專利名稱：制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用蒸汽壓縮循環(huán)的制冷機如電冰箱和空調(diào)機。
背景技術(shù)：
這些年來，由于對防止地球變暖及降低運行成本的要求增加的傾向，因而促進(jìn)了在居室和建筑物中大量消耗能源的電冰箱和空調(diào)機的節(jié)能。為了提高制冷機如電冰箱和空調(diào)機的效率并降低其成本，象在JP-A-2001-227778中所公開的那樣，人們已經(jīng)知道采用驅(qū)動壓縮機的內(nèi)置磁鐵同步電機，這種電機具有內(nèi)裝鼠籠式導(dǎo)體和永久磁鐵的電樞，因而該電機不僅用作感應(yīng)電機而且也用作同步電機。
在上述傳統(tǒng)技術(shù)中，在制冷機中使用多個壓縮機，由內(nèi)置磁鐵的同步電機驅(qū)動的一個可變速壓縮機適于承受變換器驅(qū)動(inverter drive)，但是，其它的一個或多個恒速壓縮機是由商業(yè)電源驅(qū)動的。然而雖然承受變換器驅(qū)動的壓縮機在上述結(jié)構(gòu)中以相對較高的效率被驅(qū)動，但是，目前尚不詳細(xì)知道如何提高制冷機的總效率。
在內(nèi)置磁鐵的同步電機的同步運轉(zhuǎn)的情形中，過載操作使內(nèi)置磁鐵同步電機產(chǎn)生不足的轉(zhuǎn)矩，使同步操作變劣，因而使電樞停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致不正常電流通過的運轉(zhuǎn)，因此引起電樞繞組出現(xiàn)絕緣擊穿的危險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種制冷機，它使用多個壓縮機并具有相對較高的總效率。
另外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種制冷機，它使用多個壓縮機，具有相對較高的可靠性。
為此目的，按照本發(fā)明提供一種制冷機，它包括多個由電機驅(qū)動的壓縮機，每個電機包括一個電樞，所述電樞具有一個裝有鼠籠式導(dǎo)體和一個被磁化的永久磁鐵的鐵心，以便能夠使電機用作同步電機；以及一個壓縮機驅(qū)動電路，用于有選擇地以商業(yè)電源的電源頻率或以變換器的可變頻率驅(qū)動電機。
另外，按照本發(fā)明提供一種制冷機，它包括多個由電機驅(qū)動的壓縮機，每個電機具有一個裝有永久磁鐵的電樞鐵心，至少一個壓縮機由變換器以可變速度驅(qū)動，其它的壓縮機電機驅(qū)動，每個電機在其電樞中除永久磁鐵外還設(shè)有一個鼠籠式導(dǎo)體。
另外，按照本發(fā)明提供一種制冷機，它包括多個由電機驅(qū)動的壓縮機，每個電機具有一個裝有鼠籠式導(dǎo)體和一個永久磁鐵的電樞鐵心，所述電機能夠由商業(yè)電源以電源頻率驅(qū)動，也能夠由變換器以可變頻率驅(qū)動。
另外，在具有上述結(jié)構(gòu)的制冷機中，最好采用蝸卷式壓縮機，作為上述壓縮機。
另外，在具有上述結(jié)構(gòu)的制冷機中，最好在電機的定子中同心地纏繞電樞繞組。
另外，在具有上述結(jié)構(gòu)的制冷機中，最好采用蝸卷式壓縮機作為上述壓縮機，并在電機定子中同心地纏繞電樞繞組。
另外，在具有上述結(jié)構(gòu)的制冷機中，當(dāng)確定變換器故障時，最好用商業(yè)電源驅(qū)動所述多個壓縮機中的至少一個。
另外，在具有上述結(jié)構(gòu)的制冷機中，所述多個壓縮機中的每一個用一個電機驅(qū)動，該電機包括一個具有內(nèi)裝鼠籠式導(dǎo)體和一永久磁鐵的鐵芯的電樞，上述永久磁鐵被磁化以便使電機用作同步電機。
在具有上述結(jié)構(gòu)的制冷機中，所述多個壓縮機具有一致的類型。
另外，在具有上述結(jié)構(gòu)的制冷機中，在壓縮機的排放側(cè)設(shè)有一個壓力檢測裝置，因而壓縮機可按照該壓力檢測裝置檢測的值被驅(qū)動。
本發(fā)明將對照附圖詳述本發(fā)明的推薦實施例。
通過對照附圖詳述實施例可進(jìn)一步理解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。


圖1是表示本發(fā)明一實施例中制冷循環(huán)的框圖；
圖2是表示在圖1所示實施例中使用的自起動式同步電機；圖3是表示圖1所示實施例中使用的壓縮機的剖視圖；圖4是表示相對于轉(zhuǎn)速各種電機的效率的曲線圖；圖5是表示感應(yīng)電機和自起動式同步電機的功率系數(shù)的曲線圖；圖6是表示圖1所示實施例中壓縮機轉(zhuǎn)動控制的時間表；圖7的流程圖表示圖1所示實施例中的自起動式同步電機的同步損失的解調(diào)防止控制；圖8是表示圖1所示實施例中的自起動式同步電機的連續(xù)運轉(zhuǎn)區(qū)的曲線圖；圖9是表示本發(fā)明另一實施例中制冷循環(huán)的框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參閱表示具有兩個壓縮機1、2的空調(diào)機的制冷循環(huán)的圖1，圖中表示由一個變換器驅(qū)動的一個可變速壓縮機1和由商業(yè)電源驅(qū)動的恒速壓縮機2。壓縮機1、2中的每一個內(nèi)裝一個內(nèi)置磁鐵同步電機(一個自起動式同步電機)，該同步電機具有一個電樞，該電樞設(shè)有一個鼠籠式導(dǎo)體，使電機可用作感應(yīng)電機，以及一個永久磁鐵，該永久磁鐵被雙極磁化，以便使電機可用作同步電機。另外，借助制冷劑管順序連接一個四通閥4、一個戶外熱交換器5、一個戶外膨脹安全閥7、戶內(nèi)膨脹安全閥9a、9b、戶內(nèi)熱交換器10a、10b和一個蓄壓器12，以便構(gòu)成制冷循環(huán)。
現(xiàn)在參閱圖2，該圖是在內(nèi)裝在每個壓縮機1、2中的電機的直徑方向上的詳細(xì)剖視圖，圖中表示一個電樞50，以及一個圍繞電樞50外周面上設(shè)置的鼠籠式導(dǎo)體52。采用了這種結(jié)構(gòu)，電樞50被轉(zhuǎn)動以便使電機可用作感應(yīng)電機。如圖所示雙極(N和S)磁化的一個永久磁鐵設(shè)置在鼠籠式導(dǎo)體52內(nèi)。另外，還設(shè)有一個電樞鐵芯54和一個曲軸55，它們在徑向向內(nèi)的方向上以上述順序布置，并且連接在如圖3所示的壓縮機驅(qū)動部分上。
現(xiàn)在參閱圖3，該圖是表示使用自起動式同步電機的壓縮機結(jié)構(gòu)的橫剖圖，壓縮機具有一個壓縮機構(gòu)部分，由從固定的渦卷構(gòu)件112的端板直立的螺旋渦卷114、一個從運轉(zhuǎn)渦卷構(gòu)件115的端板116直立的螺旋渦卷117構(gòu)成，螺旋渦卷117與螺旋渦卷114嚙合，并由曲軸55旋轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行壓縮運動。
在運轉(zhuǎn)渦卷構(gòu)件112和固定渦卷構(gòu)件115之間限定的壓縮腔118a、118b……中，在直徑上最外側(cè)設(shè)置的壓縮腔118朝向兩個渦卷構(gòu)件的中心容積減小，以便在旋轉(zhuǎn)運動過程中進(jìn)行壓縮，來自壓縮腔118的壓縮氣體從與壓縮腔118的中心部分連通的一個排放口119排放。
排放出來的壓縮氣體流經(jīng)在渦卷構(gòu)件112和一個框架120中形成的(未畫出的)一條氣道，然后流入壓力容器121內(nèi)框架120下面的一個部分中，然后通過裝在壓力容器121側(cè)壁上的一個排放管22排放到壓縮機外。
另外，在上述壓縮機內(nèi)在壓力容器121中裝有一個驅(qū)動電機123。在驅(qū)動電機123下面限定一個油槽部分124。由于旋轉(zhuǎn)運動引起的壓差，油槽部分124內(nèi)的油借助曲軸55內(nèi)形成的油孔125被送至運轉(zhuǎn)渦卷構(gòu)件115和曲軸55的滑動部分、滑動軸承126等。
定子60由定子鐵心61、定子鐵心內(nèi)形成的三個槽62和由這些槽彼此分開的三個齒63構(gòu)成。電樞繞組64通過槽62同心地纏繞在齒上。在附圖中，電樞繞組64包括U相繞組64A、V相繞組64B和W相繞組64C，這些繞組被供電以便使電樞轉(zhuǎn)動。
采用上述結(jié)構(gòu)，由于定子60只包括同心纏繞的繞組，因而線圈端部的尺寸可以減小，因此，繞組引起的銅損減小，使效率可以提高，并且使壓縮機小型化。另外，制造壓縮機驅(qū)動電機只需要同心纏繞機，從而有利地降低了制造成本。另外，(1)由于在電樞中設(shè)置的起動導(dǎo)體是以鼠籠形狀形成的，因而磁隙可被限制得最小，因此，甚至在額定功率操作過程中也可保證有效的磁通；(2)由于流經(jīng)導(dǎo)體的電流引起的感應(yīng)電流和從定子側(cè)流入電樞的磁通彼此垂直，因而轉(zhuǎn)矩特性可得到保證；(3)由于可以照常使用傳統(tǒng)感應(yīng)電機的電樞生產(chǎn)線(包括壓鑄機等)，因而可以有利地降低制造成本。
另外，由于可以減小線圈端部尺寸，因而可以保證分開制冷流體的零件的足夠空間，以便減小油的上涌(rise-up)，因此，甚至使用多臺壓縮機也能夠使戶外裝置小型化。
下面描述自起動式同步電機的操作。
在以恒速運轉(zhuǎn)的壓縮機2的情形中，當(dāng)來自商業(yè)電源101的電力供給電樞繞組時，感應(yīng)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，使旋轉(zhuǎn)磁場作用在鼠籠式導(dǎo)體上，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。也就是說，電機在壓縮機起動時用作感應(yīng)電機，然后當(dāng)壓縮機轉(zhuǎn)速逐漸增加，達(dá)到商用電源101的頻率50Hz(或60Hz)時，由于電機被引入永久磁鐵的磁場而用作同步電機，以便以同步速度轉(zhuǎn)動。此時，由于基本不引起滑動，因而當(dāng)電機用作感應(yīng)電機時感應(yīng)的二次電流基本不引起損耗，因此能夠以高效率運轉(zhuǎn)壓縮機。
在承受變換器驅(qū)動的可變速壓縮機1的情形中，由于驅(qū)動頻率借助變換器電路102逐漸從商業(yè)電源101的頻率增加，因而與電機直接由商用電源101驅(qū)動的情形相比較，電機能夠簡單地增加至其需要的同步速度。
現(xiàn)在參閱圖4，該圖表示一個感應(yīng)電機、一個永久磁鐵同步電機和一個自起動式同步電機的電機效率特性，即，轉(zhuǎn)速對電機效率，自起動式同步電機的效率高于感應(yīng)電機的效率，但稍低于永久磁鐵同步電機的效率。但是，由于永久磁鐵同步電機不能直接由商用電源自起動，因而需要變換器電路。
現(xiàn)在參閱圖5，該圖表示感應(yīng)電機和自起動式同步電機的功率系數(shù)，感應(yīng)電機由于需要伴有滑動的勵磁電流，因而降低了其功率系數(shù)，但是，自起動式同步電機由于進(jìn)行同步運轉(zhuǎn)時不需要勵磁電流因而能夠以高功率系數(shù)運轉(zhuǎn)，因此能夠減小電源功率。
現(xiàn)在再次參閱圖1，壓縮機驅(qū)動電路100包括電源開關(guān)103、104，以便直接或借助變換器電路102從商業(yè)電源101向壓縮機1、2供電，因此，壓縮機1、2有選擇地在以商用電源101的頻率的驅(qū)動下或在以可變頻率的變換器驅(qū)動下操作。因此，壓縮機2也可以作為可變速電機被變換器電路操作。相反，壓縮機1則可以在商業(yè)電源的驅(qū)動下操作，因而可以彼此互換變換器驅(qū)動和商用電源驅(qū)動。
如果變換器電路故障，壓縮機1、2兩者都可直接通過電源開關(guān)103、104連接于商用電源101，因此，它們用作自起動式同步電機，從而能夠避免不必要的停機。
另外，由于使用了電源開關(guān)103、104，通過以預(yù)定間隔的交替操作，由于溫度控制以高運轉(zhuǎn)頻率在變換器驅(qū)動下操作的壓縮機，即，通過轉(zhuǎn)動操作壓縮機，多個壓縮機1、2的使用壽命分別被平均；從而可以提高可靠性。
現(xiàn)在參閱圖6，該圖表示四個壓縮機通過轉(zhuǎn)動操作的一個實例，按照空調(diào)負(fù)載，在變換器驅(qū)動下的壓縮機1首先被起動，然后，被商用電源以恒速被驅(qū)動的壓縮機2被起動。然后，壓縮機2、3、4以預(yù)定的時間間隔相繼被起動，直至需要的壓縮機的數(shù)目變?yōu)橐粋€負(fù)載所需要的值。此時，按照被操作時間累加裝置分別累加的壓縮機1至4的總操作時間，各壓縮機按照從過去的總操作時間最少的壓縮機開始的次序被操作。
當(dāng)空調(diào)負(fù)載減小，使以恒速運轉(zhuǎn)的壓縮機的數(shù)目減少時，各壓縮機按照從總運轉(zhuǎn)時間已變成最長的那一個壓縮機被停止的次序相繼被停止，在變換器驅(qū)動下運轉(zhuǎn)的壓縮機除外，在變換器驅(qū)動下運轉(zhuǎn)的壓縮機最后停止。因此，可以使各壓縮機的使用壽命一致，從而可以提高空調(diào)機總體的可靠性。
另外，為了確定準(zhǔn)備起動的那一個壓縮機，不使用總操作時間產(chǎn)生一個隨機的數(shù)字，它可以是1至4中的任一個，即，例如可以是2，壓縮機2可以首先被起動。在這種情形中，與使用多個壓縮機的操作時間累加裝置的情形相比較，可以減小微計算機的存儲容量，從而可以有利地降低成本。另外，通過為每個壓縮機包括在變換器驅(qū)動下運轉(zhuǎn)的壓縮機和在商業(yè)電源驅(qū)動下運轉(zhuǎn)的壓縮機使用自起動式電機，可以統(tǒng)一所使用的壓縮機的類型，從而可以降低制造成本、管理成本等。
當(dāng)自起動式同步電機被商業(yè)電源起動時，在壓縮機的排放側(cè)和吸入側(cè)之間存在大的壓差的情形中，由于電機轉(zhuǎn)矩不足，會存在起動故障的危險，因此，從壓縮機的吸入側(cè)的油分離器3至壓縮機的排放側(cè)的蓄能器12有一條旁路13，如圖1所示，而且在旁路中連接一個旁路截止閥14。采用了這種結(jié)構(gòu)，旁路截止閥14被打開以便減小在起動時壓縮機排放側(cè)和吸入側(cè)之間的壓差，從而能夠防止出現(xiàn)壓縮機的起動故障。
另外，如圖9所示，作為上述旁路13的替代，從商業(yè)電源驅(qū)動的壓縮機的排放側(cè)至蓄能器12可設(shè)置一條旁路13a，或者，從蓄能器12至接收器8可設(shè)置一條旁路13b。在旁路13b的情形中，當(dāng)在旁路13b中連接的截止閥14B被打開時，氣體從接收器8的頂部引入壓縮機的吸入側(cè)，因此，在接收器入口的制冷劑有兩相，以便在用作冷凝器的熱交換器的出口用作兩相制冷劑。因此，凝結(jié)壓力可以被降低以便減小壓縮機的負(fù)載，從而能夠有利于壓縮機的起動。另外，如果在壓縮機構(gòu)部分的高壓部分和低壓部分之間，在壓縮機中裝有旁路，那么，壓縮機可有利地減小尺寸。
另外，如圖1所示，在壓縮機2的排放側(cè)和壓縮機1的排放側(cè)的油分離器3之間的通路中裝有止回閥5，因此，可以防止已經(jīng)首先起動、在變換器驅(qū)動下運轉(zhuǎn)的壓縮機1的排放側(cè)和第二起動的壓縮機2的吸入側(cè)之間的壓差增加，從而能夠有利于壓縮機2的起動。
另外，當(dāng)壓縮機2停止時，一個長的時間過去，直至保持在壓縮機2和止回閥15之間的高壓減至一個較低的值，但是，如果旁路13被打開，壓力就可迅速降低。因此可以縮短從壓縮機2的停止至其重新起動所需要的時間。
甚至在自起動式同步電機的同步運轉(zhuǎn)期間，如果壓縮機落入過載運轉(zhuǎn)狀態(tài)，也會引起轉(zhuǎn)矩不足，因此，也會引起同步性的損失。為了防止出現(xiàn)同步性損失，在壓縮機的排放側(cè)設(shè)置一個壓力檢測裝置16及檢流器105和106，以便進(jìn)行控制，從而防止同步性損失。
現(xiàn)在參閱圖7，該圖表示為防止出現(xiàn)壓縮機的同步性損失而進(jìn)行控制的流程圖。當(dāng)收到壓縮機起動信號時，排放壓力傳感器檢測到一個壓力。以便確定排放壓力是否小于預(yù)定的值Pdset1，如果是，旁路被打開，此時壓縮機不起動直至排放壓力Pd變得不大于值Pdset1時。
在壓縮機起動后，按照檢流器106的測出值及壓力檢測裝置16的測出值進(jìn)行隨后的步驟。
現(xiàn)在參閱圖8，按照電流值I和壓縮機的排放壓力Pd，該圖表示壓縮機可連續(xù)運轉(zhuǎn)的一個區(qū)域，以及壓縮機引起同步性損失的區(qū)域。具體來說，在壓縮機可連續(xù)運轉(zhuǎn)的區(qū)域中存在一個允許的最大電流值(Imax)，在該最大電流下面，允許的排放壓力Pd隨著電流增加而降低。因此，自起動式同步電機是否落入壓縮機連續(xù)運轉(zhuǎn)的狀態(tài)是接連地確定的，這取決于條件Pd＜Pdset2-I*a(其中a是系數(shù))和I＜Imax是否被滿足。另外，如果它落入出現(xiàn)同步性損失的區(qū)域，那么，旁路13、13a或13b被打開，以便降低電機上的負(fù)載。另外，甚至旁路被打開，它已落入出現(xiàn)同步性損失的區(qū)域，壓縮機一旦停止，則進(jìn)行再試做控制以便壓縮機再起動。
鑒于上述結(jié)構(gòu)，由于渦卷壓縮機用作由自起動式同步電機驅(qū)動的壓縮機，因而轉(zhuǎn)動零件的慣性低，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的振動也不大，因此能夠加寬壓縮機可連續(xù)運轉(zhuǎn)的區(qū)域。
如上所述，按照本發(fā)明，可以提供一種具有高度可靠性、成本低的制冷機。
本專業(yè)技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，雖然前面的描述是針對本發(fā)明的實施例進(jìn)行的，但是，本發(fā)明并不局限于此，而是可以做出各種修改和變化而并不背離本發(fā)明的精神或超出權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種制冷機，它包括多個由電機驅(qū)動的壓縮機，每個電機包括一個電樞，所述電樞具有一個裝有鼠籠式導(dǎo)體和一個被磁化的永久磁鐵的鐵心，以便能夠使電機用作同步電機；以及一個壓縮機驅(qū)動電路，用于有選擇地以商業(yè)電源的電源頻率或以變換器的可變頻率驅(qū)動電機。
2.一種制冷機，它包括多個由電機驅(qū)動的壓縮機，每個電機具有一個裝有永久磁鐵的電樞鐵心，其中至少一個電機由變換器以可變速度驅(qū)動，其它的每個電機在其電樞中除永久磁鐵外還設(shè)有一個鼠籠式導(dǎo)體。
3.一種制冷機，它包括多個由電機驅(qū)動的壓縮機，每個電機具有一個裝有鼠籠式導(dǎo)體和一個永久磁鐵的電樞鐵心，其中所述電機能夠由商業(yè)電源以電源頻率驅(qū)動，也能夠由變換器以可變頻率驅(qū)動。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷機，其特征在于渦卷壓縮機用作所述壓縮機。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷機，其特征在于電樞繞組同心地纏繞在每個電機內(nèi)的定子中。
6.如權(quán)利要求1所述的制冷機，其特征在于渦卷壓縮機用作所述壓縮機，電樞繞組纏繞在每個電機內(nèi)的定子中。
7.如權(quán)利要求1所述的制冷機，其特征在于如果變換器故障被確定，則至少一個壓縮機由商業(yè)電源驅(qū)動。
8.如權(quán)利要求1所述的制冷機，其特征在于所述多個壓縮機都由下述電機驅(qū)動，即，每個電機具有一個電樞鐵心，電樞鐵心裝有一鼠籠式導(dǎo)體和一被磁化的永久磁鐵，以便能夠使電機用作同步電機。
9.如權(quán)利要求1所述的制冷機，其特征在于所述多個壓縮機具有統(tǒng)一的類型。
10.如權(quán)利要求1所述的制冷機，其特征在于一個壓力檢測裝置設(shè)置在每個壓縮機的排放側(cè)，電機取決于該壓力檢測裝置的測出值被起動。
全文摘要
一種制冷機包括多個由電機驅(qū)動的壓縮機，每個電機具有一個電樞鐵心，該電樞鐵心裝有一個鼠籠式導(dǎo)體和一個被磁化的永久磁鐵，以便使電機能夠用作同步電機，以及一個壓縮機驅(qū)動電路，用于有選擇地由商業(yè)電源以電源頻率驅(qū)動電機或由變換器以可變頻率驅(qū)動電機。因此，可以提高制冷機的總效率。
文檔編號F04C28/08GK1480695SQ0315237
公開日2004年3月10日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月4日
發(fā)明者橫関敦彥, 中同進(jìn), 東條健司, 猿田彰, 松永睦憲, 菊地聡, 司, 橫 敦彥 申請人:日立空調(diào)系統(tǒng)株式會社