KR100304561B1 - 터보압축기의구동모터냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 구동 모터 냉각구조에 관한 것으로, 종래에는 구동 모터의 회전자를 구성하는 회전 디스크 중앙의 외주연에 복수개의 통공을 형성시켜 구동 모터의 고정자를 구성하는 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 상기 통공을 통해 압축기의 작동시 권선 코일의 냉각을 위한 냉매 가스가 공급되는데, 상기 회전 디스크의 강성을 고려하여 통공을 크게 형성시킬수가 없으므로 인해 냉각을 위한 충분한 량의 냉매 가스가 통공을 통해 원활한 상태로 유입되지 않고, 상기 회전 디스크가 작동시 고속으로 회전하므로 인해 회전되는 부근에 형성된 통공으로 안정된 유량의 냉매 가스를 공급하기가 어려워 효율적인 냉각 기능을 수행할수가 없으며, 회전 디스크의 구조상 통공을 통과하는 냉매 가스의 유동을 방해하게 되는 등의 많은 문제점이 있었던 바, 본 발명은 고정자를 구성하는 각각의 고정 디스크 내부에 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 직접 냉매 가스를 공급하기 위한 냉각 유로가 각각의 권선 코일을 향해 분지되도록 형성되므로써 상기 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 냉매 가스를 직접 공급하여 권선 코일을 효과적으로 냉각시킬수 있어서 구동 모터의 성능을 향상시킬수 있고, 고정 디스크의 내부 공간을 유로로 활용할수 있어서 무게를 줄일수 있으며, 기기의 안정성을 확보하여 전체적인 효율을 증대시킬수 있게 된다.

Description

터보 압축기의 구동 모터 냉각구조{DRIVE MOTOR COOLING STRUCTURE OF A TURBO COMPRESSOR}

본 발명은 터보 압축기의 구동 모터 냉각구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터보 압축기의 모터실에 장착된 구동 모터의 고정자를 구성하는 고정 디스크의 내부를 통해 권선 코일에 직접 냉매 가스를 공급하여 효율적으로 냉각시킬수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 압축기는 공기나 냉매 가스 등의 기체를 압축하기 위한 기기로서, 상기 압축기는 크게 동력을 발생시키는 동력 발생부와 이 동력 발생부에서 전달된 구동력에 의해 기체를 흡입하여 압축하는 압축 기구부로 구성되며, 상기 압축기는 동력 발생부와 압축 기구부가 소정의 내부 체적을 갖는 밀폐 용기내에 함께 설치된 밀폐형 압축기와 상기 동력 발생부와 압축 기구부가 분리되어 구성되는 분리형 압축기로 나누어진다.

상기한 밀폐형 압축기는 기체를 압축하는 구조에 의해서 회전식 압축기(일명; 로타리 압축기), 왕복동식 압축기 및 스크롤 압축기 등이 있는데, 이와 같은 압축기는 기체를 압축하는 방식이 체적을 감소시킴에 따라 압축시키는 용적식이다.

상기 용적식 압축기에서 회전식 압축기는 내부에 원통형의 공간이 형성된 실린더 내부에 편심축이 회전하면서 내부 공간의 체적을 감소시킴에 따라 기체를 가압하는 구조이며, 상기 왕복동식 압축기는 실린더의 내부에서 피스톤이 왕복 운동하면서 내부 공간의 체적을 감소시킴에 따라 기체를 가압하는 구조이고, 상기 스크롤 압축기는 내부에 인벌류트 곡선형의 랩이 형성된 상,하 스크롤이 서로 맞물려 선회 운동하면서 내부 공간 체적을 감소시킴에 따라 기체를 가압하는 구조이다.

상기 회전식 압축기와 왕복동식 압축기는 기체를 주기적으로 가압하는 과정에서 주기적인 진동 및 소음을 발생시키고 효율이 낮은 반면, 제조 원가가 저렴하며, 상기 스크롤 압축기는 기체를 지속적으로 가압하는 과정에서 진동 및 소음의 발생이 적고 효율이 높은 반면, 사용 부품수가 많으며, 제조 원가가 비싸고, 용적식으로 고압의 냉매를 사용하므로써 부피가 상대적으로 크며, 부품의 무게가 비교적 무거워 냉장고나 공기 조화기 등의 가전 제품에 적용할 때, 적용되는 가전 제품의 사이즈가 커질 뿐만 아니라, 무게가 무거워서 취급이 어렵다.

한편, 최근에는 날개차를 회전시켜 기체를 압축하는 기기로서, 가전 제품에 사용가능하도록 사이즈가 소형일 뿐만 아니라 사용되는 부품수가 적고, 기체를 압축하는 압축 효율이 높은 터보 압축기가 제안되었는데, 도 1은 종래의 터보 압축기를 나타낸 종단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 흡입구(2)를 갖는 제 1 압축실(3)과 토출구(4)를 갖는 제 2 압축실(5)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 모터실(7)이 형성되며 상기 제 1 압축실(3)과 제 2 압축실(5)을 연통시킴과 더불어 상기 모터실(7)과 연통되도록 형성된 가스 유로(9)를 구비하여 이루어진 밀폐 용기(1)와, 상기 모터실(7)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동 모터(6)로 구성된다.

또한, 상기 제 1 압축실(3)에 일측 단부가 삽입되고 상기 제 2 압축실(5)에 타측 단부가 삽입되며 상기 구동 모터(6)에 결합되어 구동 모터(6)의 구동력을 전달하는 구동축(8)과, 상기 제 1 압축실(3)에서 회전가능하도록 구동축(8)의 일측 단부에 결합되어 흡입구(2)로 유입되는 가스를 1차 압축하여 가스 유로(9)를 통해 제 2 압축실(5)로 유동시키는 제 1 임펠러(10)와, 상기 제 2 압축실(5)에서 회전가능하도록 구동축(8)의 타측 단부에 결합되어 1차 압축되어 제 2 압축실(5)로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구(4)로 토출시키는 제 2 임펠러(11)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 구동축(8)의 양측에는 구동축(8)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(25)이 결합되며, 상기 구동축(8)의 중앙부에는 구동축(8)을 반경 방향으로 지지하는 레이디얼 베어링(19)이 상기 구동 모터(6)의 양측에 위치하도록 각각 결합된다.

미설명 부호 17은 어큐뮬레이터를 도시한 것이다.

상기한 바와 같은 종래 터보 압축기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 구동 모터(6)에 전류가 인가되면, 구동 모터(6)가 작동함과 더불어 구동 모터(6)의 구동력이 구동축(8)에 전달되어 구동축(8)이 회전하게 됨과 동시에, 구동축(8)의 회전에 의해 구동축(8)의 양단부에 결합된 제 1 임펠러(10)와 제 2 임펠러(11)가 각각 회전하게 된다.

이와 동시에, 상기 제 1 임펠러(10)와 제 2 임펠러(11)의 회전력에 의해 어큐뮬레이터(17)를 통과한 냉매 가스가 흡입구(2)를 통해 제 1 압축실(3)로 유입되어 1차 압축되고, 이 1차 압축된 냉매 가스는 가스 유로(9)를 통해 제 2 압축실(5)로 유입되며, 이 제 2 압축실(5)로 유입된 1차 압축된 냉매 가스는 제 2 압축실(5)에서 2차 압축되어 토출구(4)를 통해 토출되고, 이 2차 압축되어 토출된 냉매 가스는 냉동/공조 사이클을 구성하는 응축기(도시는 생략함)로 유입된다.

이때, 상기 1차 압축된 대부분의 냉매 가스는 가스 유로(9)를 통해 제 2 압축실(5)로 유입되는 한편, 상기 1차 압축된 일부의 냉매 가스는 구동 모터(6)를 냉각시키기 위해 순차적으로 모터실(7)과 가스 유로(9) 사이의 모터실 상부벽(13a) 일측의 유입 통공(18), 레일디얼 베어링(19)의 통공(20), 구동 모터(6)를 구성하는 회전 디스크(21)의 통공(22), 고정 디스크(12a), 레이디얼 베어링(19)의 통공(20)을 거치면서 상기 모터실(7)과 가스 유로(9) 사이의 모터실 상부벽(13a) 타측의 유출 통공(23)을 통해 가스 유로(9)를 거쳐 제 2 압축실(5)로 유입됨에 따라 구동 모터(6)를 냉각시키게 된다.

한편, 상기 터보 압축기에서 구동력을 발생시키는 구동 모터(6)는 도 2, 3에 도시한 바와 같이, 소정의 두께를 갖으며 내부에 환형으로 권선된 권선 코일(15)이 복수개 결합된 고정 디스크(12a)가 소정의 간격을 두고 모터실(7)의 내부에 복수개 고정 결합되어 이루어진 고정자와, 소정의 두께를 갖으며 내부에 복수개의 마그네트(26)가 결합된 회전 디스크(21)가 상기 고정 디스크(12a)의 사이에 교번되게 삽입되어 구동축(8)과 일체로 형성되는 회전자를 포함하여 구성된다.

상기 고정자를 구성하는 고정 디스크(12a)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원형으로 형성되며, 중앙에 구동축(8)에 삽입될 수 있도록 관통공(24)이 형성되고, 내부에 원형으로 코일이 권선된 복수개의 권선 코일(15)이 결합되며, 상기 권선 코일(15)은 코일을 복수회 원형으로 권선하여 이루어지고, 상기고정 디스크(12a)는 플라스틱이나, 글우(Glue) 재질로 제작된다.

상기 회전자를 구성하는 회전 디스크(21)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원형으로 형성되며, 내부에 소정의 형상을 갖는 복수개의 마그네트(26)가 방사형으로 삽입되어 결합되고 전체 마그네트(26)는 부채꼴 형상으로 형성되는데, 상기 회전 디스크(21)는 구동축(8)과 일체로 형성되며, 알루미늄 재질로 제작된다.

상기한 바와 같은 구동 모터(6)는 권선 코일(15)에 전류를 인가하게 되면, 권선 코일(15)의 내측으로 플럭스가 형성되며, 이 권선 코일(13)에 의한 플럭스와 마그네트(26)의 자력에 의한 상호 작용력에 의해 회전 디스크(21)가 회전력을 받아 회전하면서 구동축(8)을 회전시키게 됨과 동시에, 구동축(8)의 양단부에 결합된 제 1,2 임펠러(10)(11)가 회전하면서 제 1,2 압축실(3)(5)에서 냉매 가스를 흡입하여 1차, 2차로 압축시키게 된다.

상기 구동 모터(6)는 회전 디스크(21)로 구성된 회전자와 고정 디스크(12a)로 구성된 고정자가 축방향으로 배치되어 고속회전이 가능할 뿐만 아니라, 고정 디스크(12a)와 회전 디스크(21)의 수에 따라 비례하여 출력을 발생시킬 수 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 터보 압축기는 구동 모터(6)의 회전자를 구성하는 회전 디스크(21) 중앙의 외주연에 복수개의 통공(22)을 형성시켜 구동 모터(6)의 고정자를 구성하는 고정 디스크(12a)에 결합되어 있는 권선 코일(15)에 상기 통공(22)을 통해 압축기의 작동시 권선 코일(15)의 냉각을 위한 냉매 가스가 공급되는데, 상기 회전 디스크(21)의 강성을 고려하여 통공(22)을 크게 형성시킬수가없으므로 인해 냉각을 위한 충분한 량의 냉매 가스가 통공(22)을 통해 원활한 상태로 유입되지 않고, 상기 회전 디스크(21)가 작동시 고속으로 회전하므로 인해 회전되는 부근에 형성된 통공(22)으로 안정된 유량의 냉매 가스를 공급하기가 어려워 효율적인 냉각 기능을 수행할수가 없으며, 회전 디스크(21)의 구조상 통공(22)을 통과하는 냉매 가스의 유동을 방해하게 되는 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터보 압축기의 모터실에 장착되는 구동 모터의 고정자를 구성하는 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 직접 충분한 냉매 가스를 공급하여 효율적으로 냉각시킬수 있어서 구동 모터의 성능을 향상시킬수 있는 한편, 고정 디스크의 내부 공간을 유로로 활용할수 있어서 무게를 줄일수 있을 뿐만 아니라, 기기의 안정성을 확보하여 전체적인 효율을 증대시킬수 있는 터보 압축기의 구동 모터 냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 터보 압축기를 나타낸 종단면도

도 2는 도 1의 구동 모터를 나타낸 확대도

도 3은 도 1의 구동 모터를 나타낸 사시도

도 4는 도 1의 고정 디스크를 나타낸 정면도

도 5는 도 1의 회전 디스크를 나타낸 정면도

도 6은 본 발명에 따른 터보 압축기를 나타낸 종단면도

도 7은 도 6의 고정 디스크를 나타낸 정면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

7; 모터실 9; 가스 유로

12; 고정 디스크 13; 모터실 상부벽

14; 통공 15; 권선 코일

16; 냉각 유로

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소정의 두께를 갖으며 내부에 환형으로 권선된 권선 코일이 복수개 결합된 고정 디스크가 소정의 간격을 두고 모터실의 내부에 복수개 고정 결합되어 이루어진 고정자와, 소정의 두께를 갖으며 내부에 복수개의 마그네트가 결합된 회전 디스크가 상기 고정 디스크의 사이에 교번되도록 삽입되어 구동축과 일체로 형성된 회전자를 포함하여 구성된 터보 압축기의 구동 모터에 있어서, 상기 고정자를 구성하는 각각의 고정 디스크 내부에 유입되는냉매 가스를 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 직접 공급하여 권선 코일을 냉각시키기 위한 냉각 유로가 각각의 권선 코일을 향해 분지되도록 형성된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동 모터 냉각구조가 제공되므로써 달성된다.

여기서, 상기 냉각 유로와 모터실을 구획하는 모터실 상부벽에는 상기 고정디스크에 대응하는 위치에서 가스 유로와 모터실을 연결시키는 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 터보 압축기를 나타낸 종단면도이고, 도 7은 도 6의 고정 디스크를 나타낸 정면도로서, 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 본 발명을 설명한다.

본 발명은 터보 압축기의 밀폐 용기(1) 내부의 양측에 각각 흡입구(2)를 갖는 제 1 압축실(3) 및 토출구(4)를 갖는 제 2 압축실(5)이 형성되고, 상기 밀폐 용기(1) 내의 구동 모터(6)가 장착되는 모터실(7)의 중앙에는 상기 제 1,2 압축실(3)(5)에 양단부가 삽입되며 구동 모터(6)에 결합되어 구동력을 전달받아 회전하는 구동축(8)이 설치되며, 상기 구동축(8)의 일단에는 흡입구(1)로 유입되는 가스를 1차 압축하여 밀폐 용기(1)내의 상부에 형성된 가스 유로(9)를 통해 제 2 압축실(5)로 유동시키는 제 1 임펠러(10)가 제 1 압축실(3)에서 회전가능하게 결합되고, 상기 구동축(8)의 타단에는 1차 압축되어 제 2 압축실(5)로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구(4)로 토출시키는 제 2 임펠러(11)가 제 2 압축실(5)에서 회전가능하게 설치된다.

또한, 상기 고정자를 구성하는 각각의 고정 디스크(12) 내부에는 밀폐 용기(1)내의 모터실(7)과 가스 유로(9) 사이의 모터실 상부벽(13)에 형성된 통공(14)을 통해 유입되는 냉매 가스를 고정 디스크(12)에 결합되어 있는 권선 코일(15)에 직접 공급하여 권선 코일(15)을 냉각시키기 위한 냉각 유로(16)가 각각의 권선 코일(15)을 향해 분지되도록 형성되어 구성된다.

상기 통공(14)은 상기 고정 디스크(12)에 대응하는 위치에 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 터보 압축기의 작동시 먼저, 구동 모터(6)에 전류가 인가되면, 구동 모터(6)가 작동함과 더불어 구동 모터(6)의 구동력이 구동축(8)에 전달되어 구동축(8)이 회전하게 됨과 동시에, 구동축(8)의 회전에 의해 구동축(8)의 양단부에 결합된 제 1 임펠러(10)와 제 2 임펠러(11)가 각각 회전하게 된다.

이와 동시에, 상기 제 1 임펠러(10)와 제 2 임펠러(11)의 회전력에 의해 어큐뮬레이터(17)를 통과한 냉매 가스가 흡입구(2)를 통해 제 1 압축실(3)로 유입되어 1차 압축되고, 이 1차 압축된 냉매 가스는 가스 유로(9)를 통해 제 2 압축실(5)로 유입되며, 이 제 2 압축실(5)로 유입된 1차 압축된 냉매 가스는 제 2 압축실(5)에서 2차 압축되어 토출구(4)를 통해 토출되고, 이 2차 압축되어 토출된 냉매 가스는 냉동/공조 사이클을 구성하는 응축기로 유입된다.

이때, 상기 1차 압축된 대부분의 냉매 가스는 가스 유로(9)를 통해 제 2 압축실(5)로 유입되는 한편, 상기 1차 압축된 일부의 냉매 가스는 구동 모터(6)를 냉각시키기 위해 순차적으로 모터실(7)과 가스 유로(9) 사이의 모터실 상부벽(13) 일측의 유입 통공(18), 레일디얼 베어링(19)의 통공(20), 구동 모터(6)를 구성하는 회전 디스크(21)의 통공(22), 고정 디스크(12), 레이디얼 베어링(19)의 통공(20)을 거치면서 상기 모터실(7)과 가스 유로(9) 사이의 모터실 상부벽(13) 타측의 유출 통공(23)을 통해 가스 유로(9)를 거쳐 제 2 압축실(5)로 유입됨에 따라 구동 모터(6)를 냉각시킬수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 상기 고정자를 구성하는 각각의 고정 디스크(12) 내부에는 고정 디스크(12)에 결합되어 있는 권선 코일(15)에 직접 냉매 가스를 공급하기 위한 냉각 유로(16)가 각각의 권선 코일(15)을 향해 분지되도록 형성되어 있으므로 상기 제 1 임펠러(10)와 제 2 임펠러(11)의 회전력에 의해 어큐뮬레이터(17)를 통과한 냉매 가스가 흡입구(2)를 통해 제 1 압축실(3)을 거쳐 가스 유로(9)로 유입되면서 1차 압축된 일부의 냉매 가스가 구동 모터(6)를 냉각시키기 위해 순차적으로 밀폐 용기(1)내의 모터실(7)과 가스 유로(9) 사이의 모터실 상부벽(13) 일측의 유입 통공(18)으로 유입된다.

한편, 나머지 냉매 가스는 가스 유로(9)를 통과하면서 상기 모터실 상부벽(13)에 형성된 통공(14)을 통해 상기 고정 디스크(12) 내부의 권선 코일(15)을 향해 분지되도록 형성된 냉각 유로(16)로 유입되어 상기 고정 디스크(12) 중앙의 관통공(24)의 내부에서 냉매 가스가 각각의 권선 코일(15)에 직접 공급되므로 권선 코일(15)을 냉각시킨 후, 계속해서 냉매 가스가 상기 모터실(7)과 가스유로(9) 사이의 모터실 상부벽(13) 타측의 유출 통공(21)을 통해 가스 유로(9)를 거쳐 제 2 압축실(5)로 유입됨에 따라 구동 모터(6)의 중요한 냉각 부위인 권선 코일(15)을 효율적으로 냉각시킬수 있게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 터보 압축기의 고정자를 구성하는 각각의 고정 디스크 내부에 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 직접 냉매 가스를 공급하기 위한 냉각 유로가 각각의 권선 코일을 향해 분지되도록 형성되므로써 상기 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 냉매 가스를 직접 공급하여 권선 코일을 효과적으로 냉각시킬수 있어서 구동 모터의 성능을 향상시킬수 있고, 고정 디스크의 내부 공간을 유로로 활용할수 있어서 무게를 줄일수 있으며, 기기의 안정성을 확보하여 전체적인 효율을 증대시킬수 있으므로 인해 압축기의 효율성 및 신뢰성을 대폭 향상시킨 매우 유용한 발명이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 소정의 두께를 갖으며 내부에 환형으로 권선된 권선 코일이 복수개 결합된 고정 디스크가 소정의 간격을 두고 모터실의 내부에 복수개 고정 결합되어 이루어진 고정자와, 소정의 두께를 갖으며 내부에 복수개의 마그네트가 결합된 회전 디스크가 상기 고정 디스크의 사이에 교번되도록 삽입되어 구동축과 일체로 형성된 회전자를 포함하여 구성된 터보 압축기의 구동 모터에 있어서, 상기 고정자를 구성하는 각각의 고정 디스크 내부에 유입되는 냉매 가스를 고정 디스크에 결합되어 있는 권선 코일에 직접 공급하여 권선 코일을 냉각시키기 위한 냉각 유로가 각각의 권선 코일을 향해 분지되도록 형성된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동 모터 냉각구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각 유로와 모터실을 구획하는 모터실 상부벽에는 상기 고정디스크에 대응하는 위치에서 가스 유로와 모터실을 연결시키는 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동 모터 냉각구조.