KR20120030805A - Electric motor-driven compressor for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량용 전동 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 전동 압축기의 전동모터의 고정자 외주를 따라 냉매 유로를 형성한 차량용 전동 압축기에 관한 것이다. The present invention relates to a motor-driven compressor, and more particularly, to a motor-driven compressor in which a coolant flow path is formed along a stator outer periphery of the motor of the motor-driven compressor.
최근 화석연료의 고갈과 환경 오염 등의 문제로 인한 저공해 고연비 정책에 따라 화석연료와 전기를 모두 구동원으로 하는 하이브리드 자동차나 전기 자동차가 각광을 받고 있으며, 이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. Recently, hybrid cars or electric vehicles that use both fossil fuel and electricity as a driving source have been in the spotlight according to the low pollution and high fuel consumption policy due to depletion of fossil fuel and environmental pollution, and research on this is being actively conducted.
하이브리드 자동차나 전기 자동차는 전동모터를 통해 차량의 추진을 위한 동력을 얻는다. 이에 따라 기존의 차량 공조시스템에서 기계식 압축기가 널리 사용되던 것과 달리 최근에는 전동식 압축기를 사용하는 추세로 변화하고 있다. Hybrid cars or electric cars get power for the propulsion of vehicles through electric motors. Accordingly, unlike mechanical compressors widely used in the existing vehicle air conditioning systems, recently, electric compressors have been used.
전동식 압축기는 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환하는 전동모터와, 전동모터의 회전을 제어하는 인버터를 포함하여 구성된다. 이와 같은 전동식 압축기의 전동모터는 일반적으로 원통형의 회전자와 그 외주를 둘러싸는 코일이 감긴 고정자를 포함하여 구성되며, 코일의 권선 방법에 따라 분포권과 집중권 등으로 구분된다.The electric compressor includes an electric motor for converting electrical energy into mechanical energy, and an inverter for controlling rotation of the electric motor. Electric motors of such electric compressors generally include a cylindrical rotor and a stator wound around a coil, and are divided into distribution and concentration zones according to the coil winding method.
이와 같은 전동식 압축기에서는, 인버터로부터 공급되는 전원에 의해 코일에 전류가 흐름에 따라 전동모터에 구성되는 회전자가 회전하고, 이와 같은 회전자의 회전력은 회전축으로 전달된다. 그리고 회전축으로부터 역학적 에너지를 전달받은 기계적 수단이 왕복 운동을 함으로써 냉매를 압축하게 된다. In such an electric compressor, a rotor configured in an electric motor rotates as a current flows in a coil by a power source supplied from an inverter, and the rotational force of such a rotor is transmitted to the rotating shaft. And the mechanical means receives the mechanical energy from the rotating shaft to reciprocate to compress the refrigerant.
여기서 상기 전동모터에는 냉매 유로가 형성된다. 상기 압축부에서 압축되는 냉매의 유입포트가 상기 전동모터측에 설치되고 그에 따라 냉매가 상기 전동모터를 지나 상기 압축부로 도달하게 된다. 이와 같이 상기 전동모터 내부 또는 주변에 냉매 유로가 형성되도록 하는 것은 상기 인버터와 상기 전동모터에서 발생되는 열을 흡수하고, 상기 전동모터의 회전자를 윤활하여 회전자의 운동이 원활하도록 하며, 적절한 냉매 유입포트 위치를 선택하기 위함이다. Here, the electric motor is formed with a refrigerant passage. An inflow port of the refrigerant compressed by the compression unit is installed on the electric motor side, and thus the refrigerant reaches the compression unit through the electric motor. In this way, the refrigerant flow path is formed in or around the electric motor to absorb heat generated from the inverter and the electric motor, lubricate the rotor of the electric motor to smooth the movement of the rotor, and appropriate refrigerant To select the inlet port position.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the above-described conventional techniques have the following problems.
상기 전동모터의 주변이나 내부에 형성되는 유로는 그 단면적이 좁고 유로의 형상이 일정하지 않아 유로를 통과하는 냉매 순환시 저항이 증가하며 이로 인하여 압축기의 냉매 압축 효율이 감소한다는 단점이 있었다.The flow path formed around or inside the electric motor has a narrow cross-sectional area and the shape of the flow path is not constant, thereby increasing resistance during refrigerant circulation passing through the flow path, thereby reducing the refrigerant compression efficiency of the compressor.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전동모터 주변에 냉매 유동을 원활하게 하는 냉매 유로를 형성한 차량용 전동 압축기를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and to provide a vehicle electric compressor having a coolant flow path for smoothing the refrigerant flow around the electric motor.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 차량용 전동 압축기에는 원통 형상으로 형성되고, 내부가 축방향으로 관통되며, 그 내주면에는 축방향에 평행하게 연장되어 내부에 코일이 권선되는 복수의 권선슬롯이 형성되는 고정자와, 원통 형상으로 형성되고 상기 고정자 내부에 동축으로 설치되며, 내부에 영구자석이 삽입되는 회전자를 포함하여 구성되는 전동모터가 구비되는 차량용 전동 압축기에 있어서, 상기 고정자의 외주면으로부터 요입되고 축방향으로 연장되는 복수의 요홈이 형성되고, 상기 고정자의 외주면까지의 거리와 상기 요홈의 깊이 사이의 비는 0.35 내지 0.45의 범위 내의 값을 갖는다. According to a feature of the present invention for achieving the object as described above, the vehicle electric compressor according to the present invention is formed in a cylindrical shape, the inside is axially penetrated, the inner circumferential surface is extended in parallel to the axial direction to the inside A motorized electric compressor including a stator having a plurality of winding slots in which coils are wound, and a motor formed in a cylindrical shape and installed coaxially within the stator and including a rotor into which a permanent magnet is inserted. In the above, a plurality of grooves recessed from the outer peripheral surface of the stator and extending in the axial direction are formed, the ratio between the distance to the outer peripheral surface of the stator and the depth of the groove has a value in the range of 0.35 to 0.45.
그리고 상기 회전자에는 6개의 영구자석이 삽입되고, 상기 권선슬롯은 상기 고정자의 내주면을 따라 일정한 간격으로 27개 구비될 수 있다.In addition, six permanent magnets may be inserted into the rotor, and the winding slots may be provided at 27 at regular intervals along the inner circumferential surface of the stator.
나아가 상기 요홈은, 상기 고정자의 외주면에 5개 내지 9개가 구비될 수 있다. Furthermore, the groove may be provided with five to nine on the outer circumferential surface of the stator.
또한 상기 전동모터는 분포권 방식의 모터로 구비될 수 있다. In addition, the electric motor may be provided as a motor of the distribution range type.
본 발명에 의한 차량용 전동 압축기에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.According to the motor vehicle compressor according to the present invention has the following effects.
즉, 전동모터 주변에 냉매 유로를 형성하여 냉매의 유동을 원활하게 함으로써, 압축기의 성능이 향상된다는 이점이 있다. That is, by forming a coolant flow path around the electric motor to smooth the flow of the coolant, there is an advantage that the performance of the compressor is improved.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 차량 압축기용 전동모터의 개략적인 구성을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 차량 압축기용 전동모터의 횡단면을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 냉매 유로 형성을 위한 요홈의 깊이에 따른 자속밀도와 토크 상수의 변화를 나타낸 그래프. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an electric motor for a vehicle compressor according to a specific embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view showing a cross section of the electric motor for a vehicle compressor according to a specific embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the change in magnetic flux density and torque constant according to the depth of the groove for forming the refrigerant passage according to a specific embodiment of the present invention.
이하 본 발명에 의한 차량용 전동 압축기의 바람직한 실시예의 구성을 도면을 참고하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the configuration of a preferred embodiment of a vehicle electric compressor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
차량용 전동 압축기는 일반적으로 냉매가 기계 구성의 왕복 운동에 의하여 압축되는 압축부와, 상기 압축부에 역학적 에너지를 전달하는 전동모터, 그리고 전동모터에 전기 에너지를 공급하는 인버터를 포함하여 구성된다.BACKGROUND ART Motor vehicle compressors generally include a compression unit in which a refrigerant is compressed by a reciprocating motion of a mechanical configuration, an electric motor for transmitting mechanical energy to the compression unit, and an inverter for supplying electric energy to the electric motor.
그러나 본 발명의 요부는 전동모터의 구조에 있고, 나머지 압축기의 구성은 일반적인 차량용 전동 압축기의 구성과 크게 다르지 않으므로, 이하에서는 본 발명에 의한 차량용 전동 압축기의 전동모터를 중심으로 설명한다. However, since the main part of the present invention is in the structure of the electric motor, and the rest of the compressor configuration is not very different from the configuration of the general vehicle motor compressor, the following description will focus on the electric motor of the motor vehicle compressor according to the present invention.
도 1은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 차량 압축기용 전동모터의 개략적인 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 차량 압축기용 전동모터의 횡단면을 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 냉매 유로 형성을 위한 요홈의 깊이에 따른 자속밀도와 토크 상수의 변화를 나타낸 그래프이다. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an electric motor for a vehicle compressor according to a specific embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional view of the electric motor for a vehicle compressor according to a specific embodiment of the present invention, 3 is a graph showing a change in magnetic flux density and torque constant according to a depth of a recess for forming a refrigerant passage according to a specific embodiment of the present invention.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 차량 압축기용 전동모터(100)는 대략 원통 형상의 고정자(10)를 포함하여 구성된다. 상기 고정자(10)는 도 2에 도시된 횡단면에서 확인되는 바와 같이, 그 내부가 원통형으로 관통되는 링 형상의 단면을 갖는다. As shown in these drawings, the
상기 고정자(10)의 내주면에는 상기 고정자(10)의 관통방향으로 연장되는 복수의 권선슬롯(15)이 형성된다. 상기 권선슬롯(15)에는 코일이 상기 권선슬롯(15)을 따라 그 연장방향으로 권선된다. 상기 권선슬롯(15)의 수는 상기 전동모터(100)의 설계에 따라 달라질 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 27개의 권선슬롯(15)이 일정한 간격으로 구비되는 것으로 한다. 즉, 각각의 권선슬롯(15)은 인접한 권선슬롯(15)과 약 13.33도의 각도를 형성한다. A plurality of
한편 상기 권선슬롯(15)에 권선된 코일다발은 상기 고정자(10)의 양단에서 외부로 노출되어 엔드턴(20)을 형성한다. 상기 엔드턴(20)은 상기 고정자(10)의 양단에서 상기 고정자(10)로부터 소정길이만큼 노출된다. Meanwhile, the coil bundle wound around the winding
그리고 상기 고정자(10)의 외주면에는 커넥터(30)가 고정될 수도 있다. 상기 커넥터(30)는 상기 코일 엔드턴(20)으로부터 연장되는 코일의 말단에 구비되는 복수의 단자들을 감싸 고정하는 역할을 한다.The
상기 커넥터(30)는 열가소성 수지 등의 소재로 구성된 하나의 몸체로 형성될 수 있으며 상기 고정자(10)의 외주면에 고정되기 위하여 몸체에서 일체로 연장 형성되는 하나 이상의 돌기를 포함할 수도 있다. 나아가 상기 커넥터(30)는 상기 엔드턴(20)을 간섭하지 않기 위하여 대략 'ㄱ'자 형상으로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 커넥터(30)가 상기 고정자(10)에 고정됨으로써 상기 커넥터(30)가 상기 고정자(10)에 대해 축방향으로 지지되도록 할 수 있다. The
이를 위하여 상기 고정자(10)의 외주면 일측에는 상기 커넥터(30)의 몸체를 상기 고정자(10)에 직접 고정시키기 위한 고정슬롯(11)이 형성될 수도 있다. 상기 고정슬롯(11)은 상기 고정자(10)의 외주면으로부터 소정 깊이 요입되어 형성될 수 있으며 도 2에 도시된 바와 같이 상기 고정자(10)의 중심방향에 가까워질수록 그 폭이 증가하는 형상으로 형성되어 상기 고정슬롯(11)에 끼워지는 커넥터(30)가 쉽게 빠지지 않도록 할 수 있다.To this end, a
한편 상기 고정자(10)의 외주면에는 복수의 요홈(13)이 요입 형성된다. 상기 요홈(13)은 상기 전동모터(100)가 압축기의 모터 하우징(도면 미도시)에 안착된 상태에서 상기 모터 하우징의 내면과 함께 냉매 유로를 형성한다. 그에 따라 냉매가 받는 저항을 감소시켜 압축기 성능을 향상시킨다. Meanwhile, a plurality of
상기 요홈(13)은 도면에 도시된 바와 같이 상기 고정자(10)의 외주면에 축방향으로 길게 연장되어 형성되며, 상기 고정자(10)의 축방향 길이 전체를 따라 형성된다. 상기 요홈(13)은 상기 고정자(10)의 외주면으로부터 대략 D 형상으로 요입된다.The
또한 상기 요홈(13)이 이루는 원호각의 크기는 15°내지 30°의 범위 내에서 선택될 수 있다. In addition, the size of the arc angle formed by the
한편 도 2에 도시된 것처럼 원통형으로 관통된 상기 고정자(10)의 내부에는 회전자(40)가 설치된다. 이때 도 2에는 코일이 권선되지 않은 전동모터(100)의 단면이 도시되어 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 2, the
상기 회전자(40)는 상기 고정자(10)가 관통된 공간에 설치되는 원통형 부재로서, 상기 고정자(10)에 권취된 코일에 전류가 흐름에 따라 발생하는 전자기력을 받아 회전할 수 있도록 복수의 영구자석을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 회전자(40)에는 회전축(도면 미도시) 등이 연결되어 압축기 내부에 구비되는 압축부로 회전력을 전달하게 된다. The
상기 회전자(40)에는 영구자석이 삽입될 수 있도록 상기 회전자(40)의 회전축에 나란하게 관통 형성되는 복수의 삽입공(41)이 형성된다. 상기 삽입공(41)에는 각각 영구자석이 상기 회전자(40)의 회전축 방향으로 삽입된다. 이때 인접한 삽입공(41)에는 서로 다른 극을 갖는 영구자석(M)을 삽입한다. The
이와 같이 영구자석(M)이 상기 회전자(40)의 표면이 아닌 내부에 삽입되도록 하면 마그네틱 토크(Magnetic Torque: 자기장의 배열성과 자기장 세기에 따른 토크)와 더불어 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque: 자기저항 변화에 따른 토크)를 이용할 수 있기 때문에 좀 더 적은 전류를 이용하여 동일한 토크를 발생시킬 수 있고, 그에 따라 상기 전동모터(100)의 효율이 높아질 수 있다. As such, when the permanent magnet M is inserted into the
상기 삽입공(41)은 6개의 영구자석이 삽입될 수 있도록 상기 회전자(40)에 일정한 간격으로 6개가 구비될 수 있다. 즉, 인접한 두 개의 삽입공(41)은 서로 120도의 각도를 이룬다. The
한편 상기 회전자(40)에는 또한 필요에 따라 복수의 리벳홀(43)이 관통 형성될 수 있고, 상기 리벳홀(43)에는 리벳(도면 미도시)이 끼워질 수 있다. 나아가 상기 회전자(40)에는 상기 회전자(40)를 회전축 방향으로 관통하는 수 개의 통공(45)이 형성될 수 있다. 상기 통공(45)에는 다른 장치나 구성이 삽입되지 않는다. Meanwhile, a plurality of
그리고 상기 회전자(40)의 중앙에는 압축기의 압축부로 상기 회전자(40)의 회전력을 전달하기 위한 회전축이 설치되는 축공(47)이 관통 형성된다. In the center of the
이와 같은 구성의 전동모터(100)에서는, 영구자석 6개를 구성하여 상기 전동모터(100)의 효율을 극대화함과 동시에 인버터의 스위칭 주파수를 고려한 최적의 극수를 제공하며, 6개의 영구자석에 대응하여 무부하 역기전력의 왜율(Total Harmonic Distortion)을 최소화할 수 있는 수인 27개의 권선슬롯(15)이 구비되도록 할 수 있다. In the
또한 위와 같은 6개의 영구자석과 27개의 권선슬롯(15)의 조합은 코깅 토크(Cogging Torque)를 최소화하는데, 코깅 토크는 상기 전동모터(100)에 전원인가되지 않은 상태에서 상기 회전자(40)가 회전될 때 상기 고정자(10)의 슬롯에 권취된 코일과 상기 회전자(40)의 영구자석(M) 사이의 상호작용에 기인한 것으로서, 이는 전원을 인가하여 상기 회전자(40)에 가하고자 하는 토크 성분이 아니므로 그 수치가 낮을수록 상기 회전자(40)의 회전을 제어하기 용이하다.In addition, a combination of the six permanent magnets and the 27 winding
나아가 위와 같이 코깅 토크를 최소화하면 전원 인가 시에 발생되는 토크 리플(Torque Ripple: 토크의 진동)도 감소하여 무부하 역기전력이 정현파에 가까워지며, 그에 따라 인버터의 상기 전동모터(100)에 대한 제어성능이 향상되고, 상기 전동모터(100)에서 발생되는 진동이나 소음도 감소한다. Furthermore, minimizing the cogging torque as described above also reduces the torque ripple generated when the power is applied, so that the no-load back EMF approaches the sine wave, and thus the control performance of the inverter for the
한편 상기 요홈(13)은 위에서 설명한 바와 같이 냉매 유로의 저항을 감소시켜 압축기의 성능을 향상시키는데, 상기 권선슬롯(15)의 최외측으로부터 상기 고정자(10)의 외주면까지의 거리(Ly)와 상기 요홈(13)의 깊이(Ld) 사이의 비(Ld/Ly)의 값의 변화에 따라 압축기의 성능 또한 달라진다.On the other hand, the
즉, 도 3의 상단에 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 상기 고정자(10)의 외주면까지의 거리(Ly)와 상기 요홈(13)의 깊이(Ld) 사이의 비(Ld/Ly)가 증가할수록 자속밀도(Yoke Flux Density)가 함께 증가하는데, 비(Ld/Ly)가 약 0.40이 될 때 0.35mm두께의 강판을 겹쳐 형성한 고정자를 기준으로 한 포화자속밀도 1.6T가 넘기 시작한다. 따라서 상기 고정자(10)의 외주면까지의 거리(Ly)와 상기 요홈(13)의 깊이(Ld) 사이의 비(Ld/Ly)는 0.35 내지 0.45 범위 내의 값을 갖도록 조절한다.That is, as shown in the graph shown at the top of FIG. 3, as the ratio Ld / Ly between the distance Ly to the outer circumferential surface of the
그리고 도 3의 하단에 도시된 그래프에서 보는 바와 같이 상기 고정자(10)의 외주면까지의 거리(Ly)와 상기 요홈(13)의 깊이(Ld) 사이의 비(Ld/Ly)가 약 0.4가 되는 지점에서 토크 상수가 급격하게 하강하기 시작한다. 그러므로 상기 고정자(10)의 외주면까지의 거리(Ly)와 상기 요홈(13)의 깊이(Ld) 사이의 비(Ld/Ly)를 상술한 바와 같이 0.35 내지 0.45 범위 내에서 조절함으로써 토크 상수가 저하되는 것도 방지한다. 3, the ratio Ld / Ly between the distance Ly to the outer circumferential surface of the
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but is defined by the claims, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the claims. It is self evident.
100: 전동모터 10: 고정자
11: 고정슬롯 13: 요홈
15: 권선슬롯 20: 엔드턴
30: 커넥터 40: 회전자
41: 삽입공 43: 리벳홀
45: 통공 47: 축공100: electric motor 10: stator
11: Fixed slot 13: Groove
15: winding slot 20: end turn
30: connector 40: rotor
41: insertion hole 43: rivet hole
45: through hole 47: shaft
Claims (4)
상기 고정자(10)의 외주면으로부터 요입되고 축방향으로 연장되는 복수의 요홈(13)이 형성되고, 상기 고정자(10)의 외주면까지의 거리(Ly)와 상기 요홈(13)의 깊이(Ld) 사이의 비(Ld/Ly)는 0.35 내지 0.45의 범위 내의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 전동 압축기.A stator 10 formed in a cylindrical shape, the inside of which penetrates in the axial direction, and a plurality of winding slots 15 formed in the inner circumferential surface thereof to extend in parallel to the axial direction, the coil being wound therein, and formed in a cylindrical shape In the stator 10 is installed coaxially inside, the motor-driven compressor is provided with an electric motor 100 comprising a rotor 40 is inserted into the permanent magnet therein,
A plurality of grooves 13 recessed from the outer circumferential surface of the stator 10 and extending in the axial direction are formed, and between the distance Ly to the outer circumferential surface of the stator 10 and the depth Ld of the groove 13. The ratio (Ld / Ly) of the motor-driven compressor, characterized in that it has a value in the range of 0.35 to 0.45.
상기 회전자(40)에는 6개의 영구자석이 삽입되고,
상기 권선슬롯(15)은 상기 고정자(10)의 내주면을 따라 일정한 간격으로 27개 구비됨을 특징으로 하는 차량용 전동 압축기. The method of claim 1,
Six permanent magnets are inserted into the rotor 40,
The winding slot (15) is a vehicle electric compressor, characterized in that provided with 27 at regular intervals along the inner peripheral surface of the stator (10).
상기 요홈(13)은, 상기 고정자(10)의 외주면에 5개 내지 9개가 구비됨을 특징으로 하는 상기 차량용 전동 압축기. The method of claim 2,
The groove (13), the vehicle electric compressor, characterized in that provided with five to nine on the outer peripheral surface of the stator (10).
상기 전동모터(100)는 분포권 방식임을 특징으로 하는 차량용 전동 압축기. The method of claim 1,
The electric motor 100 is a vehicle electric compressor, characterized in that the distribution range method.
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