具有供电系统的电机系统以及用于为电机部件供电的供电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有转子的AC单相电机系统，所述转子适配于由连接在用于将电机系统连接至单相电力供给的零线连接件和相线连接件之间的主绕组驱动。电机系统具有用于在启动过程中驱动转子的副绕组和电压继电器，所述电压继电器用于控制继电器开关，所述继电器开关在跨继电器的控制电压超过阈值时停用启动电容。为了防止在连接的启动电容和未连接的启动电容之间的不稳定的切换，继电器相对于继电器开关定位，以使得继电器开关在闭合配置和开路配置之间的切换在控制电压依赖于跨副绕组的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组的电压的状态之间变化。本发明还提供一种用于压缩机电机的继电器和一种控制压缩机电机的方法。
【专利说明】具有供电系统的电机系统以及用于为电机部件供电的供电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种AC电机系统。本发明尤其涉及一种具有转子的AC单相电机系统，所述转子由连接在相线连接件和零线连接件之间的主绕组驱动以使得其可以由单相电力供给供电。
[0002]本发明所涉及的电机系统还包括副绕组，所述副绕组在零速度下提供扭矩，用于启动电机部件。副绕组经由启动电容供电，其提供单相电力供给的相移以生成扭矩。
[0003]电压继电器控制继电器开关，当电机部件运行并因此不再需要启动扭矩时，所述继电器开关停止启动电容。电压继电器根据跨继电器的控制电压来改变继电器开关的配置，即断开或闭合继电器开关。
[0004]当控制电压超过阈值时，继电器断开继电器开关且启动电容被断开。
[0005]本发明还尤其涉及一种用于制冷应用的压缩机的电机系统以及一种启动这种电机系统的方法。
【背景技术】
[0006]图1概略地示出现有技术中已知的压缩机电机。电压继电器6基于跨副绕组的电压来控制继电器开关7并由此启用或停用启动电容CS和/或副绕组5。
[0007]当电力最初供给至电机时，跨副绕组的电压低，因此电压继电器处在非启用状态并因而是导通的、闭合的继电器开关配置，如图1所示。在这种继电器配置中，副绕组经由启动电容连接并提供启动扭矩。
[0008]如图2所示，当速度增加(横坐标)时，跨副绕组的电压(纵坐标)增加。当电压到达断开阈值时，电压继电器将继电器开关移动至非导通的、开路的继电器开关配置。这断开了启动电容CS，在没有启动电容的情况下继续电机的操作，即副绕组通过运行电容CR驱动，或者在没有运行电容的电机中，副绕组被简单地断开。
[0009]在启动后的负载点处，运行电容提高电机的效率，这是使用运行电容的原因。运行电容通常是启动电容的5分之一至10分之一。
[0010]通过本文中的定义，我们将在以下使用术语“启用”来描述控制继电器开关移动至导致启动电容断开的位置的继电器的活动，使用术语“停用”来描述控制继电器开关移动至导致启动电容的连接的位置的继电器的活动。
[0011]出于稳定性的原因以及为了避免反复地启用和停用，继电器被设计成具有滞后现象，由此，控制电压的启用电位高于控制电压的停用电位。控制电压的滞后由图3中的被连接并形成闭合回路的四个箭头示出。
[0012]如果电机过载，即如果电机的负载高于极限扭矩(breakdown torque或断裂扭矩)，则跨副绕组的电压将下降到继电器的停用控制电压以下并使得启动电容被连接。这由图3中的低速下向上的点箭头示出。
[0013]启动电容的复位提供了增加的扭矩以克服所述负载。因此，电机速度增加并因此跨副绕组的电压增加直到到达控制电压的启用电位且启动电容因此断开为止。该顺序将自身重复，继电器将依赖于电机上的机械负载反复地启用和停用，例如以IHz的范围中的频率。
[0014]由于反复的启用和停用，副绕组和启动电容变成在过载情况下是能够运转的。典型地，电机没有被设计成在更长的时间段上获取该增加的动力，且电气系统变成过载的。特别地，电机绕组和缆线等处在被过度的加热所损坏的风险中。
【发明内容】
[0015]本发明的实施例的目的之一是提供包括供电系统和电机部件的电机系统以及用于电机部件的独立的供电系统，它们避免了继电器的反复启用和停用的上述缺陷。
[0016]根据第一方面,该目的由一电机系统来实现，在所述电机系统中，继电器相对于继电器开关定位成使得继电器开关在闭合和开路配置之间的运动在控制电压依赖于跨副绕组的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组的电压的状态之间改变。
[0017]由于继电器开关的闭合独立于跨副绕组的电压，所以控制电压独立于电机系统的转子速度(RPM)，因此电机系统的重负载或大负载不影响继电器开关的运动。于是，继电器开关保持开路配置直到电机系统完全关闭为止，继电器的反复启用和停用的上述缺陷被避免。
[0018]在实际中，启动电容可以位于相线连接件和第一节点之间，副绕组可以位于第二节点和零线连接件之间，且继电器开关可以位于第一节点和第二节点之间。以这种方式，继电器开关可以在闭合配置中将电流从第一节点导通到第二节点，并在开路配置中防止在第一节点和第二节点之间的导通，这将提供以下特征:继电器开关的运动在控制电压依赖于跨副绕组的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组的电压的状态之间变化。
[0019]继电器可以插入到第一节点和零线连接件之间，以使得当继电器开关处在开路状态时，继电器开关由此将继电器与副绕组有效地分离。
[0020]在此，术语“节点”覆盖了如在权利要求中进一步规定的在两个实体或电气部件之间的任何连接点，即，在两个实体或电气部件之间的节点简单地是连接所述两个实体的线缆、导线或电导体。
[0021]特别地，电机系统可以用于驱动压缩机。在此，术语“压缩机电机”覆盖了用于任何种类的压缩机的电机，例如制冷系统中的压缩机。电机系统也可以用于其他目的。
[0022]在此，术语“控制电压”覆盖控制继电器的电压。控制电压与阈值相比较，且依赖于控制电压是高于阈值还是低于阈值，继电器开关由继电器移动至开路或闭合配置，即，控制电压是跨继电器的电压。
[0023]继电器可以是具有由来自线圈的磁场所移动的电枢的机电继电器。一旦电压到达阈值，则磁场足以移动该电枢并因此移动继电器开关，或者，继电器可以是电子继电器。
[0024]典型地，电机系统将包括两个并行的电路，即主电路和副电路。所述电路在相线连接件和零线连接件之间并行地延伸。
[0025]主电路包括用于在正常操作过程中驱动转子的主绕组。副电路包括在相线连接件和上述的第一节点之间的启动电容CS，在第一节点和第二节点之间的继电器开关以及用于在启动过程中驱动转子的副绕组。副绕组位于第二节点和零线连接件之间。[0026]最初，在电机系统接通之前，系统中任何位置的电压为零，相应地，继电器被停用，且继电器开关处于闭合位置。当电机系统接通时，副绕组上的电压通过增加电机系统的RPM而增加，由于闭合的继电器开关，在继电器上的控制电压实质上对应于副绕组上的电压。当副绕组上的电压到达阈值时，继电器启用并断开继电器开关，由此继电器与副绕组分离，因此控制电压不再依赖于跨副绕组的电压。为了确保稳定的切换继电器开关，电机系统可以包括整流器，所述整流器将在下文中被进一步详细描述。该整流器将提供从副绕组至继电器的单向导通，由于该单向导通，控制电压将在AC信号的半周期上依赖于副绕组上的电压，而在AC信号的另一半周期上不依赖于副绕组上的电压。
[0027]另外，电机系统可以包括位于第二节点和相线连接件之间的运行电容。
[0028]PTC可以被插入到第二节点和第一节点之间，即与继电器开关并联。由此，PTC形成继电器的分压器。
[0029]当电机系统启动时，继电器开关被闭合，因此PTC被绕开。相应地，只要继电器开关闭合，PTC就保持不通电或不发热。
[0030]随着电机系统加速直至名义速度，跨副绕组的电压增加直到该电压到达名义速度下的稳定状态的高电位为止。在此时，继电器断开继电器开关，仍未通电的PTC接管了至副绕组的导通。因此，即使继电器开关被断开，电压继电器也会被持续地供给以来自副相的高电压。由于PTC当前导通电流，所以其开始发热，在几秒之后，其改变成高欧姆电阻模式。这将实质上结束通过PTC的导通。
[0031]由于PTC，副绕组由启动电容供电的持续时间增加，即该PTC提供与启动电容的断开的延迟。当PTC升温时，电阻增加且PTC不再将启动电容连接至副绕组。
[0032]另外，电机系统可以包括保险开关，所述保险开关在电流过大并因此温度过高的情况下停用电机部件。如果电机系统包括内保险开关，则PTC在保险开关被启用时变成不通电或不再发热。由此，PTC为副绕组提供电力而不管继电器开关是否仍然断开。PTC可以依赖于其温度例如在小于10欧姆的电阻和大于50000欧姆的电阻之间变化。
[0033]保险开关的启用通常由电机系统的过载造成。当这种过载出现时，继电器开关将通常是断开的，由于本发明以及继电器与绕组的分离，继电器开关将保持断开，且电机系统将不能经由启动电容生成启动扭矩。然而，当保险开关断开时，没有电流将流过PTC，因此PTC将冷却。
[0034]当保险开关断开时，PTC变成冷的或温度低的。当保险开关再次闭合时，副相可以由启动电容通过目前是冷的PTC供电。这将形成在第三节点处的瞬时压降，使继电器重置。由此，电机系统准备经由在启动电容和在闭合的继电器开关上的副绕组之间的连接而被正常地启动。
[0035]电机系统还可以包括位于第一节点和相线连接件之间的泄漏电阻器。由于该泄漏电阻器，启动电容放电，且电容的寿命可以被增加。
[0036]具有第一整流器的电桥可以提供在从第二节点至继电器的方向上的单向导通。
[0037]泄漏电阻器可以位于第一节点和相线连接件之间。泄漏电阻器在启动电容未连接时为启动电容放电。具有大于10000欧姆或甚至大于80000欧姆的电阻的电阻器可以是合适的。
[0038]在另一个实施例中或附加地，电机系统可以包括在相线连接件和第三节点之间延伸的电阻器，所述第三节点位于第一整流器和继电器之间。电阻器可以是PTC的形式，该PTC在其升温时将变成高欧姆，由此实质上阻止电阻器的导通。
[0039]电压继电器可以是包括电枢的类型，该电枢借助于由线圈提供的磁场被机械地移动。
[0040]特别地，电机系统可以形成用于制冷系统的压缩机的组成部件。
[0041]在第二方面中，本发明提供了一种用于为电机部件供电(例如用于形成压缩机电机)的供电系统。供电系统所针对的电机部件是具有转子的种类，所述转子适配于由连接在用于将电机部件连接至单相电力供给的零线连接件与相线连接件之间的主绕组驱动，并适配于通过副绕组的帮助来启动，所述副绕组经由提供来自电力供给的单相的相移的启动电容供电，所述供电系统包括电压继电器，所述电压继电器用于控制能够连接至电机部件的继电器开关，以使得其在跨继电器的控制电压超过阈值时停用电机部件的副绕组，其中继电器相对于继电器开关定位，以使得继电器开关在闭合配置和开路配置之间的切换在控制电压依赖于跨所连接的电机部件的副绕组的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组的电压的状态之间改变。
[0042]在第三方面中，本发明提供一种控制单相电机的方法，该单相电机例如是用于制冷系统的压缩机电机，该单相电机具有转子，所述转子适配于由连接在用于将电机连接至单相电力供给的零线连接件和相线连接件之间的主绕组驱动，并适配于通过副绕组的帮助来启动，所述副绕组经由提供来自电力供给的单相的相移的启动电容供电，所述方法包括基于在控制节点之间的控制电压在闭合配置和开路配置之间移动继电器开关并由此停用启动电容的步骤，其中继电器开关相对于控制节点布置，以使得继电器开关在闭合配置和开路配置之间的切换在控制电压依赖于跨副绕组的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组的电压的状态之间改变。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]在下文中，本发明的实施例将借助于示例且参考附图进行描述，在所述附图中:
[0044]图1示出现有技术的单相电机的视图；
[0045]图2示出跨副相的电压作为转子速度(RPM)的函数的图表；
[0046]图3示出扭矩作为转子速度(RPM)的函数的图表；
[0047]图4示出根据本发明的电机系统的视图；和
[0048]图5-7示出本发明的替代实施例的视图。
【具体实施方式】
[0049]本发明的应用的另外的范围将从以下的详细描述和具体示例变得显而易见。然而，应当理解，该详细描述和具体示例仅仅是以示例的方式给出，其表明了本发明的优选实施例，因为本领域技术人员将根据该详细描述明白在本发明的范围内的各种改变和修改。
[0050]图1示出具有电压继电器的单相AC异步电机I的视图。这种电机已经存在。该电机利用相线连接件2和零线连接件3连接至AC电力供给。电机包括主绕组4、副绕组5、运行电容CR、启动电容CS和电压继电器6，所述电压继电器6控制继电器开关7的连接启动电容或不连接启动电容的状态。继电器6被插入到副绕组5的相对侧之间，并因此基于跨该绕组的电压来控制继电器开关。泄漏电阻器BR减小在运行电容和启动电容之间的电势并由此保护继电器开关7以避免过大的电流和电压。在过度发热的情况下，保护器8基于副绕组和主绕组两者中的电流而断开，且断开电机的连接。
[0051]图4示出根据本发明的电机系统12。电机系统包括转子(未示出)，所述转子由连接在电力供给的相线连接件2和零线连接件3之间的主绕组4驱动。副绕组5经由启动电容CS供电，并在启动过程中驱动转子。电压继电器6基于控制电压来控制继电器开关7，所述控制电压在此是在节点10和零线连接件3之间的电压。
[0052]在启动过程中，当继电器开关7被闭合时(如图4所示)，跨继电器6的电压依赖于跨副绕组的电压，因此，当跨继电器的控制电压超过阈值并因此跨副绕组的电压超过阈值时，继电器可以停用启动电容。
[0053]一旦到达阈值，继电器断开继电器开关，启动电容被停用。通过该步骤，继电器开关还将副绕组5与继电器6分离，即继电器基于在节点10和零线连接件3之间的电压来操作，该电压不依赖于在节点11和零线连接件3之间的跨副绕组的电压。相应地，当副绕组被停用时，控制电压不依赖于跨副绕组的电压。
[0054]在如图4所示的实施例中，启动电容位于相线连接件2和第一节点10之间，副绕组5位于第二节点11和零线连接件3之间，且继电器开关7位于第一节点10和第二节点11之间以使得电流在第一节点10和第二节点11之间的电流导通依赖于继电器开关的配置。控制继电器开关7的运动的继电器6插入到第一节点10和零线连接件3之间，成单向二极管9形式的可选的桥提供了从第二节点11至继电器6的单向导通。
[0055]附加地，运行电容(未示出)可以被插入到相线连接件2和第二节点11之间。
[0056]图5示意性地示出根据本发明的可选的电机系统13。在该实施例中，继电器6经由在相线连接件2和第三节点15之间延伸的提供欧姆电阻的部件(例如电阻器14或PTC或并行耦接的PTC和电阻器)连接至相线连接件2，以使得继电器6可以在当继电器开关7断开时不受跨副绕组的电压影响的电压下工作。当继电器开关7闭合时，如图5所示，继电器将在跨副绕组5的电压下工作。另外，运行电容(未示出)可以插入到相线连接件2和第二节点11之间。
[0057]图6示意性地示出根据本发明的可选的电机系统16。在该实施例中，继电器6经由在相线连接件2和第一节点10之间延伸(即与启动电容CS并联)的电阻器14连接至相线连接件2。附加地，运行电容(未示出)可以插入到相线连接件2和第二节点11之间。
[0058]单向二极管18插入到第三节点15和第一节点10之间。在该实施例中，继电器6也可以在当继电器开关7断开时不受跨副绕组的电压影响的电压下工作。当继电器开关7闭合时，如图6所示，继电器将在跨副绕组5的电压下工作。
[0059]图7示意性地示出根据本发明的可选的电机系统19。在该实施例中，PTC20被插入到第一节点10和第二节点11之间。由此，PTC形成继电器的分压器。
[0060]该电机系统包括内保险开关8，所述内保险开关8在电流过大并因此温度过高的情况下停用电机部件。在这种情况下，在保险开关启用时，即当保险开关具有断开、非导通的触点时，PTC变成冷的或不发热。由此，一旦保险开关再次闭合，则PTC将电力提供至副绕组。当这发生时，PTC由于其作为分压器的功能，将确保在节点11处的电压减小，由此继电器可以被停用，由此继电器开关7闭合，电机可以正常启动。[0061]整流器9是可选的。该整流器为继电器6的安全启用提供保险结构。整流器提供从第二节点11至第三节点15的导通，由此确保至少在AC信号的半周期上，继电器6上的电压对应于副绕组上的电压，即继电器6接收来自副绕组的具有满电压的AC信号的波形的一半以及经由启动电容来自相的电压降低的另一半波形。
[0062]附加地，运行电容(未示出)可以被插入到相线连接件2和第二节点11之间，且泄漏电阻器可以被插入到第一节点10和相线连接件2之间。
【权利要求】
1.一种AC单相电机系统(12、13、16、19)，包括转子，所述转子适配于由连接在用于将所述AC单相电机系统连接至单相电力供给的零线连接件(3)和相线连接件(2)之间的主绕组(4)驱动，所述AC单相电机系统还包括用于在启动过程中驱动转子的副绕组(5)，所述副绕组(5)经由启动电容(CS)供电，所述启动电容提供从电力供给的单相的相移，所述AC单相电机系统还包括电压继电器(6)，所述电压继电器(6)用于控制继电器开关(7)，所述继电器开关(7)在控制电压到达阈值时停用启动电容(CS)，其中继电器(6)相对于继电器开关(7)定位，以使得继电器开关在闭合配置和开路配置之间的运动在控制电压依赖于跨副绕组(5)的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组(5)的电压的状态之间变化。
2.根据权利要求1所述的AC单相电机系统，其中所述启动电容(CS)位于相线连接件(2)和第一节点(10)之间，所述副绕组(5)位于第二节点(11)和零线连接件(3)之间，继电器开关(7)位于第一节点(10)和第二节点(11)之间以便在闭合配置中将电流从第一节点(10)至第二节点(11)导通和在开路配置中防止在第一节点(10)和第二节点(11)之间的导通。
3.根据权利要求2所述的AC单相电机系统，其中所述继电器(6)被插入到第一节点(10)和零线连接件(3)之间。
4.根据权利要求2或3所述的电机系统，还包括具有第一整流器(9)的桥，所述整流器提供在从第二节点(11)至继电器(6)的 方向上的单向导通。
5.根据前述权利要求中任一项所述的AC单相电机系统，还包括提供在相线连接件(2)和第三节点(15)之间延伸的欧姆电阻的部件，所述第三节点位于第一整流器(9)和继电器(6)之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的AC单相电机系统，还包括位于第二节点(11)和第一节点(10)之间的PTC(20)。
7.根据权利要求6所述的AC单相电机系统，其中所述PTC依赖于其温度在低于10欧姆的电阻和高于50000欧姆的电阻之间变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的AC单相电机系统，还包括位于第一节点和相线连接件之间的电阻器(14)。
9.根据权利要求8所述的AC单相电机系统，其中所述电阻器(14)具有高于10000欧姆的电阻。
10.根据前述权利要求中任一项所述的AC单相电机系统，其中所述电压继电器包括电枢，所述电枢借助于由线圈提供的磁场进行机械移动。
11.根据前述权利要求中任一项所述的AC单相电机系统，所述AC单相电机系统形成用于制冷系统的压缩机的一部分。
12.一种用于为电机部件供电的供电系统，所述电机部件包括转子，所述转子适配于由连接在用于将电机部件连接至单相电力供给的零线连接件与相线连接件之间的主绕组驱动，并适配于通过副绕组的帮助来启动，所述副绕组经由提供从电力供给的单相的相移的启动电容供电，所述供电系统包括电压继电器，所述电压继电器用于控制能够连接至电机部件的继电器开关，以使得其在跨继电器的控制电压超过阈值时停用启动电容，其中继电器相对于继电器开关定位，以使得继电器开关在闭合配置和开路配置之间的切换在控制电压依赖于跨所连接的电机部件的副绕组的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组的电压的状态之间改变。
13.—种控制单相电机的方法，所述单相电机具有转子，所述转子适配于由连接在用于将电机连接至单相电力供给的零线连接件和相线连接件之间的主绕组驱动，并适配于通过副绕组的帮助来启动，所述副绕组经由提供从电力供给的单相的相移的启动电容供电，所述方法包括基于在控制节点之间的控制电压在闭合配置和开路配置之间切换继电器开关并由此停用启动电容的步骤，其中继电器开关相对于控制节点布置，以使得继电器开关在闭合配置和开路配置之间的切换在控制电压依赖于跨副绕组的电压的状态和控制电压不依赖于跨副绕组的电压的状 态之间改变。
【文档编号】H02P1/44GK103457520SQ201310211529
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2012年6月4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