KR100853150B1 - 압축기 구동 모터의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기 구동 모터의 피스톤에 관한 것으로서, 실린더 보어(11) 내에서 가해지는 압력으로부터 피스톤(50)이 평행을 이루도록 피스톤(50)의 원주 방향을 따라 관통의 오리피스(55a, 55b)가 서로 상이한 직경으로 배치 형성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 피스톤에 오리피스를 형성함으로써, 피스톤의 전진 행정 후기시, 압축력에 의해 발생되는 피스톤의 비대칭 마모를 해소하여 압축기의 성능을 안정시킬 수 있으며, 또한, 원활한 피스톤의 전, 후진 운동이 가능하여 초기 기동실패율을 줄일 수 있는 효과를 가지고 있다.

압축기, 실린더 보어, 피스톤, 마모

Description

압축기 구동 모터의 피스톤{PISTON FOR DRIVING MOTOR OF COMPRESSOR}

도 1은 종래 압축기의 정단면도이고,

도 2는 종래 압축기의 평단면도이고,

도 3은 종래 피스톤의 구동을 보여주는 개략도이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 모터의 피스톤의 구동도이고,

도 5는 본 발명에 따른 피스톤의 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 하우징 12 : 실린더 블록

13 : 실린더 보어 50 : 피스톤

55a, 55b : 오리피스

본 발명은 압축기 구동 모터의 피스톤에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피스톤의 전, 후진시 압축력에 의하여 발생하는 비대칭 마모 형상을 감소시킬 수 있는 압축기 구동 모터의 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키 는 것으로, 왕복동형, 회전형 및 터보형이 있다. 이러한 압축기가 냉장고용으로 사용되는 경우, 냉장고 내부를 저열원으로 하고 외부를 고열원으로 하는 저비등점의 냉매의 포화증기를 고압으로 압축하여 응축기로 유동시킨다.

응축기에서는 고압, 고열의 냉매로부터 증발의 잠열이 냉장고 외부의 고열원으로 방출되어 액체상태의 냉매로 상변화를 일으키고는 이 액상의 냉매가 팽창밸브를 통과하여 저압, 저온으로 스로틀링 된 후, 증발기로 유입된다.

증발기에서 그 저압, 저온의 냉매는 대부분 액상으로 냉장고 내부의 저열원으로부터 잠열을 흡수하여 포화증기상태의 냉매로 상변화를 일으킨 후, 다시 상술한 압축기로 유입됨으로써 냉동사이클을 구성하게 된다.

이와 같은 냉동사이클을 반복하는 가운데에 냉장고 내부는 지속적으로 냉기를 공급받아 원하는 냉동 및 냉장 효과를 얻을 수 있게 된다.

통상의 가정용 냉장고용 압축기는 주로 1단의 왕복동형으로 그 구동 전기모터와 함께 케이스내에 밀폐된 채 냉장고의 하부에 설치되며, 압축기의 구조는 도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같다.

도 1은 종래 압축기의 정단면도이고, 도 2는 종래 압축기의 평단면도이고, 도 3은 종래 피스톤의 구동을 보여주는 개략도이다.

도 1에서와 같이, 밀폐 하우징(1)은, 하우징의 내부 공간에 충진되는 냉매(15)와, 저부에 저장되는 오일(2)과, 고정자(3)와 영구 자석을 내장하는 회전자(4)로 구성되는 모터(5), 및 모터(5)에 의해 구동되는 압축기(6)를 수용한다.

여기서 압축기(6)는, 수직으로 배치되는 크랭크샤프트(9)는 주축(7)과 편심 축(8)으로 구성되어 있다. 크랭크샤프트(9)는, 스파이럴 홈(17)을 거쳐서 편심축(8)의 상단에 연통하는 오일 펌프(20)를 내장한다. 오일 펌프(20)의 개방 하단은 오일(2)에 침지된다. 실린더 블록(12)은 주축(7)을 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하며, 압축실(10)을 형성하기 위한 실린더 보어(bore)(11)를 갖는다.

피스톤(50)은 실린더 보어(11)에 끼워지도록 삽입되어 왕복운동을 하게 된다. 원통 형상의 피스톤 핀(14)은 편심축(8)과 평행하게 배치되고, 피스톤(50)에 형성된 피스톤 핀 구멍(51)에 구속된다.

연결 구조물(13)은, 편심축(8) 삽입용 큰 연결 구멍(33), 피스톤 핀(14) 삽입용 작은 연결 구멍(31), 및 편심축(8)을 피스톤 핀(14)을 거쳐서 피스톤(50)과 연결하는 로드(32)를 구비한다.

도 2는, 압축기(6)를 위에서 바라볼 때, 관찰자(viewer) 측에서의, 크랭크샤프트(9)에 결합하기 위한 단부를 갖는 피스톤(50)을 도시한다. 피스톤(50)은 좌우 대칭의 대략 원통 형상을 갖는다. 피스톤의 양 단부에 관하여, 실린더 보어(11)와 함께 압축실(10)을 구성하는 표면을 피스톤 상면(52)으로 지칭하고, 연결 구조물(13)과 연결되는 다른 단부면을 피스톤 스커트 표면(53)으로 지칭한다.

이상과 같이 구성된 압축기는 아래와 같은 방식으로 동작한다.

모터(5)가 전력에 의해 구동되면, 회전자(4)는 (압축기를 위에서 바라볼 때) 시계방향으로 회전하며, 크랭크샤프트(9)도 같은 방향으로 회전한다. 편심축(8)의 회전 운동은, 연결 구조물(13)과 피스톤 핀(14)을 통해서 피스톤(50)에 전달된다. 이후, 연결 구조물(13)은 피스톤 핀(14)에 대해 요동하며, 피스톤(50)은 실린더 보 어(11)내를 왕복 운동한다. 피스톤(50)의 왕복 운동의 결과로서, 밀폐 하우징(1)을 충진하고 있는 냉매(15)가, 압축실(10) 내부에 흡인되어, 압축된 후, 밀폐 하우징(1) 밖으로 토출된다. 이 사이클은 연속하여 반복된다.

크랭크샤프트(9)가 회전을 시작하면, 오일 펌프(20)가 오일(2)의 흡입을 시작하면, 오일(2)은 스파이럴 홈(17)을 통해서 상방 이동된다. 오일(2)은 편심축(8)의 상단으로부터 분사되어, 연결 구조물(13)의 작은 연결 구멍(31)과 피스톤 핀(14) 사이의 표면, 및 피스톤(50)과 실린더 보어(11) 사이의 표면과 같은 슬라이딩 표면을 윤활한다.

그러나, 위와 같은 종래의 밀폐형 압축기는, 낮은 회전 속도(예를 들면, 1500 r/min의 작동 주파수)에서 작동될 수 있는 가정용 냉동 냉장고의 냉각 시스템에 사용될 때, 압축기(6)를 구성하는 피스톤(50)과 실린더 보어(11) 사이의 미끄럼 접촉면에서 비대칭 마모가 종종 발생한다.

즉, 비대칭 마모는, 크랭크샤프트(9)를 관찰자 측으로 하여 압축기를 위에서 보았을 때, 피스톤(50)의 중심축을 포함하는 수직 평면에 대해, 피스톤 스커트 표면(53)의 우측 부분에 있는 지점(L점), 및 피스톤 상면(52)의 좌측 부분에 있는 지점(H점)에서 시작되었다. 이는, 경사 자세에 있는 피스톤(50)이 실린더 보어(11)에 대해 충돌 접촉하였다.

도 3을 참고하여 좀 더 자세히 설명하면, 피스톤(50)의 전진 행정 후기시, 주축(7)은 축심(O)을 중심으로 시계방향으로 회전한다. 점 S는 편심축(8)의 축심을 나타내고, 점 Q는 피스톤 핀(14)의 축심을 나타내며, 원(20)은 편심축(8)의 축 심(S)의 궤적을 나타내며, 점선 원(22)은 주축(7)의 외경을 나타낸다.

피스톤(50)에는 압축력(P)이 걸린다. 작은 연결 구멍(31)에서의 반시계방향 회전에 수반하여, 화살표로 도시하듯이 상당한 반시계 방향 진동 모멘트(30)가 발생한다.

이때, 반시계 방향 진동 모멘트(30)가 시계방향 진동 모멘트(35)보다 크게 되며 따라서, 피스톤(50)에는 최종적으로 반시계방향 진동 모멘트(30)가 작용한다. 그 결과, 피스톤(50)은 실린더 보어(11)내에서 좌측으로 경사지고, 피스톤(50)의 원주면은 L 및 H에 상당하는 지점에서 실린더 보어(11)와 충돌한다. 충돌 접촉은 마모를 발생시키게 된다.

따라서 접촉에 의한 마모가 진행되면, 피스톤(50)과 실린더 보어(11) 사이에 간극이 발생하여, 흡입 압축 사이클 중에 냉매(15)의 누설을 초래한다. 이는 압축기의 성능에 있어서 불안정 및/또는 저하를 초래하며, 장기간의 작동 신뢰성 확보가 어려워진다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 피스톤에 전달되는 압력 하중으로부터 피스톤이 평행을 이루도록 피스톤의 원주 방향을 따라 오리피스를 배치하여 형성함으로써, 피스톤의 전진 행정 후기시, 압축력에 의해 발생되는 피스톤의 비대칭 마모를 해소하여 압축기의 성능을 안정시킬 수 있는 압축기 구동 모터의 피스톤을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 피스톤에 오리피스를 형성함으로써, 원활한 피 스톤의 전, 후진 운동이 가능하여 초기 기동실패율을 줄일 수 있는 압축기 구동 모터의 피스톤을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 압축기의 실린더 보어 내에서 전, 후진 운동으로 냉매를 흡입하여 압축하고, 압축된 냉매가 토출되도록 하는 압축기 구동 모터의 피스톤에 있어서, 실린더 보어 내에서 가해지는 압력으로부터 피스톤이 평행을 이루도록 피스톤의 원주 방향을 따라 관통의 오리피스가 서로 상이한 직경으로 배치 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 모터의 피스톤을 제공한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축기 구동 모터의 피스톤의 구동도이고, 도 5는 본 발명에 따른 피스톤의 평면도이다.

참고로, 본 발명의 구성을 설명하기에 앞서, 설명의 중복을 피하기 위하여 종래의 기술과 일치하는 부분에 대해서는 설명을 생략하며 종래 도면 부호도 그대로 인용하기로 한다.

도 4에서와 같이, 압축기(6)의 실린더 보어(11) 내에서 전, 후진 운동으로 냉매(15)를 흡입하여 압축하고, 압축된 냉매(15)가 토출되도록 하는 피스톤(50)을 실린더 보어(11) 내에서 가해지는 압력으로부터 평행을 이루도록 피스톤(50)의 원주 방향을 따라 관통의 오리피스(55a, 55b)를 복수개 형성시켰다.

각 오리피스(55a, 55b)는 피스톤(50)의 상면부터 하면에 이르기까지 수직하게 관통 형성되며, 바람직하게는 복수 오리피스(55a, 55b)는 서로 직경이 상이하다.

더욱 바람직하게 도 5에 따르면, 피스톤(50)을 평면에서 보았을 때 중심을 기준으로 하여 피스톤(50)의 전진 행정 후기시 진행하는 시계방향 측의 부하접촉면(56)과 근접하는 오리피스(55b)들이 다른 오리피스(55a)보다 직경이 크게 형성되는 구성을 가진다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 압축기 구동 모터의 피스톤의 작용을 설명하면 다음과 같다.

다시 종래 도면을 참고하면, 모터(5)가 전력에 의해 구동되면, 회전자(4)는 (압축기를 위에서 바라볼 때) 시계방향으로 회전하며, 크랭크샤프트(9)도 같은 방향으로 회전한다. 편심축(8)의 회전 운동은, 연결 구조물(13)과 피스톤 핀(14)을 통해서 피스톤(50)에 전달된다. 이후, 연결 구조물(13)은 피스톤 핀(14)에 대해 요동하며, 피스톤(50)은 실린더 보어(11)내를 왕복 운동한다. 피스톤(50)의 왕복 운동의 결과로서, 밀폐 하우징(1)을 충진하고 있는 냉매(15)가, 압축실(10) 내부에 흡인되어, 압축된 후, 밀폐 하우징(1) 밖으로 토출된다. 이 사이클은 연속하여 반복된다.

크랭크샤프트(9)가 회전을 시작하면, 오일 펌프(20)가 오일(2)의 흡입을 시작하면, 오일(2)은 스파이럴 홈(17)을 통해서 상방으로 이동된다. 오일(2)은 편심축(8)의 상단으로부터 분사되어, 연결 구조물(13)의 작은 연결 구멍(31)과 피스톤 핀(14) 사이의 표면, 및 피스톤(50)과 실린더 보어(11) 사이의 표면과 같은 슬라이딩 표면을 윤활한다.

이때, 도 4에서와 같이, 피스톤(50)의 전진 행정 후기시, 주축(7)은 축심(O)을 중심으로 시계방향으로 회전한다. 점 S는 편심축(8)의 축심을 나타내고, 점 Q는 피스톤 핀(14)의 축심을 나타내며, 원(20)은 편심축(8)의 축심(S)의 궤적을 나타내며, 점선 원(22)은 주축(7)의 외경을 나타낸다.

여기서 피스톤(50)에는 압축력(P)이 걸리면서, 작은 연결 구멍(31)에서의 반시계방향 회전에 수반하여, 화살표로 도시하듯이 상당한 반시계방향 진동 모멘트(30)가 발생한다.

이때, 반시계방향 진동 모멘트(30)가 시계방향 진동 모멘트(35)보다 크게 되며 따라서, 피스톤(50)에는 최종적으로 반시계방향 진동 모멘트(30)가 작용한다. 그러나 본 발명의 특징에 따라 피스톤(50)에 복수의 오리피스(55a, 55b)가 형성되고, 이 복수의 오리피스(55a, 55b)중 L지점에 해당하는 부하접촉면(56)측의 오리피스(55b) 직경이 상대적으로 더 크게 형성됨으로써, 피스톤(50)을 향하는 압축력(P)의 일부가 오리피스(55a, 55b)로 빠져나가면서 피스톤(50)의 원활한 후진 운동을 가져와 마모를 줄이고 모터(5)의 초기 기동 실패율을 줄일 수 있다. 더욱이 부하접촉면(56)과 근접하는 오리피스(55b)측으로 더 많은 압력이 빠져나가 시계방향 진동 모멘트(35)가 커지므로 반시계방향 진동 모멘트(30)와 균형을 맞추기 된다.

즉, 피스톤(50)에 작용하는 진동 모멘트가 소멸되기 때문에, 피스톤(50)의 좌측으로 경사진 자세가 없어지게 된다. 따라서, 저속 작동 중에 피스톤(50)이 실 린더 보어(11) 내에서 바른 자세를 유지할 수 있으며, 이로 인해, 실린더 보어(11)에 대한 피스톤(50)의 비대칭적인 마모 현상이 방지된다.

그러므로 본 발명에서는 피스톤(50)에 복수의 오리피스(55a, 55b)를 형성시킴으로서, 종래에 압력의 불균형으로 발생하는 비대칭 마모 형상을 방지할 수 있으며, 원활한 피스톤(50)의 전, 후진 운동으로 모터의 초기 기동실패율을 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 압축기 구동 모터의 피스톤을 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기 구동 모터의 피스톤은, 피스톤에 전달되는 압력 하중으로부터 피스톤이 평행을 이루도록 피스톤의 원주 방향을 따라 오리피스를 배치하여 형성함으로써, 피스톤의 전진 행정 후기시, 압축력에 의해 발생되는 피스톤의 비대칭 마모를 해소하여 압축기의 성능을 안정시킬 수 있으며, 또한, 원활한 피스톤의 전, 후진 운동이 가능하여 초기 기동실패율을 줄일 수 있는 효과를 가지고 있다.

Claims (3)

1. 압축기의 실린더 보어 내에서 전, 후진 운동으로 냉매를 흡입하여 압축하고, 압축된 냉매가 토출되도록 하는 압축기 구동 모터의 피스톤에 있어서,

   상기 실린더 보어 내에서 가해지는 압력으로부터 상기 피스톤이 평행을 이루도록 상기 피스톤의 원주 방향을 따라 관통의 오리피스가 서로 상이한 직경으로 배치 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 모터의 피스톤.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수 오리피스 중, 상기 피스톤의 전진 행정 후기시 진행하는 시계방향 측의 부하접촉면과 근접하는 오리피스는 직경이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기 구동 모터의 피스톤.

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