KR20040008196A

KR20040008196A - 밀폐형 전동 압축기

Info

Publication number: KR20040008196A
Application number: KR10-2003-7015461A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 이시다; 토시히코 오타; 테루마사 이데; 마코토 카타야마; 타카후미 호리구치; 타카히데 나가오
Original assignee: 마쓰시타 레키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-01-28
Also published as: EP1408235A4; EP1408235B1; DE60225447D1; JP2003028065A; DE60225447T2; WO2003008805A1; US7144229B2; EP1408235A1; JP4759862B2; CN1513087A; US20040151604A1; CN1325796C

Abstract

본 발명은 저속회전시에도 필요량의 윤활유를 효율적으로 퍼올리고, 또한 간단한 구성으로 조립하여 작업성이 양호한 밀폐형 전동압축기이다. 주축의 하부에 형성되고 하방에서 상방에 걸쳐 외측으로 경사진 경사통로와, 주축의 하단에 형성되고 상기 경사통로의 단면보다 작은 직경의 흡입혈을 중심부에 설치한 죄는부와, 스파이랄구의 하단과 경사통로를 연통시키는 하부 연통부로 이루어진 오일펌프를 구비함으로써 윤활유의 양정을 유효하게 끌어올리는 것이 가능하다.

Description

밀폐형 전동 압축기{SEALED TYPE ELECTRICALLY DRIVEN COMPRESSOR}

최근, 가정용 냉동냉장고나 룸 에어콘 등에 이용되는 밀폐형 전동 압축기에서 소비전력의 저감이나 정음화(靜音化)가 강하게 요구되고 있다. 소비전력의 저감이나 정음화를 도모하기 위하여, 인버터 구동에 의한 압축기의 저속 회전화(예를 들면, 가정용 냉장고의 경우 매분 1800 r/min 정도)가 진행되어 오고 있다.

한편, 밀폐형 전동압축기 윤활유의 펌프 시스템은 밀폐용기 저부에 저류된 윤활유를 상방의 접동부로 퍼올리기 때문에 샤프트의 회전에 의한 원심력을 이용한 것이 많다. 그러나, 이 원심력은 샤프트의 회전속도의 제곱에 비례하기 때문에 회전수가 낮아질수록 오일을 퍼올리기 위한 힘이 작아져 상기 저속 회전화에 대하여 큰 과제가 되고 있다.

이하, 종래의 기술을 설명한다.

종래의 밀폐형 전동 압축기로서는 특공소 62-44108호 공보에 나타낸 것이 있다. 도 15는 이 종래예의 밀폐형 전동 압축기의 단면도를 나타낸다. 도 14에서, 압축기 본체(500)는 밀폐용기(501)내에 수납되어 있고, 밀폐용기(501)내의 중심에는 프레임(502), 하부에는 전동기(503), 상부에는 압축기구부(504)를 배치하고 있다. 크랭크샤프트(505)는 프레임(502)의 축수부(506)내로 관삽되고, 외경부는 전동기 (503)의 회전자(507)에 고착되는 한편, 압축기구부(504)와는 편심축(508)을 통하여 피스톤(509)의 슬라이더(510)와 계합하여 주지의 압축동작을 행한다.

크랭크샤프트(505)의 내부에는 그 하단보다 비교적 작은 직경의 경사진 경사공(511)이 축수부(506)의 하단까지 연장되고, 제 1 횡공(512)에 의해 크랭크샤프트 (505)의 외주로 개구되어 있다. 크랭크샤트프(505)의 축수부(506)내에 위치하는 부분에는 스파이랄구(513)가 형성되고, 그 하단은 횡공(512)과 연통하고, 상단은 편심축(508)에 설치된 종공(514)의 하단이 스러스트축수 접동면(515)으로 개구되어 있고, 또한 동시에 제 2 횡공(516)에 교차하도록, 바꾸어 말하면 크랭크샤프트 (505) 표면에 구멍(512,516)의 일부가 직접개구하는 구성을 보인다. 또한, 크랭크샤트프(505)는 그 하단부(517)가 윤활유(518)내에 경사공(511)을 개구하고 있다.

도 15는 도 14의 윤활유(518)에 침적된 크랭크샤프트(505)의 하단부(517)의 상세 단면도이다. 크랭크샤프트(505)의 회전에 의해 경사공(511)내에 있는 윤활유 (518)는 원심력에 의해 포물선형의 자유표면을 형성한다. 여기서, 크랭크샤프트 (505)의 하단부(517)의 경사공(511)의 개구면으로부터 흡입된 윤활유(518)의 상승류(519)는 크랭크샤프트(505)의 회전에 의한 원심력에 의해 상방으로 끌어올려지는 지류(520)와, 경사공(511)의 하단 근방에서 슬립하고 경사공(511)의 개구면에서 경사공(511) 외부로 벗어나는 지류(521)로 분류(分流)된다. 이 지류(521)는 경사공 (511)의 개구면으로 흡입되는 상승류(519)와 합류하여 다시한번 경사공(511)내로 유입되어 쇼트서킷을 형성한다.

이러한 종래예의 구성에서는 크랭크샤프트(505)의 하단에서 직접 경사진 상방으로 연장된 경사공(511)내의 윤활유는 압축기(500)의 하부에 저류된 윤활유 (518)의 유면위치보다 약간 상방의 위치에서, 즉시 경사공(511) 내면의 외주측만으로 윤활유가 원심력에 의해 편심되기 때문에 윤활유의 상승력의 점에서는 양호하다. 그러나, 크랭크샤프트(505) 하단의 경사공(511)의 개구면으로부터 흡입된 화살표로 나타낸 상승류(519)는 원심력에 의해 상방으로 끌어올려지는 화살표로 나타낸 지류(520)와, 경사공(511)의 개구면에서 경사공(511) 외부로 유출되는 화살표로 나타낸 지류(521)로 분류되고, 이 지류(521)는 경사공(511)의 개구면으로 흡입되는 상승류(519)와 합류하여 다시한번 경사공(511)내로 유입되어 쇼트서킷을 반복하여 경사공(511)내로의 윤활유(518)의 유입량 손실의 주요인이 된다. 또한, 크랭크샤프트(505)의 회전속도가 낮아질수록 원심력은 작아지기 때문에, 경사공(511) 외부로 유출하는 지류(521)의 비율이 증가하여 충분한 윤활유 양을 상방의 접동부로 반송시킬 수 없다는 결점이 있었다.

또한, 흡입을 위한 원심력을 크게 하는 구성의 다른 밀폐형 전동 압축기로서는 USP 5707220호 공보에 나타낸 것이 개시되어 있다. 그러나, 이 종래예에서는 윤활유의 통과경로가 복잡해지기 때문에 공급에 불안정성이 생기는 것이나, 구성이 복잡하고 부품수가 많아져 조립성이 나쁘다는 과제를 가지고 있었다.

또한, 다른 종래의 밀폐형 전동 압축기로서 WO 00/01949 공보에 나타낸 것이 있다. 이것은 외주표면에 스파이랄구가 설치된 고정자와 회전하는 슬립의 사이에서의 윤활유의 점성작용에 의해 윤활유를 스파이랄구를 따라 상방으로 퍼올리는 기계적인 오일펌프 방식이다. 저속영역(1200r/min ~ 1800r/min)에서의 급유량의 확보라는 관점에서는 확실성이 높은 방법이지만, 그 구조는 원심력에 의한 오일펌프 방식에 비하여 극히 복잡하고 부품점수도 많아지기 때문에 고가이며 또한 조립작업성도 나쁘다는 결점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하고, 저속 회전시에도 윤활유를 효율적으로 퍼올리는 것이 가능하고 또한 간단한 구성으로 조립작업성도 우수한 밀폐형 전동 압축기의 윤활유 펌프 시스템을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 냉동·냉장장치 또는 룸 에어콘에 사용되는 밀폐형 전동 압축기에 관한 것으로, 특히 밀폐용기내에 저류(貯溜)된 윤활유를 크랭크샤프트의 회전에 의한 원심력을 이용하여 밀폐형 전동 압축기내의 회전 접동부로 공급하는 급유·윤활 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 밀폐형 전동 압축기의 단면도.

도 2는 실시예 1에서의 크랭크샤프트의 요부 단면도.

도 3은 실시예 1의 윤활유 퍼올리는 동작상황을 나타낸 요부 단면도.

도 4는 비율 F를 파리미터로 한 급유량과 비율 E과의 상관특성도.

도 5는 도 4에 의해 유도되는 비율 E와 비율 F의 상관특성도.

도 6은 운전 주파수와 급유량과의 상관특성도.

도 7은 본 발명의 실시예 2에서의 크랭크샤프트 주축부의 하부 확대단면도.

도 8은 실시예 2에서의 급유량과 비율 G과의 특성상관도.

도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 크랭크샤프트 주축부의 하부 확대단면도.

도 10은 디바이더의 사시도.

도 11은 도 9의 D부의 확대단면도.

도 12는 본 발명의 실시예 4에서의 크랭크샤프트 주축부의 경사 통로의 상단부의 확대단면도.

도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 크랭크샤프트 주축부의 축수부의 확대단면도.

도 14는 종래예에서의 밀폐형 전동압축기의 단면도.

도 15는 도 15에 나타낸 종래예의 윤활유 퍼올리는 동작상황을 나타낸 요부 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 밀폐형 전동압축기 본체 2: 상하 밀폐용기

3: 전동 모터 3a: 스테이터

3b: 로터 4: 압축기구

5: 실린더 블록 6: 컴프레서 유닛

7: 크랭크샤프트 7a: 크랭크샤프트 주축부

7b: 크랭크샤프트 편심축부 8: 축수부

10: 콘로드 11: 피스톤핀

12: 실린더 13: 피스톤

14: 밸브 플레이트 15: 실린더 헤드

16: 흡입 머플러 17: 죄는부

18: 확관부 19: 경사통로

19a: 1단목 경사통로 19b: 단차

20: 스파이랄구 21: 하부 연통부

23: 연통혈 24: 상부 연통부

25: 가스 빼는 연통부 25a: 출구혈

26: 디바이더 26a: 가장자리

27: 모따기 28: 압입부

29: 흡입혈 30: 윤활유

31: 캡 33: 원추부

33a: 능선부분 34: 틈

본 발명의 밀폐형 전동 압축기는 이하의 구성을 가진다.

스테이터와 로터로 이루어진 전동모터부와, 전동모터의 로터에 고정된 크랭크샤트프가 회전함으로써 냉매를 압축하는 압축요소부와, 전동모터부와 압축요소부를 수용하여 윤활유를 저류하는 저류부를 가지는 밀폐용기를 구비한 밀폐형 전동압축기로서, 크랭크샤프트는 적어도 크랭크샤프트 주축부와, 압축요소부를 구동하는 크랭크샤프트 편심축부로 구성되고, 크랭크샤프트의 회전에 의해 저류부의 윤활유를 크랭크샤프트 주축부 및 크랭크샤프트 편심축부를 통하여 밀폐용기내로 공급하는 오일펌프를 구비하고, 오일펌프는 크랭크샤프트 주축부의 내부에 설치되고, 저류부에 침적된 크랭크샤프트 주축부의 하단부에서 소정길이를 가지는 크랭크샤프트주축부의 축심에 대하여 경사진 경사통로부와, 크랭크샤프트 주축부의 하단부에 설치되고 경사통로의 단면적보다도 작은 죄는부와, 경사통로부의 상단부에 설치된 연통부와, 연통부와 연통하는 상기 크랭크샤프트 주축부의 외주부에 설치된 스파이랄구와, 스파이랄구와 연통하여 크랭크샤프트 편심축내에 설치된 연통혈을 가지는 구성으로 하고 있다.

이와 같이 구성함으로써, 죄는부로 둘러싸인 크랭크샤프트 주축부 하단의 윤활유가 크랭크샤프트의 회전에 의한 원심력을 수용하고 또한, 죄는부에 의해 하방향의 힘을 막아내기 위한 원심력에 의한 상방향의 힘을 증가시키고, 경사통로내를 상방으로 이동시킨다. 또한, 경사통로의 경사가 보다 윤활유의 양정(揚程)을 유효하게 끌어올림으로써 큰 오일 반송력을 얻을 수 있다.

또한, 적어도 크랭크샤프트의 운전회전수가 1200r/min ~ 1800r/min의 운전회전수를 포함하는 운전이 이루어지기 때문에, 압축기의 입력이 적게 억제되고, 안정된 급유와 함께, 낮은 소비전력으로 운전이 가능해진다.

더욱이, 경사통로부가 형성된 영역의 크랭크샤프트 주축부의 직경에 대한 크랭크샤프트 주축부의 최하단부에서 연통부 중심까지의 거리의 비율을 E로 하고, 또한 크랭크샤프트 주축부의 반경에 대한 크랭크샤프트 주축부의 편심에서 경사통로의 외경까지의 최대 길이의 비율을 F로 하였을 때, E와 F의 관계를

F≥0.166E²- 0.683E + 1.44

로 함으로써, 각 제원이 최적화되어 원심력을 최대한으로 활용한 오일펌프가되어 운전 회전수가 낮은 경우에도 큰 오일 반송력을 얻을 수 있다.

더욱이, 죄는부는 크랭크샤프트 주축부의 하단에 원판형의 캡을 삽입계지하는 것이어서 재료비도 저렴하고, 또한 캡의 위치 어긋남이 생기는 일 없이 조립이 가능하다.

또한, 경사통로의 직경과 죄는부의 중심부에 설치된 흡입혈의 직경과의 비를 1: 0.25 ~ 0.5로 한 것으로, 저속운전 회전수 영역에서 급유량을 최대로 유지한 상태에서 고속운전 회전수 영역에서의 급유량을 증감할 수 있는 오일 펌프가 제공되어 각 운전 회전수에 대하여 적절한 급유량을 얻을 수 있다.

또한, 경사통로내에 평판형의 디바이더를 삽입계지한 것이며, 경사통로내에서의 오일 슬립을 억제하고, 특히 저속운전 회전수시에 안정된 급유를 확보할 수 있다.

또한, 디바이더는 상하 대칭형상의 평판형이며, 적어도 하단부의 대략 중앙에 대략 반월형의 모따기를 가지고, 긴 방향의 대략 중앙부의 폭을 상단부 및 하단부보다도 크게 한 압입부를 구비한다. 그 때문에, 디바이더의 양단부에 설치된 대략 반월형의 모따기에 의해 디바이더의 하단이 죄는부의 중심과 어긋나도 죄는부의 분할된 2개의 유입구의 개구비가 변하는 일이 없고, 또한 긴 방향의 중앙부근의 폭을 크게 함으로써 디바이더의 삽입 압력 방향이 없고 또한 디바이더의 만곡이 극히 적어 조립성이 향상된다.

또한, 경사통로의 하단부에서 경사통로의 깊이 방향으로 단차부를 설치하고, 단차부까지의 거리를 디바이더의 길이와 같게 한다. 그 때문에, 경사통로를 다수로나누어 가공할 수 있어 가공정밀도가 향상되고 또한, 경사통로내에 디바이더를 삽입할 때에 디바이더의 상단면의 가장자리가 경사통로의 단차에 의해 고정되어 디바이더의 위치 어긋남이 생기는 일 없이 조립이 가능하다.

또한, 경사통로의 상단에 원추부를 형성하고 또한, 연통부의 적어도 일부가 원추부와 교차하는 구성으로 한다. 그 때문에, 크랭크샤프트의 연통부 상방에서의 두께를 두껍게 할 수 있어 이 부위에서 발생하기 쉬운 부식(스파이랄구의 저부가 깨져 큰 구멍이 생기는 현상. 두께가 얇을 시에 발생함)을 방지할 수 있다.

또한, 경사통로에서 크랭크샤프트 주축부의 외주면으로 연통하고, 밀폐용기내의 공간으로 개방되는 가스 빼는 연통부를 설치한다. 그 때문에, 유면 위치에서 가스 빼는 연통부의 중심까지의 높이 방향의 거리를 크게 취함으로써 가스 빼는 연통부에서의 윤활유의 유출량이 감소되어 상방으로 퍼올려지는 윤활유 양을 상대적으로 증가시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 밀폐형 전동압축기의 단면도, 도 2는 실시예 1에서의 크랭크샤프트의 요부단면도, 도 3은 실시예 1의 윤활유 퍼올리는 동작상황을 나타낸 요부 단면도이다.

밀폐형 전동압축기 본체(1)는, 상하밀폐 용기(2)내에, 스테이터(3a)와 로터 (3b)로 이루어진 전동모터(3)와, 압축기구(4)를 실린더 블록(5)으로 일체화한 컴프레서 유닛(6)을 수납하여 구성된다. 크랭크샤프트(7)의 크랭크샤프트 주축부(7a)는 실린더 블록(5)의 축수부(8)에 지지되어 있고, 상부의 크랭크샤프트 편심축부(7b)에는 콘로드(10)가 연결되고, 피스톤핀(11)에 의해 실린더(12)내에서 접동하는 피스톤(13)이 연결되어 있다. 밸브 플레이트(14)는 흡입공, 흡입밸브, 토출공, 토출밸브(모두 도시하지 않음)를 구비한다. 실린더 헤드(15)는 내부에 흡입실, 토출실(모두 도시하지 않음)을 구분한다. 그리고, 흡입 머플러(16)와 연결된다. 윤활유 (30)는 밀폐용기(2) 하부에 저류된다.

도 2에 나타낸 것과 같이, 크랭크샤프트 주축부(7a)내에는 경사통로(19)가 천공되고, 또한 경사통로(19)의 하단에는 윤활유(30)를 흡입하기 위한 작은 직경의 흡입혈(29)을 가지는 죄는부(17)를 설치한다. 경사통로(19)는 크랭크샤프트 주축부 (7a)의 축심에 대하여 경사지게 설치된 윤활유(30)의 통로이며, 그 내경중심에 죄는부(17)의 흡입혈(29)의 중심이 위치되어 있다.

또한, 도 1에 나타낸 것과 같이, 경사통로(19)의 상단은 실리더 블록(5)의 축수부(8)의 하방부에 도달하도록 천공되고, 또한 경사통로(19)의 상단부에는 경사통로(19)가 크랭크샤프트 주축부(7a)의 외주면에 근접하도록 설치되어 있다. 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이, 경사통로(19)보다도 상부의 크랭크샤프트 주축부(7a)의 외주부에는 스파이랄구(20)가 있으며, 경사통로(19)의 상단부에 설치된 하부연통부(21)에서 경사통로(19)와 연통하고 있다. 또한, 스파이랄구(20)의 상단부에는 크랭크샤프트 편심축부(7b)내의 연통혈(23)에 연통하는 상부 연통부(24)를 설치한다.

도 2에 나타낸 것과 같이, 이러한 구성에서 도면에 나타낸 각 수치를 다음과 같이 정의한다. Y는 크랭크샤프트 주축부(7a)의 경사통로(19)가 천공되어 있는 영역의 축의 직경이며, H는 크랭크샤프트 주축부(7a)의 최하단에서 하부연통부(21)의 중심까지의 높이이다. 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축의 직경 Y에 대한 크랭크샤프트 주축부(7a)의 최하단에서 하부연통부(21)의 중심까지의 높이 H의 비율을 E( E=H/Y)로 한다. 또한, P는 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축의 반경 즉 Y/2 이며, R은 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축심에서 경사통로(19)의 외경까지의 최대길이이다. 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축의 반경 P에 대한 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축심에서 경사통로(19)의 외경까지의 최대길이 R의 비율을 F(F=R/P)로 한다.

이상과 같은 구성에 있어서, 다음의 동작을 설명한다.

도 3은 크랭크샤프트(7)가 회전할 때의 크랭크샤프트 주축부(7a)의 하단부에서의 경사통로(19)내의 윤활유(30)의 퍼올리는 동작상황을 나타낸 요부 단면도이다. 크랭크샤프트(7)의 회전에 의해, 경사통로(19)내의 윤활유(30)는 원심력에 의해 포물선형의 자유표면을 이룬다. 죄는부(17)에 설치된 흡입혈(29)로부터 유입되는 화살표로 나타낸 윤활유 A는 원심력에 의해 상방으로 끌어올리는 화살표로 나타낸 지류 B와, 경사통로(19)의 벽면에서 슬립하는 화살표로 나타낸 지류 C로 분류된다. 이 지류 C는 죄는부(17)의 벽면에서 반사하고, 지류 B에 합류하는 쇼트서킷을 반복하지만, 종래예와 같은 일단 경사통로(19)내로 유입된 윤활유(30)가 경사통로 (19) 외부로 유출되는 것은 회피되기 때문에 경사통로(19)내로의 윤활유(30)의 유입량 손실을 현저히 억제할 수 있다. 즉, 하방향의 힘을 죄는부(17)가 받아들임으로써, 종래에 비하여 상방향의 힘이 증가하여 윤활유(30)를 경사통로(19)내의 상방으로 반송하는 힘이 커진다.

도 4는 동일한 외경을 가지는 크랭크샤프트(7)를 사용하여 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축의 직경 Y에 대한 크랭크샤프트 주축부(7a)의 최하단에서 하부연통부 (21)의 중심까지의 높이 H의 비인 비율 E(E=H/Y)와 급유량과의 상관을 나타낸다. 또한, 이 때 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축의 반경 P에 대한 크랭크샤프트 주축부 (7)의 축심에서 경사경로(19)의 외경까지의 최대길이 R의 비율 F(F=R/P)를 파라미터로 하고, 또한 크랭크샤프트(7)의 운전회전수는 1200r/min 일정한 결과를 표시한다. 또한, 사용한 윤활유는 에스테르유이며, 점도는 10 ~ 15㎟/sec의 것을 사용하였다. 도 4에서 명백하듯이, 어느 비율 F에서도 비율 E가 증가함에 따라 급유량은 감소하는 경향이 확인된다. 윤활유(30)를 상방으로 퍼올리기 위해서는, 윤활유(30)에 작용하는 원심력에 의한 상방향의 힘이 중력이나 슬립에 의한 하방향의 힘을 이겨내는 것이 필수조건이며, 상기 비율 E가 작을수록 상방으로의 반송력이 강하다. 또한, 도 4에서 비율 F가 커짐에 따라 급유량이 많아지는 경향도 확인된다. 이것은 비율 F가 클수록 경사통로(19)내의 윤활유(30)에 작용하는 원심력이 커지기 때문이며, 당연히 비율 F가 1에 가까워질수록 반송력은 강하다.

도 4는 본 실시예에서의 일예로서 크랭크샤프트(7)의 상방으로의 급유량이 40mL/min 미만이 되면 접동부위로의 윤활유(30)의 공급이 불충분하게 되어 마모가 발생할 가능성이 있는 급유한계선(40a)을 나타낸다.

도 5는 도 4의 결과를 기초하여 운전회전수 1200r/min에서, 40 mL/min의 급유량이 확보될 수 있는 비율 E와 비율 F의 관계를 나타낸 것이다. 운전회전수가 12 00r/min에서 급유량을 40 mL/min 확보할 수 있는 급유경계선(40b)을 나타낸다. 이것은 (2)식으로 표현된다. 한편, 급유경계선(40b)보다도 위에 있어서, 급유량을 40 mL/min 이상 확보할 수 있는 급유충분영역(40c)이 있으며, 이 영역은 (1)식으로 표현된다. 또한, 급유경계선(40b)보다도 아래에 있어서, 급유량이 40 mL/min 미만이 되는 급유불충분 영역(40d)이 있으며, 이 영역은 (3)식으로 표현된다.

F≥0.166 E²- 0.683E + 1.44 …(1)

F= 0.166E²- 0.683E + 1.44 …(2)

F〈0.166E²- 0.683E + 1.44 …(3)

이러한 결과에서, 급유량으로서 40 mL/min을 확보하기 위해서는 비율 E와 비율 F가 상기 (1)식을 만족하는 설계로 하면 좋다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 6은 동일 직경의 크랭크샤프트 주축부(7a)를 이용하여 종래예와 본발명의 밀폐형 전동압축기의 운전회전수와 급유량과의 상관을 나타낸 도면이다. 여기서, 본 발명의 크랭크샤프트 주축부(7a)의 제원으로서, 비율 E의 범위를 2~3으로 하고, 비율 F의 범위를 0.77~0.9로 하고, 또한 비율 E와 비율 F의 관계가 상기 (1)식을 만족하도록 하고 있다. 또한, 도 6은 운전회전수를 운전주파수로 나타내며, 도면의 운전주파수에 60을 곱함으로써 운전회전수로 환산된다. 도면에서 명백하듯이, 본 발명의 밀폐형 전동압축기의 급유량이 전운전회전수에서 종래예에 비하여 많고, 저속운전 회전수 영역(1200r/min ~ 1800r/min)에서도 접동부의 윤활에 충분필요한 급유량을 확보할 수 있다. 더구나, 저속회전의 운전이 가능하게 됨으로써 안정된 급유와 더불어, 압축기의 입력이 적게 억제되어 저소비전력을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 비율 E의 범위를 2~3 으로 하였지만, 비율 E가 2 미만인 경우, 크랭크샤프트 주축부(7a) 하부에 장착되는 로터(3b)의 감합길이(대략 10㎜ ~ 20㎜ 정도)에 대한 여유도가 거의 없어 현실적인 설계라고는 말할 수 없다. 한편, 비율 E가 3 보다도 크게 되면, 양정이 높아져 저속운전 회전수 영역(1200 r/min ~ 1800r/min)에서의 급유량이 충분히 확보될 수 없게 된다.

또한, 본 실시예에서는 비율 F의 범위를 0.77~0.9로 하였지만, 비율 F의 범위가 0.77 미만인 경우, 오일 반송력에 필요한 원심력이 얻어지지 않고 저속운전 회전수 영역(1200r/min ~ 1800r/min)에서의 급유량이 충분히 확보될 수 없게 된다. 한편, 0.9 보다 큰 경우, 크랭크샤프트 주축부(7a)의 외주표면과 경사통로(19)의 사이의 두께가 1㎜ 미만이 되어 압축하중이 부하된 경우 두께가 얇은 부분에서 결여나 깨짐이 발생할 가능성이 있다.

따라서, 저속운전 회전수 영역에서도 압축운전 가능한 크랭크샤프트(7)의 급유 시스템을 설계하기 위해서는 비율 E의 범위를 2~3으로 하고, 비율 F의 범위를 0.77 ~ 0.9로 하고 또한, 비율 E와 비율 F의 관계로서 상기 (1)식을 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 통상, 피스톤(13), 실린더(12)로 구성되는 압축기구(4)의 온도는 크랭크샤프트(7)의 크랭크샤프트 편심축부(7b)의 상단에서 비산하는 윤활유(30)의 온도에 비하여 높다. 이것 때문에, 본 발명의 실시예 1에 따르면, 압축기구(4)로 산포되는 윤활유(30)의 양이 증가하여 압축기구(4)에 대한 냉각효과가 충분히 발휘된다. 그 결과, 접동 표면의 마모를 억제하여 신뢰성이 높아지고 또한, 압축기구(4)로 흡입되는 가스의 온도상승도 억제되기 때문에 밀폐형 전동압축기의 효율향상도 도모된다.

(실시예 2)

도 7은 본 발명의 실시예 2에서의 크랭크샤프트 주축부의 하부 확대단면도이다.

도 7에 나타낸 것과 같이, 크랭크샤프트 주축부(7a)의 하단부에 확관부(18)와 죄는부(17)가 형성되어 있다. 확관부(18)의 상단에서 윤활유의 통로가 되는 경사통로(19)가 크랭크샤프트 주축부(7a)의 축심에 경사지게 천공되어 있다. 또한, 확관부(18) 내주부의 직경은 경사통로(19)의 직경보다도 크게 형성되어 있다. 보통강재 등의 구멍을 뚫음으로써 형성된 평판원판형상으로, 윤활유(30)를 흡입하기 위한 흡입혈(29)을 중앙부에 설치한 캡(31)이 확관부(18)의 내주면에 삽입계지되어 있다. 죄는부(17)는 확관부(18), 흡입혈(29)을 설치한 캡(31)을 총칭한 것이다.

U는 경사통로(19)의 직경이며, X는 죄는부(17)의 중심부에 설치된 흡입혈 (29)의 직경이다. 경사통로(19)의 직경 U에 대한 죄는부(17)의 중심부에 설치된 흡입혈(29)의 직경 X의 비율을 G(G=X/U)로 한다.

본 발명의 실시예 2에서는 캡(31)의 재질을 SS나 SK재로 대표되는 보통강재로 하고, 강재의 구멍을 뚫어 캡(31)을 원형상으로 형성하여 확관부(18)의 내주에 압입하기 때문에 재료비가 저렴하고 또한 작업성이 양호하게 실현할 수 있다. 또한, 확관부(18)의 직경과 경사통로(19)의 직경과의 차이에 따른 단차에 의해, 캡(31)을 압입할 때에 캡(31)의 위치 어긋남이 생기는 일 없이 안정되게 조립하는 것이 가능하다.

또한, 캡(31)의 재질에 대해서는 보통강재 이외에 저렴한 비철금속이나 플라스틱재 등을 사용하여도 동일한 효과가 얻어진다.

다음으로, 도 8은 동일한 직경을 가지는 크랭크샤프트를 이용하여 급유량과 비율 G의 상관을 계측하여 얻은 데이터이다. 비율 E를 2.6, 비율 F를 0.82로 하고, 운전회전수로서 1200r/min과 4320r/min의 2 조건을 대표치로 한 결과를 나타낸다. 또한, 사용한 윤활유는 에스테르유이며, 동점도(動粘度)는 10 ㎟/sec ~ 15 ㎟/sec인 것을 사용하였다. (40e)는 비율 G가 0.25가 되는 선이며, (40f)는 비율 G가 0.5가 되는 선이다. 이 도면에서, 어느 운전회전수에서도 비율 G가 0.25인 선(40e)과 비율 G가 0.5인 선(40f)의 범위내에 급유량이 최대가 되는 포인트가 있는 것이 확인된다. 또한, 운전회전수가 1200r/min의 경우, 비율 G가 0.25 ~ 0.5의 범위내에서는 급유량의 차는 거의 없는 것에 반하여, 운전 회전수가 4320r/min의 경우에는 비율 G가 0.43 부근에서 명백한 최대 피크를 보이는 것이 확인된다.

죄는부(17)의 중앙부에 형성된 흡입공(29)의 직경이 커짐에 따라, 저속운전 회전수, 고속운전 회전수 모두에서 급유량이 감소하는 요인은 원심력에 의해 발생하는 하방향의 힘을 받아들이는 능력이 저하되어 경사통로(19)내로의 윤활유(30)의유입량 손실이 증가하기 때문으로 고려된다.

한편, 운전회전수가 4320r/min의 경우, 비율 G가 0.43 보다도 작아짐에 따라 급유량이 현저히 저하되는 요인은 고속운전 회전에 의해 원심력이 강하게 작용하기 때문에 윤활유(30)를 상방으로 올리는 오일 반송력이 높아져 흡입공(29)에서 흡입되는 윤활유(30)의 양이 상방으로 올려지는 윤활유(30)의 양에 추종될 수 없는 것에 의한 것으로 고려된다. 이러한 비율 G이 적어짐에 따라 급유량이 현저히 감소하는 경향은 운전회전수가 3000r/min 이상에서 확인되었다. 역으로 저속운전 회전수 영역에서는 흡입공(29)에서 흡입되는 윤활유(30)의 양은 비교적 적기 때문에, 상방으로 올려지는 윤활유(30)의 양에 추종할 수 있는 범위가 넓어 비율 G의 범위가 넓어지는 것으로 고려된다. 이러한 저속운전 회전수 영역에서의 급유량이 플랫으로 되는 비율 G의 범위를 가지는 현상은 1800r/min 이하에서 확인되었다.

이상으로부터, 본 발명의 실시예 2에 따르면 경사통로(19)의 직경과 죄는부 (17)의 중심부에 설치된 흡입혈(29)의 직경의 비를 1:0.25~0.5로 한 것이며, 저속운전 회전수 영역에서의 급유량을 최대로 유지한 상태에서 고속운전 회전수 영역에서의 급유량을 증감할 수 있는 오일펌프가 가능해진다. 특히, 고속운전 회전수 영역에서 크랭크샤프트(7)의 상방에 있는 크랭크샤프트 편심축부(7b)의 상단면에서 토출되는 윤활유(30)의 양이 현저히 많아지면 밀폐용기(2)의 판 두께나 재질형상, 또는 실린더 블록(5)의 형상 등에 의해서 윤활유(30)를 튀김으로써 소음이 문제가 될 가능성이 있다. 그러나, 본 실시예 2에 따르면, 적절한 비율 G을 0.25 ~ 0.5의 범위내에서 선정함으로써 각 운전회전수에 대하여 적절한 급유량을 설정하여 특히고속운전 회전수 영역에서의 윤활유(30)의 튀김에 의한 소음문제를 방지하는 것이 가능하다.

(실시예 3)

도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 크랭크샤프트 주축부의 하부 확대단면도이다. 도 10은 디바이더의 사시도, 도 11은 도 9의 D부의 확대단면도이다.

확관부(18)가 크랭크샤프트 주축부(7a)의 하단에 형성되어 있다. 경사통로 (19)는 확관부(18)의 상단에 설치된 윤활유의 통로이며, 그 내경내에 확관부(18)의 중심을 포함하도록 하고 있다. 디바이더(26)는 경사통로(19)내에 압입고정한 박평판형의 것으로, 상하단에는 대략 반월형의 모따기(27)를 가지고, 상하의 방향성이 없어지도록 상하대칭으로 형성되어 있다. 디바이더(26)에는 대략 중간위치를 아주약간 폭이 넓게 형성한 압입부(28)가 있다. 또한, 경사통로(19)는 그 직경을 확관부(18)의 상단에서 단차적으로 적어도 1회 이상 아주약간 작은 직경으로 하여 2단 이상의 단차를 가지며, 경사통로(19)의 직경으로서는 최대가 되는 1단목 경사통로(19a)와, 1단목 경사통로(19a)와 2단목의 경계에 해당하는 경사통로내의 단차(19b)를 가지고 있다. 1단목 경사통로(19a)의 높이는 디바이더(26)의 높이와 동등하도록 구성되어 있다.

경사통로(19)내로 유입된 윤활유(30)는 크랭크샤프트(7)의 회전에 따라 회전하면서 상방으로 올라가지만, 윤활유(30)가 가지는 점성은 경사통로(19)내에서의 회전방향에 대하여 역방향의 저항력으로 작용하기 때문에 경사통로(19)내의 윤활유(30)의 회전속도는 실제 크랭크샤프트(7)의 회전속도보다도 늦어지는 경향을 나타낸다. 특히, 저속운전 회전수 영역(1200r/min ~ 1800r/min)에서는 모터 발열이나 접동발열에 따른 윤활유(30)의 온도상승량이 적어서 윤활유(30)의 점도는 비교적 높은 상태로 유지되기 때문에 윤활유(30)와 크랭크샤프트(7)의 회전속도의 차는 보다 커지게 된다. 이러한 크랭크샤프트(7)와 경사통로(19)내의 윤활유(30)의 회전속도의 차는 오일 반송력의 저하에 큰 영향을 미치게 한다.

그리고, 본 발명의 실시예 3에 따르면, 경사통로(19)내에 삽입계지된 디바이더(26)의 교반에 따른 윤활유(30)의 그러올리는 작용을 병용하여 오일반송력을 향상시킴으로써 경사통로(19)내로 유입된 윤활유(30)의 회전속도를 실제 크랭크샤프트(7)의 회전속도에 거의 동기시켜 저속운전 회전수 영역에서도 충분한 급유량을 상방으로 올리는 것이 가능해진다.

또한, 디바이더(26)의 양단부에 설치된 대략 반월형의 모따기(27)에 의해 디바이더(26)가 죄는부(17)의 중심과 어긋나도 죄는부(17)의 분할된 2개의 유입구의 개구비가 변화하는 일이 없다. 또한, 디바이더(26)의 긴 방향의 중앙부근의 폭을 크게 한 압입부(28)를 설치하여 디바이더(26)의 삽입고정이 용이하고, 또한 디바이더(26)의 만곡이 극히 작은 상태로 조립할 수 있어 작업성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.

또한, 경사통로(19)의 직경을 확관부(18) 상단에서 단계적으로 적어도 1회 이상 아주약간 작은 직경으로 하여 2단 이상의 단차를 가지는 경사통로(19)로 하고, 또한 확관부(18)의 상단에서 1단목 경사통로(19a)의 깊이를 디바이더(26)의 높이와 같게 한다. 따라서, 확관부(18)내에 캡(31)을 끼워 넣을때에, 디바이더(26)의 하단면에 캡(31)이 접촉하여 부하가 걸려도 디바이더(26)의 상단면의 가장자리 (26a)가 경사통로(19)의 단차(19b)에 의해 규제되어 디바이더(26)의 위치 어긋남을 발생하지 않고 조립이 가능해진다.

(실시예 4)

도 12는 본 발명의 실시예 4에서의 크랭크샤프트 주축부의 경사통로의 상단부의 확대단면도이다.

크랭크샤프트 주축부(7)에는 경사통로(19)가 있으며, 경사통로(19)의 상단에는 원추부(33)가 있다. 원추부(33)에는 능선부분(33a)이 있다. 또한, 경사통로(19)내의 윤활유를 다시 상방으로 끌어올리기 위한 하부연통부(21)가 설치되어 있다.

여기서, 윤활유의 양정을 유효하게 끌어올리고 저속 영역에서의 급유량을 확보하기 위하여 경사통로(19)는 크랭크샤프트 주축부(7)의 하방에서 상방에 걸쳐 크랭크샤프트 주축부(7)의 외주측으로 경사져 있다. 그 때문에, 하부 연통부(21)를 경사통로(19)의 측내벽면으로 관통시키는 구성으로 한 경우, 경사통로(19)의 최상단 부분 및 원추부(33)는 필연적으로 하부 연통부(21)보다도 상방에 위치하기 때문에 그 부분의 두께가 가장 얇아진다. 따라서, 하부 연통부(21)를 기점으로 상방으로 스파이랄구(도시하지 않음)의 가공을 실시하면, 스파이랄구(20)의 최저부와 경사통로(19)의 최상단, 및 원추부(33)의 사이에 부식(스파이랄구의 최저부가 깨져 큰 구멍이 생기는 현상. 두께가 얇을 때 발생)이 발생할 가능성이 있다.

그러나, 본 발명의 실시예 4에 따르면, 하부 연통부(21), 또는 하부 연통부 (21)의 일부가 경사통로(19)의 상단의 원추부(33)의 능선부분(33a)에 형성되기 때문에 저속운전 회전수 영역에서의 급유량을 확보하고, 또한 크랭크샤프트 주축부 (7)의 하부 연통부(21)의 상방에서 두께가 확보되어 스파이랄구(20)의 가공을 실시하여도 이 부분에서의 부식의 발생을 방지하고 제조공정상의 비용손실을 저감시키는 것이 가능해진다.

(실시예 5)

도 13은 본 발명의 실시예 5에 따른 크랭크샤프트 주축부의 축수부의 확대단면도이다.

크랭크샤프트(7)는 크랭크샤프트 주축부(7a)가 실린더 블록의 축수부(8)로 유지되어 있다. 로터(3b)는 크랭크샤프트 주축부(7a)에 가열하여 끼운다. 크랭크샤프트 주축부(7a)내에는 경사통로(19)가 있으며, 실린더 블록의 축수부(8)와 로터 (3b)의 상단면 사이에 형성된 틈(34)의 위치에 경사통로(19)에서 크랭크샤프트 주축부(7a)의 외주면으로 연통하는 가스 빼는 연통부(25)를 설치한다.

본 발명의 실시예 5에 따르면, 경사통로(19)내에 체류하는 가스에 의해 초크가 생겨 윤활유(30)를 상방으로 올리기 어려운 급유부전 현상을 방지하기 위해서 경사통로(19)내에 체류하는 가스를 가스 빼는 연통부(25)에서, 축수부(8)의 하단과 로터(3b)의 상단면으로 구성되는 틈(34)을 통하여 효과적으로 방출할 수 있고 또한, 유면 위치에서 가스 빼는 연통부(25)의 중심까지의 높이가 충분히 확보되어 있기 때문에 가스 빼는 연통부(25)에서의 윤활유의 유출량의 비율이 감소하므로 접동부의 윤활에 기여하기 충분한 급유량을 확보하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예 5에 따른 가스 빼는 연통부(25)의 적어도 일부가 크랭크샤프트 주축부(7a)와 축수부(8)로 구성되는 접동부에 걸려 있지만, 가스 빼는 연통부 (25)의 크랭크샤프트 주축부(7a) 외주측으로의 출구혈(25a)에 모따기를 실시함으로써 실린더 블록의 축수부(8)와 크랭크샤프트 주축부(7a) 외주면으로 구성되는 저널 축수부에서 유막절단을 방지할 수 있다.

또한, 경사통로(19)내의 가스 빼는 작용과 저널 축수부의 유막절단 방지의 양관점에서 출구공(25a)의 직경은 φ3㎜ ~ φ6㎜로 하고 그 모따기 각도는 90°~ 120°로 하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 주축의 하부에 형성되고 하방에서 상방에 걸쳐 외측으로 경사진 경사통로와, 주축의 하단에 형성하고 경사통로의 단면보다 작은 직경의 흡입혈을 중심부에 설치한 죄는부와, 스파이랄구의 하단과 경사통로를 연통시키는 하부 연통부로 이루어진 오일 펌프를 구비한 것으로, 죄는부로 둘러싸인 크랭크샤프트 주축부 하단의 윤활유는 크랭크샤프트의 회전에 의한 원심력을 받고, 죄는부가 원심력에 의해 발생하는 하방향의 힘을 받아냄으로써 상방향의 힘이 증가하여 경사통로내를 상방으로 이동한다. 또한, 경사통로의 경사가 보다 윤활유의 양정을 유효하게 끌어올림으로써 큰 오일 반송력을 얻을 수 있어 저속회전시에도 필요로 되는 윤활유를 효율적으로 퍼올리는 것이 가능한 밀폐형 전동압축기를실현할 수 있다.

또한, 간단한 구성으로 조립하여 작업성이 우수한 밀폐형 전동압축기를 얻을 수 있다.

Claims

스테이터와 로터로 이루어진 전동 모터부와, 상기 전동모터의 상기 로터에 고정된 크랭크샤프트가 회전함으로써 냉매를 압축하는 압축 요소부와, 상기 전동모터부와 상기 압축 요소부를 수용하고 윤활유를 저류하는 저류부를 가지는 밀폐용기를 구비한 밀폐형 전동압축기로서,

상기 크랭크샤프트는 적어도 크랭크샤프트 주축부와, 상기 압축 요소부를 구동하는 크랭크샤프트 편심축부로 구성되고, 상기 크랭크샤프트의 회전에 의해 상기 저류부의 윤활유를 상기 크랭크샤프트 주축부 및 상기 크랭크샤프트 편심축부를 통하여 상기 밀폐용기내에 공급하는 오일 펌프를 구비하고,

상기 오일펌프는 상기 크랭크샤프트 주축부의 내부에 설치되고, 상기 저류부에 침적된 상기 크랭크샤프트 주축부의 하단부에서 소정 길이를 가지는 상기 크랭크샤프트 주축부의 축심에 대하여 경사진 경사통로부와, 상기 크랭크샤프트 주축부의 하단부에 설치되는 상기 경사통로의 단면적보다도 작은 죄는부와, 상기 경사통로부의 상단부에 설치된 연통부와, 상기 연통부와 연통하는 상기 크랭크샤프트 주축부의 외주부에 설치된 스파이랄구와, 상기 스파이랄구와 연통하고 상기 크랭크샤프트 편심축내에 설치된 연통혈을 가지는 밀폐형 전동압축기.
제 1항에 있어서, 적어도 회전주축의 운전회전수가 1200r/min ~ 1800r/min의 운전회전수를 포함하는 밀폐형 전동압축기.
제 1항 또는 2항에 있어서, 경사통로부가 형성된 영역의 크랭크샤프트 주축부의 직경에 대한 상기 크랭크샤프트 주축부의 최하단부에서 연통부의 중심까지의 거리의 비율을 E로 하고, 상기 직경의 1/2에 대한 상기 크랭크샤프트 주축부의 축심에서 경사통로부의 외경까지의 최대길이의 비율을 F로 하였을 때, 비율 E는 2~3 이고, 비율 F는 0.77~0.9인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.
제 3항에 있어서, 비율 E와 비율 F의 관계가

F≥0.166E²- 0.683E + 1.44

인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.
제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 죄는부는 크랭크샤프트 주축부의 하단에 원판형의 캡을 삽입계지하는 것으로 구성한 밀폐형 전동압축기.
제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 경사통로의 직경과, 죄는부의 직경의 비를 1: 0.25 ~ 0.5 로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.
제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 경사통로의 죄는부의 상부에 상기 경사통로를 분할하는 디바이더를 삽입계지한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.
제 7항에 있어서, 상하대칭 형상의 평판형이며, 적어도 하단부의 대략 중앙에 대략 반월형의 모따기를 가지고, 긴 방향의 대략 중앙부의 폭을 상단부 및 하단부보다도 크게 한 압입부를 구비한 디바이더인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.
제 7항에 있어서, 경사통로의 하단부에서 상기 경사통로의 깊이 방향에 단차부를 설치하고, 상기 단차부까지의 거리가 디바이더의 길이와 같은 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.
제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 경사통로의 상단에 원추부를 형성하고 또한, 연통부의 적어도 일부가 상기 원추부와 교차하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.
제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 경사통로에서 크랭크샤프트 주축부의 외주면으로 연통하고, 밀폐용기내의 공간으로 개방되는 가스 빼는 연통부를 설치한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전동압축기.