KR20200105144A - 압축기 - Google Patents

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KR20200105144A
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cylinder block
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KR1020190023877A
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곽정명
김용희
다니엘 돔케
시몬 쉐르너
피터 커트 자와드즈키
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한온시스템 주식회사
티이 커넥티버티 저머니 게엠베하
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Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것이다. 본 실시 예는 피스톤의 이동에 따른 정확한 스트로크와 주기를 연산하여 압축기의 부하 제어를 실시하고자 한다.

Description

압축기{Compressor}
본 발명은 압축기에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 피스톤의 이동에 따른 스트로크를 정확하게 감지하기 위한 압축기에 관한 것이다.
자동차의 냉방장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하여 구성되고, 상기 압축기(Compressor)는 증발기로부터 토출된 냉매가스를 액화하기 쉬운 고온고압 상태로 압축하여 응축기로 전달한다. 더불어, 압축기는 냉방이 지속되도록 냉매를 펌핑하여 재순환시키는 역할을 수행한다.
응축기(condenser)는 고온고압의 냉매가스를 외기와 열교환시켜 냉각함으로써 액화시키고, 상기 팽창밸브(expansion valve)는 액상 냉매를 단열 팽창시켜 온도와 압력을 강하시킴으로써 증발기에서 증발하기 용이한 상태로 변화시키는 역할을 한다.
상기 증발기(evaporator)는 액상 냉매를 실내로 도입되는 외기와 열교환시킴으로써 열을 흡수, 증발하게 하여 기화시키고, 상기 외기는 냉매에 열을 빼앗겨 냉각되며 블로어에 의해 차 실내로 송풍된다.
압축기에는 작동유체(냉매)를 압축하는 부분이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과, 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.
상기 왕복식에는 크랭크를 사용하여 구동원의 구동력을 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식과, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식 및 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있다.
상기 이중 사판식 압축기에는 사판의 각도가 일정하게 고정된 고정형과, 사판의 각도가 가변되는 가변형이 있다.
종래의 가변 사판식 압축기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 가변 사판식 압축기(1)는 하우징의 내부에 구동축(20)과, 구동축(20)상에 설치되어 일체로 회전되며 각도가 조절될 수 있도록 설치된 사판(26)과, 사판(26)에 연결되어 사판(26) 회전에 연동되어 전후로 왕복 이동되는 피스톤(14)과, 구동축(20)의 전방 단부에 설치되어 엔진으로부터 벨트를 매개로 구동력을 전달받는 풀리(70)를 포함한다.
상기 압축기의 외관은 실린더블록(10)과, 그 양측에 각각 설치된 전방하우징(32)과 후방하우징(60)으로 이루어지고, 상기 실린더블록(10)에는 원주 방향으로 다수의 실린더보어(11)가 형성되어 있으며, 실린더보어(11)에 피스톤(14)이 삽입된다.
상기 피스톤(14)의 일단부에 형성된 연결부(18)에 슈(19)를 매개로 사판(26)이 연결되어 있으며, 사판(26)은 구동축(20)에 장착되어 일체로 회전되는 로터(22)에 연결된다.
가변 사판식 압축기의 구동부는 구동축(20)과, 구동축(20)에 장착된 로터(22)와, 구동축(20)에 슬라이딩 가능하게 설치되고 로터(22)에 연결된 사판(26)을 포함한다.
상기 로터(22)에 형성된 힌지아암(24)에 사판(26)의 연결아암(28)이 힌지핀으로 연결되며, 힌지핀은 힌지아암(24)에 형성된 힌지슬롯(24')에 설치되어 사판(26)의 경사각 변화가 가능해진다.
풀리(70)는 구동축(20)의 단부에 장착되고, 벨트(미도시)로 엔진측 풀리에 연결되어 엔진 작동에 따라 회전된다.
예를 들어 엔진 동력이 전달되어 풀리(70)가 회전되면 구동축(20)과, 로터(22)와, 사판(26)이 회전되고, 이와 연동하여 피스톤(14)이 실린더보어(11)의 내부에서 전후 이동됨으로써 실린더보어(11) 내부의 냉매가 압축된다.
후방하우징(60)에는 제어밸브(80)가 설치되며, 제어밸브(80)는 냉매가 압축되어 토출되는 토출실(3)과, 흡입실(62)과, 전방하우징(32)의 내부 공간인 크랭크실(31)을 연결한다.
제어밸브(80)에 의해 냉방 부하에 따라 크랭크실(31)의 냉매압력이 조절되며, 크랭크실(31)의 압력 증가에 따라 사판(26)의 경사각은 감소(구동축(20)에 대해 직각인 방향으로 회동)되고 피스톤(14)의 행정도 감소한다.
따라서, 냉방 부하가 클 때는 크랭크실(31)의 압력을 감소시켜 사판(26)의 경사각을 증가시킴으로써 피스톤(14) 행정을 증가시켜 냉매 토출량이 증가되도록 하고, 냉방 부하가 작을 때는 크랭크실의 압력을 증가시켜 사판(26)의 경사각을 감소시킴으로써 피스톤(14)의 행정을 감소시켜 냉매 토출량이 감소되도록 제어된다.
이와 같이 사용되는 가변 사판식 압축기는 피스톤(14)이 왕복 이동할 때 정확한 스트로크를 측정하기 어려워서 다양한 부하 발생에 따른 정확한 엔진부하 보상이 이루어지지 않는 문제점이 발생되었다.
최근에는 이러한 피스톤의 이동에 따른 정확한 스트로크를 측정하기 위한 다양한 방법이 시도되고 있으나, 상기 피스톤의 스트로크에 따른 센싱 정확도가 저하되는 문제점이 발생되었다.
JP 5414115B2 (2013. 11. 22 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 피스톤의 이동에 따른 스트로크를 정확하게 감지하고, 감지된 데이터를 디지털 신호로 정확하게 변환하여 상기 피스톤의 위치를 정확하게 감지 및 작동이 이루어지는 압축기를 제공한다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기는 크랭크 실(102)이 형성된 전방 하우징(100); 상기 전방 하우징(100)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내측 원주 방향을 따라 복수 개의 실린더 보어(210) 내부에서 왕복 운동이 이루어지는 피스톤(220)이 배치된 실린더 블록(200); 상기 실린더 블록(200)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내부에 흡입실(310)과 토출실(320)이 형성된 후방 하우징(300); 상기 전방 하우징(100)과 실린더 블록(200)의 중앙을 경유하여 삽입되고 사판(50)이 삽입된 회전축(400); 상기 피스톤(220)은 축 방향을 기준으로 직경이 일정하게 유지된 직경 유지부(222); 및 상기 직경 유지부(222)의 일측에 위치한 위치 결정부(221)의 위치변화에 따라 스피드와 스트로크를 감지하는 센서부(500)를 포함한다.
상기 직경 유지부(222)는 축방향 길이(A)보다 상기 위치결정부(221)와 상기 직경 유지부(222) 사이의 변환점(P)으로부터 피스톤 끝단 사이의 거리(B)가 더 짧은 것을 특징으로 한다.
상기 센서부(500)는 상기 피스톤(220)의 왕복 운동에 따라 감지되는 센서값이 상기 위치 결정부(221)에서 상기 직경 유지부(222)로 이동될 때 또는 상기 직경 유지부(222)에서 상기 위치 결정부(221)로 이동될 때 수직 방향에서의 이격 거리에 따른 스위칭 신호를 입력 받는다.
상기 피스톤(220)이 1회 왕복 운동할 때 상기 센서부(500)의 축 방향 중심을 연장한 가상의 연장선(DL)과 상기 변환점(P)이 2회 만나는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부(500)는 감지대상이 상기 위치 결정부(221)일 때, 상기 센서부(500)을 통해 입력된 데이터는 시간(t)에 따른 제1 자기장 신호(t1)로 입력되고, 상기 센서부(500)의 감지 대상이 상기 직경 유지부(222)일 때, 상기 센서부(500)을 통해 시간(t)에 따른 제2 자기장 신호(t2)로 입력되며, 상기 제2 자기장 신호(t2)는 상기 제1 자기장 신호(t1) 보다 높게 검출되는 것을 특징으로 한다.
상기 직경 유지부(222)는 표면이 균일하게 유지되도록 코팅층(222a)이 형성된다.
상기 센서부(500)에서 감지된 데이터를 입력 받아 상기 피스톤의 스피드와 스트로크를 실시간으로 연산하는 연산부(700)를 더 포함한다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 압축기는 크랭크 실(102)이 형성된 전방 하우징(100); 상기 전방 하우징(100)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내측 원주 방향을 따라 복수 개의 실린더 보어(210) 내부에서 왕복 운동이 이루어지는 피스톤(220)이 배치된 실린더 블록(200); 상기 실린더 블록(200)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내부에 흡입실(310)과 토출실(320)이 형성된 후방 하우징(300); 상기 전방 하우징(100)과 실린더 블록(200)의 중앙을 경유하여 삽입되고 사판(50)이 삽입된 회전축(400); 상기 피스톤(220)의 위치변화에 따라 스피드와 스트로크를 감지하는 센서부(500)를 포함하며, 상기 센서부(500)는 외형을 이루고 부도체로 형성된 바디부(510); 상기 바디부(510)의 축 방향에 삽입되고, 상기 바디부(510)가 이탈되지 않도록 고정하기 위한 고정부(522)가 구비된 지지부(520)에 의해 실린더 블록(200)에 결합된다.
상기 센서부(500)는 압축기의 무게중심을 기준으로 중력방향 상측에 위치된다.
상기 바디부(510)에는 외측으로 돌출된 단턱(511)이 형성되고, 상기 지지부(520)에는 상기 단턱(511)과 대응되도록 내측으로 요입된 홈(521)이 형성된다.
상기 고정부(522)는 내측으로 절곡되어 상기 바디부(510)의 단턱을 감싸도록 형성된다.
상기 바디부(510)에는 상기 바디부(510)의 원주 방향 텐션을 이용하여 이탈을 방지하기 위한 리테이너(40)가 설치된다.
상기 바디부(510)와 상기 실린더 블록(200)사이에는 실링부재(502)가 설치된다.
본 발명의 실시 예에 의한 압축기는 피스톤의 이동에 따른 스트로크 및 사판의 사판각에 따라 부하 제어를 정확하게 실시하여 상기 압축기의 토크에 대한 엔진 부하를 보상할 수 있다.
본 발명에 의한 실시 예는 압축기는 피스톤의 스트로크에 따른 정확한 감지 및 신호 변환이 안정적으로 이루어지고, 주기와 듀티 비를 연산하는데 오류 없이 정확하게 연산이 가능하여 압축기의 제어 안정성이 향상된다.
도 1은 종래의 가변 사판식 압축기를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기에 구비된 피스톤을 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 종 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기에 설치된 센서부의 설치 위치를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기의 시간에 따른 전자기장 신호 그래프를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 압축기 및 연산부와 연계된 구성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기에 구비된 센서부를 도시한 종단면도.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 리테이너에 의해 장착된 센서부를 도시한 종 단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기에 구비된 피스톤을 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 종 단면도이다.
첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 압축기는 다양한 부하 조건에서 작동될 때 사판의 사판각에 따른 피스톤(220)의 스트로크 데이터를 정확하게 측정하고, 실시간으로 모니터링하여 상기 압축기의 부하 변동에 따른 토크를 보상하여 연비를 개선하고자 한다.
또한 본 실 시예는 후술할 센서부(500)가 피스톤(220) 사이의 이격 거리를 정확하게 측정하고, 피스톤(220)의 스트로크에 따른 정확한 위치를 산출하여 압축기의 안정적이고 효율적인 작동을 도모하고자 한다.
이를 위해 본 실시 예는 크랭크 실(102)이 형성된 전방 하우징(100)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내측 원주 방향을 따라 복수 개의 실린더 보어(210) 내부에서 왕복 운동이 이루어지는 피스톤(220)이 배치된 실린더 블록(200)과, 상기 실린더 블록(200)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내부에 흡입실(310)과 토출실(320)이 형성된 후방 하우징(300)이 구비된다.
상기 전방 하우징(100)과, 실린더 블록(200) 및 후방 하우징(300)은 압축기의 외형을 이룬다.
그리고 상기 전방 하우징(100)과 실린더 블록(200)의 중앙을 경유하여 삽입되고 사판(50)이 삽입된 회전축(400)이 구비된다. 상기 사판(50)은 반경 방향 단부에 슈(30)가 구비된다.
또한 상기 피스톤(220)은 축 방향을 기준으로 직경이 일정하게 유지된 직경 유지부(222)와, 상기 피스톤(220)이 실린더 보어(210)의 축 방향에서 왕복 운동 되면서 직경 유지부(222)의 일측에 위치한 위치 결정부(221)의 위치변화에 따른 스피드와 스트로크를 감지하는 센서부(500)를 포함한다.
그리고 상기 센서부(500)에서 감지된 데이터를 입력 받아 현재 피스톤(220)의 스피드와 스토로크를 실시간으로 연산하는 연산부(700)를 포함한다.
상기 피스톤(220)은 축 방향을 기준으로 소정의 길이로 직경이 일정하게 유지된 선단부에 상기 피스톤(220)의 원주 방향에서 소정의 길이로 홈이 형성된 위치 결정부(221)가 구비된다.
상기 위치 결정부(221)는 피스톤(220)의 원주 방향 중 상기 센서부(500)와 마주보는 위치에 소정의 길이로 형성되고, 상기 직경 유지부(222)와 높이차가 유지되므로 센서부(500)를 통해 피스톤(220)의 왕복 이동에 따른 위치를 감지할 수 있다.
상기 피스톤(220)은 상기 전방 하우징(100)이 위치된 방향을 향해 소정의 길이로 수평하게 연장되고 슈와 결합되는 슈 결합부(224)를 포함한다.
본 실시 예에 의한 센서부(500)는 일 예로 위치 센서가 사용되고, 자세한 구조는 후술하기로 한다. 상기 센서부(500)는 상기 피스톤(220)의 왕복 운동에 따라 감지되는 센서값이 상기 위치 결정부(221)에서 상기 직경 유지부(222)로 이동될 때 또는 상기 직경 유지부(222)에서 상기 위치 결정부(221)로 이동될 때 수직 방향에서의 이격 거리에 따른 전자기장 신호를 입력 받는다.
본 실시 예는 사판식 압축기의 부하에 따라 회전축(400)이 회전될 때 사판(50)의 사판각이 변화되고, 상기 사판각에 따라 피스톤(220)이 보어(210)를 따라 최저점에서 최고점 구간을 왕복 이동한다. 이 경우 상기 피스톤(220)은 스트로크에 따른 정확한 위치 데이터가 연산부(700)로 입력되어 상기 압축기의 부하에 따른 작동 상태에 따라 부하 제어가 실시된다.
피스톤(220)은 직경 유지부(222)와 슈 결합부(224)로 구성되고, 상기 직경 유지부(222)는 표면이 균일하게 유지되도록 코팅층(222a)이 형성된다. 상기 직경 유지부(222)는 외주면의 직경이 축 방향을 따라 일정하게 유지되며, 보다 정밀한 공차 유지를 위해 코팅층(222a)이 형성된다.
상기 피스톤(220)은 상기 코팅층(222a)에 의해 표면의 평탄도가 일정하게 유지되므로, 상기 피스톤(220)이 이동하여 상기 센서부(500)의 하측에 상기 위치 결정부(221)가 위치될 경우 상기 센서부(500)를 통해 수직 방향에서 이격된 거리 데이터가 감지된다.
본 실시 예는 위치 결정부(221)의 표면이 일정하게 유지되고, 일측 방향으로 경사지지 않고 연장되며, 직경이 변화되는 구간이 형성되어 있지 않으므로 상기 센서부(500)를 통한 정확한 피스톤(200)의 위치 감지가 이루어진다.
예를 들어 상기 위치 결정부(221)는 표면이 울퉁불퉁 하거나, 일측 방향으로 경사지거나, 직경이 변화되는 구간이 형성될 경우 상기 센서부(500)와 수직 방향에서 이격 거리가 다양하게 변화되므로 아날로그 데이터의 정확도가 낮아지고, 디지털로 변화되는 과정에서 복잡한 변환 과정이 발생된다.
본 실시 예는 위치 결정부(221)가 전술한 바와 같이 코팅층(222a)이 형성되어 있어 센서부(500)의 정확한 센싱이 이루어지고, 센싱 과정에서 오차가 발생되는 것이 감소되며, 데이터의 정확도 향상 및 간단한 변환 과정을 통해 피스톤(200)의 스트로크에 따른 정확한 위치를 산출하여 압축기의 부하 제어를 실시할 수 있다.
본 실시 예에 의한 피스톤(220)은 전술한 직경 유지부(222)의 단부에 위치 결정부(221)가 형성된다. 상기 위치 결정부(221)는 센서부(500)에 의해 피스톤(220)의 위치를 정확하게 감지하여 피스톤(200)의 스트로크에 따른 부하량 제어를 정확하게 실시하기 위해 상기 위치에 형성된다.
상기 위치 결정부(221)가 상기 위치에 형성되는 이유는 연산부(700)로 피스톤(200)의 스트로크에 따른 정확한 위치 데이터를 제공하여 정확도 향상을 도모하기 위해서이다.
상기 위치 결정부(221)는 일 예로 피스톤(220)의 원주 방향에서 소정의 길이로 홈이 형성되고, 축 방향에서 소정의 길이로 연장된다. 상기 위치 결정부(221)는 센서부(500)에 구비된 위치 센서가 직경 유지부(222)와, 슈 결합부(224)의 위치를 정확하게 구분하고, 위치에 따른 정확한 데이터를 획득하기 위한 목적과, 상기 위치 결정부(221)와 상기 직경 유지부(222) 및 상기 슈 결합부(224)와의 높이 차이에 따른 경계 구분을 아날로그 신호로 변환할 때 스위칭 포인트를 제공하기 위해서이다.
센서부(500)는 내부에 코일(미도시)이 구비되고, 상기 코일에 전류가 인가된 조건에서 상기 위치 결정부(221) 또는 직경 유지부(222)와의 이격 거리에 따라 서로 다르게 발생되는 와전류(eddy current)를 감지하여 압축기에 구비된 피스톤(220)의 스트로크를 정확하게 측정하고 연산할 수 있다.
상기 센서부(500)는 감지된 데이터를 압축기의 부하 제어에 중요한 데이터를 활용되므로 현재 압축기의 상태 진단에 사용되며 알피엠을 조정하여 효율적인 작동을 도모할 수 있다.
상기 센서부(500)는 와전류를 감지하는데, 상기 와전류의 전류값인 아날로그 신호로 전환되고, 최종적으로 PWM신호로 변환된다.
센서부(500)는 정확한 데이터를 센싱하기 위해 왕복 운동하는 피스톤(220)의 표면과 이격된 거리 데이터를 아날로그로 우선 감지한다. 이때 피스톤(220)은 센서부(500)와 최대한 가까이 위치하는 것이 정확한 감지에 유리하고, 이격 거리에 따른 차이 및 상기 직경 유지부(222)와, 위치 결정부(221) 및 상기 슈 결합부(224)의 위치에 따라 감지되는 데이터가 서로 상이해야 디지털 신호로 변환했을 때 정확한 연산에 유리해진다.
본 실시 예는 상기 위치 결정부(221)가 상기 센서부(500)의 하측에 위치되므로, 사판(50)의 사판각이 변화될 경우 피스톤(220)의 전진 또는 후진 이동에 따른 스위칭 포인트를 아날로그 신호로 정확하게 제공한다.
특히 위치 결정부(221)는 깊이가 상기 직경 유지부(222) 또는 슈 결합부(224)의 표면보다 내측에 형성되므로, 센서부(500)에서 감지된 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환될 때 정확하게 구분된다.
또한 센서부(500)는 피스톤(220)의 스트로크 변화에 따른 정확한 데이터 측정을 통해 압축기의 부하 조정 및 토크 보상에 유리해 지고 최종적으로 연비 개선을 도모할 수 있다.
참고로 상기 직경 유지부(222)와 상기 슈 결합부(224)는 피스톤(220)의 축 방향으로 상기 센서부(500)와 마주보는 상대면의 평탄도가 일정하게 유지되고, 상기 위치 결정부(221)만 피스톤(220)의 내측으로 홈이 형성되어 있어 센서부(500)가 이격 거리를 감지할 때 정확하게 감지한다.
본 실시 예에 의한 위치 결정부(221)는 피스톤(220)의 축 방향과, 원주 방향에서 동일 깊이로 형성된다. 이 경우 센서부(500)에 구비된 위치 센서의 센싱 범위를 모두 만족할 수 있어 피스톤(220)의 이동에 따른 정확한 데이터를 획득할 수 있다.
상기 직경 유지부(222)는 축 방향 길이(A)보다 상기 위치결정부(221)와 상기 직경 유지부(222) 사이의 변환점(P)으로부터 피스톤 끝단 사이의 거리(B)가 더 짧은 것을 특징으로 한다.
상기 위치 결정부(221)는 직경 유지부(222)의 연장된 단부에 위치되고, 소정의 높이로 높이차가 유지된다. 상기 높이차는 센서부(500)에 구비된 위치 센서를 통한 높이 차이를 감지하기 위해 구비된 것으로 이미 설명하였고, 센서부(500)가 직경 유지부(222)와 슈 결합부(224)의 표면과 상이한 높이가 유지되는 위치 결정부(221)를 통해 피스톤(220)의 이동에 따른 정확한 위치를 감지할 수 있다.
센서부(500)는 설치 위치가 실린더 블록(200)의 외측에서 내측으로 삽입되고, 도면 기준으로 상기 실린더 블록(200)의 축 방향을 기준으로 전방 하우징(100)과 인접한 좌측에 위치된다.
상기 위치는 전술한 위치 결정부(221)와 센서부(500)가 서로 축 방향에서 마주보는 위치에 해당되고, 상기 위치 결정부(221)의 위치 감지를 위한 최적의 위치에 해당되므로 도면에 도시된 위치에 센서부(500)가 위치된다.
첨부된 도 5는 후방 하우징에서 바라본 상태를 도시한 도면으로 첨부된 도 5를 참조하면, 센서부(500)는 상기 후방 하우징(300)의 무게 중심(G)을 기준으로 상측(도면 기준 우측 상부인 2시 방향)에 경사지게 설치된다. 상기 위치는 센서부(500)가 설치된 이후에 크랭크 실(102) 내부에 잔존하는 오일에 잠기지 않기 위해 도면에 도시된 바와 같이 설치된다.
특히 상기 센서부(500)는 중력 방향과 반대 방향에 위치되며 피스톤(220)의 상측에 위치되므로 센서부(500)의 오작동을 방지하고 안정적으로 상기 피스톤(220)의 이동에 따른 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
첨부된 도 6은 피스톤이 최소 스트로크 작동 조건이고, 사판의 사판각이 최소 사판각의 범위에서 작동될 때의 상태를 도시한 것이다.
참고로 도면에 도시된 그래프의 X축은 시간(time)에 해당되고, Y축은 전자기장에 해당된다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 실시 예는 상기한 조건에서 사판(50)이 상기 회전축(400)에 대해 직각으로 위치될 때 상기 센서부(500)의 축 방향 중심을 연장한 가상의 연장선(DL)이 상기 피스톤(220)의 선단부에 위치된다. 상기 선단부는 직경 유지부(222)에 해당되고 상기 연장선(DL)이 상기 직경 유지부(222)에 위치된다.
피스톤(200)이 최소 스트로크 작동 조건인 경우에는 압축기의 부하가 최소로 발생된 경우에 해당되므로, 상기 사판(50)의 스트로크는 도면에 도시된 바와 같이 회전축(500)의 축 방향에서 최소한으로 이동된다.
상기 연장선(DL)은 전술한 위치 결정부(221)가 아닌 직경 유지부(222)의 외주면에 해당되고, 상기 센서부(500)와 상기 직경 유지부(222)에 센서부(500)의 축 방향 중심을 연장한 연장선(DL)이 위치된다.
또한 상기 피스톤(200)이 최소 스트로크 작동 조건이고, 상기 피스톤(220)이 상기 보어(210)를 따라 이동하면서 최고점 위치에 위치될 경우에 상기 센서부(500)의 축 방향 중심을 연장한 가상의 연장선(DL)이 상기 위치 결정부(221)의 폭 방향 중앙을 기준으로 일측에 위치된다.
예를 들어 피스톤(200)이 최소 스트로크 작동 조건이고, 상기 피스톤(220)이 상기 보어(210)를 따라 이동하면서 최고점 위치에 위치될 경우 상기 센서부(500)와 상기 위치 결정부(221) 사이의 이격된 수직 거리에 따라 상기 센서부(500)를 통해 입력된 데이터는 시간(t)에 따른 제1 자기장 신호(t1)로 입력된다.
그리고 상기 사판(50)의 사판각이 상기 회전축(400)에 대해 직각으로 위치될 때 상기 센서부(500)의 축 방향 중심을 연장한 가상의 연장선이 상기 피스톤(220)의 선단부에 위치되면서 상기 센서부(500)와 상기 직경 유지부(220) 사이의 이격된 수직 거리에 따라 상기 센서부(500)를 통해 시간(t)에 따른 제2 자기장 신호(t2)로 입력된다.
상기 피스톤(200)이 최소 스트로크로 작동될 때 상기 제1 자기장 신호(t1)와 제2 자기장 신호(t2)는 시간(t)에 따라 교대로 반복되며, 디지털 신호로 변환할 경우 시간(t)에 따라 명확하게 구분된다.
본 실시 예는 상기 제2 자기장 신호(t2)가 상기 제1 자기장 신호(t1) 보다 높게 검출된다. 상기 제2 자기장 신호(t2)는 직경 유지부(222)에 해당되고, 센서부(500)에 구비된 위치센서가 해당 와전류(eddy current)를 감지할 경우 그래프에 도시된 바와 같이 나타난다.
상기 제2 자기장 신호(t2)가 제1 자기장 신호(t1) 보다 높게 검출되고, 시간에 따라 반복되므로 사판(50)의 스크로크에 따른 가변 사판식 압축기의 알피엠 정보를 정확하게 획득할 수 있다.
특히 시간(t)에 따른 전자기장의 그래프가 복잡하지 않고 간단하고 명확하게 반복되므로 압축기의 부하 제어를 위한 데이터에 정확하게 반영하여 사용할 수 있다.
또한 본 실시 예에 의한 제1 자기장 신호(t1)는 시간에 따라 일정하게 유지되다가 제2 자기장 신호(t2)가 감지되는 경계점 A위치에서 위치에서 사판(50)의 이동에 의해 감지부(500)와 마주보는 상대면이 위치 결정부(221)로 바뀌면서 전자기장이 수직으로 상향한 뒤에 소정의 시간 동안 일정하게 유지된다.
그리고 경계점 B위치에서 다시 전술한 그래프의 이동 궤적이 반복된다.
상기 피스톤(200)이 최소 스트로크 작동 조건에서 상기 제1 자기장 신호(t1)와 상기 제2 자기장 신호(t2)는 교대로 반복되는 구간이 주기(T)에 해당된다.
상기 주기(T)는 경계점 A에서부터 경계점 B에 해당되고, 시간에 따라 반복되므로 연산부(700)에 의해 피스톤(220)의 스피드와 스트로크를 실시간으로 연산하여 피스톤(200)이 최소 스트로크에서 작동되는 구간에 대한 정확한 제어를 위한 데이터로 활용될 수 있다.
상기 피스톤(200)이 최소 스트로크 작동 조건에서 듀티 사이클(Duty cycle)을 DC라 가정할 때, 상기 DC = t2/T (t2는 제2 자기장 신호, T는 주기)로 계산되고, 상기 듀티 사이클(DC)은 50%로 계산된다.
연산부(700)는 사판(50)이 50%의 스트로크로 작동되는 것으로 연산하고 이에 따른 부하 제어를 위한 정확한 데이터를 제공할 수 있다.
상기 피스톤(220)이 1회 왕복 운동할 때 상기 센서부(500)의 축 방향 중심을 연장한 가상의 연장선(DL)과 상기 변환점(P)이 2회 만나게 된다.
본 발명의 제2 실시 예에 의한 압축기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 실시 예는 크랭크 실(102)이 형성된 전방 하우징(100)과, 상기 전방 하우징(100)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내측 원주 방향을 따라 복수 개의 실린더 보어(210) 내부에서 왕복 운동이 이루어지는 피스톤(220)이 배치된 실린더 블록(200)과, 상기 실린더 블록(200)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내부에 흡입실(310)과 토출실(320)이 형성된 후방 하우징(300)과, 상기 전방 하우징(100)과 실린더 블록(200)의 중앙을 경유하여 삽입되고 사판(50)이 삽입된 회전축(400)과, 상기 실린더 블록(200)의 외측에서 상기 피스톤(220)의 왕복 운동에 따른 스피드와 스트로크를 감지하는 센서부(500)를 포함한다.
센서부(500)는 외형을 이루고 부도체로 형성된 바디부(510)와, 상기 바디부(510)의 축 방향에 삽입되고, 상기 바디부(510)가 이탈되지 않도록 고정하기 위한 고정부(522)가 구비된 브라켓(520)에 의해 실린더 블록(200)에 결합된다.
상기 센서부(500)는 와전류가 발생되는 조건에서 안정적으로 피스톤(220)의 위치 감지를 위해 부도체인 수지 재질로 상기 바디부(510)가 형성된다.
상기 브라켓(520)은 금속 재질로 형성되고, 상기 바디부(510)가 삽입된 후에 상기 고정부(522)에 의해 고정된다. 상기 고정부(522)는 브라켓(520)을 측면에서 바라볼 때 바디부(510)의 측면에 형성된 단턱(511)에 밀착된다.
상기 바디부(510)와 상기 실린더 블록(200)사이에는 실링부재(502)가 설치 되고, 상기 실링부재(502)는 기밀을 위해 고무 또는 고온의 온도 조건에서 변화가 최소한으로 발생되는 재질이 사용될 수 있다.
상기 고정부(522)는 내측으로 절곡되어 상기 바디부(510)의 단턱(511)을 감싸도록 형성되므로 상기 센서부(500)의 이탈 및 분리가 방지된다.
또한 상기 지지부(520)에는 단턱(511)과 대응되도록 내측으로 요입된 홈(521)이 형성되어 있어 서로 맞물려 결합되므로 상기 센서부(500)의 이탈이 방지된다.
상기 브라켓(520)은 금속 재질로 형성되고, 상기 바디부(510)에는 원주 방향 텐션을 이용하여 이탈을 방지하기 위한 리테이너(40)가 설치되므로 유격 발생이 최소화 되고 결합된 상태가 안정적으로 유지된다.
상기 연산부(700)는 상기 센서부(500)에서 감지된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 주기 정보와, 듀티 사이클 정보를 연산하고, 상기 주기 정보를 통해 상기 피스톤의 스피드를 연산하며, 상기 듀티 사이클 정보를 통해 사판(50)의 스트로크를 연산한다.
본 실시 예는 연산부(700)가 피스톤(200)이 최소 스트로크일 경우와 최대 스트로크일 경우에 대해 압축기의 부하 제어를 실시한다.
연산부(700)는 엔진 제어 시스템(2)과 연계 작동되고, 상기 엔진 제어 시스템(2)은 차량에 구비된 엔진(4)으로부터 전달된 신호를 수신한다.
상기 연산부(700)는 센서부(500)에서 감지된 피스톤의 이동에 따른 데이터를 입력 받아 ECV(Electronic control valve)(8)에 전송하고, 스피드 스트로크 센서(600)에서 감지된 압축기의 스피드와 스트로크 정보가 상기 연산부(700)로 입력된다.
상기 ECV(8)는 사판(50)의 경사각 제어를 통해 크랭크 실(102)의 압력을 제어하고, 냉매의 토출용량을 가변시킨다.
본 실시 예는 피스톤(220)의 정확한 위치와 스트로크 데이터를 이용하여 상기 ECV에 대한 제어를 정확하게 실시할 수 있어 토크 제어에 유리하다.
예를 들어 연산부(700)는 피스톤(200)이 최소 스트로크일 경우에 최저점 또는 최고점에 위치될 경우에 따라 감지된 자기장 신호와, 피스톤(200)이 최대 스트로크일 때 최저점 또는 최고점에 위치될 때 감지된 자기장 신호를 토대로 주기 정보와 듀티 사이클 정보를 연산한다.
그리고 압축기의 알피엠에 따른 스트로크에 대한 데이터를 이용하여 부하 제어를 안정적으로 실시할 수 있으므로, 고부하 조건 또는 저부하 조건에서 보다 정확하고 안정적인 작동을 실시할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
50 : 사판
100 : 전방 하우징
200 : 실린더 블록
210 : 실린더 보어
220 :　피스톤
221 : 위치 결정부
222 : 직경 유지부
224 : 슈 결합부
300 :　후방 하우징
400 : 회전축
500 : 센서부
600 : 스피드 스트로크 센서
700 : 연산부

Claims (13)

  1. 크랭크 실(102)이 형성된 전방 하우징(100);
    상기 전방 하우징(100)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내측 원주 방향을 따라 복수 개의 실린더 보어 (210) 내부에서 왕복 운동이 이루어지는 피스톤(220)이 배치된 실린더 블록(200);
    상기 실린더 블록(200)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내부에 흡입실(310)과 토출실(320)이 형성된 후방 하우징(300);
    상기 전방 하우징(100)과 실린더 블록(200)의 중앙을 경유하여 삽입되고 사판(50)이 삽입된 회전축(400);
    상기 피스톤(220)은 축 방향을 기준으로 직경이 일정하게 유지된 직경 유지부(222); 및
    상기 직경 유지부(222)의 일측에 위치한 위치 결정부(221)의 위치변화에 따라 스피드와 스트로크를 감지하는 센서부(500)를 포함하는 압축기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 직경 유지부(222)는 축방향 길이(A)보다 상기 위치결정부(221)와 상기 직경 유지부(222) 사이의 변환점(P)으로부터 피스톤 끝단 사이의 거리(B)가 더 짧은 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부(500)는 상기 피스톤(220)의 왕복 운동에 따라 감지되는 센서값이 상기 위치 결정부(221)에서 상기 직경 유지부(222)로 이동될 때 또는 상기 직경 유지부(222)에서 상기 위치 결정부(221)로 이동될 때 수직 방향에서의 이격 거리에 따른 스위칭 신호를 입력 받는 압축기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 피스톤(220)이 1회 왕복 운동할 때 상기 센서부(500)의 축 방향 중심을 연장한 가상의 연장선(DL)과 상기 변환점(P)이 2회 만나는 것을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부(500)는 감지대상이 상기 위치 결정부(221)일 때, 상기 센서부(500)을 통해 입력된 데이터는 시간(t)에 따른 제1 자기장 신호(t1)로 입력되고,
    상기 센서부(500)의 감지 대상이 상기 직경 유지부(222)일 때, 상기 센서부(500)을 통해 시간(t)에 따른 제2 자기장 신호(t2)로 입력되며,
    상기 제2 자기장 신호(t2)는 상기 제1 자기장 신호(t1) 보다 높게 검출되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 직경 유지부(222)는 표면이 균일하게 유지되도록 코팅층(222a)이 형성된 압축기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 센서부(500)에서 감지된 데이터를 입력받아 상기 피스톤의 스피드와 스트로크를 실시간으로 연산하는 연산부(700)를 더 포함하는 압축기.
  8. 크랭크 실(102)이 형성된 전방 하우징(100);
    상기 전방 하우징(100)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내측 원주 방향을 따라 복수 개의 실린더 보어 (210) 내부에서 왕복 운동이 이루어지는 피스톤(220)이 배치된 실린더 블록(200);
    상기 실린더 블록(200)과 마주보는 상대면에 결합되고, 내부에 흡입실(310)과 토출실(320)이 형성된 후방 하우징(300);
    상기 전방 하우징(100)과 실린더 블록(200)의 중앙을 경유하여 삽입되고 사판(50)이 삽입된 회전축(400);
    상기 피스톤(220)의 위치변화에 따라 스피드와 스트로크를 감지하는 센서부(500)를 포함하며,
    상기 센서부(500)는 외형을 이루고 부도체로 형성된 바디부(510);
    상기 바디부(510)의 축 방향에 삽입되고, 상기 바디부(510)가 이탈되지 않도록 고정하기 위한 고정부(522)가 구비된 지지부(520)에 의해 실린더 블록(200)에 결합되는 압축기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 센서부(500)는 압축기의 무게중심을 기준으로 중력방향 상측에 위치된 것을 특징으로 하는 압축기.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 바디부(510)에는 외측으로 돌출된 단턱(511)이 형성되고, 상기 지지부(520)에는 상기 단턱(511)과 대응되도록 내측으로 요입된 홈(521)이 형성된 압축기.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 고정부(522)는 내측으로 절곡되어 상기 단턱(511)을 감싸도록 형성된 압축기.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 바디부(510)에는 상기 바디부(510)의 원주 방향 텐션을 이용하여 이탈을 방지하기 위한 리테이너(40)가 설치된 압축기.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 바디부(510)와 상기 실린더 블록(200)사이에는 실링부재(502)가 설치된 압축기.
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