KR100756790B1 - 가스 압축기 및 공조 시스템 - Google Patents

가스 압축기 및 공조 시스템 Download PDF

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칼소닉 콤푸레서 가부시키가이샤
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Abstract

전자석 클러치에서의 이상 온도 상승을 초기에 검지하여 가스 압축기의 동작을 정지시키는 가스 압축기와 공조 시스템을 개시한다. 온도센서는 이상 발열의 영향을 받는 위치에 장착된다. 온도센서에 의해 온도 상승을 검출하는 경우, 이상 고온에 의한 문제가 발생하기 이전에 전자석 클러치의 구동회로를 차단한다.

Description

가스 압축기 및 공조 시스템{GAS COMPRESSOR AND AIR CONDITIONING SYSTEM}
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 종단면도.
도 2는 도 1의 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 설명도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 설명도.
도 5는 본 발명의 공조 시스템에서 이상 온도에 대응하기 위한 제어시스템을 도시하는 블록선도.
도 6은 본 발명의 공조 시스템에서 이상 온도에 대응하기 위한 제어 동작을 도시하는 순서도.
도 7은 도 1의 실시예에서 볼 베어링 불량 발생시 온도 상승 상태를 도시하는 설명도.
도 8은 전자석 클러치의 온도와 기자력 사이의 관계를 도시하는 설명도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 가스 압축기 2 : 공조 시스템
10 : 전자석 클러치 11 : 코어
13 : 코어 플랜지부 14 : 아마츄어 마찰판
16 : 탄성 연결체 18 : 허브
22 : 회전자 샤프트 25 : 압축기 본체
26 : 풀리 27 : 볼 베어링
29 : 온도센서 32 : 이상 온도 판정수단
33 : 스위치 34 : 비상정지수단
35 : 엔진 본체 37 : 샤시
본 발명은, 전자석 클러치를 통해 외부로부터 압축 동력을 수용하는 가스 압축기, 및 이 가스 압축기를 구비하는 공조 시스템에 관한 것이다.
차량 에어콘, GHP 등에 사용되는 대부분의 베인 로터리형 가스 압축기, 스크롤형 가스 압축기, 회전 사판(swash plate)형 가스 압축기 등은, 전자석 클러치를 통해 외부로부터 구동 동력을 수용한다. 베인 로터리형 가스 압축기에 사용된 전자석 클러치의 일례를 도 1 및 도 2를 참조로 설명한다. 전자석 클러치(10)는, 베인(20)을 장착하고 회전자(21)를 유지하는 회전자 샤프트(22)의 일 단부 외주에 구비된 케이스 커버(23)에 장착되어 있다. 보다 상세하게는, 전자석 클러치(10)의 회전하지 않는 고정부, 즉 환형 코어(11) 및 이 코어(11) 내측에 구비된 코일(12)이 코어(11)의 코어 플랜지부(13)의 중간부를 통해 리테이닝 링(13a)에 의해 케이 스 커버(23)의 중간 쇼울더 단부면(23a)에 장착되어 있다. 또, 코어 플랜지부(13)에는 전술의 케이스 커버의 중간 쇼울더 단부면(23a)의 요홈(23b)에 끼워지는 돌출부(13b)를 가지므로, 코어(11)의 회전을 방지한다.
또, 전자석 클러치의 회전가능한 종동측에는, 아마츄어 마찰판(14), 아마츄어 버클링(buckling, 15), 탄성 연결체(16), 베이스판(17), 및 허브(18)가 서로 연결되어 있다. 이 허브(18)는 상기 회전자 샤프트(22)에 추가로 연결되어 있다.
전술 부품들의 연결 상태를 보다 상세히 설명한다. 아마츄어 마찰판(14) 및 버클링(15)은 복수 개의 조인트 핀(15a)에 의해 서로 연결되어 있다. 버클링(15) 및 베이스판(17)은 비틀림 고무로 형성되어 있는 탄성 연결체(16)에 서로 일체로 연결되어 있다. 아마츄어 마찰판(14)이 클러치의 자력에 의해 흡인될 때, 탄성 연결체(16)가 탄성 변형하도록 되어 있다. 베이스판(17) 및 허브(18)는 복수 개의 조인트 핀(17a)에 의해 서로 연결되어 있다. 허브(18)는 스플라인(24)에 의해 회전자 샤프트(22)의 일 단부에 압축기 본체(25)측에 연결되도록 고정되어 있다.
전자석 클러치의 회전가능한 구동부는, 자성재료의 풀리(26)로 구성되며, 이 풀리(26)는 볼 베어링(27)의 중간부를 통해 상기 케이스 커버(23)에 장착되어 있다.
상기 풀리(26)는, 베어링 하우징을 형성하는 내주부(26a) 및 외주에 풀리 홈(26b)을 갖는 외주부(26c)가 U자형 단면형상을 형성하기 위해 풀리 단부면(26d)에 서로 연결되어 있고, 이 한정된 오목부에 코어(11)가 수용되어 있다. 또, 참조번호(19)는 아마츄어 마찰판(14)과 풀리(26) 사이의 자기회로 형성용 구멍을 지시 한다.
전술의 가스 압축기를 차량용 에어콘에 사용하는 경우, 풀리(26)는 풀리 주위와 엔진의 출력 샤프트에 감겨지는 벨트(도시 생략)에 의해 회전 구동된다. 전자석 클러치(10)가 여자되지 않으면, 그 종동측의 아마츄어 마찰판(14)은 풀리(26)에서 이격되어, 회전하지 않는다. 이 상태에서, 가스 압축기는 정지 운전 상태이다.
전자석 클러치(10)의 코일(12)에 전류가 공급되어, 여자되면, 코일의 자속 때문에 풀리(26)의 단부면(26D)에 아마츄어 마찰판(14)이 흡착되어, 전자석 클러치(10)의 구동측과 종동측이 서로 일체화 되어, 회전자 샤프트(22)가 회전한다. 이 상태에서, 가스 압축기가 작동하여, 탄성 연결체(16)는 탄성 변형한다.
그런데, 종래 가스 압축기의 운전중에, 드문 경우지만 전자석 클러치의 버닝(buring) 또는 벨트의 파열이 발생하는 일이 있었다. 실험에서, 그 원인을 다음 현상에 기인한다는 것을 발견하였다.
(1) 볼 베어링(27)의 이상 발열
볼 베어링(27)이 윤활 불량, 마모 등에 의해 통상 보다 많은 열을 발생하고 도 7에 도시한 바와 같이 고온에 도달하면, 그 열이 볼 베어링 표면 부근 및 베어링의 외측을 에워싸는 전자석 클러치(10)의 코어(11)에 열이 전달되고, 코어(11)도 고온에 도달하여, 그 결과 모울드가 융해되어 배선의 단락을 유발할 수 있다. 또, 도 8에 도시한 바와 같이, 코일(12) 및 단부 마찰면(26d)에 인접한 풀리(26) 부분도 고온에 도달하여 전자석 클러치(10)의 기자력(起磁力)이 저하한다.
기자력의 저하는 풀리(26)와 아마츄어 마찰판(14) 사이에 흡착력을 약하게 하며, 이들 사이에 미끄러짐(slippage)이 발생하여, 스파크가 발생한다. 또, 발생한 마찰열에 의해 주위 온도 상승을 유발하여, 고무제 탄성 연결체(16)를 파손시킨다. 이 상태에서, 아마츄어 마찰판(14)이 허브(18)와 접촉하여, 스파크 발생으로 마찰열이 발생하므로, 코어(11)도 추가로 온도 상승하게 된다. 더욱이, 회전자 샤프트(22)는 정상적으로 회전하는 것을 중지한다.
코어(11)의 온도가 200℃ 를 초과하면, 모울드는 융해되기 때문에, 이러한 실제 온도 상승이 일정 온도 레벨에 도달하기 전에 검지될 수 있으면, 이런 문제를 사전에 방지할 수 있다.
(2) 전자석 클러치(10) 자체의 이상 발열
또, 볼 베어링(27)의 파손 이후에도 회전을 지속하면, 작은 갭으로 서로에 대해 이격된 코어(11)와 풀리(26)가 서로 접촉하여, 발생 마찰열에 의해 코어(11)에서도 급속한 온도 상승이 발생한다. 이 경우에도, 모울드가 융해되고, 배선이 단락되거나, 기자력이 저하한다. 이 경우에 발생한 문제점은 상술의 (1) 경우에서와 동일하다.
파손의 결과로 볼 베어링(27)이 로크될 때, 풀리(26)와 벨트 사이에 미끄러짐이 발생하며, 그 마찰열에 의해 벨트를 손상하고 파열시킨다.
또, 볼 베어링(27)이 정상 상태에서도, 코어(11)에서의 발열은 배선의 단락으로 발생할 수 있다.
(3) 클러치 미끄러짐
또한, 전자석 클러치가 정상 동작 동안에도, 클러치 미끄러짐, 즉, 풀리 단부면(26d)과 아마츄어 마찰판(14) 사이에 발생한다. 공지된 바와 같이, 이러한 미끄러짐은 시동시 충격을 완화하여, 시스템을 매끄럽게 시동한다. 시동 작업의 반복은 아마츄어 마찰판(14)의 접촉면의 점차적인 마모를 유도한다. 또, 가스 압축기가 정상 동작시에도, 회전자 회전에서의 부하 파동, 순간 과부하 등에 기인하는 미세한 미끄러짐이 발생한다.
클러치 미끄러짐은 당연히 발열을 수반한다. 아마츄어 마찰판(14) 등의 마모에 기인하여 풀리 단부면(26d)과 아마츄어 마찰판(14) 사이 미끄러짐의 비정상적 증가는 미끄러짐과 발열을 증가시켜, 접촉면을 손상하고 이들을 서로 융합시킬 수 있다. 접촉면에 대한 손상은 클러치 미끄러짐을 더 증가시킬 수 있고, 또는 서로에 대해 접촉하는 것을 허용하지 않게 할 수 있는데, 이는 클러치 맞물림을 달성할 수 없음을 의미한다. 접촉면의 융합은 클러치의 해제를 달성하는 것을 불가능하게 한다.
그러나, 이상 발열에 기인한 열의 방사와 스파크 발생에 의해 이상 클러치 미끄러짐을 수반한다는 사실에 주의할 것이다. 이는 이들 현상을 검지할 수 있으면 상기 문제점을 방지할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 종래 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 전자석 클러치에서의 이상 온도 상승을 조기에 검출하여 그 기동을 정지하거나, 공조 시스템 전체의 운전을 정지할 수 있는 가스 압축기 및 공조 시스 템을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 압축기 본체에 전자석 클러치를 통해 외부동력을 전달하는 가스 압축기에 있어서, 온도센서를 전자석 클러치의 외표면 또는 그 외표면 부근에 장착하고 있다.
미끄럼의 결과로 열을 발생하고, 동력 전달시 과부하에 의한 열을 발생하는 아마츄어 마찰판의 온도를 검출하는 것이 가장 바람직하기 때문에, 온도센서는 외측에서 착탈가능하도록 아마츄어 마찰판 부근에 배치되거나 전자석 클러치를 장착하기 위한 코어 플랜지부 또는 코어 부근이나 전자석 클러치의 볼 베어링에 장착되는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은, 압축기 본체에 전자석 클러치를 통해 외부 동력을 전달하는 가스 압축기를 포함하는 형태의 공조 시스템에 있어서, 이 공조 시스템은 전자석 클러치 또는 그 인접부에 장착된 온도센서, 이 온도센서의 검출 온도 출력의 이상치를 판정하는 이상 온도 판정수단, 및 이 이상 온도 판정수단으로부터의 이상 판정 출력을 수신하여 전자석 클러치의 구동회로를 차단하거나 공조 시스템을 정지하는 비상정지수단을 구비하고 있다.
본 발명의 실시예를, 이하 도면을 참조로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 종단면도이고, 도 2는 도 1의 부분 확대도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 설명도이며, 도 5는 도 1, 도 3, 도 4 등에 도시한 가스 압축기를 구비하는 본 발명의 공조 시스템에서 이 상 온도에 대응하기 위한 제어시스템을 도시하는 블록선도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 대해 기술한 상세한 설명은 생략한다. 가스 압축기(1)는 외부 동력을 전자석 클러치(10)를 통해 압축기 본체(25)에 전달됨으로써 운전되는 형태이다. 또, 도 5의 공조 시스템(2)과 가스 압축기(1) 사이의 관계는 당분야에 공지되어 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조로 본 발명의 실시예를 설명한다. 나사 구멍(30)은, 전자석 클러치(10)의 코어(11) 부근, 코어(11)에 고정된 코어 플랜지부(13)에 제공되어 있고, 나사(31)가 온도센서(29)를 관통하여 나사 구멍(30)에 나사 결합하도록 외측에서 착탈가능하게 온도센서(본 실시예에서 서미스터(thermistor) 센서임)(29)를 코어 플랜지부(13)에 고정하고 있다.
온도센서(29)는, 고장시 쉽게 교환할 수 있는 위치에 장착되는 것이 바람직하다. 코어 플랜지부(13)의 코어(11) 부근 위치와 이격되고, 온도센서(29)는 쉽게 탈착가능하도록 케이스 커버(23) 부근에 장착될 수 있다. 또한, 온도센서(29)를 직접 코어(11)에 장착하여 코어 근방 온도를 검지할 수 있다. 또, 여러 경우에 있어서, 전자석 클러치(10)의 이상 온도 상승의 원인이 볼 베어링(본 실시예에서 볼 베어링)(27)에서의 이상 발열에 기인하기 때문에, 볼 베어링(27) 부근에 온도센서(29)를 배열하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 3에 도시한 본 발명의 실시예를 기술한다. 본 실시예에서, 클러치 미끄러짐에 기인한 이상 발열이 아마츄어 마찰판으로부터의 방사열을 검지함으로써 조기에 검지되는 본 발명을 차량용 에어콘에 적용하였다.
도 3에서, 참조번호(35)는 엔진 본체를 지시하고, 전단부에 온도센서(29)를 갖는 스테이(36)가 장착되어 있다. 온도센서(29)는 전자석 클러치(10)의 아마츄어 마찰판(14)의 외주에 인접 위치하고 있다. 참조번호(1)는 가스 압축기를 지시한다.
도 3의 온도센서(29)는 아마츄어 마찰판(14)과 풀리 단부면(26d) 사이의 미끄러짐에 기인하여 발생된 방사열을 검지하여(도 2 참조), 이상 발열에 대한 아마츄어 마찰판(14)을 체크한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 4에 도시한 실시예에 있어서, 본 발명은 도 3에서와 동일하게 차량용 에어콘에 적용하였다. 아마츄어 마찰판으로부터의 방사열을 검지함으로써, 클러치 미끄러짐에 의해 발생된 이상 발열이 초기 단계에 검지된다.
도 4에서, 참조번호(37)는 엔진, 가스 압축기 등을 장착하는 샤시를 지시한다. 전단부에 온도센서(29)를 갖는 스테이(38)가 샤시(37)에 장착되어 있다. 온도센서(29)는 전자석 클러치(10)의 아마츄어 마찰판(14) 단부면 외주 부근에 위치하고 있다. 참조번호(1)는 가스 압축기를 지시한다.
도 4의 온도센서(29)는 아마츄어 마찰판(14)과 풀리 단부면(26d) 사이의 미끄러짐 결과로 발생된 방사열을 검지하여, 아마츄어 마찰판(14)의 이상 발열을 체크한다.
도 1 내지 도 4에 도시한 실시예에 있어서, 온도센서(29)의 온도 검출 출력은 도 5에 도시한 바와 같이 이상 온도 판정수단(32)에 전달된다. 이 이상 온도 검출 출력이 이상치라고 판정된 경우, 전자석 클러치(10)의 구동회로를 차단하기 위해 이상 판정 출력이 전자석 클러치(10)의 구동회로의 스위치(33)에 전달되어, 전자석 클러치에서의 이상 온도 상승에 기인할 수 있는 전자석 클러치의 손상을 방지한다. 가스 압축기(1)가 GHP에 사용되는 경우, 공조 시스템(2) 전체 전원은 비상정지수단(34)에 의해 차단된다.
도 6은, 본 발명의 공조 시스템에서의 이상 온도에 대응하기 위한 제어 동작 흐름을 도시하는 순서도이다. 단계 401에서, 온도센서(29)의 온도를 검출하고, 그 온도 검출 출력을 이상 온도 판정수단(32)에 일정하게 공급한다. 단계 402에서, 이상 온도 판정수단(32)은 온도센서(29)의 검출 온도 출력이 소정의 온도, 예컨대 90℃ 를 초과하는지 여부를 판단한다. 소정의 온도(즉, 이 단계에서의 대답이 "아니오" 인 경우)를 초과하지 않으면, 이 과정은 단계 401로 복귀하며, 초과하면(즉, 이 단계에서의 답이 "예" 인 경우), 에외적인 판정 출력이 스위치(33)에 전달되며, 스위치(33)가 단계(403)에서 개방되어 전자석 클러치를 차단한다. 또는, 동일하게 이상 판정 출력을 비상정지수단(34)에 공급하고 비상정지수단(34)이 작동하여 공조 시스템(2)의 동력을 차단한다.
이상 온도 판정수단에 대한 기준을 수행하는 상기 소정의 설정 온도는, 발열 대상의 측정하고자 하는 온도에 따라 다양하고, 대상은 볼 베어링, 아마츄어 마찰판, 또는 코어가 될 수 있다. 이처럼, 적절한 기준 온도를 발열 대상에 따라 설정한다. 이 설정 온도는, 또한 온도센서(29)의 장착 위치, 코어 모울드 재료, 온도센서와 발열 대상 사이의 거리, 치수, 윤곽, 및 전자석 클러치의 구조 등에 따라 다양할 수 있다. 또한, 코어 모울드 온도와 온도센서의 온도 사이의 온도차를 고려할 수 있다. 이에 비추어, 소정의 설정 기준 온도를 실험적으로 판정할 수 있다.
서미스터 대신, 100℃ 부근 온도 범위에서 온도 측정이 가능한 다른 형태, 예컨대 열전대 및 저항 온도센서(서미스터)의 온도센서를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 열 보호기, 열 휴즈 등을 열 센서로 사용하는 경우, 온도센서는 또한 비상정지수단의 스위치로 사용한다.
온도센서가 착탈가능한 위치에 장착시, 저하될 때마다 센서를 교환하는 것이 가능하다. 센서가 전자석 클러치의 주위에 배치되는 경우, 대형 센서 또는 저렴한 범용 센서를 채택하는 것이 가능하므로, 센서 선택에서의 높은 유연성과 이상 발열에 대한 전자석 클러치 체크 비용의 감소할 수 있다.
이상에 설명한 같이, 본 발명에 따르면, 전자석 클러치가 이상 고온에 도달할 때마다 이를 검지하여, 고온에 의한 전자석 클러치에서의 이상 발열을 사전에 단시간에 발견하고, 전자석 클러치의 손상을 방지할 수 있으므로, 기체 압축기와 공조 시스템의 신뢰성이 향상된다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 전자석 클러치,
    외부 동력으로부터 상기 전자석 클러치를 통해 토오크가 전달되는 압축기 본체, 및
    상기 전자석 클러치의 외표면에 제공되어 상기 전자석 클러치의 외표면 온도를 검출하는 온도센서를 구비하며,
    상기 온도센서를, 외측에서 착탈가능하도록 상기 전자석 클러치의 구동측 풀리의 볼 베어링 부근에 장착하는 것을 특징으로 하는 가스 압축기.
  4. 전자석 클러치,
    외부 동력으로부터 상기 전자석 클러치를 통해 토오크가 전달되는 압축기 본체, 및
    상기 전자석 클러치의 외표면에 제공되어 상기 전자석 클러치의 외표면 온도를 검출하는 온도센서를 구비하며,
    상기 온도센서를, 외측에서 착탈가능하도록 상기 전자석 클러치의 코어 플랜지부에 장착하는 것을 특징으로 하는 가스 압축기.
  5. 전자석 클러치,
    외부 동력으로부터 상기 전자석 클러치를 통해 토오크가 전달되는 압축기 본체, 및
    상기 전자석 클러치의 외표면에 인접 제공되어 상기 전자석 클러치의 외표면 부근 온도를 검출하는 온도센서를 구비하며,
    상기 온도센서를, 외측에서 착탈가능하도록 상기 전자석 클러치의 아마츄어 마찰판의 외주부에 장착하는 것을 특징으로 하는 가스 압축기.
  6. 전자석 클러치,
    외부 동력으로부터 상기 전자석 클러치를 통해 토오크가 전달되는 압축기 본체, 및
    상기 전자석 클러치의 외표면에 인접 제공되어 상기 전자석 클러치의 외표면 부근 온도를 검출하는 온도센서를 구비하며,
    상기 온도센서를, 외측에서 착탈가능하도록 상기 전자석 클러치의 아마츄어 마찰판의 전방면에 장착하는 것을 특징으로 하는 가스 압축기.
  7. 전자석 클러치,
    외부 동력으로부터 상기 전자석 클러치를 통해 토오크가 전달되는 압축기 본체,
    상기 전자석 클러치의 외표면에 제공되어 상기 전자석 클러치의 외표면 온도를 검출하는 온도센서,
    이 온도센서의 검출 온도 출력의 이상치를 판정하는 이상 온도 판정수단, 및
    이 이상 온도 판정수단의 이상 판정 출력을 수신하여 상기 전자석 클러치의 구동회로를 차단하는 비상정지수단을 구비하며,
    상기 비상정지수단은 공조 시스템을 차단하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  8. 전자석 클러치,
    외부 동력으로부터 상기 전자석 클러치를 통해 토오크가 전달되는 압축기 본체,
    상기 전자석 클러치의 외표면에 인접 제공되어 상기 전자석 클러치의 외표면 부근 온도를 검출하는 온도센서,
    이 온도센서의 검출 온도 출력의 이상치를 판정하는 이상 온도 판정수단, 및
    이 이상 온도 판정수단의 출력을 수신하여 상기 전자석 클러치의 구동회로를 차단하는 비상정지수단을 구비하며,
    상기 비상정지수단은 공조 시스템을 차단하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  9. 삭제
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