KR20090112322A - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 신뢰성 및 내구성을 향상시킨 압축기에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 냉매의 흡입과 토출을 위한 흡입관과 토출관이 각각 연통되는 케이스; 로터 및 알루미늄 재질의 스테이터 코일이 권선되는 스테이터를 포함하여 이루어져 상기 냉매의 압축을 위한 구동력을 발생시키는 전동기구부; 압축되기 위한 냉매를 상기 흡입관을 통하여 상기 케이스 내부로 유입시키는 어큐뮬레이터; 그리고 상기 어큐뮬레이터 연결되고, 상기 스테이터 코일의 냉각을 위한 냉매를 상기 케이스 내부로 유입시키기 위한 바이패스관을 포함하여 이루어지는 압축기가 제공된다.

압축기, 어큐뮬레이터, 냉매

Description

압축기{compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 신뢰성 및 내구성을 향상시킨 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 외부로부터 냉매를 흡입하여 압축하여 토출하도록 구성된 장치로서 압축 방식에 따라 다양한 형태로 구분된다.

이러한 압축기는 케이스, 냉매를 압축하기 위한 압축기구부 그리고 상기 압축기구부에 동력을 전달하는 전동기구부 등으로 이루어지며, 일반적으로 상기 전동기구부는 모터를 포함하여 이루어진다.

따라서, 압축기는 전동기구부를 이루는 모터의 종류 및 상기 모터와 연동되는 압축기구부 형태에 따라 구분될 수 있다. 예를 들어, 회전식 모터가 사용되고 이러한 회전력을 통해 냉매의 압축이 일어나는 로터리 압축기, 상기 모터의 회전력을 직선 운동으로 변환하여 냉매의 압축이 일어나는 레시프로칼 압축기 그리고 리니어 모터가 적용되어 냉매의 압축이 일어나는 리니어 압축기 등으로 구분된다.

이하에서는 종래의 압축기 특히 로터리 압축기 및 이에 적용되는 모터에 대해서 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 모터가 구비된 압축기의 종단면도, 도 2는 일반적인 모터의 평단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 케이스(1) 내에 압축기구부와 이를 구동하는 전동기구부로 구성된다.

상기 전동기구부는 전원이 인가되면 자력이 발생되는 스테이터(2), 상기 스테이터(2)와 전자기적 상호작용으로 회전하는 로터(3), 상기 로터의 중심부에 고정되어 회전하는 축(5)을 포함하여 이루어진다.

상기 압축기구부는 상기 전동기구부의 하부에 위치하여 냉매가스를 흡입관를 통하여 흡입하며 토출구로 토출시키는 실린더(6)를 포함하여 이루어진다.

이러한 압축기는 그리고 상기 실린더 내부로 액냉매가 유입되는 것을 방지하기 위한 어큐물레이터(7)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 스테이터(2)는 판상 부재를 적층하여 형성되는데, 상기 스테이터(2)는 몸체를 구성하는 링형의 요크(11), 상기 요크(11)에서 반경 방향으로 돌출되는 복수 개의 티스(13), 그리고 이웃하는 티스들 사이에 형성되는 공간부로 코일이 수용되는 복수 개의 슬롯(12)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 티스(13)들의 반경 방향 말단은 상기 로터가 수용되도록 소정 내경(2a)을 갖는 로터 삽입홀을 형성한다.

상기 요크(11)는 상기 코일에 흐르는 전류에 의해 형성된 자기장이 흐를 수 있는 공간으로, 자속 밀도를 고려하여 그 폭이 결정된다. 즉, 자속 밀도가 포화되지 않도록 그 폭이 결정되되, 재료비와 모터의 크기 등을 아울러 고려하여 그 폭이 결정되어야 한다.

상기 스테이터는 평단면이 소정 외경(2b)을 갖는 실질적으로 원형을 형성되며, 상기 스테이터의 외곽에는 일부가 절개된 에어컷(14)이 형성된다. 상기 에어컷은 스테이터의 외곽과 상기 압축기의 케이스(1) 사이로 기구부의 원활한 윤활과 방열을 위한 오일과 냉매가스가 통과하는 통로를 이루게 된다.

한편, 로터(3)도 상기 스테이터(2)와 마찬가지로 판상 부재를 적층하여 형성되는데, 상기 로터(3)는 중앙부에 형성되어 몸체를 구성하는 링형의 요크(20), 상기 요크의 반경 방향 외측에 상기 로터의 원주 방향을 따라 복수 개 구비되는 슬롯(21), 그리고 상기 슬롯(21) 사이에 형성되는 티스(23)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 슬롯(21) 내부에는 일반적으로 알루미늄 재질의 봉이 압입되거나, 몰딩된다. 이를 일반적으로 도체바(22)라 한다.

또한, 로터(3)에서 상기 요크(20)와 티스(23)는 자속이 흐르는 공간으로 자속밀도가 포화되지 않게 설계됨이 바람직하다.

이러한 로터(3)는 스테이터(2)이 내부에 위치하여 로터(3)와 스테이터(3) 사이에는 에어갭(9)이 형성된다. 따라서, 로터(3)는 상기 에어갭으로 인해 스테이터(2)와 물리적으로 접촉하지 않고 회전하게 된다.

또한, 이러한 압축기에 있어서, 상기 모터가 차지하는 체적 비율이나 재료비는 다른 가전 제품 등에 비하여 월등히 높다. 물론 전체의 무게에 대한 모터의 무게가 차지하는 비율 또한 상대적으로 매우 높다. 따라서, 모터에 의한 재료비, 모터의 체적, 그리고 모터의 무게에 대한 문제는 압축기에 있어서 상대적으로 매우 클수 밖에 없다.

한편, 이러한 회전식 모터에 있어서, 로터는 스테이터와의 전자기적인 상호 작용에 의해서 회전하게 된다. 이를 위해서 상기 스테이터에는 스테이터 코일이 권선되며, 상기 코일에 전류가 인가됨에 따라 로터가 스테이터에 대해서 회전하게 된다.

상기 코일은 일반적으로 구리 재질로 형성된다. 왜냐하면, 구리 재질이 전도율이 매우 우수하며, 아울러 연성이 우수하여 권선 시 손상이 적기 때문이다.

그러나, 구리 재질은 상대적으로 원가가 매우 높으며 이에 따라 모터의 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 모터 제조 원가의 상승으로 인하여 상기 모터가 적용되는 압축기 등의 제조 원가 또한 동반하여 상승할 수밖에 없다.

아울러, 제조 원가의 상승뿐만 아니라 국제적으로 구리 수용가 폭등하여 안정적인 원자재 수급이 이루어지지 않는 경우가 많다. 이는 안정적으로 대량으로 모터를 생산해야 한다는 전제하에서는 매우 큰 문제이다.

따라서, 구리 재질의 코일이 아닌 다른 재질의 코일을 사용하여 모터의 제조 원가를 절감시키고 안정적으로 원자재의 수급이 이루어지도록 할 필요가 있다. 아울러 다른 재질의 코일을 사용하더라도 기존 구리 재질의 코일을 사용하는 것에 비하여 만족할만한 성능을 갖는 모터를 제공할 필요가 있다.

한편, 구리 재질의 코일을 다른 재질의 코일로 대체하는 경우 종래의 구성을 크게 변경하지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 설령 코일 자체의 원가는 절감시 킨다고 하더라도 다른 필수 구성을 새로 설계하고 제작하여야 한다면 초기 설비 투자비가 지나치게 상승 될 우려가 있기 때문이다.

또한, 일반적인 압축기에는 전동기구부의 방열을 위한 오일이 케이스(1)의 하부에 구비된다. 이러한 오일은 케이스(1) 내부에서 순환되기 때문에 토출되는 냉매와 함께 토출되는 문제가 있다. 따라서 별도의 오일 회수 장치(미도시)가 필요하게 되는 문제점과 아울러 냉매에 오일이 섞임으로써 효율 저하는 필연적으로 발생될 수밖에 없었다.

본 발명은 기본적으로 전술한 문제점을 해결하고자 하는 데 목적이 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 스테이터 코일의 원가를 절감시켜 전체적으로 모터의 제조 원가를 절감시켜 이러한 모터가 적용된 압축기의 제조 원가를 절감시키는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 모터의 제조 원가를 절감시키되, 종래의 필수 구성들을 크게 변경시키지 않고도 종래의 압축기 성능에 비하여 만족할만한 성능을 갖는 압축기를 제공하는 데 있다.

아울러, 본 발명의 목적은 양산이 가능한 압축기를 제공하며, 방열 성능을 향상시켜 신뢰성 및 내구성이 증진된 압축기를 제공하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 목적은 토출되는 냉매에 오일이 섞이는 것을 효과적으로 방지함과 아울러 모터의 과열을 효과적으로 방지할 수 있는 압축기를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매의 흡입과 토출을 위한 흡입관과 토출관이 각각 연통되는 케이스; 로터 및 알루미늄 재질의 스테이터 코일이 권선되는 스테이터를 포함하여 이루어져 상기 냉매의 압축을 위한 구동력을 발생시키는 전동기구부; 압축되기 위한 냉매를 상기 흡입관을 통하여 상기 케이스 내부로 유입시키는 어큐뮬레이터; 그리고 상기 어큐뮬레이터 연결되고, 상기 스테이터 코 일의 냉각을 위한 냉매를 상기 케이스 내부로 유입시키기 위한 바이패스관을 포함하여 이루어지는 압축기를 제공한다.

여기서, 상기 바이패스관에는 상기 어큐뮬레이터와 상기 케이스 내부의 선택적 연통을 위한 개폐 밸브가 구비될 수 있다. 아울러 상기 개폐 밸브의 동작 시점을 결정하기 위한 센싱부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 센싱부는 상기 어큐뮬레이터의 액상 냉매의 수위를 측정하는 센서 또는 상기 스테이터 코일의 과열 감지를 위한 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 바이패스관에는 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브가 구비될 수 있으며, 상기 바이패스관과 연통되는 케이스 내측에는 상기 어큐뮬레이터와 상기 케이스 내부의 압력 구배의 완화를 위한 배플이 구비될 수 있다.

한편, 상기 케이스는 내부 공간이 고압 공간부와 저압 공간부로 구획됨이 바람직하다. 이를 위하여 상기 케이스 내부에는 이러한 공간을 구획시키는 공간 구획판이 구비될 수 있다. 물론, 이러한 공간 구획판은 압축기구부를 형성하는 실린더 또는 회전축을 회전 가능하게 지지하는 베어링 하우징으로 대체될 수도 있다. 즉, 상기 실린더 또는 베어링 하우징이 상기 케이스 내부의 공간을 구획시키는 공간 구획판이라 할 수도 있을 것이다.

상기 고압 공간부는 상기 토출관과 연통되며, 상기 저압 공간부는 상기 바이패스관과 연통됨이 바람직하다.

여기서, 상기 전동기구부를 이루는 구성 중 적어도 스테이터는 상기 저압 공 간부에 구비됨이 바람직하다.

그리고, 상기 바이패스관은 상기 흡입관에 대해 공간적으로 하부에 위치됨이 바람직하다.

또한, 상기 흡입관과 상기 바이패스관은 각각 상기 어큐뮬레이터와 연결됨이 바람직하다. 즉, 상기 어큐뮬레이터는 상기 흡입관 바이패스관을 통하여 상기 케이스 내부와 연통됨이 바람직하다.

보다 구체적으로, 상기 흡입관을 통하여 상기 어큐뮬레이터는 상기 압축기구부와 연통되며, 상기 바이패스관을 통하여 상기 어큐뮬레이터는 상기 저압 공간부와 연통된다.

상기 케이스의 하부 공간이 저압 공간부인 경우 상기 바이패스관은 상기 저압 공간부와 어큐뮬레이터를 연통시키게 된다.

그리고, 상기 흡입관은 상기 어큐뮬레이터의 상부 공간과 연통되며, 상기 바이패스관은 상기 어큐뮬레이터의 하부 공간과 연통됨이 바람직하다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한, 내부 공간이 고압 공간부와 저압 공간부로 구획되어 상호 밀폐되도록 형성되는 케이스; 상기 케이스의 내부에 구비되며, 로터 및 알루미늄 재질의 스테이터 코일이 권선되는 스테이터를 포함하여 이루어져 냉매의 압축을 위한 구동력을 발생시키는 전동기구부; 상기 케이스의 내부에 구비되며, 상기 냉매를 압축시키는 압축기구부; 상기 압축기구부와 연통되어 압축되기 위한 냉매를 흡입하도록 구성된 흡입관; 상기 고압 공간부와 연통되어 압축된 냉매를 토출하도록 구성된 토출관; 그리고 상기 저압 공간부와 연통되어 상 기 저압 공간부를 냉각시키기 위한 냉매가 유입되도록 구성된 바이패스관을 포함하여 이루어지는 압축기를 제공한다.

본 발명에 따르면 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 데 목적이 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따르면 스테이터 코일의 원가를 절감시켜 전체적으로 모터의 제조 원가를 절감시켜 이러한 모터가 적용된 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 모터의 제조 원가를 절감시키되, 종래의 필수 구성들을 크게 변경시키지 않고도 종래의 압축기 성능에 비하여 만족할만한 성능을 갖는 압축기를 제공할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면 양산이 가능한 압축기를 제공하며, 방열 성능을 향상시켜 신뢰성 및 내구성이 증진된 압축기를 제공할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따르면 토출되는 냉매에 오일이 섞이는 것을 효과적으로 방지함과 아울러 모터의 과열을 효과적으로 방지할 수 있어 효율을 증진시키고 사용이 편리한 압축기를 제공할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 모터와 압축기에 대해서 상세히 설명한다. 설명의 편의상 본 발명에 따른 압축기에 있어서 모터의 스테이터를 먼저 설명하고, 이 후 로터에 대하여 설명한다. 길이의 단위는 추가 설명이 없 는 한 mm이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 압축기에 있어서 모터의 스테이터를 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 스테이터를 도시한 평단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터의 스테이터(100)는 실질적으로 평단면이 원형으로 형성되며, 상기 단면의 세로 중심축을 기준으로 각 사분면 외곽에 절개부(116)가 형성된다. 여기서, 상기 절개부(116)는 상기 스테이터의 원주 방향을 따라 서로 대칭되도록 형성된다. 편의상 이러한 절개부(116)는 사선 절개부라 한다.

보다 구체적으로, 상기 사선 절개부(116) 중 1사분면에 형성된 절개부는 1시와 2시 방향 사이에 형성됨이 바람직하다. 따라서, 다른 사분면에도 이와 원주방향을 따라 서로 대칭되도록 사선 절개부(116)들이 형성됨이 바람직하다.

상기 스테이터는 압축기의 케이스(1, 도 1 참조)나 모터 케이스의 내주면에 삽입되어 결합되는데, 이러한 케이스의 내주면 형상에 부합되도록 상기 스테이터의 외형이 형성된다. 많은 경우 상기 케이스의 내주면 형상이 원형이므로 상기 스테이터의 형상 또한 실질적으로 원형이다.

한편, 상기 사선 절개부(116)는 상기 케이스의 내주면과 소정 간격을 형성하여 이 간격을 통하여 유체의 출입이 이루어진다. 즉, 스테이터의 적층 방향으로 유체의 유출입이 일어난다. 다시 말하면, 이러한 사선 절개부는 전술한 에어컷을 형성하여, 오일의 유토출이 일어나는 통로 역할을 하게 된다.

보다 구체적으로, 상기 사선 절개부(116)는 12시 방향을 기준으로 시계방향 으로 37도 내지 43도 사이의 각도(A)에 형성됨이 바람직하다. 즉, 상기 각도 내에서 절개부를 형성하는 것이 자속분포를 고려하면 가장 바람직하다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 사선 절개부(116)들을 통하여 상기 절개부 부분의 요크(111) 폭은 좁아질 수밖에 없다. 따라서, 사선 절개부들로 인하여 감소되는 내경 또한 자속분포를 고려하여 결정되어야 한다.

또한, 상기 사선 절개부(116)는 상기 스테이터의 중심에 대하여 소정 길이(L2)의 접선을 갖도록 형성됨이 바람직하다. 이는 이러한 절개부로 인해 좁아지는 요크 폭을 최소화함과 동시에 많은 부분을 절개할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 상기 사선 절개부(116)는 상기 스테이터(100)의 중심에 대하여 소정 길이(L2)의 접선을 갖는 홈 형태로 형성됨이 바람직하다. 이는 이러한 절개부로 인한 자속분포의 변화를 최소화함과 동시에 많은 부분을 절개할 수 있는 효과가 있다. 즉, 전술한 각도 내에서 가능한 많은 부분을 절개할 수 있는 효과가 있다. 도 3에는 이러한 홈 형태의 사선 절개부가 도시되어 있다.

따라서, 이러한 사선 절개부들을 통해서 에어컷 면적을 효과적으로 증진시켜 압축기의 케이스 내에서 오일 순환을 더욱 용이하게 하여 방열 효과를 증진시킬 수 있다.

여기서, 상기 스테이터의 외경(D)에 대한 상기 접선 중심까지의 반경(L3)의 비(L3/D)는 0.481 내지 0.486임이 바람직하다. 여기서, 상기 0.481은 상기 접선의 길이를 최대로 하였을 때(즉, 최대한 넓은 각도에서 절개부를 형성하였을 때) 최대 자속이 만족할 만한 값(예를 들어 1.78)을 넘지 않는 임계치이며, 상기 0.486은 상 기 요크의 폭을 최소로 하였을 때 최대 자속이 만족할 만한 값을 넘지 않는 임계치임을 의미한다.

또한, 상기 스테이터의 외경(D)에 대한 상기 접선 길이(L2)의 비(L2/D)는 0.107 내지 0.132임이 바람직하다. 마찬가지로, 상기 0.107은 요크의 폭을 최소로 하였을 때 최대 자속이 만족할 만한 값을 넘지 않는 임계치이며, 상기 0.132는 최대한 넓은 각도에서 사선 절개부를 형성하였을 때 최대 자속이 만족할 만한 값을 넘지 않는 임계치임을 의미한다.

그러나, 이러한 임계치들은 물리적으로 동일할 수는 없고, 모터의 조건에 따라 어느 정도의 유동 폭은 갖게 될 것이다.

한편, 상기 스테이터의 평단면 가로 중심축 양단, 즉 3시와 9시 방향 양단에는 수직 절개부(114)가 형성됨이 바람직하다. 이러한 수직 절개부 또한 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하게 된다.

여기서, 이러한 수직 절개부로 인하여 이 부분의 요크 폭은 좁아질 수 밖에 없다. 따라서, 이 부분의 요크 부분에서 자속 포화가 발생될 여지가 있다. 이를 방지하기 위해 상기 수직 절개부로 인한 요크의 감소 폭을 티스의 돌출 길이를 다른 부분과 달리함이 바람직하다. 다시 말하면, 이 부분에는 소 슬롯(122)이 형성되고 다른 부분에는 대 슬롯(121)을 형성하여, 소 슬롯 내경(L4)이 대 슬롯 내경(L5) 보다 작게 형성함이 바람직하다.

도 3에는 대 슬롯이 20개 소 슬롯이 4개 형성된 예가 도시되어 있다. 따라서, 전체적으로 24개의 슬롯이 형성된 예가 도시되어 있다.

물론, 이러한 소 슬롯(122)으로 인하여 스테이터 코일이 상대적으로 적게 권선될 수밖에 없겠지만, 전술한 바와 같이 소 슬롯을 기준으로 상부와 하부에 각각 다른 극이 형성되도록 서브 코일이 권선되므로 모터의 성능에는 큰 변화가 없게 된다.

아울러, 상기 소 슬롯(122)에는 메인 코일이 권선되지 않고, 서브 코일만 권선되도록 함으로써 상기 소 슬롯 부근에서의 자속 포화를 방지할 수 있다. 왜냐하면 메인 코일에 비해서 서브 코일이 형성하는 자속은 작기 때문이다.

한편, 상기 스테이터의 평단면 세로 중심축 양단, 즉 12시와 6시 방향 양단에는 수평 절개부(115)가 형성됨이 바람직하다. 이러한 수평 절개부 또한 스테이터의 적층 방향으로 유체의 출입을 위한 통로를 형성하게 된다.

여기서, 전술한 바와 같이 상기 12시와 6시 방향을 기준으로 스테이터 코일, 즉 서브 코일이 권선된다. 여기서 12시와 6시 방향은 서브 코일이 형성하는 자극의 중심이 되지만, 전술한 바와 같이 서브 코일이 형성하는 자속은 메인 코일이 형성하는 자속 보다 작기 때문에 이러한 방향에 수평 절개부를 형성하는 것이 가능하다. 또한, 세로 중심축을 기준으로 메인 코일이 좌우 반구에서 권선되므로 메인 코일로 인한 자속의 영향 또한 최소화할 수 있다.

여기서, 스테이터의 외경 즉 최대 외경(D)이 121.7인 경우 수직 절개부에서의 외경(L0)의 길이 즉 최소 외경은 114.6까지 형성될 수 있다. 이 경우 수직 절개부의 길이는 35가 된다. 그리고 스테이터의 내경이 61일 수 있다. 따라서 스테이터의 외경에 대한 내경의 비는 대략 0.50 내지 0.53이게 된다. 즉, 상기 비의 최소는 스테이터의 최소 외경 즉 수직 절개부에서의 외경에 대한 스테이터의 내경의 비이며, 최대는 스테이터의 최대 외경에 대한 스테이터의 내경의 비이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터의 스테이터(100)에는 다양한 위치에 절개부를 형성된다. 아울러 이러한 절개부(114, 115, 116)들은 서로 조합되어 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 사선 절개부(116)와 수직 절개부(114), 사선 절개부(116)와 수평 절개부(115), 그리고 사선 절개부(115)와 수평(115) 및 수직 절개부(114)의 조합이 가능하다. 이러한 조합들을 통하여 본 발명에 따르면 에어컷 면적을 가능한 많이 확보할 수 있어 모터와 이를 적용한 압축기의 신뢰성을 확보할 수 있다.

이하에서는, 도 3를 참조하여 본 발명에 있어서 스테이터 코일이 권선되는 방법에 대해서 상세히 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 스테이터의 평단면의 세로 중심축을 기준으로 우부에 형성된 슬롯들을 시계방향을 따라 각각 제1슬롯 내지 제24슬롯이라고 명명할 수 있다. 따라서, 원주방향을 따라 제1슬롯부터 제24슬롯까지 형성된다고 할 수 있다. 즉, 제1슬롯에서 제12슬롯은 우부에 형성되며, 제13슬롯에서 제24슬롯은 좌부에 형성된다. 그리고 양자는 상기 세로 중심축을 기준으로 서로 대칭된다.

상기 스테이터에서 메인 권선은 상기 스테이터의 세로 중심축을 기준으로 좌부와 우부에 각각 서로 다른 자극이 형성되도록 권선된다. 그리고 이러한 메인 권선은 서로 직렬로 연결되며, 각각 권선되는 방향이 반대가 된다.

먼저, 제1슬롯과 제12슬롯에 거쳐서 메인 코일이 권선된다. 그리고 제2슬롯 과 제11슬롯, 제3슬롯과 제10슬롯, 제4슬롯과 9슬롯 그리고 제5슬롯과 제8슬롯 순으로 메인 코일이 권선된다.

여기서, 제1슬롯과 제12슬롯은 우부의 제13슬롯과 제24슬롯과의 사이에서 자극이 달라지는 부분이다. 따라서, 이러한 경계부분에서의 메인 코일의 감김 수는 다른 곳에 비하여 많은 것이 바람직하다. 그리고 제2슬롯에서도 상기 제1슬롯과 감김 수가 같도록 하는 것이 바람직하다. 이는 메인 코일에서 발생되는 자극이 좌부와 우부에서 보다 명확히 구별되도록 하기 위함이다. 즉 자극 경계부에서 반대되는 자극을 보다 명확히 구별되도록 하기 위함이다.

그리고, 제3슬롯에서 제5슬롯으로 슬롯 번호가 증가됨에 따라 메인 코일의 감김 수는 감소됨이 바람직하다. 이는 상대적으로 이러한 슬롯에 후술하는 서브 코일의 감김 수 있는 공간을 확보하기 위한 것이며, 메인 코일과 서브 코일과의 관계에서 최적의 기동 토크 성능과 정동 토크 성능을 얻기 위함이다.

따라서, 제6슬롯에는 메인 코일이 감기지 않는 것이 바람직하다.

상기 메인 코일과는 상대적으로 서브 코일은 상기 스테이터의 평단면의 가로 중심축을 기준으로 상부와 하부가 서로 다른 자극이 되도록 권선된다.

즉, 상부에는 제6슬롯과 제19슬롯에 걸쳐 서브 코일이 감긴다. 그리고 제5슬롯과 제20슬롯, 제4슬롯과 제21슬롯 그리고 제3슬롯과 제22슬롯에 서브 코일이 감긴다. 마찬가지로 하부에도 상부와 대칭되도록 서브 코일이 감긴다.

여기서, 제6슬롯과 제19슬롯은 하부의 제7슬롯과 제18슬롯과의 사이에서 자극이 달라지는 부분이다. 따라서, 이러한 경계부분에서의 서브 코일의 감김 수는 다른 곳에 비하여 많은 것이 바람직하다. 그리고, 제5슬롯에서 제3슬롯으로 슬롯 번호가 감소됨(여기서는 감소이나 대칭되는 부분, 예를 들어 제20슬롯에서 제22슬롯)에 따라 메인 코일의 감김 수는 감소됨이 바람직하다.

다시 말하면, 자극의 경계부분에서 자극의 중심으로 갈수록 메인 코일이나 서브 코일에서 감김 수는 증가되지 않는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 바와 같이 제1슬롯과 제2슬롯은 대 슬롯이며, 이 부분에서 메인 코일은 최대로 감기며, 서브 코일은 감기지 않는 것이 바람직하다. 아울러, 제6슬롯은 소 슬롯이며, 이 부분에서 서브 코일은 최대로 감기며, 메인 코일은 감기지 않는 것이 바람직하다.

이러한 대 슬롯과 소 슬롯의 차이와 메인 코일과 서브 코일이 최대로 감기는 수의 양상이 다소 다른 것은, 모터에 있어서 메인 코일의 역할과 서브 코일의 역할을 최적으로 고려하여야 하기 때문이다.

즉, 서브 코일의 역할은 메인 코일과의 관계에서 보조적으로 토크를 발생시키게 되는데, 서브 코일의 역할이 큰 경우에는 과도한 에너지의 낭비를 초래하게 되고, 반대로 작은 경우에는 토크가 약하여 압축기의 기구부에서 유체를 압축할 수 없게 된다.

따라서, 양자의 최적 역할을 위하여 상기와 같은 차이를 갖는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 특정 슬롯에는 메인 코일이나 서브 코일만 권선되고, 특정 슬롯에는 양자가 함께 권선된다.

일반적으로 슬롯에 감겨 슬롯의 면적에서 코일의 차지하는 면적이 클수록 모터의 성능은 향상된다. 따라서, 단일 슬롯의 유효 단면적(전체 슬롯 단면적에서 절연 필름이 차지하는 면적과 에어갭과의 안전 거리에 의한 면적을 제외한 단면적)에서 코일들이 차지하는 면적의 비율은 72% 이상이 되도록 함이 바람직하다. 그러나, 이러한 비율은 물리적으로 한계가 있다. 아울러, 자속 포화로 인한 자속 손실을 감안하여야 한다. 여기서 상기 자속 포화를 방지하기 위하여 특정 슬롯에서의 상기 비율은 75% 이하가 되도록 함이 바람직하다. 즉, 최대 자속 밀도가 1.78이하가 되도록 함이 바람직하다.

이러한 사항들을 감안하여 본 발명에 따르면, 다음과 같은 양상으로 메인 코일과 서브 코일이 권선될 수 있다.

메인 코일은 제1슬롯에서부터 제5슬롯에 이르기까지 각각 30, 30, 18, 13 그리고 10회가 되도록 감길 수 있으며, 서브 코일은 제6슬롯에서 제3슬롯에 이르기까지 각각 30, 19, 15 그리고 10회가 되도록 감길 수 있다. 따라서, 메인 코일은 총 101회 감기며 서브 코일은 총 74회 감기게 된다.

그러므로, 메인 코일의 총 감김 횟수에 대한 서브 코일의 총 감김 횟수의 비는 특정 슬롯에서 감기는 메인 코일이나 서브 코일의 감김 횟수의 편차를 고려하여 0.70 내지 0.75인 것이 바람직하다.

한편, 압축기는 냉동 능력에 따라 다양한 등급이 있으며, 일례로 냉동 능력이 7100 내지 16300Btu인 압축기와 11800 내지 27500Btu인 압축기가 있다(편의상 전자를 소형이라 하고 후자를 중형이라 한다). 따라서, 압축기의 냉동 능력이 높아 질수록 사용되는 모터의 용량은 커져야 한다.

여기서, 일반적으로 소형 압축기에 사용되는 모터의 스테이터 외경은 실질적으로 112.0이며 중형 압축기에 사용되는 모터의 스테이터 외경은 실질적으로 121.7이다. 그러나, 이러한 압축기에 사용되는 모터는 구리를 도선 재료로 사용한 모터를 기준으로 한 것이다.

그러나, 전술한 바와 같이 구리를 도선 재료로 사용하는 경우에는 재료 가격의 상승과 무게의 상승을 필연적으로 가져오게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따르면 구리가 아닌 다른 재료를 도선 재료로 사용한다.

보다 구체적으로, 상기 도선 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 여기서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 구리에 비하여 가격이 저렴하며, 무게 또한 가볍다.

한편, 상기 알루미늄 재질은 구리 재질에 비하여 도전율이 낮다. 구리의 도전율은 약 96%이며, 알루미늄의 도전율은 약 60%이다. 따라서 스테이터와 로터의 형상이나 사이즈가 동일한 경우, 스테이터 코일을 알루미늄 재질로 형성하는 것과 구리 재질로 형성하는 것에는 모터의 성능에 차이가 발생될 수밖에 없다. 따라서, 이의 차이를 최소화하는 것이 매우 중요하다.

먼저 알루미늄 재질을 스테이터 코일의 도선 재료로 사용하는 경우, 원하는 모터 성능을 얻기 위해서 코일의 선경을 증대시키는 것이 가능하다. 왜냐하면 선경이 증대됨에 따라 코일 내의 전기 저항은 작아지기 때문이다. 그러나, 선경이 증가됨에 따라 스테이터에 권선될 수 있는 코일의 권선수는 작아질 수밖에 없다. 따라 서, 선경의 증가에는 일정 한계가 존재할 것이다.

본원발명의 실시예에 따르면, 알루미늄 재질의 심선을 사용하는 메인 코일과 서브 코일의 선경은 각각 1.1과 0.9이다. 이러한 심선에 에나멜 등을 코팅하여 절연을 이루게 된다. 그리고, 이러한 코팅 두께는 구리 재질에서보다는 큰 것이 바람직하다. 즉, 코팅 부분에서 알루미늄 재질의 연성의 취약성을 어느 정도 보강하고, 아울러 알루미늄 심선의 찍힘을 방지하기 위함이다.

물론, 상기 선경의 두께는 동급의 압축기에서의 일반적인 구리 재질의 코일에서의 선경보다는 크다.

또한, 알루미늄 재질을 스테이터 코일의 도선 재료로 사용하는 경우, 원하는 모터 성능을 얻기 위해서 스테이터의 적층 높이를 더욱 높이는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우 전체적인 모터의 높이가 커질 수밖에 없기 때문에 일정 한계가 존재할 것이다.

한편, 알루미늄 재질을 도선 재료로 사용하는 경우 권선 과정에서 문제점이 도출될 수 있다. 왜냐하면 알루미늄 재질은 구리 재질에 비하여 연성이 낮기 때문이다. 즉, 권선 과정에서 쉽게 찍힐 수 있고 부러지기 쉽다. 따라서 대량 생산 과정에서 불량, 즉 단선의 위험성이 높다고 볼 수 있다.

따라서, 본 발명에 있어서 압축기는 그 실시예로서 소형이며, 반면에 스테이터는 종래 구리를 도선 재료로 사용하여 중형 압축기에 사용되는 사이즈인 것이 바람직하다. 즉, 스테이터의 외경은 실질적으로 121.7이며, 이러한 모터가 사용되는 압축기의 용량은 소형인 것이 바람직하다.

여기서, 스테이터의 사이즈가 커짐에 따라 발생되는 비용의 증가는 코일의 재질을 구리에서 알루미늄으로 변경함에 따라 발생되는 비용의 감소에 비해서 미미하다는 것을 주지해야 한다.

그러나, 알루미늄 재질은 구리 재질에 비해서 전기 전도도가 낮다. 따라서 본원발명에 있어서 스테이터 코일의 선경은 일반적인 구리 재질일 때보다 크다. 그러나, 감김 수 등을 고려하면 일정 한계가 있다. 그러므로 코일의 선경이 어느 정도 크지만 전기 저항으로 손실되는 에너지가 알루미늄인 경우 더욱 높음을 의미한다. 따라서, 알루미늄 재질을 이용하여 스테이터 코일을 형성하는 경우 스테이터 코일에서 발생되는 열은 구리 재질을 이용하는 경우보다 많게 된다.

따라서, 이러한 열을 효과적으로 방열시켜 모터의 신뢰성 및 내구성, 아울러 상기 모터가 적용된 압축기의 신뢰성 및 내구성을 만족시켜야 할 필요성이 있게 된다.

전술한 바와 같이, 종래에 비해서 스테이터 코어의 에어컷 면적을 더욱 높이는 방법이 이러한 필요성을 만족시킬 수 있는 효과적인 방안이 될 수 있다. 즉, 더욱 많은 양의 오일이 압축기 내를 순환하여 압축기의 압축기구부뿐만 아니라 스테이터 코일에서 발생되는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 전술한 본원발명은 그 자체로서 매우 효과적으로 모터 및 압축기의 신뢰성 및 내구성을 증진시킬 뿐만 아니라, 알루미늄 재질을 이용하여 스테이터 코일을 형성하는 경우에 더욱 효과적으로 모터 및 압축기의 신뢰성 및 내구성을 증진시킬 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터에 대하여 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 모터는 냉동 능력이 7100 내지 16300Btu 인 압축기에 적용되는 모터를 일 실시예로 한다. 그리고 모터의 효율이 83.0 이상이거나 압축기의 효율이 10.80 이상이 되도록 하고자 함을 하나의 목적으로 한다. 또한, 모터에서 발생되는 최고 자속 밀도는 1.78 T 이하가 되도록 하고자 함을 하나의 목적으로 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터 외경은 종래의 로터 외경과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 로터를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터를 상세히 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 일반적인 모터는 소정 외경(d1)을 갖도록 형성되고 반경 방향 외측에 원주 방향을 따라 복수 개의 슬롯이 형성된 로터를 포함하여 이루어 진다.

여기서, 상기 외경 d1이 60.0 mm인 경우 상기 슬롯 전체의 면적은 대략 533.4 임을 알 수 있다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 이러한 모터의 효율은 82.5이며, 상기 모터를 적용한 압축기의 효율은 10.4임을 알 수 있다. 또한, 이 경우 상기 로터에서 슬롯 전체의 면적은 대략 533.4 임을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터는 외경이 d1으로 종래의 로터와 동일한 사이즈인 경우 상기 로터에서 슬롯 전체의 면적을 더욱 증가시킨 것이다. 물론, 본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터의 외경은 일정 편차를 가질 수 있 을 것이다. 그러나 로터의 사이즈는 스테이터의 사이즈에 종속될 수밖에 없고, 스테이터의 사이즈는 압축기의 사이즈에 종속될 수밖에 없다. 따라서, 일정 편차는 있겠지만 냉동 능력이 11800 내지 27500 but인 압축기에 적용되는 모터의 사이즈는 경제성 및 효율을 고려하여 지나치게 커지지 않을 것이다. 즉 본 발명에서 달성하고자 하는 목적인 모터의 효율 83.0 이상인 것과 압축기의 효율이 10.80 이상인 것을 위해서는 물리적으로 모터의 사이즈는 일정한 한계를 갖게 될 것이다. 물론, 최고 자속 밀도를 1.78 T 이하로 하고자 하는 것에 의해서도 물리적으로 모터의 사이즈는 일정한 한계를 갖게 될 것이다.

로터의 슬롯은 다음과 같은 이유에서 중요하다. 이러한 슬롯(21)의 역할은 도체바(22)가 있는 공간으로 2차 유도 전류값을 결정하게 된다. 따라서 이러한 특성은 모터의 특성과 매우 연관된다. 여기서, 슬롯의 면적은 전기 저항을 결정한다. 즉, 전기 저항은 면적에 반비례하므로 슬롯의 면적이 작을수록 전기 저항이 커진다.

그러므로, 슬롯의 면적이 작으면 기동 토크에는 유리하나 정동 토크와 모터의 효율면에서는 매우 불리하다. 따라서, 모터의 기동시 또는 압축기의 기동시 성능에 여유가 있는 경우 가능한 슬롯의 면적을 크게 하는 것이 바람직하다. 물론, 이 경우 자속 밀도가 포화되는 것은 방지되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 모터의 로터는 그 외경(d1)이 60.0 일 때, 슬롯의 면적이 650 내지 663인 것이 바람직하다. 그리고 이러한 외경이 일정 편차를 가질 수 있기 때문에, 상기 로터의 외경(d1)에 의한 로터 전체의 면적에 대한 상기 슬 롯(21) 전체가 차지하는 면적의 비는 0.230 내지 0.234임이 바람직하다.

한편, 이러한 슬롯 면적을 증가시키기 위하여 상기 외경에 대한 슬롯(21)의 반경 방향 내측 말단들이 이루는 내경(d4)의 비(d4/d1)은 0.692 내지 0.708임이 바람직하다. 즉, 종래의 d4에 비하여 본 발명에 의한 로터의 d4는 작은 것이 바람직하다. 이를 통해서 슬롯의 반경 방향 길이를 증가시켜 전체적으로 슬롯 각각의 면적을 증가시킬 수 있다. 왜냐하면 슬롯의 반경 방향 외측 말단들이 이루는 외경 d4는 d1을 감안하여 증가시키는 데에는 일정 한계가 있기 때문이다. 따라서 외경 d3는 d1과 같게 된다.

또한, 슬롯의 면적을 증가시키기 위하여 슬롯의 폭을 높이는 것이 가능하다. 이 경우 상대적으로 슬롯과 슬롯 사이의 폭인 티스(23)의 폭은 작아지게 된다. 그러나, 티스의 폭을 줄이게 되면 상기 티스 부분에서 자속 포화가 발생될 우려가 있다. 따라서 d4를 줄여 요크(20) 폭이 좁아지는 대신 상기 티스(23)의 폭(t)은 오히려 증가되도록 함이 바람직하다. 그러나 티스의 폭(t)을 지나치게 줄이게 되면 오히려 슬롯의 면적이 종래보다 작아질 수도 있다. 그러므로 티스의 폭(t)은 증가시키되 상기 외경 d1에 대하여 0.043 내지 0.044의 비(t/d1)이 되도록 함이 바람직하다. 예를 들어, d1이 60.0이라 할 때 종래의 t가 2.41인 경우 본 발명에 의한 로터의 t는 2.55 내지 2.65가 되도록 함이 바람직하다.

아울러, 본 발명에 의한 로터의 슬롯은 30개 형성됨이 바람직하다.

전술한 예에서는 전술한 목적을 달성시키기 위하여 증가시킨 슬롯의 면적을 전제로 이러한 면적의 증가를 위한 슬롯의 형상을 결정하는 수치에 대해서 설명하 였다. 그러나 이와는 반대로 전술한 목적을 달성시키기 위하여 슬롯의 형상을 결정하는 수치를 전제로 증가된 슬롯의 면적이 결정될 수도 있을 것이다.

한편, 전술한 바와 같이 알루미늄 재질의 스테이터 코일을 사용함으로 인하여 방열의 필요성이 더욱 커짐을 알 수 있고, 이에 대한 효과적인 대응으로 에어컷 면적을 증가시키는 것에 대해 설명하였다.

이하에서는 이러한 방안과 병행할 수 있거나 또는 독립적으로 냉매를 이용하여 방열 효과를 증진시킬 수 있는 압축기의 실시예를 도 8을 참조하여 설명한다. 물론, 본 실시예에서의 스테이터 코일은 알루미늄 재질임이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않는다.

도 8에 도시된 바와 같이, 압축기는 밀폐형 용기에 의해 외관이 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 밀폐형 용기는 원통형 케이스(300), 상부 커버(310), 그리고 하부 커버(320)로 이루어질 수 있다.

상기 케이스(300)의 일측에는 냉매가 흡입되는 흡입관(330)가 형성되어 있고, 상부 커버(310)의 중심 부위에는 압축된 냉매가 토출되는 토출구(340)가 형성된다.

상기 밀폐용기 내에 위치되는 전동기구부(200)는 전술한 모터들이 적용될 수 있다. 여기서, 상기 스테이터(100)는 상기 원통형 케이스(300)의 내벽에 고정된다.

상기 전동기구부(200)에 의한 동력으로 냉매를 압축하는 압축기구부(40)는 실린더(45), 베어링들(42, 43), 크랭크 샤프트(31), 그리고 롤링피스톤(36)을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 실린더(45)는 냉매의 압축이 일어나는 공간을 형성하며, 상기 실린더의 상/하단면에 각각 장착되는 상부 베어링 하우징(42) 및 하부 베어링 하우징(43)이 구비된다. 상기 베어링 하우징들은 내부에 베어링들이 구비되어 크랭크 샤프트(31)를 회전 가능하게 지지함과 동시에 상기 실린더(45) 내부의 공간을 밀폐시키는 기능을 수행한다.

상기 크랭크 샤프트(31)는 상기 모터의 로터(12) 및 실린더(45)의 중심을 관통하되 상기 로터와 함께 회전될 수 있어 상기 전동기구부(200)에서 발생된 회전력을 압축기구부(40)에 전달할 수 있다. 한편 상기 크랭크 샤프트(31)의 하부에는 편심부(31a)가 형성되며, 상기 편심부의 외부에 씌워지도록 실린더의 내부에서 회전하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(36)이 장착된다.

여기서, 상기 롤링피스톤(36)의 무게 중심과 상기 크랭크 샤프트(31)의 회전 중심이 서로 중첩되지 않기 때문에, 상기 롤링피스톤이 압축기 내부에서 고속으로 회전할 때 동력 불평형 현상을 초래하여 압축기 진동의 주요 원인이 된다. 이런 문제를 해결하기 위하여 통상적으로 상기 로터의 상단부에 밸런스(202)를 설치하여 모멘트를 평형시킨다. 미설명된 도면 부호 201는 스테이터 코일이며, 2203은 로터이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 압축기의 많은 부분은 전동기구부(200), 즉 모터가 차지한다. 아울러, 상기 모터는 대부분의 금속으로 이루어지기 때문에 매우 무겁다. 따라서, 모터의 재료비를 줄이고 그 무게를 줄이는 것은 다른 가전 제품 등에 비해서 그 필요성이 매우 크다.

이를 위해서, 모터가 구동되어 유체의 압축이 일어나는 압축기에 있어서, 상기 모터는 스테이터 코일이 권선되는 스테이터와 상기 스테이터의 내측에서 회전되는 로터를 포함하여 이루어진다.

한편, 전술한 바와 같이 알루미늄 재질로 스테이터 코일을 형성하는 경우 발열량이 증가되어 효과적인 방열이 필요하다.

이를 위하여 본 실시예에서는 냉매를 케이스(300) 내부로 흡입하기 위한 흡입관(330)와 별도로 상기 스테이터 코일의 냉각을 위한 냉매를 상기 케이스 내부로 유입시키기 위한 바이패스관(335)을 더 포함하여 이루어진다.

일반적으로, 압축기에서는 저온의 냉매가 유입되고 압축기구부를 통하여 이러한 냉매는 고온 고압 상태로 변환되어 토출된다. 따라서, 이러한 냉매의 상태를 착안하여 본 실시예에서는 저온의 냉매를 이용하여 스테이터 코일(202)에서 발생되는 열을 식힐 수 있다.

보다 구체적으로, 압축기는 어큐뮬레이터(7)를 포함하여 이루어지거나 또는 어큐뮬레이터와 연결될 수 있다. 상기 어큐뮬레이터는 압축기 내부로 기상의 냉매가 유입되도록 하여 압축기를 보호하는 기능을 수행한다.

여기서, 상기 어큐뮬레이터는 압축기구부(40) 특히 실린더 내부로 압축을 위한 냉매를 공급하는 것뿐만 아니라, 상기 스테이터 코일(202)의 방열을 위한 냉매를 공급하게 된다. 즉, 상기 어큐뮬레이터는 흡입관(330))과 별도로 바이패스관(335))을 통하여 압축기 케이스(300) 내부로 냉매를 공급하게 된다.

이때, 상기 바이패스관(335))을 통하여 공급되는 냉매는 반드시 기상일 필요 가 없다. 오히려 저온 기상의 냉매보다는 저온 액상의 냉매가 상기 바이패스관(335)을 통하여 압축기 내부로 유입되는 것이 방열 측면에서는 더욱 효과적이다. 왜냐하면 저온 액상의 냉매가 스테이터 코일(202) 등과 같은 전동기구부(200)에서 발생된 열에 의해 기화됨으로써 더욱 방열 효과를 높일 수 있기 때문이다.

상기 바이패스관(335)에는 상기 어큐뮬레이터(7)와 상기 케이스 내부의 선택적 연통을 위한 개폐 밸브(미도시)가 구비될 수 있다. 즉, 방열이 필요한 시점에 개폐 밸브가 열림으로써 저온 냉매를 통하여 방열 효과를 얻을 수 있다.

이러한 개폐 밸브와 함께 또는 독립적으로 체크 밸브(미도시)가 상기 바이패스관(335)에 구비될 수 있다. 이는 압축기 내부에서 냉매가 상기 어큐뮬레이터(7)로 역류되는 것을 방지하기 위함이다.

여기서, 상기 바이패스관(335)을 통하여 유입되는 냉매를 이용하여 방열 효과를 얻는 것은 일정한 한계가 있다. 즉, 저압의 어큐뮬레이터(7)에서 고압의 압축기로 냉매를 공급하기는 일반적으로 매우 어렵기 때문이다. 따라서, 압축기의 운전을 강제로 정지하여 바이패스관을 통하여 냉매를 공급할 수밖에 없는 어려움이 따르게 된다. 그러나, 이러한 방법은 바이패스관(335)을 통하여 냉매를 공급하는 시점을 적절히 결정함으로써 어느 정도 보완될 수 있다.

예를 들어, 스테이터 코일이 과열된 경우에만 냉매를 공급하도록 함으로써 압축기의 운전 정지 시간을 최소화할 수 있다. 아울러, 이와 병행하거나 독립적으로 어큐뮬레이터 내부의 액상 냉매가 일정 이상인 경우 액상 냉매가 공급되도록 할 수도 있을 것이다.

여기서, 냉매의 공급 시점은 상기 개폐 밸브의 동작 시점과 연동되는데, 이러한 개폐 밸브의 동작 시점을 결정하기 위하여 센싱부(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 센싱부는 전술한 스테이터 코일(202)의 과열을 감지하는 센서 및/또는 상기 어큐뮬레이터(7) 내의 액상 냉매의 수위를 측정하는 센서를 포함하여 이루어질 수 있을 것이다.

이러한 냉매를 통한 방열은 자연 방열에 비하여 매우 효과적이므로 단시간에 방열을 이룰 수 있게 된다. 따라서, 압축기의 운전 정지 시간을 최소화할 수 있다.

한편, 본 실시예에서 상기 바이패스관(335)과 연통되는 케이스(300) 내측에서 상기 어큐뮬레이터와 상기 케이스 내부의 압력 구배의 완화를 위한 배플(350)이 구비될 수 있다. 이러한 배플은 냉매가 바이패스관(335)을 통하여 급격히 케이스 내부로 유입되거나, 반대로 냉매가 어큐뮬레이터(7)로 유입되는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다.

이러한 냉매를 통하여 스테이터 코일(202)을 방열하는 것은 압축기 케이스(300) 내부 공간을 구획함으로써 보다 효과적으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 케이스 내부를 고압 공간부(360)와 저압 공간부(370)로 구획시키는 것을 말한다.

여기서, 고압 공간부(360)는 압축된 냉매가 압축기구부(40)를 빠져나와 토출관(34)으로 유입될 수 있는 공간을 의미한다. 그리고, 저압 공간부(370)는 상기 고압 공간부와는 밀폐되도록 격리되어 전동기구부(200)가 위치되는 공간을 의미한다.

예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 케이스(300)의 상부 공간은 고압 공간부(360)라 할 수 있고, 하부 공간은 저압 공간부(370)라 할 수 있다.

이 경우, 상기 저압 공간부는 상기 바이패스관(335)과 연통됨이 바람직하다. 아울러, 상기 전동기구부 중 적어도 방열이 필요한 스테이터(100)는 상기 저압 공간부(370)에 구비됨이 바람직하다.

따라서, 상기 저압 공간부(370)는 상기 바이패스관(335)을 통하여 어큐뮬레이터(7)와 연통되어 냉매의 유출입이 일어나게 된다.

먼저, 스테이터 코일(202)에 과열이 발생되는 경우 저온의 냉매가 상기 저압 공간부(370)로 유입되어 스테이터 코일(202)을 방열시킨다. 물론, 상기 저온의 냉매는 액상일 수도 있다. 따라서 냉매는 스테이터 코일을 방열시킨 후 기화되어 상기 어큐뮬레이터(7)로 유입될 수 있다. 아울러 이러한 냉매는 어큐뮬레이터에 고이는 액상의 냉매에 열을 전달하여 기화시키는 기능도 수행한다. 물론, 이 경우에는 냉매가 자유로이 입출입될 수 있도록 체크 밸브와 같은 구성은 생략되어야 할 것이다.

이러한 구성을 통하여 종래의 어큐뮬레이터(7)를 그대로 사용하는 경우보다 압축기구부(40) 내로 액상의 냉매가 유입되는 것을 더더욱 방지할 수 있게 된다. 따라서 압축기의 내구성 및 신뢰성을 더욱 증진시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 바이패스관(335)은 상기 흡입관(330)에 대해 공간적으로 하부에 위치됨이 바람직하다. 왜냐하면 액상의 냉매를 중력에 의해 밑으로 흐르게 하여 저압 공간부(370)로 더욱 용이하게 유입시키기 위함이다.

도 8에 도시된 바와 같이 일반적인 어큐뮬레이터(7)는 액상의 냉매가 압축기로 유입되는 것을 방지하기 위하여 어큐뮬레이터 내부의 상측에서 냉매가 토출되도 록 구성된다. 따라서 액상의 냉매는 상기 어큐뮬레이터 내부의 하측에 고이게 된다. 따라서, 상기 흡입관(335)은 종래와 같이 상기 어큐뮬레이터(7)의 상부 공간과 연통되도록 구성하고, 상기 바이패스관은 상기 어큐뮬레이터의 하부 공간과 연통되도록 구성할 수 있다.

즉, 도 8에는 바이패스관(335)이 흡입관(330)에 분지된 형태가 도시되었으나, 이와는 달리 바이패스관(335)은 집적 상기 어큐뮬레이터(7)의 하부 공간과 연결될 수 있다.

다시말하면, 상기 바이패스관을 통하여 액상의 냉매가 직접 상기 저압 공간부로 유입되어 기화될 수 있도록 할 수 있다. 따라서 상기 어큐뮬레이터에 액상 냉매가 과도하게 고이는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이를 통하여 흡입관으로 액상 냉매가 유입되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 액상의 냉매를 저압 공간부에서 발생되는 열을 통해 기화시킬 수 있기 때문에 상기 어큐뮬레이터를 생략하는 것을 고려해 볼 수 있다. 그러나 이 경우 액상의 냉매가 상기 저압 공간부로 유입되기 전에 먼저 상기 흡입관(330)을 통해 상기 압축기구부로 유입될 우려가 있다. 그러므로, 상기 어큐뮬레이터를 통하여 먼저 액상의 냉매가 흡입관으로 유입되는 것이 바람직할 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 압축기의 케이스 내부는 고압 공간부(360)와 저압 공간부(370)로 구획된다. 이는 저온의 냉매를 통해 저압 공간부를 방열시키는 효과뿐만 아니라 다음과 같은 효과도 얻을 수 있도록 한다.

일반적으로 압축기 내부에는 베어링 하우징(42, 43)과 크랭크 샤프트(31)의 마찰이나 실린더(45)에서 발생되는 마찰 등에 의해 발생되는 열을 방열시키고, 효과적인 윤활을 위한 오일이 채워진다. 이러한 오일들은 도 8에 점선으로 도시된 바와 같이 크래크 샤프트(31) 내부에 형성되는 유로를 통하여 방열 및 윤할 기능을 수행한다. 많은 경우 이러한 오일은 압축된 냉매와 혼합되어 압축기 외부로 토출된다. 따라서 이러한 오일로 인한 효율 저하뿐만 아니라 오일의 회수를 위한 오일 회수 장치가 별도로 마련되어야 하는 문제가 있다.

그러나, 본 실시예에서는 이러한 오일이 고압 공간부(360)로 유입되는 것이 미연에 방지된다. 왜냐하면 상기 오일은 저압 공간부(370)에서만 순환되기 때문이다. 따라서, 이러한 오일이 토출관(340)으로 토출되는 것이 미연에 방지된다.

또한, 이러한 오일은 열을 흡수하여 기화될 수 있다. 이러한 기체 오일은 방열이나 윤활 효과를 증진시키기 위해 다시 액상으로 변환시킴이 바람직하다. 따라서, 전술한 바와 같이 상기 냉매가 바이패스관을 통하여 상기 저압 공간부로 유입됨으로써 상기 오일을 액상으로 변환시키는 기능 또한 수행하게 된다.

따라서, 본 실시예에 따르면 스테이터의 방열뿐만 아니라 과열된 오일의 방열을 효과적으로 수행할 수 있으므로, 압축기의 신뢰성 및 내구성을 매우 효과적으로 증진시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 케이스 내의 저압 공간부(370)와 고압 공간부(360)의 구획을 위하여 별도의 공간 구획판(미도시)이 구비될 수 있다. 그러나, 상기 실린더의 외형 형상이나 상기 베어링 하우징의 외형 형상을 적절히 형성함으로써 저압 공간부와 고압 공간부를 구획하는 것도 가능하다. 즉 실린더 또는 베어링 하우징이 이러한 공간 구획판 기능을 수행할 수 있다. 도 8에는 실린더의 외부 형상을 통하여 이러한 구획 기능이 수행될 수 있는 예가 도시되어 있다.

도 1은 종래의 압축기의 단면도,

도 2는 종래의 압축기에 적용된 모터의 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 압축기에 적용되는 스테이터의 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 압축기의 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

300 : 압축기 케이스 330 : 흡입관

335 : 바이패스관 340 : 토출관

40 : 압축기구부 200 : 전동기구부

7 : 어큐뮬레이터

Claims (13)

1. 냉매의 흡입과 토출을 위한 흡입관과 토출관이 각각 연통되는 케이스;

   로터 및 알루미늄 재질의 스테이터 코일이 권선되는 스테이터를 포함하여 이루어져 상기 냉매의 압축을 위한 구동력을 발생시키는 전동기구부;

   압축되기 위한 냉매를 상기 흡입관을 통하여 상기 케이스 내부로 유입시키는 어큐뮬레이터; 그리고

   상기 어큐뮬레이터 연결되고, 상기 스테이터 코일의 냉각을 위한 냉매를 상기 케이스 내부로 유입시키기 위한 바이패스관을 포함하여 이루어지는 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이패스관에는 상기 어큐뮬레이터와 상기 케이스 내부의 선택적 연통을 위한 개폐 밸브가 구비됨을 특징으로 하는 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 개폐 밸브의 동작 시점을 결정하기 위한 센싱부를 더 포함하여 이루어지는 압축기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 센싱부는 상기 어큐뮬레이터의 액상 냉매의 수위를 측정하는 센서 또는 상기 스테이터 코일의 과열 감지를 위한 센서 중 적어도 어느 하나를 포함함을 특징으로 하는 압축기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 바이패스관에는 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브가 구비됨을 특징으로 하는 압축기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이패스관과 연통되는 케이스 내측에는 상기 어큐뮬레이터와 상기 케이스 내부의 압력 구배의 완화를 위한 배플이 구비됨을 특징으로 하는 압축기.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 케이스 내부를 고압 공간부와 저압 공간부로 구획시키는 공간 구획판을 더 포함하여 이루어지는 압축기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 고압 공간부는 상기 토출관과 연통되며, 상기 저압 공간부는 상기 바이패스관과 연통됨을 특징으로 하는 압축기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 전동기구부를 이루는 구성 중 적어도 스테이터는 상기 저압 공간부에 구비됨을 특징으로 하는 압축기.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 바이패스관은 상기 흡입관에 대해 공간적으로 하부에 위치됨을 특징으로 하는 압축기.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 흡입관과 상기 바이패스관은 각각 상기 어큐뮬레이터와 연결됨을 특징으로 하는 압축기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 흡입관은 상기 어큐뮬레이터의 상부 공간과 연통되며, 상기 바이패스관은 상기 어큐뮬레이터의 하부 공간과 연통됨을 특징으로 하는 압축기.
13. 내부 공간이 고압 공간부와 저압 공간부로 구획되어 상호 밀폐되도록 형성되는 케이스;

    상기 케이스의 내부에 구비되며, 로터 및 알루미늄 재질의 스테이터 코일이 권선되는 스테이터를 포함하여 이루어져 냉매의 압축을 위한 구동력을 발생시키는 전동기구부;

    상기 케이스의 내부에 구비되며, 상기 냉매를 압축시키는 압축기구부;

    상기 압축기구부와 연통되어 압축되기 위한 냉매를 흡입하도록 구성된 흡입관;

    상기 고압 공간부와 연통되어 압축된 냉매를 토출하도록 구성된 토출관; 그리고

    상기 저압 공간부와 연통되어 상기 저압 공간부를 냉각시키기 위한 냉매가 유입되도록 구성된 바이패스관을 포함하여 이루어지는 압축기.

Images