电动机和包括电动机的压缩机的制作方法

专利名称：电动机和包括电动机的压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机，更具体地，涉及一种实现增强起动转矩性能和提高正常 运行效率的同时具有最低损耗和改进效率的电动机。另外，本发明涉及一种可有效地适用于可变负载的电动机和一种使用该电动机的 可变容量压缩机。
背景技术：
通常，单相感应电动机包括定子，在该定子上缠绕着主线圈和辅助线圈，在主线圈 与辅助线圈之间具有90度的空间间隔。源电压直接施加于主线圈，而且还经由电容器和开 关施加于辅助线圈。这是因为即使对主线圈施加电压，主线圈也不能单独地产生起动力。因 此，在诸如辅助线圈等起动装置的辅助下，定子产生旋转磁场，以起动转子。所述起动装置根据其种类而分为分相式、屏蔽线圈式、电容器起动式、推斥起动式等。作为具有上述起动装置的单相感应电动机的示例，图1和2中示出了电容器起动 式单相感应电动机。图1示出普通单相感应电动机的定子和转子，且图2示出转子和定子线圈的简化 电路。当只有主线圈12缠绕在定子10上时，定子10仅产生交变磁场，并且因此，未实现 转子20的起动。因此，必须在定子10上缠绕辅助线圈14，以产生旋转磁场。用该旋转磁 场，可以起动转子并使其沿预定方向旋转。即，起动转矩经由该旋转磁场而出现。在图2的简化电路中，电容器15用于延迟施加于辅助线圈14的电流的相位，以便 经由辅助线圈14与主线圈12之间的交互作用而产生起动转矩。一旦起动，则即使未向辅 助线圈14施加电力，在假设负载没有变化的情况下，转子20也保持旋转。S卩，如果转子20 在起动之后保持每分钟预定的或更大的转数，则不需要将电力供向辅助线圈14。然而，当负 载改变时，需要附加的起动转矩。因此，优选的是总是经由电容器15来向辅助线圈14供应 电力。当然，三相感应电动机即使在仅主线圈缠绕在定子上时也能够产生旋转磁场，且 不需要在定子上缠绕上述辅助线圈。也就是说，三相感应电动机不需要单独的起动装置。上述单相感应电动机的优点是，其不需要类似无刷DC(BLDC)电动机或磁阻电动 机的逆变器，并且能够使用单相商业电力来直接启动，从而得到优越的价格竞争力。现在，将参照图1和2来详细描述上述普通单相感应电动机。具有空心内部构型的定子10包括多个齿11和主线圈12，所述齿以期望的角间隔 沿着其内周向布置成向内径向突出，并且该主线圈缠绕在各个齿11上，以在初级施加电流 时具有N极或S极的极性。在此，在齿11与主线圈12之间插置了绝缘体(未示出)。该绝缘体不仅用于提供 齿11与主线圈12之间的电绝缘，而且还有利于容易缠绕主线圈12。
定子10还包括辅助线圈14，该辅助线圈缠绕在定子10上，以具有与主线圈12的 期望空间角间隔，且适合于在施加电流时产生旋转磁场。当然，还通过在齿11与辅助线圈 14之间插置绝缘体，而将辅助线圈11缠绕在齿11上。主线圈12和辅助线圈14能够合称 为“定子线圈”或者简称为“线圈”。线圈12和14连接到单相电源，且同时相互并联连接。电容器15串联连接到辅助 线圈14。此外，虽然未示出，但电容器15可以经由开关可选地连接到电源。通常，转子20可以是常使用的鼠笼式转子。图1和2示出鼠笼式转子。通常通过将钢板一个一个地堆放以组成转子芯来制造转子20，并且每个钢板沿着 其外周向在距离钢板中心的期望径向位置处以期望的角间隔形成有多个狭槽21。转子20 还包括插入到转子芯的各个狭槽21中的棒状导电杆22。棒状导电杆22通常由铜或铝棒制 成。鼠笼式转子的两端均与未示出的端环相连接(见图13和14)，以经由导电杆22实 现电连接，且端环通常经由铝压铸形成。具体而言，经由铝压铸将导电杆22和端环彼此形 成为整体，并将两个端环分别设置在转子芯的顶部和底部。同时，转子20在中心处设有轴孔M。将转子20的旋转力传送到外部部件的旋转 轴(未示出)被压配合到轴孔M中，使得转子20与旋转轴组成整体的旋转体。在上述单相感应电动机的运行中，如果向线圈供应电力，则在导电杆22中产生感 应电流，促使转子20由于产生感应转矩而旋转。然而，在这种情况下，导电杆22造成损耗、 即导电杆损耗。由于导电杆损耗，因此限制了改进预定尺寸的电动机的效率。当需要高效 率时，单相感应电动机就存在问题。导电杆损耗的其他问题包括转子20温度的升高和因温度变化引起的大的损耗变 化。特别地，温度越高，导电杆损耗越大。因此，高温下电动机效率的改进受到限制。同时，单相感应电动机由于其特性而必须始终以低于同步速度的速度运行，以便 产生感应转矩。这是因为在理论上单相感应电动机在同步速度下具有零转矩，且转速越小， 转矩越大。因此，在单相感应电动机中，当电动机负载、即施加于旋转轴的负载改变时，旋转 轴的转速、即电动机的转速改变，且这使得由于负载变化而难以控制电动机。

发明内容
技术问题为解决所述问题而设计的本发明的目的在于一种能够解决单相感应电动机的上 述问题的电动机。为解决所述问题而设计的本发明的另一目的在于一种具有改进效率的电动机，更 具体地，在于一种能够在正常运行期间以同步速度运行并因此能够实现最大正常运行效率 的电动机。为解决所述问题而设计的本发明的又一目的在于一种即使电动机负载在正常运 行期间改变也能够始终以同步速度运行、从而易于电动机控制的电动机。为解决所述问题而设计的本发明的又一目的在于一种尤其是在高温下能够实现 最高效率的电动机。
为解决所述问题而设计的本发明的又一目的在于一种在不使用逆变器的情况下 具有普通感应电动机的起动特性、从而实现降低的制造成本的电动机。为解决所述问题而设计的本发明的另一目的在于一种能够经由上述电动机的使 用而实现改进效率并促进其可变容量运行的压缩机。技术方案本发明的目的能够通过提供一种电动机来实现，在该电动机中使用电力供应至定 子线圈时产生的感应转矩来起动转子，其中，该转子包括转子芯；导电杆，沿着周向方向 布置在转子芯的外缘区域中，以产生感应电流；磁通屏障，形成在转子芯中，以便为了产生 磁阻转矩而中断磁通量的流动；以及磁体，设置在转子芯中，以便为了产生磁转矩而产生磁通量。在此，可以使用由导电杆产生的感应转矩来起动转子，而且，一旦起动，转子可以 使用由磁通屏障产生的磁阻转矩和由磁体产生的磁转矩来旋转。另外，转子一旦起动，则可 以使用磁阻转矩和磁转矩来以同步速度旋转。具体而言，根据本发明的电动机在转子起动时具有普通感应电动机的起动特性， 且一旦起动，则具有同步电动机的旋转特性。根据本发明的电动机一旦起动，则在正常运行 期间使用磁阻转矩和磁转矩以同步速度旋转，并能够实现高效率。因此，可在没有复杂的电 动机起动部件的情况下提供高效率电动机。可以通过在定子中产生的旋转磁场和在转子中产生的感应电流来产生感应转矩。 因此，不需要向线圈供应三相电力。即，类似于普通单相感应电动机，能够供应单相电力。当向线圈供应单相电力时，线圈优选包括用于起动转子的主绕组和辅助绕组。当 然，虽然能够以各种方式来改变此类起动构型，但为描述方便起见，以下说明仅限于电容器 起动式感应电动机。当电容器起动式感应电动机应用于本发明时，主绕组和辅助绕组在相互并联连接 的同时连接到单相电源。另外，电容器串联连接到辅助绕组。优选地，所述磁通屏障布置成给转子提供至少两个或更多偶数个磁极。用该磁通 屏障，转子可以设有从转子的中心径向延伸的q轴线和从转子的中心径向延伸的d轴线，沿 着q轴线磁通量的流动被磁通屏障中断，且沿着d轴线磁通量的流动未被中断。例如，当转子包括两个磁极时，q轴线和d轴线可以在空间上相互垂直。优选地， 磁通屏障关于q轴线对称。优选地，每个磁通屏障关于转子的中心从该中心向两端倾斜，使得磁通屏障的两 端远离或更接近垂直于q轴线的轴线。这具有进一步增加沿转子芯q轴线方向的磁通屏障 占用率的效果、从而进一步增加沿q轴线方向的磁阻的效果。优选地，将组成每个磁极的磁 通屏障布置成至少两层或更多层。每层的磁通屏障可以连续地形成，并且磁通屏障从转子外侧越接近内侧，越具有 较长的长度。磁体可以插入到各个磁通屏障的局部区域中。磁体可以包括沿各个磁通屏障的纵 向方向布置的至少两个或多个磁体。当然，磁体可以包括沿转子的纵向方向布置的至少两 个或多个磁体。在这种情况下，优选地，磁体包括彼此具有相同形状的单元磁体。优选地，每个磁通屏障形成有台阶部分，以确定相关磁体的插入位置。
优选地，连接插入各层磁通屏障中的磁体的相应末端的假想线平行于q轴线。用 磁体末端的这种布置，能够基于q轴线产生最大的磁通量。另外，由所有磁体产生的总磁通 量能够采取方波的形式，而不是采取正弦波的形式。磁体的布置使得能够基于q轴线产生较大的磁转矩，并且如下文将要描述那样， 允许增加端环的径向宽度。增加的端环径向宽度具有降低因端环存在而引起损耗的效果。对于导电杆，优选地，布置在转子的中心与最外层磁通屏障的两端之间限定的角 内的导电杆的径向宽度小于其他导电杆的径向宽度。这是因为随着导电杆的径向宽度的增 大，导电杆附近的磁通量的流动路径变得极窄。这减小因磁通量的过早饱和而引起的磁阻 转矩。优选地，各个磁通屏障的两端对立于相邻导电杆靠近地布置，以使磁通量通过磁 通屏障与导电杆之间缝隙的泄漏最小化。优选地，每个磁通屏障的端部具有比磁通屏障的 其余部分的宽度更小的宽度。这是因为当经由铝压铸来形成导电杆和端环时，熔融铝可以 在受到压力时被引入到磁通屏障中。在本发明的另一方面，提供了一种包括上述电动机的压缩机和用于控制该压缩机 的方法。在此，包括在压缩机中的电动机具有如下特征使用单相电力供应至定子线圈时 产生的感应转矩来起动转子，且转子一旦被起动，则以同步速度旋转；并且所述线圈包括主 绕组和辅助绕组，该主绕组与用于供应单相电力的单相电源相连接，该辅助绕组在与单相 电源连接的同时并联连接到主绕组，并且相互并联连接的电容器串联地连接到辅助绕组。优选地，电容器中的任何一个选择性地经由开关与辅助绕组电连接。开关优选根 据电动机的负载变化而选择性地接通。例如，所述开关可以在高电动机负载下接通，并且可 以在低电动机负载下切断。另外，开关能够在电动机的初始起动期间保持接通。压缩机可以是使单个电动机运行以压缩制冷剂的可变容量压缩机。这里，压缩机 的初始起动意指电动机的初始起动。可变容量压缩机包括在其中压缩制冷剂的缸。随着缸中待压缩的制冷剂的量根据 电动机负载而改变，压缩机的容量能够改变。压缩机的容量还可以随着多个缸中的仅一部 分可选地运行，或所有缸都运行而改变。无论初始运行条件如何，压缩机能够始终在低负载条件下开始运行。有利效果根据本发明，能够实现一种具有改进效率的电动机和一种使用该电动机的可变容 量压缩机。更具体而言，根据本发明，可提供一种尤其是在正常运行期间以同步速度运行、从 而实现最高正常运行效率的电动机。此外，根据本发明，即使电动机负载在正常运行期间改变，电动机也能够始终以同 步速度运行。结果，可提供一种易于控制且尤其是在高温下具有最高效率的电动机。根据本发明，该电动机能够在不使用逆变器的情况下实现普通单相感应电动机的 起动特性，从而降低制造成本。此外，根据本发明，无论初始负载如何，都能够增强电动机的起动特性，以快速达 到正常运行。结果，可以实现一种能够改变容量并因此在正常运行期间实现高效率的电动机和一种使用该电动机的可变容量压缩机。


附图被包括进来以便对本发明提供进一步的理解，所述附图示出了本发明的实施 例，并连同说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中图1是示出传统感应电动机的转子和定子的剖视图。图2是示意性示出传统感应电动机的转子和定子线圈的概念图。图3是示意性示出根据本发明的电动机的转子和定子线圈电路的概念图。图4是示出图3中所示的转子的一部分的放大剖视图。图5至7是示出与图3中所示的磁通屏障的末端的形状有关的不同实施例的剖视 图。图8是示出根据本发明的电动机的转子芯的分解透视图。图9是示出根据本发明实施例的电动机的最上方单元转子芯的构型的平面视图。图10是示出根据本发明实施例的电动机的最下方单元转子芯的平面视图，或者 是示出根据本发明另一实施例的电动机的最上方单元转子芯的平面视图。图11是示出根据本发明实施例的电动机的转子的顶视平面图。图12是示出根据本发明实施例的电动机的转子的顶视平面图，或者是示出根据 本发明另一实施例的电动机的转子的底视平面图。图13是示出根据本发明实施例的电动机的上端环的透视图。图14是示出根据本发明实施例的电动机的下端环的透视图，或者是示出根据本 发明另一实施例的上端环的透视图。图15是示出电动机的起动转矩与电容器值之间的关系的图表。图16是示意性示出高电动机负载下的根据本发明的定子线圈电路的一部分的电 路图。图17是示意性示出低电动机负载下的根据本发明的定子线圈电路的一部分的电 路图。
具体实施例方式现在对根据本发明的电动机进行详细说明，该电动机的示例在图3至15的附图中 示出。另外，为了描述方便起见，下面将描述转子可在定子内部旋转的内部式电动机。然而， 根据本发明的电动机本质上不限于该内部式电动机。根据本发明的电动机是这样一种电动机，在该电动机中使用感应转矩来起动转 子，因此，转子能够采用与传统普通感应电动机相同的构型。具体而言，参照示出根据本 发明的感应电动机的构型的图3，感应电动机能够包括设有狭槽121和导电杆122的转子 120、定子线圈112和114(在下文中称为“线圈”)、和用于电动机旋转的电容器115等。在 下文中，将省略对重叠构型的详细说明。应注意的是，根据本发明的电动机还可以包括磁通屏障140，该磁通屏障在转子芯 中形成，以便为产生磁阻转矩而中断磁通量的流动。另外，根据本发明的电动机还能够包括磁体130，该磁体被嵌入转子芯中，以便为产生磁转矩而产生磁通量。根据本发明，以上述构型可提供一种电动机，该电动机能够基于感应电动机的特 性起动，并且还可以在正常运行期间基于同步电动机的特性运行。换言之，转子在起动之后 能够使用磁阻转矩和磁转矩以同步速度旋转。因此，根据本发明，与普通同步电动机不同的 是，可以取消诸如起动逆变器等复杂且昂贵的部件。现在，将参照图3来详细描述根据本发明的电动机中产生磁阻转矩和磁转矩的原理。首先，将详细描述磁阻转矩。如图3中所示，沿着q轴线布置磁通屏障140。这里，通过去除由磁性物质制成的 转子芯123的局部区域来形成磁通屏障140。具体而言，能够经由磁通屏障140产生空气 层，且能够在磁通屏障140中填充例如树脂物质的非磁性物质。当向线圈施加电流以形成磁极时，在转子中产生磁通量，然而，由于磁通屏障140， 在q轴线中产生极高的磁阻，磁通屏障140沿着该q轴线布置。相反，在d轴线中产生极低 的磁阻，沿着该d轴线没有设置磁通屏障。因此，转子将沿一个方向旋转，以使q轴线与d轴线的方向之间的磁阻差最小化。 引起转子这样旋转的力称为磁阻转矩。磁阻差越大，磁阻转矩的数量级越大。同时，如图3中所示，根据本发明的电动机包括磁体130。如果向线圈施加电流以 形成北磁极，则磁体130能够被磁化而变成南极。具体而言，在如图3中所示的转子的布置 中，由于定子而产生的磁通量和由于磁体130而产生的磁通量相互偏移，引起q轴线方向的 更大磁阻。因此，与没有磁体的情况相比，能够在q轴线与d轴线方向之间实现更大磁阻差。 因此，使用磁体能够增加磁阻转矩。磁体能够通过与定子相互作用而产生磁转矩。具体而言，如果向线圈施加电流以 形成磁极，则定子的磁极与磁体的磁极根据定子与磁体之间的相对位置而相互作用，从而 产生磁转矩。如上所述，根据本发明的电动机在起动之后使用磁阻转矩和磁转矩来执行同步旋 转，从而在正常运行期间实现极高的效率。这意味着，假设相同的电动机尺寸和相同的电流 强度，与普通感应电动机相比，根据本发明的电动机能够实现极高的效率。在下文中，将参照图3至5来详细描述包括在根据本发明的电动机中的转子的构型。转子120包括作为基体的转子芯123、和在转子120中形成的、更具体在转子芯 123中形成的磁通屏障140。q轴线从转子的中心穿过磁通屏障140径向延伸，沿着该q轴线，磁通量的流动被 中断。同样，d轴线从转子的中心径向延伸，沿着该d轴线不会发生磁通量流动的中断。这里，能够将磁通屏障布置为沿着转子的周向方向形成至少两个偶数的磁极。这 种布置在图3中示出。具体而言，如图3中所示，当磁通屏障布置为形成两个磁极时，q轴 线和d轴线在空间上相互垂直。同样，当磁通屏障布置为形成四个磁极时，虽然未示出，但 q轴线和d轴线具有45度的空间间隔。优选地，如图3中所示，每个磁通屏障140关于q轴线对称。这种构型允许磁阻转 矩关于q轴线对称，从而防止由于磁阻转矩的偏差而引起噪声或振动。
而且，优选地，以至少两层或更多层布置磁通屏障140。更具体而言，优选的是将两 层或更多层的磁通屏障布置在图3中所示的转子的上半平面和下半平面中的每一个处。这 增加了沿转子芯123的q轴线方向的磁通屏障140的占用率，从而进一步增加沿q轴线方 向的磁阻。由于同样的原因，优选地，每个磁通屏障140关于转子120的中心从中心向其两端 倾斜，使得磁通屏障140的两端远离或更接近与q轴线垂直的轴线。更具体而言，如图3中 所示，优选的是磁通屏障140基于d轴线而向上或向下凸起，而不是平行于d轴线。磁通屏 障可以具有角形形状或拱形形状。如图3中所示，对于磁通屏障140，更接近转子的中心、即更接近内部的磁通屏障 140优选地具有较长的长度。这增加了沿q轴线方向的磁阻，并因此能够使q轴线与d轴线 方向之间的磁阻最大化。优选地，布置在转子的中心与最外层磁通屏障140的两端之间限定的角α内的导 电杆122的径向宽度小于其他导电杆122的径向宽度。如图3中所示，当角α内的导电杆122具有大的径向宽度时，这些导电杆122与 相邻磁通屏障140之间的距离变得极窄。这不利地增加了由于沿d轴线方向的磁通量饱和 而引起磁通量泄漏的可能性。因此，为了保证导电杆122与磁通屏障140之间的足够距离， 优选的是减小布置在角α内的导电杆122的径向宽度。同时，如图4和5中所示，优选的是各个磁通屏障140的两端靠近地与相邻狭槽 121相对定位。具体而言，优选的是使各个磁通屏障140的两端与相邻狭槽121之间的距离 最小化。这是为了防止沿着d轴线产生的磁通量通过磁通屏障140与狭槽121之间的缝隙 泄漏。当磁通量通过缝隙发生泄漏时，这相应地减小q轴线与d轴线方向之间的磁阻差。然而，对磁通屏障140的两端与狭槽121之间的缝隙、即磁通屏障140的两端与嵌 入狭槽121中的导电杆122之间的缝隙存在减小的限制。这是因为当导电杆122经由例如 铝压铸在狭槽121中形成时，过窄的缝隙具有在压力下破裂、引起熔融铝被引入磁通屏障 140中的风险。因此，为了实现具有较低破裂风险的进一步缩小的缝隙，优选的是每个磁通屏障 140的两端具有比磁通屏障140的其余部分的宽度更小的宽度。图5至7中示出涉及磁通 屏障140的端部形状的不同实施例。如从这些实施例理解的那样，可以使面向相邻狭槽121的一段磁通屏障140最小 化。这具有减小可在受压时破裂的区域的效果，并因此具有减小磁通屏障140与狭槽121 之间的缝隙的效果。同时，根据本发明的电动机包括磁体130，该磁体布置在转子芯123中，以便为了产生磁转矩而产生磁通量。如图3和4中所示，可以将磁体130插入各个磁通屏障140的局部区域中。当然， 可以将磁体130插入磁通屏障140的所有层中，或者可以不插入磁通屏障140的特定的层 中。同时，优选地，每个磁通屏障140沿其纵向方向是连续的，且优选沿连续磁通屏障 140的纵向方向布置有至少两个或多个磁体130。这是因为很难制造对应于磁通屏障的形 状的单个磁体。此外，使用多个磁体可以更有效地使磁体产生的磁通量的泄漏最小化。
由于同样的原因，优选地，沿转子120的纵向方向、即沿转子1 20的高度方向布置 至少两个或多个磁体。基于上述特性，磁体130能够由相同形状的单元磁体、例如杆状的单元磁体组成。 这有利于降低磁体的制造成本，并有利于容易制造具有最少种类零件的电动机。另外，为了确定磁体130相对于每个磁通屏障140的插入位置，磁通屏障140优选 形成有预定的安放部分。具体而言，如图9和11中所示，磁通屏障140形成有台阶部分141， 以确定磁体130的插入位置。该安放部分还用于防止所插入磁体130的不期望的移动。同时，优选地，连接插在各层磁通屏障中磁体的相应末端的假想线平行于q轴线。 用磁体末端的这种布置，能够基于q轴线产生最大的磁通量。另外，由所有磁体产生的总磁 通量能够采取方波而不是正弦波的形式。磁体的布置使得能够基于q轴线产生更大的磁转矩，并且如下文将要描述的那 样，允许增加端环的径向宽度。增加的端环径向宽度具有降低因端环存在而引起损耗的效果。在下文中，将参照图8至14来详细描述根据本发明的电动机制造方法、尤其是转 子制造方法。参照示出根据本发明的电动机的构型的图8，转子芯123可以包括三个不同形状 的单元转子芯124、125、和126。图8中所示的电动机的方位适合于竖式驱动电动机。具体而言，转子芯123是通过冲压形成的单元转子芯堆栈。该单元转子芯可以由 以下三种形状的单元芯组成。首先，组成转子芯123的中间部分的单元芯125能够包括所有上述部件，即用于插 入导电杆122的狭槽121、用于联接旋转轴(未示出)的轴孔128、以及磁通屏障140。接下来，如图8和9中所示，组成转子芯123的最下部分的单元芯1 能够只包括 轴孔1 和狭槽121。也就是说，单元芯1 没有磁通屏障。因此，当磁体插入单元芯124 和125的各个磁通屏障140的局部区域中时，单元芯126能够防止磁体脱离。同样，如图8和9中所示，组成转子芯123的最上部分的单元芯IM形成有轴孔 128、狭槽121、以及磁通屏障140。在这种情况下，优选地，考虑到与下文将描述的端环的关 系，设置有插入磁体所需的最小的磁通屏障140。因此，在堆叠单元芯以获得图8中所示的转子芯并随后经由铝压铸形成端环之 后，能够将磁体插入磁通屏障中。另外，以如图8中所示的电动机方位，可经由转子芯内部 与磁体之间的相互作用来防止磁体散开，而不用单独的防散结构。图11和12是具有上述构型的转子芯的顶视平面图和底视平面图。具体而言，根 据上述转子芯，能够在转子芯的底部形成如图14中所示的普通环形的端环151。S卩，上述转子能够概括为形成端环之后插入磁体的转子。所述普通环形端环能够构造成除轴孔1 之外覆盖转子芯123的整个顶表面或底 表面。应注意，端环的高度和径向宽度越大，由于端环而引起的损耗越小。也就是说，类似 于由于导电杆而引起的损耗，能够最大程度地降低由于端环而引起的损耗。然而，增加端环的高度增大了电动机的尺寸，并因此而受到限制。因此，更优选的 是增加端环的径向宽度，以便降低由于端环而引起的损耗。同时，图8中所示的最上方的单元芯124能够由图10中所示的最下方的单元芯126取代。具体而言，最上方和最下方的单元芯能够由图10中所示的单元芯1 取代。结 果得到的构型是根据本发明的电动机的替代构型。在该替代构型中，在将中间单元芯125堆叠在最下方的单元芯1 上之后，将磁体 插入磁通屏障中。然后，将最上方的单元芯(在这种情况下，等同于最下方的单元芯)堆叠 在上面，并经由铝压铸而形成导电杆和端环。图12的平视面图中示出上述转子芯。图12中所示的转子芯能够使用如图12和 14中所示的设置在其顶部和底部的普通环形端环151。更具体而言，能够将上述转子概括为插入磁体之后形成端环的转子。因此，即使不 以竖式驱动的方式利用该电动机，包括上述转子的电动机也能够通过最上方和最下方的单 元芯来防止磁体散开。同时，在上述构型中，根据本发明的电动机始终包括不干扰磁体、但与多个导电杆 122相连接的端环。当然，端环不干扰磁通屏障140。更具体而言，在上述电动机的替代构型中，转子芯的最上方和最下方的单元芯未 形成有磁通屏障140，因此，不存在端环与磁通屏障140之间的干扰。因此，能够从所有普通 端环形状中自由地选择端环的形状，并且这具有使得因端环引起的损耗最小化的效果。然而，在电动机的上述构型中，必须在完成转子芯之后和在将磁体插入磁通屏障 中之前形成端环150。在这种情况下，重要的是消除磁体与端环150之间的任何干扰。艮口， 必须将端环150构造成具有用于插入磁体的空间。在此，为了如上所述使得因端环150而引起的损耗最小化，优选的是增加端环150 的径向宽度。因此，优选地，最上方的单元芯1 具有插入磁体所需的最小的磁通屏障140。在这种情况下，能够将端环150构造成具有如图11和13中所示的形状。具体而 言，端环150能够分为q轴线方向部分和d轴线方向部分，并且d轴线方向的宽度大于q轴 线方向的宽度。这可有效地使由于端环150而引起的损耗最小化。另外，由于优选的是增 加端环150的q轴线方向的宽度，所以如图11中所示，磁通屏障140更优选地构造成朝着 转子的中心会聚。而且，端环的d轴线方向部分的内周优选平行于q轴线延伸。同样，优选地，端环的q轴线方向部分的内周平行于相邻磁通屏障延伸。因此，在上述构型中，端环150是环形端环，在该环形端环中其径向宽度沿着转子 芯123的周向方向变化。此外，端环的q轴线方向的宽度大于d轴线方向部分的宽度。在下文中，将参照图15至17来详细描述根据本发明的电动机的运行。根据本发明的电动机基本上可适用于可变负载风扇电动机、压缩机、家用电子设 备等。在下文中，为了描述方便起见，将描述在旋转式压缩器中使用的电动机。通常，旋转式压缩机主要使用单相感应电动机，并因此具有因单相感应电动机的 上述特性而引起的低效率的问题。因此，应认识到，根据本发明的电动机有利地可适用于旋 转式压缩机等，以改善压缩机的效率。最近，已主要使用可变容量压缩机，在可变容量压缩机中，单旋转式压缩机能够执 行可变容量运行。作为一个示例，存在一种能够通过改变单缸中待压缩的制冷剂的量来改变容量的 压缩机。韩国专利特许公开No. 10-2006-0120387中公开了这种压缩机，其中选择性地在多 个缸中压缩制冷剂，以改变压缩机的容量。
在此，压缩机的容量变化意味着用于压缩制冷剂的电动机负载的变化。因此，为了 实现可变容量压缩机的卓越的高效率，有利的是使用根据本发明的电动机而不是普通感应 电动机。这是因为根据本发明的电动机不仅在正常运行期间始终以同步速度运行、而且即 使在电动机负载改变的情况下也始终以同步速度运行。另外，由于该电动机即使在其温度 升高的情况下也使用磁阻转矩和磁转矩运行，所以可以使由于温度升高而引起的损耗最小 化。考虑到普通单相感应电动机经受因温度升高而引起的严重损耗和压缩机的内部温度在 压缩机运行期间显著升高这些事实，能够说上述效果是非常卓越的效果。图15示出起动转矩与电容器值之间的关系。如图所示，电容器值越大，起动转矩越大。同时，为了发动电动机的起动，起动转矩 必须大于预定值。即，起动转矩必须具有足以克服初始电动机负载的值。因此，如果初始电 动机负载增大，则为起动电动机而克服电动机负载所需的起动转矩的数量级必须进一步增 大。同时，图3示出具有仅一个单电容器的线圈电路。在这种情况下，如果电动机负载 改变，则电容器值必须增大，以足以克服该电动机负载，从而起动电动机。然而，由于在低电 动机负载条件下使用高电容器值引起损耗，所以优选的是根据电动机负载的变化来改变电容器值。为此，如图16和17中所示，根据本发明的电动机可以包括并联连接的电容器。具体而言，线圈包括与单相电源连接的主绕组和连接到单相电源时与主绕组并联 连接的辅助绕组。同样，相互并联连接的电容器串联连接到辅助绕组。更具体而言，图16 和17中所示的电路能够代替图3中所示的电容器。在开关S保持接通时，相互并联连接的两个电容器的值等于电容器值的总和。因 此，当接通开关S时，获得大的电容器值，结果得到更大的起动转矩。相反，当切断开关时， 获得仅一个电容器的值，结果得到相对小的起动转矩。因此，优选根据电动机负载的变化而选择性地接通或切断开关，更加具体地，在高 电动机负载下接通开关，并在低电动机负载下切断开关。例如，假设压缩机的容量分为大容量和小容量，图16示出大容量压缩机的运行， 并且图17示出小容量压缩机的运行。如从附图中能够看到，鉴于效率改善，有利的是在压 缩机具有低运行容量时不使用大电容器。同时，在电动机初始起动时，即在压缩机初始起动时，能够预设压缩机的容量。例 如，能够将压缩机预设为以大容量或小容量运行。优选地，电动机被快速起动，以实现正常运行。为了能够实现快速初始起动并同时 实现更好的起动特性，优选的是在电动机的初始起动期间保持接通开关。即，优选地，无论 预设容量如何，开关始终保持接通。更具体而言，尽管压缩机最初被设定为以小容量运行，但如果压缩机在开关保持 接通时开始运行，并且经历了期望的时间或满足期望的条件，则优选的是切断开关。相反， 尽管压缩机最初被设定为以大容量运行，但如果压缩机在开关保持接通时开始运行，并且 运行条件未改变，则优选的是保持开关接通。应注意，在正常运行期间能够根据容量变化而选择性地接通或切断开关。
因此，能够根据电动机是否初始起动和容量在运行期间是否变化来选择性地接通 或切断开关S。这保证了电动机的稳定起动。另外，缩短的初始起动时间允许压缩机快速达 到正常运行，从而改善压缩机效率。如上所示，这是因为根据本发明的电动机能够在正常运 行期间使用磁阻转矩和磁转矩以同步速度旋转，并且能够实现极高的正常运行效率。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况 下能够对本发明进行各种修改和变更。因此，本发明意图涵盖本发明的修改和变更，只要这 些修改和变更在所附权利要求和其等同的范围内。工业实用性本发明能够提供一种具有改进效率的电动机和一种包括该电动机的可变容量压 缩机。
权利要求
1.一种电动机，在所述电动机中，利用电力供应至定子线圈时产生的感应转矩来起动 转子，其中，所述转子包括转子芯；导电杆，所述导电杆沿着周向方向布置在所述转子芯的外缘区域中，以产生感应电流；磁通屏障，所述磁通屏障形成在所述转子芯中，以中断磁通量的流动，从而用于产生磁 阻转矩；以及磁体，所述磁体设置在所述转子芯中，以产生磁通量，从而用于产生磁转矩。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，利用由所述导电杆产生的感应转矩来起动所 述转子，且一旦起动，所述转子利用由所述磁通屏障产生的磁阻转矩和由所述磁体产生的 磁转矩来旋转。
3.根据权利要求2所述的电动机，其中，所述转子一旦起动，则利用所述磁阻转矩和所 述磁转矩以同步速度旋转。
4.根据权利要求1所述的电动机，其中，供应给所述线圈的电力是单相电力。
5.根据权利要求4所述的电动机，其中，通过所述定子中产生的旋转磁场和所述转子 中产生的感应电流而产生感应转矩。
6.根据权利要求5所述的电动机，其中，所述线圈包括主绕组和辅助绕组，所述主绕组 和辅助绕组与用于供应单相电力的单相电源相连接，而且相互并联连接，所述辅助绕组串 联连接到电容器。
7.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述转子可旋转地设置在所述定子内。
8.根据权利要求7所述的电动机，其中，所述磁通屏障布置成给所述转子提供至少两 个或更多偶数个磁极。
9.根据权利要求8所述的电动机，其中，所述转子包括q轴线，所述q轴线从所述转子的中心径向延伸，并且沿着所述q轴线，所述磁通量的流 动被所述磁通屏障中断；和d轴线，所述d轴线从所述转子的中心径向延伸，并且沿着所述d轴线，所述磁通量的流 动未被中断。
10.根据权利要求9所述的电动机，其中，所述转子包括两个磁极，且所述q轴线和所述 d轴线在空间上相互垂直。
11.根据权利要求9所述的电动机，其中，每个磁通屏障关于所述q轴线对称。
12.根据权利要求11所述的电动机，其中，所述磁通屏障关于所述转子的中心从所述 中心向两端倾斜，从而所述磁通屏障的两端远离或更接近垂直于q轴线的轴线。
13.根据权利要求9至12中的任一项所述的电动机，其中，组成每个磁极的所述磁通屏 障布置在至少两层或更多层中。
14.根据权利要求13所述的电动机，其中，每层的所述磁通屏障均连续形成。
15.根据权利要求14所述的电动机，其中，所述磁通屏障从所述转子的外侧越接近内 侧，越具有较长的长度。
16.根据权利要求15所述的电动机，其中，所述磁体被插入到各个所述磁通屏障的局部区域中。
17.根据权利要求16所述的电动机，其中，所述磁体包括沿各个所述磁通屏障的纵向 方向布置的至少两个或多个磁体。
18.根据权利要求16所述的电动机，其中，所述磁体包括沿所述转子的纵向方向布置 的至少两个或多个磁体。
19.根据权利要求16所述的电动机，其中，所述磁体包括彼此具有相同形状的单元磁体。
20.根据权利要求16所述的电动机，其中，每个磁通屏障形成有台阶部分，以确定相关 所述磁体的插入位置。
21.根据权利要求15所述的电动机，其中，连接插入所述各层磁通屏障中的所述磁体 的相应末端的假想线平行于所述q轴线。
22.根据权利要求15所述的电动机，其中，布置在所述转子的中心与最外层磁通屏障 的两端之间所限定的角度内的所述导电杆的径向宽度小于其他导电杆的径向宽度。
23.根据权利要求15述的电动机，其中，所述各个磁通屏障的两端布置为与所述相邻 导电杆靠近地相对定位，以使所述磁通量通过所述磁通屏障与所述导电杆之间缝隙的泄漏 最小化。
24.根据权利要求23所述的电动机，其中，每个磁通屏障的端部的宽度小于所述磁通 屏障的其余部分的宽度。
25.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述磁体被插入所述各个磁通屏障的局部区 域中。
全文摘要
公开了一种电动机、即具有最低损耗和改进效率的电动机。更具体而言，公开了一种具有增强的起动转矩性能和提高的正常运行效率的电动机。在使用电力供应至定子线圈时产生的感应转矩来起动转子的电动机中，转子包括转子芯；导电杆，沿着周向方向布置在转子芯的外缘区域中，以产生感应电流；磁通屏障，形成在转子芯中，以便为了产生磁阻转矩而中断磁通量的流动；以及磁体，设置在转子芯中，以便为了产生磁转矩而产生磁通量。
文档编号H02K1/27GK102047531SQ200880007722
公开日2011年5月4日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月9日
发明者严相俊, 南赫 申请人:Lg电子株式会社