KR102359429B1 - 자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체, 이를 갖는 에어컨 컴프레서, 그리고 이들의 제조 방법 - Google Patents

자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체, 이를 갖는 에어컨 컴프레서, 그리고 이들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

플라스틱 복합체가 개시된다. 상기 플라스틱 복합체는, 복합체 전체 기준으로, 자성체 합금 분말의 함량이 20 부피% 이상인 것을 특징으로한다.
본 발명에 따르면, 클러치가 약 0.4kg 경량화되고, 풀리가 약 0.4kg 경량화됨으로써 전체적으로 약 0.8kg의 경량화가 가능하다.

Description

자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체, 이를 갖는 에어컨 컴프레서, 그리고 이들의 제조 방법{Complex body containing magnetic substance alloy powder, Air-conditioner compressor having the same, Method for manufacturing them}
본 발명은 에어컨 컴프레서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자성체 합금 분말을 함유한 플라스틱 복합체의 알루미늄 풀리 및 스틸 클러치를 도입한 에어컨 컴프레서에 대한 것이다.
일반적인 클러치리스 타입 가변식 컴프레서의 경우, 엔진 벨트와 연결된 풀리에서 전달되는 회전력에 의해 스와시 플레이트, 허브, 로터로 구성된 컴프레서의 회전체가 상시 구동되는 방식으로 에어컨을 틀지 않더라도 동력이 계속 소모되는 문제점이 있었다. 따라서, 에어컨 컴프레서의 구동 효율을 높이기 위해 클러치가 추가된 클러치 타입 가변식 컴프레서가 사용되고 있다.
클러치 타입 가변식 컴프레서의 경우, 스틸 풀리, 스틸 클러치, 스틸 풀리의 하단면에 구성되는 마찰재, 전자석 유도 코일 등으로 구성된다. 즉, 스틸 풀리와 회전체 사이에 스틸 클러치를 추가한 것이다. 따라서, 에어컨이 작동되지 않을 때는 풀리에서 회전체로 전달되는 동력을 끊어 회전체가 돌면서 낭비되는 불필요한 동력 소모를 없앰으로서 효율을 높인 것이다.
하지만, 이러한 클러치 타입 가변식 컴프레서의 경우, 전자석 유도 코일에 의해 유도된 자기장에 의해 스틸 클러치가 작동되는 방식이다. 따라서, 전자석 유도 코일 및 스틸 클러치 추가로 인한 중량 및/또는 원가 상승 문제가 있다. 또한, 스틸 풀리 역시 자성을 띄어야 하기 때문에 스틸재를 알루미늄으로 경량화하는 방안도 적용할 수가 없었다는 문제점이 있다.
1.한국공개특허번호 제10-2017-0070386호 2.일본공개특허번호 제2002-078251호 3.일본공개특허번호 제2008-17227호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 스틸재를 알루미늄으로 경량화하는 방안을 적용할 수 있는 자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체 및 이를 갖는 에어컨 컴프레서를 제공하는데 그 목적 있다.
또한, 본 발명은 전자석 유도 코일 및 클러치가 추가되더라도 중량 및/또는 원가 상승 문제를 해소할 수 있는 자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체 및 이를 갖는 에어컨 컴프레서를 제공하는데 다른 목적 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 스틸재를 알루미늄으로 경량화하는 방안을 적용할 수 있는 자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체를 제공한다.
상기 자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체는, 플라스틱 복합체의 부피 기준으로, 자성체 합금 분말의 함량이 20 부피% 이상인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 자성체 합금 분말은, 철, 코발트, 니켈 및 이들의 합금 중 하나인 페라이트 자성체 분말인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 자성체 합금 분말은 희토류계 자성체 합금 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 희토류계 자성체 합금 분말의 함량은 10 부피%인 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 페라이트 자성체 분말의 함량은 10 내지 11 부피%인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 희토류계 자성체 합금 분말은 희토류-코발트 자성체 분말인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술된 플라스틱 복합체가 내측에 배치되는 플라스틱 복합체 풀리; 및 상기 플라스틱 복합체 풀리의 하단면과 접촉되는 접촉 부위에 상기 플라스틱 복합체가 배치되는 플라스틱 복합체 클러치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서를 제공한다.
또한, 상기 플라스틱 복합체 풀리의 일측에 배치되는 플라스틱 복합체 중 전자석 유도 코일과 인접한 표면 부위들 중 다른 부위보다 가장 얇은 부위는 최소 3mm이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 복합체는 스틸재 내부에 가공 형성된 역구배 형상에 대응하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 역구배 형상은, 위단이 하단보다 길이가 큰 "I" 자 형상, 하단으로 갈수록 넓어 지는 "T"자 형상, 하단이 육각형인 "T"자 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 자성체 합금 분말을 준비하는 준비 단계; 플라스틱 액상에 상기 자성체 합금 분말을 혼합하여 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계; 및 상기 혼합물을 금형에 주입하여 사출하여 플라스틱 복합체를 생성하는 플라스틱 복합체 생성 단계;를 포함하는 플라스틱 복합체 제조 방법을 제공할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 위에서 기술되는 플라스틱 복합체를 에어컨 컴프레서의 풀리에 적용하여 플라스틱 복합체 복합 구조체 풀리를 생성하는 단계; 및 상기 플라스틱 복합체를 에어컨 컴프레서의 클러치에 적용하여 플라스틱 복합체 클러치를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법을 제공할 수 있다.
이때, 상기 플라스틱 복합체 풀리는 알루미늄재에 상기 플라스틱 복합체가 사출로 적층되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 복합체 클러치는 스틸재의 일자 평면 표면에 상기 플라스틱 복합체가 사출로 적층되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 플라스틱 복합체 클러치는 표면적 향상을 통한 접합력을 강화하기 위해 스틸재의 딤플 형상 표면에 상기 플라스틱 복합체가 사출로 적층되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 딤플 형상 표면은 스틸볼 또는 세라믹 볼의 고속 분사에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 클러치가 약 0.4kg 경량화되고, 풀리가 약 0.4kg 경량화됨으로써 전체적으로 약 0.8kg의 경량화가 가능하다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 클러치 구동시, 금속 경계면에서의 충격 소음(즉, 딱 소음) 개선하고 슬립을 방지할 수 있다는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 클러치 축소, 알루미늄 풀리, 마찰재 삭제 등으로 원가를 절감할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에어컨 컴프레서를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라스틱 복합체의 단면을 보여주는 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 에어컨 컴프레서의 구동전 상태이다.
도 4는 도 1에 도시된 에어컨 컴프레서의 구동후 상태이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 스틸-플라스틱 복합체 구조의 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 스틸-플라스틱 복합체 구조의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 순서도이다.
이하, 본 발명에 관련된 자성체 합금 분말 함유 플라스틱 복합체 및 이를 갖는 에어컨 컴프레서에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에어컨 컴프레서(100)를 보여주는 개념도이다. 도 1을 참조하면, 에어컨 컴프레서(100)는 제 1 어셈블리(100-1) 및 제 2 어셈블리(100-2)로 구성된다. 제 1 어셈블리(100-1)는 플라스틱 복합체(111-1)가 내측에 배치되는 제 1 플라스틱 복합체 풀리(110-1), 제 1 플라스틱 복합체 풀리(110-1)의 안쪽 공간에 배치되는 제 1 전자석 유도 코일(121-1)을 갖는 제 1 코어(120-1), 및 제 1 플라스틱 복합체 풀리(110-1)의 하단면과 접촉되는 접촉 부위에 플라스틱 복합체(131-1)가 배치되는 플라스틱 복합체 클러치(130-1) 등을 포함하여 구성된다.
이와 동일하게, 제 2 어셈블리(100-2)는 플라스틱 복합체(111-2)가 내측에 배치되는 제 2 플라스틱 복합체 풀리(110-2), 제 2 플라스틱 복합체 풀리(110-2)의 안쪽 공간에 배치되는 제 2 전자석 유도 코일(121-2)을 갖는 제 2 코어(120-2), 및 제 2 플라스틱 복합체 풀리(110-2)의 하단면과 접촉되는 접촉 부위에 플라스틱 복합체(131-2)가 배치되는 제 2 플라스틱 복합체 클러치(130-2) 등을 포함하여 구성된다. 이때 전류 인가시 자기력(10-1,10-2)이 발생한다.
알루미늄 풀리는 상자성체로 코일에서 발생하는 자기력을 클러치에 전달할 수 없어 사용이 불가한데, 이를 보완하기 위해 알루미늄 풀리 몸체에 강자성체인 합금 분말을 함유한 플라스틱 사출한 복합체 구조로 만든다. 이를 통해 알루미늄 풀리 몸체에서 자기력이 전달될 수 있는 통로를 확보하여 클러치가 정상적으로 구동될 수 있도록 한다.
또한, 스틸 클러치에도 풀리와 접촉 부위에 동일 또는 상이한 자성체 합금 분말 함유 플라스틱을 사출하여 클러치 응답성을 높이고, 슬립 특성 개선을 통해 마찰재를 삭제할 수 있다.
특히, 플라스틱 복합체(111-1,111-2)는 전자석 유도 코일(121-1,121-2)과 인접한 표면 부위들 중 다른 부위보다 가장 얇은 부위는 최소 3t(즉 3mm)이상의 두께를 갖는다. 따라서, 전자석 유도 코일(121-1,121-2)에서 형성된 자계가 연속적으로 전달될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 플라스틱 복합체(111-1,111-2,131-1,131-2)의 단면을 보여주는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 플라스틱재(200)에 자성체 합금 분말(210)이 있는 들어가 있는 구조이다. 플라스틱 복합체(111-1,111-2,131-1,131-2)은 플라스틱 복합체의 체적 기준으로, 20 부피%이상의 자성체 합금 분말을 함유한다. 자성체 합금 분말(210)은 철, 코발트, 니켈 및 그 합금 등으로 구성된다. 필요한 경우, 희토류계 자석 합금 분말도 사용된다.
도 3은 도 1에 도시된 에어컨 컴프레서(100)의 구동전 상태이다. 도 3을 참조하면, 에어컨 컴프레서(100)가 구동되기 전(즉 전류 인가가 없는 상태)에는 플라스틱 복합체 풀리(110-1, 110-2)와 플라스틱 복합체 클러치(130-1,130-2)가 서로 분리되어 에어컨 컴프레서가 작동하지 않지 않는다.
도 4는 도 1에 도시된 에어컨 컴프레서의 구동후 상태이다. 도 4를 참조하면, 에어컨 컴프레서(100)가 작동되면(즉 전류 인가가 있는 상태), 전자석 유도 코일(121-1,121-2)에서 자기력이 발생하여 플라스틱 복합체 풀리(110-1, 110-2)를 통해 플라스틱 복합체 클러치(130-1, 130-2)로 전달되게 된다. 이를 통해 플라스틱 복합체 풀리와 플라스틱 복합체 클러치가 접촉을 하게 되며, 엔진(미도시)에서 전달된 구동력이 에어컨 컴프레서로 전달되어 작동하게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 스틸-플라스틱 복합체 구조의 개념도이다. 즉, 도 5는 도 1에 도시된 플라스틱 복합체 클러치(130-1,130-2)를 제조함에 있어 다른 구조를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 표면적 향상을 통한 접합력을 강화하기 위해 스틸재(510)의 딤플 형상 표면을 형성하고 플라스틱 복합체가 사출로 적층된다. 부연하면, 준비된 스틸재(510)의 상단 표면에 스틸볼 또는 세라믹 볼을 고속 분사로 충돌시켜 딤플 형상을 만든다.
이후, 자성체 합금 분말을 함유한 플라스틱 액상 및 스틸재(510)를 금형에 넣어 사출하여 플라스틱 복합체(520)를 스틸재(510)의 상단표면에 형성한다. 이러한 딤플 형상 표면을 보여주는 도면이 부분 확대도로 우측에 도시된다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 스틸-플라스틱 복합체 구조의 개념도이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 스틸재(610,710,810) 내부에 가공 형성된 역구배 형상에 대응하도록 플라스틱 복합체(620,720,820)의 형상도 역구배 형상이 된다.
특히, 도 6에 도시된 플라스틱 복합체(620)는 위단이 하단보다 길이가 큰 "I" 자 형상이다. 도 7에 도시된 플라스틱 복합체(720)는 하단으로 갈수록 넓어지는 "T"자 형상이다. 또한, 도 8에 도시된 플라스틱 복합체(820)는 하단이 육각형인 "T"자 형상이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플라스틱 복합체를 제조하는 과정을 보여주는 순서도이다. 도 9를 참조하면, 먼저 자성체 합금 분말을 준비한다(단계 S910). 이후, 플라스틱 액상에 준비된 자성체 합금 분말을 혼합하여 혼합물을 생성한다(단계 S920). 이후, 혼합물을 금형에 주입하여 사출하여 플라스틱 구조물을 생성한다(단계 S930,S940).
이하, 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 더욱 상세하게 설명하는바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다
실시예 및 비교예로서 본 발명의 일실시예에서 Sm-Co 자성체 분말 및 페라이트 자성체 분말의 함량을 변화시키면서 클러치 구동 여부를 확인한 시험 결과는 다음과 같다.
번호 Sm-Co 자성체 분말(%) 페라이트 자성체 분말 함량(%) 자성체 총 함량(%) 플라스틱 사출
두께(mm)		 플러치 구동 여부
1 10 9 19 3 미작동
2 10 9.5 19.5 3 미작동
3 10 10 20 3 작동
4 10 10.5 20.5 3 작동
5 10 11 21 3 작동
위 표 1에서 번호 1-2는 비교예이고, 번호 3-5는 실시예들이다. 위 표에 도시된 바와 같이, 총함량이 20%이상일때, 자계가 형성되면서 클러치가 구동됨을 볼 수 있다.
함량이 최소인 20% 조건에서 플라스틱 사출물 두께에 따른 클러치 구동여부를 확인한 시험 결과는 다음과 같다.
번호 Sm-Co 자성체 분말(%) 페라이트 자성체 분말 함량(%) 자성체 총 함량(%) 플라스틱 사출
두께(mm)		 플러치 구동 여부
1 10 10 20 2.8 미작동
2 10 10 20 2.9 미작동
3 10 10 20 3 작동
4 10 10 20 3.1 작동
5 10 10 20 3.2 작동
위 표에서 번호 1-2는 비교예이고, 번호 3-5는 실시예들이다. 위 표에 도시된 바와 같이, 두께가 3t(=3mm) 이상일 때, 자계가 형성되면서 클러치가 구동됨을 볼 수 있다.
위 표에서 번호 1-2는 비교예이고, 번호 3-5는 실시예들이다. 위 표에 도시된 바와 같이, 두께가 3t(=3mm) 이상일 때, 자계가 형성되면서 클러치가 구동됨을 볼 수 있다.
100: 에어컨 컴프레서
110-1,110-2: 플라스틱 복합체 풀리
130-1,130-2: 플라스틱 복합체 클러치
111-1,111-2,131-1,131-2: 플라스틱 복합체

Claims (18)

  1. 복합체 전체 기준으로, 자성체 합금 분말의 함량이 20 부피% 내지 21 부피%이고, 상기 자성체 합금 분말은 페라이트 자성체 분말과 희토류계 자성체 합금 분말로 이루어지며,
    상기 페라이트 자성체 분말의 함량은 10~11부피%이고,
    상기 희토류계 자성체 합금 분말의 함량은 10부피%인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 페라이트 자성체 분말은, 철, 코발트, 니켈 및 이들의 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 희토류계 자성체 합금 분말은 희토류-코발트 자성체 분말인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합체.
  5. 제 1 항의 플라스틱 복합체가 내측에 배치되는 플라스틱 복합체 풀리; 및
    상기 플라스틱 복합체 풀리의 하단면과 접촉되는 접촉 부위에 상기 플라스틱 복합체가 배치되는 플라스틱 복합체 클러치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합체 풀리의 일측에 배치되는 플라스틱 복합체 중 전자석 유도 코일과 인접한 표면 부위들 중 다른 부위보다 가장 얇은 부위는 최소 3mm이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합체는 스틸재 내부에 가공 형성된 역구배 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 역구배 형상은, 위단이 하단보다 길이가 큰 "I" 자 형상, 하단으로 갈수록 넓어 지는 "T"자 형상, 하단이 육각형인 "T"자 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서.
  9. 자성체 합금 분말을 준비하는 준비 단계;
    플라스틱 액상에 상기 자성체 합금 분말을 혼합하여 혼합물을 생성하는 혼합물 생성 단계; 및
    상기 혼합물을 금형에 주입하여 사출하여 플라스틱 복합체를 생성하는 플라스틱 복합체 생성 단계;를 포함하며,
    상기 플라스틱 복합체의 부피 기준으로, 상기 자성체 합금 분말의 함량이 20 부피% 이상인는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합체 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자성체 합금 분말은, 철, 코발트, 니켈 및 이들의 합금 중 하나인 페라이트 자성체 분말인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합체 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 자성체 합금 분말은 희토류계 자성체 합금 분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합체 제조 방법.
  12. 제 1 항의 플라스틱 복합체를 에어컨 컴프레서의 풀리에 적용하여 플라스틱 복합체 복합 구조체 풀리를 생성하는 단계; 및
    상기 플라스틱 복합체를 에어컨 컴프레서의 클러치에 적용하여 플라스틱 복합체 클러치를 생성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합체 풀리는 알루미늄재에 상기 플라스틱 복합체가 사출로 적층되는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합체 클러치는 스틸재의 일자 평면 표면에 상기 플라스틱 복합체가 사출로 적층되는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합체 클러치는 표면적 향상을 통한 접합력을 강화하기 위해 스틸재의 딤플 형상 표면에 상기 플라스틱 복합체가 사출로 적층되는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 딤플 형상 표면은 스틸볼 또는 세라믹 볼의 고속 분사에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 플라스틱 복합체는 스틸재 내부에 가공 형성된 역구배 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 역구배 형상은, 위단이 하단보다 길이가 큰 "I" 자 형상, 하단으로 갈수록 넓어 지는 "T"자 형상, 하단이 육각형인 "T"자 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에어컨 컴프레서 제조 방법.
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