专利名称：制冷机的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用蒸汽压缩循环的制冷机如电冰箱和空调机。
背景技术：
这些年来，由于对防止地球变暖及降低运行成本的要求增加的倾向，因而促进了在居室和建筑物中大量消耗能源的电冰箱和空调机的节能。为了提高制冷机如电冰箱和空调机的效率并降低其成本，象在JP-A-2001-227778中所公开的那样，人们已经知道采用驱动压缩机的内置磁铁同步电机，这种电机具有内装鼠笼式导体和永久磁铁的电枢，因而该电机不仅用作感应电机而且也用作同步电机。
在上述传统技术中，在制冷机中使用多个压缩机，由内置磁铁的同步电机驱动的一个可变速压缩机适于承受变换器驱动(inverter drive)，但是，其它的一个或多个恒速压缩机是由商业电源驱动的。然而虽然承受变换器驱动的压缩机在上述结构中以相对较高的效率被驱动，但是，目前尚不详细知道如何提高制冷机的总效率。
在内置磁铁的同步电机的同步运转的情形中，过载操作使内置磁铁同步电机产生不足的转矩，使同步操作变劣，因而使电枢停转，导致不正常电流通过的运转，因此引起电枢绕组出现绝缘击穿的危险。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种制冷机，它使用多个压缩机并具有相对较高的总效率。
另外，本发明的另一个目的是提供一种制冷机，它使用多个压缩机，具有相对较高的可靠性。
为此目的，按照本发明提供一种制冷机，它包括多个由电机驱动的压缩机，每个电机包括一个电枢，所述电枢具有一个装有鼠笼式导体和一个被磁化的永久磁铁的铁心，以便能够使电机用作同步电机；以及一个压缩机驱动电路，用于有选择地以商业电源的电源频率或以变换器的可变频率驱动电机。
另外，按照本发明提供一种制冷机，它包括多个由电机驱动的压缩机，每个电机具有一个装有永久磁铁的电枢铁心，至少一个压缩机由变换器以可变速度驱动，其它的压缩机电机驱动，每个电机在其电枢中除永久磁铁外还设有一个鼠笼式导体。
另外，按照本发明提供一种制冷机，它包括多个由电机驱动的压缩机，每个电机具有一个装有鼠笼式导体和一个永久磁铁的电枢铁心，所述电机能够由商业电源以电源频率驱动，也能够由变换器以可变频率驱动。
另外，在具有上述结构的制冷机中，最好采用蜗卷式压缩机，作为上述压缩机。
另外，在具有上述结构的制冷机中，最好在电机的定子中同心地缠绕电枢绕组。
另外，在具有上述结构的制冷机中，最好采用蜗卷式压缩机作为上述压缩机，并在电机定子中同心地缠绕电枢绕组。
另外，在具有上述结构的制冷机中，当确定变换器故障时，最好用商业电源驱动所述多个压缩机中的至少一个。
另外，在具有上述结构的制冷机中，所述多个压缩机中的每一个用一个电机驱动，该电机包括一个具有内装鼠笼式导体和一永久磁铁的铁芯的电枢，上述永久磁铁被磁化以便使电机用作同步电机。
在具有上述结构的制冷机中，所述多个压缩机具有一致的类型。
另外，在具有上述结构的制冷机中，在压缩机的排放侧设有一个压力检测装置，因而压缩机可按照该压力检测装置检测的值被驱动。
本发明将对照附图详述本发明的推荐实施例。
通过对照附图详述实施例可进一步理解本发明的其它目的、特征和优点。
图1是表示本发明一实施例中制冷循环的框图；
图2是表示在图1所示实施例中使用的自起动式同步电机；图3是表示图1所示实施例中使用的压缩机的剖视图；图4是表示相对于转速各种电机的效率的曲线图；图5是表示感应电机和自起动式同步电机的功率系数的曲线图；图6是表示图1所示实施例中压缩机转动控制的时间表；图7的流程图表示图1所示实施例中的自起动式同步电机的同步损失的解调防止控制；图8是表示图1所示实施例中的自起动式同步电机的连续运转区的曲线图；图9是表示本发明另一实施例中制冷循环的框图。
具体实施例方式
现在参阅表示具有两个压缩机1、2的空调机的制冷循环的图1，图中表示由一个变换器驱动的一个可变速压缩机1和由商业电源驱动的恒速压缩机2。压缩机1、2中的每一个内装一个内置磁铁同步电机(一个自起动式同步电机)，该同步电机具有一个电枢，该电枢设有一个鼠笼式导体，使电机可用作感应电机，以及一个永久磁铁，该永久磁铁被双极磁化，以便使电机可用作同步电机。另外，借助制冷剂管顺序连接一个四通阀4、一个户外热交换器5、一个户外膨胀安全阀7、户内膨胀安全阀9a、9b、户内热交换器10a、10b和一个蓄压器12，以便构成制冷循环。
现在参阅图2，该图是在内装在每个压缩机1、2中的电机的直径方向上的详细剖视图，图中表示一个电枢50，以及一个围绕电枢50外周面上设置的鼠笼式导体52。采用了这种结构，电枢50被转动以便使电机可用作感应电机。如图所示双极(N和S)磁化的一个永久磁铁设置在鼠笼式导体52内。另外，还设有一个电枢铁芯54和一个曲轴55，它们在径向向内的方向上以上述顺序布置，并且连接在如图3所示的压缩机驱动部分上。
现在参阅图3，该图是表示使用自起动式同步电机的压缩机结构的横剖图，压缩机具有一个压缩机构部分，由从固定的涡卷构件112的端板直立的螺旋涡卷114、一个从运转涡卷构件115的端板116直立的螺旋涡卷117构成，螺旋涡卷117与螺旋涡卷114啮合，并由曲轴55旋转，以便进行压缩运动。
在运转涡卷构件112和固定涡卷构件115之间限定的压缩腔118a、118b……中，在直径上最外侧设置的压缩腔118朝向两个涡卷构件的中心容积减小，以便在旋转运动过程中进行压缩，来自压缩腔118的压缩气体从与压缩腔118的中心部分连通的一个排放口119排放。
排放出来的压缩气体流经在涡卷构件112和一个框架120中形成的(未画出的)一条气道，然后流入压力容器121内框架120下面的一个部分中，然后通过装在压力容器121侧壁上的一个排放管22排放到压缩机外。
另外，在上述压缩机内在压力容器121中装有一个驱动电机123。在驱动电机123下面限定一个油槽部分124。由于旋转运动引起的压差，油槽部分124内的油借助曲轴55内形成的油孔125被送至运转涡卷构件115和曲轴55的滑动部分、滑动轴承126等。
定子60由定子铁心61、定子铁心内形成的三个槽62和由这些槽彼此分开的三个齿63构成。电枢绕组64通过槽62同心地缠绕在齿上。在附图中，电枢绕组64包括U相绕组64A、V相绕组64B和W相绕组64C，这些绕组被供电以便使电枢转动。
采用上述结构，由于定子60只包括同心缠绕的绕组，因而线圈端部的尺寸可以减小，因此，绕组引起的铜损减小，使效率可以提高，并且使压缩机小型化。另外，制造压缩机驱动电机只需要同心缠绕机，从而有利地降低了制造成本。另外，(1)由于在电枢中设置的起动导体是以鼠笼形状形成的，因而磁隙可被限制得最小，因此，甚至在额定功率操作过程中也可保证有效的磁通；(2)由于流经导体的电流引起的感应电流和从定子侧流入电枢的磁通彼此垂直，因而转矩特性可得到保证；(3)由于可以照常使用传统感应电机的电枢生产线(包括压铸机等)，因而可以有利地降低制造成本。
另外，由于可以减小线圈端部尺寸，因而可以保证分开制冷流体的零件的足够空间，以便减小油的上涌(rise-up)，因此，甚至使用多台压缩机也能够使户外装置小型化。
下面描述自起动式同步电机的操作。
在以恒速运转的压缩机2的情形中，当来自商业电源101的电力供给电枢绕组时，感应产生一个旋转磁场，使旋转磁场作用在鼠笼式导体上，从而产生转矩。也就是说，电机在压缩机起动时用作感应电机，然后当压缩机转速逐渐增加，达到商用电源101的频率50Hz(或60Hz)时，由于电机被引入永久磁铁的磁场而用作同步电机，以便以同步速度转动。此时，由于基本不引起滑动，因而当电机用作感应电机时感应的二次电流基本不引起损耗，因此能够以高效率运转压缩机。
在承受变换器驱动的可变速压缩机1的情形中，由于驱动频率借助变换器电路102逐渐从商业电源101的频率增加，因而与电机直接由商用电源101驱动的情形相比较，电机能够简单地增加至其需要的同步速度。
现在参阅图4，该图表示一个感应电机、一个永久磁铁同步电机和一个自起动式同步电机的电机效率特性，即，转速对电机效率，自起动式同步电机的效率高于感应电机的效率，但稍低于永久磁铁同步电机的效率。但是，由于永久磁铁同步电机不能直接由商用电源自起动，因而需要变换器电路。
现在参阅图5，该图表示感应电机和自起动式同步电机的功率系数，感应电机由于需要伴有滑动的励磁电流，因而降低了其功率系数，但是，自起动式同步电机由于进行同步运转时不需要励磁电流因而能够以高功率系数运转，因此能够减小电源功率。
现在再次参阅图1，压缩机驱动电路100包括电源开关103、104，以便直接或借助变换器电路102从商业电源101向压缩机1、2供电，因此，压缩机1、2有选择地在以商用电源101的频率的驱动下或在以可变频率的变换器驱动下操作。因此，压缩机2也可以作为可变速电机被变换器电路操作。相反，压缩机1则可以在商业电源的驱动下操作，因而可以彼此互换变换器驱动和商用电源驱动。
如果变换器电路故障，压缩机1、2两者都可直接通过电源开关103、104连接于商用电源101，因此，它们用作自起动式同步电机，从而能够避免不必要的停机。
另外，由于使用了电源开关103、104，通过以预定间隔的交替操作，由于温度控制以高运转频率在变换器驱动下操作的压缩机，即，通过转动操作压缩机，多个压缩机1、2的使用寿命分别被平均；从而可以提高可靠性。
现在参阅图6，该图表示四个压缩机通过转动操作的一个实例，按照空调负载，在变换器驱动下的压缩机1首先被起动，然后，被商用电源以恒速被驱动的压缩机2被起动。然后，压缩机2、3、4以预定的时间间隔相继被起动，直至需要的压缩机的数目变为一个负载所需要的值。此时，按照被操作时间累加装置分别累加的压缩机1至4的总操作时间，各压缩机按照从过去的总操作时间最少的压缩机开始的次序被操作。
当空调负载减小，使以恒速运转的压缩机的数目减少时，各压缩机按照从总运转时间已变成最长的那一个压缩机被停止的次序相继被停止，在变换器驱动下运转的压缩机除外，在变换器驱动下运转的压缩机最后停止。因此，可以使各压缩机的使用寿命一致，从而可以提高空调机总体的可靠性。
另外，为了确定准备起动的那一个压缩机，不使用总操作时间产生一个随机的数字，它可以是1至4中的任一个，即，例如可以是2，压缩机2可以首先被起动。在这种情形中，与使用多个压缩机的操作时间累加装置的情形相比较，可以减小微计算机的存储容量，从而可以有利地降低成本。另外，通过为每个压缩机包括在变换器驱动下运转的压缩机和在商业电源驱动下运转的压缩机使用自起动式电机，可以统一所使用的压缩机的类型，从而可以降低制造成本、管理成本等。
当自起动式同步电机被商业电源起动时，在压缩机的排放侧和吸入侧之间存在大的压差的情形中，由于电机转矩不足，会存在起动故障的危险，因此，从压缩机的吸入侧的油分离器3至压缩机的排放侧的蓄能器12有一条旁路13，如图1所示，而且在旁路中连接一个旁路截止阀14。采用了这种结构，旁路截止阀14被打开以便减小在起动时压缩机排放侧和吸入侧之间的压差，从而能够防止出现压缩机的起动故障。
另外，如图9所示，作为上述旁路13的替代，从商业电源驱动的压缩机的排放侧至蓄能器12可设置一条旁路13a，或者，从蓄能器12至接收器8可设置一条旁路13b。在旁路13b的情形中，当在旁路13b中连接的截止阀14B被打开时，气体从接收器8的顶部引入压缩机的吸入侧，因此，在接收器入口的制冷剂有两相，以便在用作冷凝器的热交换器的出口用作两相制冷剂。因此，凝结压力可以被降低以便减小压缩机的负载，从而能够有利于压缩机的起动。另外，如果在压缩机构部分的高压部分和低压部分之间，在压缩机中装有旁路，那么，压缩机可有利地减小尺寸。
另外，如图1所示，在压缩机2的排放侧和压缩机1的排放侧的油分离器3之间的通路中装有止回阀5，因此，可以防止已经首先起动、在变换器驱动下运转的压缩机1的排放侧和第二起动的压缩机2的吸入侧之间的压差增加，从而能够有利于压缩机2的起动。
另外，当压缩机2停止时，一个长的时间过去，直至保持在压缩机2和止回阀15之间的高压减至一个较低的值，但是，如果旁路13被打开，压力就可迅速降低。因此可以缩短从压缩机2的停止至其重新起动所需要的时间。
甚至在自起动式同步电机的同步运转期间，如果压缩机落入过载运转状态，也会引起转矩不足，因此，也会引起同步性的损失。为了防止出现同步性损失，在压缩机的排放侧设置一个压力检测装置16及检流器105和106，以便进行控制，从而防止同步性损失。
现在参阅图7，该图表示为防止出现压缩机的同步性损失而进行控制的流程图。当收到压缩机起动信号时，排放压力传感器检测到一个压力。以便确定排放压力是否小于预定的值Pdset1，如果是，旁路被打开，此时压缩机不起动直至排放压力Pd变得不大于值Pdset1时。
在压缩机起动后，按照检流器106的测出值及压力检测装置16的测出值进行随后的步骤。
现在参阅图8，按照电流值I和压缩机的排放压力Pd，该图表示压缩机可连续运转的一个区域，以及压缩机引起同步性损失的区域。具体来说，在压缩机可连续运转的区域中存在一个允许的最大电流值(Imax)，在该最大电流下面，允许的排放压力Pd随着电流增加而降低。因此，自起动式同步电机是否落入压缩机连续运转的状态是接连地确定的，这取决于条件Pd＜Pdset2-I*a(其中a是系数)和I＜Imax是否被满足。另外，如果它落入出现同步性损失的区域，那么，旁路13、13a或13b被打开，以便降低电机上的负载。另外，甚至旁路被打开，它已落入出现同步性损失的区域，压缩机一旦停止，则进行再试做控制以便压缩机再起动。
鉴于上述结构，由于涡卷压缩机用作由自起动式同步电机驱动的压缩机，因而转动零件的惯性低，负载转矩的振动也不大，因此能够加宽压缩机可连续运转的区域。
如上所述，按照本发明，可以提供一种具有高度可靠性、成本低的制冷机。
本专业技术人员还应当理解，虽然前面的描述是针对本发明的实施例进行的，但是，本发明并不局限于此，而是可以做出各种修改和变化而并不背离本发明的精神或超出权利要求书的范围。
权利要求
1.一种制冷机，它包括多个由电机驱动的压缩机，每个电机包括一个电枢，所述电枢具有一个装有鼠笼式导体和一个被磁化的永久磁铁的铁心，以便能够使电机用作同步电机；以及一个压缩机驱动电路，用于有选择地以商业电源的电源频率或以变换器的可变频率驱动电机。
2.一种制冷机，它包括多个由电机驱动的压缩机，每个电机具有一个装有永久磁铁的电枢铁心，其中至少一个电机由变换器以可变速度驱动，其它的每个电机在其电枢中除永久磁铁外还设有一个鼠笼式导体。
3.一种制冷机，它包括多个由电机驱动的压缩机，每个电机具有一个装有鼠笼式导体和一个永久磁铁的电枢铁心，其中所述电机能够由商业电源以电源频率驱动，也能够由变换器以可变频率驱动。
4.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于涡卷压缩机用作所述压缩机。
5.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于电枢绕组同心地缠绕在每个电机内的定子中。
6.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于涡卷压缩机用作所述压缩机，电枢绕组缠绕在每个电机内的定子中。
7.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于如果变换器故障被确定，则至少一个压缩机由商业电源驱动。
8.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于所述多个压缩机都由下述电机驱动，即，每个电机具有一个电枢铁心，电枢铁心装有一鼠笼式导体和一被磁化的永久磁铁，以便能够使电机用作同步电机。
9.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于所述多个压缩机具有统一的类型。
10.如权利要求1所述的制冷机，其特征在于一个压力检测装置设置在每个压缩机的排放侧，电机取决于该压力检测装置的测出值被起动。
全文摘要
一种制冷机包括多个由电机驱动的压缩机，每个电机具有一个电枢铁心，该电枢铁心装有一个鼠笼式导体和一个被磁化的永久磁铁，以便使电机能够用作同步电机，以及一个压缩机驱动电路，用于有选择地由商业电源以电源频率驱动电机或由变换器以可变频率驱动电机。因此，可以提高制冷机的总效率。
文档编号F04C28/08GK1480695SQ0315237
公开日2004年3月10日 申请日期2003年7月31日 优先权日2002年9月4日
发明者横関敦彦, 中同進, 东條健司, 猿田彰, 松永睦憲, 菊地聡, 司, 横 敦彦 申请人:日立空调系统株式会社