KR20090076760A - 밀폐형 전동 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 밀폐 용기로부터 배출되는 냉매 가스의 오일 함유율을 저감하는 것이다.

밀폐형 전동 압축기(50)는 압축 기구(2), 전동기(7), 밀폐 용기(1)를 구비한다. 전동기(7)는, 철심(23)과 이 철심(23)의 양측으로부터 엔드 코일(17)이 돌출되는 코일(24)을 갖는 고정자(7b)와, 철심(23)의 중앙 구멍에 회전 가능하게 배치된 회전자(7a)와, 회전자(7a)의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 적어도 일측이 당해 회전자(7a)보다 돌출되어 편심력이 가해지는 샤프트(6)와, 회전자(7a)의 상측 및 하측에 설치된 상측 평형추(16a) 및 하측 평형추(16b)를 구비한다. 상하의 평형추(16)의 선단부 외주면은 전체 둘레에 걸쳐 상하의 엔드 코일(17)보다도 돌출되어 있다.

밀폐형 전동 압축기, 압축 기구, 전동기, 밀폐 용기, 회전자, 평형추

Description

밀폐형 전동 압축기 {AIRTIGHT TYPE ELECTRIC COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 전동 압축기에 관한 것으로, 특히 회전자의 양측에 평형추를 설치한 전동기를 구비한 밀폐형 전동 압축기에 적합한 것이다.

종래 밀폐형 전동 압축기로서는 일본 특허 출원 공개 제2000-73977호 공보(특허 문헌 1)에 개시된 것이 있다.

이 특허 문헌 1의 압축기용 전동기는 냉매 가스를 압축하여 밀폐 용기 내에 토출하는 압축 기구와, 이 압축 기구를 구동하는 전동기와, 압축 기구 및 전동기를 수납하고 또한 저부에 윤활유를 저류하는 밀폐 용기를 구비하여 구성되어 있다.

상기 압축 기구는 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치한 고정 스크롤과, 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치하여 고정 스크롤을 맞물리게 하여 압축실을 형성하는 선회 스크롤과, 고정 스크롤 및 선회 스크롤을 지지하는 프레임을 구비하여 구성되어 있다. 이 압축 기구는 전동기의 회전자의 회전 운동을 받아 선회 스크롤이 선회 운동함으로써 냉매 가스를 압축하나, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 미끄럼 이동부가 존재하고, 그 미끄럼 이동부의 윤활 및 압축 공간의 밀봉성을 높이기 위해 냉동기유가 공급된다. 이에 의해, 압축 과정에서 냉매 가스에 냉동기유가 섞여 토출된다.

상기 전동기는 철심과 이 철심의 양측으로부터 엔드 코일이 돌출되는 코일을 갖는 고정자와, 철심의 중앙 구멍에 회전 가능하게 배치된 회전자와, 회전자의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 적어도 일측이 당해 회전자보다 돌출되어 압축 기구에 의해 편심력이 가해지는 샤프트와, 회전자의 상측 및 하측에 설치되고 또한 엔드 코일보다 높이가 낮은 상측 평형추 및 하측 평형추를 구비하여 구성되어 있다.

상기 압축 기구의 고정 스크롤의 토출구로부터 상방으로 토출되는 다량의 냉동기유를 포함한 미스트 형상의 냉매 가스는 압축 기구의 외주부 및 전동기의 외주부를 통과한 후에, 고정자와 회전자 사이를 하측으로부터 상측으로 흐르고, 토출 파이프를 통해 밀폐 용기 외부의 냉동 사이클로 유출된다. 이때, 밀폐 용기 외부의 냉동 사이클에 토출되는 냉매에 포함되는 오일의 질량 백분율(wt％)을 냉매 가스 중의 오일 함유율(오일 비율)이라 부르고 있다.

그리고, 상측 평형추의 상단부를 원주 외주면으로 함으로써, 회전자 상부의 토출 파이프 근방의 공간에서의 미스트 형상의 냉매 가스의 휘저음을 저감하고, 냉매 가스에 포함된 오일 방울의 미세화를 억제함으로써, 냉동 사이클로 토출되는 냉매 가스 중의 냉동기유를 감소시켜, 오일 비율을 저감시키고 있다.

또한, 상측 평형추의 변형예로서, 특허 문헌 1의 도3에는, 회전자 상부에 유입되는 냉동기유를 방출하기 위한 개구부를 원주 외주면의 일부에 설치한 것이 예시되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2000-73977호 공보

그러나, 상술한 특허 문헌 1의 밀폐형 전동 압축기에서는, 엔드 코일보다 높이가 낮은 상측 평형추 및 하측 평형추로 되어 있기 때문에, 상측 평형추의 상면 및 하측 평형추의 하면에 냉매 가스가 유입되고, 상하측 평형추의 이들 면에 있어서의 냉매 가스의 휘저음에 의해 냉매 가스에 포함된 오일 방울의 미세화가 행해지는 것에 대해서는 배려되어 있지 않았다.

본 발명의 목적은 밀폐 용기로부터 배출되는 냉매 가스의 오일 함유율을 저감할 수 있는 밀폐형 전동 압축기를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 그 다른 목적과 유리점은 이하의 기술로부터 명백해진다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 형태는, 냉매 가스를 압축하여 밀폐 용기 내에 토출하는 압축 기구와, 이 압축 기구를 구동하는 전동기와, 상기 압축 기구 및 상기 전동기를 수납하고 또한 저부에 윤활유를 저류하는 상기 밀폐 용기를 구비하여 구성되고, 상기 전동기는 철심과 이 철심의 양측으로부터 엔드 코일이 돌출되는 코일을 갖는 고정자와, 상기 철심의 중앙 구멍에 회전 가능하게 배치된 회전자와, 상기 회전자의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 적어도 일측이 당해 회전자보다 돌출되어 상기 압축 기구에 결합되어 편심력이 가해지는 샤프트와, 상기 회전자의 양측에 설치된 평형추를 구비하고, 상기 압축 기구로부터 토출되는 유분을 포함하는 냉매 가스가 상기 고정자와 상기 회전자 사이를 일측으로부터 타측으 로 흐르는 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 상기 양측의 평형추의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상기 양측의 엔드 코일보다도 돌출되어 있는 것에 있다.

이러한 본 발명의 제1 형태에 있어서의 더 바람직한 구체적 구성예는 다음과 같다.

(1) 상기 일측의 평형추의 상기 엔드 코일보다도 돌출된 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적과, 상기 타측의 평형추의 상기 엔드 코일보다도 돌출된 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적을 동등 이하로 한 것.

(2) 상기 일측의 가스 통로 면적과 상기 타측의 가스 통로 면적의 비를 0.9 내지 1.0의 범위로 한 것.

또한, 본 발명의 제2 형태는, 냉매 가스를 압축하여 밀폐 용기 내에 토출하는 압축 기구와,

이 압축 기구를 구동하는 전동기와, 상기 압축 기구 및 상기 전동기를 상하에 위치하여 수납하고 또한 저부에 윤활유를 저류하는 밀폐 용기를 구비하고, 상기 압축 기구는 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치한 고정 스크롤과, 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치하여 상기 고정 스크롤을 맞물리게 하여 압축실을 형성하는 선회 스크롤과, 상기 고정 스크롤 및 상기 선회 스크롤을 지지하는 프레임을 구비하고, 상기 전동기는 철심과 이 철심의 양측으로부터 엔드 코일이 돌출되는 코일을 갖는 고정자와, 상기 철심의 중앙 구멍에 회전 가능하게 배치된 회전자와, 상기 회전자의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 적어도 일측이 당해 회전 자보다 돌출되어 상기 압축 기구에 의해 편심력이 가해지는 샤프트와, 상기 회전자의 상측 및 하측에 설치되는 상측 평형추 및 하측 평형추를 구비하고, 상기 압축 기구로부터 토출되는 유분을 포함하는 냉매 가스가 상기 압축 기구의 외주부 및 상기 전동기의 외주부를 통과한 후에 상기 고정자와 상기 회전자 사이를 하측으로부터 상측에 흐르는 밀폐형 전동 압축기에 있어서, 상기 상측 평형추의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상기 상측 엔드 코일보다도 상방으로 돌출되어 상기 프레임에 접근되고, 상기 하측 평형추의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상기 하측 엔드 코일보다도 하방으로 돌출되어 상기 윤활유의 오일면에 접근되어 있는 것에 있다.

이러한 본 발명의 제2 형태에 있어서의 더 바람직한 구체적 구성예는 다음과 같다.

(1) 상기 엔드 코일보다도 돌출된 상기 하측 평형추의 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적과, 상기 엔드 코일보다도 돌출된 상기 상측 평형추의 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적의 비를 동등 이하로 한 것.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 하측의 가스 통로 면적과 상기 하측의 가스 통로 면적의 비를 0.9 내지 1.0의 범위로 한 것.

(3) 상기 상하의 평형추는 회전 중심축을 대칭축으로 했을 때의 평형추의 외주면이 대칭으로 형성되어 있는 것.

(4) 상기 상측 평형추는 회전자 반대측으로부터 오목한 상측 언밸런스량 부 여 오목부를 갖고 있는 것.

(5) 상기 상하의 평형추는 금속 일체 성형품으로 구성되어 있는 것.

(6) 상기 상하의 평형추는 공통의 리벳을 통해 상기 회전자에 고정되어 있는 것.

이러한 본 발명의 밀폐형 전동 압축기에 따르면, 밀폐 용기로부터 배출되는 냉매 가스의 오일 함유율을 저감할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도1 내지 도11c를 참조하면서 설명한다.

본 실시 형태에 있어서의 밀폐형 전동 압축기(50)의 전체의 구성, 동작, 기능 등에 관해 도1 내지 도3을 참조하면서 설명한다. 또한, 도2에 있어서, 실선 화살표는 밀폐 용기(1)의 저부의 오일 저류부(9)로부터 빨아 올려진 윤활유(8)의 흐름을 나타내고, 점선 화살표는 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매 가스의 흐름을 설명한다.

밀폐형 전동 압축기(50)는 냉동 공조 장치(예를 들어, 공기 조화기, 냉장고, 냉동고, 냉장ㆍ냉동 쇼케이스 등)나 히트 펌프식 급탕 장치 등의 냉동 사이클의 구성 기기로서 이용되고, 밀폐 용기(1), 압축 기구(2) 및 전동기(7)를 주요 구성 요소로서 구비하고 있다.

밀폐 용기(1)는 원통 형상의 통부와 이 통부의 상하에 용착된 덮개부로 구성되고, 내부를 밀폐 공간으로 하고 있다. 이 밀폐 용기(1)는 압축 기구(2) 및 전동 기(7)를 수납하고, 저부의 오일 저류부(9)에 냉동기유 등의 윤활유(8)를 저류하고 있다. 이 윤활유(8)의 오일면은 부 베어링(15)의 상방에 위치하도록 설정되어 있다.

밀폐 용기(1)의 상측 덮개부를 관통하여 흡입 파이프(11)가 설치되고, 밀폐 용기(1)의 통부를 관통하여 토출 파이프(22)가 설치되어 있다. 이 토출 파이프(22)는 프레임(5)의 바로 아래에 위치하여, 밀폐 용기(1) 내의 중심 방향으로 돌출되어 설치되어 있다. 토출 파이프(22)의 선단부는 엔드 코일(17)의 외주면보다 중심측에 돌출되어 개방되어 있다.

압축 기구(2)는 플루오로화탄소나 이산화탄소 등의 냉매 가스를 압축하여 밀폐 용기(1) 내에 토출하는 것이며, 밀폐 용기(1) 내의 상부에 설치되어 있다. 이 압축 기구(2)는 고정 스크롤(3), 선회 스크롤(4), 프레임(5) 및 올덤 링(10)을 주요 구성 요소로서 구비하고 있다.

고정 스크롤(3)은 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치하여 구성되고, 프레임(5) 상에 볼트로 체결되어 있다. 고정 스크롤(3)의 주연부에는 흡입구(12)가 형성되고, 중앙부에는 토출구(14)가 형성되어 있다. 흡입구(12)에는 흡입 파이프(11)가 연통되어 있다. 토출구(14)는 밀폐 용기(1) 내의 압축 기구(2)의 상방의 공간과 연통되어 있다.

선회 스크롤(4)은 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치하여 구성되고, 고정 스크롤(3)과 맞물려져 압축실을 형성한다. 이 선회 스크롤(4)은 고정 스크롤(3)과 프레임(5) 사이에 끼워 넣어져 있다. 선회 스크롤(4)의 반고정 스크롤 측에는 보스부가 돌출되어 설치되고, 이 보스부 내에는 선회 베어링이 설치되고, 이 선회 베어링 내에는 샤프트(6)의 편심 핀부(6a)가 끼워 맞추어져 있다.

올덤 링(10)은 선회 스크롤(4)의 자전 규제 기구를 구성하는 것이며, 선회 스크롤(4)과 프레임(5) 사이에 설치되고, 선회 스크롤(4)이 자전하는 것을 방지하여 원 궤도 운동을 행하게 한다.

프레임(5)은 밀폐 용기(1)에 용접으로 고정되고, 고정 스크롤(3), 올덤 링(10) 및 선회 스크롤(4)을 지지하고 있다. 이 프레임(5)의 중앙에는 하방으로 돌출되는 통부가 설치되어 있다. 이 통부 내에는 샤프트(6)를 축 지지하는 주 베어링(5a)이 설치되어 있다.

고정 스크롤(3) 및 프레임(5)의 외주부에는, 고정 스크롤(3)의 상방 공간과 프레임(5)의 하방 공간을 연통하는 복수의 토출 가스 통로(18a)가 형성되어 있다. 이 복수의 토출 가스 통로(18a)는 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있다.

전동기(7)는 고정자(7b), 회전자(7a), 샤프트(6) 및 평형추(16)를 주요 구성 요소로서 구비하고, 회전자(7a)에 영구 자석(35)(도5b 참조)을 구비한 동기 전동기로 구성되어 있다.

고정자(7b)는 전류를 흘려 회전 자계를 발생시키는 복수의 도체를 갖는 코일(24)과, 이 회전 자계를 효율적으로 전달하기 위한 철심(23)을 주요 구성 요소로 구비하고 있다 코일(24)의 엔드 코일(17)은 철심(23)의 양측으로부터가 돌출되어 있다. 철심(23)은 밀폐 용기(1)에 가열 끼움하여 고정되어 있다. 고정자(7b)의 외주에는 전체 둘레에 걸쳐 다수의 절결이 형성되고, 이 절결과 밀폐 용기(1) 사이 에 토출 가스 통로(18b)가 형성되어 있다.

회전자(7a)는 철심(25)과 이 철심(25)에 내장된 영구 자석(35)을 주요 구성 요소로서 구비하고, 고정자(7b)로부터의 회전 자계를 회전 운동으로 변환하고, 샤프트(6)를 중심으로 회전된다. 이 회전자(7a)는 고정자(7b)의 철심(23)의 중앙 구멍에 회전 가능하게 배치되어 있다.

샤프트(6)는 회전자(7a)의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 회전자(7a)와 일체화되어 있다. 샤프트(6)의 일측(도시예에서는 상측)은 회전자(7a)로부터 돌출되어 압축 기구(2)에 결합되고, 압축 기구(2)의 압축 동작에 의해 편심력이 가해진다. 본 실시 형태에서는, 샤프트(6)는 그 양측이 회전자(7a)의 양측으로부터 돌출되고, 회전자(7a)의 양측에서 주 베어링(5a) 및 부 베어링(15)에 의해 축 지지되어, 안정적으로 회전할 수 있다. 부 베어링(15)은 밀폐 용기(1)에 용접하여 고정된 지지 부재에 의해 지지되는 동시에, 윤활유(8)에 침지되어 있다.

샤프트(6)의 하단부는 밀폐 용기(1)의 저부의 오일 저류부(9) 내에 연장되어 있다. 이 샤프트(6)에는 윤활유(8)를 각 베어링 및 각 미끄럼 이동면으로 공급하는 관통 구멍(6b)이 형성되고, 이 관통 구멍(6b)을 통해 오일 저류부(9)로부터 윤활유(8)가 빨아 올려지도록 되어 있다. 샤프트 관통 구멍(6b)을 통해 빨아 올려진 윤활유(8)는 각 베어링 및 압축 기구(2)의 미끄럼 이동부에 공급된다. 압축 기구(2)의 미끄럼 이동부에 공급된 윤활유(8)는, 냉매 가스와 함께 고정 스크롤(3)의 중앙부의 토출구(14)로부터 토출되기 때문에, 토출구(14)로부터 토출된 토출 가스 중에는 미스트 형상의 윤활유가 많이 포함되어 있다.

평형추(16)는 회전자(7a)의 양측에 설치된 상측 평형추(압축 기구측 평형추)(16a) 및 하측 평형추(반압축 기구측 평형추)(16b)로 구성되고, 복수의 리벳(31)을 공용하여 회전자(7a)에 고정되어 있다. 상하의 평형추(16a, 16b)는 공통의 리벳(31)을 통해 회전자(7a)에 고정되어 있다. 이에 의해, 상하의 평형추(16a, 16b)를 회전자(7a)에 저렴하고 또한 용이하게 고정할 수 있다.

회전 중심축을 대칭축으로 했을 때 상측 평형추(16a) 및 하측 평형추(16b)의 외주면이 대칭으로 형성되어 있다. 상측 평형추(16a) 및 하측 평형추(16b)의 선단부 외주면은 전체 둘레에 걸쳐 상측 엔드 코일(압축 기구측 엔드 코일)(17a) 및 하측 엔드 코일(반압축 기구측 엔드 코일)(17b)보다도 돌출되어 있다.

상측 평형추(16a)의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상측 엔드 코일(17a)보다도 상방으로 돌출되어 프레임(5)에 접근되고, 하측 평형추(16b)의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 하측 엔드 코일(17b)보다도 하방으로 돌출되어 윤활유(8)의 오일면에 접근되어 있다.

엔드 코일(17)보다도 돌출된 하측 평형추(16b)의 외주면과 밀폐 용기(1)의 내주면 사이의 가스 통로 면적(B)과, 엔드 코일(17)보다도 돌출된 상측 평형추(16a)의 외주면과 밀폐 용기(1)의 내주면 사이의 가스 통로 면적(A)과의 비를 동등 이하로 하고 있다. 구체적으로는, 하측의 가스 통로 면적과 하측의 가스 통로 면적의 비가 0.9 내지 1.0의 범위 내로 되도록 설정되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 전동기(7)에 통전되어 회전자(7a)가 회전되면, 이에 수반하여 샤프트(6)도 회전되고, 편심 핀부(6a)가 편심된 회전 운동을 함으로써, 선회 스크롤(4)이 선회 구동되고, 고정 스크롤(3)과 선회 스크롤(4) 사이에 형성되는 압축실이 외주측으로부터 중앙부로 이동하면서 작아진다. 이에 의해, 밀폐 용기(1)의 외부의 냉동 사이클에 통과한 흡입 파이프(11) 및 흡입구(12)를 통해 냉매 가스가 흡입되어 압축되어 가고, 압축된 냉매 가스는 고정 스크롤(3)의 중앙부의 토출구(14)로부터 밀폐 용기(1) 내의 상부 공간에 토출된다. 이들 동작이 반복된다.

고정 스크롤(3)의 토출구(14)로부터 상방으로 토출되는 다량의 윤활유를 포함한 미스트 형상의 냉매 가스는, 압축 기구(2)의 외주부에 형성된 토출 가스 통로(18a)를 통해 밀폐 용기(1)의 내측의 전체 둘레로부터 압축 기구(2)의 하방의 공간[전동기(7)의 상방의 공간]으로 유도된다. 이 과정에서 냉매 가스에 포함되는 유분의 일부가 분리되고, 토출 가스 통로(18a)나 밀폐 용기(1)의 내면 등을 통해, 최종적으로는 밀폐 용기(1)의 저부의 오일 저류부(9)에 저장된다.

여기서, 상측 평형추(16a)의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상측 엔드 코일(17a)보다도 상방으로 돌출되어 있으므로, 압축 기구(2)의 하방의 공간으로 유도된 냉매 가스는 상측 평형추(16a)의 상면 및 그 상측으로 유입되는 것이 억제된다. 이에 의해, 상측 평형추(16a)의 상면에서 냉매 가스가 휘저어지는 것이 억제되고, 냉매 가스에 포함된 오일 방울의 미세화가 억제되는 동시에, 냉매 가스가 상측 평형추(16a)의 상면 상방을 통해 직접 토출 파이프(22)에 이르러 냉동 사이클로 유출되는 것이 억제된다. 특히, 본 실시 형태에서는, 상측 평형추(16a)의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 프레임(5)에 접근되어 있으므로, 이들의 유분 유출 억 제 효과를 현격히 향상시킬 수 있다.

이와 같이 하여 압축 기구(2)의 하방의 공간으로 유도된 냉매 가스의 대부분은, 전동기(7)의 외주부에 설치된 토출 가스 통로(18b)를 통해 전체 둘레로부터 전동기(7)의 하방의 공간[윤활유(8)의 오일면 상방의 공간]으로 유도된다. 이 과정에서 냉매 가스에 포함되는 유분의 일부가 더 분리되고, 토출 가스 통로(18b)나 밀폐 용기(1)의 내면 등을 통해, 밀폐 용기(1)의 저부의 오일 저류부(9)에 저류된다.

여기서, 하측 평형추(16b)의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 하측 엔드 코일(17b)보다도 하방으로 돌출되어 있으므로, 전동기(7)의 하방의 공간(21)으로 유도된 냉매 가스는 하측 평형추(16b)의 하면 및 그 하방으로 유입되는 것이 억제되는 동시에, 하측 평형추(16b)의 선단부 외주면에 의해 흐르는 방향이 반전되고, 하측 평형추(16b)와 하측 엔드 코일(17b) 사이의 공간으로 유입되어 흐르는 방향이 반전된다. 이에 의해, 하측 평형추(16b)의 하면에서 냉매 가스가 휘저어지는 것이 억제되고, 냉매 가스에 포함된 오일 방울의 미세화가 억제되는 동시에, 이 토출 가스 통로(18b)로부터 유출된 후에 반전하는 과정에서 냉매 가스에 포함되는 유분의 일부가 더 분리된다. 특히, 본 실시 형태에서는, 하측 평형추(16b)의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 윤활유(8)의 오일면에 접근되어 있으므로, 이들의 유분 유출 억제 효과를 현격히 향상시킬 수 있다.

흐르는 방향이 반전된 냉매 가스는, 하측 평형추(16b)와 하측 엔드 코일(17b) 사이의 공간, 회전자(7a)와 고정자(7b) 사이의 공극(19), 상측 평형추(16a)와 상측 엔드 코일(17a) 사이의 공간, 또한 상측 엔드 코일(17a)의 상방의 공간(20)을 통해, 토출 파이프(22)에 빨아 올려져 냉동 사이클로 유출된다. 여기서, 상측 평형추(16a)의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상측 엔드 코일(17a)보다도 상방으로 돌출되어 있으므로, 상측 엔드 코일(17a)의 상방의 공간으로 유도된 냉매 가스는 상측 평형추(16a)의 상면 및 그 상측으로 유입되는 것이 억제된다. 이에 의해, 상측 평형추(16a)의 상면에서 냉매 가스가 휘저어지는 것이 억제되고, 냉매 가스에 포함된 오일 방울의 미세화가 억제된다.

본 실시 형태에서는, 하측 평형추(16b)의 엔드 코일(17)보다도 돌출된 외주면과 밀폐 용기(1)의 내주면 사이의 공간(20)의 가스 통로 면적(B)과 엔드 코일(17)보다도 돌출된 상측 평형추(16a)의 외주면과 밀폐 용기(1)의 내주면 사이의 공간(21)의 가스 통로 면적(A)이 동등 이하로 되어 있으므로, 오일 함유율을 현격히 저감할 수 있다.

이러한 저감 효과에 대해, 가스 통로 면적(B)과 가스 통로 면적(A)의 비인 가스 통로 면적비(B/A)와 오일 함유율의 관계를 나타내는 도3을 참조하면서 설명한다.

전동기(7)의 하방으로부터 회전자(7a)와 고정자(7b) 사이의 공극을 통해 전동기(7)의 상방으로 흐르는 냉매 가스에 대해서는, 전동기(7)의 상측과 하측의 형상의 차이에 의한 가스 통로 면적의 차에 기인하는 전동기(7)의 상하간에 일어나는 냉매 가스의 흐름의 영향을 고려하는 것이 필요하다. 특히, 전동기(7)의 상하간에서의 가스 흐름을 유체 역학으로 취급되는 정상 흐름으로 간주하여 에너지 보존 법 칙을 적용하면, ρv²/2 + p + ρgz = const로 수식화되는 베르누이의 정리라 불리는 관계가 성립되는 것이 알려져 있다.

상기 관계식에 따르면, 가스 통로 면적(B)이 가스 통로 면적(A)에 반해 큰 경우, 가스 통로 면적(B)에서의 유속이 저하되어 압력이 상승하고, 상측 가스 통로 면적에서의 유속은 상대적으로 증가하여 압력이 저하되기 때문에, 압력차에 의한 하측으로부터 상측으로의 흐름이 발생하게 되고, 하부 공간에 있어서의 오일 분리를 방해하는 방향으로 작용하게 된다. 이로 인해, 가스 통로 면적비(B/A)가 1.0을 초과하면, 도3에 도시한 바와 같이, 오일 함유율이 급격하게 증대한다.

상술한 본 실시 형태에 따르면, 전동기(7)의 회전자(7a)의 평형추(16a, 16b)부의 변경을 행하는 것만으로, 토출 가스의 오일 함유율을 저감할 수 있고, 압축 기구(2)나 부 베어링 부재(15)는 종래대로 설계할 수 있기 때문에, 변경에 수반하는 비용 증가를 억제할 수 있다. 그 결과, 저렴하게 냉매 가스와 윤활유와의 기액 분리를 행할 수 있어, 토출 가스의 오일 함유율을 억제할 수 있다. 따라서, 냉동 사이클 중에서의 배관 압력 손실이나 응축기, 증발기 등의 열교환기에서의 열교환 효율의 저하를 방지한다는 효과를 기대할 수 있어, 사이클 성능을 대폭 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 압축기 내의 오일 반출을 억제할 수 있기 때문에 오일면 안정화로도 이어지고, 베어링으로의 안정적인 오일 공급이 가능하게 되기 때문에 신뢰성상의 향상도 기대할 수 있다.

다음에, 도4a 내지 도11c를 참조하면서, 전동기(7)에 대해 구체적으로 설명 한다.

회전자(7a)의 상면에는 베어링을 윤활한 윤활유(8)나, 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매 가스로부터 분리된 윤활유(8) 등이 유입된다. 도4a로부터 도4c에 도시한 바와 같이, 회전자(7a)의 상면에 유입되는 윤활유(8)를 회전자(7a) 및 하측 평형추(16b) 내를 통해 하측 평형추(16b)의 하방으로 유도하는 오일 유출 구멍(26)이 형성되어 있다. 이 오일 유출 구멍(26)에 의해 윤활유(8)를 유출함으로써, 종래예와 같이 회전자(7a)의 상면에 유입되는 윤활유(8)를 방출하기 위한 개구부를 상측 평형추(16a)의 외주면에 개구할 필요가 없고, 이 개구부에 의한 냉매 가스의 휘저음으로 냉매 가스에 포함된 오일 방울의 미세화가 행해지는 것을 방지할 수 있다.

오일 유출 구멍(26)은 회전자(7a)의 상면으로부터 하면에 관통하여 형성된 제1 오일 유출 구멍(26a)과, 하측 평형추(16b)의 상면으로부터 하면에 관통하여 형성된 제2 오일 유출 구멍(26b)으로 구성되어 있다. 이에 의해, 회전자(7a)의 상면에 유입되는 윤활유(8)는 제1 오일 유출 구멍(26a)을 통해 회전자(7a)의 하면으로 흘러내리고, 또한 제2 유출 구멍(26b)의 측벽면을 흘러내린 후에, 제2 유출 구멍(26b)에 근접하는 오일 저류부(9)에 확실하게 적하시킬 수 있다.

제1 오일 유출 구멍(26a)은 복수의 가는 구멍으로 구성되고, 회전자(7a)의 중앙 구멍의 주위에 원주 형상으로 배열되어 있다. 하측 평형추(16b)는 샤프트(6)가 관통하는 중앙 구멍(26b)을 갖고, 이 중앙 구멍(26b)은 복수의 제1 오일 유출 구멍(26a)의 배열의 원주 직경보다도 크게 형성되어 제2 오일 유출 구멍(26b)을 겸 하고 있다. 이에 의해, 간단한 구성으로, 압축기가 약간 기울어 있어도, 회전자(7a)의 상면에 유입되는 윤활유(8)를 복수의 제1 오일 유출 구멍(26a)의 어느 하나를 통해 오일 저류부(9)에 확실하게 적하시킬 수 있다.

하측 평형추(16b)는, 그 중앙 구멍(26b)의 하부 주위에 당해 중앙 구멍(26b)에 연통하고 또한 하면에 개구하는 복수의 리벳용 오목부(26c)를 동일 간격으로 마련, 그 복수의 리벳용 오목부(26c)의 저면으로부터 관통하는 리벳(31)에 의해 고정되어 있다. 이에 의해, 중앙 구멍(26b)을 흘러내리는 윤활유(8)는 각 리벳용 오목부(26c)에 모아지고, 각 리벳용 오목부(26c)의 벽면을 흘러내리게 되고, 한층 더 확실하게 윤활유(8)를 오일 저류부(9)에 적하시킬 수 있는 동시에, 리벳(31)의 길이를 단축할 수 있어, 그 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상측 평형추(16a)는 샤프트(6)가 관통하는 중앙 구멍(37)을 갖고, 이 중앙 구멍(37)은 복수의 제1 오일 유출 구멍(26a)의 배열의 원주 직경보다도 크게 형성되어 있다. 이에 의해, 베어링을 윤활한 윤활유(8)나 압축 기구(2)로부터 토출된 냉매 가스로부터 분리된 윤활유(8) 등이 많은 경우라도, 중앙 구멍(37) 내에 윤활유(8)를 일시적으로 저류시키면서, 복수의 제1 오일 유출 구멍(26a)을 통해 확실하게 유출시킬 수 있다.

하측 평형추(16b)는 중앙 구멍(26b)에 구획벽(32)을 통해 인접하는 동시에 회전자(7a)측으로부터 오목한 하측 언밸런스량 부여 오목부(33)와, 이 하측 언밸런스량 부여 오목부(33)의 저부로부터 하면에 관통하는 제3 오일 유출 구멍(26d)을 형성하고 있다. 회전자(7a)의 하면을 통해 하측 언밸런스량 부여 오목부(33)에 유 입된 윤활유(8)는 제3 오일 유출 구멍(26d)으로부터 바로 유출되므로, 하측 평형추(16b)의 언밸런스량이 하측 언밸런스량 부여 오목부(33)에 유입된 윤활유(8)로 변화되는 것을 방지할 수 있다.

회전자(7a)는 복수의 자석 삽입 구멍(34)에 삽입된 영구 자석(35)을 구비하고, 이 영구 자석(35)은 평면으로부터 보아 사각형을 이루도록 배치되어 있다. 그리고, 하측 평형추(16b)의 구획벽(32)은 자석 삽입 구멍(34)의 하면을 폐색하도록 설치되어 있다. 이에 의해, 간단한 구성으로, 하측 언밸런스량 부여와 영구 자석(35)의 지지를 양립시킬 수 있다.

영구 자석(35)은, 구체적으로는 복수매(도시예에서는 3매)로 구성되고, 중앙의 영구 자석(35)이 구획벽(32)으로 지지되고, 양측의 영구 자석(35)이 하측 평형추(16b)의 본체 부분으로 지지되어 있다. 이와 같이 영구 자석(35)을 복수매로 분할한 것에 의해, 다음 효과가 얻어진다. 첫째로, 영구 자석 단체(單體)의 비용 하강을 도모할 수 있다. 둘째로, 고정자(7b)로부터의 자계의 영향에 의해 영구 자석(35)에는 와전류가 발생하나, 영구 자석(35)을 분할함으로써와 와전류 손실을 저감시킬 수 있다.

상측 평형추(16a)는 그 중앙 구멍(37)에 연통하고, 상면에 개구하는 상측 언밸런스량 부여 오목부(36)를 형성하고, 이 상측 언밸런스량 부여 오목부(36)의 저면으로부터 관통하는 리벳(31)을 통해 고정되어 있다. 이에 의해, 리벳(31)의 길이를 단축할 수 있어, 그 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 상측 평형추(16a), 회전자(7a) 및 하측 평형추(16b)는 중 앙 구멍(37), 오일 유출 구멍(26a) 및 중앙 구멍(26b)에 의해 상하가 연통되는 구성으로 되어 있다.

고정자(7b)의 코일(24)은 집중 권취 방식으로 감겨져 있다. 이에 의해, 코일 엔드(17)의 높이를 낮게 할 수 있고, 바꾸어 말하면, 평형추(16)를 엔드 코일(17)보다 용이하게 돌출시킬 수 있다.

상하의 평형추(16)는 회전 중심축을 대칭축으로 했을 때의 평형추(16)의 외주면이 대칭으로 되도록, 금속 일체 성형품, 구체적으로는 아연 합금 다이캐스트 일체 성형품으로 구성되어 있다. 이에 의해, 상하의 평형추(16)를 용이하게 제작할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 밀폐형 전동 압축기의 종단면도.

도2는 도1의 밀폐형 전동 압축기에 있어서의 냉매 가스 및 윤활유의 흐름을 나타내는 도면.

도3은 밀폐형 전동 압축기에 있어서의 가스 통로 면적비(B/A)와 오일 함유율의 관계를 실험적으로 구한 특성도.

도4a는 본 실시 형태의 전동기의 평면도.

도4b는 도4a의 A-A 단면도.

도4c는 도4a의 저면도.

도5a는 본 실시 형태의 전동기에 있어서의 회전자에 평형추를 설치한 상태의 평면도.

도5b는 도5a의 B-B 단면도.

도5c는 도5a의 저면도.

도6은 본 실시 형태의 전동기에 있어서의 회전자에 평형추를 설치한 상태의 위로부터 본 사시도.

도7은 본 실시 형태의 전동기에 있어서의 회전자에 평형추를 설치한 상태의 아래로부터 본 사시도.

도8은 도6의 일부 단면 확대도.

도9a는 본 실시 형태에 있어서의 회전자의 평면도.

도9b는 도9a의 C-C 단면도.

도10a는 본 실시 형태에 있어서의 상측 평형추의 평면도.

도10b는 도10a의 D-D 단면도.

도10c는 도10a의 저면도.

도11a는 본 실시 형태에 있어서의 하측 평형추의 평면도.

도11b는 도11a의 E-E 단면도이다.

도11c는 도11a의 저면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밀폐 용기

2 : 압축 기구

3 : 고정 스크롤

4 : 선회 스크롤

5 : 프레임

5a : 주 베어링

6 : 샤프트

6a : 편심 핀부

6b : 샤프트 관통 구멍

7 : 전동기

7a : 회전자

7b : 고정자

8 : 윤활유

9 : 오일 저류부

10 : 올덤 링

11 : 흡입 파이프

12 : 흡입구

14 : 토출구

15 : 부 베어링

16a : 상측 평형추

16b : 하측 평형추

17 : 코일 엔드

17a : 상측 코일 엔드

17b : 하측 코일 엔드

18a, 18b : 토출 가스 통로

19 : 고정자와 회전자 사이의 공극

20 : 전동기의 상방 공간

21 : 전동기의 하방 공간

22 : 토출 파이프

23 : 고정자의 철심

24 : 고정자의 코일

25 : 회전자의 철심

26 : 오일 유출 구멍

26a : 제1 오일 유출 구멍

26b : 제2 오일 유출 구멍(하측 평형추의 중앙 구멍)

26c : 리벳용 오목부

26d : 제3 오일 유출 구멍

31 : 리벳

32 : 구획벽

33 : 하측 언밸런스량 부여 오목부

35 : 영구 자석

36 : 상측 언밸런스량 부여 오목부

37 : 상측 평형추의 중앙 구멍

50 : 밀폐형 전동 압축기

Claims (10)

1. 냉매 가스를 압축하여 밀폐 용기 내에 토출하는 압축 기구와,

   이 압축 기구를 구동하는 전동기와,

   상기 압축 기구 및 상기 전동기를 수납하고 또한 저부에 윤활유를 저류하는 상기 밀폐 용기를 구비하여 구성되고,

   상기 전동기는 철심과 이 철심의 양측으로부터 엔드 코일이 돌출되는 코일을 갖는 고정자와, 상기 철심의 중앙 구멍에 회전 가능하게 배치된 회전자와, 상기 회전자의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 적어도 일측이 당해 회전자보다 돌출되어 상기 압축 기구에 결합되어 편심력이 가해지는 샤프트와, 상기 회전자의 양측에 설치된 평형추를 구비하고,

   상기 압축 기구로부터 토출되는 유분을 포함하는 냉매 가스가 상기 고정자와 상기 회전자 사이를 일측으로부터 타측으로 흐르는 밀폐형 전동 압축기에 있어서,

   상기 양측의 평형추의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상기 양측의 엔드 코일보다도 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 일측의 평형추의 상기 엔드 코일보다도 돌출된 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적과, 상기 타측의 평형추의 상기 엔드 코일보다도 돌출된 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적을 동등 이하로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 일측의 가스 통로 면적과 상기 타측의 가스 통로 면적의 비를 0.9 내지 1.0의 범위로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
4. 냉매 가스를 압축하여 밀폐 용기 내에 토출하는 압축 기구와,

   이 압축 기구를 구동하는 전동기와,

   상기 압축 기구 및 상기 전동기를 상하에 위치하여 수납하고 또한 저부에 윤활유를 저류하는 밀폐 용기를 구비하고,

   상기 압축 기구는 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치한 고정 스크롤과, 단부판 상에 소용돌이 형상의 랩을 세워 설치하여 상기 고정 스크롤을 맞물리게 하여 압축실을 형성하는 선회 스크롤과, 상기 고정 스크롤 및 상기 선회 스크롤을 지지하는 프레임을 구비하고,

   상기 전동기는 철심과 이 철심의 양측으로부터 엔드 코일이 돌출되는 코일을 갖는 고정자와, 상기 철심의 중앙 구멍에 회전 가능하게 배치된 회전자와, 상기 회전자의 중앙 구멍에 끼워 맞추어져 적어도 일측이 당해 회전자보다 돌출되어 상기 압축 기구에 의해 편심력이 가해지는 샤프트와, 상기 회전자의 상측 및 하측에 설치되는 상측 평형추 및 하측 평형추를 구비하고,

   상기 압축 기구로부터 토출되는 유분을 포함하는 냉매 가스가 상기 압축 기구의 외주부 및 상기 전동기의 외주부를 통과한 후에 상기 고정자와 상기 회전자 사이를 하측으로부터 상측으로 흐르는 밀폐형 전동 압축기에 있어서,

   상기 상측 평형추의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상기 상측 엔드 코일보다도 상방으로 돌출되어 상기 프레임에 접근되고,

   상기 하측 평형추의 선단부 외주면이 전체 둘레에 걸쳐 상기 하측 엔드 코일보다도 하방으로 돌출되어 상기 윤활유의 오일면에 접근되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
5. 제4항에 있어서, 상기 엔드 코일보다도 돌출된 상기 하측 평형추의 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적과, 상기 엔드 코일보다도 돌출된 상기 상측 평형추의 외주면과 상기 밀폐 용기의 내주면 사이의 가스 통로 면적의 비를 동등 이하로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
6. 제5항에 있어서, 상기 하측의 가스 통로 면적과 상기 하측의 가스 통로 면적의 비를 0.9 내지 1.0의 범위로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
7. 제4항에 있어서, 상기 상하의 평형추는 회전 중심축을 대칭축으로 했을 때의 평형추의 외주면이 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
8. 제4항에 있어서, 상기 상측 평형추는 회전자 반대측으로부터 오목한 상측 언밸런스량 부여 오목부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
9. 제4항에 있어서, 상기 상하의 평형추는 금속 일체 성형품으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.
10. 제4항에 있어서, 상기 상하의 평형추는 공통의 리벳을 통해 상기 회전자에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동 압축기.

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