CN2442000Y - 一种高效节能冰箱压缩机 - Google Patents

Abstract

一种高效节能冰箱压缩机,包括密封在同一壳体内的活塞式压缩泵和电机,其特征在于:所述的电机为永磁无刷直流电动机,电机转子磁钢外面设有有将磁钢与转子铁芯固定于一体的不锈钢套环,转子铁芯两端固定有平衡块,电机的绝缘材料为具有耐氟性能的材料,定子铁芯上的三相定子绕组与直流变频电路相接,本压缩机具有制冷速度快,噪音小,高效节能,系统整体功率因数高,可提高电网品质等优点。

Description

一种高效节能冰箱压缩机

本实用新型属一种冰箱压缩机。

传统的冰箱制冷是采用定速压缩机在全压下启动，起动电流很大，是额定工作电流的4～6倍，对家庭电网电路会产生很大冲击，对家用电器有严重干扰，而且噪音大，工作效率低，费电。为了提高冰箱的综合性能，只有对压缩机电机进行调速控制，运行节能模式，所以目前在冰箱上已有采用交流变频压缩机的，这种冰箱压缩机工作效率有所提高，但存在功率因数较低的不足，因其功率因数只能达到0.6.～0.7，电网损耗较大，而且由于交流电机的转速与极数是相互制约的，其最高转速低于3000转/分，所以影响了冰箱制冷速度和精度的提高。

本实用新型旨在提供一种能使冰箱实现快速制冷，工作效率高、省电、对电网无冲击，无干扰，噪音小并能提高电网品质的高效节能冰箱压缩机。

实现上述目的的技术方案是(参见实施例图)：本实用新型包括绝缘材料为耐氟绝缘材料的电机(16)、活塞式压缩泵(11)、活塞式压缩泵与电机曲轴传动连接，并与电机密封在同一壳体(17)内，其特征在于：所述的电机(16)为含有定子铁芯(2)、三相定子绕组(1)、与电机曲轴(8)相对固定的转子铁芯(3)、装在转子铁芯外的磁钢(4)的永磁无刷直流电动机，所述磁钢(4)外部设有不锈钢套环(9)，将磁钢(4)与转子铁芯(3)固定于一体，转子铁芯两端固定有平衡块(6)、(10)，所述定子铁芯上的三相定子绕组(1)与直流变频电路相接。

在本实用新型密封式冰箱压缩机里，永磁无刷直流电机要直接工作在制冷剂(氟里昂)的气体和冷冻润滑油的混合物中，所以电机的绝缘材料均采用具有耐氟性能的材料，通常的转子磁钢是用胶粘与转子铁芯固定于一体的，粘合胶易被制冷剂腐蚀，所以本实用新型采用用不锈钢套环将磁钢与转子铁芯固定在一起的机械式固定结构；由于冰箱活塞式制冷压缩机电动机负载是压缩泵，其负载转矩是周期性变化的，故本实用新型在永磁无刷直流电动机转子铁芯两端固定有平衡块，利用旋转惯性实现使运动到终端的活塞作转向运动的过渡，保证电机平稳运行。本实用新型所设的直流变频电路可使定子铁芯上的三相绕组在电机气隙中产生旋转磁埸，带动转子转动，并可通过调整直流变频电路的频率来调整转子的转速。

本实用新型具有如下优点：

1、由于永磁无刷直流电机的转速不受极数的制约，所以本实用新型可以根据需要将电机的额定转速设计到3000转/分以上，再通过直流变频方便地进行无级调速，从而提高压缩机的制冷速度，达到快速制冷的目的，本实用新型的制冷速率可达定速冰箱的3倍左右，可达交流变频冰箱的1.5～2倍；

2、本实用新型可使压缩机高速运转而快速产生大冷量，使冰箱在很短时间内达到设定制冷的温度，然后再通过变频调速以较低速度工作，产生少量维持的冷量，也就是可以以“快速制冷，可变制冷，低速维持”的状态工作，使压缩机提供的制冷量与冰箱负载大小相适应，并处于低速、低压比情况条件下运转，从而可避免压缩机频繁起动造成的电力浪费和减少停机压力的损失，采用本实用新型的冰箱可比一般定速冰箱省电30～40％，同时由于本压缩机可在绝大部分时间里处于低速低负荷运行状态，与压缩机容量相比，可进一步提高冰箱热交换器的容量比率，低压比状态的运转还可大幅度提高压缩机的机械效率、压缩效率、容积效率，降低功耗，提高能源效率；

3、本实用新型采用直流变频电路驱动永磁无刷直流电机，可使电机在很低的电压条件下起动，因而在电流很小的情况下获得足够的起动转矩，实现软起动，避免了对电网和家用电器的冲击和干扰，并可延长压缩机和电机的寿命；

4、本实用新型采用的电机定子有三相绕组，转子磁极采用永久磁钢励磁，无须励磁线圈，所以具有节能，不发热的优点；

5、交流变频冰箱压缩机效率低，功率因数只有0.6～0.7，特别是在轻负载低速时，功率因数更低，增加了电网的无功功率和损耗，由于本实用新型采用的永磁无刷直流电机效率高，从而可使系统整体的功率因数达到92％以上，减少了电网的无功功率和损耗，提高了电网品质；

6、由于本实用新型可以“高速制冷，低速维持”的状态运转，避免了频繁起动，从而可大幅降低噪音；

7、温控精度高，本实用新型的温控精度可达正负0.2℃以内，最大限度地使食物保持湿度、新鲜度。

附图说明：

图1、本实用新型实施例1高效节以冰箱压缩机结构示意图

图2、本实用新型实施例2压缩机采用的永磁无刷直流电机结构示意图

图3、图2所示永磁无刷直流电机聚磁磁路示意图

图4、本实用新型直流变频电路方框原理图

图5、本实用新型实施例2直流变频电路图

图6、本实用新型直流变频调制方式与现有技术交流变频调制方式比较图

图7、本实用新型实施例2与定速冰箱压缩机制冷速率比较图

图中标号说明：

1-定子绕组       2-定子铁芯     3-转子铁芯     4-磁钢          5-转子铁芯

6-平衡块         7-隔磁板       8-曲轴         9-不锈钢套环    10-平衡块

11-活塞式压缩泵  12-活塞        13-滑块        14-进气管       15-排气管

16-电机          17-壳体        18-切向磁钢

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1(图1)：

本例所采用的永磁直流无刷电机包括曲轴8、固定在曲轴上的转子铁芯5和3、装在转子铁芯外的瓦形磁钢4，定子铁芯2，嵌在定子铁芯槽里的定子绕组1，所述瓦形磁钢外包有将其与转子铁芯固定于一体的不锈钢套环9，瓦形磁钢采用充磁方向为径向取向的各向异性的铁氧体永磁或钕铁硼永磁体，所述定子绕组为三相绕组，定子三相绕组与直流变频电路相连，所述转子铁芯3、5为硅钢片叠层，其轴向两端装有半圆偏心平衡块6、10，平衡块与磁钢之间设有可防止磁钢4轴向磁短路的非磁性隔磁板7。

本例的转子铁芯是由两段转子铁芯5、3组成，其中一段转子铁芯3内径较大，与曲轴之间形成一段空隙，两段转子铁芯外径相同并轴向铆合为一体固定在曲轴8上，这种部分中空的结构可适当减轻电机重量。

实施例2：

本例每一极的的转子磁钢是由一块径向磁钢4和分别位于径向磁钢4轴向两端的两块切向磁钢18组成。径向磁钢为主磁极，切向磁钢形成辅助磁极。

如前所述本实用新型在转子铁芯轴向两端设有平衡块6、10，可以利用旋转惯性解决活塞往返运动的转向过渡问题，尽管在其与磁钢之间设有隔磁板7，但由于平衡块与磁钢端面间隙很小，不可避免地会短路部分磁钢的磁路，增加了电机漏磁，降低了气隙磁密，影响了电机的出力和快速响应。而本例上述转子磁钢的结构可形成一种“轴向聚磁”的效应，其切向磁钢18形成主磁极(径向磁钢4)的辅助磁极，它可同时起到增加磁钢面积和减少漏磁的作用，参见图3，辅助磁极不但顶掉了磁极间的漏磁通，将漏磁通变成了主磁通，使主磁通φ1增加，同时辅助磁极自身还产生主磁通φ2，从而使径向、切向以不同角度的主、辅极的磁通同时挤向气隙，“冲”向定子铁芯2，这种很强的“轴向聚磁”效应可以使气隙磁密得以“浓缩”，大幅增加总磁通(φ1+φ2)，因而可在不提高成本的前提下提高电机的出力和快速响应以及压缩机的性能价格比，实现工作可靠和小型轻量化，使直流变频冰箱的综合性能优势得以充分发挥，本例的起动转矩可达到额定转矩的3-5倍，从而保证了压缩机的快速起动和平稳运行。

图4为本实用新型直流变频的方框原理图，220伏交流电压经整流变直流后经大功率模块组成的逆变器实现“换相”，把直流电压转换成三相交流电的脉冲电压信号，控制三相定子绕组按一定顺序工作，在电机气隙中产生旋转磁场。

本例所采用的直流变频电路如图5所示，其逆变器部分是由六个功率开关管组成的三相桥式电路，三相桥式输出端分别接压缩机电机定子的三相绕组。

交流变频冰箱压缩机逆变器输出的电压方式通常是采用图6(a)所示的等宽脉宽调制PWM方式，本实用新型直流变频冰箱压缩机中逆变器的输出方式最典型的就是图6(b)所示的不等宽脉宽调制PWM方式，后者输出电压的能力高于前者，所以可以提高压缩机的最高转速，如图7所示，本实用新型的初始快速制冷能力可达到传统定速压缩机(50HZ)的3倍左右。

Claims (5)

1、一种高效节能冰箱压缩机，包括电机(16)、活塞式压缩泵(11)、活塞式压缩泵与电机曲轴传动连接，并与电机密封在同一壳体(17)内，其特征在于：所述的电机(16)为含有定子铁芯(2)、三相定子绕组(1)、与电机曲轴(8)相对固定的转子铁芯(3)、装在转子铁芯外的磁钢(4)的永磁无刷直流电动机，所述磁钢(4)外部设有不锈钢套环(9)，将磁钢(4)与转子铁芯(3)固定于一体，转子铁芯两端固定有平衡块(6)、(10)，电机的绝缘材料为具有耐氟性能的材料，所述定子铁芯上的三相定子绕组(1)与直流变频电路相接。

2、根据权利求1所述的高效节能冰箱压缩机，其特征在于：所述电机(16)的每一极转子磁钢是由一块径向磁钢(4)和分别位于径向磁钢(4)轴向两端的两块切向磁钢(18)组成。

3、根据权利要求1或2所述的高效节能冰箱压缩机，其特征在于：所述的平衡块(6)、(10)与磁钢(4)之间设有可防止磁钢轴向磁短路的非磁性隔磁板(7)。

4、根据权利要求1或2所述的高效节能冰箱压缩机，其特征在于：所述转子铁芯是由两段转子铁芯(5)、(3)组成，其中一段转子铁芯(3)内径较大，与曲轴之间形成一段空隙，两段转子铁芯外径相同并轴向铆合为一体固定在曲轴(8)上。

5、根据权利要求3所述的高效节能冰箱压缩机，其特征在于：所述转子铁芯是由两段转子铁芯(5)、(3)组成，其中一段转子铁芯(3)内径较大，与曲轴之间形成一段空隙，两段转子铁芯外径相同并轴向铆合为一体固定在曲轴(8)上。

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