KR20100095634A - 압축기 - Google Patents

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KR20100095634A
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아즈사 우지하라
야스까즈 나베따니
가즈오 이다
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 오일 저장부의 오일면 끊김을 방지하는 압축기를 제공하는 것이다. 스테이터 코어(41)는, 원통부(45)와, 이 원통부(45)의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 복수의 치형부(46)를 갖는다. 스테이터 코어(41)는, 치형부(46)의 직경 방향 외측에 위치함과 함께 원통부(45)의 외주면으로부터 절결된 오일 통과 홈(45a)을 갖는다.

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 기구부와, 상기 밀폐 용기 내에 배치됨과 함께 상기 압축 기구부를 샤프트를 개재하여 구동하는 모터를 구비하고, 상기 밀폐 용기의 저부에는, 윤활유가 저장된 오일 저장부가 형성되어 있었다(일본 특허 공개 제2001-12374호 공보: 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2001-12374호 공보
그러나, 상기 종래의 압축기에서는, 상기 모터의 상부와 하부를 관통하는 통로가 작으므로, 상기 모터의 상부에 저장된 윤활유는, 상기 모터보다도 하측에 있는 상기 오일 저장부로 복귀되기 어려워져, 상기 오일 저장부의 오일면 끊김이 발생하는 문제가 있었다. 이 오일면 끊김에 의해, 상기 오일 저장부의 윤활유를, 상기 샤프트를 개재하여, 상기 압축 기구부나 상기 모터의 베어링 등의 미끄럼 이동부로 유효하게 보낼 수 없어, 압축기의 신뢰성이 저하되고 있었다. 특히, 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우, 윤활유로서 높은 점도의 윤활유를 사용하게 되기 때문에, 상기 윤활유는, 상기 오일 저장부로 한층 복귀되기 어렵게 되어 있었다.
따라서, 본 발명의 과제는, 상기 오일 저장부의 오일면 끊김을 방지하는 압축기를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 압축기는,
밀폐 용기와,
이 밀폐 용기 내에 배치된 압축 기구부와,
상기 밀폐 용기 내에 배치됨과 함께 상기 압축 기구부를 구동하는 모터를 구비하고,
이 모터는, 로터와, 이 로터의 외주측을 둘러싸도록 배치된 스테이터를 갖고,
이 스테이터의 스테이터 코어는, 원통부와, 이 원통부의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 복수의 치형부를 갖고,
상기 스테이터 코어는, 상기 치형부의 직경 방향 외측에 위치함과 함께 상기 원통부의 외주면으로부터 절결된 오일 통과 홈을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 압축기에 따르면, 상기 스테이터 코어는, 상기 치형부의 직경 방향 외측에 위치함과 함께 상기 원통부의 외주면으로부터 절결된 오일 통과 홈을 가지므로, 윤활유를, 상기 오일 통과 홈을 통과시켜, 오일 저장부로 복귀시킬 수 있어, 상기 오일 저장부의 오일면 끊김을 방지할 수 있다. 특히, 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우, 높은 점도의 윤활유를 사용하게 되지만, 상기 오일 저장부로 유효하게 윤활유를 복귀시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 압축기에서는,
상기 밀폐 용기는 오일 저장부를 갖고,
상기 오일 통과 홈은 상기 오일 저장부측의 일 면과 상기 오일 저장부와 반대측의 다른 면을 관통하고,
상기 오일 통과 홈은 상기 치형부의 직경 방향 외측의 위치의 상기 원통부의 내주에 도달되어 있다.
본 실시 형태의 압축기에 따르면, 상기 오일 통과 홈은, 상기 치형부의 직경 방향 외측의 위치의 상기 원통부의 내주에 도달되어 있으므로, 상기 스테이터 코어의 상기 다른 면측에 저장된 윤활유를, 상기 오일 통과 홈을 통해, 상기 스테이터 코어의 상기 일 면측의 상기 오일 저장부로 복귀시킬 수 있어, 상기 오일 저장부의 오일면 끊김을 방지할 수 있다. 특히, 냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우, 높은 점도의 윤활유를 사용하게 되지만, 상기 오일 저장부로 유효하게 윤활유를 복귀시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 압축기에서는,
상기 스테이터 코어의 상기 다른 면에 관하여,
상기 모든 오일 통과 홈의 면적을 T[㎟]로 하고, 상기 모든 오일 통과 홈의 수력 직경을 D[mm]로 하고, 등가 면적을 M[㎟]으로 하였을 때,
M=(1/4)×π×D2, 및 M/T≥0.4
를 만족한다.
본 실시 형태의 압축기에 따르면, M=(1/4)×π×D2, 및 M/T≥0.4를 만족하므로, 상기 오일 통과 홈을 충분히 확보할 수 있어, 상기 스테이터 코어의 상기 다른 면측에 저장된 윤활유를, 상기 오일 통과 홈을 통해, 상기 스테이터 코어의 상기 일 면측의 상기 오일 저장부로 확실하게 복귀시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 압축기에서는,
상기 치형부의 수는 9개 이상이며,
상기 스테이터 코어에 권회되는 코일은 복수의 치형부에 걸쳐 권취되어 있지 않고 각 치형부에 권취되어 있는 집중 권취형이다.
본 실시 형태의 압축기에 따르면, 상기 치형부의 수는 9개 이상이며, 상기 스테이터 코어에 권회되는 코일은 복수의 치형부에 걸쳐 권취되어 있지 않고 각 치형부에 권취되어 있는 집중 권취형이므로, 모터의 극수가 많아, 스테이터 코어의 원통부의 폭이 작아지지만, 상기 오일 저장부로 유효하게 윤활유를 복귀시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 압축기에서는, 상기 오일 통과 홈의 형상은 평면에서 보아 대략 반원형이다.
본 실시 형태의 압축기에 따르면, 상기 오일 통과 홈의 형상은 평면에서 보아 대략 반원형이므로, 자속의 흐름을 확보하여 모터 효율의 저하를 방지한다.
또한, 일 실시 형태의 압축기에서는, 상기 밀폐 용기 내의 냉매는 이산화탄소이다.
본 실시 형태의 압축기에 따르면, 상기 밀폐 용기 내의 냉매는 이산화탄소이므로, 높은 점도의 윤활유를 사용하게 되지만, 상기 오일 저장부로 유효하게 윤활유를 복귀시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 압축기에서는,
상기 원통부는, 상기 오일 통과 홈과, 인접하는 상기 치형부 사이에 형성된 슬롯부의 직경 방향 외측에 위치하는 코킹부를 갖고,
축에 직교하는 평면에 있어서, 상기 원통부에 외접하는 가상원과 상기 치형부의 폭 방향의 중심선이 교차하는 교점을 지나는 직선 중, 상기 교점으로부터 상기 슬롯부의 윤곽선까지의 거리가 최단으로 되는 방향의 직선을 가상 직선으로 하면,
이 가상 직선 상에 있어서의 상기 오일 통과 홈의 윤곽선과 상기 슬롯부의 윤곽선 사이의 상기 스테이터 코어의 폭은, 상기 치형부의 폭의 1/2 이상이며, 상기 교점으로부터 상기 슬롯부의 윤곽선까지의 최단 거리로부터 4mm를 뺀 값 이하이다.
본 실시 형태의 압축기에 따르면, 상기 스테이터 코어의 폭은, 상기 치형부의 폭의 1/2 이상이며, 상기 최단 거리로부터 4mm를 뺀 값 이하이므로, 자속 통로를 확보하면서 오일 복귀의 통로를 확보할 수 있다.
본 발명의 압축기에 따르면, 상기 스테이터 코어는, 상기 치형부의 직경 방향 외측에 위치함과 함께 상기 원통부의 외주면으로부터 절결된 오일 통과 홈을 가지므로, 윤활유를, 상기 오일 통과 홈을 통과시켜, 오일 저장부로 복귀시킬 수 있어, 상기 오일 저장부의 오일면 끊김을 방지할 수 있다.
본 발명의 압축기에 따르면, 상기 오일 통과 홈은, 상기 치형부의 직경 방향 외측의 위치의 상기 원통부의 내주에 도달되어 있으므로, 상기 스테이터 코어의 상기 다른 면측에 저장된 윤활유를, 상기 오일 통과 홈을 통해, 상기 스테이터 코어의 상기 일 면측의 상기 오일 저장부로 복귀시킬 수 있어, 상기 오일 저장부의 오일면 끊김을 방지할 수 있다.
본 발명의 압축기에 따르면, 상기 스테이터 코어의 폭은, 상기 치형부의 폭의 1/2 이상이며, 상기 최단 거리로부터 4mm를 뺀 값 이하이므로, 자속 통로를 확보하면서 오일 복귀의 통로를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 압축기의 제1 실시 형태를 도시하는 종단면도.
도 2는 압축기의 주요부의 횡단면도.
도 3은 압축기의 주요부의 횡단면도.
도 4는「스테이터 코어 외주의 등가 면적/코어 커트(오일 통과 홈) 면적」과「필요한 등가 면적」에 있어서의 오일 복귀의 양호/불량을 나타내는 표.
도 5는「필요한 등가 면적」과「실제 기계의 등가 면적」의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 압축기의 제2 실시 형태를 도시하는 종단면도.
도 7은 본 발명의 스테이터의 일 실시 형태를 도시하는 평면도.
도 8은 스테이터의 확대도.
도 9는 오일 통과 홈의 모델도.
도 10은 수력 직경과 오일면 높이 저하율의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명의 압축기의 제3 실시 형태를 도시하는 평면도.
도 12는 스테이터 코어의 비교예를 도시하는 평면도.
도 13은 본 발명의 스테이터 코어와 비교예의 스테이터 코어의 효율 저하 지수를 나타내는 그래프.
도 14는 오일 통과 홈이 없는 스테이터 코어에 있어서의 자속 밀도의 분포를 도시하는 설명도.
도 15는 분포 권취형과 집중 권취형의 자속 밀도의 변화를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명을 도시한 실시 형태에 의해 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 본 발명의 압축기의 제1 실시 형태인 종단면도를 도시하고 있다. 이 압축기는, 밀폐 용기(1)와, 이 밀폐 용기(1) 내에 배치된 압축 기구부(2) 및 모터(3)를 구비하고 있다. 이 압축기는, 로터리 압축기이다.
상기 밀폐 용기(1)의 하측 측방에, 흡입관(11)을 접속하는 한편, 밀폐 용기(1)의 상측에 토출관(12)을 접속하고 있다. 상기 흡입관(11)으로부터 공급되는 냉매는, 상기 압축 기구부(2)의 흡입측으로 유도된다. 이 냉매는 이산화탄소이지만, R410A나 R22 등이어도 된다.
상기 모터(3)는, 상기 압축 기구부(2)의 상측에 배치되고, 상기 압축 기구부(2)를 회전축(4)을 개재하여 구동한다. 상기 모터(3)는, 상기 압축 기구부(2)로부터 토출된 고압의 냉매가 가득 채워지는 상기 밀폐 용기(1) 내의 고압 영역에 배치되어 있다.
상기 밀폐 용기(1) 내의 하부에는, 윤활유가 저장된 오일 저장부(10)가 형성되어 있다. 이 윤활유는, 오일 저장부(10)로부터, 상기 회전축(4)에 설치된(도시하지 않음) 오일 통로를 통과하여, 상기 압축 기구부(2)나 상기 모터(3)의 베어링 등의 미끄럼 이동부로 이동하여, 이 미끄럼 이동부를 윤활한다.
냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우, 윤활유로서 높은 점도의 윤활유를 사용한다. 이 윤활유로서는, 점도가 40℃에 있어서 5 내지 300cSt의 윤활유를 사용한다. 윤활유는, 예를 들어, (폴리에틸렌글리콜이나 폴리프로필렌글리콜 등의) 폴리알킬렌글리콜유나, 에테르유나, 에스테르유나, 광유이다.
상기 압축 기구부(2)는, 실린더 형상의 본체부(20)와, 이 본체부(20)의 상하의 개구 단부의 각각에 장착된 상단부(8) 및 하단부(9)를 구비한다.
상기 회전축(4)은, 상단부(8) 및 하단부(9)를 관통하여, 본체부(20)의 내부에 삽입되어 있다. 상기 회전축(4)은, 압축 기구부(2)의 상단부(8)에 설치된 베어링(21)과, 압축 기구부(2)의 하단부(9)에 설치된 베어링(22)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
상기 본체부(20) 내의 회전축(4)에 크랭크 핀(5)이 설치되고, 이 크랭크 핀(5)에 끼워 맞추어져 구동되는 피스톤(6)과 그것에 대응하는 실린더와의 사이에 형성된 압축실(7)에 의해 압축을 행한다. 피스톤(6)은, 편심한 상태에서 회전하거나, 또는 공전 운동을 행하여 압축실(7)의 용적을 변화시킨다.
상기 모터(3)는, 상기 회전축(4)에 고정된 원통 형상의 로터(30)와, 상기 로터(30)의 외주측을 둘러싸도록 배치된 스테이터(40)를 갖는다. 상기 스테이터(40)는, 상기 로터(30)의 직경 방향 외측에 에어 갭을 개재하여 배치되어 있다. 즉, 상기 모터(3)는, 이너 로터형의 모터이다.
상기 스테이터(40)는, 상기 밀폐 용기(1)에, 용접에 의해 고정되어 있다. 이 용접 개소는, 상기 스테이터(40)의 상하 2 단면에서 각 3군데에 설치되어 있다. 또한, 용접수는, 상기 모터(3)의 중량이나 고유 진동수 등에 의해 결정하면 되고, 또한, 상기 스테이터(40)의 상기 밀폐 용기(1)에의 고정 방법은 압입이나 가열 끼움이어도 된다.
상기 로터(30)는, 로터 코어(31)와, 이 로터 코어(31)에 축 방향으로 매립됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 자석(32)을 갖는다.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 스테이터(40)는, 상기 밀폐 용기(1)의 내면에 접촉하는 스테이터 코어(41)와, 이 스테이터 코어(41)에 권회된 코일(42)을 갖는다.
상기 스테이터 코어(41)는, 원통부(45)와, 이 원통부(45)의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 9개의 치형부(46)를 갖는다.
상기 코일(42)은, 복수의 상기 치형부(46)에 걸쳐 권취되어 있지 않고 각 치형부(46)에 권취되어 있는 집중 권취형이다. 또한, 도 2에서는, 상기 코일(42)을 일부만 그리고 있다.
상기 스테이터 코어(41)는, 내주측으로 개구함과 함께 둘레 방향으로 배열된 9개의 슬롯부(47)를 갖는다. 즉, 이 슬롯부(47)는, 인접하는 상기 치형부(46)의 사이에 형성된다.
상기 스테이터 코어(41)는, 적층된 복수의 전자기 강판을 포함한다. 상기 스테이터 코어(41)는, 상기 복수의 전자기 강판을 서로 고정하는 코킹부(48)를 갖는다. 이 코킹부(48)는, 원통부(45)에 설치되어 있다. 상기 코킹부(48)는, 상기 슬롯부(47)의 직경 방향 외측에 위치하고 있다.
상기 스테이터 코어(41)는, 상기 오일 저장부(10)측의 일 면(하면)(41a)과 상기 오일 저장부(10)와 반대측의 다른 면(상면)(41b)을 관통하는 복수의 오일 통과 홈(45a)을 갖는다.
이 오일 통과 홈(45a)은, 상기 치형부(46)의 직경 방향 외측의 위치에, 상기 원통부(45)의 외주면으로부터 절결된 절결부이며, 상기 치형부(46)의 직경 방향 외측의 위치의 상기 원통부(45)의 내주에 도달되어 있다.
이 오일 통과 홈(45a)은, 상기 치형부(46)에 대응하여 9개 형성되어 있다. 오일 통과 홈(45a)은 대략 반원형으로 형성되고, 냉매나 오일을 통과시키는 통로로 이용된다.
이 오일 통과 홈(45a)은, 오목 홈이나 D 커트면 등의 소위 코어 커트에 의해 형성되어 있다. 오일 통과 홈(45a)은, 코어 커트의 내면과 밀폐 용기(1)의 내면으로 둘러싸인 공간이다.
상기 스테이터 코어(41)의 상기 다른 면(41b)에 관하여, 상기 모든 오일 통과 홈(45a)의 면적을 T[㎟]로 하고, 상기 모든 오일 통과 홈(45a)의 수력 직경을 D[mm]로 하고, 등가 면적을 M[㎟]으로 하였을 때, M=(1/4)×π×D2, 및 M/T≥0.4를 만족한다.
여기서, 수력 직경(D)은, 스테이터 코어(41)의 다른 면(41b)에 있어서, 모든 오일 통과 홈(45a)의 면적을 A[㎟]로 하고, 모든 오일 통과 홈(45a)의 둘레 길이를 B[mm]로 하였을 때, 4×A/B로 나타내어진다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 동그라미 내의 숫자 1 내지 9의 오일 통과 홈(45a)에 있어서, 각각의 면적을 A1 내지 A9로 하고, 각각의 둘레 길이를 B1 내지 B9로 하면, 수력 직경(D)은, 4×(A1/B1+A2/B2+A3/B3+A4/B4+A5/B5+A6/B6+A7/B7+A8/B8+A9/B9)로 나타내어진다.
다음에, 도 4에,「스테이터 코어 외주의 등가 면적과 코어 커트(오일 통과 홈) 면적의 비율」과,「필요한 등가 면적」에 있어서의 오일 복귀의 양호/불량을 나타낸다. 「스테이터 코어 외주의 등가 면적/코어 커트 면적」은, 상기 식(M/T)에 상당한다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이,「스테이터 코어 외주의 등가 면적/코어 커트 면적」이 0.4 이상일 때, 오일 복귀의 평가는, 전체에 있어서 「○」로 되고, 0.4 미만일 때, 오일 복귀의 평가는, 적어도 하나에 있어서 「×」로 된다.
여기서,「○」라 함은, 육안으로, 실제 기계의 오일 저장부로 오일이 복귀되는 것을 확인하는 한편,「×」라 함은, 육안으로, 실제 기계의 오일 저장부로 오일이 복귀되지 않는 것을 확인한다.
또한, 상기「필요한 등가 면적」은, 하기의 실험식으로부터 산출하였다.
S=K×V×ηN
(S: 필요한 등가 면적[㎟], V: 실린더(밀폐 용기)의 용적[cc], η: 오일 점도[cSt], N≒4, K=1×e-7)
즉, 압축기에 있어서 스테이터 코어 외주에 필요한 등가 면적은 실린더의 용적에 비례하고, 윤활유의 점도의 약 4 제곱에 비례하고 있다.
상기 상수 N, K의 값은, 도 5로부터 구하였다. 도 5는,「필요한 등가 면적」과「실제 기계의 등가 면적」의 관계를 나타낸다. 도 5에서는, HFC 냉매를 사용한 실제 기계와, CO2 냉매를 사용한 실제 기계를 플롯하고 있다.
상기 구성의 압축기에 따르면, 상기 오일 통과 홈(45a)은, 상기 치형부(46)의 직경 방향 외측의 위치에, 상기 원통부(45)의 외주면으로부터 절결된 절결부이며, 상기 치형부(46)의 직경 방향 외측의 위치의 상기 원통부(45)의 내주에 도달되어 있으므로, 상기 스테이터 코어(41)의 상기 다른 면(41b)측에 저장된 윤활유를, 상기 오일 통과 홈(45a)을 통과시켜, 상기 스테이터 코어(41)의 상기 일 면(41a)측의 상기 오일 저장부(10)로 복귀시킬 수 있어, 상기 오일 저장부(10)의 오일면 끊김을 방지할 수 있다.
또한, M=(1/4)×π×D2, 및 M/T≥0.4를 만족하므로, 상기 오일 통과 홈(45a)을 충분히 확보할 수 있어, 상기 스테이터 코어(41)의 상기 다른 면(41b)측에 저장된 윤활유를, 상기 오일 통과 홈(45a)을 통과시켜, 상기 스테이터 코어(41)의 상기 일 면(41a)측의 상기 오일 저장부(10)로 확실하게 복귀시킬 수 있다.
또한, 상기 치형부(46)의 수는 9개 이상이며, 상기 스테이터 코어(41)에 권회되는 코일(42)은 복수의 치형부(46)에 걸쳐 권취되어 있지 않고 각 치형부(46)에 권취되어 있는 집중 권취형이므로, 모터의 극수가 많아, 스테이터 코어(41)의 원통부(45)의 폭이 작아지지만, 상기 오일 저장부(10)로 유효하게 윤활유를 복귀시킬 수 있다.
또한, 상기 오일 통과 홈(45a)의 형상은 평면에서 보아 대략 반원형이므로, 자속의 흐름을 확보하여 모터 효율의 저하를 방지한다.
또한, 상기 밀폐 용기(1) 내의 냉매는 이산화탄소이므로, 높은 점도의 윤활유를 사용하게 되지만, 상기 오일 저장부(10)로 유효하게 윤활유를 복귀시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 6은, 본 발명의 압축기의 제2 실시 형태인 종단면도를 도시하고 있다. 이 압축기는, 밀폐 용기(1)와, 이 밀폐 용기(1) 내에 배치된 압축 기구부(2) 및 모터(103)를 구비하고 있다. 이 압축기는, 로터리 압축기이다.
상기 밀폐 용기(1)의 하측 측방에, 흡입관(11)을 접속하는 한편, 밀폐 용기(1)의 상측에 토출관(12)을 접속하고 있다. 상기 흡입관(11)으로부터 공급되는 냉매는, 상기 압축 기구부(2)의 흡입측으로 유도된다. 이 냉매는, 이산화탄소이지만, R1410A나 R22 등이어도 된다.
상기 모터(103)는, 상기 압축 기구부(2)의 상측에 배치되고, 상기 압축 기구부(2)를 회전축(4)을 개재하여 구동한다. 상기 모터(103)는, 상기 압축 기구부(2)로부터 토출된 고압의 냉매가 가득 채워지는 상기 밀폐 용기(1) 내의 고압 영역에 배치되어 있다.
상기 밀폐 용기(1) 내의 하부에는, 윤활유가 저장된 오일 저장부(10)가 형성되어 있다. 이 윤활유는, 오일 저장부(10)로부터, 상기 구동축(4)에 설치된(도시하지 않음) 오일 통로를 통과하여, 상기 압축 기구부(2)나 상기 모터(103)의 베어링 등의 미끄럼 이동부로 이동하여, 이 미끄럼 이동부를 윤활한다.
냉매로서 이산화탄소를 사용하는 경우, 윤활유로서 높은 점도의 윤활유를 사용한다. 윤활유는, 예를 들어, (폴리에틸렌글리콜이나 폴리프로필렌글리콜 등의) 폴리알킬렌글리콜유나, 에테르유나, 에스테르유나, 광유이다.
상기 압축 기구부(2)는, 실린더 형상의 본체부(20)와, 이 본체부(20)의 상하의 개구 단부의 각각에 장착된 상단부(8) 및 하단부(9)를 구비한다.
상기 회전축(4)은, 상단부(8) 및 하단부(9)를 관통하여, 본체부(20)의 내부에 삽입되어 있다. 상기 회전축(4)은, 압축 기구부(2)의 상단부(8)에 설치된 베어링(21)과, 압축 기구부(2)의 하단부(9)에 설치된 베어링(22)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
상기 본체부(20) 내의 회전축(4)에 크랭크 핀(5)이 설치되고, 이 크랭크 핀(5)에 끼워 맞추어져 구동되는 피스톤(6)과 그것에 대응하는 실린더와의 사이에 형성된 압축실(7)에 의해 압축을 행한다. 피스톤(6)은, 편심한 상태에서 회전하거나, 또는 공전 운동을 행하여 압축실(7)의 용적을 변화시킨다.
상기 모터(103)는, 상기 회전축(4)에 고정된 원통 형상의 로터(30)와, 상기 로터(30)의 외주측을 둘러싸도록 배치된 스테이터(140)를 갖는다. 상기 스테이터(140)는, 상기 로터(30)의 직경 방향 외측에 에어 갭을 개재하여 배치되어 있다. 즉, 상기 모터(103)는, 이너 로터형의 모터이다.
상기 스테이터(140)는, 상기 밀폐 용기(1)에, 용접에 의해 고정되어 있다. 이 용접 개소는, 상기 스테이터(140)의 상하 2 단면에서 각 3개소에 설치되어 있다. 또한, 용접수는, 상기 모터(103)의 중량이나 고유 진동수 등에 의해 결정하면 되고, 또한, 상기 스테이터(140)의 상기 밀폐 용기(1)에의 고정 방법은 압입이나 가열 끼움이어도 된다.
상기 로터(30)는, 로터 코어(31)와, 이 로터 코어(31)에 축 방향으로 매립됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 자석(32)을 갖는다.
도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 스테이터(140)는, 스테이터 코어(141)와, 이 스테이터 코어(141)에 권회된 코일(142)을 갖는다.
상기 스테이터 코어(141)는, 원통부(145)와, 이 원통부(145)의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 9개의 치형부(146)를 갖는다.
상기 코일(142)은, 복수의 상기 치형부(146)에 걸쳐 권취되어 있지 않고 각 치형부(146)에 권취되어 있는 집중 권취형이다. 또한, 도 7에서는, 상기 코일(142)을 일부만 그리고 있다.
상기 스테이터 코어(141)는, 내주측으로 개구함과 함께 둘레 방향으로 배열된 9개의 슬롯부(147)를 갖는다. 즉, 이 슬롯부(147)는, 인접하는 상기 치형부(146)의 사이에 형성된다.
상기 스테이터 코어(141)는, 적층된 복수의 전자기 강판을 포함한다. 상기 스테이터 코어(141)는, 상기 복수의 전자기 강판을 서로 고정하는 코킹부(148)를 갖는다. 이 코킹부(148)는, 원통부(145)에 설치되어 있다. 상기 코킹부(148)는, 상기 슬롯부(147)의 직경 방향 외측에 위치하고 있다.
상기 원통부(145)에는, 상기 치형부(146)의 직경 방향 외측에, 외주면으로부터 절결된 오일 통과 홈(145a)을 갖는다. 이 오일 통과 홈(145a)은, 상기 치형부(146)에 대응하여 9개 형성되어 있다. 이 오일 통과 홈(145a)은 대략 반원형으로 형성되고, 냉매나 오일을 통과시키는 통로로 이용된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 스테이터 코어(141)의 축에 직교하는 평면에 있어서, 상기 원통부(145)에 외접하는 가상원(C)과 상기 치형부(146)의 폭 방향의 중심선(M)이 교차하는 교점(O)을 지나는 직선 중, 상기 교점(O)으로부터 상기 슬롯부(147)의 윤곽선까지의 거리가 최단으로 되는 방향의 직선을, 가상 직선(A)으로 하면, 이 가상 직선(A) 상에 있어서의 상기 오일 통과 홈(145a)의 윤곽선과 상기 슬롯부(147)의 윤곽선 사이의 상기 스테이터 코어(141)의 폭(b)은, 상기 치형부(146)의 폭(T)의 1/2 이상이며, 상기 교점(O)으로부터 상기 슬롯부(147)의 윤곽선까지의 최단 거리(a)로부터 4mm를 뺀 값 이하이다. 상기 치형부(146)의 폭(T)은, 상기 중심선(M)에 직교하는 방향의 길이이다.
따라서, 상기 스테이터 코어(141)의 폭(b)은, 상기 치형부(146)의 폭(T)의 1/2 이상이며, 상기 최단 거리(a)로부터 4mm를 뺀 값 이하이므로, 자속 통로를 확보하면서 오일 복귀의 통로를 확보할 수 있다.
이에 반해, 상기 스테이터 코어(141)의 폭(b)이, 상기 치형부(146)의 폭(T)의 1/2 미만인 경우, 상기 스테이터 코어(141)의 폭(b)이 좁아져 자속 통로를 확보할 수 없다. 한편, 상기 스테이터 코어(141)의 폭(b)이, 상기 최단 거리(a)로부터 4mm를 뺀 값을 넘으면, 상기 오일 통과 홈(145a)이 좁아져 오일 복귀의 통로를 확보할 수 없다.
여기서, 상기 폭(b)이 상기 최단 거리(a)로부터 4mm를 뺀 값 이하인 근거를 설명한다. 도 8의 오일 통과 홈(145a)을, 도 9에 도시한 바와 같이 반원으로 간주한다. d를 수력 직경으로 하고, r을 반원(오일 통과 홈)의 반경으로 하고, S를 반원(오일 통과 홈)의 면적으로 하고, L을 반원(오일 통과 홈)의 둘레 길이로 하면, 이하의 수학식 1 내지 수학식 3이 성립된다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
도 10에 나타낸 바와 같이, 수력 직경(d)은 5mm 이상 필요하다. 즉, 도 10은, 수력 직경과 오일면 높이 저하율의 관계를 나타낸다. 세로축에, 오일면 높이 저하율을 나타내고, 세로축의 하측일수록 오일면 높이가 저하되어 있다. 그리고, 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수력 직경이 5mm보다도 작으면, 오일면 높이가 극단적으로 저하되어 있다. 바꾸어 말하면, 수력 직경이 작으면 오일 복귀성이 나빠지기 때문에 오일면을 확보할 수 없다. 따라서, 수력 직경은, 5mm보다 큰 값이 필요하다.
그리고, 상기한 수학식 1 내지 수학식 3에 의해, 반경 r은 4mm 이상 필요하게 된다. 따라서, 도 8에 도시한 바와 같이, b=a-r≤a-4mm로 되어, 상기 폭(b)은 상기 최단 거리(a)로부터 4mm를 뺀 값 이하로 된다.
또한, 상기 구성의 모터에 따르면, 상기 스테이터(140)를 구비하므로, 자속 통로를 확보하여 효율 저하를 방지함과 함께, 오일 복귀의 통로를 확보하여 오일면 끊김을 방지한다.
또한, 상기 구성의 압축기에 따르면, 상기 모터(103)를 구비하므로, 자속 통로를 확보하여 효율 저하를 방지함과 함께, 오일 복귀의 통로를 확보하여 오일면 끊김을 방지한다.
또한, 상기 밀폐 용기(1) 내의 냉매는 이산화탄소이므로, 높은 점도의 윤활유를 사용하게 되지만, 이 윤활유를, 상기 밀폐 용기(1) 내의 오일 저장부(10)로 확실하게 복귀시킬 수 있어, 오일면 끊김을 확실하게 방지할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 11은, 본 발명의 압축기의 제3 실시 형태인 평면도를 도시하고 있다. 상기 제1, 상기 제2 실시 형태와 상이한 점을 설명하면, 본 제3 실시 형태에서는, 스테이터의 구성이 상이하다. 또한, 그 밖의 구조는, 상기 제1, 상기 제2 실시 형태와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 스테이터(240)는, 스테이터 코어(241)와, 이 스테이터 코어(241)에 권회된 코일(242)을 갖는다.
상기 스테이터 코어(241)는, 원통부(245)와, 이 원통부(245)의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 9개의 치형부(246)를 갖는다.
상기 코일(242)은, 복수의 상기 치형부(246)에 걸쳐 권취되어 있지 않고 각 치형부(246)에 권취되어 있는 집중 권취형이다. 또한, 도 11에서는, 상기 코일(242)을 일부만 그리고 있다.
상기 스테이터 코어(241)는, 내주측으로 개구함과 함께 둘레 방향으로 배열된 9개의 슬롯부(247)를 갖는다. 즉, 이 슬롯부(247)는, 인접하는 상기 치형부(246)의 사이에 형성된다.
상기 스테이터 코어(241)는, 적층된 복수의 전자기 강판을 포함한다. 상기 스테이터 코어(241)는, 상기 복수의 전자기 강판을 서로 고정하는 코킹부(248)를 갖는다. 이 코킹부(248)는, 원통부(245)에 설치되어 있다. 상기 코킹부(248)는, 상기 치형부(246)의 직경 방향 외측에 위치하고 있다.
상기 원통부(245)에는, 상기 치형부(246)의 직경 방향 외측에, 외주면으로부터 절결된 오일 통과 홈(245a)을 갖는다. 이 오일 통과 홈(245a)은, 상기 코킹부(248)의 직경 방향 외측에 배치되고, 상기 원통부(245)의 내주에 도달되어 있지 않다. 오일 통과 홈(245a)은, 상기 치형부(246)에 대응하여 9개 형성되어 있다. 오일 통과 홈(245a)은 대략 반원형으로 형성되고, 냉매나 오일을 통과시키는 통로로 이용된다.
도 12에, 비교예로서의 스테이터 코어(341)를 도시한다. 이 스테이터 코어(341)는, 도 11의 스테이터 코어(241)와 비교하여, 오일 통과 홈(345a)의 형상이 상이하다. 이 오일 통과 홈(345a)의 형상은 평면에서 보아 둘레 방향의 길이가 직경 방향의 길이보다도 긴 대략 직사각형 형상으로 형성되어 있다.
도 13에, 도 11의 스테이터 코어(241)(이하, 본 발명이라 함)와, 도 12의 스테이터 코어(341)(이하, 비교예라 함)의 효율 저하 지수를 비교한 그래프를 나타낸다. 여기서, 효율 저하 지수라 함은, 원통부에 오일 통과 홈의 절결이 없는 스테이터 코어를 사용하였을 때의 모터 효율로부터의 저하 지수를 말한다. 효율 저하 지수가 작을수록 모터 효율의 저하는 작다.
도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은, 비교예에 비하면 효율 저하 지수가 작고, 모터 효율의 저하가 작다. 즉, 본 발명은, 비교예에 비하면 모터 효율은 크다.
이 이유를 설명하면, 도 14에, 원통부(445)에 오일 통과 홈의 절결이 없는 스테이터 코어(441)를 나타내고, 이 스테이터 코어(441)에서는, 치형부(446)의 직경 방향 외측에 위치하는 동그라미로 둘러싸는 영역(A)의 자속 밀도가 낮고, 슬롯부(447)의 직경 방향 외측에 위치하는 동그라미로 둘러싸는 영역(B)의 자속 밀도가 높다.
즉, 본 발명에서는, 오일 통과 홈(245a)을 반원형으로 함으로써, 자속 밀도가 낮은 영역(A)을 효율적으로 커트하게 되기 때문에 모터 효율의 저하가 작다. 한편, 비교예에서는, 오일 통과 홈(345a)을 직사각형으로 함으로써, 영역(A)과 함께, 자속 밀도가 높은 영역(B)을 커트하게 되기 때문에 모터 효율의 저하가 커진다.
다음에, 도 15에, 분포 권취형과 집중 권취형의 자속 밀도의 변화를 나타낸다. 즉, 도 14의 스테이터 코어(441)를 사용하여, 코일을, 복수의 치형부에 걸쳐 권취한, 소위 분포 권취형으로 한 경우와, 도 14의 스테이터 코어(441)를 사용하여 코일을 집중 권취형으로 한 경우에 있어서, 전기각과 자속 밀도의 관계를 나타낸다.
도 15에서는, 흰색의 마름모로, 분포 권취형에 있어서의 슬롯부의 직경 방향 외측의 자속 밀도를 나타내고, 검정색의 마름모로, 분포 권취형에 있어서의 치형부의 직경 방향 외측의 자속 밀도를 나타내며, 검정색 동그라미로, 집중 권취형에 있어서의 슬롯부의 직경 방향 외측의 자속 밀도를 나타내고, 흰색 동그라미로, 집중 권취형에 있어서의 치형부의 직경 방향 외측의 자속 밀도를 나타낸다.
도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 분포 권취형에 있어서, 치형부의 직경 방향 외측의 자속 밀도의 변화 폭과, 슬롯부의 직경 방향 외측의 자속 밀도의 변화 폭에는, 차이는 없다. 이로 인해, 오일 통과 홈을, 치형부의 직경 방향 외측 및 슬롯부의 직경 방향 외측 중 어느 쪽에 형성하여도 효율 저하는 변함없다.
한편, 집중 권취형에 있어서, 치형부의 직경 방향 외측의 자속 밀도의 변화 폭은, 슬롯부의 직경 방향 외측의 자속 밀도의 변화 폭에 비해 작다. 이로 인해, 오일 통과 홈을, 치형부의 직경 방향 외측에 형성함으로써, 전체로서의 효율 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.
본 제3 실시 형태(도 13 및 도 15)의 작용 효과는, 오일 통과 홈이 반원형인 것, 및 코일은 집중 권취형인 것으로부터, 상기 제1, 상기 제2 실시 형태에도 적합하다.
또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 제1 내지 상기 제3 실시 형태의 특징점을 다양하게 조합하여도 된다. 또한, 압축 기구부로서, 로터리 타입 이외에, 스크롤 타입이나 레시프로 타입을 사용하여도 된다. 또한, 오일 통과 홈의 형상이나 위치나 수량은, 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다.

Claims (7)

  1. 밀폐 용기(1)와,
    이 밀폐 용기(1) 내에 배치된 압축 기구부(2)와,
    상기 밀폐 용기(1) 내에 배치됨과 함께 상기 압축 기구부(2)를 구동하는 모터(3, 103)를 구비하고,
    이 모터(3, 103)는, 로터(30)와, 이 로터(30)의 외주측을 둘러싸도록 배치된 스테이터(40, 140, 240)를 갖고,
    이 스테이터(40, 140, 240)의 스테이터 코어(41, 141, 241)는, 원통부(45, 145, 245)와, 이 원통부(45, 145, 245)의 내주면으로부터 직경 방향 내측으로 돌출됨과 함께 둘레 방향으로 배열된 복수의 치형부(46, 146, 246)를 갖고,
    상기 스테이터 코어(41, 141, 241)는, 상기 치형부(46, 146, 246)의 직경 방향 외측에 위치함과 함께 상기 원통부(45, 145, 245)의 외주면으로부터 절결된 오일 통과 홈(45a, 145a, 245a)을 갖는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀폐 용기(1)는 오일 저장부(10)를 갖고,
    상기 오일 통과 홈(45a)은 상기 오일 저장부(10)측의 일 면(41a)과 상기 오일 저장부(10)와 반대측의 다른 면(41b)을 관통하고,
    상기 오일 통과 홈(45a)은 상기 치형부(46)의 직경 방향 외측의 위치의 상기 원통부(45)의 내주에 도달되어 있는 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스테이터 코어(41)의 상기 다른 면(41b)에 관하여,
    상기 모든 오일 통과 홈(45a)의 면적을 T[㎟]로 하고, 상기 모든 오일 통과 홈(45a)의 수력 직경을 D[mm]로 하고, 등가 면적을 M[㎟]으로 하였을 때,
    M=(1/4)×π×D2, 및 M/T≥0.4
    를 만족하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치형부(46)의 수는 9개 이상이며,
    상기 스테이터 코어(41)에 권회되는 코일(42)은 복수의 치형부(46)에 걸쳐 권취되어 있지 않고 각 치형부(46)에 권취되어 있는 집중 권취형인 것을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오일 통과 홈(45a)의 형상은 평면에서 보아 대략 반원형인 것을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀폐 용기(1) 내의 냉매는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 압축기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 원통부(145)는, 상기 오일 통과 홈(145a)과, 인접하는 상기 치형부(146) 사이에 형성된 슬롯부(147)의 직경 방향 외측에 위치하는 코킹부(148)를 갖고,
    축에 직교하는 평면에 있어서, 상기 원통부(145)에 외접하는 가상원(C)과 상기 치형부(146)의 폭 방향의 중심선(M)이 교차하는 교점(O)을 지나는 직선 중, 상기 교점(O)으로부터 상기 슬롯부(147)의 윤곽선까지의 거리가 최단으로 되는 방향의 직선을 가상 직선(A)으로 하면,
    이 가상 직선(A) 상에 있어서의 상기 오일 통과 홈(145a)의 윤곽선과 상기 슬롯부(147)의 윤곽선 사이의 상기 스테이터 코어(141)의 폭(b)은, 상기 치형부(146)의 폭(T)의 1/2 이상이며, 상기 교점(O)으로부터 상기 슬롯부(147)의 윤곽선까지의 최단 거리(a)로부터 4mm를 뺀 값 이하인 것을 특징으로 하는 압축기.
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