KR20200087605A - 전동식 압축기 - Google Patents

Abstract

전동식 압축기가 개시된다. 구체적으로, 인버터 소자가 냉매에 의해 직접 냉각될 수 있는 구조의 전동식 압축기가 개시된다. 본 발명에 따르면, 인버터 소자가 케이싱의 내벽과 열 교환되어 냉각될 뿐만 아니라, 냉매와 직접 열 교환되어 냉각될 수 있다. 따라서, 인버터 소자의 효율적인 냉각이 가능하므로, 인버터 효율이 향상되고, 결과적으로 전동식 압축기의 효율이 향상될 수 있다.

Description

전동식 압축기{Electric compressor}

본 발명은 스크롤 방식의 전동식 압축기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 인버터 소자가 냉매에 의해 직접 냉각될 수 있는 구조의 전동식 압축기에 관한 것이다.

차량용 공조 시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발된 바 있다. 최근, 자동차 부품의 전장화 추세에 따라 모터를 이용하여 전기로 구동되는 전동식 압축기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

전동식 압축기는 고압축비 운전에 적합한 스크롤 압축 방식이 주로 적용되고 있다. 이러한 스크롤 방식의 전동식 압축기(이하, "전동식 압축기"라 함)는 전동부, 압축부 및 전동부와 압축부를 연결하는 회전축으로 구성된다.

구체적으로, 전동부는 회전모터 등으로 구비되어 밀폐된 케이싱의 내부에 설치된다. 압축부는 전동부의 일측에 위치되며, 고정 스크롤과 선회 스크롤로 구성된다. 회전축은 전동부의 회전력을 압축부에 전달할 수 있도록 구성된다.

상술한 전동식 압축기의 회전 속도 등은 인버터에 의해 제어된다. 인버터는 작동시 열이 발생되는 발열소자들을 다수 포함한다. 따라서, 전동식 압축기의 작동에 따라, 인버터에서는 다량의 열이 발생될 수 있다.

인버터에 구비되는 발열소자들은 열에 대한 내구성이 낮아, 발열에 의해 손상될 염려가 있다. 이에, 전동식 압축기의 구동시 인버터를 냉각시키기 위한 기술들이 제안된 바 있다.

일 예로서, 인버터의 설치 위치를 전동식 압축기의 몸체를 형성하는 케이싱의 흡입구 측으로 조정하는 기술이 널리 사용된다. 즉, 흡입 측 벽면으로 인버터의 열을 전달하고 흡입 측 벽면을 유동하는 냉매와의 열교환을 통해 인버터를 냉각하는 것이다.

한국등록특허문헌 제10-1369674호는 인버터를 냉각하기 위해 인버터를 흡입 측 벽면에 접하도록 배치시키는 냉각 구조를 개시한다. 또한, 인버터가 접한 위치에 대향되는 측의 벽면에는 별도의 열전달 핀이 구비된다.

그런데, 이러한 방식의 인버터 냉각 구조는 다음과 같은 문제가 있다.

먼저, 인버터와 흡입구를 통해 케이싱의 내부로 유입된 냉매 간의 열교환이 직접 수행되지 않고, 흡입 측 벽면을 통해 간접적으로 수행된다. 따라서, 인버터와 냉매 간에 직접 열교환이 수행되는 경우에 비해, 열교환 효율이 낮아진다.

또한, 토출 온도가 높아지는 등의 이유로 냉매 자체의 온도가 상승할 경우, 케이싱 내부 전체에서 열교환이 수행된다. 즉, 인버터뿐만 아니라 전동식 압축기의 다른 구성에서도 발열이 진행되므로, 냉매와 인버터 간의 열교환량이 감소된다.

이 경우, 인버터의 냉각이 효율적으로 수행되지 않게 되므로, 인버터가 고온인 상태로 유지된다. 인버터는 온도가 높을수록 작동에 따른 효율이 하락하게 되어, 이는 전동식 압축기 전체 효율의 하락을 유발할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 인버터에 구비되는 발열소자들은 열에 대한 내구성이 낮으므로, 인버터가 장시간 동안 고온으로 유지될 경우, 발열소자들의 손상 위험도 있다.

한국등록특허문헌 제10-1369674호 (2014.03.04.) 한국등록특허문헌 제10-1182661호 (2012.09.17.)

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 구조의 전동식 압축기를 제공하는데 있다.

먼저, 압축기의 케이싱 내부에 별도의 냉각 핀 등이 없이도 인버터 소자를 효과적으로 냉각할 수 있는 구조의 전동식 압축기를 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 인버터 소자가 냉매와 직접 열교환하여 냉각될 수 있는 구조의 전동식 압축기를 제공함을 일 목적으로 한다.

또한, 토출되는 냉매의 온도가 상승되더라도, 인버터 소자가 일정 온도 이하의 냉매와 열교환할 수 있는 구조의 전동식 압축기를 제공함을 일 목적으로 한다.

더 나아가, 인버터 소자의 효율적인 냉각을 통해 전동식 압축기 전체 효율의 향상을 기대할 수 있는 구조의 전동식 압축기를 제공함을 일 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 내부에 모터가 수용되는 모터실을 구비하는 케이싱; 상기 케이싱의 프론트 하우징에 인접하게 위치되는 인버터부를 포함하며, 상기 인버터부는, 상기 모터를 제어하도록 구성되며, 냉각을 위한 히트싱크(heat sink)를 구비하는 인버터 소자; 및 상기 프론트 하우징과 결합되어, 상기 인버터 소자가 수용되는 공간을 형성하는 인버터 커버를 포함하고, 상기 프론트 하우징에는 상기 모터실과 연통되도록 냉각 홀(hole)이 형성되는 전동식 압축기를 제공한다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 냉각 홀은 상기 히트싱크에 적어도 부분적으로 겹쳐지도록 위치될 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 히트싱크는 상기 프론트 하우징을 향해 돌출 형성되는 냉각 돌출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 냉각 돌출부는 상기 냉각 홀에 맞추어질 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 냉각 돌출부는 상기 냉각 홀에 관통 결합되어, 상기 냉각 돌출부의 단부는 상기 모터실 내부에 위치될 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 프론트 하우징으로부터 상기 냉각 홀에 삽입 결합되는 냉각 돌출부를 포함하며, 상기 냉각 돌출부의 단부는 상기 히트싱크에 접촉될 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 케이싱은, 상기 프론트 하우징에 인접하게 위치되며, 상기 모터실을 구비하는 메인 하우징을 포함하며, 상기 메인 하우징에는 상기 케이싱의 외부와 연통되도록 흡기구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 메인 하우징은 원통 형상이며, 상기 흡기구는 상기 프론트 하우징에 인접한 상기 메인 하우징의 원주 상에 형성될 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 프론트 하우징에는, 냉매를 상기 흡기구로부터 상기 냉각 홀로 안내하도록 구성되는 냉매 가이드 부재가 구비되어, 상기 흡기구를 통해 유입된 냉매는 상기 냉매 가이드 부재를 따라 상기 냉각 홀을 통과하여 상기 인버터 커버의 상기 공간으로 유입될 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 케이싱은, 상기 프론트 하우징에 인접하게 위치되며, 상기 모터실을 구비하고, 상기 케이싱의 외부와 연통되도록 흡기구가 형성되는 메인 하우징; 및 상기 프론트 하우징에 대향하는 상기 메인 하우징의 일측에 인접하게 위치되며, 상기 케이싱의 외부와 연통되도록 배기구가 형성되는 리어 하우징을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전동식 압축기의 상기 모터실에는, 냉매를 상기 흡기구로부터 상기 배기구로 안내하도록 구성되는 냉매 유로 부재가 구비되어, 상기 흡기구를 통해 유입된 냉매는 상기 냉매 유로 부재를 따라 상기 배기구로 안내될 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

인버터 소자가 냉매, 특히 흡기구를 통해 케이싱 내부에 유입된 저온의 냉매와도 열 교환될 수 있다. 따라서, 프론트 하우징에 별도의 냉각 핀 등이 구비되지 않더라도, 인버터 소자가 프론트 하우징에 의해 열 전도되어 간접적으로 냉각되는 경우에 비해 열교환 효율이 향상될 수 있다.

인버터 소자가 수용되는 인버터부는 냉각 홀이 형성된 프론트 하우징을 통해 케이싱과 결합된다. 따라서, 흡기구를 통해 케이싱 내부에 유입된 냉매는 냉각 홀을 통해 인버터부에 유입되어, 인버터 소자가 냉매와 직접 열 교환될 수 있다.

또한, 냉각 홀을 통해 유입되는 냉매는 케이싱 내부를 유동하던 냉매뿐만 아니라, 흡입구를 통해 유입된 직후의 냉매도 포함된다. 따라서, 전동식 압축기의 작동이 진행됨에 따라 토출되는 냉매의 온도가 상승되더라도, 인버터 소자는 일정 온도 이하의 냉매와 열교환할 수 있도록 보장된다. 따라서, 전동식 압축기의 작동의 진행에도 불구하고 인버터 소자의 냉각 효율이 향상될 수 있다.

더 나아가, 상술한 바와 같이 인버터 소자의 냉각 효율이 향상됨에 따라 인버터 소자의 온도가 하락될 수 있고, 이에 따라 인버터 소자의 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 인버터 소자의 효율이 향상됨에 따라, 전동식 압축기의 전체 효율이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전동식 압축기의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전동식 압축기에 구비되는 인버터부와 프론트 하우징의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 전동식 압축기에 구비되는 인버터부와 프론트 하우징의 결합 사시도이다.
도 5는 도 4의 인버터부와 프론트 하우징의 정면도이다.
도 6은 도 5의 프론트 하우징을 이해의 편의를 위해 투명하게 도시한 투명도이다.
도 7은 도 1의 전동식 압축기 내부에서의 냉매의 유동 과정을 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 1의 전동식 압축기 내부에서의 냉매의 유동 과정을 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인버터부와 프론트 하우징의 결합 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기를 상세하게 설명한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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

이하의 설명에서 사용되는 "냉매"라는 용어는 저온의 물체에서 열을 빼앗아 고온의 물체로 운반해주는 매체를 통칭한다. 일 실시 예에서, 냉매는 CO₂(이산화탄소), R134a 등일 수 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는 냉매를 흡입하여 압축하는 냉동 사이클 장치의 일부이다. 구체적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는 선회 스크롤(410) 및 고정 스크롤(420)이 맞물려 냉매를 압축하는 스크롤 압축기에 해당한다.

이하의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기를 이산화탄소(CO₂) 냉매를 사용하며 토출압이 100 bar 이상, 보다 구체적으로는 약 130 bar 정도이며, 냉매의 토출 온도는 약 170℃ 정도인 고온고압의 스크롤 압축기로 가정하여 설명한다. 물론, 상술한 토출압 및 토출 온도가 다양하게 구성될 수 있음은 자명할 것이다.

첨부된 도면 중 도 1, 도 4, 도 6, 도 7 및 도 9에서는 이해의 편의를 위해 프론트 하우징(120)이 투명하게 도시된다.

1. 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기의 구성의 설명

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는 케이싱(100), 인버터부(200), 모터(300), 압축부(400) 및 체결부(500)를 포함한다.

이하의 설명에서, 본 발명의 특징을 명확하게 위해 일부 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

(1) 케이싱(100)의 설명

케이싱(100)은 전동식 압축기의 외관을 형성한다. 또한, 케이싱(100) 내부에는 소정의 공간이 형성되어, 전동식 압축기의 기능을 수행하기 위한 다양한 구성요소들이 실장될 수 있다.

케이싱(100)은 냉매가 압축됨에 따라 내부의 압력이 상승되는 경우에도 파손되지 않도록 충분한 강성을 가진 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

도시된 실시 예에서, 케이싱(100)은 메인 하우징(110), 프론트 하우징(120) 및 리어 하우징(130)을 포함한다.

메인 하우징(110)에는 후술될 모터(300)가 수용된다. 또한, 메인 하우징(110)의 일측 및 타측에는 프론트 하우징(120) 및 리어 하우징(130)이 결합된다.

구체적으로, 메인 하우징(110)은 프론트 하우징(120)에 의해 후술될 인버터부(200)와 구획된다. 또한, 메인 하우징(110)은 리어 하우징(130)과 유체 소통 가능하게 연결된다.

메인 하우징(110)은 후술될 체결부(500)에 의해 프론트 하우징(120) 및 리어 하우징(130)과 결합된다.

구체적으로, 프론트 하우징(120)에 접하는 메인 하우징(110)의 일측 면에는 후술될 프론트 체결 홀(520)이 복수 개 형성되어, 후술될 프론트 체결 핀(510)이 삽입 결합된다.

또한, 리어 하우징(130)에 접하는 메인 하우징(110)의 일측 면에는 후술될 리어 체결 홀(540)이 복수 개 형성되어, 후술될 리어 체결 핀(530)이 삽입 결합된다.

도시된 실시 예에서, 메인 하우징(110)은 원통형으로 구비되어, 일측 및 일측에 대향하는 타측의 직경이 상기 일측 및 타측 사이의 직경보다 크도록 형성된다.

즉, 메인 하우징(110)은 전체적으로 원통형이되, 양측 단부의 직경이 더 크게 형성되는 아령 형태로 구성된다. 또한, 메인 하우징(110)은 내부에 중공부를 포함하여, 후술될 모터(300)가 수용될 모터실(114)이 정의될 수 있다.

메인 하우징(110)의 형상은 내부에 모터(300)를 수용할 수 있는 임의의 구조로 형성될 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 냉매의 압축에 따라 메인 하우징(110) 내부의 압력이 상승됨을 감안하면, 내압에 대해 가장 높은 강성을 갖는 원형 단면을 갖는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

도시되지는 않았으나, 메인 하우징(110)의 내부에는 후술될 모터실(114)을 구성하고, 후술될 압축부(400)가 수용되는 흡입공간이 형성될 수 있다. 또한, 메인 하우징(110)의 내부에는 메인 베어링(미도시)이 구비되는 배압공간이 형성될 수 있다.

메인 하우징(110)에는 흡기구(112)가 형성된다. 또한, 메인 하우징(110)의 내부에 형성된 공간에 의해 모터실(114)이 형성된다.

흡기구(112)는 케이싱(100)의 외부로부터 냉매가 유입되는 통로로서 기능한다. 이를 위해, 흡기구(112)는 케이싱(100)이 외부와 연통되도록 형성된다. 일 실시 예에서, 흡기구(112)는 관통공으로 형성될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 흡기구(112)는 후술될 프론트 하우징(120)에 인접한 메인 하우징(110)의 일측, 즉 메인 하우징(110)의 중앙부보다 더 큰 직경을 갖는 일측의 원주면 상에 원형의 관통공으로 형성된다.

흡기구(112)의 위치 및 형상은 외부의 냉매가 케이싱(100)의 내부로 유입될 수 있는 임의의 위치 및 형상으로 결정될 수 있다.

다만, 후술할 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는 인버터 소자(210)가 냉매와 직접 열 교환되어 냉각되도록 구성된다. 이를 고려하면, 흡기구(112)의 위치는 후술될 프론트 하우징(120)에 인접하게 위치되는 것이 바람직하다.

또한, 흡기구(112)의 위치는 후술될 냉각 홀(122)과의 거리가 최소화되도록 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 흡기구(112)와 후술될 냉각 홀(122)은 같은 방향으로 치우쳐지게 위치되는 것이 바람직하다.

모터실(114)은 후술될 모터(300)가 수용될 수 있는 공간이다. 모터실(114)은 메인 하우징(110)의 내부 공간에 의해 형성된다. 다시 말하면, 모터실(114)은 메인 하우징(110)의 내부에 형성된 공간에 의해 정의된다.

모터실(114)의 크기, 즉 단면 및 높이는 메인 하우징(110)의 형상에 따라 결정될 수 있다. 상술한 바와 같이, 메인 하우징(110)이 원통형인 바, 모터실(114) 또한 원통형이다.

모터실(114)의 크기는 후술될 모터(300)가 수용되기에 충분한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

모터실(114)은 리어 하우징(130)과 연통된다. 따라서, 흡기구(112)를 통해 케이싱(100), 즉 메인 하우징(110)의 내측으로 유입된 냉매는 모터실(114)을 거쳐 리어 하우징(130)으로 유동될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는 프론트 하우징(120)에 후술될 냉각 홀(122)이 형성된다. 따라서, 메인 하우징(110), 구체적으로 모터실(114)은 후술될 프론트 하우징(120)과도 연통된다.

이에 의해, 흡기구(112)를 통해 케이싱(100), 즉 메인 하우징(110)의 내측으로 유입된 냉매는 모터실(114)을 거쳐 인버터 소자(210)가 수용되는 공간(S)으로 유입될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

도시되지 않은 실시 예에서, 모터실(114) 내부에는 냉매 유로 부재(미도시)가 구비될 수 있다. 냉매 유로 부재(미도시)는 흡기구(112)를 통해 유입된 냉매가 배기구(132)를 향해 유동할 수 있는 유로를 형성한다.

또한, 냉매 유로 부재(미도시)는 후술될 냉각 홀(122)을 빠져나온 냉매가 배기구(132)를 향해 유동할 수 있는 유로를 형성할 수도 있다.

프론트 하우징(120)은 메인 하우징(110)과 후술될 인버터부(200)를 구획한다. 또한, 프론트 하우징(120)에는 후술될 모터(300)의 구동에 필요한 전력이 공급되고, 후술될 모터(300)를 제어하기 위한 제어 신호가 입력된다.

본 발명의 실시 예에 따른 프론트 하우징(120)은 후술될 냉각 홀(122)이 형성된다. 따라서, 프론트 하우징(120)과 메인 하우징(110)은 연통될 수 있다.

프론트 하우징(120)은 메인 하우징(110)의 일측에 위치된다. 프론트 하우징(120)에 대향하는 메인 하우징(110)의 타측에는 후술될 리어 하우징(130)이 위치된다. 프론트 하우징(120)과 리어 하우징(130)의 위치는 서로 변경될 수 있다.

프론트 하우징(120)과 메인 하우징(110)은 후술될 체결부(500)에 의해 밀폐 결합된다. 이를 위해, 메인 하우징(110)을 향하는 프론트 하우징(120)의 일측 면 상에는 후술될 체결 핀 결합 홀(512)이 복수 개 형성된다.

체결 핀 결합 홀(512)에는 프론트 체결 핀(510)의 일측이 삽입 결합된다. 또한, 프론트 체결 핀(510)의 타측은 프론트 체결 홀(520)에 삽입 결합된다.

프론트 하우징(120)에는 후술될 인버터부(200)의 히트싱크(212)가 접촉될 수 있다. 프론트 하우징(120)과 후술될 히트싱크(212)는 전도에 의해 열 전달될 수 있다. 후술될 히트싱크(212)로부터 프론트 하우징(120)에 전달될 열은, 흡기구(112)를 통해 유입된 냉매에 전달된다. 이에 따라, 후술될 히트싱크(212)가 냉각될 수 있다.

상기 열전달 과정이 효율적으로 수행되기 위해, 프론트 하우징(120)은 열전도성이 높은 물질로 형성될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 프론트 하우징(120)은 전체적으로 직사각형 형상이되 하측이 라운드지게 형성된다. 프론트 하우징(120)의 형상은 변경 가능하다.

다만, 프론트 하우징(120)의 하측 형상은 메인 하우징(110)과 밀폐 결합될 수 있도록, 메인 하우징(110)의 프론트 하우징(120)을 향하는 일측 단부의 단면 형상에 상응하게 결정되는 것이 바람직하다.

도 3 내지 도 6을 더 참조하면, 프론트 하우징(120)은 냉각 홀(122), 모터 축 결합부(124), 통신 커넥터(126) 및 전원 커넥터(128)를 포함한다.

냉각 홀(122)은 흡기구(112)로 유입된 냉매가 후술될 인버터부(200)의 내부로 유입될 수 있는 통로를 제공한다. 도시된 실시 예에서, 냉각 홀(122)은 후술될 모터 축 결합부(124)로부터 방사상 외측에 위치된다.

냉각 홀(122)의 위치는 변경 가능하다. 다만, 후술될 바와 같이, 히트싱크(212)가 효율적으로 냉각되기 위해, 냉각 홀(122)은 적어도 부분적으로 히트싱크(212)에 겹쳐지도록 위치되는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이, 냉각 홀(122)의 위치는 흡기구(112)와의 거리가 최소화되도록 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 홀(122)과 흡기구(112)는 같은 방향으로 치우쳐지게 위치되는 것이 바람직하다.

대안적으로, 냉각 홀(122)은 보다 프론트 하우징(120)의 상측, 즉, 흡기구(112)에 더욱 인접하도록 위치될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 냉각 홀(122)은 원형의 관통공으로 형성되나, 그 형상은 냉매가 후술될 인버터부(200)에 유입될 수 있는 여타 형상으로 변경 가능하다.

모터 축 결합부(124)에는 후술될 모터(300)의 회전 축(미도시)이 회전 가능하게 결합된다.

도시된 실시 예에서, 모터 축 결합부(124)는 프론트 하우징(120)의 하측에 위치되는 라운드진 부분을 원호의 일부로 하는 원의 중심에 위치된다. 모터 축 결합부(124)는 메인 하우징(110) 및 후술될 리어 하우징(130)의 중심축에 맞추어지는 것이 바람직하다.

통신 커넥터(126) 및 전원 커넥터(128)는 전동식 압축기의 작동에 필요한 전력 및 제어에 필요한 제어 신호를 각각 입력 받는다. 통신 커넥터(126)에 입력된 제어 신호는 후술될 인버터 소자(210)를 거쳐 별도의 전기적 연결 수단(미도시)에 의해 후술될 모터(300)에 전달된다.

도시된 실시 예에서, 통신 커넥터(126) 및 전원 커넥터(128)는 프론트 하우징(120)의 상측에 위치되나, 그 위치는 후술될 모터(300)의 회전에 영향을 주고받지 않을 수 있는 임의의 위치로 변경될 수 있다.

통신 커넥터(126) 및 전원 커넥터(128)는 전력 및 제어 신호의 입출력이 가능한 임의의 구조로서 구비될 수 있다.

도시되지 않을 실시 예에서, 프론트 하우징(120)은 냉매 가이드 부재(미도시)를 구비할 수 있다. 냉매 가이드 부재(미도시)는 흡기구(112)를 통해 유입된 냉매가 냉각 홀(122)을 향해 유동되도록 가이드할 수 있다.

일 예로서, 냉매 가이드 부재(미도시)는 프론트 하우징(120)의 모터실(114)을 향하는 일 면으로부터 돌출되어 흡기구(112)와 냉각 홀(122) 사이에 위치될 수 있다.

냉매 가이드 부재(미도시)가 구비될 경우, 흡기구(112)를 통해 유입된 냉매는 더욱 효과적으로 냉각 홀(122)을 향해 유동될 수 있다. 이에 따라, 냉각 홀(122)을 통해 인버터부(200)로 유입되는 냉매의 양이 증가될 수 있다.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 리어 하우징(130)은 프론트 하우징(120)에 대향하는 메인 하우징(110)의 일측에 위치된다. 리어 하우징(130)과 메인 하우징(110)은 서로 연통되도록 결합된다.

리어 하우징(130)은 후술될 체결부(500)에 의해 메인 하우징(110)과 밀폐 결합된다. 이를 위해, 리어 하우징(130)에 형성된 체결 관통 홀(미도시)에 리어 체결 핀(530)이 관통 삽입되어, 메인 하우징(110)에 형성된 리어 체결 홀(540)에 삽입 결합된다.

리어 하우징(130)은 배기구(132)를 포함한다.

배기구(132)는 리어 하우징(130)의 원주면에 형성되어, 리어 하우징(130)의 외부와 리어 하우징(130)을 연통한다. 후술될 압축부(400)에서 압축된 냉매는 배기구(132)를 통해 케이싱(100)의 외부로 배출될 수 있다.

배기구(132)에는 후술될 모터(300)의 원활한 회전 등을 위해 사용된 윤활유 등을 분리하기 위한 유분리부(미도시)가 구비될 수 있다.

(2) 인버터부(200)의 설명

이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 인버터부(200)를 상세하게 설명한다.

인버터부(200)는 후술될 모터(300)에 제어 신호를 인가하여 전동식 압축기의 작동 여부 및 압축 정도 등을 제어한다. 도시된 실시 예에서, 인버터부(200)는 케이싱(100)의 프론트 하우징(120)에 결합된다.

상술한 바와 같이, 흡기구(112)는 프론트 하우징(120)에 인접한 메인 하우징(110)의 원주면에 형성된다. 따라서, 흡기구(112)를 통해 유입된 냉매의 일부는 프론트 하우징(120)을 따라 유동된다.

또한, 후술할 바와 같이, 유입된 냉매는 프론트 하우징(120)에 형성된 냉각 홀(122)을 통해 인버터부(200)의 내부로 유입될 수 있다.

도시된 실시 예에서, 인버터부(200)는 인버터 소자(210) 및 인버터 커버(220)를 포함한다.

인버터 소자(210)는 전동식 압축기의 운전을 제어한다. 인버터 소자(210)는 상기 제어를 위한 제어 신호를 프론트 하우징(120)의 통신 커넥터(126)로부터 전달받는다.

또한, 인버터 소자(210)의 작동에 필요한 전력은 프론트 하우징(120)의 전원 커넥터(128)로부터 인버터 소자(210)에 전달된다.

인버터 소자(210)가 전동식 압축기의 운전을 제어하는 원리 및 그 과정은 잘 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

인버터 소자(210)는 히트싱크(heatsink)(212)를 포함한다.

히트싱크(212)는 인버터 소자(210)에서 발생된 열을 방열하기 위해 구비된다. 상술한 바와 같이, 인버터 소자(210)에는 발열량이 높은 소자가 다수 구비된다. 또한, 이들 소자는 고열에 취약하다. 따라서, 인버터 소자(210)의 정상적인 작동을 위해서는 인버터 소자(210)를 냉각할 필요가 있다.

히트싱크(212)는 열전도성이 높은 물질로 형성되고, 인버터 소자(210)와 연결되어 인버터 소자(210)에서 발생한 열을 전달받는다. 또한, 히트싱크(212)의 일측 면은 프론트 하우징(120)과 접하도록 위치되어, 히트싱크(212)는 프론트 하우징(120)과 열교환이 가능하다.

따라서, 인버터 소자(210)에서 발생된 열은 열전도 과정을 통해, 프론트 하우징(120)을 따라 유동하는 냉매로 전달되어, 인버터 소자(210)가 냉각될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기의 프론트 하우징(120)에는 냉각 홀(122)이 형성되어, 메인 하우징(110) 내부로 유입된 냉매가 인버터부(200) 내측으로 유입될 수 있다.

이 때, 냉각 홀(122)은 히트싱크(212)와 적어도 부분적으로 겹쳐지도록 위치된다. 따라서, 냉각 홀(122)을 통해 유입된 냉매는 히트싱크(212)에 직접 접촉될 수 있다.

다른 실시 예에서, 히트싱크(212)는 프론트 하우징(120)과 소정 거리 이격되어 위치될 수 있다. 즉, 히트싱크(212)와 프론트 하우징(120) 사이에 냉매가 유동하기 위한 틈새가 형성될 수 있다.

이 실시 예에서, 냉각 홀(122)을 통해 인버터부(200)의 내부로 유입된 냉매는 히트싱크(212)에만 접촉되지 않고, 인버터 소자(210) 자체에도 접촉되어, 냉각 효율이 더욱 향상될 수 있다.

도 9에 도시된 다른 실시 예에서, 히트싱크(212)에 프론트 하우징(120)을 향하여 돌출 형성되는 냉각 돌출부(214)가 형성될 수 있다.

냉각 돌출부(214)는 냉각 홀(122)에 맞추어질 수 있다. 즉, 냉각 돌출부(214)는 히트싱크(212)는 냉각 홀(122)에 관통 삽입되어, 메인 하우징(110)을 향하는 일측 단부가 메인 하우징(110)의 내부 공간, 즉 모터실(114) 내부에 위치될 수 있다.

본 실시 예에서, 흡기구(112)를 통해 유입된 냉매가 냉각 홀(122)을 통과하지 않고도 히트싱크(212)에 접촉될 수 있다. 따라서, 인버터 소자(210), 히트싱크(212) 및 냉매 간의 열교환 효율이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 냉각 돌출부(214)가 모터실(114)을 향하는 단부에는 별도의 체결 부재(미도시)가 구비될 수 있다. 이에 의해, 냉각 돌출부(214)가 냉각 홀(122)에서 임의 이탈되지 않을 수 있다.

도시되지 않은 실시 예에서, 냉각 돌출부(214)는 별도로 구비되어, 냉각 홀(122)에 삽입됨으로써 히트싱크(212)에 접촉될 수 있다. 즉, 냉각 돌출부(214)는 모터실(114)에서 인버터부(200)를 향하는 방향으로, 냉각 홀(122)에 관통 삽입될 수 있다.

인버터 커버(220)는 인버터부(200)의 외측을 형성한다. 구체적으로, 인버터 커버(220)는 프론트 하우징(120)과 결합되어, 내부에 인버터 소자(210)가 수용되는 공간(S)을 형성한다. 상기 공간(S)에는 인버터 소자(210)가 수용된다.

인버터 커버(220)는 후술될 체결부(500)에 의해 프론트 하우징(120)과 결합된다. 인버터 커버(220)에는 인버터 체결 홀(560)이 복수 개 형성된다. 인버터 체결 홀(560)에는 인버터 체결 핀(550)이 관통 삽입되어, 프론트 하우징(120)의 결합 홈(미도시)에 결합된다.

인버터 커버(220)와 프론트 하우징(120)의 결합에 의해, 인버터가 수용되는 공간(S)은 상술한 냉각 홀(122)을 제외하면 밀폐될 수 있다.

(3) 모터(300)의 설명

모터(300)는 메인 하우징(110)의 모터실(114)에 수용되어, 후술될 압축부(400)가 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공한다. 모터(300)는 인버터 소자(210)에서 인가되는 제어 신호에 의해 제어될 수 있다.

모터(300)에는 회전 축(미도시)이 관통 결합된다. 회전 축(미도시)은 프론트 하우징(120)의 모터 축 결합부(124)에 회전 가능하게 결합된다.

모터(300)는 고정자(310) 및 회전자(320)를 포함한다.

고정자(310)는 복수 개의 코일(미도시)을 포함하여, 전력이 인가되면 자기장을 형성한다.

고정자(310)는 메인 하우징(110)의 내주면에 고정될 수 있다. 또한, 고정자(310)의 내부에는 원통형의 중공부가 형성되어, 회전자(320)는 고정자(310)의 내부에 결합될 수 있다.

회전자(320)는 복수 개의 자석(미도시)을 포함하여, 전력이 인가되면 고정자(310)의 코일에 의해 형성되는 자기장에 의해 회전된다. 회전자(320)는 회전 축(미도시)과 결합되어, 회전 축(미도시)과 함께 회전된다.

회전자(320)는 고정자(310)의 내부에 결합될 수 있다. 회전자(320)는 고정자(310)의 내주면과 소정 거리 이격되도록 배치될 수 있다.

모터(300)의 구동 원리 및 전력 인가에 의해 모터(300)가 회전되는 과정은 잘 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

(4) 압축부(400)의 설명

압축부(400)는 흡기구(112)로 유입된 냉매를 압축하는 전동식 압축기의 역할을 실질적으로 수행한다. 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는 스크롤을 이용하는 스크롤 압축기에 해당한다. 이에 따라, 압축부(400)는 선회 스크롤(410) 및 고정 스크롤(420)을 포함한다.

선회 스크롤(410)은 모터(300)의 회전자(320)에 결합된 회전 축(미도시)에 편심 결합된다. 따라서 회전자(320)가 회전되면, 선회 스크롤(410)은 고정 스크롤(420)에 대해 선회 운동을 한다.

선회 스크롤(410)의 상기 선회 운동에 의해, 선회 스크롤(410)과 고정 스크롤(420)은 흡입실(미도시), 중간압실(미도시), 토출실(미도시)로 된 한 쌍의 압축실(미도시)을 형성한다.

선회 스크롤(410)과 고정 스크롤(420)을 이용하여 냉매를 압축하는 과정은 잘 알려진 기술이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

(5) 체결부(500)의 설명

체결부(500)는 메인 하우징(110), 프론트 하우징(120), 리어 하우징(130) 및 인버터부(200)를 결합시키기 위한 부재이다. 일 실시 예에서, 체결부(500)는 핀, 리벳 또는 나사 등 두 개 이상의 부재를 결합시킬 수 있는 임의의 부재로 구비될 수 있다.

체결부(500)는 프론트 체결 핀(510), 프론트 체결 홀(520), 리어 체결 핀(530), 리어 체결 홀(540), 인버터 체결 핀(550) 및 인버터 체결 홀(560)을 포함한다.

프론트 체결 핀(510)은 메인 하우징(110)과 프론트 하우징(120)을 결합시킨다. 메인 하우징(110)에는 프론트 체결 홀(520)이 형성되고, 프론트 하우징(120)에는 체결 핀 결합 홀(512)이 형성된다.

프론트 체결 핀(510)의 일측은 프론트 체결 홀(520)에 프론트 체결 핀(510)의 타측은 체결 핀 결합 홀(512)에 삽입되어, 메인 하우징(110)과 프론트 하우징(120)이 결합된다.

리어 체결 핀(530)은 메인 하우징(110)과 리어 하우징(130)을 결합시킨다. 메인 하우징(110)에는 리어 체결 홀(540)이 형성되고, 리어 하우징(130)에는 체결 관통 홀(미도시)이 형성된다.

리어 체결 핀(530)은 체결 관통 홀(미도시)에 관통 결합된 후, 리어 체결 홀(540)에 삽입 결합되어, 메인 하우징(110)과 리어 하우징(130)이 결합된다.

인버터 체결 핀(550)은 인버터 커버(220)와 프론트 하우징(120)을 결합시킨다. 인버터 커버(220)에는 인버터 체결 홀(560)이 형성되고, 프론트 하우징(120)에는 체결 핀 결합 구(미도시)가 형성된다.

인버터 체결 핀(550)은 인버터 체결 홀(560)에 관통 결합된 후, 체결 핀 결합 구(미도시)에 삽입 결합되어, 인버터 커버(220)와 프론트 하우징(120)을 결합시킨다. 상기 결합에 의해, 인버터 소자(210)가 수용되는 공간(S)이 형성된다.

상술한 프론트 체결 핀(510), 프론트 체결 홀(520), 리어 체결 핀(530), 리어 체결 홀(540), 인버터 체결 핀(550) 및 인버터 체결 홀(560)은 각각 복수 개 구비될 수 있다. 그 개수는 서로 결합되는 체결부(500)의 개수에 상응하게 변경될 수 있다.

구체적으로, 프론트 체결 핀(510), 체결 핀 결합 홀(512) 및 프론트 체결 홀(520)은 같은 개수로 구비될 수 있다. 리어 체결 핀(530), 리어 체결 홀(540) 및 체결 관통 홀(미도시)은 같은 개수로 구비될 수 있다. 마찬가지로, 인버터 체결 핀(550), 인버터 체결 홀(560) 및 체결 핀 결합 구(미도시)는 같은 개수로 구비될 수 있다.

2. 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기의 인버터 소자(210)가 냉각되는 과정의 설명

본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는, 프론트 하우징(120)에 냉각 홀(122)이 형성되어 냉매와 히트싱크(212)가 직접 접촉될 수 있다. 따라서, 프론트 하우징(120)과의 열교환만 수행되는 경우에 비해, 인버터 소자(210)가 더욱 효과적으로 냉각될 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기의 인버터 소자(210)가 냉각되는 과정을 상세하게 설명한다.

전동식 압축기가 구동되면, 인버터 소자(210)가 송신하는 제어 신호에 의해 모터(300)가 구동된다. 모터(300)의 구동에 의해, 압축부(400)의 선회 스크롤(410)이 선회 운동을 하며 냉매의 압축 과정이 진행된다.

압축부(400)에 의해 압축되는 냉매는 메인 하우징(110)의 흡기구(112)를 통해 메인 하우징(110)의 내측으로 유입된다.

이 때, 흡기구(112)는 프론트 하우징(120)에 인접한 메인 하우징(110)의 원주면에 형성된다. 따라서, 냉매의 일부는 모터(300)를 향해 이동되고, 냉매의 일부는 프론트 하우징(120)을 따라 이동된다(도 7의 점선 화살표 참조).

상술한 바와 같이, 히트싱크(212)는 프론트 하우징(120)과 접촉된다. 다른 실시 예에서, 히트싱크(212)가 프론트 하우징(120)과 소정 거리 이격되는 경우에도, 인버터 소자(210)에서 발생한 열이 대류 또는 복사에 의해 프론트 하우징(120)에 전달된다.

따라서, 냉매는 프론트 하우징(120)을 따라 이동하면서, 인버터 소자(210)에서 발생한 열을 전달받은 프론트 하우징(120)과 열교환된다.

프론트 하우징(120)을 따라 이동되는 냉매는, 냉각 홀(122)에 도달한다. 냉각 홀(122)은 프론트 하우징(120)과 인버터부(200)를 연통하도록 관통 형성되므로, 냉매는 냉각 홀(122)에 유입될 수 있다.

이 때, 냉각 홀(122)은 인버터 소자(210)의 히트싱크(212)에 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 겹쳐지도록 위치된다. 따라서, 냉각 홀(122)에 유입된 냉매는 히트싱크(212)에 직접 접촉된다.

상술한 바와 같이, 다른 실시 예에서 히트싱크(212)는 프론트 하우징(120)과 소정 거리 이격되어 위치된다. 즉, 냉각 홀(122)에 유입된 냉매는 인버터부(200)의 내부, 즉 인버터 소자(210)가 수용되는 공간(S)으로 유입될 수 있다.

인버터 소자(210)가 수용되는 공간(S)으로 유입된 냉매는, 히트싱크(212) 뿐만 아니라 인버터 소자(210)와도 직접 접촉된다. 따라서, 히트싱크(212)가 프론트 하우징(120)과만 열교환되는 경우에 비해, 열교환이 더욱 활발하게 진행될 수 있다.

프론트 하우징(120)을 따라 이동하는 냉매 중 냉각 홀(122)에 유입되지 않은 냉매는, 프론트 하우징(120)과 열교환된 후 모터(300)를 향해 이동된다. 또한, 냉각 홀(122)에 유입된 냉매는 인버터 소자(210) 또는 히트싱크(212)와 열교환된 후, 모터(300)를 향해 이동된다.

모터(300)를 향해 이동된 냉매는 압축부(400)를 거치며 고압으로 압축된 후, 배기구(132)를 통해 케이싱(100)의 외부로 토출된다.

3. 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기의 효과의 설명

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 전동식 압축기는 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 흡기구(112)를 통해 유입된 냉매가 냉각 홀(122)을 통해 인버터 소자(210)의 히트싱크(212)와 직접 접촉될 수 있다.

따라서, 히트싱크(212)가 프론트 하우징(120)과 열교환되는 과정을 통해 인버터 소자(210)가 간접적으로 냉각되는 경우에 비해, 열교환 효율이 향상될 수 있다.

또한, 냉각 홀(122)을 통해 인버터부(200)로 유입되는 냉매에는 메인 하우징(110)을 순환한 냉매뿐만 아니라, 메인 하우징(110)의 외측에서 유입된 저온의 냉매도 포함된다.

따라서, 전동식 압축기의 작동이 진행됨에 따라 메인 하우징(110) 내부의 온도가 상승되더라도, 인버터 소자(210)의 냉각 효율이 감소되지 않는다.

상술한 효과에 의해, 인버터 소자(210)의 온도를 일정 온도 이하로 유지할 수 있다. 이에 따라, 프론트 하우징(120)과의 추가 열교환을 위해 별도의 냉각 핀 등이 구비되지 않아도 충분한 냉각 효율을 기대할 수 있다.

더 나아가, 인버터의 냉각 효율이 향상됨에 따라 인버터의 온도가 하락될 수 있고, 이에 따라 인버터의 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 인버터의 효율이 향상됨에 따라, 전동식 압축기의 전체 효율이 향상될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 케이싱
110: 메인 하우징
112: 흡기구
114: 모터실
120: 프론트 하우징
122: 냉각 홀
124: 모터 축 결합부
126: 통신 커넥터
128: 전원 커넥터
130: 리어 하우징
132: 배기구
200: 인버터부
210: 인버터
212: 히트싱크(heatsink)
214: 냉각 돌출부
220: 인버터 커버
300: 모터
310: 고정자
320: 회전자
400: 압축부
410: 선회 스크롤
420: 고정 스크롤
500: 체결부
510: 프론트 체결 핀
512: 체결 핀 결합 홀
520: 프론트 체결 홀
530: 리어 체결 핀
540: 리어 체결 홀
550: 인버터 체결 핀
560: 인버터 체결 홀
S: 인버터가 수용되는 공간

Claims (11)

1. 내부에 모터가 수용되는 모터실을 구비하는 케이싱;
   상기 케이싱의 프론트 하우징에 인접하게 위치되는 인버터부를 포함하며,
   상기 인버터부는,
   상기 모터를 제어하도록 구성되며, 냉각을 위한 히트싱크(heat sink)를 구비하는 인버터 소자; 및
   상기 프론트 하우징과 결합되어, 상기 인버터 소자가 수용되는 공간을 형성하는 인버터 커버를 포함하고,
   상기 프론트 하우징에는 상기 모터실과 연통되도록 냉각 홀(hole)이 형성되는,
   전동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 홀은 상기 히트싱크에 적어도 부분적으로 겹쳐지도록 위치되는,
   전동식 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 히트싱크는 상기 프론트 하우징을 향해 돌출 형성되는 냉각 돌출부를 포함하는,
   전동식 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 냉각 돌출부는 상기 냉각 홀에 맞추어지는,
   전동식 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉각 돌출부는 상기 냉각 홀에 관통 결합되어, 상기 냉각 돌출부의 단부는 상기 모터실 내부에 위치되는,
   전동식 압축기.
6. 제2항에 있어서,
   상기 프론트 하우징으로부터 상기 냉각 홀에 삽입 결합되는 냉각 돌출부를 포함하며,
   상기 냉각 돌출부의 단부는 상기 히트싱크에 접촉되는,
   전동식 압축기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 케이싱은,
   상기 프론트 하우징에 인접하게 위치되며, 상기 모터실을 구비하는 메인 하우징을 포함하며,
   상기 메인 하우징에는 상기 케이싱의 외부와 연통되도록 흡기구가 형성되는,
   전동식 압축기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 메인 하우징은 원통 형상이며,
   상기 흡기구는 상기 프론트 하우징에 인접한 상기 메인 하우징의 원주 상에 형성되는,
   전동식 압축기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 프론트 하우징에는,
   냉매를 상기 흡기구로부터 상기 냉각 홀로 안내하도록 구성되는 냉매 가이드 부재가 구비되어,
   상기 흡기구를 통해 유입된 냉매는 상기 냉매 가이드 부재를 따라 상기 냉각 홀을 통과하여 상기 인버터 커버의 상기 공간으로 유입되는,
   전동식 압축기.
10. 제2항에 있어서,
    상기 케이싱은,
    상기 프론트 하우징에 인접하게 위치되며, 상기 모터실을 구비하고, 상기 케이싱의 외부와 연통되도록 흡기구가 형성되는 메인 하우징; 및
    상기 프론트 하우징에 대향하는 상기 메인 하우징의 일측에 인접하게 위치되며, 상기 케이싱의 외부와 연통되도록 배기구가 형성되는 리어 하우징을 포함하는,
    전동식 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 모터실에는,
    냉매를 상기 흡기구로부터 상기 배기구로 안내하도록 구성되는 냉매 유로 부재가 구비되어,
    상기 흡기구를 통해 유입된 냉매는 상기 냉매 유로 부재를 따라 상기 배기구로 안내되는,
    전동식 압축기.

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