KR200466109Y1 - 브러시리스 직류 회전 압축기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 브러시리스 직류 회전압축기에 관한 것으로, 본 고안은 압축실 내에서 회전하는 회전축에 결합된 편심부가 냉매의 흡입공간과 토출공간을 구획하는 베인과 반대방향에 위치하도록 제조된다.

BLDC, 압축기, 하사점

Description

브러시리스 직류 회전 압축기{Rotory compressor including brushless DC}

본 고안은 브러시리스 직류 회전 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전축에 마련된 편심부가 베인과 반대방향에 위치하도록 제조하여 회전 압축기의 구동을 원활하게 하는 브러시리스 직류 회전 압축기를 제공하는 것이다.

일반적으로 직류모터(DC 모터)는 인가전압과 속도가 선형적인 관계를 갖고 있어 속도제어가 간단하고 넓은 속도제어범위를 갖는다. 다만, 한방향의 토크유지를 위해 브러시가 필수적 구성요소이고 이 브러시 때문에 고속운전이 어렵고 브러시의 마모로 인한 잦은 유지보수와 소음 등이 심한 단점이 있다.

이를 개선하기 위해 통상의 DC모터와 반대로 코일이 감긴 고정자와 영구자석이 마련된 회전자로 구성되고 고정자의 코일에 흐르는 전류를 제어하여 고정자의 자속과 회전자의 영구자석의 자속이 직각 또는 임의의 각도를 갖도록 제어하여 회전력을 얻는 브러시리스 직류모터(이하 'BLDC 모터'라 칭함)가 나오게 되었다.

이러한 BLDC 모터에 전원이 인가되면 고정자의 코일에 흐르는 전류에 의해 유도되는 자기장과 회전자에 장착된 영구자석에서 발생되는 자기장의 상호작용에 의해 회전자가 회전하며 구동력을 갖는다. 이러한 BLDC 모터의 구동력을 이용하는 기기 중 하나가 회전 압축기이다.

이러한 BLDC 회전 압축기를 구동하는 방법으로 일본 특개평 2002-252996에서는 구동 초기에 특정한 2상의 전압을 압축기에 인가하여 회전자를 회전시켜 위치를 결정하고, 이 상태에서 강제 전류를 몇 차례 더 인가하여 회전자의 위치를 검출하여 센서리스로 전환한 후 압축기의 메인 구동을 수행하였다.

그러나, 이러한 종래 압축기는 초기 압축기 제조시 편심부와 베인이 마주보는 각도를 고려하지 않았다. 이로 인하여, 2상의 전압을 압축기에 인가하여 회전자의 위치를 결정할 때, 회전축에 마련된 편심부가 냉매의 흡입공간과 토출공간을 구획하는 베인과 180도(도 3 참조)를 이루는 경우가 발생하였다. 이 상태에서 압축기를 메인구동하려면 베인에 작용하는 힘의 방향과 편심부에 작용하는 회전토크의 힘의 방향이 90도를 이루어 압축기 구동이 어려운 상태가 되고, 이 지점을 벗어나기 위해서는 큰 토크가 필요하다는 문제점이 있었다.

또한, 편심부가 베인과 하사점을 이루는 경우, 큰 토크를 가하여도 회전자가 구동되지 않아 압축기가 손상되게 되며, 과전류가 흘러 인버터가 손상되는 문제점이 있었다.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 고안은 압축실 내에서 회전하는 회전축에 결합된 편심부가 냉매의 흡입공간과 토출공간을 구획하는 베인과 반대방향에 위치하도록 제조된다.

또한, 상기 편심부의 중심은 상기 회전축의 중심 및 상기 베인의 중심과 동일선상에 위치하도록 제조된다.

또한, 고장자에 2상의 전압을 인가한 경우, 상기 편심부가 이동을 하게 되어, 상기 편심부의 중심이 상기 회전축의 중심과 베인의 중심이 이루는 동일선상을 벗어나는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안은 BLDC 회전 압축기 제조시 편심부가 베인과 반대방향에 위치하도록 제조하여 회전 압축기의 메인 구동이 원활하게 되도록 하는 효과가 있다.

이하에서는 본 고안의 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 고안의 일실시예에 따른 BLDC 회전압축기는, 밀폐용기(10)의 내측 상부에 설치된 전동요소(20)와, 밀폐용기(10)의 내측 하부에 설치되며 전동요소(20)와 회전축(21)에 의해 연결된 압축요소(30)를 구비한다.

전동요소(20)는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 밀폐용기(10)의 내면에 원통으로 고정되어 다수의 티스부(24)가 형성된 고정자(22)와, 이 고정자(22)의 내부에 일정한 공극(G)을 가지고 회전 가능하게 설치되며 그 중심부가 회전축(21)에 결합된 회전자(23)를 포함한다. 그리고 티스부(24)에는 3 상 교류전원이 인가되는 코일이 감겨진다. 회전자(23)의 내부에는 짝수 개의 판형 영구자석(25)들이 매립된다.

이러한 전동요소(20)의 코일에 3상(U,V,W)의 교류전원이 인가되면 고정자(22)에 형성된 다수의 티스부(24)에는 시계방향 또는 시계반대방향을 향하는 회전 자계가 형성된다. 이러한 회전 자계와 회전자(23)에 매립되는 영구자석(25)의 인력과 척력에 의하여 회전자(23)가 회전함으로써, 압축요소(30)와 연결된 회전 축(21)을 회전시킨다.

압축요소(30)는 도 1 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 중앙에 원통형의 압축실(31)이 형성된 실린더바디(32)와, 실린더바디(32)의 상부와 하부를 덮도록 실린더바디(32)의 상면과 하면에 각각 결합되는 제1플랜지(33)와 제2플랜지(34)를 포함하는 하우징을 구비한다. 상부의 제1플랜지(33)와 하부의 제2플랜지(34)에는 회전축(21)을 지지할 수 있도록 각각 상부 축지지부(35)와 하부 축지지부(36)가 마련된다. 제1플랜지(33), 실린더바디(32), 제2플랜지(34)는 복수의 고정볼트(37)에 의해 견고히 결합된다.

또 압축요소(30)는 압축실(31) 내부의 회전축(21)에 일체로 마련된 편심부(38)와, 편심부(38)의 외면에 회전 가능하게 설치되며 그 외면이 압축실(31) 내면과 접하게 회전하는 롤러(39)와, 롤러(39)의 회전에 따라 반경방향으로 진퇴하면서 압축실(31) 내부를 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 베인(40)과, 베인(40)을 롤러(39) 쪽으로 가압하는 베인스프링(41)을 구비한다. 이러한 베인(40)의 동작을 위해 실린더바디(32)에는 베인안내홈(42)이 형성되고, 베인스프링(41)은 베인안내홈(42) 내에 설치된다.

이때, 회전축(21)에 일체로 마련된 편심부(38)의 중심은 회전축(21)의 중심 및 베인(40)의 중심과 동일선상에 이루도록 설치되는 것이 바람직하다.

실린더바디(32)에는 베인(40)의 양측에 각각 흡입구(43)와 토출구(44)가 형성된다. 흡입구(43)에는 냉매흡입관(45)이 연결되고, 토출구(44)에는 토출밸브(46)가 설치된다. 도 1에서 부호 47은 냉매흡입관(45)에 설치된 어큐뮬레이터, 48은 밀 폐용기(10) 내부의 압축냉매를 외부로 안내하기 위한 토출배관이다.

이하, 상기와 같이 구성된 BLDC 회전 압축기의 동작을 도 4 (a),(b),(c) 및 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

도 4 (a)에 도시된 바와 같이, 전동요소(20)에 설치된 티스부(24)에 감겨있는 코일(27)에 2 상의 전압을 U1에서 V2로, U2에서 V1으로 각 인가하면, 각 코일(27)에는 자기장(N극,S극)이 생성되고, 이 자기장에 의하여 회전자(23)내의 영구자석(25)에는 근처 위치하는 코일의 자성과 같은 극성이 생기게 된다.

회전자(23)내의 영구자석(25)에 자성이 생기게 되면, 이 자성은 티스부(24)에 생성된 회전 자계와 인력 또는 척력으로 서로 영향을 주고 받아 회전자(23)를 회전시키며, 도 4(b)에 도시된 것처럼 회전자(23)를 고정시켜 위치 결정을 완료 시킨다.

이때 압축요소(30)는 도 4 (c) 에 도시된 것처럼, 회전자(22)의 회전에 의하여 회전축(21)에 일체로 마련된 편심부(38)가 회전을 하며 롤러(39)를 압축실(31) 내에서 편심 회전시킨다. 이때, 압축요소(30)의 편심부(38)는 회전자(23)의 회전에 의하여 베인(40)과 180도 되는 위치를 벗어나게 되며, 베인(40)에 작용하는 힘의 방향과 편심부에 작용하는 회전토크의 방향이 이루는 각이 90도를 벗어나 큰 토크 없이 회전자(23)를 회전시킬 수 있다.

회전자(23)의 영구자석(25)에 자성이 생성되고 회전자(23)의 위치 결정이 완료되면, 도 5 에 보이는 것처럼 2상의 전압을 V1에서 W2로, V2에서 W1으로 인가하여 회전자(23)를 회전시킨 것처럼, 계속적으로 2상의 전압을 인가하는 곳을 바꾸어 회전자(23)를 계속 회전시키고, 코일(27)에 형성된 유기전압을 검출하여 회전자(23)의 위치를 검출하여 센서리스 운전으로 전환하여 압축기의 메인구동을 실행 한다.

압축기의 메인 구동이 시작되면 베인(40)은 롤러(39)의 회전에 따라 반경방향으로 진퇴하면서 압축실(31) 내부를 흡입공간(31a)과 토출공간(31b)으로 구획한다. 따라서 압축기가 구동되면, 흡입구(43) 쪽의 냉매가 압축실(31) 내부로 흡입되어 가압된 후 토출구(44) 쪽으로 토출된다.

도 1 은 본 고안의 일실시예에 따른 BLDC 회전압축기의 종단면도이다.

도 2 는 본 고안의 일실시예에 따른 BLDC 회전압축기의 전동요소 횡단면도이다.

도 3 은 본 고안의 일실시예에 따른 BLDC 회전압축기의 압축요소 횡단면도이다.

도 4 (a)는 본 고안의 일실시예에 따른 BLDC 회전압축기 전동요소의 횡단면도로, 2상의 전압이 인가된 상태를 도시한 것이다.

도 4 (b)는 도 4(a)의 전동요소에 2상의 전압이 인가되어 회전자가 이동한 전동요소의 횡단면도이다.

도 4 (c)는 도 3(b)의 전동요소에 2상의 전압이 인가되어 압축요소의 횡단면도이다.

도 5 는 본 고안의 일실시예에 따른 BLDC 회전압축기의 압축요소 횡단면도로, 2상의 전압이 인가되어 회전자가 이동한 상태를 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 밀폐용기 20: 전동요소

21: 회전축 22: 고정자

23: 회전자 30: 압축요소

31: 압축실 38: 편심부

39: 롤러 40: 베인

Claims (3)

1. 압축실 내에서 회전하는 회전축;

   상기 회전축에 결합된 편심부;

   상기 편심부의 외면에 회전 가능하게 설치되고 상기 압축실의 내면과 접하여 회전하는 롤러;

   상기 롤러의 회전에 따라 반경 방향으로 진퇴하면서 냉매의 흡입공간과 토출공간을 구획하는 베인을 포함하고,

   상기 편심부는, 상기 베인과 반대방향에 위치하고,

   고정자에 2상의 전압을 인가하면 상기 편심부의 중심이 상기 회전축의 중심과 상기 베인의 중심이 이루는 동일선상을 벗어나는 브러시리스 직류 회전 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 편심부의 중심은 상기 회전축의 중심 및 상기 베인의 중심과 동일선상에 위치하도록 제조된 브러시리스 직류 회전 압축기
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