KR20150081137A - 로터리 압축기 - Google Patents

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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기에는, 구동력을 발생시키는 모터가 수용되는 케이싱; 상기 모터에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 회전축이 삽입되며, 상하로 이격되어 배치되는 복수의 실린더; 상기 복수의 실린더의 사이에 제공되는 중간 플레이트가 포함되며, 상기 회전축에는, 상기 모터로부터 상기 실린더를 향하여 연장되는 축 본체; 상기 축 본체의 일측에 제공되어 편심 회전하는 제 1 편심부; 상기 제 1 편심부에 대칭되도록 배치되어 편심 회전하는 제 2 편심부; 및 상기 제 1 편심부와 제 2 편심부의 사이에 배치되며, 상기 축 본체로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 보강부가 포함되고, 상기 보강부와 제 1 편심부간의 거리, 또는 상기 보강부와 제 2 편심부간의 거리는, 상기 중간 플레이트가 상기 회전축에 조립되는 과정에서 상기 보강부를 회피할 수 있는 범위에서 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

로터리 압축기 {A rotary compressor}
본 발명은 로터리 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 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 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되고 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 로터리 압축기(Rotary compressor) 및 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되고 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 구분될 수 있다.
상기 로터리 압축기에는, 복수 개의 실린더를 구비하고 상기 복수 개의 실린더를 함께 운전시키거나 또는 적어도 하나의 실린더는 공회전할 수 있도록 구비되는 복식 로터리 압축기가 포함될 수 있다.
상기 복식 로터리 압축기는 양측 실린더에 각각 흡입관을 연결하는 독립 흡입방식이 적용되거나, 상기 양측 실린더 중에서 어느 한개의 실린더에 공용 흡입관을 연결하거나, 또는 양측 실린더 사이에 설치되어 압축공간을 분리하는 중간 플레이트에 한 개의 공용 흡입관을 연결하는 통합 흡입방식이 적용될 수 있다.
도 1은 종래의 통합 흡입방식이 적용된 복식 로터리 압축기의 구조를 보여주는 단면도이고, 도 2는 상기 로터리 압축기에 구비되는 회전축의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 로터리 압축기(10)는 기액 분리기(2)에 연결된다. 상기 기액 분리기(2)는 증발기(미도시)의 출구측과 상기 로터리 압축기(10)의 입구측의 사이에 제공되며, 냉매 중 가스 냉매를 분리하여 상기 로터리 압축기(10)에 공급하도록 구성된다.
상기 로터리 압축기(10)는 밀폐된 케이싱(11)의 내부공간 상부에 구동력을 발생하는 전동 기구부(12)가 설치되고, 상기 케이싱(11)의 내부공간 하부에는 상기 전동 기구부(12)에서 발생된 동력으로 냉매를 압축하는 제 1 압축 기구부(20, 이하 제 1 압축부) 및 제 2 압축 기구부(30, 이하 제 2 압축부)가 설치된다.
상기 케이싱(11)의 일측에는, 상기 기액 분리기(2)로부터 냉매를 유입하는 가스 흡입관(3)이 설치되며, 상기 케이싱(11)의 상단부에는 압축된 냉매가 토출되는 가스 토출관(4)이 설치될 수 있다.
그리고, 상기 케이싱(11)의 내부공간은 상기 제 1 압축부(20) 또는 제 2 압축부(30)에서 토출되는 냉매에 의하여 고압(토출압)의 상태가 유지된다.
상기 전동 기구부(12)에는, 상기 케이싱(11)의 내주면에 고정되는 고정자(13)와, 상기 고정자(13)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(14) 및 상기 회전자(14)에 열박음 되어 함께 회전하는 회전축(15)이 포함된다. 상기 전동 기구부(12)는 정속 모터일 수도 있고, 인버터 모터일 수도 있다.
상기 회전축(15)에는, 상기 회전자(14)에 결합되는 축부(16)와, 상기 축부(16)의 하단부에 좌우 양측으로 편심지게 배치되는 제 1 편심부(17) 및 제 2 편심부(18)가 포함된다. 상기 제 1 편심부(17)와 제 2 편심부(18)는 대략 180도의 위상차를 두고 대칭되게 배치된다. 그리고, 상기 제 1 편심부(17)와 제 2 편심부(18)에는, 제 1 롤링피스톤(22)과 제 2 롤링피스톤(32)이 각각 회전 가능하게 결합될 수 있다.
상기 제 1 압축부(20)는 환형으로 형성되어 상기 케이싱(11)의 내부에 설치되고 제 1 압축공간(V1)을 형성하는 제 1 실린더(21)과, 상기 회전축(15)의 제 1 편심부(17)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제 1 압축공간(V1)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제 1 롤링피스톤(22)과, 상기 제 1 롤링피스톤(22)의 외주면에 접촉되고 상기 제 1 실린더(21)의 제 1 압축공간(V1)을 제 1 흡입실과 제 1 토출실로 구획하는 제 1 베인(23) 및 상기 제 1 베인(23)의 일측을 탄력 지지하는 제 1 베인 스프링(24)이 포함된다.
상기 제 2 압축부(30)는 환형으로 형성되어 상기 제 1 실린더(21)의 하측에 설치되고 제 2 압축공간(V2)을 형성하는 제 2 실린더(31)과, 상기 회전축(15)의 제 2 편심부(18)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제 2 압축공간(V2)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제 2 롤링피스톤(32)과, 상기 제 2 롤링피스톤(32)의 외주면에 접촉되고 상기 제 2 실린더(31)의 제 2 압축공간(V2)을 제 2 흡입실과 제 2 토출실로 구획하는 제 2 베인(33) 및 상기 제 2 베인(33)의 일측을 탄력 지지하는 제 2 베인 스프링(34)이 포함된다.
상기 제 1 실린더(21)에는, 냉매를 상기 제 1 압축공간(V1)으로 가이드 하는 제 1 실린더흡입부(25)가 형성된다. 그리고, 상기 제 2 실린더(31)에는, 냉매를 상기 제 2 압축공간(V2)으로 가이드 하는 제 2 실린더흡입부(35)가 형성된다.
상기 제 1,2 실린더흡입부(25,35)는 중간 플레이트(40)의 제 1,2 분지유로(43,44)의 각 상측 끝단과 하측 끝단에 접하는 제 1 실린더(21)와 제 2 실린더(31)의 하면 모서리와 상면 모서리에서, 상기 제 1 실린더(21)와 제 2 실린더(31)의 내주면을 향하도록 모따기 하여 경사지게 형성된다.
상기 로터리 압축기(10)에는, 상기 제 1 실린더(21)의 상측에 제공되는 상부 베어링(48)과, 상기 제 2 실린더(31)의 하측에 제공되는 하부 베어링(49) 및 상기 제 1 실린더(21)와 제 2 실린더(31)의 사이에 제공되어 상기 상,하부 베어링(48,49)과 함께 상기 제 1,2 압축공간을 형성하는 중간 플레이트(40)가 더 포함된다.
상기 상부 베어링(48) 및 하부 베어링(49)는 각각 원판 모양으로 형성되며, 상기 회전축(15)이 관통하는 관통 구멍이 형성된다.
상기 중간 플레이트(40)에는, 상기 케이싱(11)의 흡입구와 연통하는 흡입공(41)과, 상기 흡입공(41)을 통하여 흡입된 냉매가 유동하는 흡입유로(42) 및 상기 흡입유로(42)로부터 상기 제 1 실린더흡입부(25) 및 제 2 실린더흡입부(35)로 각각 분지되는 제 1 분지유로(43) 및 제 2 분지유로(44)가 포함된다. 여기서, 상기 케이싱(11)의 흡입구는 상기 가스 흡입관(3)과 결합된다.
상기 로터리 압축기(10)에는, 상기 상부 베어링(48)에 제공되어 상기 제 1 실린더(21)에서 압축된 냉매가 토출되는 제 1 토출밸브(48a) 및 상기 하부 베어링(49)에 제공되어 상기 제 2 실린더(31)에서 압축된 냉매가 토출되는 제 2 토출밸브(49a)가 더 포함된다.
그리고, 상기 로터리 압축기(10)에는, 상기 상부 베어링(48)의 상측에 제공되어 상기 제 1 토출밸브(48a)를 통하여 토출되는 냉매 소음이 저감되도록 하는 제 1 토출 머플러(48b) 및 상기 하부 베어링(49)의 하측에 제공되어 상기 제 2 토출밸브(49a)를 통하여 토출되는 냉매 소음이 저감되도록 하는 제 2 토출 머플러(49b)가 더 포함된다.
상기한 종래의 로터리 압축기(10)에서의 냉매 압축과정을 간단히 설명한다.
상기 전동 기구부(12)의 고정자(13)에 전원을 인가하여 상기 회전자(14)가 회전하면, 상기 회전축(15)이 상기 회전자(14)와 함께 회전하면서 상기 전동 기구부(12)의 회전력을 상기 제 1 압축부(20)와 제 2 압축부(30)에 전달하고, 상기 제 1 압축부(20)와 제 2 압축부(30)에서는 각각 제 1 롤링피스톤(22)과 제 2 롤링피스톤(32)이 상기 제 1 압축공간(V1) 및 제 2 압축공간(V2)에서 편심 회전운동을 하게 된다.
그리고, 상기 제 1 베인(23) 및 제 2 베인(33)은 상기 제 1,2 롤링피스톤(22,32)과 함께 180도의 위상차를 가지는 제 1,2 압축공간을 형성하면서 냉매를 압축하게 된다.
한편, 냉매의 흡입과정에서, 냉매는 상기 기액 분리기(2)로부터 상기 중간 플레이트(40)의 흡입공(41)을 통하여 상기 흡입유로(42)로 흡입되고, 상기 제 1 분지유로(43)로 분지되어 상기 제 1 실린더흡입부(25)를 통하여 상기 제 1 실린더(21)의 제 1 압축공간(V1)으로 흡입 및 압축된다.
상기 제 1 실린더(21)의 제 1 압축공간(V1)에서 냉매의 압축과정이 진행되는 동안, 상기 제 1 압축공간(V1)과 180도의 위상차를 가지는 상기 제 2 실린더(31)의 제 2 압축공간(V2)은 흡입행정을 수행한다. 즉, 상기 제 2 실린더흡입부(35)가 상기 흡입유로(42)와 연통되면서, 상기 흡입유로(42)의 냉매가 상기 제 2 실린더(31)의 제 2 실린더흡입부(35)를 통하여 상기 제 2 압축공간(V2)으로 흡입 및 압축된다.
이러한 종래의 로터리 압축기 구조에 대하여, 최근에는 세계적인 에너지 규제에 따라 컴팩트(compact)하면서도 고효율을 가지는 로터리 압축기에 대한 관심이 증가하였다.
상기한 바와 같이, 상기 중간 플레이트(40)에 냉매의 흡입유로가 형성되는 경우, 상기 중간 플레이트(40)의 상하 높이는 설정 높이 이상 유지될 필요가 있다. 만약, 상기 중간 플레이트(40)의 상하 높이가 너무 낮은 경우, 상기 흡입유로의 크기가 작아져서 냉매의 유량저하가 발생되고 냉매의 유로저항이 증가하게 되는 문제점이 있다.
다만, 상기 흡입유로를 증대시키기 위하여, 상기 중간 플레이트(40)의 상하 높이가 너무 커지는 경우에는, 상기 중간 플레이트(40)에 의하여 분리되는 제 1,2 실린더(21,31)의 거리가 증가하게 된다. 즉, 상기 제 1,2 편심부(17,18)간의 거리가 길어지므로, 상기 회전축(15)에 가해지는 모멘트(Moment)가 증가하여 상기 회전축(15)의 변형이 크게 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 상기 회전축(15)의 강도 또는 강성을 증대하기 위하여, 회전축(15)의 직경을 증가시키는 경우에는, 상기 제 1,2 롤링피스톤(22,32) 또는 상기 중간 플레이트(40)가 상기 회전축(15)에 쉽게 조립될 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 상기 회전축(15)은 설정강도 이상을 가지면서도. 상기 제 1,2 롤링피스톤(22,32) 또는 중간 플레이트(40)과 용이하게 조립될 수 있도록 설계될 필요가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 회전축의 강도를 증대하고 조립성이 개선된 로터리 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기에는, 구동력을 발생시키는 모터가 수용되는 케이싱; 상기 모터에 결합되어 회전하는 회전축; 상기 회전축이 삽입되며, 상하로 이격되어 배치되는 복수의 실린더; 상기 복수의 실린더의 사이에 제공되는 중간 플레이트가 포함되며, 상기 회전축에는, 상기 모터로부터 상기 실린더를 향하여 연장되는 축 본체; 상기 축 본체의 일측에 제공되어 편심 회전하는 제 1 편심부; 상기 제 1 편심부에 대칭되도록 배치되어 편심 회전하는 제 2 편심부; 및 상기 제 1 편심부와 제 2 편심부의 사이에 배치되며, 상기 축 본체로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 보강부가 포함되고, 상기 보강부와 제 1 편심부간의 거리, 또는 상기 보강부와 제 2 편심부간의 거리는, 상기 중간 플레이트가 상기 회전축에 조립되는 과정에서 상기 보강부를 회피할 수 있는 범위에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부에는, 상기 축 본체의 외주면으로부터 돌출되어 상기 제 1 편심부에 결합되는 제 1 보강부; 및 상기 제 1 보강부로부터 이격되어 상기 축 본체의 외주면으로부터 돌출되며, 상기 제 2 편심부에 결합되는 제 2 보강부가 포함된다.
또한, 상기 제 1 보강부 또는 제 2 보강부에는, 상기 축 본체의 외주면에서 외측 방향으로 경사지게 연장되는 제 1 연장부; 및 상기 제 1 연장부로부터 축 방향으로 연장되는 제 2 연장부가 포함된다.
또한, 상기 제 1 보강부로부터 상기 제 2 편심부까지의 거리(L) 또는 상기 제 2 보강부로부터 상기 제 1 편심부까지의 거리(L)는, 상기 중간 플레이트의 상하방 높이(L2)보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중간 플레이트가 제 2 편심부를 통과하여 조립되는 과정에서 상기 제 1 보강부에 간섭될 때, 상기 중간 플레이트의 적어도 일부분은 상기 제 2 편심부의 외측에 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중간 플레이트의 적어도 일부분은, 상기 제 2 편심부에 대하여 축 방향으로 중첩길이(L1)만큼 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중첩길이(L1)는, 상기 중간 플레이트가 상기 제 1 보강부를 회피하기 위하여 회전될 때 상기 제 2 편심부에 간섭되는 지점으로부터 상기 제 2 편심부의 일단부까지의 회전거리(C1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 보강부로부터 상기 제 2 편심부까지의 거리(L) 또는 상기 제 2 보강부로부터 상기 제 1 편심부까지의 거리(L)는, 상기 중간 플레이트의 상하방 높이(L2)에서 상기 회전거리(C1)을 감한 값 이상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전거리(C1)은, 환형으로 형성되는 중간 플레이트의 내경(D3)을 제곱한 값으로부터, 상기 제 1 편심부 또는 제 2 편심부의 외경(D1)을 제곱한 값을 감한 후, 1/2 제곱한 결과값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 실린더의 압축공간에 각각 회전 가능하게 수용되며, 환형 형상을 가지는 롤링 피스톤이 더 포함되며, 상기 롤링 피스톤의 상하방 높이(R1)는, 상기 제 1 보강부로부터 상기 제 2 편심부까지의 거리(L) 또는 상기 제 2 보강부로부터 상기 제 1 편심부까지의 거리(L)보다 작은 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면, 회전축의 축 본체에 보강부가 제공됨으로써 축 강도를 증대시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 상기 보강부가 제 1,2 편심부의 사이에 제공되고, 보강부와 상기 제 1,2 편심부 사이의 거리값을 적절한 범위 내에서 제안함으로써, 축 강성을 유지하고 변형을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 상기 회전축과, 롤링피스톤 또는 중간 플레이트의 조립이 용이하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
또한, 중간 플레이트에 냉매의 흡입공을 형성하고 상기 실린더에는 냉매의 흡입공을 형성하지 않음으로써, 실린더의 높이 또는 크기를 작게 만들 수 있고 이에 따라 압축기를 컴팩트하게 구현할 수 있다는 장점이 있다. 그리고, 컴팩트한 구조에 의하여, 냉매 누설에 따른 체적효율 저하를 방지하여 압축기 효율을 개선할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 통합 흡입방식이 적용된 복식 로터리 압축기의 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 복식 로터리 압축기의 회전축의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 회전축에 롤링 피스톤이 조립되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 회전축에 중간 플레이트가 조립되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 회전축 및 중간 플레이트의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회전축과 중간 플레이트의 조립을 위하여 요구되는 거리값의 관계를 보여주는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회전축의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전축(100)에는, 상기 전동 기구부(12, 도 1 참조)로부터 상기 제 1 압축부(20) 및 제 2 압축부(30)까지 상하 방향으로 연장되는 축 본체(110)와, 상기 축 본체(110)의 외주에 제공되며 상기 제 1 실린더(21)의 내측에 배치되는 제 1 편심부(120) 및 상기 제 1 편심부(120)의 하측으로 이격되어 상기 제 2 실린더(31)의 내측에 배치되는 제 2 편심부(130)가 포함된다.
상기 제 1 편심부(120)는 상기 축 본체(110)로부터 일방향으로 돌출되고, 상기 제 2 편심부(130)는 상기 축 본체(110)로부터 타방향으로 돌출된다. 일례로, 상기 제 1 편심부(120)와 제 2 편심부(130)는 대략 180도의 위상차를 두고 대칭되게 배치된다.
상기 제 1 편심부(120)는, 상기 제 1 실린더(21)의 제 1 압축공간(V1)에서 회전되는 제 1 롤링피스톤(22)의 내주면에 결합된다. 그리고, 상기 제 2 편심부(130)는, 상기 제 2 실린더(31)의 제 2 압축공간(V2)에서 회전되는 제 2 롤링피스톤(32)의 내주면에 결합된다.
상기 회전축(100)이 회전하는 과정에서, 서로 이격된 제 1,2 편심부(120,130)가 편심 회전하므로 상기 회전축(100)에는 모멘트가 작용하게 되고, 이에 따라 상기 회전축(100)의 변형이 발생되고 그 강성이 약화될 수 있다. 그리고, 상기 제 1,2 편심부(120,130) 사이의 거리가 멀어질수록, 상기 회전축(100)에 가해지는 모멘트는 더 증가되므로, 상기 회전축(100)의 변형량은 더 커질 수 있다.
따라서, 본 실시예는 상기 제 1 편심부(120)와 제 2 편심부(130)의 사이에 상기 회전축(100)의 강성을 보강하기 위한 보강부(150,160)가 제공되는 것을 특징으로 한다.
상세히, 상기 보강부(150,160)에는, 상기 제 1 편심부(120)의 하측으로 연장되는 제 1 보강부(150) 및 상기 제 2 편심부(130)의 상측으로 연장되는 제 2 보강부(160)가 포함된다.
상기 제 1 보강부(150)는 상기 축 본체(110)의 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되도록 구성된다. 즉, 상기 제 1 보강부(150)가 구비되는 축 본체(110) 부분의 외경은, 상기 제 1 보강부(150)가 구비되지 않는 부분의 외경보다 크게 형성된다.
그리고, 상기 제 1 보강부(150)가 구비되는 축 본체(100) 부분의 외경은 상기 제 1 편심부(120)의 외경보다는 작게 형성된다. 일례로, 상기 제 1 보강부(150)가 구비되는 축 본체(100) 부분의 외경은 상기 제 1 편심부(120)의 외경 대비, 약 60~80%의 범위 중 어느 하나의 값으로 결정될 수 있다.
상기 제 1 보강부(150)에는, 상기 축 본체(110)의 외주면에서 외측 방향으로 경사지게 연장되는 제 1 연장부(151) 및 상기 제 1 연장부(151)로부터 축방향, 즉 상방으로 연장되는 제 2 연장부(155)가 포함된다. 상기 제 2 연장부(155)는 상기 제 1 편심부(120)의 하면부에 결합된다.
상기 제 2 보강부(160)는 상기 제 1 보강부(150)의 하측으로 이격되어 배치된다. 상세히, 상기 제 2 보강부(160)는 상기 축 본체(110)의 외주면으로부터 반경 방향으로 돌출되도록 구성된다. 즉, 상기 제 2 보강부(160)가 구비되는 축 본체(110) 부분의 외경은, 상기 제 2 보강부(160)가 구비되지 않는 부분의 외경보다 크게 형성된다.
그리고, 상기 제 2 보강부(160)가 구비되는 축 본체(100) 부분의 외경은 상기 제 2 편심부(130)의 외경보다는 작게 형성된다. 일례로, 상기 제 2 보강부(160)가 구비되는 축 본체(100) 부분의 외경은 상기 제 2 편심부(130)의 외경 대비, 약 60~80%의 범위 중 어느 하나의 값으로 결정될 수 있다.
상기 제 2 보강부(160)에는, 상기 축 본체(110)의 외주면에서 외측 방향으로 경사지게 연장되는 제 1 연장부(161) 및 상기 제 1 연장부(161)로부터 축방향, 즉 하방으로 연장되는 제 2 연장부(165)가 포함된다. 상기 제 2 연장부(165)는 상기 제 2 편심부(130)의 상면부에 결합된다.
상기 제 1 보강부(150) 또는 제 2 보강부(160)의 크기 또는 높이가 커질수록, 상기 축 본체(110)의 강성이 보강되어, 상기 회전축(100)의 변형량이 줄어들 수 있다.
즉, 도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 제 1 보강부(150)로부터 상기 제 2 편심부(130)까지의 거리(L) 또는 상기 제 2 보강부(160)로부터 상기 제 1 편심부(120)까지의 거리(L)가 짧아질수록, 상기 회전축(100)의 강성에 유리한 조건이 형성될 수 있다. 상기 거리(L)을 "제한거리"라 이름할 수 있다.
다만, 상기 제한거리(L)는 상기 회전축(100)과, 롤링피스톤(200, 도 5a 참조) 또는 중간 플레이트(300, 도 6a 참조)의 조립성에 영향을 미치는 인자가 될 수 있다.
정리하면, 상기 롤링피스톤(200) 또는 중간 플레이트(300)는 상기 회전축(100)에 삽입되는 과정에서, 상기 제 1,2 편심부(120,130) 또는 제 1,2 보강부(150,160)를 통과하여야 한다.
그런데, 상기 제한거리(L)가 너무 짧을 경우에는, 상기 롤링피스톤(200) 또는 중간 플레이트(300)가 상기 제 1,2 편심부(120,130) 또는 제 1,2 보강부(150,160)에 간섭되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예는, 축 강성을 보강하기 위하여 상기 제한거리(L)를 되도록이면 짧게 형성하면서도 상기 롤링피스톤(200) 또는 중간 플레이트(300)의 조립이 용이해질 수 있는 설계치수를 제안하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 회전축의 설계 치수를 정의하면 아래와 같다.
1. 제한거리(L) : 제 1 보강부(150)로부터 제 2 편심부(130)까지의 거리 또는 제 2 보강부(160)로부터 제 1 편심부(120)까지의 거리
2. 편심부 직경(D1) : 제 1 편심부(120) 또는 제 2 편심부(130)의 외경
3. 보강부 직경(D2) : 제 1 보강부(150) 또는 제 2 보강부(160)가 구비되는 축 본체(110) 부분의 외경
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 회전축에 롤링 피스톤이 조립되는 모습을 보여주는 도면이다. 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 롤링 피스톤(200)이 상기 회전축(100)에 조립되는 과정을 설명한다.
여기서, 상기 롤링 피스톤(200)은 상기 제 1 편심부(120) 또는 제 2 편심부(130)의 외측에 조립되는 롤링피스톤일 수 있다. 이하에서는, 상기 롤링 피스톤(200)이 상기 제 2 편심부(130)를 통과하여 상기 제 1 편심부(120)에 결합되는 과정을 설명한다.
상기 롤링 피스톤(200)은 상기 회전축(100)의 일측(도 5a의 우측)으로부터 타측(도 5a의 좌측)으로 이동하면서, 상기 회전축(100)에 삽입된다.
여기서, 상기 롤링 피스톤(200)은 상기 회전축(100)이 삽입될 수 있는 제 1 관통공(210)을 가지는 환형으로 형성될 수 있다. 상기 롤링 피스톤(200)의 높이는 R1으로 형성되고, 내경은 R2로 형성될 수 있다.
상기 롤링 피스톤(200)은 상기 제 2 편심부(130)를 통과할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 편심부(130)의 외경은 D1이며, 상기 D1은 상기 R2보다 약간 작게 형성될 수 있다.
상기 롤링 피스톤(200)은 상기 제 2 편심부(130)를 통과한 후, 상기 제 2 보강부(160)가 구비되는 축 본체(110)의 외측에 배치된다. 상기 제 2 보강부(160)의 외경은 D2이며, 상기 D2는 상기 R2보다 작게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 롤링 피스톤(200)은 상기 제한거리로 규정되는 축 본체의 외측에 위치하게 된다. 이 때, 상기 제한거리(L)는 상기 R1보다 크게 형성된다. 따라서, 상기 롤링 피스톤(200)은 상기 제 2 편심부(130)를 완전히 통과한 상태에서, 상기 제 1 보강부(150)에 간섭되지 않을 수 있다.
상기 롤링 피스톤(200)은 측방(도 5b에서 상측)으로 이동하여 상기 제 1 보강부(150)를 회피한 후, 상기 제 1 편심부(120)를 통과하도록 이동할 수 있다. 상기 롤링 피스톤(200)은 조립이 완료된 상태에서, 상기 제 1 편심부(120)의 외측을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
정리하면, 본 실시예에 따른 롤링피스톤(200)의 내경은 상기 제 1,2 편심부(120,130)의 외경(D1) 및 상기 제 1,2 보강부(150,160)의 외경(D2)보다 크게 형성되므로, 상기 롤링피스톤(200)은 상기 제 1,2 편심부(120,130) 및 제 1,2 보강부(150,160)를 용이하게 통과할 수 있다.
그리고, 상기 롤링피스톤(200)의 높이(R1)는 상기 제한거리(L)보다 작게 형성되므로, 상기 롤링피스톤(200)이 상기 제 2 편심부(130)를 완전히 통과한 상태에서, 상기 제 1 보강부(150)에 간섭되지 않을 수 있다.
이와 같은 롤링피스톤(200) 및 회전축(100)의 구조에 의하여, 상기 롤링피스톤(200)은 상기 회전축(100)에 용이하게 조립될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 회전축에 중간 플레이트가 조립되는 모습을 보여주는 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 회전축 및 중간 플레이트의 구성을 보여주는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 회전축과 중간 플레이트의 조립을 위하여 요구되는 거리값의 관계를 보여주는 도면이다.
먼저, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여, 중간 플레이트(300)가 상기 회전축(100)에 조립되는 과정을 설명한다.
상기 중간 플레이트(300)는 상기 회전축(100)의 일측(도 6a의 우측)으로부터 타측(도 6a의 좌측)으로 이동하면서, 상기 회전축(100)에 삽입된다.
여기서, 상기 중간 플레이트(300)는 상기 회전축(100)이 삽입될 수 있는 제 2 관통공(310)을 가지는 환형으로 형성될 수 있다. 상기 관통공에 의하여, 상기 중간 플레이트(300)에는, 내주면부(320)가 형성된다.
그리고, 상기 중간 플레이트(300)의 높이는 L2로 형성되고, 내경은 D3로 형성될 수 있다.
상기 중간 플레이트(300)는 상기 제 2 편심부(130)를 통과할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 편심부(130)의 외경은 D1(도 5a 참조)이며, 상기 D1은 상기 D3보다 약간 작게 형성될 수 있다.
상기 중간 플레이트(300)는 상기 제 2 편심부(130)를 완전히 통과하기 전에, 상기 제 1 보강부(150)에 간섭될 수 있다.
상세히, 상기 중간 플레이트(300)의 높이(L2)는 상기 제한거리(L)보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 도 7을 참조하면, 상기 중간 플레이트(300)의 높이(L2)는 상기 제한거리(L)보다 L1의 길이만큼 더 크게 형성된다. 상기 L1은, 상기 중간 플레이트(300)와 제 2 편심부(130)가 축 방향으로 중첩되는 길이로서, "중첩길이"라 이름할 수 있다.
상기 중간 플레이트(300)는 상기 제 1 보강부(150)에 간섭되므로, 상방(도 6b의 좌측방향)으로 이동하는 것이 제한된다. 그리고, 상기 중간 플레이트(300)의 내주면부(320)는 상기 제 2 편심부(130)에 간섭되므로, 상기 중간 플레이트(300)는 측방(도 6b의 상방)으로 이동하는 것이 제한된다.
따라서, 상기 중간 플레이트(300)는 상기 제 1 보강부(150)를 회피하여, 상기 제 1 편심부(120)측으로 이동하기 위하여, 소정방향으로 제 1 설정각도(θ1)만큼 회전될 수 있다. 일례로, 상기 소정방향은, 도 6c에 도시된 바와 같이, 시계 방향일 수 있으며, 회전 중심은 상기 중간 플레이트(300)의 관통공 내부 일 지점에 형성된다.
한편, 상기 중간 플레이트(300)의 내경(D3)은 상기 제 2 편심부(130)의 외경보다 다소 크게 형성되므로, 상기 중간 플레이트(300)는 그 내주면부(320)가 상기 제 2 편심부(130)의 외주면에 간섭될 때까지 회전될 수 있다.
그리고, 상기 중간 플레이트(300)의 내주면부(320)가 상기 제 2 편심부(130)의 외주면에 간섭될 때, 상기 내주면부(320)를 연장한 가상의 선(ℓ1, 도 8)이 상기 제 1 보강부(150)의 외측을 지나도록, 상기 제한거리(L) 값이 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 제한거리(L) 값이 너무 작게 형성되면, 상기 중간 플레이트(300)가 소정 각도 회전하더라도, 상기 중간 플레이트(300)가 상기 제 1 보강부(150)의 돌출된 높이를 회피하기가 쉽지 않게 된다.
반면에, 상기 제한거리(L) 값이 너무 크게 형성되며, 상기 중간 플레이트(300)가 상기 제 1 보강부(150)의 돌출된 높이를 회피하기는 쉬우나, 상기한 바와 같이, 축 강성을 유지하는 데에는 불리하게 된다.
따라서, 상기 가상의 선(ℓ1)이 상기 제 1 보강부(150)의 바로 외측을 지나도록 상기 제한거리(L) 값이 결정되면, 상기 중간 플레이트(300)는 도 6c와 같이 회전된 상태에서, 상방(도 8의 좌측 방향)으로 이동하면 상기 제 1 보강부(150)를 회피할 수 있게 된다.
한편, 상기 중간 플레이트(300)가 회전된 상태에서, 상기 중간 플레이트(300)의 내주면부(320)가 간섭되는 제 2 편심부(130)의 외주면 중 일 지점(P1, 도 8)과, 상기 제 2 편심부(130)의 상단부 일 지점(P2)까지의 거리는 C1으로 정의된다.
상기 C1은 "회전거리"라 이름할 수 있으며, 상기 중간 플레이트(300)가 회전된 상태에서, 상기 제2 편심부(130)를 통과하여 조립 가능한 길이로서 이해된다. 상기 중간 플레이트(300)가 상기 회전축(100)에 조립될 때, 상기 회전거리(C1)가 상기 중첩길이(L1)보다 작아야 간섭없이 조립이 가능하게 된다.
따라서, 상기 회전거리(C1)는 상기 중첩길이(L1)보다는 작게 된다. 이는, 상기 중간 플레이트(300)가 관통공 내부의 회전중심을 기준으로 회전되는 과정에서, 상기 내주면부(320)는 상방(도 8에서 좌측방)으로 다소 이동하기 때문이다.
그리고, 상기 중간 플레이트(300)가 회전된 상태에서, 상기 중간 플레이트(300)의 내주면부(320) 일측은 상기 제 2 편심부(130)의 상단부 타 지점(P3)을 회피한 상태에 있게 된다.
상기 중간 플레이트(300)가 회전된 상태에서, 상기 중간 플레이트(300)와 회전축(100)의 구성요소간 위치 관계는 도 9에 개략적으로 도시된다.
도 9를 참조하면, 상기 제 2 편심부(130)에는, 상기 제 2 편심부(130)의 외면 중 상기 중간 플레이트(300)에 간섭되는 제 1 지점(P1)과, 상기 제 2 편심부(130)의 상면 모서리부에 형성되는 제 2 지점(P2) 및 상기 상면 모서리부에 형성되는 제 3 지점(P3)이 형성된다.
그리고, 상기 제 1,2 지점(P1,P2)간의 거리는 회전거리(C1), 상기 제 1,3 지점(P1,P3)간의 거리는 상기 중간 플레이트(300)의 내경(D3), 상기 제 2,3 지점(P2,P3)간의 거리는 상기 제 1 편심부(120) 또는 제 2 편심부(130)의 외경(D1)으로 이해된다.
이들 세 지점의 거리와 관련하여, 삼각함수 정의에 의하여, 아래와 같은 수학식이 성립될 수 있다.
(C1)2 = (D3)2 - (D1)2,
C1 = ((D3)2 - (D1)2)1/2
정리하면, 본 실시예는 상기 중간 플레이트(300)가 회전되었을 때, 상기 제 1 보강부(150)에 간섭되지 않을 수 있는 제한거리(L)를 제안하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제한거리(L)는 상기 중간 플레이트(300)의 높이(L2)에서 상기 중첩길이(L1)을 감한 값으로 규정되며 (L = L2 - L1), 상기 중간 플레이트(300)의 용이한 조립을 위하여 상기 제한거리(L)는 상기 회전거리(C1)보다는 크게 형성되어야 한다.
따라서, 상기 제한거리(L)의 설계 치수는 아래와 같은 조건이 만족될 수 있다.
상기 중간 플레이트(300)의 높이(L2) ≥ 제한거리(L) ≥ L2 - 회전거리(C1).
결국, L2 ≥ L ≥ L2 - ((D3)2 - (D1)2)1/2를 만족하게 된다. 즉, 상기 제한거리(L)는 최소한 L2 - ((D3)2 - (D1)2)1/2의 길이를 가지게 된다.
위와 같이, 제한거리에 관한 치수 조건에 따라 회전축의 구조를 설계할 경우, 롤링피스톤 또는 중간 플레이트의 조립이 용이하면서도, 축 강성을 양호하게 유지할 수 있다는 장점이 있다.
10 : 로터리 압축기 11 : 케이싱
15 : 회전축 20 : 제 1 압축 기구부
30 : 제 2 압축 기구부 V1,V2 : 압축공간
100 : 회전축 110 : 축 본체
120 : 제 1 편심부 130 : 제 2 편심부
150 : 제 1 보강부 151,161 : 제 1 연장부
155,165 : 제 2 연장부 200 : 롤링피스톤
210 : 제 1 관통공 300 : 중간 플레이트
310 : 제 2 관통공 320 : 내주면부

Claims (10)

  1. 구동력을 발생시키는 모터가 수용되는 케이싱;
    상기 모터에 결합되어 회전하는 회전축;
    상기 회전축이 삽입되며, 상하로 이격되어 배치되는 복수의 실린더;
    상기 복수의 실린더의 사이에 제공되는 중간 플레이트가 포함되며,
    상기 회전축에는,
    상기 모터로부터 상기 실린더를 향하여 연장되는 축 본체;
    상기 축 본체의 일측에 제공되어 편심 회전하는 제 1 편심부;
    상기 축 본체의 타측에 제공되어 편심 회전하는 제 2 편심부; 및
    상기 제 1 편심부와 제 2 편심부의 사이에 배치되며, 상기 축 본체로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 보강부가 포함되고,
    상기 보강부와 제 1 편심부간의 거리, 또는 상기 보강부와 제 2 편심부간의 거리는, 상기 중간 플레이트가 상기 회전축에 조립되는 과정에서 상기 보강부를 회피할 수 있는 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강부에는,
    상기 축 본체의 외주면으로부터 돌출되어 상기 제 1 편심부에 결합되는 제 1 보강부; 및
    상기 제 1 보강부로부터 이격되어 상기 축 본체의 외주면으로부터 돌출되며, 상기 제 2 편심부에 결합되는 제 2 보강부가 포함되는 로터리 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 보강부 또는 제 2 보강부에는,
    상기 축 본체의 외주면에서 외측 방향으로 경사지게 연장되는 제 1 연장부; 및
    상기 제 1 연장부로부터 축 방향으로 연장되는 제 2 연장부가 포함되는 로터리 압축기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 보강부로부터 상기 제 2 편심부까지의 거리(L) 또는 상기 제 2 보강부로부터 상기 제 1 편심부까지의 거리(L)는,
    상기 중간 플레이트의 상하방 높이(L2)보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중간 플레이트가 제 2 편심부를 통과하여 조립되는 과정에서 상기 제 1 보강부에 간섭될 때,
    상기 중간 플레이트의 적어도 일부분은 상기 제 2 편심부의 외측에 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중간 플레이트의 적어도 일부분은,
    상기 제 2 편심부에 대하여 축 방향으로 중첩길이(L1)만큼 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 중첩길이(L1)는,
    상기 중간 플레이트가 상기 제 1 보강부를 회피하기 위하여 회전될 때 상기 제 2 편심부에 간섭되는 지점으로부터 상기 제 2 편심부의 일단부까지의 회전거리(C1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 보강부로부터 상기 제 2 편심부까지의 거리(L) 또는 상기 제 2 보강부로부터 상기 제 1 편심부까지의 거리(L)는,
    상기 중간 플레이트의 상하방 높이(L2)에서 상기 회전거리(C1)을 감한 값 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전거리(C1)은,
    환형으로 형성되는 중간 플레이트의 내경(D3)을 제곱한 값으로부터,
    상기 제 1 편심부 또는 제 2 편심부의 외경(D1)을 제곱한 값을 감한 후,
    1/2 제곱한 결과값인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 실린더의 압축공간에 각각 회전 가능하게 수용되며, 환형 형상을 가지는 롤링 피스톤이 더 포함되며,
    상기 롤링 피스톤의 상하방 높이(R1)는,
    상기 제 1 보강부로부터 상기 제 2 편심부까지의 거리(L) 또는 상기 제 2 보강부로부터 상기 제 1 편심부까지의 거리(L)보다 작은 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.

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