KR101711540B1

KR101711540B1 - 밀폐형 압축기

Info

Publication number: KR101711540B1
Application number: KR1020160148959A
Authority: KR
Inventors: 한정민; 서홍석; 안재찬; 이근주; 김정훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2016-11-09
Publication date: 2017-03-02
Also published as: KR20160132802A

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 고정자의 양측에서 크랭크축을 지지하도록 복수 개의 베어링이 구비되는 경우 상기 크랭크축의 직경이 상기 고정자의 외경 대비 0.114보다는 크거나 같고 0.138보다는 작거나 같게 형성함으로써, 상기 크랭크축과 베어링에서의 마찰손실을 줄일 수 있고 이를 통해 상기 크랭크축의 좌굴이나 휘어짐을 방지하면서도 압축기의 성능을 높일 수 있다.

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에서 크랭크축을 상하 양단에서 지지하는 밀폐형 압축기에 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 실린더와 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.

그러나, 종래의 로터리 압축기와 같이 상기 크랭크축의 상하 양단에 베어링이 설치되는 경우에는, 상기 크랭크축의 직경이 작아야 마찰손실을 줄어들면서 압축기의 효율이 향상될 수 있다. 만약, 상기 크랭크축의 직경이 압축기의 용량증대로 인해 커져야 하는 경우에는 베어링면이 증가하게 되고 베어링면이 증가하는 만큼 마찰손실이 증가하면서 압축기의 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 하지만, 상기 크랭크축의 직경을 너무 작게 하면 상기 크랭크축이 좌굴되거나 휘는 현상이 발생되어 압축기 신뢰성이 낮아질 수 있으므로 적정량의 강성을 가질 수 있는 직경을 유지하여야 한다.

본 발명의 목적은, 상기 크랭크축이 상하 양측에서 저널 베어링에 의해 지지되는 경우 상기 크랭크축의 적정 강성은 유지하면서 베어링면과의 마찰손실을 줄여 압축기 효율을 높일 수 있는 밀폐형 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부공간에 고정되는 고정자; 상기 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자; 상기 회전자에 결합되는 크랭크축; 상기 크랭크축에 결합되어 냉매를 흡입 압축하여 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출하는 압축유닛; 및 상기 크랭크축의 반경방향을 지지하는 베어링;을 포함하고, 상기 크랭크축은 그 축방향을 따라 적어도 어느 한 기준위치에서의 축경이 상기 고정자의 외경 대비 0.114보다는 크거나 같고 0.138보다는 작거나 같은 밀폐형 압축기가 제공된다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기; 상기 밀폐용기의 내부공간에 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 결합되도록 복수 개의 고정돌부가 원주방향으로 소정의 간격을 두고 형성되는 프레임; 및 상기 프레임에 결합되어 지지되도록 원주방향으로 상기 고정돌부와 동일한 간격을 두고 복수 개의 지지돌부가 형성되며, 상기 지지돌부들의 중심에는 상기 크랭크축의 반대쪽 타단부가 삽입되어 반경방향으로 지지되는 베어링돌부가 상기 제1 베어링의 상부베어링을 향해 돌출되어 형성되는 하우징;을 포함하며, 상기 회전자에 삽입되는 축길이 범위에 있는 기준위치에서의 상기 크랭크축의 외경이 상기 고정자의 외경 대비 0.114보다는 크거나 같고 0.138보다는 작거나 같은 밀폐형 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 밀폐용기의 저유부에서 펌핑되는 오일이 상기 제2 베어링으로 안내되도록 상기 크랭크축에 축방향으로 오일유로가 관통 형성된다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 상기 크랭크축의 직경을 그 크랭크축이 소정의 강성을 유지할 수 있는 범위내에서 적정 크기로 형성함으로써 상기 크랭크축과 베어링에서의 마찰손실을 줄일 수 있 이를 통해 상기 크랭크축의 좌굴이나 휘어짐을 방지하면서도 압축기의 성능을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 로터리 압축기를 내부를 보인 종단면도,
도 2는 도 1의 "Ｉ-Ｉ"선단면도,
도 3은 도 1에 따른 로터리 압축기에서 고정자의 외경과 크랭크축의 직경을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 4는 도 1에 따른 로터리 압축기에 적용된 크랭크축의 여러 직경예를 고정자의 일정한 외경에 대비하여 상기 크랭크축과 베어링 사이에서의 마찰손실과 그에 따른 압축기 성능의 변화를 보인 그래프.

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"선단면도이다.

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 열박음 되어 함께 회전을 하면서 상기 구동모터(200)의 회전력을 압축유닛(300)으로 전달하는 크랭크축(230)으로 이루어진다.

상기 고정자(210)는 다수 장의 스테이터시트가 소정의 높이만큼 적층되고, 그 내주면에 구비되는 티스에는 코일(240)이 권선된다.

상기 회전자(220)는 상기 고정자(210)의 내주면에 일정 공극을 두고 배치되며 그 중앙에 상기 크랭크축(230)이 열박음으로 압입되어 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 용접 결합되는 프레임(510)과, 상기 프레임(510)에 볼트로 체결되도록 결합되어 상기 크랭크축(230)이 회전 가능하게 결합되는 하우징(520)으로 이루어진다.

상기 프레임(510)은 환형으로 형성되고, 그 외주면에 소정의 길이만큼 돌출되어 상기 용기본체(110)에 용접되는 고정돌부(511)가 형성된다. 상기 고정돌부(511)는 대략 원주방향을 따라 120도의 간격을 두고 소정의 원호각 길이를 갖도록 형성된다.

상기 하우징(520)은 도 2에서와 같이 상기 프레임(510)의 고정돌부(511)에 각각 대응하여 3점 지지될 수 있도록 대략 120도의 간격을 두고 지지돌부(521)들이 형성되고, 상기 지지돌부(521)들의 중심에는 상기 크랭크축(230)의 상단이 삽입되어 지지될 수 있도록 베어링돌부(522)가 하향 돌출되도록 형성된다. 상기 베어링돌부(522)에는 베어링부시(530)가 결합되거나 또는 볼베어링이 결합될 수 있다.

도면 중 미설명 부호인 250은 오일피더이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 로터리 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(200)의 고정자(210)에 전원을 인가하여 상기 회전자(220)가 회전하면, 상기 크랭크축(230)이 상기 제1 베어링(400)과 제2 베어링(500)에 의해 양단이 지지되면서 회전을 하게 된다. 그러면 상기 크랭크축(230)이 상기 구동모터(200)의 회전력을 상기 압축유닛(300)에 전달하고, 상기 압축유닛(300)에서는 상기 롤링피스톤(320)이 상기 압축공간에서 편심 회전운동을 한다. 그러면, 상기 베인(330)이 상기 롤링피스톤(320)과 함께 압축공간을 형성하면서 냉매를 압축하여 상기 밀폐용기(100)의 내부공간(101)으로 토출하게 된다.

이때, 상기 크랭크축(230)은 고속으로 회전을 하면서 그 하단에 구비된 오일피더(250)가 상기 밀폐용기(100)의 저유부에 채워진 오일을 펌핑하게 되고, 이 오일은 상기 크랭크축(230)의 오일유로(233)를 통해 흡상되면서 각 베어링면을 윤활하게 된다.

하지만, 상기 크랭크축(230)의 하단과 상단이 각각 제1 베어링(400)과 제2 베어링(500)에 결합되어 반경방향으로 지지됨에 따라 상기 크랭크축(230)의 회전시 마찰손실이 증가하게 된다. 이를 감안하여 상기 크랭크축(230)의 직경을 줄여 상기 크랭크축(230)의 회전시 제1 베어링(400)과 제2 베어링(500)에서의 마찰손실을 줄이는 것이 바람직할 수 있다.

이 경우 상기 크랭크축(230)의 직경(D1)이 상기 고정자의 외경(D2) 대비 0.114보다는 크거나 같고 0.138보다는 작거나 같은 정도의 크기로 형성하는 것이 상기 크랭크축(230)의 좌굴이나 휘어짐을 방지하면서도 마찰손실을 줄일 수 있어 바람직할 수 있다. 여기서, 상기 크랭크축(230)의 직경(D1)은 상기 크랭크축(230)의 축부(231) 중에서 상기 회전자(220)에 삽입되어 접촉되는 범위, 즉 상기 회전자(220)의 삽입된 길이의 중심을 기준위치로 정의한 것이다.

도 4는 로터리 압축기에 적용된 크랭크축의 여러 직경예를 고정자의 일정한 외경에 대비하여 상기 크랭크축과 베어링 사이에서의 마찰손실과 그에 따른 압축기 성능의 변화를 보인 그래프이다. 상기 제1 베어링의 마찰손실은 아래의 식에 의해 구해질 수 있다.

L _mb = ω*r _mb * f _mb * F _mb

여기서,

L_mb : 제1 베어링의 마찰손실,

w : 각속도,

r_mb : 제1 베어링의 반경,

f_mb : 제1 베어링의 마찰계수,

F_mb : 제 베어링에 작용하는 하중이다.

이에 따르면, 상기 크랭크축(230)의 직경(D1)이 크면 클수록 마찰손실이 증가하면서 압축기 성능이 저하되는 것을 볼 수 있다. 특히 상기 고정자(210)의 외경 대비 크랭크축(230)의 직경 비율(D1/D2)이 0.138을 기점으로 해서는 상기 마찰손실이 크게 증가하면서 압축기 성능이 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 이를 통해 상기 고정자(210)의 외경(D2) 대비 크랭크축(230)의 직경(D1) 비율(D1/D2)이 대략 0.138 이하가 되도록 하는 것이 상기 마찰손실과 압축기 성능을 적정 범위내에서 관리할 수 있게 된다.

그리고, 상기 고정자(210)의 외경(D2) 대비 크랭크축(230)의 직경(D1) 비율(D1/D2)이 0.114 이상이 되도록 하는 것이 상기 크랭크축(230)의 강성을 유지할 수 있다. 만약, 상기 비율(D1/D2)이 0.114 보다 작으면 상기 크랭크축(230)의 직경(D1)이 너무 얇게 되어 상기 크랭크축(230)이 좌굴되거나 휘어져 압축기의 신뢰성이 크게 훼손되는 것은 물론 상기 압축기 성능이 오히려 저하될 수 있다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 압축유닛이 상하방향으로 복수 개가 설치되는 경우에도 상기 크랭크축의 직경은 전술한 실시예와 동일한 범위내에서 형성될 수 있다. 그리고 이에 따른 작용 효과 역시 전술한 실시예와 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

100 : 밀폐용기 110 : 용기본체
200 : 구동모터 210 : 고정자
300 : 압축유닛 400 : 제1 베어링
410 : 상부베어링 420 : 하부베어링
500 : 제2 베어링 510 : 프레임
520 : 하우징

Claims

밀폐용기;
상기 밀폐용기의 내부공간에 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 결합되도록 복수 개의 고정돌부가 원주방향으로 소정의 간격을 두고 형성되는 프레임; 및
상기 프레임에 결합되어 지지되도록 원주방향으로 상기 고정돌부와 동일한 간격을 두고 복수 개의 지지돌부가 형성되며, 상기 지지돌부들의 중심에는 상기 크랭크축의 반대쪽 타단부가 삽입되어 반경방향으로 지지되는 베어링돌부가 상기 제1 베어링의 상부베어링을 향해 돌출되어 형성되는 하우징;을 포함하며,
상기 회전자에 삽입되는 축길이 범위에 있는 기준위치에서의 상기 크랭크축의 외경이 상기 고정자의 외경 대비 0.114보다는 크거나 같고 0.138보다는 작거나 같은 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서,
상기 밀폐용기의 저유부에서 펌핑되는 오일이 상기 제2 베어링으로 안내되도록 상기 크랭크축에 축방향으로 오일유로가 관통 형성되는 밀폐형 압축기.