專利名稱：變速電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種變速電動機，尤其涉及一種被施加單相交流電的外轉子式變速電動機，其中，檢測施加到該電動機上的交流電頻率，并根據檢測到的頻率高低設置繼電器，以允許設置在電動機中的主繞組彼此串聯或并聯，從而使電動機運轉并與單相交流電的頻率特性相匹配。
背景技術：
圖1是顯示一般的外轉子電動機的轉子和定子的分解立體圖。
一般的電動機包括定子，在該定子上安裝有繞組；以及轉子，在該轉子上形成有永久磁鐵、鋁導線(aluminum conductor)或鐵芯(core)。該電動機是這樣的一種裝置，其致使流過安裝在定子上的繞組的電流發生周期性變化，并且，由于電流變化導致磁場的周期性變化，而在轉子中產生扭矩，由此獲得旋轉功率。
根據定子和轉子的位置，電動機一般被分為內轉子電動機和外轉子電動機。如圖1所示，外轉子電動機具有轉子位于定子外側的結構，從而外轉子通過流過定子繞組的電流變化而旋轉。
由于外轉子電動機的轉子設置在定子的外側，所以外轉子電動機比內轉子電動機具有更大的轉動半徑。因此，相比內轉子電動機而言，外轉子電動機增加了每單位體積的扭矩。由此，無需昂貴的啟動裝置，外轉子電動機就能夠被用來承載(load)需要高啟動扭矩的負荷。在需要外轉子電動機和內轉子電動機產生相同扭矩的情況下，外轉子電動機還可具有比一般的內轉子電動機更為緊湊的結構。
一般的單相感應電動機需要有啟動裝置，這些啟動裝置通常被分為分相啟動式、罩極式、電容運轉式、推斥啟動式等等。
圖2是顯示一般的電容運轉單相感應電動機的電路圖。
一般的電容運轉單相感應電動機包括主繞組M1、輔助繞組S1和與輔助繞組S1串聯的電容C1。當施加單相交流電E1到電動機上時，主繞組M1產生交變磁場，并且輔助繞組S1產生輔助磁場，該輔助磁場與主繞組M1產生的交變磁場異相90度。
由于主繞組M1產生的交變磁場和輔助繞組產生的輔助磁場異相90度，所以兩個磁場不會抵消，而是組合產生旋轉磁場，由此旋轉單相感應電動機。
但是，上述的一般的單相感應電動機存在下述問題，即電動機的速度根據施加到電動機上的交流電頻率而變化。
感應電動機的轉速由等式″n＝120f/p″確定，其中″f″為頻率，″p″為極數。在制造電動機時，電動機的極數被設定為一特定值。因此，如果電動機被設計為在50Hz的額定工頻下運轉卻用在60Hz電力的情況下，那么該電動機的轉速會比用在50Hz電力情況下的電動機轉速增加20％。
傳統地，為了防止電動機在60Hz市電下運轉時速度增加，使用于改變輸入頻率的倒相電路連接到電動機上，或者使用外施電壓開/關控制方法，或者使用制動裝置或皮帶或齒輪機械地減小電動機的轉速。
但是，這些傳統的方法增加了電動機的制造費用，或者由于對外電(applied power)的電開/關控制或由于機械減速而產生噪聲，因此減小了電力的效率。
另一方面，在傳統的電容運轉單相感應電動機以額定頻率運轉的情況下，可能需要將電動機的轉速改變為高速或低速，以適合于當將該電動機應用于家用電器時的運轉模式。
當單相感應電動機在額定頻率下運轉時，電動機保持恒速，該速度與后面將要描述的電動機扭矩曲線和負載扭矩曲線相遇的交點相對應，因此，必須設置單獨的裝置以允許進行速度控制。
但是，如果設置單獨的裝置，會增加電動機的制造費用。為了克服該問題，傳統上使用具有較低制造費用的變極單相感應電動機作為電動機速度控制裝置。
圖3是顯示傳統的2極-4極變極單相感應電動機的結構示意圖。
如圖3所示，變極單相感應電動機包括四個繞組，即2極主繞組1a、1b，2極輔助繞組2a、2b，4極主繞組3a、3b、3c、3d以及4極輔助繞組4a、4b、4c、4d，它們穿過定子的槽(slots)而纏繞于定子上。通過在2極運轉模式下驅動使用2極主繞組和2極輔助繞組的電動機，以及在4極運轉模式下驅動使用4極主繞組和4極輔助繞組的電動機，來改變電動機的轉速。
但是，如上構成的傳統的變極單相感應電動機具有下述問題使用用于改變極數的四個繞組增加了槽的截面積，同時由于增加的定子鐵耗，使得電動機的效率顯著降低。并且，由于限制了可達到的最小可變速度，所以難以增大可變速度范圍。

發明內容
因此，考慮到上述問題而獲得本發明，并且本發明的目的在于提供一種變速電動機，其中，即使在使用50Hz或60Hz的市電頻率或者普遍地使用50Hz和60Hz的市電頻率時，也可以在沒有單獨的驅動裝置的情況下，通過切換安裝于電動機中的繞組之間的連接狀態來控制電動機的轉速，使轉速保持恒定，從而可以減少制造成本、電磁振動噪音以及電動機的電力消耗，并且可以使不同市電頻率下的電動機速度保持恒定，而且在將恒定頻率的恒定電壓施加到電動機時，還可以改變速度。
本發明的另一目的在于提供一種變速電動機，其中，當該電動機在額定頻率下運轉時，在沒有單獨的變速裝置的情況下，可以通過切換設置于電動機中的繞組之間的連接狀態而在特定范圍內改變轉速，從而減少電動機的制造成本并改善電動機的耐用性。
根據本發明的一個方案，可以通過提供這樣一種變速電動機來實現上述和其它目的，該變速電動機包括多個主繞組，其纏繞在該電動機的定子上以形成多個極；以及繼電器，用于切換所述主繞組的連接狀態，以根據施加到該電動機上的交流電頻率使所述主繞組串聯或并聯。
根據本發明的另一方案，提供一種變速電動機，該變速電動機包括頻率檢測器，用于檢測施加到該電動機上的交流電頻率；第一主繞組和第二主繞組，其設置在該電動機的定子上以形成多個極；以及繼電器，如果被檢測到的頻率為60Hz，則該繼電器使所述第一主繞組和第二主繞組串聯，并且如果被檢測到的頻率為50Hz，則該繼電器使所述第一主繞組和第二主繞組并聯。
根據本發明的又一個方案，提供一種變速電動機，該變速電動機包括多個主繞組，其纏繞在該電動機的定子上以形成多個極；以及繼電器，用于允許所述主繞組串聯/并聯，以增加該電動機的可變轉速范圍。
優選地，如果該電動機以高速旋轉，則該繼電器使所述主繞組并聯；如果該電動機以低速旋轉，則該繼電器使所述主繞組串聯。
本發明使用外轉子電動機作為變速電動機，并且，即使將不同頻率的電力施加到該電動機上時，通過切換繞組之間的串聯和并聯可保持該電動機轉速恒定。因而，可以防止由于電動機的速度增加而導致的溫度增加所引起的電動機的損壞。因為沒有單獨的倒相電路或制動裝置就可控制電動機速度，所以可以減少電動機的制造費用，并且減少電磁振動噪音。


從下面結合附圖的詳細描述，將更清楚地理解本發明的上述和其它目的、特征和其它優點。其中圖1是顯示一般的外轉子電動機的轉子和定子的分解透視圖；圖2是顯示一般的電容運轉電動機的電路圖；圖3是顯示傳統的2極-4極變極單相感應電動機的結構示意圖；圖4是顯示根據本發明的變速電動機的電路圖；圖5a和圖5b是顯示根據本發明的變速電動機的繞組的串聯/并聯狀態的電路圖；以及圖6a至圖6d是顯示根據本發明的變速電動機的轉速和扭矩的曲線圖。
具體實施例方式
現在，參考附圖描述根據本發明的變速電動機的優選實施例。
根據本發明的變速電動機是施加單相交流電的單相感應電動機。如果該電動機是轉子設置于定子外側的外轉子電動機，那么它就具有比內轉子電動機更大的轉動半徑，以至于每單位體積都會產生更高的扭矩，由此可以根據下面將要描述的串聯/并聯繞組的連接狀態，更進一步地增加電動機的低轉速和高轉速的范圍。
圖4是根據本發明優選實施例的變速電動機的電路圖。
如圖4所示，根據本發明該優選實施例的變速電動機包括第一主繞組10；第二主繞組20；以及繼電器30，用于使第一主繞組10和第二主繞組20彼此并聯或串聯。給電動機施加恒定頻率的單相交流電E1。該變速電動機還包括頻率檢測器40，用于檢測施加到電動機上的電力頻率。
由于該變速電動機為兩個主繞組中的每一個主繞組都形成有三個極，所以該電動機是6極電動機。該電動機還可以具有任何其它數量的極，如2個極或4個極。
所施加的交流電的額定頻率可以根據各國情況不同地進行設置。通常，由于電動機的轉速與所施加的電力頻率成比例，所以當施加60Hz頻率的電力時，電動機會以比施加50Hz頻率電力時的速度高20％的速度進行旋轉。
當如上所述施加不同頻率的交流電時，頻率檢測器40檢測頻率，并且繼電器30允許第一主繞組10和第二主繞組20根據被檢測的頻率并聯或串聯，以便保持電動機的旋轉速度恒定。
繼電器30控制電器盒(box)Box1中的連接板的節點a和b的連接狀態，以及電器盒Box2中連接板的節點c和d的連接狀態，以切換主繞組的連接狀態。當施加50Hz的低頻交流電時，繼電器30允許第一主繞組10和第二主繞組20彼此并聯，以增加電動機的轉速。為此，繼電器30控制第一電器盒Box1和第二電器盒Box2，以便使電器盒Box1中的連接板上的節點a和b彼此連接，并使電器盒Box2中的連接板上的節點c和d彼此連接。
當施加60Hz的高頻交流電時，繼電器30允許第一主繞組10和第二主繞組20彼此串聯，以減小電動機的轉速。為此，繼電器30控制第一電器盒Box1和第二電器盒Box2，以便使電器盒Box1中的連接板上的節點a連接到電器盒Box2中的連接板上的節點d。繼電器30的連接狀態控制操作允許電動機在沒有獨立的驅動裝置的情況下改變電動機的轉速。
下面將參考圖5a和圖5b，更詳細地描述根據繼電器控制操作的繞組的串聯/并聯狀態。
圖5a和圖5b是顯示根據本發明的電動機的繞組的串聯/并聯狀態的電路圖。圖5a顯示了通過繼電器30將第一主繞組10和第二主繞組20并聯時的電路；圖5b顯示了通過繼電器30將第一主繞組10和第二主繞組20串聯的電路。
如果施加到電動機上的交流電頻率為50Hz并且施加的交流電壓為220V，則繼電器使主繞組彼此并聯，如圖5a所示，從而將220V的電壓施加到每個主繞組上。
如果施加到電動機上的交流電頻率為60Hz，則繼電器使主繞組彼此串聯，如圖5b所示，從而將110V的電壓施加到每個主繞組上。
如果施加到每個繞組上的電壓發生變化，那么流經每個繞組的電流就會發生變化，從而由變化的電流產生的磁場強度也發生變化，由此在轉子中感應出電流。被感應的電流產生旋轉扭矩以致使轉子旋轉。由于旋轉扭矩與施加電壓的振幅成比例，所以繞組并聯時的電動機轉速要比繞組串聯時的電動機轉速高。
繼電器30的控制操作將由于施加60Hz的電力到電動機而引起的電動機的轉速增加和由于串聯繞組而引起的轉速降低結合起來，并且將由于施加50Hz的電力到電動機而引起的電動機的轉速減小和由于并聯繞組而引起的轉速增加結合起來，由此保持電動機轉速恒定。
如上所述，當可以將不同市電頻率的交流電施加到電動機上以使電動機旋轉時，如果給電動機施加60Hz的交流電，則電動機轉速與該頻率成比例地增加，由此增加電動機的溫度，其導致電動機的損壞。為了防止該問題，必須增加電動機的體積。因此，在使用由繼電器30進行繞組連接控制的同時，本發明采用用于電動機的外轉子結構，從而使每單位體積都產生更高的扭矩，由此實現電動機體積以及在電動機中產生的噪音程度的減小。
根據本發明的變速電動機可以應用于洗碗機、干燥設備、干衣機或洗衣機。特別地，當將本發明應用于洗衣機時，即使將不同頻率的交流電施加于電動機，本發明也允許電動機具有相同的轉速。下面參考圖6a到圖6d描述根據繞組的串聯/并聯狀態以及供電的市電頻率，電動機轉速和電動機中產生的扭矩之間的關系。
圖6a是顯示根據本發明的電動機的轉速和扭矩之間的整體關系曲線圖；圖6b是顯示僅對于將不同頻率的交流電施加到電動機的情況下轉速和扭矩之間的曲線圖；以及圖6c和圖6d是顯示當將額定頻率的電力施加到電動機時電動機可變速度范圍的曲線圖。
圖6a至圖6d中的曲線A表示當給電動機施加60Hz頻率的交流電并且使繞組并聯時，電動機轉速和電動機中產生的扭矩之間的關系；曲線B表示當給電動機施加相同頻率的電力并且使繞組串聯時，電動機轉速和電動機中產生的扭矩之間的關系。
圖6a至圖6d中的曲線C表示當給電動機施加50Hz頻率的交流電并且使繞組并聯時，電動機轉速和電動機中產生的扭矩之間的關系；曲線D表示當給電動機施加相同頻率的電力并且使繞組串聯時，電動機轉速和電動機中產生的扭矩之間的關系。
旋轉電動機需要將一定量的扭矩作用于連接于電動機的負載。在曲線圖中，用負載扭矩曲線L表示該負載所需的扭矩量。
當施加到電動機上的市電交流電頻率發生變化并且使用該電動機的洗衣機執行烘干循環時，如果將50Hz頻率的交流電施加到洗衣機，則繼電器使得設置在電動機中的主繞組并聯。在此，電動機的扭矩曲線C與負載曲線L在點m處相交，由此洗衣機在特定速度S1下進行干燥循環。
如果頻率檢測器40檢測到供電頻率為60Hz，繼電器就將主繞組的連接狀態切換到串聯。由此，電動機的扭矩曲線B與負載曲線L在點m處相交。盡管供電頻率發生變化，也允許洗衣機在特定速度S1下進行干燥循環。
如圖5c和5d所示，如果施加到洗衣機的電力具有50Hz或60Hz的額定頻率，那么就根據洗滌或干燥循環情況串聯或并聯該電動機的主繞組，以改變速度。
特別地，如果電動機的主繞組并聯，則扭矩曲線A或C與負載曲線L在點I或m處相交，從而電動機以較高速度S2或S1旋轉。另一方面，如果電動機的主繞組串聯，則扭矩曲線B或D與負載曲線L在點m或n處相交，從而電動機以較低速度S1或S3旋轉。
盡管為了說明的目的，已經將本發明的優選實施例揭示如上，但是，如在所附權利要求中所揭示的一樣，在不脫離本發明的范圍和精神下，本領域的技術人員可以進行各種修改、添加和替換。
權利要求
1.一種變速電動機，包括多個主繞組，其纏繞在該電動機的定子上以形成多個極；以及繼電器，用于允許所述主繞組串聯或并聯來增加該電動機的可變轉速范圍。
2.一種變速電動機，包括多個主繞組，其纏繞在該電動機的定子上以形成多個極；以及繼電器，用于切換所述主繞組的連接狀態，以根據施加到該電動機上的交流電頻率使所述主繞組串聯或并聯。
3.一種變速電動機，包括第一主繞組和第二主繞組，其都設置在該電動機的定子上以形成多個極；頻率檢測器，用于檢測施加到該電動機上的交流電頻率；以及繼電器，如果該頻率檢測器檢測到的頻率為60Hz，則該繼電器使該第一主繞組和該第二主繞組串聯，并且如果該頻率檢測器檢測到的頻率為50Hz，則該繼電器使該第一主繞組和該第二主繞組并聯。
4.如權利要求1所述的變速電動機，其中如果該電動機以高速旋轉，則該繼電器使所述主繞組并聯；如果該電動機以低速旋轉，則該繼電器使所述主繞組串聯。
5.如權利要求1至3中任一項所述的變速電動機，其中該電動機形成6個穿過所述主繞組的極。
6.如權利要求1至3中任一項所述的變速電動機，其中該電動機是被施加單相交流電的外轉子電動機。
7.如權利要求1至3中任一項所述的變速電動機，其中該電動機是用于干衣機的電動機。
8.如權利要求1至3中任一項所述的變速電動機，其中該電動機是用于洗碗機的電動機。
9.如權利要求1至3中任一項所述的變速電動機，其中該電動機是用于洗衣機的電動機。
10.如權利要求9所述的變速電動機，其中該電動機中的主繞組在清洗循環期間并聯，并且在干燥循環期間串聯。
全文摘要
一種外轉子變速電動機，該電動機被施加單相交流電，并且其轉子被設置在定子外側，該變速電動機包括第一主繞組和第二主繞組，其設置在該電動機的定子上以形成多個極；頻率檢測器，用于檢測施加到該電動機上的交流電頻率；以及繼電器，如果被檢測到的頻率為60Hz，則該繼電器使所述第一主繞組和第二主繞組串聯，并且如果被檢測到的頻率為50Hz，則該繼電器使所述第一主繞組和第二主繞組并聯。即使施加不同頻率的電力，該電動機的速度也能保持恒定，由此能夠減少電動機的制造費用，并且減少電力消耗，以及減少來自電動機的電磁振動噪音。
文檔編號H02P23/00GK1702942SQ20051007461
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月30日 優先權日2004年5月28日
發明者閔丙旭, 崔炳杰, 李泰喜 申請人:Lg電子株式會社