KR102551510B1 - 밀폐형 모터 냉각 시스템 - Google Patents
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Abstract
밀폐형 모터(14)를 냉각시키기 위한 시스템은, 냉매를 냉매 루프(16)를 따라 배치된 응축기(18)로부터 밀폐형 모터(14)로, 그리고 밀폐형 모터(14)로부터 다시 냉매 루프(16)로 지향시키도록 구성된 모터 냉각 냉매 흐름 경로(24), 및 모터 냉각 냉매 흐름 경로(24)를 따라 배치되고 응축기(18)로부터 냉매를 수용하도록 구성된 밀폐형 모터(14)의 하우징(60)을 포함하되, 밀폐형 모터(14)의 하우징(60)은 밀폐형 모터(14)의 고정자(62)의 적어도 일부를 둘러싸는 환형부(76, 80)를 포함하고, 환형부(76, 80)는 냉매를 고정자(62)를 향하여 그리고 밀폐형 모터(14)의 하우징(60)의 공동부(83)로 지향시키도록 구성된 복수의 개구(120)를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 일련번호 제62/570,535호(발명의 명칭: "HERMETIC MOTOR COOLING SYSTEM", 출원일: 2017년 10월 10일), 미국 가출원 일련번호 제62/610,782호(발명의 명칭: "HERMETIC MOTOR COOLING SYSTEM", 출원일: 2017년 12월 27일), 및 미국 가출원 일련번호 제62/611,358호(발명의 명칭: "HERMETIC MOTOR COOLING SYSTEM", 출원일: 2017년 12월 28일)의 우선권 및 이득을 주장하고, 상기 기초출원들은 모든 목적을 위해 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
본 개시내용은 일반적으로 냉동 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시내용은 밀폐형 모터 냉각 조립체에 관한 것이다.
냉동 사이클의 압축기는 전기 모터에 의해 회전될 수 있는 샤프트에 의해 구동된다. 열(예를 들어, 열 에너지)은 전류가 샤프트에 연결된 회전자의 회전을 구동시키는, 고정자를 형성하는 일련의 권선을 통과할 때 생성될 수 있다. 회전자 및 고정자는 열이 모터의 작동 동안 생성될 때 온도의 증가를 겪을 수 있는 모터 하우징 내에 포함된다. 일부 압축기에서, 회전자는 또한 열을 생성할 수 있고 모터 하우징 내에서 온도를 더 증가시킬 수 있는, 전자기 베어링에 의해 지지될 수 있다. 따라서, 냉각 유체는 열을 제거하고 과열이 유발하는 모터의 성능의 감소 또는 정지를 방지하도록 냉각 시스템을 통해 모터에 제공될 수 있다. 유감스럽게도, 냉동 사이클의 모터를 위한 일부 냉각 시스템은 저압 냉매가 냉동 사이클에서 활용될 때 높은 압력 강하 및/또는 감소된 냉각 유체 흐름을 겪을 수 있다. 기존의 모터 냉각 시스템의 운용 한계는 압축기 및/또는 냉동 시스템의 총 작동 범위에 영향을 줄 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 양상에 따른, 개선된 냉각 시스템을 활용할 수 있는 밀폐형 모터를 가진 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration: HVAC&R) 시스템의 실시형태의 개략도이다;
도 2는 본 개시내용의 양상에 따른, 개선된 냉각 시스템을 포함하는 도 1의 HVAC&R 시스템의 밀폐형 모터의 실시형태의 단면도이다;
도 3은 본 개시내용의 양상에 따른, 도 2의 밀폐형 모터를 위한 냉각 시스템의 유입부의 실시형태의 부분 단면도이다;
도 4는 본 개시내용의 양상에 따른, 도 3의 냉각 시스템의 환형부 내 개구의 실시형태의 부분 단면도이다;
도 5는 본 개시내용의 양상에 따른, 개선된 냉각 시스템의 실시형태를 포함하는 도 1의 HVAC&R 시스템의 밀폐형 모터의 실시형태의 단면도이다;
도 6은 본 개시내용의 양상에 따른, 도 5의 밀폐형 모터를 위한 냉각 시스템의 유입부의 실시형태의 부분 단면도이다; 그리고
도 7은 본 개시내용의 양상에 따른, 도 1의 HVAC&R 시스템의 밀폐형 모터를 위한 냉각 시스템의 부가적인 냉각 특징부의 실시형태의 단면도이다.
도 2는 본 개시내용의 양상에 따른, 개선된 냉각 시스템을 포함하는 도 1의 HVAC&R 시스템의 밀폐형 모터의 실시형태의 단면도이다;
도 3은 본 개시내용의 양상에 따른, 도 2의 밀폐형 모터를 위한 냉각 시스템의 유입부의 실시형태의 부분 단면도이다;
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도 7은 본 개시내용의 양상에 따른, 도 1의 HVAC&R 시스템의 밀폐형 모터를 위한 냉각 시스템의 부가적인 냉각 특징부의 실시형태의 단면도이다.
간단한 요약
하나의 실시형태에서, 밀폐형 모터용 냉각 시스템은 냉매를 냉매 루프를 따라 배치된 응축기로부터 밀폐형 모터로, 그리고 밀폐형 모터로부터 다시 냉매 루프로 지향시키도록 구성된 모터 냉각 냉매 흐름 경로, 및 모터 냉각 냉매 흐름 경로를 따라 배치되고 응축기로부터 냉매를 수용하도록 구성된 밀폐형 모터의 하우징을 포함하되, 밀폐형 모터의 하우징은 밀폐형 모터의 고정자의 적어도 일부를 둘러싸는 환형부를 포함하고, 환형부는 냉매를 고정자를 향하여 그리고 밀폐형 모터의 하우징의 공동부로 지향시키도록 구성된 복수의 개구를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC&R) 시스템은 냉매 루프, 냉매 루프를 따라 배치되고 냉매 루프 내에서 냉매를 순환시키도록 구성된 압축기, 냉매 루프 내 냉매의 흐름에 대하여 냉매 루프를 따라 압축기의 하류에 배치된 응축기, 냉매 루프 내 냉매의 흐름에 대하여 냉매 루프를 따라 응축기의 하류에 배치된 증발기, 압축기를 구동시키도록 구성된 밀폐형 모터, 및 모터 냉각 시스템을 포함한다. 모터 냉각 시스템은 냉매를 응축기로부터 밀폐형 모터로, 그리고 밀폐형 모터로부터 증발기로 지향시키도록 구성된 모터 냉각 냉매 흐름 경로, 및 모터 냉각 냉매 흐름 경로를 따라 배치되고 모터 냉각 냉매 흐름 경로로부터 냉매를 수용하도록 구성된 밀폐형 모터의 하우징을 포함하되, 밀폐형 모터의 하우징은 밀폐형 모터의 고정자의 적어도 일부를 둘러싸는 환형부를 포함하고, 환형부는 냉매를 고정자를 향하여 그리고 밀폐형 모터의 하우징의 공동부로 지향시키도록 구성된 복수의 개구를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 밀폐형 모터를 냉각시키기 위한 방법은 모터 냉각 냉매 경로를 향하여 냉매 루프 내 응축기를 나가는 냉매 흐름의 부분을 전환시키는 단계, 냉매 흐름의 부분을 모터 냉각 냉매 경로를 따라 밀폐형 모터의 하우징으로 지향시키는 단계(여기서 밀폐형 모터는 냉매 루프를 따라 배치된 압축기를 구동시키도록 구성됨), 냉매 흐름의 부분을 밀폐형 모터의 하우징에 형성된 환형부를 통해 지향시키는 단계, 냉매가 밀폐형 모터의 고정자를 향하여 그리고 밀폐형 모터의 하우징의 공동부로 흐르게 하도록, 냉매 흐름의 부분을 환형부의 복수의 개구를 통해 지향시키는 단계, 및 냉매 흐름의 부분을 밀폐형 모터의 하우징의 공동부로부터 다시 냉매 루프를 향하여 지향시키는 단계를 포함한다.
상세한 설명
모터(예를 들어, 밀폐형 모터)는 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC&R) 시스템의 압축기를 구동시키도록 활용될 수 있다. 모터는 권선 저항의 결과로서 작동 동안 열을 생성하고 와상 전류는 모터에 공급되는 전류로부터 손실된다. 모터에 의해 생성된 열은 열 에너지를 모터 하우징으로 전달하고, 이에 의해 모터의 온도를 증가시킨다. 따라서, 냉각 시스템의 적어도 일부는 열 에너지를 흡수하고 모터의 온도를 감소(예를 들어, 모터를 냉각)시키도록 모터 하우징에 포함될 수 있다. 일부 실시형태에서, 냉각 시스템은 열 에너지를 모터 하우징에 흡수하도록 냉매를 HVAC&R 시스템의 냉매 루프로부터 모터 하우징으로 순환시킨다. 예를 들어, 냉매(예를 들어, 냉각 시스템의 냉각 유체)는 모터의 작동 동안 생성된 열 에너지를 흡수하도록 HVAC&R 시스템의 응축기로부터 모터 하우징으로 지향된다. 이어서 냉매는 모터로부터 HVAC&R 시스템의 냉매 루프로 다시 지향될 수 있다. 일부 경우에서, 냉매는 냉매가 액체 상태로부터 증기 상태 또는 액체와 증기의 혼합물로 팽창되는 팽창 디바이스로부터 모터로 지향된다.
모터(예를 들어, 밀폐형 모터)를 위한 일부 냉각 시스템은 냉매가 모터 하우징 내에서 흐르게 하기 위한 비교적 제한된 흐름 경로를 포함한다. 예를 들어, 냉각 시스템은 냉매를 흐르게 하도록 구성되고 모터 재킷 주위를 감싸서 냉매를 모터의 컴포넌트(예를 들어, 회전자, 고정자, 및/또는 베어링)와 열 교환 관계에 있게 배치하기 위한 나선형 코일을 가질 수 있다. 냉매는 비교적 작은 직경 및 비교적 긴 길이를 포함할 수 있는, 나선형 코일을 통해 흐른다. 냉매는 나선형 코일을 통해 높은 압력 강하 및 저 흐름 속도를 겪고, 이는 냉매가 나선형 코일 내에서 기화하게 할 수 있다. 게다가, 나선형 코일은 모터 재킷의 외부면에 대한 냉매의 노출을 제한하여, 냉매와 모터 컴포넌트 간의 열 에너지 전달량을 감소시킨다. 예를 들어, 갭이 모터 재킷 주위의 나선형 코일의 턴(turn) 사이에 형성될 수 있고/있거나 나선형 코일이 모터 재킷 주위에서 자체와 중첩되지 않을 수 있어서 모터 재킷의 외부면의 충분한 표면적을 덮는다. 따라서, 나선형 코일 냉각 시스템은 충분한 열 에너지 전달을 저압 냉매를 사용하는 시스템에 제공할 수 없다. 본 명세서에서 사용될 때, 저압 냉매는 1 대기압에서 섭씨 약 19도(화씨 66도)의 기준 끓는점을 가진 냉매를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "기준 끓는점"은 1 대기압에서 측정된 끓는점 온도를 나타낼 수 있다.
본 개시내용은 압력 강하를 감소시키고 그리고 모터 하우징 내에서 냉매와 모터 컴포넌트 간의 열 에너지 전달량을 증가시켜서 저압 냉매가 HVAC&R 시스템에서 효과적으로 활용될 수 있는 개선된 밀폐형 모터 냉각 시스템에 관한 것이다. 일부 실시형태에서, 냉각 시스템은 모터의 고정자의 권선을 둘러싸는 모터 하우징에 형성된 환형부를 포함한다. HVAC&R 시스템으로부터의 냉매는 환형부 주위에서 이격된 복수의 개구를 통해 배출되기 전에 환형부를 충전할 수 있다. 이어서 배출된 냉매가 고정자의 적어도 일부와 직접적으로 접촉할 수 있어서 고정자로부터 열 에너지를 흡수하고 그리고 모터 하우징을 냉각시킨다. 냉각 시스템의 환형부가 냉매를 고정자의 부분에 걸쳐 고르게 분포시켜서 모터 하우징에서 발생하는 열 전달량을 향상시킨다. 게다가, 기존의 냉각 시스템(예를 들어, 나선형 코일)을 통한 냉매의 흐름 경로와 비교할 때 환형부를 통한 냉매의 흐름 경로가 비교적 짧기 때문에 환형부는 모터 하우징을 통한 냉매의 압력 강하가 감소되게 한다. 이와 같이, 본 명세서에 개시된 HVAC&R 시스템의 실시형태는 모터의 효율을 개선시킬 수 있고 압축기 및/또는 냉동 시스템의 작동 범위를 증가시킬 수 있다.
본 실시형태가 시스템에서 사용될 수 있는 방식을 예시하는 것을 돕기 위해서, 도 1은 모터(14)(예를 들어, 밀폐형 모터, 전기 모터, 유압식 모터, 공압식 모터 등)에 의해 구동되는 압축기(12)를 포함하는 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(HVAC&R) 시스템(10)의 개략도이다. 도 1의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 압축기(12)는 냉매 루프(16)에 배치되고 압축기(12)는 냉매를 냉매 루프(16) 내에서 순환시키도록 구성된다. 압축기(12)를 나가는 냉매는 응축기(18)에 의해 수용된다. 일부 실시형태에서, 응축기(18)는 공기 냉각식 응축기여서, 공기가 응축기(18)의 코일에 걸쳐 지향되어 코일을 통해 흐르는 냉매로부터 열 에너지(예를 들어, 열)를 흡수한다. 다른 실시형태에서, 응축기(18)는 냉매를 냉각 유체(예를 들어, 물)와 열 교환 관계에 두는 투관형 열 교환기(shell and tube heat exchanger)일 수 있다. 임의의 경우에, 냉매가 열 에너지를 응축기(18)의 작동 유체(예를 들어, 공기, 물, 또는 또 다른 적합한 냉각 유체)로 전달하여, 응축기(18)를 나가는 냉매의 온도를 감소시킨다.
응축기(18)를 나가는 냉매는 냉매 루프(16)를 따라 팽창 디바이스(20)를 향하여 계속될 수 있다. 팽창 디바이스(20)는 냉매의 압력을 감소시키도록 구성되고, 이는 또한 냉매의 온도를 더 감소시킨다. 이어서 냉매는 냉매 루프(16)를 따라 배치된 증발기(22)에 진입한다. 증발기(22)를 통해 흐르는 냉매는 작동 유체(예를 들어, 물 및/또는 공기)로부터 열 에너지(예를 들어, 열)를 흡수한다. 일부 실시형태에서, 증발기(22)는 냉매를 냉각 유체(예를 들어, 물)와 열 교환 관계에 두는 투관형 열 교환기이다. 다른 실시형태에서, 증발기(22)는 냉매를 공기와 열 교환 관계에 둔다. 증발기(22)의 작동 유체(예를 들어, 물, 공기, 또는 또 다른 적합한 유체)는 부하, 예컨대, 건물, 방, 주택 또는 또 다른 조화 공간을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 이어서 증발기(22)를 나가는 냉매는 압축기(12)에 재진입함으로써 냉매 루프(16)를 완성한다.
도 1의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 응축기(18)를 나가는 냉매의 일부는 티부(tee)(26)(예를 들어, 제1 티부 및/또는 제1 삼방 밸브)를 통해 모터 냉각 루프(24)로 전환될 수 있다. 밸브(28)(예를 들어, 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 게이트 밸브, 글로브 밸브, 다이어프램 밸브, 및/또는 또 다른 적합한 밸브)는 모터 냉각 루프(24)를 통한 냉매의 흐름에 대하여 티부(26)의 하류의 모터 냉각 루프(24)를 따라 배치될 수 있다. 밸브(28)는 냉매 루프(16)로부터 제1 모터 냉각 루프(24)로 전환되는 냉매의 양을 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 밸브(28)는 예를 들어, 센서(29)(예를 들어, 온도 센서)에 의해 모니터링되는 모터(14)의 온도에 기초하여 모터 냉각 루프(24)를 통한 냉매의 흐름을 제어하도록 밸브(28)의 상태를 조정하는, 제어기(30)에 연결된다. 모터 냉각 루프(24)를 통해 흐르는 냉매는 냉매를 모터(14)의 컴포넌트(예를 들어, 고정자, 회전자, 및/또는 베어링)와 열 교환 관계에 두도록 모터(14)의 하우징(예를 들어, 도 2를 참조)으로 지향된다. 따라서, 냉매가 모터(14)로부터 열 에너지(예를 들어, 열)를 흡수하여 모터(14)의 온도를 감소시킨다. 이어서 냉매는 모터(14)로부터 다시 냉매가 증발기로 흐르는 냉매 루프(16)를 향하여 지향된다. 일부 실시형태에서, 모터 냉각 루프(24)는 흐름 생성 디바이스, 예컨대, 펌프, 이덕터(eductor), 압축기, 또는 모터 냉각 루프(24)를 통한 냉매의 흐름을 용이하게 하는 또 다른 적합한 디바이스를 포함한다. 다른 실시형태에서, 냉매는 모터(14)의 상류의 냉매와 모터(14)의 하류의 냉매의 압력차(예를 들어, 응축기(18)를 나가는 냉매의 압력은 팽창 디바이스(20)에 의해 유발된 압력 강하 때문에 증발기(22)에 진입하는 냉매의 압력보다 더 큼)를 통해서 모터 냉각 루프(24)를 통해 흐른다.
도 2는 모터(14)를 통한 모터 냉각 루프(24) 내 냉매의 흐름 경로를 예시하는 모터(14)의 단면이다. 도 2의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 모터(14)는 하우징(60)뿐만 아니라 고정자(62), 샤프트(65)에 연결된 회전자(64), 및 하우징(60)에 배치된 베어링(예를 들어, 볼 베어링, 슬리브 베어링, 자기 베어링, 또는 다른 적합한 베어링)을 포함한다. 모터 냉각 루프(24)는 냉매를 제1 유입부(68) 및/또는 제2 유입부(70)를 통해 하우징(60)으로 지향시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 제1 유입부(68)는 냉매를 모터(14)의 제1 단부(78)(예를 들어, 구동 단부)에서 고정자(62)를 둘러싸는 제1 환형부(76)로 지향시킨다. 유사하게, 제2 유입부(70)는 냉매를 모터(14)의 제2 단부(82)(예를 들어, 반대편의 구동 단부)에서 고정자(62)를 둘러싸는 제2 환형부(80)로 지향시킨다.
일부 실시형태에서, 냉매는 환형부(76 및 80)를 통해 흐르고 궁극적으로 환형부(76 및 80)를 충전한다. 이어서 냉매가 환형부(76 및 80)의 각각 주위에 이격된 개구(예를 들어, 도 4를 참조)를 통해 배출되어 냉매가 고정자(62)의 권선과 접촉한다. 예를 들어, 개구가 냉매를 고정자(62)의 권선을 향하여 방사상 내향으로 지향시킬 수 있어서 냉매가 비교적 고온을 포함하는 권선의 부분(예를 들어, 권선의 뿌리부)과 직접적으로 접촉한다. 이어서 고정자(62)와 접촉하는 냉매는 다시 냉매 루프(16)를 향하여 배출되기 전에 하우징(60)의 공동부(83)를 통해 흐를 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 모터 냉각 루프(24) 내에서 흐르는 냉매는 응축기(18)를 나가는 냉매일 수 있다. 따라서, 제1 모터 냉각 루프(24) 내 냉매는 냉매 액체이다. 일부 실시형태에서, 환형부(76 및 80)로부터 배출된 냉매의 제1 부분은 고정자(62)로부터 상당한 열을 흡수할 수 있고 냉매 증기로 증발할 수 있다. 따라서, 모터 하우징(60)은 냉매 증기(85)가 증발기(22)로 흐르게 하는 환기구(84)를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 냉매의 제2 부분은 여전히 냉매 액체일 수 있다. 모터 하우징(60)은 또한 냉매 액체(87)가 냉매 루프(16)로 복귀되게 하는 드레인(86)을 포함한다. 게다가, 모터 하우징(60)은 냉매를 수용하고 모터(14)의 추가의 냉각을 제공하는 고정자 냉각 경로(107)(예를 들어, 모터 하우징(60)과 슬리브(90) 사이에 형성된 공동부)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉매는 유입부(89)를 통해 고정자 냉각 경로(107)로 흐를 수 있고 고정자 냉각 경로(107)로부터 유출부(91)를 통해 흐를 수 있다. 따라서, 냉매가 고정자 냉각 경로(107) 내부를 통해 흘러서 모터(14)의 컴포넌트, 예컨대, 베어링, 회전자(64), 및/또는 다른 적합한 컴포넌트를 냉각시킨다.
도 2의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 고정자(62)(예를 들어, 권선)를 냉각시키는 냉매가 환기구(84) 및/또는 드레인(86)을 향하여 지향될 수 있어서, 냉매가 궁극적으로 다시 증발기(22)로 흐른다. 냉매가 고정자(62)로부터 환기구(84) 및/또는 드레인(86)을 향하여 흐를 때, 냉매는 또한 모터 하우징(60) 내 회전자(64) 및/또는 베어링으로부터의 열(예를 들어, 열 에너지)과 접촉할 수 있고 열을 흡수할 수 있다.
더 나아가, 모터 하우징(60)은 모터 하우징(60) 내에서 공동부(95)를 냉각시키기 위한 냉매를 수용하는 포트(93)를 포함할 수 있다. 공동부(95)는 모터의 확산판과 인접할 수 있고, 따라서, 확산판으로부터 열 에너지(예를 들어, 열)를 흡수할 수 있다. 따라서 냉매는 고정자(62) 및 회전자(64)에 더하여 확산판을 냉각시킬 수 있고, 따라서 모터 하우징(60)을 더 냉각시킬 수 있다.
모터(14)의 고정자(62)는, 모터 하우징(60) 내에 또한 배치되는 슬리브(90) 내에 배치될 수 있다. 일부 실시형태에서, 환형부(76 및 80)는 환형부(76 및 80)가 고정자(62)를 둘러싸도록, 슬리브(90)와 인접한 하우징(60) 내에 형성될 수 있다. 슬리브(90)는 환형부(76 및 80)를 수용하도록 기존의 모터(14)와 비교할 때 연장될 수 있다. 예를 들어, 환형부(76 및 80)는 모터(14)(예를 들어, 유입부(68 및 72))의 제1 단부(78)(예를 들어, 구동 단부) 및 모터(14)(예를 들어, 유입부(70 및 74))의 제2 단부(82)(예를 들어, 반대편의 구동 단부)에 배치될 수 있는, 유입부(68, 70, 72 및 74)에 대응하는 모터(14)의 길이(92)에 따른 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이, 슬리브(90)는 제1 단부(78)와 제2 단부(82) 사이의 길이에 대응하는 길이(98)를 포함하도록 연장된다.
도 3은 유입부(68)의 실시형태의 확대된 단면이다. 도 3의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 유입부(68)는 냉매를 모터(14)의 제1 단부(78)(예를 들어, 구동 단부)에서 고정자(62)를 둘러싸는 환형부(76)로 지향시킨다. 일부 실시형태에서, 환형부는 압력 강하를 감소시키면서, 냉매의 충분한 흐름이 모터(14)를 냉각시키게 하는 흐름 영역을 포함한다. 환형부의 흐름 영역이 모터(14)의 크기 및/또는 용량에 기초하여 변경(예를 들어, 스케일링(scaled))될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이와 같이, 더 큰 용량을 포함하는 더 큰 모터는 감소된 용량을 가진 더 작은 모터보다 더 큰 흐름 영역을 가진 환형부(76)를 포함할 수 있다. 환형부(76)가 냉매가 흐르는 비교적 좁은 통로를 형성하지만, 환형부(76)의 길이는 고정자(62)의 원주와 실질적으로 동일하다. 부가적으로, 냉매가 제1 유입부(68)와 제3 유입부(72) 둘 다를 환형부(76)에 연결시킨 결과로서 고정자(62)의 전체 원주 주위에서 흐르기 전에 냉매가 환형부(76)로부터 배출된다. 따라서, 환형부(76)로 흐르는 냉매가 발생시키는 압력 강하는 냉각 시스템 내 냉매의 더 짧은 흐름 경로 때문에 밀폐형 모터(예를 들어, 나선형 코일)를 위한 기존의 냉각 시스템과 비교할 때 감소된다.
도 3의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 환형부(76)는 밀봉부(106)를 사용하여 슬리브(90)와 모터 하우징(60)의 표면(104) 사이에서 밀봉된다. 이와 같이, 냉매는 유입부(68)로부터 환형부(76)로 흐르기 전에 공동부(83) 또는 고정자 냉각 경로(107)로 누출되는 것으로부터 차단될 수 있다. 일부 실시형태에서, 밀봉부(106)는 o자 링, 실리콘, 및/또는 유입부(68)에서 환형부(76)로부터 누출되는 것으로부터 냉매를 차단하는 또 다른 적합한 밀봉재를 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, 환형부(76 및 80) 각각은 냉매를 고정자(62)를 향하여 지향시키고 고정자(62)로부터 열을 흡수하도록 환형부(76 및 80) 주위에서 이격되는 복수의 개구(120)를 포함한다.
예를 들어, 도 4는 냉매를 고정자(62)를 향하여 지향시키는 복수의 개구(120) 중 하나의 개구(120)의 확대된 사시도이다. 도 4의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 개구(120)는 고정자(62)를 향하여 방사상 내향으로 지향된다. 즉, 개구(120)는 냉매를 냉매가 환형부(76)로부터 고정자(62)로 직접적으로 흐르게 하는 방향(122)으로 지향시킨다. 도 4의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 개구(120)는 환형부(76)로부터 슬리브(90)를 통해 그리고 고정자(62)로 연장된다. 이와 같이, 유입부(68, 70, 72 및 74)를 통해 하우징(60)으로 흐르는 냉매가 고정자(62)와 직접적으로 접촉할 수 있어서 고정자의 권선을 냉각시켜서, 하우징(60) 내 온도를 감소시킨다.
일부 실시형태에서, 복수의 개구(120)는 환형부(76 및 80) 주위에서 실질적으로 균일하게 이격된다(예를 들어, 고정자(62)의 원주 주위에서 동일하게 이격된다). 다른 실시형태에서, 복수의 개구(120)는 환형부(76 및 80) 주위에서 불균일하게 이격된다. 부가적으로, 환형부(76 및 80)의 각각은 냉매가 고정자(62)(및/또는 회전자(64) 및 모터(14)의 베어링)를 미리 결정된 온도로 충분히 냉각시키게 하는 적합한 수의 개구(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 환형부(76 및 80)의 각각은 5개, 10개, 15개, 20개, 25개 또는 더 많은 개구(120)를 포함한다. 부가적으로, 환형부(76 및 80)의 각각에 포함된 개구(120)의 수는 모터(14)의 크기 및/또는 용량에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 따라서, 모터의 크기 및 용량이 증가될 때, 각각의 환형부(76 및 80)에 포함된 개구(120)의 수가 또한 증가될 수 있다.
일부 실시형태에서, 슬리브(90)(예를 들어, 고정자 슬리브)의 길이(98)는 밀봉부(106)가 냉매의 흐름이 공동부(83) 또는 고정자 냉각 경로(107)에 진입하거나 또는 흐르는 것을 차단하도록 환형부(76) 주위에 배치되게 한다. 게다가, 도 5는 슬리브(90) 내에 형성된 개구(120)를 포함하는 슬리브(90)의 실시형태를 예시한다. 슬리브(90)의 길이(98)는 개구(120)가 형성되게 하고 모터 하우징(60)으로의 열 에너지 전달량을 더 감소시킨다. 예를 들어, 슬리브(90) 내 개구(120)는 냉매를 고정자(62)의 노출된 권선을 향하여 지향시킨다. 일부 경우에서, 고정자(62)는 노출된 권선(예를 들어, 절연 재료로 감싸이지 않은 권선) 및 절연된 권선(예를 들어, 절연 재료로 감싸인 권선)을 포함한다. 노출된 권선은 슬리브(90)의 슬롯 입구(132)에 배치될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 슬롯 입구(132)는 권선을 수용하는 고정자(62)의 하나 이상의 슬롯을 나타낸다. 권선은 권선으로부터 하우징(60)으로의 열 전달을 감소시키도록 하나 이상의 슬롯의 외부에서 절연된다. 그러나, 일부 경우에서, 권선의 일부는 고정자(62) 내에 배치된 실질적으로 모든 권선이 노출되는(예를 들어, 절연되지 않은) 것을 보장하도록 슬롯 입구(132)의 외부에 노출될 수 있다.
이와 같이, 슬리브(90)를 통한 개구(120)는 냉매가 노출된 권선과 열 에너지를 교환하고 권선으로부터 모터 하우징(60)으로 전달된 열의 양을 감소시키게 한다. 이해되어야 하는 바와 같이, 노출된 권선은 절연된 권선과 비교할 때 열 에너지(예를 들어, 열)의 비교적 많은 양을 모터 하우징(60)으로 전달할 수 있다. 따라서, 열 에너지를 노출된 권선으로부터 개구(120)를 통해 흐르는 냉매로 전달하는 것은 모터 하우징(60)으로 궁극적으로 전달되는 열 에너지의 양을 감소시킨다.
도 6은 개구(120)가 슬리브(90) 내에 형성되는 슬리브(90)의 실시형태의 부분 단면도이다. 도 6의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 개구(120)는 냉매를 환형부(76)로부터 슬롯 입구(132)를 향하여 지향시키고, 냉매는 슬롯 입구(132) 내에 배치된(또는 인접한) 노출된 권선(140)으로부터 열 에너지(예를 들어, 열)를 흡수할 수 있다. 게다가, 밀봉부(106)는 냉매가 공동부(83) 또는 고정자 냉각 경로(107)에 진입하거나 또는 흐르는 것으로부터 차단하도록 환형부(76)의 양측에 배치된다. 도 6의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 밀봉부(106)는 냉매가 개구(120)를 통해 흐르지만, 냉매가 공동부(83) 또는 고정자 냉각 경로(107)에 진입하거나 또는 흐르는 것으로부터 차단하게 하도록 개구(120)의 양측에 배치된다.
도 6의 예시된 실시형태가 개구(120)를 환형부(76)로부터 슬롯 입구(132)로 연장되는 실질적으로 원통형 채널로서 도시하지만, 다른 실시형태에서, 개구(120)가 방사상 슬롯, 축방향 슬롯, 또 다른 적합한 형상의 채널, 또는 냉매를 환형부(76)로부터 슬롯 입구(132)로 지향시키는 임의의 적합한 개구일 수 있다는 것에 유의해야 한다. 게다가, 위의 도 2 내지 도 6의 실시형태는 환형부(76)를 고정자(62)의 원주를 완전히 둘러싸는 것으로서 논의한다. 그러나, 다른 실시형태에서, 환형부(76)(및/또는 환형부(80))는 고정자(62)로부터 충분한 열 에너지를 흡수하여 모터(14)의 온도를 미리 결정된 온도로 유지하도록 고정자(62)의 원주의 1/2, 고정자(62)의 원주의 1/4, 또는 고정자(62)의 원주의 임의의 다른 적합한 양을 둘러쌀 수 있다.
도 7은 회전자(64)로부터 흡수된 열 에너지(예를 들어, 열)의 양을 향상시키도록 구성된 부가적인 냉각 특징부를 가진 모터(14)의 실시형태의 단면도이다. 도 7의 예시된 실시형태에 도시된 바와 같이, 냉각 시스템은 고정자(62)의 중심부(152)를 통한 냉매를 수용하고 지향시키도록 구성된 환기 슬롯(150)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 냉매는 고정자 냉각 경로(107)로부터 환기 슬롯(150)으로 지향된다. 다른 실시형태에서, 냉매는 슬리브(90)를 통해 연장되는 복수의 개구(153)(예를 들어, 뚫린 구멍, 방사상 슬롯, 또는 축방향 슬롯)를 통해 환기 슬롯(150)으로 지향된다.
임의의 경우에, 고정자(62)는 회전자(64)가 모터 하우징(60) 내에서 회전될 때 전자기장의 생성을 통해 회전자(64)의 이동을 가능하게 하도록 구성된 라미네이션 스택(lamination stack)(154)을 포함할 수 있다. 환기 슬롯(150)은 라미네이션 스택(154)의 대칭을 유지하고, 따라서, 모터(14)의 효율을 유지하도록 라미네이션 스택(154)의 중심을 통해 배치될 수 있다. 환기 슬롯(150)은 냉매가 슬리브(90)로부터 고정자(62)와 회전자(64) 사이에 형성된 갭(156)(예를 들어, 공기 갭)으로 흐르게 하기 위한 채널을 형성한다. 이와 같이, 냉매는 냉매가 고정자(62)와 회전자(64) 둘 다로부터 열 에너지를 흡수할 수 있도록, 갭(156)으로 지향된다. 따라서 환기 슬롯(150)은 모터 하우징(60) 내 온도를 감소시키고, 이는 모터(14)의 효율을 더 향상시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 슬리브(90)는 금속성 재료로 형성된다. 구체적으로, 슬리브(90)는 알루미늄 또는 또 다른 적합한 비자성 금속을 포함할 수 있다. 알루미늄 또는 비자성 금속으로 슬리브(90)를 형성하는 것은 회전자(64)가 하우징(60) 내에서 회전될 때 와상 전류에 의해 발생되는 손실을 감소시킴으로써 모터(14)의 효율을 더 향상시킬 수 있다. 실질적으로 비자성 재료로 슬리브(90)를 형성하는 것은 회전자(64)가 하우징(60) 내에서 회전될 때 회전자(64)와 고정자(62) 사이에 생성된 전자기장과 슬리브(90) 간의 간섭을 감소시킨다.
본 개시내용의 오직 특정한 특징 및 실시형태가 예시 및 설명되었지만, 많은 변경 및 변화(예를 들어, 다양한 소자의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 매개변수(예를 들어, 온도, 압력 등)의 값, 장착 배열, 재료 용도, 컬러, 배향 등의 변경)가 청구범위에 언급된 주제의 새로운 교시내용 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나는 일 없이 당업자에게 떠오를 수도 있다. 임의의 과정 또는 방법 단계의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시형태에 따라 변경 또는 재배열될 수도 있다. 따라서, 첨부된 청구범위가 본 개시내용의 참된 정신 내에 속하는 것으로서 모든 이러한 변경 및 변화를 포함하는 것으로 의도된다는 것이 이해된다. 게다가, 예시적인 실시형태의 간결한 설명을 제공하기 위해서, 실제 구현예의 모든 특징(즉, 실시형태를 수행하는 현재 고려되는 최상의 모드와 관련되지 않은 것 또는 청구된 실시형태를 가능하게 하는 것과 관련되지 않은 것)이 설명되지 않을 수 있다. 임의의 이러한 실제 구현예의 개발에서, 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 수많은 구현 특정한 결정이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 개발 노력이 복잡할 수 있고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 과도한 실험 없이, 본 개시내용의 이득을 가진 당업자에게는 설계, 제조 및 제작의 일상적인 일일 것이다.
Claims (20)
- 밀폐형 모터를 냉각시키기 위한 시스템으로서,
냉매를 냉매 루프를 따라 배치된 응축기로부터 상기 밀폐형 모터로, 그리고 상기 밀폐형 모터로부터 다시 상기 냉매 루프로 지향시키도록 구성된 모터 냉각 냉매 흐름 경로;
상기 모터 냉각 냉매 흐름 경로를 따라 배치되고 상기 응축기로부터 상기 냉매를 수용하도록 구성된 상기 밀폐형 모터의 하우징으로서, 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징은, 상기 하우징의 내측 표면으로부터 함몰 형성되고 상기 밀폐형 모터의 고정자의 적어도 일부를 둘러싸는 환형부를 포함하고, 상기 하우징은 상기 환형부 내로 냉매를 지향하도록 구성되는 것인 상기 밀폐형 모터의 하우징; 및
상기 고정자 및 하우징 사이에 배치되는 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브는 슬리브 내에 형성되는 복수의 개구를 포함하고, 상기 복수의 개구는 상기 냉매가 상기 고정자와 직접 접촉하도록 상기 냉매를 상기 환형부로부터 상기 고정자를 향하여 지향시킨 뒤 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징의 공동부로 지향시키도록 구성되고, 상기 하우징은 상기 하우징의 공동부로부터 냉매를 배출하도록 구성되는 유출부를 포함하는 것인 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 밀폐형 모터의 상기 하우징은 부가적인 환형부를 포함하고, 상기 환형부는 상기 밀폐형 모터의 구동 단부에 배치되고, 상기 부가적인 환형부는 상기 밀폐형 모터의 반대편의 구동 단부에 배치되는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 시스템은 상기 응축기와 증발기 간의 압력차를 통해 상기 모터 냉각 냉매 흐름 경로를 따라 상기 냉매를 지향시키도록 구성되는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 냉매를 상기 모터 냉각 냉매 흐름 경로를 따라 지향시키도록 구성된 흐름 생성 디바이스를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 유출부는 상기 냉매를 상기 하우징의 상기 공동부로부터 상기 냉매 루프를 따라 배치된 증발기를 향하여 지향시키도록 구성되는 것인 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 개구는 상기 고정자의 원주 주위에서 균일하게 이격되는, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 개구 중 각 개구는 상기 환형부로부터 그리고 상기 슬리브를 통해 연장되는 것인 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 모터 냉각 냉매 흐름 경로는 상기 밀폐형 모터의 상기 공동부 내에서, 상기 밀폐형 모터의 회전자, 상기 밀폐형 모터의 베어링, 상기 밀폐형 모터의 또 다른 컴포넌트, 또는 이들의 조합과 접촉하도록 상기 냉매를 지향시키도록 구성되는, 시스템. - 가열, 환기, 공기 조화 및 냉동(heating, ventilating, air conditioning, and refrigeration: HVAC&R) 시스템으로서,
냉매 루프;
상기 냉매 루프를 따라 배치되고 상기 냉매 루프 내에서 냉매를 순환시키도록 구성된 압축기;
상기 냉매 루프 내 상기 냉매의 흐름에 대하여 상기 냉매 루프를 따라 상기 압축기의 하류에 배치된 응축기;
상기 냉매 루프 내 상기 냉매의 흐름에 대하여 상기 냉매 루프를 따라 상기 응축기의 하류에 배치된 증발기;
상기 압축기를 구동시키도록 구성된 밀폐형 모터; 및
모터 냉각 시스템을 포함하되, 상기 모터 냉각 시스템은,
상기 냉매의 부분을 상기 응축기로부터 상기 밀폐형 모터로, 그리고 상기 밀폐형 모터로부터 상기 증발기로 지향시키도록 구성된 모터 냉각 냉매 흐름 경로;
상기 모터 냉각 냉매 흐름 경로를 따라 배치되고 상기 응축기로부터 상기 냉매의 상기 부분을 수용하도록 구성된 상기 밀폐형 모터의 하우징으로서, 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징은, 상기 하우징 내에 형성되고 상기 밀폐형 모터의 고정자의 적어도 일부를 둘러싸는 환형부를 포함하고, 상기 하우징은 상기 환형부 내로 상기 냉매의 상기 부분을 지향시키도록 구성되는 것인 상기 밀폐형 모터의 하우징; 및
상기 고정자 및 하우징 사이에 배치되는 슬리브를 포함하고, 상기 슬리브는 상기 고정자와 직접 접촉하고, 상기 슬리브 내에 형성되는 복수의 개구를 포함하고, 상기 복수의 개구는 상기 냉매의 상기 부분을 상기 환형부로부터 상기 고정자와 직접 접촉하도록 지향시키고 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징의 공동부 내로 흐르도록 구성되고, 상기 하우징은 상기 냉매의 상기 부분을 상기 공동부로부터 상기 증발기를 향해 지향시키도록 구성되는 유출부를 포함하는 것인 시스템. - 청구항 10에 있어서, 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징은 상기 슬리브의 주위에 배치되는 고정자 냉각 경로를 포함하고, 상기 고정자 냉각 경로는 상기 냉매의 추가 부분을 수용하도록 구성되고, 상기 고정자 냉각 경로는 상기 환형부로터 유체적으로 분리되는, 시스템.
- 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 밀폐형 모터의 상기 하우징은 부가적인 환형부를 포함하고, 상기 환형부는 상기 밀폐형 모터의 구동 단부에 배치되고, 상기 부가적인 환형부는 상기 밀폐형 모터의 반대편의 구동 단부에 배치되는, 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 밀폐형 모터의 상기 하우징은 상기 밀폐형 모터의 상기 구동 단부 상의 상기 환형부에 연결된 제1 유입부 및 상기 밀폐형 모터의 상기 반대편의 구동 단부 상의 상기 부가적인 환형부에 연결된 제2 유입부를 포함하는, 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 개구는 상기 고정자의 원주 주위에서 균일하게 이격되는, 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 개구 중 각 개구는 상기 환형부로부터 그리고 상기 슬리브를 통해 연장되는 것인 시스템. - 밀폐형 모터를 냉각시키기 위한 방법으로서,
모터 냉각 냉매 경로를 향하여 냉매 루프 내 응축기를 나가는 냉매 흐름의 부분을 전환시키는 단계;
상기 냉매 흐름의 상기 부분을 상기 모터 냉각 냉매 경로를 따라 상기 밀폐형 모터의 하우징으로 상기 하우징의 제1 유입구를 통해 지향시키는 단계로서, 상기 밀폐형 모터는 상기 냉매 루프를 따라 배치된 압축기를 구동시키도록 구성된, 상기 지향시키는 단계;
상기 냉매 흐름의 상기 부분을 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징에 형성된 환형부를 통해 지향시키는 단계;
상기 밀폐형 모터의 슬리브에 형성되는 복수의 개구를 통해 상기 냉매 흐름의 상기 부분을 지향시키는 단계로서, 상기 복수의 개구는 상기 냉매 흐름의 상기 부분이 상기 밀폐형 모터의 고정자와 직접 접촉하도록 상기 환형부로부터 상기 고정자를 향하여 지향시킨 뒤 상기 고정자로부터 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징의 공동부 내로 흐르도록 상기 슬리브는 상기 하우징 및 상기 고정자 사이에 배치되는 것인 단계;
상기 하우징의 제2 유입구를 통해 냉매 흐름의 추가 부분을 상기 하우징으로 지향시키는 단계;
상기 하우징의 고정자 냉각 경로를 통해 냉매 흐름의 상기 추가 부분을 지향시키는 단계로서, 상기 고정자 냉각 경로는 상기 하우징에 형성되는 환형부로부터 유체적으로 분리되고, 상기 고정자 냉각 경로는 상기 하우징 및 슬리브 사이에 형성되는 단계;
상기 냉매 흐름의 상기 부분을 상기 하우징의 제1 유출부를 통해 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징의 상기 공동부로부터 다시 상기 냉매 루프를 향하여 배출시키는 단계; 및
상기 고정자 냉각 경로로부터의 냉매 흐름의 상기 추가 부분을 상기 하우징의 제2 유출구를 통해 상기 냉매 루프를 향해 다시 배출시키는 단계;
를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 모터 냉각 냉매 경로를 향하여 상기 냉매 루프 내 상기 응축기를 나가는 상기 냉매 흐름의 상기 부분을 전환시키는 것은 상기 밀폐형 모터에 배치된 온도 센서로부터의 피드백에 기초하여 상기 모터 냉각 냉매 경로를 따라 배치된 밸브를 조정하는 것을 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 냉매 흐름의 상기 부분을 상기 모터 냉각 냉매 경로를 따라 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징으로 지향시키는 것은 상기 냉매 흐름의 상기 부분을 상기 밀폐형 모터의 구동 단부 상의 상기 제1 유입구로 지향시키는 것을 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서,
상기 냉매 흐름의 상기 부분을 상기 하우징의 상기 제1 유출부를 통해 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징의 상기 공동부로부터 다시 상기 냉매 루프를 향하여 지향시키는 것은 상기 냉매 흐름의 상기 부분을 상기 밀폐형 모터의 상기 하우징의 상기 공동부로부터 상기 냉매 루프를 따라 배치된 증발기로 지향시키는 것을 포함하는, 방법.
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