压缩机的电机、压缩机和压缩机的降噪方法与流程

本发明涉及压缩机的技术领域，具体地，涉及一种压缩机的电机、压缩机和压缩机的降噪方法。

背景技术：

压缩机的应用十分广泛，但在运行时会产生较大的噪声。衡量一种压缩机的性能，主要从重量、效率和噪音三个方面进行比较。因此降噪技术成为压缩机一项重要的关键技术。

常见的冰箱、空调等使用的压缩机，为了降低排气噪声，其压缩机的降噪措施主要是针对消声器进行改善，例如，通过优化消音器的结构、合力设计消声器的扩张比、采用共振消声器、在原有消声器的基础上填充粘土等来改变其消声特性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种压缩机的电机，以获得较好的排气降噪效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种压缩机的电机，包括转子组件，所述转子组件包括曲轴，该曲轴的一端穿连沿轴向依次布置第一平衡块、转子铁芯、第二平衡块和挡板，所述第一平衡块和第二平衡块均呈大致扇环形并均衡布置在所述转子铁芯的两端面上，所述挡板与所述转子铁芯的端面之间的环形间隔腔中夹设有所述第二平衡块，除所述第二平衡块之外的所述环形间隔腔部分形成为排气腔，所述转子铁芯中设有轴向贯通连接所述排气腔的气流通道，所述第二平衡块的周向两端的最大弧长为a2，所述最大弧长所在的基准圆的周长为a1，所述环形间隔腔的轴向高度为h1，所述排气腔的扇环形出口的扇环面积为s1，s1＝(a1-a2)*h1，所述气流通道的轴截面面积为s2，且满足2≤s1/s2≤4。

优选地，2≤s1/s2≤3.4。

优选地，所述电机还包括扇环形的垫块，所述垫块垫设在所述第二平衡块与所述挡板之间以增大所述环形间隔腔的轴向高度。

优选地，所述垫块的密度小于所述第二平衡块的密度，所述垫块与所述第二平衡块的轮廓形状相同。

优选地，所述第二平衡块中设有减重孔或减重槽。

优选地，所述第二平衡块包括弧形中空腔。

优选地，所述第二平衡块的周向端面形成为沿径向向外的流线型曲面。

优选地，所述电机的曲轴转速为n，满足：120转/秒≤n≤240转/秒。

此外，本发明还提供了一种压缩机，所述压缩机包括上述的压缩机的电机。

优选地，所述压缩机为卧式压缩机或立式压缩机。

另外，本发明还提供了一种压缩机的降噪方法，所述压缩机包括电机，所述电机的转子组件包括曲轴，该曲轴的一端穿连沿轴向依次布置第一平衡块、转子铁芯、第二平衡块和挡板，所述第一平衡块和第二平衡块均呈大致扇环形并均衡布置在所述转子铁芯的两端，所述挡板与所述转子铁芯的端面之间的环形间隔腔中夹设有所述第二平衡块，除所述第二平衡块之外的所述环形间隔腔部分形成为排气腔，所述转子铁芯中设有轴向贯通连接所述排气腔的气流通道，所述方法包括：控制所述环形间隔腔的轴向高度为h1，使得2≤s1/s2≤4，其中s1为所述排气腔的扇环形出口的扇环面积，s1＝(a1-a2)*h1，s2为所述气流通道的轴截面面积，a2为所述第二平衡块的周向两端的最大弧长，a1为所述最大弧长所在的基准圆的周长。

优选地，2≤s1/s2≤3.4。

优选地，所述方法进一步包括：通过增加垫块以增大所述环形间隔腔的轴向高度h1，所述垫块垫设在所述第二平衡块与所述挡板之间。

优选地，所述方法进一步包括：在所述第二平衡块中设置减重腔。

优选地，所述方法进一步包括：将所述第二平衡块的周向端面加工成沿径向向外的流线型曲面。

在本发明中，通过对压缩机电机的排气通道进行改进设计，使得转子铁芯中的气流通道的横截面面积s2与环形间隔腔的扇环形出口的扇环面积为s1之比处于优化取值区间内，具体地再通过增设垫块等方式抬高环形间隔腔的轴向高度h1，从而可获得较好的排气降噪效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的优选实施方式的压缩机的电机的结构示意图，图中展示电机的转子组件安装在其曲轴上；

图2是图1中的转子组件的结构示意图；

图3是第二平衡块的结构示意图，图中展示了第二平衡块的最大弧长a1以及对应的基准圆的周长a2；

图4是根据运用了本发明的优选实施方式的电机的压缩机的试验结果的噪音oa值随s1/s2比值的变化曲线图；

图5是第二平衡块的立体结构示意图，图中展示的第二平衡块未包括减重结构；

图6是第二平衡块的立体结构示意图，图中展示的第二平衡块包括减重孔；

图7是第二平衡块的立体结构示意图，图中展示的第二平衡块包括减重槽；

图8是第二平衡块的立体结构示意图，图中展示的第二平衡块包括弧形中空腔；

图9是采用本发明的优选实施方式的电机的压缩机在180hz下的噪音频谱图，当s1/s2＝2.7时，噪音oa值最小；

图10是本发明的优选实施方式的电机的压缩机在150hz下的噪音频谱图，当s1/s2＝2.7时，150hz下的噪音oa值无恶化；

图11是本发明的优选实施方式的电机的压缩机在120hz下的噪音频谱图，当s1/s2＝2.7时，120hz下的噪音oa值无恶化。

附图标记说明

1曲轴2第一平衡块

3转子铁芯4第二平衡块

5挡板6垫块

7排气腔8气流通道

41减重孔42减重槽

43弧形中空腔

a1第二平衡块的最大弧长

a2基准圆的周长

h1环形间隔腔的轴向高度

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

如前所述，现有技术中通常通过对消音器的消声特性的优化设计来获得更优的压缩机降噪效果。然而，常见的冰箱、空调等的压缩机通常采用电机进行驱动，压缩机的输出轴为电机的曲轴。压缩机在运行的过程中，由于间歇性的吸气和排气，使得制冷剂的压力和速度呈周期性变化产生气流脉动，气流经压缩后瞬间排放，以致气体膨胀产生较大的瞬态冲击力。发明人发现，高压气态冷媒等流体会通过电机的转子组件上的气流通道流出，当该流体流速较高时会产生较大的空气动力噪声。

因此，本发明另辟蹊径地从优化电机排气通道角度来获得压缩机降噪效果，从而创造性地提供了一种能降低噪音的压缩机的电机，该电机包括转子组件和曲轴1，如图1和图2所示，转子组件包括从曲轴1的一端穿连并沿轴向依次布置的第一平衡块2、转子铁芯3、第二平衡块4和挡板5，第一平衡块2和第二平衡块4均呈大致扇环形并均衡布置在转子铁芯3的两端，挡板5与转子铁芯3的端面之间的环形间隔腔中夹设有第二平衡块4，除第二平衡块4之外的环形间隔腔部分形成为排气腔7，转子铁芯3中设有轴向贯通连接排气腔7的气流通道8，第二平衡块4的周向两端的最大弧长为a2，最大弧长所在的基准圆的周长为a1，环形间隔腔的轴向高度为h1，排气腔7的扇环形出口的扇环面积为s1，s1＝(a1-a2)*h1，气流通道8的轴截面面积为s2，且满足2≤s1/s2≤4。

如图4和图9至图11的相关噪音曲线及噪音频谱图所示，进一步优选地，当2≤s1/s2≤3.4，压缩机的降噪效果更为明显。

本领域技术人员能够理解的是，由图9可以看出，压缩机运行在180转/秒的较高转速下，本专利对压缩机关键频段的噪音具有明显改善效果。由图10、图11可以看出，当压缩机运行在150转/秒、120转/秒的转速下时，本发明不会使压缩机的噪音恶化。

其中，电机的排气通道主要包括两个部分，即转子铁芯3中的轴向的一个或多个气流通道8，以及由于设置第二平衡块4而在挡板5与转子铁芯3的端面之间形成的排气腔7。经过发明人长期反复研究发现，通过优化两部分的气流流道特性，尤其是二者的横截面面积之比处于优化比值区间时，可起到一定的排气降噪效果，减少振动。

如图3所示，第二平衡块4的最大弧长a2是指大致扇环形的第二平衡块4的最大圆弧角对应的基准圆中的相应弧长。由于第二平衡块4的两端的不规则性，上述计算公式中的扇环面积s1应略小于排气腔7的真正横截面面积，但可以近似地认为s1＝(a1-a2)*h1。另外，转子铁芯3中的轴向的一个或多个气流通道8可以是圆柱孔或图1、图2所示的腰孔形柱孔等各种形状，其轴截面面积s2为各个柱孔的横截面面积之和，在特定的压缩机及其电机中，s2值为可测量的定值，a1、a2同样如此。

具体地，电机的转子铁芯3为通用件，其气流通道8形状大小为统一规格，因而通常同一规格的转子铁芯3的s2大小相同。同理，第一平衡块2、第二平衡块4也是通用件且通过动平衡设计，其形状、大小、重量和安装位置均为固定设计，a1、a2均为定值，不宜轻易变动。发明人在不断尝试后，发现提高排气腔7的高度，即适当增大h1，以增大排气腔7的流通面积s1，能使得s1/s2落入上述优化取值区间内，从而可有效降低排气阀(未示出)间歇排气所导致的湍流压力脉动，进而降低了压缩机的噪声。

因此，为增大具有引流、排气作用的排气腔7，如图1和图2所示，电机还包括扇环形的垫块6，垫块6垫设在第二平衡块4与挡板5之间以增大环形间隔腔的轴向高度。即当环形间隔腔中设有垫块6时，h1为垫块6与第二平衡块4的高度之和。

作为优选实施方式，本发明先利用增加垫块6的方法来增大环形间隔腔的轴向高度h1，进而增大排气腔7的扇环形出口的扇环面积s1，找出可使噪音oa值最小的s1/s2比值，然后根据对应最小噪音oa值的排气孔高度h1值来重新设计平衡块结构。

其中，优选地，垫块6的密度应小于第二平衡块4的密度，垫块6与第二平衡块4的轮廓形状相同，以便于后续的重新平衡设计。在转子组件中，增设垫块6形同增加了第二平衡块4的质量，其后在与第一平衡块2做动态平衡的重新设计时，对应地需要减轻第二平衡块4的重量。第二平衡块4可设计为具有一定镂空设计的结构，其中的一种具体实施方式，如图6和图7所示，第二平衡块4中设有减重孔41或减重槽42。第二平衡块4的另一种具体实施方式，如图8所示，第二平衡块4包括弧形中空腔43。弧形中空腔43为一种相对于减重孔41或减重槽42较优的结构形式，其不仅便于加工，而且有利于平衡块的动平衡。

由于垫块6的密度相对较小，垫块6的重量也越小，则第二平衡块4的减重腔更小，使得平衡块的平衡性更好，同时第二平衡块4和垫块6的高度(即h1)相对也越高，排气腔7的引流和排气效果也更好。

需要特别说明的是，本发明仅增设与第二平衡块4形状相同的轻质垫块6并相应地在第二平衡块4中设计减重槽，减重槽的减重重量与垫块6重量大致相当，至于如何重新设计平衡块结构，乃至具体减重重量，与特定电机参数、运行环境均相关，是本领域技术人员的公知常识范畴，而且并非本发明的关键，因此在此不再展开细述。

另外，为减少气流的风阻，第二平衡块4的周向端面特别地形成为沿径向向外的流线型曲面。流线型是指前圆后尖、表面光滑、略像水滴的形状。具有这种形状的物体在流体中运动时所受到的阻力最小，如图5至图8所示，排气腔7的气流在流经第二平衡块4的流线型周向端面时的其相对阻力最小。

以上，电机的曲轴1转速为n，本发明主要适用的电机转速n的范围满足：120转/秒≤n≤240转/秒。其常用的主要运行的机械转速n为120hz和150hz，180hz为高转速压缩机最关注频率。如图9至图11所示，电机运行的转速越高，其功率越大，由此可计算得到更小体积的电机同时获得更大的功率，压缩机的排量更高。

此外，本发明还提供一种压缩机，压缩机包括根据上述所述的压缩机的电机，因而压缩机也具有上述的各种优点，不再赘述。

本发明上述的压缩机可以是卧式压缩机或立式压缩机，具有通用性。

另外，本发明还提供一种压缩机的降噪方法，压缩机结构如图1和图2所示，所述降噪方法包括：控制环形间隔腔的轴向高度为h1，使得2≤s1/s2≤4，其中s1为所述排气腔7的扇环形出口的扇环面积，s1＝(a1-a2)*h1，s2为气流通道8的轴截面面积，a2为所述第二平衡块4的周向两端的最大弧长，a1为最大弧长所在的基准圆的周长。

需要说明的是，以上通过调节控制环形间隔腔的轴向高度为h1，进而增大排气腔7的扇环形出口的扇环面积s1，从而得到可使噪音oa值最小的s1/s2比值，这种实现压缩机的降噪方法并非为唯一的方式，但可以认为是一种简单、易操作的优选的实施方式之一。先利用增大h1的高度，进而增大转子组件的排气腔7的流通面积s1，然后根据对应最小噪音oa值的排气孔高度h1值来重新设计平衡块结构。在保持所述平衡块总质量不变的前提下，为了满足流通面积s1与气流通道总面积s2的优选比值，需要改变平衡块的结构，增大所述平衡块的高度，有效地增大气态冷媒的流通面积，降低排气阀(未示出)间歇排气所导致的湍流压力脉动，进而减小压缩机气流噪声。本发明的压缩机的电机尤其适用在压缩机高转速运行状态下。

如图4所示，当控制环形间隔腔的轴向高度为h1，使得2≤s1/s2≤3.4，压缩机的降噪效果更明显。

以上方法进一步包括：通过增加垫块6以增大环形间隔腔的轴向高度h1，垫块6垫设在第二平衡块4与挡板5之间。

优选地，所述方法进一步包括：在第二平衡块4中设置减重腔。减重腔的结构形式可以为多样，例如，可以为如图6至图8所示的减重孔41、减重槽42和弧形中空腔43等的任意一种形式。

所述方法还进一步包括：将第二平衡块4的周向端面加工成沿径向向外的流线型曲面，以减少气体流通的阻力。

按照上述方法，对压缩机的电机进行各种优化设计后，试验证明对压缩机在电机运转工作中的有明显的降噪效果。

在以下试验中，压缩机采用的试验电机采用变频电机，具体类别为永磁同步电动机，电机型号为mz-1000，额定工作电压为220v，额定输出功率为1kw，在转速n为120hz、150hz或180hz下分别进行的噪音效果试验。

在试验中，根据本发明的本发明的压缩机按照上述的降噪方法，由于该电机的s2为一定值，当电机在不同的转速n下时，通过调节h1的值，使得s1/s2的值控制在一定区间内，测得一组噪音oa的值。

在压缩机稳定运行后，试验结果如下：

通过上述几个实施例和对比例的试验结果表明，在本发明的压缩机中，通过控制环形间隔腔的轴向高度为h1，使得2≤s1/s2≤3.4时，其气流流道面积设计更有利于噪音的排放，即满足s1/s2的上述区间时，压缩机的降噪效果更好，特别是当转速较高的情况下，如转速n为180hz，降噪效果更为明显。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。