KR20200057454A - 전동 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 내부공간을 가지는 메인 하우징, 상기 메인 하우징에 구비되며, 스테이터와 로터를 가지는 모터, 상기 로터에 결합되는 샤프트, 상기 메인 하우징에 구비되는 고정 스크롤, 상기 고정 스크롤에 대하여 회전하여 냉매를 압축하는 선회 스크롤, 상기 샤트프를 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링, 상기 저널 베어링을 윤활하는 오일을 저유하는 오일섬프, 상기 오일섬프의 급유라인에 구비되며, 외력에 의하여 상기 오일을 상기 저널 베어링에 급유하는 오일펌프를 포함하는 전동 압축기를 제공한다.

Description

전동 압축기{Electric Compressor}

본 발명은 전동 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저널 베어링을 효과적으로 윤활할 수 있는 전동 압축기에 관한 것이다.

전동 압축기는 전기에너지를 이용하여 냉매 등과 같은 유체를 압축하는 장치이다. 전동 압축기의 예로서 스크롤형 압축기가 있다. 스크롤형 압축기는 다른 종류의 압축기에 비하여 상대적으로 높은 압축비를 얻을 수 있다. 또한 스크롤형 압축기는 유체의 흡입, 압축 및 토출 과정이 부드럽게 이어져 안정적인 토크를 얻을 수 있다. 따라서 스크롤형 압축기는 공조장치 등에서 냉매 압축용으로 널리 사용되고 있다.

스크롤형 압축기는 압축기구로서 고정 스크롤과 선회 스크롤을 포함한다. 고정 스크롤에 선회 스크롤이 맞물려 선회운동을 하면서 냉매 등의 유체를 압축한다. 모터에는 샤프트가 결합되며 상기 샤프트를 통해 선회 스크롤을 구동한다. 상기 샤프트는 회전하는 부분이므로 마찰 저항을 줄이기 위하여 베어링이 설치되는 것이 바람직하다.

일반적으로 베어링으로서는 미끄럼 베어링과 구름 베어링이 사용될 수 있다. 베어링의 사용시에 마찰을 감소시키고 발생하는 열을 제거하기 위하여 윤활이 필요하다. 특히 미끄럼 베어링은 샤프트와 베어링이 직접 접촉하므로 윤활이 더욱 중요하다. 예들 들어, 미끄럼 베어링의 일종인 저널 베어링(미끄럼 레이디얼 베어링)을 사용하는 경우에 샤프트(저널)과 저널 베어링의 간극에 윤활제(오일)이 없으면, 저널 베어링의 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.

그런데 종래의 전동 압축기의 저널 베어링의 윤활은 다음과 같은 문제가 있다.

종래의 압축기에서는 압축기가 작동하지 않을 때에는 저널 베어링의 간극에 오일이 공급되지 않는다. 따라서 압축기가 작동하지 않을 때에 저널 베어링의 간극에 오일이 결여되거나 없는 현상이 발생할 수 있다. 그런데 저널 베어링의 간극에 오일이 결여되거나 없으면, 압축기에 외부 충격에 의하여 저널 베어링 등의 기구부가 손상될 수 있다.

특히 차량용 압축기의 경우에 상기 압축기가 작동하지 않을 때 저널 베어링에 오일이 공급되지 않으면 차량 운행시 발생하는 충격에 의하여 상기 저널 베어링 등의 기구부의 손상의 우려가 크다.

따라서 압축기가 작동하지 않는 경우에도 저널 베어링에 오일을 공급하여, 상기 저널 베어링의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 압축기의 저널 베어링의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전동 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압축기가 작동하지 않는 때에도 저널 베어링에 오일을 공급할 수 있는 전동 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 압축기에 전달되는 외력에 의하여 자동으로 저널 베어링에 오일을 공급할 수 있는 전동 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 본 발명은 내부공간을 가지는 메인 하우징; 상기 메인 하우징에 구비되며, 스테이터와 로터를 가지는 모터; 상기 로터에 결합되는 샤프트; 상기 메인 하우징에 구비되는 고정 스크롤; 상기 고정 스크롤에 대하여 회전하여 냉매를 압축하는 선회 스크롤; 상기 샤트프를 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링; 상기 저널 베어링을 윤활하는 오일을 저유하는 오일섬프; 상기 오일섬프의 급유라인에 구비되며, 외력에 의하여 상기 오일을 상기 저널 베어링에 급유하는 오일펌프를 포함하는 전동 압축기를 제공한다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 오일펌프는, 상기 급유라인에 운동 가능하도록 구비되며 중공부를 가지는 피스톤, 상기 피스톤에 구비되어 상기 중공부를 선택적으로 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 밸브는 상기 피스톤의 상부에 결합되는 고정부를 가지며, 상기 밸브는 상기 고정부에 대하여 운동 가능한 것이 바람직하다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 피스톤의 하부에는 외력에 의하여 진동하는 하부 진동부재가 구비될 수 있다. 또한 상기 피스톤의 상부에는 외력에 의하여 진동하는 상부 진동부재가 구비될 수 있다. 상기 상부 진동부재 및 상기 하부 진동부재는 스프링인 것이 바람직하다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 급유라인에는 상기 피스톤이 설치되는 피스톤 설치부가 구비되며, 상기 피스톤 설치부는 수직으로 구비될 수 있다. 상기 피스톤 설치부에는 상기 피스톤의 운동을 제한하는 스토퍼가 구비될 수 있다.

상술한 실시예들의 각각의 특징들은 다른 실시예들과 모순되거나 배타적이지 않는 한 다른 실시예들에서 복합적으로 구현될 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 전동 압축기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 따르면, 압축기가 작동하지 않는 때에도 저널 베어링에 오일을 공급할 수 있으므로, 저널 베어링의 신뢰성이 향상된다는 이점이 있다.

둘째, 본 발명에 따르면, 압축기가 작동하지 않는 때에도 저널 베어링에 오일을 공급할 수 있으므로, 상기 저널 베어링의 손상을 방지할 수 있다는 이점이 있다.

셋째, 본 발명에 따르면, 압축기에 전달되는 외력에 의하여 자동으로 저널 베어링에 오일을 공급할 수 있으므로, 추가의 에너지 공급 없이도 저널 베어링에 오일을 공급할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전동 압축기의 실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 오일펌프의 실시예를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 오일펌프의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 오일펌프의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전동 압축기의 바람직한 실시예를 설명한다. 이하에서는, 본 발명의 구성요소 등을 구체적으로 특정하는 도면 및 실시예에 의하여 설명하지만, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위하여 사용된 것이다. 또한 아래의 실시예에서 특정의 구성요소는 설명의 편의를 위하여 과장되게 또는 축소되어 도시되거나 설명될 수 있지만 이 또한 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다. 따라서, 본 발명은 아래에서 설명될 실시예 또는 도면에 그려진 형태로 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이러한 수정 및 변형의 본 발명의 범주이다.

도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 전동 압축기의 실시예를 설명한다. 이하에서는 횡형 스크롤 압축기를 예를 들어 설명한다.

압축기(1)는 밀폐된 내부공간을 가지는 메인 하우징(2)과 상기 메인 하우징(2)의 일측에 결합되는 인버터 하우징(3)을 포함할 수 있다. 메인 하우징(2)에는 유체를 압축하기 위한 각종 구성요소들이 설치될 수 있다. 예를 들어, 메인 하우징(2)에는 모터(4), 샤프트(46), 고정 스크롤(52),선회 스크롤(54) 등이 설치될 수 있다. 인버터 하우징(3)에는 인버터(32)가 설치될 수 있다.

각각의 구성요소를 설명하면 다음과 같다.

메인 하우징(2)은 횡형 실린더 형태로 형성될 수 있다. 메인 하우징(2)에는 냉매의 출입을 위한 흡입구(222) 및 토출구(242)가 구비될 수 있다.

메인 하우징(2)에는 회전력을 발생시키는 모터(4)가 설치될 수 있다. 모터(4)는 스테이터(42)와 회전하는 로터(44)를 포함할 수 있다. 로터(44)에는 샤프트(46)가 결합될 수 있다.

또한 메인 하우징(2)에는 냉매를 압축시키기 위한 고정 스크롤(52)과 선회 스크롤(54)이 구비될 수 있다. 고정 스크롤(52)은 메인 하우징(2)의 내부에 고정될 수 있고, 선회 스크롤(54)은 로터(44)의 샤프트(46)에 편심 결합될 수 있다. 모터(4)는 샤프트(46)을 통하여 선회 스크롤(54)이 선회 운동할 수 있는 회전력을 제공할 수 있다. 또한 샤프트(46)에는 선회 스크롤(54)의 회전에 의해 발생하는 원심력을 상쇄하기 위한 밸런스 웨이트(462)가 구비될 수 있다. 밸런스 웨이트(462)는 샤프트(46)의 편심 방향과는 반대 측에 설치될 수 있다.

한편, 메인 하우징(2)의 내부에는 프레임(26)이 구비될 수 있다. 프레임(26)은 샤프트(46)를 지지할 수 있다.

한편, 메인 하우징(2)의 내부에는 배압실(92), 압축실(94), 토출실(96)이 구비될 수 있다. 압축실(94)에서 압축된 냉매는 토출실(96) 및 토출구(242)를 통하여 압축기(1)의 외부로 토출될 수 있다. 선회 스크롤(54)과 프레임(26)의 사이에 배압실(92)이 구비될 수 있으며, 선회 스크롤(54)과 고정 스크롤(52)의 사이에 압축실(94)이 구비될 수 있으며, 고정 스크롤(52)과 리어 하우징(24)의 사이에는 토출실(96)이 구비될 수 있다.

샤프트(46)의 지지구조를 설명하면 다음과 같다.

샤프트(46)의 일측은 프레임(26)에 회전 지지될 수 있으며, 타측은 고정 스크롤(52)에 회전 지지될 수 있다. 회전 저항을 감소시키기 위하여, 샤프트(46)와 프레임(26)의 사이에 저널 베어링(66)이 구비될 수 있다. 샤프트(46)와 고정 스크롤(52)의 사이에 저널 베어링(62)이 구비될 수 있다. 샤프트(46)와 선회 스크롤(54)의 사이에 저널 베어링(64)이 구비될 수 있다. 따라서 샤프트(46)의 회전시 저널 베어링(62, 64, 66)에 의하여 마찰 저항을 감소시킨다.

한편, 메인 하우징(2)의 일측에는 오일을 저유하는 오일섬프(7)가 구비될 수 있다. 오일섬프(7)의 상부에는 오일과 냉매를 분리하는 오일분리기가 구비될 수 있다. 오일분리기에서 분리된 오일은 급유라인(72)을 통하여 회전하는 각 부분 예들 들어 저널 베어링(62, 64, 66)으로 급유될 수 있다. 저널 베어링(62, 64, 66)에 오일을 효과적으로 공급하기 위하여, 샤프트(46)에는 오일유로(48a, 48b)가 구비될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 오일섬프(7)와 급유라인(72)의 사이에 오일펌프(8)가 구비될 수 있다. 오일펌프(8)는 압축기의 미작동시에 외력 예를 들어 외부 진동에 의하여 구동되어, 오일섬프(7)의 오일을 압축기(1) 내부 예들 들어 저널 베어링(62, 64, 66)에 공급하는 역할을 한다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 압축기(1)의 미작동시에도 저널 베어링(62, 64, 66)) 등에 오일을 급유할 수 있다.(도 1에서 실선은 냉매의 흐름이며, 파선은 오일의 흐름이다.)

오일펌프(8)를 상세히 설명한다.

오일펌프(8)는 오일섬프(7)와 급유라인(72)의 사이에 구비될 수 있다. 오일펌프(8)는 급유라인(72)의 소정 위치 예를 들어 오일섬프(7)와 급유라인이 연결되는 부분에 구비될 수 있다.

오일펌프(8)는 피스톤(82)을 포함할 수 있다. 피스톤(82)은 오일이 흐를 수 있도록 중공부(82a)를 가질 수 있다. 또한 피스톤(82)의 상부에는 피스톤(82)의 운동함에 따라 중공부(82a)를 선택적으로 개폐할 수 있는 밸브(84)가 구비될 수 있다. 피스톤(82)의 하부에는 진동부재 예들 들어 스프링(86)이 구비될 수 있다. 진동부재는 스프링에 한정되지 않으며, 외부 진동에 의하여 같이 진동할 수 있는 부재이면 사용 가능하다.

피스톤(82)이 설치되는 부분에는 피스톤의 형상에 대응하는 피스톤 설치부(74)가 구비될 수 있다. 피스톤 설치부(74)는 상기 피스톤(82)이 상하로 운동할 수 있는 길이를 가지는 것이 바람직하다. 즉 피스톤 설치부(74)의 길이는 피스톤(82)의 길이보다는 큰 것이 바람직하다. 또한 피스톤 설치부(74)의 상하에는 피스톤(82)의 운동을 제한하는 스토퍼(89)가 구비될 수 있다. 또한 피스톤 설치부(74)의 외경은 피스톤(82)의 내경에 대응하는 것이 바람직하다.

또한 피스톤 설치부(74)의 직경은 급유라인(72)의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 오일펌프(8)에 의하여 급유라인(72)으로 펌핑하는 오일의 압력을 높일 수 있다. 또한 이렇게 구성하면, 피스톤 설치부(74)에 별도의 스토퍼를 만들지 않아도, 직경의 차이에 의하여 스토퍼가 역할을 할 수 있다.

한편, 피스톤(82)의 운동 방향은 제한되지는 않으나, 외부 진동에 의하여 상하 운동하도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 차량용 압축기의 경우에 차량의 운행에 따라 통상 상하 진동이 발생하기 때문이다. 예를 들어, 피스톤 설치부(74)가 상하로 수직하게 구비되고, 상기 피스톤 설치부(74)에 피스톤(84)이 수직하게 구비되는 것이 바람직하다. 또한 피스톤(82)은 외부 진동을 잘 전달받을 수 있도록, 메인 하우징(2)의 하부에 구비되는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하여, 밸브(84)를 설명한다.

밸브(84)는 피스톤(82)의 상하운동에 의하여 중공부(82a)를 열고 닫는 기능을 가진다. 이러한 기능을 수행할 수 있으면 밸브의 종류는 한정되지 않는다.

도 2의 (A)를 참조하여, 밸브(84)의 실시예를 설명한다.

기본적으로 밸브(84)는 피스톤(82)의 중공부(82a)를 막을 수 있는 형상이다. 따라서 밸브(84)의 크기는 중공부(82a)의 크기보다 클 수 있다. 또한, 밸브(84a)는 중공부(82a)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하는 구조를 가진다. 따라서 예를 들어, 밸브(84)는 피스톤(82)에 결합되는 고정부(84a)를 가지며, 나머지 부분이 상기 고정부(84a)에 대하여 운동 가능한 것이 바람직하다.

따라서, 피스톤(82)의 상승 또는 하강함에 따라 밸브(84)는 고정부(84a)를 기준으로 운동하여 운동하면서 중공부(82a)를 열고 닫는다. 고정부(84a))의 크기는 적절히 조절하는 것이 가능하다. (피스톤 상승 하강에 따른 밸브의 동작은 후술함.)

밸브(84)는 고정부(84a)에 중심으로 유연하게 운동할 수 있도록 탄성재질로 구성될 수 있다.

도 2의 (B)를 참조하여, 밸브(84)의 다른 실시예를 설명한다.

본 실시예도 도 2(A)의 실시예와 기본 원리는 동일하다. 다만, 본 실시예에서는 밸브(84)를 반달형 2개로 나누어 구성하고 각각에 대하여 고정부(84a)를 가진다. 따라서, 피스톤(82)의 중공부(82a)에서 나오는 오일의 유동이 상기 중공부(82a)의 어느 일측에 치우치지 않을 수 있다.

도 3을 참조하여, 오일펌프(8)의 작동을 설명한다.

피스톤(8)은 외부의 진동에 의하여 상승 또는 하강한다. 예를 들어, 차량용 압축기의 경우에 차량이 주행하면 진동이 발생하며, 이러한 진동이 압축기(1)으로 전달된다. 압축기(1)로 전달된 진동이 피스톤(82)으로 전달되어 피스톤(82)의 상하로 진동하게 된다.

도 3의 (A)를 참조하여, 피스톤(82)의 하강 동작을 설명한다.

진동에 의하여 피스톤(82)이 하강하면, 상기 피스톤(82)의 하부에 있는 오일이 중공부(82a)를 통하여 상승한다. 상승한 오일은 피스톤(82) 상부의 밸브(84)를 밀어 상기 밸브(84)를 개방한다. 따라서 피스톤(82)의 중공부(82a)로 유입된 오일은 상기 개방된 밸브(84)를 통하여 상기 피스톤(82)의 외부로 토출된다.

도 3의 (B)를 참조하여, 피스톤(82)의 상승 동작을 설명한다.

진동에 의하여 피스톤(82)이 상승하면 밸브(84)가 닫힌다. 밸브(84)가 닫힌 상태에서 피스톤(82)이 상승하면서, 피스톤(82)은 상기 피스톤(82) 상부에 있는 오일을 밀어올려 펌핑한다. 따라서 피스톤(82) 상부에 있는 오일이 급유라인(72)을 통하여 메인 하우징(2) 내부의 저널 베어링(62, 64, 66) 등에 급유된다.

한편, 피스톤(82)의 하부에 스프링(86)이 구비된 경우에는 상기 스프링(86)의 복원력을 이용하면, 피스톤(82)의 상승 및 하강 동작을 보다 효과적으로 수행할 수 있다. 차량용 압축기의 경우에, 차량의 아이들 속도에 피스톤(82) 및 스프링(86)의 고유진동수를 맞추면, 피스톤(82)의 상하운동이 원활해져 오일 급유 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 4를 참조하여, 오일펌프(8)의 다른 실시예를 설명한다.

본 실시에도 상술한 실시예와 기본적 원리 및 구조는 동일하다. 다만, 본 실시예에서는, 피스톤(82)의 하부의 진동부재(하부 진동부재)에 더하여 상부에도 진동부재(상부 진동부재)가 구비된다. 상부 진동부재도 예들 들어 스프링(88)을 사용할 수 있다. 즉 피스톤(82)의 상부 및 하부에 모두 스프링(86, 88)이 구비될 수 있다. 따라서 외부 진동에 의한 피스톤(82)의 상하운동을 더욱 원할하게 할 수 있다.

그 외에 설명되지 않은 부분은 위에서 설명한 실시예의 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 특별한 언급이 없더라도 서로 배치되는 사항이 아니라면 어느 한 실시예에서 설명한 기술적 사항은 다른 실시예에서 동일하게 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축기에서는 압축기가 작동하지 않아도 저널 베어링에 오일을 공급할 수 있다. 즉 압축기의 미작동시에도 저널 베이링의 간극에 오일이 결여되거나 없는 것을 방지할 수 있다. 따라서 압축기의 외부에서 충격이 발생하여도 저널 베어링의 간극의 오일에 의한 오일댐핑 효과로 저널 베어링 등 기구부가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한 오일 댐핑의 효과로 샤프트의 진동량이 저감되어 압축기의 신뢰성이 향상된다.

또한 본 발명에 따른 압축기에서는 기구부에 항상 오일이 존재하므로, 압축기의 초기 작동시에 오일 공급 불량이 발생하여도 저널 베어링이 보호된다. 또한 차압에 의하여 급유하는 경우에 차압이 발생하지 않아도 오일펌프가 작동되어, 저널 베어링에 오일이 급유되므로 신뢰성이 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명을 구체적 구성요소 등과 같은 특정 사항을 가지는 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명하였으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 사용된 것이다. 즉 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이러한 수정 및 변형의 본 발명의 범주이다.

1 : 전동 압축기 2 : 메인 하우징
8 : 오일펌프 62, 64, 66 : 저널 베어링

Claims (8)

1. 내부공간을 가지는 메인 하우징;
   상기 메인 하우징에 구비되며, 스테이터와 로터를 가지는 모터;
   상기 로터에 결합되는 샤프트;
   상기 메인 하우징에 구비되는 고정 스크롤;
   상기 고정 스크롤에 대하여 회전하여 냉매를 압축하는 선회 스크롤;
   상기 샤트프를 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링;
   상기 저널 베어링을 윤활하는 오일을 저유하는 오일섬프;
   상기 오일섬프의 급유라인에 구비되며, 외력에 의하여 상기 오일을 상기 저널 베어링에 급유하는 오일펌프를 포함하는 전동 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 오일펌프는, 상기 급유라인에 운동 가능하도록 구비되며 중공부를 가지는 피스톤, 상기 피스톤에 구비되어 상기 중공부를 선택적으로 개폐하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
3. 제2항에 있어서, 상기 밸브는 상기 피스톤의 상부에 결합되는 고정부를 가지며, 상기 밸브는 상기 고정부에 대하여 운동 가능한 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
4. 제3항에 있어서, 상기 피스톤의 하부에는 외력에 의하여 진동하는 하부 진동부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
5. 제4항에 있어서, 상기 피스톤의 상부에는 외력에 의하여 진동하는 상부 진동부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
6. 제5항에 있어서, 상기 상부 진동부재 및 상기 하부 진동부재는 스프링인 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급유라인에는 상기 피스톤이 설치되는 피스톤 설치부가 구비되며, 상기 피스톤 설치부는 수직으로 구비되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
8. 제7항에 있어서, 상기 피스톤 설치부에는 상기 피스톤의 운동을 제한하는 스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동 압축기.
   
   
   

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