KR20150109270A - 모터­구동형 터보 압축기 - Google Patents

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료 우메야마
사토루 에가와
히로나오 요코이
다카히토 구니에다
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

본 발명의 압축기에서, 중간 압력 포트(37)가 전방 하우징(11) 내에 형성되고, 중간 압력 포트(37)를 통해서 제1 방출 챔버(25) 및 모터 챔버(29)가 서로 소통한다. 중간 압력을 가지는 냉매가 제1 방출 챔버(25)로 방출된다. 결과적으로, 제1 방출 챔버(25) 내에서 중간 압력을 가지는 냉매가 모터 챔버(29)로 안내될 수 있고, 작동 중에 열을 생성하는 전기 모터(5)를 중간 압력을 가지는 냉매로 냉각할 수 있다. 압축기에서, 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)의 큰 직경 부분들이 서로 대면하도록 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)가 배치된다. 제2 임팔라(9)는 제1 임팔라(7) 보다 직경이 작다. 그에 따라, 압축기에서, 제1 임팔라(7) 측부에서 생성된 제1 추력과 제2 임팔라(9) 측부에서 생성된 제2 추력이 서로 상쇄되도록 작용한다. 제1 및 제2 추력의 결과적인 힘이 감소된다.

Description

모터­구동형 터보 압축기{MOTOR­DRIVEN TURBO COMPRESSOR}
본 발명은 모터-구동형 터보 압축기에 관한 것이다.
일본 특허 출원 공개 제H11-294879호는 통상적인 모터-구동형 터보 압축기(이하에서, 압축기로 지칭함)를 개시한다. 압축기는 하우징, 전기 모터, 회전 샤프트, 제1 임펠라, 및 제2 임펠라를 포함한다.
하우징 내에서, 제1 임펠라 챔버, 제2 임펠라 챔버, 및 모터 챔버가 형성된다. 제1 임펠라 챔버가 하우징의 하나의 단부 측부 상에 위치된다. 제2 임펠라 챔버가 하우징의 타 단부 측부 상에 위치된다. 모터 챔버가 제1 임펠라 챔버와 제2 임펠라 챔버 사이에 위치된다. 하우징 내에서, 제1 흡입 포트, 제2 흡입 포트, 제1 방출 챔버, 및 제2 방출 챔버가 형성된다. 제1 흡입 포트가 하우징의 하나의 단부 측부 상에서 회전 샤프트의 축방향으로 연장하고 제1 임펠라 챔버와 소통한다. 제2 흡입 포트가 하우징의 타 단부 측부 상에서 회전 샤프트의 축방향으로 연장하고 제2 임펠라 챔버와 소통한다. 제1 방출 챔버가 제1 확산기를 통해서 제1 임펠라 챔버와 소통한다. 제2 방출 챔버는 제2 확산기를 통해서 제2 임펠라 챔버와 소통한다.
또한, 제1 소통 경로 및 제2 소통 경로가 하우징에 연결된다. 제1 소통 경로가 일 단부 측부 상에서 제1 방출 챔버와 소통하고 타 단부 측부 상에서 모터 챔버와 소통하는 한편 하우징의 외측으로 연장한다. 제2 소통 경로가 일 단부 측부 상에서 모터 챔버와 소통하고 타 단부 측부 상에서 제2 흡입 포트와 소통하는 한편 하우징의 외측으로 연장한다.
회전 샤프트가 하우징에 의해서 회전식으로 지지되고 제1 임펠라 챔버 및 제2 임펠라 챔버 내에서 회전될 수 있다. 전기 모터가 모터 챔버 내에 수용되고 회전 샤프트를 회전 구동한다. 제1 임펠라 및 제2 임펠라가 전기 모터에 걸쳐서 배열된다. 제1 및 제2 임펠라의 대경부들이 서로 대면한다.
제1 임펠라가 회전 샤프트의 일 단부에 커플링된다. 제1 임펠라는 제1 임펠라의 회전에 의해서 제1 임펠라 챔버 내에서 냉매의 운동 에너지를 증가시킨다. 그 후에, 제1 임펠라는 제1 확산기를 통해서 냉매의 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하고, 냉매를 압축하고, 그리고 압축된 냉매를 제1 방출 챔버로 방출한다. 제2 임펠라는 회전 샤프트의 다른 단부에 커플링된다. 제2 임펠라는 제2 임펠라의 회전에 의해서 제2 임펠라 챔버 내에서 냉매의 운동 에너지를 증가시킨다. 그 후에, 제2 임펠라는 제2 확산기를 통해서 냉매의 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하고, 냉매를 압축하며, 그리고 압축된 냉매를 제2 방출 챔버로 방출한다.
압축기에서, 냉매가 제1 흡입 포트로부터 흡입된다. 냉매는 제1 임펠라 챔버 및 제1 확산기를 통해서 제1 방출 챔버로 방출된다. 그 후에, 냉매가 제1 소통 경로를 통해서 모터 챔버 내로 도입된다. 냉매가 모터 챔버로부터 제2 소통 경로를 통해서 제2 흡입 포트 내로 흡입되고 제2 임펠라 챔버 및 제2 확산기를 통해서 제2 방출 챔버로 방출된다. 이러한 방식에서, 냉매가 2개의 스테이지에서 압축된다.
이러한 경우에, 제1 임펠라의 대경부가 모터 챔버 측부 상에 위치되기 때문에, 제1 임펠라 챔버 내로 당겨지도록 회전 샤프트를 압박하기 위한 제1 추력(thrust force)이 생성된다. 제2 임펠라의 대경부가 또한 모터 챔버 측부 상에 위치되기 때문에, 제2 임펠라 챔버 내로 당겨지도록 회전 샤프트를 압박하기 위한 제2 추력이 생성된다. 즉, 제1 추력 및 제2 추력이 서로 상쇄될 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 추력의 결과적인 힘을 가능한 한 많이 감소시키도록, 제1 임펠라의 외측 직경과 제2 임펠라의 외측 직경 사이의 차이를 셋팅할 수 있다. 이러한 경우에, 추력 베어링의 크기가 감소될 수 있기 때문에, 제조 비용의 절감 및 압축기의 크기 감소를 실현할 수 있다.
또한, 압축기에서, 제1 방출 챔버로 방출되는 냉매가 제1 소통 경로에 의해서 모터 챔버 내로 도입되기 때문에, 전기 모터를 냉각시킬 수 있다. 그에 따라, 전기 모터의 내구성의 개선을 획득할 수 있다.
그러나, 압축기에서, 제1 방출 챔버 및 모터 챔버가 하우징의 외측으로 연장하는 제1 소통 경로를 통해서 서로 소통한다. 모터 챔버 및 제2 흡입 포트가 하우징의 외측으로 연장하는 제2 소통 경로를 통해서 서로 소통한다. 그에 따라, 제1 및 제2 소통 경로가 하우징의 외측 원주방향 표면으로부터 돌출한다. 압축기의 본체 직경의 크기 감소에 방해가 된다.
또한, 압축기에서, 제1 임펠라 챔버, 제1 확산기, 및 제1 방출 챔버가 하우징의 일 단부 측부 상에 형성된다. 제2 임펠라 챔버, 제2 확산기, 및 제2 방출 챔버가 하우징의 타 단부 측부 상에 형성된다. 그에 따라, 제1 소통 경로 및 제2 소통 경로 모두가 축방향으로 불가피하게 길어진다. 그에 따라, 압축기에서, 축방향 길이의 증가가 또한 발생된다. 냉매의 채널 저항이 크다. 또한, 파워 손실에 관한 우려가 있다.
본 발명은 과거의 상황에 비추어 안출된 것이고, 본 발명이 해결하고자 하는 문제는 제조 비용의 감소, 크기의 감소, 및 내구성의 개선이 확실하게 실현되면서도 파워 손실이 거의 없는 모터-구동형 터보 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 모터-구동형 터보 압축기는:
임펠라 챔버 및 모터 챔버가 내부에 형성되는 하우징;
모터 챔버 내에 수용되는 전기 모터;
하우징 내에 제공되고 전기 모터에 의해서 회전 구동되는 회전 샤프트;
제1 임펠라 및 제2 임펠라의 대경부들이 서로 대면하도록, 임펠라 챔버 내에 수용되고 회전 샤프트 상에 제공되는 제1 임펠라 및 제2 임펠라;
하우징 내에 형성되고 임펠라 챔버 내로 냉매를 흡입하도록 구성되는 제1 흡입 포트;
하우징 내에 형성되는 제1 방출 챔버로서, 제1 흡입 포트를 통해서 제1 임펠라로 공급되고 제1 임펠라의 회전에 의해서 압축된 냉매가 제1 방출 챔버 내로 방출되는, 제1 방출 챔버;
하우징 내에 형성된 중간 압력 포트로서, 중간 압력 포트를 통해서 제1 방출 챔버가 모터 챔버와 소통하는, 중간 압력 포트;
하우징 내에 형성되고 모터 챔버와 소통하는 제2 흡입 포트; 및
하우징 내에 형성되는 제2 방출 챔버로서, 제2 흡입 포트를 통해서 제2 임펠라 내로 공급되고 제2 임펠라의 회전에 의해서 압축된 냉매가 제2 방출 챔버 내로 방출되는, 제2 방출 챔버를 포함한다. 제1 임펠라, 제2 임펠라, 및 전기 모터가 상기 순서대로 회전 샤프트의 축방향으로 배열된다. 제1 임펠라 및 제2 임펠라는 모터 챔버의 내경 보다 작은 직경을 가진다. 제2 임펠라는 제1 임펠라 보다 직경이 작다. 제1 방출 챔버는 회전 샤프트의 방사상 방향에 대해서 제1 임펠라의 외측 측부 내에 위치된다. 제2 방출 챔버는 회전 샤프트의 방사상 방향에 대해서 제2 임펠라의 외측 측부 내에 위치된다. 중간 압력 포트는 회전 샤프트의 방사상 방향에 대해서 제2 방출 챔버의 외측 측부 내에 위치된다.
본 발명의 다른 양태 및 장점이 이하의 설명 및 첨부 도면에 개시된 실시예, 도면에 예시된 설명, 및 전체 설명 및 도면에서 개시된 발명의 개념으로부터 명확할 것이다.
도 1은 실시예의 압축기를 도시한 단면도이다.
도 2는 실시예의 압축기에 따른, 도 1의 II-II 방향으로부터의 화살표를 따른 단면도이다.
도 3은 실시예의 압축기에 따른, 도 1의 III-III 방향으로부터의 화살표를 따른 단면도이다.
도 4는 실시예의 압축기에 따른, 도 2와 동일한 방향으로부터의 단면도이다.
도 5는 변형예 1의 압축기에 따른, 제1 임펠라 및 제2 임펠라의 단면도이다.
도 6은 변형예 2의 압축기에 따른, 제1 임펠라 및 제2 임펠라의 단면도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명을 구현하는 실시예를 설명한다. 실시예의 압축기는 차량을 위한 모터-구동형 터보 압축기이다. 압축기는 차량에 장착되고 차량용 공조기의 냉각 회로를 구성한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예의 압축기는 하우징(1), 회전 샤프트(3), 전기 모터(5), 제1 임펠라(7), 및 제2 임펠라(9)를 포함한다.
하우징(1)은 전방 하우징(11), 단부 플레이트(13), 및 후방 하우징(15)을 포함한다.
전방 하우징(11)은 제1 전방 하우징(11a), 제2 전방 하우징(11b), 제3 전방 하우징(11c), 및 제4 전방 하우징(11d)으로 이루어진다. 전방 하우징(11)에서, 제1 전방 하우징(11a), 제2 전방 하우징(11b), 제3 전방 하우징(11c), 및 제4 전방 하우징(11d)이 전방 단부 측부로부터 후방 단부 측부를 향해서 상기 순서 대로 결합된다. 전방 하우징(11)은 전체적으로 실질적으로 원통형 형상으로 형성된다. 전방 하우징(11) 내에서, 제1 및 제2 임펠라 챔버(17 및 19), 제1 및 제2 확산기(21 및 23), 제1 및 제2 방출 챔버(25 및 27), 모터 챔버(29), 제1 보스(boss)(31), 제1 및 제2 흡입 포트(33 및 35), 중간 압력 포트(37), 및 방출 포트(39)가 형성된다. 제1 및 제2 임펠라 챔버(17 및 19)는 임펠라 챔버를 구성한다.
제1 임펠라 챔버(17)가 전방 하우징(11)의 전방 단부 측부 상에 형성된다. 보다 구체적으로, 제1 임펠라 챔버(17)의 전방 단부 측부가 제1 전방 하우징(11a) 내에 형성된다. 제1 임펠라 챔버(17)의 후방 단부 측부가 제2 전방 하우징(11b) 내에 형성된다. 제1 임펠라 챔버(17)가 전방 단부 측부로부터 후방 단부 측부를 향해서 직경이 점진적으로 확대되는 형상으로 형성된다.
제2 임펠라 챔버(19)가 전방 하우징(11) 내에서 제1 임펠라 챔버(17)의 후방 측부 상에 형성된다. 보다 구체적으로, 제2 임펠라 챔버(17)의 전방 단부 측부가 제2 전방 하우징(11b) 내에 형성된다. 제2 임펠라 챔버(17)의 후방 단부 측부가 제3 전방 하우징(11c) 내에 형성된다. 제2 임펠라 챔버(19)가 제1 임펠라 챔버(17) 보다 작은 직경을 갖는다. 제2 임펠라 챔버(19)는 전방 단부 측부로부터 후방 단부 측부를 향해서 직경이 점진적으로 축소되는 형상으로 형성된다. 제2 전방 하우징(11b) 내에서, 회전 샤프트(3)의 축방향으로 하우징(1) 내에서 연장하는 제1 샤프트 홀(41a)이 형성된다.
제1 확산기(21)는 제2 전방 하우징(11b)의 전방 단부 측부 상에 형성되고 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 제1 임펠라 챔버(17)의 외측 측부 내에 위치된다. 제1 확산기(21)가 제1 임펠라 챔버(17)의 최대 대경부에서 제1 임펠라 챔버(17)와 소통한다. 제2 확산기(23)가 제3 전방 하우징(11c)의 전방 단부 측부 상에 형성되고 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 제2 임펠라 챔버(19)의 외측 측부 내에 위치된다. 제2 확산기(23)가 제2 임펠라 챔버(19)의 최대 대경부에서 제2 임펠라 챔버(19)와 소통한다. 제2 확산기(23)가 제1 확산기(21) 보다 작은 직경으로 형성된다.
제1 방출 챔버(25)의 전방 단부 측부가 제1 전방 하우징(11a) 내에 형성된다. 제1 방출 챔버(25)의 후방 단부 측부가 제2 전방 하우징(11b) 내에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 방출 챔버(25)가 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 제1 확산기(21)의 외측 측부 내에 위치되고 제1 확산기(21)와 소통한다. 결과적으로, 제1 임펠라 챔버(17) 및 제1 방출 챔버(25)가 제1 확산기(21)를 통해서 서로 소통한다. 제1 방출 챔버(25)가 나선형 형상으로 형성된다. 통로 단면적이 점진적으로 증가되도록, 제1 방출 챔버(25)가 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제2 방출 챔버(27)의 전방 측부가 제2 전방 하우징(11b) 내에 형성된다. 제2 방출 챔버(27)의 후방 단부 측부가 제3 전방 하우징(11c) 내에 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 방출 챔버(27)가 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 제2 확산기(23)의 외측 측부 내에 위치되고 제2 확산기(23)와 소통한다. 결과적으로, 제2 임펠라 챔버(19) 및 제2 방출 챔버(27)가 제2 확산기(23)를 통해서 서로 소통한다. 제1 방출 챔버(25)와 유사하게, 제2 방출 챔버(27)가 나선형 형상으로 형성된다. 통로 단면적이 점진적으로 증가되도록, 제2 방출 챔버(27)가 형성된다.
여기에서, 전술한 바와 같이, 제2 임펠라 챔버(19) 및 제2 확산기(23) 각각은 제1 임펠라 챔버(17) 및 제1 확산기(21) 보다 직경이 더 작다. 그에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 방출 챔버(25)가 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 제2 방출 챔버(27)의 외측 측부 내에 위치된다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 방출 챔버(27)의 외측 원주 측부가 방출 포트(39)와 소통한다. 방출 포트(39)는 하우징(1)의 방사상 방향으로 연장한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모터 챔버(29)가 제4 전방 하우징(11d) 내에 형성된다. 결과적으로, 전방 하우징(11) 내에서, 제1 임펠라 챔버(17), 제2 임펠라 챔버(19), 및 모터 챔버(29)가 전방 단부 측부로부터 후방 단부 측부를 향해서 상기 순서대로 형성된다. 모터 챔버(29)가 하우징(1)의 축방향으로 연장하고 제4 전방 하우징(11d) 및 단부 플레이트(13)에 의해서 형성된다.
제1 보스(31)가 제4 전방 하우징(11d) 내에서 모터 챔버(29)의 전방 단부 측부 상에 형성되고 하우징(1)의 축방향을 따라 모터 챔버(29)의 후방 단부 측부를 향해서 연장한다. 제1 보스(31) 내에서, 하우징(1)의 축방향으로 연장하는 제2 샤프트 홀(41b)이 형성된다. 제2 샤프트 홀(41b) 내에서, 제1 방사상 호일 베어링(43a)이 제공된다.
제1 흡입 포트(33)가 제1 전방 하우징(11a)의 전방 단부 측부 상에 형성된다. 즉, 제1 흡입 포트(33)가 하우징(1)의 전방 단부 측부 상에 위치된다. 제1 흡입 포트(33)가 하우징(1)의 축방향으로 연장한다. 제1 흡입 포트(33)의 전방 단부 측부가 제1 전방 하우징(11a)의 전방 단부 면(face) 상에서 개방된다. 제1 흡입 포트(33)의 후방 단부 측부가 제1 임펠라 챔버(17)와 소통한다.
제2 흡입 포트(35)가 제3 전방 하우징(11c)의 후방 단부 측부 및 제4 전방 하우징(11d)의 전방 단부 측부에 걸쳐서 연장하도록 형성된다. 제2 흡입 포트(35)의 후방 단부 측부가 제1 보스(31)의 전방 단부 측부 상에서 모터 챔버(29)와 소통한다. 다른 한편으로, 제2 흡입 포트(35)의 전방 단부 측부가 제2 임펠라 챔버(19)와 소통한다. 또한, 제2 흡입 포트(35)가 제2 샤프트 홀(41b)과 소통한다. 모터 챔버(29), 제2 샤프트 홀(41b), 및 제2 임펠라 챔버(19)가 제2 흡입 포트(35)를 통해서 서로 소통한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 중간 압력 포트(37)가 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 제2 방출 챔버(27)의 외측 측부 상에 위치된다. 중간 압력 포트(37)는 하우징(1)의 축방향으로 제2 내지 제4 전방 하우징(11b 내지 11d)을 가로질러 연장하도록 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 전방 하우징(11b) 내에서, 중간 압력 포트(37)의 전방 단부 측부가 제1 방출 챔버(25)의 외측 원주 측부와 소통한다. 다른 한편으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 전방 하우징(11d) 내에서, 중간 압력 포트(37)의 후방 단부 측부가 모터 챔버(29)와 소통한다. 결과적으로, 제1 방출 챔버(25) 및 모터 챔버(29)가 중간 압력 포트(37)를 통해서 축방향으로 서로 소통한다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 전방 하우징(11) 내에서, 중간 압력 포트(37) 및 방출 포트(39)가 방사상 방향으로 천이된(shifted) 위치에 형성된다.
단부 플레이트(13)가 제4 전방 하우징(11d)의 후방 단부에 즉, 전방 하우징(11)의 후방 단부에 결합된다. 모터 챔버(29)의 후방 단부가 단부 플레이트(13)에 의해서 형성된다. 단부 플레이트(13)에서, 하우징(1)의 축방향을 따라 모터 챔버(29) 측부를 향해서 연장하는 제2 보스(45)가 형성된다. 제2 보스(45)에서, 하우징(1)의 축방향으로 연장하는 제3 샤프트 홀(41c)이 형성된다. 제3 샤프트 홀(41c) 내에, 제2 방사상 호일 베어링(43b)이 제공된다.
후방 하우징(15)이 하우징(1) 뒤쪽에 위치되고 단부 플레이트(13)에 결합된다. 즉, 후방 하우징(15)이 전방 하우징(11)과 함께 단부 플레이트(13)를 샌드위치시킨다. 후방 하우징(15) 내에, 제1 및 제2 스러스트(thrust) 호일 베어링(47a 및 47b) 그리고 지지 플레이트(49)가 제공된다. 제1 스러스트 호일 베어링(47a)이 지지 플레이트(49)의 전방 단부 측부 상에 위치되고 단부 플레이트(13) 및 지지 플레이트(49)에 의해서 샌드위치된다. 제2 스러스트 호일 베어링(47b)이 지지 플레이트(49)의 후방 단부 측부 상에 위치되고 지지 플레이트(49) 및 후방 하우징(15)에 의해서 샌드위치된다.
회전 샤프트(3)는 회전 샤프트 메인 본체(30a), 회전 샤프트 메인 본체(30a)의 전방 단부 측부 상에 위치된 제1 소경부(30b), 및 회전 샤프트 메인 본체(30)의 후방 단부 측부 상에 위치된 제2 소경부(30c)를 포함한다. 회전 샤프트 메인 본체(30a)는 회전 샤프트(3) 내에서 가장 큰 직경으로 형성된다. 다른 한편으로, 제1 및 제2 소경부(30b 및 30c) 모두가 회전 샤프트 메인 본체(30a) 보다 작은 직경으로 형성된다. 제1 소경부(30b)는 제2 소경부(30c) 보다 작은 직경으로 형성된다.
회전 샤프트(3)는 하우징(1)을 통해서 삽입되고 하우징(1) 내에서 회전할 수 있다. 구체적으로, 회전 샤프트 메인 본체(30a)의 전방 단부 측부가 제2 샤프트 홀(41b)을 통해서 삽입되고 제1 방사상 호일 베어링(43a)에 의해서 회전식으로 지지된다. 다른 한편으로, 회전 샤프트 메인 본체(30a)의 후방 단부 측부가 제3 샤프트 홀(41c)을 통해서 삽입되고 제2 방사상 호일 베어링(43b)에 의해서 회전식으로 지지된다. 또한, 제1 소경부(30b)가 제1 샤프트 홀(41a)을 통해서 삽입된다. 제1 소경부(30b)의 후방 단부 측부가 제2 흡입 포트(35) 내에 위치된다. 즉, 회전 샤프트(3)의 일부가 제2 흡입 포트(35) 내에서 노출된다. 제2 소경부(30c)가 후방 하우징(15) 내에서 지지 플레이트(49)를 통해서 삽입된다. 결과적으로, 제2 소경부(30c) 그리고 나아가, 회전 샤프트(3)는 지지 플레이트(49)를 통해서 제1 및 제2 스러스트 호일 베어링(47a 및 47b)에 의해서 지지된다.
전기 모터(5)가 모터 챔버(29) 내에 제공된다. 전기 모터(5)는 고정자(5a) 및 회전자(5b)를 포함한다. 고정자(5a)는 모터 챔버(29)의 내측 벽에 고정된다. 고정자(5a)는 도시되지 않은 배터리에 전기적으로 연결된다. 회전자(5b)는 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 고정자(5a)의 내측 측부 상에 위치된다. 모터 챔버(29) 내에서, 회전자(5b)가 제1 보스(31)와 제2 보스(45) 사이에 배열된다. 회전자(5b)가 회전 샤프트 메인 본체(30a)에 고정된다. 결과적으로, 회전자(5b)가 고정자(5a) 내에서 회전 샤프트(3)와 일체로 회전할 수 있다.
제1 임펠라(7)가 제1 소경부(30b)의 전방 단부 측부 내로 압입되고(press-fitted) 제1 임펠라 챔버(17) 내에 제공된다. 결과적으로, 제1 임펠라(7)가 회전 샤프트(3)의 회전에 따라서 제1 임펠라 챔버(17) 내에서 회전할 수 있다. 제1 임펠라(7)가 모터 챔버(29)의 내경 보다 더 작은 직경으로 형성된다. 제1 임펠라(7)가 전방 단부 측부로부터 후방 단부 측부를 향해서 직경이 점진적으로 확대되는 형상으로 형성된다. 제1 임펠라(7)의 후방 단부 측부가 대경부(7a)로서 형성된다. 또한, 복수의 블레이드(70)가 제1 임펠라(7)의 표면 상에서 미리 결정된 간격으로 제공된다.
제2 임펠라(9)가 제1 소경부(30b)의 후방 단부 측부 내로 압입되고 제2 임펠라 챔버(19) 내에 제공된다. 결과적으로, 제2 임펠라(9)가 회전 샤프트(3)의 회전에 따라서 제2 임펠라 챔버(19) 내에서 회전할 수 있다. 제2 임펠라(9)는 또한 모터 챔버(29)의 내경 보다 더 작은 직경으로 형성된다. 또한, 제2 임펠라(9)가 제1 임펠라(7)와 유사하게 형성되고 제1 임펠라(7)의 크기의 약 70% 내지 90%의 크기를 가지도록 형성된다. 제2 임펠라(9)는 전방 단부 측부로부터 후방 단부 측부를 향해서 직경이 점진적으로 감소되는 형상으로 형성된다. 전방 단부 측부 상의 대경부(9a)가 전방 하우징(11)의 전방 단부 측부 상에 위치되도록, 제2 임펠라(9)가 제1 소경부(30b) 상에 제공된다. 결과적으로, 압축기에서, 전방 하우징(11) 내에서, 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)는, 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)의 후방 측부들이 서로 대면하는 방향으로 배치된다. 또한, 복수의 블레이드(90)가 제2 임펠라(9)의 표면 상에서 미리 결정된 간격으로 제공된다.
압축기에서, 응축기(101)에 연계된 파이프(201)가 방출 포트(39)로 연결된다. 응축기(101)는 파이프(202) 및 팽창 밸브(102)를 통해서 증발기(103)에 연결된다. 증발기(103)는 파이프(203)를 통해서 제1 흡입 포트(33)에 연결된다. 차량용 공조 장치의 냉각 회로가 압축기, 응축기(101), 팽창 밸브(102), 증발기(103), 등에 의해서 구성된다.
전술한 바와 같이 구성된 압축기에서, 고정자(5a)가 전기 모터(5)의 전기에 의해서 회전자(5b)를 회전시킨다. 결과적으로, 회전 샤프트(3)가 구동되어 하우징(1)의 회전 축(O) 주위로 회전한다. 그에 따라, 제1 임펠라(7)가 제1 임펠라 챔버(17) 내에서 회전한다. 제2 임펠라(9)가 제2 임펠라 챔버(19) 내에서 회전한다.
또한, 증발기(103)를 통과하는 저압 냉매가 파이프(203)를 통해서 제1 흡입 포트(33) 내로 흡입되고 제1 임펠라 챔버(17)의 내부에 도달한다. 제1 임펠라 챔버(17) 내에서 회전하는 제1 임펠라(7)는 제1 임펠라 챔버(17) 내의 냉매의 운동 에너지를 증가시킨다. 그 후에, 제1 임펠라(7)는 제1 확산기(21)를 통해서 냉매의 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하고, 냉매를 압축하고, 그리고 압축된 냉매를 제1 방출 챔버(25)로 방출한다. 결과적으로, 제1 방출 챔버(25) 내의 냉매의 압력이 중간 압력으로 변화된다. 중간 압력을 가지는 냉매가, 도 1에서 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 제1 방출 챔버(25)로부터 중간 압력 포트(37)로 순환하고 모터 챔버(29) 내로 유동한다.
도 1의 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 모터 챔버(29) 내로 유동된 냉매가 제2 흡입 포트(35)로부터 제2 임펠라 챔버(19) 내로 흡입된다. 이러한 경우에, 제2 흡입 포트(35)를 통해서 순환하는 혼합 냉매가 제2 임펠라 챔버(19) 내로 흡입되는 한편, 회전 샤프트(3)의 제1 소경부(30b)와 접촉하게 된다. 제2 임펠라 챔버(19) 내에서 회전하는 제2 임펠라(9)는 제2 임펠라 챔버(19) 내의 냉매의 운동 에너지를 증가시킨다. 그 후에, 제2 임펠라(9)는 제2 확산기(23)를 통해서 냉매의 운동 에너지를 압력 에너지로 변환하고, 냉매를 압축하고, 그리고 압축된 냉매를 제2 방출 챔버(27)로 방출한다. 이러한 방식에서, 압축기에서, 제1 흡입 포트(33)로부터 흡입된 냉매가 2개의 스테이지에서 압축된다.
압축기에서, 제1 임펠라(7), 제2 임펠라(9), 및 전기 모터(5)가 상기 순서대로 회전 샤프트(3)의 축방향으로 배열된다. 결과적으로, 압축기에서, 제1 임펠라 챔버(17), 제2 임펠라 챔버(19), 및 모터 챔버(29)가 상기 순서대로 전방 하우징(11)에 대해서 전방 단부 측부로부터 후방 단부 측부를 향해서 축방향으로 형성된다. 압축기에서, 중간 압력 포트(37)가 전방 하우징(11) 내에 형성되고 회전 샤프트(3)의 방사상 방향에 대해서 제2 방출 챔버(27)의 외측 측부 상에 위치된다. 제1 방출 챔버(25) 및 모터 챔버(29)가 중간 압력 포트(37)를 통해서 전방 하우징(11)의 축방향으로 서로 소통한다. 결과적으로, 압축기에서, 전방 하우징(11) 내에서, 제1 방출 챔버(25) 내의 중간 압력을 가지는 냉매를 중간 압력 포트(37)를 통해서 모터 챔버(29)로 안내할 수 있다. 그에 따라, 압축기에서, 중간 압력을 가지는 냉매에 의해서, 작동 중에 열을 발생하는 전기 모터(5)를 냉각시킬 수 있다.
압축기에서, 중간 압력 포트(37)가 전방 하우징(11)의 축방향으로 형성된다. 그에 따라, 압축기의 본체 직경의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 임펠라(7 및 9) 모두가 모터 챔버(29)의 내경 보다 작은 직경을 가지기 때문에, 압축기의 본체 직경의 증가를 억제할 수 있다. 여기에서, 압축기 내에서, 제2 임펠라(9)가 제1 임펠라(7) 보다 작은 직경을 갖는다. 제2 임펠라 챔버(19)는 제1 임펠라 챔버(17) 보다 크기가 작다. 그에 따라, 압축기에서, 제1 방출 챔버(25) 및 모터 챔버(29)가 중간 압력 포트(37)를 통해서 축방향으로 서로 소통하도록 용이하게 유도할 수 있다.
또한, 압축기에서, 제2 흡입 포트(35)가 전방 하우징(11) 내에 형성된다. 제1 방출 챔버(25) 및 제2 흡입 포트(35)가 중간 압력 포트(37) 및 모터 챔버(29)를 통해서 서로 소통한다. 압축기에서, 제1 임펠라 챔버(17), 제2 임펠라 챔버(19), 및 모터 챔버(29)가 전방 하우징(11)에 대해서 축방향으로 상기 순서대로 형성된다. 그에 따라, 압축기에서, 전방 하우징(11) 내에서, 제2 흡입 포트(35) 및 모터 챔버(29)가 서로에 대해서 근접하여 배열된다. 제2 흡입 포트(35)의 후방 단부 측부가 모터 챔버(29) 내로 개방된다. 그에 따라, 압축기에서, 모터 챔버(29) 내의 냉매가 제2 흡입 포트(35) 내로 적절히 흡입된다. 결과적으로, 압축기에서, 모터 챔버(29)로부터 제2 임펠라 챔버(19)로 순환하는 냉매의 파워 손실을 감소시킬 수 있다.
압축기에서, 제2 흡입 포트(35)를 통해서 순환하는 냉매가, 제1 소경부(30b)와 접촉하게 되면서, 제2 임펠라 챔버(19) 내로 흡입된다. 그에 따라, 압축기에서, 제2 흡입 포트(35)를 통해서 순환하는 냉매에 의해서 회전 샤프트(3)를 냉각할 수 있다.
*또한, 압축기에서, 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)의 후방 측부들이 서로 대면하는 방향으로, 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)가 배치된다. 즉, 압축기에서, 제1 임펠라(7)와 제2 임펠라(9)는, 대경부(7a 및 9a)가 서로 대면하는 상태로 배열된다. 압축기에서, 제2 임펠라(9)가 제1 임펠라(7) 보다 작은 직경으로 형성된다. 그에 따라, 압축기에서, 제1 추력 및 제2 추력이 서로 상쇄되도록 작용한다. 제1 및 제2 추력의 결과적인 힘이 감소된다. 그에 따라, 압축기에서, 작은 크기의 제1 및 제2 스러스트 호일 베어링(47a 및 47b)을 채택할 수 있다.
그에 따라, 실시예의 압축기에서, 제조 비용의 절감, 크기의 감소, 및 내구성의 개선을 확실하게 실현하면서도, 파워 손실이 거의 발생되지 않는다.
실시예에 따라서 본 발명을 앞서서 설명하였다. 그러나, 본 발명은 그러한 실시예로 제한되지 않는다. 당연하게, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않고도, 본 발명을 적절하게 변화시키고 적용할 수 있을 것이다.
예를 들어, 비록 실시예의 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)가, 회전 샤프트(3)의 제1 소경부(30b)의 전방 단부 측부 및 후방 단부 측부 내로 각각 압입되는 분리된 부재이나, 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)가 도 5에 도시된 바와 같은 임펠라(8)로서 통합될 수 있을 것이다(변형예 1). 또한, 제1 임펠라(7) 및 제2 임펠라(9)가 도 6에 도시된 바와 같이 연결부(10)를 이용하여 임펠라(12)로서 통합될 수 있을 것이다(변형예 2).

Claims (2)

  1. 모터-구동형 터보 압축기이며:
    임펠라 챔버 및 모터 챔버가 내부에 형성되는 하우징;
    모터 챔버 내에 수용되는 전기 모터;
    하우징 내에 제공되고 전기 모터에 의해서 회전 구동되는 회전 샤프트;
    제1 임펠라 및 제2 임펠라의 대경부들이 서로 대면하도록, 임펠라 챔버 내에 수용되고 회전 샤프트 상에 제공되는 제1 임펠라 및 제2 임펠라;
    하우징 내에 형성되고 임펠라 챔버 내로 냉매를 흡입하도록 구성되는 제1 흡입 포트;
    하우징 내에 형성되는 제1 방출 챔버로서, 제1 흡입 포트를 통해서 제1 임펠라로 공급되고 제1 임펠라의 회전에 의해서 압축된 냉매가 제1 방출 챔버 내로 방출되는, 제1 방출 챔버;
    하우징 내에 형성된 중간 압력 포트로서, 중간 압력 포트를 통해서 제1 방출 챔버가 모터 챔버와 소통하는, 중간 압력 포트;
    하우징 내에 형성되고 모터 챔버와 소통하는 제2 흡입 포트; 및
    하우징 내에 형성되는 제2 방출 챔버로서, 제2 흡입 포트를 통해서 제2 임펠라 내로 공급되고 제2 임펠라의 회전에 의해서 압축된 냉매가 제2 방출 챔버 내로 방출되는, 제2 방출 챔버를 포함하고,
    제1 임펠라, 제2 임펠라, 및 전기 모터가 상기 순서대로 회전 샤프트의 축방향으로 배열되고,
    제1 임펠라 및 제2 임펠라는 모터 챔버의 내경 보다 작은 직경을 가지며,
    제2 임펠라는 제1 임펠라 보다 직경이 작으며,
    제1 방출 챔버는 회전 샤프트의 방사상 방향에 대해서 제1 임펠라의 외측 측부 내에 위치되고,
    제2 방출 챔버는 회전 샤프트의 방사상 방향에 대해서 제2 임펠라의 외측 측부 내에 위치되며,
    중간 압력 포트는 회전 샤프트의 방사상 방향에 대해서 제2 방출 챔버의 외측 측부 내에 위치되는, 모터-구동형 터보 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    임펠라 챔버가, 제2 임펠라를 수용하는 제2 임펠라 챔버를 포함하고,
    모터 챔버가 제2 흡입 포트를 통해서 제2 임펠라 챔버와 소통하고, 그리고
    회전 샤프트의 일부가 제2 흡입 포트 내에서 노출되는, 모터-구동형 터보 압축기.
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