密闭型压缩机.pdf

本发明提供一种密闭型压缩机(101)，在密闭容器(102)内具备由定子(107)和转子(108)构成的电动机部(103)、由汽缸(114)和活塞(115)和通过电动机部(103)驱动的曲柄轴(116)构成的压缩机构部(105)，其中，转子(108)在转子铁芯(109)中具备永磁体(113)，定子(107)具备在定子铁芯(109)的齿部(110)按照分布卷绕方式卷绕的定子绕组(111)，电动机部(103)由具有多个运转频率的倒相器来驱动。由此，通过降低齿槽效应转矩和磁共振，在维持高效率的基础上，实现低噪音且低振动。

1.  一种密闭型压缩机，在密闭容器内具备电动机部和由所述电动机部驱动的压缩机构部，所述电动机部，设置在所述压缩机构部的上部，并且由定子和在所述定子内旋转的转子构成，其特征在于：
所述转子在转子铁芯中具备永磁体，所述定子具备定子铁芯和在所述定子铁芯的齿部按照分布卷绕方式卷绕的定子绕组，所述电动机部由具有多个运转频率的倒相器来驱动。

2.  根据权利要求1所述的密闭型压缩机，其特征在于：所述倒相器包含PWM电压控制驱动，利用正弦波驱动所述电动机部。

3.  根据权利要求1所述的密闭型压缩机，其特征在于：所述永磁体是埋设在所述转子铁芯中的稀土类磁体。

4.  根据权利要求1所述的密闭型压缩机，其特征在于：所述永磁体的剖面形状是相对于外周侧凹进去的圆弧状。

5.  根据权利要求1～4中任一项所述的密闭型压缩机，其特征在于：
所述压缩机构部具备固定所述转子的曲柄轴、和在支承所述曲柄轴的同时向所述转子铁芯内突出的轴承，所述轴承是用非磁性材料形成。

密闭型压缩机
技术领域
本发明涉及在冷冻冷藏设备或空调设备等中使用的密闭型压缩机。
背景技术
近年来，密闭型电动压缩机(以下称为‘密闭型压缩机’)要求高效率且低噪音。
作为现有的压缩机来说，有通过在电动机部采用集中卷绕方式的定子和用永磁体的转子来谋求高效率的压缩机。例如，在日本专利公开公报、特开2001-218394号公报有记载，对该现有的密闭压缩机的一个例子进行说明。
图5是现有的密闭型压缩机的剖面图。图6是现有的密闭型压缩机的定子铁芯的平面图。图7是现有的密闭型压缩机的马达的平面图。
在图5～图7中，密闭型压缩机1是，在密闭容器2内借助支持装置6弹性地收存电动机部3和支持框架4以及压缩机构部5。
电动机部3由定子7和配置在该定子7内侧的转子8构成。定子7是在设置于定子铁芯9上的6个齿部10上直接地卷绕定子绕组11，形成所谓集中卷绕方式的定子7。另一方面，转子8是在转子铁芯12中埋设相对于转子8的外周侧而言凹进去的圆孤状永磁体13。
压缩机构部5具有汽缸14、在汽缸14内往复自如地插入的活塞15、由电动机部3驱动的曲柄轴16，曲柄轴16具有压入并固定转子8的主轴部17和偏芯部18，偏心部18借助连接部件19与活塞15连接。
电动机部3由倒相器(未图示)边进行倒相控制，边进行驱动。
以下，对于上述这样构成的密闭型压缩机，说明其动作。
启动密闭型压缩机1的同时，在电动机部3的定子7上施加电压，对定子绕组11通电。其结果，定子7上产生旋转磁场，受该旋转磁场感应，具有磁极的转子8旋转。与该旋转相伴，与转子8形成一体的曲柄轴16也旋转，借助连接部件19与偏芯部18连接的活塞15在汽缸14内往复运动，由此进行众所周知的压缩动作。
在该现有的技术中，压缩机构部5位于电动机部3的上部，然而，通常也广泛使用压缩机构部5位于电动机部3下部的密闭型压缩机1。这种密闭型压缩机，通过压缩部位于下部接近润滑油，尤其是，即使在以倒相控制等商用频率以下的低转速进行运转的情况下，由于对滑动部供油充分，所以具有高的可靠性。
然而，在上述现有的结构中，存在下述这样的问题，即，在转子8受到定子7的旋转磁场感应而旋转之际产生的齿槽效应转矩(coggingtorque)变大。所谓‘齿槽效应转矩’指的是，每当对转子8进行感应的定子7的极发生变化时，由转子8的永磁体13产生的磁通的方向和大小就发生变化，转子8的磁通就周期地变动，与此相伴，转矩发生变动。
该齿槽效应转矩的大小受到转子8的磁通分布影响的同时，与定子7的极数成反比。即，在转子8旋转之际，转子8用于从定子7的某极向下一极移动所需要的转矩，随着定子7的极间距离增长而变大。因此，在上述现有的技术中存在着如下问题，即，由于定子7的极数为6极，所以转子8每旋转60°，就周期地产生旋转60°所需大小的磁通变动，与大的齿槽效应转矩相伴，产生旋转不稳定，其结果是，转子8的加速度的变化较大，这些成为振动源，产生的噪音或振动变大。
在该现有构造的定子7中，也存在着在定子7形成旋转磁场之际所产生的磁共振较大这样的问题。以下对该磁共振加以说明。
在现有构造的定子7上产生磁场之际，例如从U相向V相通电时，施行了U相绕组的齿部10u成为N极，与其紧邻的施行了V相绕组的齿部10v成为S极，拉力起作用。接着转换通电的相，在从V相向W相通电的瞬间，该齿部10u和齿部10v的拉力消失，施行了V相绕组地齿部10v和施行了W相绕组的齿部10w之间产生拉力。每当这样周期地转换通电相时，在齿部10间产生因拉力的发生、消失造成的交变载荷，使齿部10产生振动。该交变载荷的大小与对各个齿部10起作用的磁能的大小成比例。通常如果定子极数少，则极间距离变长，由于需要可以感应转子的强度大的磁能与该距离部分相应，所以作用于齿部10的磁能变大。因此，在上述现有技术中，由于定子7的极数较少，是6极，所以承受大的交变载荷。存在所谓与此相伴产生的噪音或振动也变大的问题。而且，由于是按照集中卷绕方式在各个齿部10上卷绕定子绕组11的构造，在一个齿部10上集中地卷绕定子绕组11，紧邻的齿部隔着空间10a各自独立，所以，当在紧邻的齿部间产生拉力时，则与此相伴各齿部产生大的位移。因此，存在如果承受磁共振、则振幅变大、由此噪音或振动变高这样的问题。
尤其是，在压缩机构部5位于下部的构造的情况下，在以倒相器控制等的商用频率以下的转速进行运转之际，尽管向滑动部供油等是有利的，但是由于在构造上电动机构部3位于上部，从密闭容器2上部发出电动机部3的旋转音，所以存在从电动机部3产生的噪音影响显著这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在维持高效率基础上实现低噪音和低振动的密闭型压缩机。
本发明是一种密闭型压缩机，在密闭容器内具备电动机部和由电动机部驱动的压缩机构部，电动机部，设置在压缩机构部的上部，并且由定子和在定子内旋转的转子构成，其特征在于：转子在转子铁芯中具备永磁体，定子具备定子铁芯和在定子铁芯的齿部按照分布卷绕方式卷绕的定子绕组，电动机部由具有多个运转频率的倒相器来驱动。
利用该结构，即使在使用稀土类等产生磁力强的磁场的永磁体的情况下，也具有在转子中产生的齿槽效应转矩变小的作用。此外，通过使施加在定子的各个齿部上的磁能分散，可具有使在定子中产生的磁共振变小的作用。由此，可以提供一种即使电动机部位于压缩机构部的上部、也可实现低噪音和低振动的压缩机。
附图说明
图1是本发明的实施例的密闭型压缩机的纵向剖面图。
图2是本发明的实施例的定子铁芯的平面图。
图3是本发明的实施例的电动机部的平面图。
图4是本发明的实施例的齿槽效应转矩的特性图。
图5是现有的密闭型压缩机的剖面图。
图6是现有的密闭型压缩机的定子铁芯的平面图。
图7是现有的密闭型压缩机的马达的平面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的密闭型压缩机的实施例。
图1是本发明的实施例的密闭型压缩机的纵向剖面图。图2是本发明的实施例的定子铁芯的平面图。图3是本发明的实施例的电动机部的平面图。图4是本发明的实施例的齿槽效应转矩的特性图。
在图1、图2、图3、图4中，在密闭容器102内的上方配置电动机部103，在下方配置压缩机构部105，积存润滑油(未图示)。压缩机构部105和电动机部103一体化，借助支持装置(未图示)弹性地安装在密闭容器102内壁上。
电动机部103由定子107和转子108形成。定子107按照分布卷绕方式在定子铁芯109的齿部110上形成定子绕组111，极数为24极。由于定子绕组111利用U相111u、V相111v、W相111w的三重构造，一点一点地错开位置，跨越多个齿部110间进行卷绕，所以24个齿部110各自不独立，受多个定子绕组111约束。此外，转子108埋设了相对于转子铁芯112的转子108的外周侧而言凹进去的圆弧状永磁体113。在转子铁芯112的与压缩机构部105相对向的一侧的端部，轴承120延伸至转子铁芯112的内部。
压缩机构部105具有汽缸114、往复自如地插入汽缸114内的活塞115、由电动机部103驱动的曲柄轴116，并具备：具有吸入引线(未图示)、吸入孔(未图示)和喷出孔(未图示)的阀板121；形成吸入室(未图示)和喷出室(未图示)的汽缸头122。曲柄轴116具有压入并固定转子108并且由轴承120支承的主轴部117和偏芯部118，偏芯部118借助连接部件119与活塞115连接。
以下，对以上所示地构成的压缩机，说明其动作。
如果密闭型压缩机101启动，则在电动机部103的定子107上施加电压，对定子绕组111通电。其结果，在定子107上产生旋转磁场，受该旋转磁场感应，具有磁极的转子108旋转。与该旋转相伴，与转子108成一体的曲柄轴116也旋转，借助连接部件119与偏芯部118连接的活塞115在汽缸114内往复运动，进行众所周知的压缩动作。
利用设置在密闭型压缩机101外部的倒相器(未图示)驱动电动机部103。该倒相器对每周期的电压波形进行分割，以多个脉冲列构成，该脉冲数、脉冲间隔、脉宽等随时间变化，利用其平均值成为正弦波状那样的PWM电压控制驱动方式，驱动电动机部103。由此，密闭型压缩机101，利用多个运转频率来驱动，应当以任意的运转转速来运转。
由于定子107按照分布卷绕方式在定子铁芯109的齿部110上卷绕，所以24个齿部110各自不独立，受多个定子绕组111约束。因此，每当定子107的通电相转换时，虽然周期地在紧邻的齿部110间产生因拉力的产生或消失而引起的交变载荷，然而受多个定子绕组111约束的齿部110几乎不能发生物理性的移位，具有高的刚性。而且，由于定子107的极数为24极，所以因施加在紧邻的齿部110上磁能产生的拉力，与现有的6极相比，可以大幅度地降低至约1/4左右，因此可以大幅度地降低因齿部110的磁共振产生的振动。
每当使感应转子108的定子107的极改变时，从转子108的永磁体113产生的磁通方向和大小产生变化，作为与转子108的磁通周期地变动相伴的转矩变动的齿槽效应转矩的大小，受转子108的磁通分布影响的同时，与定子107的极数成反比。
在本实施例中，在转子108旋转之际，为使转子108从定子107的某极向下一极移动所需要的转矩，由于定子107的极数为24极，所以转子108每旋转15°，只应当周期地产生旋转15°所需要的磁通变动。由于该磁通大小与定子107的极间距离成比例，所以与在现有例中所说明的定子7的极数为6极的情况相比较，成为约1/4左右，可以大幅度地降低磁通分布变化。将该情况示于图4中。现有例中的齿槽效应转矩为A，与此相对，可以降低到(1/4)A。
由此，谋求降低与转子108的旋转相伴的齿槽效应转矩，可以大幅度地降低密闭型压缩机运转时的由电动机部103产生的噪音及振动。尤其是，在上部配置电动机部103的密闭型压缩机101，其效果很显著。
在本实施例中，由于在上部配置电动机部103，在下部配置压缩机构部105，所以通过压缩机构部105在下部位于润滑油(未图示)近旁，尤其是，即使在以倒相器控制等的商用频率以下的低旋转速进行运转的情况下，由于给滑动部供油充分，所以具有高可靠性。而且，由于压缩机构部105浸入润滑油(未图示)中，所以汽缸114由润滑油(未图示)冷却，由于具有抑制汽缸114内的吸入制冷剂的加热的效果，所以具有所谓得到高效率这样的优良性质，而且，如上所述，由于可以降低噪音，所以起着所谓可以提供高效率且低噪音的密闭型压缩机101的效果。
如上所述，由于通过提高定子的刚性，也可以降低因利用PWM电压控制进行驱动之际所产生的脉冲列发生的开关频率即载频造成的激励振动，所以起着所谓可以提供低噪音的密闭型压缩机101的效果。
即使使用稀土类磁体的锇、铁、硼系的具有强磁力的永磁体113来作为埋设在定子107内的永磁体113的情况下，由于通过上述那样的作用也可以降低噪音，所以在大幅度地降低从密闭型压缩机运转时的电动机部103产生的噪音及振动基础上，还可以实现高能效。
由于轴承120是由铝合金这样的非磁性材料形成的，埋设在转子铁芯112内的永磁体113的磁力线在轴承内部不产生涡电流，所以几乎不产生涡电流损耗，并且由于降低铁损，所以可以实现密闭型压缩机的高效率化。