KR20180031389A - 상호 회전형 스크롤의 회전력 전달 구조 및 이를 적용한 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동스크롤에 작용하는 전복 모멘트의 중심을 구동스크롤의 보스부에서 경판 쪽으로 이동시켜 구동스크롤의 작동 안정성을 높일 수 있는 회전력 전달 구조와, 이러한 구조를 적용한 압축기에 관한 것이다.
본 발명은, 구동스크롤의 보스부를 삭제하고, 구동회전축과 구동스크롤의 회전력 전달 구조의 위치를 구동스크롤의 경판부 배면 부근에 위치시킴으로써, 구동스크롤의 전복 모멘트의 중심을 경판부 부근에 위치시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명은 전복 모멘트의 발생을 줄이거나, 전복 모멘트가 구동스크롤의 작동에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

Description

상호 회전형 스크롤의 회전력 전달 구조 및 이를 적용한 압축기{A ROTATIONAL MOTION DRIVING UNIT FOR CO-ROTATING SCROLL AND A COMPRESSOR USING THE SAME}

본 발명은 상호 회전형 스크롤 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구동스크롤에 작용하는 전복 모멘트의 중심을 구동스크롤의 보스부에서 경판 쪽으로 이동시켜 구동스크롤의 작동 안정성을 높일 수 있는 회전력 전달 구조와, 이러한 구조를 적용한 압축기에 관한 것이다.

스크롤 압축기는 서로 상대적으로 선회하는 두 스크롤의 랩의 형상에 의해, 스크롤 바깥쪽에서 유입된 유체가 스크롤 중심부로 갈수록 압축이 진행되어, 스크롤의 중심부에서 압축된 상태로 토출되도록 한 압축기이다. 스크롤은 경판부 상에 랩이 마련된 구조이며, 스크롤 압축기는 두 스크롤의 랩 형성부가 서로 마주보도록 하며 랩을 겹쳐서 배치함으로써, 랩의 측면이 서로 맞닿게 하여 압축 공간을 마련한다.

스크롤 압축기는 압축 원리 상 한 쌍의 스크롤이 사용되는데, 전통적인 압축기는 하나의 스크롤이 고정되어 있고 다른 하나의 스크롤이 자전은 하지 아니하며 선회 운동하여 유체를 압축하는 선회 스크롤 압축기이다. 선회 스크롤 압축기는 고정 스크롤에 대해 선회 스크롤이 자전하지 않으면서도 선회하도록 동작해야 하는데, 그 원리상 선회 스크롤의 무게 중심이 선회의 중심으로부터 편심될 수밖에 없어 회전 속도가 빨라질수록 속도의 제곱에 비례하는 원심력이 작용하여 진동이 거세지는 문제점이 있다.

반면 상호 회전형 스크롤 압축기는 구동스크롤(driving scroll)과 종동스크롤(driven scroll)이 서로 동일한 방향으로 회전하되 서로 회전축이 어긋나 위치하는 각자의 회전 중심을 기준으로 자전할 뿐 선회 운동을 하지는 아니하므로, 그 원리상 선회형 스크롤 압축기에서 발생할 수 있는 편심에 따른 원심력 문제는 발생하지 아니한다.

선회형 스크롤 압축기에서 선회스크롤은 선회 운동을 해야 하므로, 편심 선회하는 선회스크롤이 아니라 선회스크롤을 선회시키기 위한 구동회전축이 베어링의 지지를 받아 회전하는 구조였다. 즉 선회스크롤은 구동회전축에 대해 편심된 축을 가지고 있으며, 구동회전축이 회전함에 따라 선회스크롤의 편심축은 구동회전축의 회전 중심에 대해 편심된 상태로 선회하였다. 따라서 선회형 스크롤 압축기에서 고정스크롤은 압축기의 프레임에 고정되어 있고, 선회스크롤 역시 구동회전축에 의해 편심된 축이 구동회전축의 지지를 받으며 선회하므로, 선회스크롤의 편심축 역시 프레임에 의해 지지되지 않는 구조였다.

반면 상호회전형 스크롤 압축기는 구동스크롤과 종동스크롤이 모두 회전하기 때문에, 종래의 선회형 스크롤과 달리 각각의 스크롤의 회전을 지지할 수 있는 구조가 필요하다.

이러한 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기의 개략도를 나타낸 도 2를 참조하면, 상호 회전형 스크롤 압축기(1)는, 프레임(10)에 의해 마련된 내부 공간인 흡입실(20)에 구동스크롤(60)과 종동스크롤(70)이 서로 마주하도록 수용된다. 구동스크롤(60)과 종동스크롤(70)은 각각 경판부(61, 71)와, 경판부의 표면으로부터 마주보는 경판부를 향해 돌출 연장된 랩(62, 72)과, 상기 경판부의 중심에서 상기 랩이 돌출된 방향과 반대방향으로 연장된 형태의 보스부(63, 73)이 마련된다. 보스부는 실질적으로 원통형의 외면을 가질 수 있다.

상기 보스부(63, 73)는 각각 구동스크롤(60)과 종동스크롤(70)의 회전 중심이 되며, 두 보스부의 회전 중심은 서로 약간 어긋나게 편심된 상태로 배치되어 있다. 그리고 두 보스부(63, 73)는 각각 압축기의 프레임(10)에 대해 베어링(69, 79)을 통해 회전 지지된다.

즉 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기는 그 원리상 구동스크롤(60)과 종동스크롤(70)에 모두 회전하기 때문에, 프레임(10)에 대해 상기 구동스크롤(60)과 종동스크롤(70)의 회전을 지지해야 한다. 이를 위해, 구동스크롤과 종동스크롤의 경판부(61, 71)에 각각 보스부(63, 73)를 마련하고, 프레임(10)과 상기 보스부(63, 73) 사이에 베어링(69, 79)을 설치하여 보스부의 회전을 지지하였다.

그리고, 구동스크롤(60)의 보스부(63)의 선단부에는, 상기 구동스크롤에 회전력을 제공하는 구동회전축(50)이 회전 방향으로 상호 구속되도록 마운팅되어, 구동회전축의 회전력을 보스부(63)에 전달하였다.

구동스크롤(60)과 종동스크롤(70)은 각각 편심 없이 회전하기 때문에, 선회스크롤과 달리 구동스크롤과 종동스크롤의 랩(62, 72)이 서로 마주하면서 발생하는 압축 유체의 반발력을 억제할만한 원심력이 발생하지 아니하는 결과, 이러한 압축 반발력에 의해 구동스크롤(60)과 종동스크롤(70)에 각각 전복 모멘트가 발생하게 된다.

특히 구동스크롤(60)의 경우, 전복 모멘트의 중심(M)이 보스부(63)의 길이방향의 중간 정도의 영역에 위치하게 되는데, 전복 모멘트가 발생하면 구동스크롤(60)의 동작이 매우 불안정하게 이루어질 우려가 있다.

이러한 점을 감안하여 종래에는, 전복 모멘트가 발생하더라도 구동스크롤의 회전 동작이 불안정해지지 않도록 하기 위해, 보스부(63)의 길이를 일정 수준 이상 확보할 수밖에 없었다. 그러나 이러한 설계에도 불구하고, 대부분의 회전 질량이 경판 쪽에 집중되어 있는 스크롤의 기하학적 특성 상, 전복 모멘트의 중심이 보스부 쪽으로 치우쳐 위치하는 구동스크롤의 회전은 여전히 불안정할 수밖에 없다.

또한, 전복 모멘트에 대한 회전 동작의 안정성 확보를 위해, 보스부(63)의 길이를 길게 할수록, 그만큼 압축기의 사이즈, 즉 도 2의 도면상 높이가 더 높아져야 되는 문제가 있었다. 특히 보스부(63)와 일렬로 배치되는 구동회전축(50) 역시 스테이터(41)나 로터(42)의 설치를 위해 일정 수준 이상의 길이를 확보해야 한다는 점에서, 압축기의 사이즈를 줄이는 데에 한계가 있을 수밖에 없었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전복 모멘트가 경판부에 가깝게 위치하도록 구동스크롤의 기하학적 형상을 구현함으로써, 전복 모멘트를 감소시키거나 전복 모멘트가 구동스크롤의 회전 동작에 미치는 영향을 줄일 수 있는 회전력 전달 구조를 가지는 상호회전형 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 구동스크롤에 발생하는 전복 모멘트를 줄이거나 전복 모멘트가 주는 영향을 최소화하면서도, 압축기를 더욱 컴팩트하게 설계할 수 있는 회전력 전달 구조를 가지는 상호회전형 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 압축기를 더욱 컴팩트하게 설계하면서도, 구동회전축과 구동스크롤을 모두 안정적으로 지지할 수 있는 회전력 전달 구조를 가지는 상호회전형 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 압축기의 다른 구조들에 대한 설계 변경을 최소화하면서도, 구동스크롤에 발생하는 전복 모멘트를 줄이거나 전복 모멘트가 주는 영향을 줄일 수 있는 회전력 전달 구조를 가지는 상호회전형 스크롤 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 구동스크롤의 보스부를 삭제하고, 구동회전축과 구동스크롤의 회전력 전달 구조의 위치를 구동스크롤의 경판부 배면 부근에 위치시킴으로써, 구동스크롤의 전복 모멘트의 중심을 경판부 부근에 위치시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명은 전복 모멘트의 발생을 줄이거나, 전복 모멘트가 구동스크롤의 작동에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명은, 서로 마주하는 제1스크롤과 제2스크롤이 상호 회전하며 흡입된 유체를 압축하여 토출하는 압축기의 회전력 전달 구조로서, 상기 제1스크롤은 구동회전축으로부터 회전력을 전달받아 이를 제2스크롤에 전달하고, 상기 구동회전축은 상기 제1스크롤의, 랩이 마련된 경판부의 배면 쪽에 위치하며, 상기 제1스크롤의 경판부와 마주하는 상기 구동회전축의 단부에는 회전력전달부가 구비되고, 상기 구동회전축의 단부와 마주하는 상기 제1스크롤의 경판부 배면의 중심에는 상기 회전력전달부와 협력하여 상기 회전력전달부의 회전력을 전달받는 회전력피전달부가 구비되는 상호회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조를 제공한다.

또한 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 흡입구가 마련된 흡입실을 구비하는 프레임; 상기 흡입실 내에서 랩이 서로 마주하도록 배치되고 서로 편심된 회전축을 가지고 동일한 방향으로 상호 회전하여 흡입실에 흡입된 유체를 압축하여 흡입실 외부로 토출하는 제1스크롤과 제2스크롤; 상기 제1스크롤에 대해 상기 제2스크롤이 배치된 방향과 대향하는 방향에서 상기 프레임에 대해 회전 가능하게 설치되는 구동회전축; 상기 제1스크롤의 경판부에 있어서 상기 랩이 마련된 면과 대향하는 면에 마련되는 회전력피전달부; 및 상기 제1스크롤의 경판부와 마주하는 구동회전축의 제1단부에 마련되며 상기 회전력피전달부에 회전력을 전달할 수 있도록 상기 회전력피전달부에 체결되는 회전력전달부;를 포함하는 상호회전형 스크롤 압축기를 제공한다.

여기서, 상기 회전력전달부가 구비된 구동회전축의 제1단부의 외주면에는 상기 압축기의 프레임에 대해 상기 구동회전축의 단부의 외주면을 회전 자유롭게 지지하는 제1베어링이 구비될 수 있다. 다시 말해, 상기 프레임에는 상기 구동회전축의 제1단부 부근의 외주면을 지지하는 제1베어링이 마련된다. 종래의 구동스크롤의 보스부를 지지하던 베어링과 달리, 이러한 제1베어링에는 전복 모멘트가 작용하지 아니하므로, 제1베어링의 축방향 길이를 보다 짧게 할 수 있게 되어, 전체적인 압축기의 크기를 줄일 수 있다.

여기서 상기 회전력전달부와 이격된 위치의 구동회전축 외주면에는 상기 압축기의 프레임에 대해 상기 회전력전달부와 이격된 위치의 구동회전축 외주면을 회전 자유롭게 지지하는 제2베어링이 구비될 수 있다. 또한 상기 회전력전달부와 이격된 위치의 구동회전축 외주면은 상기 구동회전축의 제1단부와 대향하는 제2단부 부근일 수 있다. 즉 상기 프레임에는 상기 구동회전축의 제1단부의 대향 단부인 제2단부 부근의 외주면을 지지하는 제2베어링이 마련될 수 있다. 한 쌍의 베어링을 활용한 이러한 형태의 구동회전축 지지구조는 최소한의 구성과 공간으로 구동회전축을 매우 견고하게 지지해준다.

한편 상기 제1스크롤의 경판부 중심부에는 토출포트가 마련되고, 상기 구동회전축에는, 상기 구동회전축의 길이방향을 따라, 상기 토출포트와 연통하는 중공부가 마련되며, 상기 회전력피전달부는 상기 토출포트의 외측 둘레에 마련된다. 즉 상기 제1스크롤의 경판부 중심부에 토출포트가 마련되고, 상기 구동회전축에는 상기 토출포트와 대응하는 위치에 중공부가 마련되며, 상기 회전력피전달부의 내측에 상기 토출포트가 마련된다. 이처럼 본 발명에 따르면, 전복 모멘트의 중심 위치를 옮기기 위한 구조를 본 발명에 적용함에 있어서, 압축기의 다른 구조를 반드시 변경할 필요 없이 기존의 구조대로 적용하는 것이 가능하다.

상술한 회전력 전달 구조는 상기 제1스크롤의 전복모멘트의 중심을 상기 토출포트 부근 내지 상기 회전력피전달부 중심 부근에 위치하도록 해주며, 이는 전체적인 상호회전형 스크롤의 동작 안정성을 높여주게 된다.

상기 제1스크롤의 경판부 배면과 프레임 사이에는 상기 프레임에 대해 제1스크롤의 회전을 지지하는 스러스트 베어링이 구비됨으로써, 제1스크롤의 회전을 축방향으로 지지하여, 제1스크롤에 작용하는 전복 모멘트에 의해 제1스크롤의 동작이 불안정하게 되지 않도록 해준다.

상기 구동회전축의 회전력을 발생시키는 스테이터와 로터는 각각 프레임과 구동회전축에 마련되며, 상기 스테이터와 로터는 상기 구동회전축의 제1단부와 제2단부 사이의 위치에 배치됨으로써, 압축기를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 제2스크롤 상부에 상기 제1스크롤이 배치되는 구조로 이루어질 수 있다. 이는 제2스크롤의 보스부에 의해 압축기 내부가 차지하는 공간을 압축기의 윤활과 관련한 구조로 활용할 수 있도록 해줌으로써, 압축기를 더욱 컴팩트하게 설계 및 제작하도록 해준다.

본 발명에 의하면, 전복 모멘트의 중심이 경판부 상에 혹은 경판부에 가깝게 위치하게 되므로, 전복 모멘트가 감소하거나 전복 모멘트가 구동스크롤의 회전 동작에 미치는 영향이 줄어들게 된다. 이에 따라 구동스크롤의 회전 안정성을 높일 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 구동스크롤과 그 회전을 지지하는 구성이 압축기 내에서 차지하는 공간을 줄일 수 있어 전체적으로 압축기를 더 컴팩트하게 설계할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 압축기를 보다 컴팩트하게 제작함에도 불구하고 구동회전축과 구동스크롤의 회전 동작이 보다 안정적으로 지지된다.

또한 본 발명에 의하면 압축기 내의 다른 구성에 대한 변경 없이도 본 발명의 회전력 전달 구조를 적용할 수 있어, 설계 자유도를 높일 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 상호 회전형 스크롤 압축기의 단면을 간략히 나타낸 도면, 그리고
도 2는 종래의 상호 회전형 스크롤 압축기의 단면을 간략히 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

[상호 회전형 스크롤 압축기]

도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 상호 회전형 스크롤 압축기의 단면을 간략히 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 상호 회전형 스크롤 압축기(1)는, 전체적인 외형을 구성하고, 구동원(41, 42, 50)과 상호 회전형 스크롤(60, 70)을 그 내부에 수용하며, 압축기 내부 공간과 외부 공간을 구분시키는 프레임(10)을 구비한다. 프레임(10)은 제조와 조립의 편의를 위해 복수 개의 부분으로 분할 제작된 후 분할된 부분들이 상호 직,간겁적으로 고정되는 방식으로 조립될 수 있다.

프레임(10)의 소정 영역에는 흡입실(20)이 마련되고, 상기 흡입실(20)에는 유체가 유입될 수 있는 통로인 흡입구(21)가 흡입실의 공간과 연통하도록 설치된다. 흡입실(20) 내에는 각자의 회전축을 중심으로 회전하는 제1스크롤(60)과 제2스크롤(70)이 구비된다. 그 중 상부에 위치하는 제1스크롤은 구동원으로부터 회전력을 전달받아 회전하는 구동스크롤이 되고, 그 하부에 위치하는 제2스크롤은 상기 제1스크롤로부터 회전력을 전달받아 제1스크롤과 함께 상호 회전하게 되는 종동스크롤이 된다.

제1스크롤(60)은 대략 원형 평판 형상의 경판부(61)를 구비하고, 상기 경판부(61)의 하부면, 즉 제2스크롤을 바라보는 면에는 제2스크롤을 향하는 방향으로 나선(spiral) 형태의 랩(62)이 돌출된다. 경판부(61)의 상부면, 즉 제2스크롤을 바라보는 면의 대향면의 중심에는 상기 구동원의 구동회전축(50)이 회전력을 전달하는 형태로 체결된다. 상기 구동회전축(50)은 대략 원기둥 형태로 마련되며, 흡입실(20)의 상부에 위치하는 프레임에 형성된 축공에 수용되되 제1베어링(58)에 의해 회전 가능하도록 지지된다.

제2스크롤(70) 역시 대략 원형 평판 형상의 경판부(71)를 구비하고, 상기 경판부(71)의 상부면, 즉 제1스크롤을 바라보는 면에는 제1스크롤을 향하는 방향으로 나선 형태의 랩(72)이 돌출된다. 경판부(71)의 하부면, 즉 제1스크롤을 바라보는 면의 대향면의 중심에는 보스부(73)가 돌출 형성된다. 보스부(73)는 대략 원기둥 형태로 마련되며, 흡입실(11)의 하부에 위치하는 프레임에 형성된 축공에 수용되되 베어링(79)에 의해 회전 가능하도록 지지된다.

본 발명의 실시예에서는 베어링에 의해 구동회전축(50)과 보스부(73)가 회전 지지됨이 예시되어 있으나, 이 외의 다른 구조, 가령 부싱 등이 적용될 수도 있다. 즉 축공과 회전축(구동회전축, 보스부) 사이에는 마찰 손실을 줄이기 위한 기계요소가 적용될 수 있다.

상기 구동회전축(50)과 보스부(73)의 중심축은 서로 평행하되 약간 어긋나 배치되어 있다. 따라서, 상기 제1스크롤과 제2스크롤은 서로 다른 회전축을 중심으로 회전한다. 이처럼 두 스크롤이 회전축은 서로 어긋나 위치하지만, 각각의 스크롤의 관점에서 보았을 때 각 스크롤의 회전축은 해당 스크롤 경판부의 형상의 기하학적 중심에 위치한다. 따라서 각 스크롤은 회전축에 대해 편심이 없어. 고속 회전을 하여도 압축기의 운전에 문제가 될만한 진동이 발생하지 아니한다.

상기 제1스크롤과 제2스크롤은 서로 같은 방향으로 회전하며, 제1스크롤과 제2스크롤의 랩(62,72)이 서로 맞물리는 부분은 두 스크롤이 회전함에 따라 유체를 가두어 압축하는 압축실의 면적을 좁히며 중앙으로 이동하게 된다. 그리고 압축된 유체는 제1스크롤의 경판부(61) 중심에 마련된 토출포트(65)를 통해 흡입실(20)의 외부로 토출된다.

상기 제1스크롤(60)은 구동회전축(50)로부터 동력을 전달받아 회전하고, 제2스크롤(70)은 제1스크롤(60)로부터 동력을 전달받아 회전하게 된다. 도 1에 도시된 프레임(10)에는 스테이터(41)와 로터(42)로 이루어지는 구동원이 마련되고, 로터(42)의 축인 구동회전축(50)은 상기 제1스크롤(60)의 경판부 (61)에 회전력을 전달한다.

제1스크롤의 회전력은 올담링 혹은 기타 다른 자전 방지 동력 전달 구조에 의해 제2스크롤에 전달된다. 즉 자전 방지 동력 전달 구조는 제1스크롤과 제2스크롤이 동일한 방향과 속도로 회전하여 제1스크롤에 대해 제2스크롤이 상대적으로 자전하는 것은 방지하면서 제1스크롤의 회전력을 제2스크롤에 전달해주는 기구학적 구조를 갖춘 구성이다.

상호회전형 스크롤 압축기의 이론적 작동 원리에 따르면, 제1스크롤과 제2스크롤의 랩(62, 72)이 서로 마주하며 접촉 회전할 때, 제1스크롤의 회전력이 랩을 통해 제2스크롤에 전달된다. 그러나 실제 두 랩에 의해 형성되는 압축실의 유체에 의해 발생하는 압축반발력 등 여러 실제적인 요인으로 인해 회전력의 전달이 원활히 이루어지지 않는 경향이 있기 때문에, 상술한 올담링이나 기타 자전 방지 동력 전달 구조가 추가적으로 적용된다.

제1스크롤의 경판부(61) 및 이와 마주하는 흡입실(20)의 내벽면 사이, 그리고 제2스크롤의 경판부(71) 및 이와 마주하는 흡입실(20)의 내벽면 사이에는 흡입실(20)과 그 외부의 배압의 차이로 인해 발생하는 압력 누설을 방지하여 흡입실(20) 내부와 흡입실 외부의 차압을 유지하기 위한 압력링(80)이 마련된다.

[제1스크롤에 대한 회전력 전달 구조]

종래 기술과 달리, 본 발명에 따른 회전력 전달 구조가 적용된 압축기의 제1스크롤의 회전 지지 구조는 제2스크롤 회전 지지 구조와 다소 차이가 있다. 먼저 제2스크롤 회전 지지 구조를 살펴보면, 제2스크롤(70)의 경판부(71)의 배면에는 그 중심으로부터 하향 연장된 형태의 보스부(73)가 마련된다. 상기 보스부(73)는 대략 원통형 구조를 가지며, 이는 프레임(10)의 축공 내주면에 구비된 베어링(79)에 의해 지지된다.

여기서 제2스크롤(70)의 회전 중심축은 상기 보스부(73)의 기하학적 중심축과 일치하게 된다. 즉 제2스크롤(70)은 경판부(71)의 중심에 대해 편심 없이 회전하는데, 이러한 회전 운동은 보스부(73)와 베어링(79)에 의해 지지된다.

반면 본 발명에 따른 제1스크롤(60)은, 도 2에 도시된 종래의 제1스크롤 구조와 달리, 경판부(61)의 배면 중심에서 상향 연장된 형태의 보스부(도 2의 63 참조)가 삭제되고, 이에 따라 상기 보스부를 지지하는 베어링(도 2의 69 참조) 구성도 삭제되었다. 그리고 제1스크롤(60)의 회전 중심축의 기능을 하는 구성이 구동회전축(50)으로 대체되었다.

구동회전축(50)의 외주 부분에는 도시된 바와 같이 로터(42)가 설치되고, 상기 로터(42)는 상기 로터(42)와 동심을 가지며 이격 배치된 환형의 스테이터(41)에 의해 둘러싸여 있다. 그리고 구동회전축(50)의 하단부인 제1단부(51) 쪽은 프레임(10)에 마련된 제1베어링(58)에 의해 회전 지지되며, 제1단부(51)와 이격된 위치인 상기 구동회전축(50)의 상단부, 즉 제2단부(52) 쪽은 프레임(10)에 마련된 제2베어링(59)에 의해 회전 지지된다. 따라서 스테이터(41)와 로터(42)에 의해 로터(42)에 회전력이 발생하여 구동회전축(50)이 회전할 때, 구동회전축(50)의 회전은 상기 제1단부(51)와 제2단부(52)를 각각 지지하는 제1베어링(58)과 제2베어링(59)에 의해 견고히 지지된다. 이처럼 구동회전축(50)은 서로 멀리 이격된 두 지점에서 지지되므로, 도 2에 도시된 종래의 압축기 구조와 대비하였을 때, 회전 안정성이 매우 높다.

상기 구동회전축(50)의 제1단부(51)를 지지하는 상기 제1베어링(58)은 프레임(10)에서 흡입실(20)이 마련된 위치의 바로 위에 설치된다. 그리고 제2베어링(59)은 압축기 내부의 상부 공간에 마련된 토출실(30)과 상기 스테이터(41) 및 로터(42)가 설치된 위치 사이에 설치된다. 상기 제1베어링과 제2베어링은 프레임에 직,간접적으로 설치될 수 있다.

구동회전축(50)의 제1단부(51)는 제1스크롤(60)의 경판부(61) 배면 중심과 마주하는데, 서로 마주하는 상기 제1단부(51)와 상기 경판부(61)의 배면 중심에는 각각 구동회전축(50)의 회전력을 제1스크롤(60)로 전달하는 동력 전달 구조인 회전력전달부(53)와 회전력피전달부(67)가 마련된다.

상기 회전력전달부(53)와 회전력피전달부(67)는 구동회전축(50)의 중심축을 회전 중심으로 하는 회전력은 전달하는 구조이면서, 유체의 압축 반발력 등으로 인해 제1스크롤(60)에 작용하게 되는 전복 모멘트는 전달하지 않는 구조이다. 따라서 구동회전축(50)의 제1단부(51)를 회전 지지하는 제1베어링(58)의 길이는, 전복 모멘트에도 불구하고 회전 운동에 지장이 없을 정도로 길게 설계할 필요가 없다.

이는 도 2에 도시된 종래의 제1스크롤의 보스부(63)를 지지하는 베어링(69) 구조와는 상당한 차이를 가지게 된다. 즉 도 2의 보스부(63)에는 전복모멘트의 중심(M)이 위치하고, 보스부(63)가 제1스크롤(60)의 경판부(61)와 일체적으로 결합되어 있어 전복모멘트의 영향을 받기 때문에, 이러한 전복 모멘트의 영향에도 불구하고 회전 동작이 원활하게 이루어지도록 하기 위해 베어링(69)의 길이를 어느 정도 이상으로 확보해야 할 필요성이 있었다.

이에 반해 본 발명에서는 구동회전축(50)이 회전력전달부(53)와 회전력피전달부(67)가 구동회전축(50)의 제1단부(51)에 마련되므로, 제1단부(51)보다 상부에 마련된 제1베어링(58)은 전복 모멘트의 영향을 받지 아니하는 점에서, 단지 구동회전축(50)의 회전력을 지지할 수 있을 정도의 치수(dimension)만 확보하면 족하다. 따라서 본 발명에 따르면, 종래의 구조와 대비하였을 때 그만큼 압축기의 높이 방향을 따라 치수적으로 보다 컴팩트한 설계가 가능하다.

또한 보스부가 삭제되고 경판부(61)의 배면에 회전력피전달부(67)가 마련된 본 발명의 제1스크롤 구조에 의하면, 전복 모멘트의 중심(M)이 경판부(61) 중심, 즉 회전력피전달부(67) 중심에 위치하게 된다. 따라서 전복 모멘트의 중심(M)이 경판부에서 벗어난 보스부에 위치하던 종래의 구조(도 2 참조)와 달리, 전복 모멘트에 의해 경판부의 외측 가장자리에 작용하는 힘이 그만큼 줄어들게 된다. 따라서 본 발명은 전복 모멘트에 의해 제1스크롤(60)에 작용하는 힘이 줄어들게 되며, 이는 제1스크롤(60)의 경판부 배면의 외측 가장자리와 흡입실(20)의 내벽면 사이에 마련된 스러스트베어링(68)에 의해 지지될 수 있다.

얼핏 생각하기에는 도 2에 도시된 종래의 구조와 대비하여, 본 발명에 따른 도 1의 구조에 적용되는 스러스트베어링(68)이 더 많은 힘을 견뎌야 한다는 오해를 할 수 있다. 이러한 오해는, 도 2의 베어링(69)이 전복 모멘트에 따른 외력을 어느 정도 지지해주기 때문에, 스러스트베어링(68)에 가해지는 힘이 그만큼 줄어둘 수 있다는 판단에 기인한다.

그러나 본 발명의 구조에 따르면, 전복 모멘트의 중심(M)이 경판부(61) 쪽으로 이동하였고, 또한 전복 모멘트에 의해 스러스트베어링(68)에 가해지는 외력 자체가 줄어들기 때문에, 종래와 동등한 정도의 스러스트베어링(68)을 적용하거나, 그보다 더 작은 규격의 스러스트베어링(68)을 적용하더라도 전복 모멘트를 충분히 지지해준다.

한편 두 스크롤에 의해 압축된 유체는 경판부(61)에 마련된 토출포트(65)를 통해 토출된다. 그런데 상기 토출포트(65)는 경판부(61)의 회전력피전달부(67) 안쪽에 마련되고, 상기 구동회전축(50)의 중심을 따라 길이방향으로 관통된 형태의 중공부(55)가 마련되며, 상기 토출포트(65)와 중공부는 서로 연통한다. 따라서 상기 토출포트(65)를 통해 토출된 압축 유체는 중공부(55)를 따라 상부로 이동하여 압축기(1) 상부의 토출실(30)로 토출되고, 이어서 상기 토출실(30)로부터 압축기 외부로 연통되는 토출구(31)를 통해 출력된다.

따라서 본 발명의 회전력 전달 구조가 적용되더라도, 압축 유체의 토출 경로와, 이러한 경로를 구성하는 중공부(55) 내지 토출포트(65)의 구조에는 별다른 변경이 이루어지지 않을 수 있다. 즉 본 발명의 회전력 전달 구조는, 기존의 압축기 내부의 다른 구조에 대한 변경을 최소화하며 압축기에 적용 가능하다고 이해될 수 있다.

[회전력 전달 구조가 적용된 상호회전형 스크롤 압축기의 작동]

이하 본 발명에 따른 회전력 전달 구조가 적용된 상호회전형 스크롤 압축기의 작동에 대해 상세히 설명한다.

먼저 스테이터(41)와 로터(42)에 의해 구동회전축(50)에 회전력이 발생하면, 구동회전축(50)의 회전력은 스테이터(41)와 로터(42)를 사이에 두고 서로 이격되어 배치된 제1베어링(58)과 제2베어링(59)에 의해 견고하게 지지되고, 구동회전축(50)은 안정적으로 회전하게 된다.

그러면 구동회전축(50)의 회전력은 제1단부(51)의 회전력전달부(53)와 경판부(61) 배면 중앙부에 마련된 회전력피전달부(67)에 의해 제1스크롤(60)에 전달된다.

제1스크롤(60)은 상기 회전력을 전달받아 회전하면서, 그 회전력을 또한 제2스크롤(70)에 전달하게 된다. 구동스크롤의 회전력이 이처럼 종동스크롤에 전달되는 경로는, 서로 접하는 두 스크롤의 랩, 그리고 올담링 또는 이와 대응하는 핀과 링(또는 홀) 방식의 자전 방지 동력 전달 구조일 수 있다.

제1스크롤(60)은 상기 구동회전축(50)의 회전 중심을 중심으로 회전하고, 제2스크롤(70)은 보스부(73)의 회전 중심을 중심으로 회전한다. 이들 두 스크롤의 회전 중심은 서로 일치하지 않고 서로 편심 배치되지만, 각각의 회전 중심에 대해 편심 없이 회전한다.

흡입구(21)를 통해 흡입실(20)로 유입된 유체는 상기 두 스크롤의 랩에 의해 형성되는 압축실에 둘러싸여 중앙부로 이동하게 되고, 이때 압축된 유체가 압축에 대해 반발하면서, 그 힘이 두 스크롤에 작용하게 된다. 이러한 반발력에 의해 제1스크롤(60)에 작용하는 전복 모멘트의 중심(M)은 회전력피전달부(67)가 마련된 제1스크롤(60)의 경판부(61) 중심 부근에 위치하게 된다. 전복 모멘트의 중심이 경판부 중심 부근에 위치하게 되면서, 전복 모멘트가 제1스크롤에 미치는 영향은 상대적으로 줄어들게 된다. 또한, 전복 모멘트에 의해 제1스크롤에 가해지는 힘은 경판부(61) 배면의 가장자리 부근과 흡입실(20) 내벽면 사이에 위치하는 스러스트베어링(68)에 의해 지지된다.

물론 이러한 전복 모멘트가 구동회전축(50)에는 전달되지 않으므로, 종래의 베어링(69; 도 2 참조)보다 제1베어링(58)의 축방향 길이를 줄이더라도, 구동회전축의 회전은 원활하게 이루어지게 된다.

압축된 공기는 두 스크롤의 중심에서 제1스크롤의 토출포트(65), 그리고 이와 연통하는 중공부(55)를 통해 토출실(30)로 토출된다. 토출된 유체의 압력은 흡입실(20) 내의 압력과 차이가 있기 때문에, 압축기의 효율을 높이기 위해서는 흡입실 내부의 유체와 흡입실 외부의 유체 간의 압력 누설이 발생하여서는 안 된다. 본 발명에 따르면 이러한 차압은 제1스크롤과 제2스크롤의 경판부 배면 및 흡입실 내벽 사이에 마련된 압력링(80)에 의해 유지된다.

본 발명에 따르면, 제2스크롤 역시 회전축을 중심으로 회전을 지지해주어야 하기 때문에, 본 발명의 압축기에는 제2스크롤의 보스부(73)와, 이를 지지하는 베어링(79) 구조가 마련된다. 그런데 보스부와 베어링 구조는 압축기 하부의 중앙부에 마련되기 때문에 압축기 하부 중앙부 둘레에는 여유 공간이 존재하게 된다.

본 발명에 따르면, 이러한 공간에 압축기의 윤활을 위한 오일 저장부를 두는 것을 예시한다. 오일은 유체이기 때문에, 보스부(73)와 베어링(79) 구조 둘레의 공간에 오일이 담겨지도록 해도 오일 저장부로서의 기능에 아무런 지장이 없다.

흡입실을 제외한 압축기의 내부 공간은 토출포트를 통해 토출된 유체의 압력과 동등하게 된다. 따라서 이러한 압력이 상기 오일 저장부의 오일을 상기 흡입실 내로 유입시키도록 하면 오일을 원활하게 공급하는 것이 가능하다.

이처럼 보스부가 구비된 제2스크롤을 제1스크롤보다 하부에 위치하도록 배열하고, 제2스크롤의 보스부 주변 공간에 오일 저장부를 두면, 중력에 의해 하부로 흘러내리는 오일의 저장부 위치와 제2스크롤 보스부의 위치를 어느 정도 중첩시켜 압축기의 내부 공간을 더 컴팩트하게 구성하는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 상호회전형 스크롤 압축기
10: 프레임
20: 흡입실
21: 흡입구
30: 토출실
31: 토출구
41: 스테이터
42: 로터
50: 구동회전축
51: 제1단부
52: 제2단부
53: 회전력전달부
55: 중공부
58: 제1베어링
59: 제2베어링
60: 제1스크롤(구동스크롤)
61: 경판부
62: 랩
63: 보스부
65: 토출포트
67: 회전력피전달부
68: 스러스트베어링
69: 베어링
70: 제2스크롤(종동스크롤)
71: 경판부
72: 랩
73: 보스부
79: 베어링
80: 압력링
M: 전복모멘트 중심

Claims (17)

1. 서로 마주하는 제1스크롤과 제2스크롤이 상호 회전하며 흡입된 유체를 압축하여 토출하는 압축기의 회전력 전달 구조로서,
   상기 제1스크롤은 구동회전축으로부터 회전력을 전달받아 이를 제2스크롤에 전달하고,
   상기 구동회전축은 상기 제1스크롤의, 랩이 마련된 경판부의 배면 쪽에 위치하며,
   상기 제1스크롤의 경판부와 마주하는 상기 구동회전축의 단부에는 회전력전달부가 구비되고,
   상기 구동회전축의 단부와 마주하는 상기 제1스크롤의 경판부 배면의 중심에는 상기 회전력전달부와 협력하여 상기 회전력전달부의 회전력을 전달받는 회전력피전달부가 구비되는 상호회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전력전달부가 구비된 구동회전축의 제1단부의 외주면에는 상기 압축기의 프레임에 대해 상기 구동회전축의 단부의 외주면을 회전 자유롭게 지지하는 제1베어링이 구비되는 상호회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 회전력전달부와 이격된 위치의 구동회전축 외주면에는 상기 압축기의 프레임에 대해 상기 회전력전달부와 이격된 위치의 구동회전축 외주면을 회전 자유롭게 지지하는 제2베어링이 구비되는 상호회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 회전력전달부와 이격된 위치의 구동회전축 외주면은 상기 구동회전축의 제1단부와 대향하는 제2단부 부근인 상호회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1스크롤의 경판부 중심부에는 토출포트가 마련되고,
   상기 구동회전축에는, 상기 구동회전축의 길이방향을 따라, 상기 토출포트와 연통하는 중공부가 마련된 상호 회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 회전력피전달부는 상기 토출포트의 외측 둘레에 마련되는 상호 회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1스크롤의 전복모멘트의 중심은 상기 토출포트 부근에 위치하는 상호 회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1스크롤의 전복모멘트의 중심은 상기 회전력피전달부 중심 부근에 위치하는 상호 회전형 스크롤 압축기의 회전력 전달 구조.
   
9. 흡입구가 마련된 흡입실을 구비하는 프레임;
   상기 흡입실 내에서 랩이 서로 마주하도록 배치되고 서로 편심된 회전축을 가지고 동일한 방향으로 상호 회전하여 흡입실에 흡입된 유체를 압축하여 흡입실 외부로 토출하는 제1스크롤과 제2스크롤;
   상기 제1스크롤에 대해 상기 제2스크롤이 배치된 방향과 대향하는 방향에서 상기 프레임에 대해 회전 가능하게 설치되는 구동회전축;
   상기 제1스크롤의 경판부에 있어서 상기 랩이 마련된 면과 대향하는 면에 마련되는 회전력피전달부; 및
   상기 제1스크롤의 경판부와 마주하는 구동회전축의 제1단부에 마련되며 상기 회전력피전달부에 회전력을 전달할 수 있도록 상기 회전력피전달부에 체결되는 회전력전달부;를 포함하는 상호회전형 스크롤 압축기.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1스크롤의 경판부 배면과 프레임 사이에는 상기 프레임에 대해 제1스크롤의 회전을 지지하는 스러스트 베어링이 구비된 상호회전형 스크롤 압축기.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1스크롤의 전복모멘트의 중심은 상기 회전력피전달부 중심 부근에 위치하는 상호 회전형 스크롤 압축기.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 프레임에는 상기 구동회전축의 제1단부 부근의 외주면을 지지하는 제1베어링이 마련된 상호회전형 스크롤 압축기.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 프레임에는 상기 구동회전축의 제1단부의 대향 단부인 제2단부 부근의 외주면을 지지하는 제2베어링이 마련된 상호회전형 스크롤 압축기.
    
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 구동회전축의 회전력을 발생시키는 스테이터와 로터는 각각 프레임과 구동회전축에 마련되며,
    상기 스테이터와 로터는 상기 구동회전축의 제1단부와 제2단부 사이의 위치에 배치되는 상호회전형 스크롤 압축기.
    
15. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1스크롤의 경판부 중심부에 토출포트가 마련되고,
    상기 구동회전축에는 상기 토출포트와 대응하는 위치에 중공부가 마련된 상호 회전형 스크롤 압축기.
    
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 회전력피전달부의 내측에 상기 토출포트가 마련되는 상호 회전형 스크롤 압축기.
    
17. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2스크롤 상부에 상기 제1스크롤이 배치되는 상호회전형 스크롤 압축기.
    

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