РОТОР БЕСЩЕТОЧНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, КОМПРЕССОР, СОДЕРЖАЩИЙ УКАЗАННЫЙ РОТОР, И ОБОРУДОВАНИЕ, В КОТОРОМ УСТАНОВЛЕН КОМПРЕССОР

Область техники
Настоящая полезная модель относится к ротору бесщеточного электродвигателя постоянного тока, к компрессору, имеющему такой ротор, и к оборудованию, в котором установлен такой компрессор. Более конкретно, она относится к ротору бесщеточного электродвигателя постоянного тока, встроенного внутрь компрессора, установленного, например, в установке для кондиционирования воздуха, холодильной установке и в водонагревательной установке.
Предшествующий уровень техники
С недавних пор, в соответствии с тенденцией экономии электроэнергии электрооборудования, для привода компрессоров, установленных в кондиционерах воздуха, холодильниках, водонагревателях и т.п., стали использовать бесщеточные электродвигатели постоянного тока, имеющие большую эффективность по сравнению с индукционными электродвигателями. Такой бесщеточный электродвигатель постоянного тока, установленный, например, в небольшом компрессоре, обладает высокой эффективностью и низким уровнем шума. Однако в связи со снижением цен на электрооборудование, возникла потребность в снижении цен на бесщеточные электродвигатели постоянного тока для компрессоров.
Примером обычного бесщеточного электродвигателя постоянного
тока, установленного в компрессоре такого типа, является конструкция, описанная, например, в японской патентной заявке №2005-120940. Ротор бесщеточного двигателя такого типа описан со ссылками на фиг.9-15.
На фиг.9 показано сечение, иллюстрирующее конструкцию ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора по первому примеру прототипа. На фиг.10 показано сечение ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока по линии 10-10 на фиг.9. Фиг.11 изображает увеличенный вид участка С в сечении, иллюстрирующем конструкцию бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора.
Пластинчатый железный сердечник 101 выполнен из множества тонких железных пластин и снабжен четырьмя прямоугольными отверстиями. В каждое отверстие вставлен постоянный магнит 102. Торцевая пластина 103 для предотвращения выступания постоянного магнита 102 расположена на торцевой поверхности с противоположной стороны от механизма компрессора пластинчатого железного сердечника 101. Кроме того, противовес 105 на противоположном конце механизма компрессора, направляющая 104 хладагента для разделения хладагента и масла холодильника в компрессоре и противовес 106 на стороне механизма компрессора прикреплены четырьмя заклепками 107 для формирования ротора.
Однако ротор бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора в такой конструкции содержит большое количество деталей. Поэтому увеличиваются не только трудозатраты на сборку, но и возникает необходимость выдерживать точность размеров каждой детали, что является одной из причин повышения их
себестоимости. Например, когда шаг, диаметр и т.п., отверстия, в которое вставляется заклепка 107, не выдерживаются, отклонения ротора увеличиваются, что может привести к увеличению уровня шума или вибраций в компрессоре.
Более того, как показано на фиг.11, если точность прессования размера R (скругление) направляющей 104 хладагента не выдерживается, механическая прочность хомута сердечника на внешней окружности сердечника 101 ослабевает и в пластинчатом сердечнике 101 возникает зазор, что приводит к ухудшению характеристик электродвигателя или к повышению вибраций. Следовательно, себестоимость одной детали направляющей 104 для хладагента и стоимость пресс-формы также возрастают.
На фиг.12 представлено сечение, показывающее конструкцию ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора согласно второму варианту воплощения. На фиг.13 показано сечение по линии 13-13 ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора на фиг.12. На фиг.14 представлен увеличенный вид участка D на втором виде, показывающем конструкцию ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора.
Пластинчатый железный сердечник 201 состоит из множества тонких железных пластин и имеет четыре прямоугольных отверстия. В каждое отверстие вставлен постоянный магнит 202. Торцевая пластина 203 препятствует выступанию постоянного магнита 202 и расположена на торцевой поверхности, противоположной от механизма компрессора ламинированного железного сердечника 201. Кроме того, противовес 205 на противоположной стороне от
механизма компрессора, направляющая 204 для отделения хладагента от масла холодильника в компрессоре, и противовес 206 на стороне механизма компрессора закреплены четырьмя заклепками 207 для формирования ротора.
Второй пример прототипа отличается от первого примера тем, что в конструкции по второму примеру прототипа торцевая пластина 203 также вставлена в боковую стенку механизма компрессора.
Кроме того, причина, по которой торцевая пластина 3 вставлена в боковую стенку механизма компрессора, описывается со ссылками на пластину сердечника ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока (фиг.15). Приведенный вид пластины сердечника ротора является лишь одним из примеров. Пластина сердечника, как показано, имеет четыре типа сквозных отверстий: четыре прямоугольных отверстия, т.е. отверстия 309 для установки постоянных магнитов, восемь отверстий по окружности, через которые проходит хладагент или масло холодильника, т.е. отверстия 310 для хладагента, четыре отверстия, в которые вставляются заклепки, т.е. отверстия 311 под заклепки, и отверстие 312 для вала механизма компрессора, выполненное в центральной части пластины сердечника ротора.
В сердечнике ротора, применяемого в компрессоре, отверстия 309 для установки постоянных магнитов необходимо расположить как можно ближе к внешней окружности, чтобы повысить эффективность бесщеточного электродвигателя. В этом случае, когда ширина Н мостика (фиг.15) становится чрезвычайно малой, участок мостика может разорваться из-за воздействия центробежной силы во время вращения на высоких оборотах или при пуске/остановке
бесщеточного электродвигателя постоянного тока, или может изогнуться в направлении упора при сборке ротора. Поэтому торцевые пластины 203 (фиг.13) установлены на обоих торцевых участках пластинчатого железного сердечника 201, зажимают между собой пластинчатый железный сердечник 201 и зафиксированы множеством заклепок 207. Благодаря этому появляется возможность предотвратить разрушение участка мостика во время вращения или его изгиб во время сборки. Однако в конструкции по второму варианту, как и в первом варианте на фиг.10, поскольку количество деталей велико, трудоемкость сборки повышается, или требуется соблюдение точности размеров отдельных деталей, что является одной из причин повышения себестоимости. Кроме того, по существу, торцевая пластина 203 и направляющая 204 для хладагента, используемая внутри компрессора, изготавливаются из нержавеющей стали и т.п., однако повысилась стоимость и возникли перебои в поставках высококачественных нержавеющих сталей из-за границы.
Кроме того, в известных конструкциях два типа компонентов, т.е. направляющие 104 и 204 хладагента и противовесы 106 и 206 на стороне механизма, или три типа компонентов, т.е. направляющие 104 и 204 хладагента, противовесы 106 и 206 и торцевые пластины 103 и 203 нужно крепить заклепками 107 и 207. Поэтому количество деталей велико и при этом необходимо соблюдать точность размеров отдельных деталей. В результате повышается трудоемкость сборки или требуется высокая точность изготовления отдельных пресс-форм, что влечет за собой повышение стоимости изготовления деталей или стоимости пресс-форм. Таким
образом, проблема заключается в том, что стоимость компонентов высока.
Краткое описание полезной модели
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков.
Ротор бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора согласно настоящей полезной модели содержит пластинчатый железный сердечник, содержащий множество тонких железных пластин, торцевую пластину для установки постоянных магнитов в множество отверстий, выполненных в пластинчатом железном сердечнике, и для предотвращения выступания магнитов, направляющую для хладагента для разделения хладагента и масла холодильника в компрессоре, и противовес на противоположной от механизма компрессора стороне, которые скреплены множеством заклепок. Направляющая для хладагента и противовес на стороне механизма компрессора выполнены интегрально друг с другом.
При такой конструкции, в роторе бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора согласно настоящей полезной модели, направляющая для хладагента и противовес на стороне механизма компрессора интегрированы друг с другом, либо направляющая для хладагента противовес на стороне механизма компрессора и торцевая пластина интегрированы друг с другом. Поэтому процесс изготовления можно упростить. Кроме того, поскольку количество компонентов сократилось, можно создать недорогой ротор бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора с улучшенной точностью сборки.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем полезная модель поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает вид в разрезе ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока, согласно первому варианту воплощения полезной модели;
Фиг.2 - разрез по линии II-II на фиг.1, согласно полезной модели;
Фиг.3 - увеличенный вид участка А на фиг.2, согласно полезной модели;
Фиг.4 - вид в разрезе ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно второму варианту воплощения полезной модели;
Фиг.5 - разрез по линии V-V на фиг.4, согласно полезной модели;
Фиг.6 - увеличенный вид участка В на фиг.5, согласно полезной модели;
Фиг.7 - продольный разрез компрессора, в который встроен ротор бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно третьему варианту воплощения полезной модели;
Фиг.8 - общий вид конструкции оборудования (кондиционер для наружной установки), в который встроен компрессор согласно четвертому варианту воплощения полезной модели;
Фиг.9 - вид в разрезе ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно первому варианту уровня техники;
Фиг.10 - разрез по линии Х-Х на фиг.9 ротора бесщеточного
электродвигателя постоянного тока, согласно уровню техники;
Фиг.11 - увеличенный участок С на фиг.10;
Фиг.12 - вид в разрезе ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно второму варианту уровня техники;
Фиг.13 - разрез по линии XIII-XIII на фиг.12;
Фиг.14 - увеличенный участок D на фиг.13;
Фиг.15 - пластина сердечника ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока для компрессора, согласно полезной модели.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения полезной модели
Первый вариант
На фиг.1 показан разрез конструкции ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно первому варианту воплощения настоящей полезной модели. На фиг.2 представлен разрез по линии II-II на фиг.1. На фиг.3 показан увеличенный участок А на фиг.2.
Сначала со ссылками на фиг.1 и 2, будет описана базовая конфигурация ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно первому варианту воплощения настоящей полезной модели. Ротор бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно первому варианту содержит пластинчатый железный сердечник 1, содержащий множество тонких железных пластин, торцевую пластину 3 для установки постоянных магнитов 2 во множество отверстий, выполненных в пластинчатом железном сердечнике 1 и предотвращающую выступание постоянных магнитов,. направляющую 8 для хладагента для отделения хладагента от масла
холодильника в компрессоре, и противовес 5 на стороне, противоположной механизму компрессора, при этом компоненты скреплены множеством заклепок 7. Направляющая 8 для хладагента и противовес 6 на стороне механизма компрессора интегрированы друг с другом.
Далее следует подробное описание ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно первому варианту воплощения настоящей полезной модели.
Как показано на фиг.1 и 2, пластинчатый железный сердечник 1 содержит множество тонких железных пластин. В каждое прямоугольное отверстие вставлен постоянный магнит. Для изготовления тонких железных пластин используют лист электромагнитной стали толщиной 0,2-0,5 мм. Четыре постоянных магнита 2 образуют четыре полюса (N-S-N-S). В качестве материала постоянного магнита 2 можно использовать неодим или феррит.
Торцевые пластины 3 для предотвращения выступания магнитов установлены на обоих торцах пластинчатого железного сердечника 1. Кроме того, направляющая 8 для хладагента для отделения хладагента от масла холодильника в компрессоре выполнена интегрировано с противовесом 6 на стороне механизма компрессора. Противовес, интегрированный с направляющей 8 для хладагента, и противовес 5 на противоположной стороне от механизма компрессора скреплены заклепками 7. В качестве материала для противовеса, интегрированного с направляющей 8 для хладагента, по существу используют латунь или сталь с высоким содержанием марганца (немагнитные вещества), которые изготавливают литьем или холодной штамповкой. Противовес 6 на стороне механизма
компрессора формируют, например, как толстую деталь, интегрированную с направляющей 8 для хладагента.
Противовес, интегрированный с направляющей 8 для хладагента, когда он изготовлен как литое латунное изделие, можно изготавливать так, что участок К (внешняя периферийная часть на дне противовеса, интегрированного с направляющей 8) на фиг.3 имеет прямой угол и может зажимать ротор более надежно, чем направляющая 104 для хладагента в прототипе, имеющая закругление (известные направляющие неизбежно скруглены, поскольку из изготавливают штампованием).
Второй вариант воплощения
На фиг.4 показан разрез конструкции ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно второму варианту воплощения настоящей полезной модели. На фиг.5 представлен разрез по линии V-V на фиг.4. На фиг.6 представлен увеличенный участок В конструкции ротора бесщеточного электродвигателя постоянного тока на фиг.5.
Как показано на фиг.4 и 5, пластинчатый железный сердечник 11 состоит из множества тонких железных пластин. Пластинчатый железный сердечник 11 снабжен четырьмя прямоугольными отверстиями. В каждое из прямоугольных отверстий вставлен постоянный магнит 12. Например, для изготовления тонких железных пластин используют лист электромагнитной стали толщиной 0,2-0,5 мм. Четыре постоянных магнита 12 образуют четыре полюса (N-S-N-S). В качестве материала постоянного магнита 12 можно использовать неодим или феррит.
Торцевая пластина 13 для предотвращения выступания магнита
12 установлена на противоположной от механизма компрессора стороне пластинчатого железного сердечника 11. Кроме того, направляющая 18 для хладагента для отделения хладагента от масла холодильника в компрессоре, интегрированная с противовесом 16 на стороне механизма компрессора, и торцевая пластина и противовес 15 на противоположной от механизма компрессора стороне соединены друг с другом четырьмя заклепками 17. В качестве материала для противовеса, интегрированного с направляющей 18 для хладагента, как и в первом варианте, можно использовать латунь или сталь с высоким содержанием марганца (немагнитные вещества).
Противовес, интегрированный с направляющей 18 для хладагента, когда он выполнен как литое латунное изделие, и далее обработан резанием на той стороне поверхности, которая контактирует с пластинчатым железным сердечником 11, можно изготавливать так, чтобы участок К (внешняя периферийная часть на дне противовеса, интегрированного с направляющей 18 для хладагента) по фиг.6 имел прямой угол, выступающий больше, чем в первом варианте. Поэтому, торцевую пластину 3 на стороне механизма компрессора, используемую в первом варианте, можно исключить. Кроме того, такая конструкция позволяет зажимать сердечник ротора более надежно, чем направляющая для хладагента по прототипу, имеющая скругленную кромку (обычная кромка неизбежно скруглена, поскольку изготавливается прессованием).
Третий вариант воплощения
На фиг.7 представлен разрез компрессора, в который встроен ротор бесщеточного электродвигателя согласно третьему варианту
воплощения настоящей полезной модели.
Герметичная камера 21 (фиг.7) содержит участок 30 электродвигателя и участок 23 механизма компрессора. Участок 30 электродвигателя содержит статор 31, имеющий проволочную обмотку, и ротор 32, обращенный к статору 31 через кольцевой зазор. Вал 28, прикрепленный к ротору 32, установлен с возможностью вращения в основном подшипнике 29 и вспомогательном подшипнике 35. На дне герметичной камеры 21 находится масло 37 холодильника в качестве смазочного масла.
В статор 31 может быть встроен ротор бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно варианту настоящей полезной модели.
Четвертый вариант воплощения
На фиг.8 показана конструкция оборудования (кондиционер воздуха для наружной установки), в котором установлен компрессор согласно четвертому варианту воплощения настоящей полезной модели.
Кондиционер 41 (фиг.8) для наружной установки содержит кожух 50. Кондиционер 41 для наружной установки разделен перегородкой 44, выполненной на нижней пластине 45, на камеру 46 компрессора и камеру 49 теплообменника. В камере 46 компрессора установлен компрессор 45. В камере 49 теплообменника установлен теплообменник 47 и электродвигатель 48 вентилятора для нагнетания воздуха. В верхней части перегородки 44 расположен короб 40 с электрооборудованием.
Электродвигатель 48 вентилятора установлен путем крепления вентилятора к оси вращения бесщеточного электродвигателя
постоянного тока. Электродвигатель 48 вентилятора приводится приводом 43, расположенным в коробе 40 с электрооборудованием. Вместе с электродвигателем 48 вращается вентилятор, и нагнетаемый воздух охлаждает камеру 49 теплообменника.
В данном случае в качестве компрессора 45 можно установить компрессор согласно варианту, описанному выше.
Как следует из приведенного описания, ротор бесщеточного электродвигателя постоянного тока согласно настоящей полезной модели может изготавливаться как недорогой ротор, но имеющий высокую точность размеров. В частности, ротор может использоваться в компрессоре, устанавливаемом в оборудовании для кондиционирования воздуха, холодильном оборудовании и водонагревательном оборудовании.