KR100300174B1 - 스크롤 유압장치 - Google Patents

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Abstract

고정 스크롤과, 고정 스크롤과 맞물려 있는 동안 선회 나선 운동을 하는 스월 스크롤과, 스월 스크롤의 선회 중심과 평형추의 중심 사이 간격에 설치되고 스월 스크롤의 회전 속도에 따라 가변되는 평형추를 갖는 스크롤 유압 장치가 개시되어 있다.

Description

스크롤 유압 장치
본 발명은 압축기 또는 팽창 장치로서 사용된 스크롤 유압 장치에 관한 것이다. 본출원은 일본 특허 출원 평9-23101호에 기초를 두고 있고, 그 내용이 참조로 본 명세서에 기술되어 있다.
고정 스크롤 및 고정 스크롤과 맞물리는 스월 스크롤을 가지며 스월 운동을 수행하는 유압장치에, 스월 스크롤의 회전 스월 운동에 기인한 동적 불균형을 안정시키기 위한 평형추가 장착된다.
도4는 종래의 평형추(27)를 도시한 정면도이고, 도4의 b-b선에 따른 단면도는 도5에 도시되어 있다. 평형추(27)는 반원형 판의 형상을 가지며 회전 샤프트(도시되지 않음)와 일체로 회전하는 구동 부시(21)의 외주에 장착된다.
상술한 종래의 스크롤 유압 장치에서, 스월 스크롤과 평형추에 작용하는 원심력은 다음 공식에 의해 표현된다:
원심력 = (MO- MB) ·ρ·ω2
여기서 MO는 스월 스크롤의 질량이고, MB는 평형추의 질량이며, ρ는 스월 스크롤의 회전 스월운동의 반경이고, ω는 스월 스크롤의 회전 각속도이다.
스월 스크롤이 저속 회전할 때 원심력이 작기 때문에, 고정 스크롤의 나선 랩(spiral wrap)에 스월 스크롤의 나선 랩을 밀착시키기 위한 힘이 감소되고, 따라서 압축 챔버의 내부에서 누출되는 가스의 양에 문제가 있었다.
더욱이, 스월 스크롤이 고속 회전할 때 원심력이 커지기 때문에, 고정 스크롤의 나선 랩에 스월 스크롤의 나선 랩을 밀착시키기 위한 힘이 과다하게 되고, 따라서 이들 나선 랩이 파손될 위험이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 스월 스크롤이 낮은 회전 속도에서 작동될 때, 고정 스크롤의 나선 랩에 스월 스크롤의 나선랩을 밀착시키기위한 힘이 증대되어 그 사이의 갭으로부터 누출되는 유체의 양을 감소시키며, 또한 스월 스크롤이 높은 회전속도에서 작동될 때, 고정 스크롤의 나선 랩에 스월 스크롤의 나선 랩을 밀착시키기 위한 힘이 감소되어 이들 나선 랩이 파손되는 것을 방지하도록 구성되는 스크롤 유입장치를 제공하는 것에 있다.
상기 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명에 따라서, 고정 스크롤, 회전 스월 운동을 수행하는 한편 고정 스크롤과 결합하는 스월 스크롤, 및 스월 스크롤의 회전중심과 평형추의 중력중심과의 사이의 거리가 스월 스크롤의 회전속도에 반응하여 변화되는 평형추를 구비하는 스크롤 유압장치가 제공된다.
본 발명에 따라서, 스월 스크롤의 회전중심과 평형추의 중력중심과의 사이의 거리가 스월 스크롤의 회전속도에 반응하여 변화되도록 평형추가 구성되기 때문에, 평형추에 기인한 원심력은 스월 스크롤의 회전속도에 반응하여 설정될 수 있다. 따라서, 스월 스크롤의 회전 스월 운동에 기인한 동적 불균형은 저속 범위에서 고속 범위까지 균형을 이룰 수 있게 된다.
스월 스크롤의 회전 중심과 평형추의 중력 중심 사이의 거리가 스월 스크롤의 회전 속도에 반응하여 변화되도록 하기 위해, 평형추의 전부 또는 일부를 스월 스크롤의 회전 스월 운동의 반경방향으로 이동시키는 것이 필요하다. 평형추의 일부를 스월 스크롤의 회전 스월 운동의 반경 방향으로 이동시키기 위해, 고정 평형추, 고정 평형추에 제공되고 회전 스월운동의 반경 방향으로 이동할 수 있는 가동 평형추 및 가동 평형추를 스월 스크롤의 회전 중심을 향해 가압하는 탄성 부재를 구비하는 그러한 방식으로 평형추를 구성하는 것이 필요하다.
평형추는 그의 중력중심과 스월 스크롤의 중력중심이 스월 스크롤의 회전 중심에 대해 대칭점을 형성하는 위치에 제공된다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 수직 단면도;
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 평형추를 도시한 정면도;
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 평형추를 도시한 단면도;
도4는 종래의 평형추를 도시한 정면도;
도5는 종래의 평형추를 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
21: 구동 부시
40: 평형추
40A: 고정 평형추
40B: 가동 평형추
43: 로드
45: 탄성 부재
본 발명은 실시예에 의거하여 아래에서 상세히 설명된다.
도1은 본 발명 실시예에 따른 스크롤 압축기의 수직 단면도이고, 도2는 본 발명 실시예에 따른 균형추의 정면도이고, 도3은 도2에서 B-B선 단면도이다.
도1에서, 참조 번호 1 은 컵형 본체(2)와, 컵형 본체(2)에 볼트(도시되지 않음)로 결합된 원통형 부재(6)로 이루어진 밀봉된 하우징을 나타낸다.
원통형 부재(6)를 통해 연장된 회전축(7)은 베어링(8, 9)을 통해 밀봉된 하우징(1)에 회전 가능하게 지지된다.
고정 스크롤(10)과 스월 스크롤(14)은 밀봉된 하우징(1)내에 배치된다.
고정 스크롤(10)은 단부판(11)과, 단부판(11)에서 직립되고 그 내측면에 배치된 나선 랩(12)을 포함하고, 단부판(11)은 컵형 본체(2)에 볼트(도시되지 않음)로 결합되어 있다.
밀봉된 하우징(1) 내부의 공간은 컵형 본체(2)의 내주면에 밀착된 단부판(11)의 외주면에 의해 구분되어 있고, 이로 인해 고압 챔버(31)는 단부판(11)의 외측면에 형성되고 저압 챔버(28)는 단부판(11)의 내측면에 형성된다.
더욱이, 배출 포트(29)는 단부판(11)의 중심을 관통하고, 배출 포트(29)는 배출 밸브(30)에 의해 개폐되도록 구성되어 있다.
스월 스크롤(14)은 단부판(15)과, 단부판(15)의 내측면에 배치되고 직립된 나선 랩(16)을 포함하고, 나선 랩(16)은 실질적으로 고정 스크롤(10)의 나선 랩(12)과 동일한 형태를 갖게 된다.
스월 스크롤(14)과 고정 스크롤(10)은 도면에서 도시된 바와 같이 서로에 대해 편심 이동된 스월 반경을 각각의 중심이 편심 이동시키는 상태로 맞물려 있고, 그 각도는 180도 편심 이동된다.
따라서, 나선 랩(12)의 정면 종단에 매설된 종단 시일(17)은 단부판(15)의 내측면에 밀착되어 있고, 나선 랩(16)의 정면 종단에 매설된 종단 시일(18)은 단부판(11)의 내측면에 밀착되어 있으며, 이로 인해 나선 랩(12, 16)의 측면은 여러 부분에서 선접촉되어 있고, 그것에 의해 나선 중심에 대해 대칭점을 형성하는 다수의 압축 챔버(19a, 19b)가 형성된다.
구동 부시(21)는 스월 베어링(23)을 통해 돌출되고 단부판(15)의 외주면에서 중심 부분에 제공되는 원통형 보스(20)의 내측 부분에 회전 가능하게 접합되고, 편심 이동된 구동핀(25)은 편심 이동된 중심이 구동 부시(21) 내부를 관통하는 이동 홈(24)내에 이동 가능하게 결합된 편심 이동된 중심을 갖는 것처럼 회전축(7)의 내측단에 제공된다.
이때, 스월 스크롤(14)의 스월 운동에 의해 발생되는 동적 불균형을 안정시키는 평형추(40)는 도2에 도시된 바와 같이 구동 부시(21)에 설치된다.
이 경우, 참조 번호 36 은 단부판(15)의 외측면에서 외측단과 원통형 부재(6)의 내측면에서 외측단과의 사이에 설치된 스러스트 베어링을 나타내고, 참조 번호 26 은 스월 스크롤(14)이 스월 운동을 할 수 있도록 하는 회전 방지 기구를 나타내며, 회전 방지 기구는 올드햄 조인트로 이루어지고, 참조 번호 35 는 회전축(7)에 고정된 평형추를 나타내고, 참조 번호 50 은 고압 챔버(31) 내부 가스 압력이 비정상적으로 높아질 때 개방되는 릴리프 밸브를 나타낸다.
따라서, 자동차용 엔진(도시되지않음)으로부터 발생되는 동력은 접점으로서 전자 클러치(37)를 사용하는 것에 의해 벨트(38)와 전자 클러치(37)를 통해 회전 샤프트(7)에 전달된다.
회전 샤프트(7)가 회전할 때, 스월 스크롤(14)은 편심된 구동핀(25), 이동 홈(24), 구동 부시(21), 보스(20)등으로 구성된 소용돌이 반경 변경 기구로서 제공되는 회전 스월 구동 기구를 통해 구동되고, 이로 인해 스월 스크롤(14)은 회전 샤프트(7)와 회전 방지 기구(26)에 의해 회전이 방지되는 동안 회전 샤프트(7)의 축중심을 지나는 회전 중심 주위로 편심 이동된 구동핀(25)의 사이에서 편심 이동된 소스월 반경을 갖는 원 궤도를 따라 회전 스월 운동을 수행하게 된다.
이때, 나선 랩(12, 16) 측면 사이에서의 선접촉 부분은 나선 중심 방향을 향해 단계적으로 이동하고, 결과적으로, 압축 챔버(19a, 19b)의 부피가 감소되는 동안 압축 챔버(19a, 19b)는 나선 중심 방향으로 이동하는 것이다.
이와 대응하여, 흡입 포트(도시되지 않음)를 통해 저압 챔버(28)로 유입되는 가스는 나선 랩(12, 16)의 외측 종단에 의해 형성된 개방부로부터 각각의 압축챔버(19a, 19b)내로 안내되고, 압축되는 동안 중앙 챔버(22)로 공급되며, 배출 밸브(30)가 개폐되는 것에 의해 배출 포트(29)를 통해 고압 챔버(31)로 배출되고, 그 다음 배기 파이프(도시되지 않음)를 통해 배출된다.
스월 스크롤(14)이 스월 운동을 할 때, 편심 이동된 방향으로 작용하는 원심력과 각각의 압축 챔버(19a, 19b) 내부 가스 압력에 의해 발생되는 가스 압력은 스월 스크롤(14)에 작용하고, 이로 인해 스월 스크롤(14)은 스월 반경내에서 결합력에 의해 증가되는 방향으로 가압되고, 나선 랩(16)의 측면은 압축 챔버(19a, 19b)내의 가스가 누출되지 않도록 하기 위하여 고정 스크롤(10)의 나선 랩(12) 측면과 밀착된 상태가 된다.
이때, 나선 랩(12)의 측면과 나선 랩(16)의 측면이 밀착된 상태에서 대응되면, 스월 스크롤(14)의 소용돌이 반경이 자동적으로 가변되고, 이로 인해 편심 이동된 구동 핀(25)은 이동홈(24)내에서 슬라이드하게 된다.
본 발명의 특징 부분인 평형추(40)는 도2와 도3과 관련하여 설명된다.
평형추(40)는 구동 부시(21)에 고정 부착된 고정 평형추(40A)와 가동 평형추(40B)로 구성되고, 그 중심은 각각의 중심과 스월 스크롤(14)의 중심이 스월 스크롤(14)의 회전 중심에 대해 대칭점을 형성하도록 배치되고, 이는 회전 샤프트(7)의 축중심을 통과하는 선이된다.
가동 평형추(40B)는 고정 평형추(40A)를 관통하는 오목한 부분내에 수용된다. 로드(43)는 가동 평형추(40B)를 관통한 구멍(42)내로 헐겁게 결합되어 이를 통과하며, 반경 방향으로 연장되고 그 양단은 각각 고정 평형추(40A)에 결합되어 있다.고무등과 같은 완충 부재(44)는 오목한 부분(41)의 중앙 측면(41A)에 부착되어 있고, 코일 스프링등과 같은 탄성 부재(45)는 오목한 부분(41)의 반경 측면(41B)과 가동 평형추(40B) 사이에 설치되어 있다.
스월 스크롤(14)이 회전 스월 운동을 수행할 때, 구동 부시(21)와 평형추(40)는 함께 선회하면서 소용돌이 운동하게 되고, 이로 인해 가동 평형추(40B)는 반경 방향으로 운동하는 것과 같이, 즉시 발생되는 원심력 때문에 로드(43)에 의해 유도되고, 탄성 부재(45)의 탄성력은 각각 균형을 이루게 된다.
상기한 바와 같이 가동 평형추(40B)가 반경 방향으로 이동하기 때문에, 스월 스크롤의 회전 스월 운동에 의해 발생되는 동적 불균형은 속도에 따라 적절하게 균형을 이룬다.
스월 스크롤(14)의 회전 스월 운동이 정지되면, 회전 중심측으로 이동하는 것처럼 가동 스크롤(40B)이 탄성 부재(45)에 의해 가압 및 전진되고, 이로 인해 완충 부재(44)와 충돌하게 된다.
이때의 충돌음은 완충 부재(44)에 의해 방지된다.
상기한 실시예에서, 평형추(40)는 구동 부시(21)에 설치되어 있고; 반면에, 스월 스크롤(14)과 함께 회전 스월 운동을 수행하는 부재, 예를 들면, 보스(20)에 설치될 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 스월 스크롤이 낮은 회전 속도에서 동작될 때, 스월 스크롤의 나선 랩에 고정 스크롤의 나선 랩을 밀착시키는 힘은 스월 스크롤과 고정 스크롤 사이의 갭으로부터 누출되는 유체의 양을 감소시키도록 증가하게 되고, 이로 인해 스크롤 유압 장치의 효율은 향상된다.
더욱이, 스월 스크롤이 높은 회전 속도에서 동작될 때, 스월 스크롤의 나선 랩에 고정 스크롤의 나선 랩을 밀착시키는 힘은 상기한 나선 랩들이 파손되는 것을 방지하도록 감소하게 된다.

Claims (4)

  1. 고정 스크롤;
    회전 스월 운동을 수행하는 한편 고정 스크롤과 결합하는 스월 스크롤; 및
    스월 스크롤의 회전 중심과 평형추의 중력중심 사이의 거리가 스월 스크롤의 회전 속도에 반응하여 변화되는 평형추를 구비함을 특징으로 하는 스크롤 유압 장치.
  2. 제1항에 있어서, 평형추의 적어도 일부분이 스월 스크롤의 회전 반경 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 스크롤 유압 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 평형추는 고정 평형추, 고정 평형추에 제공되고 회전 스월 운동의 반경 방향으로 이동 가능한 가동 평형추, 및 상기 스월 스크롤의 회전 중심 방향으로 가동 평형추를 가압하는 탄성 부재를 구비함을 특징으로 하는 스크롤 유압 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 평형추의 중력중심과 상기 스월 스크롤의 중력중심은 상기 스월 스크롤의 회전 중심에 대해 대칭점을 형성하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 유압 장치.
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