KR100273379B1 - 터보 압축기의 축 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 압축기의 축 지지구조에 관한 것으로, 종래에는 구동축의 초기 회전시 또는 구동축의 회전 정지시 가스베어링에서 갖는 기계적인 접촉에 의해 마모가 발생되어 베어링의 신뢰성을 저하시키게 되고, 구동축과 저어널 베어링사이의 조립 공차를 위한 정밀가공 및 코팅 처리 작업에 의해 조립 생산성을 저하시키게 되는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 구동축을 영구자석의 자력에 의해 지지하도록 하여 구동축이 접촉 없이 지지됨으로써 구동축의 구동시 원활하게 구동될 뿐만 아니라 구동축의 마모가 없어 베어링의 신뢰성과 냉매가스의 압축효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

터보 압축기의 축 지지구조

본 발명은 터보 압축기에 관한 것으로, 특히 구동축을 지지하여 축의 회전을 원할하게 할 뿐만 아니라 기계적 접촉에 의한 마모를 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 축 지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 터보 압축기는 임펠러를 회전시켜 냉매 가스를 압축시키게 된다. 제1도는 본출원인이 특허 출원 P97-64567호로 선출원한 바 있는 터보 압축기를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 터보 압축기는 흡입구(1)를 갖는 제1압축실(10)과 토출구(21)를 갖는 제2압축실(20)이 양측에 각각 형성되고 중앙에 모터실(30)이 형성되며 상기 제1압축실(10)과 제2압축실(20)을 연통시킴과 더불어 상기 모터실(30)과 연통되도록 형성된 가스유로(40)를 구비하여 이루어진 밀폐용기(100)와, 상기 모터실(30)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(200)와, 일측 단부가 상기 제1압축실(10)에 삽입되고 타측 단부가 상기 제2압축실(20)에 삽입되고 상기 구동모터(200)에 결합되어 구동모터(200)의 구동력을 전달하는 구동축(300)과, 상기 제1압축실(10)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 일측 단부에 결합되어 흡입구(1)로 유입되는 가스를 1차 압축하여 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유동시키는 제1임펠러(310)와, 상기 제2압축실(20)에서 회전가능하도록 구동축(300)의 타측 단부에 결합되어 1차 압축되어 제2압축실(20)로 유입된 가스를 2차 압축하여 토출구(21)로 토출시키는 제2임펠러(320)를 포함하여 구성된다.

상기 구동축(300)에는 축방향으로 작용하는 힘을 지지하기 위하여 스러스트 베어링(700)이 결합되며, 또한 구동축(300)의 반경방향으로 작용하는 힘을 지지하기 위하여 저어널 베어링(800)이 사용된다.

상기한 바와 같은 터보 압축기의 작동을 설명하면 다음과 같다.

상기 터보 압축기는 구동모터(200)에 전류가 인가되면 구동모터(200)가 작동함과 더불어 구동모터(200)의 구동력이 구동축(300)에 전달되어 구동축(300)이 회전하게 된다. 상기 구동축(300)의 회전에 의해 구동축(300)의 양단부에 결합된 제1임펠러(310)와 제2임펠러(320)가 각각 회전하게 된다. 상기 제1임펠러(310)와 제2임펠러(320)의 회전력에 의해 어큐뮬레이터(600)를 통과한 냉매 가스가 흡입구(1)를 통해 제1압축실(10)로 유입되어 1차 압축되고, 이 1차 압축된 냉매 가스는 가스유로(40)를 통해 제2압축실(20)로 유입되며, 이 제2압축실(27)로 유입된 1차 압축된 냉매가스는 제2압축실(20)에서 2차 압축되어 토출구(21)를 통해 토출된다. 이 2차 압축되어 토출된 냉매 가스는 냉동/공조사이클을 구성하는 응축기(미도시)로 유입된다.

그리고 상기 제1압축실(10)과 제2압축실(20)의 압력차로 인하여 구동축(300)에 축방향으로 작용하는 축방향 힘은 스러스트 베어링(700)에 의해 지지되고, 또한 구동축(300)의 자중 및 이에 결합되는 부품의 무게에 의해 구동축(300)의 반경방향으로 작용하는 힘은 저어널 베어링(800)이 지지하게 됨으로써 구동축(300)의 회전을 원할하게 해준다.

한편, 상기 구동축(300)을 축방향으로 지지하는 스러스트 베어링(700)과 반경방향으로 지지하는 저어널 베어링(800)에 대한 종래 구조의 일예로, 제2도에 도시한 바와 같이, 스러스트 베어링(700)은 구동모터(200)가 장착되는 모터실(30)의 일측에 구동축(300)이 삽입되는 축삽입공(50)이 형성되고, 이 축삽입공(50)의 내주면에 소정의 폭으로 축삽입공(50)의 직경보다 큰 직경의 원형홈(60)이 형성되어 있다. 그리고 소정의 길이로 형성된 구동축(300)의 일측에는 상기 훤형홈(60)에 상응하는 원판형 돌기로 형성되어 상기 원형홈(60)에 삽입되며, 상기 원형홈(60)의 양측면과 원판형 돌기의 양측면은 베어링면을 이루게 된다.

상기 저어널 베어링(800)은 구동모터(200)의 양측에 위치하도록 모터실(30)의 내부에 설치되어 구동축(300)을 지지하게 되며, 상기 구동축(300)이 삽입되는 저어널 베어링(800) 내경 내주면과 이에 대향되는 구동축(300)의 외주면에는 내마모성을 지니도록 코팅처리되며 이 저어널 베어링(800)과 구동축(300)의 조립 공차는 미소 공차를 유지하여 구동시 냉매 가스 유막에 의한 공기 베어링 상태를 유지하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 선출원된 터보 압축기의 축 지지구조는 구동축(300)의 초기 회전시 또는 구동축(300)의 회전 정지시 가스베어링에서 갖는 기계적인 접촉에 의해 마모가 발생되어 베어링의 신뢰성을 저하시키게 되고, 구동축(300)과 저어널 베어링(800)사이의 조립 공차를 위한 정밀가공 및 코팅 처리 작업에 의해 조립 생산성을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 구동축의 지지를 원할하게 할 뿐만 아니라 기계적 접촉에 의한 마모를 방지할 수 있도록 한 터보 압축기의 구동축 지지구조를 제공함에 있다.

제1도는 일반적인 터보 압축기의 일예를 도시한 단면도.

제2도는 종래 터보 압축기 축 지지구조를 도시한 단면도.

제3도는 본 발명의 터보 압축기 축 지지구조를 도시한 단면도.

제4도는 본 발명의 터보 압축기 축 지지구조의 다른 실시예를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 제1압축실 20 : 제2압축실

30 : 모터실 40 : 가스유로

100 : 밀페용기 200 : 구동모터

300 : 구동축 310 : 제1임펠러

320 : 제2임펠러 400 : 반경방향 지지수단

410 : 축지지부재 411 : 축지지부재 관통공

420,530 : 영구자석 500 : 축방향 지지수단

510 : 측면 자석지지부재 520 : 측면지지부재

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 냉매가스가 압축되는 제1, 2압축실과 모터가 장착되는 모터실과 상기 제1압축실과 제2압축실을 연통시키는 가스유로를 구비하여 형성된 밀폐용기와, 상기 모터실에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 양단에 상기 제1압축실과 제2압축실에 각각 삽입되는 제1, 2임펠러가 결합되며 상기 구동모터에 결합되어 구동모터의 구동에 의해 회전하는 구동축을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보 압축기에 있어서; 소정의 두께를 갖는 형상으로 형성되며 내부에 상기 구동축에 삽입되는 관통공이 형성된 축지지부재가 상기 구동축에 삽입됨과 더불어 모터실의 내부에 고정 결합되고 상기 축지지부재의 관통공 내주면과 이에 대향되는 구동축의 외주면에 서로 같은 극을 갖는 영구자석이 각각 결합되어 구동축을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지수단과, 상기 구동축의 일측에 그 소정의 평면을 갖는 측면 자석결합부재가 결합되고 그 측면 자석결합부재에 대면되도록 소정의 평면을 갖는 측면지지부재가 고정 결합되며 상기 측면 자석결합부재와 이에 대면되는 측면지지부재에 서로 같은 극을 갖는 영구자석이 각각 결합되어 구동축을 축방향으로 지지하는 축방향 지지수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조가 제공된다.

상기 반경방향 지지수단은 구동축에 결합되는 구동모터의 양측에 위치하도록 각각 설치됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 축 지지구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기 축 지지구조는, 제3도에 도시한 바와 같이, 먼저 냉매가스가 압축되는 제1,2압축실(10,20)과 모터가 장착되는 모터실(30)과 상기 제1압축실(10)과 제2압축실(20)을 연통시키는 가스유로(40)를 구비하여 형성된 밀폐용기(100)와, 상기 모터실(30)에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터(200)와, 양단에 상기 제1압축실(10)과 제2압축실(20)에 각각 삽입되는 제1,2임펠러(400,500)가 결합되며 상기 구동모터(200)에 결합되어 구동모터(200)의 구동에 의해 회전하는 구동축(300)을 포함하여 구성됨은 종래와 유사하다.

그리고 소정의 두께를 갖는 형상으로 형성되며 내부에 상기 구동축(300)에 삽입되는 관통공(411)이 형성된 축지지부재(410)가 상기 구동축(300)에 삽입됨과 더불어 모터실(30)의 내부에 고정,결합되고 상기 축지지부재(410)의 관통공 내주면과 이에 대향되는 구동축(300)의 외주면에 서로 같은 극을 갖는 제1영구자석(420)이 각각 결합되어 이루어진 반경방향 지지수단(400)과, 상기 구동축(300)의 일측에 측면 자석결합부재(510)가 결합되고 상기 측면 자석결합부재(510)의 측면에 대면되도록 측면지지부재(520)가 고정 결합되며 상기 측면 자석결합부재(517)의 측면과 이에 대면되는 측면지지부재(520)의 측면에 서로 같은 극을 갖는 제2영구자석(530)이 각각 결합되는 축방향 지지수단(500)으로 이루어진다.

상기 반경방향 지지수단(400)은 구동축(300)에 결합되는 구동모터(200)의 양측에 위치하도륵 각각 결합된다.

상기 축지지부재(410)에 삽입되는 제1영구자석(420)은 소정의 두께와 폭을 갖는 환형으로 형성되어 축지지부재(410)의 관통공(411)에 결합된다. 그리고 상기 구동축(300)에 결합되는 제1영구자석(420)은 상기 축지지부재(410)에 결합되는 제1영구자석(420)의 폭과 같은 폭과 소정의 두께를 갖는 환형으로 형성되어 구동축(300)에 결합된다. 상기 구동축(300)에 결합되는 제1영구자석(420)은 축지지부재(410)에 결합된 제1영구자석(420)과 대면되는 위치에서 측면 자석결합부재(510) 측으로 약간 빗나가는 위치에 결합됨이 바람직하다.

상기 구동축(300)에 결합되는 측면 자석결합부재(510)는 소정의 두께와 직경을 갖도록 형성된다. 그리고 상기 측면 자석결합부재(510)의 측면에 결합되는 제2영구자석(530)은 소정의 두께와 외경을 갖으며 내부에는 상기 구동축(300)에 삽입될 수 있는 관통공(531)이 형성되어 이루어진다.

축방향 지지수단(500)을 구성하는 상기 측면지지부재(520)는 모터실(30)을 이루는 측벽을 사용할 수 있으며, 또한 별도의 부재로 형성하여 모터실(30)의 내부에 고정 결합하여 구성할 수 있다. 이 측면지지부재(520)에 결합되는 제2영구자석(530)은 상기 측면 자석결합부재(510)에 결합되는 제2 영구자석(530)의 크기와 상응하게 형성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 제4도에 도시한 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 형상으로 형성되며 내부에 상기 구동축(300)에 삽입되는 관통공(411´)이 형성된 축지지부재(410´)가 구동축(300)에 결합된 구동모터(200)의 양측에 위치하도록 상기 구동축(300)에 삽입됨과 더불어 모터실(30)의 내부에 고정 결합되며, 상기 축지지부재(410´)의 관통공(411´) 내주면과 이에 대향되는 구동축(300)의 외주면에 서로 같은 극을 갖는 제3영구자석(430)이 각각 결합되어 이루어진다. 상기 축지지부재(410´)의 관통공(411´)에 결합되는 제3영구자석(430)은 소정의 폭과 두께를 갖도록 형성되며, 상기 구동축(300)에 결합되는 제3영구자석(430)은 상기 축지지부재(410´)에 결합되는 제3영구자석(430)과 같은 폭과 소정의 두께를 갖도록 형성된다. 그리고 상기 구동축(300)에 결합되는 제3영구자석(430)은 축지지부재(410´)의 관통공(411´)에 결합된 제3영구자석(430)보다 내측에 위치하도록 결합된다.

이하, 본 발명의 터보 압축기 축 지지구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 터보 압축기 축 지지구조는 먼저, 구동모터(200)의 작동에 의해 구동축(300)이 회전하면서 제1,2압축실(10,20)에 위치하는 제1,2임펠러(310,320)가 회전하면서 냉매가스를 흡입하고 압축하여 토출시키게 되며, 이 과정에서 제1압축실(10)과 제2압축실(20)의 압력차에 의해 구동축(300)이 축방향으로 힘을 받게 되고, 이 구동축(300)이 축방향으로 받는 힘은 측면 자석결합부재(510)에 결합된 제2영구자석(530)과 측면지지부재(520)에 결합된 제2영구자석(530)사이의 척력에 의해 마찰없이 지지된다. 그리고 구동축(300)의 자중과 이에 결합된 부품의 자중에 의해 구동축(300)의 반경방향으로 작용하는 힘은 축지지부재(410)에 결합된 제1영구자석(420)과 이에 대응되게 구동축(300)에 결합된 제1영구자석(420)사이의 척력에 의해 마찰없이 지지된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 구동축(300)이 축방향과 반경방향으로 지지되는 부재들과 접촉됨이 없이 자석에 의한 자력에 의해 항상 지지됨으로써 구동축(300)의 초기 구동시나 정지시에 마찰 없이 원활하게 구동하게 된다.

또한, 종래의 가스베어링 상태에서 구동축(300)을 지지하는 것보다 축과 베어링사이의 조립 간격을 크게 하는 것이 가능하게 되어 구동축(300)의 회전시 조립 간격에 의한 유체의 저항을 감소시키게 된다. 그리고 구동축(300)과 이를 지지하는 부재의 정밀한 가공정밀도가 요구되지 않아 제작이 수월하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터보 압축기의 축 지지구조는 구동축을 자석에 의한 자력에 의해 지지하게 되어 구동축이 접촉 없이 지지됨으로써 구동축의 구동시 원활하게 구동될 뿐만 아니라 구동축의 마모가 없어 베어링의 신뢰성과 냉매가스의 압축효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 냉매가스가 압축되는 제1,2압축실과 모터가 장착되는 모터실과 상기 제1압축실과 제2압축실을 연통시키는 가스유로를 구비하여 형성된 밀폐용기와, 상기 모터실에 장착되어 구동력을 발생시키는 구동모터와, 양단에 상기 제1압축실과 제2압축실에 각각 삽입되는 제1,2임펠러가 결합되며 상기 구동모터에 결합되어 구동모터의 구동에 의해 회전하는 구동축을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보 압축기에 있어서; 소정의 두께를 갖는 형상으로 형성되며 내부에 상기 구동축에 삽입되는 관통공이 형성된 축지지부재가 상기 구동축에 삽입됨과 더불어 모터실의 내부에 고정 결합되고 상기 축지지부재의 관통공 내주면과 이에 대향되는 구동축의 외주면에 서로 같은 극을 갖는 영구자석이 각각 결합되어 구동축을 반경방향으로 지지하는 반경방향 지지수단과, 상기 구동축의 일측에 소정의 평면을 갖는 측면 자석결합부재가 결합되고 그 측면 자석결합부재에 대면되도록 소정의 평면을 갖는 측면지지부재가 고정 결합되며 상기 측면 자석결합부재와 이에 대면되는 측면지지부재에 서로 같은 극을 갖는 영구자석이 각각 결합되어 구동축을 축방향으로 지지하는 축방향 지지수단으로 이루어짐을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 반경방향 지지수단은 구동축에 결합되는 구동모터의 양측에 위치하도록 각각 설치됨을 특징으로 하는 터보 압축기의 축 지지구조.

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