KR20100010460A - 로터리식 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 로터리식 압축기는 밀폐 용기;밀폐 용기 내에 고정되고, 냉매가 출입되는 실린더; 실린더 내에 고정된 고정자;그리고, 실린더 내에 구비되고, 고정자와 상호 전자기력에 의해 회전하면서 실린더와 사이에 압축공간에서 냉매를 압축하는 회전자;를 포함하기 때문에 제품 높이를 줄일 뿐 아니라 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 안정적인 구조로 인하여 진동 설계가 유리할 뿐 아니라 부품의 변형 및 마모를 줄일 수 있다.
로터리식 압축기, 롤러, 자석, 고정자, 회전자

Description

로터리식 압축기 {ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 실린더 내측에서 회전자가 편심 회전하면서 냉매를 압축시키는 로터리식 압축기에 관한 것으로서, 특히 회전자 내측에 고정자를 설치하여 제품 높이를 줄일 수 있는 로터리식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 로터리식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크 롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
대한민국 등록특허공보 10-1996-0023817에 로터리식 압축기가 개시되어 있다. 종래의 로터리식 압축기의 일예를 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 밀폐 용기(1010)와, 밀폐 용기(1010) 내부 상측에 고정자(1021) 및 로터(1022)를 포함하는 전동기(1020)와, 밀폐 용기(1010)의 내부 하측에 전동기(1020)의 동력을 회전축(1031)에 의해 전달받아 냉매를 압축시키는 압축부(1030)로 구성된다. 이때, 압축부(1030)는 회전축(1031)에 편심 연결된 롤러(1032)와, 롤러(1032)가 내경을 따라 구르면서 냉매를 압축시키는 압축공간과 냉매 흡입홀(미도시) 및 냉매 토출홀(미도시)을 구비하는 실린더(1035)와, 롤러(1032)와 실린더(1035) 사이의 공간을 흡입실과 압축실로 구획하는 베인(1036) 및 이를 탄성 지지하는 스프링(1039S) 등을 포함한다. 따라서, 전동기(1020)에 의해 회전축(1031)이 회전되면, 회전축(1031) 및 롤러(1032)가 실린더(1035)의 내주를 따라 회전하면서 냉매를 흡입하여 압축하고, 압축된 냉매 가스는 토출된다.
대한민국 공개특허공보 10-2005-0062995에 로터리식 트윈 압축기가 개시되어 있는데, 두 개의 실린더 및 전동기가 축방향으로 적층되도록 구성되어, 동일한 용량을 압축하는 두 개의 실린더에서 냉매의 압축이 동시에 일어나도록 하여 압축 용량을 일단 압축기에 비해 두 배 향상시켰다.
대한민국 공개특허공보 10-2007-0009958은 로터리식 2단 압축기가 개시되어 있는데, 두 개의 실린더 및 전동기가 축방향으로 적층되는 동시에 두 개의 실린더를 연결하는 별도의 유로를 구비하여, 하나의 실린더에서 압축된 냉매가 나머지 실린더에서 압축되도록 하여 압축 정도를 일단 압축기에 비해 두 배 향상시켰다.
상기와 같은 로터리식 압축기는 냉매가 압축되는 압축부와 압축부로 동력을 제공하는 전동기가 적층되도록 구성되기 때문에 제품의 높이가 높아짐에 따라 설치 공간이 많이 요구될 뿐 아니라 생산 비용이 높아지고, 동력을 전달하는 회전축의 길이가 길어짐에 따라 구조적으로 불안정하여 진동 설계 측면에서 불리할 뿐 아니라 회전축의 변형 및 마모로 인하여 작동 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동력을 공급하는 전동기를 냉매가 압축되는 압축 어셈블리와 동일한 공간에 설치하여 제품의 높이를 줄일 수 있는 로터리식 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로터리식 압축기는 밀폐 용기;
밀폐 용기 내에 고정되고, 냉매가 출입되는 실린더;실린더 내에 고정된 고정자;그리고, 실린더 내에 구비되고, 고정자와 상호 전자기력에 의해 회전하면서 실린더와 사이에 압축공간에서 냉매를 압축하는 회전자;로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전자에 편심 연결된 회전축을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전자는 롤러와 자석으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전자가 회전시 롤러의 외주면은 실린더의 내측과 일정한 간격을 유지하며 회전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 롤러는 일단이 막힌 원통 형상이고, 회전축은 롤러의 막힌 일단에 편심되도록 일체형으로 제작된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 롤러는 일단이 막힌 원통 형상이고, 회전축은 롤러의 막힌 일단에 편심되도록 형합 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전축은 외주면에 편심되도록 돌출된 조립판이 구비되고, 롤러는 회전축이 관통되도록 막인 일단에 편심되도록 형성된 장착홀 및 조립판이 안착되도록 형성된 조립홈이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 조립판은 조립홈과 동일한 형상이고, 장착홀은 롤러의 중심으로부터 편심되도록 형성되고, 조립홈은 장착홀 보다 롤러의 중심에 가깝도록 또는 그 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전축의 하단을 회전 가능하도록 지지하는 하부 베어링을 더 포함하고, 고정자는 하부 베어링과 일체로 제작된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 고정자는 회전자의 내측에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전축 내부에 펌핑되는 오일을 공급하는 오일공급유로가 구비되고, 고정자는 회전축 둘레에 오일이 유입될 수 있는 간극을 유지하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 자석은 고정자와 간극을 유지하면서 롤러의 내주면에 고정된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 자석은 영구자석인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 자석은 롤러의 내주면과 맞물리는 원통 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 자석은 롤러의 내주면에 복수개가 설치되는 막대 형상인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 로터리식 압축기는 전동기부를 압축 어셈블리와 동일 공간에 설치하기 때문에 동일한 용량을 기준으로 기존보다 작은 크기로 제작할 수 있어 설치 공간을 줄일 뿐 아니라 생산 비용을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 로터리식 압축기는 회전축의 길이를 줄일 수 있어 구조적으로 안정화되어 진동 설계 측면에서 유리하고, 회전축의 마찰 손실을 줄일 수 있어 압축 효율을 높일 뿐 아니라 회전축의 변형 및 마모를 방지할 수 있어 작동 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 로터리식 압축기의 일예가 도시된 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 로터리식 압축기의 압축 어셈블리 다양한 일예가 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 로터리식 압축기의 일예는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 냉매가 유/출입되는 밀폐용기(110)와, 밀폐용기(110) 내에 설치되어 냉매를 압축시키는 압축 어셈블리(120)와, 압축 어셈블리(120) 내에 설치되어 압축 어셈블리(120)에 동력을 공급하는 전동기(130)를 포함한다.
밀폐용기(110)는 원통형의 본체(111a)와, 본체(111a)의 상/하측에 각각 결합되는 상/하부 쉘(111b,111c)로 구성되되, 본체(111a) 일측에 냉매가 유입되는 냉매 유입관(112)이 연결되고, 상부 쉘(111b)에 압축된 고압의 냉매가 유출되는 냉매 유출관(113)이 연결된다. 이때, 본체(111a) 내측에 압축 어셈블리(120) 및 전동기(130)를 고정/지지하는 상부 베어링(114) 및 하부 베어링(115)이 설치된다. 물론, 상부 쉘(111b)과 상부 베어링(114) 사이의 공간은 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매가 냉매 유출관(113)을 통하여 유출되기 전에 일시적으로 저장되며, 하부 쉘(111c)과 하부 베어링(115) 사이의 공간은 각 부품을 윤활시키기 위한 오일(116)이 저장된다.
압축 어셈블리(120)는 압축 공간을 형성하는 실린더(121)와, 실린더(121) 내측면을 따라 구르면서 냉매를 압축시키는 롤러(122)와, 실린더(121)와 롤러(122) 사이의 공간을 흡입실과 압축실로 구획하는 베인(123)과, 베인(123)이 롤러(122)를 맞닿도록 탄성 지지하는 베인 스프링(124)을 포함한다. 물론, 흡입실로 냉매가 유입될 수 있도록 냉매 유입관(112)과 연통되는 실린더(121) 일측에 흡입구(121h)가 구비되고, 압축실에서 압축된 냉매가 토출될 수 있도록 실린더(121) 상측을 덮어주는 상부 베어링(114)에 토출구(114h) 및 토출구(114h)를 압력차에 의해 개폐시키는 토출밸브(미도시)가 구비되며, 흡입구(121h)와 연통되는 실린더 내부의 공간(이하, 흡입실)과 토출구(114h)와 연통되는 실린더 내부의 공간(이하, 압축실)은 베인(123)에 의해 구획된다.
특히, 회전축(133)은 상기의 전동기(130)에 포함된 롤러(122)에 직접 편심 연결되되, 종래 기술와 같이 롤러(122)가 회전축(133)자체에 구비된 편심부에 동축 방향으로 결합된 것과 다르게 본 발명에서는 회전축(122) 자체가 롤러(133)에 바로 편심되어 형성된다. 이때, 롤러(122)는 내측에 전동기(130)가 설치될 수 있도록 상단이 막힌 원통 형상으로 형성되며, 롤러(122)의 상부가 회전축(133)과 결합된다.
전동기(130)는 고정자(131)와, 롤러(122)와, 자석(132)과, 회전축(133)과, 전원 터미널(134)을 포함한다.
먼저, 고정자(131)는 라미네이션이 원주 방향으로 적층되는 동시에 코일이 권선된 원통 형상으로 형성되되, 하부베어링(115)과 일체형으로 모듈화하여 제작되거나, 하부 베어링(115)과 볼트 체결등에 의해 고정되도록 설치할 수 있다. 이때, 고정자(131)가 회전축(133) 둘레에 베어링 연결되거나, 고정자(131)와 회전축(133) 사이에 베어링 없이 약간의 여유 공간을 유지하더라도 회전축(133)에 의해 펌핑되는 오일(116)이 여유 공간으로 공급되면서 윤활 작용을 하여 고정자(131)가 고정된 상태에서 회전자(122,132)만 회전 가능하도록 설치할 수 있다.
또한, 회전자(122,132)는 영구자석을 사용하되, 도 4에 도시된 바와 같이 원 통 형상으로 영구자석을 제작하여 롤러(122) 내측면에 부착하거나, 도 5에 도시된 바와 같이 막대 모양으로 생산되는 영구자석을 원주 방향으로 일정 간극을 두고 롤러(122) 내주면에 부착하여 보다 손쉽게 제작할 수도 있다.
또한, 회전축(133)은 내부에 오일공급유로(133h)가 구비되되, 회전축(133)이 회전됨에 따라 하부 쉘(111c)에 고인 오일(116)이 펌핑되어 각 부품으로 공급되도록 한다. 상기에 언급한 바와 같이, 회전축(133)은 상/하단이 상/하부 베어링(114,115)에 의해 회전 가능하도록 지지되고, 롤러(122)와 다양한 방법으로 직접 연결된다.
예를 들면, 롤러(122)와 회전축(133)은 빠르게 회전하더라도 탈거되는 것을 방지하기 위하여, 도면 6 내지 7에 롤러(122)와 회전축(133)의 결합을 도시하였다. 도면 6에서는 롤러(122)와 회전축(133)이 일체형으로 제작되어 롤러(122)와 회전축(133)이 분리가 될 수 없으며 안정적인 회전을 보장받을 수 있다. 도면 7에서는 회전축(133)에 조립판(133a)이 일체형으로 형성되고, 롤러(122)에 장착홀(122a) 및 조립홈(122b)이 구비된다. 즉, 회전축(133)의 외주면에 편심되도록 조립판(133a)이 형성되고, 조립판(133a)의 형상은 원판형상이든 타원형상이든 어떤 모양이라도 상관없다. 롤러(122)의 막힌 상면에 편심되도록 장착홀(122a)이 형성되는 동시에 조립판(133a)이 안착될 수 있는 조립판(133a)의 형상에 대응하여, 동일한 모양의 편심단인 조립홈(122b)이 형성된다. 이때, 장착홀(122a)은 롤러(122)의 중심에 편심되도록 형성되고, 조립홈(122b)은 장착홀(122a)에 대해 편심되더라도 장착홀(122a)보다 롤러(122)의 중심에 가깝도록 형성되되, 이는 회전축(133)의 조립판(133a)이 롤러(122)의 조립홈(122b)에 안착되는 형합 구조가 회전 중심에 형성되도록 하여 회전력이 발생되더라도 회전축(133)의 조립판(133a)과 롤러(122)의 조립홈(122b)에 가해지는 힘을 줄이기 위함이다. 또한, 조립홈(122b)이 롤러(122)의 중심과 그 반대방향으로 편심되어 형성될 수 있으며, 이는 롤러가 회전시 서로 균형을 이루어 안정적인 회전을 이룰 수 있다. 또한, 조립판(133a)의 두께와 조립홈(122b)의 깊이가 동일하게 형성되도록 하되, 이는 회전축(133)의 조립판(133a)이 롤러의 조립홈(122b)에 결합 시 조립판(133a)의 상면이 롤러(122)의 상면과 일치되도록 하여 별도의 고정 구조를 생략할 수 있고, 나아가 회전축(133)의 조립판(133a)이 롤러(122)의 조립홈(122b)으로부터 이탈되더라도 롤러(122)와 상부 베어링(114) 사이에 수/100mm 단위의 간극만 존재하도록 하여 회전축(133)이 롤러(122)로부터 탈거되는 것을 방지할 수 있다. 상기와 같은 롤러(122)와 회전축(133)의 형합 구조는 회전 방향 및 축 방향으로 구속이 가능하다.
또한, 전원 터미널(134)은 외부 전원을 고정자(131)로 인가할 수 있도록 본체(111a) 일측에 부착된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
전원 터미널(134)을 통하여 외부 전원이 인가되면, 고정자(131) 주변에 전자기력을 형성하여 영구자석 및 롤러로 구성된 회전자(122,132)가 회전하는 동시에 이와 연결된 회전축(133)이 회전하고, 회전축(133)에 대해 편심된 롤러(122)가 실린더(121) 내주면을 따라 한번 구르면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 고압 상태로 토출시킨다. 이때, 흡입구(121h)와 연통된 실린더(121) 내부의 체적 즉, 흡입 실 체적이 늘어나면서 저압이 되면, 냉매 유입관(112) 및 흡입구(121h)를 통하여 실린더(121) 내부로 냉매가 유입된다. 반면, 토출구(114h)와 연통된 실린더(121) 내부의 체적 즉, 압축실 체적이 줄어들면서 냉매가 압축되고, 압축된 냉매는 토출구(114h)를 통하여 상부 쉘(111b) 및 상부 베어링(114) 사이의 공간을 지나 냉매 유출관(113)으로 토출된다.
또한, 회전축(133)이 회전됨에 따라 오일(116)이 펌핑되면, 오일(116)이 오일공급유로(133h)를 따라 고정자(131)와 회전축(133) 사이의 여유 공간 및 상/하부 베어링(114,115) 등으로 공급되면서 윤활 및 냉각 작용을 하도록 한다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 종래의 로터리식 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 2는 종래의 로터리식 압축기의 압축부 일예가 도시된 도면.
도 3은 본 발명에 따른 로터리식 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 4는 본 발명에 따른 로터리식 압축기의 압축 어셈블리 일예가 도시된 도면.
도 5는 본 발명에 따른 로터리식 압축기의 압축 어셈블리 다른 일예가 도시된 도면.
도 6은 본 발명에 따른 로터리식 압축기의 회전축과 롤러가 도시된 도면.
도 7은 본 발명에 따른 로터리식 압축기의 회전축과 롤러가 결합된 일예가 도시된 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110 : 밀폐 용기 120 : 압축 어셈블리
121 : 실린더 122 : 롤러
122b : 조립홈 130 : 전동기
131 : 고정자 132 : 자석
122, 132 : 회전자 134 : 전원 터미널

Claims (15)

  1. 밀폐 용기;
    밀폐 용기 내에 고정되고, 냉매가 출입되는 실린더;
    실린더 내에 고정된 고정자;그리고,
    실린더 내에 구비되고, 고정자와 상호 전자기력에 의해 회전하면서 실린더와 사이에 압축공간에서 냉매를 압축하는 회전자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    회전자에 편심 연결된 회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    회전자는 롤러와 자석으로 구성된 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    회전자가 회전시 롤러의 외주면은 실린더의 내측과 일정한 간격을 유지하며 회전하는 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  5. 제3항에 있어서,
    롤러는 일단이 막힌 원통 형상이고,
    회전축은 롤러의 막힌 일단에 편심되도록 일체형으로 제작된 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  6. 제3항에 있어서,
    롤러는 일단이 막힌 원통 형상이고,
    회전축은 롤러의 막힌 일단에 편심되도록 형합 고정된 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    회전축은 외주면에 편심되도록 돌출된 조립판이 구비되고,
    롤러는 회전축이 관통되도록 막인 일단에 편심되도록 형성된 장착홀 및 조립판이 안착되도록 형성된 조립홈이 구비된 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    조립판은 조립홈과 동일한 형상이고, 장착홀은 롤러의 중심으로부터 편심되도록 형성되고, 조립홈은 장착홀 보다 롤러의 중심에 가깝도록 또는 그 반대방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  9. 제1항에 있어서,
    회전축의 하단을 회전 가능하도록 지지하는 하부 베어링;을 더 포함하고,
    고정자는 하부 베어링과 일체로 제작된 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  10. 제8항에 있어서,
    고정자는 회전자의 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  11. 제2항에 있어서,
    회전축 내부에 펌핑되는 오일을 공급하는 오일공급유로가 구비되고, 고정자는 회전축 둘레에 오일이 유입될 수 있는 간극을 유지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  12. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    자석은 고정자와 간극을 유지하면서 롤러의 내주면에 고정된 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    자석은 영구자석인 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  14. 제12항에 있어서,
    자석은 롤러의 내주면과 맞물리는 원통 형상인 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
  15. 제12항에 있어서,
    자석은 롤러의 내주면에 복수개가 설치되는 막대 형상인 것을 특징으로 하는 로터리식 압축기.
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