МОТОР-КОМПРЕССОР Российский патент 1997 года по МПК F04B35/04 

Изобретение относится к холодильному компрессоростроению и может быть использовано в герметичных мотор-компрессорах бытовых холодильников.

Известен герметичный холодильный мотор-компрессор, содержащий кожух и установленный в нем цилиндр, в котором расположен поршень, кинематически связанный с вертикальным коленчатым валом, снабженным малоподающими каналами, однофазный асинхронный двигатель [1]
Недостатком данной конструкции является низкий КПД компрессора, обусловленный низким КПД однофазного асинхронного двигателя, и невысокая надежность из-за значительной зависимости пускового момента от питающего напряжения и, как следствие, затяжного пуска при пониженном напряжении, приводящего к перегреву обмотки и выходу ее из строя. Кроме того, питание однофазного асинхронного двигателя напряжением промышленной частоты не позволяет осуществлять регулирование частоты вращения двигателя с целью обеспечения оптимального режима работы поршневой части компрессора.

Известен герметичный холодильный мотор-компрессор, содержащий кожух, в котором расположены компрессорный и электродвигательный элементы, связанные между собой вращающимся валом, на котором размещен ротор с короткозамкнутой обмоткой, охваченный статором с обмоткой [2]
Недостатком данной конструкции являются также низкие КПД и надежность мотор-компрессора, невозможность регулирования частоты вращения.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение КПД и надежности мотор-компрессора.

Решение указанной задачи обеспечивается предлагаемой конструкцией мотор-компрессора, содержащего в герметичном корпусе компрессорный и электродвигательный элементы, связанные между собой вращающимся валом, на котором размещен мотор, охваченный статором с обмоткой, в котором, согласно данному заявлению, обмотка выполнена сосредоточенной и, как минимум, в одном из пазов статора, свободных от катушек, размещен постоянный магнит согласной с катушками намагниченности, ротор выполнен зубчатым и безобмоточным, питание обмоток осуществляется от электронного коммутатора в зависимости от углового положения ротора относительно статора, причем статор, ротор и компрессорный элемент между собой сориентированы таким образом, что положение ротора, которое он занимает под действием только противодавления в цилиндре, то есть в нижней мертвой точке, совпадает со стартовым положением ротора, из которого обеспечивается пуск двигателя в заданном направлении.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным исполнением со ссылкой на фиг.1, 2, на которых показан мотор-компрессор в разрезе.

Мотор-компрессор, содержит герметичный корпус 1, компрессорный элемент в виде цилиндра 2, поршня 3 и коленчатого вала 4, электродвигательный элемент в виде однофазного индукторного двигателя, содержащего статор 5 с зубцами 6, пазами 7 и обмоткой, состоящей из катушек 8 и 9, и ротор 10 с зубцами 11. Двигатель снабжен устройством определения углового положения ротора относительно статора в виде датчика положения, состоящего из оптической пары 12, расположенной на статоре 5, и перфорированного диска 13 на роторе 10. В пазах 7 статора 5, свободных от катушек 8 и 9, расположены постоянные магниты 14.

Перед пуском мотор-компрессора ротор 10 двигателя устанавливается в стартовое положение (показано на фиг.2) с помощью стартового устройства, например, постоянных магнитов 14, установленных в пазах статора, свободных от катушек 8 и 9. Стартовым положением является такое угловое положение ротора 10 относительно статора 5, в котором при подаче импульса тока в обмотку на ротор действует вращающий момент необходимого направления. Таким является положение ротора 10, в котором ось одного из зубцов ротора находится между осью паза 7 статора, свободного от обмотки, и осью ближайшего зубца 6 статора, в направлении которого должно осуществляться вращение ротора. Магниты 14 установлены таким образом, чтобы при обесточенной обмотке за счет магнитного поля постоянных магнитов установить ротор в стартовое положение.

При подаче питания на обмотку на зубцы 11 ротора 10 действуют силы притяжения по направлению к ближайшим зубцам статора 5 и ротор 10 начинает вращаться. При достижении ротором положения, в котором оси зубцов статора и ротора совпадают, обмотка обесточивается во избежание возникновения тормозного момента при дальнейшем вращении, которое продолжается за счет запасенной кинетической энергии ротора. Вращаясь, ротор достигает положения, в котором оси зубцов 11 ротора 10 и пазов 7 статора 5 совпадают. В этом положении ротора в обмотку вновь попадается ток, создающий вращающий момент на валу при дальнейшем вращении ротора. Таким образом, последовательная подача импульсов тока в обмотку обеспечивает однонаправленное вращение ротора. Своевременная подача импульсов тока в обмотку обеспечивается электронным коммутатором по командам от датчика положения, определяющего угловое положение ротора с помощью оптической пары 12, и перфорированного диска 13. Электронный коммутатор позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения ротора.

Для исключения возможности размагничивания постоянных магнитов необходимо согласовывать их намагниченность с намагниченностью катушек.

Для повышения надежности пуска двигателя мотор-компрессора необходимо увеличить фиксирующий момент, устанавливающий ротор 10 в стартовое положение, то есть соосное положение зубцов 11 ротора 10 с постоянными магнитами 14. В данной конструкции это достигается такой предварительной взаимной ориентацией ротора 10 и поршня 3, которая обеспечивает совпадение положения ротора, которое он занимает при отключенной обмотке двигателя и максимальном противодавлении в цилиндре 2, то есть в нижней мертвой точке, со стартовым положением ротора 10.

Положительный эффект предлагаемого решения достигается за счет применения для привода мотор-компрессора однофазного индукторного двигателя, обеспечивающего более высокий коэффициент полезного действия компрессора в целом по сравнению с мотор-компрессором на основе однофазного асинхронного двигателя. Это связано со значительно меньшим влиянием пульсирующего характера нагрузки на валу на коэффициент полезного действия индукторного двигателя по сравнению с аналогичным влиянием в асинхронном двигателе.

Электронный коммутатор, питающий индукторный двигатель, ограничивает амплитудное значение тока в обмотке при пуске. При этом изменение сетевого напряжения питания электронного коммутатора не влияет на амплитудное значение тока в обмотке при пуске и, соответственно, на пусковой момент. Это обеспечивает стабильность времени пуска и нагрева обмотки пусковым током.

Крое того, необходимая кратность пускового момента в данном случае обеспечивается при существенно меньшей кратности пускового тока, что повышает надежность мотор-компрессора.

Повышению надежности пуска мотор-компрессора также способствует предложенная взаимная ориентация поршня и ротора двигателя, увеличивающая момент, устанавливающий ротор в необходимое стартовое положение.

Регулирование частоты вращения также повышает технические показатели мотор-компрессора в целом за счет возможности подбора оптимального режима работы поршневой части компрессорного элемента.

Использование: в холодильном компрессоростроении, в частности, в герметичных мотор-компрессорах бытовых холодильников. Сущность: для повышения коэффициента полезного действия и надежности мотор-компрессора статор 5 выполняется зубчатым, группы зубцов 6 охвачены концентричными катушками 8 и 9, ротор 10 выполнен зубчатым без обмоток, причем питание обмотки осуществляется от электронного коммутатора по сигналам от датчика положения 14 ротора относительно статора. 2 ил.

Мотор-компрессор, содержащий в герметичном корпусе компрессорный и электродвигательный элементы, связанные между собой вращающимся валом, на котором размещен ротор, охваченный статором с обмоткой, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена сосредоточенной, и как минимум в одном из пазов статора, свободных от катушек, размещен постоянный магнит согласной с катушками намагниченности, ротор выполнен зубчатым и безобмоточным, обмотки подключены к электронному коммутатору с возможностью их питания в зависимости от углового положения ротора относительно статора, причем статор, ротор и компрессорный элемент между собой соориентированы таким образом, что в нижней мертвой точке компрессорного элемента ротор выставлен в стартовое положение.