定子的η個極的改變，以便作為同步馬達以低轉(zhuǎn)速操作和作為感應(yīng)馬達以高轉(zhuǎn)速操作，其中，在作為感應(yīng)馬達的操作期間，轉(zhuǎn)子在凸出比率(protuberance ratio) Xd/Xq (直軸(direct shaft)禾口交軸(quadrature shaft)磁阻之間的比率)接近1的情況下被使用。


現(xiàn)在將結(jié)合下面列出的說明本發(fā)明的附圖更詳細地描述本發(fā)明。注意，雖然為了更好的理解，下面的例子使用二到四極構(gòu)造，但該方案不限于這種組合，并且根據(jù)應(yīng)用需要，可以使用極的數(shù)量的任何其它組合。圖IA示出本發(fā)明的馬達定子的二極構(gòu)造，示出電流方向。圖IB示出圖IA的馬達定子的二極構(gòu)造，示出磁通量方向；圖IC示出本發(fā)明的馬達定子的四極構(gòu)造，示出電流方向；圖ID示出圖IC的馬達定子的四極構(gòu)造，示出磁通量方向；圖IE示出本發(fā)明的馬達定子的替代二極構(gòu)造，示出電流方向；圖IF示出本發(fā)明的馬達定子的替代四極構(gòu)造，示出電流方向；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的具有磁體的轉(zhuǎn)子的四極構(gòu)造，示出磁場方向；圖3A給出轉(zhuǎn)子指向軸與定子主線圈的軸對準(zhǔn)的示例性馬達的場圖；圖;3B給出轉(zhuǎn)子指向軸與定子主線圈的軸成90°的圖3A的所述馬達的場圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子構(gòu)造的替代示例性布局；并且圖4B是根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子構(gòu)造的替代示例性布局。
具體實施例方式圖IA和IB示出具有產(chǎn)生兩個極的構(gòu)造的線圈的定子100。如從圖IA可以看到的，在這種構(gòu)造中，上部和下部中的電流具有相同的方向(從左到右)，這些電流由箭頭1和2表示。而圖IB示出圖IA中示出的構(gòu)造的磁通量方向。與圖IA和IB不同，圖IC和ID示出具有產(chǎn)生四個極的構(gòu)造的線圈的定子100。圖IC示出定子100的線圈的四極構(gòu)造，其中箭頭3和4示出具有相反方向的上部和下部中的電流(上部-從左到右，并且下部-從右到左)。圖ID示出形成四個極的圖IC中示出的構(gòu)造的磁通量。圖IA到ID中示出的構(gòu)造僅僅是用于將具有二極線圈的定子100變換為具有四極線圈的定子100的可能存在的多種構(gòu)造的例子。具有兩個極或四個極的定子100的這些線圈構(gòu)造可以通過電子和/或機電開關(guān)的驅(qū)動而改變。圖IE和IF中示出另外的構(gòu)造。圖IE示出定子的線圈的可供選擇的二極構(gòu)造， 其中箭頭5到8示出所述線圈構(gòu)造中的電流的方向，上部和下部中的電流具有相同的方向 (從右到左)并且在右部和左部中具有相同的方向(從頂?shù)降?。
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在圖IF中示出的具有四極線圈構(gòu)造的定子100的例子中，上部和下部中的電流具有相反的方向(上部-從左到右，并且下部-從右到左)，并且右部和左部分中的電流也具有相反的方向(右部-從底到頂，并且左部-從頂?shù)降?，如從箭頭9到12可注意到的。除了附圖中示出的構(gòu)造外，可以使用無數(shù)其它線圈構(gòu)造，諸如具有不同特征(諸如另外的效率增益)的二極和四極獨立線圈，雖然使用這種構(gòu)造的成本是較高的。如上所述，具有兩個或四個極的定子100的線圈構(gòu)造可以通過由外部控制系統(tǒng)控制的例如晶體管的電子開關(guān)和/或例如繼電器的電機開關(guān)的驅(qū)動而改變，該外部控制系統(tǒng)負責(zé)評價以低或高的轉(zhuǎn)速使用馬達的需要，因此引起線圈構(gòu)造之間的切換(通過電壓和/ 或電流信號)。參考圖2，轉(zhuǎn)子200被示出為具有形成例如四個極的磁體300、310、320、330，其中磁體300、310、320、330在低速狀態(tài)下將允許馬達的同步。作為具有在線直接啟動(LSPM)的永久磁體的馬達的馬達的操作允許這個馬達在低速狀態(tài)下以高的效率操作。在圖2中，箭頭指示磁體300、310、320、330的磁場方向，并且如可以注意到的，相對位置中的磁體具有相反方向的磁場。例如，根據(jù)所述圖，上左和下右象限的磁體300、330具有相對彼此相反的磁場方向(180°差異)，并且對于上右和下左磁體310、320出現(xiàn)同樣的情況。這種構(gòu)造導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生四個極，然而，取決于希望的轉(zhuǎn)速，較大數(shù)量的極可以用于低速構(gòu)造。例如， 兩個極(高轉(zhuǎn)速)和四個極(低轉(zhuǎn)速)，或者甚至四個極(高轉(zhuǎn)速)和六個極(低轉(zhuǎn)速)構(gòu)造，或為馬達所預(yù)期的應(yīng)用帶來特定優(yōu)點的任何其它組合。如在轉(zhuǎn)子200中，不存在切換，并且它是四極轉(zhuǎn)子，它將總是具有四個極，希望一種構(gòu)造，該構(gòu)造允許用于兩個極(感應(yīng)馬達)和用于四個極(同步馬達)的滿意的操作。為了提供這個特別的構(gòu)造，有必要滿足一些構(gòu)造性要求。這些是a)在作為四極(同步)馬達的操作期間，磁體300、310、320、330產(chǎn)生的通量必須足夠高以產(chǎn)生合理的扭矩和效率水平；和b)如二極線圈看到的直軸(Xd)和交軸(Xq)之間的磁阻比率(XdAq)必須接近1， 以便在轉(zhuǎn)子200的二極操作期間產(chǎn)生接近零的磁阻扭矩，允許達到合理的效率水平并且在額定速度下避免扭矩震蕩。這里應(yīng)當(dāng)注意，磁阻比率或凸出比率是轉(zhuǎn)子的電直軸和象限軸的磁阻之間的關(guān)系。因此，該關(guān)系越大，磁阻扭矩將越接近同步旋轉(zhuǎn)。凸出比率Xd/Xq為近似1，避免高的旋轉(zhuǎn)扭矩震蕩(在提及的例子中為二極)。另一重要要求是，磁體是對稱布置的并且精確地具有相同的形式和磁體特征。這個事實將保證兩個極中的磁通量產(chǎn)生的平均扭矩是零。在滿足上面指定的這些要求的情況下，防止馬達在其二極操作期間具有扭矩震蕩。扭矩震蕩(馬達輸出扭矩中的調(diào)和變化)有助于機器中的振動、噪音和轉(zhuǎn)速變化。因此，本發(fā)明描述的構(gòu)造產(chǎn)生具有較輕操作、較小噪音和較好性能的馬達。圖3A和:3B示出示例性磁阻比率，其中圖3A給出具有較高磁阻和較小通量的直電軸，而圖:3B給出具有較小磁阻和較高通量的交電軸。圖3A中的箭頭指示具有最高磁阻的軸，而圖:3B中的箭頭指示具有最低磁阻的軸。基于對具有接近1的磁阻比率的需要，可以使用轉(zhuǎn)子200的多種構(gòu)造，仍然產(chǎn)生對于轉(zhuǎn)子200的適當(dāng)操作來說足夠高的通量。以這種方式，圖4A和4B中的說明性構(gòu)造滿足具有兩個極和具有四個極的轉(zhuǎn)子200的操作所需的要求中的兩個要求。圖4A描繪平坦磁體，而圖4B描繪彎曲磁體(凹入形狀)。顯然的是，圖4A和4B中描繪的兩種構(gòu)造僅僅是例子，并且可以提供轉(zhuǎn)子磁體300、310、320、330的其它構(gòu)造，其中將滿足用于最佳操作的要求。雖然上述描述涉及優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于上述教導(dǎo)的細節(jié)。應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的本發(fā)明的變化、修改和改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可能的，而不偏離如所附權(quán)利要求及它們的等同物包含的本發(fā)明的精神和范圍或其等同物。
權(quán)利要求
1.一種同步和感應(yīng)馬達，包括具有卷繞線圈的定子(100)；具體磁體的轉(zhuǎn)子O00)；所述馬達的另外特征在于，具有磁體的所述轉(zhuǎn)子產(chǎn)生Π個極，并且所述馬達還另外包括具有卷繞線圈的定子，該卷繞線圈布置成允許所述定子中的極的數(shù)量通過開關(guān)而改變， 以便作為同步馬達以低轉(zhuǎn)速操作和作為感應(yīng)馬達以高轉(zhuǎn)速操作；其中作為同步馬達的用于以低轉(zhuǎn)速操作的所述定子(100)線圈中的極的數(shù)量等于所述轉(zhuǎn)子中的極的數(shù)量η;其中作為感應(yīng)馬達的用于以高轉(zhuǎn)速操作的所述定子(100)線圈中的極的數(shù)量是2和 η-2之間的偶數(shù)并且是整數(shù)；其中，在作為感應(yīng)馬達的操作期間，使用具有接近1的凸出比率(Xd/Xq)的轉(zhuǎn)子000)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的同步和感應(yīng)馬達，其特征在于，所述開關(guān)是電子開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的同步和感應(yīng)馬達，其特征在于，所述開關(guān)是機電開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項權(quán)利要求的同步和感應(yīng)馬達，其特征在于，外部控制系統(tǒng)評價對以高轉(zhuǎn)速或低轉(zhuǎn)速操作的需要。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的同步和感應(yīng)馬達，其特征在于，轉(zhuǎn)子(200)的所述磁體(300，310， 320,330)是平坦磁體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的同步和感應(yīng)馬達，其特征在于，轉(zhuǎn)子O00)的所述磁體(300，310， 320,330)是凹入磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的同步和感應(yīng)馬達，其特征在于，用于低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速的所述定子的線圈是獨立的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種馬達，該馬達既充當(dāng)同步馬達又充當(dāng)感應(yīng)馬達，并且包括具有卷繞線圈的定子(100)和轉(zhuǎn)子(200)，其中所述轉(zhuǎn)子是具有產(chǎn)生四個極的磁體(300，310，320，330)的轉(zhuǎn)子，并且可以切換所述定子(100)的線圈以便改變極的數(shù)量。所述馬達當(dāng)處于低轉(zhuǎn)速時充當(dāng)同步馬達并且當(dāng)處于高轉(zhuǎn)速時充當(dāng)感應(yīng)馬達。在其作為感應(yīng)馬達的操作期間，使用具有接近1的凸出比率的轉(zhuǎn)子(200)，產(chǎn)生充分的通量以借助兩個極達到良好的效率水平，這防止馬達在其操作期間具有扭矩振蕩，提供具有較輕操作、較好性能和較小噪音的馬達。
文檔編號H02K17/26GK102428623SQ201080021406
公開日2012年4月25日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者C·龐佩爾邁爾, F·J·H·卡盧夫 申請人:惠而浦股份有限公司