KR20060011359A - 전동기의 스테이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동기의 스테이터에 관한 것으로서, 특히 중앙에 로터가 수용되는 로터 삽입홀이 형성되고, 상기 로터 삽입홀의 외부의 둘레 방향을 따라 중심을 향해 개방되고 상호 이격되어 방사형 구조로 배치되어 코일이 수용되는 복수의 슬롯이 형성된 전동기의 스테이터에 있어서; 상기 스테이터에는 오일 및 냉매의 이동통로가 되는 복수개의 관통홀이 형성됨으로써, 상기 스테이터의 외경부에 구비되어야 하는 오일 및 냉매가 이동되는 에어컷이 불필요해지므로 자기력선이 밀집됨으로 인한 자기 손실을 방지하여 전동기의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

압축기, 전동기, 스테이터, 관통홀

Description

전동기의 스테이터{Stator of Motor}

도 1은 종래 기술에 따른 전동기가 구비된 압축기의 종단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 전동기의 스테이터의 평단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 전동기의 스테이터의 정상 운전 시의 자속 패턴이 도시된 모식도,

도 4는 본 발명에 따른 전동기의 스테이터의 일실시예가 도시된 평단면도,

도 5는 본 발명에 따른 전동기의 스테이터의 다른 실시예가 도시된 평단면도 이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

30, 30' : 스테이터 30a : 내경

30b, 30b' : 외경 31, 31' : 요크

32, 32' : 슬롯 33, 33' : 티스

34 : 에어컷 35 : 관통홀

37 : 공극 40 : 로터

41 : 축 42 : 알루미늄 바

43 : 코어

본 발명은 압축기용 전동기에 관한 것으로서, 특히 스테이터는 오일 및 냉매의 이동통로가 되는 복수개의 관통홀이 형성된 압축기용 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 전동기는 자기장 속에 도체를 자기장과 직각으로 놓고 여기에 전류를 통하면 자기장에도 직각 방향으로 전자기적인 힘이 발생한다는 전자 유도 현상을 응용한 것으로 전원의 종별에 따라 직류 전동기와 교류 전동기로 분류된다.

유도전동기는 교류 전동기의 일종으로 단상 유도전동기 및 3상 유도전동기로 구분되며, 단상 유도전동기는 비교적 작은 출력을 갖는 전기 제품에 널리 사용되며, 3상 유도전동기는 고출력의 전기 제품에 널리 이용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전동기가 구비된 압축기의 종단면도, 도 2는 종래 기술에 따른 전동기의 스테이터의 평단면도, 도 3은 종래 기술에 따른 전동기의 스테이터의 정상 운전 시의 자속 패턴이 도시된 모식도이다.

종래 기술에 따른 압축기용 전동기가 구비된 압축기는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 압축관(1) 내에 압축기구부와, 이를 구동하는 전동기구부로 구성 된다.

상기 전동기구부는 전원이 인가되면 자력이 발생되는 스테이터(2)와, 상기 스테이터(2)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하는 로터(3)와, 상기 로터(3)의 중심부에 고정되어 회전하는 축(5)을 포함하여 구성된다..

상기 압축기구부는 상기 전동기구부의 하부에 위치하여 냉매가스를 흡입구와 토출구로 흡입 및 토출시키는 실린더(6)와, 상기 실린더(6) 내부로 액냉매가 유입되는 것을 방지하기 위한 어큐뮬레이터(7)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(2)는 판상부재를 적층하여 제작되는데, 상기 스테이터(2)는 몸체를 구성하는 링형의 요크(11)와, 상기 로터(3)가 수용되는 로터 삽입홀이 위치하는 내경(2a)과, 상기 내경(2a)에서 외부의 둘레 방향을 따라 중심을 향해 개방되고 상호 이격 배치되어 코일(미도시)이 수용되는 복수개의 슬롯(12)과, 상기 스테이터(2)의 내경(2a)에서 중심을 향해 돌출되고 원주 방향으로 상기 슬롯(12)을 유지하며 상호 이격된 복수개의 티스(13)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(2)의 내경(2a)과 후술할 로터(3)의 사이에는 약 5 밀리미터 크기의 공극(9)이 형성된다.

그리고, 상기 스테이터(2)의 외경(2b)에는 상기 외경(2b)과 압축관(1)과의 사이로 기구부의 윤활을 위한 오일과 냉매가스가 통과할 수 있도록 상기 외경(2b)의 일부가 절단된 에어컷(14)이 형성되는데, 상기 에어컷(14)으로 인하여 상기 스테이터(2)의 외경(2b)이 대칭적인 원형이 되지 못하고, 에어컷이 존재하는 방향의 요크(11)의 길이는 상대적으로 에어컷(14)이 존재하지 않는 방향의 요크(11)의 길 이에 비하여 짧아지게 되며, 아울러 상기 슬롯(12)의 크기도 에어컷(14)이 존재하는 방향에 위치하는 슬롯(12)의 크기가 에어컷(14)이 존재하지 않는 방향의 슬롯(12)의 크기에 비하여 작아지게 된다.

한편, 상기 로터(3)는 상기 스테이터(2)의 내부에서 회전 가능하게 설치되는데, 상기 로터(3)는 몸체를 구성하는 코어(18)와, 상기 로터(3)와 일체로 회전되도록 상기 코어(18)의 중앙으로 관통된 축(5)과, 상기 코어(18)의 외측으로 복수개가 원주 방향으로 위치하며 상기 축(5) 방향으로 구비되는 알루미늄 바(17)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기 압축기에 전원이 인가되면 상기 스테이터(2)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 자기력이 발생하여 이에 대응하여 상기 로터(3)가 회전하게 되고, 압축기의 하부에 구비되어 있는 냉매유입구를 통하여 유입된 냉매는 압축기의 상부에 위치하는 냉매토출구를 통하여 토출된다.

여기서 압축관(1) 내부로 유입된 냉매가스는 이와 섞여 있는 오일과 함께 상기 전동기에 구비된 상기 약 5 밀리미터의 공극(9) 및 에어컷(14)의 공간을 통과하여 냉매토출구로 이동되고, 이동하는 오일은 토출 전에 분리되어 상기 공극(9) 및 에어컷(14)을 통하여 압축관(1)의 바닥으로 다시 고이게 된다.

그런데, 상기 스테이터(2)가 정상 운전을 하게 되는 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 에어컷(14)으로 인하여 상기 스테이터(2)가 완전한 원형이 되지 않고, 상기 요크(11)의 길이가 상대적으로 짧은 부분에서의 자속 패턴을 보면 형성되는 자기력선이 밀집되어 자기 포화가 발생되므로 자기 손실이 발생하여 전동기의 효율 저하가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 상기 에어컷(14)으로 인하여 상기 복수개의 슬롯(12)의 크기가 모두 일치하지 않으므로, 상기 슬롯(12) 내부에 수용되는 코일의 종류와 감긴 횟수의 선정에도 어려움이 생겨 설계가 복잡해지는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같은 구성 상태에서 전동기에서 발생하는 열은 상기 압축관(1) 내부를 통과하는 고온 고압의 냉매가스에 의하여 방열되거나 상기 압축관(1)과 스테이터(2)의 외경(2b)이 접하는 면을 통하여 외부로 방열되는데, 상기 에어컷(14)의 존재로 인하여 상기 스테이터(2)의 외경(2b)의 일부가 상기 압축관(1)과 접촉하지 않게 되어 전동기에서 발생하는 열이 원활히 방출되지 못하므로, 냉매의 온도가 상대적으로 증가되어 압축기의 효율 저하가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 추가적인 오일 및 냉매가스를 통과할 수 있는 통로를 추가로 확보할 필요가 있는 경우에 종래에 설계되었던 에어컷(14)의 면적을 변경하여 재설계해야하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전동기의 스테이터의 외경을 원형으로 하여 스테이터에서 발생되는 자기력선의 패턴이 균형을 이루어서 자기 손실을 방지하고, 압축관과 스테이터의 외경과 열교환 에 있어서 열전달계수를 높이게 되는 전동기의 스테이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또 다른 목적으로는 전동기의 스테이터에 추가로 오일 및 냉매가 이동할 수 있는 통로가 구비되어 그 흐름이 원활한 전동기의 스테이터를 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 압축기용 모터의 스테이터는 중앙에 로터가 수용되는 로터 삽입홀이 형성되고, 상기 로터 삽입홀의 외부의 둘레 방향을 따라 중심을 향해 개방되고 상호 이격되어 방사형 구조로 배치되어 코일이 수용되는 복수의 슬롯이 형성된 전동기의 스테이터에 있어서; 상기 스테이터에는 오일 및 냉매의 이동통로가 되는 복수개의 관통홀이 형성된다.

또한, 상기 관통홀은 상기 슬롯의 개수와 동일한 개수가 형성되고, 상기 관통홀은 상기 슬롯과 이와 이웃하는 슬롯 사이에 각각 위치한다.

또한, 상기 스테이터의 외경은 원형으로 구성되거나, 상기 스테이터의 외경의 어느 일측에는 압축기 케이스 사이에 냉매 및 오일이 통과되는 공간을 구비한 다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 전동기의 스테이터의 일실시예가 도시된 평단면도이다.

본 발명에 따른 스테이터가 구비된 전동기는 전원이 인가되면 자력이 발생되는 스테이터(30)와, 상기 스테이터(30)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하는 로터(40)와, 상기 로터(40)의 중심부에 고정되어 회전하는 축(41)을 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(30)는 일반적으로 판상부재를 적층하여 제작되는데, 상기 스테이터(30)는 몸체를 구성하는 링형의 요크(31)와, 상기 로터(40)가 수용되는 로터 삽입홀이 위치하는 내경(30a)과, 상기 내경(30a)에서 외부의 둘레 방향을 따라 중심을 향해 개방되고 상호 이격되어 방사형 구조로 배치되어 코일(미도시)이 수용되는 복수개의 슬롯(32)과, 상기 스테이터(30)의 내경(30a)을 이루며 중심을 향해 돌출되고 원주 방향으로 상기 슬롯(32)을 유지하며 상호 이격되어 방사형 구조로 배치된 복수개의 티스(33)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터(30)의 내경(30a)과 상기 로터(40)의 사이에는 로터의 회전을 위한 공간으로 약 5 밀리미터의 공극(37)이 형성된다.

그리고 상기 스테이터(30)의 외경(30b)은 완전한 원을 이루게 되고, 상기 외경(30b)의 전체면은 모두 압축기 내부의 압축관(미도시)에 밀착된다.

상기 스테이터(30)의 요크(31)에는 복수개의 관통홀(35)이 형성되고, 상기 슬롯(32)의 개수와 동일한 개수의 관통홀(35)이 구비된다.

상기 관통홀(35)은 상기 슬롯(32)과 이와 이웃하는 슬롯 사이에 각각 하나씩 위치되어, 전체적으로 요크와 요크(31) 사이에 모두 하나씩 방사형 구조로 위치된다.

한편, 상기 로터(40)는 상기 스테이터(30)의 내부에서 회전 가능하게 설치되는데, 상기 로터(40)는 몸체를 구성하는 코어(43)와, 상기 로터(40)와 일체로 회전되도록 상기 코어(43)의 중앙으로 관통된 축(41)과, 상기 코어(43)의 외측으로 복수개가 원주 방향으로 위치하며 상기 축(41) 방향으로 구비되는 알루미늄 바(42)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기 압축기에 전원이 인가되면 상기 스테이터(30)에 자기력이 발생하여 이에 대응하여 상기 로터(40)가 회전하게 되는데, 정상운전 상태에 도달하게 되는 경우 자기력선은 어느 일측으로 치우치지 않고 원형의 상기 스테이터(30)에 대칭적으로 생기게 된다.

그리고 압축관 내부로 유입된 냉매가스는 이와 섞여 있는 오일과 함께 상기 전동기에 구비된 약 5 밀리미터의 공극(37) 및 복수의 관통홀(35)의 공간을 통과하여 냉매토출구로 이동되고, 이동하는 오일의 일부는 토출 전에 분리되어 상기 공극(37) 및 관통홀(35)을 통하여 압축관의 바닥으로 다시 고이게 된다.

여기서 도 3에서 도시된 바와 같이, 종래 발전기의 스테이터의 경우에 로터의 회전에 따라 자기력선의 흐름이 없는 티스가 스테이터의 양 쪽에 수개가 교차하면서 생기게 되고, 이에 대응하여 나머지 티스에 전체 자속이 나뉘어 나타나며 교차하는 것이 일반적이므로, 이 때에 자속의 흐름이 없는 슬롯과 슬롯 사이의 공간에 상기 관통홀(35)을 형성하게 되면 스테이터에 나타나는 자기력선의 흐름을 상기 관통홀(35)이 최대한 방해하지 않게 된다.

결국 상기 관통홀(35)이 상기 스테이터(30)의 외경(30b) 측으로 치우치고 구경이 커질수록 상기 자기력선의 흐름을 방해하여 전동기의 효율은 감소하고, 이에 반대로 상기 관통홀(35)의 구경이 커질수록 오일 및 냉매가스의 이동통로를 확보가 용이해져 압축기의 효율은 증가되기 때문에, 상기 관통홀(35)의 위치 및 구경은 이동 통로 및 자기력선의 흐름을 고려하여 트레이드 오프하여 결정하는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 전동기의 스테이터의 다른 실시예가 도시된 평단면도 이다.

다른 실시예에 따른 스테이터를 구비한 전동기는 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이터(30')와, 로터(40)로 구성되는데, 상기 스테이터(30') 및 상기 스테이터(30')를 구성하고 있는 부분을 제외한 구성 및 기능은 본 발명 일실시예와 동일하므로 동일부호를 사용하고 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 스테이터(30')의 외경(30b')에는 상기 외경(30b')과 압축관(미도시)과의 사이로 기구부의 윤활을 위한 오일과 냉매가스가 통과할 수 있도록 상기 외경(30b')의 일부가 절단된 에어컷(34)이 형성되는데, 상기 에어컷(34)으로 인하여 에어컷이 존재하는 방향의 요크(31')의 길이는 상대적으로 에어컷(34)이 존재하지 않는 방향의 요크(31')의 길이에 비하여 짧아지게 되고, 아울러 상기 슬롯(32')의 크기도 에어컷(34)이 존재하는 방향에 위치하는 슬롯(32')의 크기가 에어컷(34)이 존재하지 않는 방향의 슬롯(32')의 크기에 비하여 작아지게 된다.

상기 에어컷(34)에 의하여 상기 스테이터(30')의 외경(30b')은 원의 형태를 갖으나 대칭되는 완전한 원의 형태를 갖추지는 않는다.

여기서 상기 스테이터(30')의 요크(31')에는 복수개의 관통홀(35)이 형성되고, 상기 슬롯(32')의 개수와 동일한 개수의 관통홀(35)이 구비된다.

상기 관통홀(35)은 상기 슬롯(32')과 이와 이웃하는 슬롯 사이에 각각 하나씩 위치되어, 전체적으로 요크와 요크(31') 사이에 모두 하나씩 방사형 구조로 위치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

상기 압축기에 전원이 인가되면 상기 스테이터(30')에 자기력이 발생하여 이에 대응하여 상기 로터(40)가 회전하게 된다.

그리고 압축관 내부로 유입된 냉매가스는 이와 섞여 있는 오일과 함께 상기 전동기에 구비된 약 5 밀리미터의 공극(37) 및 에어컷(34)과 함께 복수의 관통홀(35)의 공간을 통과하여 전체 냉매 통로를 증가시켜 냉매토출구로 이동되고, 이동하는 오일의 일부는 토출 전에 분리되어 상기 공극(37) 및 에어컷(34) 및 관통홀(35)을 통하여 압축관의 바닥으로 다시 고이게 된다.

마찬가지로 상기 관통홀(35)이 상기 스테이터(30')의 외경(30b') 측으로 치우치고 구경이 커질수록 상기 자기력선의 흐름을 방해하게 되고, 이에 반대로 관통홀(35)의 구경이 커질수록 오일 및 냉매가스의 이동통로를 확보가 용이해지기 때문에, 상기 관통홀(35)의 위치 및 구경은 이통통로 및 자기력선의 흐름을 고려하여 트레이드 오프하여 결정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전동기의 스테이터는 외경이 완전한 원형으로 구성되어 상기 스테이터가 정상 운전을 하는 경우에 자기력선의 패턴이 균일하여 자기 손실이 최소화되므로, 전동기의 효율이 향상되고, 스테이터가 원형의 완전대칭 형태이므로 복수개의 슬롯의 크기가 일정해지고 그 내부에 수용되는 코일의 선정에 있어서도 설계가 용이해지는 이점이 있다.

또한, 상기 전동기의 스테이터는 외경이 완전한 원형으로 구성되어 압축관과 스테이터의 외경과 밀착되는 면적이 넓어지게 되므로, 열전달계수의 증가에 따른 열교환이 용이해져 압축기의 효율이 향상되는 이점이 있다.

또한, 종래의 설계되었던 에어컷이 형성된 스테이터에 있어서 추가적인 오일 및 냉매가스를 통과할 수 있는 통로를 추가로 확보할 필요가 있는 경우에도 종래의 설계되었던 스테이터에 복수개의 관통홀을 추가로 구비함으로써 간단하게 설계 변경을 할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 중앙에 로터가 수용되는 로터 삽입홀이 형성되고, 상기 로터 삽입홀의 외부의 둘레 방향을 따라 중심을 향해 개방되고 상호 이격되어 방사형 구조로 배치되어 코일이 수용되는 복수의 슬롯이 형성된 전동기의 스테이터에 있어서;

   상기 스테이터에는 오일 및 냉매의 이동통로가 되는 복수개의 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전동기의 스테이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 관통홀은 상기 슬롯의 개수와 동일한 개수가 형성된 것을 특징으로 하는 전동기의 스테이터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 관통홀은 상기 슬롯과 이와 이웃하는 슬롯 사이에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 전동기의 스테이터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한에 있어서,

   상기 스테이터의 외경은 원형으로 구성된 것을 특징으로 하는 전동기의 스테이터.
5. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 스테이터의 외경의 어느 일측에는 압축기 케이스 사이에 냉매 및 오일이 통과되는 공간을 구비한 것을 특징으로 하는 전동기의 스테이터.

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