KR20120027093A - 압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치 - Google Patents

압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구자석의 자속을 유효하게 활용할 수 있고, 또한, 코깅 토오크도 저감할 수 있는 압축기용 전동기를 제공한다.
본 발명에 관한 압축기용 전동기는, 슬롯 오프닝을 갖는 복수의 슬롯과, 인접하는 슬롯 사이에 형성되는 티스를 갖는 고정자와, 고정자의 내측에 배치되고, 외주연에 따라 형성되는 극수 분의 영구자석 삽입구멍과, 영구자석 삽입구멍에 삽입되는 영구자석을 갖는 회전자를 구비하고, 회전자는, 적어도, 영구자석 삽입구멍의 외주 철심부에, 영구자석 삽입구멍에 대해 직각으로 늘어남과 함께, 자극 중심에 대해 대칭으로 배치되고, 당해 한 쌍의 제 1의 슬릿 사이의 거리가 티스폭보다 작은 한쌍의 제 1의 슬릿과, 한 쌍의 제 1의 슬릿의 외측의 극간측에 배치되고, 티스와 회전자의 자극 중심이 일치하는 위치에서, 슬롯 오프닝에 대향하도록 마련되는 한 쌍의 제 2의 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치{COMPRESSION MOTOR, COMPRESSOR AND REFRIGERATION CYCLE APPARATUS}
본 발명은, 진동?소음의 원인이 되는 코깅 토오크를 억제하고, 또한 고효율의 압축기용 전동기 및 그 압축기용 전동기를 이용하는 압축기 및 그 압축기를 이용하는 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 영구자석형 동기 전동기, 특히, 자석 삽입구멍에 영구자석이 삽입되는 자석 매립형에서는, 횡축 자석을 억제하여 전기자 반작용에 의한 자기 포화 및 리랙턴스 토오크(reluctance torque)에 의한 추종 지연을 해결하기 위해 슬릿이 형성되어 있다. 슬릿은, 자석 삽입구멍과 회전자 철심 외주면과의 사이에 형성된다.
고정자 기어(tooth) 위치에 대한 슬릿 위치를 연구하여 횡축 자속의 저감을 도모할 수 있는 영구자석형 동기 회전 전기기계가 제안되어 있다. 이 영구자석형 동기 회전 전기기계는, 고정자 철심과 회전자 철심을 갖음과 함께, 회전자 철심에는 자석 삽입구멍을 형성하고, 이 자석 삽입구멍에 영구자석을 삽입한 매립형의 영구자석형 동기 회전 전기기계에 있어서, 회전자 철심에는, 자석 삽입구멍의 회전자 철심 외주측의 면부터 회전자 철심 외주측 방향을 향하여 2개 이상의 슬릿을 형성하고, 또한, 이들의 슬릿은, 고정자 치의 둘레방향 단부에 대향하는 위치에 배치한 것이다.(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 : 일본 특개2001-25194호 공보
그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 영구자석형 동기 회전 전기기계는, 자석 삽입구멍의 회전자 철심 외주측의 면으로부터 회전자 철심 외주 방향을 향하여 2개 이상의 슬릿을 형성하고, 단, 이들의 슬릿은, 고정자 기어의 둘레방향 단부에 대향하는 위치에 배치하는 구성에 의해, 전기자 반작용에 의한 자기 포화 및 리랙턴스 토오크에 의한 추종 지연을 해소함으로써 토오크의 증대를 도모하고 있을 뿐이고, 코깅 토오크에 기인하는 진동?소음 저감을 도모하는 것은 행해지고 있지 않는다.
코깅 토오크란, 돌극성을 갖는 영구자석형 모터(영구자석형 동기 회전 전기기계와 같다)에 반드시 발생하는 힘이고, 무통전시에 스테이터(고정자)의 티스(기어부)와, 로터(회전자)에 배치된 영구자석과의 사이에 작용하는 로터의 위치(회전각)에 대한 자기 흡인력의 변화에 의해 생기는 토오크 맥동이다. 즉, 스테이터와 로터 사이의 자기 저항이 최소가 되는 위치에서, 자기적으로 가장 안정되어 있고, 로터가 그 위치에 정지하려고 한다. 또한 그 위치로부터 로터를 회전시키기 위해서는, 자기 흡인력을 극복할 만큼의 토오크가 필요해진다. 그러나, 한번 어느 속도로 회전하면, 정부(正負)의 토오크가 교대하는 진동 토오크가 되기 때문에, 코깅 토오크의 평균치는 제로가 된다.
코깅 토오크가 발생하면, 속도 변동을 발생하여 로터의 축에 전해져서 진동?소음의 원인이 됨과 함께, 정지 토오크와 같이 작용하여 모터(영구자석형 모터)의 시동 토오크를 증대시킨다. 그와 동시에, 로터의 회전에 의해 자속이 변화하고, 그 때문에 히스테리시스 손실 및 와전류 손실이 존재하는 경우에는, 고체 마찰 및 점성 마찰과 같이 작용한다. 따라서, 코깅 토오크의 저감이 요구된다. 이 코깅 토오크는, 스테이터와 로터 사이의 자기 저항이 회전각에 의해 변화하기 때문에 생기는 것이고, 자속밀도의 2승에 비례하는 맥스웰의 응력에 기인하고 있다. 이 자기 저항의 변화는, 스테이터의 슬롯 공간 고조파나 로터에 배치한 영구자석의 자속의 고조파 성분에 크게 의존하고 있다. 따라서 코깅 토오크를 저감하기 위해서는, 캡부의 자속밀도 분포를 원주 방향으로 평활화하여, 고조파 성분을 저감하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 영구자석의 자속을 유효하게 활용할 수 있고, 또한, 코깅 토오크도 저감할 수 있는 압축기용 전동기 및 압축기 및 냉동 사이클 장치를 제공한다.
본 발명에 관한 압축기용 전동기는, 소정의 형상으로 타발된 전자강판을 소정 매수 적층하여 구성되고, 원주 방향으로 개략 같은 간격으로 배치되고, 내주에 개구하는 슬롯 오프닝을 갖는 복수의 슬롯과, 인접하는 슬롯 사이에 형성되는 티스와, 티스에 권회되는 코일을 갖는 고정자와,
고정자의 내측에 에어 갭을 통하여 배치되고, 소정의 형상으로 타발된 전자강판을 소정 매수 적층하여 구성되고, 외주연에 따라 형성되는 극수 분의 영구자석 삽입구멍과, 영구자석 삽입구멍에 삽입되는 영구자석을 갖는 회전자를 구비하고,
회전자는, 적어도,
영구자석 삽입구멍의 외주 철심부에, 영구자석 삽입구멍에 대해 직각으로 늘어남과 함께, 자극 중심에 대해 대칭으로 배치되고, 당해 한 쌍의 제 1의 슬릿 사이의 거리가 티스 폭보다 작은 한 쌍의 제 1의 슬릿과,
한 쌍의 제 1의 슬릿의 외측의 극간측에 배치되고, 티스와 회전자의 자극 중심이 일치하는 위치에서, 슬롯 오프닝에 대향하도록 마련되는 한 쌍의 제 2의 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 압축기용 전동기는, 회전자가, 영구자석 삽입구멍의 외주 철심부에, 영구자석 삽입구멍에 대해 직각으로 늘어남과 함께, 자극 중심에 대해 대칭으로 배치되고, 당해 한 쌍의 제 1의 슬릿 사이의 거리가 티스 폭보다 작은 한 쌍의 제 1의 슬릿과, 한 쌍의 제 1의 슬릿의 외측의 극 사이측에 배치되고, 티스와 회전자의 자극 중심이 일치하는 위치에서, 슬롯 오프닝에 대향하도록 마련되는 한 쌍의 제 2의 슬릿을 적어도 구비하기 때문에, 영구자석의 자속을 유효하게 활용할 수 있고, 또한, 코깅 토오크도 저감할 수 있다.
도 1은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 2기통 회전식 압축기(1)의 종단면도.
도 2는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 전동기(100)의 횡단면도.
도 3은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 고정자(3)의 횡단면도.
도 4는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전자(4)의 횡단면도.
도 5는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전자 철심(40)의 횡단면도,
도 6은 도 2의 A부 확대도.
도 7은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 변형예의 전동기(300)의 횡단면도.
도 8은 실시의 형태 l을 도시하는 도면으로, 변형예의 회전자(4-1)의 횡단면도.
도 9는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 변형예 회전자 철심(40-1)의 횡단면도.
도 10은 도 7의 B부 확대도.
도 11은 비교를 위해 도시하는 도면으로, 비교예 1(슬릿 없음)의 전동기(400)의 부분 확대도.
도 12는 비교를 위해 도시하는 도면으로, 비교예 2의 전동기(500)의 부분 확대도.
도 13은 비교예 1의 전동기(400)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면.
도 14는 비교예 2의 전동기(500)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면.
도 15는 실시의 형태 1를 도시하는 도면으로, 전동기(100)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면.
도 16은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 변형예의 전동기(300)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면.
도 17은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 비교예 1, 비교예 2, 전동기(100), 전동기(300)의 코깅 토오크를 비교한 도면.
도 18은 실시의 형태 1를 도시하는 도면으로, 비교예 1, 비교예 2, 전동기(100), 전동기(300)의 토오크를 비교한 도면.
도 19는 횡축 자속을 도시하는 참고도.
도 20은 슬릿을 고정자의 슬롯 오프닝 또는 티스의 단부에 마련함으로써, 횡축 자속을 억제하고 있는 양상을 도시하는 참고도.
도 21은 실시의 형태 1를 도시하는 도면으로, 2기통 회전식 압축기(1)를 이용하는 냉동 사이클 장치의 구성도.
실시의 형태 1.
도 1은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 2기통 회전식 압축기(1)의 종단면도이다. 도 1를 참조하면서, 2기통 회전식 압축기(1)(밀폐형 압축기의 한 예)의 구성을 설명한다. 2기통 회전식 압축기(1)는, 고압 분위기의 밀폐 용기(2) 내에, 고정자(3)와 회전자(4)로 이루어지는 전동기(100)(압축기용 전동기)와, 전동기(100)에 의해 구동되는 압축 기구부(200)를 수납하고 있다. 전동기(100)는, 회전자(4)에 영구자석을 이용하는 브러시레스 DC 모터이다.
여기서는, 밀폐형 압축기의 한 예로서, 2기통 회전식 압축기(1)에 관해 설명하지만, 그 밖의 스크롤 압축기, 1실린더의 회전식 압축기, 복수단의 회전식 압축기, 스윙 회전식 압축기, 벤형 압축기, 왕복식 압축기 등이라도 좋다.
전동기(100)의 회전력는, 회전축(8)의 주축(8a)를 통하여 압축 기구부(200)에 전달된다.
회전축(8)은, 전동기(100)의 회전자(4)에 고정되는 주축(8a)과, 주축(8a)의 반대측에 마련되는 부축(8b)과, 주축(8a)와 부축(8b) 사이에 소정의 위상차(예를 들면, 180°)를 마련하여 형성되는 주축측 편심부(8c) 및 부축측 편심부(8d)와, 이들의 주축측 편심부(8c)와 부축측 편심부(8d) 사이에 마련된 중간축(8e)을 갖는다.
주축받이(6)는, 회전축(8)의 주축(8a)에 활주를 위한 클리어런스를 갖고서 끼어 결합되고, 회전 자유롭게 주축(8a)을 축지지한다.
또한, 부축받이(7)는, 회전축(8)의 부축(8b)에 활주를 위한 클리어런스를 갖고서 끼어 결합되고, 회전 자유롭게 부축(8b)를 축지지한다.
압축 기구부(200)는, 주축(8a)측의 제 1의 실린더(5a)와, 부축(8b)측의 제 2의 실린더(5b)를 구비한다.
제 1의 실린더(5a)는, 원통형상의 내부 공간을 가지며, 이 내부 공간에, 회전축(8)의 주축측 편심부(8c)에 회전 자유롭게 끼어 결합하는 제 1의 피스톤(9a)(롤링 피스톤)이 마련된다. 또한, 주축측 편심부(8c)의 회전에 따라 왕복 운동하는 제 1의 베인(도시 생략)이 마련된다.
제 1의 베인은 제 1의 실린더(5a)의 베인홈 내에 수납되고, 배압실에 마련되는 베인 스프링(도시 생략)으로 베인이 항상 제 1의 피스톤(9a)에 눌려져 있다. 2기통 회전식 압축기(1)는, 학폐 용기(2) 내가 고압이기 때문에, 운전을 시작하면 베인의 배면(背面)(배압실측)에 밀폐 용기(2) 내의 고압과 실린더실의 압력과의 차압에 의한 힘이 작용하기 때문에, 베인 스프링은 주로 2기통 회전식 압축기(1)의 기동시(밀폐 용기(2) 내와 실린더실의 압력에 차가 없는 상태)에, 제 1의 베인을 제 1의 피스톤(9a)에 꽉 누르는 목적으로 사용된다. 제 1의 베인의 형상은, 평평한(둘레방향의 두께가, 지름방향 및 축방향의 길이보다도 작다) 개략 직육면체이다. 또한, 후술하는 제 2의 베인도 마찬가지의 구성이다.
제 1의 실린더(5a)에는, 냉동 사이클로부터의 흡입 가스가 통과하는 흡입 포트(도시 생략)가, 제 1의 실린더(5a)의 외주면으로부터 실린더실에 관통하고 있다. 제 1의 실린더(5a)에는, 개략 원형의 공간인 실린더실을 형성한 원의 연부 부근(전동기(100)측의 단면)를 노치한 토출 포트(도시 생략)가 마련된다.
회전축(8)의 주축측 편심부(8c)에 회전 자유롭게 끼어 결합하는 제 1의 피스톤(9a), 제 1의 베인을 수납한 제 1의 실린더(5a)의 내부 공간의 축방향 양단면을, 주축받이(6)와 칸막이판(27)으로 폐색하여 압축실을 형성한다.
제 1의 실린더(5a)는, 밀폐 용기(2)의 내주부에 고정된다.
제 2의 실린더(5b)도, 원통형상의 내부 공간을 가지며, 이 내부 공간에, 회전축(8)의 부축측 편심부(8d)에 회전 자유롭게 끼어 결합하는 제 2의 피스톤(9b)(롤링 피스톤)이 마련된다. 또한, 부축측 편심부(8d)의 회전에 따라 왕복 운동하는 제 2의 베인(도시 생략)이 마련된다. 제 1의 피스톤(9a), 제 2의 피스톤(9b)을 단지, 「피스톤」이라고 정의한다.
제 2의 실린더(5b)에도, 냉동 사이클로부터의 흡입 가스가 통과하는 흡입 포트(도시 생략)가, 제 2의 실린더(5b)의 외주면으로부터 실린더실에 관통하고 있다. 제 2의 실린더(5b)에는, 개략 원형의 공간인 실린더실을 형성하는 원의 연부 부근(전동기(100)와는 반대측의 단면)을 노치한 토출 포트(도시 생략)가 마련된다.
회전축(8)의 부축측 편심부(8d)에 회전 자유롭게 끼어 결합되는 제 2의 피스톤(9b), 제 2의 베인을 수납한 제 2의 실린더(5b)의 내부 공간의 축방향 양단면을, 부축받이(7)와 칸막이판(27)으로 폐색하여 압축실을 형성한다.
압축 기구부(200)은, 제 1의 실린더(5a)와 주축받이(6)를 볼트 체결하고, 또한 제 2의 실린더(5b)와 부축받이(7)를 볼트 체결한 후, 칸막이판(27)을 그들 사이에 끼워서, 주축받이(6)의 외측부터 제 2의 실린더(5b), 및 부축받이(7)의 외측부터 제 1의 실린더(5a)를 축 방향으로 볼트 체결하여 고정한다.
주축받이(6)에는, 그 외측(전동기(100)측)에 토출 머플러(10a)가 부착된다. 주축받이(6)에 마련되는 토출밸브(도시 생략)로부터 토출되는 고온?고압의 토출 가스는, 일단 토출 머플러(10a)에 들어가고, 그 후 토출 머플러(10a)의 토출구멍(도시 생략)으로부터 밀폐 용기(2) 내로 방출된다.
부축받이(7)에는, 그 외측(전동기(100)와는 반대측)에 토출 머플러(10b)가 부착된다. 부축받이(7)에 마련되는 토출밸브(도시 생략)로부터 토출되는 고온?고압의 토출 가스는, 일단 토축 머플러(10b)에 들어가고, 그 후 토출 머플러(10b)의 토출구멍(도시 생략)으로부터 밀폐 용기(2) 내에 방출된다.
밀폐 용기(2)에 인접하여 어큐물레이터(11)가 마련된다. 흡입관(12a), 흡입관(12b)은 각각 제 1의 실린더(5a), 제 2의 실린더(5b)와 어큐뮬레이터(11)를 연결한다.
제 1의 실린더(5a), 제 2의 실린더(5b)로 압축된 냉매 가스는, 밀폐 용기(2)에 토출되고, 토출관(13)으로부터 냉동 공조 장치의 냉동 사이클의 고압측에 송출된다.
또한, 전동기(100)에는, 유리 단자(24)로부터 리드선(25)를 경유하여 전력이 공급된다.
밀폐 용기(2) 내의 저부에는, 압축 기구부(200)의 각 활주부를 윤활하는 윤활유(26)(냉동기유)가 저장되어 있다.
압축 기구부(200)의 각 활주부에의 윤활유의 공급은, 밀폐 용기(2) 저부에 고여진 윤활유(26)를 회전축(8)의 회전에 의한 원심력에 의해 회전축(8)의 내경에 따라 상승시켜, 회전축(8)에 마련된 급유구멍(도시 생략)으로 행한다. 급유구멍으로부터, 주축(8a)과 주축받이(6), 주축측 편심부(8c)와 제 1의 피스톤(9a), 부축측 편심부(8d)와 제 2의 피스톤(9b) 및 부축(8b)과 축받이(7)의 사이의 활주부에 윤활유가 공급된다.
도 2는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 전동기(100)의 횡단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 전동기(100)는, 고정자(3)와, 회전자(4)를 구비한다. 전동기(100)는, 회전자(4)에 6개의 영구자석(후술함)을 갖는 6극의 브러시레스 DC 모터이다. 이하, 고정자(3), 회전자(4)에 관해 차례로 설명한다.
도 3은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 고정자(3)의 횡단면도이다. 도 3에 도시하는 고정자(3)은, 고정자 철심(30)과, 이 고정자 철심(30)에 절연부재(도시 생략)를 통하여 마련되는 권선(도시 생략)을 구비한다.
고정자 철심(30)은, 소정의 형상으로 타발된 전자강판(판두께가 0.1 내지 1.5㎜)을 소정 매수 적층하여 구성된다. 각 전자강판의 결합(고정)은, 예를 들면, 주지하는 코킹(caulking)이나 용접 등에 의해 행하여진다.
고정자 철심(30)의 형상은, 개략 링형상이다. 고정자 철심(30)의 외주 부근은, 고리형상의 코어 백(33)으로 되어 있다. 코어 백(33)의 내측에, 티스(31)가 방사형상으로 지름방향으로 늘어나 형성되어 있다. 여기서는, 18개의 티스(31)가 둘레방향으로 개략 같은 간격으로 형성되어 있다. 티스(31)의 둘레방향의 폭은, 지름방향으로 개략 동일이다. 티스(31)의 선단은, 둘레방향 양단부가 둘레방향으로 돌출되어 있다.
인접하는 2개의 티스(31)의 사이에, 슬롯(32)(공간)이 형성된다. 슬롯(32)은, 내측(회전자(4)측)이 개구하고 있고, 이 개구하고 있는 부분을 슬롯 오프닝(32a)(슬롯 개구부)라고 부른다. 티스(31)의 둘레방향의 폭이 지름방향으로 개략 동일하기 때문에, 슬롯(32)의 둘레방향의 폭은, 내측(회전자(4)측)이 작고 외측(코어 백(33)측)를 향하여 크게 되어 있다. 슬롯 오프닝(32a)으로부터, 도시하지 않은 권선이 슬롯(32) 내에 삽입된다.
도시는 하고 있지 않지만, 전동기(100)가 2기통 회전식 압축기(1) 등의 밀폐형 압축기에 사용되는 경우에는, 냉매나 냉동기유의 통로를 확보하기 위해, 고정자 철심(30)의 외주에 노치부가 형성된다.
도 4는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전자(4)의 횡단면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 회전자(4)는, 회전자 철심(40)과, 회전자 철심(40)의 자석 삽입구멍(후술)에 삽입되는 영구자석(50)과, 회전자 철심(40)의 중심부에 고정된 회전축(8)을 구비한다. 도 4의 회전자(4)는, 6개의 영구자석(50)을 갖는 6극의 것이다. 영구자석(50)의 형상은, 평판형상이다. 영구자석(50)에는, 예를 들면, 네오디뮴, 철, 보론을 주성분으로 하는 희토류 등이 사용된다.
도 5는 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 회전자 철심(40)의 횡단면도이다. 회전자 철심(40)은, 소정의 형상으로 타발된 전자강판(판두께가 0.1 내지 1.5㎜)을 소정 매수 적층하여 구성된다. 각 전자강판의 결합(고정)은, 예를 들면, 주지하는 코킹 등에 의해 행하여진다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 회전자 철심(40)은, 외주연에 따라, 단면 형상이 직사각형의 자석 삽입구멍(41)이, 영구자석(50)과 동수(6개) 형성되어 있다. 또한, 상세는 후술하지만, 자석 삽입구멍(41)의 외측의 철심부에, 적어도 한 쌍의 제 1의 슬릿(42), 한 쌍의 제 2의 슬릿(43)이 형성되어 있다. 한 쌍의 제 1의 슬릿(42), 한 쌍의 제 2의 슬릿(43)은, 자극 중심에 대해 좌우 대칭으로 배치된다. 한 쌍의 제 1의 슬릿(42)이 자극 중심에 가장 가깝고, 한 쌍의 제 2의 슬릿(43)이 그 다음으로 자극 중심에 가깝고. 한 쌍의 제 1의 슬릿(42), 한 쌍의 제 2의 슬릿(43) 외에도 슬릿이 마련되지만, 본 실시의 형태의 특징에 관계되지 않기 때문에, 도시를 생략하고 있다. 회전자 철심(40)의 중심부에, 회전축(8)이 고정되는 축구멍(44)이 형성되어 있다.
도 6은 도 2의 A부 확대도이다. 도 6을 참조하면서, 제 1의 슬릿(42), 제 2의 슬릿(43)에 관해 상세히 설명한다. 제 1의 슬릿(42), 제 2의 슬릿(43)은, 자석 삽입구멍(41)의 외측의 철심부에서, 자석 삽입구멍(41)에 대해 직각으로 형성된다. 제 1의 슬릿(42), 제 2의 슬릿(43)과, 자석 삽입구멍(41) 및 회전자(4)의 외주와의 사이의 철심부는 박육이고, 그 폭은 전자강판의 판두께(0.1 내지 1.5㎜) 정도이다.
고정자 철심(30)의 티스(31)와 회전자(4)의 자극 중심이 일치하는 위치에서, 제 2의 슬릿(43)은, 고정자 철심(30)의 슬롯 오프닝(32a)과 대향하도록 마련된다. 제 2의 슬릿(43)을, 고정자 철심(30)의 슬롯 오프닝(32a)과 대향하도록 마련함에 의한 효과는, 후술한다. 제 2의 슬릿(43)의 둘레방향의 폭은, 예를 들면, 회전자(4)의 외경이 89㎜ 정도의 것에서, 약 1㎜이다.
제 1의 슬릿(42)은, 제 2의 슬릿(43)보다도 자극 중심측에 형성된다. d1, d2를 이하에 나타내는 바와 같이 정의한다.
(1) d1 : 한 쌍의 제 1의 슬릿(42) 사이의 거리.
(2) d2 : 고정자 철심(30)의 티스(31)의 둘레방향 폭.
제 1의 슬릿(42)은, d1<d2가 되도록 배치된다. 제 1의 슬릿(42)을, d1<d2가 되도록 배치하는 효과에 관해서도 후술한다. 제 1의 슬릿(42)의 둘레방향의 폭은, 예를 들면, 회전자(4)의 외경이 89㎜ 정도의 것에서, 약 1㎜이다.
회전자(4)와 고정자(3)의 사이에는, 0.3 내지 1.5㎜ 정도의 에어 갭(14)(간극)이 마련되어 있다.
도 7 내지 도 10은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 도 7은 변형예의 전동기(300)의 횡단면도, 도 8은 변형예의 회전자(4-1)의 횡단면도, 도 9는 변형예의 회전자 철심(40-1)의 횡단면도, 도 10은 도 7의 B부 확대도이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면서, 변형예의 전동기(300)에 관해 설명한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 변형예의 전동기(300)는, 고정자(3)와, 회전자(4-1)를 구비한다. 도 2의 전동기(100)와는, 회전자(4-1)가 다르다. 따라서, 회전자(4-1)에 관해 상세히 설명한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 회전자(4-1)는, 회전자 철심(40-1)과, 회전자 철심(40-1)의 자석 삽입구멍(후술)에 삽입되는 영구자석(50)과, 회전자 철심(40-1)의 중심부에 고정되는 회전축(8)을 구비한다. 회전자(4-1)도, 6개의 영구자석(50)을 갖는 6극의 것이다. 영구자석(50)의 형상은, 평판형상이다. 영구자석(50)에는, 예를 들면, 네오디뮴, 철, 보론을 주성분으로 하는 희토류 등이 사용된다.
회전자 철심(40-1)도, 소정의 형상으로 타발된 전자강판(판두께가 0.1 내지 1.5㎜)을 소정 매수 적층하여 구성된다. 각 전자강판의 결합(고정)은, 예를 들면, 주지하는 코킹 등에 의해 행하여진다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 회전자 철심(40-1)은, 외주연에 따라, 단면 형상이 직사각형의 자석 삽입구멍(41)이, 영구자석(50)과 동수(6개) 형성되어 있다. 또한, 상세는 후술하지만, 자석 삽입구멍(41)의 외측의 철심부에, 적어도 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-1), 한 쌍의 제 2의 슬릿(43-1)이 형성되어 있다. 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-1), 한 쌍의 제 2의 슬릿(43-1)은, 자극 중심에 대해 좌우 대칭으로 배치된다. 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-1)이 자극 중심에 가장 가깝고, 한 쌍의 제 2의 슬릿(43-1)이 그 다음으로 자극 중심에 가깝다. 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-1), 한 쌍의 제 2의 슬릿(43-1) 외에도 슬릿이 마련되지만, 본 실시의 형태의 특징에 관계되지 않기 때문에 도시를 생략하고 있다. 회전자 철심(40-1)의 중심부에, 회전축(8)이 고정되는 축구멍(44)이 형성되어 있다.
도 10를 참조하면서, 제 1의 슬릿(42-1), 제 2의 슬릿(43-1)에 관해 상세히 설명한다. 제 1의 슬릿(42-1), 제 2의 슬릿(43-1)은, 자석 삽입구멍(41)의 외측의 철심부에서, 자석 삽입구멍(41)에 대해 직각으로 형성된다. 제 1의 슬릿(42-1), 제 2의 슬릿(43-1)과, 자석 삽입구멍(41) 사이의 철심부는 얇고, 그 폭은 전자강판의 판두께(0.1 내지 1.5㎜) 정도이다.
고정자 철심(30)의 티스(31)와 회전자(4)의 자극 중심이 일치하는 위치에서, 제 2의 슬릿(43-1)은, 제 2의 슬릿(43)과 마찬가지로, 고정자 철심(30)의 슬롯 오프닝(32a)과 대향하도록 마련된다. 제 2의 슬릿(43-1)이 제 2의 슬릿(43)과 다른 것은, 외주 박육부의 폭(d4)이, 제 2의 슬릿(43)의 외주 박육부의 폭(전자강판의 판두께 정도)보다도 두껍게 되어 있는 점이다. 이 점의 효과에 관해서는 후술한다. 제 2의 슬릿(43-1)의 둘레방향의 폭은, 예를 들면, 회전자(4)의 외경이 89㎜ 정도의 것에서, 약 1㎜이다.
제 1의 슬릿(42-1)은, 제 2의 슬릿(43-1)보다도 자극 중심측에 형성된다. d1 내지 d5를 이하에 나타내는 바와 같이 정의한다.
(1) d1 : 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-1) 사이의 거리.
(2) d2 : 고정자 철심(30)의 티스(31)의 둘레방향 폭.
(3) d3 : 제 1의 슬릿(42-1)과 회전자(4-1) 외주와의 거리(제 1의 슬릿(42-1)의 외주 박육부의 폭).
(4) d4 : 제 2의 슬릿(43-1)과 회전자(4-1) 외주와의 거리(제 2의 슬릿(43-1)의 외주 박육부의 폭).
(5) d5 : 자극 중심상에서의 자석 삽입구멍(41)과 회전자(4-1) 외주와의 거리.
제 1의 슬릿(42-1)은, d1<d2가 되도록 배치된다. 제 1의 슬릿(42-1)을, d1<d2가 되도록 배치하는 효과에 관해서도 후술한다. 제 1의 슬릿(42)의 둘레방향의 폭은, 예를 들면, 회전자(4)의 외경이 89㎜ 정도의 것에서, 개략 1㎜이다.
제 1의 슬릿(42-1)의 외주 박육부의 폭(d3)은, 제 1의 슬릿(42)의 외주 박육부의 폭(전자강판의 판두께 정도)보다도 두껍게 되어 있다. d3은, 예를 들면, 이하에 나타내는 관계를 충족시키도록 선택된다. 즉,
d5/2>d3>전자강판의 판두께
또한,
d3>d4
이미 기술한 제 20 슬릿(43-1)의 외주 박육부의 폭(d4)에 관해서도, 이하에 나타내는 관계를 충족시키도록 선택된다. 즉,
d5/2>d4>전자강판의 판두께
상기한 효과에 관해서도 후술한다.
여기서, 전동기(100, 300)의 토오크, 코깅 토오크와 비교하는 비교예의 전동기(400, 500)의 구성에 관해 설명하여 둔다. 도 11, 도 12는 비교를 위해 도시하는 도면으로, 도 11은 비교예 1(슬릿이 없는)의 전동기(400)의 부분 확대도, 도 12는 비교예 2의 전동기(500)의 부분 확대도이다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 비교에 1의 전동기(400)은, 회전자(4-2)의 자석 삽입구멍(41)의 외측의 철심부에 슬릿이 형성되어 있지 않다. 그 밖의 구성은, 전동기(100, 300)와 마찬가지이다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 비교예 2의 전동기(500)는, 회전자(4-3)의 자석 삽입구멍(41)의 외측의 철심부에 형성되는 제 1의 슬릿(42-2)이, 고정자(3)의 티스(31)의 선단(회전자(4-3)측)의 둘레방향 단부에 형성되어 있다. 그 때문에, 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-2) 사이의 거리(d1)와, 고정자 철심(30)의 티스(31)의 둘레방향 폭(d2)이, d1≒d2의 관계로 되어 있다.
도 13은 비교예 1의 전동기(400)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면, 도 14는 비교예 2의 전동기(500)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면, 도 15 내지 도 18은 실시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 도 15는 전동기(100)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면, 도 16은 변형예의 전동기(300)의 코깅 토오크의 파형을 도시하는 도면, 도 17은 비교예 1, 비교예 2, 전동기(100), 전동기(300)의 코깅 토오크를 비교한 도면, 도 18은 비교예 1, 비교예 2, 전동기(100), 전동기(300)의 토오크를 비교한 도면이다.
도 13 내지 도 18를 참조하면서, 본 실시의 형태의 전동기(100), 변형예의 전동기(300)의 효과에 관해 설명한다. 도 13 내지 도 16에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태의 전동기(100), 변형예의 전동기(300)는, 비교예 1의 전동기(400), 비교예 2의 전동기(500)와 비교하고, 코깅 토오크의 파형이 매끈하고, 코깅 토오크의 피크값도 저감되어 있음을 알 수 있다.
도 17, 도 18에 도시하는 바와 같이, 비교예 2(전동기(500))는, 슬릿 없음의 비교예 1(전동기(400))에 비교하여 코깅 토오크도 토오크도 높다. 비교예 2(전동기(500))의 토오크가 높은 것은, 제 1의 슬릿(42-2)에 의해 횡축 자속을 효과적으로 감소시킴으로써, 전기자 반작용에 의한 자기 포화 및 리랙턴스 토오크에 의한 추종 지연이 해소되었기 때문이다.
도 19는 횡축 자속을 도시하는 참고도, 도 20은 슬릿을 고정자의 슬롯 오프닝 또는 티스의 단부에 마련함으로써, 횡축 자속을 억제하고 있는 양상을 도시하는 참고도이다. 횡축 자속이란, 도 19에 도시하는 바와 같이, 티스(고정자) -> 회전자 철심 -> 티스 -> 회전자 철심 -> 티스를 넘는 자속을 말한다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 슬릿을 고정자의 슬롯 오프닝 또는 티스의 단부에 마련함에 의해, 횡축 자속이 감소한다. 도 20에서, 횡축 자속을 파선으로 나타내고 있는 것은, 횡축 자속이 작은 것을 나타내기 위해서다.
한편, 비교예 2(전동기(500))의 코깅 토오크가 높은 것은, 제 1의 슬릿(42-2)를 티스(31)의 원주 방향 단부에 대향하는 위치에 배치함으로써, 한쌍의 제 1의 슬릿(42-2) 사이 거리(d1)가 티스 폭(d2)과 개략 동일하게 되기 때문이다. 도 12에 도시하는 위치에서, 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-2) 사이의 자극 중심부가 티스(31)에 개략 같은 폭으로 대향하기 때문에, 고정자(3)와 회전자(4-3) 사이의 자기 저항이 최소가 되고, 자기적으로 가장 안정되어 있다. 또한, 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-2) 사이의 자극 중심부가, 고정자(3)의 슬롯 오프닝(32a)에 대향하는 위치에서는 고정자(3)와 회전자(4-3) 사이의 자기 저항이 최대가 되고, 이 상태로부터 자기 저항이 최소가 되는 한 쌍의 제 1의 슬릿(42-2) 사이의 자극 중심부가 티스(31)에 대향하는 위치로 되돌아올려고 하는 자기 흡인력는, 슬릿 없음의 비교예 1(전동기(400))의 경우보다도 커지기 때문에라고 생각할 수 있다.
본 실시의 형태의 전동기(100)의 코깅 토오크는, 비교예 1의 전동기(400)와 동등하고, 비교예 2의 전동기(500)보다 작다. 또한, 본 실시의 형태의 전동기(100)의 토오크는, 비교예 1의 전동기(400) 및 비교예 2의 전동기(500)보다 크다.
본 실시의 형태의 전동기(100)의 코깅 토오크가, 비교예 2의 전동기(500)보다 작게 된 원인은, 다음 2가지가 고려된다.
(1) 제 1로, 한 쌍의 제 2의 슬릿(43)을 슬롯 오프닝(32a)에 대향한 위치에 배치함에 의한, 고정자(3)와 회전자(4) 사이의 자기 저항의 가파른 변화를 억제한 효과.
(2) 제 2로, 한 쌍의 제 1의 슬릿(42)을, 한 쌍의 제 2의 슬릿(43)보다 자극 중심측에 추가하고, 한쌍의 제 1의 슬릿(42) 간격(d1)을 티스 폭(d2) 이하로 함으로써 공극(空隙) 자속 분포를 더욱 평활화한 효과.
또한, 한 쌍의 제 1의 슬릿(42)을 한 쌍의 제 2의 슬릿(43)보다 자극 중심측에 추가한 것은, 자극 중심 부근의 쪽이 자속 분포 평활화의 효과가 높기 때문이다.
또한, 본 실시의 형태의 전동기(100)의 토오크가, 비교예 1의 전동기(400) 및 비교예 2의 전동기(500)보다 증가한 것은, 한 쌍의 제 1의 슬릿(42) 또는 한 쌍의 제 2의 슬릿(43)을 추가함에 의한 횡축 자속 억제 효과가 향상되었기 때문에라고 생각할 수 있다.
다음에, 본 실시의 형태의 변형예의 전동기(300)의 효과를, 본 실시의 형태의 전동기(100)와 비교함에 의해 설명한다. 변형예의 전동기(300)의 코깅 토오크는, 전동기(100)보다 작다(도 17 참조). 또한, 변형예의 전동기(300)의 토오크는, 전동기(100)와 개략 동등하다.
변형예의 전동기(300)의 코깅 토오크가, 전동기(100)보다 저감한 것은, 회전자(4-1)에 마련한 제 1의 슬릿(42-1)의 외주 박육부의 폭(d3)을,
d5/2>d3>전자강판의 판두께
또한,
d3>d4
로 함에 의한다. 이와 같이 구성함에 의해, 제 1의 슬릿(42-1)의 외주 박육부의 자기 포화의 영향을 완화하고, 코깅 토오크의 피크 레벨을 악화시키는 리플을 저감시킨 효과라고 말할 수 있다. 또한, 제 1의 슬릿(42-1)의 외주 박육부의 폭(d3)을 전자강판의 판두께 이상으로 한 이유는, 타발성의 악화 방지이다(d3를 전자강판의 판두께 이하로 하면 전자강판이 일그러진다).
코깅 토오크의 특정 차수에서의 피크는, 고정자의 슬롯 수, 자극 수, 회전자의 영구자석 삽입구멍 외주부에 마련한 슬릿 수에 영향되어진다. 그러나, 어느 경우에 있어서도, 회전자에 마련한 슬릿의 외주 박육부의 두께를 불균일화 함으로써 특정 차수에서의 코깅 토오크의 피크를 저감할 수 있다.
도 21은 중시의 형태 1을 도시하는 도면으로, 2기통 회전식 압축기(1)를 이용하는 냉동 사이클 장치(c)의 구성도이다. 냉동 사이클 장치는, 예를 들면, 공기 조화기이다. 2기통 회전식 압축기(1)는 상용 전원(70)에 접속된다. 상용 전원(70)으로부터 전력이 2기통 회전식 압축기(1)에 공급되고, 2기통 회전식 압축기(1)가 구동한다. 냉동 사이클 장치(예를 들면, 공기 조화기)는, 2기통 회전식 압축기(1), 냉매의 흐르는 방향을 전환하는 4방향 밸브(71), 실외 열교환기(72), 감압 장치(73), 실내 열교환기(74) 등으로 구성된다. 이들이 냉매 배관으로 접속된다.
냉동 사이클 장치(예를 들면, 공기 조화기)는, 냉방 운전시, 도 21의 화살표와 같이 냉매가 흐른다. 실외 열교환기(72)는 응축기가 된다. 또한, 실내 열교환기(74)는 증발기가 된다.
도시는 하지 않지만, 냉동 사이클 장치(예를 들면, 공기 조화기)의 난방 운전시는, 냉매는 도 21의 화살표와 반대 방향의 흐름이 된다. 4방 밸브(71)에 의해, 냉매의 흐르는 방향이 전환된다. 이 때는, 실외 열교환기(72)는 증발기가 된다. 또한, 실내 열교환기(74)는 응축기가 된다.
또한, 냉매로서 R134a, R410a, R407c 등으로 대표되는 HFC계 냉매, 및, R744(CO2), R717(암모니아), R600a(이소부탄), R290(프로판) 등에 대표되는 자연 냉매가 사용된다. 냉동기유로서 알킬벤젠계 기름으로 대표되는 약(弱)상용성의 기름 또는 에스테르유로 대표되는 상용성의 기름이 사용된다. 압축기로는, 회전식(로터리 식) 이외에, 레시프로식, 스크롤식 등이 사용 가능하다.
코깅 토오크, 토오크 특성이 우수한 전동기(100, 300)를 탑재한 2기통 회전식 압축기(1)를 냉동 사이클에 이용함에 의해, 냉동 사이클 장치의 성능의 향상, 소형화, 저가격화가 가능하게 된다.
1 : 2기통 회전식 압축기 2 : 밀폐 용기
3 : 고정자 4 : 회전자
4-1 : 회전자 4-2 : 회전자
4-3 : 회전자 5a : 제 1의 실린더
5b : 제 2의 실린더 6 : 주축받이
7 : 부축받이 8 : 회전축
8a : 주축 8b : 부축
8c : 주축측 편심부 8d : 부축측 편심부
8e : 중간축 9a : 제 1의 피스톤
9b : 제 2의 피스톤 10a : 토출 머플러
10b : 토출 머플러 11 : 어큐물레이터
12a : 흡입관 12b : 흡입관
13 : 토출관 14 : 에어 갭
24 : 유리 단자 25 : 리드선
26 : 윤활유 27 : 칸막이판
30 : 고정자 철심 31 : 티스
32 : 슬롯 32a : 슬롯 오프닝
33 : 코어 백 40 : 회전자 철심
40-1 : 회전자 철심 41 : 자석 삽입구멍
42 : 제 1의 슬릿 42-1 : 제 1의 슬릿
42-2 : 제 1의 슬릿 43 : 제 2의 슬릿
43-1 : 제 2의 슬릿 44 : 축구멍
50 : 영구자석 70 : 상용 전원
71 : 4방향 밸브 72 : 실외 열교환기
73 : 감압 장치 74 : 실내 열교환기
100 : 전동기 200 : 압축 기구부
300 : 전동기 400 : 전동기
500 : 전동기

Claims (4)

  1. 소정의 형상으로 타발된 전자강판을 소정 매수 적층하여 구성되고, 원주 방향으로 개략 같은 간격으로 배치되고, 내주에 개구하는 슬롯 오프닝을 갖는 복수의 슬롯과, 인접하는 상기 슬롯 사이에 형성되는 티스와, 상기 티스에 권회되는 코일을 갖는 고정자와,
    상기 고정자의 내측에 에어 갭을 통하여 배치되고, 소정의 형상으로 타발된 전자강판을 소정 매수 적층하여 구성되고, 외주연에 따라 형성되는 극수 분의 영구자석 삽입구멍과, 상기 영구자석 삽입구멍에 삽입되는 영구자석을 갖는 회전자를 구비하고,
    상기 회전자는, 적어도,
    상기 영구자석 삽입구멍의 외주 철심부에, 상기 영구자석 삽입공에 대해 직각으로 늘어남과 함께, 자극 중심에 대해 대칭으로 배치되고, 당해 한 쌍의 제 1의 슬릿 사이의 거리가 상기 티스 폭보다 작은 한 쌍의 제 1의 슬릿과,
    상기 한 쌍의 제 1의 슬릿의 외측의 극간측에 배치되고, 상기 티스와 상기 회전자의 자극 중심이 일치하는 위치에서, 상기 슬롯 오프닝에 대향하도록 마련되는 한 쌍의 제 2의 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기용 전동기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1의 슬릿의 외주 박육부의 폭을 d3, 상기 제 2의 슬릿의 외주 박육부의 폭을 d4, 자극 중심상에서의 상기 자석 삽입구멍과 상기 회전자 외주와의 거리를 d5로 하면,
    d3>d4
    d5/2>d3>전자강판의 판두께
    d5/2>d4>전자강판의 판두께
    의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 압축기용 전동기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 전동기를 구비한 것을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제 3항 기재된 압축기와, 냉매의 흐르는 방향을 전환하는 4방향 밸브와, 실외 열교환기와, 감압 장치와, 실내 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.
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