KR20060091320A

KR20060091320A - 밀폐형 압축기

Info

Publication number: KR20060091320A
Application number: KR1020067008221A
Authority: KR
Inventors: 히로나리 아카시; 고스케 즈보이
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2006-08-18
Also published as: WO2006057418A1; US7866957B2; JP4444285B2; JP2008538596A; DE602005018895D1; EP1690006A1; KR100822563B1; US20080247888A1; EP1690006B1

Abstract

밀폐형 압축기는 회전자 코어(123)에 영구자석(124)을 내장한 2극의 영구자석형 모터를 구비한다. 회전자 코어(123)의 압축 요소(105)측의 단부에는 중공의 보어(131)가 배치되고, 주베어링(111)이 보어(131)내로 연장된다. 회전자 코어(123)의 두께는 고정자 코어(126)의 두께보다도 길고, 그에 의해 회전자 코어(123)의 자로가 넓어진다. 종래에 보어(131)의 존재로 인해 부족한 회전자 코어(123)내에 발생된 자속량이 증가하고, 손실이 저감하고, 효율이 향상된다.

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은 냉동 냉장고(refrigerator freezer) 등의 냉동 사이클에 사용되는 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

최근에, 냉동 냉장고 등의 냉동 장치에 사용되는 밀폐형 압축기에 대해서는, 소비 전력의 저감을 위해 효율의 증대가 요구되고, 냉동 냉장고의 용적 효율을 증대시키기 위해 소형화가 요구되고 있다.

예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 2001-73948 호(이하, "문헌 1"로 지칭됨)는, 효율을 개선하기 위해서, 전동 요소로서 유도 모터 대신에 회전자에 영구자석을 내장한 종래의 2극의 영구자석형 모터를 개시하고 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 종래의 밀폐형 압축기를 설명한다.

도 10은 문헌 1에 기재된 종래의 밀폐형 압축기의 종단면도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 밀폐 용기(1)는 고정자(2)와 회전자(3)로 형성된 전동 요소(4)와, 이 전동 요소(4)에 의해 구동되는 압축 요소(5)를 수용한다. 밀폐 용기(1)는 전동 요소(4) 및 압축 요소(5)를 밀폐 밀봉한다.

밀폐 용기(1)내에는 윤활유(6)가 저장된다. 축(10)은 회전자(3)를 고정한 주축(11) 및 주축(11)에 대하여 편심 형성된 편심축(12)을 갖는다. 실린더 블록(14)은 대략 원통형의 압축일(15)과, 비자성 재료인 알루미늄계 재료로 이루어지는 주베어링(17)을 갖는다. 피스톤(19)은 실린더 블록(14)의 압축실(15)내에 왕복 미끄럼운동 가능하게 삽입되고, 커넥터(20)에 의해 편심축(12)에 연결되어 있다.

전동 요소(4)는 적층된 자성 강판으로 이루어진 고정자 코어(25)상에 권선을 감은 고정자(2)와, 적층된 자성 강판으로 이루어진 회전자 코어(26)에 영구자석(27)을 내장한 회전자(3)로 형성되는 2극의 영구자석형 모터이다. 영구자석(27)이 탈락하는 것을 방지하는 보호용의 단부 플레이트(28)가 회전자 코어(26)에 고정되어 있다.

회전자 코어(26)의 압축 요소(5)에 대향하는 쪽의 단부에는 중공의 보어(31)가 배치되고, 이 중공의 보어(31)의 내측에는 주베어링(17)이 연장된다.

이상과 같이 구성된 밀폐형 압축기에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 전동 요소(4)의 회전자(3)는 축(10)을 회전시키고, 편심축(12)의 회전은 커넥터(20)를 통해 피스톤(19)에 전달되며, 이에 의해 피스톤(19)이 압축실(15)내를 왕복 운동한다. 피스톤(19)의 왕복 운동에 의해, 냉매 가스는 냉각 시스템(도시하지 않음)으로부터 압축실(15)내로 흡입되고 압축된 후에, 다시 냉각 시스템으로 배출된다.

이하, 회전자(3)의 회전 동안에 자속의 흐름이나 손실에 대해서 설명한다. 주베어링(17)이 비자성 재료로 이루어지기 때문에, 보어(31)의 내주부와 주베어 링(17) 사이에는 자기 흡인력이 작용하지 않으며, 그에 따라 토크 손실이 발생하지 않는다. 또한, 주베어링(17)이 비자성 재료로 이루어지기 때문에, 영구자석(27)으로부터의 자속(magnetic flux)이 주베어링(17)에는 흡인되지 않고, 자속의 대부분이 회전자 코어(26)만을 통과한다. 따라서, 주베어링(17)내에는 코어 손실(특히, 와전류 손실)이 거의 발생하지 않고, 효율이 증대될 수 있다.

그러나, 상기 종래의 구성에서는, 비자성 재료로 이루어진 주축(11)을 자로(magnetic path)가 투과할 수 없다. 그에 따라, 회전자 코어(26)의 보어(31)에 있어서 자속이 통과할 수 있는 영역이 작아진다. 그 때문에, 부분적으로 좁은 자로만이 형성될 수 있고, 자기 저항이 커지며, 보어(31) 부근의 자속량은 보어(31)를 갖지 않는 경우에 비해서 적어진다. 그에 따라, 손실이 불리하게 커진다.

또한, 보어(31)에서의 손실을 저감하기 위해 베어링 구조에 있어서 보어를 형성하지 않으면, 주베어링(17)은 회전자 코어(26)에 형성된 보어(31)내로 연장될 수 없다. 즉, 보어(31)와 주베어링(17) 사이에서의 수직방향의 중첩이 없어지며, 그에 따라 회전자(3)가 보어(31)의 깊이만큼 압축 요소(5)의 반대측으로 이동한다. 결과적으로, 보어(31)의 깊이만큼 밀폐 용기(1)의 높이가 불리하게 높아진다.

발명의 요약

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 전동 요소는 고정자와 회전자 코어에 영구자석을 내장한 회전자로 형성된 2극의 영구자석형 모터이다. 회전자 코어의 압축 요소측의 단부에는 중공의 보어가 배치되며, 주베어링이 보어 내측으로 연장된다.

회전자 코어의 축방향 길이는 고정자의 고정자 코어의 축방향 길이보다도 길다. 회전자 코어의 자로가 넓게 형성될 수 있으므로, 회전자 코어내에 발생된 자속량이 증가하며, 손실이 저감하고 전동 요소의 효율이 향상된다. 이러한 구성에 의해, 자로가 넓어져서, 영구자석에 의한 자속의 흐름이 원활해진다.

주축은 자성 재료로 형성될 수도 있다. 이러한 경우에는, 보어 내측에 배치된 자성 재료의 주베어링과 축이 자로로서 작용하므로, (종래에 부족한) 회전자내에 발생된 자속량이 증가하고, 손실이 저감한다. 이러한 구성에 의해, 자로가 넓어져서, 영구자석에 의한 자속의 흐름이 원활해진다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 밀폐 용기의 높이를 증가시키지 않고 보어 내측의 자로가 형성될 수 있으므로, 회전자내에 발생된 자속량이 증가하고, 손실이 저감하며, 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예 1에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도,

도 2는 예시적인 실시예 1에 따른 회전자에 있어서 보어를 갖지 않는 부분의 축방향 단면도,

도 3은 예시적인 실시예 1에 따른 회전자에 있어서 보어를 갖는 부분의 축방향 단면도,

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예 2에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도,

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예 3에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도,

도 6은 예시적인 실시예 3에 따른 밀폐형 압축기의 주요부의 확대 단면도,

도 7은 예시적인 실시예 3에 따른 회전자에 있어서 보어를 갖는 부분의 축방향 단면도,

도 8은 예시적인 실시예 3에 따른 회전자에 있어서의 보어 내측의 자속 밀도의 특성도,

도 9는 예시적인 실시예 3에 따른 밀폐형 압축기의 성능 계수의 특성도,

도 10은 종래의 밀폐형 압축기의 종단면도.

(부호의 설명)

101 : 밀폐 용기 102 : 윤활유

103, 201 : 전동 요소 105 : 압축 요소

106 : 편심축 107 : 주축

110 : 축 111 : 주베어링

112 : 실린더 블록 113 : 압축실

114 : 피스톤 115 : 커넥터

121, 202 : 고정자 123, 203, 303 : 회전자 코어

124, 205, 305 : 영구자석 124A, 124B, 124C, 124D : 영구자석

125, 206, 306 : 회전자 126, 210 : 고정자 코어

127, 211, 311 : 단부 플레이트 128, 308 : 도체 바아

129, 213, 309 : 단락 링 131, 212 : 보어

132 : 배리어 133 : 관통 구멍

305A, 305B, 305C, 305D : 영구자석

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 밀폐 용기내에 윤활유를 저장하는 동시에, 전동 요소와 압축 요소를 수용한다. 압축 요소는 편심축 및 주축을 갖는 축과, 주축을 축지지하는 주베어링을 포함한다. 전동 요소는 고정자 및 회전자로 형성된 2극 영구자석형 모터이다. 회전자는 회전자 코어에 영구자석을 내장한다. 회전자 코어의 압축 요소측의 단부에는 중공의 보어가 배치되고, 주베어링이 보어 내측으로 연장된다. 회전자 코어의 두께, 즉 축방향 길이는 고정자의 고정자 코어의 두께보다도 길다. 회전자 코어의 자로가 넓게 형성될 수 있기 때문에, 회전자 코어내의 자속량이 증가하고, 손실이 저감한다. 종래에, 보어에 의한 자로의 협소화로 인해 자속량이 부족하다. 밀폐 용기의 높이에 직접 영향을 미치지 않는 회전자 코어의 두께를 길게 하기 때문에, 밀폐 용기의 높이가 증가하지 않는다. 따라서, 밀폐 용기가 소형화 및 경량화될 수 있고, 비용이 저감될 수 있으며, 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 회전자 코어의 축방향의 양단부는 고정자 코어의 축방향의 양단부 외측에 각각 배치될 수 있다. 고정자와 회전자의 자기 중심은 서로 거의 일치하며, 그에 따라 축방향의 전자기력이 거의 발생하지 않고, 회전자상에 작용하는 전자기력이 축을 회전시키는 토크로 효과적으로 변환될 수 있다. 따라서, 효율이 더욱 향상된다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 영구자석의 축방향 길이는 회전자 코어의 축방향 길이보다 짧을 수 있다. 영구자석에 의해 발생된 자속이 회전자 코어의 축방향 단부로부터 외측으로 거의 누설되지 않기 때문에, 유효한 자속량을 크게 감소시키지 않고 영구자석의 재료 비용을 저감할 수 있다. 따라서, 비용이 더욱 저감될 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기는, 영구자석의 축방향 길이가 회전자 코어의 축방향 길이보다 짧고, 영구자석이 회전자의 보어 반대측에 위치하는 구성을 가질 수 있다. 영구자석에 의해 발생된 자속은 회전자 코어에 있어서 보어를 갖지 않는 넓은 부분에서 주로 발생되며, 그에 따라 넓은 자로를 형성할 수 있어, 영구자석의 유효한 자속량을 크게 감소시키지 않고 영구자석의 재료 비용을 저감할 수 있다. 따라서, 비용이 더욱 저감될 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 전동 요소로서 사용되는 2극의 영구자석형 모터는, 회전자 코어의 외주부에 시동용 케이지 도체(cage conductor)의 복수의 도체 바아(conductor bar)와, 그 내주부측에 복수의 영구자석을 매설한 회전자를 구비한 자기 시동형 영구자석식 동기 모터일 수 있다. 높은 효율을 갖는 동기 모터가 채용될 수 있어, 밀폐형 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 영구자석을 희토류 자석(rare-earth motor)일 수 있다. 희토류 자석은 강한 자력을 제공할 수 있으므로, 모터를 소형화 및 경량화할 수 있어, 밀폐형 압축기를 소형화 및 경량화할 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 주베어링은 자성 재료로 형성될 수 있다. 보어 내측의 자성 재료의 주베어링 및 축이 자로로서 작용하므로, 회전자에서 발생된 자속량이 주베어링에서 발생된 와전류에 의한 손실 이상으로 증가하고, 손실이 저감한다. 따라서, 전동 요소의 효율이 향상되어, 밀폐형 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 주베어링은 철계의 소결재 또는 주물로 형성될 수 있다. 베어링은 저렴한 철계 재료로 형성될 수 있고, 실린더 블록과 일체로 형성될 수 있으므로, 비용을 저감할 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 보어의 깊이(또는 보어의 축방향 길이)는 회전자 코어의 두께의 1/3 이상일 수 있다. 자성 재료로 이루어진 주베어링이 보어 내측으로 연장함으로써, 회전자내의 자속 부족을 보충한다. 여기서, 자속 부족은 회전자 코어에서의 보어를 갖지 않는 부분의 두께가 얇은 것에 의해 야기된다. 따라서, 이러한 경우에, 밀폐형 압축기의 높이는 회전자 코어가 동일한 두께를 갖고 보어가 배치되지 않은 경우보다도 낮아질 수 있고, 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 보어의 외주연부와 주베어링의 외주연부 사이의 간극이 0.5㎜ 내지 3㎜로 설정될 수 있다. 보어의 외주면은 회전자 코어의 원통형 보어의 내측면에 대응한다. 보어와 주베어링 사이의 간극의 자기 저항이 감소하고, 강한 자로가 형성되고, 누설 자속이 감소되며, 자속량이 증가하므로, 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이 예시적인 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 도면의 각 요소를 명료하게 도시하기 위해서, 일부 요소의 종방향 또는 측방향 축척이 확대되어 있다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예 1에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도이다. 도 2는 예시적인 실시예 1에 따른 회전자에 있어서의 보어를 갖지 않는 부분의 축방향 단면도이다. 도 3은 예시적인 실시예 1에 따른 회전자에 있어서의 보어를 갖는 부분의 축방향 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 있어서, 밀폐 용기(101)는 윤활유(102)를 저장하고, 전동 요소(103)와 전동 요소(103)에 의해 구동되는 압축 요소(105)를 수용한다. 압축 요소(105)는 편심축(106) 및 주축(107)을 갖은 축(110)과, 주축(107)을 축지지하는 주베어링(111)을 구비한다. 실린더 블록(112)은 대략 원통형의 압축실(113)을 갖는다. 비자성 재료인 알루미늄계 재료로 이루어지는 주베어링(111)이 실린더 블록(112)에 고정되어 있다. 피스톤(114)은 실린더 블록(112)의 압축실(113)에 왕복 미끄럼운동 가능하게 삽입되고, 커넥터(115)에 의해 편심축(106)에 연결되어 있다.

예시적인 실시예 1에 있어서, 전동 요소(103)는 고정자(121) 및 회전자(125)로 형성된 2극의 자기 시동형 영구자석식 동기 모터이다. 회전자(125)는 회전자 코어(123)에 영구자석(124)을 내장한다. 회전자 코어(123)의 두께, 즉 축방향 길이는 고정자(121)의 고정자 코어(126)의 두께보다도 길다. 영구자석(124)이 탈락하는 것을 방지하는 보호용의 단부 플레이트(127)가 회전자 코어(123)에 고정되어 있다. 회전자 코어(123)에 배치된 복수의 도체 바아(128)와, 회전자 코어(123)의 축방향 양단부에 위치된 단락 링(short-circuit ring)(129)은 알루미늄 다이캐스팅에 의해 일체로 성형되어서 시동용 케이지 도체를 형성한다.

회전자 코어(123)의 축방향 양단부는 고정자 코어(126)의 축방향의 양단부 외측에 각각 배치된다. 바꿔 말하면, 회전자 코어(123)의 상단 부는 고정자 코어(126)의 상단부보다도 높고, 동시에 회전자 코어(123)의 하단부는 고정자 코어(126)의 하단부보다도 낮다. 회전자 코어(123)의 압축 요소(105)측의 단부에는 중공의 보어(131)가 배치되고, 주베어링(111)이 보어(131)내로 연장된다.

여기에서, 보어(131)에 대하여 설명한다. 회전자 코어(123)는 원통형의 관통 구멍(133)을 갖고, 축(110)이 관통 구멍(133)내로 삽입된다. 보어(131)는 관통 구멍(133)의 상부에 배치된 환형의 오목부이다. 바꿔 말하면, 보어(131)는 관통 구멍(133)의 직경보다도 큰 직경을 갖는 단차부이다. 따라서, 주베어링(111)의 하단부는 보어(131)에 수용되고, 그에 따라 축(110)과 회전자 코어(123) 사이의 갭내로 삽입된다.

영구자석(124)은 희토류 자석인 네오디뮴(Neodymium)·철·붕소계의 강자성 재료로 이루어지는 자석판이다. 영구자석(124)은 영구자석(124A, 124B, 124C, 124D)으로 형성되고, 도 2에 도시하는 바와 같이 배치된다. 한쌍의 동일 극성의 영구자석(124A, 124B)은 축(110) 주위에 소정의 각도 및 소정의 간격으로 서로 대향한다. 한편, 다른 한쌍의 동일 극성의 영구자석(124C, 124D)은 축(110) 주위에 소정의 각도 및 소정의 간격으로 서로 대향한다. 영구자석(124A, 124B, 124C, 124D)은 모두 회전자 코어(123)의 축과 평행하게 매설된다. 한쌍의 동일 극성의 영구자석(124A, 124B)은 하나의 회전자 자극을 형성하고, 다른 한쌍의 동일 극성의 영구자석(124C, 124D)도 하나의 회전자 자극을 형성한다. 따라서, 전체 회전자(125)는 2개의 회전자 자극을 형성한다. 또한, 인접한 영구자석(124A, 124C) 또는 인접한 영구자석(124B, 124D)의 자속 단락을 방지하기 위해서, 자석 단락 방지용의 배리어(barrier)(132)가 형성된다. 배리어(132)는 비자성 재료인 알루미늄 다이캐스팅이 충전된 구멍이다.

본 압축기에 사용되는 냉매는 오존 파괴 계수가 제로(zero)인 R134a 또는 R600a 등의 낮은 온난화 계수를 갖는 자연 냉매인 탄화수소계 냉매 등이며, 높은 상용성(相溶性)을 갖는 윤활유와 조합하여 사용된다.

이하, 이상의 구성을 갖는 밀폐형 압축기의 동작 및 작용에 대하여 설명한다.

전동 요소(103)의 회전자(125)는 축(110)을 회전시키고, 편심축(106)의 회전이 커넥터(115)를 통해 피스톤(114)에 전달되며, 그에 의해 피스톤(114)이 압축실(113)내를 왕복 운동한다. 그에 따라서, 냉매 가스는 냉각 시스템(도시하지 않음)으로부터 압축실(113)내로 흡입되고 압축된 후에, 다시 냉각 시스템으로 배출된다.

다음에, 도 2 및 도 3에서 영구자석(124)의 자속의 흐름을 화살표의 선으로 개념적으로 설명한다. 회전자 코어(123)에 있어서의 보어(131)를 갖지 않는 부분의 자속의 흐름이 도 2에 도시되어 있다. 영구자석(124A) 또는 영구자석(124B)으로부터 나온 자속은 회전자 코어(123)의 중앙부를 통과하여, 각각 영구자석(124C) 또는 영구자석(124D)내로 흡입된다.

한편, 회전자 코어(123)의 보어(131)에 있어서의 자속의 흐름이 도 3에 도시되어 있다. 영구자석(124A) 또는 영구자석(124B)으로부터 나온 자속은 비자성 재료인 알루미늄계 재료로 이루어지는 주베어링(111)을 통과할 수 없으므로, 중공의 보어(131)내로는 자속이 통과하지 못하고, 주베어링(111)의 외주부와 보어(131)의 내주부로 형성된 공극(void) 부근에서 회절된다. 따라서, 통상은 이러한 부분에서 자로가 좁아지고 부족하게 되는 경향이 있다.

예시적인 실시예 1에서는, 회전자 코어(123)의 축방향 길이가 고정자(121)의 고정자 코어(126)의 축방향 길이보다도 길기 때문에, 회전자 코어(123)의 축방향으로 넓은 자로가 형성될 수 있다. 그 결과, (종래에 부족한) 회전자 코어(123)내의 자속량이 증가하고, 손실이 저감한다. 이상 설명한 바와 같이, 예시적인 실시예 1의 전동 요소(103)는 넓은 자로를 가져서, 영구자석(124)에 의한 자속의 흐름이 원활하다.

또한, 밀폐 용기(101)의 높이에 직접 영향을 미치지 않는 회전자 코어(123)의 축방향 길이를 길게 하기 때문에, 밀폐 용기(101)의 높이는 증대하지 않는다. 밀폐 용기(101)의 높이는 보어(131)를 갖지 않는 경우에 비하여 보어(131)의 깊이(또는 축방향 길이)만큼 낮아지고, 그에 따라 밀폐 용기(101)가 소형화 및 경량화될 수 있다.

회전자 코어(123)의 축방향 양단부가 고정자 코어(126)의 축방향 양단부 외측에 각각 배치되기 때문에, 고정자(121) 및 회전자(125)의 자기 중심이 서로 거의 일치한다. 따라서, 축방향의 전자기력이 거의 발생하지 않고, 회전자(125)에 작용하는 전자기력이 축(110)을 회전시키는 토크로 효과적으로 변환될 수 있으며, 그에 따라 효율이 더욱 향상된다.

결과적으로, 밀폐형 압축기가 소형화 및 경량화될 수 있고, 비용이 저감될 수 있으며, 또한 효율을 향상시킬 수 있다.

중공 부분이 급유를 위해 축내에 배치된 경우에는, 보어(131)를 갖는 경우와 유사하게 자로가 부족해지는 경향이 있다. 따라서, 상술한 구성에 의한 작용은 더욱 효과적으로 작용하고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 2)

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예 2에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도이다. 예시적인 실시예 2에 있어서, 예시적인 실시예 1과 동일한 요소에 대해서는, 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 있어서, 밀폐 용기(101)는 바닥부에 윤활유(102)를 저장하고, 전동 요소(201)와, 전동 요소(201)에 의해 구동되는 압축 요소(105)를 수용한다. 압축 요소(105)는 편심축(106) 및 주축(107)을 갖는 축(110)과, 주축(107)을 축지지하는 주베어링(111)을 구비한다. 실린더 블록(112)은 대략 원통형의 압축실(113)과, 비자성 재료인 알루미늄계 재료로 이루어지는 주베어링(111)을 갖는다. 피스톤(114)은 실린더 블록(112)의 압축실(113)에 왕복 미끄럼운동 가능하게 삽입되고, 커넥터(115)에 의해 편심축(106)에 연결되어 있다.

예시적인 실시예 2에 있어서, 전동 요소(201)는 고정자(202) 및 회전자(206)로 형성된 2극의 자기 시동형 영구자석식 동기 모터이다. 회전자(206)는 회전자 코어(203)에 영구자석(205)을 내장한다. 예시적인 실시예 2에 있어서, 회전자 코어(203)의 두께, 즉 축방향 길이는 고정자(202)의 고정자 코어(210)의 두께보다도 길다. 또한, 영구자석(205)이 탈락하는 것을 방지하는 보호용의 단부 플레이트(211)가 회전자 코어(203)에 고정되어 있다.

회전자 코어(203)의 압축 요소(105)측의 단부에는 중공의 보어(212)가 배치되고, 주베어링(111)이 보어(212)내로 연장된다. 영구자석(205)의 축방향 길이는 회전자 코어(203)의 축방향 길이보다 짧다. 영구자석(205)은 보어(212)를 갖지 않는 회전자 코어(203)의 하부측에 고정된다. 바꿔 말하면, 영구자석(205)은 회전자(206)의 축방향(도 4에서는 높이 방향)에 있어서 보어(212)를 갖지 않는 영역을 덮는다. 회전자 코어(203)는 원통형의 관통 구멍(133)을 갖고, 축(110)이 관통 구멍(133)내로 삽입된다. 보어(212)는 관통 구멍(133)의 상부에 배치된 환형의 오목부이다. 바꿔 말하면, 보어(212)는 관통 구멍(133)의 제 1 직경보다도 큰 제 2 직경을 갖는 단차부이다. 따라서, 주베어링(111)의 하단부는 보어(212)에 수용되고, 그에 따라 축(110)과 회전자 코어(203) 사이의 갭내로 삽입된다. 영구자석(205)은 제 1 직경을 갖는 회전자 코어(203)의 영역을 덮는다.

영구자석(205)은 희토류 자석인 네오디뮴·철·붕소계의 강자성 재료로 이루어진 자석판이다. 영구자석(205)의 구성은 도 2 및 도 3의 구성과 동일하다. 즉, 2개의 영구자석(205)이 하나의 회전자 자극을 형성하고, 회전자(206) 전체에 있어서 4개의 영구자석(205)이 2개의 회전자 자극을 형성한다. 회전자 코어(203)에 배치된 복수의 도체 바아와, 회전자 코어(203)의 축방향 양단부에 위치된 단락 링(213)이 알루미늄 다이캐스팅에 의해 일체에 성형됨으로써, 시동용 케이지 도체를 형성한다. 또한, 인접한 영구자석(205)의 자속 단락을 방지하기 위해, 자석 단락 방지용의 배리어(132)가 형성되고, 배리어(132)의 구멍내로 알루미늄 다이캐스팅이 충전된다.

또한, 본 압축기에 사용되는 냉매는 오존 파괴 계수가 제로인 R134a 또는 R600a 등의 낮은 온난화 계수를 갖는 자연 냉매인 탄화수소계 냉매 등이며, 상용성을 갖는 윤활유와 조합하여 사용된다.

이하, 이상과 같이 구성된 밀폐형 압축기의 동작에 대하여 설명한다.

전동 요소(103)의 회전자(206)는 축(110)을 회전시키고, 편심축(106)의 회전이 커넥터(115)를 통해 피스톤(114)에 전달되며, 그에 의해 피스톤(114)이 압축실(113)내를 왕복 운동한다. 그에 따라서, 냉매 가스는 냉각 시스템(도시하지 않음)으로부터 압축실(113)내로 흡입되고 압축된 후에, 다시 냉각 시스템으로 배출된다.

다음에, 영구자석(205)의 자속의 흐름을 개념적으로 설명한다. 회전자(206)에 있어서의 보어(212)를 갖지 않는 부분의 자속의 흐름은 도 2에서와 동일하다. 영구자석(205)으로부터 나온 자속은 회전자 코어(203)의 중앙부를 통과한다. 한편, 회전자(206)에 있어서의 보어(212)를 갖는 부분의 자속의 흐름은 도 3과 동일하다. 영구자석(205)으로부터 나온 자속은, 보어(212)내에 비자성 재료로 이루어지는 주축(111)이 존재하기 때문에, 중공의 보어(212)를 통과할 수 없다. 따라서, 자속은 주축(111)의 외주부와 보어(212)의 내주부로 형성된 공극 부근에서 회절된다. 따라서, 이러한 부분에서 자로가 좁아지고 부족하게 되는 경향이 있다.

그러나, 영구자석(205)의 축방향 길이가 회전자 코어(203)의 축방향 길이보다 짧기 때문에, 영구자석(205)에 의해 발생된 자속이 회전자 코어(203)의 축방향 단부로부터 외측으로 누설하기 어렵다. 따라서, 유효한 자속량을 크게 감소시키지 않고 영구자석(205)의 재료 비용을 저감할 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 예시적인 실시예 2의 전동 요소(103)는 넓은 자로를 가져서, 영구자석(205)에 의한 자속의 흐름이 원활해진다.

영구자석(205)은, 회전자(206)의 수직 방향에서, 보어(212)를 갖는 상부 위치와는 반대의 하부 위치에 배치된다. 영구자석(205)과 보어(212) 사이의 수직방향의 중첩이 최소화된다. 이러한 구성에 의해, 영구자석(205)에 의한 자속은 회전자 코어(203)에 있어서의 보어(212)를 갖지 않는 넓은 부분에서 발생하며, 그에 따라 영구자석(205)의 크기보다 넓은 자로를 형성할 수 있고, 영구자석(205)의 유효한 자속량을 크게 감소시키지 않고 영구자석(205)의 재료 비용을 저감할 수 있다. 따라서, 효율을 향상시키는 동시에 비용이 저감된다.

영구자석(205)은 희토류 자석이다. 희토류 자석은 강한 자력을 얻을 수 있으므로, 모터가 소형화 및 경량화될 수 있어, 밀폐형 압축기가 소형화 및 경량화될 수 있다.

따라서, 더욱 소형화 및 경량화될 수 있고, 비용이 저감될 수 있으며, 효율을 향상시킬 수 있다.

축(110)의 주축(107)내에 급유 통로 등의 중공 부분이 배치된 경우에는, 보어(212)를 갖는 경우와 마찬가지로 자로가 부족해지는 경향이 있다. 그러므로, 상술한 구성에 의한 동작은 더욱 효과적으로 작용하고, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예 3에 따른 밀폐형 압축기의 종단면도이다. 도 6은 예시적인 실시예 3에 따른 밀폐형 압축기의 주요부의 확대 단면도이다. 도 7은 예시적인 실시예 3에 따른 회전자에 있어서의 보어를 갖는 부분의 축방향 단면도이다. 도 8은 예시적인 실시예 3에 따른 회전자에 있어서의 보어의 직경과 주베어링의 외경 사이의 간극과, 보어 내측의 자속 밀도 사이의 특성도이다. 도 9는 밀폐형 압축기의 성능 계수(C.O.P; coefficient of performance)의 비교 특성도이다. 예시적인 실시예 3에서는, 예시적인 실시예 1과 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 간략화한다.

도 5 내지 도 7에 도시하는 바와 같이, 밀폐 용기(101)는 내부에 윤활유(102)를 저장하고, 전동 요소(103) 및 압축 요소(105)를 수용한다. 압축 요소(105)는 편심축(106) 및 주축(107)을 갖는 축(110)과, 주축(107)을 축지지하는 주베어링(111)을 구비한다. 실린더 블록(112)은 대략 원통형의 압축실(113)과, 자성 재료인 철계 재료의 주물로 이루어지는 주베어링(111)을 갖는다. 피스톤(114)은 실린더 블록(112)의 압축실(113)에 왕복 미끄럼운동 가능하게 삽입되고, 커넥터(115)에 의해 편심축(106)에 연결되어 있다.

전동 요소(103)는 고정자(121) 및 회전자(306)로 형성된 2극의 자기 시동형 영구자석식 동기 모터이다. 회전자(306)는 회전자 코어(303)에 영구자석(305)을 내장한다. 영구자석(305)이 탈락하는 것을 방지하는 보호용의 얇은 단부 플레이트(311)가 회전자 코어(303)에 고정되어 있다. 회전자 코어(303)에 배치된 복수의 도체 바아(308)와, 회전자 코어(303)의 축방향 양단부(즉, 상단부 및 하단부)에 위치된 단락 링(309)이 알루미늄 다이캐스팅에 의해 일체로 성형되어서, 시동용 케이지 도체를 형성한다.

회전자 코어(303)의 압축 요소(105)측의 단부에는 중공의 보어(131)가 배치되고, 주베어링(111)이 보어(131)내로 연장된다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 회전자 코어(303)의 두께를 L로 나타내고, 보어(131)의 내경 및 깊이를 각각 D1 및 M으로 나타내고, 주베어링(111)의 외경을 D2로 나타낸다. 예시적인 실시예 3에서는, 깊이(M)는 두께(L)의 1/3 이상으로 설정되고, 주베어링(111)의 외주부와 보어(131)의 내주부 사이의 간극(G)이 0.5㎜ 내지 3㎜로 설정되어 있다. 여기에서, G=(D1-D2)/2이다.

영구자석(305)은 희토류 자석인 네오디뮴·철·붕소계의 강자성 재료로 이루어지는 자석판이다. 영구자석(305)은 영구자석(305A, 305B, 305C, 305D)으로 형성되고, 도 7에 도시하는 바와 같이 배치된다. 한쌍의 동일 극성의 영구자석(305A, 305B)은, 축(110) 주위에, 소정의 각도 및 소정의 간격으로 서로 대향한다. 한편, 다른 한쌍의 동일 극성의 영구자석(305C, 305D)은, 축(110) 주위에, 소정의 각도 및 소정의 간격으로 서로 대향한다. 영구자석(305A, 305B, 305C, 305D)은 모두 회전자 코어(303)의 축과 평행하게 매설된다. 한쌍의 동일 극성의 영구자석(305A, 305B)은 하나의 회전자 자극을 형성하고, 다른 한쌍의 동일 극성의 영구자석(305C, 305D)도 하나의 회전자 자극을 형성한다. 따라서, 회전자(306) 전체는 2개의 회전자 자극을 형성한다. 또한, 인접한 영구자석(305A, 305C) 또는 인접한 영구자석(305B, 305D)의 자속 단락을 방지하기 위해, 자석 단락 방지용의 배리어(132)가 형성된다. 배리어(132)는 알루미늄 다이캐스팅으로 충전된 구멍이다.

본 압축기에 사용되는 냉매는 오존 파괴 계수가 제로인 R134a 또는 R600a 등의 낮은 온난화 계수를 갖는 자연 냉매인 탄화수소계 냉매 등이며, 상용성을 갖는 윤활유와 조합하여 사용된다.

전술한 구성을 갖는 밀폐형 압축기의 동작 및 작용에 대하여 설명한다.

전동 요소(103)의 회전자(306)는 축(110)을 회전시킨다. 편심축(106)의 회전이 커넥터(115)를 통해 피스톤(114)에 전달되고, 그에 의해 피스톤(114)은 압축실(113)내를 왕복 운동한다. 그에 따라, 냉매 가스는 냉각 시스템(도시하지 않음)으로부터 압축실(113)내로 흡입되고 압축된 후에, 다시 냉각 시스템으로 배출된다.

도 7에서 영구자석(305)의 자속의 흐름을 화살표의 선으로 개념적으로 설명한다. 도 7은 회전자 코어(303)에 있어서의 보어(131)의 자속의 흐름을 도시한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 영구자석(305A) 또는 영구자석(305B)으로부터 나온 자속은 주베어링(111)의 외주부와 보어(131)의 내주부 사이의 간극, 주베어링(111) 및 축(110)을 통과하여, 각각 영구자석(305C) 또는 영구자석(305D)내로 흡입된다.

이 때, 보어(131)내로 연장되는 주베어링(111)은 회전하지 않기 때문에, 자속이 통과하면 와전류 손실이 발생한다. 그러나, 주베어링(111)의 외경부에서 유발된 와전류에 의한 손실 토크는 회전자 코어(303)의 외주부에서 발생된 모터 자체의 토크보다도 비교적 작다. 이것은, 회전축으로부터의 거리가 가까우므로 브레이크 토크로서 작용하는 힘이 약해지기 때문이다. 한편, 자성 재료로 이루어지는 주베어링(111)과 축(110)이 자로를 형성하므로, 회전자(306)내에 발생된 자속량이 증가한다. 이러한 효과는 보어(131)의 깊이(M)의 증가에 따라 증가한다. 결과적으로, 토크 손실의 영향은 상대적으로 작아진다. 따라서, 회전자(306)내에 발생된 자속량의 증가가 손실을 저감시켜 전동 요소(103)의 효율을 향상시키므로, 밀폐형 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 예시적인 실시예 3의 전동 요소(103)는 넓은 자로를 가져서, 영구자석(305)에 의한 자속의 원활해진다.

예시적인 실시예 3에서는 보어(131)의 깊이(M)가 두께(L)의 1/3 이상으로 설정되고, 매우 깊기 때문에, 특히 회전자(306)내에 발생된 자속량이 증가하고, 효율이 향상하는 효과가 현저하고, 압축기의 전체 높이가 매우 낮게 억제된다.

주베어링(111)은 저렴한 주물 또는 소결재로 제조될 수 있으며, 실린더 블록(112)과 일체로 형성될 수 있으므로, 비용을 저감할 수 있다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 보어(131)와 주베어링(111) 사이의 간극(G)[여기서, G=(D1-D2)/2]을 증대시킨 경우, 보어(131) 내측의 자속 밀도가 감소한다. 그러나, 간극(G)을 3㎜ 부근보다 크게 증대시킨 경우에는 자속 밀도가 거의 감소하지 않는다. 주베어링(111)과 축(110)을 자속이 통과하는 자로로서 이용하는 경우에는, 최대 3㎜까지의 간극이 적당한 것으로 생각된다. 한편, 주베어링(111)의 외주부 및 보어(131)의 내주부의 가공 정밀도를 고려하면, 0.5㎜ 내지 3㎜의 간극(G)이 가장 바람직하고, 효과적이다. 따라서, 상기 조건을 적용함으로써, 자기 저항이 감소하고, 강한 자로가 구성되고, 누설 자속이 감소하고, 자속량이 증가하여, 효율이 더욱 향상된다.

시동시에, 도체 바아(308)에, 큰 전류가 흘러 토크를 발생한다. 내장된 영구자석(305)에 의한 자력이 시동시에 브레이크 토크로서 작용하므로, 큰 시동 토크가 요구된다. 예시적인 실시예 3에 있어서, 도체 바아(308)를 길게 할 수 있고, 시동 토크를 크게 할 수 있으므로, 시동성이 양호하고, 높은 효율을 얻을 수 있다.

영구자석(305)은 희토류 자석으로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 희토류 자석은 강한 자력을 얻을 수 있으므로, 모터가 소형화 및 경량화될 수 있어, 밀폐형 압축기가 소형화 및 경량화될 수 있다.

예시적인 실시예 3에 있어서, 실린더 블록(112)에는, 철계 재료의 주물로 이루어지는 주베어링(111)이 일체로 형성되어 있다. 철계의 소결재로 이루어지는 주베어링(111)이 고정되어 있는 구성도 동일한 이점을 얻을 수 있다.

이하, 예시적인 실시예 3에 있어서의 밀폐형 압축기의 효율 개선에 대하여 설명한다.

도 9에 있어서, 세로축은 종래 제품과 예시적인 실시예 3의 밀폐형 압축기의 성능 계수[C.O.P(W/W)]의 특성을 나타낸다. 여기에서, 냉매로서 R600a를 사용하고, 피스톤 왕복시의 운전 주파수가 50Hz이다. 또한, 운전 온도 조건은 냉장고에서의 운전 조건에 근접하며, 증발 온도는 -25℃이고, 응축 온도는 55℃이다.

도 9의 결과로부터 명백한 바와 같이, 예시적인 실시예 3의 밀폐형 압축기에 있어서, 종래의 밀폐형 압축기와 비교하여, C.O.P가 대폭 개선되고 있어, 효율이 향상된다.

본 발명의 밀폐형 압축기에 있어서, 회전자 코어내의 자속량이 증가하여 손실이 저감하고, 소형화 및 경량화될 수 있고, 또한 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 밀폐형 압축기는 공기 조화기(air conditioner) 또는 냉동 냉장고에 적용될 수 있다.

Claims

밀폐형 압축기(hermetic compressor)에 있어서,

밀폐 용기와,

상기 밀폐 용기에 수용되는 전동 요소와,

상기 밀폐 용기에 수용되고, 상기 전동 요소에 의해 구동되는 압축 요소를 포함하며,

상기 압축 요소는 편심축 및 주축을 갖는 축과, 상기 주축을 축지지하는 주베어링을 구비하며,

상기 전동 요소는 고정자 및 회전자를 갖는 2극의 영구자석형 모터이고, 상기 회전자는 회전자 코어에 영구자석을 내장하며,

상기 회전자 코어의 상기 압축 요소측의 단부에는 중공의 보어가 형성되고,

넓은 자로가 제공되어, 상기 영구자석에 의한 자속의 흐름을 원활하게 하는

밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 회전자 코어의 축방향 길이가 상기 고정자의 고정자 코어의 축방향 길이보다도 길고, 그에 따라 넓은 자로가 제공되어, 상기 영구자석에 의한 상기 자속의 흐름을 원활하게 하는

밀폐형 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 회전자 코어의 축방향 양단부는 상기 고정자 코어의 축방향 양단부 외측에 각각 배치되는

밀폐형 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 영구자석의 축방향 길이는 상기 회전자 코어의 축방향 길이보다 짧은

밀폐형 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 영구자석의 축방향 길이는 상기 회전자 코어의 축방향 길이보다 짧고,

상기 영구자석은 상기 회전자의 축방향에 있어서 상기 보어를 갖지 않는 영역을 덮는

밀폐형 압축기.
제 2 항에 있어서,

상기 회전자 코어는 상기 축이 삽입되는 제 1 직경을 갖는 원통형의 관통 구멍을 갖고,

상기 보어는 상기 관통 구멍의 상부에 형성되고, 상기 제 1 직경보다 큰 제 2 직경을 갖는 원통형의 오목부이며,

상기 영구자석은, 상기 회전자 코어의 축방향 길이보다 짧은 축방향 길이를 갖고, 상기 회전자의 축방향에 있어서 상기 회전자에서의 상기 제 1 직경의 영역을 덮는

밀폐형 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 주베어링이 자성 재료로 형성되고, 넓은 자로가 제공되어, 상기 영구자석에 의한 자속의 흐름을 원활하게 하는

밀폐형 압축기.
제 7 항에 있어서,

상기 주베어링은 철계의 소결재로 이루어지는 성형물 및 주물중 하나인

밀폐형 압축기.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 보어의 축방향 길이는 상기 회전자 코어의 축방향의 길이의 1/3 이상인

밀폐형 압축기.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 보어의 주면과 상기 주베어링의 외주면 사이의 간극은 0.5㎜ 내지 3㎜인

밀폐형 압축기.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 전동 요소는 자기 시동형 영구자석식 동기 모터이며,

상기 전동 요소는 상기 회전자 코어의 외주부에 시동용 케이지 도체의 복수의 도체 바아를 갖고,

상기 영구자석은 상기 도체 바아의 내주부측에 배치되는

밀폐형 압축기.
제 1 항, 제 2 항 또는 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 영구자석은 희토류 자석인

밀폐형 압축기.