CN108631500A - 压缩机及其转子组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单气缸稀土类磁石压缩机及其转子组件，所述转子组件包括转子和配重件，所述配重件设置于所述转子上，所述配重件与所述转子的质量之比大于等于7/20且小于等于3/4。该转子组件有利于提升压缩机的转动惯量，使其可适应于无电解电容驱动器的驱动，能够避免造成压缩机转速的大幅度波动和停机。

Description

压缩机及其转子组件

技术领域

本发明涉及一种压缩机及其转子组件。

背景技术

目前在空调领域，压缩机的驱动控制大多都采用有电解电容的电路控制方案。对于有电解电容的电路控制方案，其驱动器母线电压稳定在(V_in为驱动器输入电压有效值，k为PFC升压比)，能够恒定的输出足够的驱动力矩，从而能够保证压缩机运行在平稳的转速，然而，有电解电容的控制方案成本较高。因而，在空调降成本浪潮下，无电解电容电路凭着无大电解电容、无PFC(功率因素校正)以及电控板尺寸小，获得了空调厂家的青睐。对于无电解电容电路的驱动控制方案，可如图7所示。图示的驱动器母线电压V_dc波动剧烈，波动范围为0/几十该母线电压V_dc的波形可如图8的曲线A所示，在图8中，母线电压V_dc按驱动器输入电压频率的2倍周期性波动，另外，驱动器的输出扭力按转速进行周期性波动，其实际输出扭力的曲线可如图8中的曲线B所示，而理想输出扭力的曲线应如曲线C所示。当母线电压V_dc为零到几十伏的低电压时，如图8中的D处和E处所示，其不能够输出足够的力矩。对于目前的小排量单气缸的稀土类磁石压缩机而言，由于转子上的配重件的质量占转子的质量的比重在7/20以下，从而压缩机内部转动部件的转动惯量较小，若驱动器无法输出足够的力矩，则会导致压缩机转速出现大幅度波动，甚至于停机，由此不能满足空调的使用要求。

以1.5HP单相输入220V的驱动器为例，若直接应用无电解电容方案的驱动器，其压缩机转速波动大，而且容易停机，不能够满足空调的使用要求，并进而还带来以下问题：

1、空调运行额定制冷、额定制热、低温制热工况时，压缩机容易达到高排气压力2.5MPa以上，低吸入压力0.6MPa以上，压缩机运行转速低于70rps。这种情形下，驱动器母线电压会波动到0V或者几十V，母线电压低的区域弱磁程度严重，不能输出足够大的力矩，同时压缩机转动惯量小，转速不能稳定运行在70rps以上。

2、空调运行高温制冷、暖房过负荷工况时，压缩机容易达到高排气压力3.7MPa以上，低吸入压力1.4MPa以上的工况，压缩机不能启动或者压缩机启动后停机。这种情形下，压缩机负荷较大，驱动器母线电压会波动0V或者几十V，此时驱动器不能输出足够力矩，同时压缩机转动惯量小，转速波动更容易至0rps，从而出现压缩机不启动或者启动后停机。

3、转速波动大，压缩机噪音、振动大，驱动器及压缩机总能效低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种压缩机的转子组件，该转子组件有利于提升压缩机的转动惯量，使其可适应于无电解电容驱动器的驱动，能够避免造成压缩机转速的大幅度波动和停机。

基于此，本发明提出了一种压缩机的转子组件，包括转子和配重件，所述配重件设置于所述转子上，所述配重件与所述转子的质量之比大于等于7/20且小于等于3/4。

可选的，所述配重件包括上平衡块、下平衡块、上端板和下端板，所述上端板和所述下端板分别设置于所述转子的两端，所述上平衡块设置于所述上端板，所述下平衡块设置于所述下端板。

可选的，所述上平衡块和所述下平衡块的每一个均包括外柱面和内柱面，所述外柱面和所述内柱面均为圆柱面，且所述内柱面与所述外柱面的突出方向相同。

可选的，所述上平衡块的外柱面的圆心、所述上平衡块的内柱面的圆心与所述上端板的圆心同心，且所述上平衡块的外柱面与所述上端板的外周面相平齐；所述下平衡块的外柱面的圆心、所述下平衡块的内柱面的圆心与所述下端板的圆心同心，所述下平衡块的外柱面与所述下端板的外周面相平齐；所述上平衡块的外柱面的突出方向与所述下平衡块的外柱面的突出方向相反。

可选的，所述外柱面的圆心角为90度-180度；所述内柱面的圆心角为90度-180度。

可选的，所述上平衡块的外柱面的半径小于或等于所述上端板的半径；所述下平衡块的外柱面的半径小于或等于所述下端板的半径。

可选的，所述上端板的外周面与所述转子的外周面相平齐，所述下端板的外周面也与所述转子的外周面相平齐。

可选的，所述转子内设有轴孔，所述上端板和所述下端板均为圆柱体，且所述上端板设有与所述轴孔同轴的第一连接孔，所述下端板设有与所述轴孔同轴的第二连接孔。

可选的，所述上平衡块与所述上端板一体成型或固定连接；所述下平衡块与所述下端板一体成型或固定连接。

本发明还提供一种压缩机，包括曲轴、活塞以及上述的转子组件，所述转子组件与所述曲轴相连接，所述活塞套接于所述曲轴，所述曲轴、所述活塞和所述转子组件的转动惯量之和满足以下公式：

n*(V_cc/10.2)*2.95≤J≤n*(V_cc/10.2)*(I_lim*K_t/3.3)

其中，J表示曲轴、活塞和转子组件的转动惯量之和，V_cc表示压缩机排量，n表示冷媒计算系数，K_t表示马达扭矩常数，I_lim表示压缩机限制电流峰值和压缩机驱动器限制电流峰值两者之间的最小值。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明的转子组件包括转子和配重件，所述配重件设置于所述转子上，所述配重件与所述转子的质量之比大于等于7/20且小于等于3/4；由此，能够使配重件的质量得到提高，从而可提升压缩机的转动惯量，进而使压缩机内部的转动部件，包括该转子组件，能够在驱动器母线电压高的区域储存能量，在驱动器母线电压低的区域释放能量，因而能够避免造成压缩机的转速波动较大，以降低压缩机的振动和噪音，而且还能够避免造成压缩机停机，有利于提升压缩机的能效。

本发明的压缩机包括上述转子组件，因而，该压缩机能够适应无电解电容驱动器的驱动，从而在使用该无电解电容驱动器来驱动该压缩机时，能够避免压缩机停机，并能够避免压缩机的转速波动较大。

附图说明

图1是本发明实施所述的压缩机的总体结构示意图。

图2是本发明实施例所述的转子组件的分解结构示意图。

图3是本发明实施例所述的转子组件的另一分解结构示意图。

图4是本发明实施例所述的转子组件的剖视图。

图5是本发明实施例所述的上平衡块或下平衡块的立体结构示意图。

图6是图5所示的上平衡块或下平衡块的俯视图。

图7是本发明实施例所述的无电解电容驱动器的电路结构图。

图8是图7所示无电解电容驱动器的母线电压和扭力输出曲线图。

附图标记说明：

100、压缩机，1、壳体，11、主壳体，12、上壳体，13、下壳体，2、电机，21、转子组件，211a、上平衡块，211b、下平衡块，212、外柱面，213、内柱面，215a、上端板，2150a、第一连接孔，215b、下端板，2150b、第二连接孔，216、转子，217、轴孔，22、定子组件，31气缸，32、活塞，4、曲轴，41、偏心部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1至图6，本实施例提供了一种压缩机100，该压缩机100包括转子组件21和曲轴4，转子组件21与曲轴4相连接，该转子组件21包括配重件和转子216，配重件设置于转子216上，且配重件与转子216的质量之比大于等于7/20且小于等于3/4。

基于以上方案，则一方面由于配重件的质量占转子216的质量的比重大于等于7/20，从而比传统小排量单气缸压缩机的该质量比重要大，即说明增加了配重件的质量，由此可提升转子组件21的转动惯量，进而可使压缩机100整体的转动惯量得到提升，从而在使用无电解电容驱动器来驱动压缩机100运行时，可使压缩机100内部的转动部件，包括该转子组件21，能够在驱动器母线电压高的区域储存能量，在驱动器母线电压低的区域释放能量，因而能够避免造成压缩机100的转速波动较大，并能够避免造成压缩机100停机，有利于降低压缩机100的振动及噪音，并有利于提升压缩机100的能效；而另一方面，通过将配重件与转子216的质量之比设置为小于等于3/4，则配重件的质量不会过大，从而不会因为转动惯量过大而导致无法成功驱动压缩机内部的转动部件。因此，本实施例的压缩机100能够适应于无电解电容驱动器的驱动，有利于降低成本。需要说明的是，本实施例的压缩机为小排量单气缸的稀土类磁石压缩机。

其中，本实施例的配重件包括上平衡块211a、下平衡块211b、上端板215a以及下端板215b，上端板215a和下端板215b分别设置于转子216的两端，上平衡块211a设置于上端板215a，下平衡块211b设置于下端板215b，则若将上平衡块211a、下平衡块211b、上端板215a和下端板215b的质量之和记为m₁，而将转子216的质量记为m₂，通过满足公式7/20≤m₁/m₂≤3/4的要求，能够使上平衡块211a、下平衡块211b、上端板215a和下端板215b的总体质量在原有质量的基础上获得提升，进而能使转子组件的转动惯量获得提升。需要说明的是，为满足公式7/20≤m₁/m₂≤3/4的要求，可通过分别增加上平衡块211a、下平衡块211b、上端板215a和下端板215b的厚度来使它们的总体质量m₁获得提升；然而，为节约占用空间，并保持原有的平衡率，也可分别增加上端板215a和下端板215b的厚度，并分别减小上平衡块211a和下平衡块211b的厚度，来实现总体质量m₁的增加，进而提升转子组件21的转动惯量。实例显示，对于小排量单缸压缩机而言，通过上述方式，当压缩机100在高排气压力2.5MPa以上，低吸入压力0.7MPa以上的工况时，压缩机100转速可以运行90rps以上；而当压缩机100在高排气压力3.7MPa以上，低吸入压力1.4MPa以上的工况时，压缩机100可正常启动且能够运行至40rps；此外，压缩机100的APF(全年能源消耗率)总能效提高5％以上；噪音和振动明显改善。

参见图2至图6，在本实施例中，上平衡块211a和下平衡块211b的每一个均包括外柱面212和内柱面213，外柱面212和所述内柱面213均为圆柱面，且内柱面213与外柱面212的突出方向相同，因而，上平衡块211a和下平衡块211b均为柱状结构，这有利于提升上平衡块211a和下平衡块211b的质量，进而能够提高转子组件21的转动惯量，以降低转速波动。而且，在本实施例中，上平衡块211a的外柱面212的圆心、上平衡块211a的内柱面213的圆心与上端板215a的圆心同心，且上平衡块211a的外柱面212与上端板215a的外周面相平齐；下平衡块211b的外柱面212的圆心、下平衡块211b的内柱面213的圆心与下端板215b的圆心同心，下平衡块211b的外柱面212与下端板215b的外周面相平齐，上平衡块211a的外柱面212的突出方向与下平衡块211b的外柱面212的突出方向相反；由此有利于提升转动的平衡率。此外，外柱面212的圆心角范围可为90度-180度，内柱面213的圆心角范围可为90度-180度，具体的，在本实施例中，外柱面212的圆心角为180度，内柱面213的圆心角也为180度；上平衡块211a的外柱面212的半径小于或等于上端板215a的半径，而下平衡块211b的外柱面212的半径小于或等于下端板215b的半径。上端板215a的外周面与转子216的外周面相平齐，下端板215b的外周面也与转子216的外周面相平齐；上平衡块211a与上端板215a可以是一体成型，下平衡块211b与下端板215b也可一体成型，具体可参见图3，因而，其结构简单，方便制造；当然，上平衡块211a与上端板215a可以是分体的，它们之间也可通过螺栓连接或焊接等来实现固定连接，同样的，下平衡块211b与下端板215b也可以是分体的，它们之间也可通过螺栓连接或焊接等来实现固定连接，具体可参见图2和图4。另外，在本实施例中，下平衡块211b和下端板215b的总质量大于上平衡块211a和上端板215a的总质量，下平衡块211b的质量大于上平衡块211a的质量，以更好的确保压缩机转动的稳定。

上述压缩机100可为卧式压缩机或立式压缩机，参见图1，在本实施例中，压缩机100为立式压缩机。该压缩机100包括有壳体1，壳体1包括上壳体12、主壳体11和下壳体13，上壳体12、主壳体11和下壳体13自上而下依次连接并形成安装腔，气缸31、曲轴4和电机2等各部件均安装在该安装腔中；其中，电机2包括定子组件22和上述的转子组件21，气缸31内设置有活塞32，且活塞32套设于曲轴4的偏心部41。再参见图2至图6，转子组件21的转子216内部设有轴孔217，上述上端板215a和下端板215b均为圆柱体，且上端板215a设有与轴孔217同轴的第一连接孔2150a，下端板215b设有与轴孔217同轴的第二连接孔2150b，由此，曲轴4可贯穿上述轴孔217、第一连接孔2150a和第二连接孔2150b，实现曲轴4与转子组件21之间的连接。进一步的，曲轴4、活塞32和转子组件21的转动惯量之和J满足以下公式：

n*(V_cc/10.2)*2.95≤J≤n*(V_cc/10.2)*(I_lim*K_t/3.3)

其中，J表示曲轴、活塞和转子组件的转动惯量之和[单位：10^-4*N*m*s2]，V_cc表示压缩机排量[单位：cm3]，n表示冷媒计算系数，K_t表示马达扭矩常数[单位：N*m/A]，I_lim表示压缩机限制电流峰值和压缩机驱动器限制电流峰值两者之间的最小值[单位：A]。需要说明的是，上述压缩机限制电流具体指转子216磁铁退磁电流、压缩机中上壳体玻璃端子与定子引线的结合部以及压缩机中其他部品或结合部所能承受的电流峰值的最小值，尤其考虑压缩机在系统中最严酷条件下，转子216磁石温度对应的退磁电流峰值等。驱动器限制电流具体指驱动器的滤波回路、整流回路、逆变回路的功率器件以及驱动器其他功率器件所能承受的电流峰值的最小值，尤其需要考虑逆变回路逆变桥臂上的开关件。而冷媒计算系数n与冷媒种类相关，对于不同的冷媒，对应有不同的冷媒计算系数，具体可如下表所示：

冷媒种类	冷媒计算系数n
		R410A	1.00
R134a	0.43
		R22	0.63
R407C	0.73
		R32	1.03
R290	0.53

由于若曲轴、活塞和转子组件的转动惯量之和J≤n*(V_cc/10.2)*2.95，会导致压缩机内的转动部件转动惯量过小而出现转速波动大及压缩机停机的现象，而若曲轴、活塞和转子组件的转动惯量之和J≥n*(V_cc/10.2)*(I_lim*K_t/3.3)，会导致因其转动惯量过大而出现电机2无法成功驱动压缩机内的转动部件的情形，因而，通过建立起上述的关系式，能够确保曲轴、活塞和转子组件的转动惯量之和J在一定的范围之内，不致于因转动惯量过小而出现转速波动较大及压缩机停机的情形，而且也不致于因转动惯量过大而导致电机2无法成功驱动压缩机内的转动部件。而为满足上述转动惯量的公式的要求，可通过适当调节上述上平衡块211a、下平衡块211b、上端板215a以及下端板215b的质量来实现，在本实施例中，通过使上述质量m₁满足7/20≤m₁/m₂≤3/4的要求，并进而使曲轴、活塞和转子组件的转动惯量之和J满足上述转动惯量公式的要求，能够使本实施例的压缩机内部的转动部件具有适合的转动惯量，进而可适应于无电解电容驱动器的驱动。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种压缩机的转子组件，其特征在于，包括转子和配重件，所述配重件设置于所述转子上，所述配重件与所述转子的质量之比大于等于7/20且小于等于3/4。

2.根据权利要求1的压缩机的转子组件，其特征在于，所述配重件包括上平衡块、下平衡块、上端板和下端板，所述上端板和所述下端板分别设置于所述转子的两端，所述上平衡块设置于所述上端板，所述下平衡块设置于所述下端板。

3.根据权利要求2所述的压缩机的转子组件，其特征在于，所述上平衡块和所述下平衡块的每一个均包括外柱面和内柱面，所述外柱面和所述内柱面均为圆柱面，且所述内柱面与所述外柱面的突出方向相同。

4.根据权利要求3所述的压缩机的转子组件，其特征在于，所述上平衡块的外柱面的圆心、所述上平衡块的内柱面的圆心与所述上端板的圆心同心，且所述上平衡块的外柱面与所述上端板的外周面相平齐；所述下平衡块的外柱面的圆心、所述下平衡块的内柱面的圆心与所述下端板的圆心同心，所述下平衡块的外柱面与所述下端板的外周面相平齐；所述上平衡块的外柱面的突出方向与所述下平衡块的外柱面的突出方向相反。

5.根据权利要求3所述的压缩机的转子组件，其特征在于，所述外柱面的圆心角为90度-180度；所述内柱面的圆心角为90度-180度。

6.根据权利要求3所述的压缩机的转子组件，其特征在于，所述上平衡块的外柱面的半径小于或等于所述上端板的半径；所述下平衡块的外柱面的半径小于或等于所述下端板的半径。

7.根据权利要求2所述的压缩机的转子组件，其特征在于，所述上端板的外周面与所述转子的外周面相平齐，所述下端板的外周面也与所述转子的外周面相平齐。

8.根据权利要求2所述的压缩机的转子组件，其特征在于，所述转子内设有轴孔，所述上端板和所述下端板均为圆柱体，且所述上端板设有与所述轴孔同轴的第一连接孔，所述下端板设有与所述轴孔同轴的第二连接孔。

9.根据权利要求2所述的压缩机的转子组件，其特征在于，所述上平衡块与所述上端板一体成型或固定连接；所述下平衡块与所述下端板一体成型或固定连接。

10.一种压缩机，其特征在于，包括曲轴、活塞以及如权利要求1至9任一项所述的转子组件，所述转子组件与所述曲轴相连接，所述活塞套接于所述曲轴，所述曲轴、所述活塞和所述转子组件的转动惯量之和满足以下公式：

n*(V_cc/10.2)*2.95≤J≤n*(V_cc/10.2)*(I_lim*K_t/3.3)

其中，J表示曲轴、活塞和转子组件的转动惯量之和，V_cc表示压缩机排量，n表示冷媒计算系数，K_t表示马达扭矩常数，I_lim表示压缩机限制电流峰值和压缩机驱动器限制电流峰值两者之间的最小值。