KR101001837B1

KR101001837B1 - 압축기용 모터 및 압축기

Info

Publication number: KR101001837B1
Application number: KR1020097007262A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 가따오까; 게이지 아오따; 신 나까마스
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2010-12-15
Also published as: US8004139B2; JP4172514B2; AU2007305528B2; CN101517864B; US20100096940A1; EP2073350A1; EP2073350A4; KR20090055027A; WO2008044684A1; EP2073350B1; AU2007305528A1; ES2654914T3; JP2008099380A; CN101517864A

Abstract

회전자(6)는 회전자 코어(610)와, 이 회전자 코어(610)에 둘레 방향으로 등간격의 중심 각도로 배열된 복수의 자석(620)을 갖는다. 상기 회전자 코어(610)의 축 방향의 길이를 L이라 하고, 상기 회전자 코어(610)의 직경 방향의 길이를 D라 하고, 상기 자석(620)의 두께를 t라 하였을 때, L/D＜0.7이며, t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P)(단, P : 극수, K : 100000, N : 압축기의 출력에 따른 계수)를 충족시킨다. 이에 의해, 회전자의 대폭의 적층 두께 저감에 의한 토크의 저하를 억제하면서, 소형이고, 경량이며, 저렴한 압축기용 모터를 제공한다.

회전자, 회전자 코어, 자석, 압축기, 압축기용 모터

Description

압축기용 모터 및 압축기{COMPRESSOR MOTOR AND COMPRESSOR}

본 발명은, 예를 들어 공기 조화기나 냉장고 등에 사용되는 압축기용 모터, 및 이 압축기용 모터를 갖는 압축기에 관한 것이다.

종래, 압축기로서는, 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 배치된 압축 요소와, 상기 밀폐 용기 내에 배치되고 상기 압축 요소를 샤프트를 통해 구동하는 모터를 구비하고 있다. 상기 모터는 회전자와, 이 회전자의 직경 방향 외측에 배치된 고정자를 갖고 있다.

상기 회전자는 회전자 코어와, 이 회전자 코어에 둘레 방향으로 등간격의 중심 각도로 배열된 복수의 자석을 갖는다. 상기 고정자는 고정자 코어와, 상기 고정자 코어에 권취된 코일을 갖는다[일본 특허 출원 공개 평9-191588호 공보(일본 특허 제3017085호 공보) 참조].

그러나, 상기 종래의 압축기에서는, 상기 모터의 소형화 및 경량화를 도모하기 위해, 상기 모터의 축 방향의 길이를 짧게 하려고 하면, 상기 모터의 효율이 저하되는 문제가 있었다. 이는 상기 회전자 코어의 축 방향의 길이를 짧게 하면, 상기 회전자의 축 방향의 양단부면으로부터의 자속 누설이 증가하여 토크가 저하되기 때문이다.

구체적으로 서술하면, 상기 회전자 코어의 축 방향의 길이(즉, 회전자 적층 두께)를 L이라 하고, 상기 회전자 코어의 직경 방향의 길이(즉, 회전자 직경)를 D라 하였을 때, L/D＜0.7에서는 상기 회전자의 축 방향의 양단부면으로부터의 자속 누설이 이하의 식 (1)의 비율로 증가한다. 또한, 식 (1)은 실험에 의해 구해진 식이다.

자속량의 저하 지수 : 1-1/((L/D)^1.5×100) …식 (1)

그리고, 도 5에 L/D와 플럭스 저하 지수의 관계를 나타낸다. 도 5의 백색 원으로 나타내는 종래예로부터 알 수 있는 바와 같이, L/D＜0.7에서는 상기 회전자로부터의 자속량이 극단적으로 저하되고 있다. 즉, L/D＜0.7로서, 상기 회전자 코어의 축 방향의 길이 L을 짧게 하고, 상기 모터의 축 방향의 길이를 짧게 하려고 하면, 상기 회전자의 축 방향의 양단부면으로부터의 자속 누설이 증가하여 상기 모터의 토크가 저하된다.

또한, 예를 들어 효율 저하에 대해서는, 상기 문헌[일본 특허 출원 공개 평9-191588호 공보(특허 제3017085호 공보)]과 같이, 상기 코일의 점적률을 향상시켜 모터 효율을 향상시키는 방법이 있지만, 토크의 저하는 방지할 수 없다. 또한, 상기 코일의 권선량이 증가하여 비용이 높아지는 결점도 있다.

그래서, 본 발명의 과제는, 상기 회전자의 대폭의 적층 두께 저감에 의한 토크의 저하를 억제하면서, 소형이고, 경량이며, 저렴한 압축기용 모터 및 압축기를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 압축기용 모터는,

회전자와, 이 회전자의 직경 방향 외측에 배치된 고정자를 갖고,

상기 회전자는 회전자 코어와, 이 회전자 코어에 둘레 방향으로 등간격의 중심 각도로 배열된 복수의 자석을 갖고,

상기 회전자 코어의 축 방향의 길이를 L이라 하고, 상기 회전자 코어의 직경 방향의 길이를 D라 하고, 상기 자석의 두께를 t라 하였을 때,

L/D＜0.7

이며,

t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P)

[단, P : 극수(極數), K : 100000, N : 압축기의 출력에 따른 계수]

를 충족시키는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 압축기용 모터에 따르면, 상기 회전자 코어의 축 방향의 길이를 L이라 하고, 상기 회전자 코어의 직경 방향의 길이를 D라 하고, 상기 자석의 두께를 t라 하였을 때, L/D＜0.7이며, t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P)를 충족시키고 있으므로, 상기 회전자 코어의 축 방향의 길이를 짧게 해도, 상기 회전자의 축 방향의 양단부면으로부터의 자속 누설에 의한 토크의 저하를 방지하여 효율의 저하를 억제할 수 있다.

따라서, 상기 회전자의 대폭의 적층 두께 저감에 의한 토크의 저하를 억제하면서 소형이고, 경량이며, 저렴한 모터를 제공할 수 있다.

또한, 일 실시 형태의 압축기용 모터에서는 L/D＞0.2이다.

이 실시 형태의 압축기용 모터에 따르면, L/D＞0.2이므로, 상기 자석의 두께t를 극단적으로 크게 할 필요가 없고, 상기 회전자의 축 방향의 양단부면으로부터의 자속 누설에 의한 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 압축기는 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 배치된 압축 요소와, 상기 밀폐 용기 내에 배치되는 동시에 상기 압축 요소를 샤프트를 통해 구동하는 상기 압축기용 모터를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 압축기에 따르면, 상기 압축기용 모터를 구비하므로, 소형이고, 경량이며, 저렴하고, 고성능인 압축기를 실현할 수 있다.

본 발명의 압축기용 모터에 따르면, 상기 회전자 코어의 축 방향의 길이를 L이라 하고, 상기 회전자 코어의 직경 방향의 길이를 D라 하고, 상기 자석의 두께를 t라 하였을 때, L/D＜0.7이고, t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P)를 충족시키고 있으므로, 상기 회전자의 대폭의 적층 두께 저감에 의한 토크의 저하를 억제하면서, 소형이고, 경량이며, 저렴한 모터를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 압축기에 따르면, 상기 압축기용 모터를 구비하므로, 소형이고, 경량이며, 저렴하고, 고성능인 압축기를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 압축기의 일 실시 형태를 도시하는 종단면도이다.

도 2는 압축 요소의 평면도이다.

도 3은 회전자의 사시도이다.

도 4는 L/D와 자석 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 L/D와 플럭스 저하 지수의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 도시의 실시 형태에 의해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 압축기의 일 실시 형태인 종단면도를 도시하고 있다. 이 압축기는 밀폐 용기(1)와, 이 밀폐 용기(1) 내에 배치된 압축 요소(2)와, 상기 밀폐 용기(1) 내에 배치되고 상기 압축 요소(2)를 샤프트(12)를 통해 구동하는 모터(3)를 구비하고 있다.

이 압축기는, 소위 종형의 고압 돔형의 로터리 압축기이며, 상기 밀폐 용기(1) 내에, 상기 압축 요소(2)를 하부에 상기 모터(3)를 상부에 배치하고 있다. 이 모터(3)의 회전자(6)에 의해 상기 샤프트(12)를 통해 상기 압축 요소(2)를 구동하도록 하고 있다.

상기 압축 요소(2)는 어큐뮬레이터(10)로부터 흡입관(11)을 통해 냉매 가스를 흡입한다. 이 냉매 가스는, 이 압축기와 함께 냉동 시스템의 일례로서의 공기 조화기를 구성하는 도시하지 않은 응축기, 팽창 기구, 증발기를 제어함으로써 얻을 수 있다. 이 냉매는, 예를 들어 이산화탄소나 R410A나 R22이다.

상기 압축기는 압축한 고온 고압의 냉매 가스를 상기 압축 요소(2)로부터 토출하여 밀폐 용기(1)의 내부에 채우는 동시에, 상기 모터(3)의 고정자(5)와 상기 회전자(6) 사이의 간극을 통과시켜 상기 모터(3)를 냉각한 후, 상기 모터(3)의 상측에 설치된 토출관(13)으로부터 외부로 토출하도록 하고 있다.

상기 밀폐 용기(1) 내의 고압 영역의 하부에는 윤활유가 저류된 오일 저류부(9)가 형성되어 있다. 이 윤활유는 상기 오일 저류부(9)로부터 상기 샤프트(12)에 설치된 (도시하지 않음) 오일 통로를 지나 상기 압축 요소(2)나 상기 모터(3)의 베어링 등의 미끄럼 이동부로 이동하여 이 미끄럼 이동부를 윤활하게 한다. 이 윤활유는, 예를 들어 (폴리에틸렌글리콜이나 폴리프로필렌글리콜 등의) 폴리알킬렌글리콜유나, 에테르유나, 에스테르유나, 광유이다. 상기 오일 통로는, 예를 들어 상기 샤프트(12)의 외주면에 마련된 나선 홈이나, 상기 샤프트(12)의 내부에 마련된 구멍부이다.

상기 압축 요소(2)는 상기 밀폐 용기(1)의 내면에 설치되는 실린더(21)와, 이 실린더(21)의 상하의 개구 단부의 각각에 설치되어 있는 상측 단부판 부재(50) 및 하측 단부판 부재(60)를 구비한다. 상기 실린더(21), 상기 상측 단부판 부재(50) 및 상기 하측 단부판 부재(60)에 의해 실린더실(22)을 형성한다.

상기 상측 단부판 부재(50)는 원판 형상의 본체부(51)와, 이 본체부(51)의 중앙에 상방에 설치된 보스부(52)를 갖는다. 상기 본체부(51) 및 상기 보스부(52)는 상기 샤프트(12)에 삽입 관통되어 있다.

상기 본체부(51)에는 상기 실린더실(22)에 연통하는 토출구(51a)가 마련되어 있다. 상기 본체부(51)에 관하여 상기 실린더(21)와 반대측에 위치하도록, 상기 본체부(51)에 토출 밸브(31)가 설치되어 있다. 이 토출 밸브(31)는, 예를 들어 리 드 밸브이며, 상기 토출구(51a)를 개폐한다.

상기 본체부(51)에는 상기 실린더(21)와 반대측에, 상기 토출 밸브(31)를 덮도록 컵형의 머플러 커버(40)가 설치되어 있다. 이 머플러 커버(40)는 (볼트 등의) 고정 부재(35)에 의해 상기 본체부(51)에 고정되어 있다. 상기 머플러 커버(40)는 상기 보스부(52)에 삽입 관통되어 있다.

상기 머플러 커버(40) 및 상기 상측 단부판 부재(50)에 의해 머플러실(42)을 형성한다. 상기 머플러실(42)과 상기 실린더실(22)은 상기 토출구(51a)를 통해 연통되어 있다.

상기 머플러 커버(40)는 구멍부(43)를 갖는다. 이 구멍부(43)는 상기 머플러실(42)과 상기 머플러 커버(40)의 외측을 연통한다.

상기 하측 단부판 부재(60)는 원판 형상의 본체부(61)와, 이 본체부(61)의 중앙에 하측에 설치된 보스부(62)를 갖는다. 상기 본체부(61) 및 상기 보스부(62)는 상기 샤프트(12)에 삽입 관통되어 있다.

요컨데, 상기 샤프트(12)의 일단부는 상기 상측 단부판 부재(50) 및 상기 하측 단부판 부재(60)에 지지되어 있다. 즉, 상기 샤프트(12)는 외팔보이다. 상기 샤프트(12)의 일단부(지지 단부측)는 상기 실린더실(22)의 내부에 진입하고 있다.

상기 샤프트(12)의 지지 단부측에는 상기 압축 요소(2)측의 상기 실린더실(22) 내에 위치하도록 편심 핀(26)을 설치하고 있다. 이 편심 핀(26)은 롤러(27)에 끼워 맞춤되어 있다. 이 롤러(27)는 상기 실린더실(22) 내에서 공전 가능하게 배치되고, 이 롤러(27)의 공전 운동으로 압축 작용을 행하도록 하고 있다.

다음에, 상기 실린더실(22)의 압축 작용을 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 롤러(27)에 일체로 설치한 블레이드(28)로 상기 실린더실(22) 내를 구획하고 있다. 즉, 상기 블레이드(28)의 우측 실(室)은 상기 흡입관(11)이 상기 실린더실(22)의 내면에 개방되어, 흡입실(저압실)(22a)을 형성하고 있다. 한편, 상기 블레이드(28)의 좌측 실은, (도 1에 도시하는) 상기 토출구(51a)가 상기 실린더실(22)의 내면에 개방하여 토출실(고압실)(22b)을 형성하고 있다.

상기 블레이드(28)의 양면에는, 반원 기둥 형상의 부쉬(25, 25)가 밀착하여 밀봉을 행하고 있다. 상기 블레이드(28)와 상기 부쉬(25, 25) 사이는, 상기 윤활유로 윤활을 행하고 있다.

그리고, 상기 편심 핀(26)이 상기 샤프트(12)와 함께 편심 회전하여, 상기 편심 핀(26)에 끼워 맞춤된 상기 롤러(27)가, 이 롤러(27)의 외주면을 상기 실린더실(22)의 내주면에 접하여 공전한다.

상기 롤러(27)가 상기 실린더실(22) 내에서 공전하는 데 수반하여, 상기 블레이드(28)는 이 블레이드(28)의 양측면을 상기 부쉬(25, 25)에 의해 유지하여 진퇴 이동한다. 그러면, 상기 흡입관(11)으로부터 저압의 냉매 가스를 상기 흡입실(22a)에 흡입하고, 상기 토출실(22b)에서 압축하여 고압으로 한 후, (도 1에 도시하는) 상기 토출구(51a)로부터 고압의 냉매 가스를 토출한다.

그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 토출구(51a)로부터 토출된 냉매 가스는 상기 머플러실(42)을 경유하여 상기 머플러 커버(40)의 외측에 배출된다.

도 1과 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 모터(3)는 상기 회전자(6)와, 이 회전자(6)의 직경 방향 외측에 에어 갭을 사이에 두고 배치된 상기 고정자(5)를 갖는다.

상기 회전자(6)는 회전자 코어(610)와, 이 회전자 코어(610)에 매립 설치된 4개의 자석(620)을 갖는다. 상기 회전자 코어(610)는 원통 형상이며, 예를 들어 적층된 전자기 강판으로 이루어진다. 상기 회전자 코어(610)의 중앙의 구멍부에는 상기 샤프트(12)가 설치되어 있다. 상기 자석(620)은 평판 형상의 영구 자석이다. 상기 4개의 자석(620)은 상기 회전자 코어(610)의 둘레 방향으로 등간격의 중심 각도로 배열되어 있다.

상기 고정자(5)는 고정자 코어(510)와, 상기 고정자 코어(510)에 권취된 코일(520)을 갖는다. 상기 고정자 코어(510)는 적층된 복수의 강판으로 이루어지고, 상기 밀폐 용기(1)에 압입이나 가열 끼워 맞춤 등에 의해 끼워 넣어져 있다. 상기 코일(520)에 전류를 흐르게 하여 상기 고정자(5)에 발생하는 전자기력에 의해 상기 회전자(6)를 상기 샤프트(12)와 함께 회전시킨다.

상기 회전자 코어(610)의 축 방향의 길이를 L이라 하고, 상기 회전자 코어(610)의 직경 방향의 길이를 D라 하고, 상기 자석(620)의 두께를 t라 하였을 때, L/D＜0.7이며, t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P)를 충족시킨다. 단, P는 극수이며, K는 (보정값으로서의) 100000이며, N은 압축기의 출력에 따른 계수이다. N은 예를 들어 [표1], [표2] 및 [표3]에 나타내어지고, 실린더 용적과 냉매의 종류에 의해 결 정된다. 실린더 용적이라 함은 상기 압축 요소(2)의 유효 압축 용적을 말하고, 즉 상기 실린더실(22)에 냉매 가스를 최대량 흡입할 때의 상기 실린더실(22)의 용적을 말한다.

상기 구성의 모터(3)에 따르면, L/D＜0.7이며, t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P)를 충족시키고 있으므로, 상기 회전자 코어(610)의 축 방향의 길이 L을 짧게 해도, 상기 회전자(3)의 축 방향의 양단부면으로부터의 자속 누설에 의한 토크의 저하를 방지하여 효율의 저하를 억제할 수 있다. 즉, 상기 회전자 코어(610)의 축 방향의 길이 L을 짧게 함에 따라서, 상기 자석(620)의 두께 t를 크게 하고 있다. 구체적으로 서술하면, 도 5의 흑색 원으로 나타내는 본 발명으로부터 알 수 있는 바와 같이, L/D＜0.7에 있어서, 플럭스의 저하를 방지하고, 상기 회전자(6)로부터의 자속 누설에 의한 토크의 저하를 방지하고 있다.

따라서, 상기 회전자(3)의 대폭의 적층 두께 저감에 의한 토크의 저하를 억제하면서, 소형이고, 경량이며, 저렴한 모터(3)를 제공할 수 있다.

또한, 상기 구성의 압축기에 따르면, 상기 모터(3)를 가지므로, 소형이고, 경량이며, 저렴하고, 고성능인 압축기를 실현할 수 있다.

또한, L/D＞0.2인 것이 바람직하고, 상기 자석(620)의 두께 t를 극단적으로 크게 할 필요가 없고, 상기 회전자(6)의 축 방향의 양단부면으로부터의 자속 누설에 의한 효율의 저하를 방지할 수 있다.

이에 대해, L/D가 0.2 이하에서는, 상기 자석(620)의 두께 t를 극단적으로 크게 할 필요가 있다. 이는, L/D가 0.2 이하에서는, 상기 회전자(6)와 상기 고정자(5)의 축 방향의 상대적인 위치 어긋남의 편차에 의해, 자속 누설에 의한 효율의 영향이 대폭으로 증가하기 때문이다. 구체적으로 서술하면, 도 5의 흑색 원으로 나타내는 본 발명으로부터 알 수 있는 바와 같이, L/D＜0.2에 있어서, 플럭스가 저하되어 상기 회전자(6)로부터의 자속 누설이 증가하고 있다.

도 4에, L/D와 자석 두께 t(mm)의 관계를 나타내고, 백색이 계산(t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P))에 의해 구해진 자석의 두께이며, 흑색이 실제 자석의 두께이다.

도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 계산에 의해 구해진 자석의 두께와, 실제의 자석의 두께는 대략 동일하다. 그리고, 본 발명의 모터(3)는 L/D＜0.7(바람직하게는 0.2＜L/D＜0.7)의 범위에 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 압축 요소(2)로서, 롤러와 블레이드가 별개 부재인 로터리 타입이라도 좋다. 상기 압축 요소(2)로서, 로터리 타입 이외에, 스크롤 타입이나 레시프로컬 타입을 사용해도 된다.

상기 압축 요소(2)로서, 2개의 실린더실을 갖는 2 실린더 타입이라도 좋다. 또한, 상기 압축 요소(2)가 상측, 상기 모터(3)가 하측에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 압축기는 상기 밀폐 용기가 상기 압축 요소로 압축되기 전의 냉매로 채워지는, 소위 저압 돔형의 압축기라도 좋다. 또한, 상기 자석(620)의 수량의 증감은 자유롭다.

Claims

회전자(6)와,

이 회전자(6)의 직경 방향 외측에 배치된 고정자(5)를 갖고,

상기 회전자(6)는,

회전자 코어(610)와,

이 회전자 코어(610)에 둘레 방향으로 등간격의 중심 각도로 배열된 복수의 자석(620)을 갖고,

상기 회전자 코어(610)의 축 방향의 길이를 L이라 하고, 상기 회전자 코어(610)의 직경 방향의 길이를 D라 하고, 상기 자석(620)의 두께를 t라 하였을 때,

L/D＜0.7

이며,

t＞(1×K×N)/(L^1.5×D×P)

(단, P : 극수, K : 100000, N : 압축기의 출력에 따른 계수)

를 충족시키는 것을 특징으로 하는, 압축기용 모터.
제1항에 있어서, L/D＞0.2인 것을 특징으로 하는, 압축기용 모터.
밀폐 용기(1)와,

이 밀폐 용기(1) 내에 배치된 압축 요소(2)와,

상기 밀폐 용기(1) 내에 배치되는 동시에 상기 압축 요소(2)를 샤프트(12)를 통해 구동하는 제1항에 기재된 압축기용 모터(3)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 압축기.