KR20000007206A - 터보압축기의 구동모터 냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기의 구동모터 냉각구조에 관한 것으로, 종래에는 모터실로 유입된 냉매가 난류보다 상대적으로 낮은 열전달율을 갖는 층류의 형태가 됨과 아울러 모터의 공극으로 원활하게 유입되지 아니하여 결국 모터가 과열될 우려가 있었던 바, 본 발명에서는 밀폐용기에 결합되는 원판형인 고정자의 각 사이마다에 교번되게 개재되어 구동축에 결합되는 원판형인 회전자 및 그 회전자의 양측 바깥면에 결합되는 원판형인 요크판에는 모터실의 냉매가스가 회전자와 고정자 사이의 공극으로 유입되도록 하기 위한 냉매통공이 각각 연통 형성되고, 그 중에서 상기 요크판의 외측면에는 모터실의 냉매가스를 유동시키기 위한 수개의 냉매유동 발생핀이 각각 형성됨으로써, 모터실로 유입되는 냉매가 회전자와 고정자간의 공극으로 원활하게 유입되는 것은 물론, 회전자의 회전운동에 대해 유로저항을 최소한으로 발생시키면서도 모터를 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

Description

터보압축기의 구동모터 냉각구조

본 발명은 터보압축기에 관한 것으로, 특히 모터실로 유입되는 냉매의 유동을 활발하게 하여 모터의 냉각효율을 향상시키고자 하는 터보압축기의 구동모터 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 공기나 냉매가스등의 기체를 압축하는 기계로서, 날개차나 로터 및 피스톤을 구동시키기 위한 동력발생부 및 그 동력발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축기구부로 이루어진다.

이러한, 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 동력발생부 및 압축기구부가 하나의 밀폐용기내에 함께 설치되는 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 다시 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등으로 구분된다.

이 중에서 최근 소개되고 있는 터보압축기는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 것으로, 도 1은 종래 터보 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 2단 압축식 터보 압축기는, 통상 증발기(미도시)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되어 있고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되어 있으며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 제1,제2 가스유로(14,15)에 의해 서로 연통되어 있고, 상기 모터(20)에 결합되어 회전하는 구동축(30)의 양단은 각각 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 그 단부에는 각각 제1,제2 압축실(11,12)에서 회전하면서 흡입되는 가스를 2단으로 압축하기 위한 제1,제2 임펠러(40,50)가 결합되어 있으며, 상기 모터(20)와 각 임펠러(40,50)의 사이에는 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(70)이 각각 결합되어 있다.

상기 제1 가스유로(14)는 모터실(13)과 제1 압축실(11)을 연통시키도록 형성되어 있고, 상기 제2 가스유로(15)는 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)과 연통시키도록 형성되어 있다.

또한, 상기 밀폐용기(10)의 중앙부에는 통상적인 냉매사이클장치의 증발기(미도시) 또는 어큐뮬레이터(미도시)로부터 연장되는 냉매흡입관(P1,P2)이 밀폐용기(10) 및 모터실(13)을 차례대로 관통 삽입되어 있고, 그 냉매흡입관(P1,P2)의 단부와 대향되는 모터실(13)의 타측벽에는 모터실(13)로 유입되었던 냉매를 제1 가스유로(14)로 배출시키는 유출통공(13a,13b,13c)이 형성되어 있다.

상기 냉매흡입관(P1,P2)은 냉매가스에 의한 모터(20)의 유동저항을 최소한으로 줄이도록 모터(20)의 양쪽 외곽측에 삽입되어 있고, 상기 유출통공(13a,13b,13c) 역시 냉매가스가 원활하게 모터실(13)로부터 배출되도록 모터(20)의 양쪽 외곽측에 형성되어 있다.

한편, 상기 비엘디시모터(20)는 고정자(21)와 회전자(22)가 모두 원판형으로 형성되는 것으로, 그 중에서 고정자(21)는 밀폐용기(10)의 모터실(13) 내주면에 일체되는 반면, 상기 회전자(22)는 고정자(21)와 서로 교번되도록 배열되어 구동축(30)에 열박음 또는 냉박음 등으로 압입되는데, 상기 회전자(22)의 양쪽 바깥판의 외측면에는 유도자기의 자속을 유도하는 평판형의 요크판(23)이 각각 부착되어 있다.

도면중 미설명 부호인 16은 토출구이다.

상기와 같이 구성된 종래의 2단 압축식 터보압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 인가된 전원에 의해 모터부(20)에 유도자기가 발생되면, 그 유도자기에 의해 구동축(30)이 제1,제2 임펠러(40,50)와 함께 고속으로 회전을 하게 되고, 그 각 임펠러(40,50)의 회전에 의해 냉매가스가 순차적으로 각 압축실(11,12)로 흡입되었다가 각 임펠러(40,50)의 원심력에 의해 스크류형태로 뿌려져 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는데, 각 디퓨져(11a,12a)를 거쳐 각 볼류트(11b,12b)로 유입되는 과정에서 냉매가스는 압력수두의 상승으로 압축가스로 변환되어 토출구(10b)를 통해 응축기(미도시)로 토출되는 것이었다.

여기서, 상기 냉매는 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 증발기(미도시)로부터 밀폐용기(10)의 모터실(13)로 유입되었다가 모터실(13)을 순환하면서 모터(20)를 냉각한 후에 유출통공(13a,13b,13c) 및 제1 가스유로(14)를 통해 제1 임펠러(40)로 유입되고, 그 제1 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되었다가 다시 제2 가스유로(15)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되며, 그 제2 임펠러에 의해 2단으로 완전압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출되는 것이었다.

이때, 도 2a에 도시된 바와 같이, 각 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 모터(20)의 양측으로 유입되는 냉매의 대부분은 원판형 모터(20)의 양측 요크판과 접촉되면서 열교환된 후에, 상기 모터실(13)의 양측에 형성된 유출통공(13a,13b)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되고, 나머지 소량의 냉매가스는 고정자(21)와 회전자(22) 사이의 각 공극으로 스며들어 순회한 다음에 중앙의 유출통공(13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되는 것이었다.

이렇게 하여, 모터실(13)로 유입되는 냉매의 대부분이 엑시얼타입인 비엘디시모터(20)의 각 공극사이를 통과하지 아니하고, 모터(20)의 바깥면을 접촉한 후에 곧바로 제1 가스유로(14)로 유출되므로, 냉매에 의한 유로저항이 최소화되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 터보압축기에 있어서는, 모터실(13)로 유입되는 냉매의 대부분이 모터(20)의 양측 바깥쪽에 부착된 평판형의 요크판과 접촉되면서 유출통공(13a,13b)을 통해 곧바로 제1 가스유로(14)로 유출되는 것으로, 이는 냉매가 회전자(22)의 회전운동시 유로저항을 최소화하는 효과는 있으나, 상기 모터실(13)내의 유체유동이 난류보다 상대적으로 낮은 열전달율을 갖는 층류의 형태가 되는 것은 물론 모터실(13)로 유입된 냉매가 모터(20)의 공극으로 유입되지 아니하여 결국 모터(20)가 과열될 우려가 있었다.

따라서, 본 발명은 종래 터보압축기의 모터 냉각구조가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 모터실로 유입되는 냉매가 모터의 공극으로 원활하게 유입되는 것은 물론, 회전자의 회전운동에 대해 유로저항을 최소한으로 발생시키면서도 모터를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 터보압축기의 구동모터 냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2a는 종래 터보압축기에 있어서, 모터실을 상세하게 보인 종단면도.

도 2b는 종래 터보압축기에 있어서, 요크판을 보인 정면도.

도 3a은 본 발명 터보압축기에 있어서, 모터실을 상세하게 보인 종단면도.

도 3b는 본 발명 터보압축기에 있어서, 요크판을 보인 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 엑시얼 타입의 구동모터 110 : 고정자

111 : 코일 120 : 회전자

121 : 마그네트 130 : 요크판

120a,130a : 냉매통공 130b : 냉매유동 발생핀

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 수개의 마그네트가 각각 장착되어 밀폐용기내에 회전가능하게 설치된 구동축에 일정간격을 두고 고정되는 원판형의 회전자와, 그 회전자의 사이마다에 개재됨과 아울러 수개의 코일이 상기 마그네트에 대향되도록 장착되어 밀폐용기에 고정되는 고정자와, 상기 회전자의 양쪽 바깥판의 외측면에 부착되어 자속을 유도하는 요크판으로 구성되는 터보압축기의 구동모터에 있어서 ; 상기 회전자와 요크판에 모터실의 냉매가스가 회전자와 고정자 사이의 공극으로 유입되도록 하기 위한 냉매통공을 각각 형성하고, 그 중에서 상기 요크판의 외측면에는 모터실의 냉매가스를 유동시키기 위한 냉매유동 발생핀을 각각 형성시키는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 구동모터 냉각구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보 압축기의 구동모터 냉각구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3a은 본 발명 터보압축기에 있어서, 모터실을 상세하게 보인 종단면도이고, 도 3b는 본 발명 터보압축기에 있어서, 요크판을 보인 정면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 구동모터 냉각구조가 구비된 터보압축기는, 통상 증발기(미도시)로부터 연장되는 냉매흡입관(P1,P2)이 밀폐용기(10)의 일측에 각각 연통되고, 그 밀폐용기(10)내의 양측에는 제1,제2 압축실(11,12)이 서로 연통되도록 형성되는 반면 중앙에는 고정자(110)와 회전자(120)가 모두 원판형인 엑시얼 타입의 비엘디시모터(100)가 장착되기 위한 모터실(13)이 형성되며, 상기 모터(100)의 회전자(120) 중앙에는 구동축(30)이 압입되고, 그 구동축(30)의 양단에는 상기 제1,제2 압축실(11,12)에 삽입되어 냉매의 운동에너지를 증가시키는 제1,제2 임펠러(40,50)가 고정되며, 상기 모터실(13)의 내부에는 구동축(30)의 반경방향 및 축방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60) 및 스러스트 베어링(70)이 설치된다.

상기 모터실(13)은 제1 가스유로(14)에 의해 제1 압축실(11)과 연통되고, 그 제1 압축실(11)은 제2 가스유로(15)에 의해 제2 압축실(12)과 연통되며, 그 제2 압축실(12)은 통상적인 냉동사이클장치로 연통되는 토출구(16)가 형성된다.

또한, 상기 모터실(13)의 일측에는 모터(100)의 양쪽 외곽측으로 냉매흡입관(P1,P2)이 삽입되고, 그 냉매흡입관(P1,P2)에 대향되는 모터실(13)의 타측에는 제1 가스유로(14)와 연통되는 유출통공(13a,13b,13c)이 형성된다.

한편, 상기 구동모터인 엑시얼 타입의 비엘디시 모터(100)는 수개의 코일(111)이 장착되어 밀폐용기(10)에 고정되는 고정자(110)와, 그 고정자(110)의 사이마다에 개재됨과 아울러 수개의 마그네트(121)가 코일(111)에 대향되도록 각각 장착되어 구동축(30)에 일정간격을 두고 고정되는 원판형의 회전자(120)와, 그 회전자(120)의 양쪽 바깥판의 외측면에 부착되어 자속을 유도하는 요크판(130)으로 이루어지는데, 상기 회전자(120)와 요크판(130)에는 수개의 냉매통공(120a,130a)이 원주방향으로 각각 연통 형성되고, 그 중에서 상기 요크판(130)의 외측면에는 모터실(13)내의 냉매가스를 휘저어 난류를 형성시키기 위한 수개의 냉매유동 발생핀(130b)이 회전자(120)의 회전방향으로 소정의 곡률을 갖도록 만곡져 각각 돌출 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명의 구동모터 냉각구조가 구비된 터보압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(30) 및 각 임펠러(40,50)가 회전하게 됨과 함께 증발기(미도시)로부터 냉매가 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 모터실(13)의 내부로 유입되고, 그 유입된 냉매는 모터(100)를 냉각한 다음 다시 유출통공(13a,13b,13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 유출되며, 그 제1 가스유로(14)로 유입된 냉매가스는 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 다시 제2 가스유로(15)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 제2 압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

여기서, 상기 냉동사이클장치의 증발기(미도시)로부터 분출되는 냉매는 냉매흡입관(P1,P2)을 통해 모터실(13)의 양측으로 직접 유입되고, 그 모터실(13)로 유입되는 냉매의 대부분은 모터(100)의 회전자(120) 양측판(121,122)과 접촉되면서 열교환된 후에 유출통공(13a,13b,13c)을 통해 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 되며, 나머지의 소량은 모터(100)의 각 공극을 순회한 다음에 제1 가스유로(14)로 흘러나가게 된다.

이때, 상기 회전자(120)의 양측 외곽판에 부착된 각 요크판(130)의 바깥면에는 수개의 냉매유동 발생핀(130b)이 각각 회전자(120)의 회전방향으로 만곡져 형성되어 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 상기 구동축(30)의 고속회전시 모터실(13)로 유입되는 냉매가 모터(100)의 양측에서 휘저어지면서 난류를 형성하게 되는데, 이로 인해 냉매가스와 모터(100)간의 직접적인 열전도와 함께 냉매가스의 활발한 운동에 의한 대류열전달이 발생하게 되고, 이러한 열전도 및 대류열전달에 의해 모터(100)의 냉각이 원활하게 이루어지게 되는 것이다.

또한, 상기 회전자(120)와 요크판(130)에는 각각 수개의 냉매통공(120a,130a)이 형성되므로, 모터실(13)로 유입되는 냉매가스의 일부가 그 냉매통공(120a,130a)을 통해 모터(100)의 공극으로 원활하게 유입되어 순환하게 된다.

한편, 상기 냉매유동 발생핀(130a)에 의해 냉매와 접촉되는 모터(100)의 표면적이 넓어지게 되므로 열전도도 향상된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 구동모터 냉각구조는, 밀폐용기에 결합되는 원판형인 고정자의 각 사이마다에 교번되게 개재되어 구동축에 결합되는 원판형인 회전자 및 그 회전자의 양측 바깥면에 결합되는 원판형인 요크판에는 모터실의 냉매가스가 회전자와 고정자 사이의 공극으로 유입되도록 하기 위한 냉매통공이 각각 연통 형성되고, 그 중에서 상기 요크판의 외측면에는 모터실의 냉매가스를 유동시키기 위한 수개의 냉매유동 발생핀이 각각 형성됨으로써, 모터실로 유입되는 냉매가 회전자와 고정자간의 공극으로 원활하게 유입되는 것은 물론, 회전자의 회전운동에 대해 유로저항을 최소한으로 발생시키면서도 모터를 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 수개의 마그네트가 각각 장착되어 밀폐용기내에 회전가능하게 설치된 구동축에 일정간격을 두고 고정되는 원판형의 회전자와, 그 회전자의 사이마다에 개재됨과 아울러 수개의 코일이 상기 마그네트에 대향되도록 장착되어 밀폐용기에 고정되는 고정자와, 상기 회전자의 양쪽 바깥판의 외측면에 부착되어 자속을 유도하는 요크판으로 구성되는 터보압축기의 구동모터에 있어서 ;

   상기 회전자와 요크판에 모터실의 냉매가스가 회전자와 고정자 사이의 공극으로 유입되도록 하기 위한 냉매통공을 각각 형성하고, 그 중에서 상기 요크판의 외측면에는 모터실의 냉매가스를 유동시키기 위한 냉매유동 발생핀을 각각 형성시키는 것을 특징으로 하는 터보압축기의 구동모터 냉각구조.