KR20090067205A

KR20090067205A - 압축기

Info

Publication number: KR20090067205A
Application number: KR1020097009672A
Authority: KR
Inventors: 히로아끼 고지마; 히로끼 가미이시다; 고오끼 모리모또; 가즈오 이다
Original assignee: 다이킨 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-06-24
Also published as: JP2008138526A; CN101535645B; US20100074774A1; ES2628343T3; EP2090780A1; CN101535645A; EP2090780B1; WO2008065802A1; EP2090780A4; KR101073270B1; AU2007326724A1

Abstract

압축 요소(2)와 로터(6)를 샤프트(12)를 통해 일체로 맞붙여 일체 구조부(8)를 형성하고 있다. 이 일체 구조부(8)의 고유 진동수는 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 크다. 이에 의해, 압축기의 운전 시의 큰 소음 및 진동을 방지할 수 있다.

압축 요소, 로터, 샤프트, 일체 구조부, 최고 회전수

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은, 예를 들어 공기 조화기나 냉장고 등에 사용되는 압축기에 관한 것이다.

종래 압축기로서는 밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 배치된 압축 요소와, 상기 밀폐 용기 내에 배치되는 동시에 상기 압축 요소를 샤프트를 통해 구동하는 모터를 갖고, 상기 압축 요소와 상기 모터의 로터를 상기 샤프트를 통해 일체로 맞붙여 일체 구조부를 형성한 것이 있다(특허 제3586145호 공보 참조).

그러나, 상기 종래의 압축기에서는, 상기 압축 요소와 상기 로터의 상기 일체 구조부의 고유 진동수가 압축기의 운전 시의 회전수의 5배에 일치할 우려가 있으며, 상기 일체 구조부의 고유 진동수가 압축기의 운전 시의 회전수의 5배에 일치하면 압축기의 운전 시에 큰 소음 및 진동이 발생하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 과제는 압축기의 운전 시의 큰 소음 및 진동을 방지할 수 있는 압축기를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 압축기는

밀폐 용기와, 이 밀폐 용기 내에 배치된 압축 요소와, 상기 밀폐 용기 내에 배치되는 동시에 상기 압축 요소를 샤프트를 통해 구동하는 모터를 갖고, 상기 압축 요소와 상기 모터의 로터를 상기 샤프트를 통해 일체로 맞붙여 일체 구조부를 형성한 압축기에 있어서,

상기 일체 구조부의 고유 진동수는 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 큰 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 압축기에 따르면, 상기 압축 요소와 상기 로터의 상기 일체 구조부의 고유 진동수는 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 크므로, 압축기의 운전 시의 회전수의 범위 내에서 운전 시의 큰 소음 및 진동을 방지할 수 있다.

또한, 일 실시 형태의 압축기에서는 상기 로터의 원통 형상의 로터 코어의 내측에는 소경부와 대경부가 설치되고,

상기 소경부에는 상기 샤프트가 고정되고,

상기 대경부에는 상기 압축 요소에 설치되어 상기 샤프트를 지지하는 베어링이 삽입되어 있다.

이 실시 형태의 압축기에 따르면, 상기 로터의 로터 코어의 상기 대경부에는 상기 압축 요소에 설치되어 상기 샤프트를 지지하는 베어링이 삽입되어 있으므로, 상기 압축 요소와 상기 로터의 상기 일체 구조부에 관해 축방향의 크기를 단축할 수 있어 요동을 작게 할 수 있고, 강성을 향상시킬 수 있어 고유 진동수를 보다 확실하게 크게 할 수 있다. 따라서, 운전 시의 큰 소음 및 진동을 저감할 수 있는 동시에, 비용을 저감할 수 있다.

또한, 일 실시 형태의 압축기에서는 상기 밀폐 용기 내의 냉매는 이산화탄소이다.

이 실시 형태의 압축기에 따르면, 상기 밀폐 용기 내의 냉매는 단위 용적당의 냉동 능력이 큰 이산화탄소이기 때문에 상기 압축 요소의 실린더실이 작아짐으로써 상기 샤프트의 직경 및 상기 베어링의 직경도 좁아져 강성이 저하되어 고유 진동수를 올리기 어렵다. 그 때문에, 상기 로터 코어의 상기 대경부에 상기 베어링이 삽입되어 있는 구성으로 하는 것이 냉동 능력이 큰 냉매를 사용한 압축기의 고유 진동수를 올리는 것에 대하여 특히 유효해진다.

도 1은 본 발명의 압축기의 일 실시 형태를 도시하는 종단면도이다.

도 2는 압축기의 주요부의 평면도이다.

도 3은 압축 요소와 로터의 일체 구조부의 고유 진동수와, 압축기의 소리의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 도시의 실시 형태에 의해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 압축기의 일 실시 형태인 종단면도를 도시하고 있다. 이 압축기는 밀폐 용기(1)와, 이 밀폐 용기(1) 내에 배치된 압축 요소(2)와, 상기 밀폐 용기(1) 내에 배치되고, 상기 압축 요소(2)를 샤프트(12)를 통해 구동하는 모 터(3)를 구비하고 있다.

이 압축기는 소위 종형의 고압 돔형의 로터리 압축기로서, 상기 밀폐 용기(1) 내에 상기 압축 요소(2)를 아래에, 상기 모터(3)를 위에 배치하고 있다. 이 모터(3)의 로터(6)에 의해 상기 샤프트(12)를 통하여 상기 압축 요소(2)를 구동하도록 하고 있다. 상기 밀폐 용기(1)에는 상기 모터(3)에 전기적으로 접속되는 전기 단자(140)가 설치되어 있다.

상기 압축 요소(2)는(도시하지 않음) 어큐뮬레이터로부터 흡입관(11)을 통해 냉매 가스를 흡입한다. 이 냉매 가스는 이 압축기와 함께, 냉동 시스템의 일례로서의 공기 조화기를 구성하는 도시하지 않은 응축기, 팽창 기구, 증발기를 제어함으로써 얻어진다. 이 냉매는, 예를 들어 이산화탄소나 HC나 R410A 등의 HFC, R22 등의 HCFC이다.

상기 압축기는 압축된 고온 고압의 냉매 가스를, 상기 압축 요소(2)로부터 토출시켜 밀폐 용기(1)의 내부에 채우는 동시에 상기 모터(3)의 스테이터(5)와 상기 로터(6) 사이의 간극을 통해 상기 모터(3)를 냉각한 후, 상기 모터(3)의 상측에 설치된 토출관(13)으로부터 외부로 토출하도록 하고 있다.

상기 밀폐 용기(1) 내의 고압 영역의 하부에는 윤활유가 저류된 오일 저류부(9)가 형성되어 있다. 이 윤활유는 상기 오일 저류부(9)로부터 상기 샤프트(12)에 설치된(도시하지 않은) 오일 통로를 통해 상기 압축 요소(2)나 상기 모터(3)의 베어링 등의 미끄럼 이동부로 이동하여, 이 미끄럼 이동부를 윤활시킨다. 이 윤활유는, 예를 들어(폴리에틸렌글리콜이나 폴리프로필렌글리콜 등의) 폴리알킬렌글리 콜유나, 에테르유나, 에스테르유나, 광유이다.

상기 압축 요소(2)는, 상기 밀폐 용기(1)의 내면에 설치되는 실린더(21)와, 이 실린더(21)의 상하의 개구단부 각각에 설치되어 있는 상측의 단부판 부재(50) 및 하측의 단부판 부재(60)를 구비한다. 상기 실린더(21), 상기 상측의 단부판 부재(50) 및 상기 하측의 단부판 부재(60)에 의해 실린더실(22)을 형성한다.

상기 상측의 단부판 부재(50)는 원판 형상의 본체부(51)와, 이 본체부(51)의 중앙에 상방으로 설치된 보스부(52)를 갖는다. 상기 본체부(51) 및 상기 보스부(52)는 상기 샤프트(12)에 삽입 관통되어 있다.

상기 본체부(51)에는, 상기 실린더실(22)에 연통하는 토출구(51a)가 형성되어 있다. 상기 본체부(51)에 관해서 상기 실린더(21)와 반대측에 위치하도록 상기 본체부(51)에 토출 밸브(31)가 설치되어 있다. 이 토출 밸브(31)는, 예를 들어 리드 밸브이며, 상기 토출구(51a)를 개폐한다.

상기 본체부(51)에는 상기 실린더(21)와 반대측에, 상기 토출 밸브(31)를 덮듯이 컵형의 머플러 커버(40)가 설치되어 있다. 이 머플러 커버(40)는, (볼트 등의) 고정 부재(35)에 의해 상기 본체부(51)에 고정되어 있다. 상기 머플러 커버(40)는, 상기 보스부(52)에 삽입 관통되어 있다.

상기 머플러 커버(40) 및 상기 상측의 단부판 부재(50)에 의해, 머플러 실(42)을 형성한다. 상기 머플러실(42)과 상기 실린더실(22)은 상기 토출구(51a)를 통하여 연통되어 있다.

상기 머플러 커버(40)는 구멍부(43)를 갖는다. 이 구멍부(43)는, 상기 머플 러실(42)과 상기 머플러 커버(40)의 외측을 연통한다.

상기 하측의 단부판 부재(60)는 원판 형상의 본체부(61)와, 이 본체부(61)의 중앙에 하방으로 설치된 보스부(62)를 갖는다. 상기 본체부(61) 및 상기 보스부(62)는 상기 샤프트(12)에 삽입 관통되어 있다.

결국, 상기 샤프트(12)의 일단부는, 상기 상측의 단부판 부재(50) 및 상기 하측의 단부판 부재(60)에 지지되어 있다. 즉, 상기 상측의 단부판 부재(50) 및 상기 하측의 단부판 부재(60)는 베어링(7)을 구성하고, 상기 샤프트(12)는 상기 베어링(7)에 의해 외팔보 지지되어 있다. 상기 샤프트(12)의 일단부(지지단부측)는 상기 실린더실(22)의 내부로 진입되어 있다.

상기 샤프트(12)의 지지단부측에는 상기 압축 요소(2)측의 상기 실린더실(22) 내에 위치하도록 편심 핀(26)을 설치하고 있다. 이 편심 핀(26)은, 롤러(27)에 끼워 맞추어져 있다. 이 롤러(27)는 상기 실린더실(22) 내에서 공전(公轉) 가능하게 배치되어, 이 롤러(27)의 공전 운동으로 압축 작용을 행하도록 하고 있다.

상기 실린더실(22)의 압축 작용을 설명하면 도 2에 도시한 바와 같이 상기 롤러(27)에 일체로 설치한 블레이드(28)에 의해 상기 실린더실(22) 내를 구획하고 있다. 즉, 상기 블레이드(28)의 우측실은, 상기 흡입관(11)이 상기 실린더실(22)의 내면에 개방되어 흡입실(저압실)(22a)을 형성하고 있다. 한편, 상기 블레이드(28)의 좌측실은, (도 1에 도시하는) 상기 토출구(51a)가 상기 실린더실(22)의 내면에 개방되어 토출실(고압실)(22b)을 형성하고 있다.

상기 블레이드(28)의 양면에는 반원기둥 형상의 부시(25, 25)가 밀착되어, 시일을 행하고 있다. 상기 블레이드(28)와 상기 부시(25, 25) 사이에는 상기 윤활유로 윤활을 행하고 있다.

그리고, 상기 편심 핀(26)이 상기 샤프트(12)와 함께 편심 회전하여 상기 편심 핀(26)에 끼워 맞추어진 상기 롤러(27)가, 이 롤러(27)의 외주면을 상기 실린더실(22)의 내주면에 접하여 공전한다.

상기 롤러(27)가, 상기 실린더실(22) 내에서 공전하는데 수반하여, 상기 블레이드(28)는 이 블레이드(28)의 양측면을 상기 부시(25, 25)에 의해 유지하며 진퇴 이동한다. 그러면, 상기 흡입관(H)으로부터 저압의 냉매 가스를 상기 흡입실(22a)로 흡입하여, 상기 토출실(22b)에서 압축하여 고압으로 한 후, (도 1에 도시한다) 상기 토출구(51a)로부터 고압의 냉매 가스를 토출한다.

그 후, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 토출구(51a)로부터 토출된 냉매 가스는, 상기 머플러실(42)을 경유하여 상기 머플러 커버(40)의 외측으로 배출된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 모터(3)는 상기 로터(6)와, 이 로터(6)의 직경 방향 외측에 에어 갭을 개재하여 배치된 상기 스테이터(5)를 갖는다. 즉, 상기 모터(3)는 이너 로터형의 모터이다.

상기 스테이터(5)는 스테이터 코어(510)와, 상기 스테이터 코어(510)의 축방향의 양단부면 각각에 대향하여 배치된 인슐레이터(530)와, 상기 스테이터 코어(510) 및 상기 인슐레이터(530)에 함께 감긴 코일(520)을 갖는다.

상기 스테이터 코어(510)는 적층된 복수의 강판으로 이루어지고, 상기 밀폐 용기(1)에 수축 끼워맞춤 등에 의해 끼워 넣어져 있다. 상기 스테이터 코어(510)는 (도시하지 않은) 환 형상부와, 이 환 형상부의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출되는 동시에 둘레 방향으로 등간격으로 배열된(도시하지 않은) 복수의 티스부를 갖는다. 상기 코일(520)은, 상기 각 티스부에 각각 감겨 복수의 상기 티스부에 걸쳐 감겨 있지 않은, 소위 집중 감기이다.

상기 로터(6)는, 로터 코어(610)와, 이 로터 코어(610)에 매설된(도시하지 않음) 자석을 갖는다. 상기 로터 코어(610)는 원통 형상이며, 예를 들어 적층된 전자기 강판으로 이루어진다. 상기 자석은, 예를 들어 희토류계의 평판 형상의 영구 자석이며, 복수의 상기 자석이 상기 로터 코어(610)의 둘레 방향으로 등간격의 중심 각도로 배열되어 있다.

상기 로터 코어(610)의 내측에는 상부에 소경부(610a)와 하부에 대경부(610b)가 설치되어 있다. 상기 소경부(610a)의 내경은 상기 대경부(610b)의 내경보다도 작다. 상기 소경부(610a)에는, 상기 샤프트(12)가 고정되어 있다. 상기 대경부(610b)에는 상기 압축 요소(2)에 설치되어 상기 샤프트(12)를 지지하는 상기 베어링(7)이 삽입되어 있다.

즉, 상기 상측의 단부판 부재(50)의 상기 보스부(52)의 상단부는 상기 로터 코어(610)의 상기 대경부(610b)에 삽입되어 있다. 상기 로터 코어(610)의 상기 대경부(610b)의 내경은 상기 보스부(52)의 외경보다도 크게 형성되고 상기 로터 코어(610)의 하단부는, 상기 보스부(52)의 상단부보다도 낮은 위치에 있다.

상기 압축 요소(2)와 상기 로터(6)를 상기 샤프트(12)를 통해 일체로 맞붙여 일체 구조부(8)를 형성하고 있다. 이 일체 구조부(8)의 고유 진동수는 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 크다.

도 3에 압축 요소(2)와 로터(6)의 일체 구조부(8)의 고유 진동수와, 압축기의 소리의 크기의 관계를 나타낸다. 횡축에 일체 구조부(8)의 고유 진동수[㎐]를 나타내고, 종축에 5n음[㏈]을 나타낸다. 모터의 극수는 4극이며 압축기의 운전 회전수는 86s^-1이다.

도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 일체 구조부(8)의 고유 진동수가 430㎐일 때, 5n음이 최대로 되어 있다. 즉, 일체 구조부(8)의 고유 진동수가 압축기의 운전 회전수 86s^-1의 5배에 일치하는 430㎐일 때에 압축기의 5n음이 가장 크다.

상기 구성의 압축기에 따르면, 상기 일체 구조부(8)의 고유 진동수는 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 크므로, 압축기의 운전 시의 회전수의 범위 내에서 운전 시의 큰 소음 및 진동을 방지할 수 있다.

이에 대해, 상기 일체 구조부(8)의 고유 진동수를 최고 회전수의 5배로 하면, 최고 회전수 시에 큰 소음이 발생한다. 또한, 상기 일체 구조부(8)의 고유 진동수를 최고 회전수의 5배보다도 작은, 예를 들어 최고 회전수의 4배로 하면, 최고 회전수 시에는 큰 소음을 방지할 수 있으나, 최고 회전수의 5분의 4배의 회전수 시에 큰 소음이 발생한다.

여기서, 상기 일체 구조부(8)의 고유 진동수를, 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 크게 한 이론을 설명한다. 기본 가진력 성분과 회전자의 선회에 의한 1N 성분 사이에서 발생하는 변조 성분, 즉 회전수의 (극수±1)배의 가진력이 커지는 것을 이론상 알고 있다. 압축기용으로서 일반적으로 사용되는 모터의 극수는 4극이 많고, 회전수의 극수±1, 즉 회전수의 3배 또는 5배의 가진력이 커진다. 따라서, 상기 일체 구조부(8)의 고유 진동수를 최고 회전수의 5배보다도 크게 해 둠으로써 압축기의 운전 시의 회전수의 범위 내에서 회전수의 3배 또는 5배의 주파수와 고유 진동수가 일치하는 일이 없어져, 운전 시의 큰 소음 및 진동을 방지할 수 있다.

또한, 상기 로터 코어(610)의 상기 대경부(610b)에는 상기 베어링(7)이 삽입되어 있으므로, 상기 일체 구조부(8)에 관해 축방향의 크기를 단축할 수 있어 요동을 작게 할 수 있고, 강성을 향상시킬 수 있어 고유 진동수를 보다 확실하게 크게 할 수 있다. 따라서, 운전 시의 큰 소음 및 진동을 저감할 수 있는 동시에, 비용을 저감할 수 있다.

또한, 상기 밀폐 용기(1) 내의 냉매는 이산화탄소이며, 이 이산화탄소는 단위 용적당 냉동 능력이 큰 냉매이기 때문에, 상기 압축 요소(2)의 상기 실린더실(22)이 작아짐으로써 상기 샤프트(12)의 직경 및 상기 베어링(7)의 직경도 가늘어져 강성이 저하되어 고유 진동수를 올리기 어렵다. 그 때문에, 상기 로터 코어(610)의 상기 대경부(610b)에 상기 베어링(7)이 삽입되어 있는 구성으로 하는 것이 냉동 능력이 큰 냉매를 사용한 압축기의 고유 진동수를 올리는 것에 대하여, 특히 유효해진다.

또한, 상기 코일(520)은 집중 감기이며, 이 집중 감기는 하나의 상기 티스부 에 가해지는 전자력이 크고, 또한 집중되어 있기 때문에 상기 스테이터(5)와 상기 로터(6) 사이의 에어 갭의 변화에 따른 가진력의 증가 비율이 분포권보다도 커지게 되나, 상기 일체 구조부(8)의 고유 진동수를 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 크게 하고 있으므로, 특히 효과적으로 운전 시의 큰 소음 및 진동을 방지할 수 있다.

상기 로터(6)의 상기 자석은 희토류계의 자석이며, 이 희토류계의 자석은 페라이트 자석에 대하여 잔류 자속 밀도 및 보자력이 커 자석의 면적 및 두께를 작게 해도 필요한 자속량이나 감자 내력이 얻어져 상기 로터(6)의 소형화에 기여할 수 있다. 예를 들어, 상기 자석을 두께가 얇은 평판 형상으로 한 경우에는, 상기 샤프트(12)가 고정되는 상기 로터 코어(610)의 상기 소경부(610a)로부터 상기 자석까지의 간격을 넓게 취할 수 있기 때문에 상기 대경부(610b)를 설치할 수 있다.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 모터(3)로서 아우터 로터형의 모터로 해도 된다. 상기 압축 요소(2)로서, 롤러와 블레이드가 별체인 로터리 타입이어도 된다. 상기 압축 요소(2)로서, 로터리 타입 이외에 스크롤 타입이나 리시프로(reciprocating) 타입을 사용해도 된다. 또한, 상기 압축 요소(2)로서 2개의 실린더실을 갖는 2실린더 타입이어도 된다. 상기 압축 요소(2)가 위, 상기 모터(3)가 아래에 배치되어 있어도 된다.

Claims

밀폐 용기(1)와, 이 밀폐 용기(1) 내에 배치된 압축 요소(2)와, 상기 밀폐 용기(1) 내에 배치되는 동시에 상기 압축 요소(2)를 샤프트(12)를 통해 구동하는 모터(3)를 갖고, 상기 압축 요소(2)와 상기 모터(3)의 로터(6)를 상기 샤프트(12)를 통해 일체로 맞붙여 일체 구조부(8)를 형성한 압축기에 있어서,

상기 일체 구조부(8)의 고유 진동수는 압축기의 운전 시의 최고 회전수의 5배보다도 큰 것을 특징으로 하는, 압축기.
제1항에 있어서, 상기 로터(6)의 원통 형상의 로터 코어(610)의 내측에는 소경부(610a)와 대경부(610b)가 설치되고,

상기 소경부(610a)에는 상기 샤프트(12)가 고정되고,

상기 대경부(610b)에는, 상기 압축 요소(2)에 설치되어 상기 샤프트(12)를 지지하는 베어링(7)이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는, 압축기.
제2항에 있어서, 상기 밀폐 용기(1) 내의 냉매는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는, 압축기.