KR20150104992A - 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치에 관한 것으로, 사판이 장착된 허브와, 허브가 회동 가능하게 장착된 슬라이더의 사이에 탄성을 가진 댐핑부재가 설치되어 압축기 작동시 사판의 진동을 신속히 감쇠시킬 수 있게 된다.

Description

가변 사판식 압축기의 댐핑 장치{Damping device of variable swash plate compressor}
본 발명은 가변 사판식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사판의 진동을 신속하게 감쇠시켜 줌으로써 압축기가 원활히 작동할 수 있도록 해 주는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치에 관한 것이다.
자동차의 냉방장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하여 구성된다.
압축기(comprseeor)는 증발기로부터 토출된 냉매가스를 액화하기 쉬운 고온고압 상태로 압축하여 응축기로 전달한다. 더불어, 압축기는 냉방이 지속되도록 냉매를 펌핑하여 재순환시키는 역할을 수행한다.
응축기(condenser)는 고온고압의 냉매가스를 외기와 열교환시켜 냉각함으로써 액화한다.
팽창밸브(expansion valve)는 액상 냉매를 단열 팽창시켜 온도와 압력을 강하시킴으로써 증발기에서 증발하기 용이한 상태로 만들어준다.
증발기(evaporator)에서는 액상 냉매를 실내로 도입되는 외기와 열교환시킴으로써 열을 흡수, 증발하게 하여 기화시킨다. 외기는 냉매에 열을 빼앗겨 냉각되며 블로어에 의해 차 실내로 송풍된다.
압축기에는 작동유체(냉매)를 압축하는 부분이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과, 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.
왕복식에는 크랭크를 사용하여 구동원의 구동력을 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식과, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식 및 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있다.
이중 사판식 압축기에는 사판의 각도가 일정하게 고정된 고정형과, 사판의 각도가 가변되는 가변형이 있다.
종래 기술에 따른 가변 사판식 압축기의 일예가 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0058017호에 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 가변 사판식 압축기는 하우징의 내부에 구동축(20)과, 구동축(20)상에 설치되어 일체로 회전되며 각도가 조절될 수 있도록 설치된 사판(26)과, 사판(26)에 연결되어 사판(26) 회전에 연동되어 전후로 왕복 이동되는 피스톤(14)과, 구동축(20)의 전방 단부에 설치되어 엔진으로부터 벨트를 매개로 구동력을 전달받는 풀리(100)를 포함한다.
압축기의 외관은 실린더블록(10)과, 그 양측에 각각 설치된 전방하우징(30)과 후방하우징(50)으로 이루어진다.
실린더블록(10)에는 원주 방향으로 다수의 실린더보어(11)가 형성되어 있으며, 실린더보어(11)에 피스톤(14)이 삽입되어 있다. 피스톤(14)의 일단부에 형성된 연결부(18)에 슈(19)를 매개로 사판(26)이 연결되어 있으며, 사판(26)은 구동축(20)에 장착되어 일체로 회전되는 로터(22)에 연결된다.
로터(22)에 형성된 힌지아암(24)에 사판(26)의 연결아암(28)이 힌지핀(P)으로 연결되며, 힌지핀(P)은 힌지아암(24)에 형성된 힌지슬롯(24')에 설치되어 사판(26)의 경사각 변화가 가능하도록 되어 있다.
풀리(100)는 구동축(20)의 단부에 장착되고, 벨트(미도시)로 엔진측 풀리에 연결되어 엔진 작동에 따라 회전된다.
따라서, 엔진 동력이 전달되어 풀리(100)가 회전되면 구동축(20)과, 로터(22)와, 사판(26)이 회전되며, 이에 피스톤(14)이 실린더보어(11)의 내부에서 전후 이동됨으로써 실린더보어(11) 내의 냉매가 압축된다.
후방하우징(50)에는 제어밸브(80)가 설치되며, 제어밸브(80)는 냉매가 압축되어 토출되는 토출실(53)과 전방하우징(30)의 내부 공간인 크랭크실(31)을 연결한다. 제어밸브(80)에 의해 냉방 부하에 따라 크랭크실(31)의 냉매 압력이 조절되며, 크랭크실(31)의 압력 증가에 따라 사판(26)의 경사각은 감소(구동축(20)에 대해 직각인 방향으로 회동)되고 피스톤(14)의 행정도 감소한다.
따라서, 냉방 부하가 클 때는 크랭크실(31)의 압력을 감소시켜 사판(26)의 경사각을 증가시킴으로써 피스톤(14) 행정을 증가시켜 냉매 토출량이 증가되도록 하고, 냉방 부하가 작을 때는 크랭크실(31)의 압력을 증가시켜 사판(26)의 경사각을 감소시킴으로써 피스톤(14)의 행정을 감소시켜 냉매 토출량이 감소되도록 제어된다.
에어컨의 작동이 필요 없을 때는 사판(26)을 구동축(20)에 대해 직각인 상태로 유지함으로써 엔진 동력이 풀리(100)로 전달되어 구동축(20)이 회전되어도 사판(26)이 피스톤(14)을 작동시키지 않기 때문에 냉매의 압축과 토출이 이루어지지 않게 된다.
상기한 바와 같이 가변 사판식 압축기는 사판의 각도에 의해 압축기의 출력이 결정된다. 그런데, 사판의 각도는 기구적인 장치의 작동에 의해 이루어지는 것이 아니라 제어밸브(80)를 매개로 크랭크실과 토출실 및 흡입실의 압력차에 따라 결정되기 때문에 압력이 불안정한 경우 사판에 진동이 발생하여 압축기의 구동이 불안정해지는 문제점이 있었다.
따라서, 에어컨 시스템의 작동이 신속히 안정화되지 않으므로 냉방 시간이 지연되고, 냉방 성능도 저하된다.
또한, 사판의 지속적인 진동은 압축기 전체의 진동을 유발하여 마찰부에 편마모를 발생시키고, 피로를 누적시켜 압축기의 내구 수명을 감소시키는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 사판 진동을 신속하게 잡아 줌으로써 압축기가 신속하게 정상 작동하게 되고, 이에 냉방이 신속하게 이루어지며, 냉방 성능이 향상되는 한편, 압축기의 내구 수명이 연장될 수 있도록 된 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진 동력을 전달받아 회전되는 구동축과, 상기 구동축에 고정되어 회전되는 로터와, 상기 구동축에 전후 이동 가능하게 설치된 슬라이더와, 상기 슬라이더에 연결축을 매개로 회동 가능하게 설치되고 연결아암이 로터의 힌지아암에 형성된 힌지슬롯에 힌지핀으로 연결된 허브와, 상기 허브의 외주에 일체로 장착된 사판 및 상기 슬라이더와 허브의 사이에 설치되어 허브 및 사판의 진동을 감쇠시키는 댐핑부재를 포함한다.
상기 댐핑부재는 양단이 각각 슬라이더와 허브에 고정된다.
상기 댐핑부재는 고무댐퍼인 것을 특징으로 한다.
상기 고무댐퍼는 고탄성부와 저탄성부를 포함한다.
상기 고무댐퍼는 고탄성부가 내측에 형성되고, 고탄성부의 외측에 저탄성부가 형성된다.
상기 댐핑부재는 코일스프링인 것을 특징으로 한다.
상기 코일스프링은 내측 코일스프링과 외측 코일 스프링으로 이루어진 이중 코일스프링이다.
상기 내측 코일스프링이 고탄성 스프링이고, 외측 코일 스프링이 저탄성 스프링으로 구성된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 허브와 슬라이더 사이에 댐핑부재가 설치되어 사판의 진동을 신속히 감쇠된다.
사판의 진동 감쇠가 신속히 이루어짐으로써 압축기의 작동이 안정화되고, 이에 에어컨 시스템의 상태도 신속히 안정화된다.
따라서, 냉방 개시 후 조속히 냉방이 이루어지고, 전반적인 냉방성능도 향상된다.
사판의 진동이 방지되어 압축기가 진동하지 않으므로 진동으로 유발되는 이상 마찰 및 피로의 누적이 방지됨으로써 압축기의 내구 수명이 연장되는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 가변 사판식 압축기의 구성도.
도 2는 본 발명이 적용되는 압축기 구동부의 외관도.
도 3은 본 발명의 설치 상태 단면도로서, 사판이 직립한 상태의 도면.
도 4는 사판이 경사진 상태의 도면.
도 5는 본 발명의 우측면도로서, 댐핑부재로 고무댐퍼가 설치된 실시예를 도시한 도면.
도 6은 댐핑부재로 코일스프링이 설치된 실시예를 도시한 도면.
도 7은 고무댐퍼의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 8은 코일스프링의 다른 실시예를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 압축기 구동부의 외관도이고, 도 3은 본 발명의 설치 상태 단면도로서 사판이 직립한 상태의 도면이며, 도 4는 사판이 경사진 상태의 도면이고, 도 5는 본 발명의 우측면도로서 댐핑부재로 고무댐퍼가 설치된 실시예를 도시한 도면이며, 도 6은 댐핑부재로 코일스프링이 설치된 실시예를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 구동축(200)의 일측 단부에는 엔진과의 벨트 연결을 위한 풀리가 장착되는 스플라인이 형성된다.
구동축(200)에는 로터(300)와 사판(400)이 설치되는데, 로터(300)는 구동축(200)에 고정되어 일체로 회전될 뿐만 아니라, 구동축(200) 상에서 축방향으로 전후 이동할 수 없는 상태로 설치된다.
사판(400)은 허브(410)의 외주에 장착되고, 허브(410)는 슬라이더(430)의 외주에 장착된다.
슬라이더(430)는 대략 원통 형상으로 되어 있으며, 내측의 중공에 구동축(200)이 관통되어, 구동축(200) 상에서 슬라이더(430)가 전후 이동할 수 있도록 되어 있다.
슬라이더(430)의 좌,우 측면은 허브(410)와 연결축(440)으로 연결되어 있다. 슬라이더(430)의 좌,우 측면과 이에 대응되는 허브(410)의 대응면은 평면으로 가공되어 있다. 연결축(440)은 슬라이더(430)에 고정되며, 연결축(440)을 중심으로 허브(410)는 회동될 수 있다.
도면부호 500은 스프링으로 미도시된 사판(400) 배면측 스프링과 상호 작용하여 에어컨 미 작동시(압축기 미 구동시) 사판(400)을 직립 상태로 유지시켜주는 역할을 한다.
상기와 같이, 슬라이더(430)는 구동축(200)에서 전후 이동 가능하고, 허브(410)는 슬라이더(430)에 대해 회동할 수 있으므로, 사판(400)은 구동축(200) 상에서 전후 이동 및 회동할 수 있다.
로터(300)에는 힌지아암(310)이 일체로 형성되고, 허브(410)에는 연결아암(420)이 일체로 형성되며, 연결아암(420)은 힌지핀(P)으로 힌지아암(310)에 형성된 힌지슬롯(320)에 연결된다. 따라서, 사판(400)의 회동이 가능하면서도 사판(400)과 로터(300)의 연결 상태가 유지될 수 있다.
사판(400)이 설치된 허브(410)와 허브(410)가 연결축(440)을 매개로 장착된 슬라이더(430)의 사이에는 댐핑부재(600)가 설치된다. 슬라이더(430)의 좌우측 부분에는 연결축(440)이 설치되어 있으므로, 슬라이더(430)의 상하측 부분에 댐핑부재(600)가 설치된다.
댐핑부재(600)는 탄성체로서 일단은 슬라이더(430)의 외주면에 고정되고, 타단은 허브(410)의 내주면에 고정된다.
댐핑부재(600)는 도 3과 같이, 사판(400)이 직립한 상태에서는 늘어나거나 압축되지 않은 보통의 상태이고, 도 4와 같이, 사판(400)이 기울어진 상태에서는 상측 댐핑부재는 압축되고 하측 댐핑부재는 신장된다.
따라서, 댐핑부재(600)는 기본적으로 사판(400)을 기울어진 상태로부터 직립한 상태로 되돌리려는 리턴 작용을 하게 된다.
그리고, 댐핑부재(600)는 사판(400)의 기울어진 상태와 상관 없이 자체의 탄성에 의해서 구동축(200)에 대한 허브(410)의 진동을 감쇠하는 역할을 수행한다.(여기서, 슬라이더(430)는 내경이 정밀하게 가공되어 구동축(200)에서 전후진 슬라이딩 이동만 하는 것으로 구동축(200)에 대한 진동은 없는 것으로 간주한다.)
즉, 댐핑부재(600)는 슬라이더(430)에 대한 허브(410)의 상대 위치 변화에 따라 신장 및 수축을 반복하면서 허브(410)의 진동을 흡수하여 감쇠시킨다. 따라서, 허브(410)에 일체로 장착되어 있는 사판(400)의 진동이 동시에 감쇠된다.
상기와 같이, 댐핑부재(600)의 댐핑 작용에 의해 사판(400)의 진동이 신속하게 감쇠됨으로써 사판(400)의 회전에 의해 구동되는 각 피스톤들의 작동이 안정적으로 이루어지므로 압축기 전체의 작동이 안정화된다.
따라서, 냉매의 흡입과 압축 및 배출이 원활하게 이루어짐으로써 에어컨 시스템의 냉매 순환이 활발하게 이루어지고, 이에 에어컨 시스템의 작동이 전반적으로 신속하게 안정화됨으로써 에어컨 작동 후 보다 신속하게 냉방이 이루어지고, 냉방 성능도 향상된다.
상기와 같이, 회전하는 사판(400)의 진동이 감소되므로, 그에 연관된 구동축(200)과 피스톤 등의 부품들에 발생하는 진동량도 감소된다. 따라서, 각 부품간의 섭동 부위에 발생하는 마찰량이 감소되고, 편마모량도 감소되며, 이상 충격이나 하중에 의한 피로 누적량도 감소됨으로써 압축기의 내구성이 향상되어 수명이 연장되는 효과가 있다.
한편, 상기 댐핑부재(600)로서 도 5와 같이 고무댐퍼(610)가 사용될 수 있다. 고무댐퍼(610)는 원기둥 형상인 것이 무난하며, 일단은 슬라이더(430)에 고정되고, 타단은 허브(410)에 고정된다.
고무댐퍼(610)의 단면 형상은 굳이 원형일 필요는 없고, 육각형, 팔각형 등 다양한 변형이 가능하다. 또한, 고무댐퍼(610)는 내부에 중공이 형성된 관 형상의 부재일 수 있다.
고무댐퍼(610)는 허브(410)와 슬라이더(430)에 접착제로 부착되거나, 열융착 등의 방법으로 고정된다.
고무댐퍼(610)는 슬라이더(430)에 대한 허브(410)의 상대 위치 변화시 압축 또는 인장되면서 허브(410) 및 이에 장착된 사판(400)의 진동을 감쇠시킨다.
도 6과 같이, 상기 댐핑부재(600)로서 코일스프링(620)이 사용될 수 있다. 코일스프링(620)은 허브(410)와 슬라이더(430)에 양단이 모두 용접되거나, 또는 일단은 용접되고 타단은 허브(410)와 슬라이더(430)에 형성된 고리에 끼워지거나, 또는 양단 모두 허브(410)와 슬라이더(430)에 형성된 고리에 끼워지는 방식으로 설치될 수 있다.
코일스프링(620)은 슬라이더(430)에 대한 허브(410)의 상대 위치 변화시 압축 또는 인장되면서 허브(410) 및 이에 장착된 사판(400)의 진동을 감쇠시킨다.
도 7과 도 8에는 각각 고무댐퍼(610)와 코일스프링(620)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 고무댐퍼(610)는 내측부분을 이루는 고탄성부(611)와, 고탄성부(611)의 외측부분을 이루는 저탄성부(612)를 포함한다. 고무댐퍼(610)가 직사각형 단면을 가진 경우 중간 부분이 고탄성부(611)가 되고, 고탄성부(611)의 양측 부분이 저탄성부(612)가 된다. 고무댐퍼(610)가 원기둥 형상일 경우 축단면에서 내측 중앙 부분이 고탄성부(611)가 되고, 고탄성부(611)의 외주를 둘러싼 외측 부분이 저탄성부(612)가 된다.
상기와 같이 고무댐퍼(610)가 복합 탄성 재질로 이루어짐으로써 슬라이더(430)에 대해 허브(410)가 진동할 때 고주파 영역의 진동은 고탄성부(611)가 감쇠시키고, 저주파 영역의 진동은 저탄성부(612)가 감쇠시킴으로써 넓은 주파수 대역의 진동수를 모두 감쇠시킬 수 있게 되어 진동 감쇠 성능이 향상된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 코일스프링(620)은 내측 코일스프링(621)과 외측 코일스프링(622)을 구비한 이중 코일스프링일 수 있다. 내측 코일스프링(621)은 스프링 상수가 큰 고탄성 스프링이고, 외측 코일스프링(622)은 스프링 상수가 작은 저탄성 스프링이다.
상기와 같이 슬라이더(430)에 대해 허브(410)가 진동할 때 고주파 대역의 진동은 내측 코일스프링(621)이 감쇠시키고, 저주파 대역의 진동은 외측 코일스프링(622)이 감쇠시킴으로써 넓은 주파수 대역의 진동수를 모두 감쇠시킬 수 있게 되어 진동 감쇠 성능이 향상된다.
따라서, 복합 재질의 고무댐퍼(610)나 이중 구조의 코일스프링(620)을 사용할 경우 사판(400)의 진동을 보다 신속하게 감쇠시켜 압축기의 운전상태를 보다 신속하게 안정화시킬 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 사판이 장착된 허브와 슬라이더의 사이에 댐핑부재가 구비됨으로써 압축기 구동시 발생하는 사판의 진동(떨림)이 신속히 안정되며, 이에 압축기의 운전 상태가 안정화되어 에어컨 시스템이 가동후 신속하게 안정화될 수 있다. 또한, 진동 감쇠로 인해 압축기의 내구 성능이 향상되는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
200 : 구동축 300 : 로터
310 : 힌지아암 320 : 힌지슬롯
400 : 사판 410 : 허브
420 : 연결아암 430 : 슬라이더
440 : 연결축 500 : 스프링
600 : 댐핑부재 610 : 고무댐퍼
611 : 고탄성부 612 : 저탄성부
620 : 코일스프링 621 : 내측 코일스프링
622 : 외측 코일스프링

Claims (8)

  1. 엔진 동력을 전달받아 회전되는 구동축(200)과;
    상기 구동축(200)에 고정되어 회전되는 로터(300)와;
    상기 구동축(200)에 전후 이동 가능하게 설치된 슬라이더(430)와;
    상기 슬라이더(430)에 연결축(440)을 매개로 회동 가능하게 설치되고, 연결아암(420)이 로터(300)의 힌지아암(310)에 형성된 힌지슬롯(320)에 힌지핀(P)으로 연결된 허브(410)와;
    상기 허브(410)의 외주에 일체로 장착된 사판(400); 및
    상기 슬라이더(430)와 허브(410)의 사이에 설치되어 허브(410) 및 사판(400)의 진동을 감쇠시키는 댐핑부재(600);
    를 포함하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 댐핑부재(600)는 양단이 각각 슬라이더(430)와 허브(410)에 고정된 것을 특징으로 하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 댐핑부재(600)는 고무댐퍼(610)인 것을 특징으로 하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고무댐퍼(610)는 고탄성부(611)와 저탄성부(612)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고무댐퍼(610)는 고탄성부(611)가 내측에 형성되고, 고탄성부(611)의 외측에 저탄성부(612)가 형성된 것을 특징으로 하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 댐핑부재(600)는 코일스프링(620)인 것을 특징으로 하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 코일스프링(620)은 내측 코일스프링(611)과 외측 코일 스프링(612)으로 이루어진 이중 코일스프링인 것을 특징으로 하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 내측 코일스프링(611)이 고탄성 스프링이고, 외측 코일 스프링(612)이 저탄성 스프링인 것을 특징으로 하는 가변 사판식 압축기의 댐핑 장치.
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