KR20140021343A - 전동 압축기의 인버터 커버 - Google Patents

전동 압축기의 인버터 커버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동 압축기의 인버터 커버에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 마그네슘 합금 재질의 판재를 성형 가공하여 커버 플레이트와 측벽을 형성함으로써, 종래에 비해 무게 감소 및 전자파 차폐 기능 향상의 효과가 있는 전동 압축기의 인버터 커버가 제공된다.

Description

전동 압축기의 인버터 커버{INVERTER COVER OF MOTOR DRIVEN COMPRESSOR}
본 발명은 전동 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전동모터의 회전속도 제어를 위해 장착되는 인버터의 보호와 전자파 차폐 기능을 하는 전동 압축기의 인버터 커버에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈과 환경 오염 등의 문제로 인한 저공해 고연비 정책에 따라 화석연료와 전기를 모두 구동원으로 하는 하이브리드 자동차나, 전기 자동차, 또는 연료전지 차량이 각광받고 있으며, 이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
여기서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 연료전지 차량은 전동모터를 통해 차량의 추진을 위한 동력을 얻는다. 이에 따라 기존의 차량 공조시스템에서 기계식 압축기가 널리 사용되던 것과 달리 최근에는 전동 압축기를 사용하는 추세로 변화하고 있다.
일반적으로 전동 압축기는 냉매를 압축하는 기능을 하며, 냉매가 유입되는 흡입포트와 유입된 냉매가 압축되어 토출되는 토출포트가 구비되는 원통형상의 하우징과, 전기 에너지를 역학적 에너지로 전환하는 전동모터와, 전동모터의 회전속도를 제어하는 인버터를 포함하여 구성되며, 이때 인버터는 하우징의 외측면상에 결합하여 케이블을 통해 외부와 전기적으로 연결된다.
도 1은 한국공개특허공보 제10-2011-0072324호(특허문헌 1)에 개시된 종래의 전동 압축기를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 단면도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 전동 압축기는 크게 내부에 모터부(31)와 압축부(32)가 구비되는 메인몸체(30)와, 모터부(31)를 제어하는 인버터(50)와, 메인몸체(30)와 결합되어 인버터(50)를 차폐하는 커버(70)를 포함하여 구성된다.
이때, 메인몸체(30)의 내부에 구비되는 모터부(31)는 회전자(31a)와 고정자(31b)로 구성되어 압축부(32)에 동력을 전달한다. 그리고 압축부(32)에는 고정스크롤(32a)과 선회스크롤(32b)이 설치되는데, 선회스크롤(32b)은 회전자(31a)에 연결되어 함께 회전하면서 고정스크롤(32a)과의 사이에 형성된 압축공간(33)에서 냉매를 압축시킨다.
이때, 메인몸체(30)는 대략 원통형상이며, 후면과 측면 및 압축부(32)에 의해, 메인몸체(30)의 내부에 밀폐공간이 형성된다.
한편, 메인몸체(30)의 일측에는 냉매가 유입되는 통로인 흡입포트(34)와, 압축된 냉매를 토출하기 위한 토출포트(미도시) 형성되며, 모터부(31)와 압축부(32)는 내부가 서로 연통되어 있다.
따라서, 흡입포트(34)를 통해 유입된 냉매는 모터부(31)를 지나 압축부(32)로 전달되어 압축된 다음 토출포트를 통해 압축기 외부로 토출된다.
인버터(50)는 모터부(31)에 전력을 공급하며, 모터부(31)의 작동을 제어하는 역할을 한다. 이때, 도 1과 도 2에서는 인버터(50)가 메인몸체(30)의 길이방향으로 결합된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 인버터(50)가 메인몸체(30)의 외주면 일측에 결합되는 것도 가능하다.
인버터(50)는 트랜지스터(63), 커패시터(64), 인덕터(65) 등 복수의 전기부품과, 고정저항, 다이오드, 드라이버 등의 전자소자(61)가 실장된 인쇄회로기판(PCB,60)을 포함하여 구성되며, 인버터(50)를 감싸도록 결합되는 커버(70)에 의해, 외부로부터의 이물질 유입이 방지된다.
최근에는, 자동차의 연비 향상을 위해 압축기의 소형 경량화에 대한 요구가 증대되고 있으며, 이를 위해 종래의 전동 압축기는 인버터 커버가 알루미늄 합금으로 제작되었다.
그런데, 전동 압축기가 적용되는 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 연료전지 차량의 경우 전장품이 많으므로, 인버터 커버의 전자파 차폐 기능 또한 요구되고 있으며, 전자파 차폐 기능이 충분하지 못할 시에는 타 전장품과의 전자파 간섭 등으로 인해, 전동 압축기 혹은 타 전장품의 기능 장애를 유발할 수 있다.
따라서, 압축기의 소형 경량화와 함께 전자파 차폐를 동시에 만족시킬 수 있는 인버터 커버의 개발이 요구되는 실정이다.
특허문헌 1 : 한국공개특허공보 제10-2011-0072324호(2011.06.29)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 전동 압축기의 소형 경량화와 함께, 전자파 차폐를 동시에 만족시킬 수 있는 인버터 커버의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 인버터용 회로기판이 일측에 장착되는 커버 플레이트; 및 상기 회로기판의 수용을 위한 수용공간이 형성되도록, 상기 커버 플레이트의 테두리를 따라 일측으로 연장 형성되는 측벽;을 포함하고, 상기 커버 플레이트와 상기 측벽은 마그네슘 합금 판재가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 인버터 커버가 제공된다.
여기서, 상기 커버 플레이트와 상기 측벽의 두께는 2.5mm 내지 3.5mm인 것이 바람직하다.
한편, 상기 측벽에 케이블 연결홀이 적어도 하나 이상 관통 형성되고, 상기 케이블 연결홀과 연통하는 관통공을 가진 그로메트 장착부재가 상기 측벽의 내측에 결합된다.
이때, 상기 그로메트 장착부재는 마그네슘 합금 재질인 것이 바람직하다.
또한, 상기 측벽의 일측과 타측에 서로 대향하여 고전압 케이블 연결홀과 저전압 케이블 연결홀이 각각 관통 형성되며, 상기 고전압 케이블 연결홀의 내측 테두리를 따라 제1그로메트 장착부재가 결합되고, 상기 저전압 케이블 연결홀의 내측 테두리를 따라 제2그로메트 장착부재가 결합되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 회로기판의 체결을 위한 복수의 체결보스가 상기 커버 플레이트의 내측면에 서로 이격하여 돌출 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 마그네슘 합금 판재의 프레스 가공에 의해 인버터 커버가 성형되므로, 종래 동등한 기계적 물성치의 알루미늄 재질 인버터 커버에 비해 무게가 60~70% 절감되어, 전동 압축기의 소형 경량화에 따른 자동차 연비 향상에 일조할 수 있다.
아울러, 전자파 차폐 기능이 우수한 마그네슘 합금으로 인버터 커버가 제조되므로, 전장품 간의 전자파 간섭에 의한 기능 장애를 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 전동 압축기의 분해 사시도.
도 2는 도 1의 결합 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동 압축기의 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버의 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버의 두께와 기계적 물성치를 비교한 그래프.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 전동 압축기의 인버터 커버의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
실시예
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전동 압축기의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전동 압축기(이하, '압축기')(100)는 크게 구동부(200), 압축부(300), 및 인버터부(400)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 구동부(200)는 압축기(100)의 회전 동력을 만들어내는 구동원으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 외체를 이루는 구동부 하우징(210)과 중간 하우징(220), 이 구동부 하우징(210)과 중간 하우징(220) 내에 설치되는 고정자(230), 그리고 이 고정자(230) 내부에서 회전하는 회전자(240)로 이루어진다.
이때, 구동부 하우징(210)은 구동부(200)의 외체를 이루는 부분으로서, 도시된 바와 같이 원통형으로 형성되는 것이 일반적이며, 인버터부(400)와의 사이에 중간 하우징(220)이 개재될 수 있는데, 중간 하우징(220)의 바닥면 상에는 베어링 하우징(250)이 돌출 형성되고, 베어링 하우징(250)에는 구동부(200) 회전자(240)의 회전축(270)을 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링(260)이 고정 설치된다. 또한, 중간 하우징(220)에는 냉매를 흡입하기 위한 흡입포트(280)가 원주면 일측에 관통 형성된다.
고정자(230)는 내측에 동축 상으로 장착되는 회전자(240)와 함께 회전 구동력을 만드는 구동부분이며, 일종의 전자석으로서 구동부 하우징(210)의 내주면 상에 압입 등에 의해 고정 장착되는 고정자 코어(231)와, 이 고정자 코어(231)에 권선되는 코일 다발(232)로 이루어진다.
또한, 회전자(240)는 위에서 언급한 바와 같이 고정자(230)의 내측에 동축 상으로 장착되어 회전 구동하는 부분으로서, 고정자(230)의 고정자 코어(231) 중앙의 통공에 회전 가능하게 삽입되며, 중심 축선을 따라 길게 배치된 회전축(270)과, 이 회전축(270)의 외주면에 부착되는 영구자석(미도시)으로 구성된다.
따라서, 회전자(240)는 고정자(230)가 여자된 때에 모터의 구동원리에 따라 고정자(230)와의 상호 작용에 의해 회전 구동하게 되며, 회전축(270)은 베어링(260)을 통해 구동부 하우징(210)에 회전 가능하게 지지되어, 회전자(240)와 함께 회전한다.
압축부(300)는 구동부(200)에서 발생되는 회전 구동력에 의해 회전함으로써 냉매를 압축하는 부분이며, 구동부(200)를 기준으로 인버터부(400)가 결합된 쪽을 전방, 압축부(300)가 결합된 쪽을 후방이라고 하면, 도 3에 도시된 바와 같이 구동부(200)의 회전축(270) 후단에 압축부(300)가 연동 가능하게 결합된다.
이때 압축부(300)는, 구동부 하우징(210)의 내부 후단에 회전 가능하게 장착되는 선회스크롤(310), 및 이 선회스크롤(310)과 짝을 이루어 냉매를 압축하는 고정스크롤(320)을 포함하여 구성되며, 선회스크롤(310)과 고정스크롤(320)의 상대회전에 의해, 그 사이에 형성되는 압축실(330) 내부로 유입된 냉매를 압축하게 된다.
보다 자세하게 살펴보면, 선회스크롤(310)은 중심을 향해 수렴하도록 스파이럴 형태로 만곡된 선회스크롤 랩(311)이 후면에 돌출 형성되어 있으며, 이 선회스크롤 랩(311)의 중심 부위에 구동부(200)의 회전축(270) 후단이 결합되어, 회전자(240)와 동기하여 회전하도록 되어 있다.
또한, 고정스크롤(320)은 구동부 하우징(210)의 내부 후단에 고정 설치되며, 선회스크롤(310)의 선회스크롤 랩(311)과 정합되도록, 스파이럴 형태로 만곡된 고정스크롤 랩(321)이 중심을 향해 수렴하도록 형성된다.
따라서, 선회스크롤(310)이 회전할 때, 상호 정합된 선회스크롤(310)과 고정스크롤(320)은 각각의 선회 및 고정스크롤 랩(311,321)의 상호 작용에 의해, 구동부에서 선회 및 고정스크롤 랩(311,321)의 외연부로 흡입된 냉매를 그 중심부로 압축하며, 고압으로 압축된 냉매는 고정스크롤(320)을 관통하여 형성되는 토출구(322)를 통해 후술하는 커버 하우징(340) 내의 고압실(350)로 토출된다.
이때, 커버 하우징(340)은 일측 개구부가 고정스크롤(320)의 후면을 향하도록 구동부 하우징(210)의 후단에 결합되는데, 커버 하우징(340)의 일측에는 압축된 냉매를 외부로 토출하기 위한 토출포트(360)가 관통 형성된다.
즉, 압축실에서 압축된 냉매는 토출구(322)를 통해 고압실(350)로 토출되며, 고압실(350)로 토출된 고압의 냉매는 토출포트(360)를 통해 압축기(100) 외부로 공급되는 것이다.
한편, 인버터부(400)는 구동부(200)의 동작을 제어하는 부분으로서, 구동부(200)의 고정자(230)에 전기적으로 연결되어, 고정자(230)를 여탈자시킴으로써 회전자(240)를 회전 구동 또는 정지시키게 된다.
이를 위해, 인버터부(400)는 중간 하우징(220)의 일측에 결합되는 인버터 커버(500)와, 인버터 커버(500)의 내부에 장착되는 인버터용 회로기판(PCB)(600) 및 회로기판(600) 상에 실장되는 다수의 전자소자 등 각종 전자 부품들을 포함하여 이루어진다.
여기서, 인버터 커버(500)는 외부로부터 이물질이 인버터부(400) 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
그런데, 하이브리드 자동차, 전기자동차, 또는 연료전지 차량의 경우, 각종 전장품의 설치를 필요로 하며 이에 따라, 전장품 간의 전자파 간섭에 의한 기능 장애 발생의 우려가 있다.
따라서, 압축기의 인버터 커버는, 단순히 외부 이물질의 유입을 차단하는 기능 이외에, 압축기와 기타 전장품이 전자파 간섭없이 정상 작동할 수 있도록, 인버터부 내부 또는 인버터부 외부의 각종 전장품으로부터 발생되는 전자파를 차폐하는 기능을 가져야 할 필요가 있다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버(500)는, 전자파 차폐 기능이 우수한 마그네슘 합금 재질의 판재를 프레스 가공하여 제작한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버(500)는, 2.5mm ~ 3.5mm 두께의 얇은 마그네슘 합금 판재로 제조함으로써 종래의 알루미늄 재질 인버터 커버와 동등한 기계적 물성치를 확보할 수 있으며 따라서, 종래에 비해 무게가 60% ~ 70% 감소되어, 압축기의 소형 경량화에 일조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버(500)는 마그네슘 합금 재질의 것으로서, 종래의 알루미늄 재질에 비해 전자파 차폐 기능이 더욱 우수하다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버에 대하여, 도 4를 참고하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버의 두께와 기계적 물성치를 비교한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버(500)는 내부에 수용공간(530)이 형성되고 일측이 개방된 함체형으로서, 인버터용 회로기판(600)이 일측에 장착되는 커버 플레이트(510)와, 커버 플레이트(510)의 테두리를 따라 일측으로 연장 형성되는 측벽(520)을 포함한다.
여기서, 중간 하우징(220)의 후방에 인버터 커버(500) 결합시, 중간 하우징(220)의 후면과 커버 플레이트(510)의 일면, 및 측벽(520)의 내측면으로 구획되는 수용공간(530)에 인버터용 회로기판(600)이 수용된다.
이때, 커버 플레이트(510)의 테두리를 따라 체결공(511a)을 가진 플랜지부(511)가 외측으로 돌출 형성되고, 이 체결공(511a)을 통해 볼트 등의 체결구(미도시)가 중간 하우징(220)의 후단에 체결됨으로써, 중간 하우징(220)과 인버터 커버(500)의 결합이 이루어진다.
또한, 인버터용 회로기판(600)의 고정 설치를 위해, 커버 플레이트(510)의 내측면에는 서로 이격하는 복수의 체결보스(512)가 돌출 형성되며, 볼트 등의 체결구(미도시)가 인버터용 회로기판(600)을 관통하여 각각의 체결보스(512)에 체결됨으로써, 인버터용 회로기판(600)은 커버 플레이트(510)의 내측면으로부터 소정 간격 이격한 상태로 고정 설치된다.
아울러, 인버터 커버(500)의 커버 플레이트(510)와 측벽(520)은 마그네슘 합금 판재를 프레스 가공 등에 의해 일체로 성형하게 되는데, 그 두께는 2.5mm ~ 3.5mm 인 것이 바람직하다.
이는, 도 5에 도시된 바와 같이, 인버터 커버(500)의 두께가 2.5mm 보다 작으면 외부의 수분이나 이물질로부터 인버터부(400)를 실링하기 위한 살 두께를 확보하기가 어렵게 되고, 인버터 커버(500)의 두께가 3.5mm 보다 크면 종래 알루미늄 합금 재질의 것과 비교하여 연신율(Elongation), 인장력(TS), 항복응력(YS) 등 기계적 물성이 나빠지기 때문이다.
한편, 인버터 커버(500) 내부의 전자부품에 전원을 공급하기 위해, 측벽(520)에 적어도 하나 이상의 케이블 연결홀이 관통 형성된다.
일 예로서, 도 4에 도시된 바와 같이 측벽(520)의 일측에 고전압 케이블 연결홀(521)이 관통 형성되고, 이와 대향하도록 측벽(520)의 타측에 저전압 케이블 연결홀(522)이 관통 형성될 수 있다.
이때, 인버터 커버(500) 내부로 삽입되는 케이블의 실링과 손상 방지를 위해, 각각의 케이블 연결홀(521,522)에 그로메트(grommet)(미도시)를 결합할 필요가 있다.
그런데, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버(500)의 경우, 측벽(520)의 두께가 2.5mm ~ 3.5mm 에 불과하며 따라서, 그로메트 장착을 위한 충분한 살 두께가 제공되지 않는다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 커버(500)는, 측벽(520) 내측의 케이블 연결홀 테두리를 따라 소정 두께의 그로메트 장착부재가 볼트 등의 체결구(미도시)에 의해 결합된다.
즉, 도 4에 도시된 예와 같이, 고전압 케이블 연결홀(521)이 관통 형성된 측벽(520)의 내측에, 제1관통공(523a)을 가진 소정 두께의 제1그로메트 장착부재(523)가 결합된다.
또한, 저전압 케이블 연결홀(522)이 관통 형성된 측벽(520)의 내측에는, 제2관통공(524a)을 가진 소정 두께의 제2그로메트 장착부재(524)가 결합된다.
이때, 고전압 케이블 연결홀(521)과 제1관통공(523a)은 서로 연통하며, 저전압 케이블 연결홀(522)과 제2관통공(524a) 역시 서로 연통한다. 따라서, 고전압 케이블(미도시)은 외부로부터 측벽(520)의 고전압 케이블 연결홀(521)과 제1그로메트 장착부재(523)의 제1관통공(523a)을 차례로 통과하여 인버터 커버(500)의 내부로 연결되고, 저전압 케이블(미도시)은 저전압 케이블 연결홀(522)과 제2관통공(524a)을 차례로 통과하여 인버터 커버(500)의 내부로 연결된다.
이때, 제1그로메트 장착부재(523)와 제2그로메트 장착부재(524)는 전위부식을 방지하기 위해 마그네슘 합금 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제1,제2관통공(523a,524a)의 형태 및 제1,제2그로메트 장착부재(523,524)의 두께는, 케이블의 규격과 각각의 관통공(523a,524a)에 끼움 결합되는 그로메트의 형태 및 규격을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
100 : 압축기 200 : 구동부
270 : 회전축 280 : 흡입포트
300 : 압축부 330 : 압축실
350 : 고압실 360 : 토출포트
400 : 인버터부 500 : 인버터 커버
510 : 커버 플레이트 520 : 측벽
521 : 고전압 케이블 연결홀 522 : 저전압 케이블 연결홀
523 : 제1그로메트 장착부재 523a : 제1관통공
524 : 제2그로메트 장착부재 524a : 제2관통공
530 : 수용공간 600 : 회로기판

Claims (6)

  1. 인버터용 회로기판(600)이 일측에 장착되는 커버 플레이트(510); 및
    상기 회로기판(600)의 수용을 위한 수용공간(530)이 형성되도록, 상기 커버 플레이트(510)의 테두리를 따라 일측으로 연장 형성되는 측벽(520);을 포함하고,
    상기 커버 플레이트(510)와 상기 측벽(520)은 마그네슘 합금 판재가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 인버터 커버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버 플레이트(510)와 상기 측벽(520)의 두께는 2.5mm 내지 3.5mm인 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 인버터 커버.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측벽(520)에 케이블 연결홀(521,522)이 적어도 하나 이상 관통 형성되고, 상기 케이블 연결홀(521,522)과 연통하는 관통공(523a,524a)을 가진 그로메트 장착부재(523,524)가 상기 측벽(520)의 내측에 결합되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 인버터 커버.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 그로메트 장착부재(523,524)는 마그네슘 합금 재질인 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 인버터 커버.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 측벽(520)의 일측과 타측에 서로 대향하여 고전압 케이블 연결홀(521)과 저전압 케이블 연결홀(522)이 각각 관통 형성되며, 상기 고전압 케이블 연결홀(521)의 내측 테두리를 따라 제1그로메트 장착부재(523)가 결합되고, 상기 저전압 케이블 연결홀(522)의 내측 테두리를 따라 제2그로메트 장착부재(524)가 결합되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 인버터 커버.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 회로기판(600)의 체결을 위한 복수의 체결보스(512)가 상기 커버 플레이트(510)의 내측면에 서로 이격하여 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기의 인버터 커버.

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