KR20110132852A

KR20110132852A - 전동식스크롤압축기 모터의 구조

Info

Publication number: KR20110132852A
Application number: KR1020100052421A
Authority: KR
Inventors: 이정경; 구인회; 여형기; 이제희; 이건호
Original assignee: 학교법인 두원학원; 주식회사 두원전자
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-12-09

Abstract

본 발명은, 냉매가 흡입되는 냉매흡입구 및 흡입된 냉매가 압축되어 배출되는 냉매토출구가 형성된 하우징의 내부에 환형으로 배치된 고정자와, 고정자의 내측에 위치하여 회전하는 회전자를 포함하며, 하우징의 내부면과 대면하는 고정자의 외주면에는 냉매흡입구를 통하여 흡입된 냉매가 유입되어 고정자를 냉각하는 복수 개의 냉각홈들이 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조를 제공한다.
따라서, 전식스크롤압축기 모터의 고정자에 냉매가 유입될 수 있는 복수 개의 냉각홈들을 형성하여 냉각유로를 확보함으로써, 모터의 냉각성을 향상시켜 성능을 향상시킬 수 있으며, 이와 함께 무게도 저감할 수 있다.

Description

전동식스크롤압축기 모터의 구조 {Structure of motor in electromotive scroll compressor}

본 발명은 전동식스크롤압축기 모터의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 전동식스크롤압축기는, 냉매가 유입되는 냉매유입구 및 유입된 상기 냉매가 압축되어 배출되는 냉매토출구가 형성된 하우징과, 회전력이 발생되는 모터와, 상기 모터에 의하여 선회운동을 하는 선회스크롤과, 상기 하우징과 결합하여 그 위치가 고정되어 있으며 상기 선회스크롤과의 사이에 압축실을 형성하는 고정스크롤을 구비하여 상기 냉매를 압축하는 스크롤압축부를 포함한다. 상기 모터는 상기 하우징의 내부에 위치하고 환형으로 형성된 고정자와, 상기 고정자의 내측에 위치하는 회전자를 포함하며, 상기 회전자의 중심부에는 상기 회전자와 일체로 연동되면서 회전하는 구동축이 축결합되어 있다.

한편, 상기한 전동식스크롤압축기의 모터는, 그 특성상 열이 많이 발생하게 되는데, 이러한 열은 전동식스크롤압축기 모터의 신뢰성 및 압축기의 성능에 크게 영향을 미치는 요인이 된다.

그런데, 종래의 전동식스크롤압축기의 모터는, 모터에서 발생하는 열을 충분히 냉각시킬 수 있는 구조가 아니기 때문에, 모터의 성능저하를 초래하는 문제점이 있었다.

본 발명은, 전동식스크롤압축기 모터에 냉각유로를 확보하여 모터의 냉각성을 향상시키고, 이와 더불어 무게를 저감할 수 있는 전동식스크롤압축기 모터의 구조를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 냉매가 흡입되는 냉매흡입구 및 상기 흡입된 냉매가 압축되어 배출되는 냉매토출구가 형성된 하우징의 내부에 환형으로 배치된 고정자와, 상기 고정자의 내측에 위치하여 회전하는 회전자를 포함하며, 상기 하우징의 내부면과 대면하는 상기 고정자의 외주면에는 상기 냉매흡입구를 통하여 흡입된 상기 냉매가 유입되어 상기 고정자를 냉각하는 복수 개의 냉각홈들이 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조를 제공한다.

따라서, 본 발명은 전동식스크롤압축기 모터의 고정자에 냉매가 유입될 수 있는 복수 개의 냉각홈들을 형성하여 냉각유로를 확보함으로써, 모터의 냉각성을 향상시켜 성능을 향상시킬 수 있으며, 이와 함께 무게도 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식스크롤압축기 모터를 나타내는 정단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 2의 고정자에서 분할코어와 분할코어에 형성된 냉각홈을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 2의 냉각홈의 다양한 실시예들을 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식스크롤압축기 모터를 나타내는 정단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 고정자(510)에서 분할코어와 분할코어에 형성된 냉각홈을 나타내는 도면이며, 도 4 내지 도 6은 도 2의 냉각홈의 다양한 실시예들을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전동식스크롤압축기(800)는, 전기에 의하여 구동력을 공급받는 것으로서, 하우징(100)과, 구동축(530)을 포함하고 회전력이 발생되는 모터(500)와, 상기 모터(500)로부터 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 스크롤압축부(700)를 포함하며, 상기 전동식스크롤압축기(800)의 모터(500)는 냉매가 유입되어 냉각성을 향상시킬 수 있는 구조로 되어 있다.

상기 하우징(100)은 상부 일측에 냉매가 유입되는 냉매유입구(110)가 형성되어 있고, 유입된 상기 냉매가 압축되어 배출되는 냉매토출구(120)가 형성되어 있다.

상기 스크롤압축부(700)는 선회스크롤(200)과, 고정스크롤(300)을 포함한다. 상기 선회스크롤(200)은 상기 하우징(100)에 수용되어 상기 모터(500)로부터 전달된 구동력에 의하여 선회운동을 하며, 나선형상의 선회랩(210)을 구비하고 있다. 상기 고정스크롤(300)은 상기 하우징(100)의 내부에서 상기 하우징(100)과 결합하여 그 위치가 고정되어 있고, 상기 선회스크롤(200)의 선회운동 시 상기 선회랩(210)과의 사이에 압축실(B)을 한정하도록 상기 선회랩(210)과 대응되어 맞물리는 나선형상의 고정랩(310)을 구비하고 있다.

여기서, 상기 모터(500)와 상기 선회스크롤(200) 사이에는, 상기 구동축(530)의 일단부에 구비되어 상기 선회스크롤(200)의 선회운동을 유도하는 편심작동부(400)를 더 포함한다. 상기 편심작동부(400)는 그 회전중심이 상기 구동축(530)의 회전중심에 대하여 편심되도록 결합되어 있다. 이에 따라, 상기 편심작동부(400)는 상기 구동축(530)의 회전에 따라 상기 구동축(530)과 일체로 연동하여 회전운동을 하고 동시에 상기 구동축(530)에 대하여 상대 슬라이딩 운동을 하면서 선회회전운동을 하여 상기 선회스크롤(200)의 선회운동을 유도한다. 본 실시예에서는 상기 편심작동부(400)를, 선회스크롤(200)과 함께 도시된 바와 같이 상기 구동축(530)에 편심 되게 결합되는 슬라이딩부시를 그 예로 하여 나타내었지만, 이는 일 실시예로서 크랭크핀 또는 편심부시 등 상기 구동축(530)과 상기 선회스크롤(200)사이에 위치하고 상기 선회스크롤(200)의 선회운동을 유도하는 구성이라면 모두 가능하다. 그리고, 미설명부호 410은 자전방지수단(410)을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 모터(500)는, 전기에 의하여 구동력을 공급받는 것으로서, 고정자(510)와, 회전자(520)와, 구동축(530)을 포함한다.

상기 고정자(510)는 스테이터로서, 상기 하우징(100)의 내부에 위치하며 중앙부에 공간을 갖는 환형으로 이루어져 있으며, 상기 하우징(100)의 내부면과 대면하는 상기 고정자(510)의 외주면에는 상기 냉매흡입구(110)를 통하여 흡입된 냉매가 유입되면서 상기 고정자(510)를 냉각하는 복수 개의 냉각홈(600)들이 형성되어 있다. 여기서, 상기 고정자(510)와 냉각홈(600)에 대한 보다 상세한 내용은 후술하기로 한다.

상기 회전자(520)는 로터로서, 상기 고정자(510)의 내측에 일정간격의 공극(A)을 두고 회전가능하게 배치되어 있는 로터코어(522)와, 상기 로터코어(522)의 원주방향으로 서로 다른 극을 갖고 등간격으로 배열되면서 삽입된 영구자석(524)을 포함한다. 이때, 상기 영구자석(524)의 양쪽 끝부분에는 일정공간의 스페이서(525)를 형성하여, 자기저항을 크게 하여 자속 누설을 방지한다.

한편, 본 실시예에 따른 전동식스크롤압축기의 모터(500)는, 부피와 무게 측면에서 소형화, 경량화를 이룰 수 있고, 높은 효율을 가지며 고성능화를 이룰 수 있으며, 입력에 대한 응답이 빠르고 속도제어를 용이하게 할 수 있는 BLDC(brushless DC motor)이며, 상세하게는 상기 회전자(520)의 내부에 영구자석(524)이 삽입되는 IPM타입(Interior permanent magnet type)이다.

나아가, 본 실시예에 따른 전동식스크롤압축기의 모터(500)는, 용량대비 사이즈를 축소할 수 있고, 출력향상과 권선의 점적율을 위하여, 상기 고정자(510)를 상기 하우징(100)의 내부에 환형으로 배열되는 복수 개의 분할코어(514)로 형성하고, 집중권 권선 방식을 사용하였다.

도 3은 본 실시예의 분할코어(514)를 나타낸 도면으로, 도면을 참조하면, 상기 분할코어(514)는 대략 측방으로 뉘어진'H'형상으로, 슈(shoe; 514a)와, 상기 슈(514a)에 반경방향으로 결합된 치(teeth; 514b)와, 상기 치(514b)와 결합되는 헤드부(514c)를 포함한다.

상기 슈(514a)는 일측면이 상기 회전자(520)의 외주면과 대면하며, 양측이 상기 치(514b)에 대하여 돌출되게 형성되어 있다. 상기 치(514b)는 상기 슈(514a)의 타측면으로부터 반경 방향으로 일체로 돌출연장되고, 외측으로 코일(512)이 권선된다(도 2참조). 상기 헤드부(514c)는 내주면이 상기 치(514b)의 외측에 일체로 형성되고, 호형상의 외주면은 상기 하우징(100)의 내주면과 대면하며, 중앙부에 상기 냉각홈(600)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 헤드부(514c)의 양측면에는 이웃하는 분할코어(514)와 요철결합되기 위한 결합홈(514d)과, 결합돌기(514e)가 각각 형성되어 있다.

상기 냉각홈(600)에 대하여 상세하게 살펴보면, 우선 상기 냉각홈(600)은, 상기 하우징(100)과 상기 고정자(510) 사이에 냉각유로를 확보할 수 있게 하여 상기 고정자(510)를 냉각하는 역할을 하며, 이러한 냉각홈(600)의 형상은 상기 고정자(510)의 자로형성에 영향을 주지 않으면서도 상기 고정자(510)의 자속밀도가 포화되지 않는 영역에 한하여 한정된다.

이에, 상기 냉각홈(600)의 치수 및 그 형상에 대하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 냉각홈(600)과 상기 분할코어(514)와의 치수를 각각 대비하여 살펴보면, 상기 냉각홈(600)은, 상기 냉각홈(600)의 횡방향 길이(A';폭)와, 상기 헤드부(514c)의 횡방향 길이(A)의 비율이 0% 보다 크고 30%이하의 비율로 한정한다. 또한, 상기 냉각홈(600)은, 상기 냉각홈(600)의 종방향 길이(B';깊이)와 상기 분할코어(514)의 종방향 길이(B)의 비율이 0% 보다 크고 14%이하의 비율로 한정된다. 여기서, 상기 냉각홈(600)의 횡방향은 냉각홈(600)의 폭방향이며, 상기 냉각홈(600)의 종방향은 상기 냉각홈(600)의 깊이방향이고, 상기 헤드부(514c)의 횡방향은 상기 냉각홈(600)의 횡방향과 수평한 방향이고, 상기 헤드부(514c)의 종방향은 상기 냉각홈(600)의 종방향과 수평한 방향이다.

이렇게 상기 냉각홈(600)의 종방향길이(B')를 상기 분할코어(514)의 종방향길이(B)에 대하여 0% 보다 크고 14%이하의 비율로 한정하고, 상기 냉각홈(600)의 횡방향길이(A')를 상기 헤드부(514c)의 횡방향길이(A)에 대하여 0% 보다 크고 30%이하로 각각 한정하는 이유는, 상기한 범위를 초과하였을 경우 상기 냉각홈(600)으로 인하여 상기 분할코어(514)의 자로형성에 영향을 미치게 되어 성능저하를 초래하고, 또한 자속밀도가 포화가 되기 때문에 부하전류가 증가하여 코일(512)이 소손되는 등의 문제점이 발생하기 때문이다.

한편, 상기 냉각홈(600)은, 상기한 바와 같이 그 종방향길이(B')와 횡방향길이(A')를 각각별도로 한정하여 형성할 수도 있지만, 상기 종방향길이(B') 조건과 상기 횡방향길이(A') 조건을 모두 충족시켜 형성하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 냉각홈(600)의 형상에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 상기 냉각홈(600,600a,600b)은, 도 4 내지 도 6에서와 같이, 중앙부에 위치하고 최저깊이를 갖는 중앙변(610,610a,610b)과, 상기 중앙변(610,610a,610b)의 양측으로 연결되는 한 쌍의 측변(620,620a,620b)들에 의하여 한정되어 형성되며, 상기 중앙변(610,610a,610b)과 한 쌍의 측변(620,620a,620b)들은 설계에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 상기 냉각홈(600)은, 중앙변(610)은 횡방향으로 형성되고, 상기 양 측변(620)은 상기 중앙변(610)의 양단부에서 양측으로 벌어지도록 경사지게 형성된다. 이때, 상기 양 측변(620)의 경사각은 상기한 횡방향 길이비율에 따라 설정될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제2실시예에 따른 상기 냉각홈(600a)은, 중앙변(610a)은 횡방향으로 형성되고, 양 측변(620a)은 상기 중앙변(610a)의 양단부에서 종방향으로 형성되어, 상기 냉각홈(600a)의 전체적인 형상이 직각의 홈형상으로 이루어졌다.

또한, 도 6을 참조하면, 제3실시예에 따른 상기 냉각홈(600b)은, 중앙변(610b)은 횡방향으로 형성되고, 양측면은 상기 중앙변(610b)의 양단부에서 볼록한 곡선으로 형성되어 있다. 한편, 표 1은 상기한 각 실시예에 따라 상기 냉각홈(600,600a,600b)을 형성하였을 경우, 각각의 전동식스크롤압축기(800)의 성능특성을 나타낸 표이다.

	실시예1	실시예2	실시예3
토크리플(Torque ripple)	0.7248	0.7180	0.7281
토크(Torque,N*m)	5.1457	5.1448	5.1418
역기전력(Back-EMF,Vrms)	62.1621	62.1606	62.1629
코깅 토크(Cogging Torque,N*m)	0.1594	0.1607	0.1596

이처럼, 본 실시예는, 상기 분할코어에 냉각홈을 형성함으로써, 성능적인 측면에는 변함이 없으면서도 냉각성을 향상시킬 수 있기 때문에, 기계적인 성능을 향상 또는 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 고정자의 발열을 방지하고 온도를 적정온도로 냉각 또는 유지할 수 있어 제어전류의 손실을 낮추고, 토크리플 및 코깅토크를 낮출 수 있어 안정적으로 작동한다.

한편, 상기한 바와 달리, 냉각홈은, 도시하지 않았지만, 완곡한 'V'자 형상으로, 상기 치(514b)의 종방향 중심축에 대하여 대칭되도록 양측으로 각각 연장되며, 상기 고정자(510)에 생성되는 자기력선들의 경로들 중 인접하는 자기력선의 경로에 대응되는 형상을 갖는 한 쌍의 측변들에 의하여 한정되어 형성될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에 따른 전동식스크롤압축기(800) 모터(500)의 구조는, 하우징(100)의 내주면과 대면하는 고정자(510)의 외주면에 자로 및 자속밀도가 포화되지 않는 범위 즉, 상기 고정자(510)의 성능에 영향을 미치지 않는 범위에 한하여 냉각홈(600,600a,600b)을 형성하고, 상기 냉각홈(600,600a,600b)을 통하여 냉매가 유입되는 냉각유로를 확보함으로써 고정자(510)의 냉각성을 향상시킬 수 있으며, 또한 상기 고정자(510)의 무게를 줄일 수 있어 원가절감을 할 수 있는 등 경제적인 효과를 창출할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 하우징 200... 선회스크롤
300... 고정스크롤 400... 편심작동부
500... 모터 510... 고정자
514,515,516... 분할코어 514a... 슈
514b... 치 514c... 헤드부
520... 회전자 530... 구동축
600,600a,600b... 냉각홈 800... 전동식스크롤압축기

Claims

냉매가 흡입되는 냉매흡입구 및 상기 흡입된 냉매가 압축되어 배출되는 냉매토출구가 형성된 하우징의 내부에 환형으로 배치된 고정자와, 상기 고정자의 내측에 위치하여 회전하는 회전자를 포함하며,
상기 하우징의 내부면과 대면하는 상기 고정자의 외주면에는 상기 냉매흡입구를 통하여 흡입된 상기 냉매가 유입되어 상기 고정자를 냉각하는 복수 개의 냉각홈들이 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 1에 있어서,
상기 고정자는,
상기 하우징의 내부에 환형으로 배열되는 복수 개의 분할코어들을 포함하고,
상기 분할코어의 외주면에 상기 냉각홈이 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 2에 있어서,
상기 분할코어는,
일측면이 상기 회전자와 대면하는 슈(shoe)와,
상기 슈의 타측면으로부터 반경 방향으로 일체로 연장되고, 코일이 권선되는 치(teeth)와,
내주면이 상기 치의 외측에 일체로 형성되고, 외주면에 상기 냉각홈이 형성된 헤드부를 포함하는 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 3에 있어서,
상기 냉각홈은, 상기 고정자의 자속밀도가 포화되지 않는 범위로 형성되며,
상기 냉각홈의 횡방향 길이와, 상기 헤드부의 횡방향 길이의 비율은 0% 보다 크고 30%이하의 비율인 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 3에 있어서,
상기 냉각홈은, 상기 고정자의 자속밀도가 포화되지 않는 범위로 형성되며,
상기 냉각홈의 종방향 길이와, 상기 분할코어의 종방향 길이의 비율은 0% 보다 크고 14%이하의 비율인 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 3에 있어서,
상기 냉각홈은, 상기 고정자의 자속밀도가 포화되지 않는 범위로 형성되며,
상기 냉각홈의 횡방향 길이와, 상기 헤드부의 횡방향 길이의 비율은 0% 보다 크고 30%이하의 비율이고,
상기 냉각홈은, 상기 고정자의 자속밀도가 포화되지 않는 범위로 형성되며,
상기 냉각홈의 종방향 길이와, 상기 분할코어의 종방향 길이의 비율은 0% 보다 크고 14%이하의 비율인 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 3에 있어서,
상기 헤드부의 양측면에는 이웃하는 분할코어와 요철결합되도록 결합홈과, 결합돌기가 각각 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 3항에 있어서,
상기 전동식스크롤압축기 모터는,
IPM타입(Interior permanent magnet type)의 BLDC모터(brushless DC motor)인 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각홈은,
중앙부에 위치하고 최저깊이를 갖는 중앙변과, 상기 중앙변의 양측으로 연결되는 한 쌍의 측변들에 의하여 한정되고,
상기 중앙변은 횡방향으로 형성되고, 상기 양 측변은 양측으로 벌어지도록 경사지게 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각홈은,
중앙부에 위치하고 최저깊이를 갖는 중앙변과, 상기 중앙변의 양측으로 연결되는 한 쌍의 측변들에 의하여 한정되고,
상기 중앙변은 횡방향으로 형성되고, 상기 양 측변은 종방향으로 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각홈은,
중앙부에 위치하고 최저깊이를 갖는 중앙변과, 상기 중앙변의 양측으로 연결되는 한 쌍의 측변들에 의하여 한정되고,
상기 중앙변은 횡방향으로 형성되고, 상기 양측면은 볼록한 곡선으로 형성된 전동식스크롤압축기 모터의 구조.
청구항 3 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각홈은,
상기 치의 종방향 중심축에 대하여 대칭되도록 양측으로 각각 연장되며, 상기 고정자에 생성되는 자기력선들의 경로들 중 인접하는 자기력선의 경로에 대응되는 형상을 가지도록 연장되는 한 쌍의 측변들에 의하여 한정되는 전동식스크롤압축기 모터의 구조.