KR101873420B1 - 영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기 - Google Patents

영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기에 관한 것으로, 본 발명의 영구자석을 가지는 전동기는, 스테이터; 및 영구자석을 구비하고 상기 스테이터에 대해 미리 설정된 공극을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하되, 상기 영구자석은, 상기 공극에 자기장을 형성하게 극이방 착자되는 제1자석; 및 상기 제1자석에 비해 강한 자속을 구비하고, 상기 제1자석에 비해 상기 공극으로부터 내측으로 이격되게 배치되는 제2자석;을 구비하여 구성된다. 이에 의해, 제조 비용을 저감할 수 있고, 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있으며, 출력을 제고할 수 있다.

Description

영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기{ELECTRIC MOTOR WITH PERMANENT MAGNET AND COMPRESSOR HAVING THE SAME}
본 발명은, 영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 전동기는, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이다.
전동기는, 전기 공급 방식에 따라 직류용, 단상 교류용 및 3상 교류용으로 구별된다.
이러한 전동기는, 통상 스테이터와, 상기 스테이터에 대해 소정의 공극을 두고 상대 운동 가능하게 구비되는 로터를 구비하여 구성된다.
상기 로터 중 일부는, 회전축을 구비한 로터코어, 상기 로터코어에 축방향으로 삽입되는 복수의 도체바 및 상기 도체바를 단락시키는 엔드링을 구비하여 구성된다.
상기 로터 중 다른 일부는, 영구자석 및 회전축을 구비하여 상기 영구자석을 지지하는 로터프레임을 구비하여 구성된다.
그런데 이러한 종래의 영구자석을 가지는 전동기에 있어서는, 상기 영구자석의 배후에 자로(flux path,磁路)를 형성할 수 있게 자성체(백요크)가 구비되어 있어, 로터의 질량이 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
상기 로터의 질량이 증가될 경우 진동 및 소음이 증가될 수 있다.
또한, 상기 로터의 질량이 증가되는 경우, 상기 로터의 관성이 증가되어 기동 및 정지 제어가 곤란하게 될 수 있다.
또한, 상기 자성체는 자기적 성질이 우수한 고가(高價)의 자기강판(또는 전자강판, 규소강판)으로 형성되어 제조 비용이 상승될 수 있다.
한편, 압축기는, 케이스, 상기 케이스의 내부에 구비되어 냉매를 압축하는 압축부 및 상기 케이스의 내부에 구비되고 상기 압축부에 구동력을 제공하는 전동기를 구비하여 구성된다.
상기 압축부는, 실린더와 상기 실린더의 내부에 구비되고 상기 전동기의 회전축에 연결되어 회전되는 롤러를 구비한다.
상기 전동기는, 상기 케이스의 내부에 고정되는스테이터 및 회전축을 중심으로 상기 스테이터의 내부에 회전 가능하게 구비되는 로터를 구비한다.
상기 실린더의 축방향을 따라 양 측에는 베어링이 각각 구비되어 상기 실린더의 양 측으로 돌출된 회전축을 회전 가능하게 지지한다.
그런데 이러한 종래의 압축기에 있어서는, 로터가 자성체로 된 로터코어 및 로터코어에 결합되는 영구자석을 구비하도록 되어 있어, 로터의 질량이 증가하게 되고, 이에 기인하여 진동 및 소음이 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
특히, 로터는 회전축의 축방향을 따라 연장된 베어링들에 의해 일 측(편측)이 지지되기 때문에, 질량 및 진동 증가 시 상기 베어링의 마모가 큰 폭으로 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 영구자석이 로터코어의 외경에 배치되는 소위 에스피엠(surface-mounted permanent magnet) 타입의 로터의 경우, 공극의 자속밀도를 높이기 위해 고가의 영구자석재질을 사용해야 하기 때문에 제조비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
KR 100727028 B1 KR 100567130 B1 KR 100137417 B1
따라서, 본 발명은, 진동 및 소음 발생을 억제할 수 있고 출력을 제고할 수 있는 영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 고가의 영구자석의 사용을 저감하여 제조비용을 저감할 수 있고 출력을 제고시킬 수 있는 영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 로터의 제작을 용이하게 할 수 있는 영구자석을 가지는 전동기 및 이를 구비한 압축기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 스테이터; 및 영구자석을 구비하고 상기 스테이터에 대해 미리 설정된 공극을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하고, 상기 영구자석은, 상기 공극에 자기장을 형성하게 극이방 착자되는 제1자석; 및 상기 제1자석에 비해 강한 자속을 구비하고, 상기 제1자석에 비해 상기 공극으로부터 이격되게 배치되는 제2자석;을 구비하는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기를 제공한다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터는, 회전축 및 상기 회전축과 상기 영구자석 사이에 동심적으로 구비되어 상기 영구자석을 지지하는 로터프레임을 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자석은 원주방향을 따라 서로 다른 복수의 자극이 교호적으로 배치되고, 상기 제2자석은 상기 복수의 자극의 중심부에 구비된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자석은, 양 단부에 제1방향을 따라 서로 다른 자극이 형성되는 제1자극부 및 양 단부에 상기 제1방향과 반대로 서로 다른 자극이 형성되는 제2자극부를 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자극부 및 제2자극부는 경계영역에 서로 동일한 자극이 배치되게 각각 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자석은 상기 제1자극부 및 제2자극부의 경계영역에 상기 제2자석이 삽입되는 제2자석삽입부가 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제2자석은 상기 제1자극부 및 제2자극부의 경계영역의 자극에 대응되게 반경방향을 따라 서로 다른 자극이 배치되게 착자되게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제2자석은 반경방향을 따라 서로 다른 자극이 배치되고, 외측면에 배치되는 자극은 상기 제1자석의 제1자극부 및 제2자극부의 자극과 동일하게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자석은 원통형상을 구비하게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자석은 본드자석으로 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 제1자석은 네오디뮴(Nd) 본드자석으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제2자석은 소결자석으로 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 제2자석은 네오디뮴(Nd) 소결자석으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제2자석은 상기 제1자석과 상기 로터프레임 사이에 축방향을 따라 삽입되게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터프레임은 비자성체로 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터프레임은 경량재질의 비자성체로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터프레임에는 상기 제2자석이 삽입될 수 있게 제2자석삽입부가 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 로터프레임은 축방향을 따라 관통 형성된 관통공을 구비하여 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 영구자석은 8극을 구비하고, 상기 스테이터는, 원주방향을 따라 서로 교호적으로 형성되는 복수의 슬롯 및 폴을 구비하고, 상기 복수의 슬롯은 12개를 구비하게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자석 및 제2자석은 원주방향을 따라 서로 교호적으로 배치되는 8개의 자극을 형성하게 구성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 폴은 원주방향을 따라 확장된 폴슈를 구비하고, 상기 제2자석은 상기 폴슈의 크기에 대응되게 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제2자석의 양 단부와 상기 로터의 중심을 연결한 연결선 사이의 내각은 19도 내지 26도로 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 제2자석의 양 단부와 상기 로터의 중심을 연결한 연결선 사이의 내각은 19.8 내지 25.2도로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제2자석의 양 단부는
본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 제1자석의 외면과 상기 제2자석 사이의 최소 거리는 1mm 이상으로 구성된다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 케이스; 상기 케이스의 내부에 구비되어 유체를 압축하는 압축부; 및 상기 케이스의 내부에 구비되고 상기 압축부에 구동력을 제공하는 상기 영구자석을 가지는 전동기;를 포함하는 압축기가 제공된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 로터의 영구자석이, 원주방향을 따라 서로 다른 복수의 자극이 교호적으로 배치되고 공극에 자기장을 형성할 수 있게 극이방 착자되는 제1자석 및 제1자석에 비해 강한 자속을 구비하고 복수의 자극의 중심부에 배치되는 제2자석을 구비함으로써, 영구자석의 재료비용을 저감할 수 있고 주자속이 증가되어 출력이 제고될 수 있다.
또한, 제1자석이 극이방착자되도록 함으로써, 제1자석의 내부에 자로(磁路,flux path)를 형성하지 아니하므로, 영구자석의 내부에서 영구자석을 지지하는 영구자석지지수단의 재질, 형상 및 크기에 제약 발생이 적어 로터의 제작이 용이하게 될 수 있다.
또한, 제1자석이 극이방착자되도록 함으로써, 제1자석의 내부에 자로(磁路,flux path)를 형성하지 아니하므로, 영구자석의 내부에서 영구자석을 지지하는 영구자석지지수단의 재질, 형상 및 크기에 제약 발생이 적어 로터의 제조 비용이 저감될 수 있다.
또한, 제1자석은 원통 형상으로 형성하고, 제1자석의 자극의 중심부에 제1자석에 비해 강한 자속을 가지는 제2자석이 구비됨으로써, 공극의 자속밀도는 주자속이 증가된 정현파(사인파) 형상을 가지게 되어 코깅토크가 저감되고 진동 및 소음 발생이 억제될 수 있다.
또한, 제1자석은 본드자석으로 형성되고 제2자석은 소결자석으로 구성됨으로써, 영구자석의 재료비용을 저감할 수 있고 제작이 용이하게 될 수 있다.
또한, 제1자석은 본드자석으로 형성되고 로터프레임은 경량재질의 비자성체로 구성됨으로써, 로터의 제작이 용이하고 제조비용이 저감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석을 가지는 전동기를 구비한 압축기의 단면도,
도 2는 도 1의 스테이터 및 로터의 평면도,
도 3은 도 2의 스테이터의 평면도,
도 4는 도 1의 로터의 확대도,
도 5는 도 2의 제1자석의 확대도,
도 6은 도 2의 제2자석의 사시도,
도 7은 도 2의 폴슈 및 제2자석영역의 확대도,
도 8은 도 2의 제2자석의 변형례,
도 9는 도 2의 로터프레임의 확대도,
도 10은 도 2의 제1자석 및 제2자석의 결합영역의 확대도,
도 11은 도 1의 로터의 결합전 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명한다. 본 명세서는, 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석을 가지는 전동기를 구비한 압축기의 단면도이고, 도 2는 도 1의 스테이터 및 로터의 평면도이다,
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석을 가지는 전동기를 구비한 압축기는, 케이스(110); 상기 케이스(110)의 내부에 구비되어 유체를 압축하는 압축부(130); 및 상기 케이스(110)의 내부에 구비되고 상기 압축부(130)에 구동력을 제공하는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석을 가지는 전동기(150);를 구비하여 구성될 수 있다.
케이스(110)는, 예를 들면, 내부에 수용공간을 형성하게 구성될 수 있다.
상기 케이스(110)는, 예를 들면, 내부에 밀폐된 수용공간(밀폐공간)을 형성하게 구성될 수 있다.
상기 케이스(110)는, 예를 들면, 원통 형상의 바디(111), 상기 바디(111)에 구비되는 캡을 구비할 수 있다.
상기 캡은, 예를 들면, 상기 바디(111)의 양 단부에 구비되는 제1캡(113) 및 제2캡(115)을 구비하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 바디(111)는 상하방향으로 배치되고, 상기 제1캡(113)은 상기 바디(111)의 상부에 구비되고 상기 제2캡(115)은 상기 바디(111)의 하단에 구비될 수 있다.
상기 케이스(110)의 일 영역에는 흡입관(117)이 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 케이스(110)의 외부의 냉매가 상기 케이스(110)의 내부로 흡입될 수 있다.
상기 흡입관(117)은, 예를 들면, 상기 바디(111)의 하부 일 측면부에 구비될 수 있다.
상기 케이스(110)의 내부에는 압축부(130)가 구비될 수 있다.
상기 압축부(130)는 상기 케이스(110)의 내부 하부영역에 구비될 수 있다.
상기 흡입관(117)은 상기 압축부(130)와 연통되게 연결될 수 있다.
상기 케이스(110)의 타 영역에는 토출관(119)이 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 케이스(110)의 내부의 냉매가 상기 케이스(110)의 외부로 토출될 수 있다.
상기 토출관(119)은, 예를 들면, 상기 케이스(110)의 상단에 구비될 수 있다.
상기 압축부(130)는, 예를 들면, 내부에 압축공간이 형성되는 실린더(131) 및 상기 실린더(131)의 내부에 회전되는 롤러(135)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 실린더(131)는, 예를 들면, 양 측(도면상 상측 및 하측)이 개방되게 구성될 수 있다.
상기 압축부(130)는, 상기 실린더(131)의 양 측에 구비되는 메인베어링(137) 및 서브베어링(139)을 구비할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 실린더(131)의 상측에 상기 메인베어링(137)이 구비될 수 있다.
상기 실린더(131)의 하측에 상기 서브베어링(139)이 구비될 수 있다.
상기 메인베어링(137)은 상기 실린더(131)에 비해 확장되어 상기 실린더(131)의 상측을 차단하게 결합될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 메인베어링(137)은, 상기 실린더(131)에 결합되는 차단부(138a) 및 상기 차단부(138a)로부터 돌출되는 베어링부(138b)를 구비할 수 있다.
상기 메인베어링(137)의 차단부(138a)는 상기 케이스(110)의 내면에 고정 결합될 수 있다.
상기 서브베어링(139)은 상기 실린더(131)에 비해 확장되게 형성되어 상기 실린더(131)의 하측을 차단하게 결합될 수 있다.
상기 서브베어링(139)은, 예를 들면, 상기 실린더(131)에 결합되는 차단부(140a) 및 상기 차단부(140a)로부터 돌출되는 베어링부(140b)를 구비할 수 있다.
상기 메인베어링(137) 및 서브베어링(139)에는 후술할 전동기(150)의 회전축(185)이 각각 삽입되어 회전 가능하게 각각 지지될 수 있다.
상기 케이스(110)의 내부에는 오일(121)이 수용될 수 있다.
상기 오일(121)은, 예를 들면, 상기 케이스(110)의 내부 저부에 미리 설정된 높이로 수용(저장)될 수 있다.
한편, 상기 케이스(110)의 내부에는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석을 가지는 전동기(150)(이하, '전동기(150)'로 표기함)가 구비될 수 있다.
상기 전동기(150)는, 스테이터(160) 및 상기 스테이터(160)에 대해 미리 설정된 공극(G)을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터(180)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 스테이터(160)는, 스테이터코어(161) 및 상기 스테이터코어(161)에 권선되는 스테이터코일(171)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터(160)는, 예를 들면, 내부에 상기 로터(180)가 수용되는 로터수용공(163)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(161)는, 예를 들면, 중앙에 상기 로터수용공(163)이 구비된 복수의 전기강판(162)을 절연 적층하여 형성될 수 있다.
상기 로터(180)는, 회전축(185) 및 상기 회전축(185)과 동심적으로 배치되는 영구자석(190)을 구비하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 로터(180)는, 회전축(185), 상기 회전축(185)과 동심적으로 배치되는 영구자석(190) 및 상기 회전축(185)과 상기 영구자석(190) 사이에 구비되어 상기 영구자석(190)을 지지하는 로터프레임(221)을 구비하여 구성될 수 있다.
상기 회전축(185)은 일 단이 상기 롤러(135)에 연결되고 타 단은 상기 로터프레임(221)에 연결될 수 있게 긴 길이를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 회전축(185)의 내부에는 관통공(187)이 구비될 수 있다.
이에 의해, 상기 회전축(185)의 회전 시 상기 관통공(187)을 통해 상기 케이스(110)의 하부의 오일이 상향 이동(이송)될 수 있다.
상기 회전축(185)에는, 예를 들면, 상기 롤러(135)가 결합되는 영역에 편심부(188)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 편심부(188)는 상기 회전축(185)의 중심으로부터 미리 설정된 거리로 이격(편심)되게 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 편심부(188)에 결합된 롤러(135)는 상기 회전축(185)을 중심으로 상기 실린더(131)의 내부를 편심 운동(회전 이동)함으로써, 상기 실린더(131)의 내부로 냉매를 흡입 및 압축하여 상기 실린더(131)의 외부로 토출할 수 있다.
도 3은 도 2의 스테이터의 평면도이고, 도 4는 도 1의 로터의 확대도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터(160)는, 상기 로터수용공(163)의 둘레에 구비되는 복수의 슬롯(165) 및 폴(166)을 구비할 수 있다.
상기 스테이터코어(161)의 복수의 슬롯(165) 및 폴(166)은 원주방향을 따라 서로 교호적으로 배치될 수 있다.
상기 복수의 슬롯(165)은, 예를 들면, 12개로 구성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 폴(166)은, 12개로 구성될 수 있다.
상기 각 폴(166)은, 예를 들면, 자유 단부에 원주방향을 따라 연장된 폴슈(확장부)(168)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 폴슈(168)는, 예를 들면, 상기 로터수용공(163)의 중심(O)과 상기 폴슈(168)의 양 단부를 각각 연결한 연결선(L1,L2)들 사이의 내각(θ)이 19도 내지 26도로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 폴슈(168)는 상기 로터수용공(163)의 중심(O)과 상기 폴슈(168)의 양 단부를 각각 연결한 연결선(L1,L2)들 사이의 내각이 19.8도 내지 25.2도 이내에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(185)의 상기 편심부(188)로부터 축방향으로 이격된 영역에 상기 로터프레임(221)이 구비될 수 있다.
상기 로터프레임(221)은 대략 원통 형상을 구비할 수 있다.
상기 로터프레임(221)의 외곽에는 영구자석(190)이 구비될 수 있다.
상기 영구자석(190)은, 상기 로터프레임(221)의 외곽에 구비되는 제1자석(191) 및 상기 제1자석(191)의 외경면에 비해 내측에 구비되는 제2자석(201)을 구비할 수 있다.
한편, 도 5는 도 2의 제1자석의 확대도이고, 도 6은 도 2의 제2자석의 사시도이며, 도 7은 도 2의 폴슈 및 제2자석영역의 확대도이며, 도 8은 도 2의 제2자석의 변형례이고, 도 9는 도 2의 로터프레임의 확대도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1자석(191)은, 예를 들면, 원통 형상을 구비할 수 있다.
상기 제1자석(191)은, 예를 들면, 내부에 상기 로터프레임(221)의 외경면이 접촉될 수 있게 로터프레임접촉부(194)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1자석(191)은, 원주방향을 따라 서로 다른 복수의 자극(N극, S극)이 교호적으로 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제1자석(191)은, 예를 들면, 상기 공극(G)에 자기장을 형성하고 내부에는 자기장을 형성하지 아니하게 구성될 수 있다.
상기 제1자석(191)은, 예를 들면, 상기 공극(G)에 자기장을 형성하고 내부에 자기장이 형성되지 아니하게 극이방 착자될 수 있다.
상기 제1자석(191)은, 예를 들면, 8극을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제1자석(191)은, 양 단부에 제1방향을 따라 서로 다른 자극이 형성되는 제1자극부(193a) 및 양 단부에 상기 제1방향과 반대로 서로 다른 자극이 형성되는 제2자극부(193b)를 구비하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1자석(191)은, 4개의 제1자극부(193a) 및 4개의 제2자극부(193b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 제1자극부(193a)는, 예를 들면, 도면상 시계방향을 따라 양 단부에 S극 및 N극이 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제2자극부(193b)는, 예를 들면, 도면상 반시계방향을 따라 양 단부에 S극 및 N극이 배치되게 구성될 수 있다.
상기 제1자극부(193a) 및 제2자극부(193b)는, 경계영역에 동일한 자극이 배치되게 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 제1자석(191)은 상기 제1자극부(193a) 및 제2자극부(193b)의 경계영역이 N극 또는 S극이 형성될 수 있다.
상기 제1자석(191)은, 예를 들면, 본드 자석으로 구성될 수 있다.
이에 의해, 제작을 용이하게 할 수 있고 제조 비용을 저감할 수 있다.
상기 제1자석(191)은, 예를 들면, 네오디뮴(Nd) 본드 자석으로 구현될 수 있다.
상기 제1자석(191)에는, 예를 들면, 상기 제2자석(201)이 삽입될 수 있게 제2자석삽입부(195a)가 형성될 수 있다.
상기 제2자석삽입부(195a)는, 예를 들면, 원주방향을 따른 중심이 상기 제1자극부(193a) 및 제2자극부(193b)의 경계에 배치될 수 있다.
상기 제2자석삽입부(195a)는, 예를 들면, 상기 제1자석(191)의 외경면으로부터 반경방향을 따라 미리 설정된 거리 이격되게 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제1자석(191)의 외경면으로부터 반경방향을 따라 미리 설정된 거리는, 예를 들면, 상기 제1자석(191)의 외경면과 상기 제2자석삽입부(195a)의 최소 두께가 1mm 이상으로 설정되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제1자석(191)의 외경면과 상기 제2자석(201)의 사이의 최소 거리는 1mm 이상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 제2자석삽입부(195a)는, 예를 들면, 상기 제1자극부(193a) 및 제2자극부(193b)의 경계선을 중심으로 대칭으로 형성될 수 있다.
상기 제2자석삽입부(195a)는, 예를 들면, 내측으로 개방되게 형성될 수 있다.
상기 제2자석삽입부(195a)는, 예를 들면, 내측으로 개방된 직사각형 형상을 구비할 수 있다.
상기 제1자석(191)의 제2자석삽입부(195a)는, 예를 들면, 상기 제2자석(201)의 외면과 접촉되는 외면접촉부(196a) 및 상기 제2자석(201)의 양 측면과 접촉되는 측면접촉부(197a)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 제2자석(201)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 직육면체 형상을 구비할 수 있다.
상기 제2자석(201)은, 예를 들면, 서로 나란하게 배치되는 양 판면부(198) 및 양 측면부(199)를 구비한 직사각 단면 형상을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제2자석(201)은, 예를 들면, 상기 제1자석(191)의 축방향 길이에 대응되는 길이를 구비할 수 있다.
상기 제2자석(201)은, 예를 들면, 원주방향을 따라 미리 설정된 폭(W)을 구비하게 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제2자석(201)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 폴슈(168)의 크기에 대응되는 크기를 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제2자석(201)은, 상기 제2자석(201)의 양 단부와 상기 로터(180)의 중심(O)을 연결한 연결선(L1,L2) 사이의 내각(θ)은 19도 내지 26도로 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 제2자석(201)의 양 단부와 상기 로터(180)의 중심을 연결한 연결선(L1,L2) 사이의 내각(θ)은 19.8 내지 25.2도로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제2자석(201)은 직사각 단면을 구비하게 형성되어 원주방향을 따라 양 단부(202) 중 내측의 모서리가 상기 제2자석(201)의 양 단부(202)와 상기 로터(180)의 중심(O)을 연결한 연결선(L1,L2)에 각각 접촉되게 구성된 경우를 예시하고 있으나, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2자석(201a)은 서로 나란한 양 판면부(202a)와, 원주방향을 따른 양 측면부(203a)가 상기 연결선(L1,L2)에 접촉되게 경사지게 형성되어 사각형 단면을 구비하게 구성될 수도 있다.
상기 제2자석(201)의 원주방향을 따른 폭(W)의 크기는 상기 폴슈(168)의 원주방향을 따른 폭에 비해 작게 형성될 수 있다.
상기 제2자석(201)은, 예를 들면, 두께방향으로 착자되게 구성될 수 있다.
이에 의해 상기 제2자석(201)은 두께방향을 따른 양 판면에 서로 다른 자극(N극, S극)이 각각 형성될 수 있다.
상기 제2자석(201)은 제1자석(191)에 비해 강한 자속을 구비하게 구성될 수 있다.
상기 제2자석(201)은, 예를 들면, 소결자석으로 구성될 수 있다.
상기 제2자석(201)은, 예를 들면, 네오디뮴(Nd) 소결 자석으로 구현될 수 있다.
본 실시예의 영구자석(190)은, 전체적인 자속은 원통 형상을 구비한 본드자석으로 형성되고 외면에 자기장이 형성되게 극이방 착자되어 공극에 배치되는 제1자석(191)에 의해 형성되고, 주자속은 제1자석(191)의 자극의 중심에 배치되고 제1자석(191)에 비해 강한 자속을 구비한 소결자석으로 구현된 제2자석(201)에 의해 증대되게 구성될 수 있다.
이에 의해, 영구자석(190)의 전체 자석 재료 비용이 저감될 수 있다.
또한, 상기 제2자석(201)에 의해 주자속이 증대됨으로써, 상기 전동기(150)의 출력이 제고될 수 있다.
또한, 상기 제2자석(201)에 의해 주자속이 증대되어 상기 공극(G)의 자속밀도는 정현파(사인파) 형상을 구비하게 되어 코깅토크가 저감될 수 있고, 코깅토크에 기인한 진동 및 소음 발생이 억제될 수 있다.
또한, 상기 제2자석(201)은 상대적으로 두께가 얇은 상기 제2자석삽입부(195a)의 외측 구간의 자속을 강화시키므로, 상기 제2자석삽입부(195a)의 외측 구간의 감자 내력 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
한편, 상기 제2자석(201)은, 예를 들면, 일 영역이 상기 로터프레임(221)과 면접촉될 수 있다.
예를 들면 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 로터프레임(221)에는, 상기 제1자석(191)과 협조적으로 상기 제2자석(201)이 삽입되는 삽입공간을 형성하는 제2자석삽입부(195b)가 형성될 수 있다.
상기 로터프레임(221)의 제2자석삽입부(195b)는, 예를 들면, 상기 제2자석(201)의 내면과 면접촉되는 내면접촉부(196b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터프레임(221)의 제2자석삽입부(195b)는, 예를 들면, 상기 제2자석(201)의 양 측면과 접촉되는 측면접촉부(197b)를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 로터프레임(221)의 중앙에는 상기 회전축(185)이 삽입될 수 있게 회전축공(223)이 구비될 수 있다.
상기 제1자석(191)이 극이방 착자되므로, 상기 로터프레임(221)은 자로(flux path)를 형성하지 아니하여도 되므로, 제작이 용이하게 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 로터프레임(221)은, 상기 제1자석(191)의 자기장에 구속되지 아니하므로 형상, 재질 및 크기의 선택의 폭이 증가되어 설계가 용이하게 될 수 있다.
예를 들면, 상기 로터프레임(221)은 비자성체로 형성될 수 있다.
상기 로터프레임(221)은, 예를 들면, 경량재질의 비자성체로 구성될 수 있다.
이에 의해, 상기 로터프레임(221)은 질량이 감소되어 정지 및 기동 제어가 용이하게 될 수 있다.
예를 들면, 상기 로터프레임(221)은 합성수지부재로 형성될 수도 있다.
또 다른 예로, 상기 로터프레임(221)은, 상기 회전축(185)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 로터프레임(221)은, 예를 들면, 상기 회전축(185)과 일체로 형성될 수도 있다.
이에 의해, 상기 로터프레임(221) 및 회전축(185)의 제작이 더욱 용이하게 될 수 있다.
상기 로터프레임(221)은, 예를 들면, 전기강판(미도시)을 절연 적층하여 형성될 수도 있다.
상기 로터프레임(221)은 축방향을 따라 관통된 관통부(225)를 구비할 수 있다.
이에 의해 상기 로터프레임(221)의 상측 및 하측의 유체(예를 들면, 기체 및 액체)가 자유롭게 상하로 이동될 수 있다.
또한, 상기 관통부(225)는 상기 로터프레임(221)의 표면적을 증가시켜 상기 로터프레임(221)의 냉각이 촉진될 수 있다.
또한, 상기 관통부(225)는 상기 로터프레임(2010)의 질량을 감소시켜 상기 로터(180)의 무게가 저감될 수 있다.
이에 의해, 기동 및 정지 제어가 더욱 용이하게 될 수 있다.
상기 관통부(225)는, 예를 들면, 상기 제2자석(201)의 내측에 구비되는 제1관통부(226)를 구비할 수 있다.
상기 제1관통부(226)는, 예를 들면, 8개로 구성될 수 있다.
상기 제1관통부(226)는, 예를 들면, 미리 설정된 직경을 가지는 원형 단면을 구비할 수 있다.
상기 제1관통부(226)는, 예를 들면, 상기 제2자석삽입부(195a,195b)의 내측에 각각 대응되게 형성될 수 있다.
이에 의해, 상기 제2자석(201) 영역의 온도 상승이 억제될 수 있다.
상기 관통부(225)는, 예를 들면, 상기 회전축공(223)의 둘레에 구비되는 제2관통부(227)를 구비할 수 있다.
상기 제2관통부(227)는, 예를 들면, 상기 제1관통부(226)의 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2관통부(227)는, 예를 들면, 원주방향을 따라 긴 길이를 가지는 장공으로 구현될 수 있다.
상기 제2관통부(227)는, 예를 들면, 8개로 구성될 수 있다.
한편, 도 10은 도 2의 제1자석(191) 및 제2자석(201)의 결합영역의 확대도이며, 도 11은 도 1의 로터의 결합전 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제2자석(201)은 상기 제1자석(191)의 자극에 대응되게 배치될 수 있다.
상기 제1자극부(193a) 및 상기 제2자극부(193b)는 경계영역의 자극이 동일하므로, 상기 제2자석(201)은, 상기 제1자극부(193a) 및 제2자극부(193b)의 경계영역에 형성된 제2자석삽입부(195a)의 자극에 대응되게 상기 제2자석삽입부(195a)에 삽입될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1자극부(193a)의 도면상 우측 단부의 자극이 N극이면, 상기 제2자극부(193b)의 좌측 단부의 자극도 N극이 되므로, 상기 제2자석(201)은 외면이 N극이 되게 상기 제2자석삽입부(195a)에 삽입될 수 있다.
이에 의해, 상기 제1자석(191)의 제1자극부(193a) 및 제2자극부(193b)의 경계영역에는 상기 로터(180)의 각 자극(N극, S극)의 중심이 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 공극(G)의 자속밀도는 상기 로터(180)의 각 자극의 중심에서 최대가 되고, 상기 자극(N극, S극)의 중심을 지나면 점진적으로 감소되어 상기 각 자극부(193)의 중심에서 최소가 되어 정현파(사인파) 형상을 구비할 수 있다.
이에 의해, 코깅토크가 감소되고, 상기 코깅토크에 기인한 진동 및 소음 발생이 억제될 수 있다.
또한, 본 실시예의 전동기(150)는, 상기 로터(180)의 자극(N극, S극)의 중심에서 상기 제2자석(201)에 의해 주자속이 증가되어 출력(역기전력)이 제고될 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 로터프레임(221)의 둘레에 상기 제1자석(191)이 결합되고, 상기 로터프레임(221)과 상기 제1자석(191) 사이에 형성된 제2자석삽입부(195a,195b)에 상기 제2자석(201)이 각각 삽입될 수 있다.
상기 제2자석(201)은 상기 제2자석삽입부(195a,195b)에 축방향을 따라 각각 삽입 결합될 수 있다.
도 10을 다시 참조하면, 상기 로터프레임(221)과 상기 제1자석(191)의 상호 접촉영역에는, 예를 들면, 접착제(210)가 도포될 수 있다.
상기 제2자석(201)과 상기 제2자석삽입부(195a,195b)의 상호 접촉영역에는, 예를 들면, 접착제(210)가 도포될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 로터프레임(221), 상기 제1자석(191) 및 제2자석(201)이 각각 형성되고, 상기 로터프레임(221), 제1자석(191) 및 제2자석(201)이 접착제(210)에 의해 결합되게 구성된 경우를 예시하고 있지만, 상기 로터프레임(221)의 외면에 상기 제2자석(201)이 결합되고, 상기 로터프레임(221) 및 제2자석(201)의 결합체의 외면에 상기 제1자석(191)이 사출에 의해 형성되게 할 수도 있다.
이러한 구성에 의하여, 상기 회전축(185)의 편심부(188)에 상기 롤러(135)가 결합되고, 상기 편심부(188)의 양 측에 상기 메인베어링(137) 및 서브베어링(139)이 각각 결합될 수 있다.
상기 회전축(185)의 타 측 영역에 상기 로터프레임(221)이 결합되고, 상기 로터프레임(221)의 외측에 상기 제1자석(191) 및 제2자석(201)이 각각 결합될 수 있다.
한편, 운전이 개시되어 상기 스테이터코일(171)에 전원이 인가되면, 상기 로터(180)는 상기 스테이터코일(171)에 의해 형성된 자계와 상기 영구자석(190)의 자계가 상호 작용하면서 상기 회전축(185)을 중심으로 회전될 수 있다.
이때, 본 실시예의 상기 로터(180)는 상기 제2자석(201)에 의해 주자속이 증대되어 상기 공극(G)의 자속밀도는 정현파 형상을 구비함으로써, 코깅토크가 저감되고 이에 기인한 진동 및 소음 발생이 억제될 수 있다.
또한, 상기 제2자석(201)에 의한 주자속 증대로 출력(역기전력)이 증대될 수 있다.
상기 로터(180)가 회전되면 상기 롤러(135)는 상기 실린더(131)의 내부에서 편심운동하고, 이에 의해 상기 흡입관(117)을 통해 상기 실린더(131)의 내부로 냉매가 흡입되어 압축될 수 있다.
상기 실린더(131)의 내부에서 압축된 냉매는 상기 토출관(119)을 통해 상기 케이스(110)의 외부로 토출되어 냉동사이클의 냉매배관을 따라 순환될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 그 사상 또는 본질적인 특징에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 실시될 수 있으므로, 위에서 설명된 실시예는 그 상세한 설명의 내용에 의해 제한되지 않아야 한다.
또한, 앞서 기술한 상세한 설명에서 일일이 나열되지 않은 실시예라 하더라도 첨부된 특허청구범위에서 정의된 그 기술 사상의 범위 내에서 넓게 해석되어야 할 것이다. 그리고, 상기 특허청구범위의 기술적 범위와 그 균등범위 내에 포함되는 모든 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되어야 할 것이다.
110: 케이스, 130 : 압축부, 131 : 실린더, 135 : 롤러,
137 : 메인베어링, 139 : 서브베어링, 150: 전동기, 160 : 스테이터,
162 : 전기강판, 163 : 로터수용공, 165 ; 슬롯, 166 : 폴, 168 : 폴슈,
171 : 스테이터코일, 180 : 로터, 185 ; 회전축, 187: 관통공, 188: 편심부,
190 : 영구자석, 191 : 제1자석, 193 : 자극부, 193a, : 제1자극부,
193b : 제2자극부, 195a,195b : 제2자석삽입부, 201,201a: 제2자석,
221 : 로터프레임, 223: 회전축공, 225: 관통부

Claims (17)

  1. 스테이터; 및
    회전축 및 상기 회전축을 중심으로 회전하는 영구자석을 구비하고, 상기 스테이터에 대해 미리 설정된 공극을 두고 회전 가능하게 배치되는 로터;를 포함하고,
    상기 영구자석은,
    원주방향을 따라 서로 다른 복수의 자극이 각각 형성되고 원주방향을 따라 교호적으로 배치되는 복수의 제1자극부와 복수의 제2자극부를 구비하고, 상기 복수의 자극은 상기 공극에 자기장을 형성할 수 있게 극이방 착자되는 원통형의 제1자석; 및
    상기 제1자석에 비해 강한 자속을 구비하고, 상기 제1자석에 비해 상기 공극으로부터 이격되게 상기 복수의 자극의 중심부에 구비되며 직육면체 형상을 갖는 복수의 제2자석;을 구비하고,
    상기 로터는, 상기 회전축과 상기 영구자석 사이에 구비되어 상기 영구자석을 회전 가능하게 지지하고 비자성체로 이루어지는 로터프레임을 포함하고,
    상기 제1자석 및 로터프레임에는 각각 상기 제2자석이 축방향으로 삽입되는 제2자석삽입부가 형성되고,
    상기 제1자석의 제2자석삽입부는, 상기 제1자석의 외경면으로부터 반경방향을 따라 미리 설정된 거리 이격되어 상기 제2자석을 수용하도록 내측으로 개방되게 형성되고, 상기 제2자석의 외면과 접촉되는 외면접촉부 및 상기 제2자석의 양 측면과 접촉되는 측면접촉부를 구비하고,
    상기 로터프레임의 제2자석삽입부는, 상기 제1자석의 제2자석삽입부에 대응되는 위치에 외측으로 개방되어 상기 제2자석을 수용하도록 형성되고, 상기 제2자석의 내면과 접촉되는 내면접촉부 및 상기 제2자석의 양 측면과 접촉되는 측면접촉부를 구비하고,
    상기 복수의 제2자석 각각의 중심부는 원주방향을 따라 서로 인접하는 제1자극부와 제2자극부의 경계에 배치되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1자극부는 양 단부에 제1방향을 따라 서로 다른 자극이 형성되고,
    상기 제2자극부는 양 단부에 상기 제1방향과 반대로 서로 다른 자극이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1자극부 및 제2자극부는 경계영역에 서로 동일한 자극이 배치되게 형성되고,
    상기 제1자석은 상기 제1자극부 및 제2자극부의 경계영역에 상기 제2자석이 삽입되는 제2자석삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2자석은 상기 제1자극부 및 제2자극부의 경계영역의 자극에 대응되게 반경방향을 따라 서로 다른 자극이 배치되게 착자되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1자석은 본드자석인 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2자석은 소결자석인 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 로터프레임은 축방향을 따라 관통 형성된 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  13. 제1항 내지 제4항, 제6항, 제7항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영구자석은 8극을 구비하고,
    상기 스테이터는, 원주방향을 따라 서로 교호적으로 형성되는 복수의 슬롯 및 폴을 구비하고,
    상기 복수의 슬롯은 12개를 구비하는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 폴은 원주방향을 따라 확장된 폴슈를 구비하고,
    상기 제2자석은 상기 폴슈의 크기에 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2자석의 양 단부와 상기 로터의 중심을 연결한 연결선 사이의 내각은 19도 내지 26도 인 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1자석의 외면과 상기 제2자석 사이의 최소 거리는 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 영구자석을 가지는 전동기.
  17. 케이스;
    상기 케이스의 내부에 구비되어 유체를 압축하는 압축부; 및
    상기 케이스의 내부에 구비되고 상기 압축부에 구동력을 제공하는 제1항의 영구자석을 가지는 전동기;를 포함하는 압축기.
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JP2004320925A (ja) * 2003-04-17 2004-11-11 Asmo Co Ltd 埋込磁石型モータ
JP5752273B2 (ja) * 2011-12-27 2015-07-22 三菱電機株式会社 電動機

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