KR101405955B1 - 모터 및 이를 포함하는 압축기 - Google Patents

Abstract

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

스테이터 코일이 권선되는 스테이터와 상기 스테이터의 내축에서 회전되는 로터를 포함하는 모터가 구동되어 유체의 압축이 일어나는 압축기에 있어서, 상기 스테이터 코일은, 알루미늄 재질로 형성되며 상기 스테이터 평단면의 세로 중심축을 기준으로 좌부와 우부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 메인 코일; 알루미늄 재질로 형성되며 상기 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상부와 하부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 서브 코일; 그리고 상기 메인 코일과 서브 코일 중 상기 스테이터의 적층 방향으로 최상부와 최하부에서 상기 스테이터의 최소 외경보다 작은 외경을 갖도록 위치되는 엔드 코일을 포함하여 이루어지는 압축기.가 제공된다.

모터, 압축기, 코일

Description

모터 및 이를 포함하는 압축기{Motor and a Compressor including the same}

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

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 압축기 및 이에 적용되는 모터에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 모터가 구비된 압축기의 종단면도, 도 2는 일반적 인 모터의 평단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압축관(1) 내에 압축기구부와 이를 구동하는 전동기구부로 구성된다.

상기 전동기구부는 전원이 인가되면 자력이 발생되는 스테이터(2), 상기 스테이터(2)와 전자기적 상호작용으로 회전하는 로터(3), 상기 로터의 중심부에 고정되어 회전하는 축(5)을 포함하여 이루어진다.

상기 압축기구부는 상기 전동기구부의 하부에 위치하여 냉매가스를 흡입구와 토출구로 흡입 및 토출시키는 실린더(6), 그리고 상기 실린더 내부로 액냉매가 유입되는 것을 방지하기 위한 어큐물레이터(7)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 스테이터(2)는 판상 부재를 적층하여 형성되는데, 상기 스테이터(2)는 몸체를 구성하는 링형의 요크(11), 상기 요크(11)에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 티스(13), 그리고 이웃하는 티스들 사이에 형성되는 공간부로 코일이 수용되는 복수 개의 슬롯(12)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 티스(13)들의 반경 방향 말단은 상기 로터가 수용되도록 소정 내경(2a)을 갖는 로터 삽입홀을 형성한다.

상기 요크(11)는 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 형성된 자기장이 흐를 수 있는 공간으로, 자속 밀도를 고려하여 그 폭이 결정된다. 즉, 자속 밀도가 포화되지 않도록 그 폭이 결정되되, 재료비와 모터의 크기 등을 아울러 고려하여 그 폭이 결정되어야 한다.

상기 스테이터는 평단면이 소정 외경(2b)을 갖는 실질적으로 원형으로 형성되며, 상기 스테이터의 외곽에는 일부가 절개된 에어컷(14)이 형성된다. 상기 에어컷은 스테이터의 외곽과 상기 압축기의 케이스(1) 사이로 기구부의 원활한 윤활과 방열을 위한 오일과 냉매가스가 통과하는 통로를 이루게 된다.

한편, 로터(3)도 상기 스테이터(2)와 마찬가지로 판상 부재를 적층하여 형성되는데, 상기 로터(3)는 중앙부에 형성되어 몸체를 구성하는 링형의 요크(20), 상기 요크의 반경 방향 외측에 상기 로터의 원주 방향을 따라 복수 개 구비되는 슬롯(21), 그리고 상기 슬롯(21) 사이에 형성되는 티스(23)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 슬롯(21) 내부에는 일반적으로 알루미늄 재질의 봉이 압입되거나, 몰딩된다. 이를 일반적으로 도체바(22)라 한다.

또한, 로터(3)에서 상기 요크(20)와 티스(23)는 자속이 흐르는 공간으로 자속밀도가 포화되지 않게 설계됨이 바람직하다.

이러한 로터(3)는 스테이터(2)의 내부에 위치하여 로터(3)와 스테이터(2) 사이에는 에어갭(9)이 형성된다. 따라서, 로터(3)는 상기 에어갭으로 인해 스테이터(2)와 물리적으로 접촉하지 않고 회전하게 된다.

도 3은 일반적인 모터의 스테이터에서의 자속밀도 분포를 나타내는 자속분포도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 최대자속은 1.78(단위 T, 이하 같음)로 자속밀도 분포는 양호하다. 아울러, 상기 스테이터 평단면의 가로 중심축을 기준으로 양단에 에어컷이 형성된다. 이 부분은 자속 밀도가 제일 낮은 부분으로서 요크의 폭이 좁아지더라도 자속 포화가 발생되지 않기 때문에 일반적으로 이 부분에 에어컷이 형 성된다.

그러나, 종래의 모터, 특히 압축기에 적용되는 모터에 있어서, 상기 에어컷(14)의 면적이 충분하지 않아 오일이나 가스의 유토출이 원활하지 않은 문제가 있었다. 이로 인하여 압축기의 신뢰성 측면에 악영향을 주는 문제가 발생되었다. 따라서, 에어컷(14) 면적을 충분히 확보하여 모터, 특히 압축기의 신뢰성을 확보하여야 하는 과제 해결의 필요성이 대두되었다.

한편, 에어컷(14) 면적을 과도히 확보하는 것은 스테이터의 자속 포화를 야기할 수 있기 때문에 모터의 효율 및 압축기의 효율 측면에서 지양하여야 한다. 따라서, 상기 과제 해결을 위하여 이러한 스테이터의 자속 포화를 감안하여야 할 것이다.

또한, 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 클수 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 전도 율이 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 수요가 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 절감시킨다고 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 절감시켜 이러한 모터가 적용된 압축기의 제조 원가를 절감시키는 데 있다.

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

아울러, 본 발명의 목적은 양산이 가능한 모터 또는 압축기를 제공하며, 방열 성능을 향상시켜 신뢰성 및 내구성이 증진된 압축기를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스테이터 코일이 권선되는 스테이터와 상기 스테이터의 내축에서 회전되는 로터를 포함하는 모터가 구동되어 유체의 압축이 일어나는 압축기에 있어서, 상기 스테이터 코일은, 알루미늄 재질로 형성되며 상기 스테이터 평단면의 세로 중심축을 기준으로 좌부와 우부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 메인 코일; 그리고 알루미늄 재질로 형성되며 상기 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상부와 하부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 서브 코일을 포함하여 이루어지는 압축기를 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 압축기의 모터는 메인 코일과 서브 코일이 모두 알루미 늄 재질로 형성됨이 바람직하다.

여기서, 상기 메인 코일의 총 감김 횟수에 대한 상기 서브 코일의 총 감김 횟수의 비는 0.70 내지 0.75인 것이 바람직하다.

상기 스테이터에는 상기 스테이터 코일이 권선되는 슬롯이 24개 형성될 수 있다. 또한, 이 경우 상기 스테이터의 평단면의 3시 방향과 9시 방향에 각각 2개의 소 슬롯이 형성되며, 상기 소 슬롯은 다른 슬롯(대 슬롯)에 비하여 단면적이 작은 것이 바람직하다.

그리고, 상기 메인 코일의 총 감김 횟수는 101이며, 상기 서브 코일의 총 감김 횟수는 74인 것이 바람직하다.

한편, 상기 평단면의 세로 중심축을 기준으로 우부에 형성된 슬롯들을 시계방향을 따라 각각 제1슬롯 내지 제12슬롯이라 명명할 경우, 슬롯 번호가 증가할수록 슬롯 하나 당 메인 코일의 감김 횟수는 증가되지 않은 것이 바람직하다. 또한, 상기 제6슬롯에는 상기 메인 코일이 권선되지 않은 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1슬롯과 제2슬롯의 메인 코일의 감김 횟수는 서로 동일하고, 이 후 슬롯 번호가 증가할수록 슬롯 하나 당 메인 코일의 감김 횟수는 감소하도록 메인 코일을 권선할 수 있다.

또한, 슬롯 번호가 증가할수록 슬롯 하나 당 서브 코일의 감김 횟수는 감소되지 않은 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1슬롯과 제2슬롯에는 상기 서브 코일이 권선되지 않은 것이 바람직하다.

여기서, 제3슬롯 이후 슬롯 번호가 증가할수록 슬롯 하나 당 서브 코일의 감 김 횟수는 증가하도록 서브 코일을 권선할 수 있다.

본원 발명에 따른 압축기에서의 모터는 자속 밀도의 최고값은 1.78T 이하임이 바람직하고, 7100 내지 16300 Btu의 냉동 능력을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 스테이터에는, 상기 스테이터의 평단면의 가로 중심축 양단에 수직 방향으로 절개되어 상기 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하는 수직 절개부; 그리고 상기 평단면의 세로 중심축 양단에 수평 방향으로 절개되어 상기 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하는 수평 절개부가 형성됨이 바람직하다.

아울러, 상기 스테이터에는, 상기 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상기 스테이터의 각 사분면 외곽에 상기 스테이터의 원주 방향을 따라 서로 대칭되도록 각각 형성되되, 상기 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위하여 절개된 절개부가 더 형성됨이 바람직하다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한, 스테이터 코일이 권선되는 스테이터와 상기 스테이터의 내축에서 회전되는 로터를 포함하는 모터가 구동되어 유체의 압축이 일어나는 압축기에 있어서, 상기 스테이터 코일은, 알루미늄 재질로 형성되며 상기 스테이터 평단면의 세로 중심축을 기준으로 좌부와 우부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 메인 코일; 알루미늄 재질로 형성되며 상기 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상부와 하부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 서브 코일; 그리고 상기 메인 코일과 서브 코일 중 상기 스테이터의 적층 방향으로 최상부와 최하부에서 상기 스테이터의 최소 외경보다 작은 외경을 갖도록 위치되는 엔드 코일을 포함하여 이루어지는 압축기를 제공한다.

물론, 본 실시예는 전술한 실시예들의 특징들을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 스테이터는 실질적으로 원형으로 형성되며, 외경에 대한 내경의 비는 0.50 내지 0.53임이 바람직하다. 상기 스테이터의 외경은 스테이터의 원주 방향에 따라 일정하지 않을 수 있다. 왜냐하면 에어컷 형성을 위한 절개부들로 인하여 이러한 절개부 부분에서의 외경은 작아질 수밖에 없기 때문이다.

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.

그리고, 본 발명에 따른 모터와 압축기에 따르면 방열 성능을 향상시켜 신뢰성 및 내구성이 증진된 모터와 압축기를 제공할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터와 압축기에 대해서 상세히 설명한다.

설명의 편의상 본 발명에 따른 압축기에 있어서 모터의 스테이터를 먼저 설명하고, 이 후 로터에 대하여 설명한다. 길이의 단위는 추가 설명이 없는 한 mm이다.

이하에서는 본 발명에 따른 압축기에 있어서 모터의 스테이터를 설명한다. 도 3, 도 4 및 도 6에 나타나는 자속분포도는 후술하는 본 발명에 의한 로터를 적용한 모터에 관한 것이다.

도 4는 가상의 원형 스테이터에서의 자속 분포를 시뮬레이션한 자속분포도이다. 아울러 상기 자속분포도는 정상운전시의 자속분포도이다. 이하에서는 설명의 편의상 도 4에 도시된 평면의 가로 중심축 방향을 각각 3시 방향과 9시 방향이라 하고, 세로 중심축 방향을 각각 12시 방향과 6시 방향이라 한다. 즉, 시계 방향과 동일하게 지칭한다.

도 4에는 도시되지 않았지만, 상기 원형의 스테이터 평단면의 세로 중심축의 좌부와 우부, 즉 상기 세로 중심축을 기준으로 좌반구와 우반구가 서로 다른 자극이 형성되도록 스테이터 코일이 권선된다. 즉, 상기 코일에 전류가 흐르면서 상기 평단면의 세로 중심축을 기준으로 스테이터의 좌측에 N극이 형성된다면, 스테이터의 우측부에는 S극이 형성된다. 물론, N극과 S극의 중심선은 상기 평단면의 가로 중심축이 될 것이다.

여기서, 스테이터 코일은 스테이터에 권선되는 메인 코일일 수 있다. 따라서, 스테이터 코일이 서브 코일을 포함하는 경우, 상기 서브 코일은 상기 메인 코일에 대해서 공간적 전기각으로 수직이 되도록 상기 스테이터에 권선될 수 있다. 여기서, 서브 코일은 로터의 기동 토크를 발생시키는 기능을 수행하며, 메인 코일과 함께 정동 토크 성능을 향상시키는 기능을 수행한다.

다시 말하면, 메인 코일이 상기 평단면의 좌반구(좌부)와 우반구(우부)에 권선되는 경우 상기 서브 코일은 상기 평단면의 상반구(상부)와 하반구(하부)에 권선될 것이다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 12시와 6시 방향의 슬롯 부분, 2시, 4시, 8시 그리고 10시 부분의 티스에서의 자속 밀도가 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 그리고, 자속 밀도의 최고값은 1.78임을 알 수 있다. 그리고, 3시와 9시 방향의 스테이터 외곽에서의 자속 밀도는 최소가 됨을 알 수 있다.

그러므로, 3시 방향과 9시 방향의 스테이터 외곽의 요크 폭을 줄임으로써 에어컷을 형성하는 것이 가능하다. 이 경우 도 4에 도시된 바와 같이 자속 밀도 분포에는 큰 영향을 미치지 않을 것이다.

한편, 전술한 바와 같이, 상기 3시 방향과 9시 방향 이외에도 에어컷을 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 이 경우 자속 밀도의 최고값이 1.78을 초과하지 않도록 함이 바람직하다. 즉, 본원 발명에 따른 모터 및 이를 적용한 압축기에서 상기 모터에서 발생되는 자속 밀도의 최고값은 1.78을 초과하지 않도록 하는 것이 하나의 목적이라 할 수 있다.

여기서, 도 4에 도시된 자속분포는 로터가 회전함에 따라 달라진다. 즉, 로터가 회전함에 따른 자속분포의 형태는 도 4에 도시된 자속분포가 시계방향으로 회전하는 형태와 유사한 형태로 나타난다. 다시 말하면, 도 4의 자속분포가 수직축과 수평축을 기준으로 서로 대칭되게 형성되었다고 본다면, 로터가 회전함에 따라 상기 수직축과 수평축이 시계방향으로 회전된 형태를 기준으로 서로 대칭되게 자속분포가 형성된다.

그러나, 로터가 회전함에 따라 자속 밀도의 최대가 일어나는 양상과 그 위치는 달라지게 된다. 아울러 자속 밀도의 최소가 일어나는 양상과 그 위치도 달라지게 된다. 왜냐하면 전술한 바와 같이 스테이터 코일은 3시와 9시를 기준으로 좌부와 우부가 각각 다른 극이 되도록 권선되기 때문이다. 아울러, 상기 스테이터 코일에는 교류 전원이 인가되기 때문이다.

따라서, 로터가 회전함에 따라 특정 위치에서는 도 4의 자속분포 형태가 형성되며, 어느 특정 위치에서는 도 4의 자속분포가 90도 회전한 것 형태와 유사한 형태가 형성될 것이다.

그러므로, 로터의 위치에 따라 자속분포가 달라지므로, 로터의 회전에 따라 자속의 여유가 있는 위치를 찾아야 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 스테이터를 도시한 평단면도이며, 도 6은 도 5의 스테이터에서의 자속 분포를 시뮬레이션한 자속분포도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터의 스테이터(100)는 실질적으로 평단면이 원형으로 형성되며, 상기 단면의 세로 중심축을 기준으로 각 사분면 외곽에 절개부(116)가 형성된다. 여기서, 상기 절개부(116)는 상기 스테이터의 원주 방향을 따라 서로 대칭되도록 형성된다. 편의상 이러한 절개부(116)는 사선 절개부라 한다.

보다 구체적으로, 상기 사선 절개부(116) 중 1사분면에 형성된 절개부는 1시와 2시 방향 사이에 형성됨이 바람직하다. 따라서, 다른 사분면에도 이와 원주방향을 따라 서로 대칭되도록 사선 절개부(116)들이 형성됨이 바람직하다.

상기 스테이터는 압축기의 케이스(1, 도 1 참조)나 모터 케이스의 내주면에 삽입되어 결합되는데, 이러한 케이스의 내주면 형상에 부합되도록 상기 스테이터의 외형이 형성된다. 많은 경우 상기 케이스의 내주면 형상이 원형이므로 상기 스테이터의 형상 또한 실질적으로 원형이다.

한편, 상기 사선 절개부(116)는 상기 케이스의 내주면과 소정 간격을 형성하여 이 간격을 통하여 유체의 출입이 이루어진다. 즉, 스테이터의 적층 방향으로 유체의 유출입이 일어난다. 다시 말하면, 이러한 사선 절개부는 전술한 에어컷을 형성하여, 오일이나 냉매가스의 유토출이 일어나는 통로 역할을 하게 된다.

보다 구체적으로, 상기 사선 절개부(116)는 12시 방향을 기준으로 시계방향으로 37도 내지 43도 사이의 각도(A)에 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 각도 내에서 절개부를 형성하는 것이 자속분포를 고려하면 가장 바람직하다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 사선 절개부(116)들을 통하여 상기 절개부 부분의 요크(111) 폭은 좁아질 수밖에 없다. 따라서, 사선 절개부들로 인하여 감소되는 내경 또한 자속분포를 고려하여 결정되어야 한다.

또한, 상기 사선 절개부(116)는 상기 스테이터의 중심에 대하여 소정 길이(L2)의 접선을 갖도록 형성됨이 바람직하다. 이는 이러한 절개부로 인해 좁아지는 요크 폭을 최소화함과 동시에 많은 부분을 절개할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 상기 사선 절개부(116)는 상기 스테이터(100)의 중심에 대하여 소정 길이(L2)의 접선을 갖는 홈 형태로 형성됨이 바람직하다. 이는 이러한 절개부로 인한 자속분포의 변화를 최소화함과 동시에 많은 부분을 절개할 수 있는 효과가 있다. 즉, 전술한 각도 내에서 가능한 많은 부분을 절개할 수 있는 효과가 있다. 도 5에는 이러한 홈 형태의 사선 절개부가 도시되어 있다.

여기서, 상기 스테이터의 외경(D)에 대한 상기 접선 중심까지의 반경(L3)의 비(L3/D)는 0.481 내지 0.486임이 바람직하다. 여기서, 상기 0.481은 상기 접선의 길이를 최대로 하였을 때(즉, 최대한 넓은 각도에서 절개부를 형성하였을 때) 최대 자속이 만족할 만한 값(예를 들어 1.78)을 넘지 않는 임계치이며, 상기 0.486은 상기 요크의 폭을 최소로 하였을 때 최대 자속이 만족할 만한 값을 넘지 않는 임계치임을 의미한다.

또한, 상기 스테이터의 외경(D)에 대한 상기 접선 길이(L2)의 비(L2/D)는 0.107 내지 0.132임이 바람직하다. 마찬가지로, 상기 0.107은 요크의 폭을 최소로 하였을 때 최대 자속이 만족할 만한 값을 넘지 않는 임계치이며, 상기 0.132는 최대한 넓은 각도에서 사선 절개부를 형성하였을 때 최대 자속이 만족할 만한 값을 넘지 않는 임계치임을 의미한다.

그러나, 이러한 임계치들은 물리적으로 동일할 수는 없고, 모터의 조건에 따라 어느 정도의 유동 폭은 갖게 될 것이다.

한편, 상기 스테이터의 평단면 가로 중심축 양단, 즉 3시와 9시 방향 양단에는 수직 절개부(114)가 형성됨이 바람직하다. 이러한 수직 절개부 또한 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하게 된다.

여기서, 이러한 수직 절개부로 인하여 이 부분의 요크 폭은 좁아질 수 밖에 없다. 따라서, 이 부분의 요크 부분에서 자속 포화가 발생될 여지가 있다. 이를 방지하기 위해 상기 수직 절개부로 인한 요크의 감소 폭을 티스의 돌출 길이를 다른 부분과 달리함이 바람직하다. 다시 말하면, 이 부분에는 소 슬롯(122)이 형성되고 다른 부분에는 대 슬롯(121)을 형성하여, 소 슬롯 내경(L4)이 대 슬롯 내경(L5) 보다 작게 형성함이 바람직하다.

도 5에는 대 슬롯이 20개 소 슬롯이 4개 형성된 예가 도시되어 있다. 따라서, 전체적으로 24개의 슬롯이 형성된 예가 도시되어 있다.

물론, 이러한 소 슬롯(122)으로 인하여 스테이터 코일이 상대적으로 적게 권선될 수밖에 없겠지만, 전술한 바와 같이 소 슬롯을 기준으로 상부와 하부에 각각 다른 극이 형성되도록 서브 코일이 권선되므로 모터의 성능에는 큰 변화가 없게 된다.

아울러, 상기 소 슬롯(122)에는 메인 코일이 권선되지 않고, 서브 코일만 권선되도록 함으로써 상기 소 슬롯 부근에서의 자속 포화를 방지할 수 있다. 왜냐하면 메인 코일에 비해서 서브 코일이 형성하는 자속은 작기 때문이다.

한편, 상기 스테이터의 평단면 세로 중심축 양단, 즉 12시와 6시 방향 양단에는 수평 절개부(115)가 형성됨이 바람직하다. 이러한 수평 절개부 또한 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하게 된다.

여기서, 전술한 바와 같이 상기 12시와 6시 방향을 기준으로 스테이터 코일, 즉 서브 코일이 권선된다. 여기서 12시와 6시 방향은 서브 코일이 형성하는 자극의 중심이 되지만, 전술한 바와 같이 서브 코일이 형성하는 자속은 메인 코일이 형성하는 자속 보다 작기 때문에 이러한 방향에 수평 절개부를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 세로 중심축을 기준으로 메인 코일이 좌우 반구에서 권선되므로 메인 코일로 인한 자속의 영향 또한 최소화할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 12시 방향과 6시 방향의 스테이터 외곽에는 최대 자속이 발생되지 않는다. 따라서, 에어컷 면적을 높이기 위하여 이 부분에 수평 절개부를 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 12 시와 6시 방향은 메인 코일이 형성하는 자속의 경계선에 해당되므로 이 부분에서 코일의 권선수는 최대임이 바람직하다. 따라서 이 부분에서 소 슬롯을 형성하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 왜냐하면 소 슬롯인 경우 단면적이 작기 때문에 코일의 권선수가 그만큼 작을 수밖에 없기 때문이다. 그러므로 12시 방향과 6시 방향의 절개 폭은 전술한 수직 절개부의 절개 폭보다는 작은 것이 바람직할 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 L1의 길이는 L0의 길이 보다는 큰 것이 바람직할 것이다.

여기서, 스테이터의 외경 즉 최대 외경(D)이 121.7인 경우 수직 절개부에서의 외경(L0)의 길이 즉 최소 외경은 114.6까지 형성될 수 있다. 이 경우 수직 절개부의 길이는 35가 된다. 그리고 스테이터의 내경이 61일 수 있다. 따라서 스테이터의 외경에 대한 내경의 비는 대략 0.50 내지 0.53이게 된다. 즉, 상기 비의 최소는 스테이터의 최소 외경 즉 수직 절개부에서의 외경에 대한 스테이터의 내경의 비이며, 최대는 스테이터의 최대 외경에 대한 스테이터의 내경의 비이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터의 스테이터(100)에는 다양한 위치에 절개부를 형성된다. 아울러 이러한 절개부(114, 115, 116)들은 서로 조합되어 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 사선 절개부(116)와 수직 절개부(114), 사선 절개부(116)와 수평 절개부(115), 그리고 사선 절개부(115)와 수평 절개부(115) 및 수직 절개부(114)의 조합이 가능하다. 이러한 조합들을 통하여 본 발명에 따르면 에어컷 면적을 가능한 많이 확보할 수 있어 모터와 이를 적용한 압축기의 신뢰성을 확보할 수 있다.

한편, 전술한 조합 중 가장 에어컷 면적이 높은 형태(즉, 도 5에 도시된 스테이터)에서의 자속분포는 도 6에 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 도 3에 도시된 바와는 달리 부분적으로 요크(111) 폭이 좁아졌기 때문에 자속밀도가 증가한 부분이 다소 많아짐을 알 수 있다. 그러나, 최대 자속은 변하지 않음 또한 알 수 있다. 이는 도 6에 도시된 형태의 스테이터에서도 자속 포화로 인한 손실이 그다지 많지 않음을 나타낸다.

즉, 본 발명자의 실험에 의하면 이러한 절개부들로 인하여 최대 자속은 변하지 않음을 알 수 있었다. 따라서, 자속분포의 변화로 인한 모터의 성능 저하는 최소화할 수 있다.

즉, 본 발명자의 실험에 의하면 이러한 절개부들로 인하여 최대 자속은 변하지 않음을 알 수 있었다. 따라서, 자속분포의 변화로 인한 모터의 성능 저하는 최소화할 수 있다. 이를 도 7에 도시된 표를 참조하여 상세히 설명한다.

도 7에서 본 발명 1이라 표시된 것은 종래의 스테이터와 후술하는 본 발명에 의한 로터로 이루어진 모터를 적용한 압축기이며, 본 발명 2라 표시된 것은 본 발명에 의한 스테이터와 로터로 이루어진 모터를 적용한 압축기이다.

도 2에 도시된 종래의 일반적인 압축기에 있어서, 모터의 효율은 82.5이며 압축기의 효율(EER)은 82.5임을 알 수 있다. 아울러, 본 발명 1에서 모터의 효율은 83.7이며 압축기의 효율(EER)은 10.85임을 알 수 있다. 또한, 본 발명 2에서 모터의 효율은 83.4이며, 압축기의 효율은 10.80임을 알 수 있다.

즉, 후술하는 본 발명에 의한 로터로 인하여 종래의 모터의 효율과 압축기의 효율은 매우 증가됨을 알 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

한편, 본 발명 1과 본 발명 2를 비교하면 에어컷 면적을 높임으로써 어느 정도의 효율 저하가 발생됨을 알 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 부분적으로 자속 밀도가 증가된 부분이 많이 발생됨으로 인한 것임을 알 수 있다. 그러나, 압축기의 효율이 10.80 이상이 되도록 하는 것을 하나의 목적이라 한다면 이러한 효율의 감소 폭은 만족할 만한 수준이다.

또한, 이러한 압축기의 효율의 차이는 미미한 반면 유토출량의 변화는 매우 큼을 알 수 있다. 즉, 본 발명 1에서 유토출량은 -30g인 반면에, 본 발명 압축기에서 유토출량은 20g임을 알 수 있다.

여기서, 유토출량은 압축기의 사이클이 한 번 진행 된 후, 그 전후의 오일 무게의 차이이다. 즉, 유토출량이 마이너스 값인 것은 오일의 순환이 잘 이루어지지 않아 회수되지 않은 오일량을 의미한다. 따라서 본 발명 압축기에 의하면 오일의 순환이 매우 원활히 이루어짐을 알 수 있다.

이러한 결과는 매우 효과적이다. 왜냐하면 모터와 압축기의 효율의 감소는 최소화하되 유토출에 대한 기능은 매우 효과적으로 증가되었기 때문이다. 이러한 유토출 기능의 증가는 압축기구부의 원활한 구동과 방열, 그리고 모터를 포함한 압축기 내부의 방열을 효과적으로 가능하게 하여 신뢰성과 내구성 증진에 매우 큰 효과가 있게 된다. 아울러, 오일의 순환이 매우 원활함은 토출되는 냉매에 오일이 포함되는 양을 줄일 수 있게 된다.

한편, 이러한 결과는 종래의 로터에 본 발명에 의한 스테이터를 결합한 모터 및 이를 적용한 압축기에서도 유사한 결과를 얻을 수 있다. 왜냐하면 로터의 변화로 인한 오일의 유토출량이 거의 변하지 않기 때문이다. 따라서 본 발명에 의한 스테이터를 종래의 로터와 결합하는 경우 효율의 저하는 미미한 반면 매우 효과적인 오일 순환이 가능하게 될 것이다.

이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명에 있어서 스테이터 코일이 권선되는 방법에 대해서 상세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터의 평단면의 세로 중심축을 기준으로 우부에 형성된 슬롯들을 시계방향을 따라 각각 제1슬롯 내지 제24슬롯이라고 명명할 수 있다. 따라서, 원주방향을 따라 제1슬롯부터 제24슬롯까지 형성된다고 할 수 있다. 즉, 제1슬롯에서 제12슬롯은 우부에 형성되며, 제13슬롯에서 제24슬롯은 좌부에 형성된다. 그리고 양자는 상기 세로 중심축을 기준으로 서로 대칭된다.

상기 스테이터에서 메인 권선은 상기 스테이터의 세로 중심축을 기준으로 좌부와 우부에 각각 서로 다른 자극이 형성되도록 권선된다. 그리고 이러한 메인 권 선은 서로 직렬로 연결되며, 각각 권선되는 방향이 반대가 된다.

먼저, 제1슬롯과 제12슬롯에 거쳐서 메인 코일이 권선된다. 그리고 제2슬롯과 제11슬롯, 제3슬롯과 제10슬롯, 제4슬롯과 9슬롯 그리고 제5슬롯과 제8슬롯 순으로 메인 코일이 권선된다.

여기서, 제1슬롯과 제12슬롯은 우부의 제13슬롯과 제24슬롯과의 사이에서 자극이 달라지는 부분이다. 따라서, 이러한 경계부분에서의 메인 코일의 감김 수는 다른 곳에 비하여 많은 것이 바람직하다. 그리고 제2슬롯에서도 상기 제1슬롯과 감김 수가 같도록 하는 것이 바람직하다. 이는 메인 코일에서 발생되는 자극이 좌부와 우부에서 보다 명확히 구별되도록 하기 위함이다. 즉 자극 경계부에서 반대되는 자극을 보다 명확히 구별되도록 하기 위함이다.

그리고, 제3슬롯에서 제5슬롯으로 슬롯 번호가 증가됨에 따라 메인 코일의 감김 수는 감소됨이 바람직하다. 이는 상대적으로 이러한 슬롯에 후술하는 서브 코일이 감길 수 있는 공간을 확보하기 위한 것이며, 메인 코일과 서브 코일과의 관계에서 최적의 기동 토크 성능과 정동 토크 성능을 얻기 위함이다.

따라서, 제6슬롯에는 메인 코일이 감기지 않는 것이 바람직하다.

상기 메인 코일과는 상대적으로 서브 코일은 상기 스테이터의 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상부와 하부가 서로 다른 자극이 되도록 권선된다.

즉, 상부에는 제6슬롯과 제19슬롯에 걸쳐 서브 코일이 감긴다. 그리고 제5슬롯과 제20슬롯, 제4슬롯과 제21슬롯 그리고 제3슬롯과 제22슬롯에 서브 코일이 감긴다. 마찬가지로 하부에도 상부와 대칭되도록 서브 코일이 감긴다.

여기서, 제6슬롯과 제19슬롯은 하부의 제7슬롯과 제18슬롯과의 사이에서 자극이 달라지는 부분이다. 따라서, 이러한 경계부분에서의 서브 코일의 감김 수는 다른 곳에 비하여 많은 것이 바람직하다. 그리고, 제5슬롯에서 제3슬롯으로 슬롯 번호가 감소됨(여기서는 감소이나 대칭되는 부분, 예를 들어 제20슬롯에서 제22슬롯의 경우 슬롯 번호가 증가됨)에 따라 메인 코일의 감김 수는 감소됨이 바람직하다.

다시 말하면, 자극의 경계부분에서 자극의 중심으로 갈수록 메인 코일이나 서브 코일에서 감김 수는 증가되지 않는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 바와 같이 제1슬롯과 제2슬롯은 대 슬롯이며, 이 부분에서 메인 코일은 최대로 감기며, 서브 코일은 감기지 않는 것이 바람직하다. 아울러, 제6슬롯은 소 슬롯이며, 이 부분에서 서브 코일은 최대로 감기며, 메인 코일은 감기지 않는 것이 바람직하다.

이러한 대 슬롯과 소 슬롯의 차이와 메인 코일과 서브 코일이 최대로 감기는 수의 양상이 다소 다른 것은, 모터에 있어서 메인 코일의 역할과 서브 코일의 역할을 최적으로 고려하여야 하기 때문이다.

즉, 서브 코일의 역할은 메인 코일과의 관계에서 보조적으로 토크를 발생시키게 되는데, 서브 코일의 역할이 큰 경우에는 과도한 에너지의 낭비를 초래하게 되고, 반대로 작은 경우에는 토크가 약하여 압축기의 기구부에서 유체를 압축할 수 없게 된다.

따라서, 양자의 최적 역할을 위하여 상기와 같은 차이를 갖는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 특정 슬롯에는 메인 코일이나 서브 코일만 권선되고, 특정 슬롯에는 양자가 함께 권선된다.

일반적으로 슬롯에 감겨 슬롯의 면적에서 코일의 차지하는 면적이 클수록 모터의 성능은 향상된다. 따라서, 단일 슬롯의 유효 단면적(전체 슬롯 단면적에서 절연 필름이 차지하는 면적과 에어갭과의 안전 거리에 의한 면적을 제외한 단면적)에서 코일들이 차지하는 면적의 비율은 72% 이상이 되도록 함이 바람직하다. 그러나, 이러한 비율은 물리적으로 한계가 있다. 아울러, 자속 포화로 인한 자속 손실을 감안하여야 한다. 여기서 상기 자속 포화를 방지하기 위하여 특정 슬롯에서의 상기 비율은 75% 이하가 되도록 함이 바람직하다. 즉, 최대 자속 밀도가 1.78이하가 되도록 함이 바람직하다.

이러한 사항들을 감안하여 본 발명에 따르면, 다음과 같은 양상으로 메인 코일과 서브 코일이 권선될 수 있다.

메인 코일은 제1슬롯에서부터 제5슬롯에 이르기까지 각각 30, 30, 18, 13 그리고 10회가 되도록 감길 수 있으며, 서브 코일은 제6슬롯에서 제3슬롯에 이르기까지 각각 30, 19, 15 그리고 10회가 되도록 감길 수 있다. 따라서, 메인 코일은 총 101회 감기며 서브 코일은 총 74회 감기게 된다.

그러므로, 메인 코일의 총 감김 횟수에 대한 서브 코일의 총 감김 횟수의 비는 특정 슬롯에서 감기는 메인 코일이나 서브 코일의 감김 횟수의 편차를 고려하여 0.70 내지 0.75인 것이 바람직하다.

한편, 압축기는 냉동 능력에 따라 다양한 등급이 있으며, 일례로 냉동 능력 이 7100 내지 16300Btu인 압축기와 11800 내지 27500Btu인 압축기가 있다(편의상 전자를 소형이라 하고 후자를 중형이라 한다). 따라서, 압축기의 냉동 능력이 높아질수록 사용되는 모터의 용량은 커져야 한다.

여기서, 일반적으로 소형 압축기에 사용되는 모터의 스테이터 외경은 실질적으로 112.0이며 중형 압축기에 사용되는 모터의 스테이터 외경은 실질적으로 121.7이다. 그러나, 이러한 압축기에 사용되는 모터는 구리를 도선 재료로 사용한 모터를 기준으로 한 것이다.

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.

먼저 알루미늄 재질을 스테이터 코일의 도선 재료로 사용하는 경우, 원하는 모터 성능을 얻기 위해서 코일의 선경을 증대시키는 것이 가능하다. 왜냐하면 선경 이 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.

본원발명의 실시예에 따르면, 알루미늄 재질의 심선을 사용하는 메인 코일과 서브 코일의 선경은 각각 1.1과 0.9이다. 이러한 심선에 에나멜 등을 코팅하여 절연을 이루게 된다. 그리고, 이러한 코팅 두께는 구리 재질에서보다는 큰 것이 바람직하다. 즉, 코팅 부분에서 알루미늄 재질의 연성의 취약성을 어느 정도 보강하고, 아울러 알루미늄 심선의 찍힘을 방지하기 위함이다.

물론, 상기 선경의 두께는 동급의 압축기에서의 일반적인 구리 재질의 코일에서의 선경보다는 크다.

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 압축기는 그 실시예로서 소형이며, 반면에 스테이터는 종래 구리를 도선 재료로 사용하여 중형 압축기에 사용되는 사이즈인 것이 바 람직하다. 즉, 스테이터의 외경은 실질적으로 121.7이며, 이러한 모터가 사용되는 압축기의 용량은 소형인 것이 바람직하다.

여기서, 스테이터의 사이즈가 커짐에 따라 발생되는 비용의 증가는 코일의 재질을 구리에서 알루미늄으로 변경함에 따라 발생되는 비용의 감소에 비해서 미미하다는 것을 주지해야 한다.

그러나, 알루미늄 재질은 구리 재질에 비해서 전기 전도도가 낮다. 따라서 본원발명에 있어서 스테이터 코일의 선경은 일반적인 구리 재질일 때보다 크다. 그러나, 감김 수 등을 고려하면 일정 한계가 있다. 그러므로 코일의 선경이 어느 정도 크지만 전기 저항으로 손실되는 에너지가 알루미늄인 경우 더욱 높음을 의미한다. 따라서, 알루미늄 재질을 이용하여 스테이터 코일을 형성하는 경우 스테이터 코일에서 발생되는 열은 구리 재질을 이용하는 경우보다 많게 된다.

따라서, 이러한 열을 효과적으로 방열시켜 모터의 신뢰성 및 내구성, 아울러 상기 모터가 적용된 압축기의 신뢰성 및 내구성을 만족시켜야 할 필요성이 있게 된다.

전술한 바와 같이, 종래에 비해서 스테이터 코어의 에어컷 면적을 더욱 높이는 방법이 이러한 필요성을 만족시킬 수 있는 효과적인 방안이 될 수 있다. 즉, 더욱 많은 양의 오일이 압축기 내를 순환하여 압축기의 압축기구부뿐만 아니라 스테이터 코일에서 발생되는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 전술한 본원발명은 그 자체로서 매우 효과적으로 모터 및 압축기의 신뢰성 및 내구성을 증진시킬 뿐만 아니라, 알루미늄 재질을 이용하여 스테이터 코 일을 형성하는 경우에 더욱 효과적으로 모터 및 압축기의 신뢰성 및 내구성을 증진시킬 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 모터의 로터에 대하여 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 모터는 냉동 능력이 7100 내지 16300Btu 인 압축기에 적용되는 모터를 일 실시예로 한다. 그리고 모터의 효율이 83.0 이상이거나 압축기의 효율이 10.80 이상이 되도록 하고자 함을 하나의 목적으로 한다. 또한, 모터에서 발생되는 최고 자속 밀도는 1.78 T 이하가 되도록 하고자 함을 하나의 목적으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 모터의 로터 외경은 종래의 로터 외경과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 로터를 참조하여 본 발명에 따른 모터의 로터를 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 모터는 로터(3)가 소정 외경(d1)을 갖도록 형성되고 반경 방향 외측에 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 로터를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 외경 d1이 60.0 mm인 경우 상기 슬롯 전체의 면적은 대략 533.4 임을 알 수 있다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 이러한 모터의 효율은 82.5이며, 상기 모터를 적용한 압축기의 효율은 10.4임을 알 수 있다. 또한, 이 경우 상기 로터에서 슬롯 전체의 면적은 대략 533.4 임을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 모터의 로터는 외경이 d1으로 종래의 로터와 동일한 사이즈인 경우 상기 로터에서 슬롯 전체의 면적을 더욱 증가시킨 것이다. 물론, 본 발명에 따른 모터의 로터의 외경은 일정 편차를 가질 수 있을 것이다. 그러나 로터의 사이즈는 스테이터의 사이즈에 종속될 수밖에 없고, 스테이터의 사이즈는 압축기의 사이즈에 종속될 수밖에 없다. 따라서, 일정 편차는 있겠지만 냉동 능력이 11800 내지 27500 Btu인 압축기에 적용되는 모터의 사이즈는 경제성 및 효율을 고려하여 지나치게 커지지 않을 것이다. 즉 본 발명에서 달성하고자 하는 목적인 모터의 효율 83.0 이상인 것과 압축기의 효율이 10.80 이상인 것을 위해서는 물리적으로 모터의 사이즈는 일정한 한계를 갖게 될 것이다. 물론, 최고 자속 밀도를 1.78 T 이하로 하고자 하는 것에 의해서도 물리적으로 모터의 사이즈는 일정한 한계를 갖게 될 것이다.

로터의 슬롯은 다음과 같은 이유에서 중요하다. 이러한 슬롯(21)의 역할은 도체바(22)가 있는 공간으로 2차 유도 전류값을 결정하게 된다. 따라서 이러한 특성은 모터의 특성과 매우 연관된다. 여기서, 슬롯의 면적은 전기 저항을 결정한다. 즉, 전기 저항은 면적에 반비례하므로 슬롯의 면적이 작을수록 전기 저항이 커진다.

그러므로, 슬롯의 면적이 작으면 기동 토크에는 유리하나 정동 토크와 모터의 효율면에서는 매우 불리하다. 따라서, 모터의 기동시 또는 압축기의 기동시 성능에 여유가 있는 경우 가능한 슬롯의 면적을 크게 하는 것이 바람직하다. 물론, 이 경우 자속 밀도가 포화되는 것은 방지되어야 한다.

본 발명에 따른 모터의 로터는 그 외경(d1)이 60.0 일 때, 슬롯의 면적이 650 내지 663인 것이 바람직하다. 그리고 이러한 외경이 일정 편차를 가질 수 있기 때문에, 상기 로터의 외경(d1)에 의한 로터 전체의 면적에 대한 상기 슬롯(21) 전체가 차지하는 면적의 비는 0.230 내지 0.234임이 바람직하다.

한편, 이러한 슬롯 면적을 증가시키기 위하여 상기 외경에 대한 슬롯(21)의 반경 방향 내측 말단들이 이루는 내경(d4)의 비(d4/d1)은 0.692 내지 0.708임이 바람직하다. 즉, 종래의 d4에 비하여 본 발명에 의한 로터의 d4는 작은 것이 바람직하다. 이를 통해서 슬롯의 반경 방향 길이를 증가시켜 전체적으로 슬롯 각각의 면적을 증가시킬 수 있다. 왜냐하면 슬롯의 반경 방향 외측 말단들이 이루는 외경 d4는 d1을 감안하여 증가시키는 데에는 일정 한계가 있기 때문이다. 따라서 외경 d3는 d1과 같게 된다.

또한, 슬롯의 면적을 증가시키기 위하여 슬롯의 폭을 높이는 것이 가능하다. 이 경우 상대적으로 슬롯과 슬롯 사이의 폭인 티스(23)의 폭은 작아지게 된다. 그러나, 티스의 폭을 줄이게 되면 상기 티스 부분에서 자속 포화가 발생될 우려가 있다. 따라서 d4를 줄여 요크(20) 폭이 좁아지는 대신 상기 티스(23)의 폭(t)은 오히려 증가되도록 함이 바람직하다. 그러나 티스의 폭(t)을 지나치게 줄이게 되면 오히려 슬롯의 면적이 종래보다 작아질 수도 있다. 그러므로 티스의 폭(t)은 증가시키되 상기 외경 d1에 대하여 0.043 내지 0.044의 비(t/d1)이 되도록 함이 바람직하다. 예를 들어, d1이 60.0이라 할 때 종래의 t가 2.41인 경우 본 발명에 의한 로터의 t는 2.55 내지 2.65가 되도록 함이 바람직하다.

아울러, 본 발명에 의한 로터의 슬롯은 30개 형성됨이 바람직하다.

전술한 예에서는 전술한 목적을 달성시키기 위하여 증가시킨 슬롯의 면적을 전제로 이러한 면적의 증가를 위한 슬롯의 형상을 결정하는 수치에 대해서 설명하였다. 그러나 이와는 반대로 전술한 목적을 달성시키기 위하여 슬롯의 형상을 결정하는 수치를 전제로 증가된 슬롯의 면적이 결정될 수도 있을 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 종래 모터의 효율은 82.5이며 압축기의 효율은 10.4이다. 이에 비하여 종래의 스테이터에 본 발명에 의한 로터를 결합한 모터 및 압축기(본 발명 1)에 있어서, 모터의 효율은 83.7이며 압축기의 효율은 10.85임을 알 수 있다. 따라서 본 발명 1에 의하면 본 발명의 목적을 달성할 수 있고 종래 모터 및 압축기에 비하여 매우 증진되고 현저한 효과를 갖는다고 할 수 있다. 아울러 본 발명에 의한 로터 및 스테이터를 결합한 모터 및 압축기(본 발명 2)도 마찬가지로 본 발명의 목적을 달성할 수 있음을 알 수 있다. 물론, 본 발명 2에 의하면 압축기 내에서의 오일 순환이 매우 원활하여 신뢰성 및 내구성이 증진된 모터 및 압축기를 제공할 수 있게 된다.

또한, 도 3, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하면 최고 자속 밀도가 1.78 T를 초과하지 않음을 알 수 있다.

결국, 본 발명에 의하면 종래에 비하여 성능, 내구성 및 신뢰성이 매우 향상된 모터 및 압축기를 제공할 수 있다.

이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 압축기에 대해서 상세히 설명한다. 여기서, 상기 압축기는 회전 압축기인 것이 바람직할 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 압축기는 밀폐형 용기에 의해 외관이 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 밀폐형 용기는 원통형 케이스(3), 상부 커버(4), 그리고 하 부 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 8에 도시된 바와 같이, 압축기의 많은 부분은 전동기구부(100), 즉 모터가 차지한다. 아울러, 상기 모터는 대부분 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 유체의 압축이 일어나는 압축기에 있어서, 상기 모터는 스테이터 코일이 권선되는 스테이터와 상기 스테이터의 내측에서 회전되는 로터를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 스테이터 코일은 메인 코일과 서브 코일을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 메인 코일과 서브 코일 중 상기 스테이터의 적층 방향으로 최상부와 최하부에 위치되어 고정되는 엔드 코일을 포함하여 이루어진다.

여기서, 메인 코일은 알루미늄 재질로 형성되며 상기 스테이터의 평단면의 세로 중심축을 기준으로 좌부와 우부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선된다. 그리고 상기 서브 코일도 알루미늄 재질로 형성되며 상기 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상부와 하부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선된다.

이를 통해서 모터 및 압축기의 재료비 절감이 가능하여 경제적인 압축기를 제공하는 것이 가능하게 된다.

한편, 도 8에 도시된 바와 같이 원통형 케이스(3)의 높이를 H0, 스테이터의 적층 높이를 H 그리고 상기 케이스(3)의 내부에서 상기 스테이터의 최상단면이 위치되는 지점으로부터 상기 원통형 케이스의 최상단부까지의 거리를 d라 할 수 있다.

상기 압축기가 7100 내지 16300Btu의 냉동 능력을 갖는 압축기인 경우, 상기 d는 상기 h보다 큰 것이 바람직하다. 이는 모터의 상부의 공간을 적절히 확보하여 압축된 냉매가 원활히 토출되도록 하고자 함이다. 아울러, 오일의 순환이 적절하도록 하고자 함이다.

그리고, 보다 구체적으로 상기 거리 d에 대한 상기 높이 h의 비(h/d)는 0.69 내지 0.77인 것이 바람직하다. 상기 비를 더욱 키우는 것은 압축기가 과도하게 커지는 것을 의미하므로 일정한 한계가 있게 된다. 그리고, 토출되기 위한 압축 냉매가 일시 수용되는 공간이 너무 커지기 때문에 압축 효율에는 악영향을 줄 수 있게 된다.

또한, 상기 비를 더욱 낮추는 것에는 전술한 바와 같이 공간이 너무 작아지는 문제가 있어 압축 냉매가 원활히 토출되지 못하는 문제가 있다. 아울러, 이는 상대적으로 엔드 코일의 높이를 낮추는 것인데 엔드 코일의 손상될 우려가 있다. 왜냐하면 구리 재질과는 달리 알루미늄 재질은 연성이 상대적으로 낮고 찍힘과 꺽임에 취약하기 때문이다. 따라서 과도하게 엔드 코일에 압력을 가하여 엔드 코일의 높이를 낮춤으로 하여 엔드 코일의 손상될 우려가 있다. 그러므로 상기 비(h/d)는 0.69 내지 0.77인 것이 바람직하다.

한편, 마찬가지로 상기 스테이터의 적층 높이(H)에 대한 상기 엔드 코일의 높이(h)의 비는 0.30 내지 0.35인 것이 바람직하다. 즉, 적층 높이에 대한 엔드 코일의 높이 비가 큰 경우, 압축기가 커져야 하는 문제가 있고 반대인 경우에는 엔드 코일이 손상될 수 있기 때문이다. 그리고 최적의 압축기 성능을 위해서는 상기 적층 높이는 압축기의 크기를 고려하여 높은 것이 바람직하기 때문이다.

상기 엔드 코일의 손상을 방지하기 위하여 고려하여야 할 것은 엔드 코일의 높이뿐만 아니라 엔드 코일의 반경 방향 폭의 두께(t1)이다. 즉, 상기 두께를 키우는 것은 찍힘과 꺾임 등에 의한 엔드 코일의 손상 방지를 위해서는 바람직하나, 압축기가 커지고 냉매나 오일에 의해 오히려 엔드 코일의 손상이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 엔드 코일의 반경 방향 폭을 고려할 때 우선 엔드 코일의 최대 외경이 스테이터의 최소 외경보다 작게 함이 바람직하다.

그리고, 엔드 코일의 최소 내경은 스테이터와 로터 사이의 에어갭과 안전 거리를 유지해야 한다. 따라서, 상기 엔드 코일의 높이에 대한 상기 엔드 코일의 반경 방향 폭의 두께의 비(t1/h)는 0.78 내지 0.93이 되도록 함이 바람직하다.

도 1은 종래의 압축기를 도시한 단면도;

도 2는 도 1의 로터와 스테이터 코일을 간략하게 도시한 개념도;

도 3은 도 2에 도시된 모터의 자속분포도;

도 4는 가상 원형 모터의 자속분포도

도 5는 본 발명에 따른 모터의 스테이터의 평단면도;

도 6은 본 발명에 따른 모터의 자속분포도;

도 7은 종래 압축기와 본 발명 압축기의 성능 비교표;

도 8은 본 발명에 따른 압축기의 단면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100: 스테이터 111: 요크

113: 티쓰 114: 수직 절개부

115: 수평 절개부 116: 사선 절개부

121: 대 슬롯 122: 소 슬롯

Claims (15)

1. 스테이터 코일이 권선되는 스테이터와 상기 스테이터의 내축에서 회전되는 로터를 포함하는 모터가 구동되어 유체의 압축이 일어나는 압축기에 있어서,

   상기 스테이터 코일은,

   알루미늄 재질로 형성되며 상기 스테이터 평단면의 세로 중심축을 기준으로 좌부와 우부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 메인 코일;

   알루미늄 재질로 형성되며 상기 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상부와 하부에 서로 다른 자극을 형성하도록 권선되는 서브 코일; 그리고

   상기 메인 코일과 서브 코일 중 상기 스테이터의 적층 방향으로 최상부와 최하부에서 상기 스테이터의 최소 외경보다 작은 외경을 갖도록 위치되는 엔드 코일을 포함하여 이루어지는 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이터는 실질적으로 원형으로 형성되며, 외경에 대한 내경의 비는 0.50 내지 0.53임을 특징으로 하는 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 스테이터에는 상기 스테이터 코일이 권선되는 슬롯이 24개 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 스테이터의 평단면의 3시 방향과 9시 방향에 각각 2개의 소 슬롯이 형성되며, 상기 소 슬롯은 다른 슬롯(대 슬롯)에 비하여 단면적이 작음을 특징으로 하는 압축기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 스테이터의 외경 중 최소 외경은 상기 소 슬롯 부분에 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 메인 코일의 총 감김 횟수에 대한 상기 서브 코일의 총 감김 횟수의 비는 0.70 내지 0.75임을 특징으로 하는 압축기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 압축기는 7100 내지 1630Btu의 냉동 능력을 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스테이터의 평단면의 가로 중심축 양단에 수직 방향으로 절개되어 상기 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하는 수직 절개부; 그리고

   상기 평단면의 세로 중심축 양단에 수평 방향으로 절개되어 상기 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하는 수평 절개부가 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 수직 절개부의 절개 길이는 상기 수직 절개부의 절개 길이 보다 큰 것을 특징으로 하는 압축기.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 스테이터에는,

    상기 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상기 스테이터의 각 사분면 외곽에 상기 스테이터의 원주 방향을 따라 서로 대칭되도록 각각 형성되되, 상기 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위하여 절개된 절개부가 더 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 스테이터의 1사분면에 형성된 절개부는 상기 평단면의 세로 중심축을 기준으로 1시와 2시 방향 사이에 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 스테이터의 1사분면에 형성된 절개부는 상기 세로 중심축의 12시 방향 기준으로 시계방향으로 37도 내지 43도 사이의 각도에 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 절개부는 상기 스테이터의 중심에 대하여 소정 길이(L2)의 접선을 갖는 홈 형태로 형성됨을 특징으로 하는 압축기.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 스테이터의 외경(D)에 대한 상기 접선 중심까지의 반경(L3)의 비(L3/D)는 0.481 내지 0.486 임을 특징으로 하는 압축기.
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 스테이터의 외경(D)에 대한 상기 접선 길이(L2)의 비(L2/D)는 0.107 내지 0.132 임을 특징으로 하는 압축기.

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