KR20110104725A - 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하우징에 결합된 흡입포트로부터 유입되는 냉매를 가압하여 토출포트를 통하여 토출하며,하우징의 외측면 상에 결합되는 인버터에 의하여 제어되는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조에 있어서, 냉매는 오일과 혼합된 상태에서 압축되며, 인버터는 하우징의 내에서 오일의 유동로에 대응되는 위치에 배치되어, 오일과의 열교환에 의하여 냉각되는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조를 제공한다.
따라서, 전동식압축기로 유입되는 냉매뿐만 아니라 냉매에 비하여 밀도 및 비열이 높아 냉각에 유리한 오일도 이용하였기 때문에 상기 인버터의 냉각효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조 {Refrigeration Structure of Inverter for a Vehicle}

본 발명은 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식압축기 내의 오일을 이용한 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 전동식압축기는 냉매를 압축하는 기능을 하며, 인버터를 통하여 그 회전속도가 제어된다. 이러한 전동식압축기의 내부구조를 개략적으로 나타낸 단면도인 도 1을 참조하면, 상기 전동식압축기(100)는 원통형상의 하우징을 구비하며, 상기 하우징에는 냉매가 유입되는 흡입포트(12)와 상기 흡입포트(12)를 통하여 유입된 냉매가 토출되는 토출포트(14)가 형성되어, 상기 흡입포트(12)로부터 유입되는 냉매를 가압하여 상기 토출포트(14)로 가압된 상기 냉매를 토출한다. 이에, 상기 인버터(80)는 상기 하우징(10)의 외측면 상에 결합하여 상기 전동식압축기(100)의 구동 RPM을 제어한다. 여기서, 미설명부호 30은 모터, 20은 구동축, 40은 슬라이딩 부시, 50은 고정스크롤, 52는 고정랩, 60은 선회스크롤, 62는 선회랩 및 70은 압축실을 나타낸다.

그런데, 상기 인버터(80)는 그 특성상 높은 열이 발생하는데, 이렇게 발생되는 열을 냉각시키기 위하여, 종래에는 전동식압축기(100) 내로 유입되는 냉매를 이용한 방법이 주로 이용되었다.

도 2는 냉매를 이용한 인버터의 냉각구조를 개략적으로 나타낸 도면으로, 종래에는 상기 인버터(80)가 흡입포트(12)를 통하여 유입되는 냉매(A)가 위치한 곳에 대응하여, 상기 하우징(10)의 상부에 배치되어 있다. 물론, 도 2의 상기 냉매를 이용한 냉각구조 외에, 냉각성능을 향상시키기 위하여 냉매 유로의 단면적을 줄여 유속을 빠르게 하는 방법도 시도되고 있다. 여기서, B는 오일을 나타낸다.

그런데, 상기한 종래의 전동식압축기(100)의 인버터 냉각구조는, 냉매 유로의 단면적을 줄여 유속을 빠르게 하는 방법의 경우, 오히려 유로의 단면적을 줄임으로써 유로저항에 의한 흡입압력의 저하로 체적효율을 감소시키는 역효과가 나타나는 문제점이 있었고, 냉매를 이용한 방법의 경우에는 상기 인버터(80)의 냉각을 냉매에만 의존하여 냉각을 하였기 때문에 요구하는 냉각기능을 만족시키기 어려웠다.

본 발명은, 전동식압축기의 하우징 내에 있는 오일을 이용하여 상기 인버터의 냉각효과를 향상시킬 수 있는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 하우징에 결합된 흡입포트로부터 유입되는 냉매를 가압하여 토출포트를 통하여 토출하며, 상기 하우징의 외측면 상에 결합되는 인버터에 의하여 제어되는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조에 있어서, 상기 냉매는 오일과 혼합된 상태에서 압축되며, 상기 인버터는 상기 하우징의 내에서 상기 오일의 유동로에 대응되는 위치에 배치되어, 상기 오일과의 열교환에 의하여 냉각되는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조를 제공한다.

여기서, 상기 인버터는 상기 유동로 중 상기 냉매로부터 분리된 오일이 중력에 의하여 고이는 상기 하우징의 하부에 대응되도록 위치하며, 히트싱크를 구비하는 전력모듈을 포함하고, 상기 전력모듈은 상기 하우징의 외측면 상에 결합되는 IPM(Intelligent Power Module)으로 할 수 있다. 또한, 상기 전동식압축기는 스크롤 압축기이며, 상기 인버터와 일체형으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 하우징의 내부에는 상기 스크롤 압축기의 이동 스크롤을 전방으로 가압하기 위한 배압실이 형성되며, 상기 인버터는 상기 배압실의 하부에 위치할 수 있으며, 상기 흡입포트로 흡입된 냉매는 상기 하우징의 하부에 고인 오일과 혼합된 후 압축되며, 상기 인버터는 상기 흡입된 냉매와 열교환을 수행하여 더 냉각될 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조는, 냉매에 비하여 밀도 및 비열이 높아 냉각에 유리한 오일을 이용하였기 때문에 상기 인버터의 냉각효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 전동식압축기와 인버터를 나타내는 정단면도이다.
도 2는 도 1의 전동식압축기와 인버터의 냉각 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식압축기와 인버터를 나타내는 정단면도이다.
도 4는 도 3의 전동식압축기와 인버터의 냉각 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 전동식압축기와 인버터를 나타내는 정단면도이고, 도 4는 도 3의 전동식압축기와 인버터의 냉각 구조를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(700)의 인버터 냉각 구조(이하 인버터 냉각 구조라 함)는, 하우징(100)의 내부에 형성된 오일 유동로(130)를 흐르는 오일(B;도 4참조)과의 열교환으로 인하여 상기 인버터(400)를 냉각하는 구조이다.

상기 차량용 전동식 압축기(700)는, 하우징(100)에 결합된 흡입포트(110)로부터 유입되는 냉매를 가압하여 토출포트(120)를 통하여 토출하며, 상기 하우징(100)의 외측면 상에 결합되는 인버터(400)에 의하여 RPM이 제어된다. 그리고, 본 실시예의 상기 전동식 압축기는 전기에 의하여 구동력을 공급받는 차량용 공조시스템에 사용되는 스크롤 압축기(700)로서, 모터(220)에 의하여 회전하는 구동축(200)과, 선회랩(610)을 구비하는 선회스크롤(600), 상기 선회랩(610)에 맞물리면서 압축실(160)을 한정하는 고정랩(510)을 구비하는 고정스크롤(500), 상기 구동축(200)에 대하여 상대 슬라이딩 운동을 하는 슬라이딩 부시(300)를 포함한다. 미설명부호 150은 오일저장실을 나타낸다.

여기서, 상기 전동식압축기(700)는 상기 선회스크롤(600)의 선회운동에 의하여 상기 압축실(160)에는 고압이 발생하게 되는데, 이 때문에 상기 선회스크롤(600)은 상기 고정스크롤(500)과 멀어지는 방향으로 이동하려는 힘이 작용한다. 이 경우, 상기 선회스크롤(600)은 후퇴하면서 압축효율이 저하되는데, 이를 방지하기 위해 상기 토출포트(120)로 배출된 냉매의 일부는 상기 하우징(100)의 내부통로를 따라 배압실(140)로 안내되어 상기 선회스크롤(600) 후면으로 압력을 가해주는데, 이러한 전동식압축기(700)의 냉매의 순환구조는 공지된 내용으로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 전동식압축기(700)는 상기 하우징(100) 내의 각 금속부품간의 마찰접촉을 감소하기 위한 윤활유로서 오일이 순환되며, 이때 상기 흡입포트(110)로 흡입된 냉매는 상기 오일 또는 상기 하우징(100)의 하부에 고인 오일과 혼합된 상태에서 압축된다. 이러한 오일(B)은 냉매(A)보다 밀도 및 비열이 크기 때문에 온도변화가 작아 상기 오일이 가지고 있는 냉력을 오랫동안 유지할 수 있다.

이에, 본 실시예는, 도 4와 같이, 상기 인버터(400)를 상기 하우징(100) 내에서 상기 오일(B)의 유동로(130)에 대응되는 위치에 배치하여, 상기 오일(B)과 열교환을 함으로써 상기 인버터(400)의 냉각효과를 향상시킬 수 있다.

이러한 인버터(400) 위치에 대하여 상세하게 살펴보면, 상기 인버터(400)는 상기 유동로(130) 중 상기 냉매(A)로부터 분리된 오일(B)이 중력에 의하여 고이는 상기 하우징(100)의 하부에 대응되도록 상기 하우징(100)의 하부에 위치한다. 여기서, 본 실시예에서는 도시하지 않았지만 상기 토출포트(120)의 냉매 이동로 상에 오일 세퍼레이터가 구비되어, 상기 오일 세퍼레이터에 의하여 상기 냉매와 오일이 분리되고, 분리된 오일은 상기 배압실(140)로 유입된다. 상기 배압실(140)로 유입된 오일은 중력에 의하여 상기 배압실(140)의 하부에 고이게 된다. 상기 흡입포토(110)로 유입된 냉매는 상기 배압실(140)에서 오일이 흡수된 상태로 유동하거나, 상기 배압실(140)의 하부에 고인 오일이 흡수된 상태로 유동한다.

또한, 상기 인버터(400)는, 상기 하우징(100)의 내부에서 상기 스크롤 압축기(700)의 선회스크롤(500)을 전방으로 가압하기 위한 배압실(140)의 하부에 위치한다.

한편, 본 실시예는 상기한 바와 같이 오일(B)과의 열교환에 의한 냉각뿐만 아니라, 상기 하우징(100) 내로 흡입된 냉매(A)와도 열교환을 수행한다. 따라서, 본 실시예는, 오일(B)과 냉매(A)에서 동시에 냉각효과를 얻을 수 있기 때문에 인버터(400)의 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따른 차량용 전동식압축기(700)의 인버터 냉각 구조는 차량의 공기조화용 스크롤 전동식압축기(700)에 적용되며, 상기 전동식압축기(700)는 상기 인버터(400)와 일체형이고, 상기 차량은 전기로부터 동력을 제공받는 하이브리드자동차나 전기자동차 및 수소자동차로 적용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 본 실시예의 상기 인버터(400)는 히트싱크를 구비하는 전력모듈을 포함하고, 상기 전력모듈은 상기 하우징(100)의 외측면 상에 결합되는 IPM(Intelligent Power Module)이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100... 하우징 110... 흡입포트
130... 유동로 140... 배압실
400... 인버터 700... 스크롤 압축기

Claims (6)

1. 하우징에 결합된 흡입포트로부터 유입되는 냉매를 가압하여 토출포트를 통하여 토출하며, 상기 하우징의 외측면 상에 결합되는 인버터에 의하여 제어되는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조에 있어서,
   상기 냉매는 오일과 혼합된 상태에서 압축되며,
   상기 인버터는 상기 하우징의 내에서 상기 오일의 유동로에 대응되는 위치에 배치되어, 상기 오일과의 열교환에 의하여 냉각되는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 인버터는 상기 유동로 중 상기 냉매로부터 분리된 오일이 중력에 의하여 고이는 상기 하우징의 하부에 대응되도록 위치하는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 인버터는 히트싱크를 구비하는 전력모듈을 포함하고,
   상기 전력모듈은 상기 하우징의 외측면 상에 결합되는 IPM(Intelligent Power Module)인 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전동식압축기는 스크롤 압축기이며, 상기 인버터와 일체형으로 형성된 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 하우징의 내부에는 상기 스크롤 압축기의 이동 스크롤을 전방으로 가압하기 위한 배압실이 형성되며,
   상기 인버터는 상기 배압실의 하부에 위치하는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 흡입포트로 흡입된 냉매는 상기 하우징의 하부에 고인 오일과 혼합된 후 압축되며, 상기 인버터는 상기 흡입된 냉매와 열교환을 수행하여 더 냉각되는 차량용 전동식압축기의 인버터 냉각 구조.

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