KR100253251B1 - 터보 압축기의 구동모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 구동모터에 관한 것으로, 종래에는 고속의 알피엠(RPM)으로 회전시키게 되면 회전자의 반경방향 길이에 의해 회전자의 단부와 고정자사이에 냉매가스에 의한 윈드에이지 로스(Windage loss)가 크게 발생할 뿐만 아니라 철손에 의해 모터의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 소정의 두께와 길이를 갖는 원통형으로 형성되어 모터실의 내주면에 결합되는 스테이터 코어와 원형으로 다수회 권선되어 형성된 수개의 권선코일이 상기 스테이터 코어의 내주면에 결합되어 이루어진 고정자와, 상기 권선코일이 결합된 스테이터 코어의 내부에 삽입되며 구동축과 연결,결합되어 마그네트를 포함하고 있는 회전자로 구성하여 윈드에이지 로스를 최소화함과 동시에 고속회전이 가능하게 함으로써 구동모터에 의해 회전하는 구동축의 양단부에 결합된 임펠러의 크기를 소형화하면서 일정 압축비를 유지할 수 있도록 하여 압축기를 소형화할 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 구동모터

본 발명은 터보 압축기의 구동모터에 관한 것으로, 특히 고속 회전이 가능함과 더불어 윈드에이지 로스 및 기타 손실을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 구동모터에 관한 것이다.

일반적으로 터보 압축기는 날개차를 회전시켜 기체를 압축하는 기계이다. 도 1은 상기 터보 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 흡입구(1)를 갖는 제1압축실(10)과 토출구(21)를 갖는 제2압축실(20)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 모터실(30)이 형성되며 상기 제1압축실(10)과 제2압축실(20)을 연통시킴과 더불어 상기 모터실(30)과 연통되도록 형성된 가스유로(40)를 구비하여 이루어진 밀폐용기(100)와, 상기 모터실(30)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(200)와, 일측 단부가 상기 제1압축실(10)에 삽입되고 타측 단부가 상기 제2압축실(20)에 삽입되며 상기 구동모터(200)에 결합되어 구동모터(200)의 구동력을 전달하는 구동축(300)과, 상기 제1압축실(10)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 일측 단부에 결합되어 흡입구(1)로 유입되는 가스를 1차 압축하여 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유동시키는 제1임펠러(400)와, 상기 제2압축실(20)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 타측 단부에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실(20)로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구(21)로 토출시키는 제2임펠러(500)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 구동축(300)의 양측에는 구동축(300)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(700)이 결합되며, 상기 구동축(300)의 가운데는 구동축(300)을 반경방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(800)이 상기 구동모터(200)의 양측에 위치하도록 각각 결합된다.

미설명 부호 600은 어큐뮬레이터를 도시한 것이다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기는 구동모터(200)에 전류가 인가되면 구동모터(200)가 작동함과 더불어 구동모터(200)의 구동력이 구동축(300)에 전달되어 구동축(300)이 회전하게 된다. 상기 구동축(300)의 회전에 의해 구동축(300)의 양단부에 결합된 제1임펠러(400)와 제2임펠러(500)가 각각 회전하게 된다. 상기 제1임펠러(400)와 제2임펠러(500)의 회전력에 의해 어큐뮬레이터(600)를 통과한 냉매 가스가 흡입구(1)를 통해 제1압축실(10)로 유입되어 1차 압축되고, 이 1차 압축된 냉매 가스는 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유입되며, 이 제2압축실(20)로 유입된 1차 압축된 냉매 가스는 제2압축실(20)에서 2차 압축되어 토출구(21)를 통해 토출된다. 이 2차 압축되어 토출된 냉매 가스는 냉동/공조사이클을 구성하는 응축기(미도시)로 유입된다.

상기 터보 압축기에서 구동력을 발생시키는 구동모터(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 모터실(30)의 내면에 결합되는 고정자부와, 상기 고정자부와 소정의 공극,즉 에어갭(Air Gap)을 두고 구동축(300)에 결합되는 회전자부로 구성되어 있다. 상기 고정자부는 플라스틱계열로 만들어진 스테이터 코어(210)와 상기 스테이터 코어(210)에 권선되는 권선코일(220)로 구성되며, 상기 회전자부는 구동축(300)에 부착되는 마그네트(230)와 상기 마그네트(230)를 고정하기 위한 카본 화이버(Carborn Fiber)(240)로 구성되어 있다.

상기 구동모터(200)는 권선코일(220)에 전류가 인가되면 권선코일(220)에 의해 플럭스(flux)가 형성되며 이 권선코일(220)에 의한 플럭스와 마그네트(230)의 자력에 의한 상호작용력에 의해 회전자부가 회전력을 받아 회전하면서 구동축(300)을 회전시키게 된다. 상기 구동축(300)의 회전에 의해 구동축의 양단에 결합된 제1,2임펠러(400,500)가 회전하면서 제1,2압축실(10,20)에서 냉매 가스를 흡입하여 1차, 2차로 압축하게 된다.

상기 제1,2압축실(10,20)에서 냉매 가스가 압축되는 정도는 제1,2임펠러(400,500)에 의한 운동에너지에 비례하게 되고, 이 운동에너지는 회전시 제1,2임펠러(400,500) 가장자리의 선속도와 비례된다. 즉 냉매 가스의 일정한 압축상태를 유지하기 위해서는 제1,2임펠러(400,500)의 직경이 작을 경우, 상대적으로 직경이 큰 임펠러보다 회전속도를 고속으로 회전시켜야 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 터보 압축기 구동모터(200)는 고속의 알피엠(RPM)으로 회전시키게 되면 회전자부의 반경방향 길이에 의해 회전자부의 단부와 고정자부사이에 냉매가스에 의한 윈드에이지 로스(Windage loss)가 크게 발생할 뿐만 아니라 철손에 의해 모터의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 고속의 알피엠으로 작동이 가능함과 더불어 윈드에이지 로스 및 기타 손실을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 구동모터를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 종래 터보 압축기의 구동모터를 도시한 단면도,

도 3a는 본 발명의 터보 압축기 구동모터를 도시한 정단면도,

도 3b는 본 발명의 터보 압축기 구동모터를 도시한 측단면도,

도 4a,4b,4c는 본 발명의 터보 압축기 구동모터의 작동과정을 도시한 측단면도,

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

30 ; 모터실 250 ; 스테이터 코어

260 ; 권선코일 270 ; 회전자

300 ; 구동축 S ; 고정자

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정의 두께와 길이를 갖는 원통형으로 형성되어 모터실의 내주면에 결합되는 스테이터 코어와 원형으로 다수회 권선되어 형성된 수개의 권선코일이 상기 스테이터 코어의 내주면에 결합되어 이루어진 고정자와, 상기 권선코일이 결합된 스테이터 코어의 내부에 삽입되며 구동축과 결합되고 마그네트를 포함하고 있는 회전자를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터가 제공된다.

상기 권선코일은 스테이터 코어의 내주면에 일정한 간격을 두고 수개가 결합됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 구동모터를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기 구동모터는, 도 3a, 3b에 도시한 바와 같이, 소정의 두께와 길이를 갖는 원통형으로 형성되어 모터실(30)의 내주면에 결합되는 스테이터 코어(250)와 원형으로 다수회 권선되어 형성된 수개의 권선코일(260)이 상기 스테이터 코어(250)의 내주면에 결합되어 이루어진 고정자(S)와, 상기 권선코일(260)이 결합된 스테이터 코어(250)의 내부에 삽입되며 구동축(300)과 결합되는 마그네트를 포함하고 있는 회전자(270)를 포함하여 구성된다.

상기 권선코일(260)은 스테이터 코어(250)의 내주면에 일정한 간격을 두고 수개가 결합됨이 바람직하다.

상기 마그네트를 포함하여 구성되는 회전자(270)의 직경은 구동축(300)의 직경과 같도록 형성됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 구동모터는, 도 4a, 4b, 4c에 도시한 바와 같이, 수개의 권선코일(260)에 전류의 방향을 번갈아가면서 인가하게 되면 그 권선코일(260)에 전류가 흐르는 방향에 따라 플럭스가 형성된다. 상기 권선코일(260)에 의해 형성되는 플럭스와 회전자(270)를 구성하는 마그네트의 자력에 의한 상호작용력에 의해 회전자(270)에 회전력이 작용하게 되며, 이 회전력에 의해 회전자(270)가 회전하게 된다. 상기 회전자(270)의 회전에 의해 이에 결합된 구동축(300)이 회전하게 되며, 이 구동축(300)이 회전함에 따라 구동축(300)의 양단부에 결합된 제1,2임펠러(400,500)가 제1,2압축실(10,20)에서 회전하면서 냉매가스를 흡입하여 1차, 2차로 압축하게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명은 마그네트를 포함하는 회전체인 회전자(270)를 구동축(300)과 같은 직경으로 일체로 형성됨으로써 고속 회전시 회전자(270)와 고정자(S)사이에 냉매가스에 의해 발생되는 윈드에이지 로스를 최소화할 수 있게 되어 모터의 효율을 높임과 더불어 고속 회전이 원활하게 이루어지게 된다.

또한, 본 발명은 종래에 비해 회전체의 반경방향 길이가 감소되어 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 크기를 소형화활 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 구동모터는 윈드에이지 로스를 최소화함과 동시에 고속회전이 가능하게 됨으로써 구동모터에 의해 회전하는 구동축의 양단부에 결합된 임펠러의 크기를 소형화하면서 일정 압축비를 유지할 수 있어 압축기를 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 소정의 두께와 길이를 갖는 원통형으로 형성되어 모터실의 내주면에 결합되는 스테이터 코어와 원형으로 다수회 권선되어 형성된 수개의 권선코일이 상기 스테이터 코어의 내주면에 결합되어 이루어진 고정자와, 상기 권선코일이 결합된 스테이터 코어의 내부에 삽입되고 구동축과 결합되며 마그네트를 포함하여 구성되는 회전자를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 권선코일은 스테이터 코어의 내주면에 일정한 간격을 두고 수개가 결합됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터.