专利名称：制冷剂压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设于空调装置、冷藏库、展示柜、或果汁等的自动贩卖机等的冷冻循环器中的制冷剂压缩机。
以往，在空调装置、冷藏库或展示柜等的制冷剂压缩机中设有由直流马达所构成的电动装置。该电动装置由定子与转子所构成，在定子上卷上定子线圈，并藉由在该定子线圈施加电压来转动转子，使得制冷剂压缩机运转。电动装置的定子如
图13与图14所示，在定子101内圈周围以等间距设置多个齿部102，并在这些齿部102上分布卷绕有定子线圈103。做为电动装置的电动机100为直流马达，故在转子104上大致呈矩形配置四个永久磁铁105。各永久磁铁105的磁力线向周围的四个方向透过齿部102，形成通过定子101内的磁通(图15)。
如图16所示，交流商用电源AC连接到整流二极体D1与电容35所构成的整流平滑电路33，整流平滑电路33则再连接到多个半导体开关元件例如FET(SW1、SW2、SW3、SW4、SW5与SW6)所构成的反相电路36，反相电路36的输出端的三条配线37、38、39分别连接到电动机100上的定子线圈103。各配线37、38、39分别透过用来检测定子线圈103的输入电压的检测电路(未图示)而连接到位置检测电路106。此外，位置检测电路106透过转速计算电路107与等宽PWM波形产生电路109连接到反相电路36。在位置检测电路106与反相电路36之间则连接有通电相位切换电路108。
位置检测电路106检测出各配线37、38、39中没有被反相电路36施加电压的配线(后述3相中的1相)的电压后，计算出转速，并依据计算出的转速使等宽PWM波形产生电路109产生等宽PWM波形，而输出到反相电路36。之后，反相电路36将输入的等宽PWM波形以120度间隔分割成三相(U相、V相与W相)，而从各配线37、38、39输出。在此情形下，反相电路36藉由在三条配线中的两条配线输出讯号，使在定子线圈103的任一齿部102上产生磁场，而使电动机100运转。此外，通电相位切换电路108依据位置检测电路106的输出决定反相电路36的输出。
这里，电动机100的转动模式以图17所示的模式图来加以说明。反相电路36以KA1模式将等宽PWM波形(正)输出到U相(配线37)，将等宽PWM波形(负)输出到V相(配线38)，使电流沿黑色箭头方向流过，并向白色箭头方向产生磁力。接着，反相电路36以KA2模式将等宽PWM波形(正)输出到U相，将等宽PWM波形(负)输出到W相(配线39)，使电流沿黑色箭头方向流过，并向白色箭头方向产生磁力。
接着，反相电路36以KA3模式将等宽PWM波形(正)输出到V相，将等宽PWM波形(负)输出到W相，使电流以黑色箭头方向流过，并向白色箭头方向产生磁力。反相电路36以KA4模式将等宽PWM波形(正)输出到V相，将等宽PWM波形(负)输出到U相，使电流沿黑色箭头方向流过，并向白色箭头方向产生磁力。反相电路36以KA5模式将等宽PWM波形(正)输出到W相，将等宽PWM波形(负)输出到U相，使电流沿黑色箭头方向流过，并向白色箭头方向产生磁力。
接着，反相电路36以KA6模式将等宽PWM波形(正)输出到W相，将等宽PWM波形(负)输出到V相，使电流沿黑色箭头方向流过，并向白色箭头方向产生磁力。藉由顺序重复上述操作的磁力的转动移动，使转子104得以转动。这样，当释放三相中的其中一相，在其他两相施加电压使电动机100转动时，如图18所示，便以将一圆周(一电性角为360度)6等分的方式，产生旋转磁场。
但是，为了以位置检测电路检测出转动位置，要检测出U相、V相与W相3相中释放掉电压的一相。在此情形下，在例如KA1模式的通电状态期间，因为定子的磁场不移动，而仅有转子端的磁场随着转动而移动，故在存在时间与空间上会局部产生磁通量分布密度高的地方，或产生高次谐波磁通的问题。磁通量的不均匀与高次谐波磁通是产生噪音的主要因素。
为了要解决上述现有技术的问题，本发明的目的在于提出使电动装置的磁通在空间与时间上均稳定，从而大幅地降低噪音的制冷剂压缩机。
本发明提出一种制冷剂压缩机，包括压缩装置以及电动装置。该电动装置用以驱动该压缩装置，电动装置由定子与在该定子中转动的永久磁铁转子所构成。定子具有定子铁心与直接卷在定子铁心上的定子线圈，且在定子线圈施加三相正弦波交流波形。
此外，上述的转子包括转子铁心与配置在转子铁心内的数个永久磁铁。各个永久磁铁系大致排列成矩形；或者以一对并列为一组，以四组配置于转子铁心上。转子包括转子铁心与配置在转子铁心表面的数个永久磁铁。转子的磁极数为2磁极至6磁极。永久磁铁为稀土类磁铁或铁氧体磁铁。定子的定子铁心上还包括至少六至十二个开槽，并于这些开槽直接卷上定子线圈。压缩装置所吸入与压缩的制冷剂为HFC制冷剂或为自然制冷剂。压缩装置包括配置旋转式活塞(rolling piston)、组合一对涡卷的泵或往复式活塞(reciprocating prston)。本发明不使用位置感测器用来感测这些永久磁铁。
此外，上述的三相正弦波交流波形对一直流电源进行一准正弦波脉冲宽度调制而得。三相正弦波交流波形更可以再重叠一第三高次谐波波形利用脉冲宽度调制而产生。施加三相正弦波交流波形可以控制力矩，使转子的转速保持一定。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下附图的简单说明如下图1是应用本发明的制冷剂压缩机的纵断侧剖面图；图2是本发明的定子的平面图；图3是本发明的转子的平面图；图4是本发明的电动机的磁力线分布图；图5是本发明的电动机的控制电路图；图6是本发明的反相电路的输出波形图；图7是本发明的三相正弦波交流波形图；图8是依据本发明以三相正弦波交流波形所产生的旋转磁场示意图；图9是本发明的转子的另一种实施结构的平面图；图10是本发明的转子的再一种实施结构的平面图；图11是本发明的转子的又一种实施结构的平面图；图12是本发明的转子的另一种实施结构的平面图；图13是现有的定子的平面图；图14是现有的另一种定子的平面图；图15是现有的电动机的磁力线分布图；图16是现有的电动机的控制电路图；图17是现有的电动机的旋转模式图；以及图18是现有的旋转磁场示意图。
接着，依据附图来说明本发明的较佳实施例。图1是适用本发明的制冷剂压缩机C的纵断剖面图。图2是依据本发明的较佳实施例所绘示的定子4的平面图。图3是本发明的较佳实施例的转子5的平面图。此外，在各附图中，与图16相同的标号代表同样的构件。参考图1，标号1为密闭容器，密闭容器1的内部上方为做为电动装置的电动机2容置之处，而下方容置以电动机2来转动的压缩装置3。将密闭容器1预先分成两区域，在分别将电动机2与压缩机3置入密闭容器1的该两区域后，再以高频熔敷等方法对密闭容器1加以密封。
电动机2由固定于密闭容器1的内壁的定子4以及可以转轴6为中心自由转动地支承在定子4内侧的转子5所构成。此外，定子4具有用来对转子5施加旋转磁场的定子线圈7。
压缩装置3包括被中央隔版8所分割出的第一旋转缸(rotary cylinder)9与第二旋转缸10。各个旋转缸9、10上装配有以转轴6旋转驱动的偏心装置11、12。偏心装置11、12的偏心位置相差180度。此外，压缩装置3也可以仅使用一个旋转缸。亦或组合一对涡卷的泵结构也可以，或者也可以往复动作活塞结构等构成。
标号13、14为分别在旋转缸9、10内转动的第一滚轮(roller)与第二滚轮，其分别藉由偏心装置11、12的旋转而在旋转缸9、10内转动。标号15、16分别为第一框架与第二框架，在第一框架15与中央隔板8之间形成第一旋转缸9的密闭压缩空间，同样地第二框架16与中央隔板8之间形成第二旋转缸10的密闭压缩空间。此外，第一框架15与第二框架16分别具有可以让转轴6下方部分自由转动的转轴承接孔17、18。
标号19、20为排放消音器，分别覆盖于第一框架15与第二框架16上。此外，旋转缸9与排放消音器19连接到第一框架15上的未绘出的排出孔，旋转缸10与排放消音器20连接到第二框架16上的未绘出的排出孔。标号21为配置在密闭容器1外部的旁通管，其与排放消音器19、20的内部连通。
此外，在密闭容器1上配置排气管22。标号23、24分别为连通到第一与第二旋转缸9、10的吸入管。再者，标号25为密闭接头(terminal)，其用以从密闭容器1外部供应电力给定子4的定子线圈7(其中连接密封接头25与定子线圈7的导线未绘出)。
请参考图2。定子4由定子铁心4A与定子线圈7等所构成。定子铁心4A由环状的定子铁板，如矽钢板等电磁钢板，以多层堆积而成，定子线圈7用以施加旋转磁场给转子5，并透过绝缘材料(未图示)卷成。
定子铁心4A的内圈以等间距配置有六个齿部27，而在这些齿部27之间形成六个内侧与上下方向开放的开槽28。齿部27的前端27A沿着转子5的外缘扩展开。
藉由绝缘材料，利用在各齿部27间的开槽28的空间，以将定子线圈7直接卷在各齿部27上，以所谓集中直接卷线方式，来形成定子4的磁极，而构成四极六开槽28的定子4。亦即，在定子铁心4A上直接地卷上定子线圈7。也可以在此定子铁心4A上形成6到12个开槽28，使用在此开槽28上直接卷上定子线圈7的定子4。
标号26为转子5的转子铁心，其可以例如厚度为0.3mm到0.7mm的电磁钢板冲切成既定形状的转子用铁板，并将多层转子用铁板互相铆接而层积成一体。此外，也可以不使用柳接方式而通过焊接形成一体。接着，如图1所示，标号66、67为转子铁心26上下端所装设的平板状的端面部件，其可由铝或树脂等非磁性材料所制成，与转子用铁板的形状约略相同。A为平衡用配重，其与上方端面部件66一起以柳钉51固定在转子铁心26上。
转子铁心26内所配置的大致呈矩形(以转轴6为中心的正方形)的开槽沿着轴方向形成。在这些开槽内组装有四个以稀土元素所构成的磁铁(以下称为永久磁铁)31。藉此，永久磁铁31整体配置成矩形。此外，相邻的永久磁铁31形成不同的磁极，同时构成转子的四磁极。
图4绘示电动机2的磁通量分布图。如图所示，位于相邻对角线位置上的两个永久磁铁31的面大半处于邻接的齿部27之面上，永久磁铁31的端部则位于邻接于该两齿部27的齿部27之面上。位在对角线上，紧邻的两个永久磁铁31所发出的磁力线几乎全部通过相邻的齿部27，而形成在定子铁心4A内部连接的磁力线回路。
在转子5内大致呈矩形组装四个并相对邻接的永久磁铁31、31的磁力线，仅在等间距设置在定子铁心4A的内圈的六个齿部27中的相对的两个齿部27、27上形成大的磁通(磁力线)(在图中的左右形成大的磁通)。磁力线随着转子5的转动，沿着转子5的移动方向而依序移动。
请参考图5，标号36为多个半导体开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6所构成的三相反相电路，反相电路36的输出端藉由配线37、38、39连接到电动机2的定子线圈7。三条配线37、38、39中的任何两条配线(在本实施例中为配线38、39)连接到电流检测电路40的输入端。在电流检测电路40的输出端以并联方式分别连接位置计算电路41与转速计算电路42。此外，电流检测也可以全部检测三条配线37、38、39的电流。
位置计算电路41与转速计算电路42的输出端分别经由准正弦波PWM波形产生电路43连接到反相电路36。此外，反相电路36的输入端则连接到由整流二极体34与电容器35所构成的整流平滑电路33，整流平滑电路33则再连接到一般商用交流电源AC上。此外，电流检测电路40、位置计算电路41、转速计算电路42、准正弦波PWM波形产生电路43一般可以利用如微电脑来实施。
反相电路36将后述的准正弦波PWM波形产生电路43所产生的准正弦波PWM波形分割成三相(U相、V相、W相)，分别输出到三条配线37、38、39，同时向各相输出准正弦波PWM波形(以预定时间缩短区隔开的脉冲波形。在此场合为数KHz到数十KHz的脉冲波形)，藉由将其依序施加于各齿部27上所卷的定子线圈7上，而在齿部27产生接近圆形的旋转圆形磁场。此旋转圆形磁场与组装在转子铁心26内的永久磁铁31一同作用，而使转子5转动。
电流检测电路40可以检测出在三条配线37、38、39中的其中两条配线(在此例为配线38、39)上所流过的电流或电压。位置计算电路41藉由电流检测电路40检测出的电流来计算出转子5的旋转位置。转速计算电路42利用电流检测电路40检测出的电流计算转子5的转速。
准正弦波PWM波形产生电路43依据来自位置计算电路41与转速计算电路42的输出讯号，来产生近似正弦波的预定的频率。从准正弦波PWM波形产生电路43所输出的准正弦波PWM波形藉由反相电路36的各个半导体开关元件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6转换成预定的频率，并分别施加于卷在各齿部27上的定子线圈7。亦即，三相正弦波交流波形藉由对整流平滑电路33所输出的直流电源进行准正弦波脉中宽度调制，产生近似正弦波的波形，再由反相电路36输出。此外，在进行准正弦波脉冲宽度调制时，以重叠第三高次谐波来进行调制也可以。
接着说明上述的架构的操作方式。在制冷剂压缩机C内作为制冷剂加入HFC制冷剂或自然制冷剂。一般商用交流电源AC在经过整流平滑电路33整流后，准正弦波PWM波形产生电路43的输出由反相电路36转换为三相正弦波交流波形，并将其输出到压缩机2，而在定子4上产生近似圆形的旋转圆形磁场，而使转子5转动。
图6显示三相的准正弦PWM波形施加于电动机2的波形。施加于电动机2的各线U、V、W线的线间UV、VW、WU的图6的波形近似地以PWM施加图7的波形，在电动机2产生近似图8所示的大致圆形的旋转圆形磁场，从而使转子5旋转。
以现有技术来说，因为电动机的旋转磁场将电性角分割成六等份而使一圈的转矩变化过大；但，在本发明中，因为利用反相电路36将三相正弦波交流波形转换成数KHz至数十KHz的脉冲波形而输出，因此可以产生如图8所示的近似圆形的旋转圆形磁场。藉此，电动机2可以很平顺地运转，而大大地防止噪音的发生。
此外，反相电路36的输出则施加于三条配线37、38、39上。电流检测电路40则检测出在三条配线的其中两条配线所流过的电流，然而也可将三条配线37、38、39上所流过的电流均加以检测。
如此，因为电动机2将定子线圈7直接卷在定子铁心4A且同时在定子线圈7上施加三相正弦波交流波形，所以可以在电动机2产生接近圆形的圆形旋转磁场。藉此可以让产生的磁力线在空间与时间上均很稳定。于是，可以大幅减少转矩的变化，而使电动机2运作得更平顺。由于电动机2得以平顺地运转，而可以防止噪音产生。
再者，因为转子5的旋转与定子4的旋转磁场为同步，故可以防止电动机2的磁力线产生局部分布不均的状况。此外，因为永久磁铁31以稀土类磁铁或铁氧体磁铁所做成，故利用强力的磁力，可以在定子4与转子5内形成良好的磁通，藉以制造出高效率、高力率，低噪音的小型电动机2。
与以往所使用的制冷剂相较之下，本发明的制冷剂压缩机C内添加入比以往使用的制冷剂压力大多相同或倾向于更高的HFC制冷剂或自然制冷剂。这样，虽然电动机2的负载量变大，但因为电动机2由近似三相正弦波交流波形的略呈圆形的旋转圆形磁场来加以平滑地驱动运作，所以可以将噪音变大防范于未然。
此外，因为电流检测电路40可以栓测三条配线37、38、39中的任何两条配线上所流过的电流，所以不必特别装设永久磁铁31的位置检测传感器也可以检测出转子5的位置。因此，制冷剂压缩机C的构造可以变得相当简单。
因为利用电流检测电路40来检测出转子5的位置，所以即使制冷剂压缩机C因制冷剂的吸入、压缩状况下造成电动机负载力矩在单次旋转中并非一定，在转子5的转速会变动的情形下，仍然可以藉由电流检测电路40所检测出的电流而使电动机2的转速为一定。
其次，其他种类的转子5的结构如图9所示。在此情形，四对永久磁铁31分别以转轴6为中心以放射状方式并列配置在转子铁心26上的四个方向。藉此，可以形成通过定子4与转子5的恰当的磁通。
其次，其他种类的转子5的结构如图10所示。在此情形，于转子5的转子铁心26上配置与图3所示相同的永久磁铁31，但各个永久磁铁31在转轴6方向内侧则呈现约半圆弧状。藉此，永久磁铁31的形状可以做的较大，并且通过定子4与转子5内的磁通也可以增大。
其次，其他种类的转子5的结构如图11所示。在此情形，四个永久磁铁31沿着转子5的转子铁心26圆周周缘表面配置。此外，如图12所示，则沿着转子5的转子铁心26的表面的圆周方向上配置两个半圆弧型的永久磁铁31。藉此，可以在定子4与转子5内形成恰当的磁通。
依据本发明的制冷剂压缩机，其包括压缩装置以及电动装置。电动装置用以驱动压缩装置，电动装置由定子与在定子中转动的转子所构成，定子具有定子铁心与直接卷在该定子铁心上的定子线圈。因为在该定子线圈施加三相正弦波交流波形，故可以在电动装置上产生近似圆形的旋转圆形磁场，并藉由此旋转圆形磁场，使磁通在空间与时间上均可以稳定，藉此可以大幅地减少噪音。
此外，因为转子包括转子铁心与配置在转子铁心内的数个永久磁铁，可以比较自由地设定磁铁的形状与配置位置，而使得磁力线的分布比较平顺。藉此，可以将噪音的发生防范于未然。
这些永久磁铁整体排列成矩形，或以一对并列为一组，以四组配置于该转子铁心上，使用上变得较容易。特别是，磁铁的外型并不加以限制，可以将四个磁铁呈矩形，亦或将四个或八个磁铁大致呈“八”字形装配于转子上，其依使用的需求来设计。
再者，因为转子包括转子铁心与配置在转子铁心表面的数个永久磁铁，藉由在定子施加三相正弦波交流波形，可以防止磁通局部分布不均的问题。藉此，更可以使噪音降低。
因为永久磁铁采用稀土类磁铁，亦或永久磁铁采用铁氧体磁铁，故可以在定子与转子内形成强力的磁通。藉此，可以制造出高效率、高力率且低噪音的电动装置。由于电动装置由三相正弦波交流波形来驱动，故可以将噪音的产生防范于示然。
定子的定子铁心上还包括至少六至十二个开槽，并于这些开槽直接卷上定子线圈，在定子线圈匝数相同的情况下，与定子线圈不是直接卷在开槽上的情形相较，卷线的长度可以缩短。藉此，可以让电动装置大幅地小型化，可以使电动装置的成本降低。
压缩装置所吸入与压缩的制冷剂为HFC制冷剂或自然制冷剂，故以三相正弦波交流波型来驱动的情形与以往的制冷剂相较之下，即使压缩比变高，电动装置负载变大，噪音变大，但整体噪音仍可以大幅下降。
压缩装置包括一旋转式活塞或组合一对涡卷的泵，噪音会容易传送到外面，然而例如藉由三相正弦波交流波型来驱动，可以大幅降低噪音。此外，不易向外传递电动装置声音的如往复式活塞压缩机等，藉由三相正弦波交流波型来驱动，可以进一步大幅降低噪音。
本发明的制冷剂压缩机不使用位置传感器用来感测这些永久磁铁，制冷剂压缩机的构造可以大幅地简化。藉此，制冷剂压缩机的组装效率可以大幅地提高。
本发明的制冷剂压缩机所施加的三相正弦波交流波形通过对一直流电源进行准正弦波脉冲宽度调制而产生。或者，三相正弦波交流波形可以将在正弦波上再重叠第三高次谐波的波形利用例如准正弦波脉冲宽度调制而产生，故可以使电动装置平顺地运作，藉以在驱动制冷剂压缩机时可以大幅降低噪音。
施加进行过波形调制的三相正弦波交流波形得以控制转矩，使转子的转速保持一定，故即使制冷剂压缩机因制冷剂的吸入、压缩状况下造成电动机负载转矩在单次旋转中并非一定，并使转子的转速变动的情形下，仍然可以使电动装置的转速稳定且保持一定。
转子的磁极数为2磁极至6磁极，故可以降低电动装置的成本。藉此，将一般使用的成本较高的四磁极结构的电动装置变更为二磁极构造的电动装置的话，可以大幅降低电动装置的成本。此外，定子开槽数也可以为6到12个，可以使直卷电动机的线圈的组装性更佳。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定者为准。
权利要求
1．一种制冷剂压缩机，包括一压缩装置以及一电动装置，所述电动装置用以驱动该压缩装置，其特征在于所述电动装置由一定子与在该定子中转动的一转子所构成，其中所述定子具有一定子铁心与直接卷在该定子铁心上的一定子线圈，且在该定子线圈施加三相正弦波交流波形。
2．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述转子包括一转子铁心与配置在该转子铁心内的多个永久磁铁。
3．如权利要求2所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述永久磁铁整体大致排列成矩形。
4．如权利要求2所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述永久磁铁以一对并列为一组，以四组配置于所述转子铁心上。
5．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述转子包括一转子铁心与配置在该转子铁心表面的多个永久磁铁。
6．如权利要求2所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述永久磁铁为稀土类磁铁。
7．如权利要求2所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述永久磁铁为铁氧体磁铁。
8．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述定子的所述定子铁心上还包括至少六至十二个开槽，并于这些开槽直接卷上所述定子线圈。
9．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述压缩装置所吸入与压缩的制冷剂为HFC制冷剂。
10．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述压缩装置所吸入与压缩的制冷剂为自然制冷剂。
11．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述压缩装置包括一旋转式活塞。
12．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述压缩装置包括组合一对涡卷装置的泵。
13．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述压缩装置还包括一往复式活塞。
14．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，不具有用来感测永久磁铁的位置传感器。
15．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述三相正弦波交流波形是对一直流电源进行准正弦波脉冲宽度调制而生成的。
16．如权利要求15所述的制冷剂压缩机，其特征在于，所述三相正弦波交流波形是对在正弦波上再重叠一第三高次谐波的波形利用脉冲宽度调制而生成。
17．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，施加该三相正弦波交流形波以控制转矩，使所述转子的转速保持一定。
18．如权利要求1所述的制冷剂压缩机，其特征在于，该转子的磁极数为2磁极至6磁极。
全文摘要
一种制冷剂压缩机,具有压缩装置以及电动装置。电动装置用以驱动该压缩装置,且由定子与在定子中转动的转子所构成。定子具有定子铁心与直接卷在定子铁心上的定子线圈,且在定子线圈施加三相正弦波交流波形。藉此,使电动装置的磁通在空间与时间上均可以稳定,并且可以大幅降低噪音。
文档编号H02K1/22GK1315777SQ0110157
公开日2001年10月3日 申请日期2001年1月22日 优先权日2000年3月30日
发明者小川高志, 加藤秀明, 野本哲男, 伊泽雄一 申请人:三洋电机株式会社