压缩机用电机以及具有这种电机的封闭式压缩机

摘要

公开一种压缩机用电机以及具有这种电机的封闭式压缩机。在所述压缩机用电机中使用比铜线圈便宜的铝线圈，设定所述铝线圈与定子芯的比率，并且调节定子(210)芯的主槽部(213a)和副槽部(213b)的截面积及其个数，从而适合于使用条件，由此能够大幅减少压缩机用电机以及封闭式压缩机的制造成本并且能够提高其效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩机用电机以及具有这种电机的封闭式压缩机。

背景技术

一般而言，作为小型家用电器的冰箱或空调设置有压缩机，用于压 缩制冷剂。驱动压缩机的代表性压缩机用电机是众所周知的感应电机。 所述感应电机包括：定子，其上卷绕有线圈；转子，其具有成鼠笼形式 的导体并且可旋转地插入于定子内；以及压配合于转子的中心、用于将 旋转力传输至压缩机的压缩单元的转轴，所述旋转力是通过由流动于定 子线圈的交流电流(AC)产生的旋转磁场与由转子产生的感应电流之 间的相互作用而产生的。

每个定子和转子如此构成，即：使多个薄的定子芯薄片层叠在一起 从而进行焊接。定子的定子芯包括：形成为大致环形并构成磁通路径的 轭部；多个齿部，其以特定间隙自轭部的内周表面凸出并且其上卷绕有 线圈；以及槽部，其凹入于齿部之间从而允许卷绕在齿部上的线圈插入 其中。

线圈广泛地使用具有高导电率的铜(Cu)制造。导电率表示一种材 料中电流流动的能力。但是，不能说高导电率总意味着大量电子流动。 电子的数目与电流成比例。因此，如果导电率低但电流相同，就能说电 子的数目是相同的。但是，对于相同电流，更高的导电率能够降低材料 本身发生的热损失。众所周知的具有最高导电率的材料是银(Ag)，但 是这种材料是昂贵的。因此，对于压缩机用电机，使用价格相对较低并 且导电率高的铜。

但是，随着压缩机技术的大幅改进及其长期的发展历史，对于具有 多种不同功能并且低价格的压缩机的需求日益增加。即使在这种趋势 下，对于占压缩机用电机的很大一部分制造成本的线圈来说，由于其对 电机的效率影响很大，因此尽管其造成成本负担，但仍然使用例如铜等 具有高导电率的材料。

发明内容

为了解决根据相关技术的压缩机用电机的问题，本发明的目的是提 供一种压缩机用电机以及一种具有这种电机的封闭式压缩机，所述电机 能够采用比铜价格低的材料来制造线圈并且还维持特定水平的电机效 率。

为了实现本发明的目的，在本发明的一个方面中，提供一种压缩机 用电机，包括：定子，所述定子设置有形成为环形从而构成磁通通道的轭 部、沿圆周方向自所述轭部的内周表面以特定长度朝向所述定子的中心凸 出的多个齿部、以及沿圆周方向在所述齿部之间以一定深度凹入从而构成 特定截面积的多个槽部；线圈，所述线圈卷绕在所述定子的槽部和齿部上， 所述线圈中的至少一部分由铝形成；转子，所述转子以特定间隙插入于所 述定子中并且在其中具有导体，所述转子通过所述线圈的电磁感应而旋 转；以及转轴，所述转轴压配合于所述转子的中心，用于向压缩单元传递 旋转力。

在本发明的一个方面中，提供一种封闭式压缩机，包括：密封壳； 驱动电机，所述驱动电机安装于所述密封壳中，用于产生旋转力；以及压 缩单元，所述压缩单元安装于所述密封壳中并且由所述驱动电机驱动以便 压缩制冷剂，其中，所述驱动电机的定子用铝线圈卷绕。

在根据本发明的压缩机用电机以及具有这种电机的封闭式压缩机 中，在压缩机用电机中使用比铜线圈便宜的铝线圈，设定所述铝线圈与 定子芯的比率，并且调节定子芯的主槽部和副槽部的截面积及其个数， 从而适合于使用条件，由此能够大幅减少压缩机用电机以及封闭式压缩 机的制造成本并且能够提高其效率。

附图说明

图1是示出了根据本发明的压缩机用电机的分解立体图；

图2是图1所示的压缩机用电机的平面图；

图3是示出了图1所示的压缩机用电机的定子的立体图；

图4是示出了图1所示的压缩机用定子的平面图；

图5是示出了图1所示的压缩机用电机的20-槽定子的测试结果的 表格，所述测试结果包括线圈直径与极部之间的间隙(齿间间隙)之间 的比率以及依据所述比率的电机效率；

图6是示出了图1所示的压缩机用电机的24-槽定子的测试结果的 表格，所述测试结果包括线圈直径与极部之间的间隙(齿间间隙)之间 的比率以及依据所述比率的电机效率；

图7是示出了图1所示的压缩机用电机的28-槽定子的测试结果的 表格，所述测试结果包括线圈直径与极部之间的间隙(齿间间隙)之间 的比率以及依据所述比率的电机效率；

图8是示出了图1所示的压缩机用电机的测试结果的表格和图，所 述测试结果包括线圈与极部之间的间隙(齿间间隙)之间的比率以及依 据所述比率的电机效率；

图9是示出了图1所示的压缩机用电机的测试结果的表格和图，所 述测试结果包括匝数与主槽部截面积之间的比率；

图10是示出了图1所示的压缩机用电机的测试结果的表格和图， 所述测试结果包括匝数与副槽部截面积之间的比率；以及

图11是示出了具有图1所示的压缩机用电机的往复式压缩机的纵向 截面图。

具体实施方式

在下文中，将根据本发明参照附图对压缩机用电机以及具有这种电 机的封闭式压缩机进行详细描述。

如图1和图2所示，根据本发明的压缩机用电机200可以包括：定 子210，其固定于压缩机的密封壳并且其上卷绕有线圈240；转子220， 其可旋转地插入于定子210内侧并且其中具有导体250；以及转轴230， 其压配合于转子220的中心用于向压缩机的压缩单元传递旋转力。

定子210是通过沿轴向层合多个定子芯薄片至特定高度并且将其焊 接在一起而形成的。多个定子芯薄片形成转子插入孔210a，从而具有大 致成四方形(或者可以类似于圆形)的外周表面和大致成圆形的内周表 面。

定子芯在其周边处形成轭部211，轭部211构成沿大致圆周方向连 接的磁通路径。轭部211可以一体地形成。可替代地，依据用作定子芯 的金属薄片，轭部211可以形成为圆弧形式，从而以凸起和空心组合彼 此联接或焊接在一起。轭部211对电机200的效率影响很大。如同下文 将解释的，根据对于定子210的内径和槽部213的整体面积的确定，可 以适当地确定轭部211的整体可用面积。

如图3和图4所示，定子芯设置有多个齿部212，所述齿部212形 成于中心侧并且沿径向方向自轭部211的内周表面凸出，其间具有特定 间隙从而由线圈卷绕。齿部212形成有均匀的间隙，使得其间置有槽部 213(将在下文中解释)。齿部212沿纵长方向具有大致相同的宽度B。 每个齿部212的宽度B形成为大致不长于沿其径向方向的长度L，尽管 这取决于电机的容量。齿部212的外侧以特定的曲率R与相邻的齿部 212弯曲地连接。

每个齿部212的宽度B与相邻齿部212之间的曲率R的比率，即， 齿部212的宽度B与将在下文中进行解释的槽部213的曲率R的比率 关系到压缩机用电机的效率。即，压缩机用电机200配置为使得齿部212 的宽度B与槽部213的曲率R的低比率B/R增加电机的效率。比率B/R 优选地大致处于1.05到1.15之间的范围内。

每个齿部212的宽度B与定子210的内径D的比率D/B同样关系 到压缩机用电机的效率。即，对于压缩机用电机200，优选地，定子210 的内径D与每个齿部212的宽度B的高比率增加电机200的效率，并 且比率D/B大致处于13.9到15.0之间的范围内。

极部212a自每个齿部212的中心侧的端部沿圆周方向延伸，从而 与相邻齿部212具有特定间隙。极部212a之间(或槽部开口侧区域) 的间隙A应当形成为至少不小于线圈240的直径d，从而便于线圈240 的卷绕操作。对电机效率影响很大的极部212a之间的间隙A(即极间 间隙A)可以根据线圈240的材料、线圈240的直径d以及定子210的 槽数而不同地形成。例如，当线圈240的直径为0.5mm时，优选地， 对于20-槽定子(即具有20个槽的定子)，极间间隙A应当小于大约 1.73mm，对于24-槽定子，极间间隙A应当小于大约2.10mm，而对于 28-槽定子，极间间隙A应当小于大约2.00mm。

此处，对于20-槽定子，极间间隙A即铝线圈的直径d与极间间隙 A的比率d/A能够优选地大于大约0.29。即，如图5所示，在使用铜形 成线圈240的情况下，当线圈240的直径d为0.4mm而极间间隙A为 1.73mm时，压缩机用电机200获得大约70.1％的效率。另一方面，为 了使铝线圈获得与具有铜线圈的电机200一样的效率，优选地，铝线圈 的直径d为大约0.5mm而极间间隙A为大约1.5mm。能够注意到，这 种情况(即测试3)示出了压缩机效率为大约70.2％，这意味着采用铝 线圈的电机的效率能够提高成大于具有铜线圈的电机的效率。此外，如 图5所示，即使当铝线圈的直径d为0.5mm而极间间隙A为1.73mm (即测试2)时，相比采用铜线圈，效率也并没有太大差别。但是，当 铝线圈的直径d为0.4mm而极间间隙A为1.73mm(即测试1)时，压 缩机电机的效率大幅降低，可以把这看作是不适合的条件。

对于24-槽定子，极间间隙A(或槽部开口侧区域)优选地小于大 约2.10mm，更具体地，铝线圈的直径d与极间间隔A的比率d/A等于 或大于大约0.24。即，如图6所示，对于铜线圈，当线圈直径d为0.4mm 而极间间隙A为2.10mm时，电机效率提高到大约66.8％。另一方面， 为了使铝线圈获得与具有铜线圈的电机200一样的效率，最优选地，铝 线圈的直径d为0.5mm而极间间隙A为1.73mm。能够注意到，这种 情况(即测试3)示出了压缩机效率为大约67.5％，这意味着采用铝线 圈的电机的效率能够提高成大于具有铜线圈的电机的效率。此外，如图 5所示，即使当铝线圈的直径d为0.5mm而极间间隙A为2.10mm(即 测试2)时，相比采用铜线圈，效率也并没有太大差别。但是，当铝线 圈的直径d为0.4mm而极间间隙A为2.10mm(即测试1)时，压缩机 电机的效率大幅降低，可以把这看作是不适合的条件。

对于28-槽定子，可能优选的是，极间间隙A(或齿间间隙)小于 大约2.00mm，更具体地，铝线圈的直径d与极间间隙A的比率d/A处 于大约0.19至0.29的范围内，再具体地，大于0.25。即，如图7所示， 在铜线圈的情况下，当线圈的直径d为0.4mm而极间间隙A为2.00mm 时，压缩机用电机的效率为大约72.0％。另一方面，为了使铝线圈获得 与具有铜线圈的电机200一样的效率，优选地，铝线圈的直径d为0.5mm 而极间间隙A为1.80mm。能够注意到，这种情况(即测试3)示出了 压缩机效率为大约72.3％，这意味着采用铝线圈的电机的效率能够提高 成大于具有铜线圈的电机的效率。此外，如图7所示，即使当铝线圈的 直径d为0.5mm而极间间隙A为2.00mm(即测试2)时，压缩机用电 机的效率仍然维持在大约71.6％，并且因此能够注意到，相比采用铜线 圈，在它们的电机效率方面并没有太大差别。但是，当铝线圈的直径d 为0.4mm而极间间隙A为2.00mm(即测试1)时，压缩机电机的效率 仅为65.7％，这意味着电机效率相比铜线圈的情况大幅降低。因此，这 种条件是不适合的。

如图3和图4所示，定子芯设置有多个齿部212，所述齿部212形 成于中心侧并且沿径向方向自轭部211的内周表面凸出，其间具有特定 间隙从而由线圈卷绕。齿部212形成有均匀的间隙，使得其间置有槽部 213(将在下文中解释)。齿部212沿纵长方向具有大致相同的宽度B。 每个齿部212的宽度B形成为大致不长于沿其径向方向的长度L，尽管 这取决于电机的容量。齿部212的外侧以特定曲率R与相邻齿部212 弯曲地连接。

每个齿部212的宽度B与相邻齿部212之间的曲率R的比率，即， 齿部212的宽度B与将在下文中进行解释的槽部213的曲率R之间的 比率关系到压缩机用电机的效率。例如，如图8所示，当齿部212的宽 度B为4.00mm而槽部213的曲率R为3.46mm(即测试1)时，齿部 212的宽度B与槽部213的曲率R的比率B/R为1.15，而其电机效率为 60.3％。而且，当齿部212的宽度B为3.90mm而槽部213的曲率R为 3.54mm(即测试2)时，齿部212的宽度B与槽部213的曲率R的比 率B/R为1.10，而其电机效率为65.5％。当齿部212的宽度B为3.80mm 而槽部213的曲率R为3.60mm(即测试3)时，齿部212的宽度B与 槽部213的曲率R的比率B/R为1.05，而其电机效率为69.6％。因此， 能够看到，齿部212的宽度B与槽部213的曲率R的低比率B/R更多 地增加压缩机用电机200的效率。此处，比率B/R优选地处于小于大约 1.15的范围内。槽部213的曲率能够配置为使得主槽部213a的曲率与 副槽部213b的曲率大致相同，所述主槽部213a将在下文中解释，其上 卷绕有主线圈，所述副槽部213b将在下文中解释，其上卷绕有副线圈。

如图3和图4所示，槽部213可以包括：多个主槽部213a，其上卷 绕有主线圈；以及多个副槽部213b，其上卷绕有副线圈。主槽部213a 和副槽部213b以其间具有特定间隙的方式沿圆周方向交替形成。例如， 如图4所示，多个主槽部213a沿圆周方向形成，跟随着以90°相位差 形成的多个副槽部213b。相继地，多个主槽部213a以90°的相位差形 成，跟随着以90°的相位差形成的多个副槽部213b。

每个主槽部213a的截面积可以形成为比每个副槽部213b的大。可 以在考虑电机生产率的情况下依据线圈匝数来适当地确定主槽部213a 和副槽部213b的截面积。即，对于主槽部213a，一个槽部中的线圈匝 数N与单个槽部213a的比率N/S1可以优选地等于或大于2.18，再具体 地，等于或大于2.20。对于副槽部213b，比率N/S2可以优选地等于或 大于1.85。

首先，对主槽部213a的情况进行详细解释，对于直径为0.4-0.5mm 的线圈而言，对于120匝线圈，主槽部213a的合适的截面积可以为 55mm²，对于130匝，合适的可以为59.5mm²，而对于140匝，合适的 可以为63mm²。即，如图9所示，对于主槽部213a，当线圈匝数N与 主槽部截面积S1的比率N1/S1为2.18(即测试1)时，在压缩机用电 机中获得的效率为61.6％；当比率N1/S1为2.20(即测试2)时，在压 缩机用电机中获得的效率为66.9％；而当比率S1/N1为2.22(即测试3) 时，在压缩机用电机中获得的效率为70.2％。能够看到，在线圈匝数N 与每个主槽部截面积S1的比率N1/S1更高的情况下，压缩机用电机的 效率能够提高得更多。因此，当线圈匝数N与每个主槽部截面积S1的 比率N1/S1为2.18时，这种电机的效率低于用于压缩机的具有铜线圈 的典型电机(例如单相感应电机)的平均效率。但是，当比率N1/S1等 于或大于2.20时，能够注意到，这种电机的效率类似于用于压缩机的典 型电机的平均效率或相比该平均效率得到更多提高。即，即使当采用铝 线圈时，如果对线圈匝数与主槽部截面积的比率进行适当地调节，压缩 机用电机的效率也能够不降低。

接下来，对副槽部213b的情况进行详细解释，对于直径为0.4-0.5mm 的线圈而言，对于59匝线圈，副槽部213b的合适的截面积可以为 32mm²，对于63匝，合适的可以为34.5mm²，而对于68匝，合适的可 以为36mm²。即，如图10所示，对于副槽部213b能够实现：当线圈匝 数N2与副槽部截面积S2的比率N2/S2(即测试1)时，在压缩机用电 机中获得的效率为61.6％；当比率N2/S2为1.83(即测试2)时，获得 的效率为66.9％；而当比率N2/S2为1.89(即测试3)时，获得的效率 为70.2％。尽管不是定量的，但是能够理解，当线圈匝数N2与副槽部 截面积S2的比率N2/S2更大时，电机的效率提高得更多。因此，为了 提高电机的效率，线圈匝数N2与副槽部截面积S2的比率N2/S2应当 优选地等于或大于1.85。

此处，主槽部213a的截面积和副槽部213b的截面积能够等同地应 用于主槽部213a和副槽部213b均由铝线圈卷绕以及主槽部213a由铜 线圈卷绕而副槽部213b由铝线圈卷绕的情况中。

主槽部213a和副槽部213b的单个截面积或整体截面积以及个数能 够配置为彼此相同或彼此不同。能够通过对比电机中卷绕的线圈的价格 而对效率进行考虑来对其进行设计。例如，如果对于线圈240仅使用铝 线圈，则相比铜线圈，可以增大主槽部213a和副槽部213b的单个截面 积或整体截面积以及个数，但它们之间的相对比率可以配置为与典型电 机的槽部的形状差别不大。但是，如果对于主槽部213a使用铝线圈而 对于副槽部213b使用铜线圈，则铝线圈的直径相比铜线圈的直径延伸 得更长，并且因此，相比副槽部213b的情况，主槽部213a的单个截面 积或整体截面积以及个数可以相对地增加。相反，如果对于主槽部213a 使用铜线圈而对于副槽部213b使用铝线圈，则相比主槽部213a的情况， 副槽部213b的单个截面积或整体面积以及个数可以相对地增加。

定子210上卷绕的线圈240可以由铝制成(具有62.7％的导电率)， 铝的导电率比铜(具有99.9％的导电率)低但不是低得非常多，并且特 别地具有比铜便宜得多的价格。

相比铜，铝线圈具有更低的导电率，从而导致降低压缩机用电机200 的效率的可能性。因此，为了对此进行补偿，铝线圈的直径可以优选地 比铜线圈的直径粗大约25％。

对于铝线圈，由于在其材料特性方面，铝的刚度相比铜更低，因此 为了维持线圈的刚度，涂敷有绝缘材料的铝线圈的外周表面上所涂敷的 瓷漆层的厚度至少应当厚于涂覆在铜线圈外周表面的瓷漆层的厚度。

对于铝线圈，由于在其材料特性方面，铝的刚度相比铜更低，所以 可能会劣化阻尼效果。因此，在特定的较低频段处噪音可能会增加。但 是，这种问题能够通过优化定子210的内径D和槽部213的面积S来解 决或者通过优化定子210的内径D和上端线圈241以及下端线圈242 的高度来解决。

在下文中，将参照图11对具有根据上述实施方式的往复式电机的往 复式压缩机进行描述。

即，根据本发明的往复式压缩机可以包括：密封壳100；驱动电机 200，其用作驱动源安装在密封壳100中；压缩单元300，其配置为使得 活塞320经由连杆330连接于驱动电机200的转轴230，从而在具有阀 组件340的缸体310的压缩空间中进行线性往复运动，进而压缩制冷剂； 以及支撑单元400，其安装于密封壳100的底表面与驱动电机200的下 表面之间用于弹性支撑驱动电机200以及压缩单元300。

驱动电机200可以实施为前述的压缩机用电机，即感应电机，其中， 铝线圈同时插入于定子210的主槽部213a和副槽部213b中从而卷绕在 齿部212上，或者，铜线圈插入于主槽部213a中而铝线圈插入于副槽 部213b中或者反之亦然从而卷绕在相应的齿部212上。驱动电机200 的定子210的配置与以上针对往复式电机所描述的相同，因此将省略其 详细的描述。

但是，在驱动电机200中，当为了维持电机的效率而使铝线圈的直 径形成为长于铜线圈时，增加了定子210的重量而且还增加了定子210 的上端线圈241和下端线圈242的高度。因此，通过考虑到与压缩单元 300的冲突，应当升高压缩单元300的安装位置和密封壳100的高度。 还需要以与定子210所增加的重量一样多的方式增加沿支撑单元400的 纵向方向的弹力。为此目的，可以减小构成支撑单元400的压缩螺旋弹 簧的高度。但是，在这种情况下，应当考虑到，安装于驱动电机200的 转轴230下端的给油器不应当碰撞到密封壳100。鉴于定子100重量的 增加和压缩单元300高度的增加，应当适当地调节安装于转子220或转 轴230的偏心体的重量，从而防止由于驱动电机200的定子210和转子 220之间的摩擦而产生噪音。

在根据本发明的实施方式的往复式压缩机中，当向驱动电机200供 电时，转轴230旋转，并且旋转力通过连杆330转变为压缩单元300的 线性往复运动从而实现传递。而且，在压缩单元300中，重复一系列过 程，即，在活塞320在缸体310的压缩空间中进行线性往复运动的同时 经由阀组件340吸入制冷剂，从而压缩制冷剂，然后将经过压缩的制冷 剂排放到制冷系统。

此处，在驱动电机200中，当交流电流自外部施加至卷绕在定子210 上的主线圈和副线圈时，施加了力，使得副线圈由于因电流而形成旋转 磁场而首先旋转，其中副线圈具有比主线圈电提前90°的极轴。而且， 由于串联连接有电容器，副线圈具有比主线圈提前的电流相位。因此， 驱动电机200以高速旋转。在驱动电机200以高速旋转的同时，旋转力 经由连杆330转变为线性运动，从而被传递至活塞320。

这样，通过采用其中卷绕有铝线圈的驱动电机，相比其中卷绕有铜 线圈的电机，能够减少驱动电机的材料成本，从而大幅减少制造成本而 不会大幅改变往复式压缩机的效率。而且，通过适当地设计主槽部和副 槽部的单个截面积、整体截面积或个数，从其价格的角度看，往复式压 缩机的效率能够提高。

根据本发明的压缩机用电机能够应用于其它的压缩机以及往复式 压缩机。但是，对于每个压缩机来说，用于每个部件的标准可能有所区 别。

[关键词]

压缩机用电机、定子、铝线圈