KR100937428B1 - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 모터의 재료비를 최소화하여 생산 원가를 낮춘 모터에 관한 것이다. 아울러 본 발명은 생산 원가를 낮춤에도 불구하고 종래의 모터 성능에 근접한 모터에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 로터, 그리고 스테이터 코일이 권선된 스테이터를 포함하여 이루어지며, 상기 스테이터 코일은 메인 코일, 그리고 상기 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 서브 코일을 포함하여 이루어지는 모터가 제공된다.

모터, 압축기, 도전율, 코일

Description

모터{Motor}

본 발명은 모터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 모터의 재료비를 최소화하여 생산 원가를 낮춘 모터에 관한 것이다. 아울러 본 발명은 생산 원가를 낮춤에도 불구하고 종래의 모터 성능에 근접한 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 로터의 회전력을 회전축으로 전달하여, 상기 회전축이 부하를 구동하게 된다. 예를 들어, 상기 회전축이 세탁기의 드럼에 연결되어 드럼을 구동시킬 수 있으며, 냉장고의 팬과 연결되어 필요한 공간으로 냉기가 공급되도록 팬을 구동시킬 수 있다.

아울러, 상기 모터는 유체 특히 냉매를 압축하는 압축기에 적용될 수 있다. 일반적으로 압축기는 회전식 모터가 적용된 회전식 압축기와 왕복동식 압축기, 그리고 리니어 모터가 적용된 리니어 압축기로 구분될 수 있다.

이러한 압축기에 있어서, 상기 모터가 차지하는 체적 비율이나 재료비는 다른 가전 제품 등에 비하여 월등히 높다. 물론 전체의 무게에 대한 모터의 무게가 차지하는 비율 또한 상대적으로 매우 높다. 따라서, 모터에 의한 재료비, 모터의 체적, 그리고 모터의 무게에 대한 문제는 압축기에 있어서 상대적으로 매우 클 수 밖에 없다.

한편, 이러한 회전식 모터에 있어서, 로터는 스테이터와의 전자기적인 상호 작용에 의해서 회전하게 된다. 이를 위해서 상기 스테이터에는 스테이터 코일이 권선되며, 상기 코일에 전류가 인가됨에 따라 로터가 스테이터에 대해서 회전하게 된다.

상기 코일은 일반적으로 구리 재질로 형성된다. 왜냐하면, 구리 재질이 전도율이 매우 우수하며, 아울러 연성이 우수하여 권선 시 손상이 적기 때문이다.

그러나, 구리 재질은 상대적으로 원가가 매우 높으며 이에 따라 모터의 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 모터 제조 원가의 상승으로 인하여 상기 모터가 적용되는 압축기 등의 제조 원가 또한 동반하여 상승할 수밖에 없다.

아울러, 제조 원가의 상승뿐만 아니라 국제적으로 구리 수용가 폭등하여 안정적인 원자재 수급이 이루어지지 않는 경우가 많다. 이는 안정적으로 대량으로 모터를 생산해야 한다는 전제하에서는 매우 큰 문제이다.

따라서, 구리 재질의 코일이 아닌 다른 재질의 코일을 사용하여 모터의 제조 원가를 절감시키고 안정적으로 원자재의 수급이 이루어지도록 할 필요가 있다. 아울러 다른 재질의 코일을 사용하더라도 기존 구리 재질의 코일을 사용하는 것에 비하여 만족할만한 성능을 갖는 모터를 제공할 필요가 있다.

한편, 구리 재질의 코일을 다른 재질의 코일로 대체하는 경우 종래의 구성을 크게 변경하지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 설령 코일 자체의 원가는 절감시 킨다고 하더라도 다른 필수 구성을 새로 설계하고 제작하여야 한다면 초기 설비 투자비가 지나치게 상승 될 우려가 있기 때문이다.

본 발명은 기본적으로 전술한 문제점을 해결하고자 하는 데 목적이 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 스테이터 코일의 원가를 절감시켜 전체적으로 모터의 제조 원가를 절감시킨 모터를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 모터의 제조 원가를 절감시키되, 종래의 필수 구성들을 크게 변경시키지 않고도 종래의 모터의 성능에 비하여 만족할만한 성능을 갖는 모터를 제공하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 목적은 양산이 가능한 모터 또는 압축기 등을 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 로터, 그리고 스테이터 코일이 권선된 스테이터를 포함하여 이루어지며, 상기 스테이터 코일은 메인 코일, 그리고 상기 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 서브 코일을 포함하여 이루어지는 모터를 제공한다.

여기서, 상기 메인 코일과 상기 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다.

그리고, 상기 메인 코일과 상기 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 구리일 수 있으며, 상기 메인 코일과 상기 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 구리가 입혀진 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수도 있다.

한편, 상기 메인 코일의 도전 재료는 구리이며, 상기 서브 코일의 도전 재료는 구리가 입혀진 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 이 경우 상기 서브 코일의 선경은 상기 메인 코일의 선경과 다른 것이 바람직하다. 즉, 도전율이 낮은 코일의 선경을 더욱 크게 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 서브 코일이 권선되는 스테이터의 슬롯 개구부의 폭이 상기 메인 코일이 권선되는 스테이터의 슬롯 개구부의 폭보다 더 큰 것이 바람직하다. 또한, 상기 서브 코일이 권선되는 스테이터의 슬롯 단면적은 상기 메인 코일이 권선되는 스테이터의 슬롯 단면적과 같거나 더 넓은 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 로터, 그리고 스테이터 코일이 권선된 스테이터를 포함하여 이루어지며, 상기 스테이터 코일은 제 1 메인 코일, 그리고 상기 1 메인 코일과 직렬로 연결되고 서로 분할되며, 상기 제 1 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 제 2 메인 코일을 포함하여 이루어지는 모터.

또한, 본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 모터가 구동되어 냉매의 압축이 일어나는 압축기에 있어서, 상기 모터는, 로터, 그리고 스테이터 코일이 권선된 스테이터를 포함하여 이루어지며, 상기 스테이터 코일은 메인 코일, 그리고 상기 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 서브 코일을 포함하여 이루어지는 압축기를 제공한다.

여기서, 상기 메인 코일과 서브 코일의 선경은 서로 다른 것이 바람직하다. 특히, 도전율이 낮은 코일의 선경을 더욱 크게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 코일의 원가를 절감시켜 전체적으로 모터의 제조 원가를 절감시켜 경제적인 모터를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 모터의 제조 원가를 절감시키되, 종래의 필수 구성들을 크게 변경시키지 않고 양산 가능한 모터와 이를 적용한 압축기를 제공할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 종래의 모터와 압축기의 성능에 비하여 만족할만한 성능을 갖는 모터와 압축기를 제공할 수 있으며, 효율 대비 비용 만족 효과를 높일 수 있는 모터와 압축기를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 모터는 스테이터에 복수 개의 스테이터 코일이 권선된 모터에 바람직하다. 즉, 전원에 대해서 직렬 또는 병렬로 연결된 복수 개의 스테이터 코일을 갖는 모터에 바람직하다. 이러한 모터의 일례로 유도 모터가 있다.

단상(single phase)용 유도 모터는 스테이터에 메인 코일과 서브 코일을 서로 공간적 전기각으로 90°벗어난 곳에 권선하고, 전원 전압은 메인 코일에 직접 가하고 서브 코일에는 커패시터와 스위치를 통하여 가한다. 그 이유는 메인 코일만으로는 전압을 가해도 기동되지 않는 성질이 있기 때문이다. 따라서, 상기 서브 코일 등과 같은 기동 장치를 통하여 스테이터에서 회전자계를 발생시켜 로터가 기동할 수 있도록 한다.

이러한 기동 장치는 그 종류에 따라 분상 기동형, 세이딩 코일형, 커패시터 기동형 또는 반발 기동형 등으로 분류된다.

이러한 기동 장치를 갖는 단상용 유도 모터의 예로 커패시터 기동형 단상 유도 모터가 도 1 내지 도 3에 도시되어 있다.

상기 스테이터(110)에 메인 코일(112)만 권선된 경우에는 상기 스테이터(110)에서 교번자계만이 발생되어 로터(120)의 기동이 이루어지지 않는다. 따라서, 상기 스테이터에 서브 코일(114)을 권선하여 회전자계를 발생시키고, 상기 회전자계에 의해서 상기 로터(120)가 일정한 방향으로 기동되어 회전하게 된다. 즉, 이러한 회전자계를 통하여 기동토크가 발생되는 것이다.

여기서, 상기 커패시터(115)는 상기 서브 코일(114)에 인가되는 전류의 위상을 지연시켜 메인 코일(112)과의 상호 작용을 통하여 기동 토크를 발생시키는 역할을 수행한다. 일단 기동되면 부하의 변동이 없는 경우 상기 서브 코일에 전원이 인가되지 않더라도 로터는 회전을 유지한다. 따라서 기동 후 일정 회전수 이상인 경우에 상기 서브 코일에는 전원이 인가되지 않아도 된다. 그러나, 부하가 가변되는 경우에는 기동 토크가 필요하므로 상기 서브 코일은 항상 커패시터를 통해 전원이 공급됨이 바람직하다.

물론, 3상 유도 모터의 경우에는 메인 코일만 스테이터에 권선되는 경우에도 회전계가 발생하기 때문에 전술한 서브 코일이 스테이터에 권선될 필요가 없다. 즉, 별도의 기동장치가 필요 없게 된다.

이러한 단상 유도 모터는 BLDC(brushless DC) 모터나 릴럭턴스 모터와 같이 인버터 구성을 필요로 하지 않고, 단상 상용 전원을 그대로 이용하여 기동이 가능 하기 때문에 가격 경쟁력이 우수하다는 장점을 갖는다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 모터, 특히 단상 유도 모터에 대해서 상세히 설명한다.

상기 스테이터(110)는, 내부가 중공이며, 내주면을 따라 소정 각도 간격으로 배치되어 반경 방향 내측으로 돌출되는 복수 개의 티스(111) 및 1차 전류 인가시 N극 또는 S극의 극성을 갖도록 상기 티스(111) 각각에 권선되는 메인 코일(112)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 티스(111)와 메인 코일(112) 사이에는 인슐레이터(미도시)가 구비되어 상기 티스와 메인 코일 사이에서 절연 기능을 수행하는 한편 메인 코일이 용이하게 권선되도록 하는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 스테이터(110)는 상기 메인 코일(112)과 공간적 전기각으로 소정 각도를 두고 감겨 전류 인가시 회전자계를 형성하도록 하는 서브 코일(114)을 포함하여 이루어진다. 물론, 상기 서브 코일도 인슐레이터를 통하여 티스(11)에 권선되며, 상기 메인 코일(112)과 서브 코일(114)을 통틀어 스테이터 코일 또는 코일이라고 할 수 있다.

상기 코일(112, 114)은 단상 전원과 연결되며, 상기 메인 코일(112)과 서브 코일(114)은 서로 병렬로 연결된다. 아울러, 상기 서브 코일에는 커페시터(115)가 직렬로 연결되어 있다. 그리고, 도시되지는 않았지만 상기 커페시터는 스위치를 통해 선택적으로 전원과 연결되어 질 수 있다.

한편, 상기 메인 코일(112)와 서브 코일(114)는 다양한 형태로 상기 스테이 터(110)에 권선될 수 있다. 일례로 하나의 티스(111)가 하나의 극을 형성하도록 집중권 형태로 권선될 수 있으며, 복수 개의 티스(111)가 하나의 극을 형성하도록 분산권 형태로 권선될 수 있다. 일반적으로 로터가 스테이터의 내부에서 회전하는 이너 로터 타입의 모터는 분산권으로 권선됨이 보통이며, 로터가 스테이터의 외부에서 회전하는 아우터 로터 타입의 모터는 집중권으로 권선됨이 보통이다.

도 3은 메인 코일(112)과 서브 코일(114)가 복수 개의 티스(111)에 권선되어 각각 6극을 형성하도록 권선된 예를 도시하고 있다. 여기서, 티스(111)와 이웃하는 티스(111) 사이의 공간을 슬롯(113)이라 하는 데, 결국 스테이터 코일은 어느 하나의 슬롯과 다른 하나의 슬롯 사이에 권선된다고 할 수 있다. 도 3에 도시된 스테이터에 있어서, 모든 슬롯에 코일이 권선되지 않고 특정 슬롯에는 메인 코일(112)이 권선되고 또 다른 특정 슬롯에는 서브 코일(114)가 권선된다.

상기 로터(120)는, 일반적으로 농형(籠形) 로터(squirrel cage rotor )가 많이 사용되며, 도 1 및 도 2에는 상기 농형 로터가 도시된 것이다.

이러한 로터(120)는 보통 중심에서 소정 반경 위치에 외주를 따라 소정 각도로 배치된 복수 개의 슬롯(121)이 형성된 강판을 적층하여 형성한다. 그리고, 상기 로터는 상기 로터 코어의 슬롯(121) 내에 삽입되는 봉 형상의 도체바(122)를 포함하며, 이러한 봉 형상의 도체바는 보통 구리 또는 알루미늄 봉이 사용된다.

그리고, 상기 농형 로터 코어의 양단부는 상기 도체바를 통한 전기적 단락을 이루기 위하여 앤드링(미도시)으로 연결되며, 일반적으로 이는 알루미늄 다이캐스팅으로 형성된다. 즉, 알루미늄 다이캐스팅을 통하여 상기 도체바(122)와 앤드링 이 일체로 형성되며, 상기 로터 코어의 상부와 하부에 각각 상기 앤드링이 형성된다.

한편, 상기 로터(120)는 중심부에 축공(124)이 형성된다. 상기 축공에는 상기 로터의 회전력을 외부로 전달하는 회전축(미도시)이 압입되어 상기 로터와 상기 회전축은 일체로 회전하게 된다. 이러한 회전축은 압축기에서 냉매의 압축을 위한 동력을 제공하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터에 있어서 스테이터 코일(112, 114)은 티스(111)의 반경 방향 외측에는 메인 코일(112)이 권선되고, 반경 방향 내측에는 서브 코일(114)이 권선될 수 있다. 여기서, 상기 코일들의 도선 재료로는 일반적으로 구리를 사용하고 에나멜이 코팅된다.

그러나, 전술한 바와 같이 구리를 도선 재료로 사용하는 경우에는 재료 가격의 상승과 무게의 상승을 필연적으로 가져오게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따르면 구리가 아닌 다른 재료를 도선 재료로 사용한다.

보다 구체적으로, 상기 도선 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 여기서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 구리에 비하여 가격이 저렴하며, 무게 또한 가볍다.

한편, 상기 알루미늄 재질은 구리 재질에 비하여 도전율이 낮다. 구리의 도전율은 약 96%이며, 알루미늄의 도전율은 약 60%이다. 따라서 스테이터와 로터의 형상이나 사이즈가 동일한 경우, 스테이터 코일을 알루미늄 재질로 형성하는 것과 구리 재질로 형성하는 것에는 모터의 성능에 차이가 발생될 수밖에 없다. 따라서, 이의 차이를 최소화하는 것이 매우 중요하다. 아울러, 스테이터와 로터의 형상이나 사이즈에 큰 변경을 가하지 않는 것도 중요하다.

먼저 알루미늄 재질을 스테이터 코일의 도선 재료로 사용하는 경우, 원하는 모터 성능을 얻기 위해서 코일의 선경을 증대시키는 것이 가능하다. 왜냐하면 선경이 증대됨에 따라 코일 내의 전기 저항은 작아지기 때문이다. 그러나, 선경이 증가됨에 따라 스테이터에 권선될 수 있는 코일의 권선수는 작아질 수밖에 없다. 따라서, 선경의 증가에는 일정 한계가 존재할 것이다.

또한, 알루미늄 재질을 스테이터 코일의 도선 재료로 사용하는 경우, 원하는 모터 성능을 얻기 위해서 스테이터의 적층 높이를 더욱 높이는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우 전체적인 모터의 높이가 커질 수밖에 없기 때문에 일정 한계가 존재할 것이다.

한편, 알루미늄 재질을 도선 재료로 사용하는 경우 권선 과정에서 문제점이 도출될 수 있다. 왜냐하면 알루미늄 재질은 구리 재질에 비하여 연성이 낮기 때문이다. 즉, 권선 과정에서 쉽게 찍힐 수 있고 부러지기 쉽다. 따라서 대량 생산 과정에서 불량, 즉 단선의 위험성이 높다고 볼 수 있다.

따라서, 본 발명에 있어서 상기 메인 코일과 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 즉, 다른 하나의 도전 재료는 구리일 수 있다. 또한, 상기 메인 코일과 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 구리가 입혀진 알루미늄(Coppper Claded Aluminum, 이하 'CCA'라 한다)일 수 있다. 즉, 다른 하나의 도전 재료는 구리일 수 있다. 다시 말하면, 상기 메인 코일이나 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료를 구리로 하고, 다른 하나는 알루미늄, 알루미늄 합금, 그리고 CCA 중 어느 하나의 재질로 형성함이 바람직하다.

이 경우 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 스테이터 코일의 도전 재료를 모두 알루미늄으로 하는 경우에 비하여 코일 선경의 증가와 스테이터의 적층 높이의 증가를 최소화하는 것이 가능하다. 아울러, 권선 과정에서의 코일 손상을 방지하는 것이 가능하다. 이러한 효과는 CCA에서 가장 우수할 것이다.

한편, 본 발명자의 연구에 의하면, 구리만을 스테이터 코일로 사용하는 경우 스테이터의 직경에 대한 적층 높이의 비(D/L)는 약 0.68이었다. 이러한 모터에 알루미늄만을 스테이터 코일로 사용하는 경우, 동일 조건에서 스테이터의 직경에 대한 적층 높이의 비는 0.78이었다. 즉, 이는 구리만을 스테이터 코일로 사용하는 경우보다 알루미늄만을 스테이터 코일로 사용하는 경우 스테이터의 적층 높이를 더욱 키워야 함을 의미한다.

따라서, 스테이터 코일 중 메인 코일이나 서브 코일 중 어느 하나만을 알루미늄, 알루미늄 합금, 그리고 CCA 중 어느 하나를 사용한다면 스테이터의 직경이 고정된 값이라면 그만큼 스테이터의 적층 높이를 줄일 수 있게 된다.

물론, 메인 코일이나 서브 코일 중 어느 하나를 CCA로 하는 경우, 다른 하나를 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성하는 것도 가능할 것이며, 이 경우에도 상기 L/D는 0.78 미만에 해당될 것이다.

한편, 스테이터 코일을 알루미늄이나 알루미늄 합금보다는 CCA를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 왜냐하면 CCA는 알루미늄이나 알루미늄 합금 외층에 구리를 입혀 형성하므로 전체적인 전도율을 구리에 가깝게 할 수 있으며, 알루미늄의 기계적인 취약성을 보완할 수 있기 때문이다.

여기서, 상기 메인 코일과 서브 코일은 전체 스테이터 코일에서 차지하는 비율(체적, 무게, 그리고 재료비 중 적어도 어느 하나에 있어서)이 서로 비슷한 경우에 본 발명에 따른 효과는 보다 커진다고 할 수 있다. 예를 들어, 세이딩형 유도 모터에서 세이딩 코일이 서브 코일이라 하는 경우, 상기 세이딩 코일을 알루미늄 재질로 형성한다면 재료비 절약과 무게의 절감에는 큰 효과가 없다고 할 수 있기 때문이다. 왜냐하면 세이딩 코일은 메인 코일에 비하여 체적이나 무게 등이 현저히 작기 때문이다.

도 4는 메인 코일(112)과 상기 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 서브 코일(114)을 갖는 모터의 성능 차이를 보여주는 그래프이다. 여기서, 다른 조건은 모두 동일하고, 단지 도선 재료만 달리하였다.

도 4에 나타난 바와 같이, 모터의 성능 관점에서 종래와 같이 메인 코일과 서브 코일에 모두 구리 재질을 사용하는 경우, 모터 성능이 가장 우수함을 알 수 있다. 아울러, 메인 코일과 서브 코일에 모두 알루미늄 재질을 사용하는 경우 모터 성능이 가장 저조함을 알 수 있다.

그러나, 메인 코일에 구리 재질을 사용하고 서브 코일에 CCA를 사용하는 경우 양자를 모두 구리 재질로 하는 경우의 모터 성능에 매우 근접한 것을 알 수 있다.

아울러, 이러한 모터를 압축기에 적용하여 압축기의 효율 관점에서도 상기와 같은 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 도 4에 나타난 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 메인 코일과 서브 코일의 도선 재료를 서로 달리하되, 어느 하나는 구리 재질이며 다른 하나는 CCA인 것이 바람직하다고 할 수 있다. 이를 통해서 스테이터 적층이 증가되는 것을 최소화할 수 있다.

도 5는 메인 코일(112)과 상기 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 서브 코일(114)을 갖는 모터의 재료비의 차이를 보여주는 그래프이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 모터에 의하면 두 가지 형태의 모터에 있어서 재료비를 현저히 절감시킬 수 있음을 알 수 있다.

즉, 모두 구리 재질로 스테이터 코일을 형성하는 것에 비하여 메인 코일이나 서브 코일을 CCA로 형성하는 경우 모터의 재료비를 9.4% 에서 10.7%를 줄일 수 있음을 알 수 있다.

이러한 재료비의 차이는 모터가 대량 생산됨을 전제로 한다면 매우 현저한 효과인 것은 아무리 강조해도 지나치지 않을 것이다.

한편, 전술한 바와 같이 메인 코일과 서브 코일의 도전 재료를 서로 달리하는 경우 스테이터의 적층 높이의 증가를 최소화하기 위하여 상기 메인 코일과 서브 코일의 선경은 서로 다르도록 함이 바람직하다. 즉, 메인 코일에 구리를 사용하고, 서브 코일에 CCA를 사용하는 경우, 상기 서브 코일의 선경을 더욱 크게 하는 것이 바람직하다.

한편, 선경을 크게하는 경우 슬롯(113)에 삽입되어 권선되는 코일 수는 작아질 수 밖에 없다. 따라서, 슬롯의 단면적을 더욱 키우는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 슬롯의 단면적을 키우는 것에는 한계가 있다. 따라서, 전체적인 슬롯의 단면적을 키우는 것이 아닌, 서브 코일이 권선되는 슬롯의 단면적만을 키우는 것이 바람직하다. 즉, 메인 코일이 권선되는 슬롯의 단면적과 서브 코일이 권선되는 슬롯의 단면적을 서로 달리하는 것이 더욱 바람직하다. 물론 메인 코일을 CCA로 하고, 서브 코일을 구리로 하는 경우에는 그 반대에 해당될 것이다.

또한, 선경을 키우는 경우 코일을 슬롯에 삽입하는 것이 어려워질 것이다. 따라서, 슬롯의 개구부 폭(A)도 키우는 것이 바람직하다. 그러나, 선경이 증가됨에 따라 코일의 전기적 저항은 작아지지만, 슬롯의 개구부 폭이 커짐에 따라 자속 밀도는 낮아지게 된다. 따라서, 이 경우 선경이 큰 코일이 권선되는 부분의 슬롯 개구부의 폭만을 더 키우는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 메인 코일이 권선되는 슬롯의 개구부 폭과 서브 코일이 권선되는 슬롯의 개구부 폭을 서로 달리하는 것이 바람직하다.

따라서, 선경이 증가되더라도 슬롯의 단면적이 증가하고 아울러 슬롯의 개구부 폭이 증가하므로 슬롯 내에 충진되는 코일의 양을 증가시킬 수 있다. 그러므로 이를 통해서 스테이터의 적층 높이가 증가되는 것을 최소화할 수 있다.

상기에서는 스테이터 코일 중 메인 코일과 서브 코일이 도전율이 서로 다른 재질로 형성된 예를 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어 스테이터 코일이 제 1 메인 코일과 제 2 메인 코일을 포함하여 이루어지는 경 우에도 본 발명이 적용될 수 있다.

즉, 메인코일(M₁, M₂)을 분할하여 기동 초기에는 메인코일로 흐르는 전류를 크게 하여 큰 기동 토크를 발생시켜 결과적으로 정상운전에 도달하는 시간을 빠르게 하는 한편, 정상운전 시에는 메인코일로 흐르는 전류를 작게 하여 동력 손실을 최소화하는 모터가 제공에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

이러한 모터는 전술한 모터와는 스테이터와 로터는 동일하나, 권선 방법이 다른 모터라고 할 수 있다.

도 6을 참조하여 이러한 형태의 모터, 특히 분상 기동형 모터에 대해서 설명한다.

먼저 도 6에 도시된 바와 같이 모터는, 제1 메인코일(M₁)과 제2 메인코일(M₂)이 직렬로 연결된 메인 코일이 B 접점으로 단상 전원단에 선택적으로 연결된다. 그리고 이러한 메인코일과 병렬로 서브 코일(S)이 C 접점으로 단상 전원단에 선택적으로 연결된다.

한편, 제1 메인코일(M_{1 )}과 제2 메인코일(M₂)의 분할 지점과 단상 전원단이 A 접점으로 선택적으로 연결된다.

여기서, A 접점과 B 접점은 선택적으로 온(on)/오프(off) 되며, A 접점과 C 접점은 동기로 온/오프 될 수 있다. 다시 말하며, A 접점이 온 인 경우에 B 접점은 항상 오프이며, A 접점이 오프 인 경우에는 B 접점은 항상 온 이다. 그리고 A 접점이 온인 경우에 C 접점은 항상 온 이며, A 접점이 오프 인 경우에는 C 접점은 항상 오프 일 수 있다.

여기서, 점선으로 둘러싼 부분은 스위치 박스(200)에 해당하게 된다.

초기 기동 시에 전원이 인가되면, A 접점과 C 접점이 온 되어 제1 메인코일과 서브 코일(S)에만 전류가 흐르게 되고 초기 큰 기동 토크로 인하여 회전자가 기동하여 점차 동기 속도로 회전하게 된다.

그리고, 일정 속도 이상으로 회전한 후에는 B 접점이 온 되고, C 접점이 오프 되어 전류는 제1 메인 코일과 제2 메인 코일에만 흐르게 되어, 메인 코일에 흐르는 전류가 적어짐으로 하여 동력 손실을 줄일 수 있다.

즉, 기동 시에는 메인 코일로 흐르는 전류를 크게 하고, 정상운전 시에는 메인코일로 흐르는 전류를 적게 하는 동시에 서브 코일로 흐르는 전류를 차단하여 고효율의 유도 모터를 구현하게 된다.

따라서, 전술한 바와 같이 스테이터 코일이 제 1 메인 코일, 그리고 상기 제 1 메인 코일과 직렬로 연결되고 서로 분할된 제 2 메인 코일을 갖는 모터에 있어서, 상기 메인 코일들은 서로 도전율이 다른 재질로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제 2 메인 코일은 모터의 운전 상태에 따라 선택적으로 전원과의 연결이 해제된다. 예를 들어, 모터의 기동 시 상기 제 2 메인 코일은 전원과의 연결이 해제되고, 정상 운전 시에는 전원과 연결될 수 있다.

한편, 여기서 모터의 운전 상태라 함은 모터 자체의 운전 상태, 예를 들어 정상 운전 상태인지 기동 상태인지와 같은 운전 시점과 관련된 상태뿐만 아니라 부하와 관련된 상태를 포함한다. 즉, 모터에 걸리는 부하가 가변되는 경우에도 필요 시 콘트롤러는 분할된 메인 코일들을 선택적으로 전원과 연결하거나, 전류의 방향을 전환시킬 수 있다. 이러한 예로는 극변환 모터가 있으며, 필요에 따라 2극에서 4극으로 극변환이 가능한 모터가 있다. 따라서, 이러한 모터에서도 본 발명을 적용하는 것이 가능할 것이다.

물론, 이 경우에도 제 1 메인 코일이 권선되는 슬롯의 단면적이나 슬롯의 개구부 폭을 제 2 메인 코일이 권선되는 슬롯의 단면적이나 슬롯의 개구부 폭과 달리하는 것도 가능할 것이다.

이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 압축기에 대해서 상세히 설명한다. 여기서, 상기 압축기는 회전 압축기인 것이 바람직할 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 압축기는 밀폐형 용기에 의해 외관이 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 밀폐형 용기는 원통형 케이스(3), 상부 커버(4), 그리고 하부 커버(5)로 이루어질 수 있다.

상기 케이스(3)의 일측에는 냉매 입구(10)가 형성되어 있고, 상부 커버(4)의 중심 부위에는 냉매 출구(20)가 형성된다.

상기 밀폐용기 내의 상부 또는 하부에 위치되는 전동기구부(100)는 전술한 모터들이 적용될 수 있다. 여기서, 상기 스테이터(1)는 상기 원통형 케이스(3)의 내벽에 고정된다.

상기 전동기구부(100)에 의한 동력으로 냉매를 압축하는 압축기구부(40)는 실린더(45), 베어링들(42, 43), 크랭크 샤프트(31), 그리고 롤링피스톤(36)을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 실린더(45)는 냉매의 압축이 일어나는 공간을 형성하며, 상기 실린더의 상/하단면에 각각 장착되는 상부베어링(42) 및 하부 베어링(43)이 구비된다. 상기 베어링들은 크랭크 샤프트(31)를 회전 가능하게 지지함과 동시에 상기 실린더(45) 내부의 공간을 밀폐시키는 기능을 수행한다.

상기 크랭크 샤프트(31)는 상기 모터의 로터(12) 및 실린더(45)의 중심을 관통하되 상기 로터와 함께 회전될 수 있어 상기 전동기구부(100)에서 발생된 회전력을 압축기구부(40)에 전달할 수 있다. 한편 상기 크랭크 샤프트(31)의 하부에는 편심부(31a)가 형성되며, 상기 편심부의 외부에 씌워지도록 실린더의 내부에서 회전하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(36)이 장착된다.

여기서, 상기 롤링피스톤(36)의 무게 중심과 상기 크랭크 샤프트(31)의 회전 중심이 서로 중첩되지 않기 때문에, 상기 롤링피스톤이 압축기 내부에서 고속으로 회전할 때 동력 불평형 현상을 초래하여 압축기 진동의 주요 원인이 된다. 이런 문제를 해결하기 위하여 통상적으로 상기 로터의 상단부에 밸런스(6)를 설치하여 모멘트를 평형시킨다. 미설명된 도면 부호 2는 스테이터 코일이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 압축기의 많은 부분은 전동기구부(100), 즉 모터가 차지한다. 아울러, 상기 모터는 대부분의 금속으로 이루어지기 때문에 매우 무겁다. 따라서, 모터의 재료비를 줄이고 그 무게를 줄이는 것은 다른 가전 제품 등에 비해서 그 필요성이 매우 크다.

이를 위해서, 모터가 구동되어 냉매의 압축이 일어나는 본 발명에 따른 압축기에 있어서, 상기 모터는, 로터, 그리고 스테이터 코어와 상기 스테이터 코어에 권선된 스테이터 코일을 포함하여 이루어지며, 상기 스테이터 코일은 메인 코일, 그리고 상기 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 서브 코일을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.

여기서, 상기 메인 코일과 상기 서브 코일의 도전 재료는 전술한 모터와 마찬가지로 적용하는 것이 가능할 것이다. 이를 통해서 모터 및 압축기의 재료비 절감이 가능하여 경제적인 압축기를 제공하는 것이 가능하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 스테이터의 적층 높이(L)가 커지는 경우 상기 모터의 불균형이 커질 위험이 있다. 따라서, 이러한 위험을 해소하기 위하여 상기 크랭크샤프트를 회전가능하게 지지하는 상부베어링(42)의 축방향 높이를 키우는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상부베어링이 상기 크랭크샤프트를 지지하는 지지 높이(H)를 키우는 것이 바람직하다.

이를 위해서, 상기 크랭크샤프트(31)을 지지하는 상기 상부베어링(42)의 지지 높이(H)에 대한 상기 스테이터의 적층 높이(L)의 비(L/H)는 1.6 이상 2.0 이하가 되도록 함이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 모터의 로터와 스테이터를 도시한 단면도;

도 2는 도 1의 로터와 스테이터 코일을 간략하게 도시한 개념도;

도 3은 도 1의 스테이터의 사시도;

도 4는 본 발명에 따른 모터의 에너지 효율비를 비교한 표;

도 5는 본 발명에 따른 모터의 재료비를 비교한 그래프;

도 6은 본 발명에 따른 모터의 다른 실시예를 도시한 회로도;

도 7은 본 발명에 따른 압축기의 단면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

110: 스테이터 120: 로터

112: 메인 코일 114: 서브 코일

Claims (7)

1. 로터; 그리고 스테이터 코일이 권선되는 스테이터를 포함하여, 상기 스테이터 코일에 전원이 인가되면 발생하는 회전자계에 의하여 상기 로터가 회전하는 모터에 있어서,

   상기 스테이터 코일은 메인 코일, 그리고 상기 메인 코일과는 도전율이 상이한 재질로 형성된 서브 코일을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 메인 코일과 상기 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금임을 특징으로 하는 모터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 메인 코일과 상기 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 구리임을 특징으로 하는 모터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 메인 코일과 상기 서브 코일 중 어느 하나의 도전 재료는 구리가 입혀진 알루미늄 또는 알루미늄 합금임을 특징으로 하는 모터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 메인 코일의 선경과 상기 서브 코일의 선경은 서로 다른 것을 특징으로 하는 모터.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 메인 코일의 도전 재료는 구리이며, 상기 서브 코일의 도전 재료는 구리가 입혀진 알루미늄 또는 알루미늄 합금임을 특징으로 하는 모터.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 서브 코일의 선경은 상기 메인 코일의 선경보다 큰 것을 특징으로 하는 모터.

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