CN214314778U - 往复式活塞压缩机、冰箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种往复式活塞压缩机、冰箱，其中的往复式活塞压缩机，包括活塞以及用于驱动所述活塞往复运动的电机驱动组件，所述活塞处于压缩腔内，所述电机驱动组件包括电机定子，所述电机定子的外圆直径为D1，所述压缩腔的内腔直径为D3，所述活塞在所述压缩腔内的行程为L，

根据本实用新型，使所述压缩机能够在能效不降低的前提下，能够最大限度地降低压缩机的制造成本及整机体积，增强产品的市场竞争力。

Description

往复式活塞压缩机、冰箱

技术领域

本实用新型属于压缩机制造技术领域，具体涉及一种往复式活塞压缩机、冰箱。

背景技术

根据对最近几年以来冰箱用往复式活塞压缩机市场趋势发展和变化的调研，冰箱用制冷压缩机正在向越来越小型化的方向发展。随着压缩机的小型化，伴随而来的是压缩机内部各机构零部件的体积越来越小以及相配套的压缩机电机的尺寸和体积也越来越小。然而由于压缩机的运行工况及各项品质要求并没有降低，因此随着电机体积的减小，必然也带来了诸多的问题和挑战。

市场调研结果显示用户在选择产品时，一般默认在能效水平不降低的前提下，更愿意选择价格较低的产品，因此更高的性价比或者更低价格的产品就具有更高的市场竞争力。虽然，随着压缩机体积及电机体积的减小，压缩机产品具有了价格方面的竞争力，但是整体的性能会面临更严峻的挑战。永磁同步电机在设计过程中很难同时兼顾到更低的成本和更高的性能，一般在做到更低的成本时，其电机效率就会有不同程度的降低，如何兼顾到制冷压缩机用电机成本与能效成为了压缩机电机设计中的一个难点。永磁同步电机的设计，不仅受到电机本身结构参数的影响，比如定子外形尺寸、定子齿宽、定子轭宽、定子内径、定转子间隙、磁钢厚度及高度等。而在压缩机这种应用工况下，也与压缩机中负载特性以及载荷大小、压缩腔直径大小、压缩腔活塞行程大小、曲轴长轴轴径等其他结构参数也能建立起来联系，并对电机结构设计起到重要的指导作用。

具体而言，冰箱用活塞压缩机在特定压缩腔结构尺寸及曲轴轴径尺寸的条件下，为了降低制冷压缩机及永磁同步电机的体积及成本，导致永磁同步电机外形尺寸以及轴孔尺寸设计不合理，进而引起的压缩机性能大幅度下降。

实用新型内容

因此，本实用新型提供一种往复式活塞压缩机、冰箱，以克服现有技术中电机外形尺寸以及轴孔尺寸设计不合理，进而引起的压缩机性能大幅度下降的不足。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种往复式活塞压缩机，包括活塞以及用于驱动所述活塞往复运动的电机驱动组件，所述活塞处于压缩腔内，所述电机驱动组件包括电机定子，所述电机定子的外圆直径为D1，所述压缩腔的内腔直径为D3，所述活塞在所述压缩腔内的行程为L，

优选地，所述电机驱动组件还包括电机转子，所述电机定子套装于所述电机转子的外周，所述电机定子中的定子铁芯的叠高为H1，所述电机转子中的磁钢的轴向高度为H2，H2/H1＞1.6。

优选地，20mm≤H1≤30mm。

优选地，所述电机转子中的转子铁芯上构造有转轴孔，所述转轴孔的直径为D2，D1/D2＜6.5。

优选地，所述磁钢的轴向高度与所述转子铁芯的叠高不相等。

优选地，所述磁钢包括多个，多个所述磁钢表贴于所述转子铁芯的外圆周壁上；或者，所述磁钢为磁环，所述磁环套装于所述转子铁芯的外周周壁上。

优选地，所述转子铁芯上构造有多个沿其轴向延伸贯通的磁钢槽，多个所述磁钢分别嵌装于所述磁钢槽内。

优选地，所述磁钢为铁氧体永磁体。

本实用新型还提供一种冰箱，包括压缩机，所述压缩机为上述的往复式活塞压缩机。

本实用新型提供的一种往复式活塞压缩机、冰箱，通过对所述电机定子的外圆直径、压缩腔的内腔直径D3及活塞的行程L的相互关系进行约束，使之处于不超过0.73的范围内，从而使所述压缩机能够在能效不降低的前提下，能够最大限度地降低压缩机的制造成本及整机体积，增强产品的市场竞争力。

附图说明

图1为本实用新型实施例的往复式活塞压缩机的内部结构示意图(图中未示出电机定子)；

图2为本实用新型实施例的往复式活塞压缩机的电机定子与电机转子之间的装配结构示意图；

图3为图2中电机定子的一种定子铁芯的轴向投影示意图；

图4为图2中电机定子的另一种定子铁芯的轴向投影示意图；

图5为图2中电机定子的再一种定子铁芯的轴向投影示意图；

图6为图2中电机定子的又一种定子铁芯的轴向投影示意图；

图7为本实用新型实施例的往复式活塞压缩机的一种电机定子与电机转子装配后的轴向投影示意图；

图8为本实用新型实施例的往复式活塞压缩机的另一种电机定子与电机转子装配后的轴向投影示意图；

图9为本实用新型实施例的往复式活塞压缩机中电机转子中磁钢为弧形磁钢的示意图；

图10为本实用新型实施例的往复式活塞压缩机中电机转子中磁钢为矩形磁钢的示意图；

图11为采用本实用新型技术方案与现有技术中技术方案的压缩机在不同运行频率下的能效水平对比图。

附图标记表示为：

1、活塞；11、压缩腔；21、电机定子；22、电机转子；221、磁钢；222、转子铁芯；223、转轴孔；3、气缸座；4、曲轴；5、连杆；6、气缸。

具体实施方式

结合参见图1至图11所示，根据本实用新型的实施例，提供一种往复式活塞压缩机，包括气缸6、气缸座3，所述气缸6上构造有压缩腔11，还包括活塞1以及用于驱动所述活塞1往复运动的电机驱动组件，所述活塞1处于压缩腔11内，所述电机驱动组件包括电机定子21以及电机转子22，所述电机定子21套装于所述电机转子22的外周，所述电机转子22中的转子铁芯222上构造有转轴孔223，所述转轴孔223中连接有曲轴4，所述曲轴4通过连杆5与所述活塞1连接，所述电机定子21的外圆直径为D1，所述压缩腔11的内腔直径为D3，所述活塞1在所述压缩腔11内的行程为L，

该技术方案中，通过对所述电机定子21的外圆直径、压缩腔11的内腔直径D3及活塞1的行程L的相互关系进行约束，使之处于不超过0.73的范围内，从而使所述压缩机能够在能效不降低的前提下，能够最大限度地降低压缩机的制造成本及整机体积，增强产品的市场竞争力。

更具体的，所述曲轴4包括长轴段与短轴段，所述长轴段与过盈连接于所述转轴孔223内，所述短轴段则与所述连杆5的一端铰接，当所述电机转子22做旋转运动时，短轴段通过所述连杆5连接容置于所述压缩腔11中的活塞1，并通过其结构特性将曲轴的旋转运动转换为活塞1的直线往复运动。当然，所述电机定子21还包括引出线组件(图中未示出)、三相绕组(图中未示出)以及绝缘材料(图中未示出)，所述定子铁芯上设有多个沿中间孔的周向均匀分布的定子齿，相邻两个定子齿之间的限定空间为定子槽，所述三相绕组围绕所述定子铁芯的定子齿设置并容置于所述定子槽内，所述绝缘材料设置于所述定子铁芯与所述三相绕组之间，用于隔离所述定子铁芯与所述三相绕组之间的接触。

所述电机定子21的定子铁芯的结构型式可以是多样的，对于不同结构型式的定子铁芯，其对应的外圆直径D1可以参见图3至图6所示，具体的当定子铁芯的外形轮廓设计为圆形时(如图3)，定子铁芯的设计外径D1即为圆形轮廓的直径；当定子铁芯的外形轮廓设计为四边形时(如图4所示)，取四边形外形轮廓的最小内切圆的直径为D1；当定子铁芯的外形轮廓设计为类似的三孔安装的近似五边形结构时(如图5所示)，取此近似五边形外形轮廓的最小内切圆的直径为D1；当定子铁芯的外形轮廓设计为类似的三孔安装多边形结构时(如图6所示)，取其多边形外形轮廓的最小内切圆的直径为D1。

优选地，所述电机定子21中的定子铁芯的叠高为H1，所述电机转子22中的磁钢221的轴向高度为H2，H2/H1＞1.6。该技术方案中控制所述磁钢221的轴向高度H2和定子铁芯的叠高在此优选范围内，能够保证在减小所述电机驱动组件的体积和成本时，保持性能不下降，尤其对于目前冰箱用活塞压缩机匹配冰箱时的匹配转速相较于以前下降了20％左右的情况下，该优选范围在保证压缩机的性能不下降的前提下，还能在低转速的匹配段使性能得到一定程度的提升。在一个具体的实施方式中，20mm≤H1≤30mm，进而能够确定所述磁钢221的轴向高度。

进一步地，所述转轴孔223的直径为D2，D1/D2＜6.5，按照此优选关系的压缩机结构，能够在一定程度上降低压缩机机械运动结构上的摩擦损耗，起到降低功耗提升性能的效果。

在一些实施方式中，所述磁钢221的轴向高度与所述转子铁芯222的叠高不相等。具体的，为了提升转子提供的磁通量，需要设计转子铁芯222和磁钢等高，但是两者的高度大于定子铁芯的高度，此时转子上更多的磁钢用量能够提升更强的励磁能力，降低铜损从而提升电机效率，但该方式下，转子铁芯222相较于定子铁芯高出来的一段需要额外开一副高冲模具单独冲压，增加了生产成本；在前述的基础上，转子铁芯222高度的增加并非必须的手段，因此可能会采取单纯增加磁钢高度，而不增加转子铁芯222高度的手段，从而节省额外的高冲模具和转子铁芯的材料用料，降低生产和材料成本的同时而不降低电机效率；在电机转子22体积较小、质量较轻的情况下，有可能会面临转子转动惯量小而导致运转稳定性差的问题，此时在结构允许的情况下，也可以采用转子铁芯高度＞磁钢高度≠定子铁芯高度的结构，此处高于磁钢的转子铁芯的目的为增加转子转动惯量，提升运行稳定性，基于前述，可以在不同情况下，根据实际需要可能采用的几种结构形式。

所述磁钢221的结构型式以及与所述转子铁芯的连接方式可以是多样的，例如，所述磁钢221包括多个，多个所述磁钢221通过粘接的方式表贴于所述转子铁芯222的外圆周壁上；或者，所述磁钢221为磁环，所述磁环套装于所述转子铁芯222的外周周壁上，具体例如，所述磁环过盈套装或者粘接于所述转子铁芯222的外周周壁上。

再例如，所述转子铁芯222上构造有多个沿其轴向延伸贯通的磁钢槽，多个所述磁钢221分别嵌装于所述磁钢槽内。

为了能够降低所述压缩机的制造成本，优选地，所述磁钢221为铁氧体永磁体。当所述磁钢221为多块时，所述磁钢221的断面形状根据其连接方式以及相应磁钢槽的结构型式的不同而不同，例如可以为弧状、矩形等。

而进一步可以理解是，以所述电机驱动组件为永磁同步电机(组件)为例，本实用新型的技术方案能够在一定的轴功率的负载条件下，通过减小定子铁芯体积(即永磁同步电机的尺寸大小)，从而降低定子铁芯的总体质量，进而降低由磁场在定子铁芯中运行时产生的磁滞损耗的大小(该损耗大小与铁芯重量呈正比例关系)。但是由于永磁同步电机的体积减小同时也会导致电机转子尺寸在一定程度上减小，从而降低电机转子在定子绕组中通入相同安匝电流时的转矩输出能力(永磁同步电机转子在定子绕组中通入相同安匝电流时输出的转矩大小与转子的外径呈正比关系)。本实用新型所提供的永磁同步电机通过进一步增加永磁体与定子铁芯高度差，从而提升转子产生磁场的能力，进而提升转子励磁能力，弥补因转子外径尺寸变小而导致的转矩输出能力的降低，从而使定子绕组(也即前述的三相绕组)驱动电流不因转子外径尺寸减小而增大，甚至还能减小，以达到降低定子绕组中通入电流时产生的发热损耗。通过以上两个技术手段可以达到降低定子铁芯磁滞损耗，并维持定子绕组发热损耗不变甚至减小的效果，从而同时达到提升永磁同步电机效率和降低成本的目的。

图11为采用本实用新型技术方案(也即图中的本实用新型设计方案)与现有技术中技术方案(也即图中的原设计方案)的压缩机在不同运行频率下的能效水平对比图，由图中可以看出，采用了本实用新型技术方案的压缩机较未采用的压缩机在不同的运行频率下，其能效水平都得到了显著提高。

根据本实用新型的实施例，还提供一种冰箱，包括压缩机，所述压缩机为上述的往复式活塞压缩机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种往复式活塞压缩机，其特征在于，包括活塞(1)以及用于驱动所述活塞(1)往复运动的电机驱动组件，所述活塞(1)处于压缩腔(11)内，所述电机驱动组件包括电机定子(21)，所述电机定子(21)的外圆直径为D1，所述压缩腔(11)的内腔直径为D3，所述活塞(1)在所述压缩腔(11)内的行程为L，

2.根据权利要求1所述的往复式活塞压缩机，其特征在于，所述电机驱动组件还包括电机转子(22)，所述电机定子(21)套装于所述电机转子(22)的外周，所述电机定子(21)中的定子铁芯的叠高为H1，所述电机转子(22)中的磁钢(221)的轴向高度为H2，H2/H1＞1.6。

3.根据权利要求2所述的往复式活塞压缩机，其特征在于，20mm≤H1≤30mm。

4.根据权利要求2所述的往复式活塞压缩机，其特征在于，所述电机转子(22)中的转子铁芯(222)上构造有转轴孔(223)，所述转轴孔(223)的直径为D2，D1/D2＜6.5。

5.根据权利要求4所述的往复式活塞压缩机，其特征在于，所述磁钢(221)的轴向高度与所述转子铁芯(222)的叠高不相等。

6.根据权利要求4所述的往复式活塞压缩机，其特征在于，所述磁钢(221)包括多个，多个所述磁钢(221)表贴于所述转子铁芯(222)的外圆周壁上；或者，所述磁钢(221)为磁环，所述磁环套装于所述转子铁芯(222)的外周周壁上。

7.根据权利要求4所述的往复式活塞压缩机，其特征在于，所述转子铁芯(222)上构造有多个沿其轴向延伸贯通的磁钢槽，多个所述磁钢(221)分别嵌装于所述磁钢槽内。

8.根据权利要求2所述的往复式活塞压缩机，其特征在于，所述磁钢(221)为铁氧体永磁体。

9.一种冰箱，包括压缩机，其特征在于，所述压缩机为权利要求1至8中任一项所述的往复式活塞压缩机。

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