KR101484817B1

KR101484817B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR101484817B1
Application number: KR20120096883A
Authority: KR
Inventors: 박건웅; 정수철; 문치명; 황인국
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2015-01-20
Also published as: KR20140030566A

Abstract

본 발명은 고정스크롤과 선회스크롤의 상대 회전에 의해 압축실의 체적이 점차 감소하면서, 압축실에 갇힌 냉매의 압축이 이루어지는 스크롤 압축기에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 압축기의 작동정지시 회전축을 타격하게 되는 편심부시의 접촉부 형상을 변경함으로써, 오프(OFF) 소음 감소의 효과가 있는 스크롤 압축기가 제공된다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기의 작동 정지시 편심부시와 회전 샤프트의 접촉에 의해 발생되는 충격음을 감소시킨 스크롤 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 냉각시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔다. 이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.

여기서, 왕복식에는 구동원의 구동력을, 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식에는 회전하는 회전축과 베인을 사용하는 베인식, 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

스크롤 압축기는 외관을 형성하는 하우징 내부에 구동부, 압축부, 제어부가 각각 설치되고, 하우징의 내부 공간은 흡입실, 압축실, 토출실, 및 배압실로 구획된다.

이때, 구동부는 하우징의 내부에 동축 상으로 장착되는 고정자와 회전자, 및 이들을 관통하여 설치되는 회전축을 포함하여 구성되고, 제어부는 하우징의 내측에 장착되는 PCB 등 각종 구동회로 및 소자들을 포함하여 구성된다.

또한, 흡입실은 하우징의 외부로부터 흡입되는 냉매가 저장되는 공간이고, 압축실은 흡입실로 흡입된 냉매가 압축되는 공간이며, 토출실은 압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이고, 배압실은 압축부의 선회스크롤이 고정스크롤 방향으로 밀착하도록 압력이 형성되는 공간이다.

한편, 도 1은 일본공개특허공보 특개2012-67602(특허문헌 1)에 도시된 스크롤 압축기 압축부의 일 예를 도시한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 압축부는, 하우징의 내부 일측에 고정되는 고정스크롤(10), 및 구동부에 의해 편심 회전하면서 고정스크롤(10)과 맞물려 압축실(15)을 형성하는 선회스크롤(11)을 포함하여 구성된다.

이때, 선회스크롤(11)은 부시(12) 및 베어링(13)에 의해 회전축(8)의 편심축(8a)에 편심 결합되며, 부시(12)와 회전축(8) 사이에는 부시(12)의 편심회전에 따른 균형을 맞춰주기 위한 균형추(19)가 부시(12)와 일체로 형성된다.

그리고, 선회스크롤(11)의 초기 구동시, 액냉매 압축으로 인한 선회스크롤(11)의 파손 방지를 위해, 균형추(19)의 내주면과 회전축(8)의 외주면 사이에 일정한 회전공차를 두어, 회전축(8)의 회전운동이 즉시 부시(12)로 전달되지 않고 설계된 회전공차에 따라 완충적으로 전달되도록 하고 있다.

그런데, 이처럼 균형추(19)의 내주면과 회전축(8)의 외주면 사이에 회전공차를 둠에 따라, 압축기의 작동정지시 균형추(19)의 내측 모서리 부분이 회전축(8)의 외주면을 강하게 타격하여 충격음이 발생하는 문제가 있으며, 감성품질 향상을 위해서는 이러한 충격음을 저감시켜야 할 필요가 있다.

특허문헌 1 : 일본공개특허공보 특개2012-67602(2012.04.05 공개)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예는, 압축기의 작동정지시 회전축을 타격하게 되는 편심부시의 접촉부 형상을 변경함으로써, 오프(OFF) 소음 감소의 효과가 있는 스크롤 압축기의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 냉매를 흡입하는 흡입포트와, 압축된 냉매를 외부로 공급하는 토출포트가 구비되는 하우징; 상기 하우징의 내부 일측에 설치되고, 중앙에 토출구가 관통 형성되는 고정스크롤; 상기 하우징의 내부 타측에 장착되고, 회전축이 구비되는 구동모터; 상기 회전축의 일측 단부에 결합되며, 상기 회전축의 외주면과 대향하는 내측면의 일측 모서리에 충격음 감소를 위한 절개부가 형성되는 편심부시; 및 상기 편심부시에 일측이 결합되어 상기 고정스크롤에 대하여 공전하며, 상기 고정스크롤과 함께 상기 하우징 내부에 복수의 압축실을 형성하는 선회스크롤을 포함하는 스크롤 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 편심부시는, 상기 회전축의 외주면 일측을 감싸도록 일측에 곡면이 형성되고, 상기 곡면의 일측 모서리에 절개부가 형성된다.

이때, 상기 곡면의 일측 모서리에서 절개되고 남은 비절개부의 두께가 1mm 내지 4mm 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 절개부는 모따기 또는 필렛가공에 의해 형성될 수 있다.

한편, 상기 편심부시는 상기 회전축의 일측 단부에 결합되는 결합부와, 상기 결합부의 일면에서 돌출 형성되어 상기 선회스크롤의 일측에 편심 결합되는 부시와, 상기 결합부의 타면에서 상기 회전축의 외주면 일측을 감싸도록 형성되는 웨이트부를 포함하며, 상기 절개부는 상기 웨이트부의 내주면 양측 모서리에 형성된다.

본 발명의 일실시예에 따른 스크롤 압축기에 의하면, 편심부시에서 압축기의 작동정지시 회전축의 외주면을 타격하게 되는 웨이트부의 모서리 일부가 절개됨으로써, 접촉부 감소에 의한 오프(OFF) 소음 감소와, 압축기의 감성품질이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 스크롤 압축기의 압축부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 편심부시의 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편심부시의 사시도.

이하, 본 발명인 스크롤 압축기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스크롤 압축기의 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 스크롤 압축기(이하, '압축기')(100)는, 대략 속이 빈 원통 형상으로 형성되는 하우징(200)과, 이 하우징(200)의 내부 일측에 설치되는 고정스크롤(300)과, 하우징(200)의 내부 타측에 설치되는 구동모터(400)와, 구동모터(400)의 회전축(421) 일측 단부에 결합되는 편심부시(500)와, 편심부시(500)에 일측이 결합되어 고정스크롤(300)에 대하여 공전하는 선회스크롤(600)을 포함한다.

여기서, 하우징(200)은 압축기(100)의 외관을 이루며, 구동모터(400)가 내부에 장착되고 외주면 일측에 흡입포트(미도시)가 형성되는 구동부 하우징(210)과, 구동부 하우징(210)의 전방에 결합되고 구동모터(400)의 제어를 위한 인버터(221)가 내부에 구비되는 헤드하우징(220)과, 구동부 하우징(210)의 후방에 결합되고 일측에는 압축된 냉매가 토출되는 토출포트(미도시)가 구비되는 커버하우징(230)을 포함하여 구성된다.

이때, 구동부 하우징(210), 헤드하우징(220), 및 커버하우징(230)의 형상은 다양한 변형이 가능하고, 전체 하우징(200) 역시 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 구동부 하우징(210)은 서로 대향 결합하는 전방하우징(211)과 후방하우징(212) 두 개의 파트로 이루어질 수 있으며, 이와 달리 전방하우징(211)과 후방하우징(212)이 일체로 하나의 파트로 이루어지거나, 구동부 하우징(210)과 커버하우징(230), 또는 구동부 하우징(210)과 헤드하우징(220)이 일체로 형성될 수도 있다.

구동부 하우징(210)의 내부에는 공간부가 형성되며, 이 공간부에 구동모터(400)가 장착된다. 구동모터(400)는 고정자(410)와 회전자(420)를 포함하여 이루어지는데, 고정자(410)는 중앙이 관통된 원통형상으로서 구동부 하우징(210)의 내주면에 압입 등에 의해 고정 장착되는 고정자 코어(411)와, 이 고정자 코어(411)에 권선되는 코일(412) 다발로 이루어진다.

또한, 회전자(420)는 고정자(410)의 내측에 동축 상으로 장착되어 회전 구동하게 되며, 고정자 코어(411)의 중앙 관통공에 회전 가능하게 삽입되어 중심 축선을 따라 길게 배치되는 회전축(421)과, 이 회전축(421)의 외주면에 부착되는 영구자석(422)으로 구성될 수 있다.

따라서, 고정자 코어(411)에 권선된 코일(412)에 전류가 흐르면 고정자 코어(411)에는 자기장이 형성되며, 모터의 구동원리에 따라 고정자(410)와 영구자석(422)의 상호작용에 의해 회전축(421)이 회전 구동하게 된다.

이때, 전방하우징(211)의 바닥면에는 제1베어링(213)이 고정 설치되는 제1베어링 수용부(214)가 돌출 형성되고, 후방하우징(212)의 바닥면에는 제2베어링(215)이 고정 설치되는 제2베어링 수용부(216)가 돌출 형성되며, 구동모터(400)의 회전축(421)은 전단이 제1베어링(213)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 후단은 제2베어링(215)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 구동부 하우징(210)의 외주면 일측에는 냉매를 흡입할 수 있도록 흡입포트가 형성되며, 이 흡입포트를 통해 구동부 하우징(210) 내 공간부로 흡입된 냉매는 후술하는 압축실(700)에서 고압으로 압축되어 토출포트를 통해 외부로 공급된다.

헤드하우징(220)은 구동부 하우징(210)의 전방에 결합되며, 내부에는 직류전원을 교류전원으로 변환시키는 인버터(221)가 구비되는데, 이 인버터(221)는 구동모터(400)의 회전속도를 제어하는 역할을 하며, 이처럼 구동모터(400)의 회전속도가 제어됨으로써 냉매의 압축량이 제어되어, 차량의 실내를 원하는 온도로 일정하게 유지할 수 있게 된다.

구동부 하우징(210)의 후방에는 외주면 일측에 토출포트가 구비되는 커버하우징(230)이 결합되며, 커버하우징(230)의 내부에 고정스크롤(300)과 선회스크롤(600)이 설치된다.

이때, 고정스크롤(300)은 커버하우징(230)의 내부 일측에 고정 설치되고, 선회스크롤(600)은 고정스크롤(300)과 대향하도록 커버하우징(230)의 내부 타측에 설치되는데, 선회스크롤(600)은 편심부시(500)에 의해 회전축(421)의 일측 단부에 편심 결합되어, 회전축(421) 회전시 고정스크롤(300)에 대하여 공전하게 된다.

고정스크롤(300)은 원판 형태의 고정단판(310)과, 고정단판(310)의 일면에서 중심을 향해 수렴하도록 와선형으로 돌출 형성되는 고정랩(320)을 포함하고, 선회스크롤(600)은 원판 형태의 선회단판(610)과, 선회단판(610)의 일면에서 고정랩(320)과 대향하여 중심을 향해 수렴하도록 와선형으로 돌출 형성되는 선회랩(620)을 포함한다.

이때, 고정랩(320)과 선회랩(620)이 복수의 지점에서 맞닿게 됨에 따라, 고정랩(320)과 선회랩(620) 사이 공간은 복수의 압축실(700)로 구획되며, 선회스크롤(600)이 공전할 때 상호 정합되는 고정스크롤(300)과 선회스크롤(600)은, 고정랩(320)과 선회랩(620)의 상대 회전에 의해, 고정랩(320)과 선회랩(620)의 외연부로 흡입된 냉매를 그 중심부로 압축하여, 고정스크롤(300)의 중앙에 관통 형성되는 토출구(311)를 통해 커버하우징(230) 내 고압실(231)로 토출하며, 고압실(231)의 냉매는 오일분리기(미도시)를 통과하여 토출포트를 통해 외부로 공급된다.

한편, 선회스크롤(600)의 배면 즉, 회전축(421)과 대향하는 선회단판(610)의 일면과 회전축(421)의 일측 단부 사이에는 배압실(800)이 형성되는데, 더욱 상세하게는 편심부시(500)와 선회단판(610)의 결합부와, 편심부시(500)의 회전공간에 걸쳐 형성되며, 배압실(800)의 압력에 의해 선회스크롤(600)은 고정스크롤(300) 쪽으로 밀리게 된다.

이때, 압축실(700)에서 고압으로 압축된 냉매는 윤활 오일을 함유하고 있으며, 토출포트를 통해 외부로 공급되기 전에 오일분리기를 통과하면서 오일이 회수되는데, 이렇게 회수된 오일은 감압장치(미도시)를 거쳐 오일유로(미도시)를 통해 구동모터(400) 방향으로 유도되어 제2베어링(215)을 윤활시킨다. 이후, 냉매와 함께 압축실(700)로 유입되어 고정스크롤(300)과 선회스크롤(600)을 윤활시키게 되며, 압축실(700)을 거치는 동안 그 일부가 냉매와 함께 배압실(800)로 유도됨으로써, 배압실(800) 내부 부품들에 대한 윤활이 이루어지게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 편심부시의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편심부시의 사시도이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 편심부시(500)는, 회전축(421)의 일측 단부에 결합되는 원판 형태의 결합부(510)와, 결합부(510)의 일면에서 돌출 형성되어 선회스크롤(600)의 일측에 편심 결합되는 원기둥 형태의 부시(520)와, 결합부(510)의 타면에서 회전축(421)의 외주면 일측을 감싸도록 반원통 형태로 단차 형성되는 웨이트부(530)를 포함한다. 이때, 결합부(510)는 양측이 웨이트부(530)에 라운드지게 연결된다.

편심부시(500)와 선회스크롤(600) 결합시, 부시(520)는 지지베어링(521, 도 2 참조)에 의해 지지되며, 부시(520)와 결합부(510)에는 회전축(421)의 중심으로부터 일측으로 이격된 편심홀(522)이 관통 형성되는데, 선회스크롤(600)의 일측에서 연장 형성되는 편심축(미도시)이 이 편심홀(522)을 관통하여 회전축(421)에 삽입된다.

또한, 웨이트부(530)의 내주면은 반원 형태의 곡면(531)으로 형성되어 회전축(421)의 외주면 일측을 감싸게 되는데, 웨이트부(530)의 곡면(531)과 회전축(421)의 외주면은 압축기(100)의 초기 구동시 액냉매 압축으로 인한 선회스크롤(600)의 파손 방지를 위해 회전공차(d, 도 2 참조)를 유지한다.

그런데, 압축기(100) 구동 중 작동정지시, 회전축(421)은 수천 rpm에서 0 rpm으로 급제동되며, 이때 회전공차(d) 때문에 웨이트부(530)의 곡면(531) 일측 모서리 부분이 회전축(421)의 외주면을 강하게 타격하여 충격음이 발생하게 된다.

본 발명의 일실시예는, 이러한 충격음을 암소음 수준에 가깝게 감소시키기 위해, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이 웨이트부(530)의 곡면 일측 모서리에 절개부(532)가 소정 폭으로 절개 형성된다. 바람직하게는, 웨이트부(530)의 곡면 양측 모서리에 절개부(532)가 각각 형성된다.

여기서, 선회스크롤(600)의 파손 방지를 위해서는 곡면(531)의 양측 모서리와 회전축(421)의 외주면 사이에 회전공차(d)가 유지되어야 하며, 이를 위해서는 곡면(531)의 양측 모서리에서 절개부(532)가 형성되고 남은 비절개부(533)가 회전축(421)의 외주면과 회전공차(d)를 유지하여야 한다.

이때, 이러한 비절개부(533)의 두께(t, 도 2 참조)는 1mm 내지 4mm 인 것이 바람직한데, 비절개부(533)의 두께가 1mm 보다 작으면 회전공차가 보장되지 않고, 비절개부(533)의 두께가 4mm 보다 크면 소음 감소 효과를 보기가 어렵기 때문이다.

한편, 절개부(532)는 도 3에 도시된 바와 같이 모따기에 의해 평면(534)이 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 편심부시(500')와 같이 필렛가공에 의해 라운드면(535)이 형성되는 것도 가능하다.

또한, 도 4에서는 곡면(531)의 양측 모서리에 회전축(421) 방향으로 볼록한 라운드면(535)이 필렛가공된 예를 도시하고 있으나, 이와 반대로 곡면(531)의 양측 모서리에 회전축(421) 방향으로 오목하게 라운드면이 필렛가공될 수 있음은 물론이다. 아울러, 절개부(532)의 폭 등 규격은 회전축(421)의 회전 rpm과 회전공차를 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

100 : 스크롤 압축기
200 : 하우징
300 : 고정스크롤
400 : 구동모터
500,500' : 편심부시
510 : 결합부
520 : 부시
522 : 편심홀
530 : 웨이트부
532 : 절개부
600 : 선회스크롤

Claims

냉매를 흡입하는 흡입포트와, 압축된 냉매를 외부로 공급하는 토출포트가 구비되는 하우징(200);
상기 하우징(200)의 내부 일측에 설치되고, 중앙에 토출구(311)가 관통 형성되는 고정스크롤(300);
상기 하우징(200)의 내부 타측에 장착되고, 회전축(421)이 구비되는 구동모터(400);
상기 회전축(421)의 일측 단부에 결합되며, 상기 회전축(421)의 외주면과 대향하는 내측면의 일측 모서리에 충격음 감소를 위한 절개부(532)가 형성되는 편심부시(500); 및
상기 편심부시(500)에 일측이 결합되어 상기 고정스크롤(300)에 대하여 공전하며, 상기 고정스크롤(300)과 함께 상기 하우징(200) 내부에 복수의 압축실(700)을 형성하는 선회스크롤(600)을 포함하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서, 상기 편심부시(500)는,
상기 회전축(421)의 외주면 일측을 감싸도록 일측에 곡면(531)이 형성되고, 상기 곡면(531)의 일측 모서리에 절개부(532)가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 2에 있어서,
상기 곡면(531)의 일측 모서리에서 절개되고 남은 비절개부(533)의 두께가 1mm 내지 4mm 인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 절개부(532)는 모따기 또는 필렛가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
청구항 1에 있어서,
상기 편심부시(500)는 상기 회전축(421)의 일측 단부에 결합되는 결합부(510)와, 상기 결합부(510)의 일면에서 돌출 형성되어 상기 선회스크롤(600)의 일측에 편심 결합되는 부시(520)와, 상기 결합부(510)의 타면에서 상기 회전축(421)의 외주면 일측을 감싸도록 형성되는 웨이트부(530)를 포함하며, 상기 절개부(532)는 상기 웨이트부(530)의 내주면 양측 모서리에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.