KR20080056344A - 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트에 관한 것으로, 이러한 본 발명의 목적은 양방향으로 회전되면서도 그 회전방향전환에 상관 없이 크랭크샤프트의 회전불균형을 신속하게 보상할 수 있도록 마련된 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트를 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트는 구동유닛의 구동에 따라 양방향 중 일방향으로 선택적인 회전이 가능하고, 일단에는 피스톤과 커넥팅로드를 통해 연결되도록 편심축이 마련되며, 상기 편심축부 하부에 상기 편심축부로 인한 회전불균형을 보상하도록 균형추가 마련되되, 상기 균형추에는 상기 크랭크샤프트의 회전방향을 따라 유동가능하도록 마련된 소정 질량의 유동부재와 상기 유동부재의 양단을 탄성지지하는 한 쌍의 탄성부재를 포함하는 웨이트발란스장치가 마련된다.

Description

왕복동형 압축기의 크랭크샤프트 {A CRANKSHAFT OF RECIPROCATING COMPRESSOR}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 크랭크샤프트의 구조가 도시된 사시도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 크랭크샤프트가 정지된 경우 웨이트발란스장치의 동작상태를 도시한 평면도이다.

도 3은 도 2의 크랭크샤프트가 반시계방향으로 회전할 때 웨이트발란스장치의 동작상태를 도시한 평면도이다.

도 4는 도 2의 크랭크샤프트가 시계방향으로 회전할 때 웨이트발란스장치의 동작상태를 도시한 평면도이다.

도 5는 도 1를 절취선 A-A를 따라 절취한 후 화살표 방향에서 바라본 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 크랭크샤프트 2: 메인축

3: 편심축 4: 균형추

5: 가이드홈 5a: 이탈방지돌기

10: 웨이트발란스장치 11: 유동부재

11a: 이탈방지홈 12: 제1탄성부재

13: 제2탄성부재

본 발명은 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양방향으로 회전 가능하도록 마련된 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동형 압축기는 냉장고나 공기조화기의 냉동사이클에 냉매의 압축작용을 수행하도록 채용되는 것으로, 밀폐용기를 통해 외관을 이루며, 이러한 밀폐용기 내부에는 냉매의 압축작용을 수행하는 압축유닛과, 냉매의 압축구동력을 제공하는 구동유닛이 프레임을 통해 설치된다.

먼저 구동유닛의 프레임의 하부 외곽 쪽에 고정되는 고정자와, 고정자와의 전자기적인 상호작용으로 회전하도록 마련된 회전자를 구비한다.

또 이러한 구동유닛의 구동력은 크랭크샤프트를 통해 압축유닛으로 전달되는데, 프레임의 중앙에는 크랭크샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 중공부가 형성되며, 중공부 상부의 크랭크샤프트 상단은 편심회전하는 편심축을 형성하게 된다.

그리고 압축유닛은 압축실을 형성하도록 상기 프레임 상부 일측에 마련된 실린더와, 실린더 내부에서 직선왕복운동하며 냉매를 압축시키는 피스톤을 구비하고, 이러한 피스톤과 상기 편심축은 커넥팅로드를 통해 상호 연결되어 크랭크샤프트의 회전에 의한 편심축의 편심회전운동이 피스톤의 직선왕복운동으로 전화되도록 한다.

따라서 이러한 구조를 통해 구동유닛의 구동으로 크랭크샤프트가 회전하게 되면서 편심축이 편심회전하게 되면, 편심축과 커넥팅로드를 통해 연결된 피스톤이 압축실 내부에서 직선왕복운동하면서 냉매의 압축작용을 수행하게 되는 것이다.

또 이러한 냉매의 압축작용시 상기 편심축의 편심회전운동과, 회전축과 수직으로 교차하는 방향으로 이루어지는 상기 피스톤의 직선왕복운동으로 인해 상기 크랭크샤프트는 불균형을 이룬 상태로 회전하게 되면서 진동이나 소음을 유발시키게 되는데, 이러한 크랭크샤프트의 회전불균형을 보상하도록 상기 편심축부 직하방의 크랭크샤프트 외주에는 상기 편심축의 편심방향과 반대방향으로 연장형성된 균형추가 일체로 형성된다.

한편, 최근 이러한 왕복동형 압축기 중에는 상기 크랭크샤프트의 회전방향에 따라 피스톤의 행정거리가 변하도록 하여 압축용량이 달라지도록 한 것들이 많이 사용되고 있는데, 이러한 왕복동형 압축기의 경우 냉장고나 공기조화기의 냉동부하에 따라 압축용량을 조절할 수 있게 되어 에너지 절약 측면에 있어서 유리하여 그 수요가 날로 증가하고 있는 추세이다.

한국 등록특허 제0487962호의 등록특허공보에는 이와 같이 크랭크샤프트의 회전방향에 따라 압축용량이 가변되도록 하는 왕복동형 압축기가 개시되어 있다.

상기 공보를 통해 보면, 이러한 왕복동형 압축기는 먼저 크랭크샤프트가 구동유닛에 의해 양방향으로 선택적인 회전이 가능하도록 마련되며, 크랭크샤프트의 회전방향에 따라 피스톤의 행정거리가 가변되도록 하는 가변유닛을 구비한다.

가변유닛은 편심축이 관통되는 관통공이 편심되게 형성되고 상기 관통공에 편심축이 안착되도록 마련된 편심슬리브와, 상기 편심슬리브의 외경보다 더 큰 외경을 가지고 소정의 두께를 가지는 판상으로 형성되며 상기 편심슬리브에 구비되어 크랭크샤프트의 회전방향에 따라 편심슬리브에 원심력에 의해 회전력을 제공하는 편심질량부와, 적어도 일단부가 상기 편심축부를 관통하여 편심축부 외면에 돌출되게 설치되고 원심력에 의한 상기 편심슬리브의 회전이 특정 위치에 멈춰 편심편과 편심슬리브가 일체로 회전되도록 마련된 래칭핀과, 상기 편심질량부의 상면보다 돌출되게 편심슬리브 상단에 단차지게 형성되어 양 측이 각각 걸림단을 형성하는 돌출리브를 포함하여 구성되며, 여기서 상기 편심슬리브는 상기 편심축부 그 외측에 끼워지는 상기 커넥팅로드의 대경부 사이에 개재된다.

따라서 상기 공보에 개시된 왕복동형 압축기의 경우 이러한 가변유닛의 구성을 통해 상기 크랭크샤프트가 시계방향이나 반시계방향으로 회전됨에 따라 상기 편심슬리브의 관통공의 위치가 상기 피스톤과 멀어지거나 가까워지게 되면서 피스톤의 행정거리가 가변되고, 이에 따라 냉매의 압축용량이 이중으로 가변되는 것이다.

그러나 이와 같이 용량 가변을 위해 크랭크샤프트가 양방향으로 회전하도록 마련된 왕복동형 압축기는 상기 균형추가 고정형으로 마련되어 있기 때문에, 양방향으로 회전하는 크랭크샤프트의 불균형 회전력을 보다 신속하게 보상하여 크랭크샤프트가 균형잡힌 회전운동을 하도록 하는데 많은 한계가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이러한 본 발명의 목적은 양방향으로 회전되면서도 그 회전방향전환에 상관 없이 크랭크샤프트의 회전불균형을 신속하게 보상할 수 있도록 마련된 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트는 구동유닛의 구동에 따라 양방향 중 일방향으로 선택적인 회전이 가능하고, 일단에는 피스톤과 커넥팅로드를 통해 연결되도록 편심축이 마련되며, 상기 편심축부 하부에 상기 편심축부로 인한 회전불균형을 보상하도록 균형추가 마련되되, 상기 균형추에는 상기 크랭크샤프트의 회전방향을 따라 유동가능하도록 마련된 소정 질량의 유동부재와 상기 유동부재의 양단을 탄성지지하는 한 쌍의 탄성부재를 포함하는 웨이트발란스장치가 마련된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 균형추에는 상기 유동부재의 유동을 안내하도록 호형상의 가이드홈이 형성되고, 상기 각 탄성부재는 일단은 상기 유동부재에 고정되고 타단은 상기 가이드홈의 끝단에 고정되도록 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 탄성부재는 코일스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 균형추에는 상기 유동부재의 유동을 안내하도록 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈과 유동부재는 호형상으로 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 균형추에는 상기 유동부재의 유동을 안내하도록 가이드홈이 형성 되되, 상기 유동부재의 유동을 가이드하면서 상기 유동부재가 상기 가이드홈으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 유동부재의 측면과 상기 가이드홈의 내벽에는 상호 슬라이딩 가능하게 결합되는 이탈방지홈과 이탈방지돌기가 각각 마련된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시예에 따른 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트는 왕복동형 압축기에 채용되어 냉매의 압축동력을 제공하는 구동유닛의 구동력을 냉매의 압축작용을 수행하는 압축유닛의 피스톤으로 전달하도록 마련된 것으로, 도 1에는 본 실시예에 따른 이러한 크랭크샤프트(1)의 구조가 도시된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 크랭크샤프트(1)는 상기 구동유닛(미도시)의 회전자(미도시)에 압입되어 상기 회전자(미도시)와 함께 회전하도록 마련된 메인축(2)과, 상기 피스톤(미도시)과 커넥팅로드(미도시)를 통해 연결되도록 일단에 편심회전하도록 마련된 편심축(3)과, 이러한 편심축(3)의 편심회전운동과 크랭크샤프트(1)와 수직으로 교차하는 방향으로 이루어지는 상기 피스톤(미도시)의 직선왕복운동에 의한 크랭크샤프트(1)의 회전불균형을 보상하도록 상기 편심축(3)과 메인축(2) 사이에 편심축(3)의 편심방향과 반대방향으로 연장형성된 균형추(4)를 구비한다.

여기서 상기 구동유닛(미도시)은 크랭크샤프트(1)를 양방향 중 일방향으로 선택적으로 회전시킬 수 있도록 구동되며, 상기 편심축(3) 쪽에는 상술한 등록특허 제0487962호의 등록특허공보에 개시된 가변유닛 등이 설치될 수 있는데, 이에 따라 본 발명에 따른 크랭크샤프트(1)가 채용되는 왕복동형 압축기는 상기 크랭크샤프트(1)의 회전방향에 따라 피스톤(미도시)의 행정거리가 변화되면서 냉매의 압축용량을 가변시킬 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 크랭크샤프트(1)에 있어서, 상기 균형추(4)에는 양방향으로 회전되는 크랭크샤프트(1)의 회전불균형을 보다 신속하게 보상할 수 있도록 마련된 웨이트발란스장치(10)가 설치되며, 이러한 웨이트발란스장치는 유동부재(11)와 한 쌍의 탄성부재(12,13)를 포함하여 구성된다. 설명의 편의상 이하에서는 도면에 있어서 좌측에 위치된 탄성부재를 제1탄성부재(12)가 칭하겠고, 우측에 위치된 탄성부재를 제2탄성부재(13)라 칭하겠다.

여기서 유동부재(11)는 소정의 질량을 구비하여 상기 크랭크샤프트(1)의 회전방향을 따라 유동가능하도록 설치된다. 이러한 유동부재(11)의 유동 동작을 안내하기 위해 상기 균형추(4)의 외곽 쪽에는 상부로 개방된 호형상의 가이드홈(5)이 형성되며, 상기 웨이트발란스장치(10)는 이러한 가이드홈(5)에 내장된 상태로 설치되어 별도의 설치공간을 확보할 필요가 없게 된다. 또 상기 유동부재(11) 역시 가이드홈(5)의 형상에 대응하는 호형상으로 마련되어 길이방향의 양 측면이 가이드홈(5)의 내벽에 밀착되는 호형상으로 마련된다.

그리고 본 실시예에 있어서 상기 제1 및 제2탄성부재(12,13)는 코일스프링을 통해 구현되는데, 이러한 제1 및 제2탄성부재(12,13)는 상기 가이드홈(5) 내부에서 유동부재(1)의 양측에 각각 설치되고, 각각 일단은 유동부재(11)에 고정되고, 타단 은 상기 가이드홈(5)의 끝단에 고정이 된다. 따라서 이러한 구조를 상기 제1탄성부재(12)는 도면에 있어서 가이드홈(5)의 좌측 끝단과 이에 대응하는 유동부재(11)의 좌측 단부 사이를 탄성지지하게 되고, 제2탄성부재(13)는 가이드홈(5)의 우측 끝단과 이에 대응하는 유동부재(11)의 우측 단부 사이를 탄성 지지하게 된다.

따라서 이와 같은 웨이트발란스장치(10)의 구성을 통해 본 실시예에 따른 크랭크샤프트(1)는 일방향으로 회전이 이루어지다가 반대 방형으로 회전방향이 전환되더라도 보다 신속하게로 회전불균형을 보상할 수 있게 되는데, 이에 대한 설명은 다음과 같다.

먼저 크랭크샤프트(1)의 회전이 정지된 상태에서 상기 유동부재(11)는 도 2에서 도시된 바와 같이, 제1 및 제2탄성부재(12,13)가 균형을 이루게 되면서 어느 쪽으로도 치우침이 없이 가이드홈(5) 중앙에 위치된 상태를 유지하게 된다.

이 상태에서 도 3에 도시된 바와 같이, 크랭크샤프트(1)가 반시계방향으로 회전을 하게 되면, 상기 가이드홈(5) 내부에 크랭크샤프트(1)의 회전방향을 따라 유동가능하도록 설치된 유동부재(11)는 상기 제1탄성부재(12)를 가압하며 시계방향으로 관성력을 갖게 되고, 이에 따라 크랭크샤프트(1)는 반시계방향으로의 가속이 저감되면서 회전불균형이 보상되어 신속하게 균형을 잡게 되는 것이다.

또 이 상태에서 상기 크랭크샤프트(1)가 다시 시계방향으로 회전될 경우, 이번에는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유동부재(11)가 상기 제2탄성부재(13)를 가압하며 반시계방향으로 관성력을 갖게 되고, 이때는 크랭크샤프트(1)의 시계방향으로의 가속이 저감되면서 크랭크샤프트(1)의 회전불균형이 역시 신속하게 보상될 수 있게 된다.

한편, 상기 유동부재(11)가 수용되는 가이드홈(5)의 경우 상부로 개방된 구조를 갖게 되는데, 이에 따라 상기 유동부재(11)는 가이드홈(5) 상부로 이탈될 우려가 있다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 상호 대응하는 상기 유동부재(11)의 측면과 상기 가이드홈(5)의 내벽에는 상호 슬라이딩 가능하게 결합되는 이탈방지홈(11a)과 이탈방지돌기(5a)가 각각 형성된다.

여기서 상기 이탈방지홈(11a)은 상기 유동부재(11) 측면 전 구간에 걸쳐 형성되고, 상기 이탈방지돌기(5a)의 경우 상기 가이드홈(5) 측벽의 일부 구간에만 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 이탈방지돌기(5a)가 상기 가이드홈(5)의 측벽 전 구간에 걸쳐 형성될 경우 그 측면이 상기 가이드홈(5)의 측벽에 밀착되도록 설치되는 유동부재(11)를 상기 가이드홈(5)에 수용시키기 어렵게 될 우려가 있기 때문이다.

따라서 이러한 이탈방지홈(11a)과 이탈방지돌기(5a)의 구성을 통해 상기 유동부재(11)는 가이드홈(5) 내부에 설치된 상태에서 가이드홈(5)으로부터 이탈되지 않게 되고, 동시에 상기 이탈빙지홈(11a)과 이탈방지돌기(5a)는 가이드홈(5)을 따라 유동하는 유동부재(11)의 유동동작을 보다 안정적으로 가이드하는 역할도 수행할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와, 본 발명에 따른 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트는 균형추에 설치되는 상기 유동부재의 관성력이 회전축의 회전방향과 반대 방 향으로 작동함에 따라 크랭크샤프트가 양방향으로 회전되면서도 그 회전방향전환에 상관 없이 신속하게 회전불균형을 보상하며 안정적으로 회전할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 구동유닛의 구동에 따라 양방향 중 일방향으로 선택적인 회전이 가능하고, 일단에는 피스톤과 커넥팅로드를 통해 연결되도록 편심축이 마련되며, 상기 편심축부 하부에 상기 편심축부로 인한 회전불균형을 보상하도록 균형추가 마련된 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트에 있어서,

   상기 균형추에는 상기 크랭크샤프트의 회전방향을 따라 유동가능하도록 마련된 소정 질량의 유동부재와, 상기 유동부재의 양단을 탄성지지하는 한 쌍의 탄성부재를 포함하는 웨이트발란스장치가 마련된 것을 특징으로 하는 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 균형추에는 상기 유동부재의 유동을 안내하도록 호형상의 가이드홈이 형성되고, 상기 웨이트발란스장치는 상기 가이드홈에 내장된 것을 특징으로 하는 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 균형추에는 상기 유동부재의 유동을 안내하도록 호형상의 가이드홈이 형성되고, 상기 각 탄성부재는 일단은 상기 유동부재에 고정되고 타단은 상기 가이드홈의 끝단에 고정되도록 마련된 것을 특징으로 하는 왕복동형 압축기의 크랭크샤 프트.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 탄성부재는 코일스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트
5. 제 1항에 있어서,

   상기 균형추에는 상기 유동부재의 유동을 안내하도록 가이드홈이 형성되고, 상기 가이드홈과 유동부재는 호형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 균형추에는 상기 유동부재의 유동을 안내하도록 가이드홈이 형성되되, 상기 유동부재의 유동을 가이드하면서 상기 유동부재가 상기 가이드홈으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 유동부재의 측면과 상기 가이드홈의 내벽에는 상호 슬라이딩 가능하게 결합되는 이탈방지홈과 이탈방지돌기가 각각 마련된 것을 특징으로 하는 왕복동형 압축기의 크랭크샤프트.

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