一種高效節能冰箱壓縮機的製作方法

2023-05-10 09:42:46 1

專利名稱：一種高效節能冰箱壓縮機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬一種冰箱壓縮機。
傳統的冰箱製冷是採用定速壓縮機在全壓下啟動，起動電流很大，是額定工作電流的4～6倍，對家庭電網電路會產生很大衝擊，對家用電器有嚴重幹擾，而且噪音大，工作效率低，費電。為了提高冰箱的綜合性能，只有對壓縮機電機進行調速控制，運行節能模式，所以目前在冰箱上已有採用交流變頻壓縮機的，這種冰箱壓縮機工作效率有所提高，但存在功率因數較低的不足，因其功率因數只能達到0.6.～0.7，電網損耗較大，而且由於交流電機的轉速與極數是相互制約的，其最高轉速低於3000轉/分，所以影響了冰箱製冷速度和精度的提高。
本實用新型旨在提供一種能使冰箱實現快速製冷，工作效率高、省電、對電網無衝擊，無幹擾，噪音小並能提高電網品質的高效節能冰箱壓縮機。
實現上述目的的技術方案是(參見實施例圖)本實用新型包括絕緣材料為耐氟絕緣材料的電機(16)、活塞式壓縮泵(11)、活塞式壓縮泵與電機曲軸傳動連接，並與電機密封在同一殼體(17)內，其特徵在於所述的電機(16)為含有定子鐵芯(2)、三相定子繞組(1)、與電機曲軸(8)相對固定的轉子鐵芯(3)、裝在轉子鐵芯外的磁鋼(4)的永磁無刷直流電動機，所述磁鋼(4)外部設有不鏽鋼套環(9)，將磁鋼(4)與轉子鐵芯(3)固定於一體，轉子鐵芯兩端固定有平衡塊(6)、(10)，所述定子鐵芯上的三相定子繞組(1)與直流變頻電路相接。
在本實用新型密封式冰箱壓縮機裡，永磁無刷直流電機要直接工作在製冷劑(氟裡昂)的氣體和冷凍潤滑油的混合物中，所以電機的絕緣材料均採用具有耐氟性能的材料，通常的轉子磁鋼是用膠粘與轉子鐵芯固定於一體的，粘合膠易被製冷劑腐蝕，所以本實用新型採用用不鏽鋼套環將磁鋼與轉子鐵芯固定在一起的機械式固定結構；由於冰箱活塞式製冷壓縮機電動機負載是壓縮泵，其負載轉矩是周期性變化的，故本實用新型在永磁無刷直流電動機轉子鐵芯兩端固定有平衡塊，利用旋轉慣性實現使運動到終端的活塞作轉向運動的過渡，保證電機平穩運行。本實用新型所設的直流變頻電路可使定子鐵芯上的三相繞組在電機氣隙中產生旋轉磁埸，帶動轉子轉動，並可通過調整直流變頻電路的頻率來調整轉子的轉速。
本實用新型具有如下優點1、由於永磁無刷直流電機的轉速不受極數的制約，所以本實用新型可以根據需要將電機的額定轉速設計到3000轉/分以上，再通過直流變頻方便地進行無級調速，從而提高壓縮機的製冷速度，達到快速製冷的目的，本實用新型的製冷速率可達定速冰箱的3倍左右，可達交流變頻冰箱的1.5～2倍；2、本實用新型可使壓縮機高速運轉而快速產生大冷量，使冰箱在很短時間內達到設定製冷的溫度，然後再通過變頻調速以較低速度工作，產生少量維持的冷量，也就是可以以「快速製冷，可變製冷，低速維持」的狀態工作，使壓縮機提供的製冷量與冰箱負載大小相適應，並處於低速、低壓比情況條件下運轉，從而可避免壓縮機頻繁起動造成的電力浪費和減少停機壓力的損失，採用本實用新型的冰箱可比一般定速冰箱省電30～40％，同時由於本壓縮機可在絕大部分時間裡處於低速低負荷運行狀態，與壓縮機容量相比，可進一步提高冰箱熱交換器的容量比率，低壓比狀態的運轉還可大幅度提高壓縮機的機械效率、壓縮效率、容積效率，降低功耗，提高能源效率；3、本實用新型採用直流變頻電路驅動永磁無刷直流電機，可使電機在很低的電壓條件下起動，因而在電流很小的情況下獲得足夠的起動轉矩，實現軟起動，避免了對電網和家用電器的衝擊和幹擾，並可延長壓縮機和電機的壽命；4、本實用新型採用的電機定子有三相繞組，轉子磁極採用永久磁鋼勵磁，無須勵磁線圈，所以具有節能，不發熱的優點；5、交流變頻冰箱壓縮機效率低，功率因數只有0.6～0.7，特別是在輕負載低速時，功率因數更低，增加了電網的無功功率和損耗，由於本實用新型採用的永磁無刷直流電機效率高，從而可使系統整體的功率因數達到92％以上，減少了電網的無功功率和損耗，提高了電網品質；6、由於本實用新型可以「高速製冷，低速維持」的狀態運轉，避免了頻繁起動，從而可大幅降低噪音；7、溫控精度高，本實用新型的溫控精度可達正負0.2℃以內，最大限度地使食物保持溼度、新鮮度。


圖1、本實用新型實施例1高效節以冰箱壓縮機結構示意圖圖2、本實用新型實施例2壓縮機採用的永磁無刷直流電機結構示意圖圖3、圖2所示永磁無刷直流電機聚磁磁路示意圖圖4、本實用新型直流變頻電路方框原理圖圖5、本實用新型實施例2直流變頻電路圖圖6、本實用新型直流變頻調製方式與現有技術交流變頻調製方式比較圖圖7、本實用新型實施例2與定速冰箱壓縮機製冷速率比較圖圖中標號說明1-定子繞組 2-定子鐵芯 3-轉子鐵芯 4-磁鋼 5-轉子鐵芯6-平衡塊 7-隔磁板 8-曲軸 9-不鏽鋼套環10-平衡塊11-活塞式壓縮泵 12-活塞13-滑塊14-進氣管 15-排氣管16-電機 17-殼體18-切向磁鋼下面結合實施例對本實用新型作進一步說明。
實施例1(圖1)本例所採用的永磁直流無刷電機包括曲軸8、固定在曲軸上的轉子鐵芯5和3、裝在轉子鐵芯外的瓦形磁鋼4，定子鐵芯2，嵌在定子鐵芯槽裡的定子繞組1，所述瓦形磁鋼外包有將其與轉子鐵芯固定於一體的不鏽鋼套環9，瓦形磁鋼採用充磁方向為徑向取向的各向異性的鐵氧體永磁或釹鐵硼永磁體，所述定子繞組為三相繞組，定子三相繞組與直流變頻電路相連，所述轉子鐵芯3、5為矽鋼片疊層，其軸向兩端裝有半圓偏心平衡塊6、10，平衡塊與磁鋼之間設有可防止磁鋼4軸向磁短路的非磁性隔磁板7。
本例的轉子鐵芯是由兩段轉子鐵芯5、3組成，其中一段轉子鐵芯3內徑較大，與曲軸之間形成一段空隙，兩段轉子鐵芯外徑相同並軸向鉚合為一體固定在曲軸8上，這種部分中空的結構可適當減輕電機重量。
實施例2本例每一極的的轉子磁鋼是由一塊徑向磁鋼4和分別位於徑向磁鋼4軸向兩端的兩塊切向磁鋼18組成。徑向磁鋼為主磁極，切向磁鋼形成輔助磁極。
如前所述本實用新型在轉子鐵芯軸向兩端設有平衡塊6、10，可以利用旋轉慣性解決活塞往返運動的轉向過渡問題，儘管在其與磁鋼之間設有隔磁板7，但由於平衡塊與磁鋼端面間隙很小，不可避免地會短路部分磁鋼的磁路，增加了電機漏磁，降低了氣隙磁密，影響了電機的出力和快速響應。而本例上述轉子磁鋼的結構可形成一種「軸向聚磁」的效應，其切向磁鋼18形成主磁極(徑向磁鋼4)的輔助磁極，它可同時起到增加磁鋼面積和減少漏磁的作用，參見圖3，輔助磁極不但頂掉了磁極間的漏磁通，將漏磁通變成了主磁通，使主磁通φ1增加，同時輔助磁極自身還產生主磁通φ2，從而使徑向、切向以不同角度的主、輔極的磁通同時擠向氣隙，「衝」向定子鐵芯2，這種很強的「軸向聚磁」效應可以使氣隙磁密得以「濃縮」，大幅增加總磁通(φ1+φ2)，因而可在不提高成本的前提下提高電機的出力和快速響應以及壓縮機的性能價格比，實現工作可靠和小型輕量化，使直流變頻冰箱的綜合性能優勢得以充分發揮，本例的起動轉矩可達到額定轉矩的3-5倍，從而保證了壓縮機的快速起動和平穩運行。
圖4為本實用新型直流變頻的方框原理圖，220伏交流電壓經整流變直流後經大功率模塊組成的逆變器實現「換相」，把直流電壓轉換成三相交流電的脈衝電壓信號，控制三相定子繞組按一定順序工作，在電機氣隙中產生旋轉磁場。
本例所採用的直流變頻電路如圖5所示，其逆變器部分是由六個功率開關管組成的三相橋式電路，三相橋式輸出端分別接壓縮機電機定子的三相繞組。
交流變頻冰箱壓縮機逆變器輸出的電壓方式通常是採用圖6(a)所示的等寬脈寬調製PWM方式，本實用新型直流變頻冰箱壓縮機中逆變器的輸出方式最典型的就是圖6(b)所示的不等寬脈寬調製PWM方式，後者輸出電壓的能力高於前者，所以可以提高壓縮機的最高轉速，如圖7所示，本實用新型的初始快速製冷能力可達到傳統定速壓縮機(50HZ)的3倍左右。
權利要求1.一種高效節能冰箱壓縮機，包括電機(16)、活塞式壓縮泵(11)、活塞式壓縮泵與電機曲軸傳動連接，並與電機密封在同一殼體(17)內，其特徵在於所述的電機(16)為含有定子鐵芯(2)、三相定子繞組(1)、與電機曲軸(8)相對固定的轉子鐵芯(3)、裝在轉子鐵芯外的磁鋼(4)的永磁無刷直流電動機，所述磁鋼(4)外部設有不鏽鋼套環(9)，將磁鋼(4)與轉子鐵芯(3)固定於一體，轉子鐵芯兩端固定有平衡塊(6)、(10)，電機的絕緣材料為具有耐氟性能的材料，所述定子鐵芯上的三相定子繞組(1)與直流變頻電路相接。
2.根據權利求1所述的高效節能冰箱壓縮機，其特徵在於所述電機(16)的每一極轉子磁鋼是由一塊徑向磁鋼(4)和分別位於徑向磁鋼(4)軸向兩端的兩塊切向磁鋼(18)組成。
3.根據權利要求1或2所述的高效節能冰箱壓縮機，其特徵在於所述的平衡塊(6)、(10)與磁鋼(4)之間設有可防止磁鋼軸向磁短路的非磁性隔磁板(7)。
4.根據權利要求1或2所述的高效節能冰箱壓縮機，其特徵在於所述轉子鐵芯是由兩段轉子鐵芯(5)、(3)組成，其中一段轉子鐵芯(3)內徑較大，與曲軸之間形成一段空隙，兩段轉子鐵芯外徑相同並軸向鉚合為一體固定在曲軸(8)上。
5.根據權利要求3所述的高效節能冰箱壓縮機，其特徵在於所述轉子鐵芯是由兩段轉子鐵芯(5)、(3)組成，其中一段轉子鐵芯(3)內徑較大，與曲軸之間形成一段空隙，兩段轉子鐵芯外徑相同並軸向鉚合為一體固定在曲軸(8)上。
專利摘要一種高效節能冰箱壓縮機,包括密封在同一殼體內的活塞式壓縮泵和電機,其特徵在於:所述的電機為永磁無刷直流電動機,電機轉子磁鋼外面設有有將磁鋼與轉子鐵芯固定於一體的不鏽鋼套環,轉子鐵芯兩端固定有平衡塊,電機的絕緣材料為具有耐氟性能的材料,定子鐵芯上的三相定子繞組與直流變頻電路相接,本壓縮機具有製冷速度快,噪音小,高效節能,系統整體功率因數高,可提高電網品質等優點。
文檔編號F04B49/06GK2442000SQ00239368
公開日2001年8月8日 申請日期2000年9月7日 優先權日2000年9月7日
發明者林德芳 申請人:科西亞數碼電氣(深圳)有限公司