KR20020084968A

KR20020084968A - 스크롤 압축기의 자전 방지 장치

Info

Publication number: KR20020084968A
Application number: KR1020010024119A
Authority: KR
Inventors: 구인회
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2002-11-16
Also published as: US20020187063A1; CN1384287A; JP2002339882A; KR100393798B1; JP3851183B2; CN1167882C; US6752606B2

Abstract

본 발명은 스크롤 압축기의 자전 방지 장치에 관한 것으로, 본 발명은 프레임과 선회스크롤의 사이 또는 고정스크롤과 선회스크롤의 사이에 반경방향으로 미끄러지게 장착되어 선회스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재의 몸체부를 다각형과 같이 직선으로 형성함으로써, 올담 커플링을 저렴한 비용으로 제작하고도 강도를 유지할 수 있어 결국 올담 커플링을 작고 가볍게 제작할 수 있고, 이를 통해 올담 커플링에 대한 재료비용을 절감하고 키부와 키홈부의 마모를 줄여 선회스크롤의 안정성을 유지함과 아울러 가스누설 등을 미연에 방지함에 따라 압축기의 신뢰성과 효율을 향상하고 소음을 줄일 수 있다.

Description

스크롤 압축기의 자전 방지 장치{OLDHAM'S COUPLING STRUCTURE FOR SCROLL COMPRESSOR}

본 발명은 스크롤 압축기의 자전 방지 장치에 관한 것으로, 특히 올담 커플링을 각형으로 형성하여 강도를 높인 스크롤 압축기의 자전 방지 장치에 관한 것이다.

알려진 바와 같이 스크롤 압축기는 두 개의 나선형(螺旋形) 홈 사이에 기체를 가두고 선회에 의해 압축시키는 것으로, 이러한 스크롤 압축기는 도 1에 도시한 바와 같이 프레임(1)의 상면에 나선형의 랩(2a)을 구비한 고정스크롤(2)을 고정 결합하고, 고정스크롤(2)의 랩(2a)에 맞물려 결합되도록 역시 나선형의 랩(3a)을 구비한 선회스크롤(3)을 프레임(1)과 고정스크롤(2) 사이에 선회 가능하게 편심 결합하며, 프레임(1)과 선회스크롤(3) 사이에는 선회스크롤(3)의 자전을 방지하는 올담 커플링(Oldham's coupling)(10)이 미끄러지게 결합하여 구성되어 있다.

프레임(1)의 상면에는 후술할 올담 커플링(10)의 제3 키부(12c)와 제4 키부(12d)를 미끄러지게 삽입하는 제3 키홈부(1a)와 제4 키홈부(1b)를 동일 직선 상에 형성하여 이루어져 있다. 또, 프레임(1)의 중앙에는 회전축(4)이 관통하여 레이디얼 베어링면을 이루는 관통구멍(1c)을 형성하고, 관통구멍(1c)의 주변에 선회스크롤(3)의 저면과 스러스트 베어링면을 이루는 단차부(1d)를 형성하여 이루어져 있다.

선회스크롤(3)은 프레임(1)의 상면과 베어링면을 이루는 저면 가장자리에 후술할 올담 커플링(10)의 제1 키부(12a)와 제2 키부(12b)를 미끄러지게 삽입하는 제1 키홈부(3b)와 제2 키홈부(3c)를 동일 직선 상에 형성하여 이루어져 있다.

올담 커플링(10)은 환형을 이루는 몸체부(11)의 일 측면에 제1 키부(12a)와 제2 키부(12b)를 동일 직선 상에 각각 육면체 형태로 돌출 형성하고, 몸체부(11)의 타 측면에는 역시 동일 직선 상에 육면체 형태로 돌출하는 제3키부(12c)와 제4키부(12d)를 제1키부(12a)와 제2키부(12b)를 잇는 직선에 직각으로 위치하도록 형성하여 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 2b는 흡입구, 2c는 토출구, P1 및 P2는 압축공간이다.

상기와 같은 종래 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 전동기구부에 전원을 인가하여 구동력을 회전축(4)에 전달하면, 선회스크롤(3)이 올담 커플링(10)에 의해 고정스크롤(2)과 맞물려 선회하고, 이 과정에서 고정스크롤(2)의 랩(2a)과 선회스크롤(3)의 랩(3a) 사이에 연속으로 중심을 향해 이동하면서 점차 체적이 줄어드는 한 쌍의 압축공간(P1)(P2)을 형성함으로써 기체를 흡입하여 압축 토출하게 된다.

즉, 선회스크롤(3)이 회전축(4)과 함께 편심 회전을 하려고 하나, 올담 커플링(10)의 각 키부(12a,12b)(12c,12d)들이 그 양 측에 배치한 선회스크롤(3)의 각 키홈부(3b,3c)와 프레임(1)의 각 키홈부(1a,1b)에 반경방향으로만 미끄러지게 삽입하여 각 키부(12a,12b)(12c,12d)들의 일 측면이 각 키홈부(3b,3c)(1a,1b)의 대응면에 접촉하면서 선회스크롤(3)의 회전을 저지하도록 지지되므로 선회스크롤(3)은 자전운동이 억제되면서 프레임(1)의 상면에서 일정한 궤적을 유지한 상태로 선회운동만을 하게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 스크롤 압축기에 있어서는, 올담 커플링(10)을 원형으로 형성함에 따라 도 4에 도시한 바와 같이 선회스크롤(3)의 선회시 각 키부(12a,12b)(12c,12d)의 접촉면에 발생하는 반력(F_o,F_f)에 의해 몸체부(11)에 주로 굽힘 응력이 작용하게 되는데, 이 굽힘 응력은 통상 인장 응력이나 압축 응력에 비하여 상대적으로 훨씬 큰 응력을 발생하여 올담 커플링(10)의 변형을 초래할 수 있으므로 이를 감안하여 올담 커플링(10)의 크기를 불필요하게 크게 설계함에 따라 재료비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또, 올담 커플링(10)의 자체 질량이 증가하여 관성에 큰 영향을 받는 키부(12a,12b)(12c,12d)의 반력 변화폭이 증가함에 따라 실질적으로 올담 커플링(10)의 각 키부(12a,12b)(12c,12d)에 작용하는 최대 반력의 증가를 유발함으로써 각 키부(12a,12b)(12c,12d)의 마모와 이에 따른 압축가스의 누설 그리고 각 키부(12a,12b)(12c,12d)와 각 키홈부(3b,3c)(1a,1b)가 부딪히면서 발생하는 충돌소음 등 여러가지 역기능을 초래하는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 스크롤 압축기의 자전 방지 장치에 따른 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 올담 커플링의 동일한 단면적 대비 굽힘 응력을 줄여 결과적으로 올담 커플링의 크기를 축소함으로써 재료비용을 절감함과 아울러 올담 커플링의 질량이 줄어 들어 키부와 키홈부 사이의 마모를 줄여 압축기의 신뢰성을 향상하고 효율을 높일 수 있는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치를 제공하려는데 그목적이 있다.

도 1은 종래 스크롤 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도.

도 2는 종래 스크롤 압축기의 압축기구부를 분해하여 보인 사시도.

도 3은 종래 스크롤 압축기의 압축 원리를 보인 평면도.

도 4는 종래 스크롤 압축기의 올담 커플링에 걸리는 분력을 보인 개략도.

도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도.

도 6은 본 발명 스크롤 압축기의 압축기구부를 분해하여 보인 사시도.

도 7은 본 발명 스크롤 압축기의 올담 커플링을 보인 평면도.

도 8은 본 발명 스크롤 압축기의 올담 커플링에 걸리는 분력을 보인 개략도.

도 9는 본 발명 스크롤 압축기의 올담 커플링에 대한 변형예를 보인 평면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 고정스크롤 3 : 선회스크롤

3a : 랩 3b,3c : 제1,제2 키홈부

110 : 프레임 111 : 관통구멍

113a,113b : 제3,제4 키홈부 120 : 올담 커플링

121 : 몸체부 122a,122b,122c,122d : 제1,제2,제3,제4 키부

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 프레임과, 상기 프레임에 고정하는 고정스크롤과, 상기 프레임과 고정스크롤 사이에서 고정스크롤과 맞물리게 결합하여 연속적으로 이동하는 압축공간을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과, 상기 프레임과 선회스크롤의 사이 또는 고정스크롤과 선회스크롤의 사이에 반경방향으로 미끄러지게 장착되어 선회스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재를 포함한 스크롤 압축기에 있어서, 상기 자전방지부재는 링 모양으로 형성하는 몸체부와 그 몸체부의 양 측면에 수 개씩 돌출 형성하여 프레임과 선회스크롤 또는 고정스크롤과 선회스크롤에 구비한 각각의 키홈부에 미끄러지게 삽입하는 키부들로 이루어지되, 상기 몸체부는 그 내주면이나 외주면 중에서 어느 한 쪽은 직선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치를 제공한다.

또는, 프레임과, 상기 프레임에 고정하는 고정스크롤과, 상기 프레임과 고정스크롤 사이에서 고정스크롤과 맞물리게 결합하여 연속적으로 이동하는 압축공간을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과, 상기 프레임과 선회스크롤의 사이 또는 고정스크롤과 선회스크롤의 사이에 반경방향으로 미끄러지게 장착되어 선회스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재를 포함한 스크롤 압축기에 있어서, 상기 자전방지부재는 링 모양으로 형성하는 몸체부와 그 몸체부의 양 측면에 수 개씩 돌출 형성하여 프레임과 선회스크롤 또는 고정스크롤과 선회스크롤에 구비한 각각의 키홈부에 미끄러지게 삽입하는 키부들로 이루어지되, 상기 키홈부에 접촉하는 키부들의 접촉면들을인접한 다른 키부들의 접촉면들과 연결하여 정해지는 체적범위에 몸체부의 일부 또는 전체가 중첩하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 자전 방지 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명 스크롤 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도이고, 도 6은 본 발명 스크롤 압축기의 압축기구부를 분해하여 보인 사시도이며, 도 7은 본 발명 스크롤 압축기의 올담 커플링을 보인 평면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 자전 방지 장치를 구비한 스크롤 압축기는, 밀폐용기(미도시)의 내부에 고정 설치하는 프레임(110)과, 프레임(110)의 가장자리에 고정하는 고정스크롤(2)과, 프레임(1)에 얹혀져 고정스크롤(2)과 맞물리게 결합하고 전동기구부의 동력을 전달하는 회전축(4)에 편심 결합하는 선회스크롤(3)과, 선회스크롤(3)의 자전을 방지하도록 프레임(110)과 선회스크롤(3)의 사이에 반경방향으로 미끄러지게 장착하는 자전방지부재(이하, 올담 커플링과 혼용함)(120)를 포함한다.

프레임(110)의 중앙에는 전동기구부의 회전자(미도시)에 결합한 회전축(4)이 관통함과 아울러 이 회전축(4)에 대해 레이디얼 베어링면을 이루도록 관통구멍(111)을 형성하고, 관통구멍(111)의 주변에 올담 커플링(120)이 안착함과 아울러 올담 커플링(120)의 바깥쪽(또는, 안쪽)에 스러스트 베어링면을 이루도록 단차부(112)를 형성한다. 또, 단차부(112)에는 후술할 올담 커플링(120)의 제3 키부(122c)와 제4 키부(122d)가 미끄러지게 삽입하는 제3 키홈부(113a)와 제4 키홈부(113b)를 동일 직선 상에 형성한다.

선회스크롤(3)은 일 측면에 고정스크롤(2)의 랩과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축공간(P1,P2)을 형성하는 랩(3a)을 형성하고, 타 측면 중앙부 주변에는 후술할 올담 커플링(120)의 제1 키부(122a)와 제2 키부(122b)를 미끄러지게 삽입하는 제1 키홈부(3b)와 제2 키홈부(3c)를 동일 직선 상에 형성한다.

올담 커플링(120)은 링 모양으로 형성하여 프레임(110)의 단차부(112) 아래의 올담 커플링 수용공간(112a)에 안착하는 몸체부(121)와, 몸체부(121)의 일 측면에 사각 모양으로 돌출 형성하여 선회스크롤(3)의 각 키홈부(3b)(3c)에 미끄러지게 삽입하는 제1 키부(122a) 및 제2 키부(122b)와, 몸체부(121)의 타 측면에 역시 사각 모양으로 돌출 형성하여 프레임(110)의 각 키홈부(113a)(113b)에 미끄러지게 삽입하는 제3 키부(122c) 및 제4 키부(122d)로 이루어진다.

몸체부(121)는 도 7에서와 같이 내주면이나 외주면 중에서 어느 한 쪽은 직선으로 이루어져 각각의 키홈부(113a,113b)(3b,3c)에 접촉하는 키부(122a)(122b)(122c)(122d)들의 접촉면들을 인접한 다른 키부(122a)(122b)(122c)(122d)들의 접촉면들과 연결하여 정해지는 체적범위(도면에선 빗금범위)에 일부 또는 전체가 반드시 중첩하도록 형성하는 것이 바람직하나, 더욱 구체적으로는 각 접촉면을 잇는 사각형 모양으로 형성하는 것이 가장 바람직하다.

또, 각 키부(122a)(122b)(122c)(122d) 중에서 어느 한 키부(122a)의 대각선방향에 위치한 다른 키부(122b)의 접촉면 중심을 잇는 길이(L_o)는 다른 두 키부(122c)(122d)의 접촉면 중심을 잇는 대각선 길이(L_f)와 동일하게 형성하는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 두 대각선의 길이(L_o)(L_f)를 상호 다르게 형성할 수도 있다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 2b는 흡입구, 2c는 토출구이다.

상기와 같은 본 발명 스크롤 압축기의 자전 방지 장치에 따른 작용효과는 다음과 같다.

즉, 전동기구부에 전원을 인가하여 회전축(4)이 회전하면, 회전축(4)에 편심 결합하는 선회스크롤(3)이 프레임(110)의 상면에서 선회하면서 고정스크롤(2)과의 압축공간으로 냉매가스를 연속으로 흡입 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 프레임(110)과 선회스크롤(3) 사이에는 자전방지부재인 올담 커플링(120)을 개재하여 선회스크롤(3)의 자전운동을 억제하게 되는데, 이 과정에서 올담 커플링(120)의 각 키부(122a,122b)(122c,122d)가 선회스크롤(3) 또는 프레임(110)의 각 키홈부(3b,3c)(113a,113b)에 접촉하므로 회전축(4)의 중심을 기점으로 하는 토오크(torque)를 받아 몸체부(121)가 굽힘 응력이나 압축 응력 또는 인장 응력을 발생하게 되나, 몸체부(121)가 평면투영시 사각형 형상으로 형성됨에 따라 상기한 굽힘 응력이 현저하게 줄게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

통상, 올담 커플링(120)의 키부(122a,122b)(122c,122d)에 작용하는 반력은 크게 선회스크롤(3)의 자전을 방지하기 위해 작용하는 토오크에 의한 반력과, 선회스크롤(3)과의 접촉면에서 작용하는 올담 커플링(120)의 자체 관성력으로 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

그 중에서 토오크에 의한 반력은 압축기의 용량이 정해지면 키 간의 거리에 따라 조절 가능하나 키 간 거리가 일정하다고 가정할 때 선회스크롤(3)의 자전 모멘트와 이에 따른 자전 방지를 위한 토오크 역시 결정되는 반면, 올담 커플링(120)의 자체 관성력은 그 올담 커플링(120)의 구조에 따라 크기를 가감할 수 있다.

즉, 도 8에 도시한 바와 같이 각 키부(122a,122b)(122c,122d)가 접촉면에 대해 수직으로 모멘트를 받는 경우 몸체부(121)는 압축 응력이나 인장 응력을 주로 받게 되는데, 이는 도 4에서와 같이 몸체부(12)가 원형일 경우와 같이 주로 굽힘 응력을 받을 때 보다 응력의 크기가 훨씬 줄게 되고, 이는 몸체부(121)의 단면적이 동일하다고 가정할 때 올담 커플링(120)의 강도가 증가하여 선회스크롤(3)의 구동을 안정적으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 반대로 동일한 올담 커플링(120)의 강도가 필요할 때 본 발명과 같이 몸체부(121)를 직선으로 형성할 때 강도가 좋아져 몸체부(121)의 단면적을 줄일 수 있으므로 결국 올담 커플링(120)의 제작시 재료비용을 낮출 수 있게 된다.

또, 올담 커플링(120)의 질량을 줄일 수 있게 됨에 따라 선회스크롤(3)과의 '반력의 변화폭'을 작게 할 수 있으므로 실질적으로 올담 커플링(120)의키부(122a,122b)(122c,122d)에 작용하는 최대 반력을 줄일 수 있고, 이를 통해 키부(122a,122b)(122c,122d) 또는 키홈부(3b,3c)(113a,113b)의 마모를 억제하여 압축기의 신뢰성 향상은 물론 효율 향상과 소음 저감 등을 이룰 수 있다.

한편, 올담 커플링(120)을 프레임(110)의 안쪽부위에 장착하여 프레임(110)과 선회스크롤(3)의 스러스트 베어링면이 올담 커플링(120)의 바깥부위에 형성하도록 하는 경우에는 선회스크롤(3)의 회전중심을 기점으로 하는 모멘트 아암의 길이가 길어져 선회스크롤(3)이 기울어지려고 하는 경향에 대해 복원모멘트가 커지고 이는 또 선회스크롤(3)의 구동 안정성을 향상할 수 있는 요인으로 작용할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 변형예는 다음과 같다.

즉, 전술한 일례에서는 몸체부(121)를 직선으로 하여 사각형 모양으로 올담 커플링(120)을 형성하는 것이었으나, 본 변형예는 도 9에 도시한 바와 같이 몸체부(221)의 안쪽면은 직선으로 형성하는 반면 바깥면은 원형으로 형성하여 올담 커플링(220)의 스러스트면을 늘리거나 기타의 이유로 인하여 몸체부(221)의 단면적을 증가시킨 경우이다. 또, 도면으로 제시하지는 않았으나 이와는 반대로 몸체부의 안쪽면은 원형으로 형성하는 반면 바깥면은 직선으로 형성할 수도 있다. 도면중 미설명 부호인 222a,222b,222c,222d는 키부이다.

이러한 본 변형예의 작용효과는 전술한 일례와 대동소이하다.

전술한 일례들은 올담 커플링을 프레임과 선회스크롤 사이에 장착한 경우이나 경우에 따라서는 올담 커플링을 고정스크롤과 선회스크롤 사이에도 적용할 수있다. 이 경우에도 올담 커플링을 다각형 모양으로 형성할 수 있고 이에 따른 작용효과 역시 전술한 일례와 대동소이하다.

본 발명에 의한 스크롤 압축기의 자전 방지 장치는, 프레임과 선회스크롤의 사이 또는 고정스크롤과 선회스크롤의 사이에 반경방향으로 미끄러지게 장착되어 선회스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재의 몸체부를 다각형과 같이 직선으로 형성함으로써, 올담 커플링을 저렴한 비용으로 제작하고도 강도를 유지할 수 있어 결국 올담 커플링을 작고 가볍게 제작할 수 있고, 이를 통해 올담 커플링에 대한 재료비용을 절감하고 키부와 키홈부의 마모를 줄여 선회스크롤의 안정성을 유지함과 아울러 가스누설 등을 미연에 방지함에 따라 압축기의 신뢰성과 효율을 향상하고 소음을 줄일 수 있다.

Claims

프레임과, 상기 프레임에 고정하는 고정스크롤과, 상기 프레임과 고정스크롤 사이에서 고정스크롤과 맞물리게 결합하여 연속적으로 이동하는 압축공간을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과, 상기 프레임과 선회스크롤의 사이 또는 고정스크롤과 선회스크롤의 사이에 반경방향으로 미끄러지게 장착되어 선회스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재를 포함한 스크롤 압축기에 있어서,

상기 자전방지부재는 링 모양으로 형성하는 몸체부와 그 몸체부의 양 측면에 수 개씩 돌출 형성하여 프레임과 선회스크롤 또는 고정스크롤과 선회스크롤에 구비한 각각의 키홈부에 미끄러지게 삽입하는 키부들로 이루어지되,

상기 몸체부는 그 내주면이나 외주면 중에서 어느 한 쪽은 직선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.
제1항에 있어서, 상기 몸체부는 다각형으로 형성한 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.
제1항에 있어서, 상기 키홈부에 접촉하는 키부의 접촉면들 중에서 서로 인접한 다른 키부들의 접촉면들을 연결하여 정해지는 체적범위에 몸체부의 일부 또는 전체가 중첩하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.
제1항에 있어서, 상기 프레임과 선회스크롤 사이의 베어링면이 자전방지부재의 외측면 바깥쪽에 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.
프레임과, 상기 프레임에 고정하는 고정스크롤과, 상기 프레임과 고정스크롤 사이에서 고정스크롤과 맞물리게 결합하여 연속적으로 이동하는 압축공간을 쌍으로 형성하는 선회스크롤과, 상기 프레임과 선회스크롤의 사이 또는 고정스크롤과 선회스크롤의 사이에 반경방향으로 미끄러지게 장착되어 선회스크롤의 자전을 방지하는 자전방지부재를 포함한 스크롤 압축기에 있어서,

상기 자전방지부재는 링 모양으로 형성하는 몸체부와 그 몸체부의 양 측면에 수 개씩 돌출 형성하여 프레임과 선회스크롤 또는 고정스크롤과 선회스크롤에 구비한 각각의 키홈부에 미끄러지게 삽입하는 키부들로 이루어지되,

상기 키홈부에 접촉하는 키부들의 접촉면들을 인접한 다른 키부들의 접촉면들과 연결하여 정해지는 체적범위에 몸체부의 일부 또는 전체가 중첩하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.
제5항에 있어서, 상기 몸체부는 다각형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.
제5항에 있어서, 상기 프레임과 선회스크롤 사이의 베어링면이 자전방지부재의 외측면 바깥쪽에 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 키부는 몸체부의 상면과 하면에 각각 두 개씩 모두 네 개를 등간격으로 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기의 자전 방지 장치.