KR20040090850A - 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조에 관한 것이다. 본 발명은 구동원에 의해 회전되고 회전중심에서 편심된 위치에 편심핀(32)을 구비하는 크랭크축(30)과, 상기 편심핀(32)과 일단부가 연결되고 타단부에 볼조인트(42)를 구비하는 커넥팅로드(40)와, 상기 커넥팅로드(40)의 볼조인트(42)와 연결되어 상기 크랭크축(30)의 구동력을 전달받고 압축실(52) 내에서 직선왕복운동하는 피스톤(54)을 포함하여 구성되고, 상기 볼조인트(42)의 회전중심과 크랭크축(30)의 회전중심이 상기 피스톤(54)의 직선왕복운동방향에 평행한 방향으로 소정 거리 오프셋된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 압축기의 입력에 대해 출력이 상대적으로 커져 압축기의 구동효율이 높아지고 피스톤과 압축실 측벽 사이의 마모가 상대적으로 적어지고 소음이 저감되는 이점이 있다.

Description

밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조{Connecting structure of connecting-rod for hermetic compressor}

본 발명은 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일단부에 볼조인트를구비하는 커넥팅로드로 피스톤과 크랭크축을 연결하는 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조에 관한 것이다.

도 1에는 종래 기술에 의한 밀폐형 압축기의 구성이 단면도로 도시되어 있다. 먼저, 밀폐용기(1)는 상부용기(1t)와 하부용기(1b)로 구성되어 내부에 밀폐공간을 형성한다. 상기 밀폐용기(1)의 내부에는 프레임(2)이 설치되어 있다. 상기 프레임(2)의 하부에는 고정자(3)가 고정되어 있으며, 상기 고정자(3)는 스프링(2S)에 의해 밀폐용기(1)의 내부에 지지된다. 상기 고정자(3)의 내부에는 고정자(3)와 전자기적 상호작용에 의하여 회전을 하는 회전자(4)가 있다. 상기 회전자(4)는 상기 프레임(2)의 중앙부를 관통하는 크랭크축(5)과 일체로 되어 회전한다.

상기 크랭크축(5)의 하단에는 크랭크축의 내부를 통해 오일(L)을 상방향으로 끌어올리는 흡상기구(5d)가 구비된다. 상기의 흡상기구(5d)를 통과한 오일(L)은 오일유로(5a)를 따라 상기 크랭크축(5)의 회전중심에 대하여 편심되게 형성된 편심핀(5b)에서 비산된다. 상기 편심핀(5b)이 형성된 반대쪽에는 상기 크랭크축(5)에 일체로 형성되어 편심핀(5b)에 의한 무게중심의 편심을 잡아주는 균형추(5c)가 있다.

한편, 상기 크랭크축(5)의 편심핀(5b)에 커넥팅로드(8)의 일단부가 연결된다. 상기 커넥팅로드(8)의 타단부는 피스톤(7)과 연결되어 상기 크랭크축(5)의 회전운동을 피스톤(7)의 직선왕복운동으로 변환한다. 상기 피스톤(7)은 프레임(2)에 구비되어 있는 실린더(6)의 압축실(6')내에서 직선운동을 하며 작동유체를 압축시킨다. 상기 실린더(6)의 압축실(6') 선단에는 밸브어셈블리(9)와 헤드커버(10)가 조립된다. 흡입머플러(11)는 상기 헤드커버(10)에 조립되어 압축실에 작동유체의 소음을 저감시켜 공급한다. 상기 흡입머플러(11)로는 밀폐용기(1)를 관통하여 설치된 흡입파이프(12)를 통해 작동유체가 공급된다. 도면 부호 13은 토출파이프로서 상기 압축실(6')내에서 압축되어 토출된 작동유체를 압축기 외부로 공급하는 역할을 한다.

이와 같은 구성을 가지는 압축기는 전원이 인가되면 상기 회전자(4)와 고정자(3)의 전자기적 상호작용에 의해 상기 회전자(4)가 회전하면 상기 회전자(4)와 일체로 상기 크랭크축(5)이 회전하게 된다. 상기 크랭크축(5)이 회전하면 상기 크랭크축(5)에 편심되게 형성되어 있는 편심핀(5b)이 원을 그리면서 회전원운동을 하게 된다.

따라서, 상기 편심핀(5b)과 일단에서 연결되어 있는 커넥팅로드(8)가 편심핀(5b)과 연동되면서 타단에 연결된 피스톤(7)에 힘을 전달 시키고, 상기 피스톤(7)은 실린더(6)내의 압축실(6')에서 직선왕복 운동을 하면서 작동유체를 압축시킨다. 상기 과정을 통하여 압축된 작동유체는 실린더(6)의 토출파이프(13)를 통하여 밖으로 나가게 된다.

한편, 상기 피스톤(7)과 커넥팅로드(8)를 연결하는 방식에는 다음과 같은 것들이 있다. 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 커넥팅로드(8)에 링형상의 소단경을 형성하고 상기 소단경과 피스톤(7)을 피스톤핀이 관통하여 연결하도록 하는 방식이 있다. 그리고, 피스톤(7)의 후방에 쉘을 형성하고, 상기 쉘의 내부에 슬라이더가 크랭크축(5)의 편심핀(5b)과 연동되도록 하는 스카치요크방식이 있다.

다음으로 도 2에 잘 도시된 바와 같이 커넥팅로드(8')의 일단부에 구형상의 볼(8b)을 일체로 형성하고, 상기 피스톤(7)의 후단 내부에는 볼수납홈(7h)을 형성한다. 상기 볼수납홈(7h)은 상기 피스톤(7)의 내부에 형성되고, 상기 볼(8b)이 그 내부에 소정 각도 자유롭게 회전가능하게 수납된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 커넥팅로드 연결구조에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 2에 도시된 구성에서, 상기 볼(8b)의 회전중심과 크랭크축(5)의 회전중심은 상기 피스톤(7)을 좌우로 이분하는 선상에 구비된다. 따라서, 도 2에 도시된 상태와 같이 상기 피스톤(7)이 압축행정을 수행하는 과정에서는 상기 피스톤(7)의 일측벽에 큰 측력을 작용하게 된다. 이와 같은 측력은 상기 커넥팅로드(8')가 상기 피스톤(7)을 밀어주는 힘(F)을 피스톤(7)의 진행방향의 분력(Fy)과 그에 직교하는 방향의 분력(Fx)으로 나누었을 때, 피스톤(7)의 진행방향에 직교하는 방향의 분력(Fx)과 대응된다.

결국, 종래 기술에서는 상기 측력인 피스톤(7)의 진행방향에 직교하는 방향의 분력(Fx)이 상대적으로 커서 압축기의 구동을 위한 입력이 상승되고, 압축행정에서 상기 피스톤(7)과 압축실(6')의 내벽이 접촉되는 부분(A)에서 피스톤(7)과 압축실(6')의 마모가 심하게 발생되고 동작중 소음이 커지게 되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한것으로, 볼조인트를 사용하는 압축기에서 피스톤과 압축실 사이의 측력을 최소화하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축기의 동작중 발생하는 소음을 최소화하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 밀폐형 압축기의 내부구성을 보이는 단면도.

도 2는 종래의 볼조인트 방식의 커넥팅로드 연결구조를 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조의 바람직한 실시예를 보인 개략단면도.

도 4는 본 발명 실시예에서 피스톤의 압축행정시에 피스톤에 가해지는 힘관계를 보인 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30: 크랭크축 32: 편심핀

40: 커넥팅로드 42: 볼조인트

50: 실린더블록 52: 압축실

54: 피스톤

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 구동원에 의해 회전되고 회전중심에서 편심된 위치에 편심핀을 구비하는 크랭크축과, 상기 편심핀과 일단부가 연결되고 타단부에 볼조인트를 구비하는 커넥팅로드와, 상기 커넥팅로드의 볼조인트와 연결되어 상기 크랭크축의 구동력을 전달받고 압축실 내에서 직선왕복운동하는 피스톤을 포함하여 구성되고, 상기 볼조인트의 회전중심과 크랭크축의 회전중심이 상기 피스톤의 직선왕복운동방향에 평행한 방향으로 소정 거리 오프셋된다.

상기 볼조인트의 회전중심은 상기 피스톤의 길이방향 중심선 상에 위치하고, 상기 크랭크축의 회전중심은 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 상기 압축실의 일측벽 사이를 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행하게 통과하는 가상의 선상에 구비된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조에 의하면 피스톤과 압축실 내벽 사이의 측력이 최소화되어 압축기의 구동을 입력이 줄어들고 피스톤과 압축실 내벽의 마모가 최소화되며 동작소음이 저감되는 이점이 있다.

이하 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3에는 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조의 바람직한 실시예가 개략 평면도로 도시되어 있다. 이에 도시된 바에 따르면, 고정자와 회전자의 상호작용에 의해 회전되는 크랭크축(30)은 상기 회전자의 회전중심과 동일한 회전중심(R)을 가진다. 상기 회전중심(R)에서 소정 거리 편심된 위치의 크랭크축(30) 상에는 편심핀(32)이 구비된다. 따라서 상기 편심핀(32)은 상기 회전중심(R)을 중심으로 원형의 궤적을 그리게 된다. 상기 편심핀(32)은 아래에서 설명될 커넥팅로드(40)의 일단부와의 연결을 위한 것이다.

커넥팅로드(40)는 상기 편심핀(32)과 일단부가 연결된다. 상기 커넥팅로드(40)는 그 일단부에 상기 편심핀(32)의 외주면을 감싸도록 링형상의 대단경이 구비된다. 상기 커넥팅로드(40)의 타단부에는 볼조인트(42)가 구비된다.

실린더블록(50)에는 작동유체의 압축이 이루어지는 압축실(52)이 구비되는데, 상기 압축실(52)의 내부에는 피스톤(54)이 직선왕복운동가능하게 설치된다. 상기 피스톤(54)과 상기 커넥팅로드(40)는 상기 볼조인트(42)에 의해 서로 연결된다.

이와 같은 구성에서 상기 크랭크축(30)의 회전운동은 상기 커넥팅로드(40)에 의해 상기 피스톤(54)의 직선왕복운동으로 변환되고, 상기 피스톤(54)이 상기 압축실(52) 내에서 직선왕복운동함에 의해 작동유체의 압축이 이루어진다.

한편, 상기 피스톤(54)의 길이방향 중심선(L)에 상기 볼조인트(42)의 회전중심이 구비된다. 그리고 상기 중심선(L)과 상기 피스톤(54)의 일측면이 접촉되는 압축실(52)의 내벽면의 사이를 상기 중심선(L)과 평행하게 통과하도록 가상선(L')이 구비되는데, 상기 가상선(L')상에 크랭크축(30)의 회전중심이 놓이게 된다.

즉, 상기 크랭크축(30)의 회전중심은 상기 볼조인트(42)의 회전중심이 구비되는 중심선(L)에서 O.S.만큼 오프셋된 위치를 통과하는 가상선(L')상에 위치된다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조의 작용을 상세하게 설명한다.

상기 피스톤(54)은 상기 크랭크축(30)의 회전운동을 상기 커넥팅로드(40)를 통해 전달받아 압축실(52)내에서 직선왕복운동한다. 특히, 상기 피스톤(54)이 압축실(54)의 상사점까지 이동하는 과정에서는 압축실(54) 내부의 작동유체를 압축하기 위해 상기 커넥팅로드(40)가 볼조인트(42)를 통해 피스톤(54)에 힘(F)을 가하여야 한다.

이와 같은 힘(F)은, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(54)의 진행방향의 힘(Fy)과 상기 피스톤(54)의 진행방향에 직교하는 힘(Fx), 즉 상기 피스톤(54)이 압축실(52)의 측벽에 가하는 힘으로 나누어진다.

하지만, 본 발명에서는 상기 크랭크축(30)의 회전중심이 상기 볼조인트(42)의 회전중심에서 피스톤(54)의 측벽 방향으로 오프셋되어 있어, 특히 상기 피스톤(54)이 압축행정을 수행할 때, 상기 피스톤(54)의 진행방향의 힘(Fy)이 상대적으로 커지고, 이에 직교하는 방향의 힘(Fx)이 상대적으로 작아진다.

즉, 본 발명에서 압축기가 구동되어 크랭크축(30)의 회전하면, 크랭크축(30)의 회전력이 커넥팅로드(40)를 통해 피스톤(54)으로 전달된다. 이와 같이 되면 상기 피스톤(54)이 압축실(52) 내에서 직선왕복운동하면서 작동유체를 압축한다. 이때, 특히 압축행정에서 상기 커넥팅로드(40)를 통해 피스톤(54)으로 전달되는 힘(Fy)이 상대적으로 커지고, 상기 피스톤(54)이 상기 압축실(52)의 측벽에 가하는 힘(Fx)이 상대적으로 작아진다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조에서는 볼조인트를 통해 피스톤과 커넥팅로드가 연결되는 구성에서 커넥팅로드의 일단부가 연결되는 크랭크축의 회전중심이 볼조인트의 회전중심에서 소정 거리 오프셋된다.

이와 같은 구성에 의하면 압축행정에서 커넥팅로드를 통해 피스톤으로 전달되는 힘이 상대적으로 커지게 되어 압축기의 구동에 필요한 입력값이 줄어들어 압축기의 동작효율이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 피스톤에 의해 압축실의 측벽에 가해지는 힘이 상대적으로 작아지게 되어 피스톤과 이에 대응되는 압축실의 측벽의 마모가 줄어들게 되는 효과도 있다.

또한, 상기와 같이 피스톤과 압축실의 마모가 줄어들게 됨에 의해 압축기의 동작시에 발생하는 동작소음이 최소화되는 효과도 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 구동원에 의해 회전되고 회전중심에서 편심된 위치에 편심핀을 구비하는 크랭크축과,

   상기 편심핀과 일단부가 연결되고 타단부에 볼조인트를 구비하는 커넥팅로드와,

   상기 커넥팅로드의 볼조인트와 연결되어 상기 크랭크축의 구동력을 전달받고 압축실 내에서 직선왕복운동하는 피스톤을 포함하여 구성되고,

   상기 볼조인트의 회전중심과 크랭크축의 회전중심이 상기 피스톤의 직선왕복운동방향에 평행한 방향으로 소정 거리 오프셋됨을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 볼조인트의 회전중심은 상기 피스톤의 길이방향 중심선 상에 위치하고, 상기 크랭크축의 회전중심은 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 상기 압축실의 일측벽 사이를 상기 피스톤의 길이방향 중심선과 평행하게 통과하는 가상의 선상에 구비됨을 특징으로 하는 밀폐형 압축기의 커넥팅로드 연결구조.