KR20190066548A - 가변 변위 압축기에서 흡입 댐핑 디바이스의 정밀 제어 - Google Patents

가변 변위 압축기에서 흡입 댐핑 디바이스의 정밀 제어 Download PDF

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Abstract

가변 변위 압축기를 위한 흡입 댐핑 디바이스는 가변 변위 압축기의 흡입 포트에 배치된 스테이터 내로 회전가능하게 수용되는 로터를 포함한다. 로터는 애퍼처를 갖고, 스테이터는 로터의 애퍼처와 선택적 유체 연통하는 대향 개구의 쌍을 포함한다. 전자기 디바이스는 가변 변위 압축기의 경사판의 경사각을 제어하기 위해 사용되는 전기 제어되는 밸브의 상태에 기초하여 스테이터에 대한 로터의 회전 위치를 제어한다. 스테이터에 대한 로터의 회전 위치의 변경은 흡입 댐핑 디바이스를 통한 냉매의 유동을 제어하기 위해 로터의 애퍼처와 스테이터의 개구 사이에 가변 중첩이 형성되게 한다.

Description

가변 변위 압축기에서 흡입 댐핑 디바이스의 정밀 제어{PRECISE CONTROL OF SUCTION DAMPING DEVICE IN A VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}
본 발명은 차량용 에어 컨디셔닝 시스템에서의 사용을 위한 가변 변위 압축기에 관한 것으로, 더 상세하게는 가변 변위 압축기의 흡입 포트에 배치된 전기적으로 제어되는 흡입 댐핑 디바이스에 관한 것이다.
통상적으로 공지된 바와 같이, 자동차의 에어 컨디셔닝 시스템에서는 경사판(swashplate)을 갖는 가변 변위 압축기가 사용된다. 이러한 압축기는 통상적으로 실린더 블록의 실린더에 배치되는 적어도 하나의 피스톤 및 구동 샤프트에 동작가능하게 커플링되는 로터 조립체를 포함한다. 경사판은 구동 샤프트의 회전 동안 로터 조립체에 의해 회전되도록 커플링 및 적응된다. 경사판은 최소 경사각과 최대 경사각 사이에서 구동 샤프트에 대해 가변적으로 각을 이룬다. 각각의 피스톤은 경사판이 회전함에 따라 슈(shoe)를 통해 경사판과 슬라이딩가능하게 맞물려서, 각각의 피스톤이 실린더 블록의 대응하는 실린더 내에서 왕복운동하게 한다. 경사판의 경사각이 변함에 따라, 각각의 실린더 내의 각각의 피스톤의 변위도 변하게 되어, 압축기를 통해 유동하는 냉매의 유량을 변하게 한다. 유량은, 경사판이 구동 샤프트에 대해 최대 경사각에 위치되는 경우의 최대 유량과 경사판이 구동 샤프트에 대해 최소 경사각에 위치되는 경우의 최소 유량 사이에서 변한다.
가변 변위 압축기가 흡입 맥동을 발생시키는 것은 드문 일이 아니다. 흡입 압력 맥동은 에어 컨디셔닝 시스템 전반에 걸쳐 전파될 수 있다. 이러한 압력 맥동이 증발기와 같은 에어 컨디셔닝 시스템의 특정 컴포넌트에 도달하는 경우, 압력 맥동은 차량의 승객실에서 청취될 수 있는 소음을 생성시킬 수 있다.
흡입 맥동에 의해 초래되는 잡음 생성의 문제는 가변 변위 압축기 내에 흡입 댐핑 디바이스를 추가함으로써 이미 처리되어 왔다. 흡입 댐핑 디바이스는 종래에, 내부에 형성된 유동 개구를 갖는 본체 내에 왕복운동가능하게 배치되는 스프링 로딩 플런저(spring loaded plunger)를 포함한다. 본체 내에서 플런저의 위치는, 냉매가 가변 변위 압축기의 상이한 동작 모드 동안 흡입 댐핑 디바이스를 통해 유동할 수 있는 단면 유동 영역을 결정한다.
흡입 댐핑 디바이스의 플런저의 위치 및 그에 따른 흡입 댐핑 디바이스를 통한 냉매의 유량을 결정하기 위한 2 가지 주요 방법이 존재한다. 하나의 방법은 플런저와 접촉하는 스프링의 편향에 대항하는 힘을 가하기 위해 플런저 상에 압력을 가하는 압축기에 진입하는 냉매의 유동을 포함한다. 스프링의 눌림 및 플런저의 후속적인 리포지셔닝(repositioning)은 압축기에 진입하는 냉매의 유량을 조절하기 위해 플런저를 지나는 단면 유동 영역을 변경시킨다. 이러한 방법을 이용하는 경우 존재하는 하나의 문제는, 플런저가 통상적으로 압력 맥동을 적절하게 제어하기 위해 비교적 강성인 스프링에 의해 편향되어야 한다는 점이다. 강성 스프링의 사용은, 흡입 댐핑 디바이스를 개방하기 위해 플런저에 압력 힘을 가하는 경우 냉매가 바람직하지 않게 큰 압력 강하를 겪게 함으로써 압축기의 효율적 동작에 부정적 영향을 미친다. 강성 스프링의 사용은 또한, 스프링으로 인해 압축기의 더 낮은 최대 유동 용량을 초래하여, 특정 동작 상태 하에서 흡입 댐핑 디바이스의 완전 개방을 방해할 수 있다.
두번째 공지된 방법은, 내부에 경사판이 배치된 크랭크케이스 챔버와 흡입 댐핑 디바이스의 하류에 배치된 흡입 챔버 사이의 공지된 압력 차이를 사용하여 본체 내의 플런저의 위치를 제어하는 것을 포함한다. 이러한 접근법은, 플런저의 위치를 제어하기 위해 흡입 댐핑 디바이스에 다양한 상이한 압력 값으로 냉매를 연통시키기 위해 가변 변위 압축기 내에 유동 통로를 추가하는 것을 요구하며, 이에 따라, 가변 변위 압축기의 복잡성을 증가시키는 한편, 적절한 밀봉 수단 및 유동 제어의 필요로 인해 추가적인 유체 통로를 제시한다. 이러한 흡입 댐핑 디바이스는 또한 밸브 엘리먼트를 편향시키기 위해 스프링을 활용하고, 이는, 흡입 댐핑 디바이스가 특정 상태 하에서 동작하는 경우 스프링의 히스테리시스의 효과를 부정적으로 겪게 할 수 있다.
따라서, 냉매 유동이 가변 변위 압축기의 흡입 포트로 진입할 때 냉매 유동의 가변 유동 영역의 정밀한 제어를 제공함으로써 에어 컨디셔닝 시스템에서의 소음 생성을 최소화하는 흡입 댐핑 디바이스를 제조하는 것이 바람직할 것이다.
놀랍게도, 흡입 댐핑 디바이스를 통한 가변 유동 영역을 제어하기 위해 전자기 디바이스를 활용하는, 본 발명과 일치하고 조화를 이루는 흡입 댐핑 디바이스가 발견되었다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가변 변위 압축기를 위한 흡입 댐핑 디바이스는 회전축을 갖는 로터를 포함한다. 애퍼처가, 이의 회전축을 가로지르는 방향으로 로터를 통해 연장된다. 로터는 이의 회전축을 중심으로 선택적으로 회전되어, 로터의 애퍼처를 통한 유체의 유동을 제어한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 가변 변위 압축기가 개시된다. 가변 변위 압축기는, 가변 변위 압축기의 경사판의 경사각을 선택적으로 제어하도록 구성되는 전기 제어되는 밸브 및 회전축을 갖는 로터를 포함하는 흡입 댐핑 디바이스를 포함한다. 애퍼처가, 이의 회전축을 가로지르는 방향으로 로터를 통해 연장된다. 로터는 전기 제어되는 밸브의 상태에 기초하여, 로터의 회전축을 중심으로 선택적으로 회전되어, 로터의 애퍼처를 통한 유체의 유동을 제어한다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 가변 변위 압축기를 제어하는 방법이 개시된다. 본 방법은, 회전축을 갖는 로터를 포함하는 흡입 댐핑 디바이스를 제공하는 단계 ―회전축을 가로지르는 방향으로 로터를 통해 애퍼처가 연장됨―; 및 로터의 애퍼처를 통한 유체의 유동을 제어하기 위해, 가변 변위 압축기의 전기 제어되는 밸브의 조건에 기초하여, 로터의 회전축을 중심으로 로터를 선택적으로 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 장점은 첨부 도면의 관점에서 고려되는 경우 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 변위 압축기의 단면 입면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 완전 폐쇄 위치인 흡입 댐핑 디바이스를 갖는 도 1의 가변 변위 압축기의 흡입 포트의 부분적 단면 입면도이다.
도 3은 완전 개방 위치인 동안의 도 2의 흡입 댐핑 디바이스의 부분적 단면 입면도이다.
도 4는 완전 개방 위치인 흡입 댐핑 디바이스를 도시하는 부분적 단면 사시도이다.
도 5는 흡입 댐핑 디바이스와 가변 변위 압축기의 전기 제어되는 밸브 사이의 신호 연결을 개략적으로 도시하는, 도 1의 가변 변위 압축기의 후면 하우징의 부분적 개략 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입 댐핑 디바이스의 로터의 사시도이다.
도 7은 도 1의 가변 변위 압축기의 흡입 포트에 설치되는 경우의 도 6의 로터의 부분적 사시도이다.
도 8은 도 1의 가변 변위 압축기의 흡입 압력과 가변 변위 압축기의 제어 밸브를 에너자이징하기 위해 사용되는 전류 사이의 예시적인 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 1의 가변 변위 압축기의 흡입 댐핑 디바이스의 개방 퍼센티지와 가변 변위 압축기의 제어 밸브를 에너자이징하기 위해 사용되는 전류 사이의 예시적인 관계를 도시하는 도면이다.
도 10은 도 2의 흡입 댐핑 디바이스를 동작시키기 위한 제어 시스템의 개략도이다.
도 11은 도 2의 흡입 댐핑 디바이스를 동작시키기 위한 예시적인 제어 로직을 예시하는 흐름도이다.
하기 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예를 설명하고 예시한다. 설명 및 도면은, 당업자가 본 발명을 실시 및 사용할 수 있게 하도록 기능하고, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 변위 압축기(10)를 예시한다. 압축기(10)는 자동차의 HVAC(heating, ventilating, and air conditioning) 시스템의 컴포넌트로서 구성될 수 있다. 압축기(10)는 실린더 블록(2), 전면 하우징(4) 및 후면 하우징(11)을 포함한다. 전면 하우징(4)은 크랭크케이스 챔버(6)를 정의한다. 실린더 블록(2)은 실린더 보어(12) 각각에 왕복운동가능하게 배치된 피스톤(14)을 갖는 적어도 하나의 실린더 보어(12)를 정의한다. 실린더 블록(2)과 후면 하우징(11)의 중간에 배치된 밸브 플레이트(17)는 흡입 개구 및 배출 개구 또는 각각의 실린더 보어(12) 각각을 정의한다.
후면 하우징(11)은 흡입 챔버(15) 및 배출 챔버(16)를 정의한다. 흡입 챔버(15)는 (도 2 내지 도 5 및 도 7에 도시된) 압축기(10)의 흡입 포트(5)에 유체 커플링된다. 흡입 포트(5)는 냉매가 압축기(10)로 유동하기 위한 입구를 형성한다. 흡입 포트(5)는 압축기(10)를 증발기(미도시) 또는 팽창 밸브(미도시)와 같은 자동차의 HVAC 시스템의 상류 컴포넌트에 유체 커플링시킨다.
구동 샤프트(7)는 전면 하우징(4)에 의해 지지되고, 여기서 구동 샤프트(7)의 일부는 크랭크케이스 챔버(6) 내에 배치된다. 경사판(8)은 크랭크케이스 챔버(6) 내의 구동 샤프트(7) 상에 장착되고, 구동 샤프트(7)의 회전축에 수직으로 형성되는 평면에 대해 각을 이루어 기울어진다. 피스톤(14) 각각은 슈(9)에 의해 경사판(8)에 고정될 수 있고, 슈(9) 각각은 피스톤(14)에 대해 상대적인 경사판(8)의 이동을 허용한다.
경사판(8)이 구동 샤프트(7)의 회전축에 수직으로 형성된 평면에 대해 최소 경사각으로 배치되는 경우, 피스톤(14) 각각은, 구동 샤프트(7)가 회전할 때 대응하는 실린더 보어(12) 각각 내에서 가능한 한 최소로 범위까지 왕복운동하고, 이에 따라, 대응하는 피스톤(14)의 각 스트로크에 대한 냉매의 최소량을 압축한다. 경사판(8)이 구동 샤프트(7)의 회전축에 수직으로 형성된 평면에 대해 최대 경사각으로 배치되는 경우, 피스톤(14)은 이들 각각의 실린더 보어(12)에서 최대 범위까지 왕복운동하고, 이에 따라, 대응하는 피스톤(14)의 각각의 스트로크에 대한 냉매의 최대량을 압축한다. 따라서, 압축기(10)를 통한 냉매의 유량 및 이에 따라 압축기(10)를 빠져 나가는 냉매의 냉각 용량은 구동 샤프트(7)의 회전축에 수직으로 형성되는 평면에 대한 경사판(8)의 경사각과 직접 관련된다.
경사판(8)의 경사각은 전기 제어되는 제어 밸브(90)에 의해 선택적으로 제어된다. 제어 밸브(90)는 일반적으로 밸브 엘리먼트(미도시)를 선택적으로 포지셔닝하기 위한 전기 코일(미도시)을 포함할 수 있으며, 여기서 밸브 엘리먼트는 하나 이상의 스프링 엘리먼트(미도시)에 의해 편향될 수 있다. 전기 코일은 자동차와 연관된 전원으로부터 전력을 수신할 수 있다. 전기 코일은 코일을 통과하는 전류의 양에 대응하는 전자기력을 밸브 엘리먼트에 인가하도록 구성된다. 코일에 의해 밸브 엘리먼트에 인가된 전자기력은 밸브 엘리먼트를 제어 밸브(90)의 주위 구조에 대해 그리고 밸브 엘리먼트와 맞물리는 임의의 스프링 엘리먼트의 편향에 대해 선택적으로 포지셔닝한다. 코일을 통과하는 전류의 양은 자동차 승객의 원하는 설정에 따라 압축기(10)를 동작시키는 것과 연관된 자동차의 제어 시스템에 의해 결정될 수 있다.
밸브 엘리먼트의 선택적인 포지셔닝은 압축기(10)의 크랭크케이스 챔버(6) 내의 압력을 제어하며, 이는, 그 다음, 구동 샤프트(7)의 회전축에 수직으로 형성된 평면에 대한 경사판(8)의 경사각을 변경시킨다. 제어 밸브(90)의 밸브 엘리먼트의 선택적인 포지셔닝은, 예를 들어, 배출 챔버(16) 내의 냉매의 배출 압력, 흡입 챔버(15) 내의 냉매의 흡입 압력, 및 크랭크케이스 챔버(6) 내의 냉매의 크랭크케이스 압력 중 적어도 하나 사이에 유체 연통을 선택적으로 설정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 대안적인 압력들을 갖는 압축기(10)의 추가적인 부분들, 예를 들어, 압축기(10)를 윤활하기 위한 오일 필터 또는 오일 리턴 통로를 포함하는 압축기의 부분은 원하는 대로 크랭크케이스 챔버(6)와 유체 연통할 수 있다. 상이한 압력을 갖는 상이한 챔버 사이의 선택적 연통은, 전기 코일 및 연관된 통로에 대한 밸브 엘리먼트의 선택적 포지셔닝에 기초하여 선택적으로 개방 또는 폐쇄되도록 포지셔닝된 압축기(10)에 형성된 통로(미도시)를 통해 달성될 수 있다.
제어 밸브(90)의 밸브 엘리먼트의 선택적 포지셔닝은, 제어 밸브(90)의 코일을 통과하는 전류의 양이 경사판(8)의 일반적으로 공지된 경사각 및 그에 따른 압축기(10)의 일반적으로 공지된 냉각 용량에 대응하는 방식으로 크랭크케이스 챔버(6) 내의 압력이 제어되도록 허용한다. 예를 들어, 제어 밸브(90)는, 크랭크케이스 챔버(6) 내의 크랭크케이스 압력을 선택적으로 변경하기 위해, 흡입 챔버(15), 배출 챔버(16) 및 크랭크케이스 챔버(6) 사이에서 냉매의 유동을 제어하는 복수의 위치들 사이에서 조절가능할 수 있다. 크랭크케이스 챔버(6) 내의 크랭크케이스 압력이 최대화되는 경우, 경사판(8)은, 압축기(10)의 최소 냉각 용량에 대응하는 최소 경사각으로 배치되도록 구성될 수 있다. 크랭크케이스 챔버(6) 내의 크랭크케이스 압력의 최대화는, 크랭크케이스 챔버(6)로 지향되는 배출 압력을 갖는 냉의 양을 최대화하는 위치에 제어 밸브(90)의 밸브 엘리먼트를 포지셔닝함으로써 달성될 수 있다. 크랭크케이스 챔버(6)로의 배출 압력을 갖는 냉매의 유동의 최대화는, 제어 밸브(90)의 밸브 엘리먼트가, 이하 Imin으로 지칭되는 최소 전류량으로 에너자이징되는 것에 대응할 수 있다. 따라서, 최소화된 냉각 용량에서 동작하는 압축기(10)는 제어 밸브(90)가 전류 Imin으로 에너자이징되는 것에 대응할 수 있다. 전류 Imin으로 에너자이징된 제어 밸브(90)는 또한, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류의 양과 흡입 챔버(15) 내에 존재하는 흡입 압력 사이의 일반적인 관계를 도시하는 도 8에 도시된 바와 같이, 흡입 챔버(15) 내의 흡입 압력이 값 Pmax에서 최대화되는 것에 대응할 수 있다.
반대로, 크랭크케이스 챔버(6) 내의 크랭크케이스 압력이 최소화되는 경우, 경사판(8)은, 압축기(10)의 최대 냉각 용량에 대응하는 최대 경사각으로 배치되도록 구성될 수 있다. 크랭크케이스 챔버(6) 내의 크랭크케이스 압력의 최소화는, 크랭크케이스 챔버(6)로 지향되는 배출 압력을 갖는 냉의 양을 최소화하는 위치에 제어 밸브(90)의 밸브 엘리먼트를 포지셔닝함으로써 달성될 수 있다. 크랭크케이스 챔버(6)로의 배출 압력을 갖는 냉매의 유동의 최소화는, 제어 밸브(90)의 밸브 엘리먼트가, 이하 Imax로 지칭되는 최대 전류량으로 에너자이징되는 것에 대응할 수 있다. 따라서, 최대화된 냉각 용량에서 동작하는 압축기(10)는 제어 밸브(90)가 전류 Imax로 에너자이징되는 것에 대응할 수 있다. 전류 Imax로 에너자이징되는 제어 밸브(90)는 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 흡입 챔버(15) 내의 흡입 압력이 Pmin의 값으로 최소화되는 것에 대응할 수 있다.
경사판(8)은 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류가 중간적 Imin 및 Imax인 경우 복수의 중간적 경사각들에 위치될 수 있다. 경사판(8)의 경사각의 증가 및 그에 따른 압축기(10)의 냉각 용량의 증가는 크랭크케이스 챔버(6)에 연통되는 배출 압력의 양을 감소시키기 위해 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류의 증가와 연관될 수 있다. 반대로, 경사판(8)의 경사각의 감소 및 그에 따른 압축기(10)의 냉각 용량의 감소는 크랭크케이스 챔버(6)에 연통되는 배출 압력의 양을 증가시키기 위해 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류의 감소와 연관될 수 있다. 따라서, 압축기(10)는 압축기(10)의 냉각 용량에 대응하는 경사판(8)의 경사각과 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류의 양 사이에서 실질적으로 선형 관계를 갖도록 구성될 수 있다. 그러나, 대안적으로 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 경사판(8)의 경사각과 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류 사이에 비선형 관계가 있을 수 있다. 비선형 관계는, 원하는 대로, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류에서의 증가가 경사판(8)의 경사각에서의 증가에 대응하고, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류에서의 감소가 경사판(8)의 경사각에서의 감소에 대응하는 관계를 여전히 활용할 수 있다.
또한, 상이한 압력들을 갖는 압축기(10)의 다양한 챔버들 사이의 연통을 제어 밸브(90)가 조절하는 방식에 따라, 제어 밸브(90)를 에너자이징하기 위해 사용되는 전류와 경사판(8)의 경사각 사이에 대안적인 또는 반대의 관계들이 존재할 수 있음을 추가로 이해한다. 예를 들어, 제어 밸브(90)는 대안적으로 Imin이 압축기(10)의 최대 냉각 용량에 대응하도록 구성될 수 있고, 여기서, 제어 밸브(90)가 전류 Imax로 에너자이징되는 경우, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류에서의 증가는 압축기(10)의 최소화된 냉각 용량이 달성될 때까지 압축기(10)의 냉각 용량이 연속적으로 감소되게 한다. 그러나, 이하, 최소화된 냉각 용량은 제어 밸브(90)가 동작 전류 Imin으로 에너자이징되는 것에 대응하고, 최대화된 냉각 용량은 제어 밸브(90)가 동작 전류 Imax로 에너자이징되는 것에 대응하고, 중간적 냉각 용량들은 Imin과 Imax 중간의 동작 전류들에 대응하는 것으로 가정한다.
제어 밸브(90)가 전기 코일 및 제어 밸브(90)의 동작과 연관된 통로에 대해 이동가능한 밸브 엘리먼트를 포함하는 것으로 일반적으로 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 전기 가동되는 컴포넌트의 작동에 대한 응답으로 경사판(8)의 경사각의 선택적 조절을 허용하는 전기 제어되는 밸브의 임의의 형태가 사용될 수 있음이 이해된다. 압축기(10) 내의 경사판(8)의 경사각을 제어하기에 적합한 전기 가동되는 제어 밸브의 대표적인 예는 Booth 등의 미국 특허 제 6,390,782 호, Pitla 등의 미국 특허 제 7,014,428 호, Ota 등의 미국 특허 제 8,292,596 호 및 Koyama 등의 미국 특허 출원 공보 제 2006/0083625 호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 이로써 그 전체가 본원에 참조로 통합된다.
이제 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡입 댐핑 디바이스(SDD)(20)는 후면 하우징(11)의 흡입 포트(5) 내에 배치된다. SDD(20)는 압축기(10)에 유입되는 냉매의 유동을 제어하도록 구성된다. SDD(20)는 일반적으로 스테이터(30) 및 스테이터(30)에 대해 회전가능한 로터(50)를 포함한다.
스테이터(30)는 원통형이고, 흡입 포트(5)를 통한 냉매의 유동 방향에 수직인 방향으로 연장되는 종방향 축을 포함한다. 스테이터(30)는 내부에 스테이터(30)를 수용하도록 구성된 실질적으로 원통형 중공 내부(32)를 포함한다. 스테이터(30)의 외측 표면(35)에 형성되는 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34)는 중공 내부(32)와 흡입 포트(5) 사이에 유체 연통을 제공한다. 제 1 개구(33)는 냉매의 유동 방향에 대해 흡입 포트(5)의 상류 부분과 대면하는 관계로 형성될 수 있는 한편, 제 2 개구(34)는 흡입 포트(5)의 하류 부분과 대면하는 관계로, 스테이터(30)의 외측 표면(35)의 직경 방향으로 대향하는 부분에 형성될 수 있다.
도 4를 참조하여 가장 잘 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 개구(33, 34) 각각은 스테이터(30)의 외측 표면(35)에 형성된 둘레 형상을 가질 수 있고, 개구(33, 34) 각각은 한 쌍의 대향하는 선형 에지(36) 및 한 쌍의 대향하는 아치형 에지(37)를 포함한다. 제 1 및 제 2 개구(33, 34)는 비제한적인 예로서, 날카로운 모서리를 가진 직사각형 형상, 둥근 직사각형 형상 또는 타원형 형상과 같은 대안적인 둘레 형상을 가질 수 있다. 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34)는 동일한 형상 및 크기를 가질 수 있거나 또는 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34)는 원하는대로 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 개구(33, 34) 각각의 단면 유동 영역은, 압축기(10)의 원하는 동작 모드에 기초하여, 냉매가 SDD(20)를 통과할 때 냉매의 유량 또는 압력 강하에 부정적으로 영향을 미치지 않고 냉매를 운반하도록 선택될 수 있다.
스테이터(30)의 제 1 단부(41)는 흡입 포트(5)의 일 측을 정의하는 후면 하우징(11)의 일부에 형성된 제 1 개구(43)에 수용되는 한편, 스테이터(30)의 제 2 단부(42)는 제 1 개구(43)에 직경 방향으로 대향하는 흡입 포트(5)를 정의하는 후면 하우징(11)의 일부에 형성된 제 2 개구(44)에 수용된다. 제 2 개구(44)는 흡입 포트(5)로부터 후면 하우징(11)을 통해 압축기(10)의 외측 표면까지 연장되어 SDD(20)로의 전기 컴포넌트의 접근을 제공할 수 있다.
스테이터(30)는 후면 하우징(11)의 일부 내에 수용되는 별개의 컴포넌트로서 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본원에 도시되고 설명된 바와 같이 스테이터(30)는 대신에 스테이터(30)의 구조에 따라 형성되는 후면 하우징(11)의 부분에 의해 형성될 수 있음을 이해해야 한다.
로터(50)는 실질적으로 원통형이고, 스테이터(30) 내에 회전가능하게 수용된다. 로터(50)는 스테이터(30)의 제 1 단부(41)에 인접하게 배치된 제 1 단부(53)로부터 스테이터(30)의 제 2 단부(42)에 인접하여 배치된 제 2 단부(54)까지 연장되는 본체(51)를 포함한다. 본체(51)에 비해 감소된 직경을 갖는 샤프트(55)는 본체(51)의 제 2 단부(54)로부터 축방향으로 연장된다. 샤프트(55)는, 냉매가 SDD(20)를 통과하는 경우 흡입 포트(5)를 통한 냉매의 유동 방향에 실질적으로 수직으로 배열되는 로터(50)의 회전축을 정의한다. 하나의 컴포넌트가 다른 컴포넌트에 대해 회전하도록 허용하기 위한 하나 이상의 베어링(미도시) 또는 유사한 메커니즘이 원하는대로 스테이터(30)와 로터(50) 사이의 계면에서 사용될 수 있다.
로터(50)의 본체(51)는 본체(51)의 일 측으로부터 이의 직경 방향으로 대향하는 측으로 연장되는 내부에 형성된 애퍼처(56)를 포함한다. 애퍼처(56)는 실질적으로 타원형 또는 둥근 직사각형 단면 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 대안적인 형상이 활용될 수 있다. 애퍼처(56)는 원하는대로 스테이터(30)에 형성된 제 1 및 제 2 개구(33, 34)에 대해 형상 및 크기에서 실질적으로 대응하도록 형상화되고 및 크기가 정해질 수 있다.
SDD(20)는 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 위치를 제어하도록 구성된 전자기 디바이스(61)에 의해 작동된다. 전자기 디바이스(61)는 제 1 전자기 컴포넌트(62) 및 제 2 전자기 컴포넌트(64)를 포함할 수 있다. 제 1 전자기 컴포넌트(62)는 로터(50)의 본체(51)의 제 2 단부(54)에 인접한 스테이터(30)의 중공 내부(32) 내에 배치될 수 있다. 제 1 전자기 컴포넌트(62)는 로터(50)의 샤프트(55)를 회전가능하게 수용하기 위한 중앙 개구를 갖는 환형 형상일 수 있다. 제 2 전자기 컴포넌트(64)는 로터(50)의 샤프트(55) 내에 배치될 수 있다. 제 1 전자기 컴포넌트(62)는 복수의 환형으로 배열되고 원주 방향으로 이격된 전자석을 포함할 수 있는 한편, 제 2 전자기 컴포넌트(64)는 로터(50)의 샤프트(55) 내의 복수의 환형으로 배열되고 원주 방향으로 이격된 영구 자석을 포함할 수 있다.
따라서, 제 1 전자기 컴포넌트(62) 및 제 2 전자기 컴포넌트(64)는, 제 1 전자기 컴포넌트(62)와 연관된 전자석 각각을 통과하는 전류의 선택적 제어에 의해, 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 위치를 정밀하게 제어하기 위해 전기 스테퍼 모터를 형성하도록 협력할 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 원하는대로, 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 위치를 정밀하게 제어하기에 적합한 대안적인 구성을 갖는 대안적인 전자기 디바이스(61)가 활용될 수 있음이 이해된다. 전자기 디바이스(61)는 대안적으로, 정밀한 회전 제어를 갖는 전기 작동 디바이스의 비제한적인 예로서 브러시리스(brushless) DC 모터 또는 서보(servo) 모터의 형태를 취할 수 있다.
전기 커넥터(38)는 스테이터(30)의 제 2 단부(42)로부터 연장된다. 전기 커넥터(38)는 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, SDD(20)의 전자기 디바이스(61)와 전원(95) 사이에 전기 통신을 제공한다. 전원(95)은 자동차와 연관된 임의의 전원일 수 있고, 전기 제어되는 제어 밸브(90)를 가동시키는 것과 연관된 동일한 전원일 수 있다. 전기 커넥터(38)는 또한 전자기 디바이스(61)와 제어기(96) 사이에 신호 통신을 제공한다. 제어기(96)는 전기 제어되는 SDD(20)를 배타적으로 동작시키도록 구성될 수 있거나 또는 제어기(96)는 제어 밸브(90) 및 전원(95)의 동적을 포함하는 자동차의 추가적인 컴포넌트의 동작과 연관될 수 있다. 도 5에 예시된 실시예에서, 전원(95)은, 제어기(96)가 제어 밸브(90) 및 SDD(20) 각각과 신호 통신하는 동안 제어 밸브(90) 및 SDD(20) 각각에 전력을 제공한다.
로터(50)는, SDD(20)를 통과하는 경우의 냉매에 대한 단면 유동 영역을 변경시키기 위해 스테이터(30)에 대해 복수의 회전 위치로 조절가능하다. 도 2는 완전 폐쇄 위치로 회전되는 경우의 로터(50)를 도시한다. 로터(50)의 완전 폐쇄 위치는 회전 위치인 본체(51)를 포함하며, 여기서 애퍼처(56)는 스테이터(30)에 형성된 제 1 개구(33) 또는 제 2 개구(34) 중 어느 하나와 대면하지 않는 관계에 있어서, 제 1 개구(33)와 제 2 개구(34) 사이의 유체 연통을 방해한다. 대신에, 애퍼처(56)는 제 1 개구(33)와 제 2 개구(34)의 중간에 형성된 스테이터(30)의 직경 방향으로 대향하는 부분과 대면하는 관계에 있는 한편, 애퍼처(56)가 없는 본체(51)의 직경 방향으로 대향하는 부분은 제 1 개구 (33) 및 제 2 개구(34)와 대면하는 관계에 있다. 이러한 구성은 압축기(10)의 흡입 포트(5)를 통한 그리고 흡입 챔버(15)로의 냉매의 유동을 차단한다. 따라서, 예시된 완전 폐쇄 위치는, 냉매의 유동을 요구하는 압축기(10)의 동작 동안 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 위치를 나타내지 않는 것으로 이해된다.
반대로, 도 3 및 도 4는 냉매가 최대 유량으로 압축기(10)에 진입할 수 있는 완전 개방 위치로 조절되는 경우의 로터(50)를 도시한다. 완전 개방 위치는, 애퍼처(56) 전체가 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34) 각각과 정렬되어, SDD(20)를 통한 냉매에 대한 최대 단면 유동 영역을 생성하는 회전 위치로 회전된 로터(50)를 포함한다.
로터(50)는 완전 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 중간에 복수의 상이한 회전 위치로 선택적으로 포지셔닝되도록 구성된다. 로터(50)가 도 2에 예시된 완전 폐쇄 위치로부터 멀리 회전됨에 따라, 애퍼처(56)의 점진적으로 증가하는 부분은 스테이터(30)의 제 1 개구(33)의 위치와 중첩되게 되어, 냉매가 제 1 개구(33)를 통해 애퍼처(56)에 진입할 수 있는 단면 유동 영역을 점진적으로 증가시킨다. 로터(50)의 회전축에 대한 개구(33, 34)의 대칭적인 배열로 인해, 제 2 개구(34)는 동시에 애퍼처(56)의 대향 단부의 위치와 점진적으로 중첩되게 되어, 냉매가 제 2 개구(34)를 통과하는 동안 애퍼처(56)를 빠져 나갈 수 있는 단면 유동 영역을 점진적으로 증가시킨다. 추가적으로, 애퍼처(56)의 측방향 단부 각각의 만곡된 형상은, 로터(50)의 본체(51)의 회전 동안 애퍼처(56)가 스테이터(30)의 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34) 각각과 점진적으로 정렬됨에 따라, 로터(50)의 회전 정도 당 단면 유동 영역에서 변화율을 변경시킨다.
제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34)는, 제 1 개구(33)와 애퍼처(56) 사이에 존재하는 단면 유동 영역이 제 2 개구(34)와 애퍼처(56) 사이에 존재하는 단면 유동 영역과 상이할 수 있는 방식으로 상이한 형상들 및 크기들을 포함할 수 있음이 이해된다. 이하, SDD(20)를 통한 단면 유동 영역에 대한 추가적 참조는, 애퍼처(56)와 제 1 개구(33) 사이에 존재하는 단면 유동 영역과, 애퍼처(56)와 제 2 개구(34) 사이에 존재하는 단면 유동 영역 중 더 작은 것을 참조하는데, 2개의 단면 유동 영역들 중 더 작은 것이 SDD(20)를 통한 냉매의 유량을 궁극적으로 제어하기 때문이다.
로터(50)의 회전 위치, 및 그에 따라 냉매가 SDD(20)를 통과하는 단면 유동 영역은 제어 밸브(90)를 에너자이징하기 위해 사용되는 전류의 양에 직접적으로 대응할 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 제어 밸브(90)가 최소화된 냉각 용량에 대응하는 전류 Imin으로 에너자이징되는 경우, SDD(20)는 그것을 통해 최소화된 단면 유동 영역을 갖도록 작동될 수 있다. 최소화된 단면 유동 영역은, SDD(20)가 완전 개방 위치에 있는 경우 SDD(20)를 통과하는 단면 유동 영역의 약 10%인 것으로 도 9에 도시되어 있지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 개방 퍼센티지들이 사용될 수 있다. 대조적으로, 제어 밸브(90)가 최대화된 냉각 용량에 대응하는 전류 Imax로 에너자이징되는 경우, SDD(20)는 이를 통한 냉매 유동을 위해 개방된 SDD(20)를 통해 가능한 단면 유동 영역의 100%에 대응하는 완전 개방 위치에 배치된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류와 SDD(20)가 개방되는 SDD(20)를 통한 최대 단면 유동 영역의 퍼센티지 사이에는 실질적으로 선형 관계가 있을 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류와 SDD(20)의 개방 퍼센티지 사이에 비선형 관계가 존재할 수 있음이 또한 이해된다. 비선형 관계는, 원하는 대로, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류에서의 증가가 SDD(20)의 개방 퍼센티지에서의 증가에 대응하고, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류에서의 감소가 SDD(20)의 개방 퍼센티지에서의 감소에 대응하는 관계를 여전히 활용할 수 있다.
도 10은 SDD(20)를 통한 단면 유동 영역을 조절하기 위한 제어 시스템의 개략적 표현을 예시한다. SDD(20)의 동작과 연관된 제어기(96)는 전자기 디바이스(61)와 신호 통신 상태에 있다. 제어기(96)는 전자기 디바이스(61)에 제어 신호들을 전송하는 것 및 전자기 디바이스(61)로부터의 피드백으로서 제어 신호들을 수신하는 것 둘 모두를 위해 구성된다. 그 다음, 전자기 디바이스(61)는 제어기(96)로부터 수신된 제어 신호들에 의해 규정된 바와 같이 SDD(20)의 로터(50)의 회전을 초래하도록 구성된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제어 밸브(90)를 에너자이징하기 위해 사용되는 전류의 양은 제어기(96)에 전달된다. 전류의 양은, 압축기(10)의 원하는 냉각 용량에 따라 제어 밸브(90)를 동작시키는데 필요한 전류의 양을 결정하는 것을 담당하는 자동차의 다른 제어기로부터의 제어 신호를 통해 제어기(96)에 전달될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전류의 양은 제어기(96)와 연관된 센서에 의해 감지될 수 있거나, 제어 밸브(90) 또는 그렇지 않으면 제어 밸브(90)의 동작과 연관된 제어기에 의해 제어기(96)에 전달될 수 있다. 제어기(96)는 대안적으로 자동차의 다양한 상이한 양상들을 제어하도록 구성될 수 있고, 자동차의 승객에 의해 제공되는 입력에 기초하여 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류의 양을 결정하는 것을 담당할 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류의 양을 제어기(96)에 전달하는 임의의 방법이 사용될 수 있음이 이해된다.
도 11은 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류에 기초하여 SDD(20)를 통한 단면 유동 영역을 조절하기 위해 사용되는 제어 로직의 일례를 예시한다. SDD(20)의 로터(50)의 순간적 회전 위치 및 제어 밸브(90)를 에너자이징하기 위해 사용되는 전류의 순간적 양은 단계(200)에서 제어기(96)에 알려진다. 단계(210)에서, 제어기(96)는, 자동차의 승객이 압축기(10)의 냉각 용량에서의 변경을 요청했는지 여부를 결정하기 위해 제어 시스템을 모니터링한다. 제어 시스템의 모니터링은, 압축기(10)의 냉각 용량에서의 증가가 요청되었다는 결정(단계(220)), 압축기(10)의 냉각 용량에서 어떠한 변경도 요청되지 않았다는 결정(단계(230)), 또는 압축기의 냉각 용량에서의 감소가 요청되었다는 결정(단계(240))을 포함할 수 있다.
단계(220)에서 표시된 바와 같이 냉각 용량의 증가가 요청되었다고 제어기(96)가 결정하면, 다음으로 제어기(96)는 단계(250)에서, 제어 밸브(90)가 이미 Imax에서 동작하고 있는지 여부를 결정한다. 제어 밸브(90)가 이미 Imax에서 동작하고 있다면, 제어기(96)는, 단계(260)에서 SDD(20)의 로터(50)의 회전 위치가 변경되지 않는다고 결정한다. 대안적으로, 단계(250)에서 평가된 경우 제어 밸브(90)가 Imax보다 아래의 전류에서 동작하고 있다면, 제어기(96)는 단계(270)에서 원하는 냉각 용량에 따라 제어 밸브(90)를 동작시키기 위해 요청된 전류에서의 증가의 양을 결정하고 기록한다. 다음으로, 단계(280)에서, 제어기(96)는, SDD(20)의 로터(50)가 SDD(20)를 통한 더 큰 유동을 표시하는 다른 회전 위치로 회전되어야 한다는 것을 표시하는 제어 신호를 전자기 디바이스(61)에 전송한다. 그 다음, SDD(20)의 로터(50)의 새로운 위치는 단계(290)에서 제어기(96)에 의해 기록된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 단계(230)에서 냉각 용량에서의 어떠한 변경도 요청되지 않았다는 결정 또는 단계(250)에서 제어 밸브(90)가 이미 Imax에서 동작하고 있다는 결정은 각각, 제어기(96)가 SDD(20)의 로터(50)의 회전 위치를 변경되지 않는 것으로 기록하는 것을 도출할 것이다.
대안적으로, 단계(240)에서 표시된 바와 같이 냉각 용량에서의 감소가 요청되었다고 제어기(96)가 결정하면, 다음으로 제어기(96)는 단계(300)에서, 제어 밸브(90)가 이미 Imin에서 동작하고 있는지 여부를 결정한다. 제어 밸브(90)가 이미 Imin에서 동작하고 있다면, 제어기(96)는, 단계(310)에서 SDD(20)의 로터(50)의 회전 위치가 변경되지 않는다고 결정하고, SDD(20)의 순간적 회전 위치는 단계(340)에서 기록된다. 대안적으로, 제어 밸브(90)가 Imin보다 위의 전류에서 동작하고 있다면, 제어기(96)는 단계(320)에서 원하는 냉각 용량에 따라 제어 밸브(90)를 동작시키기 위해 요청된 전류에서의 감소의 양을 결정하고 기록한다. 다음으로, 단계(330)에서, 제어기(96)는, SDD(20)의 로터(50)가 SDD(20)를 통한 더 적은 유동을 표시하는 다른 회전 위치로 회전되어야 한다는 것을 표시하는 제어 신호를 전자기 디바이스(61)에 전송한다. 그 다음, SDD(20)의 로터(50)의 새로운 위치는 단계(340)에서 제어기(96)에 의해 기록된다.
단계들(280 또는 330) 중 어느 하나에서 SDD(20)의 로터(50)의 리포지셔닝은 도 9에 예시된 바와 같이 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류와 SDD(20)의 개방 퍼센티지 사이에 존재하는 관계에 기초할 수 있으며, SDD(20)의 개방 퍼센티지는 SDD(20)의 로터(50)의 회전 위치, 스테이터(30)에 형성된 개구들(33, 34)의 형상 및 로터(50)에 형성된 애퍼처(56)의 형상과 관련된다. 이해해야 하는 바와 같이, 개구들(33, 34) 또는 애퍼처(56) 중 어느 하나의 형상은 스테이터(30)에 대해 상대적인 로터(50)의 회전 동안 애퍼처(56)와 개구들(33, 34) 사이에 존재하는 변화하는 중첩 레이트로 인해 SDD(20)를 통한 단면 유동 영역에서의 상이한 변화를 초래할 수 있다. 예를 들어, SDD(20)를 통한 단면 유동 영역에서의 변화율은 직선형 주위 형상을 갖는 애퍼처(56)의 그러한 부분들에 비해 곡선형 주위 형상을 갖는 애퍼처(56)의 그러한 부분들 사이에서 변할 것이다. 개구들(33, 34)과 애퍼처(56) 사이에 존재하는 중첩에서의 변화율의 변화는, 스테이터(30)에 대해 상대적인 로터(50)의 특정 회전 위치들에서 냉매가 SDD(20)를 통과하는 경우 흡입 압력 맥동들의 입사를 감소시키는 것과 같이 SDD(20) 또는 압축기(10)의 다양한 동작 조건들에 대해 더 일반적으로 제어하기 위해 활용될 수 있다.
제어기(96)는, 자동차의 승객이 원하는 냉각 용량을 선택하는 경우 제어 밸브(90)에 전달되는 전류의 양에 대한 결정에 기초하여, SDD(20)의 로터(50)의 적절한 회전 포지셔닝을 포함하는, 메모리에 저장된 룩업 테이블을 포함할 수 있다. 룩업 테이블은 SDD(20)를 통한 냉매의 원하는 유량을 달성하기 위해 제어 밸브(90)에 전달되는 주어진 전류에 대한 로터(50)의 원하는 회전 위치를 표시하는 데이터를 포함할 수 있다. 룩업 테이블은, Imin과 Imax를 포함하여 그 사이에서 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류의 각각의 값에 대해, SDD(20)의 원하는 개방 퍼센티지를 달성하기 위한 로터(50)의 원하는 회전 위치에 관한 정보를 포함한다. 예를 들어, 룩업 테이블은 제어 밸브(90)에 전달되는 전류와 SDD(20)의 개방 퍼센티지 사이에서 도 9에 제시된 관계에 대응하는 데이터를 포함할 수 있다. 하나의 비제한적인 예로서, 제어 밸브(90)에 전달되는 전류가 Imin과 Imax 사이의 차이의 1/2임을 표시하는 압축기(10)의 냉각 용량의 선택은, 로터(50)가 SDD(20)를 통해 약 55%의 개방 퍼센티지를 도출하도록 위치되는 것을 도출할 수 있다. 룩업 테이블은 대안적으로, 실험적으로 결정된 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 바람직한 회전 위치에 관한 데이터를 활용할 수 있다 데이터의 실험적 결정은 제어 밸브(90)에 전달되는 전류의 각각의 증분에 대해 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 위치를 조절하여, 각각의 테스트된 전류의 증분에 대해 어느 회전 위치가 압축기(10)의 원하는 동작 조건들에 최상으로 대응하는지를 결정하는 것을 포함할 수 있다
대안적으로, 제어기(96)는 SDD(20)의 원하는 개방 퍼센티지에 기초하여, 제어 밸브(90)에 전달되고 로터(50)의 적절한 회전 위치를 결정하기 위한 수식에 대한 입력 값으로서 제어기(96)에 전달되는 전류의 값을 활용하도록 프로그래밍될 수 있고, 수식은 도 9에 제시된 바와 같이 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류와 SDD(20)의 개방 퍼센티지 사이의 선형 관계를 활용할 수 있다. 수식은 대안적으로, 원하는 대로 앞서 간략하게 논의된 바와 같이, 제어 밸브(90)를 에너자이징하는 전류와 SDD(20)의 개방 퍼센티지 사이에 존재하는 비선형 관계를 도출할 수 있다.
사용 시에, 자동차의 승객은 압축기(10)를 통과하는 냉매의 압축을 요구하는 HVAC 시스템을 위한 동작 모드를 선택한다. 사용자 선택 동작 모드에 기초하여, 제어 밸브(90)는 크랭크케이스 챔버(6) 내의 크랭크케이스 압력을 제어하기 위해 원하는 위치로 전원에 의해 에너자이징되고, 그 다음, 크랭크케이스 챔버(6)는 사용자 선택 동작 모드에 대응하는 원하는 경사각으로 경사판(8)을 배치한다. 제어기(96)는 제어 밸브(90)에 전달되는 전류에 관한 정보를 수신하고, 도 11에서 기술된 바와 같이 SDD(20)의 로터(50)가 리포지셔닝될 필요가 있는지 여부의 결정을 행한다. 로터(50)의 리포지셔닝이 필요하다고 제어기(96)가 결정하면, 제어기(96)는, SDD(20)의 개방 퍼센티지와 제어 밸브(90)에 전달되는 전류 사이의 관계를 기술하는 룩업 테이블 또는 수식과 같은, 제어기(96)에 저장된 정보에 기초하여 로터(50)가 원하는 회전 위치로 회전되어야 함을 표시하는 제어 신호를 전자기 디바이스(61)에 전송한다.
예를 들어, 자동차의 승객은, 구동 샤프트(7)의 회전축에 수직으로 형성된 평면에 대한 최소 경사각을 갖는 경사판(8)에 의해 도출되는 대응하는 실린더 보어(12) 각각 내에서 피스톤(14) 각각의 스트로크의 최소 길이로 압축기(10)가 동작하는 동작 모드를 선택할 수 있다. 최소화된 스트로크 길이를 갖는 동작 모드의 선택은, 전원(95)이, 크랭크케이스 챔버(6) 내에서 원하는 크랭크케이스 압력을 달성하기 위해 전류 Imin으로 제어 밸브(90)의 코일을 에너자이징하는 것을 도출한다. 제어기(96)는, SDD(20)를 통한 냉매의 원하는 유량을 달성하기 위해, 메모리에 저장된 룩업 테이블 또는 수식을 활용하여 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 원하는 회전 위치를 결정한다. 제어기(96)는, 예를 들어, 제어 밸브(90)의 전기 코일을 통과하고 있는 전류 Imin이 스테이터(30)에 대해 로터(50)를, SDD(20)를 통한 최소 단면 유동 영역을 갖는 제 1 회전 위치로 회전시키는 것에 대응한다고 결정할 수 있다. 제 1 회전 위치는, 하나의 비제한적인 예로서, 로터(50)를 완전 폐쇄 위치로부터 약 10도만큼 떨어진 회전 위치로 회전시키는 동안, 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34) 각각에 노출되는 애퍼처(56)의 각각의 단부의 단면 유동 영역의 약 5 내지 10%를 포함할 수 있다. 제어기(96)는 제어 신호를 전자기 디바이스(61)에 전송하고, 전자기 디바이스(61)는 그에 따라, 제어기(96)의 메모리에 저장된 룩업 테이블 또는 수식에 의해 제공된 데이터에 따라 스테이터(30)에 대해 로터(50)를 리포지셔닝한다.
대안적인 예로서, 자동차의 승객은, 구동 샤프트(7)의 회전축에 수직으로 형성된 평면에 대한 최대 경사각을 갖는 경사판(8)에 의해 도출되는 대응하는 실린더 보어(12) 각각 내에서 피스톤(14)이 최대 스트로크 길이로 왕복운동하게 되는 동작 모드를 원할 수 있다. 최대화된 스트로크 길이를 갖는 동작 모드의 선택은, 전원(95)이, 크랭크케이스 챔버(6) 내에서 원하는 크랭크케이스 압력을 달성하기 위해 전류 Imax로 제어 밸브(90)의 코일을 에너자이징하는 것을 도출한다. 제어기(96)는, SDD(20)를 통한 냉매의 원하는 유량을 달성하기 위해, 메모리에 저장된 룩업 테이블을 활용하여 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 원하는 회전 위치를 결정한다. 제어기(96)는 예를 들어, 전류 Imax가 로터(50)를 제 2 회전 위치로 회전시키는 것에 대응한다고 결정할 수 있다. 제 2 회전 위치는, 로터(50)를 완전 개방 위치까지 회전시키는 동안, 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34) 각각에 노출되는 애퍼처(56)의 단면 유동 영역의 약 100%를 포함할 수 있다. 제어기(96)는 제어 신호를 전자기 디바이스(61)에 전송하고, 전자기 디바이스(61)는, 제어기(96)의 메모리에 저장된 룩업 테이블 또는 수식에 의해 제공된 데이터에 따라 스테이터(30)에 대해 로터(50)를 리포지셔닝한다.
제어기(96)의 룩업 테이블 또는 수식은, 대응하는 실린더 보어(12) 내에서 피스톤(14) 각각의 스트로크의 원하는 길이에 따라, SDD(20)를 통한 복수의 상이한 단면 유량을 달성하기 위해, 위에서 논의된 2 개의 위치 중간에서 로터(50)의 복수의 상이한 회전 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
제어기(96)는 또한 압축기(10)의 동작 동안 SDD(20)가 항상 원하는 위치에 있음을 보장하기 위해 활용될 수 있다. 예를 들어, 제어기(96)는 압축기(10) 및 SDD(20)의 각각의 사용 기간에 후속하여 로터(50)를 항상 특정된 위치, 예를 들어, 완전 개방 위치 또는 완전 폐쇄 위치로 리턴시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 압축기(10) 및 SDD(20)가 처음 활성화되는 경우 로터(50)의 회전 위치가 공지되고, 그에 따라 원하는 회전 위치에 도달하기 전에 로터(50)가 공지된 각 변위에 걸쳐 회전되게 된다. 대안적으로, 제어기(96)는 각각의 회전에 후속하여 로터(50)의 회전 위치에 관한 데이터를 저장하도록 구성될 수 있고, 그에 따라 임의의 후속 회전이 이전에 기록된 회전 위치에 대해 고려되게 한다. 그 결과, SDD(20)는 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 이동의 정밀하고 반복가능한 제어가 가능하다.
스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 위치에 기초하여 SDD(20)를 통한 냉매의 가변 단면 유동 영역은 로터(50) 또는 스테이터(30) 중 어느 하나의 구조의 다양한 수정에 의해 달성될 수 있음이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 예를 들어, 로터(50)의 애퍼처(56)는 대안적으로, 실질적으로 직선 에지를 포함하는 둘레를 포함할 수 있는 한편, 스테이터(30)의 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34)는 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 선택적 회전 동안 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34) 중 어느 하나와 애퍼처(56) 사이에 가변적 중첩을 초래하기에 적절한 곡선 에지를 포함하는 둘레를 포함할 수 있다.
전기 제어되는 제어 밸브를 통과하는 전류에 기초하여 SDD를 통한 단면 유동 영역을 결정하기 위해 스테이터에 대한 로터의 회전 운동을 활용하는 일반적인 개념은, 대안적으로 SDD를 통한 단면 유동 영역을 결정하기 위해 병진 운동을 활용하도록 적응될 수 있음을 추가로 이해해야 한다. 예를 들어, 하나의 컴포넌트로부터의 회전 운동을 다른 컴포넌트의 병진 운동으로 전달하기 위한 임의의 공지된 메커니즘을 사용하여, 로터의 회전 운동은 압축기의 흡입 포트를 가로질러 선택적으로 연장되는 슬라이딩 컴포넌트의 병진 운동으로 전달될 수 있다. 로터의 회전 위치가 제어됨에 따라, 냉매의 유동을 차단하기 위해 슬라이딩 컴포넌트가 압축기의 흡입 포트를 가로질러 연장되는 범위가 제어되고, 그에 따라 로터의 회전 위치에 기초한 SDD를 통한 가변적 단면 유동 영역을 생성한다.
스테이터(30)에 대한 로터(50)의 원하는 회전 위치는, 제어 밸브(90)의 전기적으로 에너지가 공급되는 컴포넌트를 통과하게 되는 전류의 함수로서 배타적으로 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 제어기(96)에 의해 모니터링될 수 있고 룩업 테이블에 저장된 데이터와 연관될 수 있는 압축기(10)의 다른 특성이 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 원하는 회전 위치의 결정에 이용될 수 있음을 추가로 이해해야 한다. 예를 들어, 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 위치는 흡입 챔버(15) 내의 흡입 압력, 배출 챔버(16) 내의 배출 압력 및 크랭크케이스 챔버(6) 내의 크랭크케이스 압력 중 하나 이상의 함수일 수 있고, 여기서 연관된 압력 값 각각은 경사판(8)의 경사각을 결정하기 위해 제어기(96)와 신호 통신하는 센서에 의해 모니터링된다. 대안적으로, 제어기(96)는 경사판(8)의 경사각을 직접 측정하도록 구성된 센서와 신호 통신할 수 있다. 로터(50)의 최종 포지셔닝이 압축기(10)의 일부 또는 압축기(10)의 동작과 연관된 임의의 컴포넌트의 상태를 표시하는 제어 신호에 기초하는 한, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이, 흡입 포트(5)에 진입하는 냉매의 원하는 유량에 관한 압축기(10)의 다양한 다른 특성이 압축기(10)의 각각의 선택된 동작 모드에 대해 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 원하는 회전 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
SDD(20)는 종래 기술의 흡입 댐핑 디바이스에 비해 몇몇 이점을 제공한다. 첫째로, SDD(20)를 통한 단면 유동 영역은 제어기(96)에 의해 공지되는 또는 모니터링되는 제어 밸브(90)의 상태에 기초하여 제어되어, SDD의 구성을 결정하기 위해 SDD에 다양한 상이한 압력을 통신하기 위한 압축기(10) 내의 추가적인 유동 통로 또는 메커니즘을 요구함이 없이, SDD(20)의 원하는 구성이 SDD(20)에 통신되게 한다. 둘째로, SDD(20)는 전기 제어되는 전자기 디바이스(61)의 사용에 의해 SDD를 통한 유동 영역의 반복가능하고 매우 정밀한 제어가 가능하다. 셋째로, 로터(50)가 냉매의 유동 방향에 수직인 축을 중심으로 회전하는 방식은 SDD(20)를 통한 최대 유동 영역이 달성되도록 허용하는데, 이는, 개구(33, 34) 및 애퍼처(56)가 원하는대로, 흡입 포트(5) 전체에 걸쳐 연장되도록 치수화될 수 있기 때문이다. 넷째로, 스테이터(30)에 대한 로터(50)의 회전 위치는 압축기(10)의 일부 내에서 경험되는 순간적 압력에 기초하여 선택적으로 리포지셔닝되는 플런저를 갖는 SDD와는 달리 압축기(10)의 사용 동안 고정될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터(150)를 예시한다. 로터(150)는 로터(50) 대신에, 도 2 내지 도 4에 예시된 스테이터(30)와 함께 사용될 수 있다. 로터(150)는 실질적으로 원통형이고, 제 1 단부(153)로부터 제 2 단부(154)까지 연장되는 본체(151)를 포함한다. 본체(151)에 비해 감소된 직경을 갖는 샤프트(155)는 본체(151)의 제 2 단부(154)로부터 축방향으로 연장된다. 샤프트(155)는, 냉매가 SDD(20)를 통과하는 경우 흡입 포트(5)를 통한 냉매의 유동 방향에 실질적으로 수직으로 배열되는 로터(150)의 회전축을 정의한다.
로터(50)의 본체(151)는 본체(151)의 일 측으로부터 본체(151)의 직경 방향으로 대향하는 측을 향하는 방향으로 연장되는, 내부에 형성된 오목부(156) 형태의 애퍼처를 포함한다. 오목부(156)는 원하는대로 로터(150)의 회전축을 넘어 하나의 측 표면으로부터 침투하는 로터(150)의 회전축에 수직으로 연장되는 방향에서 깊이를 포함할 수 있다.
오목부(156)는, 로터(150)가 스테이터(30)에 대해 회전될 때 SDD(20)를 통한 단면 유동 영역의 변화율이 로터(150)의 상이한 회전 위치에서 변화되는 곡선 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 오목부(156)는, 중앙에 위치된 오목 표면(157) 및 한 쌍의 측방향으로 위치된 볼록 표면(158)을 포함하여, 직선 에지 중 하나에 대한 오목부(156)의 프로파일의 가변적 기울기가 스테이터(30)의 제 1 개구(33) 또는 제 2 개구(34) 중 어느 하나의 둘레를 형성하는 것으로 도 6에 도시되어 있다. 오목부(156)의 프로파일의 기울기의 변화는, 로터(150)를 하나의 회전 위치로부터 다른 회전 위치로 리포지셔닝하는 경우 SDD(20)를 통한 냉매의 단면 유동 영역에서의 변화가 정밀하게 제어되도록 허용한다.
오목부(156)의 프로파일의 곡선 형상은, 냉매가 SDD(20)를 통과하는 경우 냉매의 음압 레벨을 최소화하거나 변경하도록 선택될 수 있다. 오목부(156)의 프로파일의 곡선 형상은, SDD(20)에 의해 경험되는 진동 주파수를 원하는대로 제어하기 위해 SDD(20)를 상이한 음압 주파수에 대해 "튜닝"하도록 추가로 선택될 수 있다. 예를 들어, 자동차의 HVAC 시스템의 임의의 부분, 특히 자동차의 승객실에서 흡입 맥동이 쉽게 들릴 수 있는 HVAC 시스템의 증발기의 공진 주파수와 유사한 음압 주파수를 생성하는 것을 회피하기 위해, SDD(20)를 특정 음압 주파수에 대해 튜닝하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 오목부(156)의 프로파일의 형상은 음압 진동의 진폭을 낮추는 것 뿐만 아니라 음압 진동이 발생하는 주파수를 변화시키는 것 둘 모두를 위해 선택될 수 있다.
로터(150)를 활용하는 SDD(120)는 로터(50)를 갖는 SDD(20)와 유사한 방식으로 동작한다. 로터(150)는, 로터(150)의 오목부(156)와 스테이터(30)의 제 1 개구(33) 및 제 2 개구(34) 각각 사이의 중첩이 변경되게 하기 위해, 전자기 디바이스(61)에 의해 스테이터(30)에 대한 복수의 상이한 회전 위치로 회전되고, 그에 따라, 냉매를 통과시키기 위한 SDD(120)에 걸쳐 변하는 단면 유동 영역을 생성한다. 스테이터(30)에 대한 로터(150)의 회전 위치는 제어기(96)의 메모리에 저장된 룩업 테이블을 참조하여 제어기(96)에 의해 유사하게 제어된다.
전술한 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 본질적인 특성들을 쉽게 확인할 수 있고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이, 본 발명을 다양한 용도들 및 상태들에 적응시키기 위해 다양한 변경 및 수정을 행할 수 있다.

Claims (20)

  1. 가변 변위 압축기를 위한 흡입 댐핑 디바이스로서,
    회전축을 갖는 로터, 상기 회전축을 가로지르는 방향으로 상기 로터를 통해 연장되는 애퍼처를 포함하고, 상기 로터의 회전축을 중심으로 한 선택적 회전은 상기 로터의 상기 애퍼처를 통한 유체의 유동을 제어하는,
    흡입 댐핑 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터를 내부에 회전가능하게 수용하도록 구성되는 내부를 갖는 스테이터를 더 포함하고, 상기 스테이터에 형성된 적어도 하나의 개구는 상기 스테이터의 상기 내부로의 유체 접근을 제공하는,
    흡입 댐핑 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전축을 중심으로 한 상기 로터의 선택적 회전은 상기 로터의 애퍼처와 상기 스테이터의 상기 적어도 하나의 개구 사이에 존재하는 중첩을 변경시키는,
    흡입 댐핑 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전축을 중심으로 상기 로터를 선택적으로 회전시키는 전자기 디바이스를 더 포함하는,
    흡입 댐핑 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터의 애퍼처는 상기 로터의 제 1 측으로부터 상기 로터의 제 2 측으로 연장되는 개구인,
    흡입 댐핑 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터의 애퍼처는 상기 회전축을 향해 방사상으로 내측으로 연장되는 상기 로터의 외측 표면에 형성된 오목부인,
    흡입 댐핑 디바이스.
  7. 가변 변위 압축기로서,
    가변 변위 압축기의 경사판의 경사각을 선택적으로 제어하도록 구성되는 전기 제어되는 밸브; 및
    회전축을 갖는 로터, 상기 회전축을 가로지르는 방향으로 상기 로터를 통해 연장되는 애퍼처를 포함하는 흡입 댐핑 디바이스를 포함하고,
    상기 로터는 상기 로터의 상기 애퍼처를 통한 유체의 유동을 제어하기 위해 상기 전기 제어되는 밸브의 상태에 기초하여 상기 회전축을 중심으로 선택적으로 회전되는,
    가변 변위 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기 제어되는 밸브의 조건은 상기 전기 제어되는 밸브를 에너자이징하는 전류의 값인,
    가변 변위 압축기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 흡입 댐핑 디바이스와 신호 통신하는 제어기는, 상기 전기 제어되는 밸브를 에너자이징하는 전류의 값에 기초하여, 상기 흡입 댐핑 디바이스를 통과하는 유체에 대한 유동 영역을 변경하도록 상기 로터를 선택적으로 회전시키는,
    가변 변위 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 전기 제어되는 밸브를 에너자이징하는 전류의 값에 기초하여 상기 로터의 회전 위치를 결정하기 위해 상기 제어기의 메모리에 저장된 정보를 포함하는,
    가변 변위 압축기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전기 제어되는 밸브를 에너자이징하는 전류의 값에서의 증가는, 상기 제어기가 상기 로터를 회전 위치까지 회전시키게 하여, 상기 흡입 댐핑 디바이스를 통과하는 상기 유체에 대한 유동 영역에서의 증가를 도출하고, 상기 전기 제어되는 밸브를 에너자이징하는 전류의 값에서의 감소는, 상기 제어기가 상기 로터를 회전 위치까지 회전시키게 하여, 상기 흡입 댐핑 디바이스를 통과하는 상기 유체에 대한 유동 영역에서의 감소를 도출하는,
    가변 변위 압축기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전 축을 중심으로 상기 로터를 선택적으로 회전시키기 위한 전자기 디바이스 및 상기 로터를 회전가능하게 수용하는 스테이터를 더 포함하고, 상기 전자기 디바이스는 상기 로터 내에 배치되는 제 1 전자기 컴포넌트를 포함하고, 상기 스테이터는 상기 제 1 전가지 컴포넌트에 인접하게 배치되는 제 2 전자기 컴포넌트를 포함하는,
    가변 변위 압축기.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 로터를 회전가능하게 수용하는 내부를 갖는 스테이터를 더 포함하고,
    상기 스테이터에 형성된 적어도 하나의 개구는 상기 스테이터의 내부로의 유체 액세스를 제공하고,
    상기 로터의 상기 회전 축을 중심으로 한 선택적 회전은 상기 로터의 애퍼처와 상기 스테이터의 적어도 하나의 개구 사이에 존재하는 중첩을 변경하여, 상기 흡입 댐핑 디바이스를 통과하는 상기 유체에 대한 유동 영역을 변경하는,
    가변 변위 압축기.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡입 댐핑 디바이스는 상기 가변 변위 압축기의 흡입 포트에 배치되고, 상기 로터의 회전축은 상기 로터의 애퍼처를 통한 유체의 유동 방향을 가로질러 배열되는,
    가변 변위 압축기.
  15. 가변 변위 압축기의 흡입 댐핑 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    회전축을 갖는 로터를 포함하는 흡입 댐핑 디바이스를 제공하는 단계 ―회전축을 가로지르는 방향으로 로터를 통해 애퍼처가 연장됨―; 및
    상기 흡입 댐핑 디바이스를 통한 유체의 유동을 제어하기 위해, 가변 변위 압축기의 전기 제어되는 밸브의 조건에 기초하여, 로터의 회전축을 중심으로 로터를 선택적으로 회전시키는 단계를 포함하는,
    흡입 댐핑 디바이스를 동작시키는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전기 제어되는 밸브의 상태는 상기 가변 변위 압축기의 상기 경사판을 원하는 경사각으로 포지셔닝하기 위해 상기 전기 제어되는 밸브에 에너지를 공급하는 전류의 값인,
    흡입 댐핑 디바이스를 동작시키는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 흡입 댐핑 디바이스와 신호 통신하는 제어기는, 상기 전기 제어되는 밸브를 에너자이징하는 전류의 값에 기초하여, 상기 흡입 댐핑 디바이스를 통과하는 유체에 대한 유동 영역을 변경하도록 상기 로터를 선택적으로 회전시키는,
    흡입 댐핑 디바이스를 동작시키는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 전기 제어되는 밸브를 에너자이징하는 전류의 값에 기초하여 상기 로터의 회전 위치를 결정하기 위해 상기 제어기의 메모리에 저장된 정보를 포함하는,
    흡입 댐핑 디바이스를 동작시키는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 흡입 댐핑 디바이스는 내부에 개구가 형성된 스테이터를 더 포함하고, 상기 회전축을 중심으로 한 상기 로터의 선택적 회전은 상기 로터의 상기 애퍼처를 통한 유체의 유동을 제어하기 위해 상기 로터의 상기 애퍼처와 상기 스테이터의 개구 사이에 형성된 중첩을 변경시키는,
    흡입 댐핑 디바이스를 동작시키는 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 회전축을 중심으로 상기 로터를 선택적으로 회전시키기 위한 전자기 디바이스를 더 포함하고, 상기 전자기 디바이스와 신호 통신하는 제어기는 상기 전기 제어되는 밸브의 조건에 기초하여 상기 회전 축을 중심으로 한 상기 로터의 선택적 회전을 결정하는,
    흡입 댐핑 디바이스를 동작시키는 방법.
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