KR100273399B1 - 터보압축기용구동모터의풍손저감구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보압축기용 구동모터의 풍순 저감구조에 관한 것으로, 본 발명은 구동모터의 회전자가 일체로 결합되고 축방향 및 반경방향 베이링에 지지되어 고속으로 회전하는 구동축의 양단에는 그 구동축과 함께 회전하면서 유체를 흡입하여 원심압축시키는 임펠러가 각각 일체로 고정되어 이루어진 토보압축기에 있어서 ; 코일 이 감겨져 축방향으로 일정간격을 두고 밀폐용기의 내주면에 고정되는 적어도 하나 이상의 고정원판과, 그 고정원판늬 코일과 함께 유도자기를 발생시키는 마그네트가 장착되어 상기한 고정원판의 양측에 각각 일정 공극을 두고 개재되도록 구동축에 고정되는 적어도 두 개 이상의 회전원판과, 그 회전원판중 양측 바깥쪽 회전원판의 외측면에 고정되어 자기력의 손실을 방지하는 엔드링판으로 토보압축기의 구동모터가 이루어지되, 상기 회전원판에는 유체가 축방향으로도 흐르도록 하는 수개의 냉매유통공이 동일원주상에 일정간격으로 형성되고, 그 냉매유통공의 사이에는 상기한 엔드링판을 고정시키기 위항 엔드링판 체결공이 상기 냉매유통공과 동일원주상에 역시 일정간격으로 형성되어 이루어지도록 함으로써, 상기 구동모터의 고속회전시 냉매가스에 의한 유로저항을 줄여 모터의 풍손을 현저하게 감소시키고 구동모터가 받는 하중을 줄여 모터효율을 향상시키며 구동축의 휨 현상을 줄여 업축기을 소형화시키고 코일의 길이나 마그네트의 크기를 줄여 생산비용을 절감한다.

Description

터보압축기용 구동모터의 풍손 저감구조{DRIVING MOTOR FOR TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보압축기의 구동모터에 관한 것으로, 특히 냉매유통공과 엔드링판 체결공이 동일 원주상에 형성되어 회전원판(Rotor)가 작아지므로 풍손이 최소한으로 감소될 수 있는 터보압축기용 구동모터의 풍손 저감구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 동력발생부와 압축기구부의 배치형태에 따라 밀폐형 또는 분리형으로 구분되는데, 그 중에서 밀폐형은 소정의 밀폐용기 내에 동력발생부 및 압축기구부가 함께 설치되는 형태이고, 분리형은 밀폐용기의 외부에 동력발생부가 설치되어 그 동력발생부에서 발생되는 구동력이 밀폐용기 내의 압축기구부로 전달되는 형태이다.

상기 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 따라 회전식, 왕복동식, 리니어 그리고 스크롤 압축기 등이 있는데, 최근들어서는 모터의 구동력으로 임펠러를 회전시키고, 그 임펠러의 회전시 발생되는 원심력을 이용하여 기체를 흡입,압축시키는 터보압축기(혹은, 원심압축기)가 새롭게 소개되고 있다.

도 1은 종래 2단 압축식 터보압축기의 구성을 개략적으로 보인 종단면도로서 이에 도시된 바와 같이, 종래의 2단 압축식 터보압축기는 통상 어큐뮬레이터(A)와 연통되는 제1 압축실(11) 및 통상 응축기(미도시)와 연통되는 제2 압축실(12)이 밀폐용기(10)의 양측에 각각 형성되고, 그 밀폐용기(10)의 내측 중앙에는 엑시얼타입의 비엘디시모터(Brushless DC MOTOR)(20)가 장착되는 모터실(13)이 형성되며, 상기 제1,제2 압축실(11,12) 및 모터실(13)은 가스유로(14)에 의해 서로 연통되고, 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 있다.

또한, 상기 구동축(30)의 양측, 즉 모터(20)의 양측에는 그 구동축(30)의 반경방향을 지지하기 위한 레이디얼 베어링(60)이 결합되어 있고, 그 레이디얼 베어링(60)의 양측 외곽에는 구동축(30)의 축방향을 지지하기 위한 스러스트 베어링(70)이 결합되어 있다.

여기서, 상기 비엘디시 모터(20)는 밀폐용기(보다 정확하게는 모터실)(10)의 내주면에 수개의 고정자(21)가 체결되고, 그 고정자(21)의 사이마다에는 상기 구동축(30)의 외주면에 압입되는 회전자(22)가 소정의 공극을 두고 교변되게 개재 결합되어 있다.

상기 각 고정자(21)는 밀폐용기(10)의 내주면에 체결되는 고정원판(미부호)상에 원주방향으로 코일(미부호)이 감겨져 형성되어 있다.

반면, 상기 각 회전자(22)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 구동축(30)의 외주면에 압입되는 회전원판(22A)상에 상기 코일과 대향되도록 마그네트(M)가 장착되는 것으로, 그 양측 외곽쪽 회전원판(22A)에는 냉매가스가 고정자(21) 및 회전자(22) 사이의 공극을 순회하도록 수개의 냉매유통공(22a)이 각각 형성되어 있고, 그 각 외곽쪽 회전원판(22A)의 바깥면에는 자기력 손실을 방지하는 알루미늄 재질의 엔드링판(end-ring disk)(23)이 볼트(24)로 결합되기 위한 엔드링판 체결공(22b)이 상기 냉매유통공(22a)의 반경내에 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 10a는 흡입구, 10b는 토출구, 11a,12a는 디퓨져, 11b,12b는 볼텍스, 13a,13b는 유입,유출통공, 14는 가스유로이다.

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 고속으로 회전을 개시하게 되어 그 구동축(30)의 양단에 고정된 제1,제2 임펠러(40,50)가 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, 이때 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 토출되었다.

이때, 상기 모터(20)부의 손실에 의해 필연적으로 열이 발생되므로, 그 모터열을 냉각시키기 위하여 상기 제1 압축실(11)과 제2 압축실(12)을 연통시키는 가스유로(14)에 냉매가스의 유입,유출통공(13a,13b)이 형성되어 1단 압축된 냉매가스의 일부가 모터실(13)로 유입되면서 모터(20)를 냉각시킨 후에 다시 제2 압축실(12)로 유입되도록 하고 있었다.

즉, 상기 유입통공(13a)을 통해 모터실913)로 유입된 냉매가스는 회전원판(22A)의 냉매유통공(22a)을 통해 고정자(21)와 회전자(22) 사이의 공극으로 흘러들어 순회하면서 각 원판을 냉각시킨 후에 맞은편 회전원판(22A)의 냉매유통공(22a) 및 가스실(13)의 유출통공(13b)으로 흘러나가는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 엑시얼타입의 비엘디시모터에 있어서는, 그 모터(20)의 각 외곽쪽 회전원판(22A)에는 엔드링판 체결공(22b)이 냉매유통공(22a)의 반경내에 형성되어 있으나, 이는 회전원판(22A)의 직경이 볼트(24)의 체결공간만큼 커지게 되어 모터(20)의 유로저항의 증가에 따른 풍손(windage loss)이 현저하게 늘어나 모터의 성능이 저하되고, 결국 압축기의 성능저하를 야기시키는 문제점이 있었다.

또한, 상기 회전원판(22A)의 직경이 커짐에 따라 구동축(30)이 받는 하중이 증가하여 그 구동축(30)의 회전시 발생되는 원심력의 크기가 커지면서 구동모터(20)에 가해지는 부하가 증가하게 되는 것은 물론, 상기 구동축(30)의 휨 현상이 증가되어 고정원판이 구동축(30)에 부딪히거나 회전원판(22A)이 밀폐용기(10)에 부딪히는 것을 방지하고자 밀폐용기(10)의 직경을 크게 함에 따라 압축기가 비대하게 되는 동시에 코일의 길이나 마그네트(M)의 크기가 증가하여 생산비용이 증가하게 되는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 터보압축기의 엑시얼타입 비엘디시모터가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 회전원판의 크기를 현저하게 감소시킬 수 있는 터보압축기용 구동모터의 풍손 저감구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 터보압축기의 구성을 보인 종단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래 터보압축기의 구동모터에 있어서, 회전자의 일부를 보인 종단면도 및 정면도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명 터보압축기의 구동모터에 있어서, 회전자의 일부를 보인 종단면도 및 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 회전자 110 : 회전원판

111 : 냉매유통공 112 : 엔드링판 체결공

120 : 엔드링판 130 : 체결볼트

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터의 회전자가 일체로 결합되고 축방향 및 반경방향 베어링에 지지되어 고속으로 회전하는 구동축의 양단에는 그 구동축과 함께 회전하면서 유체를 흡입하여 원심 압축시키는 임펠러가 각각 일체로 고정되어 이루어진 터보압축기에 있어서 ;

코일이 감겨져 축방향으로 일정간격을 두고 밀폐용기의 내주면에 고정되는 적어도 하나 이상의 고정원판과, 그 고정원판의 코일과 함께 유도자기를 발생시키는 마그네트가 장착되어 상기한 고정원판의 양측에 각각 일정 공극을 두고 개재되도록 구동축에 고정되는 적어도 두 개 이상의 회전원판과, 그 회전원판중 양측 바깥쪽 회전원판의 외측면에 고정되어 자기력의 손실을 방지하는 엔드링판으로 터보압축기의 구동모터가 이루어지되,

상기 회전원판에는 유체가 축방향으로도 흐르도록 하는 수개의 냉매유통공이 동일원주상에 일정간격으로 형성되고, 그 냉매유통공의 사이에는 상기한 엔드링판을 고정시키기 위한 엔드링판 체결공이 상기 냉매유통공과 동일원주상에 역시 일정간격으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보압축기용 구동모터의 풍손 저감구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 터보압축기용 구동모터의 풍손 저감구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명 터보압축기의 구동모터에 있어서, 회전자의 일부를 보인 종단면도 및 정면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기의 구동모터는, 가스실(도 1에 도시)(13)의 내주면에 원판형상의 고정자(도 1에 도시)(21)가 체결 고정되고, 그 고정자(21)의 사이마다에는 소정의 공극을 두고 회전자(100)가 개재되도록 구동축(30)의 외주면에 압입되며, 그 회전자(100)의 양측 외곽쪽 회전원판(110)에는 자기력 손실을 방지하기 위한 실리콘스틸 재질의 엔드링판(120)이 밀착되어 체결볼트(130)로 고정된다.

상기 고정자(21)는 전술한 바와 같이, 가스실(13)의 내주면에 수개의 고정원판(미부호)이 체결 고정되고, 그 각각의 고정원판(미부호)상에는 원주방향으로 코일(미부호)이 감겨진다.

상기 회전자(100)는 수개의 회전원판(110)이 고정원판(미부호)의 사이마다에 소정의 공극을 두고 개재되도록 구동축(30)의 외주면에 압입되고, 그 각 회전원판(30)상에는 상기 각 고정원판(미부호)의 코일(미부호)과 대향되도록 마그네트(M)가 장착됨과 아울러 각 공극으로 냉매가스가 유통되도록 하는 냉매유통공(111)이 원주방향으로 형성되며, 그 회전원판(110)중에서 양측 외곽판에는 냉매유통공(111)과 동일 반경상에 엔드링판 체결공(112)이 교번되게 형성된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명의 구동모터가 구비된 터보압축기의 일반적인 동작은 종래와 동일하다.

즉, 인가된 전원에 의해 구동축(30) 및 각 임펠러(도 1에 도시)(40,50)가 회전하게 됨과 함께 냉동사이클장치로부터 냉매가 흡입구(도 1에 도시)(10a)를 통해 제1 압축실(도 1에 도시)(11)로 유입되어 제1 임펠러(40)에 의해 제1 압축실(11)로 흩뿌려지면서 가(假)압축되고, 그 가압축된 냉매가스는 가스유로(도 1에 도시)(14)를 통해 제2 임펠러(50)로 흡입되어 제2 압축실(12)에서 2단으로 완전 압축되어 냉동사이클장치(정확하게는, 응축기)로 토출된다.

이때, 상기 가스유로(14)에서 냉매가스의 일부가 모터실(도 1에 도시)(13)로 유입되고, 그 모터실(13)로 유입되는 가스는 모터의 고정자(21)와 회전자(100) 사이의 공극을 순회하면서 냉각시킨 후에 다시 가스유로(14)로 흘러나오게 되는데, 상기 모터실(13)로 유입되는 가스는 회전자(100)의 일측 외곽쪽 회전원판(도면에선 좌측)(110)에 형성된 냉매유통공(111)을 통해 모터의 공극으로 흘러들었다가 도면의 우측 외곽쪽 회전원판(110)에 형성된 냉매유통공(111)을 통해 모터의 공극으로부터 흘러나가게 된다.

여기서, 상기 회전자(100)의 양측 외곽쪽 회전원판(110)에는 엔드링판 체결공(112)이 구동축을 중심으로 냉매유통공(111)과 동일반경상에 형성되므로, 종래와는 달리 엔드링판(120)이 체결되기 위한 별도의 공간이 제거되어 회전원판(110)의 직경이 작아지게 된다.

이렇게 하여, 상기 회전자(100)의 고속회전시에도 마찰손실이 최소한으로 줄어들게 되어 모터의 풍손이 현저하게 감소되는 것은 물론, 구동모터가 받는 하중이 감소되어 모터효율이 향상되고 구동축의 휨 현상이 감소되어 압축기가 소형화될 수 있으며 코일의 길이나 마그네트의 크기가 줄어 들어 생산비용이 절감된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보압축기용 구동모터의 풍손 저감구조는, 회전원판에는 유체가 축방향으로도 흐르도록 하는 수개의 냉매유통공이 동일원주상에 일정간격으로 형성되고, 그 냉매유통공의 사이에는 상기한 엔드링판을 고정시키기 위한 엔드링판 체결공이 상기 냉매유통공과 동일원주상에 역시 일정간격으로 형성되어 구성함으로써, 상기 구동모터의 고속회전시 냉매가스에 의한 유로저항을 줄여 모터의 풍손을 현저하게 감소시키고 구동모터가 받는 하중을 줄여 모터효율을 향상시키며 구동축의 휨 현상을 줄여 압축기를 소형화시키고 코일의 길이나 마그네트의 크기를 줄여 생산비용을 절감한다.

Claims (1)

1. 구동모터의 회전자가 일체로 결합되고 축방향 및 반경방향 베어링에 지지되어 고속으로 회전하는 구동축의 양단에는 그 구동축과 함께 회전하면서 유체를 흡입하여 원심 압축시키는 임펠러가 각각 일체로 고정되어 이루어진 터보압축기에 있어서 ;

   코일이 감겨져 축방향으로 일정간격을 두고 밀폐용기의 내주면에 고정되는 적어도 하나 이상의 고정원판과, 그 고정원판의 코일과 함께 유도자기를 발생시키는 마그네트가 장착되어 상기한 고정원판의 양측에 각각 일정 공극을 두고 개재되도록 구동축에 고정되는 적어도 두 개 이상의 회전원판과, 그 회전원판중 양측 바깥쪽 회전원판의 외측면에 고정되어 자기력의 손실을 방지하는 엔드링판으로 터보압축기의 구동모터가 이루어지되,

   상기 회전원판에는 유체가 축방향으로도 흐르도록 하는 수개의 냉매유통공이 동일원주상에 일정간격으로 형성되고, 그 냉매유통공의 사이에는 상기한 엔드링판을 고정시키기 위한 엔드링판 체결공이 상기 냉매유통공과 동일원주상에 역시 일정간격으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보압축기용 구동모터의 풍손 저감구조.