专利名称：用于电动机的启动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电动机的启动装置，该电动机由来自电源的电力驱动并包括主绕组和辅助绕组。该装置包括开关(如，启动开关)、电枢衔铁和主线圈，其中由主线圈中的电流产生的主磁场可以相对于开关将电枢衔铁从休止位置移动至向前位置，从而电枢衔铁将启动开关从断开状态移动至闭合状态。主线圈连接在电源和主绕组之间，启动开关连接在电源和辅助绕组之间。这使得仅在启动开关的闭合状态在辅助绕组中存在电流。本发明还涉及具有启动装置的电动机，并涉及包括电动机和上述种类的启动装置的制冷系统。
背景技术：
上述种类的电动机存在于大量的变形体中，包括单相电动机、分相电动机、直接启动式电动机、电容器启动式、电容器启动/运转式和/或电容器运转式电动机等。用于上述电动机的典型启动装置包机械继电器，其在启动期间切换辅助绕组并在电动机启动后停用辅助绕组。如上所述，这种启动装置通常基于磁吸引力。在熟知的电动机中，继电器功能设置为基于某些运行条件启用或停止至所述绕组中的一个(通常是所谓的“启动绕组”)的电流。在本文中，将使用措词“辅助绕组”，而不是“启动绕组”，因为该绕组有时可能不仅在电动机的启动期间使用。通常，继电器在启动期间连接辅助绕组，并且在电动机启动之后，继电器停用启动绕组。通常，所述停用基于主绕组中的电流。一旦电动机已经启动，则由于主绕组中的电感增大，因此主绕组中的电流减小，熟知的继电器基于主绕组中的这种电流减小而停用启动绕组。US 6，356，047披露了这种类型的继电器。现有的继电器必须基于由主绕组在电源被打开时刻获得的电流(在下文中，该电流将称为起动电流)而启用启动绕组。继电器通常被设计为具有安培匝数量(ampere winding number)，这使得它适合特定的电动机。因此，启用电流足以移动电枢衔铁，因此用于启用启动绕组。一旦被启用，则在磁场变得不足以维持电枢衔铁的向前位置且因此不足以维持启动开关的闭合位置之前，电流会下降至低于启用电流某一距离的水平。因此，触发启动绕组的停用的去励 (drop-out)电流的水平低于启用电流。在本文中，起动电流和去励电流之间的差将称为该装置的滞后或磁滞。作为该滞后的结果，避免了启动绕组的重复的和不希望的启用和停用，并且该装置被认为变为“稳定”。即使这是优势，但非常大的滞后导致不必要的长的活动周期，因此产生不必要的耗电启动绕组。由于这增加了启动期间的功耗，并增加了发热，由于多种原因， 这是不希望的。
发明内容
本发明实施方式旨在克服与电动机启动相关的、特别是功耗和由此电动机的效率相关的上述和其它问题。因此，本发明提供了一种启动装置，其特征在于其还包括辅助线圈，辅助线圈连接在电源和辅助绕组之间，以使得仅在启动开关处于闭合状态时辅助线圈中才存在电流，其中由辅助线圈中的电流产生的辅助磁场作用在电枢衔铁上。通过采用主线圈和辅助线圈之间的结合，磁力是与主绕组和辅助绕组中的合并电流相关的安培匝数的结果。根据本发明，作用在电枢衔铁上的辅助磁场可以用来有效地调节滞后并由此用来提供一种具有低的辅助绕组启用时间的装置，并且还用来在没有辅助绕组的重复的、不希望的启用和停用的情况下实现一种稳定的装置。参照图8和9进一步详细描述了通过主绕组电流和辅助绕组电流的安培匝数之间的组合的使用实现的技术效果。如果希望滞后增大，则根据本发明的辅助磁场可以适于与主磁场一起工作，并因此减小停用电流，且确保更稳定的装置。另一方面，如果希望滞后减小，则根据本发明的辅助磁场可以适于抵抗主磁场进行工作，并由此增大停用电流，且确保较快地停用辅助绕组。主线圈和辅助线圈可以具有相同或不同的匝数，并且它们可以以相同或相反的方
向缠绕。主绕组和辅助绕组可以构成由例如异步电动机等熟知的传统种类的运转绕组和启动绕组。除了上述主线圈和启动开关之外，将这些绕组与电源连接在一起的电路可以包含适用于特定电容器的任何其它元件，如电容器、PTC、欧姆电阻等。启动开关可以形成接触电桥，并且它可以包括本领域熟知的如用于确定切换形式、降低磨损、避免电火花等的任何特征。电枢衔铁可以具有任何形状，并且可以由任何种类的磁导材料制成。特别地，电枢衔铁可以形成椭圆体，其分成沿椭圆体方向彼此共同延伸的两个元件。第一和第二电枢衔铁元件可以由相同的材料制成，或者它们可以由不同的材料制成。它们可以具有相同的质量，或者它们可以具有不同的质量。它们可以具有相同的形状，或者它们可以具有不同的形状。主线圈可以具有可以适合特定电动机的任何数量的绕组。典型地，主绕组应当具有大量绕组，使得安培匝数适合以在打开电源和电动机还未旋转时最初被获得的电流移动电枢衔铁的第一元件。辅助线圈可以具有适合该目的的任何数量的绕组，如等于主线圈的数量的数量， 大于主线圈的数量的数量或小于主线圈的数量的数量。有利的是，通过降低主磁场的磁吸引力降低滞后。为此目的，主线圈可以至少包括具有该主线圈的总匝数的第一部分的第一线圈部和具有该主线圈的总匝数的第二部分的第二线圈部。作为例子，第一部分可以具有所述匝数的10%到60%之间，第二部分可以具有剩余的匝数。当停止的电动机被启动时，旁路可以被中断，使得所有的匝数，即总匝数都起作用或活动的，并使得在电动机打开时通过被主绕组获得的电流提供相对大量的安培匝数。当主绕组中的电流变为大于起动电流时，启动开关关闭，并且此时，可能还希望使第二线圈部旁路，由此降低主磁场强度并以较低的去励电流实现辅助绕组的停用。
为此目的，该启动装置还可以包括旁路电路，该旁路电路适于通过将第一线圈部连接在电源和主绕组之间而使第二线圈部旁路。旁路电路可以由旁路开关中断，通过这种中断，第二线圈部不再被旁路，并且可以根据主绕组中的电流操作旁路开关。在一种实施方式中，因此通过操作启动开关的电枢衔铁操作旁路开关。旁路电路可以包括至少一个二极管，优选两个二极管，它们沿不同的方向指向并如被如图5所示配置。二极管防止沿一个方向的电流，因此熄灭或防止启动开关接线端或旁路开关接线端上的电火花，并且因此潜在地增加该启动装置的寿命。在第二方面中，本发明提供了一种通过使用如上所述的启动装置启动电动机的方法，该电动机由来自电源的电力驱动并包括主绕组和辅助绕组，该方法包括采用作为磁轭的第一元件增加由线圈中的电流产生的磁场强度和采用采用强度增加的磁场朝向向前位置移动第二元件的步骤。在另一种实施方式中，本发明提供了一种启动装置，其中电枢衔铁包括在磁场的影响下能够独立地移动的第一和第二电枢衔铁元件。由于电枢衔铁分成两个元件，因此与合并的元件的质量相比，每个元件具有较小的质量。最初，当打开电源时，由主绕组获得的电流快速达到启动(pick-up)水平，其中所述两个元件中的一个被移向向前位置。这相对快地发生，因为电枢衔铁分成具有比整个电枢衔铁低的质量的元件，即相当的“单件”电枢衔铁将要求较高的起动电流。因此，在电源打开时，会由于由电动机获得的电流而降低磁强度。当第一元件移动时，该元件工作作为增加由线圈中的电流产生的磁力的磁轭。因此，与具有类似的以单件形式形成的电枢衔铁的继电器相比，还可以以较低的安培匝数水平将第二元件拉向向前位置。当两个元件都被磁场拉向向前位置时，这些元件可以被朝向彼此推动或挤压，从而它们由于作用在元件上的磁场而变得连接在一起。因此，在这种情况中，所述元件构成单件电枢衔铁元件，并且该元件具有与两个单独的元件的合并质量一致的质量。因此，磁场不再足够强以将电枢衔铁维持在向前位置的去励电流与从具有相同的制成单件的电枢衔铁的继电器所知的去励电流相同。作为起动电流较小且去励电流等于相当的单件电枢衔铁的结果，滞后，即起动电流和去励电流之间的差变得较小。因此，根据本发明的装置可以提供以较低的去励电流断开辅助绕组的优点，并且可以通过该绕组的更快的断开(包括可以与辅助绕组串联插入的任选电阻器、PTC等的断开)而节能。主绕组和辅助绕组可以构成如由异步电动机等熟知的传统种类的运行绕组和启动绕组。除了上述主线圈和启动开关之外，将这些绕组与电源连接在一起的电路可以包含适用于特定电容器的任何其它元件，如电容器、PTC、欧姆电阻等。该开关可以形成接触电桥，并且它可以包括本领域熟知的如用于稳定切换功能、 降低磨损、避免电火花等的任何特征。电枢衔铁可以具有任何形状，并且可以由任何种类的磁导材料制成。特别地，电枢衔铁可以形成椭圆体，其分成沿椭圆体方向彼此共同延伸的两个元件。主线圈可以具有可以适合特定电动机的任何数量的绕组。典型地，主绕组应当具有大量绕组，由此使得安培匝数适合以打开电源且电动机还未旋转时最初被获得的电流移动电枢衔铁的第一元件。
第一和第二电枢衔铁元件可以由相同的材料制成，或者它们可以由不同的材料制成。它们可以具有相同的质量，或者它们可以具有不同的质量。它们可以具有相同的形状， 或者它们可以具有不同的形状。在一种实施方式中，启动装置包括椭圆形引导件，第一和第二电枢衔铁能够沿着该引导件移动。椭圆形引导件可以具有前端，其可以例如通过焊接或固定元件的任何其它熟知方式固定至该开关，或者甚至它可以形成该开关的一部分。在相对的后端，引导件可以形成限定休止位置的停止端。停止端可以简单地为具有横截面面积比该引导件的剩余轴部大的头部。在一种实施方式中，电枢衔铁元件为在中间形成有孔的环，并且它们围绕引导件的轴部布置，引导件延伸穿过所述孔。在该实施方式中，停止端可以仅为引导件的扩大端部，具有阻止其进入穿过环形电枢衔铁元件中的所述孔的尺寸。该启动装置还包括弹簧元件，布置在开关和电枢衔铁之间，以挤压电枢衔铁离开开关。以这种方式，可以在停止端和开关之间提供弹力，使得电枢衔铁在朝向向前位置移动时经由弹簧沿相同的方向挤压开关。弹簧元件可以为适合该装置的特定实施方式的任何种类的弹簧，如螺旋线圈式压缩弹簧、盘簧。在一种实施方式中，弹簧元件便于第一电枢衔铁元件自由运动，以朝向开关移动。 该实施方式例如可以包括具有内径的螺旋形弹簧，即形成内管，其尺寸允许第一元件在弹簧元件内自由地上下移动。另一方面，所述内径可以足够小以防止第二元件进入内管。艮口， 第一和第二元件在垂直于引导件的平面中具有不同的尺寸。第一元件可以与第二元件磁性地隔离。该特征可以通过使用布置用以将第一和第二电枢衔铁元件彼此磁性地隔离的非磁性材料的隔离元件而实现。隔离元件例如可以为非磁性材料，如塑料(如特氟纶)的小盘。隔离元件的用途是避免第一和第二元件彼此粘附。在一种实施方式中，第一和第二电枢衔铁元件沿从休止位置到向前位置的方向相邻地设置。在该实施方式中，第一元件例如可以设置为比第二电枢衔铁元件更靠近向前位置。因此，与第二元件相比，第一元件的较低的质量可以便于第一元件在较低的磁力下朝向向前位置运动。由于如上所述，根据本发明降低了滞后，即由于分成两个元件的电枢衔铁，起动安培匝数和去励安培匝数之间的差异可以变得较小，因此如果电源电压偏离的太大，则可能会出现问题。如果启动装置设计为以采用2M伏过压电源操作电动机，并且电压下降至较低的电压，如198伏，则降低的滞后可以导致装置具有等于或非常接近去励电流的起动电流。当电动机加速时，这将导致不稳定的具有重复周期效应的起动程序，并且可能地，电动机不能启动。为了避免这种情况，并且为了能够更好地控制滞后，根据本发明的装置还可以包括辅助线圈，辅助线圈连接在电源和辅助绕组之间，以使得仅在启动开关处于闭合状态时辅助线圈中才存在电流，其中由辅助线圈中的电流产生的辅助磁场作用在电枢衔铁上。通过采用启动装置的主线圈和辅助线圈，磁力是与主绕组和辅助绕组中的合并电流相关的安培匝数的结果。根据本发明的该实施方式，作用在电枢衔铁上的辅助磁场可以用来有效地调节滞后，从而用来提供具有低的辅助绕组的启用时间的装置，并且还用来确保不具有不想要的辅助绕组启用和停用的的稳定的装置。参考图7和8进一步详细描述了通过主绕组电流和辅助绕组电流之间的组合的使用实现的技术效果。如果期望增加的滞后，则根据本发明的辅助磁场可以适于与主磁场一起工作，并因此降低停用电流，且确保更稳定的装置。另一方面，如果希望降低的滞后，则根据本发明的辅助磁场可以适于抵抗主磁场进行工作，并由此增加停用电流，且确保省电的辅助绕组的更快的停用。主线圈和辅助线圈可以具有相同或不同的匝数，并且它们可以以相同或相反的方向缠绕。由于当开关闭合时首先实现合并的电流，因此该开关必须能够以较低的电流(即主绕组中的电流)闭合。除了该电流，辅助线圈还对保持电枢衔铁的磁场添加额外的贡献。 为了不在闭合状态中提供太强的开关固定，通常希望辅助线圈具有比主线圈低的匝数，如 1/5或者甚至1/10的量级。在另一个方面中，本发明提供了一种通过使用上述启动装置启动电动机的方法， 该电动机由来自电源的电力驱动并包括主绕组和辅助绕组，该方法包括采用作为磁轭的第一元件增加由线圈中的电流产生的磁场强度和采用采用强度增加的磁场朝向向前位置移动第二元件的步骤。在另一个方面中，本发明提供了一种用于制冷回路的压缩机，该压缩机包括如上所述的电动机和启动装置。在第三方面中，本发明提供了一种用于制冷回路的压缩机，该压缩机包括如上所述的电动机和启动装置。
在下文中，将参照本发明的实施方式和附图描述本发明的进一步的细节，在附图中图1以示意示了现有的电动机和装置；图2以示意示了根据本发明的电动机和装置；图3以示意示了可替换配置的根据本发明的电动机和装置；图4以示意示了根据本发明的电动机和装置，包括用于使主线圈的第二部分旁路的旁路电路；图5、5ajb以示意示了图3的电动机和装置，包括用于保护开关的接线端的
二极管；图5c和5d图示了没有二极管的图5a和恥的实施方式；图6和7图示了采用根据本发明的电动机和没有根据本发明的装置的比较电动机的测试结果；和图8和9图示了通过使用主绕组和辅助绕组电流的安培匝数之间的组合实现的技术效果。图10图示了根据本发明的装置的一部份的示意图；图11和12图示了根据本发明的两部分电枢衔铁的两种不同实施方式；图13图示了本发明的包括辅助线圈的实施方式；图14和15图示了采用根据本发明的电动机和没有根据本发明的装置的比较电动机的测试结果；以及图16和17图示了通过主绕组和辅助绕组电流的安培匝数之间的组合的使用实现的技术效果。
具体实施例方式图1图示了现有技术中熟知的电动机。该电动机通过来自由接线端1、2图示的电源的交流(AC)电流驱动。该电动机包括主绕组3和辅助绕组4。启动开关5控制从电源到辅助绕组4的电流，PTC 6在主绕组3的相位和辅助绕组4的相位之间提供相移。电枢衔铁7和主线圈8基于主线圈中的与主绕组3中的电流相等的电流通过产生主磁场而控制启动开关5的运动。电枢衔铁7从休止位置至向前位置上下移动，从而电枢衔铁移动切换桥接器9并断开或闭合启动开关5。图2图示了根据本发明的电动机和装置。在本文中，该装置还包括辅助线圈10，其连接在电源和辅助绕组之间，以使得仅在启动开关5处于闭合状态时辅助线圈10中存在电流。由辅助线圈10中的电流产生的磁场以支撑主线圈8的方式作用在电枢衔铁上，或者由通过提供沿与由主线圈8产生的磁力相反方向的磁力作用在主线圈上而作用在电枢衔铁上。在图加中，图示了辅助线圈10，其中主线圈和辅助线圈沿相同的方向缠绕。图2b图示了沿相反方向缠绕的可替换的辅助线圈11。图3图示了与与图2中所示基本相同的电动机的可替换连接。图4图示了本发明的一个实施方式，其中主线圈包括具有主线圈的总匝数的第一部分的第一线圈部12和具有主线圈的总匝数的第二部分的第二线圈部13。插入旁路电路14，用于通过将第一线圈部12连接在电源和主绕组3之间而使第二线圈部13旁路(bypass)。图4还示出了旁路开关15，其可以中断旁路电路14，使得第二线圈部不再被旁路。 图示的旁路开关由还操作启动开关5的相同电枢衔铁操作。由此根据主绕组中的电流操作旁路开关。图5图示了本发明的对应于图4中图示的实施方式的一个实施方式，但是具有用于保护开关的接线端的至少一个二极管16，17。图如和恥图示了类似于图4或5的装置，但其中图4和5图示了两个开关5，15， 而图fe和恥中图示的每个实施方式仅具有一个开关5。在图fe中，用于辅助线圈10的电源通过主线圈8，且因此磁场强度取决于下述磁场之间的组合主线圈8传导主绕组3和辅助绕组4的合并电流时源自该主线圈8的磁场；和辅助线圈10传导辅助绕组4中的电流时源自该辅助线圈10的磁场。图恥示出了图如中示出的装置的可替换形式。在该装置中，辅助线圈10中的电流不通过主线圈8。这由从电源直接横穿主线圈8到辅助线圈10的之间通路图示。因此， 由下述磁场的组合导出磁场强度源自传导主绕组3中的电流时的主线圈8的磁场；
源自传导辅助绕组4中的电流时的辅助线圈10的磁场。当辅助线圈10被启用时，可以希望使主线圈8的一部分去耦，使得辅助线圈接管先前由主线圈8执行的工作的至少一部分。以这种方式，可以确保磁场强度的一部分来自通过辅助线圈10中的辅助电流。图如和恥中插入的二极管可以省略，如图5c所示。图5d对应于图5c，修改之处在于，通过入口位置直接从电源向辅助线圈供电，这在电学上与图5c开关5闭合时一致。 直到开关5闭合，主线圈的磁性性能才改变。图6示出了采用制冷系统的压缩电动机的测试测量结果。沿着X轴图示持续时间， 即小时，沿着Y轴图示单位为瓦特的功耗。系统运行约半天，测量包括多个类似的循环。每次打开压缩机时，在非常短的时间周期内经历高达600W或更高的峰值。在随后的时间周期中，在正常运行期间功耗较缓和， 约为40W。在最后的时间周期中，压缩机被断开且不消耗功率。图7图示了采用与图6相同但设置有根据本发明的启动装置的压缩机系统的对比性的测试。清楚地看到，传统压缩机中的大的峰值如何被降低至非常小的峰值或根本没有峰值。图8示出了测量结果，示出了在压缩机中的电动机的启动期间主绕组中的电流。 沿着X轴图示转子每分钟的旋转，RPM，沿着Y轴图示以安培为单位的电流。标记为A的较高的曲线示出与辅助绕组串联连接的PTC处于低阻模式-即，约 250hm时的电流，标记为B的下曲线示出PTC处于高阻模式-即，约IOOkOhm时的电流。对于曲线A和B 二者，在PTC上以并联的方式插入2X 10_6法拉的电容器。两条曲线反应了在电动机的启动阶段中与高的功耗相关的问题。当电动机启动时，PTC是冷的，因此在开始的数秒内电动机根据较高的曲线A运行。曲线A显示，在电动机刚启动之后，即处于低RPM时，电流变化和RPM变化之间的比率小。在滞后高以使得继电器稳定的传统继电器中，继电器通常不能在PTC已经变热且电阻变高之前断开辅助相。此时，主绕组中的电流从曲线A跳至较低的曲线B，大的电流降低使得熟知的继电器反应并断开辅助绕组。不幸的是，在PTC变热之前这在辅助绕组中产生功耗，并且这增加比仅考虑使用提供启动扭矩的辅助绕组时所必需的多的功耗和发热。图9示出了压缩机中的电动机启动期间辅助绕组中的电流。沿着X轴图示转子每分钟的旋转，RPM，沿着Y轴图示以安培为单位的电流。现在在该图中，标记为A的较高的曲线示出与辅助绕组串联连接的PTC处于高阻模式-1Φ，约IOOkOhm时的电流，标记为B的较低的曲线示出PTC处于低阻模式-SP，约 250hm时的电流。左栏Y轴属于标记为B的曲线，右栏Y轴属于标记为A的曲线。关于曲线A和B 二者，在PTC上以并联的方式插入2 X 10-6法拉的电容器。这对特别是曲线A的电流有影响。如图所示，在PTC变热之前，电流变化和RPM变化之间的比率较大-换句话说，这是与主绕组中的电流对比相反的情形。由于在启动之后的前几秒内的电流变化在辅助绕组中比在主绕组快很多，可以看到，不仅可以通过根据主绕组中的电流控制辅助绕组的使用而获得优势，而且通过使用辅助绕组中的电流控制辅助绕组的断开而由本发明获得更大的益处。以这种方式，可以在不使系统变慢的情况下适应更大的滞后，并且因此可以在不导致系统不稳定的情况节省功率。在下文中，将参照本发明的一个实施方式和附图进一步详细描述本发明，在附图中，图10图示了该装置的一部分的示意图。所述电动机由来自电源的电力驱动，该电源具有相位连接器21和零位连接器 (zero connector) 220电动机包括经由连接器23连接的主绕组(未示出)和经由连接器 M连接的辅助绕组(未示出)。该装置包括经由电枢衔铁沈操作的开关25。电枢衔铁沈可以在主线圈27中提供的磁场的影响下在休止位置和向前位置之间上下移动。图10中的开关图示为处于闭合位置，以细虚线图示了其处于断开状态的位置。主线圈27插入在电源相位连接器1和主绕组之间，开关5连接在电源相位连接器 1和辅助绕组之间，以使得仅在开关闭合状态中辅助绕组中才存在电流。插入PTC 28，以在电动机运行且PTC变热时停用辅助绕组。图11以放大视图的方式示出了电枢衔铁沈。电枢衔铁包括在磁场的影响下能够独立地移动的第一和第二电枢衔铁元件四、30。电枢衔铁包括椭圆形引导件，第一和第二电枢衔铁元件可以沿着该椭圆形引导件移动。椭圆形引导件具有固定至切换桥接器32的前端，切换桥接器32连接开关的两个切换电极(参见图10)的33，34并且因此形成开关的一部分。在其相反的后端，该引导件形成停止端35，其限定第一和第二电枢衔铁元件的休止位置，即停止端35阻止沿后向方向超出特定位置之外的运动。弹簧元件36设置在停止端15和电枢衔铁元件9，10之间，以挤压电枢衔铁元件离开停止端，使得电枢衔铁被压靠在开关上。第一元件9通过隔离元件17与第二元件10磁隔离，隔离元件17由非磁性材料 (如特氟纶或类似的塑性材料)制成。隔离元件17将第一电枢衔铁元件和第二电枢衔铁元件彼此磁隔离，从而防止所述元件彼此粘附。因此，所述元件将容易独立移动。如图显示，第一和电枢衔铁元件四，30具有不同的尺寸，这也提供了不同的质量， 因此通过使用磁场而对元件的运动提供了不同的阻力。特别地，希望最靠近线圈的元件具有最小的质量。这使得该特定的最靠近的元件受到重力的影响较小。由于它还最靠近线圈且因此经受比其它元件更强的磁吸引力，该最靠近且最轻的元件变得更容易由较弱的磁吸引力移动。一旦该元件移动到线圈内部的位置，则磁强度增加，因此其它元件可以被现在由线圈和其它元件联合产生的增加的磁吸引力吸引。图12图示了电枢衔铁沈的可替换实施方式。电枢衔铁包括与图11中的电枢衔铁基本相同的部件，并且所述部件用相同的数字编号。与图11中的电枢衔铁相比，图12中的电枢衔铁取向不同，并且所述元件中的最小且因此最轻的元件现在最靠近桥接器32并且最靠近线圈。图12中的开关图示为处于断开位置，并以细虚线图示了该开关的处于闭合状态的位置。图13图示了根据本发明的电动机和装置。在本文中，该装置还包括辅助线圈30，其连接在电源和辅助绕组M之间，以使得仅在开关25处于闭合状态时辅助线圈30中才存在电流。由辅助线圈30中的电流产生的磁场以支撑主线圈27的方式作用在电枢衔铁上，或者通过沿与主线圈27产生的磁力相反方向提供磁力作用在主线圈而作用在电枢衔铁上。图14示出了采用制冷系统的压缩电动机的测试测量结果。沿着X轴图示持续时间，即小时，沿着Y轴图示以瓦特为单位的功耗。系统运行约半天，测量包括多个类似的循环。每次打开压缩机时，在非常短的时间周期内经历高达600W或更高的峰值。在随后的时间周期中，在正常运行期间功耗较缓和， 约为40W。在最后的时间周期中，压缩机被断开且不消耗功率。图15图示了采用相同的但设置有根据本发明的启动装置的压缩机系统的对比性测试的测量结果。清楚地看到，传统压缩机中的大的峰值如何被降低至非常小的峰值或根本没有峰值。图16示出了测量结果，示出了在压缩机中的电动机启动期间主绕组中的电流。沿着X轴表示转子每分钟的旋转，RPM,沿着Y轴以安培为单位表示电流。标记为A的较高的曲线示出与辅助绕组串联连接的PTC处于低阻模式-即，约 250hm时的电流，标记为B的较低的曲线示出PTC处于高阻模式-即，约IOOkOhm时的电流。 对于曲线A和B 二者，在PTC上以并联的方式插入2 X 10_6法拉的电容器。两条图线图示了与电动机的启动阶段中的高功耗相关的问题。当电动机启动时， PTC是冷的，并且因此电动机沿着较高的曲线A运转，直到PTC变热且电阻变高。曲线A显示，在电动机刚启动之后，即处于低RPM时，电流变化和RPM变化之间的比率小。在滞后高以使得继电器稳定的传统继电器中，继电器通常不能在PTC已经变热且变得高阻之前断开辅助相。此时，主绕组中的电流从曲线A跳至较低的曲线B，大的电流降低使得熟知的继电器反应并断开辅助绕组。不幸的是，在PTC变热之前这在辅助绕组中产生功耗，并且这增加了比仅考虑使用提供启动扭矩的辅助绕组时所必需多的功耗和发热。图17示出了压缩机中的电动机的启动期间辅助绕组中的电流。沿着X轴表示转子每分钟的旋转，RPM,沿着Y轴以安培为单位表示电流。现在在该图中，标记为A的较高的曲线示出与辅助绕组串联连接的PTC处于高阻模式- Φ，约IOOkOhm时的电流，标记为B的较低的曲线示出PTC处于低阻模式-SP，约 250hm时的电流。左栏Y轴属于标记为B的曲线，右栏Y轴属于标记为A的曲线。对于曲线A和B 二者，在PTC上以并联的方式插入2 X 10-6法拉的电容器。这对特别是曲线A的电流有影响。如图所示，在PTC变热之前，电流变化和RPM变化之间的比率较大-换句话说，这是与主绕组中的电流对比相反的情形。由于启动之后的开始数秒内的电流变化在辅助绕组中比在主绕组快很多，可以看到，不仅可以通过根据主绕组中的电流控制辅助绕组的使用而获得优势，而且通过使用辅助绕组中的电流控制辅助绕组的断开而由本发明获得更大的益处。以这种方式，可以在不使系统变慢的情况下适应更大的滞后，并且因此可以在不使系统不稳定的情况节省功率。
权利要求
1.一种用于电动机的启动装置，该电动机由来自电源(1，2)的电力驱动并包括主绕组 ⑶和辅助绕组G)，该装置包括启动开关(5)、电枢衔铁(7)和主线圈(8)，其中由主线圈 (8)中的电流产生的主磁场能够移动电枢衔铁(7)，并由此能够将启动开关( 从休止位置移动至向前位置，由此电枢衔铁(7)将启动开关(5)从断开状态移动至闭合状态，其中主线圈⑶连接在电源⑴和主绕组(3)之间，并且其中启动开关(5)连接在电源⑴和辅助绕组(4)之间以使得仅在启动开关( 的闭合状态下辅助绕组中才存在电流，其特征在于，该装置还包括辅助线圈(10)，辅助线圈(10)连接在电源⑴和辅助绕组⑷之间以使得仅在启动开关(5)处于闭合状态时辅助线圈(10)中才存在电流，其中由辅助线圈(10) 中的电流产生的辅助磁场作用在电枢衔铁(7)上。
2.根据权利要求1所述的启动装置，其中辅助磁场与主磁场一起起作用，以将电枢衔铁⑵维持在向前位置。
3.根据权利要求1所述的启动装置，其中辅助磁场对抗主磁场，并由此对抗电枢衔铁 (7)在向前位置中的维持。
4.根据前述权利要求中任一项所述的启动装置，其中主线圈(8)具有比辅助线圈(10) 多的匝数。
5.根据前述权利要求中任一项所述的启动装置，其中主线圈(8)和辅助线圈(10)沿相同的方向缠绕。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的启动装置，其中主线圈(8)沿与辅助线圈(10)缠绕的方向相反的方向缠绕。
7.根据前述权利要求中任一项所述的启动装置，其中主线圈(8)至少包括具有主线圈的总匝数的第一部分的第一线圈部(12)和具有主线圈的总匝数的第二部分的第二线圈部 (13)，该装置还包括旁路电路(14)，旁路电路适于通过将第一线圈部(1 连接在电源(1) 和主绕组C3)之间而使第二线圈部(1 旁路。
8.根据权利要求7所述的启动装置，包括能够中断旁路电路(14)的旁路开关(15)，通过这种中断，第二线圈部(13)不再被旁路。
9.根据权利要求8所述的启动装置，其中根据主绕组(3)中的电流操作旁路开关 (15)。
10.根据权利要求9所述的启动装置，其中由还操作启动开关(5)的电枢衔铁(7)操作旁路开关(15)。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的启动装置，其中旁路电路(14)包括至少一个二极管。
12.—种单相电动机，包括根据权利要求1-11中任一项的启动装置。
13.一种用于制冷回路的压缩机，该压缩机包括根据权利要求12的电动机。
14.一种通过使用根据权利要求1-6中任一项所述的启动装置启动电动机的方法，该电动机通过来自电源的电力驱动并包括主绕组和辅助绕组，该方法包括采用主磁场启用辅助绕组中的电流和采用辅助磁场调节该启动装置的滞后的步骤。
15.一种用于电动机的启动装置，该电动机由来自电源的电力驱动并包括主绕组和辅助绕组，该启动装置包括开关05)、电枢衔铁06)和主线圈(27)，其中由主线圈中的电流产生的磁场能够相对于开关中的切换电极(23，24)将电枢衔铁从休止位置移动至向前位置，从而电枢衔铁将开关从断开状态移动至闭合状态，其中主线圈连接在电源和主绕组之间，并且其中开关连接在电源和辅助绕组之间，以使得仅在开关的闭合状态下辅助绕组中才存在电流，其特征在于，该电枢衔铁包括在所述磁场的影响下能够独立地移动的第一和第二电枢衔铁元件 (29,30)。
全文摘要
本发明提供了一种用于电动机的启动装置，该电动机由来自电源的电力驱动并包括主绕组和辅助绕组。该启动装置包括具有电枢衔铁的继电器，通过使用由线圈中的电流产生的磁场，该电枢衔铁移动启动开关并因此启用或停用辅助绕组。为了能够调整起动电流和去励电流之间的滞后，该启动装置还包括辅助线圈，其连接在电源和辅助绕组之间，以使得仅在启动开关处于闭合状态时辅助线圈中才存在电流，其中由辅助线圈中的电流产生的辅助磁场作用在电枢衔铁上。本发明还提供了启动电动机的方法和用于制冷系统并包括这种电动机和启动装置的压缩机。
文档编号H02P1/04GK102377375SQ20111019121
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月8日 优先权日2010年7月12日
发明者尼尔斯·克里斯蒂安·魏劳赫 申请人:思科普有限责任公司