KR101690128B1 - 밀폐형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내벽과 열압입(Shrink fit)되어 고정되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자; 상기 회전자에 결합되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하여 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출하는 압축유닛; 상기 크랭크축 상에서 상기 압축유닛으로부터 이격되어 위치하는 베어링; 및 상기 밀폐용기의 내벽과 열압입되어 고정되며, 상기 베어링을 지지하는 베어링 지지부;를 포함하고, 상기 고정자의 외경과 상기 베어링 지지부의 외경은 상기 밀폐용기의 내경보다 큰 밀폐형 압축기가 제공된다.

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 크랭크축의 상하 양단에 베어링이 구비되는 밀폐형 압축기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐용기의 내부공간에 구동력을 발생하는 구동모터와, 그 구동모터에 결합되어 작동하면서 냉매를 압축하는 압축유닛이 함께 설치되어 있다. 그리고 상기 밀폐형 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식, 진동식 등으로 구분할 수 있다. 상기 왕복동식과 스크롤식 그리고 로터리식은 구동모터의 회전력을 이용하는 방식이고, 상기 진동식은 구동모터의 왕복운동을 이용하는 방식이다.

상기와 같은 밀폐형 압축기 중에서 회전력을 이용하는 밀폐형 압축기의 구동모터에는 크랭크축이 구비되어 그 구동모터의 회전력을 압축유닛에 전달하도록 구성되어 있다. 예컨대, 상기 로터리식 밀폐형 압축기(이하, 로터리 압축기)의 구동모터는 상기 밀폐용기에 고정되는 고정자와, 상기 고정자에 일정 공극을 두고 삽입되어 상기 고정자와의 상호작용으로 회전하는 회전자와, 상기 회전자에 결합되어 그 회전자의 회전력을 상기 압축유닛에 전달하는 크랭크축으로 이루어져 있다. 그리고 상기 압축유닛은 상기 크랭크축에 결합되어 실린더의 내부에서 회전운동을 하면서 냉매를 흡입,압축,토출시키는 압축유닛과, 상기 압축유닛을 지지하는 동시에 상기 실리더와 함께 압축공간을 형성하는 복수 개의 베어링부재로 이루어져 있다. 상기 베어링부재는 통상 구동모터의 일측에 배치되어 상기 크랭크축을 지지하고 있다. 하지만, 최근에는 압축기가 고성능화되면서 상기 크랭크축의 상하 양단에 각각 베어링을 설치하여 압축기 진동을 최소화하는 기술이 소개되고 있다.

이렇게 크랭크축의 상하 양단에 베어링이 설치되는 경우, 각각의 베어링과 크랭크축 사이의 간극을 정밀하게 유지하여야 마찰 손실을 최소화할 수 있지만, 크랭크축의 길이가 길수록 양단부의 베어링 사이의 간극유지는 어려워진다. 또한, 상기 구동모터에 있어서, 상기 고정자와 상기 크랭크축에 고정설치되는 회전자 사이의 공극도 구동모터의 성능 및 효율에 중요한 영향을 미친다. 따라서, 크랭크축의 양단에 위치하는 두 개의 베어링과 크랭크축의 중앙부 외주부에 위치하는 고정자와의 공극을 모두 정밀하게 유지하여야 하므로, 압축기의 제조 공정이 복잡해지고 조립이 어려워진다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 용이하게 제조할 수 있으면서도 조립 정밀도를 높일 수 있는 구조를 갖는 밀폐형 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

본 발명은 또한, 제조 공정을 단순화하면서도 조립 정밀도를 높일 수 있는 밀폐형 압축기의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내벽과 열압입(Shrink fit)되어 고정되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자; 상기 회전자에 결합되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하여 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출하는 압축유닛; 상기 크랭크축 상에서 상기 압축유닛으로부터 이격되어 위치하는 베어링; 및 상기 밀폐용기의 내벽과 열압입되어 고정되며, 상기 베어링을 지지하는 베어링 지지부;를 포함하고, 상기 고정자의 외경과 상기 베어링 지지부의 외경은 상기 밀폐용기의 내경보다 큰 밀폐형 압축기가 제공된다.

본 발명의 상기 측면에서는 고정자와 베어링을 밀폐용기에 대해서 열압입에 의해 고정되도록 함으로써, 고정자와 베어링이 한 번의 고정으로 밀페용기의 내부에 안정적으로 고정될 수 있도록 할 수 있다. 이렇게 한 번의 작업을 통해서 고정자와 베어링이 고정되도록 함으로써 양자를 개별적으로 고정하는 경우에 비해서 크랭크축에 대한 축심의 동축도가 향상될 수 있다. 아울러, 용접 등의 작업에 비해서 열변형이 적기 때문에 품질의 향상도 도모할 수 있다.

여기서, 상기 베어링 지지부의 외경이 상기 고정자의 외경과 같거나 크게 할 수 있다.

한편, 상기 베어링 지지부 중 상기 밀폐용기의 내벽과 접하는 부분의 밀폐용기의 내주 방향의 길이를 l이라 하고, 밀폐용기의 내주 둘레를 L이라 할 때, 0.2 ≤ l/L ≤ 0.7의 관계를 만족하도록 할 수 있다. 만일, l/L 값이 0.2 미만인 경우에는 밀폐용기에 대한 고정력이 충분하지 않고, 0.7을 초과하는 경우에는 열압입 과정에서 밀폐용기의 수축으로 인한 베어링 지지부의 변형량이 지나치게 커질 수 있다.

한편, 상기 베어링 지지부는 내측에 베어링이 고정되는 환형의 프레임; 및 상기 프레임의 외주면으로부터 돌출되도록 형성되며, 상기 밀폐용기의 내벽과 접촉하는 복수 개의 고정돌부;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 고정돌부의 개수 또는 위치는 임의로 설정할 수 있으며, 일 예로서, 3개의 고정돌부가 상기 프레임의 중심을 기준으로 하여 120°간격으로 배치되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 고정자 및 환형의 베어링 지지부를 동심으로 배치하는 단계; 원통형의 밀폐용기를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 밀폐용기를 상기 고정자 및 환형의 베어링 지지부의 외주면에 씌우는 단계;를 포함하는 밀폐형 압축기의 제조방법이 제공된다.

상기 측면에서는 고정자 및 베어링 지지부가 동심으로 배치된 상태에서 밀폐용기와 한번에 고정이 이루어지므로 크랭크축의 중심에 대한 동축도가 향상될 뿐만 아니라 조립 공정도 단순화된다.

여기서, 상기 고정자 및 환형의 베어링 지지부를 고정 지그에 일시적으로 고정하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 이를 통해, 밀폐용기가 씌워지거나 냉각수축되는 과정에서도 상기 고정자 및 베어링 지지부의 위치가 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 상기 환형의 베어링 지지부 중 상기 밀폐용기의 내벽과 접하는 부분의 밀폐용기의 내주 방향의 길이를 l이라 하고, 밀폐용기의 내주 둘레를 L이라 할 때, 0.2 ≤ l/L ≤ 0.7의 관계를 만족하도록 할 수 있다.

아울러, 상기 환형의 베어링 지지부의 외경을 D1, 상기 고정자의 외경을 D2 및 상기 밀폐용기의 내경을 D3라 할 때, 상기 밀폐용기를 가열하기 전의 상태에서 D1 ≥ D2 ＞ D3의 조건을 만족하도록 할 수 있다. 특히, D1 > D2 인 경우, 고정자에 비해서 밀폐용기의 상하방향의 길이가 상대적으로 짧은 베어링 지지부에 상기 밀폐용기로 인한 압력이 보다 강하게 작용하게 되므로 베어링 지지부를 보다 견고하게 고정할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 제조 과정에서 고정자와 베어링을 용이하게 밀폐용기에 고정할 수 있을 뿐만 아니라, 고정자와 베어링의 크랭크축에 대한 동축도를 향상시킬 수 있으므로, 보다 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 제품의 품질도 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 밀폐형 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1 중 선 "I-I"에 따른 단면도이다.
도 3은 상기 실시예를 분해하여 도시한 단면도이다.
도 4는 상기 실시예에서 l/L 값에 따른 베어링 지지부의 변형량을 도시한 그래프이다.
도 5는 상기 실시예를 조립하는 과정의 일부를 도시한 상태도이다.

이하, 본 발명에 의한 밀폐형 압축기를 첨부도면에 도시된 로터리 압축기의 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 로터리 압축기를 내부를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1의 "Ｉ-Ｉ"선단면도이며, 도 3은 도 1의 압축기를 분해하여 도시한 종단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 로터리 압축기는, 밀폐용기(100)의 내부공간(101) 상측에 구동력을 발생하는 구동모터(200)가 설치되고, 상기 밀폐용기(100)의 내부공간(101) 하측에는 상기 구동모터(200)에서 발생된 동력으로 냉매를 압축하는 압축유닛(300)이 설치되며, 상기 구동모터(200)의 하측과 상측에는 후술할 크랭크축(230)을 지지하는 제1 베어링(400)과 제2 베어링(500)이 각각 설치된다.

상기 밀폐용기(100)는 상기 구동모터(200)와 압축유닛(300)이 설치되는 용기본체(110)와, 상기 용기본체(110)의 상측 개구단(이하, 제1 개구단)(111)을 복개하는 상부캡(이하, 제1 캡)(120)과, 상기 용기본체(110)의 하측 개구단(이하, 제2 개구단)(112)을 복개하는 하부캡(이하, 제2 캡)(130)으로 이루어진다.

상기 용기본체(110)는 원통모양으로 형성되고, 그 용기본체(110)의 하반부 주면에는 흡입관(140)이 관통 결합되며, 상기 흡입관은 후술할 실린더(310)에 구비된 흡입구(미도시)에 직접 연결된다.

상기 제1 캡(120)은 그 가장자리가 절곡되어 상기 용기본체(110)의 제1 개구단(111)에 용접 결합된다. 그리고 상기 제1 캡(120)의 중앙에는 상기 압축유닛(300)에서 상기 밀폐용기(100)의 내부공간(101)으로 토출되는 냉매를 냉동사이클로 안내하는 토출관(150)이 관통 결합된다.

상기 제2 캡(130)은 그 가장자리가 절곡되어 상기 용기본체(110)의 제2 개구단(112)에 용접 결합된다.

상기 구동모터(200)는 상기 밀폐용기(100)의 내주면에 열박음되어 고정되는 고정자(210)와, 상기 고정자(210)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(220)와, 상기 회전자(220)에 열압입되어 함께 회전을 하면서 상기 구동모터(200)의 회전력을 압축유닛(300)으로 전달하는 크랭크축(230)으로 이루어진다.

상기 고정자(210)는 다수 장의 스테이터 시트가 소정의 높이만큼 적층되고, 그 내주면에 구비되는 티스에는 코일(240)이 권선된다. 그리고, 상기 고정자(210)는 상기 밀폐용기(100)의 내부에 열압입되어 고정된다.

상기 회전자(220)는 상기 고정자(210)의 내주면에 일정 공극을 두고 배치되며 그 중앙에 상기 크랭크축(230)이 열압입되어 일체로 결합된다.

상기 크랭크축(230)은 상기 회전자(220)에 결합되는 축부(231)와, 그 축부(231)의 하단부에 편심지게 형성되어 후술할 롤링피스톤이 결합되는 편심부(232)로 이루어진다. 그리고 상기 크랭크축(230)의 내부에는 상기 밀폐용기(100)의 오일이 흡상되도록 오일유로(233)가 축방향으로 관통 형성된다.

상기 압축유닛(300)은 상기 밀폐용기(100)의 내부에 설치되는 실린더(310)와, 상기 크랭크축(230)의 편심부(232)에 회전 가능하게 결합되고 상기 실린더(310)의 압축공간에서 선회하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(320)과, 상기 실린더(310)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되어 그 일측의 실링면이 상기 롤링피스톤(320)의 외주면에 접촉되고 상기 실린더(310)의 압축공간(미부호)을 흡입실과 토출실로 구획하는 베인(330)과, 상기 베인(330)의 후방측을 탄력 지지하도록 압축스프링으로 된 베인스프링(340)으로 이루어진다.

상기 실린더(310)는 환형으로 형성되고, 상기 실린더(310)의 일측에는 상기 흡입관(140)과 연결되는 흡입구(미도시)가 형성되며, 상기 흡입구의 원주방향 일측에는 상기 베인(330)이 미끄러지게 결합되는 베인슬롯(311)이 형성되고, 상기 베인슬롯(311)의 원주방향 일측에는 후술할 상부베어링(410)에 구비되는 토출구(411)에 연통되는 토출안내홈(미도시)이 형성된다.

상기 제1 베어링(400)은 상기 실린더(310)의 상측을 복개하는 동시에 상기 밀폐용기(100)에 용접 결합되어 상기 크랭크축(230)을 축방향과 반경방향으로 지지하는 상부베어링(410)과, 상기 실린더(310)의 하측을 복개하여 상기 크랭크축(230)을 축방향과 반경방향으로 지지하는 하부베어링(420)으로 이루어진다.

상기 제2 베어링(500)은 상기 고정자(210)의 상측에서 상기 밀폐용기(100)의 내주면에 열압입되어 고정되는 프레임(510)과, 상기 프레임(510)에 결합되어 상기 크랭크축(230)과 회전 가능하게 결합되는 하우징(520)으로 이루어진다.

상기 프레임(510)은 환형으로 형성되고, 그 외주면에 소정의 높이로 돌출되어 상기 용기본체(110)의 내주면과 접하게 되는 3 개의 고정돌부(511)들이 형성된다. 상기 고정돌부(511)들은 대략 원주방향을 따라 120°의 간격을 두고 소정의 원호각 길이를 갖도록 형성되며, 단부 부근이 상기 용기본체(110)의 내면과 평행하도록 절곡되어 용기본체(110)와의 접합면을 이루게 된다. 상기 하우징(520)의 중앙부에는 상기 제1 베어링(400)의 상부베어링(410)을 향해 돌출되는 베어링돌부(522)가 형성되고, 상기 베어링돌부(522)에는 상기 크랭크축(230)의 상단을 지지하는 베어링부시(530)가 결합되거나 또는 볼베어링(미도시)이 결합될 수 있으며, 도면 중 미설명 부호인 250은 오일피더이다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 고정돌부(511)의 폭, 즉 상기 고정돌부(511)가 상기 용기본체(110)의 내벽면과 접하는 부분에서 상기 용기본체(110)의 둘레방향에 따른 길이의 합을 l이라 했을 때, 상기 l과 상기 용기본체(110)의 내주부 둘레 L 사이에는 아래와 같은 관계를 만족하게 된다.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 고정자와 상기 프레임은 상기 용기본체(110)의 내벽면에 열압입에 의해 고정된다. 따라서, 열에 의해 팽창된 용기본체가 수축되면서 상기 프레임에 압력을 가하게 되고 이러한 압력에 비례하여 프레임이 변형되게 된다. 이러한 변형량은 가급적 적은 것이 좋고, 이를 위해서는 상기 고정돌부(511)의 폭을 작게 하는 것이 좋지만, 폭이 좁아질수록 프레임과 용기본체 사이의 결합력이 약화된다. 따라서, 변형량을 바람직한 수준으로 유지하면서도 충분한 결합강도를 얻기 위해서는 상기 l/L 값을 적절하게 조절할 필요가 있다.

본 발명자는 이를 위해서 상기 l/L 값을 달리하여 그에 따른 변형량 및 결합강도를 테스트하였다. 그 결과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 l/L 값이 0.7을 초과하면 변형량이 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다. 이렇게 변형량이 지나치게 크면, 프레임의 내구성에도 영향을 미치지만, 조립이 완료된 후 지나치게 큰 잔류응력으로 인해서 프레임의 위치가 어긋날 우려가 있으므로, 변형량은 소정 수준 이하로 유지하여야 할 필요가 있다.

반면에, 결합강도는 l/L 값이 증가할수록 증가하지만, 0.2 미만인 경우에는 결합강도가 지나치게 낮다. 따라서, 상기 l/L 값을 0.2 이상 0.7 미만으로 하면, 충분한 결합강도를 얻을 수 있으면서도 변형량을 의도한 수준 내로 제한할 수 있다.

한편, 상기 프레임의 외경을 D1, 상기 고정자의 외경을 D2 및 상기 용기본체의 내경을 D3라 할 때, 상기 밀폐용기를 가열하기 전의 상태에서 다음과 같은 관계에 있게 된다.

즉, 상기 프레임의 외경은 상기 고정자의 외경과 같거나 그보다 크게 설정되고, 상기 용기본체의 내경은 가장 작게 설정된다.

D1 = D2 > D3인 경우 상기 프레임과 고정자는 유사한 정도의 압력을 상기 밀폐용기로부터 받게 된다. 도시된 바와 같이, 상기 고정자는 프레임에 비해서 밀폐용기와의 접촉면적이 크기 때문에, 더욱 큰 체결력을 갖게 된다. 그러나, 고정자와 프레임이 가깝게 위치하면, 고정자로 인해서 밀폐용기의 수축이 방해를 받아서 프레임이 충분한 결합강도를 갖지 못할 수도 있다.

한편, D1 > D2 > D3로 설정하면 프레임에 보다 강한 압력이 가해지고, 그로 인해 고정자와 프레임 사이에서의 체결력 편차가 어느 정도 해소될 수 있다.

한편, 상기 실시예에서는 3개의 고정 돌부가 120도 간격으로 배치되는 것으로 개시되어 있지만, 반드시 이에 한정될 필요는 없으며, 그 개수 및 간격은 필요에 따라서 적절하게 변경할 수 있다.

이제 상기 실시예의 조립 방법에 대해서 설명한다.

우선, 도 5에 도시된 바와 같은 고정지그(600)에 고정자(210)와 제2 베어링(500)을 고정한다. 상기 고정지그(600)는 저면에 용기본체 지지부(610)를 포함하며, 상기 용기본체 지지부(610)로부터 소정 높이에 고정자 지지부(620)가 형성된다. 상기 고정자 지지부(620)의 높이는 상기 압축기의 완성품에서 용기본체의 하단과 고정자 사이의 간격과 동일하게 설정된다.

그리고, 상기 고정자 지지부(620)의 상측에 프레임 지지부(630)가 위치한다. 상기 프레임 지지부(630)의 높이 역시 완성품에서 고정자와 프레임 사이의 거리와 동일하게 프레임이 거치될 수 있도록 고정된다. 아울러, 상기 프레임 지지부(630)의 외경은 상기 하우징 내부의 베어링부시(530)의 내경과 동일하게 형성된다.

따라서, 상기 고정지그에 상기 고정자와 프레임을 장착하면, 양자는 서로 동심으로 위치하게 되며, 고정지그가 금속재로 제조되므로 정밀하게 치수를 관리할 수 있기 때문에 상기 프레임의 위치 역시 정밀하게 배치될 수 있다. 이로 인해 고정자와 프레임 사이의 상대 위치를 정밀하게 세팅할 수 있게 된다.

이러한 상태에서, 가열되어 팽창된 용기본체(100)를 상기 고정자와 프레임의 외부에 씌운다. 상기 용기본체(100)를 씌우는 과정에서 상기 고정자와 프레임은 고정지그에 고정된 상태에 있으므로, 세팅된 위치는 유지된다. 그 후, 용기본체(100)가 냉각 수축되면서 상기 프레임과 고정자의 표면에 강하게 압력을 가하게 되고 그러한 압력으로 인해서 서로 견고히 결합된다. 용기본체(100)의 냉각이 완료되면 고정지그를 제거하고 압축유닛이 장착되는 크랭크축 및 상기 상부캡과 하부캡으로 용기본체를 밀봉하여 압축기를 완성하게 된다.

Claims (9)

1. 밀폐용기;
   상기 밀폐용기의 내벽과 열압입(Shrink fit)되어 고정되는 고정자;
   상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자;
   상기 회전자에 결합되는 크랭크축;
   상기 크랭크축에 결합되어 실린더에서 선회운동을 하는 롤링피스톤, 상기 실린더에 구비되어 상기 롤링피스톤에 의해 직선운동을 하면서 상기 롤링피스톤과 함께 냉매를 흡입 압축하는 베인을 포함하는 압축유닛;
   상기 회전자를 중심으로 상기 크랭크축의 일단부를 지지하는 제1 베어링; 및
   상기 밀폐용기에 고정되어 상기 회전자를 중심으로 상기 크랭크축의 반대쪽 타단부를 지지하는 제2 베어링;을 포함하고,
   상기 제1 베어링은,
   상기 실린더의 상측을 복개하는 동시에 상기 크랭크축을 반경방향으로 지지하는 상부베어링; 및
   상기 실린더의 하측을 복개하여 상기 크랭크축을 반경방향으로 지지하는 하부베어링;을 포함하며,
   상기 제2 베어링은,
   상기 밀폐용기에 열압입되도록 복수 개의 고정돌부가 원주방향으로 소정의 간격을 두고 형성되는 프레임; 및
   상기 프레임에 결합되며, 중심에는 상기 크랭크축의 반대쪽 타단부가 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 베어링부시가 구비되는 베어링돌부가 상기 제1 베어링의 상부베어링을 향해 돌출되어 형성되는 하우징;을 포함하고,
   상기 제2 베어링의 프레임은 상기 밀폐용기의 내벽에 열박음되어 고정되며,
   상기 고정돌부의 외경을 D1, 상기 고정자의 외경을 D2 및 상기 밀폐용기의 내경을 D3라 할 때, 상기 밀폐용기를 가열하기 전의 상태에서 D1 ≥ D2 ＞ D3의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 밀폐용기의 내벽과 접하는 상기 고정돌부의 밀폐용기의 내주 방향의 길이를 l이라 하고, 밀폐용기의 내주 둘레를 L이라 할 때, 0.2 ≤ l/L ≤ 0.7의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 고정돌부는 상기 프레임의 중심을 기준으로 하여 120°간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
   
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제

Images