KR19990054847A - 터보 압축기의 구동모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 구동모터에 관한 것으로, 종래에는 상기 냉매 가스를 압축하는 제 1,2임펠러를 고속으로 회전시키기 위해서 모터가 고속 회전하게 되면 구동축에 부착되어 회전자부를 구성하는 마그네트에 작용하는 원심력이 매우 크게 되어 마그네트가 분리되지 않도록 고정하기가 난해하며, 또한 카본 화이버를 이용하여 마그네트를 고정하게 됨으로 고정자부와 회전자부사이의 에어갭이 크게 됨으로 자기력의 손실이 커져 구동모터의 효율을 저하시키는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 고정자부와 회전자부를 디스크 형태로 형성하여 제1,2임펠러의 고속회전을 가능하게 함으로써 일정한 압축비를 유지하면서 임펠러의 소형화를 가능하게 하여 압축기를 소형화시킬 수 있고, 또한 고정자부와 회전자부사이의 에어갭을 줄여 자기 손실을 감소시킴으로써 구동모터의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 구동모터

본 발명은 터보 압축기의 구동모터에 관한 것으로, 특히 냉매 가스를 압축하는 임펠러가 결합된 구동축을 고속회전시키기에 적합할 뿐만 아니라 마그네트의 취부가 수월하고 에어갭에 의한 손실을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 구동모터에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 공기나 냉매 가스등의 기체를 압축하는 기계이다. 상기 압축기는 냉동사이클을 구현한 냉동/공조사이클장치를 구성하는 중요한 요소로, 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동으로 기체를 압축하게 된다.

제1도는 본출원인이 특허 출원 P97-64567호로 선출원한 바 있는 터보 압축기(일명;원심 압축기)를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 흡입구(1)를 갖는 제1압축실(10)와 토출구(21)를 갖는 제2압축실(20)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 모터실(30)이 형성되며 상기 제1압축실(10)과 제2압축실(20)을 연통시킴과 더불어 상기 모터실(30)과 연통되도록 형성된 가스유로(40)를 구비하여 이루어진 밀폐용기(100)와, 상기 모터실(30)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(200)와, 일측 단부가 상기 제1압축실(10)에 삽입되고 타측 단부가 상기 제2압축실(20)에 삽입되도록 상기 구동모터(200)에 결합되어 구동모터(200)의 구동력을 전달하는 구동축(300)과, 상기 제1압축실(10)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 일측단부에 결합되어 흡입구(1)로 유입되는 가스를 1차 압축하여 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유동시키는 제1임펠러(400)와, 상기 제2압축실(20)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 타측 단부에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실(20)로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구(21)로 토출시키는 제2임펠러(500)를 포함하여 구성된다.

상기 밀폐용기(100)에 형성된 모터실(30)은 소정의 직경과 길이를 갖는 원통형으로 형성되며, 상기 모터실(30)의 양측으로 제1압축실(10)과 제2압축실(20)이 각각 형성된다. 상기 가스유로(40)는 상기 모터실(30)의 측부에 걸쳐 형성되며, 가스유로(40)와 모터실(30)사이에는 상기 제1압축실(10)에서 가스유로(40)로 유입된 가스중 일부를 모터실(30)내로 유입시키는 유입통공(50)과, 상기 유입통공(50)을 통해 모터실(30)로 유입된 가스가 구동모터(200)을 냉각시킨 다음 상기 가스유로(40)로 다시 유출시키는 유출통공(60)이 형성된다. 또한 상기 모터실(30)의 양측면에는 구동축(300)의 양단부가 각각 삽입되는 축삽입공(70)이 각각 형성되며, 이 축삽입공(70)은 제1압축실(10)과 제2압축실(20)에 각각 연통된다.

상기 제1압축실(10)은 흡입구(1)와 연통되어 흡입가스를 유도하는 인듀서부(2)와, 상기 인듀서부(2)와 연통되며 상기 제1임펠러(400)가 삽입되어 흡입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 제1임펠러실(3)과, 상기 제1임펠러실(3)과 가스유로(40)를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 가스유로(40)로 유도하는 베인디퓨져부(4) 및 볼류트부(5)로 이루어진다. 상기 흡입구(1)는 증발기(미도시)를 거친 냉매를 완전 건조상태로 건조시키는 어큐뮬레이터(600)와 연통되어 있다.

상기 제2압축실(20)은 상기 가스유로(40)와 연통되어 1차 압축된 가스를 유도하는 인듀서부(22)와, 상기 인듀서부(22)와 연통되며 상기 제2임펠러(500)가 삽입되어 유입되는 가스의 운동에너지를 증가시켜주는 제2임펠러실(23)과, 상기 제2임펠러실(23)과 토출구(21)를 연통시키며 증가된 가스의 운동에너지를 정압으로 변환시켜 토출구(21)로 내보내는 베인디퓨져부(24) 및 볼류트부(25)로 이루어진다.

그리고 상기 모터실(30)의 내부에는 구동모터(200)의 양측에 위치항 구동축(300)을 반경방향으로 지지하는 레이디어 베어링(700)이 설치되어 있고, 또한 구동축(300)의 양단부에는 모터실(30)을 이루는 양측면과 베어링면을 이루면서 구동축(300)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(800)이 각각 결합되어 있다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동은 다음과 같다.

상기 터보 압축기는 구동모터(200)에 전류가 인가되면 구동모터(200)가 작동함과 더불어 구동모터(200)의 구동력이 구동축(300)에 전달되어 구동축(300)이 회전하게 된다. 상기 구동축(300)의 회전에 의해 구동축(300)의 양단부에 결합된 제1임펠러(400)와 제2임펠러(500)가 각각 회전하게 된다. 상기 제1임펠러(400)와 제2임펠러(500)의 회전력에 의해 냉매 가스가 흡입구(1)를 통해 제1압축실(10)로 유입되어 1차 압축되고, 이 1차 압축된 냉매 가스는 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유입되며, 이 제2압축실(20)로 유입된 1차 압축된 냉매 가스는 제2압축실(20)에서 2차 압축되어 토출구(21)를 통해 토출된다. 이 2차 압축되어 토출된 냉매 가스는 냉동/공조사이클을 구성하는 응축기(미도시)로 유입된다. 그리고 상기 구동모터(200)가 고속으로 회전시 구동모터(200)의 손실에 의해 열을 발생하게 되며, 이 발생된 열은 제1압축실(10)에서 1차 압축되어 가스유로(40)를 흐르는 냉매 가스의 일부가 유입통공(50)을 통해 모터실(30)로 유입되어 구동모터(200)를 냉각한 다음 유출통공(60)을 통해 가스유로(40)로 흐르면서 구동모터(200)를 냉각하게 된다.

상기 구동축(300)을 구동하는 종래 구동모터(220)는 , 제2도에 도시한 바와 같이, 모터실(30)의 내면에 결합되는 고정자부와, 상기 고정자부와 소종의 공극, 즉 에어갭(Air Gap)을 두고 구동축(300)에 결합되는 회전자부로 구성되어 있다. 상기 고정자부는 다수개의 철편이 적층된 적층 코어(210)와 상기 코어(210)에 권선되는 권선코일(220)로 구성되며, 상기 회전자부는 구동축(300)에 부착되는 마그네트(230)와 상기 마그네트(230)를 고정하기 위한 카본 화이버(Carborn Fiber)(240)로 구성되어 있다.

한편, 상기 제1,2압축실(1,3)에서 냉매 가스가 압축되는 정도는 제1,2임펠러(40,50)에 의한 운동에너지에 비례하게 되고, 이 운동에너지는 회전시 제1,2임펠러(40,50) 가장자리의 선속도와 비례된다. 즉 냉매 가스의 일정한 압축상태를 유지하기 위해서는 제1,2임펠러(40,50)의 직경이 작을 경우 상대적으로 직경이 큰 임펠러보다 회전속도를 고속으로 회전시켜야 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 선출원된 터보 압축기의 구동모터(200)는 상기 제1,2임펠러(40,50)를 고속으로 회전시키기 위해서 고속 회전하게 되면 구동축(300)에 부착되어 회전자부를 구성하는 마그네트(230)에 작용하는 원심력이 매우 크게 되어 마그네트(230)가 분리되지 않도록 고종하기가 난해하며, 또한 카본 화이버(240)를 이용하여 마그네트(230)를 고정하게 됨으로 고정자부와 회전자부사이의 에어갭이 크게 됨으로 자기력의 손실이 커져 구동모터(200)의 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 냉매 가스를 압축하는 임펠러가 결합된 구동축을 고속회전시키기에 적합할 뿐만 아니라 마그네트의 취부가 수월하고 에어갭에 의한 손실을 최소화할 수 있도록 한 터보 압축기의 구동모터를 제공함에 있다.

제1도는 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도,

제2도는 종래 터보 압축기 구동모터를 도시한 단면도,

제3도는 본 발명의 터보 압축기 구동모터를 도시한 단면도,

제4a도는 본 발명의 터보 압축기 구동모터의 회전디스크를 도시한 정면도,

제4b도는 본 발명의 터보 압축기 구동모터의 고정디스크를 도시한 정면도,

제5도는 본 발명의 터보 압축기 구동모터의 고정디스크와 회전디스크의 결합상태를 도시한 사시도,

제6도는 본 발명의 구동모터가 장착된 터보 압축기의 단면도.

제7도는 본 발명의 구동모터 작동상태에서 고정디스크와 회전디스크사이에 흐르는 플럭스의 상태를 나타낸 고정디스크와 회전디스크의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 구동축 300 : 구동축

910 : 회전디스크 911 : 마그네트

920 : 고정디스크 921 : 권선코일

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소정의 두께를 갖으며 내부에 수개의 마그네트가 결합된 수개의 회전디스크가 소정의 간격을 두고 구동축에 결합되어 이루어진 회전자부와, 소정의 두께를 갖으며 내부에 환형으로 권선된 권선코일이 수개 결합된 고정디스크가 상기 회전디스크사이에 교번되게 삽입되어 상기 모터실내에 고정, 결합되는 고정자부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터가 제공된다.

상기 회전디스크에 결합된 마그네트의 위치와 상기 고정디스크에 결합된 권선코일의 위치는 서로 상응하게 방사형으로 결합됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기의 구동모터를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기의 구동모터는, 제3도에 도시한 바와 같이, 소정의 두께를 갖으며 내부에 수개의 마그네트(911)가 결합된 수개의 회전디스크(910)가 소정의 간격을 두고 구동축(300)에 결합되어 이루어진 회전자부와, 소정의 두께를 갖으며 내부에 환형으로 권선된 권선코일(921)이 수개 결합된 고정디스크(920)가 상기 회전디스크(910)사이에 교번되게 삽입되어 상기 모터실(30)내에 고정, 결합되는 고정자부를 포함하여 구성된다.

상기 회전자부를 구성하는 회전디스크(910)는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원형으로 형성되며, 가운데에 구동축(300)에 삽입되어 결합될 수 있도록 관통공(912)이 형성되고, 내부에 소정의 형상을 갖는 수개의 마그네트(911)가 방사형으로 결합된다. 상기 마그네트(911)는 부채꼴 형상으로 형성되고 그 개수는 용량에 따라서 설정된다. 그리고 상기 고정디스크(920)는 재질을 알루미늄으로 함이 바람직하다.

상기 고정자부를 구성하는 고정디스크(920)는, 도4b에 도시한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원형으로 형성되며, 가운데에 구동축(300)에 삽입될 수 있도록 관통공(922)이 형성되고, 내부에 원형으로 코일이 권선된 수개의 권선코일(921)이 결합된다. 상기 권선코일(921)은 원형으로 코일을 다수회 권선하여 이루어지며 그 개수는 용량에 따라 설정된다. 그리고 상기 고정디스크(920)는 재질을 플라스틱(Plastic)이나 글우(Glue)함이 바람직하다.

상기 고정디스크(920)와 회전디스크(910)의 개수에 따라 모터의 출력과 비례하게 된다.

상기 고정디스크(920)와 회전디스크(910)는 결합시, 제5도에 도시한 바와 같이, 서로 교번되게 삽입하게 되며, 이때 회전디스크(910)와 고정디스크(920)사이의 간격이 에어갭(G)이 되고, 회전디스크(910)의 마그네트(911)와 고정디스크(920)의 권선코일(921)의 위치는 서로 상응하게 된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 구동모터의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기 구동모터는, 제6도에 도시한 바와 같이, 수개의 고정디스크(920)는 모터실(30)의 내면에 고정, 결합되며, 상기 수개의 회전디스크(910)는 양단부에 냉매 가스를 압축하는 제1,2임펠러(400,500)가 결합된 구동축(300)에 고정,결합된다.

본 발명의 터보 압축기 구동모터(900)는 권선코일(921)에 전류를 인가하게 되면, 제7도에 도시한 바와 같이, 권선코일(921)의 내측으로 플럭스가 형성되며, 이 권선코일(921)에 의한 플럭스와 마그네트(911)의 자력에 의한 상호작용력에 의해 회전디스크(910)가 회전력을 받아 회전하게 된다. 상기 회전디스크(910)의 회전으로 인하여 구동축(300)이 회전하면서 양단부에 결합된 제1,2임펠러(400,500)를 회전시켜 제1,2압축실(10,20)에서 냉매 가스를 흡입하여 1차, 2차로 압축하게 된다.

미설명 부호 930은 플럭스의 흐름을 안내하는 플럭스 유도부재이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 구동축(300)을 회전시키는 구동모터(900)가 디스크 형태의 고정디스크(920)와 회전디스크(910)로 구성되는 고정자부와 회전자부로 이루어져 있어, 회전에 의한 관성력을 감소시켜 고속 회전이 가능하게 되며, 이로 인하여 임펠러의 소형화로 인한 압축기를 소형화하여도 일정한 압축비를 유지하게 된다. 그리고 마그네트(911)가 회전디스크(910)내에 위치하게 되어 취부가 용이할 뿐만 아니라 회전시 이탈을 방지하게 된다.

또한, 회전디스크(910)로 구성된 회전자부와 고정디스크(920)로 이루어진 고정자부가 축방향으로 배치되어 에어갭을 매우 작게 유지할 수 있어 자기 손실을 줄일 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 터보 압축기의 구동모터는 냉매 가스를 압축하는 임펠러의 고속회전을 가능하게 함으로써 동일한 압축비를 유지하는 상태에서 임펠러의 소형화가 가능하여 압축기를 소형화시킬 수 있고, 또한 고정자부와 회전자부사이의 에어갭을 줄여 자기 손실을 감소시킴으로써 구동모터의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 소정의 두께를 갖으며 내부에 수개의 마그네트가 결합된 수개 회전디스크가 소정의 간격을 두고 구동축에 결합되는 이루어진 회전자부와, 소정의 두께를 갖으며 내부에 환형으로 권선된 귄선코일이 수개 결합된 고정디스크가 상기 회전디스크사이에 교번되게 삽입되어 상기 모터실내에 고정, 결합되는 고정자부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전디스크에 결합된 마그네트의 위치와 상기 고정디스크에 결합된 권선코일의 위치는 서로 상응하게 방사형으로 결합됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 구동모터.