容量调节压缩机和具有该容量调节压缩机的空调系统的制作方法

专利名称：容量调节压缩机和具有该容量调节压缩机的空调系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及空调系统。更具体地说，本发明涉及设置有多个 室内单元、能响应于每个室内单元所需要的制冷容量控制室外单元上 的压縮负载的多类型空调系统。然而更详细地说，本发明涉及空调系 统，该空调系统能够利用由多个容量调节压縮机组成的压縮机构而非 高成本变频驱动器来控制工作流体(例如，冷却剂、冷却油等等)上 的压縮负载。
背景技术：
一般来说，单相感应电机包括缠绕有彼此物理间隔卯。的主线 圈和次线圈的定子、以及直接施加到主线圈而间接(即，通过电容器 和开关)施加到次线圈的电源。这是因为，即使将电压施加到主线圈， 单相感应电机也不会启动。因此，需要诸如次线圈的启动装置以在定 子上产生转子系统，由此启动或起动转子。
存在许多类型的启动装置，例如，分相启动式、屏蔽线圈启动式、 电容器启动式，推斥启动式等等。
参照图1和图2将电容器启动式单相感应电机描述为单相感应电 机的实例。
图1示出了传统单相感应电机中的定子10和转子20，以及图2
示出了具有转子线圈和定子线圈的简单电路。
当主线圈12是缠绕定子10的唯一线圈时，定子10只产生交替磁 场，因此转子20不启动。但是，当次线圈14也缠绕定子以产生旋转磁场，转子由此开始运行或在确定方向上旋转。也就是说，旋转磁场 产生启动转矩。
同时，电容器15引起施加到次线圈14的电流相位延迟，以通过 与主线圈12相互作用而产生启动转矩。 一旦启动，如果在负载中不会 存在任何变化，即使不对次线圈供电，转子也保持旋转。因此， 一旦 转子启动并以确定转速(RPM)或更高转速保持运行，则完全可以终 止对次线圈供电。但是，如果负载是可改变的，就需要启动转矩。在 这种情况下，次线圈必须总是通过电容器提供电源。
相反，即使只有主线圈围绕定子，在三相感应电机中也容易产生 旋转系统，而没必要使前述次线圈缠绕定子。换句话说，对三相感应 电机来说，单独启动装置是没有必要的。
但是，单相感应电机在价格上提供了超过其它电机的竞争优势， 这在于单相感应电机不需要BLDC (无刷DC)电机或磁阻电机的变频 驱动部件，并能在常用单相电源的协助下启动。
参照图1和图2，下面详细描述通用单相感应电机。
定子IO具有中空内部空间，其内周设置有以预定角度间隔排列的 多个齿11,每个齿在径向上向内突起并缠绕有主线圈12以在施加主电 流时具有N极或S极。
在每个齿11和主线圈12之间设置有绝缘体(未示出)，以使齿 和主线圈之间绝缘并便于缠绕主线圈。
定子10还包括以预定角度与主线圈12物理间隔缠绕的次线圈14， 从而当将电流施加到次线圈时产生旋转磁场。自然地，次线圈通过绝 缘体缠绕齿11，主线圈12和次线圈14一起被称为定子线圈或简称为
8线圈。
线圈12和线圈14彼此并联连接至单相电源。另外，次线圈串联 连接至电容器15。尽管未示出，可通过开关将电容器选择性地连接至 电源。
通常，在本领域中使用最多的是鼠笼式转子，因此在图1和图2 中所示的转子20表示鼠笼式转子。
转子20通过堆叠多个相同形状的钢片形成，每个钢片具有在距铁 芯的预定径向位置沿着外周以预定角度间隔形成的多个槽21。另外， 转子20包括插入转子铁芯的槽21中的导电棒22，且导电棒通常由铜 或铝制成。
为了通过导电棒产生电短路，通过端环(图1和图2中未示出， 参见后面的图11和图12)连接鼠笼式转子的两端，且端环通常通过铝 模压铸工艺形成。也就是说，通过铝模压铸集成导电棒22和端环，端 环分别形成在转子铁芯的上部和下部。同时，轴向孔24形成在转子20 的铁芯中，将转子的转矩传递到其它部件的轴(未示出)被压配在轴 向孔中，以便转子和轴能在一个单元中旋转。
根据具有以上结构的单相感应电机如何工作，当将电源施加到线 圈时，在导电棒22中产生感应电流，由此产生感应转矩以旋转电机。 但是，在这种情况下，在导电棒22中会出现损耗，损耗就是所谓的导 电棒损耗。由于导电棒损耗，存在提高具有固定尺寸的电机的效率的 限制。因此，对于高效率工作，单相感应电机不适合，有时候甚至无 用。
另外，转子20由于导电棒损耗变热，且转子这样的温度变化反过 来使得损耗更高。换句话说，当转子的温度升高时，导电棒损耗变得更严重。这对在高温下改善电机的效率留下另一个限制。
同时，公知的是，单相感应电机实质上应当总是运行得比预置同 步速度慢以能产生感应转矩。理论上，这是由于单相感应电机的转矩
量在同步速度下保持为零，并在低转速(RPMs)下倾向于增加。
简言之，由于电机轴的速度，即电机速度，随电机上的负载，即 电机轴上的负载变化，涉及响应于电机负载的电机控制的单相感应电 机出现了问题。

发明内容
技术问题
本发明涉及一种空调系统；更具体来说，涉及一种设置有多个室 内单元和一个室外单元的空调系统，其中所述空调系统能根据每个室
内单元的运行模式选择性地运行室内单元和选择性地控制室外单元上 的压縮负载。
技术方案
本发明提供一种空调系统，该空调系统包括彼此并联连接的多
个室内单元，每个室内单元具有膨胀阀；和包括多个压縮机的室外单
元，其中至少一个设置到所述室外单元的所述压縮机为容量调节压縮 机，该容量调节压縮机包括用于驱动多个能够选择性地压縮工作流体
的压縮单元的电动驱动单元；以及其中用于所述容量调节压縮机的所
述电动驱动单元具有定子和转子，该定子上缠绕有线圈，该转子在所 述定子内部旋转，所述转子为具有转子铁芯、磁通壁垒、永磁体和导
电棒的线性启动永磁体磁阻电机(LSPRM)。
根据本发明的另一方面，所述多个压縮机中的每个包括一个容量 调节压縮机和一个固定容量压縮机。根据本发明的另一方面，所述系统还包括控制器，该控制器用于 控制所述容量调节压縮机的压縮容量并用于选择性地运行所述容量调 节压縮机和所述固定容量压縮机，从而以多步调节所述容量调节压縮 机和所述固定容量压縮机的总压縮容量。
根据本发明的另一方面，所述固定容量压縮机包括感应电机或线
性启动永磁体磁阻电机(LSPRM)，作为电动驱动单元。
根据本发明的另一方面，所述室外单元设置有两个容量调节压縮 机，每个所述容量调节压縮机由LSPRM驱动。
根据本发明的另一方面，所述两个容量调节压縮机具有彼此不同 的容量值。
根据本发明的另一方面，所述系统还包括控制器，该控制器用于 控制每个所述容量调节压縮机的运行模式和压縮容量，从而以多步调 节所述容量调节压縮机的总压縮容量。
根据本发明的另一方面，用于所述容量调节压縮机的所述电动驱 动单元包括电容器，该电容器在所述转子产生用于能让压縮单元以最 大压縮容量压縮工作流体的转矩时具有最佳压縮容量，且该电容器连 接至所述定子线圈。
根据本发明的另一方面，调节所述压缩单元的压縮容量以在所述 压縮单元启动期间，使得负载转矩小于转子的启动转矩。
根据本发明的另一方面，用于所述容量调节压縮机的所述电动驱 动单元包括两个或两个以上彼此并联连接的电容器、以及用于控制所 述电容器的短路状态的开关。根据本发明的另一方面，在启动期间，调节所述容量调节压縮机 的所述压縮单元的压縮容量，以产生比在闭合所述开关之后在电容器 的容量之和中所产生的启动转矩低的负载转矩。
根据本发明的另一方面，所述系统还包括控制器，该控制器用于 控制压縮单元，使得在启动期间所述容量调节压縮机的压縮容量产生 比在闭合所述开关之后在电容器的容量之和中所产生的启动转矩低的 负载转矩。
根据本发明的另一方面，所述系统还包括控制器，该控制器用 于根据所述多个室内单元中的每个的运行模式来控制所述压縮机的压 缩容量。
而且本发明还提供一种空调系统，该空调系统设置有多个压縮机、 冷凝机、四通阀、以及多个热交换器，其中所述多个压縮机中的至少 一个为容量调节压縮机，该容量调节压縮机包括电动驱动单元，该 电动驱动单元包括具有线圈缠绕部的定子，电源供应到所述定子； 以及转子，该转子具有导电棒、磁通壁垒、插入所述磁通壁垒的永磁 体，由于相互作用的电磁力、在所述导电棒和所述定子的线圈缠绕部 之间产生的感应转矩、在所述磁通壁垒和所述定子的线圈缠绕部之间 产生的反应转矩、以及在所述永磁体和所述定子的线圈缠绕部之间产 生的磁矩，该转子旋转，且该转子具有在启动运行中和常规运行中分 配的不同负载转矩，以及电连接至所述线圈缠绕部的电容器；在工作 流体的压縮中具有可变压縮容量的压縮单元；以及控制器，该控制器 用于控制多个热交换器的运行，并用于根据所述多个热交换器需要的 制冷容量中的变化来控制多个压縮机的运行和容量调节压縮机的压縮 容量，从而以多步调节所述多个压縮机的总容量。
根据本发明的另一方面，所述多个压縮机包括一个固定容量/定速 压縮机和一个容量调节压縮机，且所述多个压縮机的压縮容量的组合
12被线性调节。
根据本发明的另一方面，所述多个压縮机包括两个或两个以上容 量调节压縮机，且所述多个压縮机的压縮容量的组合被线性调节。
根据本发明的另一方面，所述多个压縮机包括一个变频压縮机和 一个容量调节压縮机，且所述多个压縮机的压縮容量的组合被线性调 节。
根据本发明的另一方面，所述容量调节压縮机包括多个旋转压縮 单元，且至少一个所述旋转压縮单元包括叶片槽，叶片插入该叶片 槽；从所述叶片槽的外径侧与所述叶片槽相连通的后压力空间；以及 叶片控制单元，该叶片控制单元用于将吸入压力或排出压力供应到所
述叶片的后面以支承所述叶片，并用于同时将排出压力供应到所述叶 片的横向面，以使在施加到所述叶片的后面的压力和施加到所述叶片 的横向面的压力之间的差使得所述叶片被约束或被释放，由此使得所
述叶片与滚动活塞压接或分离，以及其中通过控制至少一个所述旋转 压縮单元的运行模式来调节所述压縮单元的总压縮容量。
根据本发明的另一方面，所述叶片控制单元包括后压力连接管， 工作流体通过该后压力连接管被引入到所述后压力空间；连接至所述 后压力连接管的低压连接管，未压縮的低压工作流体通过该低压连接 管流动；连接至所述后压力连接管的高压连接管，已压縮的高压工作 流体通过该高压连接管流动；用于打开/关闭所述低压连接管的阀；以 及用于打开/关闭所述高压连接管的阀。
根据本发明的另一方面，所述叶片控制单元包括后压力连接管， 工作流体通过该后压力连接管被引入到所述后压力空间；连接至所述 后压力连接管的低压连接管，未压縮的低压工作流体通过该低压连接 管流动；连接至所述后压力连接管的高压连接管，已压縮的高压工作流体通过该高压连接管流动；开关阀，该开关阀用于调节通过所述后 压力连接管被引入到所述后压力空间的工作流体的流动。
根据本发明的另一方面，所述容量调节压縮机包括多个旋转压 縮单元；通过壳体以使工作流体由汽缸吸入的吸管，以及吸阀，该吸 阀安装在所述吸管上以打开或关闭所述吸管，使得所述压縮单元的总 压縮容量根据所述吸阀是否被打开或关闭而变化。
根据本发明的另一方面，在所述容量调节压縮机的启动期间，所 述压縮单元的压縮容量降低，且较小的负载被施加到电动驱动单元。
此外，本发明还提供一种控制容量调节压縮机的方法，该方法包 括以下步骤接收关于室内单元所需要的制冷容量的输入数据；在较 低负载下启动所述容量调节压縮机的电动驱动单元，而不考虑所述室 内单元所需要的制冷容量；以及在对应于所述室内单元所需要的制冷
容量的负载下，以同步速度运行所述容量调节压縮机的电动驱动单元。
并且本发明还提供一种控制空调系统的方法，该方法包括以下步 骤接收来自多个室内单元中的每个的打开/关闭信号，并接收关于每 个室内单元所需要的制冷容量的输入数据；根据关于所述多个室内单 元所需要的制冷容量的输入数据，确定包括至少一个容量调节压缩机 的多个压縮机中的每个的运行模式和压縮容量；在较低负载下启动所 述容量调节压縮机的电动驱动单元，而不考虑已经基于所述多个室内 单元所需要的制冷容量的输入数据而确定的所述容量调节压縮机的所 述压縮容量；以及在已经基于所述室内单元所需要的制冷容量而确定 的压縮容量下，以同步速度运行所述容量调节压縮机的电动驱动单元。
有益效果
本发明涉及一种空调系统；更具体来说，涉及一种设置有多个室 内单元和一个室外单元的空调系统，其中所述空调系统能根据每个室内单元的运行模式选择性地运行室内单元和选择性地控制室外单元上 的压縮负载。
通过使用利用线性启动永磁体磁阻电机的至少一个容量调节电容 器替代变频电机，根据本发明的空调系统能响应于在运行模式中室内 单元所需要的负载而控制在室外单元中的工作流体的压縮负载。
另外，根据本发明的空调系统由于节约成本而具有竞争优势，其 原因在于与变频电机相比，它不需要变频驱动器，因此能显著降低材 料成本。
此外，根据本发明的空调系统能将包括在室外单元中的压縮机的
效率比由单相感应电机驱动的压縮机的效率提高10%-15%，由此表现 出几乎与变频电机相同的良好性能。
虽然现有的单相感应电机具有比预置电源频率低的旋转频率，且 由于与温度和负载的增加有关的旋转频率的减小而减小制冷容量，但 是由于具有与电源频率相等的旋转频率，线性启动永磁体磁阻电机与 电源频率同步运行并保持恒定水平的制冷容量，而不考虑其温度和负 载的变化。
通过以下的描述以及本发明的具体实施例将会更清楚地理解本发 明的其它目的和优点。此外，容易地看出通过权利要求书中具体说明 的装置及其组合所能实现的本发明的目的和优点。


图1是示出了传统感应电机的转子和定子的剖面图； 图2是简略地示出了传统感应电机的转子和定子的概念图； 图3是简略地示出了包括在根据本发明的电机中的转子和定子线 圈电路的概念图；图4是截取的图3中的转子的部分的放大剖面图5a至5c是示出了图3中的磁通壁垒的端部的不同实例的剖面
图6是根据本发明的电机的转子铁芯的分解透视图； 图7是根据本发明的一个实施例的电机的转子铁芯单元的最上层 的平面图8是根据本发明的一个实施例的电机的最下层的平面图，或者 是根据本发明的另一个实施例的转子铁芯单元的最上层的平面图； 图9是根据本发明的一个实施例的电机的转子的顶平面图； 图IO是根据本发明的一个实施例的电机的转子的顶平面图，或者 是根据本发明的另一个实施例的电机的转子的底平面图11是仅仅示出了根据本发明的一个实施例的电机的上端环的
透视图12是仅仅示出了根据本发明的一个实施例的电机的上端环或 下端环的透视图13是示出了根据本发明的一个实施例的电机的启动(或运行) 转矩和电容器之间的关系的曲线图14示出了包括在根据本发明的电机中的电容器的一个实例； 图15简略地示出了包括在根据本发明的电机中的定子线圈和电 容器的电路图16用曲线图示出了在本发明的启动电容器中的电流相对时间 如何变化；
图17是将根据本发明的电机所产生的转矩与由传统电容器驱动
的电机所产生的转矩相比较的曲线图18示出了根据本发明的第一实施例的压縮机构； 图19示出了根据本发明的第二实施例的压縮机构； 图20是将包括在根据本发明的压縮机构内的电机所产生的启动
转矩与传统感应电机所产生的启动转矩相比较的曲线图； 图21示出了根据本发明的一个实施例的空调系统； 图22是示出了现有技术中包括两个固定容量、定速压縮机的室外单元上的压縮负载的曲线图23是示出了包括一个根据本发明的一个实施例的容量调节压 縮机和一个固定容量、定速压縮机的室外单元上的压縮负载的曲线图24是示出了包括两个根据本发明的一个实施例的容量调节压 縮机的室外单元上的压縮负载的曲线图25是示出了包括一个根据本发明的一个实施例的容量调节压 縮机和一个变频压縮机的室外单元上的负载的曲线图26是根据本发明的、具有控制器的空调系统一个实施例的图27是示出了用于控制根据本发明的空调系统的方法的流程图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图3至图15详细陈述根据本发明的电机的优
选实施例。出于简短而方便说明原因，将要说明的是设置有在定子内 部旋转的内部转子式电机，但是本发明的电机并不限于内部转子式电 机。
通过与现有技术中的常规感应电机相同的方法构造根据本发明的
电机，其中转子120通过感应转矩启动运行。也就是说，如图3所示， 电机采用感应电机的结构，包括具有槽121和导电棒122的转子120、 用于电机的旋转的定子线圈112和定子线圈114(下文中称为"线圈")， 以及电容器115。因此，以下的任何描述都不会详细说明两个电机之间 的相同结构。
同时，根据本发明的电机包括转子铁芯123内部的磁通壁垒140 以阻碍磁通运动，从而产生反应转矩。此外，根据本发明的电机包括 转子铁芯123内部的永磁体130以生成磁通，从而产生反应转矩。
因此，根据本发明的电机的启动旋转具有感应电机的性质，但是 在常规运行模式中，其运行具有同步电机的性质。换句话说， 一旦电 机已经启动，转子120通过反应转矩和磁矩以预置同步速度旋转。因
17此，与任何传统同步电机不同，根据本发明的电机不需要诸如变频驱 动器的复杂昂贵构造进行启动。
参照图3，下面将详细说明关于根据本发明的电机产生的反应转
矩和磁矩的基本原理。
首先将说明反应转矩产生的原理。
如图3所示，磁通壁垒140沿q轴而形成。这里，通过去除部分 的转子铁芯123、磁性物质形成磁通壁垒140。也就是说，能将空气填 充到磁通壁垒140中，并且可以填充例如树脂的非磁性材料。
当将电流供应到线圈并且极相应地产生时，而在转子120中也形 成磁通量。但是，由于沿着形成磁通壁垒140的q轴的磁通壁垒140， 因此会产生很大的磁阻。相反，沿着没有形成磁通壁垒140的d轴产 生很小的磁阻。
因此，在确定方向上旋转的转子120最小化q轴方向和d轴方向 上的磁阻中这样的差距，且此时致使转子120旋转的被称为反应转矩。 实际上，磁阻中更大的差距产生更大的反应转矩。
同时，如图3所示，根据本发明的电机还可包括永磁体130。假 定将电流供应到所述线圈且形成N磁极。然后，可将所述永磁体磁化 为S磁极。也就是说，在图3中所示的转子120的位置上，由于定子 产生的磁通和永磁体产生的磁通之间的偏差，在q轴方向上的磁阻变 得小得多。这样，与没有永磁体可利用的情况相比，可使得在q轴和d 轴上的磁阻的差更大。这样，与没有永磁体可利用的情况相比，能产 生更大量的反应转矩。
此外，永磁体130实质上通过与定子IIO相互作用产生磁矩。也就是说，当通过施加到所述线圈的电流在定子110中形成极时，由于
永磁体130和转子120之间的相对位置关系，在定子110中产生的极 与永磁体130的极相互作用，由此产生磁矩。
如先前所记述的，根据本发明的电机被设计为在启动以后通过反 应转矩和磁矩具有同步旋转，由此该电机在常规运行模式中表现出很 高的效率性能。这意味着在相同的条件下，比如相同的电机尺寸和相 同的电流强度，与传统的感应电机相比，根据本发明的电机实现非常 高的效率性能。
参照图3至图5，下面将详细说明有关包括在根据本发明的电机 中的转子的结构。
转子120包括作为其基本结构构件的转子铁芯123、以及形成在 所述转子上更具体在转子铁芯123上的磁通壁垒140。
另外，距转子的中心的径向上形成有q轴，磁通流动沿q轴被磁 通壁垒140阻碍。且距转子的中心的径向上形成有d轴，而磁通流动 沿d轴不被阻碍。
可选择地，转子可包括排列在转子周向上的多个磁通壁垒以形成 偶数个极(至少两个或两个以上)，如图3所示。作为实例，如果设 置磁通壁垒以形成两个极，q轴处于对d轴成直角，如图3。尽管未示 出，如果设置磁通壁垒以形成四个极，q轴处于对d轴成45度角。
另外在图3中注意优选将磁通壁垒140形成为相对于q轴对称。 通过此结构，使得反应转矩与q轴对称，能避免由于反应转矩的偏差 而导致出现噪声或振动。
另外，磁通壁垒140优选有具有至少两层的结构。作为实例，可将至少两个磁通壁垒层形成在图3中所示的转子的上面和下面。此结 构能增加磁通壁垒140在q轴方向上在转子铁芯123中占据的面积的 百分比，并因此提高q轴方向上的磁阻。
由于相同原因，更理想的是将磁通壁垒140设置为更远离或更接 近与q轴正交的轴。换句话说，更理想的是使得磁通壁垒140具有相 对于d轴向上凸起的结构或向下凹进的结构，而不是使磁通壁垒140 形成为与如图3所示的d轴平行。磁通壁垒140这样的结构可以是成 角的或可以形成弧形。
此外，如图3所示，位置更靠近于转子的中心的磁通壁垒140或 者形成在内侧的磁通壁垒140更长以更多地增加q轴方向上的磁阻。
同时，定位在最外面的磁通壁垒140的两端和转子的中心之间的 角度(a)以内的导电棒122在径向上具有比其它导电棒的宽度更小的 宽度。之所以如此，是因为如果设置在角(oc)内的导电棒122的径向 宽度增加，则在导电棒122和磁通壁垒140之间的间隙将变得非常窄。 这样，由于在d轴方向上的磁通量饱和，极有可能出现漏磁通。也就 是说，为了稳定地固定足够的间隙，应该减小设置在角(a)内的导电 棒122的径向宽度。
现在参照图4和图5，磁通壁垒140的末端非常靠近槽121且面 对槽121。也就是说，应该最小化磁通壁垒140的末端和槽121之间的 间隙，以尽可能避免已经沿着d轴形成的磁通量通过间隙泄漏。这是 因为通过间隙的磁通泄漏最终大量减少了 q轴方向和d轴方向上的磁 阻差。
但是，存在减少磁通壁垒140的末梢和槽121之间的间隙，或磁 通壁垒140的末梢和形成在槽121中的导电棒122之间的间隙的某些 限制。这是因为当通过铝模压铸将导电棒122形成在槽121中时，间隙部分在压力下会迸裂，将熔融铝意外引入到磁通壁垒140。因此，为 解除这样的担忧并仍然获得足够小的间隙，磁通壁垒140的末梢在宽 度上比其它区域更小。图5a至图5c中示出了其实例。通过那些实例， 能最小化彼此面对的磁通壁垒140和槽121之间的距离，并最小化在 压力下可能迸裂的区域，由此大量减小间隙。
同时，根据本发明的电机包括永磁体130,设置永磁体130以在 转子铁芯内部产生磁通量并进一步产生磁矩。如图3和图4所示，能 将永磁体130插入一些磁通壁垒140中。不用说，能将永磁体130插 入磁通壁垒140的所有层中，或者可不将永磁体130插入磁通壁垒140 的特定层中。
可在纵向上连续形成磁通壁垒140。优选地，应当沿着纵向以连 续形式将两个或两个以上永磁体130设置到一个磁通壁垒140。这样做 的原因是难以形成配合磁通壁垒的结构的单永磁体130，并由于多于一 个的永磁体130更有利于且更有效的最小化它们单独产生的磁通量泄漏。
由于相同原因，在转子120的纵向上，即在转子120的高度方向 上，设置有至少两个永磁体130。
由于这些具体的要求，对于本发明的永磁体130，形状基本上一 致(例如，棒形)的单元永磁体是合适的。此外，使用棒形的单元永 磁体有助于减少永磁体的制造成本，并应用数量最少的零件使得制造 工艺更容易和更简单。
另外，磁通壁垒140具有特定的底座部以限定永磁体130的位置。 换句话说，如图5b和图7中所示，阶梯部141形成在磁通壁垒140的 将被用作永磁体130的插入位置之处。
21参照图6至图12,下面将详细说明有关根据本发明的电机、更具 体来说是转子的制造方法。
首先参照图6，根据本发明的电机的一个实施例包括由三种不同 类型的单元转子铁芯124、 125和126组成的转子铁芯123。图6中所 示的这种具体类型的电机适用于作业机械的驱动电机。
通过堆叠空白单元转子铁芯而制备转子铁芯，那些单元铁芯可采 用三种不同的结构。
如先前记述的那样，形成转子铁芯123的中间部分的单元铁芯125 可包括用于容纳导电棒的槽121、插入轴的轴向孔128、以及磁通壁垒 140。
同时，形成转子铁芯123的最下面的部分的单元铁芯126可只包 括轴向孔128和槽121，如图6和图8所示。换句话说，单元铁芯126 不具有任何磁通壁垒。这样，尽管可将永磁体130插入单元铁芯124 和单元铁芯125的一些磁通壁垒140中，但单元铁芯126保证那些插 入的永磁体130不会移位。
参照图6和图7，形成转子铁芯123的最上面的部分的单元铁芯 124包括轴向孔128、槽121，以及磁通壁垒140。优选地，考虑到与 端环(下面将进行描述)的关系，单元铁芯124具有最小数量的用于 插入永磁体的磁通壁垒140。
因此，即使是在将转子铁芯123制备成图6中所示的堆叠结构和 通过铝模压铸形成端环之后，将永磁体130插入磁通壁垒140也是可 能的。此外，如果能如图6所示地组装电机，则永磁体不会由于内部 转子铁芯123和永磁体130之间的相互作用而飞出，而不必使用特殊 机制以防止永磁体130飞出。图9和图IO分别示出了到目前为止讨论的转子铁芯的平面图和底 视图。在此类型的转子铁芯123中，至少一个传统技术的环形(环形 形状)端环151形成在转子铁芯123下面，如图12中所示。
简言之，以在形成(多个)端环151之后插入永磁体130的方式 设计此实施例的转子铁芯123。
传统的环形端环可覆盖除了轴向孔128以外的转子铁芯123的顶 面和底面。通常，在高度方向上和宽度方向上具有更大厚度的端环151 可有效地将通过端环的损耗保持到最小。也就是说，与导电棒中的损 耗类似，能将由端环151产生的损耗最小化。
然而，由于担心电机体积变大，存在端环151的高度限制。因此， 为了最小化由端环151产生的损耗，使端环151在宽度方向上较厚比 较安全。
同时，能由图8中所示的最下面的单元铁芯126代替图6中所示 的最上面的单元铁芯124。也就是说，图8中的单元铁芯126能用于最 上面的单元铁芯和最下面的单元铁芯。实际上，此结构是根据本发明 的电机的另一个可能的实施例。为制作这样的结构，首先堆叠最下面 的单元铁芯126和中间的单元铁芯125，然后将永磁体130插入磁通壁 垒140。之后，堆叠最上面的单元铁芯(在此具体情况下，其与最下面 的单元铁芯相同)。最后，通过铝模压铸形成导电棒和端环。
图IO示出了具有这样的结构的转子铁芯的底视图。假设转子铁芯 具有上述结构，能将如图9中所示的传统环形端环151设置到转子铁 芯的上部和下部。
也就是说，此实施例的转子120以在插入永磁体130之后形成端环151的方式设计。因此，尽管具有根据此实施例的转子120的电机 可能不是直接驱动式电机，但在最上面的单元铁芯和最下面的单元铁 芯的协助下防止永磁体130飞出也是可能的。
在根据本发明的电机的每个构造中，端环151设置成不会防碍或 干涉永磁体130，并与多于一个的导电棒122形成短路。不用说的是， 也应当以不干涉磁通壁垒140的方式设置端环151。
也就是说，在先前讨论的电机的另一个实施例中，没有磁通壁垒 140形成在转子铁芯123[w20]的最上面的部分和最下面的部分。由此， 端环151不会干涉磁通壁垒140。因此，可使用采取任何传统结构的端 环，且能将端环151产生的损耗最小化。
但是，如上所述，以在形成转子铁芯之后形成端环150的方式设 计电机的一个实施例。然后，将永磁体130插入磁通壁垒140。由此， 端环150应该不会干涉永磁体130。换句话说，以保留有插入永磁体 130的空间的方法形成端环150。
另外，将由端环150产生的损耗保持最小，具有较大径向宽度的 端环150是优选的。因此，在这种情况下，最上面的单元铁芯124设 置有最少数量的用于插入永磁体的磁通壁垒140。
在这种情况下，能形成具有结构与图9和图11中的结构相似的端 环150。具体来说，能通过增加d轴方向上的宽度而将由于端环150而 产生的损耗最小化。由于还能增加在q轴方向上的宽度，磁通壁垒140 被设置为朝着转子的中心集中，如图9所示。同时，设置在d轴方向 上的端环150与q轴平行。
另外，形成在q轴方向上的端环优选为与邻近的磁通壁垒平行。因此，此实施例的端环150形成以沿着转子铁芯123的周向径向 宽度可变为特征的环形形状。而且，q轴方向上的宽度比d轴方向上的 宽度更大。
参照图13至图15，下面将详细说明有关根据本发明的电机的运行。
基本上，根据本发明的电机能应用到可变负载风扇电机、压縮机、 家用电器等等。但是，出于简略和方便原因，下文中的描述将集中在 旋转压縮机中的电机的应用。
一般说来，单相感应电机经常用于旋转压縮机。由于先前所记述 的单相感应电机的性质，这样的旋转压縮机具有低效率的缺点。鉴于 此，能有利地使用根据本发明的电机以实现旋转压縮机等的非常高的 效率。
同时，近年来，在可变容量下运行的容量调节旋转压縮机已得到 了广泛应用。
作为实例，存在具有根据汽缸中的己压縮的冷却剂量容量可变的 压縮机。而且，如在韩国专利申请公开No.10-2006-0120387中所公开 的，存在具有通过选择性地压縮多于一个的汽缸中的冷却剂容量可变 的其它压縮机。
在后种情况下，压縮机设置有多于一个的汽缸，在汽缸中产生冷 却剂的压縮。通过电机驱动，冷却剂在一些汽缸中被压縮，而其它汽 缸中的冷却剂根据压縮机上的负载被选择性地压縮。
压縮机具有可变容量表示用于冷却剂压縮的电机负载中的变化。 因此，通过应用根据本发明的电机而非传统的感应电机，容量调节压縮机能表现出非常高的效率性能。
这可能是因为根据本发明的电机总是在常规运行模式中和可变负 载下以同步速度运行，因此显著提高了在常规运行中的电机效率。另 外，即使电机的温度可以升高，但由于电机通过反应转矩和磁矩运行， 因此能最小化有关温度升高的损耗。
图13是示出了启动转矩与电容器之间的关系的曲线图。
从曲线图能够看到，启动转矩与电容器成比例增加。为使电机启 动，启动转矩应该具有确定值或更高的值。也就是说，启动转矩应当 足够高以克服电机的初始负载。换句话说，如果电机具有高初始负载， 则用于启动电机的启动转矩的大小必须比其更大。
同时，图3中示出了只包括一个电容器的线圈电路。在这种情况 下，电容器应该具有足够大的值，以满足电机上的负载中的变化并在 这样的可变负载下启动电机。但是，如果尽管电机负载小也使用大值 电容器，则在电机上出现到达那种程度的损耗。因此，电容器值应该 根据电机负载的变化而改变。
详细地说，线圈包括连接至单相电源的主线以及连接至单相电源、 与主线并联连接的辅助线。两个并联连接的电容器被串联连接至辅助 线。换句话说，构造图15中的电路以替代图3中的电容器。
这里，当打开开关3[w21]时，彼此并联连接的两个电容器值的和 表示电容器的值。因此，当闭合开关3时，获得大电容器值，启动转 矩增加得更多。相反，当断开开关3时，只产生一个电容器值，启动 转矩相对小。
同时，在电机的初始启动期间，换句话说，在压縮机的初始启动
26期间，能预置压縮机的容量。也就是说，能预置压縮机以在高容量或 低容量中运行。
另外，优选地使电机快速启动并进入常规运行模式。因此，为了 使初始启动更快，并获得优良稳定的启动，开关在电机的初始启动期 间应当始终处于"闭合"位置。也就是说，开关应当在启动运行中一 直保持启动，而独立于预置容量。
图14示出了包括在根据本发明的一个实施例的电机中的电容器 的一个实例。图15简略地示出了包括在根据本发明的电机中的定子线 圈和电容器的电路图，图16用曲线图示出了在本发明的启动电容器中 的电流相对时间如何变化，图17是将根据本发明的电机所产生的转矩 与由传统电容器驱动的电机所产生的转矩相比较的曲线图。在启动阶 段期间，与根据本发明的电机相似的LSPRM电机通过在感应转矩的相 对方向上的永磁体产生制动转矩。由此，与传统的单相感应电机相比， 感应转矩可变得比实际负载转矩更小，从而削弱启动性能。为解决此 问题，在启动阶段期间，串联连接至定子线圈的电容器的容量应当增 加。然而， 一旦电机进入启动阶段之后的常规运行模式，电机在预置 的同步速度下运行，因此电机上的负载减小。因此，如果具有高容量 的电容器即使是在常规运行模式下使用，功率损失也会自然出现。用 于避免这样的问题的一个优选方法是将高容量电容器用于电机的启动 操作，而将低容量电容器用于常规运行。
参照图14，用于本发明的电机的集成电容器单元115包括在常规 运行模式中使用的电容器CR("常规运行电容器")和在启动模式使 用中的电容器CS ("启动电容器")，这两个电容器安装在壳体210 中。常规运行电容器CR的终端220、启动电容器CS的终端230、以 及电源终端240位于壳体210的一侧。放电电阻器232附接至启动电 容器CS的终端230，当不使用电容器CS时，放出已经存储在启动电 容器CS中的电。参照图15，电开关串联连接至启动电容器CS。当电机结束启动阶 段而进入电机通过由永磁体产生的磁矩和由于存在磁通壁垒产生的反 应转矩而同步运行的常规运行阶段时，电开关切断流向启动电容器CS 的电流。尽管电开关可由负责控制电机运行的控制器(未示出)闭合/ 断开，但由于PTC (正温度系数)装置能主动切断流向启动电容器CS 的电流而不必接收来自控制器(未示出)的指令，因此PTC装置是另 一个便利的选择。
图16用曲线图示出了假设启动电容器CS已经被串联连接至PCT 装置，启动电容器CS中的电流相对时间如何变化。从该曲线图能看到， 在确定时间段后，流到启动电容器CS的电流几乎向零收敛。也就是说， 在确定时间段后，没有电流流至启动电容器CS，而电流只流向常规运 行电容器CR，从而电容器的总容量变小。这样，能适当地控制用于线 性启动永磁体磁阻电机的(多个)电容器的容量，施加到线性启动永 磁体磁阻电机的负载在常规运行模式期间比在启动模式中小。
参照图17，常规运行电容器CR的容量和启动电容器CS的容量 之和应该足够大，以使电机的感应转矩至少大于负载转矩。在启动期 间的电机转矩与(多个)电容器的容量成比例增加。根据图17的曲线 图，如果将常规运行电容器CR单独用于启动电机，而不一起使用常规 运行电容器CR和启动电容器CS，电机只能产生比负载小的感应转矩。 这就是为什么在本发明电机中启动电容器CS与常规运行电容器CR并 联连接的原因。在这样做的过程中，电容器的容量增加并引起更大的 启动转矩。当电机的速度达到同步速度，电机由永磁体产生的磁矩和 由于存在磁通壁垒而产生的反应转矩驱动。如图17所示，根据本发明 的电机所产生的最大转矩与任何传统的感应电机所产生的最大转矩相 等。
图18示出了根据本发明的第一实施例的压縮机。具体来说，将容
28量调节旋转压縮机作为实例示出，其中该压縮机包括限定密闭空间S
口'J兀'萍凹疋江冗仵涵n耶。、j放/tnF犯^yj早几mjfB机，该B机迅
括定子和转子(将进行描述)；多个压縮机单元，包括第一压縮机单
元30、第二压縮机单元和第三压縮机单元50，安装在壳体IOO内部并 连接至电机以压縮冷却剂；储罐A，已经通过制冷循环的蒸发器的工 作流体在其中被分成液体和蒸汽成分；吸管30s、 40s和50s，工作流体 从储罐A通过其被分别吸入压縮机单元30、 40和50;以及吸阀40v 和50v，该吸阀40v和50v安装在吸管40s和50s上以打开/关闭吸管 40s和50s，从而调节进入压縮机单元40和50的工作流体的吸流。电 机包括固定在壳体IOO内部的定子IIO，该定子用来接收来自外部的 电源；以预定间隙设置在定子内部的转子120，该转子在间隙之间与定 子110啮合旋转；以及与转子120整体形成的轴23，该轴用来将驱动 力传递到压縮机单元30、 40和50。
看看容量调节压缩机是如何工作的。当将电源施加到包括在电机 中的定子110时，转子120开始旋转，轴23也与转子120啮合旋转并 将电机的转矩传递到第一压縮机单元至第三压縮机单元30、 40和50， 从而压縮机在大功率模式中运行时产生大制冷容量，或在节电模式中 运行时产生小制冷容量，在吸阀40V和50V的适当调节下符合空调系 统所需要的容量。
下面将说明根据本发明的一个实施例的容量调节压縮机的操作方 法。本发明的容量调节压縮机包括多个压縮机单元30、 40和50;以 及电机，该电机被用作用于驱动压縮机单元30、 40和50的电动驱动 单元。如先前所记述的那样，线性启动永磁体磁阻电机被用作电动驱 动单元20。换句话说，在这种容量调节压縮机的启动期间，电机通过 转子120的导电棒122产生的感应转矩开始运行。但是，在常规运行 中，电机通过由于存在磁通壁垒140而产生的反应转矩和永磁体130 产生的磁矩驱动，并与给定的电源频率同步的同步速度运行。因此， 就可以降低出现在转子120的导电棒122中的功率损耗。同时，在启动运行期间，由于存在永磁体130而产生的磁矩在与由于存在导电棒 122而产生的感应转矩相反的方向上工作，用作制动转矩或负载。
与为异步电机类型的单相感应电机不同，线性启动永磁体磁阻电 机是同步电机类型，因此，与负载转矩相等或只是稍微大于负载转矩 的感应转矩足以使电机以接近于预置同步速度的速度运行。即使控制 器(未示出)可能已经在低负载下启动根据本发明的容量调节压縮机， 且因此只是在转子120的导电棒122中产生相对较低的感应转矩，由 于已经固定了不低于负载转矩的感应转矩，因此本发明的容量调节压 縮机还能表现出增强的功率效率。
这里，控制器(未示出)使得容量调节压縮机在负载小于最大负 载条件的条件下开始旋转。在图18中所示的根据本发明的一个实施例 的容量调节压縮机的情况下，如果压縮机启动，而在控制器(未示出) 的控制下将所有吸阀40v和50v关闭，只在第一压縮机单元30中压縮 工作流体，从而将最小负载施加到电机。另一方面，如果容量调节压 縮机启动，而在只有吸阀40v和50v中的一个关闭时，在第一压縮机 单元30中、以及在第二压縮机单元40和第三压縮机单元50中的一个 中压縮工作流体，因此将还是小于最大负载的负载施加到电机。
尽管第一压缩机单元30、第二压縮机单元40和第三压縮机单元 50可具有相同量的压縮容量，即将相同的负载施加在电动驱动单元20 上，但是如果压縮机单元30、 40和50具有不同的容量，则它们的压 縮容量可以是更多不同的组合。因此，使它们具有不同的容量更好。
图19示出了根据本发明的第二实施例的压縮机。此实施例的压縮 机包括壳体IOO，该壳体100中容纳有彼此相连通的多于一个的吸气 管SP1、 SP2以及排气管DP;安装在壳体100上侧、用于产生转矩的 电机20;安装在壳体100下侧的第一压縮机单元30和第二压縮机单元 40，用于利用电机产生的转矩压縮冷却剂；以及连接至多于一个的吸气管SP1、 SP2与排气管DP之间的中间部分的叶片控制单元50，该叶 片控制单元用于将第二叶片44 (将进行描述)的后面从高气压切换到 低气压，以支承第二叶片44并将高压供应到第二叶片横向面，从而基 于施加到第二叶片44后面的压力和施加到第二叶片44横向面的压力 之间的差选择性地控制第二叶片44。
电机20包括定子21和转子22，电机的详细结构返回参考结合图 3至图17的论述。
第一压縮机单元30的构成为第一环形汽缸31，该第一环形汽 缸31安装在壳体10内部；上支承板(下文中称为上支承)32和中间 支承板(下文中称为中间支承)33，所述上支承板32和中间支承板33 用于覆盖第一汽缸31的上侧和下侧以一起形成第一压縮空间VI，并 用于在径向上支承轴23;可旋转地连接至轴23的上侧偏心部的第一滚 动活塞34，该第一滚动活塞用于在第一汽缸31的第一压縮空间VI中 滚动的同时压縮冷却剂；第一叶片35，第一叶片35在径向上可移动地 连接至第一汽缸31以与第一滚动活塞34的外周面接触，该第一叶片 用于将第一汽缸31的第一压縮空间V1分隔成第一吸室和第一压縮室； 第一叶片弹簧36,该第一叶片弹簧采用压縮弹簧形式以弹性支承第一 叶片35的后侧；可打开地连接至第一排出口 32a的端部的第一排出阀 37，该第一排出阀用来调节从第一压縮空间VI的第一压縮室出来的冷 却剂蒸汽的排出；以及第一消音器38，该第一消音器设置有预定内部 空间体积以容纳第一排出阀37并连接至上支承32。
第二压缩机单元40的构成为第二环形汽缸41，该第二环形汽 缸41安装在容纳于壳体10内部的第一汽缸31的下面；中间支承33 和下支承42,所述中间支承33和下支承42用于覆盖第二汽缸41上侧 和下侧以一起形成第二压縮空间V2，并用于在径向和轴向上支承轴 23;可旋转地连接至轴23的下侧偏心部的第二滚动活塞43，该第二滚 动活塞用于在第二汽缸41的第二压縮空间V2中滚动的同时压縮冷却剂；第二叶片44,该第二叶片44在径向上可移动地连接至第二汽缸 41以与第二滚动活塞43的外周面接触或分离，该第二叶片用于将第二 汽缸41的第二压缩空间V2分隔成可彼此连通的第二吸室和第二压縮 室；可打开地连接至靠近下支承42的中心形成的第二排出口 42a的端 部的第二排出阀45，第二排出阀45用来调节从第二压縮室出来的冷却 剂蒸汽的排出；以及第二消音器46，该第二消音器设置有预定内部空 间体积以容纳第二排出阀45并连接至下支承42。
第二汽缸41包括形成在限定第二压縮空间V2的内周面上的部 分处的第二叶片槽41a,用于使第二叶片44沿着该第二叶片槽在径向 上往复运动；在径向上延伸的第二吸口 41b，该第二吸口41b形成在第 二叶片槽41a的一侧，该第二吸口用于将冷却剂引入第二压縮空间V2; 以及以倾斜角在轴向上延伸的第二排出导槽41c，第二排出导槽在轴向 上形成在第二叶片槽41a的另一侧，以将冷却剂排出到壳体10中。此 外，具有预定内部空间体积的后压力空间41d形成在第二叶片槽41a 的后径向侧，从而通过与叶片控制单元50的后压力连接管53连通， 在第二叶片44的后面产生吸入压力气体或排出压力气体。另外，在与 第二叶片44的运动方向垂直的方向上或在预定交错角上形成横向压力 通道41e，从而通过使第二叶片槽41a与壳体10的内部相连通利用排 出压力控制第二叶片44。
后压力空间41d被给定有预定内部空间体积，这样尽管第二叶片 44可能已经通过叶片控制单元50的共用连接管53 (将进行描述)完 全縮进并插入第二叶片槽41a，但是第二叶片44的后面形成压力侧， 该压力侧用于通过共用连接管53传递的输入压力。
横向压力通道41e相对于第二叶片44形成在第二汽缸41的排出 导槽41c侧上。优选地，多个横向压力通道(如图中所示的上端和下端) 形成在第二叶片44的高度方向上。另外，横向压力通道41e的总截面 积应当等于或小于通过后压力空间41d将压力施加到第二叶片44后面的压力侧的面积，从而不会极度控制第二叶片44。如果有必要，能将 第二汽缸41设计为与第一压縮空间V1中的第一汽缸31占据相同或不 同的体积。在前一种情况下，两个汽缸31和41具有彼此相同的容积， 由于如果一个汽缸在节电模式下工作，只有另一个汽缸将工作，因此 能将压縮机容量减小至一半(50%)。在后一种情况下，两个汽缸31 和41具有不同的容积，在常规运行模式下压縮机容量与另一个汽缸的 容积比变化一样多。
叶片控制单元50包括与第二汽缸41的吸入侧相连通的低压侧 连接管51;与第二汽缸的排出侧相连通、更准确的说是与壳体IO的内 部空间相连通的高压侧连接管52;共用连接管53，该共用连接管53 交替连接至低压侧连接管51和高压侧连接管52，从而与第二汽缸41 的后压力空间41d相连通；用作后压力开关阀的三通阀54，该三通阀 54被安装在低压侧连接管51 、高压侧连接管52和共用连接管53的接 合处，以交替地将共用连接管53连接至其它两个连接管51和52;以 及设置到第二汽缸41的横向压力供应单元，该横向压力供应单元用来 将排出压力供应到第二叶片44的横向面，以使第二叶片44紧密附着 到第二汽缸41的第二叶片槽41a。
低压侧连接管51连接在第二汽缸41的吸入侧与储罐5的入口侧 上的吸气管/储罐5的出口侧上的吸气管(第二吸气管)SP2之间。
可将高压侧连接管52设计为与壳体10的下部相连通，从而将油 (流体)从壳体10直接引入后压力空间41d中，但是也可在排气管 DP的中心将油分支。在此情况下，由于后压力空间41d被密封，油不 会被供应到第二叶片44、第二叶片44与第二叶片槽41a之间，因此可 能出现摩擦损耗。由此，为克服摩擦损耗，供油孔(未示出)可形成 在下支承42上以当第二叶片44往复运动时能够供应油。
如上所述，对于横向压力供应单元，在第二汽缸41上形成有至少一个横向压力通道41e(例如，如在图中的在上侧和下侧的两个通道)， 以便于在第二叶片22的厚度方向上传递来自壳体10的排出压力。但 是，更理想的是相对于第二叶片44在排出导槽41c侧形成横向压力通 道，并使得所有的通道在叶片的高度方向上具有一致的截面积。
作为旋转压縮机的实例，尽管已经主要对容量调节压縮机进行了 解释，应当注意到密封型压縮机或涡旋压縮机也能够将线性启动永磁 体磁阻电机用作它们的动力传送单元。
下面将说明有关如图18和图19所示的根据本发明的第一实施例 或第二实施例的压縮机的启动操作。图20是将包括在根据本发明的压 縮机构内的电机所产生的启动转矩与传统感应电机所产生的启动转矩 相比较的曲线图。
如在图20中的曲线图中非常明显的是，电动驱动单元的启动转矩 比传统感应电机的启动转矩小得多。但是，当考虑线性启动永磁体磁 阻电机时，假定电机以预置或同步速度更小的速度运行，则只需要产 生比负载转矩更大的感应转矩。这里，当容量调节压縮机的压縮机单 元压縮工作流体时，施加到电动驱动单元的负载依赖于所关心的压縮 机单元的压縮容量而变化。也就是说，如果压縮机单元利用低容量压 縮工作流体(例如，冷却剂、冷却油等等)，则将较小的负载施加在 电动驱动单元上。如曲线图，当具有最大容量(100%)的压縮机单元 压縮工作流体时分配到电动驱动单元的负载(负载1)小于当具有比最 大值小的容量(<100%)的压縮机单元压縮工作流体(<100%)时所分 配的负载(负载2)。还是如上所述，由于电动驱动单元的启动转矩只 需要具有比负载转矩稍大的值，因此包括在本发明的容量调节压縮机
中的电动驱动单元的大启动转矩不总是理想的。因此，通过将负载转 矩保持到最小，并通过将启动转矩保持在只是略微大于最小负载转矩 的值，能明显改善压縮机的功率效率。在这样的构造中，能在节电模式中驱动本发明的压縮机构，其中
在所述节电模式中，只是用于压縮机构的压縮机单元30、 40和50 (参 见图18和图19)中的一些涉及到工作流体的压縮需要启动。由此，将 较小的负载施加到压縮机的电机上，以便即使是通过相对低的启动转 矩，也能容易地执行启动操作。
由于能通过调节压縮机单元的压縮容量而减少分配到电动驱动单 元的负载，能够改善由线性启动永磁体磁阻电机而驱动的压缩机的启 动性能，所述线性启动永磁体磁阻电机用作不只在单相电源上运行也 在两相电源或三相电源运行的电动驱动单元。
图21示出了根据本发明的一个实施例的空调系统。具体来说，通 过将多个室内单元201、 202和203连接至包括压縮机101和102以及 冷凝机300的室外单元1000，能有利地将本发明的空调系统应用到过 冷或过热的宽阔空间或者区域内，在该空间或区域内所述空调系统快 速运行以提供在适当温度范围内的舒适室内气候是非常推崇的。针对 在组合的制冷和取暖模式中运行的空调系统，室外单元1000应当安装 有用于控制流体流动方向的四通阀400。
多个室内单元200响应于用户操作选择性地运行。在这种方式中， 室内单元200实际需要的压縮机容量根据每种情况而改变。如果室外 单元IOOO只设置有一个设计为具有最大容量的恒定速度压縮机，由于 压缩机在以比最大容量小的容量驱动室内单元200的情况下具有过量 的容量，因此总是遗留有能量浪费的问题。同时，如果室外单元 1000[y35]安装有由变频电机驱动的容量调节压縮机时，能够将压縮容 量调节为符合室内单元200的制冷容量要求，但是，使用像变频驱动
器的昂贵部件只会降低价格优势。此外，由于驱动器本身耗电，则系 统的功率效率也将受到某个程度的损耗。
为解决这些问题，根据本发明的空调系统设置有包括彼此串联和/
35或并联连接的多于一个的压縮机的室内单元200。多于一个的压縮机的 至少一个为与参照图18或图19描述的容量调节压縮机相似的容量调 节压縮机，且线性启动永磁体磁阻电机被用作容量调节压縮机的电动 驱动单元。
因此，本发明的空调系统的一个实施例包括一起容纳在宽阔空间 内或单独容纳在多个限定空间内的多于一个的室内单元200。通过选择 性地运行室内单元201、 202和203，只能在预定的或所选择的空间内 进行制冷操作或取暖操作。
室内单元201、 202和203彼此并联连接，且存在用于控制室内单 元和室外单元IOOO的每一个的控制器(未示出)。用户能选择将要运 行的(多个)室内单元以及所选择的(多个)室内单元201、 202和203 的负载(制冷容量)。响应于有关将要运行的(多个)室内单元以及 所选择的(多个)室内单元201、 202和203的负载(制冷容量)的用 户输入，控制器(未示出)控制包括在室外单元1000中的压縮机构的 压縮容量。
举例来讲，假定室外单元IOOO设置有两个压縮机101和102。能 产生此条件的可能构造的实例使用两个容量调节压縮机，组合使用一 个容量调节压縮机和一个固定容量压縮机，以及组合使用一个容量调 节压縮机和一个变频压縮机。同样，假定室外单元IOOO设置有三个压 縮机。在此情况下，能组合使用两个固定容量压縮机和一个容量调节 压縮机，或者能组合使用一个容量调节压縮机和两个固定容量压縮机。
在使用一个容量调节压縮机和一个固定容量、定速压縮机的情况 下，固定容量压縮机可具有大于或小于容量调节压縮机的最大容量的 冷却剂压縮容量。
图22是示出了现有技术中包括两个固定容量、定速压縮机的室外单元上的压縮负载的曲线图，图23是示出了包括一个根据本发明的实 施例的一个容量调节压縮机和一个固定容量、定速压縮机的室外单元 的压縮负载的曲线图，图24是示出了包括两个根据本发明的一个实施 例的容量调节压縮机的室外单元的压縮负载的曲线图，以及图25是示 出了包括一个根据本发明的一个实施例的容量调节压縮机和一个变频 压縮机的室外单元上的负载的曲线图。
参照图22，只能够以三步调节在设置有两个传统固定容量和速度 压縮机的室外单元上的压缩负载。举例来说，假定具有不同容量的两 个固定容量和速度压縮机用于室外单元。此时，只能够以三步调节在 室外单元[w36]上的压縮负载(i)低容量压縮机的压縮容量调节；(ii) 高容量压縮机的压縮容量调节；以及(iii)低容量压縮机和高容量压縮 机的压縮容量调节。鉴于室外单元可设置有大量的室内单元，因此上 述方案对于符合将以多于三步进行调节的制冷容量中的不同变化可能 不是非常有效。
相反，图22至图25的曲线图示出了能以多步调节本发明的室外 单元上的压縮负载。这就意味着能通过若干步响应于室内单元需要的 负载中的变化调节室外单元上的压縮负载，该室外单元用于设置有连 接至室外单元的多于一个的室内单元的多空调系统。
图26是根据本发明的、具有控制器的空调系统一个实施例的图。
图27是示出了用于控制根据本发明的空调系统的方法的流程图。
空调系统的控制器400接收来自多个室内单元201、 202和203中 的每个的打开/关闭信号，并接收分别关于每个室内单元所需要的制冷 容量的输入数据(Sl)。举例来讲，控制器400接收第一室内单元201 关闭、第二室内单元202和第三室内单元203打开的信号，以及分别 关于第二室内单元202和第三室内单元所需要的制冷容量的数据。
37设置在室外单元1000中的多个压縮机101和102的全部压縮容量 等于或大于所需要的全部制冷容量。举例来讲，假定每个室内单元201、 202和203所需要的制冷容量为100，因此所需要的总制冷容量为300， 室外单元1000的压縮容量应当为300或略微大于300。此外，如果室 外单元1000具有第一压縮机101和第二压縮机102，则第一压縮机和 第二压縮机的每个能具有150的压縮容量，第一压縮机的压縮容量为 100，第二压縮机的压縮容量为200，等等。
优选地，室外单元1000的至少一个压縮机为图18或图19所示的 容量调节压缩机。在下面的描述中，将第一压縮机101描述为容量调 节压縮机。第一压縮机101具有多个压縮机单元，且每个压縮机单元 能具有相同的压縮容量或不同的容量。如图19所示，在容量调节压縮 机具有两个压縮机单元的情况下，如果第一压縮机单元具有50的压縮
容量，第二压縮机单元具有100的压縮容量，则容量调节压縮机的压 縮容量能以50、 100和150的三步变化。第二压缩机102能是与第一 压縮机101相似的容量调节压縮机，也能是固定容量/定速压縮机，但 在这里，将第二压縮机102描述为固定容量/定速压縮机。如果第二压 縮机具有150的压縮容量，则室外单元1000的压缩容量能以50、 100、 150、 200、 250和300的六步变化。
如果多个室内单元201、 202和203所需要的总制冷容量为150或 更小，则只将第一压縮机用于压縮冷却剂，且能够通过防止室外单元 1000压縮过多容量的工作流体而节省能量。此外，如果所需要的总制 冷容量超过150，第一压縮机101和第二压縮机102 —起运行，且通过 组合第一压縮机和第二压縮机，室外单元[w37]1000的压縮容量应当略 微大于第一室内单元201、第二室内单元202和第三室内单元203所需 要的总制冷容量。
在S1中，如果控制器400接收的信号是第一室内单元关闭、第二室内单元打开并需要50的制冷容量、以及第三室内单元打开并需要100 的制冷容量，则控制器确定第一压縮机101运行，并将第一压縮机的 压縮容量确定为150 (S2)。
这里，在空调系统的一般操作下，为容量调节压縮机的第一压縮 机101总是运行。如上所述，由于将永磁体的制动转矩与分配给电机 的负载相加，因此线性启动永磁体磁阻电机(LSPRM)具有分配的负 载大于常规运行中分配的负载的趋势。因此，容量调节压縮机应当以 较低的压縮容量运行，而不考虑室内单元200所需要的总制冷容量。 也就是说，容量调节压縮机不以150的压縮容量(最大压縮容量)启 动，而以50或100的压縮容量启动。为补偿启动中的制动转矩，应使 由压縮机单元分配的负载较低，且不需要使电容器的容量较大。如上 所述，线性启动永磁体磁阻电机(LSPRM)的电容器的容量与线性启 动永磁体磁阻电机(LSPRM)的电容器的启动转矩成比例。如果电机 通过使得启动转矩大于负载转矩而启动，则需要具有大容量的电容器， 在常规运行中可能有功率损耗。
因此，第一压縮机101以50或100的压縮容量开始旋转，而不考 虑S2中已确定的压縮容量(S3)。接着，第一压縮机101进入同步运 行，第一压縮机以在S2中确定的容量运行，也就是150的容量。
这里，操作方法的实例表示只运行了第一压縮机，但是需要更多 压縮容量的室内单元200中，可同时运行第一压縮机101和第二压縮 机102。此外，在第一压縮机101和第二压縮机102能均为线性启动永 磁体磁阻电机的情况下，第一压縮机101和第二压縮机以低负载开始 旋转。同样，在情况是任何空调系统具有至少一个室内单元、且室内 单元包括至少一个压縮机、以及其中压縮机包括线性启动永磁体磁阻 电机时，能够应用该用于控制空调系统的方法。
尽管已经关于具体实施例对本发明进行了描述，但是在不脱离由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下可作出各种 变更和改型，这对本领域技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种空调系统，该空调系统包括彼此并联连接的多个室内单元，每个室内单元具有膨胀阀；和包括多个压缩机的室外单元，其中至少一个设置到所述室外单元的所述压缩机为容量调节压缩机，该容量调节压缩机包括用于驱动多个能够选择性地压缩工作流体的压缩单元的电动驱动单元；以及其中用于所述容量调节压缩机的所述电动驱动单元具有定子和转子，该定子上缠绕有线圈，该转子在所述定子内部旋转，所述转子为包括转子铁芯、磁通壁垒、永磁体和导电棒的LSPRM。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中所述多个压縮机包括一个容 量调节压縮机和一个固定容量压縮机。
3. 根据权利要求2所述的系统，还包括控制器，该控制器用于控制所述容量调节压縮机的压縮容量并用 于选择性地运行所述容量调节压縮机和所述固定容量压縮机，从而以 各种步骤调节所述容量调节压縮机和所述固定容量压縮机的总压縮容
4. 根据权利要求2所述的系统，其中所述固定容量压縮机包括感 应电机或LSPRM，作为电动驱动单元。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中所述室外单元设置有两个容 量调节压縮机，每个所述容量调节压縮机由LSPRM驱动。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中所述两个容量调节压縮机具 有彼此不同的容量值。
7. 根据权利要求5所述的系统，还包括控制器，该控制器用于控制每个所述容量调节压縮机的运行模式 和压縮容量，从而以多步调节所述容量调节压縮机的总压縮容量。
8. 根据权利要求l所述的系统，其中，用于所述容量调节压縮机的所述电动驱动单元包括电容器，该电容器在所述转子产生让压縮单 元能以最大压縮容量压縮工作流体的的转矩时具有最佳容量，且该电 容器连接至所述定子线圈。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，调节所述压縮单元的压縮 容量以在所述压縮单元启动期间，使得负载转矩小于转子的启动转矩。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中，用于所述容量调节压縮 机的所述电动驱动单元包括两个或两个以上彼此并联连接的电容器、 以及用于控制所述电容器的短路状态的开关。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中，在启动期间，调节所述 容量调节压縮机的所述压縮单元的压縮容量，以产生比在闭合所述开 关之后在电容器的容量之和中所产生的启动转矩低的负载转矩。
12. 根据权利要求IO所述的系统，还包括控制器，该控制器用于控制压縮单元，使得在启动期间所述容量 调节压縮机的压縮容量产生比在闭合所述开关之后在电容器的容量之 和中所产生的启动转矩低的负载转矩。
13. 根据权利要求l所述的系统，还包括控制器，该控制器用于根据所述多个室内单元中的每个的运行模 式来控制所述压縮机的压縮容量。
14. 一种空调系统，该空调系统设置有多个压縮机、冷凝机、四 通阀、以及多个热交换器，其中所述多个压縮机中的至少一个为容量调节压縮机，该容量调 节压縮机包括电动驱动单元，该电动驱动单元包括具有线圈缠绕部的定子， 电源供应到所述定子；以及转子，该转子具有导电棒、磁通壁垒、插 入所述磁通壁垒的永磁体，由于相互作用的电磁力、在所述导电棒和 所述定子的线圈缠绕部之间产生的感应转矩、在所述磁通壁垒和所述 定子的线圈缠绕部之间产生的反应转矩、以及在所述永磁体和所述定 子的线圈缠绕部之间产生的磁矩，该转子旋转，且该转子具有在启动 运行中和常规运行中分配的不同负载转矩，以及电连接至所述线圈缠 绕部的电容器；在工作流体的压縮中具有可变压缩容量的压縮单元；以及 控制器，该控制器用于控制多个热交换器的运行，并用于根据所 述多个热交换器需要的制冷容量中的变化来控制多个压縮机的运行和 容量调节压縮机的压縮容量，从而以多步调节所述多个压縮机的总容 里。
15. 根据权利要求14所述的系统，其中所述多个压縮机包括一个 固定容量/定速压縮机和一个容量调节压縮机，且所述多个压縮机的压 縮容量的组合被线性调节。
16. 根据权利要求14所述的系统，其中所述多个压縮机包括两个 或两个以上容量调节压縮机，且所述多个压縮机的压縮容量的组合被 线性调节。
17. 根据权利要求14所述的系统，其中所述多个压縮机包括一个 变频压縮机和一个容量调节压縮机，且所述多个压縮机的压縮容量的 组合被线性调节。
18. 根据权利要求1至17所述的系统，其中所述容量调节压縮机 包括多个旋转压縮单元，且至少一个所述旋转压縮单元包括叶片槽，叶片插入该叶片槽；从所述叶片槽的外径侧与所述叶片槽相连通的后 压力空间；以及叶片控制单元，该叶片控制单元用于将吸入压力或排 出压力供应到所述叶片后面以支承所述叶片，并用于同时将排出压力 供应到所述叶片横向面，以使在施加到所述叶片的后面的压力和施加 到所述叶片的横向面的压力之间的差使得所述叶片被约束或被释放， 由此使得所述叶片与滚动活塞压接或分离，以及其中通过控制至少一个所述旋转压縮单元的运行模式来调节所述 压縮单元的总压縮容量。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中所述叶片控制单元包括 后压力连接管，工作流体通过该后压力连接管被引入到所述后压力空 间；连接至所述后压力连接管的低压连接管，未压縮的低压工作流体 通过该低压连接管流动；连接至所述后压力连接管的高压连接管，已 压縮的高压工作流体通过该高压连接管流动；用于打开/关闭所述低压 连接管的阀；以及用于打开/关闭所述高压连接管的阀。
20. 根据权利要求18所述的系统，其中所述叶片控制单元包括 后压力连接管，工作流体通过该后压力连接管被引入到所述后压力空 间；连接至所述后压力连接管的低压连接管，未压縮的低压工作流体 通过该低压连接管流动；连接至所述后压力连接管的高压连接管，已 压縮的高压工作流体通过该高压连接管流动；开关阀，该开关阀用于 调节通过所述后压力连接管被引入到所述后压力空间的工作流体的流 动。
21. 根据权利要求1至17所述的系统，其中所述容量调节压縮机 包括多个旋转压縮单元；通过壳体以使工作流体由汽缸吸入的吸管； 以及吸阀，该吸阀安装在所述吸管上以打开或关闭所述吸管，使得所 述压縮单元的总压縮容量根据所述吸阀是被打开还是被关闭而变化。
22. 根据权利要求1至17中的任意一项所述的系统，其中，在所述容量调节压縮机的启动期间，所述压縮单元的压縮容量降低，且较 小的负载被施加到所述电动驱动单元。
23. —种控制容量调节压縮机的方法，该方法包括以下步骤 接收关于室内单元所需要的制冷容量的输入数据； 在较低负载下启动所述容量调节压縮机的电动驱动单元，而不考虑所述室内单元所需要的制冷容量；以及在对应于所述室外单元所需要的制冷容量的负载下，以同步速度运行所述容量调节压縮机的电动驱动单元。
24. —种控制空调系统的方法，该方法包括以下步骤 接收来自多个室内单元中的每个的打开/关闭信号，并接收关于每个室内单元所需要的制冷容量的输入数据；根据关于所述多个室内单元所需要的制冷容量的输入数据，确定包括至少一个容量调节压縮机的多个压縮机中的每个的运行模式和压縮容量，在较低负载下启动所述容量调节压縮机的电动驱动单元，而不考 虑已经基于关于所述多个室内单元所需要的制冷容量的输入数据而确 定的所述容量调节压縮机的所述压縮容量；以及在已经基于所述室内单元所需要的制冷容量而确定的压縮容量 下，以同步速度运行所述容量调节压縮机的电动驱动单元。
全文摘要
本发明提供容量调节压缩机和具有该容量调节压缩机的空调系统，所述空调系统包括彼此并联连接的多个室内单元，每个室内单元具有膨胀阀；和包括多个压缩机的室外单元，其中设置到至少一个所述室外单元的所述压缩机为容量调节压缩机，该容量调节压缩机包括用于驱动多个能够选择性地压缩工作流体的压缩单元的电动驱动单元，并且用于所述容量调节压缩机的所述电动驱动单元具有定子和转子，该定子上缠绕有线圈，该转子在所述定子内部旋转，所述转子为包括转子铁芯、磁通壁垒、永磁体和导电棒的LSPRM。
文档编号F24F1/00GK101629738SQ200810190248
公开日2010年1月20日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年7月16日
发明者赫 南, 李康旭, 李根炯, 河承亨 申请人:Lg电子株式会社