CN104868673A - 单相感应电动机、密闭型压缩机以及制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供能够提高效率的单相感应电动机、密闭型压缩机以及制冷循环装置。单相感应电动机具备：定子(12)，其通过热装或者压入的方式而固定于圆筒状的框架内；主绕组(26)以及辅助绕组(27)，它们设置于定子(12)；以及转子(11)，其设置于定子(12)的内周侧，在定子(12)的外周形成有圆弧状的圆弧部(22)与直线状的切口部(21)，在定子(12)的外周，弧部(22)配置于主绕组磁极(28)的方向上，在圆弧部(22)形成有避让部(22a)，避让部(22a)使得圆弧部(22)与框架的内周面之间的接触面积减小。

Description

单相感应电动机、密闭型压缩机以及制冷循环装置
技术领域
本发明涉及单相感应电动机、密闭型压缩机以及制冷循环装置。
背景技术
在专利文献1中记载有如下电动机，其设置有近似半圆形的切口，该切口相对于定子外径以1个插槽间距或者多个插槽间距配置。
在专利文献2中记载有如下单相电动机，其构成为在定子铁芯的外周部设置有宽度与定子齿的宽度大致相同的切口，而在供主绕组插入的插槽的外周侧不设置宽度与定子齿的宽度大致相同的切口。
专利文献1：日本特开2001－268824号公报
专利文献2：日本特许第4559872号公报
一般情况下，在单相感应电动机中，呈现出定子铁芯背部(statorcore back)的磁通密度升高的趋势。特别是在如专利文献1以及2那样在定子设置有切口的情况下，设置有切口的部分的铁芯背部的磁路缩短，因此，呈现出磁通密度进一步升高的趋势。由此，不仅铁芯背部的铁损增加，而且为了产生扭矩所需的、在主绕组以及辅助绕组流动的电流增加，从而铜损也增加，因此，存在电动机的效率变差这一问题。
发明内容
本发明是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的在于提供能够提高效率的单相感应电动机、密闭型压缩机以及制冷循环装置。
本发明所涉及的单相感应电动机的特征在于，具备：定子，其通过热装或者压入的方式而固定于圆筒状的框架内；主绕组以及辅助绕组，它们设置于上述定子；以及转子，其设置于上述定子的内周侧，在上述定子的外周形成有圆弧状的圆弧部与直线状的切口部，在上述定子的外周，上述圆弧部配置于上述主绕组的磁极方向上，在上述圆弧部形成有避让部，该避让部使得上述圆弧部与上述框架的内周面之间的接触面积减小。
优选地，上述主绕组配置于比上述辅助绕组靠内周侧的位置。
优选地，上述避让部形成于上述圆弧部的周向两端部。
另外，本发明所涉及的密闭型压缩机的特征在于，具备上述单相感应电动机。
另外，本发明所涉及的制冷循环装置的特征在于，使用上述密闭型压缩机。
根据本发明，能够使在定子的切口部附近产生的压缩应力缓和，能够降低切口部附近的磁通密度，因此，能够降低定子的铁损。因此，能够提高单相感应电动机的效率。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的密闭型压缩机的概要结构的纵剖视图。
图2是示出本发明的实施方式1所涉及的单相感应电动机的一部分结构的横剖视图。
图3是示出本发明的实施方式1所涉及的单相感应电动机中，以同心卷绕方式插入于定子的小插槽以及大插槽的主绕组以及辅助绕组的配置的图。
图4是示出本发明的实施方式1所涉及的单相感应电动机中，形成有避让部的圆弧部附近的结构的放大图。
图5是示出本发明的实施方式1所涉及的单相感应电动机中，密闭容器的主体部和定子之间的接触面积、与在定子的A部、B部、C部产生的压缩应力之间的关系的图表。
图6是示出本发明的实施方式1所涉及的单相感应电动机中，Tb/Ta＝1以及Tb/Ta＝1/2的各情况下的定子12的A部、B部、C部的铁损的图表。
图7是示出使用本发明的实施方式1所涉及的密闭型压缩机的制冷循环装置的概要结构的图。
附图标记的说明：
1...主体部；2...上部盘状容器；3...下部盘状容器；4...密闭容器；5...缸体；6...上轴承；7...下轴承；8...驱动轴；9...旋转活塞；10...密闭型压缩机；11...转子；12...定子；12a...定子铁芯；13...油分离板；14...气隙；15...吸入管；16...排出管；17...玻璃端子；18...绕组；19...导线；20...吸入消声器；21...切口部；22...圆弧部；22a...避让部；22b...接触区域；23...铁芯背部；24...小插槽；25...大插槽；26...主绕组；27...辅助绕组；28...主绕组磁极；29...辅助绕组磁极；30...电源；31...贯通孔；101...四通阀；102...室外热交换器；103...节流装置；104...室内热交换器；105...制冷剂配管；200...电动机单元；300...压缩单元。
具体实施方式
实施方式1.
对本发明的实施方式1所涉及的单相感应电动机、密闭型压缩机以及制冷循环装置进行说明。图1是示出本实施方式所涉及的密闭型压缩机10的概要结构的纵剖视图。在本实施方式中，作为密闭型压缩机10，举例示出旋转活塞型旋转式压缩机。此外，在包含图1在内的以下附图中，各构成部件的尺寸关系以及形状等有时与实际情况不同。
如图1所示，密闭型压缩机10具有：压缩单元300，其对从外部吸入的制冷剂进行压缩；电动机单元200(单相感应电动机)，其借助驱动轴8而与压缩单元300连结，并对压缩单元300进行驱动；以及密闭容器4，其对压缩单元300以及电动机单元200进行收纳。在密闭容器4内的底部存积有向压缩单元300的滑动部等供给的冷冻机油(润滑油)。
密闭容器4构成为具备：主体部1，其具有圆筒状的形状；上部盘状容器2，其安装于主体部1的上部；以及下部盘状容器3，其安装于主体部1的下部。主体部1的至少一部分成为对后述的定子12的外周面进行支承的圆筒状的框架。
压缩单元300构成为具备缸体5、上轴承6、下轴承7、驱动轴8、旋转活塞9以及叶片(未图示)等。在缸体5的内部形成有压缩室。在缸体5内的压缩室的轴向两端形成有开口部，上轴承6以及下轴承7将所述开口部封闭。另外，上轴承6以及下轴承7承受驱动轴8的偏心部所受到的压缩载荷。旋转活塞9与驱动轴8的偏心部的外周嵌合。在缸体5的内周面形成有叶片槽，叶片在所述叶片槽内进行往复运动，叶片的末端与旋转活塞9接触。由缸体5、旋转活塞9以及叶片形成压缩室。
电动机单元200具有：定子12，其固定于密闭容器4的主体部1；以及转子11，其在定子12内部旋转。转子11是通过对铝进行压铸而制成的笼形转子。驱动轴8固定于转子11的内周部。油分离板13安装于转子11的上部。由此，在密闭型压缩机10运转时，使得从气隙14通过的制冷剂气体与润滑油分离。
定子12的绕组18(后述的主绕组26以及辅助绕组27)经由导线19而与玻璃端子17连接。玻璃端子17通过焊接的方式而被固定于密闭容器4。从外部的电源向玻璃端子17供给电力。
密闭型压缩机10在密闭容器4的外部具备吸入消声器(muffler)20。设置吸入消声器20的目的在于，使得液态制冷剂不被直接吸入到接压缩单元300。吸入消声器20的吸入管15与压缩单元300的缸体5连接。由压缩单元300压缩后的高温/高压的气态制冷剂从电动机单元200通过，并从排出管16向外部排出。
以下，参照图2对上述密闭型压缩机10的电动机单元200(单相感应电动机)所使用的定子12进行说明。图2是示出电动机单元200的一部分(密闭容器4的主体部1以及定子12的定子铁芯12a)的结构的横剖视图。在轴向(在图2中为与纸面垂直的方向)上对由作为磁性体的电磁钢板形成的多个定子铁芯板进行层叠，由此构成定子铁芯12a。各定子铁芯板的板厚为0.1mm～1mm左右。定子铁芯12a整体具有近似圆形的外周形状。在定子铁芯12a的外周部，设置有在周向上以相等的间隔配置的6个切口部21。切口部21具有以直线状对定子铁芯12a的近似圆形的外周部进行切割而成的形状。若定子12插入于圆筒状的主体部1，则在切口部21与主体部1的内周面之间形成空洞(间隙)。另外，在定子铁芯12a的外周部，设置有沿着定子铁芯12a的整个圆形外周的6个圆弧部22。6个圆弧部22在定子铁芯12a的周向上以相等的间隔配置。各圆弧部22分别配置于在定子铁芯12a的周向上彼此相邻的切口部21之间。即，在定子铁芯12a的外周部，圆弧状的圆弧部22与直线状的切口部21交替地排列。在定子12插入于圆筒状的主体部1时，圆弧部22成为与主体部1的内周面接触或者接近的部分。圆弧部22大致具有沿着主体部1的内周面的圆弧形状。在后文中对圆弧部22的详细形状进行叙述。
定子铁芯12a具有近似圆环状的铁芯背部23。在定子铁芯12a(铁芯背部23)的内周部，作为插槽深度不同的多个插槽，形成有：多个小插槽24，其插槽深度较浅；以及大插槽25，其插槽深度比小插槽24的插槽深度深。在本例中，基本上将设置有切口部21或者后述的用于缓和应力的贯通孔31的位置处的插槽作为小插槽24。这是为了使铁芯背部23的磁路(宽度)尽量加长，使磁通密度的饱和得以缓和。另外，将除此之外的位置处的插槽作为大插槽25。后述的主绕组26以及辅助绕组27插入于小插槽24以及大插槽25。主绕组26主要插入于小插槽24，辅助绕组27主要插入于大插槽25。
定子12通过热装或者压入的方式而被固定于密闭容器4的主体部1。在进行热装时，预先在常温下将主体部1的内径设定为比定子12的外径小。并且，通过电磁感应加热等方式将主体部1加热到200℃左右，使主体部1的内径因热膨胀而扩大为比常温下的定子12的外径大，在将定子12插入到主体部1内以后再使主体部1恢复为常温。若主体部1恢复为常温，则主体部1与定子12被固定。与定子12的重量等相应地，在数十μm～数百μm的范围内适当地选择主体部1与定子12的嵌合余量(热装余量)。嵌合余量(热装余量)是指常温下的定子12的外径与主体部1的内径之差(定子12的外径＞主体部1的内径)。
在定子12插入于主体部1的状态下，从主体部1的内周面对圆弧部22施加压力，从而，压缩应力集中在铁芯背部23，特别是集中在小插槽24以及大插槽25的顶点部(各插槽的最靠外周侧的部分)附近的铁芯背部23。
图3是示出以同心卷绕方式被插入(卷绕)于定子12的小插槽24以及大插槽25的主绕组26以及辅助绕组27的配置的图。如图3所示，使电流在主绕组26流动，由此形成的主绕组磁极28的方向(虚线箭头)变为图中的朝上的方向。由于在主绕组26流动的电流是交流电流，因此，主绕组磁极28的矢量根据交流电流而变化。
使电流在辅助绕组27流动，由此形成的辅助绕组磁极29的方向(虚线箭头)相对于主绕组磁极28的方向，偏向绕逆时针旋转90°的磁极角度的方向。由于在辅助绕组27流动的电流也是交流电流，因此，辅助绕组磁极29的矢量也根据交流电流而变化。与在主绕组26流动的电流相比，在辅助绕组27流动的电流的相位超前，因此，由定子12的主绕组26以及辅助绕组27产生的旋转磁场的方向为逆时针方向。由此，图3中的实线箭头所示的转子11的旋转方向也为逆时针方向。
由于由定子12产生的磁场，铁芯背部23的磁通密度特别是在两极旋转磁场呈现出升高的趋势。若磁通密度变得过高(饱和)，则不仅铁芯背部23的铁损增加，而且为了产生扭矩所需的、在主绕组26以及辅助绕组27流动的电流增加，从而铜损也增加，因此，单相感应电动机的效率变差。
主绕组磁极28是产生主扭矩的磁场，其磁通密度比辅助绕组磁极29的磁通密度大。另一方面，在形成有切口部21的部分，铁芯背部23的磁路较短，因此磁通密度容易饱和。因此，在本实施方式中，在主绕组磁极28的方向及其相反方向(图3的上下方向)上不配置切口部21，在辅助绕组磁极29的方向及其相反方向(图3的左右方向)上则配置切口部21。由此，能够抑制形成有切口部21的部分处的磁通密度的增大，因此，能够抑制铁损的增加，从而能够提高单相感应电动机的效率。
另外，在本实施方式中，在将辅助绕组27插入于插槽之后再将主绕组26插入，由此构成绕组。因此，辅助绕组27配置于插槽的外周侧，主绕组26配置于插槽的内周侧(比辅助绕组27靠内周侧的位置)。配置于内周侧的主绕组26与配置于外周侧的辅助绕组27相比，能够缩短绕组的周长，从而能够降低电阻值。
由于主绕组26的电阻值降低，从而能够提高在施加相同电压时所能产生的最大扭矩(停动扭矩)。换言之，即使施加的电压在电源状况较差的环境下降低时，也能够产生可运转的扭矩，从而能够获得可靠性较高的单相感应电动机。
并且，至少在位于主绕组磁极28的方向(图3的上下方向)上的圆弧部22(在本例中为全部6个圆弧部22)形成有避让部22a，该避让部22a使得圆弧部22与主体部1的内周面的接触面积减小。图4是示出形成有避让部22a的圆弧部22附近的结构的放大图。如图4所示，避让部22a与切口部21相邻，并形成于圆弧部22的周向两端部。本例的避让部22a具有通过在周向上的规定长度的范围以恒定的深度将圆弧部22的表面(外周面)除去而成的形状。因此，避让部22a的表面(外周面)具有与圆弧部22同心、且半径比圆弧部22的半径小的圆弧形状。在定子12被固定于主体部1之后，避让部22a与主体部1的内周面分离。即，避让部22a隔着规定的间隙而与主体部1的内周面对置。圆弧部22中的避让部22a以外的部分成为与主体部1的内周面接触的接触区域22b。在本例中，接触区域22b配置于圆弧部22的周向中央部，若以避让部22a为基准，则该接触区域22b以凸状向外周侧突出。此外，在本例中，虽然避让部22a形成于圆弧部22的周向两端部，但是只要避让部22a形成于圆弧部22的一部分即可。在避让部22a夹设形成于接触区域22b之间的情况下，避让部22a的形状为凹状(槽状)。
这里，预先对各尺寸进行定义。图4中的Ta、Tb、Tc的定义如下。
Ta：圆弧部22的周向长度(周长)
Tb：接触区域22b的周向长度(周长)
Tc：避让部22a的深度，其起始自接触区域22b的圆弧沿周向延长的假想线
接触区域22b的长度Tb越短(避让部22a的长度越长)，则定子12与主体部1的接触面积越减小。由此，因来自主体部1的压力而在定子12产生的压缩应力集中在接触区域22b附近。因此，与接触区域22b分离的切口部21附近的铁芯背部23的压缩应力得以缓和，从而磁饱和得以缓和。
为了不使铁芯背部23的磁路变短，避让部22a的深度Tc越小越好。在本例中，将深度Tc设定为与定子铁芯板的板厚(例如为0.1mm～1mm)等同。
另外，在铁芯背部23，以与圆弧部22(在本例中为处于主绕组磁极28的方向以外的方向上的圆弧部22)接近的方式，分别形成有3个圆形的贯通孔31。3个贯通孔31沿着圆弧部22排列。3个贯通孔31中的中央的贯通孔31设置于接触区域22b的内周侧。两端的贯通孔31设置于避让部22a的内周侧。即，两端的贯通孔31设置于比接触区域22b靠周向外侧(切口部21侧)的位置。上述贯通孔31具有通过自身的变形使因来自主体部1的压力而产生的压缩应力缓和的功能。但是，若贯通孔31处于主绕组磁极28的方向上，则磁路的长度会变长，因此，铁损会增加，从而导致单相感应电动机的效率降低。因此，在处于主绕组磁极28的方向上的圆弧部22，不设置贯通孔31(参照图3)。
图5是示出密闭容器4的主体部1和定子12的接触面积、与在定子12的A部、B部、C部(参照图3)产生的压缩应力之间的关系的图表。图表的横轴表示接触面积。横轴的“基准”表示未设置避让部22a的情况(即，Tb/Ta＝1)，“2/3倍”、“1/2倍”、“1/3倍”、“1/6倍”表示Tb/Ta分别为2/3、1/2、1/3、1/6的情况。这里，定子铁芯板的板厚t设为0.25mm。图表的纵轴表示应力(MPa)。此外，如图3所示，定子12的A部是夹设在处于圆弧部22的内周侧的两个大插槽25之间的齿部，B部是圆弧部22的内周侧的铁芯背部23的径向中心部附近，C部是处于切口部21的内周侧的大插槽25的顶点部附近。
如图5所示，在A部(图5中的“A”)、B部(图5中的“B”)、C部(图5中的“C”)产生的压缩应力都是主体部1与定子12的接触面积越小则越减小。即，可以认为，接触区域22b的长度Tb越短(避让部22a的长度越长)，则越能够使在A部、B部、C部产生的压缩应力减小。但是，主体部1与定子12的接触面积越小，则热装时的脱离载荷越小。为了确保针对脱离载荷的可靠性，作为C部的压缩应力而确保60MPa以上的应力。可以认为，在将接触面积设为“1/2倍”(Tb/Ta＝1/2)的情况下，与将接触面积设为“基准”以及“2/3倍”的情况相比，压缩应力变小，并且在C部能够确保60Mpa以上的压缩应力，因此，这是最优选的方式。
此外，在定子12固定于主体部1之后，未必一定要使避让部22a与主体部1分离，避让部22a也可以与主体部1接触。即使在避让部22a与主体部1接触的情况下，在形成有避让部22a的部分，与比该避让部22a更向外周侧突出的接触区域22b相比，相对于主体部1的嵌合余量也变小，因此，来自主体部1的压力减小。因此，即使避让部22a与主体部1接触，也能够获得与上述效果相同的效果。
图6是示出Tb/Ta＝1以及Tb/Ta＝1/2的各情况下的定子12的A部、B部、C部的铁损的图表。图6的纵轴表示铁损(W/m3)。如图6所示，可以认为，Tb/Ta＝1/2的情况与Tb/Ta＝1的情况相比，定子铁芯12a的铁损整体上降低，在A部(图6中的“A”)、B部(图6中的“B”)、C部(图6中的“C”)的各部位，铁损也减少。因此，可以认为，通过在圆弧部22设置避让部22a，能够凭借铁损的降低来提高单相感应电动机的效率。
图7是示出使用本实施方式所涉及的密闭型压缩机10的制冷循环装置的概要结构的图。制冷循环装置例如用于空调机等。如图7所示，密闭型压缩机10与电源30连接。利用从电源30供给的电力对密闭型压缩机10进行驱动。制冷循环装置具备如下部件等：密闭型压缩机10；四通阀101，其对制冷剂的流动方向进行切换；室外热交换器102；节流装置103(减压装置)；以及室内热交换器104。经由制冷剂配管105而将上述部件连接。
在空调机进行制冷运转的情况下，如图7的箭头所示，制冷剂按照密闭型压缩机10、室外热交换器102、节流装置103、室内热交换器104的顺序在这些部件中流动。此时，室外热交换器102作为冷凝器而发挥功能，室内热交换器104作为蒸发器而发挥功能。另一方面，在空调机进行制热运转的情况下，利用四通阀101来切换制冷剂的流动方向，从而，制冷剂按照密闭型压缩机10、室内热交换器104、节流装置103、室外热交换器102的顺序在这些部件中流动。此时，室外热交换器102作为蒸发器而发挥功能，室内热交换器104作为冷凝器而发挥功能。
作为制冷剂，使用以R134a、R410a、R407c等为代表的HFC系制冷剂、或者以R744(CO2)、R717(氨)、R600a(异丁烷)、R290(丙烷)等为代表的自然制冷剂等。作为冷冻机油，使用以烷基苯系油为代表的弱相溶性的油、或者以酯类油为代表的相溶性的油等。
如以上说明那样，本实施方式所涉及的单相感应电动机具备：定子12，其通过热装或者压入的方式而固定于圆筒状的框架(在本例中为主体部1)内；主绕组26以及辅助绕组27，它们设置于定子12；以及转子11，其设置于定子12的内周侧，在定子12的外周形成有圆弧状的圆弧部22与直线状的切口部21，在定子12的外周，在主绕组磁极28的方向上配置有圆弧部22，在圆弧部22形成有避让部22a，该避让部22a使得圆弧部22与框架的内周面的接触面积减小。
根据该结构，能够使在定子12的切口部21附近产生的压缩应力缓和，能够降低切口部21附近的磁通密度，因此，能够降低定子12的铁损。另外，由于铁损的降低，能够使在绕组(主绕组26以及辅助绕组27)流动的电流减小，因此，能够降低定子12的铜损。因此，能够提高单相感应电动机的效率。
其他实施方式.
本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。
例如，在上述实施方式中，作为密闭型压缩机10而举出旋转式压缩机的例子，但是本发明也能够应用于涡旋式压缩机等其他密闭型压缩机。
另外，能够将上述各实施方式、变形例相互组合来实施。

Claims (5)

1.一种单相感应电动机，其特征在于，具备：
定子，其通过热装或者压入的方式而固定于圆筒状的框架内；
主绕组以及辅助绕组，它们设置于所述定子；以及
转子，其设置于所述定子的内周侧，
在所述定子的外周形成有圆弧状的圆弧部与直线状的切口部，
在所述定子的外周，所述圆弧部配置于所述主绕组的磁极方向上，
在所述圆弧部形成有避让部，该避让部使得所述圆弧部与所述框架的内周面之间的接触面积减小。
2.根据权利要求1所述的单相感应电动机，其特征在于，
所述主绕组配置于比所述辅助绕组靠内周侧的位置。
3.根据权利要求1或2所述的单相感应电动机，其特征在于，
所述避让部形成于所述圆弧部的周向两端部。
4.一种密闭型压缩机，其特征在于
具备权利要求1～3中任一项所述的单相感应电动机。
5.一种制冷循环装置，其特征在于，
使用权利要求4所述的密闭型压缩机。
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