KR20190104774A - 전동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전동식 압축기는, 메인 프레임 및 회전축을 수용하는 케이싱; 상기 회전축을 회전시키는 구동 유닛; 및 상기 케이싱과 고정되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 일 측이 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동되는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 메인 프레임은, 상기 제2 스크롤을 타 측에서 가압하는 유체를 수용하는 배압공간을 형성하고, 상기 회전축을 감싸도록 이루어지는 축수부; 상기 배압공간을 밀폐하도록 상기 축수부와 회전축 사이에 삽입되는 샤프트 씰; 및 상기 샤프트 씰을 상기 축수부에 고정시키도록, 상기 샤프트 씰 및 축수부에 각각 지지되는 고정 부재를 포함한다. 이에 의하면, 샤프트 씰의 마찰 면 관리가 용이해지고, 효율이 향상될 수 있다.

Description

전동식 압축기{MOTOR-OPERATED COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 차량에 적용되는 전동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 공조시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔으며, 최근 자동차 부품의 전장화 추세에 따라 모터를 이용하여 전기로 구동되는 전동식 압축기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

전동식 압축기는 여러 압축 방식 중에서 고압축비 운전에 적합한 스크롤 압축 방식이 주로 적용되고 있다. 이러한 스크롤 방식의 전동식 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부에 회전모터로 된 모터부가 설치되고, 모터부의 일측에 고정 스크롤과 선회 스크롤로 이루어진 압축부가 설치된다. 그리고, 모터부와 압축부는 회전축으로 연결되어 모터부의 회전력이 압축부로 전달된다. 압축부로 전달되는 회전력은 선회 스크롤을 고정 스크롤에 대해 선회 운동시켜, 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 2개 한 쌍의 압축실을 형성하며, 냉매를 양쪽 압축실로 각각 흡입시켜 압축하고 동시에 토출하게 된다.

스크롤 압축 방식에 있어서, 선회 스크롤을 고정 스크롤에 밀착시키도록 가압하여 압축실의 밀폐 상태를 유지하는 배압공간이 형성된다. 통상적으로 배압공간은, 중간압실 또는 토출압실과 연통되도록 형성된다. 이에 따라, 배압공간에는 중간압 또는 토출압의 냉매가 수용되어 선회 스크롤을 고정 스크롤을 향하는 방향으로 가압하게 된다.

한편, 배압공간에 적정 압력을 유지시키기 위해 배압공간을 밀폐하는 씰 구조물들이 장착될 수 있다. 특히, 회전축과 프레임 사이 공간으로의 냉매의 누설을 억제하는 샤프트 씰이 회전축과 프레임에 각각 접촉되도록 장착될 수 있다.

통상적으로 샤프트 씰은 프레임에 대해서는 고정되고 회전축에 대해서는 상대 회전되는 것은 목표로 설계된다. 샤프트 씰이 프레임 및 회전축과 각각 접촉되는 접촉 면적을 서로 다르게 함으로써, 샤프트 씰이 회전축과 함께 회전되는 것을 방지하고자 한다.

다만, 위와 같은 설계에도 불구하고, 압축기의 구동 시 샤프트 씰은 회전축과 함께 간헐적으로 회전되는 현상(stick-slip)이 발생될 수 있다. 샤프트 씰이 회전축과 함께 회전되면, 기계 효율이 저하될 수 있고 프레임과 샤프트 씰 사이의 마찰면이 훼손될 수 있다.

이에, 배압공간의 냉매가 회전축과 프레임 사이로 누설되는 것을 방지하는 샤프트 씰이 압축기 구동 시 프레임에 고정되어 있는 것을 보장할 수 있는 씰 구조물의 설계가 요구된다. 특히, 새로이 부가되는 부품이 있다면 그 조립 편의성이 확보되거나, 부품이 추가되지 않고 샤프트 씰이 고정될 수 있는 구조가 도출되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 목적은, 회전축이나 프레임과 접촉되어 배압공간을 밀폐시키는 샤프트 씰이 프레임에 고정되도록 이루어지는 전동식 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 하나의 부재에 의해 샤프트 씰을 프레임에 고정시키면서 회전축을 회전 가능하게 지지할 수 있도록 구성되는 전동식 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전동식 압축기는, 메인 프레임 및 회전축을 수용하는 케이싱; 상기 회전축을 회전시키는 구동 유닛; 및 상기 케이싱과 고정되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 일 측이 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동되는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 메인 프레임은, 상기 제2 스크롤을 타 측에서 가압하는 유체를 수용하는 배압공간을 형성하고, 상기 회전축을 감싸도록 이루어지는 축수부; 상기 배압공간을 밀폐하도록 상기 축수부와 회전축 사이에 삽입되는 샤프트 씰; 및 상기 샤프트 씰의 회전을 방지하도록 상기 샤프트 씰 및 축수부에 각각 지지되는 고정 부재를 포함한다.

상기 샤프트 씰은, 상기 회전축의 외주면을 감싸도록 연장되는 씰링부; 및 상기 씰링부의 외주면에서 상기 회전축의 반경 방향으로 돌출되도록 형성되어 상기 고정 부재에 의해 지지되는 날개부를 구비할 수 있다.

상기 고정 부재는, 상기 회전축의 축방향으로 상기 날개부에 접촉 및 가압되도록 이루어지는 누름부; 및 상기 축수부의 내주면에 접촉 및 고정되도록 이루어지는 고정부를 구비할 수 있다.

상기 고정 부재는 상기 날개부를 상기 회전축의 축방향으로 지지하고, 상기 축수부는, 상기 고정 부재에 의해 지지되는 방향의 반대 방향으로 상기 날개부를 지지하도록 단차지게 형성되는 안착부분을 구비할 수 있다.

상기 고정부는 상기 회전축을 중심으로 회전되어 상기 축수부의 내주면에 나사 결합되도록 형성되어, 상기 고정 부재가 상기 축수부에 나사 결합 시 상기 누름부가 상기 날개부를 가압하도록 이루어질 수 있다.

상기 씰링부는, 상기 회전축의 외주면에 접촉되는 슬라이딩부분; 및 상기 슬라이딩부분과 상기 날개부를 서로 연결하고, 상기 배압공간을 향하여 개방된 씰링 홈을 형성하도록 벤딩되는 연결부분을 구비할 수 있다.

상기 슬라이딩부분이 상기 회전축의 외주면에 접촉되는 면적은 상기 날개부가 상기 축수부에 접촉되는 면적보다 작게 형성될 수 있다.

상기 누름부와 상기 날개부 사이의 마찰력은 상기 씰링부와 상기 회전축의 외주면 사이의 마찰력보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전동식 압축기는, 메인 프레임 및 회전축을 수용하는 케이싱; 상기 회전축을 회전시키는 구동 유닛; 및 상기 케이싱과 고정되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 일 측이 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동되는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 메인 프레임은, 상기 제2 스크롤을 타 측에서 가압하는 유체를 수용하는 배압공간을 형성하고, 상기 회전축을 감싸도록 이루어지는 축수부; 상기 배압공간을 밀폐하도록 상기 축수부와 회전축 사이에 삽입되는 샤프트 씰; 및 상기 샤프트 씰을 상기 축수부에 고정시키도록, 상기 샤프트 씰 및 축수부에 각각 지지되는 고정 부재를 포함하고, 상기 고정 부재는, 내주면이 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 원통형으로 연장되는 베어링부; 및 상기 샤프트 씰을 상기 회전축의 축방향으로 가압하도록 상기 베어링부의 단부면에 형성되는 누름부를 구비한다.

상기 회전축은, 회전축의 축방향으로 상기 샤프트 씰의 일부를 오버랩하도록 상기 회전축의 외주면에서 돌출되어 상기 베어링부에 지지되는 돌출부를 구비할 수 있다.

상기 샤프트 씰은, 상기 회전축의 외주면을 감싸도록 연장되고 상기 돌출부에 의해 상기 회전축의 축방향으로 오버랩되도록 위치되는 씰링부를 구비하고, 상기 씰링부는, 상기 돌출부의 단부면에 상기 회전축의 축방향으로 지지되도록 연장되는 연장부분을 구비할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전동식 압축기는, 회전축을 회전 가능하게 지지하는 메인 프레임; 상기 회전축을 회전시키는 구동 유닛; 및 상기 메인 프레임과 고정되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 일 측이 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동되는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 메인 프레임은, 상기 제2 스크롤을 타 측에서 가압하는 유체를 수용하는 배압공간을 형성하고, 상기 회전축을 감싸도록 이루어지는 축수부; 및 상기 배압공간을 밀폐하도록 상기 축수부와 회전축 사이에 삽입되고, 상기 회전축의 외주면에는 슬라이딩 가능하게 지지되고 상기 축수부에는 고정되도록 지지되는 샤프트 씰을 포함한다.

이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 고정 부재에 의해 샤프트 씰 및 축수부가 지지됨으로써, 압축기 구동에 따른 회전축의 회전 시 샤프트 씰이 메인 프레임에 고정될 수 있다. 이에 따라, 회전축과 함께 샤프트 씰이 회전되는 현상이 억제될 수 있어 기계 효율이 향상될 수 있다. 또한, 샤프트 씰에 의해 그보다 연질인 메인 프레임이 마모되는 현상이 억제되어 내구성 및 신뢰성이 향상될 수 있다. 아울러, 회전축과 슬라이딩되는 샤프트 씰의 일 면에 대해서만 공차 관리가 이루어질 수 있어 가공 편의성이 향상될 수 있다.

본 발명은 고정 부재가 샤프트 씰을 지지하면서 회전축을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링 역할을 수행할 수 있다. 샤프트 씰의 회전을 억제하여 달성될 수 있는 효과와 함께, 고정 부재의 부가에 따른 부품 수 및 제작 비용의 증가가 최소화될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기를 보인 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도.
도 3은 도 2에 도시된 샤프트 씰 및 고정 부재의 일부를 보인 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 압축기를 보인 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 영역 B의 확대도.
도 6은 도 5에 도시된 샤프트 씰 및 고정 부재의 일부를 보인 분해 사시도.

이하, 본 발명에 관련된 전동식 압축기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

서로 다른 실시예라고 하더라도, 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예들을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에 따른 전동식 압축기는 두 개의 스크롤이 맞물려 냉매를 압축하도록 이루어지는 스크롤 압축기일 수 있다. 본 발명에 따른 전동식 압축기는 작동 유체로 냉매를 흡입하여 압축하는 냉동 사이클 장치의 일 구성요소가 될 수 있다. 본 실시예에서는 R-134a를 작동 유체로 사용하는 전동식 스크롤 압축기를 예로 들어 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기(100)를 보인 단면도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기(100)는, 케이싱(101), 메인 프레임(102), 구동 유닛(103) 및 압축 유닛(104)을 포함한다. 이들의 전체적인 위치 관계는, 예를 들면, 케이싱(101)의 내벽 중간에 메인 프레임(102)이 고정되고, 메인 프레임(102)의 일 측(전방)에는 구동력을 발생시키는 구동 유닛(103)이 설치될 수 있다. 그리고, 메인 프레임(102)의 타 측(후방)에는 구동 유닛(103)의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축 유닛(104)이 설치될 수 있다.

아울러, 케이싱(101)의 외부에는 압축기의 운전을 제어하는 인버터 모듈(미도시)이 설치될 수 있다. 인버터 모듈은 구동 유닛(103)을 기준으로 압축 유닛(104)의 반대편에 위치될 수 있다.

도 1에 보인 것처럼 케이싱(101)은 프론트 커버(111)와 리어 커버(112)를 구비할 수 있다. 프론트 커버(111)는 후방이 개구되는 원통형으로 이루어지며, 내부에 흡입공간(S1)을 형성하고 구동 유닛(103)을 수용하도록 이루어질 수 있다. 리어 커버(112)는 론트 커버(111)의 후방을 덮도록 결합될 수 있다. 리어 커버(112)는 전방이 개구되는 원통형으로 이루어지고 압축 유닛(104)을 수용하도록 형성될 수 있다.

여기서, 흡입공간(S1)은 내부에 수용되는 구동 유닛(103)에 의해 제1 공간(S11)과 제2 공간(S12)으로 분리될 수 있다. 제1 공간(S11)과 제2 공간(S12)은 구동 유닛(103)에 구비되는 스테이터(131)의 외주면과 프론트 커버(111)의 내주면 사이에 형성되는 복수 개의 연통유로(113)를 통해 서로 연통될 수 있다. 냉매는 프론트 커버(111) 측의 제1 공간(S11)으로 흡입되었다가 구동 유닛(103)을 통과하여 메인 프레임(102) 측의 제2 공간(S12)으로 이동하게 된다.

프론트 커버(111)에는 흡입관이 연결되어 냉매를 흡입공간(S1)으로 유입시키는 흡입구(114)가 형성될 수 있다. 흡입구(114)는 구동 유닛(103)을 기준으로 압축 유닛(104)의 반대편인 구동 유닛(103)의 전방 단부에 위치하도록 형성될 수 있다. 이로써, 냉매는 흡입구(114)를 통해 케이싱(101) 내부로 유입되고, 구동 유닛(103)을 전방 측에서 후방 측으로 통과한 후에 압축 유닛(104)으로 흡입될 수 있다.

아울러, 리어 커버(112)에는 압축 유닛(104)에서 압축된 냉매를 냉동 사이클로 안내하도록 토출관이 연결되는 토출구(115)가 형성될 수 있다. 리어 커버(112)의 내부에는 압축 유닛(104)이 장착될 수 있고, 압축 유닛(104)의 후방에는 토출구(115)와 연통되는 토출공간(S2)이 구비될 수 있다. 토출공간(S2)으로부터 토출구(115)로 연결되는 경로에는 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리부(116)가 형성될 수 있다.

구동 유닛(103)은 스테이터(131) 및 로터(132)를 포함하며, 회전축(135)을 구동시키는 역할을 수행한다. 본 실시예에서, 스테이터(131)는 프론트 커버(111)의 내주면에 고정되고 내부에 원통형의 공간을 형성하도록 환형으로 이루어질 수 있다. 스테이터(131)의 내부 공간에는 로터(132)가 스테이터(131)와 이격되도록 배치될 수 있다. 로터(132)는 대략 원통형으로 이루어질 수 있고, 그 중심에는 회전축(135)이 결합될 수 있다. 구동 유닛(103)에 전원이 공급되면, 스테이터(131)와 로터(132)의 상호 작용에 의해 로터(132) 및 회전축(135)이 함께 회전될 수 있다.

회전축(135)은 메인 프레임(102)에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 도시된 것과 같이, 회전축(135)은 프론트 커버(111) 내에 수용될 수 있고, 회전축(135)의 전방 단부는 프론트 커버(111)의 내면에 장착되는 서브 베어링(162)에 의해 반경 방향으로 지지될 수 있다. 아울러, 회전축(135)의 후방 측은 메인 프레임(102)에 장착되는 메인 베어링(161)에 의해 반경 방향으로 지지될 수 있다. 회전축(135)은 로터(132)와 결합되어 구동 유닛(103)에 의해 발생되는 회전력을 전달받을 수 있다.

압축 유닛(104)은 고정 스크롤인 제1 스크롤(140)과, 선회 스크롤인 제2 스크롤(150)을 포함할 수 있다. 제2 스크롤(150)은 구동 유닛(103)의 로터(132)에 결합된 회전축(135)에 편심 결합되어 제1 스크롤(140)에 대해 선회 운동을 하면서 제1 스크롤(140)과 함께 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하게 된다.

제1 스크롤(140)은 원판형으로 이루어지는 고정측 경판부(141)와, 고정측 경판부(141)의 일 측면에 메인 프레임(102)을 향해 돌출되는 고정측 측벽부(142)를 구비할 수 있다. 고정측 경판부(141)의 중심부에는 후술할 선회랩(152)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 고정랩(143)이 돌출 형성된다.

그리고, 고정측 경판부(141)의 가장자리에는 케이싱(101)의 흡입공간(S1)과 연통되는 흡입구(미도시)가 형성되며, 고정측 경판부(141)의 중앙에는 최종 압축실에서 토출공간(S2)으로 연통되는 토출구멍이 형성될 수 있다.

제2 스크롤(150)은 원판모양으로 선회측 경판부(151)가 형성되고, 선회측 경판부(151)의 일 측면에는 고정측 경판부(141)를 향해 돌출되어 고정랩(143)과 맞물리는 선회랩(152)이 형성된다. 아울러, 선회측 경판부(151)의 타 측면은 편심 베어링(163) 및 밸런스 웨이트(136)를 사이에 두고 회전축(135)과 결합되어 회전력을 전달받을 수 있다. 여기서 밸런스 웨이트(136)는, 제2 스크롤(150)의 편심된 운동에 따른 불균형을 보상하도록 기능할 수 있다.

한편, 메인 프레임(102)은 몸체부(121) 및 축수부(122)를 구비할 수 있다. 몸체부(121)는 대략 원판 모양으로 형성되고, 몸체부(121)의 외주부는 제1 스크롤(140)의 고정측 측벽부(142) 및 케이싱(101)의 내면에 결합되어 지지될 수 있다. 축수부(122)는 메인 베어링(161)을 통하여 회전축(135)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 축수부(122)는 몸체부(121)의 중심부에서 회전축(135)의 외주면을 감싸도록 이루어질 수 있고, 축수부(122)에 메인 베어링(161)이 결합될 수 있다.

아울러, 본 실시예의 메인 프레임(102)은 스러스트 플레이트(123) 및 배압공간(124)을 더 구비할 수 있다. 스러스트 플레이트(123)는 메인 프레임(102)이 제2 스크롤(150)과 마주보는 면에 결합될 수 있고, 제2 스크롤(150)과 접촉되는 스러스트면(123a)을 형성할 수 있다.

배압공간(124)은, 수용되는 냉매 또는 오일의 압력에 의해 제2 스크롤(150)을 지지하여, 제1 스크롤(140)과 제2 스크롤(150) 사이에 형성되는 압축실(P)의 밀폐를 보장하는 역할을 수행할 수 있다. 배압공간(124)은, 도시된 것과 같이, 축수부(122)에서 중심 부분의 제2 스크롤(150)을 바라보는 면이 리세스됨에 따라 형성될 수 있다. 배압공간(124)은 앞서 설명한 오일분리부(116)에서 분리되는 오일이 저장되는 회수공간(미도시)과 연통됨으로써, 고압의 오일이 공급되어 제2 스크롤(150)을 가압할 수 있는 압력을 형성할 수 있다. 배압공간(124)과 회수공간은 리어 커버(112), 제1 스크롤(140) 및 메인 프레임(102)을 관통하도록 형성되는 배압유로(117)에 의해 연통될 수 있다. 배압공간(124)에는 앞서 설명한 메인 베어링161)이 고정되도록 설치되고, 또한, 밸런스 웨이트(136)가 수용되어 회전될 수 있다.

나아가, 메인 프레임(102)은 배압공간(124)의 밀폐를 위하여 스러스트 씰(125) 및 샤프트 씰(126)을 구비할 수 있다. 스러스트 씰(125)은 스러스트면(123a)과, 스러스트 플레이트(123)와 몸체부(121) 사이에 각각 개재될 수 있다. 스러스트 씰(125)은, 회전축(135) 또는 그 중심축의 연장선을 기준으로 원주 방향으로 연장되는 링 형상으로 이루어지는 홈과, 그 홈에 삽입되는 링 부재, 예를 들면 오링(O-ring)으로 이루어질 수 있다.

샤프트 씰(126)은 축수부(122)와 회전축(135) 사이에 개재되어, 배압공간(124)의 유체가 회전축(135)과 축수부(122) 사이로 유출되는 것을 제한하도록 기능할 수 있다. 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)에 구비되는 샤프트 씰(126)의 구체적인 구조 및 기능에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 메인 프레임(102)과 선회측 경판부(151) 사이에는 자전 방지를 위하여 복수 개의 핀(171) 및 리세스 링(172)이 설치될 수 있다. 본 실시예에서는, 제2 스크롤(150)의 선회측 경판부(151) 표면에서 리세스되는 복수 개의 공간 내에 환형의 리세스 링(172)들이 각각 삽입될 수 있다. 그리고, 스러스트 플레이트(123)를 관통하여 몸체부(121)에 고정되는 복수 개의 핀(171)이 리세스 링(172)의 내부에 안착되도록 이루어지고, 리세스 링(172)의 내주면과 슬라이딩될 수 있다. 회전축(135)의 회전력이 제2 스크롤(150)에 전달되면, 핀(171) 및 리세스 링(172)에 의해 제2 스크롤(150)은 회전이 방지되면서 제1 스크롤(140)에 대해 선회 운동될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)는 다음과 같이 동작된다.

먼저, 구동 유닛(103)에 전원이 인가되면, 회전축(135)이 구동 유닛(103)의 로터(132)와 함께 회전을 하면서 제2 스크롤(150)에 회전력을 전달하게 된다. 그러면, 회전축(135)과 편심되게 연결된 제2 스크롤(150)은 핀(171) 및 리세스 링(172)에 의해, 편심된 거리만큼 선회 운동을 하게 되고, 압축실(P)은 회전축(135)의 반경 방향으로 중심 측을 향해 지속적으로 이동되면서 체적이 감소하게 된다.

이에 따라, 냉매는 흡입구(114)를 통해 제1 공간(S11)으로 유입된다. 제1 공간(S11)으로 유입된 냉매는 연통유로(113) 또는 스테이터(131)와 로터(132) 사이의 공극을 통과하여 제2 공간(S12)으로 흘러간다. 이때, 냉매는 스테이터(131) 및 로터(132)의 냉각을 수행할 수 있다.

이후, 압축실(P)로 흡입된 냉매는 압축실(P)의 이동 경로를 따라 중심 측으로 이동되면서 압축되고, 토출구멍을 통해 제1 스크롤(140)과 리어 커버(112) 사이에 형성된 토출공간(S2)으로 토출된다.

토출공간(S2)으로 토출된 냉매는, 토출공간(S2)에서 오일이 분리되거나 또는 오일분리부(116)를 통과하면서 오일 성분이 분리되고, 냉매는 토출구(115)를 통해 냉동 사이클로 배출된다. 반면, 분리된 오일은 오일분리부(116)의 회수공간에 잔류될 수 있고, 회수공간에 잔류되는 고압의 오일은 배압유로(117)를 따라 배압공간(124)으로 이동되어 배압을 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 전동식 압축기(100)의 전반적인 구조 및 동작에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 각 실시예에 따라, 샤프트 씰(126)과 샤프트 씰(126)을 고정시키는 구성요소들의 구조 및 기능에 대하여 자세히 설명한다.

앞서 설명한 것과 같이, 샤프트 씰(126)은 배압공간(124)의 냉매가 회전축(135)과 메인 프레임(102) 사이로 누설되는 것을 방지하기 위한 구조물이다. 다만, 제2 스크롤(150)의 선회 운동을 위하여 회전축(135)이 회전될 때, 샤프트 씰(126)은 메인 프레임(102)의 축수부(122)와 고정된 상태를 유지하지 못하고 간헐적으로 회전축(135)과 함께 회전될 수 있다(stick-slip).

샤프트 씰(126)이 회전축(135)을 따라 함께 회전되면, 상대적으로 회전체의 질량이 증가되어 압축기의 기계 효율이 저하될 수 있다. 또한, 불규칙적으로 샤프트 씰(126)의 서로 다른 지점이 회전축(135) 또는 축수부(122)와 마찰되므로, 마찰면에 대한 관리 및 설계가 어려울 수 있다. 특히, 샤프트 씰(126)의 재질 중에 포함되는 카본 파이버(carbon fiber) 성분에 의해 상대적으로 연질인 알루미늄 등으로 형성되는 메인 프레임(102)이 마모되어 손상될 우려가 있다.

종래 샤프트 씰(126)의 회전을 억제하기 위하여, 샤프트 씰(126)이 회전축(135) 및 메인 프레임(102)과 각각 접촉되는 접촉면의 면적들이 설계 인자로 조절되기도 하였다. 다만, 이러한 설계에는 많은 경우의 수를 고려하여야 하고, 샤프트 씰(126)의 각 지점, 내주 및 외주 측에 대한 공차를 정밀하게 관리하여야 하는 어려움이 있었다.

이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 압축기(100)의 메인 프레임(102)은 고정 부재(180)를 더 포함한다. 도 2는 도 1에 도시된 영역 A의 확대도이고, 도 3은 도 2에 도시된 샤프트 씰(126) 및 고정 부재(180)의 일부를 보인 분해 사시도이다.

고정 부재(180)는 샤프트 씰(126)의 회전을 방지하도록 샤프트 씰(126) 및 축수부(122)에 각각 지지될 수 있다. 고정 부재(180)는 단면이 사각형인 링 형상으로 이루어져, 일 측면(전방면)이 샤프트 씰(126)에 지지되고 외주면이 축수부(122)에 지지될 수 있다.

구체적으로, 샤프트 씰(126)은 회전축(135)의 외주면을 감싸도록 링 형상으로 연장되는 씰링부(126a)와, 씰링부(126a)의 외주면에서 회전축(135)의 반경 방향으로 돌출되어 씰링부(126a)를 둘러싸도록 형성되는 날개부(126b)를 구비할 수 있다. 날개부(126b)는, 고정 부재(180)에 의해 회전축(135)의 축방향으로 지지되는 지지면을 제공하는 역할을 수행할 수 있다.

고정 부재(180)는 날개부(126b)를 지지하기 위한 누름부(181)와, 축수부(122)에 지지되기 위한 고정부(182)를 구비할 수 있다. 누름부(181)는 회전축(135)의 축방향으로 날개부(126b)에 접촉되어 가압되도록 이루어진다. 누름부(181)는 사각 단면의 고정 부재(180)의 일 측면(전방면)에 형성될 수 있고, 고정부(182)는 누름부(181)와 인접한 고정 부재(180)의 외주면에 형성될 수 있다.

한편, 누름부(181)에 의해 가압 및 지지되는 방향의 반대 방향으로 날개부(126b)가 지지되도록, 축수부(122)는 회전축(135)의 축방향을 바라보는 면을 형성하는 안착부분(122a)을 구비할 수 있다. 샤프트 씰(126)은 날개부(126b)가 안착부분(122a)에 놓이도록 회전축(135)의 축방향으로 삽입되고, 고정 부재(180)는 안착부분(122a)과 접촉되는 날개부(126b)의 반대 면을 누름부(181)가 가압하면서 축수부(122)에 고정되도록 장착될 수 있다.

이와 같이 고정 부재(180)에 의해 샤프트 씰(126)이 축수부(122)에 고정됨으로써, 회전축(135)의 회전 구동 시 샤프트 씰(126)이 메인 프레임(102)에 고정될 수 있다. 이에 따라, 회전축(135)과 함께 샤프트 씰(126)이 회전되는 현상(stick-slip)이 억제될 수 있어 압축기의 기계 효율이 향상될 수 있다.

아울러, 카본 파이버를 구비하는 샤프트 씰(126)에 의해 그보다 연질인 알루미늄 등의 재질로 이루어지는 메인 프레임(102)이 마모되는 현상이 억제되어 내구성 및 신뢰성이 향상될 수 있다. 따라서, 메인 프레임(102) 및 샤프트 씰(126)이 종래 사용되던 재질로 제작될 수 있으면서 마모가 감소될 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 샤프트 씰(126)은, 회전축(135)의 외주면과 슬라이딩되는 위치에 대해서만 공차를 정밀하게 관리하여 제작될 수 있다. 따라서, 종래 샤프트 씰(126)의 내주 및 외주 측의 접촉면에 대해, 그 접촉면적의 상호 관계를 고려하여 샤프트 씰(126)이 제작되던 과정에 비해 가공 편의성이 향상되고 비용이 절감될 수 있다.

한편, 고정 부재(180)의 고정부(182)와 축수부(122) 사이의 결합은, 나사 결합 또는 압입에 의해 구현될 수 있다. 본 실시예에서 고정부(182)에는, 회전축(135)을 중심으로 회전되어 축방향으로 고정 부재(180)가 축수부(122)에 삽입 장착될 수 있도록 이루어지는 나사 선이 형성될 수 있다. 또한, 고정부(182)가 삽입되는 축수부(122)의 내주면에도 고정부(182)와 서로 대응되는 나사 선이 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예의 나사 결합이 아니더라도, 고정 부재(180)의 외주면(고정부(182))의 직경이 축수부(122)의 내경보다 작게 형성되어, 고정 부재(180)가 축수부(122)에 압입되어 고정될 수 있다.

이하에서는 샤프트 씰(126)의 구조에 대해 더 자세히 설명한다. 앞서 설명한 것과 같이, 샤프트 씰(126)은 씰링부(126a) 및 날개부(126b)를 구비할 수 있다. 나아가, 씰링부(126a)는 슬라이딩부분(126a1) 및 연결부분(126a2)을 구비할 수 있다.

슬라이딩부분(126a1)은 회전축(135)의 외주면에 접촉되도록 형성된다. 슬라이딩부분(126a1)은, 회전축(135)의 외주면과의 마찰 저항과 냉매의 누설 방지를 모두 고려하여, 회전축(135)과 기설정된 접촉 면적을 갖도록 형성될 수 있다.

연결부분(126a2)은 날개부(126b)와 슬라이딩부분(126a1)을 서로 연결하도록 형성된다. 특히, 연결부분(126a2)은 배압공간(124)을 향하는 방향(후방)으로 개방되게 형성되는 씰링 홈(126a3)을 형성하도록 벤딩되는 형상으로 이루어질 수 있다. 씰링 홈(126a3)이 배압공간(124)과 연통됨에 따라, 씰링 홈(126a3)에 채워지는 냉매의 압력에 의해 슬라이딩부분(126a1)이 회전축(135)을 향하여 가압될 수 있고, 냉매의 누설을 억제할 수 있는 밀착력이 확보될 수 있다.

아울러, 슬라이딩부분(126a1)이 회전축(135)의 외주면에 접촉되는 접촉 면적은, 날개부(126b)와 축수부(122)가 서로 접촉되는 접촉 면적보다 작게 형성될 수 있다. 또는, 누름부(181)와 날개부(126b) 사이의 마찰력은, 씰링부(126a)의 슬라이딩부분(126a1)과 회전축(135)의 외주면 사이의 마찰력보다 크게 형성될 수 있다. 누름부(181)와 날개부(126b) 사이의 마찰력은, 누름부(181)가 날개부(126b)를 누르는 수직 항력에 비례하므로, 고정 부재(180)가 삽입되면서 날개부(126b)를 가압하는 힘을 조절하여 샤프트 씰(126)의 회전이 방지되는 마찰력이 제공될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 압축기(200)를 보인 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 영역 B의 확대도이다. 또한, 도 6은 도 5에 도시된 샤프트 씰(226) 및 고정 부재(280)의 일부를 보인 분해 사시도이다. 이하에서는 도 4 내지 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 압축기(200)에서 샤프트 씰(226)을 고정시키는 구성 및 효과에 대해 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에서는 고정 부재(280)가 앞선 실시예에 개시된 메인 베어링(161)을 대체할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 실시예의 샤프트 씰(226)은 앞선 실시예와 유사하게 고정 부재(280)에 의해 회전축(235)의 축방향으로 지지되도록 플랜지 형태로 이루어지는 날개부(226b)를 구비한다. 그리고 본 실시예의 고정 부재(280)는 누름부(281) 및 베어링부(282)를 구비한다.

구체적으로, 베어링부(282)는 회전축(235)의 외주면을 감싸도록 원통형으로 연장될 수 있다. 베어링부(282)는 저널 베어링 방식으로 회전축(235)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 베어링부(282)는 앞선 실시예의 메인 베어링(161)을 대체하는 부분이 될 수 있다.

누름부(281)는 베어링부(282)의 단부에 형성될 수 있다. 누름부(281)는 샤프트 씰(226)의 날개부(226b)를 회전축(235)의 축방향으로 가압하도록 이루어진다. 누름부(281)의 표면은 높은 조도를 갖도록 가공될 수 있다. 누름부(281)는 베어링부(282)가 메인 프레임(102)의 축수부(122)에 고정되는 조립 과정에서 샤프트 씰(226)을 가압하도록 위치될 수 있다. 샤프트 씰(226)은 고정 부재(280) 및 안착부분(122a) 사이에서 가압되어, 회전축(235)의 회전 시에도 메인 프레임(102)과 고정되도록 위치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고정 부재(280)가 샤프트 씰(226)을 지지하여 샤프트 씰(226)의 회전을 억제하는 역할과, 회전축(235)을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링 역할을 한꺼번에 수행할 수 있다. 앞선 실시예와 같이 샤프트 씰(226)의 회전을 억제하여 달성될 수 있는 효과와 함께, 고정 부재(280)의 부가에 따른 부품 수 및 제작 비용의 증가가 최소화될 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 실시예에서는, 회전축(235)에 베어링부(282)를 지지하는 돌출부(235a)가 더 형성될 수 있다. 돌출부(235a)는 회전축(235)의 축방향으로 샤프트 씰(226)의 일부를 오버랩하도록 회전축(235)의 외주면에서 돌출되게 형성될 수 있다. 즉, 돌출부(235a)는 샤프트 씰(226)보다 크거나 샤프트 씰(226)과 동일한 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 돌출부(235a)의 외주면은 베어링부(282)의 내주면과 서로 슬라이딩 가능하게 지지될 수 있다.

또한, 샤프트 씰(226)은 회전축(235)의 외주면을 감싸도록 연장되는 씰링부(226a)를 구비하고, 씰링부(226a)는 돌출부(235a)의 단부면에 지지될 수 있는 연장부분(226a1)을 구비할 수 있다. 연장부분(226a1)은 돌출부(235a)의 단부면에 회전축(235)의 축방향으로 지지되도록 연장됨으로써, 돌출부(235a)와 연장부분(226a1)이 배압공간(124)의 밀폐를 구현할 수 있다. 즉, 씰링부(226a)의 내주면에 의한 회전축(235)의 반경 방향으로의 밀폐와, 돌출부(235a)와 안착부분(122a)에 의한 회전축(235)의 축방향으로의 밀폐가 이루어져, 이중으로 배압공간(124)이 밀폐될 수 있다.

다만, 연장부분(226a1)과 돌출부(235a)의 마찰이 추가됨으로써, 마모 및 기계 효율의 손실이 가중될 수 있다면, 연장부분(226a1)이 추가로 형성되지 않는 것이 바람직할 수 있으므로, 연장부분(226a1)의 부가는 실시 가능한 일 예로 활용될 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전동식 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 전동식 압축기 101: 케이싱
102: 메인 프레임 103: 구동 유닛
104: 압축 유닛 111: 프론트 커버
112: 리어 커버 113: 연통유로
114: 흡입구 115: 토출구
116: 오일분리부 117: 배압유로
121: 몸체부 122: 축수부
122a: 안착부분 123: 스러스트 플레이트
123a: 스러스트면 124: 배압공간
125: 스러스트 씰 126, 226: 샤프트 씰
126a, 226a: 씰링부 126a1: 슬라이딩부분
126a2: 연결부분 126a3: 씰링 홈
126b, 226b: 날개부 131: 스테이터
132: 로터 135, 235: 회전축
136: 밸런스 웨이트 140: 제1 스크롤
141: 고정측 경판부 142: 고정측 측벽부
143: 고정랩 150: 제2 스크롤
151: 선회측 경판부 152: 선회랩
161: 메인 베어링 162: 서브 베어링
163: 편심 베어링 171: 핀
172: 리세스 링 180, 280: 고정 부재
181, 281: 누름부 182: 고정부
226a1: 연장부분 235a: 돌출부
282: 베어링부

Claims (12)

1. 메인 프레임을 수용하는 케이싱;
   상기 메인 프레임에 회전 가능하도록 지지되는 회전축;
   상기 회전축을 회전시키도록 이루어지는 구동 유닛; 및
   상기 케이싱과 고정되도록 위치되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 일 측이 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동되는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
   상기 메인 프레임은,
   상기 제2 스크롤을 타 측에서 가압하는 유체를 수용하는 배압공간을 형성하고, 상기 회전축을 감싸도록 이루어지는 축수부;
   상기 배압공간을 밀폐하도록 상기 축수부와 회전축 사이에 삽입되는 샤프트 씰; 및
   상기 샤프트 씰의 회전을 방지하도록 상기 샤프트 씰 및 축수부에 각각 지지되는 고정 부재를 포함하는 전동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 샤프트 씰은,
   상기 회전축의 외주면을 감싸도록 연장되는 씰링부; 및
   상기 씰링부의 외주면에서 상기 회전축의 반경 방향으로 돌출되도록 형성되어 상기 고정 부재에 의해 지지되는 날개부를 구비하는 전동식 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정 부재는,
   상기 회전축의 축방향으로 상기 날개부에 접촉 및 가압되도록 이루어지는 누름부; 및
   상기 축수부의 내주면에 접촉 및 고정되도록 이루어지는 고정부를 구비하는 전동식 압축기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 고정 부재는 상기 날개부를 상기 회전축의 축방향으로 지지하고,
   상기 축수부는, 상기 고정 부재에 의해 지지되는 방향의 반대 방향으로 상기 날개부를 지지하도록 단차지게 형성되는 안착부분을 구비하는 전동식 압축기.
5. 제3항에 있어서,
   상기 고정부는 상기 회전축을 중심으로 회전되어 상기 축수부의 내주면에 나사 결합되도록 형성되어, 상기 고정 부재가 상기 축수부에 나사 결합 시 상기 누름부가 상기 날개부를 가압하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
6. 제2항에 있어서,
   상기 씰링부는,
   상기 회전축의 외주면에 접촉되는 슬라이딩부분; 및
   상기 슬라이딩부분과 상기 날개부를 서로 연결하고, 상기 배압공간을 향하여 개방된 씰링 홈을 형성하도록 벤딩되는 연결부분을 구비하는 전동식 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 슬라이딩부분이 상기 회전축의 외주면에 접촉되는 면적은 상기 날개부가 상기 축수부에 접촉되는 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
8. 제3항에 있어서,
   상기 누름부와 상기 날개부 사이의 마찰력은 상기 씰링부와 상기 회전축의 외주면 사이의 마찰력보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 샤프트 씰은, 상기 고정 부재에 의해 상기 회전축의 축방향으로 지지되는 날개부를 구비하고,
   상기 고정 부재는,
   내주면이 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 원통형으로 연장되는 베어링부; 및
   상기 날개부를 상기 회전축의 축방향으로 가압하도록 상기 베어링부의 단부면에 형성되는 누름부를 구비하는 전동식 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 회전축은, 회전축의 축방향으로 상기 샤프트 씰의 일부를 오버랩하도록 상기 회전축의 외주면에서 돌출되어 상기 베어링부에 지지되는 돌출부를 구비하는 전동식 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 샤프트 씰은,
    상기 회전축의 외주면을 감싸도록 연장되고 상기 돌출부에 의해 상기 회전축의 축방향으로 오버랩되도록 위치되는 씰링부를 구비하고,
    상기 씰링부는, 상기 돌출부의 단부면에 상기 회전축의 축방향으로 지지되도록 연장되는 연장부분을 구비하는 전동식 압축기.
12. 회전축;
    상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 이루어지는 메인 프레임;
    상기 회전축을 회전시키도록 이루어지는 구동 유닛; 및
    상기 메인 프레임과 고정되도록 위치되는 제1 스크롤과, 상기 회전축에 연결되어 일 측이 상기 제1 스크롤과 맞물려 선회 운동되는 제2 스크롤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
    상기 메인 프레임은,
    상기 제2 스크롤을 타 측에서 가압하는 유체를 수용하는 배압공간을 형성하고, 상기 회전축을 감싸도록 이루어지는 축수부; 및
    상기 배압공간을 밀폐하도록 상기 축수부와 회전축 사이에 삽입되고, 상기 회전축의 외주면에는 슬라이딩 가능하게 지지되고 상기 축수부에는 고정되도록 지지되는 샤프트 씰을 포함하는 전동식 압축기.

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