KR102002123B1 - 전동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전동식 압축기는 회전축을 수용하는 케이싱; 상기 회전축을 회전시키는 구동 유닛; 및 상기 케이싱에 지지되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되고 상기 제1 스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 제1 스크롤은, 상기 케이싱에 고정되는 몸체부; 및 상기 제2 스크롤과 맞물리는 선회랩을 구비하고, 상기 몸체부와 이격되어 상기 압축실에서 토출되는 냉매를 수용하는 배압공간을 형성하는 랩부를 포함한다. 이에 의하면, 간결한 구조에 의해 제1 스크롤과 제2 스크롤이 서로 원활하게 맞물려 안정적으로 동작될 수 있다.

Description

전동식 압축기{MOTOR-OPERATED COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 한 쌍의 스크롤에 의해 유체를 압축하도록 이루어지는 스크롤 방식의 전동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 공조시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔으며, 최근 자동차 부품의 전장화 추세에 따라 모터를 이용하여 전기로 구동되는 전동식 압축기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

전동식 압축기는 여러 압축 방식 중에서 고압축비 운전에 적합한 스크롤 압축 방식이 주로 적용되고 있다. 이러한 스크롤 방식의 전동식 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부에 회전모터로 된 모터부가 설치되고, 모터부의 일측에 고정 스크롤과 선회 스크롤로 이루어진 압축부가 설치된다. 그리고, 모터부와 압축부는 회전축으로 연결되어 모터부의 회전력이 압축부로 전달된다. 압축부로 전달되는 회전력은 선회 스크롤을 고정 스크롤에 대해 선회 운동시켜, 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 2개 한 쌍의 압축실을 형성하며, 냉매를 양쪽 압축실로 각각 흡입시켜 압축하고 동시에 토출하게 된다.

종래 특허문헌 1에 개시된 것과 같이, 스크롤 압축 방식의 전동식 압축기의 내부에는 흡입된 냉매가 수용되는 흡입공간과, 압축실에서 토출되는 냉매가 수용되는 토출공간과, 토출공간의 냉매를 바이패스시켜 그 압력에 의해 선회 스크롤을 가압하는 배압공간이 형성된다.

특히 배압공간과 관련하여, 배압공간에 냉매를 공급하기 위하여 고정 스크롤 및 메인 프레임을 관통하는 유로가 형성된다. 아울러, 배압공간의 냉매 압력을 유지하기 위하여 배압공간과 흡입공간 사이를 밀폐하는 씰링 부재들이 설치되고, 배압공간의 냉매를 흡입공간으로 적절히 배출시켜 줄 수 있도록 감압 장치(오리피스 등)가 추가 설치된다.

이와 같은 배압공간 구성에 의하여, 선회 스크롤은 고정 스크롤을 향하여 축방향으로 밀착될 수 있는 배압력이 형성될 수 있고, 축방향으로 스크롤 부품의 가공 오차가 흡수되어 압축실의 밀폐 및 원활한 선회 운동이 구현될 수 있다.

다만, 토출공간으로부터 배압공간으로 냉매를 이동시키는 유로 구성과 배압공간의 냉매를 배출시킬 수 있는 구성이 추가됨에 따라, 종래 스크롤 방식의 전동식 압축기는 구조적인 복잡성이 매우 커지게 된다. 즉, 압축기 부품 수가 증가되고 동작 신뢰성을 확보하기 위한 복잡한 설계가 요구되어, 제작 비용이 증대되는 상황이다.

한편, 종래 기술인 특허문헌 2에서는, 고정 스크롤과 선회 스크롤 사이의 이격 거리를 조절하는 이동 모듈을 더 포함하는 스크롤 압축기가 개시된 바 있다. 특허문헌 2는 고정 스크롤을 이동시키기 위하여 별도의 동력원이 추가되며, 고정 스크롤의 위치 조정에 의해 유량을 조절하도록 기능한다.

이에, 한 쌍의 스크롤 및 프레임 간에 회전축의 축방향으로의 상대적인 위치가 공차, 냉매 압력 및 압축 부하에 순응되어 변화될 수 있는 구조가 더 간결하게 구현되는 방안을 생각해 볼 수 있다. 특히, 배압공간에 의해 토출공간과 상대적으로 가까운 고정 스크롤의 일부를 축방향으로 이동시키는 설계가 구체화될 수 있다.

KR 10-2017-0139394 A (2017.12.19. 공개) KR 10-2015-0075940 A (2015.07.06. 공개)

본 발명의 일 목적은, 고정 스크롤의 내부에 배압공간이 형성되어 고정 스크롤과 선회 스크롤 간의 위치가 조절될 수 있도록 이루어지는 전동식 압축기를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 일 목적은, 고정 스크롤의 내부에 형성되는 배압공간이 간결한 구조로 밀폐될 수 있도록 이루어지는 전동식 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 다른 전동식 압축기는, 회전축이 수용되는 케이싱; 상기 회전축을 회전시키는 구동 유닛; 및 상기 케이싱에 지지되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되고 상기 제1 스크롤과 맞물려 체적이 변화되는 압축실을 형성하는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 제1 스크롤은, 상기 케이싱의 내면과 고정되도록 이루어지는 몸체부; 및 상기 제2 스크롤과 맞물리는 고정랩을 구비하고 상기 몸체부와 이격되어 배압공간을 형성하는 랩부를 포함한다.

상기 몸체부는, 원판형으로 이루어지고 상기 케이싱의 내면에 지지되는 몸체 경판부분을 구비하고, 상기 랩부는, 원판형으로 이루어지고 상기 몸체 경판부와 이격되는 공간에 상기 배압공간을 형성하는 랩 경판부분을 더 구비하고, 상기 랩 경판부분에는 상기 압축실과 상기 배압공간을 서로 연통시키는 배압 홀이 관통되도록 형성될 수 있다.

상기 제1 스크롤은, 내측에 상기 배압공간을 형성하도록 환형으로 이루어지고 양 단부가 상기 몸체부와 랩부에 각각 지지되는 배압 링을 더 구비할 수 있다.

상기 몸체부 및 랩부 중 적어도 어느 하나는, 서로 마주보는 면에서 환형으로 리세스되어 상기 배압 링을 수용하도록 이루어지는 배압 홈을 구비하고, 상기 제1 스크롤은, 상기 배압 홈의 내면과 상기 배압 링 사이에 개재되도록 환형으로 연장되는 밀폐 링을 더 구비할 수 있다.

상기 몸체부 및 랩부 중 적어도 어느 하나는, 서로 마주보는 면에서 환형으로 리세스되어 상기 배압 링을 수용하도록 이루어지는 배압 홈; 및 상기 배압 홈의 내측에 인접하고 상기 서로 마주보는 면에서 환형으로 리세스되도록 형성되는 밀폐 홈을 구비하고, 상기 제1 스크롤은, 상기 밀폐 홈에 삽입되어 상기 배압 링에 밀착되도록 형성되는 밀폐 링을 더 구비할 수 있다.

상기 몸체부 및 랩부는, 서로 마주보는 면 상에서 서로 대응되는 복수의 위치에서 리세스되도록 이루어지는 가이드 홈을 각각 구비하고, 상기 제1 스크롤은, 상기 가이드 홈에 양 단부가 각각 삽입되도록 연장되어 상기 몸체부 및 랩부 사이의 상대 회전을 제한하도록 이루어지는 복수 개의 가이드 핀을 구비할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전동식 압축기는, 회전축이 수용되는 케이싱; 상기 회전축을 회전시키는 구동 유닛; 및 상기 케이싱에 지지되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되고 상기 제1 스크롤과 맞물려 체적이 변화되는 압축실을 형성하는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 제1 스크롤은, 상기 케이싱의 내면에 밀착되는 측벽부분을 구비하는 몸체부; 상기 제2 스크롤과 맞물리는 선회랩을 구비하고 상기 몸체부와 이격되어 배압공간을 형성하는 랩부; 및 상기 측벽부분의 내주면과 상기 랩부의 외주면에 각각 밀착되도록 형성되는 밀폐 링을 포함할 수 있다.

상기 랩부는, 원판형으로 이루어지고 상기 몸체부와 이격되어 상기 배압공간을 형성하는 랩 경판부분을 구비하고, 상기 랩 경판부분의 외주면은 상기 배압공간으로부터 멀어짐에 따라 상기 측벽부분의 내주면으로부터 더 이격되도록 상기 측벽부분의 내주면에 대해 경사지게 형성될 수 있다.

상기 제1 스크롤은, 상기 측벽부분의 내주면에서 돌출되도록 고정되어 상기 밀폐 링을 지지하도록 이루어지는 링 지지부재를 더 구비할 수 있다.

이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 전동식 압축기는 제1 스크롤의 몸체부와 랩부 사이에 배압공간이 형성되어 압축실의 축방향 밀폐를 구현하고, 제1 및 제2 스크롤의 공차를 흡수하여 안정적으로 거동되는데 기여할 수 있다. 종래 선회 스크롤의 배면으로 냉매를 공급하여 배압공간을 형성하는 것과 비교하여 간결한 배압 구조가 형성될 수 있고, 제작 비용이 절감될 수 있다.

아울러, 압축되어 토출된 냉매가 곧바로 배압공간으로 수용되어 제1 및 제2 스크롤 사이의 거리 조절을 위한 압력을 제공하므로, 종래 선회 스크롤의 배면에 배압공간이 형성되는 경우보다 고압의 냉매 확보가 가능하다. 이에 따라, 배압공간의 체적이 보다 작게 구현되어, 경량화 및 사체적 감소가 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 전동식 압축기는 회전축의 반경방향으로 몸체부와 랩부 사이에 밀폐 링이 개재됨으로써, 몸체부와 랩부 상호 간 상대적인 위치가 변화되어도 배압공간의 밀폐 상태가 안정적으로 유지될 수 있다. 종래 선회 스크롤 측에 배압공간이 형성됨에 따라 복수의 위치에 밀폐 부재가 장착되는 것과 비교하여, 압축실의 기밀 유지가 간결하게 구현될 수 있고 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기를 보인 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 압축기의 제1 스크롤을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동식 압축기를 보인 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 영역 B의 확대도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에서 배압공간의 압력이 증가될 때 도 4에 도시된 영역 B의 모습을 보인 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 전동식 압축기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

서로 다른 실시예라고 하더라도, 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예들을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에 따른 전동식 압축기는 두 개의 스크롤이 맞물려 냉매를 압축하도록 이루어지는 스크롤 압축기일 수 있다. 본 발명에 따른 전동식 압축기는 작동 유체로 냉매를 흡입하여 압축하는 냉동 사이클 장치의 일 구성요소가 될 수 있다. 본 실시예에서는 이산화탄소(CO₂)를 작동 유체로 사용하는 전동식 스크롤 압축기를 예로 들어 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기(100)를 보인 단면도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기(100)는, 케이싱(101), 프레임, 구동 유닛(103) 및 압축 유닛(104)을 포함하고, 프레임은 메인 프레임(120) 및 서브 프레임(180)을 구비할 수 있다. 이들의 전체적인 위치 관계는, 예를 들면, 케이싱(101)의 내벽 중간에 메인 프레임(120)이 고정되고, 메인 프레임(120)의 일 측(전방)에는 구동력을 발생시키는 구동 유닛(103)이 설치될 수 있다. 그리고, 메인 프레임(120)의 타 측(후방)에는 구동 유닛(103)의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축 유닛(104)이 설치될 수 있다.

아울러, 케이싱(101)의 외부에는 압축기의 운전을 제어하는 인버터 모듈(400)이 설치될 수 있다. 인버터 모듈(400)은 구동 유닛(103)을 기준으로 압축 유닛(104)의 반대편(전방 측)에 위치될 수 있다.

도 1에 보인 것처럼 케이싱(101)은, 쉘(111), 프론트 헤드(112) 및 리어 헤드(113)를 구비할 수 있다. 쉘(111)은 양 단부(전방 및 후방)가 개방된 원통형으로 이루어지며, 내부에 흡입공간(S1)을 형성할 수 있다. 쉘(111)의 내부에는 구동 유닛(103), 프레임 및 압축 유닛(104)이 수용될 수 있다.

프론트 헤드(112)는 쉘(111)의 전방 단부를 밀폐시키도록 결합될 수 있고, 프론트 헤드(112)의 외부에는 전원을 공급하고 구동 유닛(103)을 제어하는 인버터 모듈(400)이 연결될 수 있다. 아울러, 리어 헤드(113)는 쉘(111)의 후방 단부를 밀폐시키도록 결합될 수 있다. 후술하는 것과 같이, 리어 헤드(113)는 압축되어 토출되는 냉매가 수용되는 토출공간(S2)을 형성하며, 유분리기(190)를 구비할 수 있다.

흡입공간(S1)은 내부에 수용되는 구동 유닛(103)에 의해 두 공간으로 분리될 수 있다. 즉, 흡입공간(S1)은 프론트 헤드(112) 측에 형성되는 공간과, 리어 헤드(113)에 가까운 측에 형성되는 공간으로 이루어질 수 있다. 냉매는 프론트 헤드(112) 측의 공간으로 흡입되었다가 구동 유닛(103)을 통과하여 메인 프레임(120) 과 인접한 제2 공간(S12)으로 이동하게 된다.

프론트 헤드(112)에는 흡입관이 연결되어 냉매를 흡입공간(S1)으로 유입시키는 흡기구(114)가 형성될 수 있다. 흡기구(114)는 구동 유닛(103)을 기준으로 압축 유닛(104)의 반대편인 구동 유닛(103)의 전방 단부에 위치하도록 형성될 수 있다. 이로써, 냉매는 흡기구(114)를 통해 케이싱(101) 내부로 유입되고, 구동 유닛(103)을 전방 측에서 후방 측으로 통과한 후에 압축 유닛(104)으로 흡입될 수 있다.

아울러, 리어 헤드(113)에는 압축 유닛(104)에서 압축된 냉매를 냉동 사이클로 안내하도록 토출관이 연결되는 배기구(115)가 형성될 수 있다. 리어 헤드(113)에 의해 폐쇄되는 압축 유닛(104)의 후방 측 공간은 압축된 냉매가 수용되는 토출공간(S2)이 될 수 있다. 아울러, 리어 헤드(113)의 내부에는 배기구(115)와 토출공간(S2)을 서로 연통시키는 유분리공간(미도시)과, 유분리공간의 내부에 설치되어 냉매로부터 오일을 분리하는 유분리기(190)가 형성될 수 있다.

구동 유닛(103)은 스테이터(131) 및 로터(132)를 포함하며, 회전축(135)을 구동시키는 역할을 수행한다. 본 실시예에서, 스테이터(131)는 쉘(111)의 내주면에 고정되고 내부에 원통형의 공간을 형성하도록 환형으로 이루어질 수 있다. 스테이터(131)의 내부 공간에는 로터(132)가 스테이터(131)와 이격되도록 배치될 수 있다. 로터(132)는 대략 원통형으로 이루어질 수 있고, 그 중심에는 회전축(135)이 결합될 수 있다. 구동 유닛(103)에 전원이 공급되면, 스테이터(131)와 로터(132)의 상호 작용에 의해 로터(132) 및 회전축(135)이 함께 회전될 수 있다.

도시된 것과 같이, 회전축(135)은 쉘(111) 내부에 수용될 수 있고, 프레임에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 회전축(135)의 후방 측은 메인 프레임(120)에 장착되는 메인 베어링(161)에 의해 반경 방향으로 지지될 수 있다. 아울러, 회전축(135)의 전방 단부는 프론트 헤드(112)의 내면에 형성되는 서브 프레임(180)에 장착되는 서브 베어링(162)에 의해 반경 방향으로 지지될 수 있다. 회전축(135)의 외주면 일부는 로터(132)와 결합되어 구동 유닛(103)에 의해 발생되는 회전력을 전달받을 수 있다.

압축 유닛(104)은 고정 스크롤인 제1 스크롤(140)과, 선회 스크롤인 제2 스크롤(150)을 포함할 수 있다. 제2 스크롤(150)은 구동 유닛(103)의 로터(132)에 결합된 회전축(135)에 편심 결합되어 제1 스크롤(140)에 대해 선회 운동을 하면서 제1 스크롤(140)과 함께 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하게 된다.

제1 스크롤(140)은 기본적으로, 원판형으로 이루어지는 제1 경판부(141)와, 제1 경판부(141)를 원주 방향으로 둘러싸도록 형성되어 메인 프레임에 결합되는 제1 측벽부(142)와, 제1 경판부(141)에서 돌출 형성되는 나선형의 고정랩(143)을 구비하는 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 제1 스크롤(140)에는 케이싱(101)의 흡입공간(S1)과 연통되는 흡입구(미도시)가 형성되며, 제1 스크롤(140)의 중심부에는 최종 압축실에서 토출공간(S2)으로 연통되는 토출구(144)가 형성될 수 있다.

제2 스크롤(150)은 원판모양으로 형성되는 제2 경판부(151)와, 제2 경판부(151)의 일 측면(후방면)에서 제1 경판부(141)를 향해 돌출되어 고정랩(143)과 맞물리도록 형성되는 선회랩(152)을 구비한다. 아울러, 제2 경판부(151)의 타 측면(전방면)은 편심 베어링(163)을 사이에 두고 회전축(135)과 결합되어 회전력을 전달받을 수 있다.

한편, 메인 프레임(120)은 몸체부(121) 및 축수부(122)를 구비할 수 있다. 몸체부(121)는 대략 원판 모양으로 형성되고, 몸체부(121)의 외주부는 제1 스크롤(140)의 제1 측벽부(142) 및 케이싱(101)의 내면에 결합되어 지지될 수 있다. 몸체부(121)는 제2 스크롤(150)을 슬라이딩 가능하게 지지할 수 있고, 제2 스크롤(150)의 제2 경판부(151)와 슬라이딩되는 스러스트면(123)을 구비할 수 있다.

축수부(122)는 메인 베어링(161)을 통하여 회전축(135)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 축수부(122)는 몸체부(121)의 중심부에서 회전축(135)의 외주면을 감싸도록 형성될 수 있다. 축수부(122)에 메인 베어링(161)이 결합되고, 메인 베어링(161)에 의해 회전축(135)이 회전 가능하게 지지될 수 있다.

메인 프레임(120)과 제2 경판부(151) 사이에는 자전 방지를 위하여 복수 개의 핀 및 리세스 링이 설치될 수 있다. 본 실시예에서는, 제2 스크롤(150)의 제2 경판부(151)의 일 측면(전방면)에서 리세스되는 복수 개의 공간 내에 환형의 리세스 링들이 각각 삽입될 수 있다. 그리고, 몸체부(121)에 고정되는 복수 개의 핀이 리세스 링의 내부에 안착되도록 결합되고, 리세스 링의 내주면에 슬라이딩될 수 있다. 회전축(135)의 회전력이 제2 스크롤(150)에 전달되면, 핀 및 리세스 링에 의해 제2 스크롤(150)은 회전이 억제되면서 제1 스크롤(140)에 대해 선회 운동될 수 있다.

다른 한편으로, 서브 프레임(180)은 메인 프레임(120)과는 이격된 위치에 형성되어 회전축(135)의 다른 일 단부를 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 서브 프레임(180)은 케이싱(101)에 고정되도록 이루어질 수 있는데, 구체적으로 본 실시예와 같이 프론트 헤드(112)와 일체로 형성될 수 있다. 서브 프레임(180)은, 프론트 헤드(112)의 내면에서 회전축(135)의 단부를 감싸도록 돌출되는 보스부를 구비할 수 있다. 보스부의 내주면과 회전축(135)의 외주면 사이에는 서브 베어링(162)이 삽입되어 회전축(135)이 회전 가능하게 지지될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)는 다음과 같이 동작된다.

먼저, 구동 유닛(103)에 전원이 인가되면, 회전축(135)이 구동 유닛(103)의 로터(132)와 함께 회전을 하면서 제2 스크롤(150)에 회전력을 전달하게 된다. 그러면, 회전축(135)과 편심되게 연결된 제2 스크롤(150)은 핀 및 리세스 링에 의해, 편심된 거리만큼 선회 운동을 하게 되고, 압축실(P)은 회전축(135)의 반경 방향으로 중심 측을 향해 지속적으로 이동되면서 체적이 감소하게 된다.

이에 따라, 냉매는 흡기구(114)를 통해 흡입공간(S1)으로 유입된다. 흡입공간(S1)으로 유입된 냉매는 스테이터(131)와 쉘(111) 사이의 유로 또는 스테이터(131)와 로터(132) 사이의 공극을 통과하여 메인 프레임(120)에 인접한 공간으로 흘러간다. 이때, 냉매는 스테이터(131) 및 로터(132)의 냉각을 수행할 수 있다.

이후, 압축실(P)로 흡입된 냉매는 압축실(P)의 이동 경로를 따라 중심 측으로 이동되면서 압축되고, 토출구(144)를 통해 제1 스크롤(140)과 리어 헤드(113) 사이에 형성된 토출공간(S2)으로 토출된다.

토출공간(S2)으로 토출된 냉매는 유분리공간으로 흘러 유분리기(190)를 통과하면서 오일 성분이 분리되고, 냉매는 배기구(115)를 통해 압축기 외부의 냉동 사이클 장치로 배출된다.

이상에서는 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)의 전반적인 구조 및 동작에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 각 실시예에 따라 배압공간(S3)이 제1 스크롤(140)의 내부에 형성되는 구체적인 구조 및 그 특징에 대해 설명한다.

스크롤 방식의 전동식 압축기의 구동 시, 고정 스크롤과 선회 스크롤은 서로 적절한 거리를 유지하며 맞물린 상태가 유지될 필요성이 있다. 구체적으로, 압축실의 밀폐가 유지되도록 두 스크롤이 서로 밀착되어야 한다. 다만, 각 구성요소들의 가공 오차를 고려하여, 두 스크롤의 상대적인 거리가 공차를 흡수할 수 있을 정도로 유동적이어야 한다. 아울러, 고정 및 선회 스크롤이 서로 지나치게 가압되어 맞물리는 경우 마찰 손실이 증가되고 기계 효율이 감소하게 되므로, 운전 부하에 따라 적절한 힘으로 서로 밀착되는 것이 요구된다.

이에 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)는, 고정 스크롤인 제1 스크롤(140)의 적어도 일부(고정랩(143))를 제2 스크롤(150)을 향하는 방향으로 가압하도록 이루어지는 배압실 구조를 갖는다.

도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도이다. 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기(100)의 제1 스크롤(140)은 서로 분리된 구성요소인 몸체부(140a) 및 랩부(140b)를 구비한다.

몸체부(140a)는 케이싱(101)에 고정되는 지지체 역할을 하고, 랩부(140b)는 선회랩(152)과 적절한 거리를 유지하도록 고정랩(143)을 이동시키는 역할을 한다. 몸체부(140a)는 케이싱(101)의 내면과 고정되도록 이루어지며, 구체적으로는 메인 프레임(120)과 리어 헤드(113)에 각각 지지되어 회전축(135)의 축방향으로 고정될 수 있다.

랩부(140b)는 몸체부(140a)와 이격됨으로써 배압공간(S3)을 형성한다. 즉, 배압공간(S3)은 몸체부(140a)와 랩부(140b)가 회전축(135)의 축방향으로 이격되는 공간에 형성될 수 있다. 배압공간(S3)은 압축실(P) 중에서도 냉매가 압축되어 토출되는 토출실과 연통될 수 있다.

이에 따라 앞서 설명한 제1 경판부(141)는, 몸체부(140a)에 구비되는 몸체 경판부분(141a)과, 랩부(140b)에 구비되는 랩 경판부분(141b)으로 나뉠 수 있다. 즉, 몸체부(140a)는 원판형으로 이루어지고 케이싱(101)의 내면에 지지되는 몸체 경판부분(141a)을 구비할 수 있고, 랩부(140b)는 원판형으로 이루어지고 몸체 경판부분(141a)과 이격되도록 위치되는 랩 경판부분(141b)을 구비할 수 있다. 서로 이격되는 몸체 경판부분(141a)과 랩 경판부분(141b) 사이에 형성되는 얇은 원판형의 공간에 배압공간(S3)이 형성될 수 있다.

아울러, 앞서 설명한 토출구(144)는, 배압공간(S3)과 압축실(P)을 서로 연통시키는 배압 홀(144b)과, 배압공간(S3)과 토출공간(S2)을 서로 연통시키는 토출 홀(144a)을 구비할 수 있다. 배압 홀(144b)은 랩 경판부분(141b)의 중심부를 회전축(135)의 축방향으로 관통하도록 형성될 수 있다. 또한, 토출 홀(144a)은 몸체 경판부분(141a)의 중심부를 회전축(135)의 축방향으로 관통하도록 형성될 수 있고, 도시된 것과 같이, 배압 홀(144b)과 토출 홀(144a)은 회전축(135)의 축방향으로 서로 나란하게 배치될 수 있고, 서로 동일한 직경을 갖도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 전동식 압축기(100)의 동작 시, 흡입실, 중간압실 및 토출실을 거쳐 압력이 상승된 냉매는 배압 홀(144b)을 통하여 토출되면서 배압공간(S3)을 채울 수 있다. 그리고 배압공간(S3)을 경유한 냉매는 토출 홀(144a)을 거쳐 토출공간(S2)으로 배출될 수 있다.

배압공간(S3)에 토출압의 냉매가 채워지면서, 제1 스크롤(140)의 랩부(140b)는 몸체부(140a)로부터 멀어지는 방향으로 가압될 수 있다. 랩부(140b)가 가압되어 압축실(P)의 밀폐 상태를 유지할 수 있고, 특히 제1 및 제2 스크롤(140, 150)의 축방향 공차를 흡수하여 적절한 간격을 유지할 수 있다. 또한, 배압공간(S3)의 압력은 압축실(P)의 압력에 대응되어 가변되므로, 배압공간(S3)은 압축실(P)의 압력에 대응되는 가압력을 제공할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 배압공간(S3) 구성은, 종래 선회 스크롤의 배면으로 냉매를 공급하여 배압실을 형성하는 것과 비교하여 그 구조가 간결한 이점이 있다. 구체적으로, 토출구(144)의 중간 지점(토출 홀(144a)과 배압 홀(144b) 사이)에 배압공간(S3)이 형성되므로, 추가적인 바이패스 유로가 스크롤 구조물을 관통하도록 형성되지 않아도 된다. 이에 따라 제작 비용이 절감되고, 스크롤 구성요소의 강도 저하가 최소화되어 신뢰성이 향상될 수 있다.

아울러, 종래 선회 스크롤의 배면에 배압공간(S3)이 형성되는 경우 토출압의 냉매를 바이패스 시키더라도 유로를 따라 압력 강하가 발생될 수 있다. 이와 달리, 본 발명은 토출압의 냉매가 곧바로 배압공간(S3)으로 수용되어 배압을 제공하므로 보다 고압의 냉매를 사용할 수 있다. 따라서, 배압공간(S3)의 체적이 보다 작게 구현될 수 있어, 경량화 및 사체적 감소가 이루어질 수 있고 압축 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)는 유로 구성뿐만 아니라, 종래의 배압공간(S3) 구성에 비해 씰링을 위한 구성도 간소화될 수 있는 이점이 있다. 이하에서 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예를 들어 제1 스크롤(140) 내부에 형성되는 배압공간(S3)을 밀폐하기 위한 씰링 구조에 대해 설명한다.

도 2에 도시된 것과 같이, 제1 스크롤(140)은 배압공간(S3)을 원주 방향으로 둘러싸도록 이루어지는 배압 링(145)을 더 구비할 수 있다. 배압 링(145)은 내측에 배압공간(S3)을 형성하도록 환형으로 이루어질 수 있고, 양 단부는 몸체부(140a)와 랩부(140b)에 각각 지지될 수 있다. 즉, 배압공간(S3)은 회전축(135)의 축방향으로는 각각 몸체부(140a) 및 랩부(140b)에 의해, 회전축(135)의 반경방향으로는 배압 링(145)에 의해 그 경계가 형성될 수 있다.

배압 링(145)은, 몸체부(140a) 및 랩부(140b) 중 어느 하나에는 고정되도록 위치되고, 다른 하나에 대해서는 회전축(135)의 축방향으로 상대 이동 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들면, 도시된 것과 같이 배압 링(145)이 몸체부(140a)에는 고정되고 랩부(140b)에는 유동적으로 삽입되도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 몸체부(140a) 및 랩부(140b) 중 적어도 어느 하나는, 몸체부(140a)와 랩부(140b)가 서로 마주보는 면(몸체 경판부분(141a) 및 랩 경판부분(141b)의 서로 마주보는 표면)에서 환형을 이루어 리세스되는 배압 홈(141b1))을 구비할 수 있다. 본 실시예에서는, 랩 경판부분(141b)의 표면에 배압 홈(141b1))이 형성되고, 배압 링(145)의 일 단부가 배압 홈(141b1))에 수용될 수 있다. 배압 링(145)은 배압 홈(141b1)) 내에 이동 가능하게 삽입될 수 있으며, 특히 회전축(135)의 축방향으로 이동 가능하게 수용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서와 같이 몸체 경판부분(141a)의 표면에도 배압 홈(141a1))은 형성될 수 있고, 다만 배압 링(145)의 타 단부가 배압 홈(141a1))에 고정되도록 수용될 수 있다.

아울러, 배압 링(145)은 몸체부(140a) 및 랩부(140b)와 비교할 때 탄성 변형량이 큰 재질로 형성될 수 있다. 배압 홈(141b1))과 배압 링(145) 사이로 배압공간(S3)의 냉매가 누설되지 않도록, 배압 링(145)이 탄성력에 의해 배압 홈(141b1))에 밀착될 수 있다.

또는, 본 실시예와 같이 배압 홈(141b1))의 내면과 배압 링(145) 사이에 밀폐 링(146)이 더 삽입될 수 있다. 이 경우에는 배압 링(145)은 배압공간(S3)을 구획하고 랩부(140b)가 회전축(135)의 축방향으로 이동되는 것을 가이드하는 역할을 할 수 있고, 밀폐 링(146)이 배압 링(145)과 배압 홈(141b1)) 사이에서 냉매의 누설을 방지하는 역할을 할 수 있다.

밀폐 링(146)은 배압 홈(141b1))의 내면(특히, 저면)과 배압 링(145)의 일 단부 사이에 개재되도록 위치될 수 있다. 밀폐 링(146)은 내주면 측에 형성되는 씰링 홈(146a)을 구비하여, 그 단면이 C자 형으로 이루어질 수 있다. 배압공간(S3)의 냉매가 토출압으로 형성되면 밀폐 링(146)의 씰링 홈(146a)에도 토출압의 냉매가 채워져, 밀폐 링(146)이 배압 링(145)과 배압 홈(141b1))에 각각 밀착되어 배압공간(S3)의 밀폐가 이루어질 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 압축기(100)의 제1 스크롤(140)을 보인 도면이다. 본 발명의 다른 실시예는 밀폐 링(246)이 배압 링(145)의 내주면 측에 위치되는 예를 보이고 있다.

구체적으로, 몸체부(140a) 및 랩부(140b) 중 적어도 어느 하나는, 배압 홈(141b1))의 내측에 인접하고 몸체부(140a) 및 랩부(140b)가 서로 마주보는 면에서 환형을 이루도록 리세스되는 밀폐 홈(241b2)을 더 구비할 수 있다. 그리고, 제1 스크롤(140)은 밀폐 홈(241b2)에 삽입되어 인접한 배압 링(145)의 내주면에 밀착되는 밀폐 링(246)을 더 구비할 수 있다.

앞선 실시예와 유사하게, 밀폐 링(246)은 배압공간(S3)과 인접하도록 노출되는 측면에서 리세스되는 씰링 홈(246a)을 구비할 수 있다. 배압공간(S3)의 고압의 냉매가 씰링 홈(246a)에 채워짐에 따라, 밀폐 링(146)은 배압 링(145)의 내주면에 강하게 밀착되어 밀폐 상태가 보장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예와 같이, 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)에서는 하나의 씰링 부재에 의해 배압공간(S3)이 밀폐될 수 있는 장점을 갖는다. 종래 선회 스크롤의 배면에 배압실이 형성되는 경우, 회전축이 관통되는 메인 베어링 측과 스러스트 면 측에 각각 환형의 밀폐 부재가 장착된다. 본 발명에 따라 배압공간(S3)이 제1 스크롤(140) 내부에 형성되면, 배압공간(S3)의 외주 측에만 밀폐 링(146)이 장착되어도 배압공간(S3)의 밀폐가 구현될 수 있다. 따라서, 배압공간(S3)과 관련된 구조가 더욱 간결하고 경제적으로 형성될 수 있는 효과가 있다.

다른 한편으로, 본 발명에 따라 제1 스크롤(140)이 서로 분리된 몸체부(140a)와 랩부(140b)로 이루어지는 경우, 랩부(140b)는 몸체부(140a)에 구속되어 회전이 억제되어야 할 필요성이 있다. 이에, 랩부(140b)와 몸체부(140a)에는 가이드 홈(141a3, 141b3)이 복수 개 형성되어 복수 개의 가이드 핀(147)을 수용할 수 있다.

도 2 및 3에 도시된 것과 같이, 몸체부(140a) 및 랩부(140b)는 서로 마주보는 면 상에서 서로 대응되는 위치에서 각각 리세스되도록 이루어지는 가이드 홈(141a3, 141b3)을 복수 개 구비할 수 있다. 복수 개의 가이드 홈(141a3, 141b3)은, 랩부(140b)에 작용되는 토크에 의해 랩부(140b)가 회전되는 것이 제한되도록, 서로 기설정된 거리 이격되거나 기설정된 패턴으로 배치될 수 있다.

제1 스크롤(140)은, 서로 대응되는 가이드 홈(141a3, 141b3)에 양 단부가 각각 삽입되는 복수 개의 가이드 핀(147)을 더 구비할 수 있다. 가이드 핀(147)은 원통형으로 이루어지고 회전축(135)의 축방향으로 연장될 수 있다. 회전축(135) 및 제2 스크롤(150)의 운동에 의해 랩부(140b)에 토크가 전달되어도, 랩부(140b)는 케이싱(101)에 고정된 몸체부(140a)에 가이드 핀(147)을 매개로 지지됨으로써, 몸체부(140a)에 대한 상대적 회전이 억제될 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동식 압축기(300)를 보인 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 영역 B의 확대도이다. 이하에서는 도 4 및 5를 참조하여, 앞선 실시예들의 배압 링(145)이 생략될 수 있는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다.

도시되 것과 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전동식 압축기(300)에서는, 몸체부(340a)는 측벽부분(342a)을 구비하고, 측벽부분(342a)과 랩부(340b)의 외주면 사이에 밀폐 링(346)이 삽입될 수 있다.

구체적으로, 몸체부(340a)의 측벽부분(342a)은 랩부(340b)의 외주면을 둘러싸도록 이루어지고 회전축(135)의 축방향으로 연장되도록 이루어질 수 있다. 예를 들면, 측벽부분(342a)은 앞서 설명한 제1 측벽부(142)를 지칭하는 부분일 수 있다.

밀폐 링(346)은 측벽부분(342a)과 랩부(340b)에 각각 밀착되도록 배치될 수 있다. 밀폐 링(346)은 측벽부분(342a)의 내주면과 랩부(340b)를 형성하는 랩 경판부분(341b)의 외주면에 각각 밀착되도록 형성될 수 있다.

밀폐 링(346)이 측벽부분(342a)의 내주면과 랩부(340b)의 외주면 사이에 개재됨으로써, 본 실시예의 제1 스크롤(140)에는 앞선 실시예들의 배압 링(145)이 장착되지 않아도 배압공간(S3)이 구획될 수 있다. 그리고, 밀폐 링(346)은 몸체부(340a)와 랩부(340b)를 회전축(135)의 반경방향으로 지지하므로, 몸체부(340a)와 랩부(340b)가 회전축(135)의 축방향으로 상대 위치가 변화되는 상황에서도 밀폐 기능을 안정적으로 수행할 수 있다. 아울러 앞선 실시예들과 마찬가지로, 환형의 밀폐 링(346)이 하나만 장착되어도 배압공간(S3)이 밀폐될 수 있다.

나아가, 본 실시예의 밀폐 링(346)은 배압공간(S3)의 압력 및 체적이 증가될수록 밀폐가 더욱 보장되는 구조로 형성될 수 있다. 도시된 것과 같이, 랩 경판부분(341b)의 외주면은 배압공간(S3)으로부터 멀어짐에 따라 측벽부분(342a)의 내주면으로부터 더 이격되도록 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 랩 경판부분(341b)의 외주면은 측벽부분(342a)의 내주면에 대해 기설정된 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

이와 함께 밀폐 링(346)은, 몸체부(340a)의 측벽부분(342a)의 내주면에 회전축(135)의 축방향으로 고정되도록 결합될 수 있다. 도시된 것과 같이, 제1 스크롤(140)은 측벽부분(342a)의 내주면에서 돌출되도록 고정되어 밀폐 링(346)을 지지하도록 이루어지는 링 지지부재(348)를 더 구비할 수 있다. 링 지지부재(348)에 의해 밀폐 링(346)은 회전축(135)의 축방향으로 이동되는 것이 제한될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에서 배압공간(S3)의 압력이 증가될 때 도 4에 도시된 영역 B의 모습을 보인 개념도이다. 도 5 및 6을 참조하면, 배압공간(S3)의 압력이 증가됨에 따라 랩부(340b)가 제2 스크롤(150) 측으로 이동되면, 밀폐 링(346)이 랩부(340b)와 몸체부(340a)에 더 강하게 밀착될 수 있다. 구체적으로, 밀폐 링(346)이 위치되는 지점에서 랩 경판부분(341b)의 외주면과 측벽부분(342a)의 내주면 사이의 거리가 더욱 가까워지고, 밀폐 링(346)의 가압력 및 밀폐 면적이 더욱 증가될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서 랩 경판부분(341b)과 몸체 경판부분(341a) 사이에는 가이드 홈(341a3, 341b3)이 형성되고 가이드 핀(147)이 장착되어 랩부(340b)의 회전이 억제될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 가이드 핀(347) 및 밀폐 링(346)이 구성요소로 추가되어 조립 편의성이 향상될 수 있고, 나아가 배압공간(S3)의 압력 증가에 대응되어 배압공간(S3)의 밀폐가 더욱 확실히 보장될 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전동식 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

S1: 흡입공간 S2: 토출공간
P: 압축실 100, 300: 전동식 압축기
101: 케이싱 103: 구동 유닛
104: 압축 유닛 111: 쉘
112: 프론트 헤드 113: 리어 헤드
114: 흡기구 115: 배기구
120: 메인 프레임 121: 몸체부
122: 축수부 123: 스러스트면
131: 스테이터 132: 로터
135: 회전축 140: 제1 스크롤
140a, 340a: 몸체부 140b, 340b: 랩부
141: 제1 경판부 141a: 몸체 경판부분
141a1, 141b1: 배압 홈 141a3, 341a3: 가이드 홈
141b, 341b: 랩 경판부분 141b3, 341b3: 가이드 홈
142: 제1 측벽부 143: 고정랩
144: 토출구 144a: 토출 홀
144b: 배압 홀 145: 배압 링
146, 246, 346: 밀폐 링 146a, 246a: 씰링 홈
147, 347: 가이드 핀 150: 제2 스크롤
151: 제2 경판부 152: 선회랩
161: 메인 베어링 162: 서브 베어링
163: 편심 베어링 180: 서브 프레임
190: 유분리기 241b2: 밀폐 홈
342a: 측벽부분 348: 링 지지부재
400: 인버터 모듈

Claims (9)

1. 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 수용되는 회전축;
   상기 회전축을 회전시키도록 이루어지는 구동 유닛; 및
   상기 케이싱에 지지되도록 이루어지는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동하여 체적이 변화되는 압축실을 형성하는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
   상기 제1 스크롤은,
   상기 케이싱의 내면과 고정되도록 이루어지는 몸체부;
   상기 제2 스크롤과 맞물리는 고정랩을 구비하고, 상기 몸체부와 이격되어 상기 압축실에서 토출되는 냉매를 수용하는 배압공간을 형성하는 랩부; 및
   상기 몸체부와 상기 랩부 사이에 구비되고, 내측에 상기 배압공간이 형성되는 배압 링;을 포함하고,
   상기 몸체부의 일측면에는 상기 배압 링의 일단이 삽입되는 배압 홈이 형성되며, 상기 몸체부를 마주보는 상기 랩부의 일측면에는 상기 배압 링의 타단이 삽입되는 배압 홈이 형성되는 것을 포함하는 전동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부는, 원판형으로 이루어지고 상기 케이싱의 내면에 지지되는 몸체 경판부분을 구비하고,
   상기 랩부는, 원판형으로 이루어지고 상기 몸체 경판부분과 이격되는 공간에 상기 배압공간을 형성하는 랩 경판부분을 더 구비하고,
   상기 랩 경판부분에는 상기 압축실과 상기 배압공간을 서로 연통시키는 배압 홀이 관통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부 및 랩부 중 적어도 어느 하나는, 서로 마주보는 면에서 환형으로 리세스되어 상기 배압 링을 수용하도록 이루어지는 배압 홈을 구비하고,
   상기 제1 스크롤은, 상기 배압 홈의 내면과 상기 배압 링 사이에 개재되도록 환형으로 연장되는 밀폐 링을 더 구비하는 전동식 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부 및 랩부 중 적어도 어느 하나는,
   상기 배압 홈의 내측에 인접하고 서로 마주보는 면에서 환형으로 리세스되도록 형성되는 밀폐 홈을 구비하고,
   상기 제1 스크롤은, 상기 밀폐 홈에 삽입되어 상기 배압 링에 밀착되도록 형성되는 밀폐 링을 더 구비하는 전동식 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부 및 랩부는, 서로 마주보는 면 상에서 서로 대응되는 복수의 위치에서 리세스되도록 이루어지는 가이드 홈을 각각 구비하고,
   상기 제1 스크롤은, 상기 가이드 홈에 양 단부가 각각 삽입되도록 연장되어 상기 몸체부 및 랩부 사이의 상대 회전을 제한하도록 이루어지는 복수 개의 가이드 핀을 더 구비하는 전동식 압축기.
7. 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 수용되는 회전축;
   상기 회전축을 회전시키도록 이루어지는 구동 유닛; 및
   상기 케이싱에 지지되도록 이루어지는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동하여 체적이 변화되는 압축실을 형성하는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
   상기 제1 스크롤은,
   상기 케이싱의 내면과 고정되도록 이루어지는 몸체부; 및
   상기 제2 스크롤과 맞물리는 고정랩을 구비하고, 상기 몸체부와 이격되어 상기 압축실에서 토출되는 냉매를 수용하는 배압공간을 형성하는 랩부; 및
   상기 몸체부의 내주면과 상기 랩부의 외주면 사이에 구비되어 상기 배압공간을 형성하는 밀폐 링;을 포함하며,
   상기 랩부의 외주면은 상기 배압공간으로부터 멀어짐에 따라 상기 몸체부의 내주면으로부터 더 이격되도록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1 스크롤은, 상기 몸체부의 내주면에서 돌출되도록 고정되어 상기 밀폐 링을 지지하는 링 지지부재를 더 구비하는 전동식 압축기.

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