CN108087234B - 压缩机和制冷设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压缩机和制冷设备，其中，压缩机包括：壳体；永磁电机，设置在壳体内，永磁电机包括多相绕组；变频器，变频器与永磁电机相连接；星三角转换开关，设置在连接变频器与永磁电机的线路上，当永磁电机的转速小于等于临界转速时，星三角转换开关动作以使永磁电机的绕组呈星形连接，当永磁电机的转速大于临界转速时，星三角转换开关动作以使永磁电机的绕组呈三角形连接；其中，当永磁电机的转速大于临界转速且小于最大运行转速时，变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和的比值小于等于22.5A/mm2。本发明提供的压缩机，能够实现全频段性能优良的效果，提高设备的可靠性和功率密度。

Description

压缩机和制冷设备
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种压缩机和制冷设备。
背景技术
随着对家用电器能效要求的越来越高，压缩机全频段高能效成为近年来行业研究的重点。变频压缩机一般采用永磁电机驱动，永磁变频电机在低转速下的期望参数和在高转速下的期望参数具有矛盾性，因此传统的固定绕组连接固定参数的永磁电机全频段综合性能受限。
为解决上述问题，近年来，可切换绕组技术成为行业研究的热点课题。因此星形三角形绕组切换的永磁电机对应的绕组也需要区别压缩机行业中现有的产品进行设计。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本发明的第一方面的实施例提出了一种压缩机。
本发明的第二方面实施例，还提出了一种制冷设备。
有鉴于此，根据本发明的第一方面的实施例，本发明提出了一种压缩机，包括：壳体；永磁电机，设置在壳体内，永磁电机包括多相绕组；变频器，变频器与永磁电机相连接；星三角转换开关，设置在连接变频器与永磁电机的线路上，当永磁电机的转速小于等于临界转速时，星三角转换开关动作以使永磁电机的绕组呈星形连接，当永磁电机的转速大于临界转速时，星三角转换开关动作以使永磁电机的绕组呈三角形连接；其中，当永磁电机的转速大于临界转速且小于最大运行转速时，变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和的比值小于等于22.5A/mm2。
本发明提供的压缩机，通过设置星三角转换开关使得压缩机中的永磁电机能够在转速小于等于临界转速时以星形连接方式运行，并且在转速大于临界转速时以三角形连接方式运行，使得压缩机和永磁电机能够实现全频段性能优良的效果，并且提高设备的可靠性和功率密度，以便于设备的小型化设计。另外，在该结构中可实现更大的变频器输出的线电流的最大有效值与绕组的并联导体的截面积的总和的比值，即可以提升变频器输出的线电流的最大有效值或采用导体截面积更小的绕组。
另外，本发明提供的上述实施例中的压缩机还可以具有如下附加技术特征：
在上述技术方案中，优选地，绕组的并联导体的根数为一个或多个。
在该技术方案中，绕组包括一根或多根并联导体，以便于绕组的设置以及提升压缩机的功率。其中，若绕组只包括一根导体时可认为此绕组的并联导体的根数为一个。
在上述任一技术方案中，优选地，多个并联导体的截面积相等。
在该技术方案中，可优先选用截面积相等的并联导体，保证压缩机供电后各个并联导体的负载均匀，有利于延长压缩机与永磁电机的使用寿命。
在上述任一技术方案中，优选地，绕组的并联导体的横截面为圆形或多边形。
在该技术方案中，绕组中并联导体的横截面为圆形或多边形，横截面为圆形的导体便于缠绕与制造，适配性强；横截面为多边形(如矩形)的导体缠绕后不易松脱，可靠性强。
在上述任一技术方案中，优选地，永磁电机包括三相绕组。
在该技术方案中，永磁电机包括三相绕组，即永磁电机为三相电机，三相电机通用性好、工况稳定，适用于大多数的使用场合。
在上述任一技术方案中，优选地，当永磁电机的转速大于临界转速且小于最大运行转速时，变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和的比值大于等于8A/mm2。
在该技术方案中，当永磁电机处于高转速运行时，变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和的比值大于等于8A/mm2，以使永磁电机的功率密度与性能保持较高的水平。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：检测装置，检测装置与永磁电机相连接，用于检测永磁电机的转速；控制器，控制器与检测装置、变频器分别相连接，控制器用于根据永磁电机的转速控制变频器输出的线电流。
在该技术方案中，还包括检测装置和控制器，以便于根据永磁电机的转速切换星形和三角形连接方式以及控制变频器输出的线电流，使得永磁电机能够在全频段保持良好的运行性能。
在上述任一技术方案中，优选地，永磁电机还包括：定子，包括定子铁芯，绕组缠绕在定子铁芯上；转子，设置在定子的安装腔内。
在该技术方案中，绕组缠绕在定子铁芯上，转子设置在定子的安装腔内，压缩机通电后转子带动压缩部运动，进而实现对于冷媒介质的压缩。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：第一接线端子，设置在壳体上，第一接线端子包括多个第一接线柱；第二接线端子，设置在壳体上，第二接线端子包括多个第二接线柱；绕组包括多个并联的线圈，线圈包括第一接头和第二接头，绕组的多个第一接头与第一引出线相连接，绕组的多个第二接头与第二引出线相连接，第一引出线与第一接线柱相连接，第二引出线与第二接线柱相连接。
在该技术方案中，绕组包括多个并联的线圈，每个线圈包括第一接头和第二接头，同一绕组内的各个线圈的第一接头连接至第一引出线，第二接头连接至第二引出线，由此实现了将绕组中的线圈连接至接线柱。尤其可以实现将并联的线圈数为奇数的绕组连接至第一接线柱和第二接线柱，进而可以实现对于每相绕组中线圈为奇数的电机的绕组切换。或者，绕组也可以包括一个串联的线圈，再将串联的线圈与接线柱相连接。
其中，每个绕组中并联的线圈数可以为奇数，也可以为偶数。
本发明第二方面的实施例提供的制冷设备，包括：第一方面实施例的压缩机。
本发明提供的制冷设备，压缩机和永磁电机能够实现全频段性能优良的效果，并且提高设备的可靠性和功率密度，以便于设备的小型化设计，进而提升了制冷设备的可靠性和工作性能，便于减小制冷设备的体积。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明一种实施例的永磁电机的剖面结构示意图；
图2是本发明另一种实施例的永磁电机的剖面结构示意图；
图3是本发明一种实施例的永磁电机的连线示意图；
图4是本发明一种实施例的永磁电机的效率变化图
图5是本发明一种实施例的永磁电机的一个绕组连接结构图；
图6是本发明一种实施例的永磁电机的另一个绕组连接结构图；
图7是本发明另一种实施例的永磁电机的一个绕组连接结构图；
图8是本发明另一种实施例的永磁电机的另一个绕组连接结构图；
图9是本发明一种实施例的压缩机的连线示意图。
其中，图1至图9中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
12第一接线端子，122第一接线柱，14第二接线端子，142第二接线柱，2定子，22绕组，222第一接头，224第二接头，24第一引出线，26第二引出线，3转子，32永磁体，402曲轴，404主轴承，406气缸，408活塞，410副轴承，412排气管。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图9描述根据本发明一些实施例所述的压缩机和制冷设备。
如图1至图3所示，本发明提供了一种压缩机，包括：壳体；永磁电机，设置在壳体内，永磁电机包括多相绕组22；变频器，变频器与永磁电机相连接；星三角转换开关，设置在连接变频器与永磁电机的线路上，当永磁电机的转速小于等于临界转速时，星三角转换开关动作以使永磁电机的绕组呈星形连接，当永磁电机的转速大于临界转速时，星三角转换开关动作以使永磁电机的绕组呈三角形连接；其中，当永磁电机的转速大于临界转速且小于最大运行转速时，变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和的比值小于等于22.5A/mm2。
本发明提供的压缩机，通过设置星三角转换开关使得压缩机中的永磁电机能够在转速小于等于临界转速时以星形连接方式运行，并且在转速大于临界转速时以三角形连接方式运行，使得压缩机和永磁电机能够实现全频段性能优良的效果，并且提高设备的可靠性和功率密度，以便于设备的小型化设计。另外，在该结构中可实现更大的变频器输出的线电流的最大有效值与绕组的并联导体的截面积的总和的比值，即可以提升变频器输出的线电流的最大有效值或采用导体截面积更小的绕组。
其中，如图3所示，星三角转换开关包括多个子开关，设置在变频器与永磁电机(包括三相绕组)相连接的电路上，通过对于星三角转换开关的控制，可以实现切换电机中A相、B相C相的绕组的星形连接或三角形连接，实现永磁电机在高速时采用三角形连接方式，在低速时采用星形连接方式，保证永磁电机能够实现全频段性能优良的效果。
另外，如图4所示，其中左侧的虚线表示相关技术中压缩机电机的效率变化，右侧的实现表示本实施例中永磁电机的效率变化。在本实施例中的永磁电机，其变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和的比值小于等于22.5A/mm2，并且变频器输出的线电流的最大有效值与绕组的并联导体的截面积的总和与电机的效率呈正相关；而相关技术中的电机变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和只能达到13A/mm2，因此其负载电流受到了比较大的限制，无法实现在大电流、高负载工况下的良好工作状态。本发明的实施例中的永磁电机能够适应更大的电流和负载，有助于永磁电机在不同转速和不同负载的工况下均能够实现良好的工作状态。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，绕组22的并联导体的根数为多个。
在该实施例中，绕组22包括多根并联导体，以便于绕组22的设置以及提升压缩机的功率。或者，绕组的并联导体的根数为一个，若绕组只包括一根导体时可认为此绕组的并联导体的根数为一个。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，多个并联导体的截面积相等。
在该实施例中，可优先选用截面积相等的并联导体，保证压缩机供电后各个并联导体的负载均匀，有利于延长压缩机与永磁电机的使用寿命。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，绕组22的并联导体的横截面为圆形或多边形。
在该实施例中，绕组22中并联导体的横截面为圆形或多边形，横截面为圆形的导体便于缠绕与制造，适配性强；横截面为多边形(如矩形)的导体缠绕后不易松脱，可靠性强。其中，图1所示的结构中绕组22的并联导体的横截面为圆形，图2所示的结构中绕组22的并联导体的横截面为多边形(矩形)。
在本发明的一个实施例中，优选地，永磁电机包括三相绕组。
在该实施例中，永磁电机包括三相绕组，即永磁电机为三相电机，三相电机通用性好、工况稳定，适用于大多数的使用场合。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图4所示，当永磁电机的转速大于临界转速且小于最大运行转速时，变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组22的并联导体的截面积的总和的比值大于等于8A/mm2。
在该实施例中，当永磁电机处于高转速运行时，变频器输出的线电流的最大有效值与每相绕组的并联导体的截面积的总和的比值大于等于8A/mm2，以使永磁电机的功率密度与性能保持较高的水平。
在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：检测装置，检测装置与永磁电机相连接，用于检测永磁电机的转速；控制器，控制器与检测装置、变频器分别相连接，控制器用于根据永磁电机的转速控制变频器输出的线电流。
在该实施例中，还包括检测装置和控制器，以便于根据永磁电机的转速切换星形和三角形连接方式以及控制变频器输出的线电流，使得永磁电机能够在全频段保持良好的运行性能。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1和图2所示，永磁电机还包括：定子2，包括定子铁芯，绕组22缠绕在定子铁芯上；转子3，设置在定子2的安装腔内。
在该实施例中，绕组22缠绕在定子铁芯上，转子3设置在定子2的安装腔内，压缩机通电后转子3带动压缩机的压缩部运动，进而实现对于冷媒介质的压缩。
其中，定子铁芯上形成齿槽，绕组22设置在齿槽内，而转子3具有转子铁芯和永磁体32，永磁体32设在转子铁芯的永磁体槽内，在图1所示的结构中，永磁电机是9槽6极结构，绕组是集中式绕组，每个线圈设置在一个齿上，每相绕组具有3个线圈，3个线圈的第一接头222和第二接头224可分别与第一引出线24和第二引出线26相连接，再连接到第一接线柱122和第二接线柱142上。另外，假设3个线圈串联时，形成图5和图6所示的绕组22连接结构，此时可以理解为每相绕组22的并联根数是1，一般优选各个并联导体的横截面积S1＝S2＝S3＝S1′，永磁电机由变频器供电，在n0(临界转速)以上到压缩机最大运行转速之间的压缩机规定工况下，变频器输出的线电流的最大有效值为Imrms，设置Imrms/S1′≤22.5A/mm2。又如，假设3个线圈并联时，形成图7和图8所示的绕组连接结构，即每相绕组的并联根数是3，永磁电机由变频器供电，在n0以上到压缩机最大运行转速之间的压缩机规定工况下，变频器输出的线电流的最大有效值为Imrms，设置Imrms/(S1+S2+S3)≤22.5A/mm2，进一步地，若S1＝S2＝S3＝S1″，则满足Imrms/(nS1″)≤22.5A/mm2，其中，如图9所示，每相绕组的多个第一接头222和多个第二接头224可分别连接至多个第一引出线24和多个第二进出线，再将第一引出线24与第一接线柱122相连接，第二引出线26与第二接线柱142相连接。
另外，由图4也可知，本发明实施例的压缩机中Imrms/(S1+……+Sn)可靠性限值更高，更利于增大电流或减小导体面积，进而实现更大的功率范围。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图1、图2和图9所示，还包括：第一接线端子12，设置在壳体上，第一接线端子12包括多个第一接线柱122；第二接线端子14，设置在壳体上，第二接线端子14包括多个第二接线柱142；绕组22包括多个并联的线圈，线圈包括第一接头222和第二接头224，绕组22的多个第一接头222与第一引出线24相连接，绕组22的多个第二接头224与第二引出线26相连接，第一引出线24与第一接线柱122相连接，第二引出线26与第二接线柱142相连接。
在该实施例中，绕组22包括多个并联的线圈，每个线圈包括第一接头222和第二接头224，同一绕组内的各个线圈的第一接头222连接至第一引出线24，第二接头224连接至第二引出线26，由此实现了将绕组中的线圈连接至接线柱。尤其可以实现将并联的线圈数为奇数的绕组连接至第一接线柱122和第二接线柱142，进而可以实现对于每相绕组中线圈为奇数的电机的绕组切换。或者，绕组也可以包括一个串联的线圈，再将串联的线圈与接线柱相连接。
其中，每个绕组中并联的线圈数可以为奇数，也可以为偶数。
在本发明的一个实施例中，优选地，如图9所示，压缩机还包括压缩部，压缩部包括曲轴402、主轴承404、气缸406、活塞408和副轴承410，其中曲轴402与转子3相连接，进而在电机运行后带动活塞408运动完成对于冷媒的压缩。另外压缩机还包括排气管412，可用于排出气体。
本发明提供的压缩机，具有可靠性高、功率密度高、全频段性能优良的特点，且利于小型化，同时也利于减小导体面积，从而可有效改善永磁电机的绕组的制造性，便于绕组的生产制作。
本发明还提供了一种制冷设备，包括：第一方面实施例的压缩机。
本发明提供的制冷设备，压缩机和永磁电机能够实现全频段性能优良的效果，并且提高设备的可靠性和功率密度，以便于设备的小型化设计，进而提升了制冷设备的可靠性和工作性能，便于减小制冷设备的体积。
其中，制冷设备可以为空调器或冰箱等制冷设备。
在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压缩机，其特征在于，包括：
壳体；
永磁电机，设置在所述壳体内，所述永磁电机包括多相绕组；
变频器，所述变频器与所述永磁电机相连接；
星三角转换开关，设置在连接所述变频器与所述永磁电机的线路上，当所述永磁电机的转速小于等于临界转速时，所述星三角转换开关动作以使所述永磁电机的绕组呈星形连接，当所述永磁电机的转速大于所述临界转速时，所述星三角转换开关动作以使所述永磁电机的绕组呈三角形连接；
其中，当所述永磁电机的转速大于所述临界转速且小于最大运行转速时，所述变频器输出的线电流的最大有效值与每相所述绕组的并联导体的截面积的总和的比值小于等于22.5A/mm2；
检测装置，所述检测装置与所述永磁电机相连接，用于检测所述永磁电机的转速；
控制器，所述控制器与所述检测装置、所述变频器分别相连接，所述控制器用于根据所述永磁电机的转速控制所述变频器输出的线电流。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
所述绕组的并联导体的根数为一个或多个。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，
多个所述并联导体的截面积相等。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
所述绕组的并联导体的横截面为圆形或多边形。
5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，
所述永磁电机包括三相绕组。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的压缩机，其特征在于，
当所述永磁电机的转速大于所述临界转速且小于最大运行转速时，所述变频器输出的线电流的最大有效值与每相所述绕组的并联导体的截面积的总和的比值大于等于8A/mm2。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的压缩机，其特征在于，所述永磁电机还包括：
定子，包括定子铁芯，所述绕组缠绕在所述定子铁芯上；
转子，设置在所述定子的安装腔内。
8.根据权利要求7所述的压缩机，其特征在于，还包括：
第一接线端子，设置在所述壳体上，所述第一接线端子包括多个第一接线柱；
第二接线端子，设置在所述壳体上，所述第二接线端子包括多个第二接线柱；
所述绕组包括多个并联的线圈，所述线圈包括第一接头和第二接头，所述绕组的多个第一接头与第一引出线相连接，所述绕组的多个第二接头与第二引出线相连接，所述第一引出线与所述第一接线柱相连接，所述第二引出线与所述第二接线柱相连接。
9.一种制冷设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至8中任一项所述的压缩机。
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