KR20180099851A - 로터, 전동기, 압축기, 및 냉동 공조기 - Google Patents

로터, 전동기, 압축기, 및 냉동 공조기 Download PDF

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Abstract

로터(3)는, 로터 코어(4)와, 로터 코어(4)에 형성된 자석 삽입구멍(6)에 삽입된 자석(5)을 구비한다. 자석 삽입구멍(6)은, 로터 코어(4)의 회전축(C)과 평행하게 늘어나 있고, 회전축(C)에 따라 본 경우에, 회전축(C)을 향하여 볼록하게 되는 중앙 부분을 갖는 원호형상이다. 자석 삽입구멍(6)의 원호형상은, 제1의 원호면(61)과, 제1의 원호면(61)과 중심을 같게 함과 함께 제1의 원호면(61)보다도 반경이 큰 제2의 원호면(62)을 갖고서 형성되어 있다. 제2의 원호면(62)은, 제1의 원호면(61)을 향하여 돌출하는 2개의 돌출부(7)를 갖는다. 자석(5)은, 2개의 돌출부(7)의 사이에 삽입되어 2개의 돌출부(7)에 당접한다.

Description

로터, 전동기, 압축기, 및 냉동 공조기
본 발명은, 로터, 전동기, 압축기, 및 냉동 공조기에 관한 것이다.
전동기에는, 로터 코어에 형성된 자석 삽입구멍에 판형상(板狀)의 자석이 삽입된 로터를 이용한 매입 자석형 전동기가 있다. 특허 문헌 1에서는, 자석 삽입구멍 및 그곳에 삽입된 자석이, 단부를 향함에 따라 로터의 외주면에 근접하도록 휘어진 형상으로 되어 있다.
매입 자석형 전동기에서는, 스테이터로부터의 반자계(反磁界)에 의해 자석이 감자(減磁)함으로써, 로터의 자력이 내려가고, 효율의 악화를 초래하는 외에, 모터 특성이 변함에 의한 제어성의 악화가 우려된다. 그래서, 스테이터로부터의 반자계에 의해 자석이 감자하는 것을 억제하기 위해, 자석의 양단부에서 자석 삽입구멍의 사이에 공극이 마련되는 경우가 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특개2002-136011호 공보
그렇지만, 자석의 단부에 공극을 마련함으로써, 자석 삽입구멍의 내부에서 자석이 움직여 버릴 우려가 있다. 자석 삽입구멍의 내부에서 자석이 움직임으로써, 로터 코어와 자석이 접촉하여, 자석이 파손되어 버리는 경우가 있다. 또한, 자석 삽입구멍의 내부에서 자석이 움직임으로써, 자석의 단부에서 공극의 크기가 불충분하게 되어, 스테이터로부터의 반자계에 의한 감자에 의해, 전동기의 효율이 악화하는 경우가 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 자석 삽입구멍의 내부에서의 자석의 이동을 억제함으로써, 신뢰성 및 효율의 향상을 도모할 수 있는 로터를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 로터는, 로터 코어와, 로터 코어에 형성된 자석 삽입구멍에 삽입된 자석을 구비한다. 자석 삽입구멍은, 로터 코어의 회전축과 평행하게 늘어나 있고, 회전축에 수직한 단면(斷面)에서, 회전축을 향하여 볼록하게 되는 중앙 부분을 갖는 원호형상이다. 자석 삽입구멍의 원호형상은, 제1의 원호면과, 제1의 원호면과 중심을 같게 함과 함께 제1의 원호면보다도 반경이 큰 제2의 원호면을 갖고서 형성되어 있다. 제2의 원호면은, 제1의 원호면을 향하여 돌출하는 2개의 돌출부(突部)를 갖는다. 자석은, 2개의 돌출부의 사이에 삽입되어 2개의 돌출부에 당접한다.
본 발명에 관한 로터는, 자석 삽입구멍의 내부에서의 자석의 이동을 억제함으로써, 신뢰성 및 효율의 향상을 도모할 수 있다는 효과를 이룬다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전동기의 개략 구성을 도시하는 사시도
도 2는 실시의 형태 1에 관한 전동기를 회전축에 수직한 단면(斷面)으로 본 도면
도 3은 도 2에 도시하는 A부분을 확대한 부분 확대도
도 4는 실시의 형태 1에 관한 전동기를 이용한 압축기의 단면도
도 5는 실시의 형태 1에서의 압축기를 이용하여 구성된 냉동 공조기의 구성도
도 6은 실시의 형태 2에 관한 전동기를 회전축에 수직한 단면으로 본 도면
도 7은 도 6에 도시하는 G부분을 확대한 부분 확대도
이하에, 본 발명의 실시의 형태에 관한 로터, 전동기, 압축기, 및 냉동 공조기를 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 이 실시의 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다.
실시의 형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전동기의 개략 구성을 도시하는 사시도이다. 전동기(51)는, 통형상(筒狀) 형상의 스테이터(1)와, 스테이터(1)의 내측에 마련된 원주 형상 또는 원통 형상의 로터(3)를 구비한다. 스테이터(1)와 로터(3)는 서로의 회전축(C)을 일치시켜서 배치되고, 로터(3)는 회전축(C)을 중심으로 회전한다
도 2는, 실시의 형태 1에 관한 전동기(51)을 회전축(C)에 수직한 단면으로 본 도면이다. 스테이터(1)는, 내측을 향하여 돌출된 복수의 티스(1a)에 대해, 권선(8)이 휘감겨져서 구성된다. 로터(3)는, 스테이터(1)와의 사이에 간극을 마련하여 배치된다.
로터(3)는, 로터 코어(4)와 자석(5)을 구비한다. 로터 코어(4)는, 복수의 전자강판을 회전축(C)에 따른 방향으로 적층하여 형성된다. 로터 코어(4)는, 원통 형상 또는 원주 형상이고, 로터(3)의 외곽을 구성한다. 로터 코어(4)에는, 회전축(C)에 따른 방향으로 늘어나는 자석 삽입구멍(6)이 형성된다. 자석 삽입구멍(6)에는, 영구자석인 자석(5)이 삽입되어 감입(嵌入)된다. 자석(5)은, 네오디뮴 및 디스프로슘을 주성분으로 한 희토류 자석이다. 희토류 자석을 이용함으로써, 높은 잔류자속밀도와 보호자력을 갖기 때문에, 희토류 자석을 이용함으로써 고효율 및 감자 내력에 우수한 영구자석 매입형 전동기를 구성할 수 있다.
로터 코어(4)에는, 전동기(51)의 극수와 같은 수의 자석 삽입구멍(6)이 형성되어 있고, 본 실시의 형태 1에서는 6개의 자석 삽입구멍(6)이 형성되어 있다. 자석 삽입구멍(6)은, 회전축(C)과 평행하게 늘어나도록 형성되어 있고, 로터 코어(4)를 관통한다.
도 3은, 도 2에 도시하는 A부분을 확대한 부분 확대도이다. 자석 삽입구멍(6)은, 회전축(C)에 수직한 단면에서, 회전축(C)을 향하여 볼록하게 되는 중앙부를 갖는 원호형상이다. 그 원호형상은, 동일한 중심점(D)을 중심으로 하는 제1의 원호면(61)과 제2의 원호면(62)을 갖고서 형성되어 있다. 제1의 원호면(61)의 반경보다도 제2의 원호면(62)의 반경쪽이 크게 되어 있다.
또한, 제1의 원호면(61)의 단부(端部)와 제2의 원호면(62)의 단부가, 로터 코어(4)의 외주면과 평행한 연결면(63)에 의해 연결된다. 로터 코어(4)의 외주면과 연결면(63)과의 거리, 즉 로터 코어(4)의 외주면과 자석 삽입구멍(6)과의 간격인 외주 브리지 폭(B)은, 자석 삽입구멍(6)의 양단에서 동등하게 되어 있다. 또한, 로터 코어(4)를 구성하는 전자강판을 프레스 가공에 의해 제조하는 경우, 외주 브리지 폭(B)은, 로터 코어(4)를 구성한 전자강판의 판두께 이상으로 할 필요가 있다. 회전축(C)에 수직한 단면에서 자석 삽입구멍(6)의 제1의 원호면(61)의 중점과, 제2의 원호면(62)의 중점을 잇는 선을 가상선(E)이라고 하면, 자석 삽입구멍(6)은 가상선(E)에 대칭의 형상으로 되어 있다.
제2의 원호면(62)에는, 제1의 원호면(61)을 향하여 돌출하는 2개의 돌출부(7)가 형성된다. 2개의 돌출부(7)의 각각에는, 자석(5)과 당접하는 돌출부측 당접면(7a)이 형성된다. 돌출부측 당접면(7a)은 평면이다. 2개의 돌출부(7)에 형성된 돌출부측 당접면(7a)끼리는, 서로 평행하게 되어 있다. 또한, 돌출부측 당접면(7a)끼리는, 가상선(E)에 대칭이 되도록 형성되어 있다.
자석 삽입구멍(6)에 삽입되는 자석(5)은, 자석 삽입구멍(6)과 마찬가지로, 회전축(C)에 수직한 단면에서 원호형상이고, 제1의 원호면(61) 및 제2의 원호면(62)에 당접한다. 또한, 자석(5)은, 2개의 돌출부(7)끼리의 사이에 삽입된다.
자석(5)의 양단에는, 돌출부측 당접면(7a)에 당접하는 자석측 당접면(5a)이 형성되어 있다. 자석측 당접면(5a)은 평면이다. 따라서 돌출부측 당접면(7a)과 자석측 당접면(5a)의 당접은, 평면끼리의 당접이 된다. 자석 삽입구멍(6)에 삽입된 상태에서, 자석(5)은 가상선(E)에 대칭의 형상이고, 자석측 당접면(5a)끼리도 가상선(E)에 대칭이 된다. 따라서 로터(3)의 자극 중심선과 가상선(E)이 일치한다. 또한, 자극 중심선이란 회전축(C)으로부터 늘어나서 자석(5)의 극(極)의 중심을 통과하는 선이다.
또한, 자석(5)이 자석 삽입구멍(6)에 삽입된 상태에서, 자석 삽입구멍(6)의 연결면(63)과 자석(5)과의 사이에는 공극이 형성된다. 연결면(63)과 자석(5)과의 거리, 즉 공극의 폭(F)는, 자석(5)의 양단에서 동등하게 되어 있다.
이상 설명한 전동기에 의하면, 자석(5)에 형성된 자석측 당접면(5a)이 로터 코어(4)에 형성된 돌출부측 당접면(7a)에 당접하기 때문에, 로터(3)의 회전시에 자석 삽입구멍(6)의 내부에서의 자석(5)의 이동을 억제할 수 있다. 이에 의해, 자석(5)의 파손을 억제하여, 전동기(51)의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 공극의 폭(F)의 축소에 의한 전동기(51)의 효율의 악화를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태 1의 자석측 당접면(5a)과 같이 평행한 평면끼리라면, 어느 일방의 면을 기준면으로 하여 타방의 면까지의 거리를 정확하게 재는 것은 용이하다. 이에 대해, 평면이 아닌 면끼리 또는 평행이 아닌 면끼리의 거리를 정확하게 재는 것은 어렵다. 따라서 자석(5)에 형성된 자석측 당접면(5a)끼리가 평면이면서 평행한 로터(3)에서는, 자석(5)의 제조 공정에서, 자석측 당접면(5a)끼리의 거리의 정밀도 향상이 도모하기 쉬워진다. 이에 의해, 자석 삽입구멍(6) 내에서의 자석(5)의 덜커덕거림을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 돌출부측 당접면(7a)과 자석측 당접면(5a)과의 당접이, 평면끼리의 당접이기 때문에, 곡면을 당접시키는 경우에 비하여 정밀도 좋게 당접시키기 쉽고, 돌출부측 당접면(7a)과 자석측 당접면(5a)이 점접촉 또는 선접촉이 되여 당접면적이 적어져 버리는 것을 막기 쉬워진다. 따라서 돌출부측 당접면(7a)과 자석측 당접면(5a)이 당접하는 면적을 충분히 확보하여, 자석 삽입구멍(6) 내에서의 자석(5)의 덜커덕거림을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 돌출부(7)가 제1의 원호면(61)에 형성되어 있는 경우에는, 로터(3)의 회전시에 자석(5)으로부터 돌출부(7)에 가하여지는 힘이, 로터 코어(4)의 외주면과 연결면(63)과의 사이가 되는 부분에 집중하여 가하여지게 된다. 여기서, 로터 코어(4)의 외주면과 연결면(63)과의 사이가 되는 부분의 폭, 즉 외주 브리지 폭(B)은, 전동기(51)의 효율 향상을 위해 가능한 한 작게 된다. 따라서 돌출부(7)가 제1의 원호면(61)에 형성되어 있는 경우에는, 돌출부(7)에 가하여지는 힘에 의해, 로터 코어(4)의 외주면과 연결면(63)과의 사이가 되는 부분에서 파손이 생길 우려가 있다. 그렇지만, 본 실시의 형태 1의 전동기(51)에서는, 제2의 원호면(62)에 돌출부(7)가 형성되어 있기 때문에), 로터 코어(4)의 외주면과 연결면(63)과의 사이가 되는 부분에서 파손이 생기기 어렵다.
또한, 돌출부(7)의 형상은, 도 2, 3에 도시하는 형상으로 한정되지 않고, 회전축(C)에 수직한 단면에서, 4각형상이라도 좋고, 기타의 형상이라도 좋다.
다음에, 전동기(51)을 이용한 압축기에 관해 설명한다. 도 4는, 실시의 형태 1에 관한 전동기(51)을 이용한 압축기의 단면도이다. 압축기(200)의 밀폐 용기(16)는, 강판을 드로잉 가공하여 원통 형상으로 형성한 것이다. 밀폐 용기(16)에는, 전동기(51)와 압축부(60)가 마련되고, 밀폐 용기(16)의 저부에는, 압축부(60)의 활주부를 윤활하는 냉동기유가 저류되어 있다. 압축부(60)로는, 스크롤, 로터리, 또는 레시프로라는 기구가 사용된다.
스테이터(1)는, 수축 끼워맞춤, 냉각 끼워맞춤, 또는 압입으로 밀폐 용기(16)의 내주부로 유지된다. 스테이터(1)에 감겨진 권선(8)에는 밀폐 용기(16)에 고정되는 유리 단자(14)로부터의 전력이 공급된다.
로터(3)는, 로터(3)으로부터 늘어나는 축부(3a)가, 축받이부인 상부 프레임(66) 및 하부 프레임(65)에 유지되어, 회전 가능한 상태로 되어 있다.
압축부(60)는, 상하 적층 상태에 마련된 실린더(72)와, 축부(3a)가 삽입되는 피스톤(73)와, 축부(3a)가 삽입되어 실린더(72)의 축방향 단면을 폐색하는 상하 한 쌍의 상부 프레임(66) 및 하부 프레임(65)과, 상부 프레임(66)에 장착된 상부 토출 머플러(71)와, 하부 프레임(65)에 장착된 하부 토출 머플러(64)와, 실린더(72) 내를 흡입측과 압축측으로 나누는 도시하지 않은 베인을 갖는다.
압축기(200)의 동작을 설명한다. 어큐뮬레이터(12)로부터 공급된 냉매 가스는, 밀폐 용기(16)에 고정된 흡입 파이프(13)로부터 실린더(72) 내로 흡입된다. 인버터의 통전에 의해 로터(3)가 회전함으로써, 축부(3a)에 감합된 피스톤(73)이 실린더(72) 내에서 회전하고, 실린더(72) 내에서는 냉매의 압축이 행하여진다. 압축된 고온의 냉매는, 상부 토출 머플러(71) 및 하부 토출 머플러(64)를 경유한 후, 스테이터(1)와 로터(3)와의 간극, 또는 로터(3)에 형성된 도시하지 않은 바람구멍을 통과하여 밀폐 용기(16) 내를 상승하고, 밀폐 용기(16)에 마련된 토출 파이프(15)를 통과하여 냉동 사이클의 고압측으로 공급된다.
다음에, 전동기(51)을 이용한 냉동 공조기에 관해 설명한다. 도 5는, 실시의 형태 1에서의 압축기(200)을 이용하여 구성된 냉동 공조기의 구성도이다. 냉동 공조기(300)는, 전동기(51)를 구비하는 압축기(200)와, 4방밸브(35)와, 압축기(200)에서 압축된 고온 고압의 냉매 가스의 열을 공기와 열교환하여 응축되어 액냉매로 하는 응축기(32)와, 액냉매를 팽창시켜서 저온 저압의 액냉매로 하는 팽창기(33)와, 저온 저압의 액냉매에 흡열시켜서 저온 저압의 가스 냉매로 하는 증발기(34)와, 압축기(200), 팽창기(33), 및 4방밸브(35)를 제어하는 제어부(36)로 구성된다. 압축기(200), 4방밸브(35), 응축기(32), 팽창기(33), 및 증발기(34)는, 각각 냉매 배관(31)에 의해 접속되어 냉동 사이클을 구성한다. 압축기(200)을 이용함에 의해 고효율로 고출력의 냉동 공조기(300)을 제공할 수 있다.
실시의 형태 2.
도 6은, 실시의 형태 2에 관한 전동기(151)을 회전축에 수직한 단면으로 본 도면이다. 도 7은, 도 6에 도시하는 G부분을 확대한 부분 확대도이다. 또한, 실시의 형태 1과 같은 구성에 관해서는, 같은 부호를 붙이고 상세 설명을 생략한다.
본 실시의 형태 2에 관한 전동기(151)에서는, 자석 삽입구멍(6)의 제2의 원호면(62)에 형성된 돌출부(107)의 형상, 특히 돌출부측 당접면(107a)의 형상이 실시의 형태 1과 다르다. 구체적으로는, 돌출부측 당접면(107a)끼리가, 제2의 원호면(62)으로부터 떨어짐에 따라 서로의 거리가 가까워진다. 이것은, 돌출부측 당접면(107a)이 가상선(E)을 향하여 늘어나도록 형성되어 있다고도 환언할 수 있고, 돌출부측 당접면(107a)이 자극 중심선을 향하여 늘어나도록 형성되어 있다고도 환언할 수 있다.
자석 삽입구멍(6)에 삽입되는 자석(105)에는, 돌출부측 당접면(107a)에 당접하는 자석측 당접면(105a)이 형성되어 있다. 자석측 당접면(105a)끼리는, 자석 삽입구멍(6)에 삽입된 상태에서, 제2의 원호면(62)으로부터 떨어짐에 따라 서로의 거리가 가까워진다.
실시의 형태 2에 관한 전동기(151)에서는, 돌출부측 당접면(107a)과 자석측 당접면(105a)이 당접하기 때문에, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 자석 삽입구멍(6)의 내부에서의 자석(105)의 이동을 억제할 수 있다.
또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 돌출부측 당접면(107a)이 로터 코어(4)의 외주 측에서 자석(105)에 당접하기 때문에, 로터(3)의 회전시에 자석(105)에 생기는 원심력을, 돌출부측 당접면(107a)에서 받을 수 있다. 따라서 로터(3)의 회전시에 자석 삽입구멍(6) 내에서의 자석(105)의 이동을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
또한, 로터(3)의 회전시에 자석(105)에 생기는 원심력을 돌출부측 당접면(107a)에서 받기 때문에, 돌출부(107)에는 어느 정도의 강도가 요구된다. 그래서, 돌출부(107)는, 근원부의 폭(H), 즉 돌출부(107)와 제2의 원호면(62)과의 경계분에서의 폭(H)을, 외주 브리지 폭(B)보다 크게 하여, 돌출부(107)의 강도를 확보하는 것이 바람직하다.
돌출부(107)의 형상은, 도 6, 7에 도시하는 형상으로 한정되지 않고, 회전축(C)에 수직한 단면에서 삼각형 형상이라도 좋고, 기타의 형상이라도 좋다. 또한, 돌출부측 당접면(107a)과 자석측 당접면(105a)은, 서로 평면이라도 좋고, 서로 곡면이라도 좋다. 또한, 서로 평면으로 함으로써, 돌출부측 당접면(107a)과 자석측 당접면(105a)이 점접촉 또는 선접촉이 되어 당접면적이 적어져 버리는 것을 막기 쉬워진다.
또한, 본 실시의 형태 2에 관한 전동기(151)을, 도 4 및 도 5에 도시한 압축기 및 냉동 공조기에 이용하여도 좋다.
이상의 실시의 형태에 나타낸 구성은, 본 발명의 내용의 한 예를 나타내는 것이고, 다른 공지의 기술과 조합시키는 것도 가능하고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.
1 : 스테이터
1a : 티스
3 : 로터
3a : 축부
4 : 로터 코어
5, 105 : 자석
5a, 105a : 자석측 당접면
6 : 자석 삽입구멍
7, 107 : 돌출부
7a, 107a : 돌출부측 당접면
8 : 권선
51, 151 : 전동기
61 : 제1의 원호면
62 : 제2의 원호면
63 : 연결면

Claims (8)

  1. 로터 코어와,
    상기 로터 코어에 형성된 자석 삽입구멍에 삽입된 자석을 구비하고,
    상기 자석 삽입구멍은, 상기 로터 코어의 회전축과 평행하게 늘어나 있고, 상기 회전축에 수직한 단면에서, 상기 회전축을 향하여 볼록하게 되는 중앙 부분을 갖는 원호형상이고,
    상기 자석 삽입구멍의 원호형상은, 제1의 원호면과, 상기 제1의 원호면과 중심을 같게 함과 함께 상기 제1의 원호면보다도 반경이 큰 제2의 원호면을 갖고서 형성되고,
    상기 제2의 원호면은, 상기 제1의 원호면을 향하여 돌출하는 2개의 돌출부를 가지며,
    상기 자석은, 상기 2개의 돌출부의 사이에 삽입되어 상기 2개의 돌출부에 당접하는 것을 특징으로 하는 로터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 각각에는, 평면이고, 또한 서로 평행하게 상기 자석에 당접하는 돌출부측 당접면이 형성되어 있고,
    상기 자석에는, 평면이고, 또한 상기 돌출부측 당접면에 당접하는 자석측 당접면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 각각에는, 상기 자석에 당접하는 돌출부측 당접면이 형성되어 있고,
    상기 자석에는, 상기 돌출부측 당접면에 당접하는 자석측 당접면이 형성되어 있고,
    상기 돌출부측 당접면은, 상기 제1의 원호면으로부터 떨어짐에 따라 서로의 거리가 가까워지는 것을 특징으로 하는 로터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부측 당접면 및 상기 자석측 당접면이 평면인 것을 특징으로 하는 로터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 회전축에 수직한 단면에서, 상기 돌출부의 폭은, 상기 로터의 외주면과 상기 자석 삽입구멍과의 간격보다도 큰 것을 특징으로 하는 로터.
  6. 통형상 형상의 스테이터와,
    상기 스테이터의 내측에 회전 가능하게 마련된 제1항에 기재된 로터를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
  7. 제6항에 기재된 전동기를 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 제7항에 기재된 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 공조기.
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