高效冰箱压缩机用电机的分析与设计

摘要：电机作为压缩机最重要的核心部件，也是带电部件，世界主要安全认证机构，对压缩机安全认证要求中，均对压缩机电机有很高、很详细的要求。设计师必须通过更加合理的设计，在控制成本的同时，保障压缩机的安全，尽可能的降低产品的工艺难度，从而提高批量产品可靠性的。 关键词：高效冰箱；压缩机电机；设计；

中国冰箱压缩机企业一直忙于扩大生产，应对激烈的市场竞争，消化吸收进口技术。它的考虑较少，而且是在技术层面简单复制的条件下。冰箱压缩机一直是中国的生产技术没有自身技术的形成，相对落后的技术水平已经成为制约企业进一步发展的最大阻力。

一、高效冰箱压缩机结构特点

冰箱压缩机主要以往复活塞式为主, 目前国际上有电机上置和电机下置两种结构, 采用电机上置结构的主要有日本松下、美国AMERICOLD 等, 国内以广州冷机等厂商为代表。电机上置结构压缩机汽缸浸在冷冻机油里, 对压缩过程产生的热量可以起到较好的冷却作用;虽然增加了吸油毛细管的设计, 但由于吸入的冷冻机油除了一小部分留在气缸里, 润滑活塞与汽缸的摩擦副外, 大部分随制冷剂排出气缸, 对于活塞与汽缸的摩擦副起不到很好的润滑作用;不过吸入的冷冻机油对吸排气阀的阀片倒起了很好的润滑作用。而电机下置结构压缩机的电机浸在冷冻机油里, 对电机可以起到较好的冷却作用, 同时在压缩机上部有大量的冷冻机油甩到汽缸上, 对活塞与汽缸的摩擦副可以起到作用很好的润滑, 但对汽缸的冷却作用不如电机上置结构压缩机。

二、高效冰箱压缩机电机的设计

1.力矩设计。电机力矩直接影响压缩机的启动性能和过载能力。电机力矩设计不足，将导致压缩机不启动或启动时间偏长，降低压缩机过载运行能力。压缩机不启动，将会是压缩机电机处于堵转状态，与其匹配的压缩机堵转电流一般可以达到5A以上，此时电机的发热功率将接近甚至超过1000w。虽然压缩机有热保护器断电保护，但是热保护器冷却以后依然会再次通电使电机再次堵转。如果这种循环没有被用户发现，时间一长是相当危险的。另外，压缩机启动时间过长，将导致耗电量增加以及绕组温升的增加。启动电流与启动功率远大于正常负载是的电流和功率。

2.槽满率设计。过大槽满率，将带来电机生产的困难，从而增加电机隐患。主要体现在两个方面：绕组嵌线困难、绕组整形困难，从而增加电机安全隐患。 一是绕组嵌线困难带来的安全隐患。绕组嵌线困难时，容易电机产生批量生产漆包线漆膜损伤，俗称破皮。漆包线破皮，特别是漆包线槽内破皮，在破皮点相聚较远时，是有可能通过国家准规定的耐压测试以及绝缘测试。但是这并不意味着没有安全隐患。根据导体同相电流相互吸引的原理，电机在通电的时候，同相绕组每匝线圈将会有收紧的趋势，此时可能造成匝问短路。匝间短路时，整组线圈形成两个部分，同变压器感应原理，极有可能在圈数少的那部分线圈感应出极大的电流，烧毁线圈。二是绕组端部整形困难。这种情况不但容易产生漆包线挤伤槽绝缘、漆包线破皮的现象，还会使得整形尺寸不合格。更为隐蔽的隐患是电机在生产线整形尺寸合格，因为过紧的线包导致在装配以后因漆包线回弹的特效使得端部尺寸超差。破皮的安全隐患如同上述，端部尺寸超差必然导致压缩机的电气间隙和爬电距离的减小，使得压缩机耐压性能下降。

3.电容的最大耐电电压。高效压缩机电机设计，基本都采取电阻启动电容运行的设计。电容最大耐电压不足，将会烧毁电容，电容烧毁易产生明火。而电机由于处于封闭系统里，没有助燃剂(氧气)，在没有高电压情况不产生电弧的情况下，只是产生较高的温度，融化或碳化绝缘。按照冰箱生产的环保和节能要求，制冷剂是目前高效冰箱主流制冷剂。作为可燃性气体，接触明火的危害巨大。电容的安全设计主要是解决好两个参数的设计即：电容的最大耐电压和电容的容量。选择将导致电容成本的增加，而选择过小则会导致烧毁电容危害安全。运行电容的选用与容量设计是否合理，也决定了压缩机电机设计的成败。由于电机的发热量减少, 冷却电机所需要的制冷剂的量可以减少, 压缩机就可以采用直接或者半直接吸气的设计, 这样可以大大降低吸入汽缸的制冷剂的温度, 提高温度系数。 4.壳体设计。电机上置结构的压缩机外壳基本上是圆形的;而电机下置结构压缩机基本上是椭圆形的, 这种外形安装性能稍为好些。从降低噪声的角度, 两种结构压缩机的外形都有利于降低噪声辐射。随着用户对压缩机噪声要求越来越苛刻, 通过重新设计壳体降低噪声的技术正日益得到应用, 主要有以下一些改进方法:a)增加整体刚性以提高共振频率并降低振动幅度;b)避免壳体弧线的急剧变化;c)移去高刚性部位支撑用的弹簧, 减少传递到壳体的振动能量;d)尽可能减少平面的出现。降低噪声最简单有效的手段就是加厚壳体, 当压缩机外壳厚度从2.8 增加到3.8 , 压缩机噪声可以下降2 ～ 3dB (A)。但是加厚壳体会增加压缩机的成本, 而且当壳体厚度加厚到一定程度时, 降噪效果并不明显, 同时加厚壳体对降低人们难以接受的低频段噪声效果不明显。目前压缩机外壳的设计通过有限元分析的方法, 建立多模式的开发模型。通过改变壳体的外形设计, 使得壳体的共振频率向高频段移动, 并进行实验评测与模态分析, 把新设计的壳体与原来的壳体对比, 确认设计效果。利用数字振动-声学模型对压缩机壳体进行设计, 可以有效降低中心频率为2500Hz 噪声, 总体噪声可降低2 dB(A), 同时壳体厚度还减少了0.5 mm。 三、发展趋势

1.性能的提高。对于冰箱压缩机来说，活塞顶部与底扳的寄积以及气阀通道的容积所啦定，然而设计到几乎不可减少曲程度，而所占帕比例很大。为减少这部分容积，在传统平闷扳的基础上凹形排气阀口结构的阀板，吸气过热将直接影响输入功率们增大。近年来，在小型全封闭压缩机广泛采用直接或毕直接进气方式，同时采用导热性能良好的铝台铸缸盖，这有利于气缸做热，吸气消声器尽可能靠近吸气管，消声器的出口直接与阀扳进气口相连，这样可以大大降低吸入气林的过热度。

2.使用低粘润滑油。低粘度的石油储蓄砖冻结已成为节能制冷压缩机的一个重要方面,使用低粘度油可以减少摩擦表面的摩擦力矩的压缩机,减少移动部件在石油的流动阻力,提高压缩机的COP值,减少输入功率,有3% ~ 5%的警察增加价值。目前，使用的粘度较小的油也正在应用中。由于石蜡基油指数高，对制冷剂的影响小，是低粘度、节电的主流。但越低的冷冻油越好，对压缩机的加工和安装精度进行优化是必要的。低粘度制冷油的使用可以保证完全润滑。注油量比高粘度高得多。此外，太多的油会使压缩机的性能更差。适当的低粘度润滑油不仅能保证润滑性能，还能降低摩擦功率。同～台压缩机通过对比试验，噪音下降，低电压启动性能提高，同样达到了提高压辅机效率的目的。

尽管现有压缩机的种类繁多，从其发展趋势来看，结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点是压缩机制造技术不断追求的改善目标。高效化电机的设计要求及成本控制的要求，将极大的增加电机的设计难度。力矩、效率的不同设计，都

会在一定程度上影响到产品的安全性。针对上述电机设计对安全性能的影响，合理运用相应的办法优化电机设计，才可以保障压缩机性能的要求能为产品的安全性提高保障，同时提高产品经济性。 参考文献：

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