專利名稱：電動機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于一種電動機調(diào)控技術(shù)，特別是關(guān)于一種可借由調(diào)整多個起動零件彼此之間的連接關(guān)系，控制電動機運轉(zhuǎn)模式的裝置。
背景技術(shù)：
單相感應(yīng)電動機是住宅區(qū)及商業(yè)區(qū)普遍使用的負載之一，與其它具有相同容量的感應(yīng)電動機相比，單相感應(yīng)電動機的體積較大、制造成本較高，且運轉(zhuǎn)效率及輸出的功率因子(Power Factor)均不如三相感應(yīng)電動機，之所以應(yīng)用較為廣泛，就是因為單相電源取之較為方便，故一般單相感應(yīng)電動機做為家用電器的驅(qū)動設(shè)備，如風(fēng)扇及電冰箱的壓縮機。
然而單相感應(yīng)電動機在實際使用上是有一個很大的障礙，就是因為單相感應(yīng)電動機采用一般家用單相電源做為電源，無法在電動機內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，且單相感應(yīng)電動機本體產(chǎn)生的磁場是一脈沖形式，即在初期產(chǎn)生的磁場很大，但稍后即隨著時間的累增而減弱，且這一由單相感應(yīng)電動機本體產(chǎn)生的磁場始終維持在同一方向，因而無法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使得單相感應(yīng)電動機無法產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動家用電器運行；要使單相感應(yīng)電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場以輸出起動轉(zhuǎn)矩，就要根據(jù)單相感應(yīng)電動機驅(qū)動負載的類型選擇合適的起動方式，它們分別是(1)分相繞組起動；(2)蔽極式起動；以及(3)電容起動等。其中，分相繞組起動是令單相感應(yīng)電動機具有適當(dāng)?shù)钠饎愚D(zhuǎn)矩，但其輸出的起動電流相當(dāng)小，故借由該方式起動的單相感應(yīng)電動機通常使用于不需要很高起動轉(zhuǎn)矩的設(shè)備，如風(fēng)扇、吹風(fēng)機及離心式抽水機等；蔽極式起動方式驅(qū)動的單相感應(yīng)電動機的起動轉(zhuǎn)矩遠比其它起動方式要小，且效率較低，在正常運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)差率也很高，該種方式起動的單相感應(yīng)電動機均使用于不需要高起動轉(zhuǎn)矩、且很便宜的設(shè)備上；然而在某些需要大起動轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用上，分相式單相感應(yīng)電動機及蔽極式單相感應(yīng)電動機均無法提供足夠的轉(zhuǎn)矩，此時需要采用電容起動方式，以驅(qū)動如空氣壓縮機及冷氣機等需要較大起動轉(zhuǎn)矩的設(shè)備運轉(zhuǎn)。
電容起動方式是在單相感應(yīng)電動機內(nèi)部裝設(shè)的輔助繞組串接一電容器，使主繞組與輔助繞組在空間中產(chǎn)生一90度的相位差，可形成同三相感應(yīng)電動機一樣具有大小固定的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)使單相感應(yīng)電動機進行運轉(zhuǎn)。若單相感應(yīng)電動機需輸出較大的起動轉(zhuǎn)矩，同時也要獲得較佳的運轉(zhuǎn)情況，就必須在輔助繞組上使用兩個電容器，使主繞組與輔助繞組之間的電流平衡，借以產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩；單相感應(yīng)電動機順利起動后，接著需要針對單相感應(yīng)電動機的運轉(zhuǎn)模式，如轉(zhuǎn)速、輸出扭力等狀態(tài)進行調(diào)控，現(xiàn)行針對電容起動的單相感應(yīng)電動機(以下稱為單相電容起動感應(yīng)電動機)的轉(zhuǎn)速控制是借由改變電流頻率、定子極數(shù)及轉(zhuǎn)差率等參數(shù)獲得，就實際執(zhí)行方式而言，可分為定子及轉(zhuǎn)子兩方面進行；在定子方面，可通過改變電源頻率、外加電壓以及定子極數(shù)等做法進行，其中，借由改變電源頻率雖可控制轉(zhuǎn)速，但卻同時導(dǎo)致扭力無法穩(wěn)定輸出，故通常采用電壓與頻率同時改變的方式進行以穩(wěn)定扭力輸出；在改變外加電壓時，如輸出扭力改變，轉(zhuǎn)速也將隨的變動，再有，若負載大小稍有變動，該調(diào)控方式不易保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定；在改變定子極數(shù)方面，則需改變定子繞組的接線方式，才可使定子極數(shù)改變，故要將此方法用于單相電容起動感應(yīng)電動機運轉(zhuǎn)中調(diào)控轉(zhuǎn)速，在實際應(yīng)用上確有不便之處；然而在轉(zhuǎn)子方面進行轉(zhuǎn)速調(diào)控作業(yè)時，需要在轉(zhuǎn)子電路中串接外部電阻，或加一個電勢在轉(zhuǎn)子電路中，但此法僅適用于具有繞線式轉(zhuǎn)子的單相感應(yīng)電動機。
整合上述關(guān)于單相電容起動感應(yīng)電動機起動及運轉(zhuǎn)控制的說明內(nèi)容可知，就起動及運轉(zhuǎn)特性的優(yōu)劣做一區(qū)分，以電容起動的單相感應(yīng)電動機具有的起動及運轉(zhuǎn)特性明顯優(yōu)于其余兩者，但雖如此，在運轉(zhuǎn)調(diào)控作業(yè)上，單相電容起動感應(yīng)電動機機也受到相當(dāng)多的主、客觀因素的限制，雖進行了許多改進，但這些改進是需要借由增加內(nèi)部零件或改變定子繞組的接線方式，以及借由外接設(shè)備的配合才可進行。如此一來，會因內(nèi)部零件增加或與外加設(shè)備間的傳輸阻抗影響，導(dǎo)致調(diào)變后的單相電容起動感應(yīng)電動機輸出功率達不到預(yù)期要求，甚至可能未達到原先功率的二分之一，且這些方式往往無法同時兼顧轉(zhuǎn)速及輸出扭力的調(diào)控作業(yè)，總是有些顧此失彼，不能到得到一個比較理想的結(jié)果。因此，如何設(shè)計一種可同時調(diào)控轉(zhuǎn)速及輸出扭力狀態(tài)，又不需要加裝過多的輔助零件及外力支持的電動機控制裝置，是目前需要克服的技術(shù)問題。
實用新型內(nèi)容為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的主要目的是在于提供一種電動機控制裝置，它適用于一單相電容起動感應(yīng)電動機上，用以對單相電容起動感應(yīng)電動機在起動及運轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)速及輸出扭力進行調(diào)控。
本實用新型的另一目的在于提供一種適用于單相電容起動感應(yīng)電動機的電動機控制裝置，它僅需要改變電動機控制裝置內(nèi)部起動電容相互之間的連接方式，即可將單相電容起動感應(yīng)電動機內(nèi)部分為三種不同的極數(shù)進行運轉(zhuǎn)，以此對單相電容起動感應(yīng)電動機在起動及運轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)速及扭力輸出狀態(tài)進行調(diào)控。
本實用新型的再一目的在于提供一種適用于單相電容起動感應(yīng)電動機的電動機控制裝置，它不需要借由外力的配合及加裝過多的輔助零件，既可實現(xiàn)對電動機的調(diào)控，因此可減少功率的損耗，進而增加單相電容起動感應(yīng)電動機的輸出功率。
根據(jù)以上述目的，本實用新型提供一種電動機控制裝置，是與單相電容起動感應(yīng)電動機連接，用以對該單相電容起動感應(yīng)電動機提供運轉(zhuǎn)模式調(diào)變及提高輸出功率的功能，該電動機控制裝置包括電源供應(yīng)模塊，接受輸入的市電，為電動機控制裝置所設(shè)的各部功能模塊運作提供電力，并可同時對電動機控制裝置連接的負載設(shè)備提供起動及運轉(zhuǎn)時所需的電力；運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元，供使用者借由其所組設(shè)的接口選擇模塊，配合與接口選擇模塊數(shù)量及設(shè)置方式相對應(yīng)的接觸端點模塊，依所需要的單相電容起動感應(yīng)電動機的輸出運轉(zhuǎn)模式，設(shè)定起動電容間的連接方式為并聯(lián)、分離或分段等其中之一；以及，起動零件組合單元，其是由多個儲存容量均相同的電容組成，且這些儲存容量均相同的電容，分別借由導(dǎo)電線路與相對應(yīng)的接觸端點模塊相連接，使這些電容相互間可依使用者選取的運作狀態(tài)組成相對應(yīng)的連接方式。
上述的電動機控制裝置可令使用者，依其所需的輸出扭力及運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，調(diào)變該電動機控制裝置內(nèi)部起動電容間的連接方式，并以此改變該單相電容起動感應(yīng)電動機定子的極數(shù)，不需改變定子繞組的接線方式，也能夠在運轉(zhuǎn)中進行改變，本實用新型的電動機控制裝置也無須與外部設(shè)備配合及增加任何昂貴的輔助零件，即可調(diào)控單相電容起動感應(yīng)電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，正因為如此，可減少增加輔助零件及外力配合可能造成的功率損耗。因此在相同運轉(zhuǎn)條件下，本實用新型的電動機控制裝置能夠輸出更多的功率，以較少的花費及能源消耗，能提升單相電容起動感應(yīng)電動機的運轉(zhuǎn)效率。


圖1是一裝置配線示意圖，顯示應(yīng)用本實用新型的電動機控制裝置在對單相感應(yīng)電動機運轉(zhuǎn)模式調(diào)控時，裝置內(nèi)部的配線方式；圖2是一連接方式示意圖，顯示本實用新型的電動機控制裝置所含的運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元，在進行電動機運轉(zhuǎn)模式設(shè)定時，裝設(shè)的接口選擇模塊及接觸端點模塊間的連接關(guān)系。
具體實施方式
實施例在以下實施方式中，本實用新型的電動機控制裝置是應(yīng)用在一個4極110V、85W的單相電容起動感應(yīng)電動機(以下簡稱為單相感應(yīng)電動機)，控制裝置通過改變起動電容間的連接方式，對單相感應(yīng)電動機在起動及運轉(zhuǎn)過程中的運作模式進行調(diào)控。然而在此首先需注意的是，本實用新型的電動機控制裝置并不限定僅可用于4極110V、85W的單相電容起動感應(yīng)電動機上；廣義而言，本實用新型可適用于使用電容起動的單相感應(yīng)電動機，能夠?qū)蜗喔袘?yīng)電動機提供一個節(jié)省電源、并可輸出較大功率、具有轉(zhuǎn)速及輸出扭力調(diào)控功能的電動機控制裝置。
圖1是一裝置配線圖，顯示應(yīng)用本實用新型的電動機控制裝置200應(yīng)用在一單相感應(yīng)電動機100的內(nèi)部配線方式。如圖所示，本實用新型的電動機控制裝置200包括一電源供應(yīng)模塊210、一運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元220以及一起動零件組合單元230。其中，該運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元220另包括一接口選擇模塊221及多個接觸端點模塊222至225；接口選擇模塊221上另裝設(shè)有表示可選擇單相感應(yīng)電動機100轉(zhuǎn)速及扭力輸出狀態(tài)的按鍵221-0至按鍵221-3，這些按鍵的編號及排序方式是依單相感應(yīng)電動機100可輸出的轉(zhuǎn)速快慢及轉(zhuǎn)矩大小為基準，按鍵221-0至按鍵221-3及多個接觸端點模塊222至225，相互之間是以上下相對的關(guān)系設(shè)置，也就是按鍵221-0下方相對位置處設(shè)置有一接觸端點模塊222、按鍵221-1下方相對位置處設(shè)置有一接觸端點模塊223，剩余其它按鍵與接觸端點模塊之間的設(shè)置關(guān)系可依此類推；起動零件組合單元230分別由3個儲存容量均為3μF的電容231、電容232以及電容233組成，且該3個電容分別借由導(dǎo)線，與多個接觸端點模塊連接，其中，電容231是連接至接觸端點模塊225、電容232連接至接觸端點模塊224，電容233則連接至接觸端點模塊223，接觸端點模塊225是僅與單相感應(yīng)電動機100及電源供應(yīng)模塊210連接，而未與起動零件組合單元230裝設(shè)的任一個電容相連接。
圖2是一連接方式示意圖，顯示本實用新型的電動機控制裝置200所含的運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元220，在進行單相感應(yīng)電動機100運轉(zhuǎn)模式設(shè)定時其裝設(shè)的接口選擇模塊221及多個接觸端點模塊222至225間的配合及連接關(guān)系。以下配合圖1及圖2，詳細說明本實用新型的電動機控制裝置應(yīng)用在一單相感應(yīng)電動機100的實施過程。
如圖2所示，該運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元220是借由其所設(shè)的多個接觸端點模塊222至225分別經(jīng)由導(dǎo)電線路與電源供應(yīng)模塊210、單相感應(yīng)電動機100以及起動零件組合單元230電性連接，當(dāng)使用者令單相感應(yīng)電動機100起動時，需要借由電源供應(yīng)模塊210連接至市電端(未標)，接收110V的交流電源在該單相感應(yīng)電動機100上使用，該電源供應(yīng)模塊210也同時給電動機控制裝置200供應(yīng)電源，令其內(nèi)部所設(shè)的各部功能模塊能夠正常進行運作。當(dāng)使用者要通過單相感應(yīng)電動機100驅(qū)動一個較大的負載時，可按下接口選擇模塊221所設(shè)的按鍵221-1，令單相感應(yīng)電動機100能夠配合該任務(wù)，輸出較大的功率以產(chǎn)生足夠的扭力輸出；如圖2中1擋接線示意圖所示，當(dāng)使用者選擇按鍵221-1以觸壓方式向下施力，使按鍵221-1向下移動接觸與其相對應(yīng)的接觸端點模塊223、224及225，和這些接觸端點模塊電性導(dǎo)通，使電源供應(yīng)模塊210供應(yīng)的交流電源可經(jīng)由導(dǎo)電線路傳送至電容231、電容232及電容233，并聯(lián)這些電容，提供總和為9μF的儲存容量，因電容是儲存電荷的零件，故可應(yīng)用在像馬達起動時需要瞬間大電流的場合，在開關(guān)打開時，電容儲存的電荷瞬間補充到電路中，因為I＝dQ/dt(I電流，Q電荷，t時間)，所以瞬間可補充很大的電流至電路中，以此振蕩單相感應(yīng)電動機100的起動線圈以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，進而使單相感應(yīng)電動機100產(chǎn)生較大的輸出扭力，并以較高的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，在單相感應(yīng)電動機100從起動進入到以平穩(wěn)速度運轉(zhuǎn)時，使用者可依單相感應(yīng)電動機100驅(qū)動負載的實際工作狀況，通過接口選擇模塊221設(shè)定單相感應(yīng)電動機100的運轉(zhuǎn)模式，以對單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力大小及轉(zhuǎn)速快慢進行調(diào)變；如使用者要降低單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力及轉(zhuǎn)速，可按下接口選擇模塊221組設(shè)的按鍵221-2，如圖2中2擋接線示意圖所示，此時該按鍵221-2將向其所處位置的下方移動，電性導(dǎo)通端點接觸模塊224及端點接觸模塊225，將導(dǎo)通產(chǎn)生的電性信號借由導(dǎo)電線路傳輸至電容231及電容232，并聯(lián)該兩個電容斷開電容233，借以獲得電容231及電容232并聯(lián)后的總合儲存電量6μF，同時，也將單相感應(yīng)電動機100的定子極數(shù)由4極改變?yōu)?極，依據(jù)單向感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速公式n＝120f/P(n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，f電源頻率，P極數(shù))可知，在電源頻率f不變的情況下，增加極數(shù)P，使得單相感應(yīng)電動機100的轉(zhuǎn)速下降，且因電容數(shù)目減少，使起動零件組合單元230可補充的電流減少，故可同時減少單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力，從而完成使用者要降低單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力及轉(zhuǎn)速的目的；如使用者要再次降低單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力及轉(zhuǎn)速，可按下按鍵221-1以分離電容232與電容233，僅使用電容231提供的3μF的儲存容量，將單相感應(yīng)電動機100的運轉(zhuǎn)極數(shù)由6極變?yōu)?極，使單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力及轉(zhuǎn)速能夠再次降低，也是由于電容儲存容量的減少，可降低單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力；在單相感應(yīng)電動機100后續(xù)的運轉(zhuǎn)過程中，使用者均可按實際的負載狀況，通過按鍵221-1至按鍵221-3變換起動零件組合單元230所含電容231、232及233相互間的連接方式，調(diào)控單相感應(yīng)電動機100的輸出扭力大小及運轉(zhuǎn)速度的快慢，直至使用者觸壓按鍵221-0，與起動零件230所含的電容231、232及233徹底分離，才能結(jié)束對單相感應(yīng)電動機100運作模式的調(diào)控作業(yè)。
綜上所述，本實用新型的電動機控制裝置無須借由改變外加電壓的頻率及定子繞組的接線方式，僅需改變多個電容間的連接方式，就可在單相感應(yīng)電動機起動及運轉(zhuǎn)時調(diào)變出多種輸出扭力及轉(zhuǎn)速，因此，避免了外力輔助方式可能導(dǎo)致的功率損失，也就是因本實用新型是借由多個電容作為調(diào)控單相感應(yīng)電動機運轉(zhuǎn)模式的輔助零件，而電容本身是一種儲存電荷的零件，可在單相感應(yīng)電動機起動時，將其內(nèi)部儲存的電荷瞬間補充到單相感應(yīng)電動機內(nèi)部電路中，在單相感應(yīng)電動機內(nèi)部回路中提供大量的起動及運轉(zhuǎn)電流，可提高單相感應(yīng)電動機的輸出功率，因此應(yīng)用本實用新型的電動機控制裝置，在對4極110V、85W的單相感應(yīng)電動機運轉(zhuǎn)模式調(diào)控過程中，當(dāng)單相感應(yīng)電動機的運轉(zhuǎn)極數(shù)由4極改變?yōu)?極時，約可輸出65W的功率，常用技術(shù)僅可輸出約42.5W的功率，在運轉(zhuǎn)極數(shù)由6極改變?yōu)?極時，本實用新型的電動機控制裝置可令單相感應(yīng)電動機輸出約為60W的功率，但采用常用技術(shù)的單相感應(yīng)電動機僅可輸出約為21.25W的功率，就整體而言，應(yīng)用本實用新型的單相感應(yīng)電動機的運轉(zhuǎn)極數(shù)由4極改變?yōu)?極時仍可維持76％的輸出扭力，在6極改變?yōu)?極的過程中也可維持70％的輸出扭力，而采用常用技術(shù)的單相感應(yīng)電動機在上述兩種情況時，僅可分別維持50％及25％的扭力輸出。因此無論就經(jīng)濟效益及運作效率來說，本實用新型確實是一種可節(jié)省能源、降低消耗、提高單相感應(yīng)電動機運轉(zhuǎn)效率的電動機控制裝置。
權(quán)利要求1.一種電動機控制裝置，適用于可借由多個起動零件驅(qū)動運轉(zhuǎn)的電動機，在該電動機的起動及運轉(zhuǎn)的過程中，調(diào)控轉(zhuǎn)速及扭力輸出模式及減少電源消耗，其特征在于，該電動機控制裝置包括電源供應(yīng)模塊，可接受輸入的市電，為該電動機控制裝置所設(shè)各部單元、各功能模塊以及外接的電動機運作提供電力；運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元，令使用者根據(jù)需要的電動機輸出運轉(zhuǎn)模式，設(shè)定多個起動零件間的連接方式，該運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元還包括；接口選擇模塊，它是由具有多個金屬接點的按鍵構(gòu)成，并按電動機可實現(xiàn)的每一個運轉(zhuǎn)模式，以順序排列方式設(shè)置在運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元的機殼上，以及多個接觸端點模塊，所設(shè)置的數(shù)量及位置是相對于接口選擇模塊包含的多個按鍵的組成個數(shù)及位置，使每一個接觸端點模塊可配合與其對應(yīng)按鍵的操作狀態(tài)，產(chǎn)生相應(yīng)的電性信號；起動零件組合單元，它包含的每一個起動零件均具有儲能功能，并有一個與其相對應(yīng)的接觸端點模塊，兩者間并借由導(dǎo)電線路相互連接，使接觸端點模塊經(jīng)由按鍵接觸導(dǎo)通產(chǎn)生的電性信號，驅(qū)動相對應(yīng)的起動零件提供其所儲存的能量，并整合出相對應(yīng)的連接方式。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，該電動機是為一個4極單相電容起動電動機。
3.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，該起動零件是一容量為3μF的起動電容。
4.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，該電源供應(yīng)模塊是提供單相的交流電源，為該該電動機控制裝置所設(shè)各部功能模塊及其所外接的電動機提供電源。
5.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，該電動機輸出運轉(zhuǎn)模式是指極數(shù)的改變、轉(zhuǎn)速的改變及輸出扭力的改變所組成群組之一。
6.如權(quán)利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于，該極數(shù)改變的運轉(zhuǎn)模式是指電動機的極數(shù)可通過起動零件間的連接方式，分別變換為四極、六極、八極其中的一種模式進行運轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，該多個起動零件間的連接方式是指分離、分段及并聯(lián)其中之一。
8.如權(quán)利要求1所述的電動機起動零件控制裝置，其特征在于，該電性信號是由接口選擇模塊設(shè)置的多個按鍵分別所含接點碰觸其所相對應(yīng)的各端點模塊所產(chǎn)生。
專利摘要一種電動機控制裝置，適用于借由起動零件驅(qū)動運轉(zhuǎn)的單相感應(yīng)電動機，該電動機控制裝置包括電源供應(yīng)模塊、運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元以及起動零件組合單元，其中該運轉(zhuǎn)模式設(shè)定單元另裝設(shè)有多個接口選擇模塊及接觸端點模塊；令使用者可按需要的電動機運轉(zhuǎn)模式，改變起動零件組合單元內(nèi)部的連接方式，調(diào)控電動機在起動及運轉(zhuǎn)時的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及輸出扭力，在不改變電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及供應(yīng)電力的前提下增加電動機的起動電流及起動轉(zhuǎn)矩，并可獲得較常用技術(shù)更高的輸出功率，降低電源的消耗及提高單相感應(yīng)電動機的運轉(zhuǎn)效率。
文檔編號H02P1/16GK2631122SQ0324542
公開日2004年8月4日 申請日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者林耕嶺 申請人:順光股份有限公司