KR20100071887A - 압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치 - Google Patents

압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치 Download PDF

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오사무 카자마
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Abstract

본 발명은 회전자의 엔드 링과 축구멍 사이에 냉매의 유로를 확보하면서, 엔드 링의 내경을 작게 하여 엔드 링의 체적을 크게 함에 의해 모터 효율을 개선할 수 있는 압축기용 전동기를 제공하기 위한 것으로서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 압축기용 전동기는, 밀폐용기(4) 내에, 고정자(12)와 회전자(11)를 갖는 전동 요소(13)와, 전동 요소(13)로 구동되는 압축 요소(10)를 수납하는 압축기의 전동 요소(13)에 사용되는 압축기용 전동기로서, 압축 요소(10)의 윗축받이(6)에 감합하는 주축부(8b)와, 회전자(11)를 고정하고 외경이 주축부(8b)의 외경보다 작은 회전자 고정축(8a)을 갖는 회전축(8)을 구비하고, 회전자(11)는, 상기 회전자(11)의 개략 중심부에 형성되고, 회전자 고정축(8a)에 고정되는 축구멍(31)과, 축구멍(31)의 주위 부근에 마련되고, 적어도 일부가 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경보다 내측에 위치하는 바람구멍(33)을 구비하는 것이다.
압축기용 전동기, 냉동 사이클 장치

Description

압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치{COMPRESSION MOTOR, COMPRESSOR AND REFRIGERATION CYCLE APPARATUS}
본 발명은, 압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.
종래, 압축기의 회전축은, 압축기용 전동기의 회전자를 고정하는 부분(전동기 축)의 외경을 압축 요소의 축받이부에 감합(嵌合)하는 부분의 외경과 동등하게 하는 것이 일반적이다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 특개평3-294671호 공보
압축기용 전동기에 유도 전동기를 사용하는 경우, 회전자의 엔드 링과 축구멍 사이에 바람구멍(風穴)을 마련하여 냉매의 유로를 확보하면서 유도 전동기의 효율을 개선하기 위해, 엔드 링의 내경을 가능한 한 작게 하여 엔드 링의 체적을 크게하고 싶지만, 종래의 압축기와 같이 전동기축의 외경이 압축 요소의 축받이부에 감합하는 부분의 외경과 동등한 경우는, 엔드 링의 내경을 작게 하면 냉매의 유로를 확보하는 것이 곤란해진다는 과제가 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 회전자의 엔드 링과 축구멍 사이에 냉매의 유로를 확보하면서, 엔드 링의 내경을 작게 하여 엔드 링의 체적을 크게 함에 의해 모터 효율을 개선할 수 있는 압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 압축기용 전동기는, 밀폐용기 내에, 고정자와 회전자를 갖는 전동 요소와, 전동 요소로 구동되는 압축 요소를 수납하는 압축기의 전동 요소에 사용되는 압축기용 전동기로서,
압축 요소의 윗축받이에 감합하는 주축부와, 회전자를 고정하고 외경이 주축부의 외경보다 작은 회전자 고정축을 갖는 회전축을 구비하고,
회전자는,
상기 회전자의 개략 중심부에 형성되고, 회전자 고정축에 고정되는 축구멍 과,
축구멍의 주위 부근에 마련되고, 적어도 일부가 회전축의 주축부의 외경보다 내측에 위치하는 바람구멍을 구비하는 것이다.
본 발명에 관한 압축기용 전동기는, 회전축의 압축 요소의 윗축받이에 감합하는 주축부의 외경보다도, 회전자를 고정하는 회전자 고정축의 외경을 작게 함에 의해, 축구멍의 주위 부근에 마련된 바람구멍의 적어도 일부가 회전축의 주축부의 외경보다 내측에 위치함에 의해, 바람구멍의 면적을 확보하면서 엔드 링의 체적을 늘릴 수 있기 때문에, 2차 저항이 낮아지고, 냉매의 유로를 확보하면서 고성능의 압축기용 전동기를 얻을 수 있다.
실시의 형태 1.
도 1 내지 도 11은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 도 1은 회전식 압축기(100)의 종단면도, 도 2는 회전식 압축기(100)의 전동 요소(13) 부근의 횡단면도, 도 3은 회전자(11)의 사시도, 도 4는 회전자 철심(11a)의 횡단면도, 도 5는 도 4의 A부 확대도, 도 6은 회전축(8)의 정면도, 도 7은 회전자(11)의 평면도, 도 8은 변형예 1의 회전자(11)의 평면도, 도 9는 변형예 2의 회전자(11)의 평면도, 도 10은 변형예 3의 회전자(11)의 평면도, 도 11은 변형예 4의 회전자(11)의 평면도, 도 12는 회전식 압축기(100)를 사용하는 냉동 사이클 장치의 구성도이다.
도 13은 비교를 위해 도시하는 도면으로, 회전자(11)의 평면도이다.
본 실시의 형태는, 회전식 압축기(100) 등의 압축기에 사용되는 압축기용 전동기의 회전자(11) 및 회전축(8)의 구조에 특징이 있다.
회전식 압축기(100)에 있어서의 압축기용 전동기의 회전자(11)의 구조 및 회전축(8) 이외는 공지인 것이다. 따라서, 도 1을 참조하면서 1실린더의 회전식 압축기(100)(압축기의 한 예)의 전체 구성을 간단히 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 회전식 압축기(100)(압축기의 한 예)는 밀폐용기(4) 내에, 압축 요소(10)와 전동 요소(13)(압축기용 전동기라고 부른다)와 도시하지 않은 냉동기유를 수납하고 있다. 냉동기유는, 밀폐용기(4) 내의 저부에 저장하고 있다. 냉동기유는, 주로 압축 요소(10)의 활주부를 윤활한다. 밀폐용기(4)는, 몸통부(胴部)(1)와 윗접시(上皿) 용기(2)와 아랫접시(下皿) 용기(3)로 구성된다. 압축 요소(10)와 전동 요소(13)는, 밀폐용기(4)의 몸통부(1)에 고정된다.
압축 요소(10)는, 실린더(5), 윗축받이(6)(축받이의 한 예), 아랫축받이(7)(축받이의 한 예), 회전축(8), 롤링 피스톤(9), 윗토출 머플러(6a), 아랫토출 머플러(7a), 베인(도시 생략) 등으로 구성된다.
내부에 압축실이 형성되는 실린더(5)는, 외주가 평면으로 보아 개략 원형이고, 내부에 평면으로 보아 개략 원형의 공간인 실린더실(室)을 구비한다. 실린더실은, 축방향 양단(兩端)이 개구하고 있다. 실린더(5)는, 측면으로 보아 소정의 축방향의 높이를 갖는다.
실린더(5)의 개략 원형의 공간인 실린더실에 연통하고, 반경 방향으로 늘어나는 평행한 베인 홈(도시 생략)이 축방향으로 관통하여 마련된다.
또한, 베인 홈의 배면(외측)에, 베인 홈에 연통하는 평면으로 보아 개략 원형의 공간인 배압실(背壓室)(도시 생략)이 마련된다.
실린더(5)에는, 냉동 사이클로부터의 흡입 가스가 통과하는 흡입 포트(도시 생략)가, 실린더(5)의 외주면으로부터 실린더실로 관통하고 있다.
실린더(5)에는, 개략 원형의 공간인 실린더실을 형성하는 원(圓)의 연부(緣部) 부근을 노치한 토출 포트(도시 생략)가 마련된다.
롤링 피스톤(9)이, 실린더실 내를 편심 회전한다. 롤링 피스톤(9)은 링형상으로, 롤링 피스톤(9)의 내주가 회전축(8)의 편심축부(8d)에 활주 자유롭게 감합한다.
베인이 실린더(5)의 베인 홈 내에 수납되고, 배압실에 마련되는 베인 스프링(도시 생략)으로 베인이 항상 롤링 피스톤(9)에 꽉 눌려 있다. 회전식 압축기(100)는, 밀폐용기(4) 내(內)가 고압이기 때문에, 운전을 시작하면 베인의 배면(배압실측)에 밀폐용기(4) 내의 고압과 실린더실의 압력의 차압(差壓)에 의한 힘이 작용하기 때문에, 베인 스프링은 주로 회전식 압축기(100)의 기동시(밀폐용기(4) 내와 실린더실의 압력에 차가 없는 상태)에, 베인을 롤링 피스톤(9)에 가압하는 목적으로 사용된다.
베인의 형상은, 평평한(둘레 방향의 두께가, 지름 방향 및 축방향의 길이보다 작다) 개략 직육면체이다.
윗축받이(6)는, 회전축(8)의 주축부(主軸部)(8b)(편심축부(8d)보다 전동 요소(13)측의 부분)에 활주 자유롭게 감합함과 함께, 실린더(5)의 실린더실(베인 홈 도 포함한다)의 한쪽의 단면(端面)(전동 요소(13)측)을 폐색한다.
윗축받이(6)에, 토출 밸브(도시 생략)가 부착된다. 윗축받이(6)는, 측면으로 보아 개략 역T자형상이다.
아랫축받이(7)가, 회전축(8)의 부축부(副軸部)(8c)(편심축부(8d)보다 아래의 부분)에 활주 자유롭게 감합함과 함께, 실린더(5)의 실린더실(베인 홈도 포함하다)의 다른쪽의 단면(냉동기유 측)을 폐색한다.
아랫축받이(7)에, 토출 밸브(도시 생략)가 부착된다. 아랫축받이(7)는, 측면으로 보아 개략 T자형상이다.
윗축받이(6)에는, 그 외측(전동 요소(13)측)에 윗토출 머플러(6a)가 부착된다. 윗축받이(6)의 토출 밸브로부터 토출되는 고온·고압의 토출 가스는, 일단 윗토출 머플러(6a)에 들어가고, 그 후 윗토출 머플러(6a)의 토출구멍(도시 생략)으로부터 밀폐용기(4) 내로 방출된다.
아랫축받이(7)에는, 그 외측(전동 요소(13)와 반대측)에 아랫토출 머플러(7a)가 부착된다. 아랫축받이(7)의 토출 밸브로부터 토출되는 고온·고압의 토출 가스는, 일단 아랫토출 머플러(7a)에 들어가고, 그 후 아랫토출 머플러(7a)의 토출구멍(도시 생략)으로부터 밀폐용기(4) 내로 방출된다.
회전식 압축기(100)는, 밀폐용기(4)의 외부(측부)에 흡입 머플러(14)를 구비한다. 흡입 머플러(14)는, 용접 등에 의해 밀폐용기(4)의 측면에 고정된다. 흡입 머플러(14)는, 액냉매(液冷媒)가 직접 회전식 압축기(100)에 흡입되지 않도록 하기 위해 마련된다. 흡입 머플러(14)의 흡입관(15)이 압축 요소(10)의 실린더(5)에 접 속한다. 압축 요소(10)에서 압축된 고온·고압의 가스 냉매는, 윗토출 머플러(6a) 및 아랫토출 머플러(7a)로부터 밀폐용기(4) 내로 토출되고, 전동 요소(13)를 통과하여, 최후에 토출관(16)으로부터 외부의 냉매 회로(도시 생략)에 토출된다.
전동 요소(13)는, 밀폐용기(4)의 몸통부(1)에 고정되는 고정자(12)와, 고정자(12)의 내부에서 회전하는 회전자(11)를 갖는다.
회전자(11)는, 상세는 후술하지만, 알루미늄 다이캐스트제의 2중 바구니형 회전자이다. 회전자(11)는, 그 내주에 회전축(8)이 고정된다. 단, 2중 바구니형 회전자로 한정되지 않는다. 보통 바구니형 회전자라도 좋다.
회전자(11)는, 회전축(8)의 회전자 고정축(8a)에 고정된다.
압축 요소(10)에서 압축된 고온·고압의 가스 냉매는, 윗토출 머플러(6a) 및 아랫토출 머플러(7a)로부터 밀폐용기(4) 내로 토출되고, 전동 요소(13)를 통과하는데, 회전자(11)에 형성되는 바람구멍(33)(후술)을 가스 냉매가 통과한다.
고정자(12)의 권선(20)에 리드선(도시 생략)이 접속된다. 리드선을, 전동 요소(13)를 보호하는 보호 장치(21)를 통하여 유리 단자(17)에 접속한다. 유리 단자(17)는, 밀폐용기(4)에 용접에 의해 고정되어 있다. 유리 단자(17)에, 외부의 전원으로부터 전력이 공급된다.
고정자(12)와 밀폐용기(4)의 몸통부(1) 사이에, 가스 냉매와 함께 회전자(11)에 형성되는 바람구멍(33)을 통과하여 전동 요소(13)의 위로 토출되고, 도시하지 않은 기름 분리기에서 분리된 냉동기유를 밀폐용기(4)의 저부로 되돌리는 기름 리턴 통로(23)가 형성되어 있다.
도 2에 의해 전동 요소(13)의 구성을 다시 설명한다. 도 2에 도시하는 전동 요소(13)는, 2극의 단상 유도 전동기이다. 고정자(12)는, 고정자 철심(12a)과 고정자 슬롯(12b)에 삽입된 주권선(20a) 및 보조권선(20b)을 구비한다. 주권선(20a) 및 보조권선(20b)으로 권선(20)을 구성한다. 고정자 슬롯(12b)에는 권선(20)과 고정자 철심(12a) 사이의 절연을 확보하기 위해 절연재(예를 들면, 슬롯 셀, 웨지 등)가 삽입되지만, 여기서는 생략한다. 이 예에서는, 고정자 슬롯(12b)의 수는 24이다. 단, 이것은 한 예이고, 고정자 슬롯(12b)의 수가 24로 한정되는 것이 아니다.
고정자 철심(12a)에는, 내주연(內周緣)에 따라 고정자 슬롯(12b)이 형성되어 있다. 고정자 슬롯(12b)은, 둘레 방향으로 개략 등간격으로 배치된다.
고정자 슬롯(12b)은, 반경 방향으로 연재되어 있다. 고정자 슬롯(12b)은, 내주연에 개구하고 있다. 이 개구부를 슬롯 오프닝이라고 한다. 이 슬롯 오프닝으로부터 권선(주권선(20a) 및 보조권선(20b))이 삽입된다.
주권선(20a)은, 동심권(同心卷) 방식의 코일이다. 도 2의 예에서는, 고정자 슬롯(12b) 내의 내주측(회전자(11)에 가까운 쪽)에, 주권선(20a)이 배치된다. 여기서는, 동심권 방식의 주권선(20a)은, 크기(특히 둘레 방향의 길이)가 다른 5개의 코일로 구성된다. 그리고, 그들의 5개의 코일의 중심이 같은 위치가 되도록 고정자 슬롯(12b)에 삽입된다. 그 때문에, 동심권 방식이라고 불린다. 주권선(20a)이 5개의 코일인 것을 나타냈지만, 한 예이고, 그 수는 묻지 않는다.
주권선(20a)의 5개의 권선을, 큰 쪽(슬롯 피치가 11인 것)부터 차례로 M1, M2, M3, M4, M5라고 한다. 그 분포가, 개략 정현파가 되도록 선택된다. 주권 선(20a)에 전류가 흐른 경우에 발생하는 주권선 자속이 정현파가 되도록 하기 위해서이다.
주권선(20a)은, 고정자 슬롯(12b) 내의 내주측, 외주측의 어디에 배치하여도 좋다. 주권선(20a)을 고정자 슬롯(12b) 내의 내주측에 배치하면, 고정자 슬롯(12b) 내의 외주측에 배치하는 경우에 비하여, 코일 둘레 길이가 짧아진다. 또한, 주권선(20a)을 고정자 슬롯(12b) 내의 내주측에 배치하면, 고정자 슬롯(12b) 내의 외주측에 배치한 경우에 비하여, 누설 자속이 적어진다. 따라서, 주권선(20a)을 고정자 슬롯(12b) 내의 내주측에 배치하면, 고정자 슬롯(12b) 내의 외주측에 배치하는 경우에 비하여 주권선(20a)의 임피던스(저항치, 누설 리어액턴스)가 작아진다. 그 때문에, 단상 유도 전동기의 특성이 좋아진다.
주권선(20a)에 전류를 흐르게 함으로써, 주권선 자속이 생성된다. 이주권선 자속의 방향은, 도 2의 상하 방향이다. 전술한 바와 같이, 이 주권선 자속의 파형이 될 수 있는 한 정현파가 되도록, 주권선(20a)의 5개의 코일(M1, M2, M3, M4, M5)의 권수가 선택된다. 주권선(20a)에 흐르는 전류는 교류이기 때문에, 주권선 자속도 흐르는 전류에 따라 크기와 방향을 바꾼다.
또한, 고정자 슬롯(12b)에는, 주권선(20a)과 마찬가지의 동심권 방식의 보조권선(20b)이 삽입된다. 도 2에서는, 보조권선(20b)은, 고정자 슬롯(12b) 내의 외측에 배치되어 있다. 보조권선(20b)에 전류를 흐르게 함으로써 보조권선 자속이 생성된다. 이 보조권선 자속 방향은, 주권선 자속 방향에 직교한다(도 2의 좌우 방향). 보조권선(20b)에 흐르는 전류는 교류이기 때문에, 보조권선 자속도 전류에 따라 크 기와 방향을 바꾼다.
일반적으로는 주권선 자속과 보조권선 자속이 이루는 각도가 전기각(電氣角)으로 90도(여기서는 극 수가 2극이기 때문에, 기계각(機械角)도 90도이다)가 되도록, 주권선(20a)과 보조권선(20b)이 고정자 슬롯(12b)에 삽입된다.
도 2의 예에서는, 보조권선(20b)은 크기(둘레 방향의 길이가 특히)가 다른 3개의 코일로 구성된다. 보조권선(20b)의 3개의 코일을, 큰 쪽(슬롯 피치가 11인 것)부터 차례로 A1, A2, A3이라고 한다. 그 분포가, 개략 정현파가 되도록 선택된다. 보조권선(20b)에 전류가 흐른 경우에 발생하는 보조권선 자속이 정현파가 되도록 하기 위해서이다.
그리고, 그들 3개의 코일(A1, A2, A3)의 중심이 같은 위치가 되도록 고정자 슬롯(12b)에 삽입된다.
보조권선 자속의 파형을 될 수 있는 한 정현파가 되도록, 보조권선(20b)의 3개의 코일(A1, A2, A3)의 권수가 선택된다.
보조권선(20b)과 직렬로 운전 콘덴서(60)(도 12)를 접속한 것에 주권선(20a)을 병렬로 접속시킨다. 그 양단을 단상 교류 전원에 접속한다. 운전 콘덴서를 보조권선(20b)에 직렬로 접속함에 의해, 보조권선(20b)에 흐르는 전류의 위상을 주권선(20a)에 흐르는 전류의 위상보다 약 90도 전진시킬 수 있다.
주권선(20a)과 보조권선(20b)의 고정자 철심(12a)에서의 위치를 전기각으로 90도 어긋나게 하고, 또한 주권선(20a)과 보조권선(20b)의 전류의 위상을 약 90도 다르게 함에 의해, 2극의 회전 자계가 발생한다.
고정자 철심(12a)의 외주면에는, 외주 원형상을 개략 직선형상으로 노치한 개략 직선부를 이루는 노치(12c)가 4개소에 마련되어 있다. 4개소의 노치(12c)는, 이웃하는 것 끼리가 개략 직각으로 배치된다. 단, 이것은 한 예이고, 노치(12c)의 수, 형상 및 배치는 임의라도 좋다.
고정자 철심(12a)은, 판두께가 0.1 내지 1.5㎜의 전자강판을 소정의 형상으로 타발(打拔)하고, 축방향으로 적층하고, 코킹이나 용접 등에 의해 고정하여 제작된다.
회전식 압축기(100)에 고정자(12)를 이용한 단상 유도 전동기를 사용하는 경우에, 고정자(12)는 회전식 압축기(100)의 원통형상의 밀폐용기(4)의 몸통부(1)에 수축끼워맞춤된다(燒嵌). 밀폐용기(4)의 몸통부(1)와 각 노치(12c) 사이에, 가스 냉매와 함께 회전자(11)에 형성된 바람구멍(33)을 통과하여 전동 요소(13)의 위로 토출되고, 도시하지 않은 기름 분리기에서 분리된 냉동기유를 밀폐용기(4)의 저부로 되돌리는 기름 리턴 통로(23)가 형성되어 있다.
회전자(11)는, 회전자 철심(11a)과 2중 바구니형 도체(導體)를 구비한다. 2중 바구니형 도체는, 알루미늄 바(30)와, 엔드 링(32)(도 3)으로 구성된다.
알루미늄 바(30)는, 외층 슬롯(40a)(도 4)에 주입(鑄入)된 외층 알루미늄 바(30a)(외층 2차 도체)와, 내층 슬롯(40b)(도 4)에 주입된 내층 알루미늄 바(30b)(내층 2차 도체)로 구성된다.
외층 슬롯(40a) 및 내층 슬롯(40b) 모두 도전성 재료인 알루미늄이 주입된다. 그리고, 외층 슬롯(40a) 내에 외층 알루미늄 바(30a)가 주입된다. 또한, 내층 슬롯(40b) 내에 내층 알루미늄 바(30b)가 주입된다. 외층 알루미늄 바(30a) 및 내층 알루미늄 바(30b)와, 회전자(11)의 적층 방향 양단면에 마련된 엔드 링(32)과 함께 2중 바구니형 2차 코일을 형성한다. 일반적으로 알루미늄 바(30)와 엔드 링(32)은 다이캐스트에 의해 동시에 알루미늄을 주입함으로써 제작된다.
엔드 링(32)(2개)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전자(11)의 축방향 양단에 마련된다. 엔드 링(32)은, 문자 그대로 링형상(도나츠형상)이다. 엔드 링(32)은, 각 알루미늄 바(30)(외층 알루미늄 바(30a), 내층 알루미늄 바(30b))의 양단에 연결한다.
회전자 철심(11a)은, 고정자 철심(12a)과 마찬가지로 판두께가 0.1 내지 1.5㎜의 전자강판을 소정의 형상으로 타발하고, 축방향으로 적층하여 제작된다. 일반적으로는 회전자 철심(11a)은, 고정자 철심(12a)과 동일한 재료로부터 타발하는 것이 많다. 단, 회전자 철심(11a)과 고정자 철심(12a)의 재료를 바꾸어도 상관없다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 회전자 철심(11a)은, 2중 바구니형상의 회전자 슬롯(40)을 갖는다. 회전자 슬롯(40)은, 외층 슬롯(40a)과 내층 슬롯(40b)으로 이루어진다. 외층 슬롯(40a)은, 반경 방향 외주측에 마련된다. 내층 슬롯(40b)은, 외층 슬롯(40a)의 내측에 마련된다.
회전자 철심(11a)은, 중심 부근에 단면이 원형의 축구멍(31)을 구비한다. 축구멍(31)에는, 회전축(8)의 회전자 고정축(8a)이 수축끼워맞춤 등에 의해 고정된다. 축구멍(31)의 주위에, 단면이 긴구멍형상의 바람구멍(33)이 마련된다. 도 4의 예에서는, 바람구멍(33)은 6개이다. 단, 바람구멍(33)의 개수, 형상, 위치는 임의 라도 좋다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 2중 바구니형상을 구성하는 외층 슬롯(40a)과 내층 슬롯(40b)은 전자강판으로 이루어지는 내주 박육부(41)에 의해 분리되어 있다.
회전자 철심(11a)의 외주면과 외층 슬롯(40a) 사이의 얇은 철심부를 외주 박육부(42)라고 부르기로 한다.
내주 박육부(41) 및 외주 박육부(42)의 지름 방향의 치수는, 회전자 철심(11a)에 사용되는 전자강판의 두께(0.1 내지 1.5㎜)와 개략 동등하다.
도 4에 도시하는 회전자 철심(11a)의 2중 바구니형상의 회전자 슬롯(40)의 수는 30이다. 단, 이것은 한 예이고, 회전자 슬롯(40)의 수가 30으로 한정되는 것이 아니다.
따라서 도 2에 도시하는 전동 요소(13)인 단상 유도 전동기는, 고정자 철심(12a)의 슬롯 수가 24, 회전자 철심(11a)의 슬롯 수가 30의 조합이다.
일반적으로, 바구니형 유도 전동기(3상 및 단상)는, 동기 토오크, 비동기 토오크, 진동·소음 등의 이상(異常) 현상이 있는 것이 알려져 있다. 바구니형 유도 전동기의 이상 현상은, 공극(空隙) 자속밀도중의 공간 고조파에 의해 일어나는 것은 명백한데, 그 공간 고조파가 생기는 원인으로서는 다음 2가지가 생각된다. 하나는 권선의 배치 때문에 기자력(起磁力) 자신중에 포함되는 고조파이고, 다른 것은 홈이 존재하기 때문에 공극의 퍼미언스(자기(磁氣) 저항의 역수(逆數))가 일양하지 않기 때문에 공극 자속밀도중에 포함되는 고조파이다.
이와 같이, 바구니형 유도 전동기에서는, 고정자의 슬롯 수와 회전자의 슬롯 수의 조합이, 동기 토오크, 비동기 토오크, 진동·소음 등의 이상 현상에 밀접하게 관계된다. 그 때문에, 고정자의 슬롯 수와 회전자의 슬롯 수의 조합은, 신중히 선택된다.
2중 바구니형상의 회전자(11)를 갖는 유도 전동기(단상 및 3상)는, 이하에 나타내는 바와 같은 일반적인 특징을 갖는다. 즉, 기동시에는 미끄럼 주파수(회전 자계의 주파수와 회전자(11)의 회전수의 차)가 높아진다. 내층 알루미늄 바(30b)의 누설 자속은, 외층 알루미늄 바(30a)의 누설 자속보다 많아진다. 미끄럼 주파수가 큰 기동시에는, 리액턴스분에 의해 전류 분포가 정해지고, 2차 전류는 외층 알루미늄 바(30a)에 주로 흐른다. 그 때문에, 2차 저항이 커짐에 의해 기동 토오크가 증대하고 기동 특성이 개선된다.
또한 통상 운전시는, 미끄럼 주파수가 낮기 때문에, 2차 전류는 알루미늄 바(30) 전체에 흐르기 때문에, 알루미늄 단면적이 커지고, 2차 저항이 작아진다. 따라서, 2차 동손(銅損)이 낮아짐으로써, 고효율화가 실현될 수 있다는 특성을 갖고 있다.
또한 단상 교류 전원으로 구동되는 단상 유도 전동기는, 3상 교류 전원으로 구동되는 3상 유도 전동기와 비교하면, 기동 토오크가 낮아지는 경향이 있다.
2차 저항을 작게 한 방법으로서 엔드 링(32)의 체적을 크게 하는 방법이 있다. 엔드 링(32)의 체적을 크게 하는 경우, 엔드 링(32)의 외주를, 지름 방향으로 늘리기는 어렵다. 그것은, 엔드 링(32)의 다이캐스트 형(型)이 회전자 철심(11a)의 축방향의 단면(端面)의 외주부 부근을 누르는 누름값(押代)이 필요하기 때문이다. 즉, 엔드 링(32)은, 회전자(11)의 지름 방향의 외측으로 확대할 수 없다.
따라서 체적을 확대시키는 방법으로서는, 높이 방향(축방향)을 확대하는 방법과, 내경측으로 확대하는 방법이 된다.
엔드 링(32)의 높이 방향을 확대하는 경우, 회전자(11)의 적층 방향(축방향)의 길이가 커지기 때문에, 압축기 전동기의 전체 길이가 길어지고, 회전식 압축기(100)의 대형화를 초래하는 과제가 있다.
회전식 압축기(100)에서는, 압축 요소(10)측의 엔드 링(32)은, 압축 요소(10)의 윗축받이(6)가 부근에 존재하기 때문에 축방향으로 늘리지 못한다는 사정이 있다.
또한, 압축 요소(10)와 반대측의 엔드 링(32)은, 그 부근에 기름 분리기가 마련되는 경우가 있고, 그 경우는 압축 요소(10)와 반대측의 엔드 링(32)도 축방향으로 늘리지 못한다.
엔드 링(32)의 체적을 확대시키는 방법중, 높이 방향(축방향)으로 확대하는 방법에 한계가 있다고 하면, 내경측으로 확대할 수밖에 없지만, 엔드 링(32)을 내경측으로 확대하면 회전자(11)에 바람구멍을 마련하는 장소가 없어지는 과제가 있다.
본 실시의 형태의 회전식 압축기(100)는, 회전축(8)의 회전자 고정축(8a)을 윗축받이(6)에 감합하는 회전축(8)의 주축부(8b)보다 가늘게 함에 의해, 엔드 링(32)을 내경측으로 확대하여도 바람구멍(33)을 형성할 수 있도록 한 것이다. 또 한, 엔드 링(32)을 내경측으로 확대시키는 것은, 편측(片側)의 엔드 링(32)만이라도 좋다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 회전식 압축기(100)의 회전축(8)은, 전동 요소(13)의 회전자(11)를 고정하는 회전자 고정축(8a)과, 윗축받이(6)에 감합하는 주축부(8b)와, 롤링 피스톤(9)이 활주 자유롭게 감합하는 편심축부(8d)와, 아랫축받이(7)에 감합하는 부축부(8c)를 구비한다.
회전축(8)의 전동 요소(13)측의 단부(端部)가 회전자 고정축(8a)이고, 이 회전자 고정축(8a)에, 주축부(8b), 편심축부(8d) 및 부축부(8c)가 차례로 연결하여 있다.
회전자 고정축(8a)의 직경을 d1, 주축부(8b)의 직경을 d2라고 하면, d1<d2의 관계를 충족시킨다.
회전축(8)의 회전자 고정축(8a)을 윗축받이(6)에 감합하는 회전축(8)의 주축부(8b)보다 가늘게 함에 의해, 엔드 링(32)을 내경측으로 확대하여도 바람구멍(33)을 형성할 수 있는 예를 도 7 내지 도 11에 의해 설명한다. 또한, 도 7 내지 도 11에서 파선은, 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경을 나타내는 가상선이다.
도 7에 도시하는 회전자(11)는, 바람구멍(33)의 외주가 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경과 개략 일치하는 경우이다. 회전축(8)의 회전자 고정축(8a)을 윗축받이(6)에 감합하는 회전축(8)의 주축부(8b)보다 가늘게 함에 의해, 회전자 고정축(8a)이 주축부(8b)와 동등한 외경의 경우에 비하여 회전자(11)의 축구멍(31)도 작아지기 때문에, 주축부(8b)의 외경과 회전자(11)의 축구멍(31) 사이에 바람구 멍(33)을 형성할 수 있다.
도 7에서는, 6개의 바람구멍(33)을 축구멍(31)의 주위에 형성하고 있다. 바람구멍(33)은 개략 긴구멍형상이다. 단, 바람구멍(33)의 개수, 형상 및 배치는 임의라도 좋다.
이와 같이, 주축부(8b)의 외경과 회전자(11)의 축구멍(31) 사이에 바람구멍(33)을 형성할 수 있기 때문에, 엔드 링(32)을 내경측으로 확대할 수 있다.
링형상(도나츠형상)의 엔드 링(32)의 내경측의 연부를 내경측 연부(32a), 엔드 링(32)의 외경측의 연부를 외경 측연부(32b)라고 한다.
도 13은 비교를 위해 도시하는 도면으로, 회전축(8)의 회전자 고정축(8a)과 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경이 동등한 경우의 회전자(11)의 평면도이다. 이 경우는, 회전자(11)의 축구멍(31)의 내경과 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경이 동등하기 때문에, 도 13에는 주축부(8b)의 가상선은 나타나 있지 않다. 회전자(11)의 바람구멍(33)이 축구멍(31)(주축부(8b))의 외측에 위치하기 때문에, 엔드 링(32)의 내경(D0)은, 도 7의 엔드 링(32)의 내경(D1)보다 커진다.
도 7의 회전자(11)는, 회전축(8)의 회전자 고정축(8a)을 윗축받이(6)에 감합하는 회전축(8)의 주축부(8b)보다 가늘게 함에 의해, 회전자 고정축(8a)이 주축부(8b)와 동등한 외경인 경우에 비하여 회전자(11)의 축구멍(31)도 작아지기 때문에, 주축부(8b)의 외경과 회전자(11)의 축구멍(31) 사이에 바람구멍(33)을 형성할 수 있다. 그 때문에, 엔드 링(32)을 내경측으로 확대할 수 있고, 그 만큼 2차 저항(2중 바구니형 도체의 저항)을 작게 할 수 있다.
2차 저항(R2)을, 알루미늄 바(30)의 저항(Rbar), 엔드 링(32)의 저항(Rring)으로 간략화하여 나타내면 다음 식과 같이 된다.
R2=k1×(Rbar+Rring) … (1)
여기서, k1은 저항 계수이다.
또한, 엔드 링(32)의 저항(Rring)은, 엔드 링(32)의 평균직경(Dr)에 비례하고, 엔드 링(32)의 단면적(Ar)에 반비례한다. 즉,
Rring=k2×Dr/Ar … (2)
여기서, k2는 계수이다.
따라서 엔드 링(32)을 내경측으로 확대하면, 엔드 링(32)의 평균직경(Dr)이 작아짐과 함께, 엔드 링(32)의 단면적(Ar)이 커지기 때문에, 엔드 링(32)의 저항(Rring)이 작아진다.
엔드 링(32)을 내경측으로 확대하여도, 알루미늄 바(30)의 저항(Rbar)은 변화하지 않지만, 엔드 링(32)의 저항(Rring)이 작아짐에 의해, 2차 저항(R2)을 작게 할 수 있다.
2중 바구니형상이 아닌(보통 바구니형) 일반적인 회전자 슬롯 형상을 갖는 회전자를 이용하여, 엔드 링의 단면적을 크게 한 경우, 2차 저항이 낮아짐으로써 통상 운전시의 효율을 개선할 수 있지만, 유도 전동기의 기동 토오크가 낮아지는 과제가 있다.
유도 전동기의 기동 토오크가 낮아지면, 동일한 기동 토오크를 얻기 위해 높은 전원 전압이 필요해진다. 어떠한 원인으로 전원 전압이 낮아진 경우, 유도 전동 기가 기동할 수 없는 경우가 있다.
본 실시의 형태에서는, 2중 바구니 형태의 회전자 슬롯(40)을 갖는 회전자(11)를 이용하고 있다. 그 때문에, 기동 토오크를 확보한 신뢰성이 높은 유도 전동기를 얻음과 함께, 통상 운전시에 고효율의 유도 전동기를 얻을 수 있다. 특히 단상 교류 전원으로 구동되는 단상 유도 전동기에서, 보다 큰 효과를 이룬다. 단상 유도 전동기는, 기동 토오크/정동(停動) 토오크(최대 토오크)가 3상 유도 전동기의 그것에 비하여 작기 때문이다.
단순하게 기동 토오크를 업시키는 다른 방식으로서, 단상 유도 전동기의 보조권선(20b)과 직렬로 접속되는 운전 콘덴서의 용량을 크게 하는 방식이 있다. 또한 운전 콘덴서와 병렬로 기동 콘덴서와 릴레이를 마련하는 등, 단상 유도 전동기의 외부 부착 회로로 대책을 행하는 방식이 있다. 그러나, 어느 방식에서도 비용 상승을 수반한다.
본 실시의 형태에서는, 2중 바구니 형태의 회전자 슬롯(40)을 갖는 회전자(11)를 이용하여 기동 토오크를 업시키기 때문에, 특별한 외부 부착 회로를 사용하지 않아도 좋다. 그 때문에, 운전 콘덴서 등의 회로를 포함한 운전 시스템으로서 저비용의 유도 전동기를 얻을 수 있다.
도 8은 변형예 1의 회전자(11)의 평면도이다. 도 7의 회전자(11)는, 주축부(8b)의 외경과 바람구멍(33)의 외주가 개략 일치하는 구성이지만, 도 8의 변형예 1의 회전자(11)는, 바람구멍(33)이 주축부(8b)의 외경보다 내측에 형성되어 있다.
도 9는 변형예 2의 회전자(11)의 평면도이다. 도 9의 변형예 2의 회전자(11) 는, 바람구멍(33)의 일부가 주축부(8b)의 외경보다 내측에 형성되어 있다.
본 실시의 형태에 있어서의 필수의 구성 요건을 이하에 나타낸다.
(1) 회전축(8)의 회전자 고정축(8a)을 윗축받이(6)에 감합하는 회전축(8)의 주축부(8b)보다 가늘게 한다. 즉, 회전자 고정축(8a)의 외경을 d1, 주축부(8b)의 외경을 d2라고 하면, d1<d2의 관계를 충족시킨다.
(2) 회전자(11)의 바람구멍(33)(개수, 형상은 임의)을, 축구멍(31)의 주위 부근에 마련한다.
(3) 회전자(11)의 각 바람구멍(33)의 적어도 일부가, 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경(d2)보다 내측(회전자(11)의 중심측)에 위치한다. 각 바람구멍(33)의 전체가 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경(d2)보다 내측에 위치하도록 하여도 좋고, 각 바람구멍(33)의 일부가 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경(d2)보다 내측에 위치하도록 하여도 좋다.
(4) 엔드 링(32)의 내경측 연부(32a)를, 바람구멍(33)의 외주 부근까지 근접시킨다.
도 10은 변형예 3의 회전자(11)의 평면도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 바람구멍(33)이 축구멍(31)에 연통하도록 하여도 좋다. 여기서는, 바람구멍(33)이 3개이지만, 그 개수, 형상은 묻지 않는다. 각 바람구멍(33)의 일부가 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경(d2)보다 내측에 위치한다.
도 11은 변형예 4의 회전자(11)의 평면도이다. 이 예는, 바람구멍(33)이 축구멍(31)에 연통하는 것은 도 10과 같지만, 각 바람구멍(33)의 전체가 회전축(8)의 주축부(8b)의 외경(d2)보다 내측에 위치한다.
도 12는 회전식 압축기(100)를 사용하는 냉동 사이클 장치의 구성도이다. 냉동 사이클 장치는, 예를 들면, 공기 조화기이다. 회전식 압축기(100)는 단상 전원(18)에 접속된다. 회전식 압축기(100)의 단상 유도 전동기의 보조권선(20b)과 단상 전원(18) 사이에 운전 콘덴서(60)가 접속된다. 단상 전원(18)으로부터 전력이 회전식 압축기(100)에 공급되고, 회전식 압축기(100)가 구동한다. 냉동 사이클 장치(공기 조화기)는, 회전식 압축기(100), 냉매가 흐르는 방향을 전환하는 4방향 밸브(51), 실외 열교환기(52), 감압 장치(53), 실내 열교환기(54) 등으로 구성된다. 이들이 냉매 배관으로 접속된다.
냉동 사이클 장치(공기 조화기)는, 예를 들면, 냉방 운전시, 도 12의 화살표와 같이 냉매가 흐른다. 실외 열교환기(52)는 응축기가 된다. 또한, 실내 열교환기(54)는 증발기가 된다.
도시는 하지 않지만, 냉동 사이클 장치(공기 조화기)의 난방 운전시는, 냉매는 도 12의 화살표와 반대 방향의 흐름이 된다. 4방향 밸브(51)에 의해, 냉매가 흐르는 방향이 전환된다. 이 때는, 실외 열교환기(52)는 증발기가 된다. 또한, 실내 열교환기(54)는 응축기가 된다.
또한, 냉매로서 R134a, R410a, R407c 등으로 대표되는 HFC계 냉매, 및 , R744(CO2), R717(암모니아), R600a(이소부탄), R290(프로판) 등으로 대표되는 자연 냉매가 사용된다. 냉동기유로서 알킬벤젠계유로 대표되는 약상용성(弱相溶性)의 기 름 또는 에스테르유로 대표되는 상용성(相溶性)의 기름이 사용된다. 압축기에는, 회전식(로터리식) 이외에, 왕복엔진식, 스크롤식 등이 사용 가능하다.
2중 바구니형 회전자를 탑재한 회전식 압축기(100)를 냉동 사이클에 이용함에 의해, 냉동 사이클 장치의 성능의 향상, 소형화, 저가격화가 가능하게 된다.
도 1은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전식 압축기(100)의 종단면도.
도 2는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전식 압축기(100)의 전동 요소(13) 부근의 횡단면도.
도 3은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전자(11)의 사시도.
도 4는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전자 철심(11a)의 횡단면도.
도 5는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 도 4의 A부 확대도.
도 6은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전축(8)의 정면도.
도 7은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전자(11)의 평면도.
도 8은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 변형예 1의 회전자(11)의 평면도.
도 9는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 변형예 2의 회전자(11)의 평면도.
도 10은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 변형예 3의 회전자(11)의 평면도.
도 11은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 변형예 4의 회전자(11)의 평면도.
도 12는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전식 압축기(100)를 사용하는 냉동 사이클 장치의 구성도.
도 13은 비교를 위해 도시하는 도면으로, 회전자(11)의 평면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 몸통부 2 : 윗접시 용기
3 : 아랫접시 용기 4 : 밀폐용기
5 : 실린더 6 : 윗축받이
6a : 윗토출 머플러 7 : 아랫축받이
7a : 아랫토출 머플러 8 : 회전축
8a : 회전자 고정축 8b : 주축부
8c : 부축부 8d : 편심축부
9 : 롤링 피스톤 10 : 압축 요소
11 : 회전자 11a : 회전자 철심
12 : 고정자 12a : 고정자 철심
12b : 고정자 슬롯 12c : 노치
13 : 전동 요소 14 : 흡입 머플러
15 : 흡입관 16 : 토출관
17 : 유리 단자 18 : 단상 전원
20 : 권선 20a : 주권선
20b : 보조권선 21 : 보호 장치
23 : 기름 리턴 통로 30 : 알루미늄 바
30a : 외층 알루미늄 바 30b : 내층 알루미늄 바
31 : 축구멍 32 : 엔드 링
33 : 바람구멍 40 : 회전자 슬롯
40a : 외층 슬롯 40b : 내층 슬롯
51 : 4방향 밸브 52 : 실외 열교환기
53 : 감압 장치 54 : 실내 열교환기
60 : 운전 콘덴서 100 : 회전식 압축기

Claims (7)

  1. 밀폐용기 내에, 고정자와 회전자를 갖는 전동 요소와, 상기 전동 요소로 구동되는 압축 요소를 수납하는 압축기의 상기 전동 요소에 사용되는 압축기용 전동기로서,
    상기 압축 요소의 윗축받이에 감합하는 주축부와, 상기 회전자를 고정하고 외경이 상기 주축부의 외경보다 작은 회전자 고정축을 갖는 회전축을 구비하고,
    상기 회전자는,
    상기 회전자의 개략 중심부에 형성되고, 상기 회전자 고정축에 고정되는 축구멍과,
    상기 축구멍의 주위 부근에 마련되고, 적어도 일부가 상기 회전축의 상기 주축부의 외경보다 내측에 위치하는 바람구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기용 전동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자의 축방향 양단에 마련되고, 내경측 연부가 상기 바람구멍의 외주 부근까지 근접하여 형성되는 엔드 링을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기용 전동기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 회전자는, 2중 바구니형 회전자인 것을 특징으로 하는 압축기용 전동기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 압축기용 전동기는, 단상 유도 전동기인 것을 특징으로 하는 압축기용 전동기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 단상 유도 전동기는, 상기 고정자의 권선에 주권선과 보조권선을 가지며, 상기 보조권선에 운전 콘덴서를 직렬로 접속하는 것을 특징으로 하는 압축기용 전동기.
  6. 밀폐용기 내에, 고정자와 회전자를 갖는 전동 요소와, 상기 전동 요소로 구동되는 압축 요소를 수납하고, 상기 전동 요소에 제 5항에 기재된 압축기용 전동기를 사용하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  7. 적어도 제 6항에 기재된 압축기와, 응축기와, 감압 장치와, 증발기를 냉매 배관으로 접속하여 냉동 사이클을 구성한 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.
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