KR100550300B1 - 하이브리드 압축기장치 - Google Patents

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히로노리 아사
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Abstract

본 발명의 하이브리드 압축기장치에 따르면, 차량이 일시적으로 정지할 경우, 차량엔진(10)이 정지되는 차량용 하이브리드 압축기장치에서, 풀리(110), 모터(120) 및 압축기(130)는 서로 독립되게 구동될 수 있고, 유성기어(150)의 선기어(151), 유성캐리어(152) 및 링기어(153)에 연결된다. 상기 모터의 회전속도는 제어장치(160)에 의하여 조절되어, 압축기의 회전속도는 풀리의 회전속도에 대하여 변화된다. 따라서, 하이브리드 압축기의 제조비용 및 크기는 감소될 수 있으며, 상기 차량엔진이 정지될 경우라도 냉각기능은 확실하게 보장될 수 있다.
하이브리드 압축기, 차량엔진, 풀리, 모터, 압축기, 유성기어,

Description

하이브리드 압축기장치{Hybrid compressor device}
도 1 은 본 발명이 전형적으로 적용되는 냉동사이클장치를 도시한 전체 개략도.
도 2 는 도 1 에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 압축기장치를 도시한 단면도.
도 3 은 도 2 의 화살표 III 에 따른 유성기어를 도시한 정면도.
도 4a 는 제1 실시예에 따른 냉동사이클장치의 압축기 토출량과 열부하 간의 관계를 도시한 제어특성 그래프.
도 4b 는 제1 실시예에 따른 압축기의 토출량과 압축기의 회전속도 간의 관계를 도시한 제어특성 그래프.
도 5 는 도 2 에 도시된 하이브리드 압축기장치의 풀리, 압축기 및 모터의 회전속도를 도시한 그래프.
도 6 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 압축기장치를 도시한 단면도.
도 7 은 제2 실시예에 따른 하이브리드 압축기장치의 풀리, 압축기 및 모터의 회전속도를 도시한 그래프.
도 8 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 압축기장치를 도시한 단면도.
도 9 는 제3 실시예에 따른 하이브리드 압축기장치의 풀리, 압축기 및 모터의 회전속도를 도시한 그래프.
도 10 은 본 발명의 제4 실시예에 따른 홈부 및 돌출부를 포함한 유성기어를 도시한 정면도.
도 11 은 제4 실시예에 따른 모터에서의 자속 및 누설자속을 도시한 확대 개략도.
도 12 는 제4 실시예에 따라 시간에 대한 모터의 유도전압의 변동을 도시한 그래프.
도 13 은 제4 실시예에 따라 모터의 유도전압 변동을 감지하고, 차량엔진을 보호하기 위한 제어과정을 도시한 흐름도.
도 14 는 제4 실시예의 변형에 따른 하이브리드 압축기장치를 도시한 단면도.
도 15 는 본 발명의 제5 실시예에 따른 하이브리드 압축기장치를 도시한 단면도.
도 16 은 본 발명의 제6 실시예에 따른 하이브리드 압축기장치를 도시한 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 엔진 20: 배터리
100: 하이브리드 압축기장치 110: 풀리
111: 풀리 회전축 120: 모터
120a: 로터부 121: 모터 회전축
122: 자석 130: 압축기
131: 압축기 회전축 150: 유성기어
151: 선 기어 152: 유성캐리어
153: 링 기어 160: 제어장치
170: 솔레노이드 클러치 200: 냉동사이클장치
본 발명은, 차량이 일시적으로 정지할 경우, 차량 엔진이 정지되는 아이들링 정지(idling stop) 차량에 장착되는 냉동사이클장치에 적용 가능한 하이브리드(hybrid) 압축기장치에 관한 것이다.
최근, 연비를 절약하기 위하여 아이들링 정지 차량에 대한 시장(market)이 증가되고 있다. 압축기가 차량 엔진에 의해서만 구동될 경우, 차량이 일시적으로 정지할 때, 차량 엔진은 정지되어, 상기 엔진에 의해 구동되는 압축기 또한 냉동사 이클장치에서 정지된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일본국 특허공개 제2000-130323호(미국특허 제6,375,436호에 대응)에 개시된 일반적인 하이브리드 압축기장치에서, 엔진의 구동력은 솔레노이드 클러치를 통하여 풀리(pulley)로 전달되고, 상기 압축기 회전축 일단은 풀리에 연결된다. 또한, 상기 압축기 회전축 타단은 모터에 연결된다. 따라서, 상기 엔진이 정지될 경우, 솔레노이드 클러치는 턴-오프(turn off)되고, 상기 압축기는 모터에 의해서 구동되어, 냉동사이클장치는 엔진의 동작에 관계없이 작동될 수 있다.
그러나, 상기 하이브리드 압축기장치는 엔진 작동에서의 엔진과 엔진 정지에서의 모터 간에 압축기의 구동원을 전환시키기 위한 솔레노이드 클러치를 필요로 한다. 따라서, 상기 하이브리드 압축기장치의 제조비용이 증가한다. 또한, 상기 압축기는 엔진과 모터의 양쪽 구동원 중 하나에 의해서 작동된다. 따라서, 상기 압축기의 용량 및 크기는 각 구동원의 동력범위에서 냉동사이클장치의 최대열부하(heat load)를 근거로 설정되어야만 한다. 예를 들면, 하절기에 차량의 시동직후, 급속냉각모드(쿨다운모드(cool down mode))가 바로 선택될 경우, 상기 압축기의 열부하는 최대가 된다. 그러므로, 상기 압축기의 용량 및 크기는 최대 열부하를 만족하도록 설정되어, 압축기의 크기를 증가시키는 문제점이 있다.
따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 제조비용 및 크기를 감소시킬 수 있고, 차량 엔진의 정지 직후, 냉동성능을 확실하 게 할 수 있는 하이브리드 압축기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 신뢰성을 향상시키고 저비용으로 제조될 수 있는 하이브리드 압축기장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 하이브리드 압축기장치는, 차량이 일시적으로 정지할 경우, 정지되는 차량 엔진에 의하여 회전하는 풀리와, 차량 배터리로부터의 전력에 의하여 회전하는 모터와, 상기 풀리의 구동력과 모터의 구동력에 의하여 작동되는 압축기와, 회전력을 변화시키고 전달하기 위한 변속장치 및 상기 모터의 회전속도를 조절하기 위한 제어유닛을 포함한다. 여기에서, 상기 압축기는 차량내에 제공된 냉동사이클장치에서 냉매를 압축하기 위한 것이다. 상기 변속장치는 풀리 회전축, 압축기 회전축 및 압축기 회전축에 연결되어, 상기 풀리의 회전속도 및 모터의 회전속도는 압축기로 변화 전달된다. 상기 하이브리드 압축기장치에서, 풀리, 모터 및 압축기는 독립되게 회전가능하도록 배치된다. 또한, 상기 제어유닛은 풀리의 회전속도에 대하여 모터의 회전속도를 조절함으로써 압축기의 회전속도를 변화시킨다. 따라서, 상기 압축기의 회전속도는 풀리의 회전속도에 대하여 증감될 수 있어, 상기 압축기의 토출능력을 변화시킨다. 상기 냉동사이클장치의 열부하가 급속냉각모드(쿨다운모트)에서와 같이 최대로 될 경우, 압축기의 토출량은, 모터의 회전속도를 조절함으로써 풀리의 회전속도보다 압축기의 회전속도를 증가시킴으로써 효과적으로 증가될 수 있다. 따라서, 상기 압축기의 크기 및 토 출량은 작게 설정될 수 있다. 이에 반하여, 상기 압축기의 토출량은, 상기 모터의 회전속도 조절에 의하여 풀리의 회전속도보다 압축기의 회전속도를 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 따라서, 상기 압축기는 급속냉각모드 직후의 통상냉각모드에서 냉동사이클장치의 열부하에 조속히 대응할 수 있다. 또한, 아이들링 정지로 인하여 엔진이 정지되고, 풀리의 회전속도가 제로(0)로 될 경우라도, 상기 압축기는 모터를 작동시킴으로써 작동될 수 있다. 따라서, 상기 아이들링 정지 동안에도, 솔레노이드 클러치를 사용하지 않고 냉각작동은 저비용으로 유지될 수 있다.
바람직하게, 상기 변속장치는, 선기어, 유성캐리어 및 링기어를 포함하는 유성기어이고, 풀리, 모터 및 압축기 회전축은 유성기어의 선기어, 유성캐리어 및 링기어에 연결된다. 여기에서, 상기 풀리, 모터 및 압축기 회전축과, 유성기어의 선기어, 유성캐리어 및 링기어 간의 연결은 자유롭게 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 압축기 회전축은 유성캐리어에 연결되고, 상기 풀리 회전축은 선기어에 연결되며, 상기 모터 회전축은 링기어에 연결된다. 또한, 상기 풀리 회전축은 유성캐리어에 연결되고, 상기 모터 회전축은 선기어에 연결되며, 상기 압축기 회전축은 링기어에 연결된다. 또한, 상기 모터 회전축은 선기어에 연결되고, 상기 압축기 회전축은 링기어에 연결되며, 상기 풀리 회전축은 유성캐리어에 연결된다.
한편, 상기 모터가 정지될 경우, 상기 모터 회전축을 록킹하기 위하여 록킹장치가 제공된다. 이 경우, 상기 압축기는 풀리의 구동력에 의하여 작동되고, 상기 모터가 정지될 경우, 제어유닛은 상기 압축기와 연결된 변속장치의 회전으로 인하여 발생되는 모터의 누설자속변화를 검출함으로써 모터의 유동전압의 변화를 검출 한다. 따라서, 상기 압축기에 록킹과 같은 상황이 발생할 경우, 상기 변속장치의 회전은 감소되거나 제로로 되어, 유도전압의 변화는 작아지게 된다. 그러므로, 상기 압축기의 통상적인 작동은 모터의 자속변화를 효과적으로 이용함으로써 용이하게 검출될 수 있다.
본 발명의 하이브리드 압축기장치는 차량을 구동하기 위한 구동모터를 구비한 차량의 소정 주행조건에서 정지되는 엔진을 구비한 차량에 적용될 수 있다.
한편, 냉동사이클장치에서 냉매를 압축하기 위한 압축기가 구동유닛 및 모터 중 적어도 하나에 의하여 작동되는 하이브리드 압축기에서, 상기 압축기는 압축되기전의 냉매가 유입되는 흡입영역과, 압축된 냉매가 흐르는 토출영역 및 냉매에 포함된 윤활유를 냉매로부터 분리하고, 상기 토출영역에서 분리된 윤활유를 저장하기 위한 윤활유 분리유닛을 포함한다. 또한, 상기 구동유닛 및 모터 중 적어도 하나의 회전속도를 변화시켜 압축기로 전달하기 위하여 압축기와 구동유닛 및 모터 중 적어도 하나 사이에 변속장치가 배치된다. 또한, 상기 모터 및 변속장치 모두는 하우징내에 배치되고, 윤활유 유입통로가 제공되어, 상기 윤활유 유입통로를 통하여 상기 토출영역내에 저장된 윤활유가 하우징으로 유입되며, 상기 하우징의 내부공간은 연통통로를 통하여 압축기의 흡입영역과 연통된다.
따라서, 냉매내에 포함된 윤활유는 윤활유 분리유닛에 의하여 냉매로부터 분리되고, 상기 분리된 윤활유는 하우징으로 유입된다. 또한, 상기 유입된 윤활유는 하우징으로부터 압축기의 흡입역역으로 순환된다. 따라서, 윤활유는 하우징내의 변속장치로 항상 공급될 수 있어, 변속장치의 신뢰성을 향상시킨다. 또한, 상기 모터 도 하우징내에 배치되기 때문에, 윤활유에 의하여 냉각될 수 있어, 모터의 신뢰성을 향상시킨다. 상기 윤활유가 윤활유 분리유닛에 의하여 냉매로부터 분리되기 때문에, 냉동사이클장치에서 순환되는 냉매는 거의 윤활유를 포함하지 않는다. 따라서, 윤활유는 냉동사이클장치에 제공된 증발기와 같은 열교환기에 부착되지 않아, 열교환기의 열교환 효율이 감소되는 것을 방지한다.
바람직하게, 상기 하우징은 압축기, 모터 및 변속장치를 수용하도록 배치된다. 또한, 상기 하우징은 모터 및 변속장치가 배치되는 측에 냉매가 압축기로 흡입되는 흡입구를 구비한다. 따라서, 상기 모터 및 변속장치는 하우징으로 유입된 냉매에 의하여 효과적으로 냉각될 수 있다.
또한, 상기 윤활유 유입통로는, 압축기의 토출영역이 하우징의 내측과 연통되고, 압력이 압축기의 토출영역으로부터 하우징 내측으로 감소되는 제1 감압통로이며, 상기 연통통로는 하우징의 내측이 압축기의 흡입영역과 연통되고, 압력이 하우징의 내측으로부터 압축기의 흡입영역측으로 감소되는 제2 감압통로이다. 따라서, 상기 윤활유는 압축기 및 하우징 사이에서 부드럽게 순환될 수 있다.
상기 발명의 상기 목적들 및 다른 목적들, 특징들 그리고 장점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 더 명료하게 이해될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예를 도 1 내지 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 1 에서, 하이브리드 압축기장치(100)는 차량이 일시적으로 정지할 경우, 차량 엔진이 정지되는 아이들링 정지(idling stop)차량에 장착되는 냉동사이클장치(200)에 적용된 다. 상기 하이브리드 압축기장치(100)는 하이브리드 압축기(101) 및 제어유닛(160)을 포함한다. 상기 냉동사이클장치(200)는 압축기(130), 응축기(210), 팽창밸브(220) 및 증발기(230) 등의 구성요소들을 포함한다. 상기 구성요소들은 폐회로를 형성하도록 냉매배관(240)에 의하여 연속적으로 연결된다. 상기 압축기(130)는 그 냉동사이클장치에서 순환하는 냉매를 고온고압으로 압축한다. 상기 압축된 냉매는 응축기(210)에서 응축되고, 응축된 냉매는 팽창밸브(220)에 의하여 단열팽창된다. 상기 팽창된 냉매는 증발기(230)에서 증발되고, 상기 증발기(230)를 통과하는 공기는 증발된 냉매의 증발잠열로 인하여 냉각된다. 상기 증발기(230)에 의하여 냉각된 공기의 온도(증발기 후방 공기온도) Te를 감지하기 위한 증발기 온도센서(230)는 증발기(230)의 공기하류측에 배치된다. 상기 증발기 후방 공기온도 Te는 냉동사이클장치의 열부하를 결정하기 위하여 이용되는 대표값이다.
상기 하이브리드 압축기(101)는 주로 풀리(110), 하우징(140)내에 배치된 모터(120) 및 압축기(130)에 의하여 구성된다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 상기 풀리(110)는 그의 중심에 풀리 회전축(111)을 포함하고, 베어링(112)(113)을 통해 하우징(140)에 의하여 회전가능하게 지지된다. 상기 엔진(10)의 구동력은 벨트(11)을 통해 풀리(110)로 전달되어, 상기 풀리(110)가 회전된다. 상기 모터(120)는 로터를 구성하는 자석(122) 및 고정자(123)를 포함한다. 상기 자석(122)은 후술할 유성기어(150)를 구성하는 링기어(153)의 외주연에 고정되고, 상기 고정자(123)는 하우징(140)의 내주연에 고정된다. 상기 모터(120)는 자석(122)의 중심에, 즉 상기 링기어(153)의 중심에서, 도 2 의 점선으로 도시한 모터 회전축(121)을 갖는다. 전력은 전원으로서 배터리(20)로부터 상기 고정자(123)로 공급되어, 상기 자석(122)은 회전된다.
상기 압축기(130)는 토출용량이 소정값으로 고정된 고정용량형 압축기이다. 보다 바람직하게, 상기 압축기(130)는 스크롤(scroll)식 압축기이다. 상기 압축기(130)는 하우징(140)에 고정된 고정스크롤(136) 및 압축기 회전축(131)의 상단에 제공된 편심축(134)에 의하여 압축기 회전축(131)에 대하여 공전하는 가공스크롤(135)를 포함한다. 상기 압축기 회전축(131)은 구획판(141)상에 제공된 베어링(140)을 통해 구획판(141)에 회전가능하게 지지된다. 냉매는 상기 하우징(140)에 제공된 흡입구(143)로부터 하우징(140)으로 흡입되고, 상기 구획판(141)에 제공된 관통공(144)을 통하여 압축기 챔버(138)로 흐른다. 그런 다음,상기 냉매는 압축기 챔버(138)에서 압축되고, 토출챔버(138)를 통하여 토출구(139)로부터 토출된다. 여기에서, 상기 흡입된 냉매는 모터(120)와 접촉되어, 상기 모터(120)는 흡입 냉매에 의하여 냉각되며, 결국 모터(120)의 내구성을 향상시킨다.
본 발명에서, 후술되는 바와 같이, 상기 압축기(130)는 냉동사이클장치(200)의 열부하에 따라 풀리(110) 및 모터(120) 양측의 작동에 의하여 구동된다. 따라서, 상기 압축기(130)의 토출용량 및 크기는 풀리(110) 및 모터(120) 중 어느 하나의 작동에 의하여 구동되는 압축기의 토출용량 및 크기보다 작아질 수 있다. 예를 들면, 압축기(130)의 토출용량 및 크기는 풀리(110)와 모터(120) 중 어느 하나의 작동에 의하여 구동되는 압축기의 토출용량 및 크기보다 1/2 내지 1/3에서 설정될 수 있다. 상기 풀리 회전축(111), 모터(120) 및 압축기 회전축(131)은 하우징(140)내에 배치된 전달 메커니즘과 같은 유성기어(150)에 연결된다. 상기 풀리(110)의 회전속도와 모터(120)의 회전속도는 변화되고, 유성기어(150)에 의하여 압축기(130)로 전달된다. 도 3 에 도시한 바와 같이, 상기 유성기어(150)는 그의 중심부에 위치되는 선기어(sun gear)(151), 피니언기어(152a)에 연결된 유성캐리어(planetary carrier)(152) 및 상기 선기어(150)의 대향측에서 상기 피니언기어(152a) 외측에 제공된 링기어(153)를 포함한다. 각 피니언기어(152a)는 상기 선기어(151)에 대해서 자전 및 공전한다. 상기 유성기어(150)가 회전할 경우, 상기 선기어(151)의 구동력(선기어 토크), 유성캐리어(152)의 구동력(유성캐리어 토크) 및 링기어(153)의 구동력(링기어 토크) 간에는 다음의 관계를 만족한다.
유성캐리어 토크 = 선기어 토크 + 링기어 토크
여기에서, 상기 풀리 회전축(111)은 선기어(151)에 연결되고, 상기 모터(120) 회전축은 링기어(153)에 연결된다. 상기 압축기 회전축(131)은 유성캐리어(152)에 연결된다.
상기 제어유닛(160)은 공조(A/C) 요구신호, 증발기 온도센서(231)로부터의 온도신호, 엔진회전 속도신호 등을 입력하고, 이러한 입력신호들을 기초로 모터(120)의 작동을 제어한다. 특히, 상기 제어유닛(160)은 배터리(20)로부터 전력을 변화시킴으로써 모터(120)의 회전속도를 변화시킨다. 상기 제어유닛(160)은, 도 4a 에 도시한 제어특성을 기초로 하여 냉동사이클장치(200)의 열부하에 따라 압축 기(130)의 냉매토출량을 결정한다. 유사하게, 상기 제어유닛(160)은 도 4b 에 도시한 제어특성을 기초로 하여 냉매 토출량을 확보하기 위하여 압축기(130)의 회전속도를 결정한다. 상기 토출량은 압축기(130)의 회전당 토출량과 압축기(130)의 회전속도를 곱하므로써 규정된다. 상기 압축기(130)의 회전속도가 증감됨에 따라, 상기 압축기(130)의 토출량도 증가된다. 상기 제어유닛(160)은 도 5 에 도시한 유성기어(150)의 그래프를 기초로 하여, 풀리(110)의 회전속도와 압축기(150)의 회전속도를 이용함으로써 모터(120)의 회전속도를 결정한다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전술한 구성의 동작을 설명한다. 하이브리드 압축기(101)에서, 압축기(130)는 풀리(110)의 회전구동력 및 유성기어(150)를 통한 모터(120)의 회전구동력에 의하여 작동된다. 상기 모터(120)의 회전속도는 제어유닛(160)에 의하여 조절되고, 압축기(130)의 회전속도는 풀리(110)의 회전속도에 대하여 증감된다.
도 5 는 선기어(151), 유성캐리어(152) 및 링기어(153)의 회전속도를 나타낸다. 도 5 의 횡좌도(abscissa)에서, 유성캐리어(152)의 위치는 선기어(151)에 대한 링기어(153)의 기어 비율에 의하여 결정된다. 상기 선기어(151), 유성캐리어(152) 및 링기어(153)의 회전속도는 도 5 의 직선에 위치된다. 상기 제어유닛(160)은 엔진(10)의 회전속도신호로부터 풀리(110)의 회전속도를 산출한다. 그런 다음, 도 4a 및 도 4b 에 도시한 바와 같이, 상기 제어유닛(160)은 냉동사이클장치(200)의 열부하에 대하여 요구된 토출량을 확보하기 위하여 압축기(130)의 회전속도를 결정한다. 도 5 의 그래프에서, 직선은 산출된 풀리(110)의 회전속도로부터 결정된 압축 기(130)의 회전속도까지 긋는다. 상기 모터(120)의 회전속도는 직선의 연장선에 위치되기 때문에, 상기 모터(120)의 회전속도는 도 5 의 그래프를 기초로 결정된다. 그러므로, 상기 모터(120)는 결정된 회전속도에서 작동된다.
또한, 상기 모터(120)의 작동제어를 도 5 를 참조하여 자세히 설명한다. 냉동사이클장치(200)의 열부하가 최대가 되는 급속냉각모드(쿨다운모드(cool down mode))에서, 도 5 의 직선 A 로 나타낸 바와 같이, 상기 모터(120)의 회전속도는 증가하여, 압축기(130)의 회전속도가 풀리(110)의 회전속도보다 높게 된다. 그러므로, 압축기(130)의 토출량은 증가하며, 압축기(130)는 냉동사이클장치(200)의 높은 열부하에 대응하도록 작동될 수 있다.
상기 급속냉각모드 종료 이후, 통상냉각모드에서, 상기 압축기(130)의 증가된 토출량은 요구되지 않는다. 따라서, 압축기(130)의 토출량은 통상냉각모드에서 요구되는 토출량으로 감소된다.
상기 냉동사이클장치(200)의 열부하가 더 감소되고, 압축기(130)의 토출량이 남을 경우, 상기 모터(120)는 도 5 의 직선 C 로 나타낸 바와 같이 역회전방향으로 작동되고, 상기 압축기의 회전속도는 제로(0)로 설정된다. 그러므로, 종래기술에서와 같이 솔레노이드 클러치를 사용하지 않고 모터(120)의 회전속도를 조절함으로써 상기 압축기(130)의 토출량은 제로로 설정될 수 있다. 이 경우, 상기 모터(120)는 압축기(130)에 연결된 유성캐리어(152)로부터 회전력을 제공받고, 전력을 발생하기 위하여 역회전방향으로 회전된다.
통상냉각모드에서, 차량이 고속으로 주행할 경우, 상기 모터(120)는, 직선 D 로 나타낸 바와 같이, 역회전방향으로 작동되고, 상기 압축기(130)는, 직선 B 와 같이, 동일 회전속도에서 작동된다. 그러므로, 통상냉각모드는 차량이 통상속도로 주행할 경우의 통상냉각모드와 같이, 압축기(130)의 동일 토출량을 확보하면서 유지된다. 도 5 의 직선 C, D의 경우에서, 상기 모터(120)는 역회전방향으로 작동되고, 전력발생이 실행될 수 있어, 배터리(20)는 충전된다. 또한, 아이들링 정지 차량이 일시적으로 정지하고, 엔진(10)이 정지될 경우, 즉 풀리(100)의 회전속도가 도 5 의 직선 E 로 나타낸 바와 같이 제로(0)가 될 경우, 모터(120)는 중간 회전속도 레벨로 작동되고, 압축기(130)의 회전속도는 도 5 의 직선 B에서와 같이 동일 회전속도로 유지된다. 따라서, 상기 엔진(10)이 정지되더라도, 상기 압축기(130)의 요구 토출량은 확보되고, 냉동사이클장치(200)의 작동은 지속된다.
다음으로, 상기한 구조를 갖는 하이브리드 압축기장치의 동작 효과를 설명한다. 압축기(130)의 회전속도는 모터(120)의 회전속도의 조절에 의하여 풀리(110)의 회전속도에 대하여 증감될 수 있다. 그러므로, 상기 압축기(130)의 토출량은 풀리(110)의 회전속도와 모터(120)의 회전속도를 기초로 변화된다. 또한, 압축기(130)의 회전속도는 풀리(110)의 회전속도보다 증가될 수 있어, 압축기(130)의 토출량은 종래기술에 따른 압축기의 토출량보다 증가될 수 있다. 따라서, 압축기(130)의 크기는 종래기술의 크기보다 작게 설정될 수 있다. 대조적으로, 압축기(130)의 회전속도는 풀리(110)의 회전속도보다 감소될 수 있어, 압축기(130)의 토출량은 감소될 수 있다. 따라서, 상기 압축기(130)는 급속냉각모드 직후의 통상냉각모드에서 냉동사이클장치(200)의 열부하에 빠르게 대응하도록 작동될 수 있 다. 또한, 상기 엔진(10)이 아이들링 정지로 인하여 정지되고, 풀리(110)의 회전속도가 제로가 될 경우라도, 압축기(130)는 모터(120)를 작동시킴으로써 작동될 수 있다. 따라서, 아이들링 정지중에, 상기 냉각모드는 솔레노이드 클러치를 사용하지 않고 저비용으로 유지될 수 있다.
상기 압축기(130) 회전축(131)은 유성캐리어(152)에 연결되기 때문에, 풀리(110)의 구동력 및 모터(120)의 구동력 모두는 선기어(151), 유성캐리어(152) 및 링기어(153)를 포함하는 유성기어(150)를 통해 압축기 회전축(131)으로 제공될 수 있다. 따라서, 풀리(110)의 에너지 및 모터(120)의 에너지는 압축기(130)로 공급될 수 있어, 엔진(10)의 부하를 감소시킨다. 또한, 풀리 회전축(111)은 선기어(151)에 연결되고, 모터(120)는 링기어(153)에 연결된다. 따라서, 풀리 회전축(111), 압축기 회전축(131) 및 모터(120)는 각각 선기어(151), 유성캐리어(152) 및 링기어(153)에 연결될 수 있는 단순 구조를 갖는다. 그 결과, 하이브리드 압축기(101)의 제조비용이 절감될 수 있다. 상기 압축기(130)의 토출량은 모터(120)의 회전속도를 조절함으로써 변화될 수 있기 때문에, 상기 하이브리드 압축기(101)는 고정용량형 압축기(130)를 이용함으로써 구성될 수 있어, 하이브리드 압축기(101)의 제조비용을 더 절감시킨다.
전술한 제1 실시예에서, 모터(120) 회전축(rotation axis)(121)이 설명된다. 그러나, 실제로, 상기 모터(120)는 모터축(motor shaft)(121)에 의하여 회전된다.
(제2 실시예)
본 발명의 제2 실시예를 도 6 및 도 7 를 참조하여 설명한다.
제2 실시예에서, 도 6 에 도시한 바와 같이, 유성기어(150)는 모터(120)의 로터부(120a)에 배치되고, 풀리 회전축(111), 모터(120) 회전축 및 압축기 회전축(131)은, 제1 실시예와는 달리, 유성기어(150)에 연결된다. 또한, 제1 실시예와는 달리, 솔레노이드 클러치(170) 및 일방향 클러치(180)가 하이브리드 압축기(101)에 추가된다. 여기에서, 영구자석이 로터부(120a)의 외주연에 제공된 표면 영구자석모터(surface permanent-magnet motor)(SP motor)가 모터(120)로서 이용된다. 유성기어(150)는 로터부(120a)의 내주연측의 공간에 배치된다. 풀리 회전축(111)은 유성캐리어(152)에 연결되고, 로터(120)의 로터부(120a)는 선기어(151)에 연결된다. 압축기 회전축(131)은 링기어(153)에 연결된다. 상기 로터부(120a) 및 링기어(153)는 베어링(114)에 의하여 풀리 회전축(111)으로부터 독립되게 회전될 수 있다.
상기 솔레노이드 클러치(170) 및 일방향 클러치(180)는 풀리 회전축(111)상에 제공된다. 상기 솔레노이드 클러치(170)는 엔진(10)으로부터 풀리 회전축(111)으로 구동력을 중단하기 위한 것이고, 코일(171) 및 허브(hub)(172)로 구성된다. 상기 허브(172)는 풀리 회전축(111)에 고정된다. 상기 코일(171)에 전류가 흐를 경우, 상기 허브(172)는 풀리(110)에 접촉하고, 솔레노이드 클러치(170)는 턴온(turn on)되어, 상기 풀리 회전축(111)은 풀리(110)와 함께 회전된다. 상기 코일(171)에 전류가 흐르지 않을 경우, 상기 허브(172) 및 풀리 회전축(111)은 풀리(1110)로부터 떨어지고, 상기 솔레노이드 클러치(170)는 턴오프(turn off)된다. 상기 솔레노이드 클러치(170)의 턴오프 작동은 제어유닛(160)에 의하여 실행된다. 상기 일방향 클러치(180)는 풀리 회전축(111)의 축방향으로 유성기어(150)와 솔레노이드 클러치(170) 사이에서 유성기어(150)에 가깝게 배치되고, 하우징(140)에 고정된다. 상기 일방향 클러치(180)는 풀리 회전축(111)의 정방향으로만의 회전을 허용하고, 역방향으로의 회전은 방지한다.
다음으로, 제2 실시예에 따른 전술한 구성을 갖는 하이브리드 압축기의 동작을 도 7 을 참조하여 설명한다. 최대 압축력이 요구되는 급속냉각모드에서, 상기 솔레노이드 클러치(170)는 턴온되고, 풀리(110)의 구동력은 풀리 회전축(111)으로부터 유성기어(150)를 통하여 압축기 회전축(131)으로 전달된다. 이 경우, 압축기(130)는 작동되고, 일방향 클러치(180)는 아이들링 상태이다. 이 때, 도 7 의 직선 F로 나타낸 바와 같이, 모터(120)는 풀리(110)의 회전방향에서 역방향으로 회전되어, 풀리(110)의 회전속도보다 압축기(130)의 회전속도를 증가시키며, 상기 압축기(130)의 토출량은 증가된다. 상기 모터(120)의 회전속도가 증가됨에 따라, 압축기(130)의 회전속도는 증가된다.
상기 급속냉각모드 직후의 통상냉각모드에서, 상기 솔레노이드 클러치(170)는 턴온되고, 모터(120) 및 압축기(130)는 주로 일방향 클러치(180)가 아이들링 상태에서 풀리(110)의 구동력에 의하여 작동된다. 이 때, 상기 압축기(130)는 압축작동을 실행하기 때문에, 압축기(130)의 작동 토크는 모터(120)의 작동 토크보다 크다. 따라서, 도 7 의 직선 G 로 나타낸 바와 같이, 상기 압축기(130)는 풀리(110)보다 낮은 회전속도로 작동되고, 상기 압축기(130)의 토출량은 감소된다. 한편, 상기 모터(120)가 풀리(110)보다 높은 고 회전속도에서 제너레이터(generator)로서 작동되고, 상기 모터(120)는 배터리(20)를 충전한다. 여기에서, 상기 모터(120)의 회전속도가 감소함에 따라, 압축기(130)의 회전속도는 증가한다.
상기 엔진(10)이 정지될 경우, 상기 솔레노이드 클러치(170)는 턴오프되고, 압축기(130)는 모터(120)의 구동력에 의하여 작동된다. 이 때, 도 7 의 직선 H로 나타낸 바와 같이, 상기 모터(120)는 역회전방향으로 작동되고, 모터(120)의 구동력은 역회전방향으로 풀리 회전축(111)으로 공급된다. 이 경우, 상기 풀리(110)는 일방향 클러치(180)에 의하여 록킹(locking)되고, 모터(120)의 구동력은 압축기(130)로 전달된다. 여기에서, 모터(120)의 회전속도가 증감됨에 따라, 상기 압축기(130)의 회전속도는 증감된다. 상기 엔진(10)이 작동될 경우라도, 상기 솔레노이드 클러치(170)가 턴오프되면, 압축기(130)는, 엔진(10)의 정지에서와 같이, 모터를 역회전방향으로 구동시킴으로써 작동될 수 있다.
전술한 바와 같이, SP 모터가 모터(120)로 이용되기 때문에, 유성기어(150)는 로터(120a)의 공간에 효과적으로 배치될 수 있어, 하이브리드 압축기(101)의 크기를 감소시킨다. 또한, 풀리 회전축(111), 모터(120) 및 압축기 회전축(131)은 각각 유성캐리어(152), 선기어(151) 및 링기어(153)에 연결된다. 따라서, 상기 모터(120)에 대한 압축기(130)의 감속비는 크게 될 수 있고, 모터(120)는 고속회전 및 낮은 토크를 가질 수 있어, 하이브리드 압축기(101)의 크기 및 제조비용을 감소시킨다.
또한, 제2 실시예에서, 상기 솔레노이드 클러치(170)와 일방향 클러치(180)가 제공된다. 따라서, 상기 엔진(10)이 작동될 경우라도, 냉동사이클장치(200)의 열부하는 낮고, 배터리(120)에 충분한 전력이 저장될 때, 상기 압축기(130)는 배터리(20)로부터의 전력을 이용하는 모터(120)에 의하여 작동될 수 있다. 그러므로, 엔진(10)의 작동비(ratio)는 감소될 수 있어, 연비성능을 향상시킨다. 제2 실시예에서, 다른 부분들은 전술한 제1 실시예의 부분들과 유사하다.
(제3 실시예)
본 발명의 제3 실시예를 도 8 및 도 9 를 참조하여 설명한다. 도 8 에 도시한 바와 같이, 제3 실시예에서, 제2 실시예와 달리, 다른 일방향 클러치(제2 일방향 클러치)(190)가 하이브리드 압축기(101)에 추가된다. 상기 제2 일방향 클러치(190)는 모터(120)를 풀리(110)의 회전방향에서 역회전방향으로만 회전하도록 한다. 상기 제2 일방향 클러치(190)는 모터(120)의 로터부(120a)와 하우징(140) 사이에 배치된다.
제3 실시예에서, 하이브리드 압축기(101)의 작동은, 급속냉각모드, 급속냉각모드 후의 통상냉각모드, 엔진(10) 정지에서의 냉각모드 및 엔진(10) 동작에서의 냉각모드 중, 급속냉각모드 후 통상냉각모드에서의 제2 실시예와 다르다. 도 9 에서 직선 G(도 7 에서 직선 G에 대응)로 나타낸 바와 같이, 전술한 제2 실시예에서, 모터(120) 및 압축기(130)는 풀리(110)의 구동력에 의하여 작동된다. 그러나, 제3 실시예에서, 도 9 의 직선 I 로 나타낸 바와 같이, 모터(120)는 풀리(110)의 회전방향으로 제2 일방향 클러치(190)에 의해 록킹 및 정지된다. 따라서, 상기 풀리(110)의 모든 구동력은 압축기(130)로 전달될 수 있고, 상기 압축기(130)의 회전속도는 풀리(110)의 회전속도에 대하여 증가된다.
따라서, 전력을 발생하기 위하여 상기 모터(120)를 구동시키기 위한 구동력은 요구되지 않고, 엔진(10) 부하는 감소되어, 연비성능을 향상시킨다. 또한, 모터(120)는 전력발생을 실행하지 않기 때문에, 전력 발생에 대한 제어는 요구되지 않는다. 또한, 전력은 모터(120)로부터 압축기(130)로 요구되지 않고, 배터리의 소비를 감소시킬 수 있다. 유성기어(150)에 연결된 모터축(121) 및 압축기 회전축(131)의 위치가 서로 변화될 경우라도, 제2 실시예와 같이 동일 작동효과를 얻을 수 있다. 제3 실시예에서, 다른 부분들은 전술한 제2 실시예의 부분들과 유사하다.
(제4 실시예)
본 발명의 제4 실시예를 도 10 내지 도 14 를 참조하여 설명한다. 제4 실시예에서, 제3 실시예와 달리, 압축기(130)의 이상 작동 검출기능 및 엔진(10)을 보호하기 위한 보호기능이 하이브리드 압축기장치(100)에 추가된다. 도 10 에 도시한 바와 같이, 제4 실시예에서, 압축기 회전축(131)이 연결된 링기어(153)의 외주연에 홈부(150a) 및 돌출부(150b)가 제공된다. 도 11 에 도시한 바와 같이, 로터부(120a)와 권회된 고정자부(120b) 사이에서 자속이 발생된다. 매우 작은량의 자속이 로터부(120a)의 방사상 내측과 고정자(123)의 방사상 외측으로 누설된다. 상기 홈부(150a)와 돌출부(150b)를 갖는 링기어(153)가 자속이 누설되는 동안 회전할 경우, 홈부(150a)와 돌출부(150b)를 매번 통과할 때 로터부(120a)의 방사상 내측에서 자기저항이 변화된다. 그런 다음, 자속은 고정자(123)에서 변환된다. 그러므로, 다음의 식(1)으로 규정된 유도전압(V)은 고정자(123) 코일(123a)의 양단 사 이에서 발생된다.
V = N ×dΦ/dt ·····(1)
여기에서, N 은 코일(123)의 턴수이고, Φ은 자속, 그리고 "t"는 시간이다. 상기 코일(123)의 양단 사이의 유도전압의 변화는 유한요소방법(FEM)해석에 의하여 산출되고, 상기 산출된 결과는 도 12 에 나타낸다. 도 12 에 나타낸 바와 같이, 상기 유도전압의 변화는, 2000rpm의 회전속도, 즉 압축기(130)의 작동에서 하한 레벨과 같은 압축기(130)의 낮은 작동상태더라도, 제어유닛(160)에 의하여 결정될 수 있다.
다음으로, 상기 유도전압(V)을 검출하고, 엔진(10)을 보호하기 위한 제어작동은 도 13 에 도시한 흐름도를 참조로 설명한다. S1 단계에서는, 공조기(A/C)가 턴온되었는지 여부를 판단한다. 즉, S1 단계에서, 공조 요구신호를 수신하였는지 여부를 판단한다. 상기 공조기가 턴온될 경우, 즉, S1 단계에서의 판단이 예(Yes)를 경우, S2 단계에서 엔진(10)이 작동상태인지 여부를 판단한다. 상기 S1 단계에서의 판단이 아니오(No)일 경우, 제어프로그램은 종료되고, 시작단계로 되돌아간다. 상기 S2 단계에서 엔진(10)이 작동상태로 판단될 경우, S3 단계에서 압축기(130)는 모터(120)에 의해서만 작동되도록 요구되는지를 판단한다. 여기에서, 이 판단기준은 냉동사이클장치(200)의 열부하를 기초로 설정된다. 상기 열부하는 급속냉각모드에서의 높은 열부하, 통상냉각모드에서의 중간 열부하, 낮은열부하 순으로 구분될 수 있다. 상기 압축기(130)는 대체로 급속냉각모드에서 엔진(10)과 모터(120)에 의해서 작동되고, 통상냉각모드에서는 엔진(10)에 의해서만 주로 작동 된다. 또한, 상기 압축기(130)는 낮은 부하모드에서 모터(120)에 의해서만 주로 작동된다.
상기 S3 단계에서, 압축기(130)는 모터(120)에 의해서만 구동되게 요구되지 않도록 판정될 경우, 즉, S3 단계에서의 판정이 아니오일 경우, 상기 압축기(130)의 스탠바이(standby) 상태는 S4 단계에서 유지된다. 여기에서, 상기 압축기(130)의 회전속도는 0.5초 동안 증가되고 안정되도록 미리 예정되고, 스탠바이 상태는 S4 단계에서 0.5초 동안 유지된다. 그런 다음, S5 단계에서, 솔레노이드 클러치(170)가 턴온된다. S6단계에서, 상기 압축기(130)가 엔진(10)에 의해서만 작동되도록 요구되는지 여부를 판단한다. 냉동사이클장치(200)의 열부하가 통상냉각모드에서의 열부하일 경우, 즉 S6 단계에서 상기 압축기(130)가 엔진(10)에 의해서만 작동되게 요구되도록 판단될 경우, 상기 모터(120)의 작동은 S7 단계에서 정지된다. 특히, 제3 실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 모터(120)가 제2 일방향 클러치(190)에 의하여 록킹될 경우, 상기 모터(120)에 대한 전류공급은 정지된다. 그런 다음, 상기 압축기(130)는 엔진(10)의 구동력에 의해서만 작동된다.
S8 단계에서, 코일(123a)의 양단 사이에서 발생된 유도전압(V)의 변화가 소정값 이상인지 여부를 판단한다. 상기 유도전압의 변화가 소정값 이하로 판단될 경우, 링기어(153)에 연결된 압축기(130)는 본래 회전속도로 작동되지 않도록 판단된다. S9 단계에서, 상기 솔레노이드 클러치(170)는 턴오프된다. S8 단계에서, 유도전압의 변화가 소정값 이상 또는 동일하다고 판단될 경우, 상기 압축기(130)는 정상적으로 작동되도록 판단되고, 상기 압축기(130)는 그대로 엔진(10)에 의해서 작 동된다.
한편, S2 단계에서 엔진(10)의 작동이 정지되도록 판단되거나, S3 단계에서 압축기(130)가 모터(120)에 의해서만 작동되게 요구되도록 판단될 경우, 상기 솔레노이드 클러치(170)는 S10 단계에서 턴오프된다. 그런 다음, S11 단계에서, 모터(120)는 턴온되고, 압축기(130)는 모터(120)에 의해서 작동된다. S12 단계에서, 상기 압축기(130)의 작동이상(록킹)은 모터(120)의 전류값에 의해서 검출된다. S6 단계에서, 압축기(130)가 엔진(10)에 의해서만 작동되게 요구되지 않게 판단될 경우, 상기 모터(120)는 S11 단계에서 턴온되고, 압축기(130)는 엔진(10) 및 모터(120)에 의해서 작동된다. S12 단계에서, 이상검출은 모터(120)로 공급된 전류값에 의해서 실행된다.
상기 압축기(130)가 모터(120)에 의해서 작동될 경우, 록킹과 같은 압축기(130)의 작동 이상이 발생하게 되면, 상기 작동이상은 S12 단계에서 모터(120)의 전류값에 의해서 검출될 수 있다. 제4 실시예에서, 록킹과 같은 압축기(130)의 작동이상이 발생할 경우, 상기 압축기(130)에 연결된 링기어(153)의 회전속도는 감소 또는 제로로 되고, 코일(123a)의 유도전압 변화는 감소된다. 따라서, 다른 검출장치를 필요로 하지 않고, 압축기(130)의 작동이상은 유도전압 변화에 의해서 검출될 수 있다. 압축기 회전축(131)은 외주연에 홈부(153a) 및 돌출부(153b)를 갖는 링기어(153)에 연결된다. 상기 홈부(153a) 및 돌출부(153b)가 자석(122)의 방사상 내측 가까이에 배치되기 때문에, 상기 유도전압 변화는 용이하게 검출된다. 또한, 상기 유도전압의 검출변화가 기준값보다 작을 경우, 즉 록킹과 같은 상기 압축기(130)의 작동이상이 발생할 경우, 솔레노이드 클러치(170)는 턴오프된다. 따라서, 엔진(10)으로 공급되는 과부하를 방지할 수 있어, 엔진(10)를 보호한다.
도 14 에 도시한 바와 같이, 상기 모터(120)는 링기어(153)에 연결될 수 있고, 상기 압축기 회전축(131)은 선기어(151)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 압축기 회전축(131)은 제2 로터부(131a)를 포함하고, 상기 제2 로터부(131a)의 외주연측은 로터부(120a)의 내주연측에 위치된다. 또한, 상기 제2 로터부(131a)는 홈부(150a) 및 돌출부(150b)를 포함한다. 이 경우라도, 동일 작동효과를 얻을 수 있다.
(제5 실시예)
본 발명의 제5 실시예를 도 15 를 참조하여 설명한다. 제5 실시예에서, 전술한 실시예들과 유사한 부분들은 동일부호로 나타내고, 자세한 설명은 생략한다.
제5 실시예에서, 도 15 에 도시한 바와 같이, 모터(120) 및 유성기어(150)는 모터 하우징(331)내에 배치된다. 또한, 흡입구(331a)는 모터 하우징(331)의 외주연부에 형성되고, 체크밸브(380)는 흡입구(331a)에 배치된다. 냉동사이클장치(200)에서 냉매는 증발기(230)로부터 흘러나오고, 흡입구(331a)로부터 모터 하우징(331)으로 흐른다. 상기 체크밸브(380)는 냉매가 흡입구(331a)를 통해 모터 하우징(331)으로부터 흘러나오는 것을 방지한다. 또한, 축 밀봉장치(395)는 풀리 회전축(111)과 모터 하우징(331) 사이에 배치되고, 상기 축 밀봉장치(395)는 냉매 및 윤활유가 모터 하우징(331)으로부터 흘러 나오는 것을 방지한다.
압축기(130)는 토출량이 소정값으로 설정된 고정용량식 압축기이다. 예를 들면, 상기 압축기(130)는 스크롤 압축기이다. 상기 압축기(130)는 압축기 하우징의일부를 형성하는 고정스크롤(344) 및 압축기 회전축(131)의 상단에 제공된 편심축(134)에 의하여 압축기 회전축(131)에 대하여 회전하는 가동스크롤(343)을 포함한다. 상기 고정스크롤(344) 및 가동스크롤(343)은 외주연측에 흡입챔버(347)와 내측에 압축챔버(345)를 형성하기 위하여 서로 결합된다. 상기 고정스크롤(344)은 풀리(110)의 대향측에서 모터 하우징(331)으로 고정된다. 상기 압축기 회전축(131)은 돌출벽(331d)에 제공된 베어링(348)을 통하여 돌출벽(331d)에 의하여 회전가능하게 지지된다. 상기 돌출벽(331d)은 풀리(110)의 대향측에서 모터 하우징(331)의 측벽(331c)으로부터 압축기 회전축(331)과 평행하게 돌출된다. 상기 가동스크롤(344)의 대향측에서의 압축기 회전축(331)의 단부는 링기어(153)에 연결된다.
흡입구(372a)는 원주상의 두 위치에서 서로 면하도록 측벽(331c)에 형성되고, 가동스크롤(344)에 의하여 개폐된다. 상기 흡입구(372a)중 하나가 개방될 경우, 상기 흡입챔버(347) 및 모터하우징(331)의 내부공간은 서로 연통된다. 상기 흡입구(372a)에 의하여, 상기 모터하우징(331)의 압력은 상기 흡입챔버(347)의 압력, 즉 흡입냉매압과 동일하게 된다. 본 발명에서, 상기 흡입챔버(347)는 본 발명에서의 압축기(130)의 흡입면적에 대응한다. 개구공(331e)는, 유성기어(150)의 피니언기어(152a)와 링기어(153) 사이의 최하단 결합부보다 상부측에 위치되도록, 돌출벽(331d)의 하부측에서 돌출벽(331a)에 의하여 형성된다. 또한, 상기 모터 하 우징(331)으로 유입되는 소정량의 윤활유르 저장하기 위한 저장벽(331b)이 제공된다. 개구공(331e)이 제공되기 때문에, 소정량의 윤활유는 저장벽(331b)내에 저정될 수 있다. 하부측의 상기 흡입구(372a)는 저장벽(331b)의 상단보다 낮은 위치에 위치된다.
상기 모터 하우징(331)에 대향하는 측에서 압축기 커버(341)가 고정스크롤(344)에 고정되고, 상기 압축기 커버(341) 및 고정스크롤(344)에 의하여 형성된 공간은 구획벽(341c)에 의하여 토출챔버(345)와 윤활유 저장챔버(346)으로 구획된다. 상기 압축챔버(345) 및 토출챔버(346)은 고정스크롤(344)의 중심부에 제공된 토출구(344a)를 통하여 서로 연통된다. 상기 구획벽(341c)에는 작은 직경의 토출공(341d)이 제공된다. 상기 토출챔버(346) 및 윤활유 저장챔버(341a)는 토출공(341d)을 통하여 서로 연통된다. 상기 토출공(341d)에 의하여, 윤활유 저장챔버(341a)의 압력은 토출챔버(346)내의 냉매 압력과 동일하게 된다. 본 발명에서, 상기 윤활유 저장챔버(341a)는 본 발명의 압축기(130)의 토출면적에 대응한다.
상기 윤활유 저장챔버(341a)는 그 내부에 냉매로부터 분리된 윤활유를 저장하기 위한 것이며, 냉매로부터 윤활유를 분리하기 위한 원심분리기(360)를 포함한다. 상기 원심분리기(360)는 하부측으로 연장하는 깔대기 형태(funnel-shape)의 부재이다. 상기 원심분리기(360)의 큰 직경부의 외주연은 윤활유 저장챔버(341a)의 내측벽에 접촉하며, 상기 토출공(341d)보다 높은 위치에서 그에 고정된다. 상기 원심분리기(360)보다 높은 위치에서 윤활유 저장챔버(341a)의 측벽(341e)에 토출구(341b)가 제공되고, 상기 토출구(341b)는 냉동사이클장치(200)의 응축기(210)측으로 개방된다. 상기 토출구(341b) 및 토출공(341d)은 원심분리기(360)의 내부공간을 통하여 서로 연통된다. 상기 윤활유 저장챔버(341a)와 모터 하우징(331)내의 하부측 위치에는 제1 감압 연통통로(371)가 제공된다. 상기 윤활유 저장챔버(341a)는 제1 감압 연통통로(371)를 통하여 모터 하우징(331)의 내부공간과 연통됨과 동시에, 상기 윤활유 저장챔버(341a)의 압력은 작은 직경을 갖는 그의 오리피스(orifice) 효과를 이용하여 제1 감압 연통통로(371)에 의하여 감소된다. 본 발명에서, 상기 제1 감압 연통통로(371)는 윤활유 유입통로에 대응한다.
다음으로, 제5 실시예에 따른 전술한 구성을 갖는 하이브리드 압축기의 동작을 설명한다. 제1 및 제2 실시예에서 설명한 바와 같이, 압축기(130)의 회전속도는 모터(120)의 회전속도 및 풀리(110)의 회전속도에 대한 모터(120)의 회전방향을 조절함에 따라 증감된다.
상기 압축기(130)가 작동될 경우, 냉매는 흡입구(331a)로부터 모터하우징(331)으로 흡입되고, 모터(150) 주위 및 유성기어(150) 주위를 통해 흐른다. 그런 다음, 냉매는 흡입구(372a)로부터 흡입챔버(347)로 흐르고, 압축챔버(345)의 중앙측으로 고정 및 가동스크롤(343)(344)에 의하여 압축된다. 상기 압축된 냉매는 토출구(344a)로부터 토출챔버(346)로 흐르고, 토출공(341d)으로부터 원심분리기(360)에 도달한다. 이 때, 고정 및 가동스크롤(343)(344)와 같은 슬라이딩부 및 편심축(134)은 냉매를 포함하는 윤활유로 윤활된다. 상기 압축된 냉매는 토출공(341d)을 통해 흐름과 동시에, 그의 유속은 증가되고, 원심분리기(360) 의 하부측으로 나선형으로 흐른다. 냉매를 포함한 상기 윤활유는 냉매보다 큰 비중을 갖기 때문에, 상기 윤활유는 윤활유 저장챔버(341a)의 측벽에서 냉매로부터 분리되고, 하부측 윤활유 저장챔버(341a)에 저장된다. 상기 윤활유로부터 분리된 냉매는 원심분리기(360)의 내부공간을 통해 흐르고, 토출구(341b)로부터 압축기(130)의 외측으로 흐른다.
상기 윤활유 저장챔버(341a) 하부측에 저장된 윤활유는 윤활유 저장챔버(341a)내의 냉매압력, 즉 압축된 냉매압력으로 인하여 제1 감압 연통통로로부터 모터하우징(331)으로 유입된다. 상기 유입된 윤활유는 최대 모터(120)의 하부측 위치에서 저장벽(331b)의 상단 및 피니언기어(152a)와 링기어(153) 사이의 연결부까지 모터하우징(331)내에 저장된다. 또한, 상기 모터하우징(331)에서의 압력이 윤활유 저장챔버(341a)내의 압력보다 낮기 때문에, 윤활유는 포함하는 냉매는 모터하우징(331)내에서 비등된다. 따라서, 냉매를 갖는 윤활유는 모터(102) 및 유성기어(153)으로 비산된다. 상기 윤활유의 액면이 저장벽(331b)의 상단을 초과할 경우, 상기 윤활유는 저장벽(331b)의 상단보다 낮게 배치된 흡입구(372a)로부터 흡입챔버(347)로 흐르게 되어, 스크롤들(343)(344) 및 편심축(134)은 윤활된다.
전술한 바와 같이, 상기 제5 실시예에서, 냉매내에 포함된 윤활유는 윤활유 저장챔버(341a)내에서 원심분리기(360)에 의하여 냉매로부터 분리되고, 분리된 윤활유는 제1 감압 연통통로(371)를 통해 모터하우징(331)으로 유입된다. 그런 다음, 상기 유입된 윤활유는 모터하우징(331)으로부터 압축기(130)의 흡입챔버(347)로 순환된다. 따라서, 윤활유는 상기 모터하우징(331)내의 유성기어(150)로 항상 공급될 수 있어, 유성기어(150)의 신뢰성을 향상시킨다. 또한, 상기 모터(120)도 모터하우징(331)내에 배치되기 때문에, 상기 모터(120)는 윤활유에 의하여 냉각될 수 있어, 모터(120)의 신뢰성을 향상시킨다. 또한, 상기 유성기어(150) 및 모터(120)의 신뢰성 향상분의 유성기어(150) 및 모터(120)의 크기는 감소될 수 있다.
윤활유는 원심분리기(360)에 의하여 냉매로부터 분리되기 때문에, 냉동사이클장치(200)에서 순환되는 냉매는 윤활유를 거의 포함하지 않는다. 따라서, 윤활유는 냉동사이클장치(200)에 제공되는 증발기(230)와 같은 열교환기에 부착되지 않아, 윤활유로 인하여 증발기(230)에서의 열교환 효과를 감소시키지 않는다. 또한, 흡입구(331a)가 모터하우징(331)에 제공되기 때문에, 유성기어(150) 및 모터(120)는 압축되기 전에 저온냉매에 의하여 효과적으로 냉각될 수 있어, 모터(120) 및 유성기어(150)의 신뢰성을 보다 향상시킨다. 상기 윤활유 저장챔버(341a) 및 모터하우징(331)내의 공간은 제1 감압 연통통로(371)를 통해 서로 연통되기 때문에, 상기 분리된 윤활유는 냉매의 토출압에 의하여 모터하우징(331)으로 유입될 수 있음과 동시에, 많은 양의 압축된 냉매가 모터하우징(331)으로 복귀되는 것을 방지할 수 있다.
상기 저장벽(331b)은 모터하우징(331)내에 제공되기 때문에, 윤활유의 액면은 유성기어(150)의 피니언기어(152a)와 링기어(153)간의 결합부보다 높게 유지된다. 따라서, 상기 윤활유는 유성기어(150)로 충분히 공급될 수 있고, 상기 유성기어(150)는 작동되며, 확실하게 윤활될 수 있다. 상기 저장벽(331b)의 상단을 초과하는 윤활유는 흡입구(372a)를 통해 압축기(130)로 다시 복귀된다.
하이브리드 압축기(101)가 사용되지 않을 경우, 그의 온도는 감소되고, 냉매는 모터하우징(331) 또는 압축기(130)에서 응축된다. 그런 다음, 모터하우징(331) 또는 압축기(130)에서의 윤활유는 응축된 냉매와 함께 흡입구(331a)로부터 넘칠 수 있다. 그러나, 체크밸브(380)가 흡입구(331a)내에 제공되기 때문에, 상기 윤활유는 응축된 냉매와 함께 상기 흡입구(331a)로부터 넘치지 않게 된다. 따라서, 상기 하이브리드 압축기(101)는 재시동하지 않고, 윤활유는 유성기어(150) 및 모터(120)로 공급되지 않아, 상기 유성기어(150)의 록킹 또는 압축기(130)의 록킹과 같은 하이브리드 압축기(101)의 고장이 발생되지 않는다.
또한, 상기 압축기(130)는 스크롤식 압축기이고, 모터하우징(331) 및 토출구(341b)는 압축기 회전축(131)의 축방향으로 압축기(130)의 압축부 양단측에 제공된다. 따라서, 상기 하이브리드 압축기(101)는 용이하게 구성될 수 있다. 또한, 흡입챔버(347)와 직접 연통된 다른 흡입구는 모터하우징(331)에 제공된 흡입구(331a)에 더하여 제공될 수 있다. 상기 흡입구(331a)가 모터하우징(331)에만 제공될 경우,냉매는 유성기어(150) 및 모터(120)로부터 열을 제공받는다. 따라서, 냉매의 온도는 증가하고, 팽창될 수 있다. 상기 팽창된 냉매는 압축기(130)에 의하여 압축되고, 상기 압축기(130)의 압축율은 감소된다. 따라서, 상기 흡입구(331a)가 모터하우징(331) 및 압축기(130)의 하우징 양쪽에 제공될 경우, 냉매 팽창을 한정할 수 있음과 동시에, 유성기어(150) 및 모터(120)는 냉각될 수 있다. 제5 실시예에서라도, 상기 압축기(130)의 회전속도는 풀리(110)의 회전속도에 대하여 모터(120)의 회전속도를 조절함으로써 변화될 수 있다. 제5 실시예에서, 상기 압축 기(130)도 모터하우징(331)내에 제공될 수 있다.
(제6 실시예)
본 발명의 제6 실시예를 도 16 을 참조하여 설명한다. 제6 실시예에서, 제5 실시예에서 설명한 흡입구(372a) 대신에, 제2 감압 연통통로(372b)가 제공된다. 특히, 상기 흡입구(331a)는 흡입챔버(347)와 직접적으로 연통되도록 제공되지만, 도 15 에서 도시한 흡입구(372a), 저장벽(331b) 및 개구공(331e)는 제거된다. 즉, 모터하우징(331) 내의 공간은 압축기(130)로부터 격리된다.
상기 제2 감압 연통통로(372b)는 모터하우징(331)의 내부공간을 형성하도록 연통통로로서 제공되고, 압축기(130)의 흡입챔버(347)는 서로 연통된다. 상기 제2 감압 연통통로(372b)는 제1 감압 연통통로(371)에서와 같이 소정의 작은직경을 갖는다. 상기 모터하우징(331)의 내부공간은 제2 감압 연통통로(372b)를 통해 흡입챔버(347)와 연통되도록 하고, 모터하우징(331)에서의 냉매압력은 오리피스 효과로 인하여 제2 감압 연통통로(372b)에서 감소된다. 그러므로, 제1 및 제2 감압 연통통로(371)(372b)에 의하여, 압력은 윤활유 저장챔버(341a), 모터하우징(331) 및 흡입챔버(341a) 내에서 순차적으로 감소된다. 즉, 상기 모터하우징(331)내의 냉매는 흡입챔버(347)내의 흡입압력과 윤활유 저장챔버(341a)내의 토출압력 간의 압력으로 설정된다. 따라서, 윤활유는 윤활유 저장챔버(341a), 상기 모터하우징(331) 및 흡입챔버(347)내에서 부드럽게 순환될 수 있다. 따라서, 윤활유는 유성기어(150) 및 모터(120)에 충분히 공급될 수 있어, 유성기어(150) 및 모터(120)는 윤활유에 의하여 윤활되고 냉각되어, 상기 유성기어(150) 및 모터(120)의 신뢰성을 향상시킨다. 제6 실시예에서, 다른 부분들은 전술한 제5 실시예의 부분들과 유사하다.
(다른 실시예들)
전술한 실시예들에서 유성기어(150) 대신에 유성롤러 또는 다른 기어가 이용될 수 있다. 유성기어(150)와 풀리(110) 및 모터(120)와 압축기(130) 간의 연결은 전술한 실시예들에서의 연결구조에 한정되지 않고 다른 연결구조를 이용하여 연결될 수 있다. 본 발명에서, 풀리(110)의 구동토크 및 모터(120)의 구동토크가 추가될 경우, 그 추가된 구동토크는 압축기(130)로 전달되고, 연결구조는 적절히 변경될 수 있다. 일예로, 상기 모터(120)는 선기어(151)에 연결될 수 있고, 풀리 회전축(111)은 링기어(153)에 연결될 수 있다. 이 경우, 압축기 회전축(131)은 유성캐리어(152)에 연결된다.
고정용량식 압축기에서, 상기 압축기(130)는 스크롤식 압축기에 한정되지 않고, 피스톤식 압축기 또는 관통베인(through vane)식 압축기로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 압축기(130)는 고정용량식 압축기 대신에, 회전사판(swash plate)식 압축기와 같은 가변용량식 압축기로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 압축기(130)의 가변토출량은 더 증가될 수 있다. 본 발명은 차량의 소정 주행상태에서 차량엔진(10)이 정지되는 차량을 구동시키기 위한 구동모터를 포함한 하이브리드 차량에 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 하이브리드 압축기장치에 의하면, 제조비용 및 크기를 감소시킬 수 있고, 차량엔진의 정지 직후 냉동성능을 확실하게 보장하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 신뢰성을 향상시키고 저 비용으로 제조될 수 있는 하이브리드 압축기장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (27)

  1. 차량이 일시적으로 정지할 경우 정지되는 엔진을 구비한 차량용 하이브리드 압축기장치에 있어서,
    상기 엔진에 의하여 회전되는 풀리;
    상기 차량의 배터리로부터의 전력에 의하여 회전되는 모터;
    상기 풀리의 구동력 및 모터의 구동력에 의하여 작동되며, 냉동사이클시스템의 냉매를 압축하기 위한 압축기; 및
    상기 풀리 회전축과, 모터 회전축 및 압축기 회전축에 각각 독립되게 연결되며, 상기 풀리의 회전속도와 모터의 회전속도를 변화시켜 상기 압축기로 전달하기 위하여 제공되는 변속장치를 포함하며;
    상기 풀리, 모터 및 압축기는 독립적으로 회전가능하게 되도록 배치되고,
    상기 압축기의 회전속도는 풀리의 회전속도에 대하여 모터의 회전속도를 조절함으로써 변화되고,
    상기 모터는 로터부를 포함하며,
    상기 변속장치는 상기 로터부내에 배치되는
    하이브리드 압축기장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모터의 회전속도를 조절하기 위한 제어유닛을 더 포함하며,
    상기 제어유닛은 풀리의 회전속도에 대하여 모터의 회전속도를 조절함으로 써, 압축기의 회전속도를 변화시키는
    하이브리드 압축기장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변속장치는 선기어, 유성캐리어 및 링기어를 포함하는 유성기어이고,
    상기 풀리, 모터 및 압축기 회전축은 상기 선기어, 유성캐리어 및 링기어에 연결되는
    하이브리드 압축기장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압축기 회전축은 유성캐리어에 연결되는
    하이브리드 압축기장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 풀리 회전축은 선기어에 연결되며, 상기 모터 회전축은 링기어에 연결되는
    하이브리드 압축기장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 풀리 회전축은 유성캐리어에 연결되고, 상기 모터 회전축은 선기어에 연결되며, 상기 압축기 회전축은 링기어에 연결되는
    하이브리드 압축기장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어유닛에 의하여 상기 엔진으로부터 풀리 회전축으로 구동력을 단속시키기 위한 단속장치; 및
    상기 풀리 회전축을 상기 풀리의 일회전방향으로만 회전하도록 하기 위하여, 풀리 회전축의 축방향으로 상기 변속장치와 단속장치 사이에서 상기 변속장치에 가깝게 배치되는 일방향클러치를 더 포함하며,
    상기 엔진이 작동될 경우, 상기 제어유닛은 상기 단속장치를 턴오프하고, 풀리의 회전방향의 일방향에 반대되는 회전방향으로 상기 모터를 구동시킴으로써 상기 압축기를 작동시키는
    하이브리드 압축기장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 풀리 회전축은 유성캐리어에 연결되며,
    상기 모터 회전축을 상기 풀리의 회전방향에 반대되는 방향으로만 회전하도록 하기 위한 일방향클러치를 더 포함하는
    하이브리드 압축기장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모터 회전축은 선기어에 연결되며, 상기 압축기 회전축은 링기어에 연결되는
    하이브리드 압축기장치.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기는 회전당 토출량이 소정량으로 설정된 고정용량식 압축기로 이루어지는
    하이브리드 압축기장치.
  11. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 로터부 및 상기 로터부의 외주연상의 영구자석을 포함하는 면 영구자석모터로 이루어지는
    하이브리드 압축기장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 모터가 정지될 경우 상기 모터 회전축을 록킹하기 위한 록킹수단을 더 포함하며,
    상기 모터가 정지되고, 상기 압축기가 풀리의 구동력에 의하여 작동될 경우, 상기 제어유닛은, 압축기에 연결된 변속장치의 회전으로 인하여 발생된 모터의 누설자속을 검출함에 의하여 상기 모터의 유도전압의변화를 검출하는
    하이브리드 압축기장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 모터는 상기 로터부와 상기 로터부의 외주연상의 영구자석을 포함하는 면 영구자석이며,
    상기 압축기에 연결된 변속장치는, 상기 로터부의 방사상방향으로 상기 영구자석에 대하여 중심측에서 적어도 한 쌍의 홈부와 돌출부를 포함하는
    하이브리드 압축기장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 변속장치는 선기어, 유성캐리어 및 링기어를 포함하는 유성기어이며,
    상기 링기어는 압축기에 연결되는
    하이브리드 압축기장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 풀리 회전축은 유성캐리어에 연결되며, 상기 모터 회전축은 선기어에 연결되는
    하이브리드 압축기장치.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어유닛에 의하여 엔진으로부터 풀리 회전축으로 구동력을 단속하는 단속장치를 더 포함하며,
    상기 모터의 유동전압 변화가 소정값보다 작을 경우, 상기 단속장치는 제어유닛에 의하여 턴오프되는
    하이브리드 압축기장치.
  17. 삭제
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기는, 압축되기 전의 냉매가 유입되는 흡입영역과, 압축된 냉매가 흐르는 토출영역 및 냉매로부터 냉매내에 포함된 윤활유를 분리하고, 상기 토출영 역에서 분리된 윤활유를 저정하기 위한 윤활유 분리유닛을 구비하며,
    상기 모터 및 변속장치를 연통하기 위한 하우징;
    상기 압축기의 토출영역에서 윤활유가 상기 하우징으로 유입되는 윤활유 유입통로; 및
    상기 하우징의 내측과 상기 압축기의 흡입영역을 연통시키는 연통통로를 더 포함하는
    하이브리드 압축기장치.
  19. 외부 구동원으로부터 구동력을 제공받음으로써 회전되는 구동유닛;
    외부 전원으로부터 전력을 제공받음으로써 회전되는 모터;
    압축되기 전의 냉매가 유입되는 흡입영역과, 압축된 냉매가 흐르는 토출영역 및 상기 냉매로부터 냉매내에 포함된 유활유를 분리하고, 상기 토출영역에서 분리된 윤활유를 저장하기 위한 윤활유 분리유닛을 포함하고, 상기 구동유닛 및 모터 중 적어도 하나에 의하여 작동되며, 냉동사이클장치에서 냉매를 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기와 상기 구동유닛 및 모터 중 적어도 어느 하나의 사이에 배치되며, 상기 구동유닛과 모터 중 적어도 하나의 회전속도를 상기 압축기로 전달되도록 변화시키기 위한 변속장치;
    상기 모터와 변속장치를 수용하기 위한 하우징; 및
    상기 토출영역내에 저장된 윤호라유가 하우징으로 유입되는 유입통로를 형성하기 위한 수단을 포함하며;
    상기 하우징의 내측공간은 연통통로를 통하여 상기 흡입영역과 연통되는
    하이브리드 압축기장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 압축기와 하우징 중 적어도 하나는 냉매가 상기 압축기의 흡입영역으로 유입되는 흡입구를 구비한
    하이브리드 압축기장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 하우징은 압축기, 모터 및 변속장치를 수용하도록 배치되고, 상기 모터 및 변속장치가 배치되는 측에서, 냉매가 압축기로 흡입되는 흡입구를 구비하는
    하이브리드 압축기장치.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활 유입통로는 상기 토출영역이 하우징의 내측 공간과 연통되는 감압 통로이고, 상기 토출영역으로부터의 압력이 상기 연통통로내에서 감소되는
    하이브리드 압축기장치.
  23. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변속장치는 복수개의 가동부재를 포함하고,
    상기 하우징은 소정량의 윤활유를 저장하기 위한 저장벽을 구비하며,
    상기 저장벽은 상기 가동부들 사이의 접촉부보다 높은 위치에 상단을 가지며,
    상기 연통통로는 상기 저장벽의 상단보다 낮은 위치에 제공되는
    하이브리드 압축기장치.
  24. 제19항에 있어서,
    상기 윤활유 유입통로는, 상기 토출영역이 하우징의 내측과 연통되고, 압력이 상기 토출영역으로부터 하우징의 내측으로 감소되는 제1 감압통로이며,
    상기 연통통로는, 상기 하우징의 내측이 흡입영역과 연통되고, 압력이 하우징의 내측으로부터 흡입영역으로 감소되는 제2 감압통로로 이루어지는
    하이브리드 압축기장치.
  25. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윤활유 분리유닛은 상기 토출영역에 배치되는 원심식 분리기로 이루어지는
    하이브리드 압축기장치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 윤활유가 흡입구를 통하여 상기 하우징으로부터 넘쳐 흐르는 것을 방지하기 위하여, 흡입구내에 배치되는 체크밸브를 더 포함하는
    하이브리드 압축기장치.
  27. 제19항에 있어서,
    상기 압축기는, 냉매를 압축하기 위한 압축부 및 압축된 냉매가 압축기의 외부로 토출되는 토출구를 포함하며,
    상기 하우징 및 토출구는 상기 압축기 회전축방향으로 압축부의 양측에 제공되는
    하이브리드 압축기장치.
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