KR102243682B1 - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 압축기는, 크랭크축과 프레임 사이에 복열 앵귤러 콘택트 볼베어링을 설치하고, 상기 크랭크축의 내부에는 상기 볼베어링을 향해 관통되는 오일유로를 형성하거나 또는 상기 볼베어링의 상단높이를 프레임의 상면높이보다 낮게 형성함으로써, 상기 크랭크축을 통해 흡상되는 오일이 상기 볼베어링으로 원활하게 공급될 수 있고 이를 통해 상기 볼베어링에서의 마찰손실을 크게 줄일 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 엥귤러 콘텍트 볼베어링(Angular Contact Ball Bearing)으로 크랭크축을 지지하는 압축기에 관한 것이다.

밀폐형 압축기는 케이싱의 내부에 동력을 발생하는 구동모터와 그 구동모터의 동력을 전달받아 작동하는 압축기구부가 함께 구비되는 압축기이다. 밀폐형 압축기는 압축성 유체인 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 로터리식, 베인식, 스크롤식 등으로 구분할 수 있다.

상기 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 상기 왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 진동형과 연결형으로 구분할 수 있다.

상기 진동형 왕복동식 압축기는 피스톤이 왕복동 모터의 무버(mover)에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이고, 상기 연결형 왕복동식 압축기는 구동모터의 크랭크축에 커넥팅 로드가 결합되고 커넥팅 로드에 피스톤이 결합되어 구동모터의 회전력이 피스톤의 직선운동으로 전환되는 방식이다. 본 발명은 연결형 왕복동식 압축기에 관한 것으로 이하에서는 연결형 왕복동식 압축기를 왕복동식 압축기라고 약칭한다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 저유부(11)를 가지는 케이싱(1)의 내부에 탄력 지지되는 프레임(2)과, 상기 프레임(2)의 일측에 지지되어 설치되고 회전력을 발생하는 구동모터(3)와, 상기 프레임(2)의 타측에 설치되고 상기 구동모터(3)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부(4)와, 상기 프레임(2)을 관통하여 그 일단은 상기 구동모터(3)에 결합되는 반면 그 타단은 상기 압축기구부(4)에 결합되는 크랭크축(5)으로 이루어져 있다.

상기 구동모터(3)는 상기 프레임(2)으로 지지되어 탄력 설치되는 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(22)로 이루어져 있다.

상기 압축기구부(4)는 압축공간을 이루며 상기 프레임(2)에 일체로 형성되거나 고정 결합되는 실린더(41)와, 상기 크랭크축(5)에 회전 가능하게 결합되어 상기 구동모터(3)의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 커넥팅 로드(42)와, 상기 커넥팅 로드(42)에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(41)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(43)과, 상기 실린더(41)의 선단에 결합되어 흡입밸브와 토출밸브가 구비되는 밸브조립체(44)와, 상기 밸브조립체(44)의 흡입측에 결합되는 흡입머플러(45)와, 상기 밸브조립체(44)의 토출측을 수용하도록 결합되는 토출커버(46)와, 상기 토출커버(46)에 연통되어 토출되는 냉매의 토출소음을 감쇄시키는 토출머플러(47)로 이루어져 있다.

상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(3)의 고정자(31)에 전원이 인가되면, 그 고정자(31)와 회전자(32)의 상호작용력에 의해 상기 회전자(32)가 크랭크축(5)과 함께 회전을 하고, 상기 크랭크축(5)에 결합된 상기 커넥팅 로드(42)가 선회운동을 하게 된다.

그러면, 상기 커넥팅 로드(42)에 결합된 상기 피스톤(43)이 실린더(41)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하여 상기 토출커버(46)로 토출하고, 이 토출커버(46)로 토출되는 냉매는 토출머플러(47)를 거쳐 압축기 외부로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 상기 크랭크축(5)이 회전을 하면서 그 크랭크축(5)의 하단에 설치된 오일피더(6)가 상기 케이싱(1)의 저유부(11)에 저장된 오일을 펌핑하고, 이 오일의 일부는 상기 크랭크축(5)의 오일유로(55)를 통해 흡상되면서 각 베어링면에 공급되는 한편 일부는 상기 크랭크축(5)의 상단에서 비산되어 상기 실린더(41)와 피스톤(43) 사이에 공급된다.

한편, 상기 프레임(2)의 중앙부위에는 구동모터(3)를 향해 연장되는 베어링부(21)가 형성되고, 상기 베어링부(21)에는 상기 크랭크축(5)이 관통되어 반경방향으로 지지되도록 축수구멍(22)이 관통 형성되어 있다. 상기 베어링부(21)는 회전자(32)와 크랭크축(3)에 의한 편심부하를 상쇄시킬 수 있는 정도의 베어링면적을 가지도록 소정의 길이만큼 하향 돌출되어 있다. 상기 회전자(32)의 상단에는 상기 베어링부(21)의 일부가 소정의 깊이만큼 삽입될 수 있도록 베어링 삽입홈(32a)이 형성되어 있다.

그리고 상기 크랭크축(5)의 상단부에는 편심질량부(52)가 형성되고, 상기 편심질량부(52)의 저면과 상기 프레임(2)의 상면 사이에는 상기 크랭크축(5)을 축방향으로 지지하는 스러스트 볼베어링(7)이 설치되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기에서는, 상기 크랭크축(5)의 오일유로(5a)를 통해 흡상되는 오일이 오일통공(5b)을 통해 상기 크랭크축(5)의 외주면에 구비된 오일그루브(5c)로 안내되어 상기 크랭크축(5)의 외주면과 상기 베어링부(21)의 내주면 사이를 윤활하는 것이었으나, 상기 오일유로(5a)를 통해 흡상되는 오일이 오일통공(5b)을 통해 오일그루브(5c)로 안내되더라도 상기 크랭크축(5)의 저속회전시에는 충분한 양의 오일이 오일그루브(5c)를 타고 베어링부(21)의 상단까지 상승하지 못하면서 상기 프레임(2)과 크랭크축(5) 사이의 베어링면에서 오일부족이 야기되는 문제점이 있었다.

또, 상기 크랭크축(5)의 오일유로(5a)를 타고 상단까지 흡상된 오일이 그 크랭크축(5)의 상단에서 비산되어 상기 실리더(41)와 피스톤(43) 등에 부딪힌 후 흘러내리는 오일이 상기 프레임(2)과 크랭크축(5) 사이로 원활하게 스며들어야 베어링면에서의 마찰손실을 줄일 수 있으나, 상기 크랭크축(5)의 상단에서 비산되는 오일이 원심력에 의해 멀리 퍼져나가거나 상기 프레임(2)과 크랭크축(5) 사이에 형성되는 오일장벽에 막혀 상기 프레임(2)과 크랭크축(5) 사이로 유입되는 양이 매우 적어 마찰손실이 가중되는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 오일유로를 통해 흡상되는 오일이 상기 크랭크축과 프레임 사이의 베어링면으로 원활하게 공급될 수 있도록 하는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 오일유로에서 비산되는 오일이 상기 크랭크축과 프레임 사이의 베어링면으로 원활하게 공급될 수 있도록 하는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 구비되고, 축구멍이 형성되는 프레임; 상기 프레임의 일측면에 결합되는 고정자; 상기 고정자에 회전 가능하게 삽입되는 회전자; 상기 프레임의 타측면에 구비되는 압축기구부; 상기 프레임의 축구멍을 관통하여 일단은 상기 회전자에 결합되고, 타단은 상기 압축기구부에 결합되며, 내부에 오일유로가 형성되는 크랭크축; 및 상기 프레임과 크랭크축 사이에 구비되어 상기 프레임에 대해 상기 크랭크축을 지지하는 베어링부재;를 포함하고, 상기 오일유로는, 상기 크랭크축의 적어도 일단을 관통하여 형성되는 제1 오일유로; 및 상기 제1 오일유로에서 연통되어 상기 베어링부재의 상단을 향해 관통되도록 형성되는 제2 오일유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다. 이로써, 상기 크랭크축의 오일유로를 통해 흡상되는 오일이 상기 베어링부재로 공급되는 오일량이 향상될 수 있다.

여기서, 상기 제2 오일유로는 그 일단이 상기 베어링부재의 반경방향 범위내에 위치하도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 크랭크축의 오일유로를 통해 흡상되는 오일이 상기 베어링부재로 직접 공급되어 급유성능이 향상될 수 있다.

그리고, 상기 제2 오일유로는 축방향에 대해 경사지게 형성되어 상기 제1 오일유로에 연통될 수 있다. 이로써, 오일이 원심력에 의해 제2 오일유로로 안내됨에 따라 저속에서도 베어링부재로의 급유량을 확보할 수 있다.

그리고, 상기 크랭크축은, 상기 베어링부재에 결합되어 지지되는 축부; 및 상기 축부에 대해 편심지게 형성되고 상기 압축기구부와 결합되는 편심부;를 포함하고, 상기 제1 오일유로는, 상기 축부에 형성되는 메인 오일유로; 및 상기 메인 오일유로에 연통되어 상기 편심부를 관통하는 서브 오일유로;로 이루어지며, 상기 제2 오일유로는 상기 서브 오일유로에 연통되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 서브 오일유로의 중간에는 상기 편심부의 외주면을 향해 관통되는 오일통공이 형성되고, 상기 제2 오일유로는 상기 서브 오일유로가 상기 메인 오일유로에 연통되는 지점과 상기 오일통공 사이에 형성될 수 있다. 이로써, 오일이 오일통공으로 빠지기 전에 베어링부재로 급유할 수 있어 베어링부재로의 급유량을 확보할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 구비되고, 축구멍이 형성되는 프레임; 상기 프레임의 일측면에 결합되는 고정자; 상기 고정자에 회전 가능하게 삽입되는 회전자; 상기 프레임의 타측면에 구비되는 압축기구부; 상기 프레임의 축구멍을 관통하여 일단은 상기 회전자에 결합되고, 타단은 상기 압축기구부에 결합되며, 내부에 오일유로가 형성되는 크랭크축; 및 상기 프레임과 크랭크축 사이에 구비되어 상기 프레임에 대해 상기 크랭크축의 반경방향 및 축방향을 지지하는 베어링부재;를 포함하고, 상기 베어링부재의 상단은 상기 프레임의 상면보다 낮거나 같게 설치되는 것을 특징으로 하는 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 프레임에는 상기 베어링부재가 삽입되도록 베어링 안착부가 형성되고, 상기 베어링 안착부의 모서리에 모따기면이 하향 경사지게 형성되거나 또는 상기 프레임의 상면에 상기 베어링 안착부를 향해 하향 구배면이 형성될 수 있다. 이로써, 오일이 상기 베어링부재로 신속하게 안내되어 급유량을 확보할 수 있다.

그리고, 상기 회전자에는 그 회전자의 축방향으로 관통되는 적어도 한 개 이상의 오일 회수구멍이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 크랭크축을 통해 흡상되었던 오일이 신속하게 회수되어 원활하게 재공급할 수 있다.

그리고, 상기 프레임에는 상기 베어링부재가 삽입되어 축방향으로 지지되도록 베어링 안착부가 형성되고, 상기 베어링 안착부의 저면에는 축방향으로 돌출되는 오일안내돌부가 형성되며, 상기 오일안내돌부의 내부반경(크랭크축의 축부의 회전 중심에서 오일안내돌부의 내면까지의 거리)이 크랭크축의 축부의 중심에서 상기 오일 회수구멍의 최외곽까지의 범위내에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 베어링부재는 상기 회전자의 외부에 위치하고, 상기 프레임과 크랭크축 사이의 간격은 상기 베어링부재의 베어링틈새보다 크거나 같게 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 압축기는, 상기 크랭크축과 프레임 사이에 복열 앵귤러 콘택트 볼베어링을 설치하고, 상기 크랭크축의 내부에는 상기 볼베어링을 향해 관통되는 오일유로를 형성하거나, 상기 볼베어링의 상단높이를 프레임의 상면높이보다 낮게 형성함으로써, 상기 크랭크축을 통해 흡상되는 오일이 상기 볼베어링으로 원활하게 공급되어 마찰손실을 크게 줄일 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 3은 도 2의 "A"부를 보인 확대도,
도 4는 도 2의 "B"부를 보인 확대도,
도 5는 도 2에 따른 압축기에서 베어링부재의 베어링틈새와 축구멍의 간격, 그리고 상기 고정자와 회전자 사이의 공극간격을 비교하여 보인 개략도,
도 6은 도 2에 따른 압축기에서 베어링 오일유로를 통해 오일이 베어링부재로 안내되는 상태를 보인 종단면도,
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 왕복동식 압축기에 대한 각각의 다른 실시예를 보인 종단면도.

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

도 2는 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 3은 도 2의 "A"부를 보인 확대도이며, 도 4는 도 2의 "B"부를 보인 확대도이고, 도 5는 도 2에 따른 압축기에서 베어링부재의 베어링틈새와 축구멍의 간격, 그리고 상기 고정자와 회전자 사이의 공극간격을 비교하여 보인 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(110)의 내부에 프레임(120)이 탄력적으로 지지되어 설치되고, 상기 프레임(120)의 일측에는 회전력을 발생하는 구동모터(130)가 상기 프레임(120)에 지지되어 설치되며, 상기 프레임(120)의 타측에는 상기 구동모터(130)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부(140)가 설치될 수 있다. 상기 구동모터(140)는 상기 프레임(120)을 기준으로 하측에, 상기 압축기부(140)는 상기 프레임(120)을 기준으로 상측에 각각 설치될 수 있으나, 경우에 따라서는 반대로 설치되거나 또는 좌우 방향으로 설치될 수도 있다. 그리고 상기 구동모터(130)와 압축기구부(140) 사이에는 상기 구동모터(130)의 회전력을 압축기구부(140)에 전달하는 크랭크축(150)이 결합되고, 상기 크랭크축(150)은 상기 프레임(120)을 관통하여 그 프레임(120)에 지지되는 베어링부재(160)에 의해 축방향 및 반경방향으로 지지될 수 있다.

상기 프레임(120)의 중앙부에는 상기 베어링부재(160)가 안착되도록 베어링 안착부(121)가 형성되고, 상기 베어링 안착부(121)의 바닥면 중앙에는 상기 크랭크축(150)이 관통하도록 축구멍(122)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 베어링 안착부(121)의 저면에는 상기 축구멍(122)을 통해 흘러내리는 오일이 후술할 회전자(132)의 오일 회수구멍(132b)으로 안내되도록 환형으로 된 오일안내돌부(123)가 형성될 수 있다.

도 3 및 도 4에서와 같이, 상기 베어링 안착부(121)는 바닥면(121a)과 측벽면(121b)을 가지는 원통 형상으로 형성되고, 상기 바닥면(121a)의 중앙에 상기 축구멍(122)이 형성되며, 상기 바닥면(121a)의 중간에는 단차져 후술할 베어링부재(160)의 외륜(162)이 안착되는 안착면(121c)이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 안착면(121c)과 바닥면(121a) 사이에는 높이차가 발생되어 상기 베어링부재(160)의 내륜(161)과 외륜(162) 사이로 유입되는 오일이 축구멍(122)으로 원활하게 안내될 수 있다.

상기 축구멍(122)은 그 내주면이 상기 크랭크축(150)의 외주면에 접촉하지 않도록 상기 축구멍(122)의 내경(D1)이 상기 크랭크축(150)의 외경(D2)보다 크게 형성될 수 있다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 상기 축구멍(122)의 내주면과 상기 크랭크축(150)의 외주면 사이의 제1 간격(t1) 및 상기 베어링부재(160)의 반경방향 베어링틈새(t2)는 각각 상기 베어링부재(160)의 베어링 중심(통상, 복열 엥귤러 콘택트 볼베어링의 경우 상측 볼을 중심으로 삼는다)(O)을 기준으로 상기 크랭크축(150)이 기울어질 때 그 기울어지는 각도에 의해 정의될 수 있다.

여기서, 상기 크랭크축(150)이 기울어져 축구멍(122)의 내주면에 접촉되는 크랭크축(150)의 외주면 한 점(이하, 제1 접촉점)(P1)을 상기 크랭크축(150)이 수직일 때 상기 베어링 중심과 잇는 선을 제1 가상선(L1)이라고 하고, 상기 크랭크축(150)이 기울어져 제1 접촉점(P1)이 상기 축구멍(122)의 내주면에 접촉할 때 베어링 중심(O)과 잇는 선을 제2 가상선(L2)이라고 하며, 상기 제1 가상선(L1)과 제2 가상선(L2) 사이의 각을 제1 기울어짐 각(α1)이라고 하면, 이 제1 기울어짐 각(α1)에 의해 발생되는 틈새를 상기 제1 간격(t1)이라고 한다. 그리고 상기 크랭크축(150)이 수직한 상태에서 상기 베어링부재(160)가 최대로 기울어질 수 있는 최대 틸팅각(또는, 제2 기울어짐 각)(α2)을 상기 베어링틈새(또는, 제2 간격)(t2)라고 한다.

또, 상기 제1 틈새(t1)는 후술할 고정자(131)와 회전자(132) 사이의 제3 간격(t3)보다는 작거나 같게 형성하는 것이 상기 고정자(131)와 회전자(132) 사이의 간섭을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다. 여기서도, 상기 크랭크축(150)이 기울어져 고정자(131)의 내주면에 접촉되는 회전자(132)의 하단 모서리 한 점(이하, 제2 접촉점)(P2)을 상기 크랭크축(150)이 수직일 때 상기 베어링 중심(O)과 잇는 선을 제3 가상선(L3)이라고 하고, 상기 크랭크축(150)이 기울어져 제2 접촉점(P2)이 상기 고정자(131)의 내주면에 접촉할 때 상기 베어링 중심(O)과 잇는 선을 제4 가상선(L4)이라고 하며, 상기 제3 가상선(L3)과 제4 가상선(L4) 사이의 각을 제3 기울어짐 각(α3)이라고 하면, 이 제3 기울어짐 각(α3)에 의해 발생되는 틈새를 상기 제3 간격(t3)이라고 한다.

상기 구동모터(130)는 고정자(131)와 회전자(132)로 이루어지고, 상기 고정자(131)는 프레임(120)에 고정되어 결합되며, 상기 회전자(132)는 상기 고정자(131)의 안쪽에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

도 4에서와 같이, 상기 회전자(132)의 중앙에는 상기 크랭크축(150)이 압입되어 결합될 수 있도록 축결합 구멍(132a)이 관통 형성될 수 있다. 상기 축결합 구멍(132a)은 상기 베어링부재(160)가 회전자의 축방향 범위(더 정확하게는, 회전자 적층체의 축방향 길이)(H1) 밖에 위치함에 따라 상기 회전자(132)에는 베어링부재(160)를 삽입할 공간이 필요 없게 되므로 상기 축결합 구멍(132a)의 내경(D3)은 축방향으로 동일하게 형성될 수 있다. 상기 회전자(132)의 축결합 구멍(132a)의 내경(D3)은 크랭크축(150)의 축부(151)의 외경(D2)과 동일하게 형성될 수 있다.

그리고 상기 회전자(132)의 축결합 구멍(132a) 주변에는 상기 프레임(120)의 축구멍(122)을 통과한 오일이 상기 회전자(132)를 통과하여 케이싱(110)의 저유부(111)로 모일 수 있도록 복수 개의 오일 회수구멍(132b)이 축방향으로 관통 형성될 수 있다.

상기 압축기구부(140)는 압축공간을 가지는 실린더(141)가 프레임(120)에 일체로 형성되거나 또는 별도로 제작되어 결합되고, 상기 프레임(120)을 관통하는 크랭크축(150)에는 상기 구동모터(130)의 회전운동을 왕복운동으로 전환시키는 커넥팅 로드(142)가 결합되며, 상기 커넥팅 로드(142)의 일단에는 상기 실린더(141)의 압축공간(V1)에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(143)이 결합되고, 상기 실린더(141)의 선단면에는 냉매의 흡토출을 제어하는 밸브조립체(144)가 결합되며, 상기 밸브조립체(144)의 흡입측에는 흡입냉매의 소음을 저감시키는 흡입머플러(145)가 결합되고, 상기 밸브조립체(144)의 토출측에는 토출공간(V2)을 형성하는 토출커버(146)가 결합되며, 상기 프레임(120)에는 토출냉매의 소음을 저감시키는 토출머플러(미도시)가 설치될 수 있다.

상기 크랭크축(150)은 후술할 회전자(132)가 결합되는 축부(151)가 축방향으로 길게 형성되고, 상기 축부(151)의 상단측에는 편심질량부(152)가 반경방향으로 확장되어 형성되며, 상기 편심질량부(152)의 상면에는 후술할 커넥팅 로드(142)와 회전 가능하게 결합되는 편심부(153)가 축방향으로 형성될 수 있다. 상기 크랭크축(150)에는 그 크랭크축(150)의 내부에 결합된 오일피더(154)에 의해 펌핑되는 오일유로(155)가 형성될 수 있다.

도 4에서와 같이, 상기 오일유로(155)는 상기 축부(151)의 하단에서 편심질량부(152)까지 관통 형성되는 메인 오일유로(155a)와, 상기 메인 오일유로(155a)의 상단부에서 상기 편심부(153)의 상면까지 관통 형성되는 서브 오일유로(155b)로 이루어질 수 있다. 상기 메인 오일유로(155a)와 서브 오일유로(155b)를 합쳐 제1 오일유로라고 정의될 수 있다. 상기 제1 오일유로는 입구단보다 출구단이 상측에 위 치하도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 메인 오일유로(155a)는 축방향으로, 상기 서브 오일유로(155b)는 경사지게 형성될 수 있다.

상기 메인 오일유로(155a)에 오일피더(156)가 삽입되어 결합되고, 상기 오일피더(156)의 외주면에는 상기 메인 오일유로(155a)의 내주면과의 사이로 오일이 흡상되도록 나선형 또는 다른 모양으로 오일 그루브가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 축부(151)의 외주면에는 베어링면이 형성되지 않음에 따라 상기 메인 오일유로(155a)에서 축부(151)의 외주면으로 오일을 바이패스하는 오일통공이 형성될 필요는 없다. 하지만, 상기 편심부(153)의 외주면은 상기 커넥팅 로드(142)의 내주면, 또는 그 커넥팅 로드(142)에 결합된 슬리브(미도시)와 베어링면을 이루므로 상기 서브 오일유로(151b)에서 편심부(153)의 외주면으로 오일통공(153a)이 형성될 수 있다.

상기 베어링부재(160)는 내륜(161)과 외륜(162) 사이에 원주방향을 따라 복수 개의 볼(163a)(163b)이 구비되는 앵귤러 콘택트 볼베어링(angular contact ball bearing)이 적용될 수 있다. 상기 앵큘러 콘택트 볼베어링은 볼이 단열로 이루어질 수도 있지만, 축방향 분력을 고려하여 볼이 축방향을 따라 복열로 배치되는 형태를 적용하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 베어링부재(160)의 내륜(161)은 상기 크랭크축(150)의 외주면에 압입하여 고정할 수도 있지만, 상기 크랭크축(150)은 그 상단에 편심질량부(152)가 형성됨에 따라 내륜(161)을 지지하기 위한 단턱부를 형성하기가 어려울 수 있으므로 상기 크랭크축(150)에 내륜(161)을 삽입한 후 용접하여 고정할 수 있다. 그리고 상기 베어링부재(160)의 외륜(162)은 상기 프레임(120)의 베어링 안착부(121)에 축방향에 지지되도록 압입하여 고정할 수 있다. 상기 베어링부재(160)의 높이(더 정확하게는, 외륜의 높이)(H2)는 상기 베어링 안착부(121)의 깊이(H4)보다 높게 형성될 수 있다

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(130)의 고정자(131)에 전원이 인가되면, 그 고정자(131)와 회전자(132)의 상호작용력에 의해 상기 회전자(132)가 크랭크축(150)과 함께 회전을 하고, 상기 크랭크축(150)의 편심부(153)에 결합된 상기 커넥팅 로드(142)가 선회운동을 하며, 상기 커넥팅 로드(142)에 결합된 상기 피스톤(143)이 실린더(141)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하여 상기 토출커버(146)로 토출하고, 이 토출커버(146)로 토출되는 냉매는 토출머플러(미도시)를 거쳐 압축기 외부로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 상기 크랭크축(150)이 회전을 하면서 그 크랭크축(150)의 하단에 설치된 오일피더(154)가 상기 케이싱(110)의 저유부(111)에 저장된 오일을 펌핑하고, 이 오일의 일부는 상기 크랭크축(150)의 오일유로(155)를 통해 흡상되면서 각 베어링면에 공급되는 한편 일부는 상기 크랭크축(150)의 오일유로(155) 상단에서 비산되어 상기 실린더(141)와 피스톤(143) 사이에 공급된다.

여기서, 상기 크랭크축(150)이 회전자(132)와 함께 회전을 하게 되면, 상기 회전자(132)와 크랭크축(150)을 포함한 회전체의 무게중심을 중심으로 양측에서 서로 반대방향의 부하가 발생되고, 이 부하에 의해 상기 크랭크축(150)은 기울어져 회전하려는 경향을 띄게 된다. 따라서, 상기 프레임(120)과 크랭크축(150) 사이에는 반경방향 베어링을 설치하여 상기 크랭크축(150)이 기울어지는 것을 억제하게 된다.

하지만, 상기 프레임(120)과 크랭크축(150) 사이에 베어링을 설치하게 되면 그 베어링과 크랭크축(150) 사이에는 접촉면적이 발생하므로 여전히 마찰손실이 생기게 된다. 따라서 상기 베어링과 크랭크축(150) 사이의 접촉면적을 최소화하면서도 상기 크랭크축(150)이 기울어지지 않도록 적절한 지지력을 확보할 수 있는 베어링이 요구될 수 있다.

본 실시예에서는 도 2 내지 도 4에서와 같이, 상기 프레임(120)과 크랭크축(150)의 사이에 복열식 앵귤러 콘택트 볼베어링이 적용될 수 있다. 상기 복열식 앵귤러 콘택트 볼베어링은 내륜(161)과 외륜(162) 사이에 복수 개의 볼(163a)(163b)이 복열로 구비되어 반경방향 하중은 물론 축방향 하중을 지지하는 볼 베어링이다. 이로써, 상기 크랭크축(150)의 회전시 상기 베어링부재(160)가 점접촉을 하게 될 뿐만 아니라, 상기 베어링부재(160)의 축방향 길이(H2)가 짧아져 상기 크랭크축(150)과 베어링부재(160) 사이의 접촉면적이 감소되면서 마찰손실을 줄일 수 있다.

또, 상기 프레임(120)의 베어링 안착부(121)는 그 하단이 상기 회전자(132)의 상면과 중첩되지 않도록 상기 회전자(132)의 상면보다 높거나 적어도 같게 형성될 수 있다. 이로써, 상기 베어링 안착부(121)에 안착되는 베어링부재(160)와 상기 회전자(132)가 중첩되지 않음에 따라, 상기 크랭크축(150)이 압입되는 회전자(132)의 압입길이(H3)를 적어도 회전자의 축방향 길이(H1)와 동일하거나 거의 동일하게 확보할 수 있다. 이를 통해 상기 회전자(132)를 안정적으로 지지하게 되면서 상기 회전자(132)가 틸팅되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 압축기의 저속운전을 고려하여 상기 크랭크축(150)의 내부에 형성되는 오일유로(155)의 내경을 확대할 경우, 상기 크랭크축(150)의 최소 강도를 확보하기 위해 크랭크축(150)의 외경도 증가되어야 하는데 이는 마찰손실의 가중을 초래할 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이 상기 베어링부재(160)가 앵귤러 콘택트 볼베어링으로 이루어진 경우에는 상기 크랭크축(150)의 외주면이 베어링면을 형성하지 않음에 따라 상기 크랭크축(150)의 외경이 확대되더라도 마찰손실이 크게 증가되지 않는다. 따라서, 상기 크랭크축(150)의 외경이 증대되더라도 마찰손실이 크게 증가하지 않으므로 저속운전을 고려하여 오일유로(155)를 충분히 크게 확대할 수 있다.

한편, 본 실시예에서와 같이, 상기 프레임(120)과 크랭크축(150) 사이에 앵큘러 콘택트 볼베어링으로 된 베어링부재(160)가 설치되는 경우에는 상기 크랭크축(150)의 외주면에는 내륜(161)이 밀착됨에 따라 상기 크랭크축(150)에 오일통공을 형성하기가 곤란할 수 있다. 이에 따라 상기 크랭크축(150)의 오일유로(155)에서 비산되는 오일이 상기 베어링부재(160)의 내륜(161)과 외륜(162) 사이로 원활하게 흘러들어야 상기 베어링부재에서의 마찰손실을 줄일 수 있다. 하지만, 상기 크랭크축(150)의 오일유로(155)에서 비산되는 오일이 원심력에 의해 멀리 비산되어 베어링부재(160)로 원활하게 공급되지 않거나 또는 비산되는 오일이 상기 실린더(141)나 피스톤(143)에 부딪치더라도 상기 베어링부재(160)의 외륜(162)의 상단이 프레임(120)의 상면보다 소정의 높이(△h)만큼 높게 형성됨에 따라 일종의 오일장벽을 형성하면서 오일이 상기 외륜(162)과 내륜(161) 사이로 유입되는 것을 방해할 수 있다.

이를 감안하여, 본 실시예에서는 도 5 및 도 6에서와 같이, 상기 크랭크축(150)의 메인 오일유로(155a)와 연통된 서브 오일유로(155b)의 중간에서 상기 베어링부재(160)로 향하는 베어링 오일유로(155c)를 형성하여 상기 서브 오일유로(155b)로 흡상되는 오일의 일부가 상기 베어링 오일유로(155c)를 통해 상기 베어링부재(160)로 직접 공급되도록 함으로써 상기 베어링부재(160)로 오일이 원활하게 공급되도록 할 수 있다.

여기서, 상기 베어링 오일유로(155c)는 제2 오일유로라고 정의될 수 있다. 상기 제2 오일유로는 제1 오일유로와 달리 그 입구단보다 출구단이 하측에 위치하도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 베어링 오일유로(155c)의 입구단은 상기 편심부(153)의 오일통공(153a)보다 하측, 즉 상기 메인 오일유로(155a)에 서브 오일유로(155b)가 연통되는 지점에서 상기 오일통공(153a)의 사이에서 연통되도록 형성되고, 상기 베어링 오일유로(155c)의 출구단은 상기 베어링부재(160)의 반경방향 범위(R)내에 위치하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 베어링 오일유로(155c)를 통해 상기 베어링부재(160)쪽으로 유입되는 오일이 곧바로 베어링부재(160)로 유입되어 상기 베어링부재(160)의 윤활에 유리할 수 있다.

상기 베어링 오일유로(155c)의 입구단은 상기 편심부(153)의 오일통공(153a)보다 후류측에 형성될 수도 있지만, 이 경우 상기 서브 오일유로(155b)를 통해 흐르는 오일이 상기 베어링 오일유로(155c)로 유입되기 전에 상기 오일통공(153a)을 통해 편심부(153)의 외주면으로 다량 유출될 수 있으므로 상기 베어링 오일유로(155c)로 오일이 원활하게 유입되도록 하기 위해서는 상기 베어링 오일유로(155c)의 입구단이 상기 편심부의 오일통공(153a)보다 상류측, 즉 상기 오일통공(153a) 보다 하측에 위치하는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 도 6에서와 같이, 상기 베어링 오일유로(155c)는 축방향으로 수직하게 형성될 수도 있지만, 상기 서브 오일유로(155b)를 통해 흡상되는 오일이 원심력에 의해 상기 베어링 오일유로(155b)로 보다 원활하게 유입될 수 있도록 하기 위해서는 상기 베어링 오일유로가 크랭크축의 회전중심에 대해 소정의 각도(β)만큼 경사지게 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이로써, 상기 베어링 오일유로(155c)의 출구단이 상기 크랭크축(150)의 회전중심으로부터 멀리 위치하게 됨에 따라 상기 크랭크축(150)이 회전을 할 때 발생되는 원심력에 의해 오일이 원활하게 배출되면서 상기 서브 오일유로(155b)에서 베어링 오일유로(155c)로 원활하게 유입될 수 있다.

한편, 도 6에서와 같이, 상기 베어링 오일유로(155c)의 단면적이 상기 서브 오일유로(155b)의 단면적보다 작거나 같게 형성되는 것이 상기 실린더(141)와 피스톤(143) 사이로 공급되는 급유량을 적절하게 확보할 수 있어 바람직할 수 있다. 즉, 상기 베어링 오일유로(155c)의 단면적이 상기 서브 오일유로(155b)의 단면적보다 큰 경우에는 상기 베어링 오일유로(155c)로 과도한 양의 오일이 유출되어 상기 편심부(153)의 상단에서 비산되는 오일량이 감소되고 이로 인해 상기 실린더(141)와 피스톤(143) 사이로 비산되는 오일량이 감소되어 실린더(141)와 피스톤(143)에서 마찰손실이 증가될 수 있다. 따라서, 상기 베어링 오일유로(155c)의 단면적은 상기 서브 오일유로(155b)의 단면적보다 작거나 같게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기에서 오일이 베어링면으로 공급되는 과정은 다음과 같다.

즉, 상기 크랭크축(150)이 회전을 하게 되면, 그 크랭크축(150)의 하단에 설치된 오일피더(154)가 상기 케이싱(110)의 저유부(111)에 저장된 오일을 펌핑하고, 이 오일의 일부는 상기 크랭크축(150)의 오일유로(155)를 통해 흡상되면서 각 베어링면에 공급되는 한편 일부는 상기 크랭크축(150)의 상단에서 비산되어 상기 실린더(141)와 피스톤(143) 사이에 공급된다.

그리고 상기 서브 오일유로(155b)를 통해 흡상되는 오일의 일부는 상기 편심부(153)의 오일통공(153a)을 통해 그 편심부(153)와 커넥팅 로드(또는, 슬리브)(142)의 사이로 공급되어 상기 편심부(153)와 커넥팅 로드(142) 사이를 윤활하는 동시에, 나머지 오일은 상기 베어링 오일유로(155c)를 통해 상기 베어링부재(160)쪽으로 공급된다.

이때, 상기 베어링 오일유로(155c)의 출구단이 상기 베어링부재(160)의 내륜(161)과 외륜(162) 사이에 위치하도록 형성됨에 따라, 상기 베어링부재(160)쪽으로 공급되는 오일은 그 베어링부재(160)의 내륜(161)와 외륜(162) 사이의 공간으로 흘러들어 볼(163a)(163b)과 내륜(161) 및 외륜(162) 사이를 윤활한 후에, 상기 프레임(120)의 축구멍(122)을 통해 상기 회전자(132)의 상면으로 흘러내리게 된다. 그리고 상기 회전자(132)의 상면으로 흘러내린 오일은 그 회전자(132)에 구비된 복수 개의 오일 회수구멍(132b)을 통해 회전자(132)를 통과한 후 상기 케이싱(110)의 저유부(111)로 회수된다.

이로써, 상기 프레임과 크랭크축 사이에 앵큘러 콘택트 볼베어링으로 된 베어링부재를 설치하는 경우 상기 크랭크축의 외주면에는 내륜이, 상기 프레임의 내주면에는 외륜이 각각 밀착되어 설치됨에 따라 상기 크랭크축에서 비산되는 오일이 상기 내륜과 외륜 사이로 유입되지 않을 수 있지만, 본 실시예와 같이 상기 크랭크축의 메인 오일유로와 연통된 서브 오일유로의 중간에서 상기 베어링부재로 향하는 베어링 오일유로를 형성하는 경우에는 상기 서브 오일유로로 흡상되는 오일의 일부가 상기 베어링 오일유로를 통해 상기 베어링부재로 직접 공급됨에 따라 상기 베어링부재로 오일이 원활하게 공급될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기에서 오일을 베어링부재로 안내하기 위한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 크랭크축에 베어링 오일유로를 형성하여 상기 오일유로를 통해 흡상되는 오일의 일부가 베어링부재로 직접 안내되도록 하는 것이나, 본 실시예에서는 상기 베어링부재의 높이를 낮춰 상기 크랭크축에서 비산되는 오일의 일부가 상기 프레임의 상면을 따라 흘러 상기 베어링부재로 유입되도록 하는 것이다.

이를 위해, 도 7에서와 같이 상기 베어링부재(160)의 상단이 상기 프레임(120)의 상면보다 소정의 높이차(△H)만큼 낮거나 같게 형성될 수 있다. 그리고 상기 베어링부재(160)가 안착되는 베어링안착부(121)의 내주면 상단 모서리에는 오일 안내를 위해 하향 경사지게 모따기면(124)을 형성함으로써 상기 프레임(120)의 상면으로 고이는 오일이 상기 베어링부재(160)로 원활하게 유입되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 경우에도 상기 크랭크축(150)의 오일유로(155)에서 비산되는 오일이 상기 프레임(120)의 상면으로 흘러내리고, 이 오일은 상기 프레임(120)의 상면을 따라 흐르다가 상기 베어링 안착부(121)의 주변으로 흐르게 된다. 이때, 상기 베어링 안착부(121)에 안착된 베어링부재(160)의 내륜(161)과 외륜(162), 특히 외륜의 높이(h1)가 상기 베어링 안착부의 깊이(H4)보다 낮거나 같게 형성됨에 따라 상기 프레임(120)의 상면을 따라 흐르던 오일이 상기 베어링부재(160)의 외륜(162)을 타고 넘어 그 외륜(162)과 내륜(161) 사이로 유입될 수 있다.

그리고 상기 베어링부재(160)의 내륜(161)과 외륜(162) 사이를 윤활한 오일은 상기 축구멍(122)을 따라 흘러내려 상기 회전자(132)의 상면에 고이고, 이 오일은 다시 상기 회전자(132)에 구비된 오일 회수구멍(132b)을 타고 케이싱(110)의 저유부(111)로 회수될 수 있다.

이 경우에도 상기 크랭크축(150)의 오일유로(155)를 통해 흡상되어 비산되는 오일이 상기 베어링부재(160)로 원활하게 유입됨에 따라 상기 베어링부재(160)에서의 마찰손실을 효과적으로 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 전술한 실시예에 비해 상기 크랭크축(150)의 오일유로 구조를 단순화하여 생산비용을 절감할 수 있다.

한편, 도 8과 같이 베어링부재(160)의 높이(H2)보다 베어링 안착부(121)의 깊이(H4)를 더 크게 형성하는 경우, 상기 베어링 안착부(121)의 주변, 즉 상기 프레임(120)의 상면에 상기 베어링 안착부(121)쪽으로 소정의 각도(δ)만큼 깊어지는 구배면(126)을 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 프레임(120)의 상면으로 고이는 오일이 상기 구배면(126)을 따라 신속하게 베어링 안착부(121)로 이동하여 베어링부재의 마찰손실을 줄일 수 있다.

110 : 케이싱 120 : 프레임
122 : 축구멍 124 : 모따기면
125 : 보스부 126 : 구배면
130 : 구동모터 131 : 고정자
132 : 회전자 140 : 압축부
150 : 크랭크축 151 : 축부
152 : 편심질량부 153 : 편심부
155 : 오일유로 155a : 메인 오일유로
155b : 서브 오일유로 155c : 베어링 오일유로
160 : 베어링부재 161 : 내륜
162 : 외륜 163a,163b : 볼
H2 : 베어링부재의 높이 H4 : 베어링 안착부의 깊이

Claims (10)

1. 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 구비되고, 축구멍이 형성되는 프레임;
   상기 프레임의 일측면에 결합되는 고정자;
   상기 고정자에 회전 가능하게 삽입되는 회전자;
   상기 프레임의 타측면에 구비되는 압축기구부;
   상기 프레임의 축구멍을 관통하여 일단은 상기 회전자에 결합되고, 타단은 상기 압축기구부에 결합되며, 내부에 오일유로가 형성되는 크랭크축; 및
   상기 프레임과 크랭크축 사이에 구비되어 상기 프레임에 대해 상기 크랭크축을 지지하는 베어링부재;를 포함하고,
   상기 오일유로는,
   상기 크랭크축의 적어도 일단을 관통하여 형성되는 제1 오일유로; 및
   상기 제1 오일유로에서 연통되어 상기 베어링부재의 상단을 향해 관통되도록 형성되는 제2 오일유로;를 포함하고,
   상기 크랭크축은,
   상기 베어링부재에 결합되어 지지되는 축부; 및
   상기 축부에 대해 편심지게 형성되고 상기 압축기구부와 결합되는 편심부;를 포함하며, 상기 제1 오일유로는,
   상기 축부에 형성되는 메인 오일유로; 및
   상기 메인 오일유로에 연통되어 상기 편심부를 관통하는 서브 오일유로;로 이루어지며,
   상기 제2 오일유로는 상기 서브 오일유로에 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 오일유로는 그 일단이 상기 베어링부재의 반경방향 범위내에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 오일유로는 축방향에 대해 경사지게 형성되어 상기 제1 오일유로에 연통되는 것을 특징으로 하는 압축기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 서브 오일유로의 중간에는 상기 편심부의 외주면을 향해 관통되는 오일통공이 형성되고,
   상기 제2 오일유로는 상기 서브 오일유로가 상기 메인 오일유로에 연통되는 지점과 상기 오일통공 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
6. 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 구비되고, 축구멍이 형성되는 프레임;
   상기 프레임의 일측면에 결합되는 고정자;
   상기 고정자에 회전 가능하게 삽입되는 회전자;
   상기 프레임의 타측면에 구비되는 압축기구부;
   상기 프레임의 축구멍을 관통하여 일단은 상기 회전자에 결합되고, 타단은 상기 압축기구부에 결합되며, 내부에 오일유로가 형성되는 크랭크축; 및
   상기 프레임과 크랭크축 사이에 구비되어 상기 프레임에 대해 상기 크랭크축의 반경방향 및 축방향을 지지하는 베어링부재;를 포함하고,
   상기 베어링부재의 상단은 상기 프레임의 상면보다 낮거나 같게 설치되며,
   상기 베어링부재는 상기 회전자의 외부에 위치하고, 상기 프레임과 크랭크축 사이의 간격은 상기 베어링부재의 베어링틈새보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 프레임에는 상기 베어링부재가 삽입되도록 베어링 안착부가 형성되고, 상기 베어링 안착부의 모서리에 모따기면이 하향 경사지게 형성되거나 또는 상기 프레임의 상면에 상기 베어링 안착부를 향해 하향 구배면이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
8. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전자에는 그 회전자의 축방향으로 관통되는 적어도 한 개 이상의 오일 회수구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
9. 삭제
10. 제1항 내지 제3항, 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링부재는 상기 회전자의 외부에 위치하고, 상기 프레임과 크랭크축 사이의 간격은 상기 베어링부재의 베어링틈새보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 압축기.

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