KR101376613B1 - 크랭크축 및 이를 구비한 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크축의 제1 베어링부와, 제2 베어링부와, 회전자고정부, 그리고 편심부 등의 외경이나 길이 그리고 편심량 등 상호간 규격을 적절하게 분석하고 이를 재규정하여 크랭크축을 제작하도록 함으로써, 상기 크랭크축에 대한 생산성과 신뢰성을 높일 수 있고 상기 크랭크축이 적용된 압축기의 생산성과 신뢰성 그리고 효율을 향상시킬 수 있다.

크랭크축, 제1 베어링부, 제2 베어링부, 회전자고정부, 편심부, 스크롤압축기

Description

크랭크축 및 이를 구비한 압축기{CRANKSHAFT AND COMPRESSOR HAVING THIS}

본 발명은 구동모터의 회전운동을 압축기구부의 선회운동으로 전환하는 크랭크축 및 이를 구비한 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 크랭크축은 구동부의 제1 운동을 종동부의 제2 운동으로 전환하는 것으로, 특히 압축기에 적용되는 경우에는 구동모터의 회전자에 결합되어 그 회전자의 회전운동을 상기 압축기구부의 선회운동으로 전환시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 크랭크축은 긴 봉 형상으로 형성되고 적어도 한 개 이상의 베어링부재에 결합되어 반경방향으로 지지되고 있다. 따라서, 상기 크랭크축은 상기 베어링부재에 결합되는 베어링부와, 상기 회전자에 압입되는 회전자고정부, 상기 압축기구부에 편심지게 결합되는 편심부 등으로 구분할 수 있다. 여기서 상기 베어링부는 상기 크랭크축이 안정적으로 지지될 수 있도록 상기 회전자고정부의 상하 양측에 제1 베어링부와 제2 베어링부가 각각 형성되어 있다. 상기 베어링부와 회전자고정부, 그리고 편심부는 그 크기와 길이 등에 따라 압축기의 효율과 생산성 그리고 신뢰성에 큰 영향을 끼치게 된다.

그러나, 종래의 크랭크축은 상기 베어링부와 회전자고정부 그리고 편심부가 가공시간과 조립공정 또는 운동특성을 세밀하게 고려하지 않고 제작됨에 따라 크랭크축의 생산성이 저하되고 상기 크랭크축을 압축기에 적용하는 경우 압축기의 효율과 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 크랭크축이 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 크랭크축의 각 부위에 대한 규격을 정확하게 분석하여 재정립함으로써 상기 크랭크축의 생산성과 신뢰성을 높일 수 있고 상기 크랭크축이 적용된 압축기의 생산성과 신뢰성 그리고 효율을 향상시킬 수 있는 크랭크축 및 이를 구비한 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 베어링부; 상기 제1 베어링부에서 일정 간격을 두고 형성되는 제2 베어링부; 구동모터의 회전자에 결합되는 회전자고정부; 및 상기 구동모터의 회전력을 압축기구부에 전달하도록 상기 제1 베어링부 또는 회전자고정부의 축중심에 대해 일정한 편심량을 가지고 상기 제1 베어링부에서 연장 형성되는 편심부를 포함하고, 상기 제1 베어링부는 그 외경이 상기 편심부의 외경과 편심부의 편심량의 2배의 합보다 크게 형성되는 크랭크축이 제공된다.

또, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부에 설치되는 구동모터; 상기 구동모터의 일측에 설치되어 그 구동모터의 동력을 전달받아 냉매를 압축하도록 복수 개의 스크롤을 가지는 압축기구부; 상기 밀폐용기에 설치되는 복수 개의 베어링부재; 및 상기 베어링부재에 지지되어 상기 구동모터의 동력을 상기 압축기구부로 전달하는 크랭크축;을 포함하고, 상기 크랭크축은 제1 베어링부; 상기 제1 베어링부에서 일정 간격을 두고 형성되는 제2 베어링부; 구동모터의 회전자에 결합되는 회전자고정 부; 및 상기 구동모터의 회전력을 압축기구부에 전달하도록 상기 제1 베어링부 또는 회전자고정부의 축중심에 대해 일정한 편심량을 가지고 상기 제1 베어링부에서 연장 형성되는 편심부로 구성되며, 상기 제1 베어링부는 그 외경이 상기 편심부의 외경과 편심부의 편심량의 2배의 합보다 크게 형성되는 압축기가 제공된다.

본 발명의 크랭크축 및 이를 구비한 압축기는, 상기 크랭크축의 각 부위에 대한 규격을 적절하게 규정하여 상기 크랭크축의 생산성과 신뢰성을 높일 수 있고 상기 크랭크축이 적용된 압축기의 생산성과 신뢰성 그리고 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 크랭크축 및 이를 구비한 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 크랭크축(10)은, 소정의 길이를 가지는 원봉형상으로 형성되고, 그 내부에 오일유로(10a)가 축방향으로 관통 형성된다. 그리고 상기 크랭크축(10)의 외주면에는 나선형으로 된 오일그루브(10b)가 형성되고, 이 오일그루브(10b)는 상기 오일유로(10a)와 연통되도록 형성된다.

상기 크랭크축(10)은 도 1 및 도 2에서와 같이 그 상반부에 형성되는 제1 베어링부(11)와, 상기 제1 베어링부(11)에서 일정 간격을 두고 하반부에 형성되는 제2 베어링부(12)와, 상기 제1 베어링부(11)와 제2 베어링부(12)의 사이에 형성되어 구동모터(미도시)의 회전자에 결합되는 회전자고정부(13)와, 상기 구동모터의 회전 력을 압축기구부(미도시)에 전달하도록 상기 제1 베어링부(11) 또는 회전자고정부(13)의 축중심에 대해 일정한 편심량을 가지고 상기 제1 베어링부(11)에서 연장 형성되는 편심부(14)로 이루어진다.

상기 제1 베어링부(11)는 도 2에서와 같이 그 외경(D1)이 상기 편심부(14)의 외경(D4)과 편심부(14)의 편심량(ε)의 2배의 합보다 크게 형성된다. 보다 바람직하게는 상기 제1 베어링부(11)의 외경(D1)이 상기 편심부(14)의 외경(D4)과 편심량(ε)의 2배의 합보다 1.2배 이상 크지 않도록 형성되는 것이 베어링면에서의 원주속도와 기계손실이 증가하는 것을 막을 수 있어 바람직하다.

상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)은 상기 제1 베어링부(11)의 외경(D1)보다 작게 형성된다. 보다 바람직하게는 상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)이 상기 제1 베어링부(11)의 외경(D1) 대비 70~85%의 크기로 형성되는 것이 상기 구동모터의 효율저하를 최소화하면서 상기 크랭크축(10)의 변형을 미연에 방지할 수 있어 바람직하다.

상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)은 제2 베어링부(12)의 외경(D2)과 동일하게 형성되는 것이 상기 회전자고정부(13)에 상기 구동모터의 회전자를 열박음할 수 있을 뿐만 아니라 상기 회전자고정부(13)와 제2 베어링부(12)에 대한 연삭가공을 한번에 할 수 있어 바람직하다.

그리고 상기 회전자고정부(13)와 제2 베어링부(12) 사이에는 그 회전자고정부(13) 또는 제2 베어링부(12)의 외경보다 작은 외경(D2)을 가지도록 제1 요홈부(15)가 형성되는 것이 상기 연삭가공 부위를 줄일 수 있어 바람직하다. 하지만, 상기 제1 요홈부(15)의 외경(D5)은 상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)보다 85% 이상의 크기를 가지도록 형성되는 것이 상기 크랭크축(10)의 신뢰성 측면에서 바람직하다.

그리고 상기 회전자고정부(13)의 길이(L3)는 상기 제1 베어링부(11)의 길이(L1) 대비 2배 이상으로 길게 형성되는 것이 회전자의 압입작업이 용이하게 될 수 있어 바람직하다.

상기 제1 베어링부(11)와 편심부(14) 사이에는 도 1에서와 같이 상기 편심부(14)보다 작은 외경을 가지는 제2 요홈부(16)가 형성되는 것이 상기 제1 베어링부(11)와 편심부(14) 사이가 직각을 이룰 수 있어 바람직하다. 상기 제2 요홈부(16)는 상기 편심부(14)와 동일한 축중심을 가지도록 형성되는 것이 가공을 용이하게 할 수 있다. 도면부호 L2는 제2 베어링부의 길이이다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 크랭크축이 적용되는 스크롤 압축기는, 도 3에서와 같이 밀페용기(110)와, 상기 밀폐용기(110)의 내부에 고정 설치되는 복수 개의 베어링(120)(130)과, 상기 밀폐용기(110)의 내부에 고정 설치되는 구동모터(140)와, 상기 구동모터(140)의 동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부(150)와, 상기 구동모터(140)의 회전자(142)와 압축기구부(150)의 선회스크롤(152) 사이에 결합되어 상기 구동모터(140)의 회전운동을 상기 선회스크롤(152)의 선회운동으로 전환시키는 크랭크축(10)을 포함한다.

상기 밀폐용기(110)는 그 일측에 흡입관(111)이 연결되고, 그 타측에는 토출관(112)이 연결된다. 상기 흡입관(111)은 압축기의 종류, 즉 저압식이냐 고압식이 냐에 따라 상기 밀폐용기(110)의 내부공간에 연통되거나 또는 상기 압축기구부(150)의 흡입측에 연통된다.

상기 복수 개의 베어링(120)(130)은 상기 구동모터(140)를 사이에 두고 그 상하 양측에서 상기 밀폐용기(110)의 내주면에 고정 설치된다. 상기 밀폐용기(110)의 상측에 설치되는 메인베어링(120)은 상기 크랭크축(10)의 제1 베어링부(11)를 지지하는 반면 상기 밀폐용기(110)의 하측에 설치되는 서브베어링(130)은 상기 크랭크축(10)의 제2 베어링부(12)를 지지하게 된다.

상기 메인베어링(120)은 상기 제1 베어링부(11)의 길이보다 짧게 형성되고, 상기 제1 베어링부(11)에는 상기 압축기구부(150)의 선회스크롤(152)이 편심지게 결합됨에 따라 발생되는 진동을 상쇄시키는 밸런스웨이트(160)가 결합된다.

상기 압축기구부(150)는 상기 메인베어링(120)에 고정 설치되는 고정스크롤(151)과, 상기 고정스크롤(151)에 맞물려 선회운동을 하면서 상기 고정스크롤(151)과 함께 연속으로 이어지는 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(152)로 이루어진다. 상기 고정스크롤(151)과 선회스크롤(152)에는 각각 고정랩(151a)과 선회랩(152a)이 나선형으로 형성되어 서로 맞물려 압축실(P)을 형성하게 된다. 도면부호 141은 고정자이다.

상기 크랭크축(10)은 전술한 크랭크축의 구조와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 상기 크랭크축을 포함한 스크롤 압축기의 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 크랭크축(10)은 그 제1 베어링부(11)의 외경(D1)이 편심부(14)의 외경(D4)과 그 편심부(14)의 편심량(ε)의 2배의 합보다 크게 형성됨에 따라 상기 편심부(14)의 편심량이 그만큼 작아지게 되고, 이는 상기 크랭크축(10)을 상기 메인베어링(120)의 하측에서 상측, 즉 상기 구동모터(140)쪽에서 압축기구부(150)쪽으로 삽입할 수 있게 된다. 이로 인해 상기 크랭크축(10)에 회전자를 열박음 결합한 다음에 상기 크랭크축(10)을 상기 메인베어링(120)에 삽입할 수 있게 된다. 통상 상기 편심부(14)의 편심량(ε)이 본 발명보다 크게 형성되는 경우에는 그 편심부(14)가 상기 메인베어링(120)에 걸려 상기 크랭크축(10)을 하측에서 상측으로 삽입할 수 없기 때문에 상기 크랭크축(10)을 먼저 결합한 후 상기 회전자를 결합하게 되어 그만큼 조립공정이 복잡하게 되는 것이었다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다. 하지만, 상기 제1 베어링부(11)의 직경(D1)이 지나치게 확대되는 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 압축기의 운전중 베어링면의 원주속도가 과도하게 커지거나 또는 베어링면에서의 기계손실이 증가하면서 압축기 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명은 앞서 크랭크축의 형상을 설명하면서 상기 제1 베어링부(11)의 적정 외경(D1)을 앞에서와 같이 한정하였다.

다음, 상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)이 지나치게 큰 경우에는 상대적으로 회전자의 자로면적이 작아지게 되어 구동모터(140)의 효율이 저하되는 반면 상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)이 지나치게 작은 경우에는 압축기의 운전시 크랭크축(10)의 변형이 발생될 수 있으므로 본 발명에서는 앞서 크랭크축(10)의 회전자고정부(13)에 대한 적정 직경(D3)을 앞에서와 같이 한정하였다.

다음, 상기 회전자(142)를 상기 크랭크축(10)에 고정할 때 상기 제2 베어링부(12)의 외경(D2)이 상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)보다 큰 경우에는 상기 회전자(142)를 열박음 할 수 없어 그만큼 조립비용이 증가하게 되는 반면 상기 제2 베어링부(12)의 외경(D2)이 상기 회전자고정부(13)의 외경(D3)보다 작은 경우에는 상기 회전자고정부(13), 제1 베어링부(11), 제2 베어링부(12)의 외경(D3)(D1)(D2)이 각각 다르게 되어 연삭가공이 복잡하게 되는 등 생산비용이 증가하게 된다. 따라서 본 발명은 상기 회전자고정부(13)와 제2 베어링부(12)를 동일한 외경(D3=D2)으로 가공하는 대신 상기 회전자고정부(13)와 제2 베어링부(12) 사이에 외경(D5)이 작은 제1 요홈부(15)를 형성함에 따라 상기 크랭크축(10)의 가공시 동일 직경의 원통부가 길어질 때 발생될 수 있는 가공상의 난해함을 해소하였다. 여기서, 상기 밸런스웨이트(160)는 상기 회전자고정부(13) 또는 제2 베어링부(12)의 외경(D3)((D2)보다 큰 내경을 가지도록 하여 상기 제1 베어링부(D1)에 결합함으로써 상기 회전자고정부(13)와 제2 베어링부(12)의 외경이 동일할 때 발생될 수 있는 밸런스웨이트(160)의 조립상 어려움을 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 크랭크축을 보인 사시도,

도 2는 도 1에 따른 크랭크축의 규격을 보인 단면도,

도 3은 도 1에 따른 크랭크축이 적용된 스크롤 압축기의 단면도.

Claims (13)

1. 제1 베어링부;

   상기 제1 베어링부에서 일정 간격을 두고 형성되는 제2 베어링부;

   구동모터의 회전자에 결합되는 회전자고정부; 및

   상기 구동모터의 회전력을 압축기구부에 전달하도록 상기 제1 베어링부 또는 회전자고정부의 축중심에 대해 일정한 편심량을 가지고 상기 제1 베어링부에서 연장 형성되는 편심부를 포함하고,

   상기 제1 베어링부는 그 외경이 상기 편심부의 외경과 편심부의 편심량의 2배의 합보다 크게 형성되는 크랭크축.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 베어링부는 그 외경이 편심부 외경과 편심량의 2배의 합보다 1.2배 이상 크지 않도록 형성되는 크랭크축.
3. 제1항에 있어서,

   상기 회전자고정부의 외경은 제1 베어링부의 외경보다 작게 형성되는 크랭크축.
4. 제3항에 있어서,

   상기 회전자고정부의 외경은 제1 베어링부의 외경 대비 70~85%의 크기로 형성되는 크랭크축.
5. 제1항에 있어서,

   상기 회전자고정부의 외경은 제2 베어링부의 외경과 동일하게 형성되는 크랭크축.
6. 제1항에 있어서,

   상기 회전자고정부와 제2 베어링부 사이에는 그 회전자고정부 또는 제2 베어링부의 외경보다 작은 외경을 가지도록 요홈부가 형성되는 크랭크축.
7. 제6항에 있어서,

   상기 요홈부의 외경은 상기 회전자고정부의 외경보다 85% 이상의 크기를 가지도록 형성되는 크랭크축.
8. 제1항에 있어서,

   상기 회전자고정부의 길이는 상기 제1 베어링부의 길이 대비 2배 이상으로 길게 형성되는 크랭크축.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1 베어링부와 편심부 사이에는 상기 편심부보다 작은 외경을 가지는 요홈부가 형성되는 크랭크축.
10. 삭제
11. 밀폐용기;

    상기 밀폐용기의 내부에 설치되는 구동모터;

    상기 구동모터의 일측에 설치되어 그 구동모터의 동력을 전달받아 냉매를 압축하도록 복수 개의 스크롤을 가지는 압축기구부;

    상기 밀폐용기에 설치되는 복수 개의 베어링부재; 및

    상기 베어링부재에 지지되어 상기 구동모터의 동력을 상기 압축기구부로 전달하는 크랭크축;을 포함하고,

    상기 크랭크축은 상기 제1항 내지 제9항의 어느 한 항을 포함하는 압축기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 크랭크축의 제1 베어링부가 지지되는 베어링부재의 베어링면 길이는 상기 제1 베어링부의 길이보다 짧게 형성되는 압축기.
13. 삭제

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