KR101441928B1 - 횡형 스크롤 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 횡형 스크롤 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 회전자를 갖는 구동모터가 설치되도록 내부공간을 갖는 모터하우징; 상기 모터하우징의 내부공간을 밀봉하도록 상기 모터하우징의 일측에 결합되고 압축실을 형성하도록 고정랩이 구비되는 메인스크롤; 상기 메인스크롤의 고정랩에 맞물리는 선회랩이 구비되고 상기 메인스크롤을 관통하는 크랭크축에 결합되어 선회운동을 하면서 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 제1 압축실과 제2 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤을 수용하여 상기 메인스크롤에 밀봉 결합되는 프론트하우징;을 포함함으로써, 부품수를 줄일 수 있고 조립공수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있다. 또, 크랭크축이 메인스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩을 관통하여 결합됨에 따라 선회스크롤이 기울어지는 것을 방지할 수 있으며, 고정랩과 선회랩의 토출측에 돌기부와 오목부를 형성함에 따라 압축실의 압축비를 높이고 랩의 강도와 실링력을 향상시킬 수 있다.

Description

횡형 스크롤 압축기{HORIZONTAL TYPE SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 차량에 적용되는 횡형 고압식 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기로서, 유체를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 왕복동식 압축기, 스크롤 압축기 등으로 분류할 수 있다.

상기 스크롤 압축기는 공조기 분야에 널리 적용하는 고효율 저소음 압축기로서, 고정랩과 선회랩을 갖는 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 각 스크롤의 고정랩과 선회랩 사이에 복수 개의 압축실을 쌍으로 형성하고, 이 압축실이 지속적으로 중심 방향으로 이동하면서 체적이 작아짐에 따라 냉매가 연속으로 흡입 압축되며 토출되는 방식이다.

이러한 스크롤 압축기는 고정랩과 선회랩의 형태에 의해 거동특성이 결정된다. 상기 고정랩과 선회랩은 임의의 형상을 가질 수 있지만 통상적으로는 가공이 용이한 인벌류트 곡선의 형태를 갖고 있다. 인벌류트 곡선은 임의의 반경을 갖는 기초원의 주위에 감겨있는 실을 풀어낼 때 실의 단부가 그리는 궤적에 해당되는 곡선을 의미한다. 이러한 인벌류트 곡선을 이용하는 경우 랩의 두께가 일정하여 용적변화율도 일정하게 되므로, 충분한 정도의 압축비를 얻기 위해서는 랩의 권수를 늘려야 하지만 압축기의 크기도 함께 커지게 된다.

도 1은 종래 횡형 스크롤 압축기의 구조를 도시한 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 종래의 스크롤 압축기는, 케이싱(1)의 내부공간(11)에 메인프레임(2)과 서브프레임(3)이 횡방향으로 소정의 간격을 두고 배열되며, 상기 메인프레임(2)과 서브프레임(3)의 사이에는 회전력을 발생시키는 구동모터(4)가 설치되고, 상기 구동모터(4)의 회전자(42) 중심에는 메인프레임(2)을 통과하며 후술할 선회스크롤(6)에 결합되어 구동모터(4)의 회전력을 전달하는 크랭크축(5)이 결합되어 있다.

상기 메인프레임(2)의 전방측에는 고정스크롤(6)이 고정 설치되고, 상기 고정스크롤(6)에는 그 고정스크롤(5)에 맞물리며 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 형성하도록 선회스크롤(7)이 결합되며, 상기 선회스크롤(7)과 메인프레임(2)의 사이에는 선회스크롤(7)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring)(8)이 설치되어 있다.

상기 메인프레임(2)의 중앙에는 크랭크축(5)을 반경 방향으로 지지하는 축수구멍(21)이 형성되고, 상기 축수구멍(21)에는 크랭크축(5)을 반경방향으로 지지하는 메인베어링(22)이 설치되어 있다.

상기 고정스크롤(6)의 고정경판(61) 후방면에는 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 이루는 고정랩(62)이 인벌류트 형상으로 형성되고, 상기 고정경판(61)의 측면에는 흡입관(13)에 직접 연결되어 냉매가 압축실(S)로 흡입될 수 있도록 흡입포트(미도시)가 형성되며, 상기 고정경판(61)의 전방면 중앙에는 압축실(S)에서 압축된 압축가스가 케이싱(1)의 내부공간(11)으로 토출될 수 있도록 토출포트(63)가 형성되어 있다. 그리고 상기 고정스크롤(6)의 전방면에는 토출포트(63)를 개폐하며 냉매가스의 역류를 방지하는 토출밸브(9)가 구비되어 있다.

상기 선회스크롤(7)의 선회경판(71) 전방면에는 고정스크롤(6)의 고정랩(62)과 함께 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 이루는 선회랩(72)이 인벌류트 형상으로 형성되고, 상기 선회경판(71)의 후방면 중앙에는 크랭크축(5)이 결합되어 구동모터(4)의 동력을 전달받을 수 있도록 보스부(73)가 형성되며, 상기 보스부(73)의 내주면에는 크랭크축(5)과 보스부(73) 사이를 반경방향으로 지지하는 핀베어링(74)이 설치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 12는 흡입구, 13은 토출구, 31은 크랭크축을 반경방향으로 지지하는 서브베어링이고, 41는 구동모터의 고정자, 51은 오일유로이다.

상기와 같은 종래의 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 구동모터(4)에 전원이 인가되면, 상기 크랭크축(5)이 구동모터(4)의 회전자(4b)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(7)이 올담링(8)에 의해 메인프레임(2)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 하고, 이와 함께 상기 고정랩(62)과 선회랩(72)의 사이에서 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 연속하여 형성하게 된다. 이 압축실(S)이 선회스크롤(7)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동되며 체적이 감소됨에 따라 냉매가스가 연속으로 흡입 압축되며 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 횡형식 고압 스크롤 압축기는, 상기 케이싱(1)의 내부에 메인프레임(2)과 고정스크롤(6)을 별도로 제작하여야 하므로 부품수가 증가하고 케이싱(1)과 메인프레임(2) 그리고 고정스크롤(6)을 각각 조립하여야 하므로 조립공수가 증가하여 압축기의 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또, 상기 선회스크롤(7)의 후방면에 크랭크축(5)이 결합됨에 따라 압축시에 냉매의 반발력이 적용되는 작용점과 반발력을 상쇄하기 위한 반력이 적용되는 작용점이 수직 방향에서 서로 이격되고, 이로 인해 작동 과정에서 선회스크롤(7)이 기울어져 진동이나 소음이 커지는 문제점도 있었다. 특히, 횡형 스크롤 압축기의 경우에는 선회스크롤(7)이 자중에 의해 기울어짐이 증가하고 이로 인해 압축기 진동이나 소음이 가중될 우려가 있었다.

본 발명의 목적은, 부품수와 조립공수를 줄여 제조원가를 절감할 수 있는 횡형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 냉매의 반발력의 작용점과 그 반력의 작용점이 동일지점에 적용되도록 하여 선회스크롤이 기울어지는 문제를 해소할 수 있는 횡형 스크롤 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 회전자를 갖는 구동모터가 설치되도록 내부공간을 갖는 모터하우징; 상기 모터하우징의 내부공간을 밀봉하도록 상기 모터하우징의 일측에 결합되고 압축실을 형성하도록 고정랩이 구비되는 메인스크롤; 상기 메인스크롤의 고정랩에 맞물리는 선회랩이 구비되고 상기 메인스크롤을 관통하는 크랭크축에 결합되어 선회운동을 하면서 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 제1 압축실과 제2 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및 상기 선회스크롤을 수용하여 상기 메인스크롤에 밀봉 결합되는 프론트하우징;을 포함하는 횡형 스크롤 압축기가 제공된다.

또, 케이싱: 상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 회전자를 갖는 구동모터; 상기 회전자에 결합되는 크랭크축; 고정랩이 구비되어 상기 케이싱에 결합되는 메인스크롤; 및 상기 메인스크롤의 고정랩에 맞물리는 선회랩이 구비되고 상기 메인스크롤을 관통하는 크랭크축에 결합되어 선회운동을 하면서 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 제1 압축실과 제2 압축실을 형성하는 선회스크롤;을 포함하고, 상기 선회스크롤에는 상기 크랭크축이 결합되는 축결합부가 관통 형성되는 횡형 스크롤 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 선회스크롤의 배면과 케이싱 중에서 한 쪽에는 복수 개의 핀부재가 구비되고, 다른 한 쪽에는 상기 복수 개의 핀부재가 각각 삽입되어 상기 선회스크롤을 선회시키도록 하는 복수 개의 핀홈이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 선회스크롤의 배면과 케이싱 사이에는 상기 선회스크롤의 자전운동을 방지하는 링부재가 구비되고, 상기 링부재의 내주면과 외주면에는 상기 케이싱과 선회스크롤에 각각 구비되는 가이드면에 각각 반경방향으로 미끄러지게 접촉되도록 내주면측 슬라이딩면과 외주면측 슬라이딩면이 서로 직각이 되도록 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 제1 압축실은 상기 고정랩의 내측면과 선회랩의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P1, P2) 사이에서 형성되고, 상기 편심부의 중심(O)과 상기 두 개의 접촉점(P1, P2)을 각각 연결한 두 개의 선이 이루는 각도 중 큰 값을 갖는 각도를 α라 할 때, 적어도 토출 개시 전에 α < 360° 가 되도록 형성될 수도 있다.

본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기는, 상기 고정스크롤을 이루는 메인스크롤이 모터하우징과 프론트하우징 사이에 위치하여 모터하우징과 프론트하우징에 고정 결합됨에 따라 별도의 프레임이 없이도 고정스크롤을 고정할 수 있어 부품수를 줄일 수 있다. 아울러, 모터하우징과 메인스크롤 그리고 프론트하우징을 한 개의 긴 체결볼트로 체결함에 따라 조립공수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있다.

또, 상기 크랭크축이 메인스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩을 관통하여 결합됨에 따라 냉매의 반발력의 작용점과 그 반력의 작용점이 동일지점에 적용되므로 선회스크롤이 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 고정랩과 선회랩의 토출측에 돌기부와 오목부를 형성함에 따라 압축실의 압축비를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 고정랩의 내측단부의 두께를 증가시킬 수 있으므로 랩의 강도를 향상시키고 누설 방지성능도 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 사시도,
도 3은 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기를 분해하여 보인 사시도,
도 4는 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기를 조립하여 보인 종단면도,
도 5는 도 4에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 압축부를 보인 종단면도,
도 6은 도 4에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 압축부를 이루는 고정랩과 선회랩의 일례를 보인 횡단면도,
도 7은 도 6에 따른 고정랩과 선회랩에서 최종 압축실 주변을 확대하여 보인 횡단면도,
도 8 및 도 9는 도 3에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 자전방지부재의 다른 예를 보인 분해 사시도 및 조립 단면도,
도 10 및 도 11은 도 3에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 자전방지부재의 또다른 예를 보인 분해 사시도 및 조립 단면도.

이하, 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기를 분해하여 보인 사시도이며, 도 4는 도 2에 따른 횡형 스크롤 압축기를 조립하여 보인 종단면도이고, 도 5는 도 4에 따른 횡형 스크롤 압축기에서 압축부를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기는, 케이싱(101)의 내부에는 회전력을 발생하는 구동모터(102)가 설치되고, 상기 케이싱(101)의 일측(이하, 전방측)에는 그 케이싱(101)을 복개하는 동시에 압축부를 형성하는 메인스크롤(103)이 결합되며, 상기 메인스크롤(103)의 전방측에는 그 메인스크롤(103)과 함께 압축부를 형성하는 선회스크롤(104)이 결합되고, 상기 구동모터(102)의 타측(이하, 후방측)에는 케이싱(101) 내의 오일을 압축부로 공급하는 오일펌프(105)가 설치된다.

상기 케이싱(101)은 양단이 개구되고 그 내부에 구동모터(102)가 설치되는 모터하우징(111)과, 상기 모터하우징(111)의 후방측 개구단을 복개하며 오일펌프(105)가 내장되는 펌프하우징(112)과, 상기 모터하우징(111)의 전방측 개구단을 복개하여 결합되는 메인스크롤(103)에 결합되어 선회스크롤(104)을 수용하는 프론트하우징(113)으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 메인스크롤(103)은 모터하우징(111)과 프론트하우징(113)의 사이에 설치되어 함께 케이싱(101)의 일부를 이룰 수 있다. 상기 프론트하우징(113)은 후술할 메인스크롤(103)의 프레임부(131) 두께만큼 이격되어 그 프레임부(131)를 통과하는 긴 체결볼트(115)에 의해 모터하우징(113)과 체결될 수 있다.

상기 모터하우징(111)과 메인스크롤(103) 그리고 프론트하우징(113)은 메인스크롤(103)의 축구멍(131c)을 통과하여 모터하우징(111)과 프론트하우징(113)에 각각 구비된 기준홈(113c)(미도시)과 메인스크롤(103)에 구비된 기준구멍(131f)에 삽입되는 복수 개의 기준핀(117)을 이용하여 정렬된 상태로 체결할 수 있다.

상기 모터하우징(111)은 원통모양으로 형성되어 양측 개구단에는 각각 볼트 체결을 위한 체결홈(111a)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 모터하우징(111)의 외주면 일측에는 구동모터(102)의 코일(121a)과 전기적으로 연결되는 단자부(114)가 형성될 수 있다.

상기 구동모터(102)는 모터하우징(111)에 열박음되거나 또는 볼트로 체결되어 고정되는 고정자(121)와, 상기 고정자(121)의 내부에 회전 가능하게 결합되는 회전자(122)로 이루어질 수 있다. 상기 고정자(121)에는 코일(121a)이 권선되고, 상기 회전자(122)의 중심에는 회전력을 선회스크롤(104)에 전달하기 위한 크랭크축(125)이 결합될 수 있다.

상기 크랭크축(125)의 중심부에는 오일유로(125a)가 크랭크축(125)의 길이방향을 따라 연장되도록 형성되고, 상기 크랭크축(125)의 일단(후방단)에는 펌핑하우징(112)에 저장되어 있는 오일을 타단(전방단)으로 공급하기 위한 오일펌프(105)가 설치될 수 있다. 상기 오일펌프(105)는 트로코이드 기어를 적용한 용적식 펌프를 설치할 수 있다.

그리고 상기 크랭크축(125)의 전방단에는 후술할 베어링가이드(107)에 구비되는 메인베어링(181)에 삽입되는 확경부(125b)가 형성되고, 상기 확경부(125b)의 단부에는 후술할 선회스크롤(104)의 축결합부(141b)에 삽입되는 편심핀부(125c)가 형성될 수 있다. 상기 축결합부(141b)에는 후술할 부시(185)가 결합되고, 상기 부시(185)의 내부에는 편심핀부(125c)를 지지하는 핀베어링(182)이 결합될 수 있다. 상기 핀베어링(182)으로는 직경 대비 하중지지력이 큰 특징을 갖는 니들베어링(needle bearing)이 적합할 수 있다. 상기 니들베어링으로된 핀베어링(182)에 크랭크축(125)의 편심핀부(125c)가 삽입되어 반경방향으로 지지될 수 있다.

상기 펌프하우징(112)은 전방측이 개구되는 캡 형상으로 형성되고, 상기 펌프하우징(112)의 개구단에는 모터하우징(111)의 후방측 체결홈(111b)에 대응되도록 체결구멍(112a)이 형성될 수 있다.

그리고 상기 펌프하우징(112)의 중앙에는 크랭크축을 지지하기 위한 서브베어링(183)이 설치되는 베어링지지부(112b)가 형성되며, 상기 베어링지지부(112b)의 타측에는 오일펌프(105)가 설치될 수 있다.

그리고 상기 펌프하우징(112)의 일측에는 압축부에서 토출되는 냉매가 시스템으로 배출되도록 안내하는 토출구(112c)가 형성될 수 있다. 상기 토출구(112c)에는 토출관(미도시)이 연결될 수 있다.

상기 프론트하우징(113)은 후방측이 개구되는 캡 형상으로 형성되고, 상기 프론트하우징(113)의 개구단에는 후술할 메인스크롤(103)의 체결구멍(131a)에 대응되도록 관통구멍(113a)이 형성될 수 있다.

그리고 상기 프론트하우징(113)의 내측 전방면에는 후술할 올담링(106)의 제1 키(162a)가 미끄러지게 결합되도록 제1 키홈(113b)이 형성될 수 있다. 상기 제1 키홈(113b)은 180°간격을 두고 반경방향으로 길게 형성될 수 있다.

상기 메인스크롤(103)은 판형으로 형성되어 모터하우징(111)의 전방측 개구단에 결합되고 메인스크롤(103)의 고정경판을 이루는 프레임부(131)와, 상기 프레임부(131)의 전방측에 형성되어 후술할 선회스크롤(104)의 선회랩(142)과 맞물려 제1 압축실(P1)과 제2 압축실(P2)을 형성하는 고정측 랩부(132)로 이루어질 수 있다. 상기 고정측 랩부(132)는 고정랩을 이루므로 이하에서는 고정측 랩부를 고정랩이라고 약칭한다.

상기 프레임부(131)는 소정의 두께를 갖는 판 형상으로 형성되고, 가장자리에는 모터하우징(111)의 전방측 체결홈(111a)과 프론트하우징(113)의 체결구멍(113a)에 대응되어 긴 체결볼트(115)로 체결되도록 체결구멍(131a)이 형성될 수 있다.

그리고 상기 프레임부(131)의 측면에는 흡입구(131b)가 형성되고, 상기 흡입구(131b)에는 흡입관(미도시)이 연결될 수 있다.

그리고 상기 프레임부(131)의 중앙부위에는 크랭크축(125)의 전방단이 관통하도록 축구멍(131c)이 형성되고, 상기 축구멍(131c)의 주변에는 압축실(S1)(S2)에서 압축되는 냉매가 모터하우징(111)을 향해 토출되도록 토출포트(131d)가 형성될 수 있다. 상기 토출포트(131d)는 후술할 메인베어링(181)과 중첩되지 않도록 그 메인베어링(181)의 외경 범위 밖에 형성할 수도 있지만, 이 경우 스크롤의 중앙부에 사체적이 크게 발생할 수 있으므로 가급적 토출포트(131d)의 주변에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 토출포트(131d)의 주변에는 압축실(S1)(S2)에서 압축되는 냉매의 일부를 미리 바이패스 시키는 바이패스포트(131e)가 형성될 수 있다.

그리고 상기 프레임부(131)의 후방측면에는 메인베어링을 지지하기 위한 베어링가이드(107)가 볼트(116)로 체결될 수 있다.

상기 베어링가이드(107)는 도 4에서와 같이, 원통모양으로 가이드본체(171)가 형성되고, 상기 가이드본체(171)의 내주면 중간에는 크랭크축(125)이 관통되도록 관통구멍을 갖는 축수부(172)가 형성될 수 있다. 상기 가이드본체(171)는 그 일단이 절곡되어 메인스크롤(130)의 후방측면에 볼트(116)로 결합될 수 있다. 상기 가이드본체(171)는 후술할 배출안내부(174)가 토출포트(131d)와 바이패스포트(131e)를 수용할 수 있는 넓이를 가지도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 축수부(172)의 일측면에는 볼베어링으로 된 메인베어링(181)이 삽입되도록 베어링안착부(173)가 형성되고, 상기 축수부(172)의 타측면에는 압축실에서 토출되는 냉매를 모터하우징(111)으로 안내하는 배출안내부(174)가 형성될 수 있다.

상기 베어링안착부(173)는 메인베어링(181)의 외경과 대략 동일한 내경을 가지도록 원형으로 형성될 수 있다.

상기 배출안내부(174)는 가이드본체(171)와 축수부(172) 그리고 메인스크롤(130)의 후방측면이 환형의 공간을 이루고 토출포트(131d)와 바이패스포트(131e)를 수용하는 제1 안내유로(175)가 형성되고, 상기 제1 안내유로(175)로 토출되는 냉매가 모터하우징(111)으로 배출되도록 하는 제2 안내유로(175)가 제1 안내유로(175)의 외주면에 개구되어 형성될 수 있다. 상기 제2 안내유로(176)는 제1 안내유로(175)의 외주면을 따라 복수 개가 일정 간격을 두고 형성될 수 있다.

한편, 상기 선회스크롤(104)은 판형으로 형성되어 메인스크롤(103)의 프레임부(131)와 함께 베어링면을 형성하는 선회경판(141)과, 상기 선회경판(141)의 후방측에 형성되어 고정랩(132)과 맞물리는 선회측 랩부(142)로 이루어질 수 있다. 상기 선회측 랩부 역시 선회랩을 이루므로 이하에서는 상기 선회측 랩부를 선회랩이라고 약칭한다.

상기 선회경판(141)의 전방면에는 올담링(106)의 제2 키(162b)가 미끄러지게 삽입되도록 반경방향으로 긴 제2 키홈(141a)이 형성될 수 있다. 상기 제2 키홈(141a)은 180°의 간격을 두고 형성되며, 상기 프론트하우징(113)의 제1 키홈(113b)과는 대략 90°의 위상차를 두고 형성될 수 있다.

그리고 상기 선회경판(141)의 중앙에는 크랭크축(125)의 편심핀부(125c)가 삽입되도록 축결합부(141b)가 관통 형성될 수 있다. 상기 축결합부(141b)에는 부시(185)가 삽입되고, 상기 부시(185)는 편심핀부(125c)에 고정홈(125d)이 구비되어 그 고정홈(125d)에 삽입되어 고정되는 스냅링(186)과 같은 부시고정부재에 의해 탈거되지 않고 고정 결합될 수 있다.

상기 부시(185)에는 크랭크축(125)의 편심핀부(125c)가 삽입되는 핀베어링(182)이 결합될 수 있다. 상기 핀베어링(182)은 전술한 바와 같이 니들베어링으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 고정랩(132)과 선회랩(142)은 인벌류트 곡선 형상으로 형성될 수도 있지만, 이러한 인벌류트 곡선을 이용하는 경우에는 전술한 바와 같이 랩의 두께가 일정하여 용적변화율도 일정하게 되므로 충분한 정도의 압축비를 얻기 위해서는 랩의 권수를 늘려야 하지만 압축기의 크기도 함께 커지게 된다. 따라서 본 실시예에서는 도 6 및 도 7에서와 같이, 상기 고정랩(132)의 내측면과 선회랩(142)의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P1,P2) 사이에 형성되는 압축실을 제1 압축실(S1)이라고 할 때, 상기 제1 압축실(S1)은 크랭크축의 편심부 중심(O)과 두 개의 접촉점(P1, P2)을 각각 연결한 두 개의 직선에 의해 정의되는 각 α는 360°보다 작고, 각각의 접촉점(P1,P2)에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖도록 형성될 수 있다. 이로 인해서, 토출 직전의 제1 압축실(S1)이 인볼류트 곡선으로 이루어진 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에 비해서 더 작은 볼륨을 갖게 되므로 압축비가 증가된다. 그리고, 고정랩(132)과 선회랩(142)은 직경과 원점이 서로 다른 다수의 원호를 연결한 형태를 가지며, 최외곽의 곡선은 장축과 단축을 갖는 대략 타원형 형태를 갖고 있다.

그리고, 상기 고정랩(132)의 내측 단부 부근에는 선회스크롤(140)의 축결합부(141b)측으로 돌출되는 돌기부(135)가 형성되는데, 상기 돌기부(135)에는 돌기부로부터 돌출되도록 형성되는 접촉부(136)가 추가적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 고정랩(132)의 내측 단부는 다른 부분에 비해서 보다 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이로 인해서, 고정랩 중 가장 큰 압축력을 받게 되는 내측 단부의 랩 강도를 향상시킬 수 있으므로 내구성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 접촉부(136) 중에서 도 7와 같이 토출개시 시점에서 제1 압축실(S1)을 형성하는 두 개의 접촉점 중에서 내측에 위치하는 접촉점(P1)을 시작으로 하여 고정랩(132)의 두께는 점차적으로 감소하게 된다. 구체적으로, 상기 접촉점(P1)과 인접한 제1 감소부(1) 및 제1 감소부(137)와 이어지는 제2 감소부(138)를 형성하게 되며, 상기 제1 감소부(137)에서의 두께 감소율은 제2 감소부(138)에서보다 크게 된다. 그리고, 상기 제2 감소부(138) 이후에는 고정랩(132)은 소정 구간동안 그 두께가 증가하게 된다.

상기 선회스크롤(140)의 축결합부(141b)에는 돌기부(135)와 맞물리게 되는 오목부(145)가 형성된다. 상기 오목부(145)의 일측벽은 돌기부(135)의 접촉부(136)와 접촉하면서 제1 압축실의 일측 접촉점을 형성하게 된다.

그리고, 상기 오목부(145)의 일측벽은 두께가 상대적으로 급격히 증가하는 제1 증가부(146)와 그 제1 증가부와 연결되며 상대적으로 낮은 비율로 두께가 증가하는 제2 증가부(147)를 포함한다. 이는 상기 고정랩(132)의 제1 감소부 및 제2 감소부와 대응된다. 이들 제1 증가부, 제1 감소부, 제2 증가부 및 제2 감소부는 포락선을 축결합부 측으로 꺾은 결과로 얻어진 것이다. 이들에 의해, 제1 압축실(S1)을 형성하는 내측 접촉점(P1)이 제1 증가부 및 제2 증가부에 위치하게 되며, 토출 직전의 제1 압축실의 길이를 짧게 하여 결과적으로 압축비를 높일 수 있게 한다.

상기 오목부(145)의 타측벽은 원호 형태를 갖도록 형성된다. 상기 원호의 직경은 고정랩 단부의 랩 두께 및 선회랩의 선회반경에 의해 결정되는데, 고정랩 단부의 두께를 증가시키면 원호의 직경이 커지게 된다. 이로 인해서, 상기 원호 주의의 선회랩 두께도 증가되어 내구성이 확보될 수 있고, 압축 경로가 길어져서 그만큼 제2 압축실(S2)의 압축비도 증가하는 장점이 있다.

여기서, 상기 오목부(145)의 중앙부위는 제2 압축실(S2)의 일부를 이루게 된다. 제2 압축실(S2)은 오목부(145)의 원호형태의 측벽과 접하고 있으며, 크랭크축이 좀 더 회전하면 제2 압축실(S2)의 일단부는 오목부(145)의 중앙부위를 지나게 형성된다.

한편, 상기 선회스크롤(104)의 전방면과 이에 대응하는 프론트하우징(113)의 내측 후방면 사이에는 선회스크롤(104)이 선회운동을 하도록 안내하는 자전방지부재로서의 올담링(106)이 설치될 수 있다.

상기 올담링(106)은 도 3 및 도 4에서와 같이, 환형으로 형성되는 링부(161)와, 상기 링부(161)의 전방면과 후방면에 각각 형성되는 제1 키(162a)와 제2 키(162b)로 이루어질 수 있다. 상기 제1 키(162a)는 제1 키홈(113b)과 같이 서로 180°의 간격을 두고 형성되며, 상기 제2 키(162b)는 제2 키홈(141a)과 같이 서로 180°의 간격을 두고 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 키홈(113b)과 제2 키홈(141a)은 원주방향을 따라 90°의 간격을 두고 번갈아 형성될 수 있다.

한편, 상기 선회스크롤(104)의 전방면에는 그 선회스크롤(104)의 전방면에 배압실을 형성하기 위한 실링부재(144)가 구비될 수 있다. 이를 위해, 상기 선회스크롤(104)의 축결합부(141b) 주변에는 실링돌부(141c)가 형성되고, 상기 실링돌부(141c)에 실링부재(144)가 삽입되도록 실링홈(141d)이 형성될 수 있다. 이로 인해, 상기 실링부재(144)의 안쪽에는 크랭크축(125)의 오일유로(125a)를 통해 유입되는 오일(또는 토출가스)에 의해 고압을 이루는 배압실(S3)이 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 118은 차압분리판, 118a은 가스통공, 118b는 오일통공이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 상기 구동모터(102)에 전원이 인가되면, 상기 크랭크축(125)이 회전자(122)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(104)에 회전력을 전달하게 된다.

그러면 상기 선회스크롤(104)은 메인스크롤(103)에 대해 편심 거리만큼 선회운동을 하면서 고정랩(132)과 선회랩(142) 사이에 연속으로 이동하는 제1 압축실(S1)과 제2 압축실(S2)이 형성된다.

그러면 상기 제1 압축실(S1)과 제2 압축실(S2)은 선회스크롤(104)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동하면서 체적이 감소하여 흡입구(131b)를 통해 각각의 압축실(S1)(S2)로 흡입되는 냉매를 압축하고, 이 압축된 냉매는 내측의 최종 압축실에 연통된 토출포트(131d)를 통해 토출된다.

그러면 상기 토출포트(131d)에서 토출되는 냉매는 베어링가이드(107)의 배출안내부(174)를 통해 모터하우징(111)의 내부공간으로 이동하고 차압분리판(118)의 가스통공(118a)을 통해 펌프하우징(112)으로 이동하였다가 토출구(112c)를 통해 냉동사이클로 이동하게 된다.

이와 동시에, 상기 크랭크축(125)의 후방단에 구비되는 오일펌프(105)가 작동을 하여 펌프하우징(112)에 담긴 오일을 펌핑하고, 이 펌핑된 오일은 상기 오일유로(125a)를 통해 각 습동부로 공급된다.

이 오일의 일부는 각각의 습동부를 거쳐 모터하우징(111)으로 회수되는 한편, 상기 압축실에서 토출되는 냉매와 함께 토출되는 오일의 일부는 베어링가이드(107)에 의해 냉매와 분리되어 모터하우징(111)으로 회수된다. 이 오일은 압력차에 의해 차압분리판(118)의 오일통공(118b)을 통해 펌프하우징(112)으로 이동하였다가 오일펌프(105)에 의해 펌핑되어 습동부로 공급되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이렇게 하여, 상기 고정스크롤을 이루는 메인스크롤이 모터하우징과 프론트하우징 사이에 위치하여 모터하우징과 프론트하우징에 고정 결합됨에 따라 별도의 프레임이 없이도 고정스크롤을 구비할 수 있어 부품수를 줄일 수 있다. 아울러, 모터하우징과 메인스크롤 그리고 프론트하우징을 한 개의 긴 체결볼트로 체결함에 따라 조립공수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있다.

또, 상기 크랭크축이 메인스크롤의 고정랩과 선회스크롤의 선회랩을 관통하여 결합됨에 따라 냉매의 반발력의 작용점과 그 반력의 작용점이 동일지점에 적용되므로 선회스크롤이 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 고정랩과 선회랩의 토출측에 돌기부와 오목부를 형성함에 따라 제1 압축실의 압축비를 종래의 인볼류트 형태의 고정랩과 선회랩을 갖는 스크롤 압축기에 비해서 높일 수 있을 뿐만 아니라, 고정랩의 내측단부의 두께를 증가시킬 수 있으므로 랩의 강도를 향상시키고 누설 방지성능도 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 횡형 스크롤 압축기는 자전방지부재로서 복수 개의 핀이 적용될 수도 있다.

즉, 전술한 실시예에서는 자전방지부재로 키(key)가 있는 올담링이 적용되었으나, 키가 있는 올담링의 경우에는 올담링과 이에 대응하는 프론트하우징과 선회스크롤에 각각 키와 키홈이 구비되어야 하므로 가공하기가 난해하여 제조비용이 증가할 수 있다. 또, 올담링의 무게가 무거워 모터 부하가 증가할 뿐만 아니라, 마찰면적이 넓어 오일이 충분하게 공급되어야 하는 제약이 있다.

이를 감안하여, 도 8 및 도 9에서와 같이 선회경판(141)의 전방면에는 핀홈(141e)이 형성되고, 상기 프론트하우징(113)에는 핀홈(141e)에 선회 가능하게 삽입되어 선회스크롤(104)의 자전운동을 방지하도록 핀부재(113c)가 결합될 수 있다. 상기 핀홈(141e)은 핀부재(113c)와 동일한 개수로 형성되고, 상기 핀부재(113c)가 핀홈(141e)의 내부에서 원활하게 선회운동을 할 수 있을 정도의 내경을 갖도록 형성될 수 있다. 이로써, 선회스크롤은 구동모터로부터 회전력을 전달받게 되지만 핀홈에 핀부재가 삽입됨에 따라 핀홈이 핀부재에 구속되면서 선회스크롤은 자전운동을 하지 않고 선회운동을 하게 된다.

그리고 상기 핀홈(141e)의 내주면에는 핀부재(113c)와의 마찰시 핀홈(141e)이 마모되는 것을 방지할 수 있도록 링부재(148)가 압입될 수 있다. 상기 링부재(148)는 핀부재(113c)의 강도보다 작지 않은 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 링부재(148)는 내마모성이 높은 재질로 형성되거나 또는 별도의 오일공급 없이도 핀부재(113c)와의 윤활성을 높일 수 있도록 자기윤활재질로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

여기서, 상기 핀홈이 프론트하우징에 형성되고 핀부재가 선회스크롤에 형성될 수도 있으나, 상기 핀홈에 링부재를 조립할 때 그 링부재가 빠지는 것을 감안하면 핀홈은 선회스크롤의 전방면에 형성하는 것이 더 바람직할 수 있다. 도면중 미설명 부호인 113d는 배압실을 형성하는 홈이다.

이렇게, 상기 선회스크롤과 프론트하우징의 사이에는 핀부재와 핀홈으로 된 자전방지부가 구비됨에 따라 자전방지부재의 구조가 단순화되는 것은 물론 선회스크롤과 프론트하우징의 구조가 간소화되어 자전방지부재는 물론 선회스크롤과 프론트하우징의 제작이 용이하게 될 수 있고, 이에 따라 상기 자전방지부재는 물론 그 자전방지부재에 접하는 선회스크롤과 프론트하우징의 제조비용을 절감할 수 있다.

또, 상기 자전방지부재의 무게를 최소화하여 모터 부하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 핀부재와 핀홈이 선접촉을 하게 되므로 마찰면적이 최소화되고 이를 통해 상기 자전방지부재에 적은 양의 오일이 공급되거나 또는 오일이 일시적으로 공급되지 않더라도 선회스크롤의 자전을 효율적으로 방지할 수 있으며 이에 따라 압축기의 설계 자유도를 높일 수 있다.

한편, 상기 자전방지부는 통상적인 올담링에서 키(key)가 없는 올담링(이하, 링부재)으로 이루어질 수도 있다.

예를 들어, 도 10 및 도 11에서와 같이, 상기 선회스크롤(104)의 전방면과 프론트하우징(113)의 후방면에는 각각 제1 가이드면(141f)과 제2 가이드면(113d)이 서로 직교하도록 형성되고, 상기 링부재(165)의 내주면과 외주면에는 제1 가이드면(141f)과 제2 가이드면(113d)에 미끄럼 접촉되도록 제1 슬라이딩면(165a)과 제2 슬라이딩면(165b)이 형성될 수있다.

상기 제1 가이드면(141f)과 제2 가이드면(113d)은 서로 직교하도록 복수 개씩이 형성되고, 상기 제1 슬라이딩면(165a)과 제2 슬라이딩면(165b)은 서로 직교하도록 복수 개씩이 형성될 수 있다.

상기 선회스크롤(104)은 구동모터(102)로부터 회전력을 전달받게 되지만 링부재(165)의 제1 슬라이딩면(165a)과 제2 슬라이딩면(165b)이 제1 가이드면(141f)과 제2 가이드면(113d)에 접촉되어 서로 직각방향으로 구속하게 되므로 선회스크롤은 자전운동을 하지 않고 선회운동을 하게 된다.

이 경우에도, 자전방지부재의 구조가 단순하여 제작이 용이하고 이에 따라 자전방지부재는 물론 그 자전방지부재에 접하는 선회스크롤과 프론트하우징의 제조비용을 절감할 수 있다. 또, 자전방지부재의 무게를 줄여 모터 부하를 경감시킬 수 있다.

101 : 케이싱 111 : 모터하우징
112 : 펌프하우징 113 : 프론트하우징
102 : 구동모터 121 : 고정자
122 : 회전자 125 : 크랭크축
125c : 편심핀부 103 : 메인스크롤
131 : 프레임부 132 : 고정랩
131c : 축구멍 131d : 토출포트
104 : 선회스크롤 141 : 선회경판
142 : 선회랩 141b : 축결합부
144 : 실링부재 105 : 오일펌프
106 : 올담링 107 : 베어링가이드
171 : 가이드본체 172 : 축수부
173 : 베어링안착부 174 : 배출안내부
181 : 메인베어링 182 : 핀베어링
183 : 서브베어링 S1,S2 : 압축실

Claims (15)

1. 회전자를 갖는 구동모터가 설치되도록 내부공간을 갖는 모터하우징;
   상기 모터하우징의 내부공간을 밀봉하도록 상기 모터하우징의 일측에 결합되고 압축실을 형성하도록 고정랩이 구비되는 메인스크롤;
   상기 메인스크롤의 고정랩에 맞물리는 선회랩이 구비되고 상기 메인스크롤을 관통하는 크랭크축의 단부에 형성되는 편심부에 결합되어 선회운동을 하면서 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 제1 압축실과 제2 압축실을 형성하는 선회스크롤; 및
   상기 선회스크롤을 수용하여 상기 메인스크롤에 밀봉 결합되는 프론트하우징;을 포함하는 횡형 스크롤 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인스크롤의 외주면에는 흡입구가 형성되고, 상기 모터하우징의 내부공간을 향하는 상기 메인스크롤의 일측면에 토출포트가 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 메인스크롤의 일측면에는 상기 크랭크축을 지지하는 베어링이 구비되고,
   상기 베어링은 상기 메인스크롤에 결합되는 베어링가이드에 설치되는 횡형 스크롤 압축기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 모터하우징에는 복수 개의 볼트구멍이 원주방향을 따라 형성되고, 상기 모터하우징의 볼트구멍에 대응하는 메인스크롤과 프론트하우징에는 각각 복수 개의 관통구멍들이 형성되며,
   상기 관통구멍들을 통과하여 상기 볼트구멍에 체결되는 볼트를 이용하여 상기 모터하우징에 메인스크롤과 프론트하우징이 결합되는 횡형 스크롤 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 모터하우징과 메인스크롤, 그리고 상기 프론트하우징에는 적어도 한 개 이상의 기준핀이 삽입되도록 적어도 한 개 이상의 기준홈과 기준구멍이 서로 대응되도록 각각 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
6. 케이싱:
   상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 회전자를 갖는 구동모터;
   상기 회전자에 결합되는 크랭크축;
   고정랩이 구비되어 상기 케이싱에 결합되는 메인스크롤; 및
   상기 메인스크롤의 고정랩에 맞물리는 선회랩이 구비되고 상기 메인스크롤을 관통하는 크랭크축의 단부에 형성되는 편심부에 결합되어 선회운동을 하면서 상기 선회랩의 외측면과 내측면에 제1 압축실과 제2 압축실을 형성하는 선회스크롤;을 포함하고,
   상기 선회스크롤에는 상기 크랭크축이 결합되는 축결합부가 관통 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 축결합부의 내주면에는 상기 크랭크축을 지지하는 베어링이 더 구비되는 횡형 스크롤 압축기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 크랭크축의 전방단에는 편심핀부가 형성되고, 상기 편심핀부에는 상기 축결합부에 구비되는 베어링에 삽입되도록 부시가 삽입되며,
   상기 편심핀부에는 상기 부시를 축방향으로 지지하는 부시고정부재가 결합되는 횡형 스크롤 압축기.
9. 제6항에 있어서,
   상기 케이싱은 상기 선회스크롤을 수용하여 상기 메인스크롤에 밀봉 결합되는 프론트하우징을 포함하고,
   상기 선회스크롤과 프론트하우징의 사이에는 상기 축결합부를 수용하여 그 축결합부 주변에 배압실이 형성되도록 하는 실링부재가 설치되는 횡형 스크롤 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 크랭크축에는 오일유로가 축방향으로 관통 형성되고, 상기 오일유로는 상기 배압실에 연통되도록 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
11. 제6항에 있어서,
    상기 메인스크롤의 일측면에는 상기 케이싱을 이루며 상기 구동모터가 설치되는 모터하우징이 밀봉 결합되고,
    상기 모터하우징의 타단에는 그 모터하우징의 내부공간을 밀봉하고 상기 크랭크축의 단부에 구비되는 오일펌프를 수용하는 펌프하우징이 결합되며,
    상기 모터하우징과 펌프하우징의 사이에는 가스통공과 오일통공을 갖는 차압분리판이 설치되는 횡형 스크롤 압축기.
12. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 선회스크롤의 배면과 케이싱 중에서 한 쪽에는 복수 개의 핀부재가 구비되고, 다른 한 쪽에는 상기 복수 개의 핀부재가 각각 삽입되어 상기 선회스크롤을 선회시키도록 하는 복수 개의 핀홈이 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 핀홈에는 상기 핀부재보다 내마모성이 높은 재질로 된 링부재가 삽입되는 횡형 스크롤 압축기.
14. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 선회스크롤의 배면과 케이싱 사이에는 상기 선회스크롤의 자전운동을 방지하는 링부재가 구비되고,
    상기 링부재의 내주면과 외주면에는 상기 케이싱과 선회스크롤에 각각 구비되는 가이드면에 각각 반경방향으로 미끄러지게 접촉되도록 내주면측 슬라이딩면과 외주면측 슬라이딩면이 서로 직각이 되도록 형성되는 횡형 스크롤 압축기.
15. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 압축실은 상기 고정랩의 내측면과 선회랩의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P1, P2) 사이에서 형성되고,
    상기 편심부의 중심(O)과 상기 두 개의 접촉점(P1, P2)을 각각 연결한 두 개의 선이 이루는 각도 중 큰 값을 갖는 각도를 α라 할 때,
    적어도 토출 개시 전에 α < 360° 인 횡형 스크롤 압축기.
    

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