KR20130037115A - 축방향 지지부재를 갖는 스크롤 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축방향 지지부재를 갖는 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 케이스; 고정랩을 갖는 고정 스크롤; 상기 고정랩과 결합되어 압축실을 형성하는 선회랩을 가지며, 상기 고정 스크롤에 대해서 선회운동하는 선회 스크롤; 일측 단부가 상기 선회 스크롤과 결합되는 크랭크축을 포함하는 구동모터; 상기 크랭크축을 각각 지지하며, 상기 케이스의 내벽에 각각 고정되는 메인 프레임 및 보조 프레임; 상기 보조 프레임과 상기 크랭크축 사이에 개재되어 상기 크랭크축을 축방향으로 지지하는 링 형태의 스러스트 플레이트;를 포함하는 스크롤 압축기로서, 상기 스러스트 플레이트의 표면에는 링의 내측과 외측을 연통시키는 복수 개의 오일 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공된다.

Description

축방향 지지부재를 갖는 스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR WITH SUPPORTING MEMBER IN AXIAL DIRECTION}
본 발명은 축방향 지지부재를 갖는 스크롤 압축기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스크롤 압축기의 회전자가 고정되는 크랭크 축을 축방향으로 지지하는 부재를 포함하는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 스크롤 압축기는 대향하는 한 쌍의 스크롤에 의해 형성되는 압축실의 체적을 변화시켜 냉매가스를 압축하는 압축기이다. 스크롤 압축기는 왕복동식 압축기 또는 로타리 압축기에 비해 효율이 높고, 진동 및 소음이 낮으며, 소형 및 경량화가 가능하여 특히 공기조화기에 넓게 사용되고 있다.
도 1은 이러한 스크롤 압축기의 일예를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 상기 스크롤 압축기는 케이스(1)의 내부공간이 저압부인 흡입공간(11)과 고압부인 토출공간(12)으로 구분되고, 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)에 회전력을 발생하는 구동모터(2)가 설치되며, 상기 케이스(1)의 흡입공간(11)과 토출공간(12) 사이에는 메인프레임(3)이 고정 설치된다. 상기 메인프레임(3)의 상면에는 고정스크롤(4)이 고정 설치되고, 상기 메인프레임(3)과 고정스크롤(4) 사이에는 상기 구동모터(2)의 크랭크축(23)에 편심 결합되어 상기 고정스크롤(4)과 함께 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 선회스크롤(5)이 선회 가능하게 설치된다. 그리고 상기 고정스크롤(4)과 선회스크롤(5) 사이에는 상기 선회스크롤(5)의 자전운동을 방지하기 위한 올담링(6)이 설치된다.
상기 케이스(1)의 상기 흡입공간(11)에는 흡입관(13)이 연통되도록 결합되는 반면 상기 토출공간(12)에는 토출관(14)이 연통되도록 결합된다.
그리고, 상기 구동모터(2)는 상기 케이스(1)의 내부면에 고정되는 고정자(21)와 상기 고정자(21)의 내측에 위치하고 상기 크랭크축(23)에 결합되는 회전자(22)를 포함한다. 아울러, 상기 크랭크축(23)의 하단부는 보조 프레임(7)에 의해 지지된다.
상기와 같은 구조를 갖는 스크롤 압축기에서 상기 크랭크축(23)은 상기 회전자(21)를 중심으로 양쪽에 각각 위치하는 메인 프레임(3) 및 보조 프레임(7)에 의해 반경방향으로 지지되게 되며, 축방향으로는 상기 보조 프레임(7)에 의해 지지되게 된다. 통상적으로, 상기 스크롤 압축기의 크랭크축에는 구동모터의 회전에 의한 회전력과 이러한 회전력에 반발하는 가스의 압축력 등이 가해지므로 반경방향으로의 힘이 주로 가해지므로 상기 메인 프레임 및 보조 프레임에 저널 베어링을 구비하도록 하여 크랭크축이 원활하게 구동되도록 지지한다.
그러나, 최근에는 인버터를 이용하여 상기 구동모터의 회전속도를 제어하는 형태의 스크롤압축기가 널리 사용되고 있고, 이러한 인버터 제어 스크롤 압축기에 있어서는 상기 크랭크 축의 회전속도의 변동폭이 크고 최고속도 또한 종래의 일반적인 스크롤 압축기에 비해서 크게 설정된다. 이로 인해서, 상기 크랭크축을 축방향으로 보다 안정적으로 지지할 수 있는 수단을 필요로 하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 축방향으로 크랭크축을 안정적으로 지지할 수 있는 지지부재를 구비한 스크롤 압축기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 케이스; 고정랩을 갖는 고정 스크롤; 상기 고정랩과 결합되어 압축실을 형성하는 선회랩을 가지며, 상기 고정 스크롤에 대해서 선회운동하는 선회 스크롤; 일측 단부가 상기 선회 스크롤과 결합되는 크랭크축을 포함하는 구동모터; 상기 크랭크축을 각각 지지하며, 상기 케이스의 내벽에 각각 고정되는 메인 프레임 및 보조 프레임; 상기 보조 프레임과 상기 크랭크축 사이에 개재되어 상기 크랭크축을 축방향으로 지지하는 링 형태의 스러스트 플레이트;를 포함하는 스크롤 압축기로서, 상기 스러스트 플레이트의 표면에는 링의 내측과 외측을 연통시키는 복수 개의 오일 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기가 제공된다.
본 발명의 상기 측면에서는 상기 크랭크축을 축방향으로 지지하기 위한 스러스트 플레이트를 추가적으로 포함하여 이를 통해 크랭크축을 축방향으로 지지하면서도 축방향 회전에 따른 마찰력을 줄일 수 있도록 하고 있으며, 특히 스러스트 플레이트의 표면에 오일 유로를 형성하여 크랭크축과 스러스트 플레이트 사이의 마찰면에 오일이 보다 원활하게 공급될 수 있도록 하여 윤활성능을 향상시킬 수 있도록 하고 있다. 여기서, 상기 오일 유로는 상기 스러스트 플레이트의 외주면과 내주면을 연결하도록, 즉 링의 내측과 외측을 연통시키도록 형성함으로써 스러스트 플레이트 외주면에 존재하는 오일이 상기 오일 유로를 통해 원활하게 순환하도록 하여 이물질 유입으로 인한 손상을 줄이고 제작 공정도 보다 단순화할 수 있도록 하고 있다.
여기서, 상기 복수 개의 오일 유로는 직선형태를 갖도록 할 수도 있고, 원주 형태를 갖도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 각각의 오일 유로는 링의 반경 방향에 대해서 경사지게 연장되도록 하여 스러스트 플레이트의 외주면에 존재하는 오일이 보다 원활하게 유입되도록 할 수 있다.
한편, 상기 오일 유로는 상기 크랭크축의 회전에 의해 링 외측의 오일이 링 내측으로 유입되도록 형성될 수 있고, 일 예로서, 각각의 오일 유로 중 링 외측을 유입구, 내측을 토출구라 정의할 때, 상기 토출구는 상기 유입구에 비해서 원주상에서 상기 크랭크 축의 회전방향으로 소정 각도 이격되어 위치하도록 할 수 있다. 이를 통해서, 크랭크 축의 회전방향을 따라서 오일이 유입되고 크랭크 축과의 마찰력으로 인해서 오일이 상기 오일 유로를 따라 원활하게 흐르도록 하여 오일의 순환을 촉진시킬 수 있게 된다.
한편, 오일 공급을 보다 원활하게 하기 위해서 상기 스러스트 플레이트는 적정 최소오일레벨 보다 낮게 위치하도록 할 수 있다.
또한, 상기 스러스트 플레이트의 외주부에는 상기 보조 프레임에 형성되는 걸림홈 내부에 삽입되는 돌기부를 형성하여 스러스트 플레이트가 크랭크 축과 함께 회전하지 않도록 하여 윤활성능의 저하를 방지할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 크랭크축을 축방향으로 지지하기 위한 스러스트 플레이트를 추가적으로 포함하여 이를 통해 크랭크축을 축방향으로 지지하면서도 축방향 회전에 따른 마찰력을 줄일 수 있도록 하고 있으며, 특히 스러스트 플레이트의 표면에 오일 유로를 형성하여 크랭크축과 스러스트 플레이트 사이의 마찰면에 오일이 보다 원활하게 공급될 수 있도록 하여 윤활성능을 향상시킬 수 있도록 하고 있다. 여기서, 상기 오일 유로는 상기 스러스트 플레이트의 외주면과 내주면을 연결하도록, 즉 링의 내측과 외측을 연통시키도록 형성함으로써 스러스트 플레이트 외주면에 존재하는 오일이 상기 오일 유로를 통해 원활하게 순환하도록 하여 이물질 유입으로 인한 손상을 줄이고 제작 공정도 보다 단순화할 수 있다.
도 1은 종래의 일반적인 스크롤 압축기의 내부구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 일 실시예의 내부구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2 중 하부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2 중 스러스트 플레이트가 장착되는 부분을 확대하여 도시한 부분절개 사시도이다.
도 5는 도 2 중 스러스트 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 6은 스러스트 플레이트의 다른 예를 도시한 평면도이다.
도 7은 스러스트 플레이트의 형태에 따른 입력저감량의 변화를 도시한 그래프이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 축방향 지지부재를 갖는 스크롤 압축기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2 중 하부를 확대하여 도시한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 실시예(100)는 내부에 밀폐된 수용공간을 형성하는 케이스(110)와, 케이스(110)의 내부에 수용 설치되어 냉매를 압축하는 압축기구부(121)와 케이스(110)의 내부에 수용 설치되어 압축기구부(121)에 구동력을 제공하는 구동모터(141)를 구비하고 있다.
그리고, 케이스(110)의 일측에는 냉매를 흡입 및 토출할 수 있도록 흡입관(111) 및 토출관(113)이 구비되어 있으며, 케이스(110)의 내부 상측에는 상기 압축기구부(121)가 설치되어 있다. 상기 압축기구부(121)는 인벌류트 형상의 랩(125)을 구비하여 케이스(110)의 내부에 고정 배치되는 고정스크롤(123)과, 인벌류트 형상의 랩(135)을 구비하여 고정스크롤(123)에 대해 선회운동가능하게 결합되는 선회스크롤(133)을 구비하고 있다.
상기 구동모터(141)는 케이스(110)의 내부에 고정 설치되는 고정자(143)와, 고정자(143)의 내부에 크랭크 축(147)을 중심으로 회전가능하게 설치되는 회전자(145)로 구성되어 있다. 크랭크 축(147)의 상부영역에는 선회스크롤(133)을 구동시킬 수 있도록 편심부(148)가 형성되어 있으며, 크랭크 축(147)의 하부영역에는 축선방향으로 지지될 수 있도록 스러스트면(149)이 형성되어 있다. 크랭크 축(147)의 상부영역 및 하부영역에는 크랭크 축(147)을 회전가능하게 지지할 수 있도록 메인 프레임(151) 및 보조 프레임(161)이 각각 설치되어 있다.
메인 프레임(151)의 중앙영역에는 크랭크 축(147)의 상부를 회전가능하게 수용 지지할 수 있도록 상부 베어링부(153)가 형성되어 있다. 보조 프레임(161)은 상향 개구된 삼각 통형상을 가지도록 형성되어 있으며, 저부 중앙영역에는 하부 베어링부재(201)가 수용 결합될 수 있도록 결합공(163)이 관통형성되어 있다. 결합공(163)의 둘레에는 고정볼트(177)가 결합될 수 있도록 암나사부(164)가 형성되어 있다.
하부 베어링부재(201)는 보조 프레임(161)의 내부에 수용될 수 있도록 삼각형상을 가지는 플랜지부(203)와, 플랜지부(203)의 하측에 원통형상을 가지도록 형성되는 원통부(213)를 구비하고 있다. 원통부(213)의 내부에는 크랭크 축(147)의 반경방향 및 축선방향을 따라 크랭크 축(147)의 유동이 적제되게 지지할 수 있도록 레이디얼 베어링부(215) 및 스러스트 베어링부(217)가 각각 형성되어 있다. 플랜지부(203)에는 보조 프레임(161)과 고정볼트(177)에 의해 일체로 결합될 수 있도록 볼트공(205)이 형성되어 있다.
한편, 크랭크 축(147)과 스러스트 베어링부(217) 사이에는 크랭크 축(147)과 접촉되어 스러스트 베어링부(217)가 마모되는 것을 억제할 수 있도록 링 형상의 스러스트 플레이트(221)가 결합되어 있다. 스러스트 플레이트(221)의 일측에는 반경방향을 따라 외측으로 돌출되게 돌기부(223)가 형성되어 있으며, 하부 베어링부재(201)에는 돌기부(223)를 수용할 수 있도록 돌기수용부(218)가 형성되어 있다. 상기 돌기부(223)는 상기 돌기수용부(218)의 내부에 수용되어 스러스트 플레이트(221)가 상기 크랭크 축의 회전에 의해 자전되지 않도록 방지하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 스러스트 플레이트(221)는 도 3에서 hmin으로 표시되는 적정 최소오일레벨보다 낮게 위치하도록 구성된다. 이를 통해서, 상기 스러스트 플레이트는 항상 오일의 내부에 잠긴 상태를 유지하게 되어, 윤활 성능이 더욱 향상되게 된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 스러스트 플레이트(221)는 링 형태의 플레이트 본체(222)와 상기 플레이트 본체(222)의 일측으로부터 돌출 형성되는 돌기부(223)를 포함하고 있고, 상기 플레이트 본체(222)의 표면에는 복수 개의 오일 유로(224)가 형성된다. 도 5에서 상기 오일 유로(224)는 총 8개가 형성되어 있으나, 플레이트의 직경 등에 따라서 그 개수는 임의로 설정할 수 있다. 상기 오일 유로(224)는 직선형태를 가지고 있고, 상기 플레이트 본체(222)의 반경 방향에 대해서 경사지게 형성되어 있다.
여기서, 상기 오일 유로의 경사 방향은 상기 플레이트 본체(222)의 외주부에 존재하는 오일이 원활하게 내주부로 이동될 수 있도록, 화살표로 표시되는 상기 크랭크축의 회전방향에 대해서, 오일의 유입구(224a)가 오일의 토출구(224b) 보다 원주상으로 후퇴된 위치에 있도록 결정된다. 그리고, 상기 오일 유로는 상기 플레이트 본체의 외주면과 내주면을 가로지르도록 연장되어 있고, 편의상 이를 오픈 타잎 유로로 지칭한다.
이러한 오일 유로의 존재로 인해서, 오일이 상기 스러스트 면(149)과 상기 플레이트 본체(222)의 사이로 원활하게 유입되어 오일이 접촉면에 고르게 공급되도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 유입된 오일에 의해 생성된 압력이 상기 스러스트 면(149)에 작용하여 상기 크랭크 축을 상향으로 들어올리는 힘을 가하게 되어, 마찰력을 더욱 감소시킬 수 있게 된다.
상기 오일 유로는 반드시 도시된 것에 한하지 않으며, 도 6에 도시된 바와 같이 오일 유로가 플레이트 본체의 내주면에 못 미치는 형태로 형성될 수도 있다. 이를 클로우즈드 타잎으로 지칭한다. 이러한 형태의 오일 유로를 이용하면 유입된 오일이 배출되지 못하여 오픈 타잎에 비해서 더 큰 오일압력을 가할 수 있게 된다. 그러나, 마찰로 인해 생성된 칩이나 기타 이물질이 유입되는 경우에 이들이 배출되지 못하므로 접촉면을 손상시킬 우려도 존재한다.
도 7은 상기 오일 유로의 형태에 따른 입력저감의 변화를 도시한 그래프이다. 도 7에서 A 내지 C로 표시되는 각각의 오일 유로의 형태는 다음과 같다.
Figure pat00001
도 7을 살펴보면, 회전속도의 전 영역에서 오픈 타잎인 C가 가장 많은 입력저감량을 가지고 있음을 알 수 있다. 특히, 폭과 깊이를 크게 할수록 오일 유량이 증가하여 입력저감량이 증가함을 알 수 있고, 동일한 크기 및 개수를 갖는 B와 C를 대비하여 보면 오픈 타잎이 입력저감에 보다 유리한 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 케이스;
    고정랩을 갖는 고정 스크롤;
    상기 고정랩과 결합되어 압축실을 형성하는 선회랩을 가지며, 상기 고정 스크롤에 대해서 선회운동하는 선회 스크롤;
    일측 단부가 상기 선회 스크롤과 결합되는 크랭크축을 포함하는 구동모터;
    상기 크랭크축을 각각 지지하며, 상기 케이스의 내벽에 각각 고정되는 메인 프레임 및 보조 프레임;
    상기 보조 프레임과 상기 크랭크축 사이에 개재되어 상기 크랭크축을 축방향으로 지지하는 링 형태의 스러스트 플레이트;를 포함하는 스크롤 압축기로서,
    상기 스러스트 플레이트의 표면에는 링의 내측과 외측을 연통시키는 복수 개의 오일 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 오일 유로는 직선형태를 갖는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 오일 유로는 링의 반경 방향에 대해서 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오일 유로는 상기 크랭크축의 회전에 의해 링 외측의 오일이 링 내측으로 유입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 오일 유로 중 링 외측을 유입구, 내측을 토출구라 정의할 때, 상기 토출구는 상기 유입구에 비해서 원주상에서 상기 크랭크 축의 회전방향으로 소정 각도 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스러스트 플레이트는 적정 최소오일레벨 보다 낮게 위치하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스러스트 플레이트의 외주부에는 상기 보조 프레임에 형성되는 걸림홈 내부에 삽입되는 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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