KR102491657B1 - 전동기 및 이를 포함하는 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전동기는, 내면에 돌출 형성된 티스부를 가지는 중공 형상의 고정자; 및 상기 중공에 삽입되어 상기 티스부와 대향되는 외면을 가지며, 내부에 복수의 극을 구비하는 회전자;를 포함하고, 상기 회전자는 극과 극 사이에 브릿지부가 형성되고, 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 상기 브릿지부의 전방 및 후방에 각각 함몰 형성된 전방 회전자홈 및 후방 회전자홈을 가질 수 있다.

Description

전동기 및 이를 포함하는 압축기{ELECTRIC MOTOR AND COMPRESSOR HAVING THE SAME}
본 발명은 전동기 및 이를 포함하는 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정자와 회전자의 형상을 제안하여 전동기의 진동 소음을 저감함과 동시에 효율성을 향상시킬 수 있는 전동기 및 이를 포함하는 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 냉장고, 공기조화기 등의 냉각 장치에서 증발된 냉매를 압축하는 장치이다. 압축기는 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)와 회전식 압축기(rotary compressor)를 포함할 수 있다. 왕복동식 압축기는 실린더 내의 피스톤의 왕복 운동으로 기상 냉매를 압축한다. 회전식 압축기는 편심된 회전자가 실린더 내면을 일정 편심로를 따라 회전하며 흡입한 기상 냉매를 압축한다.
또한, 압축기는 피스톤의 왕복 운동 또는 편심된 회전자의 회전 운동을 생성하기 위하여 전동기를 이용한다. 이와 같은 전동기는 고정자와 회전자를 포함할 수 있다. 고정자는 외부 지지체에 고정되어 자기장을 생성하며, 회전자는 고정자에 의해 생성된 자기장에 따라 회전된다. 고정자에는 자기장을 생성하기 위하여 코일이 마련된다. 이와 같은 코일은 자성물질로 구성된 고정자의 티스에 권선을 감아 형성될 수 있다.
본 발명의 목적은 효율이 높고 진동이나 작동 소음을 저감할 수 있는 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고정자 및 회전자 코어의 응력을 최소화하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 냉장고, 공기조화기 등의 냉각 장치에서 증발된 냉매를 압축하는 압축기에 이용되는 전동기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전동기는, 내면에 돌출 형성된 티스부를 가지는 중공 형상의 고정자; 및 상기 중공에 삽입되어 상기 티스부와 대향되는 외면을 가지며, 내부에 복수의 극을 구비하는 회전자;를 포함하고, 상기 회전자는 극과 극 사이에 브릿지부가 형성되고, 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 상기 브릿지부의 전방 및 후방에 각각 함몰 형성된 전방 회전자홈 및 후방 회전자홈을 가질 수 있다.
회전자는 상기 전방 회전자홈과 상기 후방 회전자홈 사이에 배치되어 상기 전방 및 후방 회전자홈을 연결하는 회전연결면을 가질 수 있다
상기 고정자는 상기 전방 회전자홈 및 후방 회전자홈에 각각 대향되는 저면으로부터 각각 함몰 형성된 전방 고정자홈 및 후방 고정자홈을 가질 수 있다.
상기 고정자는 상기 전방 고정자홈과 상기 후방 고정자홈 사이에 배치되어 상기 전방 및 후방 고정자홈을 연결하는 고정연결면을 가질 수 있다.
상기 티스부는 상기 고정자의 내주면에 돌출 형성되는 티스몸체; 및 상기 티스몸체의 일단부에 연결되며, 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 전방 및 후방을 향해 돌출되어 상기 회전자의 외면과 대향되는 내면을 가지는 티스슈를 구비하며, 상기 고정연결면의 폭(W4)은 상기 티스몸체의 폭(W3)과 같거나 큰 간격을 가질 수 있다.
상기 전방 고정자홈은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 전방에 배치되는 제1 전방 고정자홈 및 상기 제1 전방 고정자홈의 후방에 배치되어 상기 제1 전방 고정홈으로부터 돌출 형성되는 제2 전방 고정자홈을 가지며, 상기 후방 고정자홈은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 후방에 배치되는 제1 후방 고정자홈 및 상기 제1 후방 고정자홈의 전방에 배치되어 상기 제1 전방 고정홈으로부터 돌출 형성되는 제2 후방 고정자홈을 가질 수 있다.
상기 회전자의 중심과 상기 티스부의 중심을 연결하는 가상선을 기준으로 상기 제2 전방 고정자홈의 후단과 상기 가상선의 각도(θ2)는 상기 전방 회전자홈의 후단과 상기 가상선의 각도(θ1)과 같거나 클 수 있다.
상기 회전자의 중심과 상기 티스부의 중심을 연결하는 가상선을 기준으로 상기 제1 전방 고정자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ4)는 상기 전방 회전자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ5)보다 작을 수 있다.
상기 회전자의 중심과 상기 티스부의 중심을 연결하는 가상선을 기준으로 상기 제1 전방 고정자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ4)는 상기 제2 전방 고정자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ3)보다 크고, 상기 θ3는 상기 제2 전방 고정자홈의 후단과 상기 가상선의 각도(θ2)보다 클 수 있다.
상기 전방 및 후방 고정자홈은 상기 전방 및 후방 회전자홈과 동일한 곡률반경을 가질 수 있다.
상기 전방 고정자홈과 상기 고정연결면 및 상기 후방 고정자홈과 상기 고정연결면은 둔각으로 형성될 수 있다.
상기 전방 회전자홈의 폭(W2)은 상기 전방 고정자홈의 폭(W1)보다 큰 간격을 가질 수 있다.
상기 전방 회전자홈과 상기 후방 회전자홈은 상기 브릿지부를 기준으로 대칭될 수 있다.
상기 고정자는 상기 고정자의 외면으로부터 함몰 형성되는 요홈을 가질 수 있다.
상기 티스부는 복수로 구비되어 상기 티스부 사이에 형성되는 12개의 슬롯을 가지며, 상기 회전자는 내부에 8극을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전동기는, 내면에 돌출 형성된 티스부를 가지는 중공 형상의 고정자; 및 상기 중공에 삽입되어 상기 티스부와 대향되는 외면을 가지며, 상기 티스부와 이격되는 공극(air gap)을 형성하는 회전자;를 포함하며, 상기 공극은, 중앙부에 형성되는 제1 공극부; 및 상기 제1 공극부의 외측에 각각 형성되며, 상기 제1 공극부보다 큰 간격을 가지는 제2 공극부들을 가질 수 있다.
상기 제2 공극부는 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 내부에 구비된 극의 양 끝단 사이에 배치되는 브릿지부의 전방 및 후방에 각각 함몰 형성된 전방 회전자홈 및 후방 회전자홈과 상기 티스부의 저면 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1 공극부는 상기 전방 회전자홈 및 상기 후방 회전자홈 사이에 배치되어 상기 전방 및 후방 회전자홈으로부터 돌출되는 회전연결면과 상기 티스부의 저면 사이에 형성될 수 있다.
상기 회전자의 회전방향을 기준으로 일측에 배치된 상기 제2 공극부의 전단은 상기 티스부의 전단보다 전방에 배치되며, 타측에 배치된 상기 제2 공극부의 후단은 상기 티스부의 후단보다 후방에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 압축기는, 냉매를 압축하는 압축부; 및 상기 압축부와 연결된 회전축을 통하여 상기 압축부에 회전력을 제공하는 전동기;를 포함하되, 상기 전동기는, 내면에 돌출 형성된 티스부를 가지는 중공 형상의 고정자; 및 상기 중공에 삽입되어 상기 티스부와 대향되는 외면을 가지며, 내부에 복수의 극을 구비하는 회전자;를 포함하며, 상기 회전자는 극과 극 사이에 브릿지부가 형성되고, 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 상기 브릿지부의 전방 및 후방에 각각 함몰 형성된 전방 회전자홈 및 후방 회전자홈을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 전동기의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 전동기의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 A를 확대한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시한 고정자를 확대한 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 전동기의 제2 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 고정자를 확대한 도면이다.
도 8은 종래의 전동기를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 15는 본 발명과 종래 기술과 본 발명의 개선 효과를 비교하는 도면이다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 이하, 본 발명의 실시예들은 첨부된 도 1 내지 도 15를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 이하 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해하기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시한다.
따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(200)는 어큐뮬레이터(220)와 근접하여 마련될 수 있다. 압축기(200)는 외관을 형성하는 케이싱(210)과, 케이싱(210)의 내측 상부에 설치되는 전동기(100), 케이싱(210)의 내측 하부에 설치되는 압축부(230)를 포함할 수 있다. 압축부(230)는 전동기(100)와 회전축(110)을 통해 연결될 수 있다.
또한, 케이싱(210)의 내부에는 압축부(230)에서 압축된 고압의 기상 냉매를 수용하는 냉매 수용부(211)와 전동기(100)의 회전을 원활하게 하고 케이싱(210) 내부의 온도를 저하시키는 압축기 오일을 수용하는 오일 수용부(212)가 마련된다.
압축부(230)는 케이싱(210) 내부에 마련되어 상호 구획된 압축공간을 가지는 제1 및 제2 실린더(233, 235)를 포함할 수 있다. 또한, 압축부(230)는 제1 및 제2 실린더(233, 235)의 상하를 각각 복개(覆蓋)하여 함께 압축공간을 형성하는 복수의 베어링 플레이트들(232, 234, 236)을 더 포함할 수 있다. 베이링 플레이트들(232, 234, 236)은 회전축(110)을 지지할 수 있다.
제1 및 제2 실린더(233, 235)는 내부에 형성되는 압축공간에서 서로 다른 중심을 가지고 선회 운동하는 제1 및 제2 롤링 피스톤(240, 250)을 포함할 수 있다. 한편, 압축기(200)는 제1 및 제2 실린더(233, 235)를 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 압축기(200)는 1개 또는 3개 이상의 실린더를 포함할 수 있다.
제1 베어링 플레이트(232)와 제3 베어링 플레이트(236) 사이에는 제1 압축공간 및 제2 압축공간 내부에서 압축된 기상 냉매가 케이싱(210) 내부로 토출되도록 제1 토출구(262) 및 제2 토출구(264)가 형성된다. 압축기(200)가 가동될 대 케이싱(210) 내부는 토출구들(262, 264)을 통해 배출되는 압축 기상 냉매에 의해 고압으로 유지되고, 케이싱(210) 내부의 압축 기상 냉매는 케이싱(210) 상부에 마련된 배출배관(270)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
제1 롤링 피스톤(240)과 제2 롤링 피스톤(250)은 전동기(100)의 회전축(110)과 결합하며, 예를 들어, 서로 다른 중심을 가지고 결합될 수 있다. 이러한 구성을 통해 압축공간상에서 제1 롤링 피스톤(240)과 제2 롤링 피스톤(250)은 편심 회전하여 기상 냉매를 압축할 수 있다.
한편, 상기 설명한 압축기(200)는 회전형 압축기를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 개시된 발명은 왕복동형 압축기에도 적용될 수 있다. 또한, 전동기(100)는 세탁기에 구비된 드럼을 회전 구동하기 위해 설치될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 전동기의 제1 실시예를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2에 도시한 전동기의 단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 전동기(100)는 고정자(10)와 회전자(40)를 포함한다.
고정자(10)는 다수의 자성 강판이 대략 원통 형상으로 적층되어 이루어질 수 있다. 고정자(10)는 내면에 돌출 형성되는 복수의 티스부(20)와 각각의 티스부(20)를 연결하는 요크부(15)를 포함하는 중공 형상일 수 있다. 각각의 티스부(20) 사이에는 슬롯이 형성되고, 슬롯을 통해 외부 전원과 연결되는 코일(도시안함)이 티스부(20)에 감기게 된다. 예를 들어, 고정자(10)에 권선되는 코일은 집중권 방식으로 구성될 수 있다.
티스부(20)는 고정자(10)의 내주면을 따라 등 간격으로 배치될 수 있으며, 12개의 티스부(20)가 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 3개, 6개, 9개 등의 티스부(20)가 형성될 수 있다.
티스부(20)는 고정자(10)의 내주면에 돌출되는 티스몸체(21)와 티스몸체(21)의 말단에 연결되는 티스슈(30)를 가질 수 있다. 티스슈(30)는 원주 방향의 양측으로 각각 돌출되어 회전자(40)의 외면에 대향되는 내면을 가질 수 있다. 즉, 티스슈(30)의 내면은 티스몸체(21)보다 큰 폭을 가질 수 있다.
고정자(10)의 외곽에는 요홈(18)이 형성될 수 있다. 요홈(18)을 통해 오일의 리턴이 쉽게 이루어질 수 있고, 냉매의 순환이 원활하게 이동하는 유로를 제공할 수 있다. 또한, 밀폐 용기 내부로의 열 압입시, 열 압입력에 의한 공극에서의 변형이 최소화할 수 있다.
회전자(40)는 고정자(10)의 중공에 삽입되며, 티스부(20)와 대향되는 외면을 가진다. 회전자(40)는 회전축 삽입홀(48)이 형성되며, 회전축(도 1의 110)은 회전축 삽입홀(48)에 압입되어 고정될 수 있다. 회전자(40)는 회전축(도 1의 110)을 중심으로 회전하는 원통 형상일 수 있다.
또한, 회전자(40)의 내부에는 영구자석(50)이 삽입되도록 설치홈(도시안함)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 개의 자극을 형성하는 영구자석(50)의 배치 구조는 한 개의 극 내부에 서로 예각을 이루는 'V'자 형태를 가질 수 있다.
회전축 삽입홀(48)의 외측에는 두 개의 자기중심이 직교하도록 대칭되어 영구자석(50)이 매립될 수 있다. 영구자석(50)은 희토류계 자석일 수 있다. 영구 자석(50)은 12개의 슬롯에 대응되도록 내부에 8개의 극이 구비될 수 있으며, 슬롯의 개수에 따라 극의 개수도 변경될 수 있다.
또한, 회전자(40)는 회전축 결합홀(48)의 외측에 형성된 결합홀(45)이 형성될 수 있으며, 결합홀(45)을 통해 리벳에 의해 체결되도록 구성될 수 있다.
즉, 고정자(10)의 슬롯에 감겨진 코일에 전류를 인가하면, 각 코일의 극성이 순차적으로 변하면서 슬롯 사이에 구비되는 티스부(20)에서 회전자계가 발생한다. 또한, 티스부(20)에 대향되어 있는 회전자(40)에는 영구자석(50)에 의해 자계가 형성된다. 그리고 티스부(20)에서 발생하는 회전자계의 극성과 영구자석(50)에 의한 극성이 동일한 경우 발생하는 척력과, 극성이 상이한 경우에 발생하는 인력에 의해 회전자(40)에 회전력이 인가된다. 즉, 회전자(40)는 회전축(도 1의 110)을 중심으로 회전하게 된다.
도 4는 도 3에 도시한 A를 확대한 도면이며, 도 5는 도 4에 도시한 고정자를 확대한 도면이다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 영구자석(50)은 인접하는 자극이 서로 반대 극성을 갖도록 삽입될 수 있다. 서로 반대 극성이 마주하는 영구자석(50)의 양쪽 끝단에는 자속의 단락과 누설을 방지하기 위한 베리어 홀들(52)이 형성될 수 있다. 베리어 홀들(52) 사이에는 브릿지부(55)가 형성된다.
회전자(40)는 회전자(40)의 회전방향을 기준으로 브릿지부(55)의 전방 및 후방에 각각 함몰 형성된 전방 회전자홈(60A)과 후방 회전자홈(60B)을 가진다. 또한, 회전자(40)는 전방 회전자홈(60A)과 후방 회전자홈(60B) 사이에 배치되는 회전연결면(65)을 가지며, 회전연결면(65)은 전방 회전자홈(60A)과 후방 회전자홈(60B)을 연결한다. 전방 회전자홈(60A)과 회전연결면(65), 그리고 회전연결면(65)과 후방 회전자홈(60B)은 각각 둔각으로 형성될 수 있다.
고정자(10)는 전방 회전자홈(60A) 및 후방 회전자홈(60B)에 각각 대향되는 내면으로부터 각각 함몰 형성된 전방 고정자홈(31) 및 후방 고정자홈(38)을 가진다. 또한, 고정자(10)는 전방 고정자홈(31)과 후방 고정자홈(38) 사이에 배치되는 고정연결면(35)을 가지며, 고정연결면(35)은 전방 고정자홈(31)과 후방 고정자홈(38)을 연결한다. 전방 고정자홈(31)과 고정연결면(35), 그리고 고정연결면(35)과 후방 고정자홈(38)은 각각 둔각으로 형성될 수 있다.
고정연결면(35)의 폭(W4)은 티스몸체(21)의 폭(W3)과 같거나 큰 간격으로 배치될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 8극 12슬롯을 가지는 전동기(100)에서는 W4 ≥ W3이 전동기(100)의 효율적인 측면에서 바람직하며, 슬롯의 개수에 따라 고정연결면(35)의 폭(W4)은 티스몸체(21)의 폭보다 작을 수 있다. 예를 들어, 6슬롯을 가지는 전동기에서의 고정연결면(35)의 폭은 티스몸체(21)의 폭보다 작을 수 있다.
또한, 전방 회전자홈(60A)의 폭(W2)은 전방 고정자홈(31)의 폭(W1)보다 큰 간격으로 배치될 수 있다. 전방 및 후방 고정자홈(31, 38)은 전방 및 후방 회전자홈(60A, 60B)과 동일한 곡률반경일 수 있다.
전방 회전자홈(60A)의 전단과 전방 회전자홈(60A)의 후단 사이의 각도(θ5-θ1)는 회전자의 중심(C)과 티스부(20)의 중심을 연결하는 가상선(L)을 기준으로 전방 고정자홈(31)의 전단과 후방 고정자홈(38)의 후단 사이의 각도(θ4-θ6)보다 큰 각도((θ5-θ1)＞(θ4-θ6))를 가진다. 즉, 전방 고정자홈(31)은 전방 회전자홈(60A)보다 작은 이격 거리를 가지며, 전방 회전자홈(60A)의 내측에 수용되어 배치된다. 전방 회전자홈(60A)과 후방 회전자홈(60B)은 브릿지부(55)를 기준으로 각각 대칭일 수 있다.
또한, 회전자(40)의 중심과 티스부(20)의 중심을 연결하는 가상선(L)을 기준으로 전방 고정자홈(31)의 전단과 가상선(L)의 각도(θ4)는 고정연결면(35)의 전단과 가상선(L)의 각도(θ2)보다 큰 각도로 배치된다. 전방 고정자홈(31)과 후방 고정자홈(38)은 고정연결면(35)의 중심을 기준으로 각각 대칭일 수 있다.
즉, 회전자(40)와 고정자(10) 사이에는 공극(air gap)이 형성된다. 공극은 회전연결면(65)과 대향되는 고정연결면(35) 사이에 형성되는 제1 공극부(32), 그리고 제1 공극부(32)의 외측에 각각 형성되는 제2 공극부(33A, 33B)를 가질 수 있다. 제2 공극부(33A, 33B)는 전방 고정자홈(31)과 전방 회전자홈(60A), 그리고 후방 고정자홈(38)과 후방 회전자홈(60B)에 의해 제1 공극부(32)보다 큰 간격을 가지도록 형성된다.
도 6은 도 1에 도시한 전동기의 제2 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 7은 도 6에 도시한 고정자를 확대한 도면이다. 도 6 및 도 7에서는 앞서 설명한 전동기와의 차이점을 중심으로 설명하되, 생략된 설명은 상술한 내용으로 대체될 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 회전자(40)는 극과 극 사이에 배치되는 브릿지부(55)가 형성된다. 회전자(40)의 회전방향을 기준으로 브릿지부(55)의 전방 및 후방에는 각각 함몰 형성된 전방 회전자홈(60A) 및 후방 회전자홈(60B)이 배치된다.
고정자(10)는 전방 회전자홈(60A) 및 후방 회전자홈(60B)에 각각 대향되는 내면으로부터 각각 함몰 형성되는 전방 고정자홈(31) 및 후방 고정자홈(38)을 가진다. 전방 고정자홈(31)은 제1 및 제2 전방 고정자홈(31A, 31B)을 가질 수 있다. 제1 전방 고정자홈(31A)은 회전자(40)의 회전방향을 기준으로 전방에 배치된다. 제2 전방 고정자홈(31B)은 제1 전방 고정자홈(31A)의 후방에 배치되어 제1 전방 고정자홈(31A)으로부터 돌출 형성된다.
또한, 후방 고정자홈(38)은 제1 및 제2 후방 고정자홈(38B, 38A)을 가질 수 있다. 제1 후방 고정자홈(38B)은 회전자(40)의 회전방향을 기준으로 후방에 배치된다. 제2 후방 고정자홈(38A)은 제1 후방 고정자홈(38B)의 전방에 배치되어 제1 후방 고정자홈(38B)으로부터 돌출 형성된다. 즉, 회전자(40)의 중심과 티스부(20)의 중심을 연결하는 가상선(L)을 기준으로 각각 대칭될 수 있다.
제2 전방 고정자홈(31B)의 후단과 가상선(L)의 각도(θ2)는 회전자(40)의 중심과 티스부(20)의 중심을 연결하는 가상선(L)을 기준으로 전방 회전자홈(60A)의 후단과 가상선(L)의 각도(θ1)과 같거나 클 수 있다. 또한, 제1 전방 고정자홈(31A)의 전단과 상기 가상선(L)의 각도(θ5)는 전방 회전자홈(60A)의 전단과 가상선(L)의 각도(θ4)보다 크도록 배치된다.
제1 전방 회전자홈(60A)의 전단과 가상선(L)의 각도(θ4)는 제2 전방 고정자홈(31B)의 전단과 상기 가상선(L)의 각도(θ3)보다 크고, θ3는 상기 제2 전방 고정자홈(31B)의 후단과 상기 가상선(L)의 각도(θ2)보다 크도록 배치된다. 즉, θ1≤θ2＜θ3＜θ4＜θ5 의 관계를 가질 수 있다.
도 8은 종래의 전동기를 나타내는 도면이다. 일반적으로, 브러쉬리스 직류 모터(Brushless Direct Currency Motor)는 직류 모터에서 브러시와 정류자(Commutator)를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치하여 기계적 또는 전기적인 노이즈를 발생시키지 않을 뿐만 아니라 저속부터 고속까지 다양한 속도의 모터가 제작 가능하고, 다극으로 회전토크가 안정적이며, 긴 수명의 전동기를 간단하게 만들수 있는 특징을 갖는다.
종래의 브러쉬리스 직류 모터의 고정자는 내주면에 돌출 형성된 복수개의 티스(Teeth)가 형성되고, 각 티스 사이가 요홈지게 슬롯이 형성되며, 티스의 끝단 양측에 돌출 형성된 각 팁들 사이에 슬롯 개구부가 형성된 고정자 코어와, 고정자 코어의 티스의 양측 슬롯에 권선되는 코일로 구성된다.
고정자(70)와 회전자(80) 사이의 공극이 동일한 간격을 가지며 배치된다. 이 경우, 회전자(80)의 영구자석과의 자기력에 의한 자속 밀도의 편차가 크게 발생하게 되어 회전자가 균일한 토크를 발생시키지 못하는 코깅 토크(Cogging Torque)가 발생하게 되어 모터의 진동 및 이에 따른 진동 소음이 발생되는 문제점이 있다.
특히, 회전자와 고정자 간의 간격인 공극이 작게 설계하는 것이 유리하나, 이 경우 릴럭턴스의 변화가 크게 발생하여 코깅 토크가 커지고, 토크리플 또한 크게 발생하여 진동 소음에 악영향을 미치게 된다.
도 9 내지 도 15는 본 발명과 종래 기술과 본 발명의 개선 효과를 비교하는 도면이다. 도 9 및 도 10은 코깅 토오크 주파수를 나타내는 도면이다. 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, FEM(Finite Difference Method, 유한 차분법) 해석을 통하여 전동기의 코깅 토오크 주파수 분석 결과 6차 성분이 약 72% 정도 저감되었음을 확인할 수 있다.
도 11 및 도 12는 토오크 리플 주파수를 나타내는 도면이다. 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 6차 성분이 약 55% 정도 저감되었음을 확인할 수 있다.
또한, 도 13 및 도 14는 고정자 및 회전자 코어의 응력 주파수를 나타내는 도면이다. 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 종래 모델과 비교하여 4차 성분이 약 48% 저감되었고, 6차 성분이 약 56% 저감되었음을 확인할 수 있다.
도 15는 본 발명의 전동기를 채용한 압축기의 진동 소음을 비교한 도면이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 고조파 성분이 저감되어 효율성이 개선되며, 진동 소음을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 고정자(10)와 회전자(40) 사이의 공극의 조절을 통해 코깅 토오크와 토오크 리플 및 응력 주파수를 저감함으로써 전동기의 효율성을 상승시킬 수 있다. 또한, 회전자(40)의 구동 시 발생하는 진동을 최소화하고, 진동에 따른 소음을 저감시켜 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 전동기(100)는 회전자(40)가 고정자(10)의 내측에 위치되는 이너로터형(inner-rotor type) 모터를 예로 들어 설명하였으나, 회전자(40)가 고정자(10)의 외측에 위치되는 아우터로터형(outer-rotor type)으로 설치될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시 예를 각각 개별적으로 설명하였으나, 각 실시 예들은 반드시 단독으로 구현되어야만 하는 것은 아니며, 각 실시 예들의 구성 및 동작은 적어도 하나의 다른 실시 예들과 조합되어 구현될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 고정자 15 : 요크부
18 : 요홈 20 : 티스부
30 : 티스슈 31 : 전방 고정자홈
35 : 고정연결면 38 : 후방 고정자홈
40 : 회전자 50 : 영구자석
52 : 베리어 홀 55 : 브릿지부
60A : 전방 회전자홈 60B : 후방 회전자홈
65 : 회전연결면 100 : 전동기
110 : 회전축 200 : 압축기
210 : 케이싱 220 : 어큐뮬레이터
230 : 압축부 240 : 제1 롤링 피스톤
250 : 제2 롤링 피스톤 270 : 배출배관

Claims (20)

  1. 내면에 돌출 형성된 티스부를 가지는 중공 형상의 고정자; 및
    상기 중공에 삽입되어 상기 티스부와 대향되는 외면을 가지며, 내부에 복수의 극을 구비하는 회전자;를 포함하고,
    상기 회전자는 극과 극 사이에 브릿지부가 형성되고, 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 상기 브릿지부의 전방 및 후방에 각각 함몰 형성된 전방 회전자홈 및 후방 회전자홈, 및 상기 전방 회전자홈과 상기 후방 회전자홈 사이에 배치되어 상기 전방 및 후방 회전자홈을 연결하는 회전연결면을 가지며,
    상기 고정자는 상기 전방 회전자홈 및 상기 후방 회전자홈에 각각 대향되는 저면으로부터 각각 함몰 형성된 전방 고정자홈 및 후방 고정자홈을 가지며,
    상기 전방 고정자홈은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 전방에 배치되는 제1 전방 고정자홈 및 상기 제1 전방 고정자홈의 후방에 배치되어 상기 제1 전방 고정자홈으로부터 돌출 형성되는 제2 전방 고정자홈을 가지며,
    상기 후방 고정자홈은 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 후방에 배치되는 제1 후방 고정자홈 및 상기 제1 후방 고정자홈의 전방에 배치되어 상기 제1 전방 고정자홈으로부터 돌출 형성되는 제2 후방 고정자홈을 가지며,
    상기 회전자의 중심과 상기 티스부의 중심을 연결하는 가상선을 기준으로 상기 제2 전방 고정자홈의 후단과 상기 가상선의 각도(θ2)는 상기 전방 회전자홈의 후단과 상기 가상선의 각도(θ1)와 같거나 큰, 전동기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 전방 고정자홈과 상기 후방 고정자홈 사이에 배치되어 상기 전방 및 후방 고정자홈을 연결하는 고정연결면을 가지는, 전동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 티스부는 상기 고정자의 내주면에 돌출 형성되는 티스몸체; 및
    상기 티스몸체의 일단부에 연결되며, 상기 회전자의 회전방향을 기준으로 전방 및 후방을 향해 돌출되어 상기 회전자의 외면과 대향되는 내면을 가지는 티스슈를 구비하며,
    상기 고정연결면의 폭(W4)은 상기 티스몸체의 폭(W3)과 같거나 큰 간격을 가지는, 전동기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전자의 중심과 상기 티스부의 중심을 연결하는 가상선을 기준으로 상기 제1 전방 고정자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ4)는 상기 전방 회전자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ5)보다 작은, 전동기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전자의 중심과 상기 티스부의 중심을 연결하는 가상선을 기준으로 상기 제1 전방 고정자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ4)는 상기 제2 전방 고정자홈의 전단과 상기 가상선의 각도(θ3)보다 크고,
    상기 각도(θ3)는 상기 제2 전방 고정자홈의 후단과 상기 가상선의 각도(θ2)보다 큰, 전동기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 고정자홈은 상기 전방 및 후방 회전자홈과 동일한 곡률반경을 가지는, 전동기.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 전방 고정자홈과 상기 고정연결면 및 상기 후방 고정자홈과 상기 고정연결면은 둔각으로 형성되는, 전동기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전방 회전자홈의 폭(W2)은 상기 전방 고정자홈의 폭(W1)보다 큰 간격을 가지는, 전동기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전방 회전자홈과 상기 후방 회전자홈은 상기 브릿지부를 기준으로 대칭되는, 전동기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 고정자의 외면으로부터 함몰 형성되는 요홈을 가지는, 전동기.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 티스부는 복수로 구비되어 상기 티스부 사이에 형성되는 12개의 슬롯을 가지며, 상기 회전자는 내부에 8극을 구비하는, 전동기.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    냉매를 압축하는 압축부; 및
    상기 압축부와 연결된 회전축을 통하여 상기 압축부에 회전력을 제공하는 청구항 제1항, 제4항, 제5항, 및 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항의 전동기;를 포함하는, 압축기.
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