KR20210015097A - 전동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전동식 압축기는, 고정자와 회전자를 구비하는 구동 모터; 상기 구동 모터의 일 측에 고정되는 고정 스크롤; 상기 구동 모터와 상기 고정 스크롤의 사이에 배치되어 상기 고정 스크롤과 압축실을 형성하고, 상기 구동 모터로부터 제공되는 회전력에 의해 선회 운동하는 선회 스크롤; 및 상기 선회 스크롤에 편심 결합되도록 형성되는 편심부를 구비하고, 상기 구동 모터로부터 제공되는 회전력을 상기 선회 스크롤에 전달하도록 상기 회전자와 상기 선회 스크롤에 연결되는 회전축을 포함하고, 상기 선회 스크롤은, 성가 회전축의 방사 방향에서 상기 편심부를 감싸도록 형성되는 회전축 결합부; 및 원주를 따라 상기 회전축 결합부에 결합되며, 상기 회전축의 축 방향에서 상기 편심부를 덮도록 상기 편심부와 상기 고정 스크롤의 사이에 배치되는 덮개부를 포함하고, 상기 고정 스크롤에는 상기 고정 스크롤을 상기 회전축의 축 방향으로 관통하는 유체 토출 유로가 형성되고, 상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 상기 덮개부와 중첩되는 위치에 형성된다.

Description

전동식 압축기{MOTOR OPERATED COMPRESSOR}

본 발명은 모터에 의해 구동되는 전동식 압축기에 관한 것이다.

압축기는 유체를 압축시켜 압력을 높이는 장치로, 엔진을 구동원으로 하는 기계식과, 모터를 구동원으로 하는 전동식으로 구분된다.

전동식 압축기로는 고압축비 운전에 적합한 스크롤 압축 방식이 알려져 있다. 스크롤 압축 방식을 갖는 전동식 압축기(이하, 이 명세서에서 전동식 압축기로 약칭함)의 밀폐된 케이싱(또는 하우징)의 내부에는 구동 모터로 구성되는 전동부가 설치된다. 그리고 전동부의 일 측에 고정 스크롤과 선회 스크롤로 구성되는 압축부가 설치된다. 전동부와 압축부는 회전축에 의해 서로 연결된다. 전동부에서 제공되는 회전력은 회전축을 통해 압축부로 전달된다. 그리고 압축부는 회전축을 통해 전달받은 회전력에 의해 냉매 등의 압축 대상 유체를 압축한다.

가정용과 같이 운전 압축비가 상대적으로 낮은 압축기는 바이패스 유로를 통해 중간압에서 압축 대상 유체를 토출하여 압축실의 과압을 방지하는 구조가 일반적으로 알려져 있다. 여기서 중간압이란 압축 대상 유체의 압축 전 압력(흡입압)과 압축 후 압력(토출압) 사이에 해당하는 압력을 의미한다. 예컨대 대한민국 공개특허공보 10-2014-0114212(2014.09.26.)에 바이패스 수단을 갖는 스크롤 압축기가 개시되어 있다.

상기 특허문헌에 개시된 것과 같은 바이패스 유로(149)는 토출압에 비해 낮은 압력에서 토출된다는 점에서만 차이가 있을 뿐, 토출압의 유체를 토출하는 토출구와 실질적인 기능에 있어서 차이가 없다. 따라서 토출구 면적 부족으로 인해 발생하는 지시 효율 저하의 문제는 바이패스 유로의 수를 증가시키는 것 만으로 간단하게 방지될 수 있다. 여기서 지시 효율이란 이론 동력을 A라고 하고, 이론 동력과 지시손실동력(작동가스의 누출로 인한 손실동력)의 합을 B라고 할 때 A와 B의 비를 말한다.

이에 반해 자동차용과 같이 운전 압축비가 상대적으로 높은 압축기에서는, 바이패스 유로의 수를 임의적으로 증가시키게 되면 압축 대상 유체가 희망 토출압에 도달하지 못한다. 따라서 고압축비로 운전되는 압축기에서는 저압축비로 운전되는 압축기와 달리 토출구 면적의 부족과 지시 효율 저하의 문제를 바이패스 유로의 수 증가 방법으로 해결될 수 없다.

또한 스크롤에 다수의 바이패스 유로를 형성하는 것은 압축기의 제작성을 저하시키는 요인으로 작용하고, 압축기의 가격 상승을 초래하기도 한다. 나아가 바이패스 유로는 위치에 따라 토출되는 유체의 압력이 다르므로, 바이패스 유로의 수 증가는 압축 대상 유체를 정확한 희망 토출압으로 토출하기 어려워지는 문제를 야기하게 된다.

한편, 이 기술 분야의 통상의 기술자라면 바이패스 유로의 수를 증가시키는 방법에 의존하지 않기 위해, 토출구의 크기를 확대시키는 방안을 고려해 볼 수 있을 것이다. 그러나 안정적인 회전을 위해 2점 지지를 필요로 하는 회전축이 압축부에서 2점 지지되기 위해서는 선회 스크롤의 회전축 결합부를 완전히 관통하여 고정 스크롤에 삽입되어야 한다. 이러한 구조에서는 압축실에서 토출실로 토출되어야 하는 유체가 선회 스크롤의 회전축 결합부와 회전축의 사이로 역류하는 문제가 새롭게 발생하게 된다.

미국 특허공보 US 9,512,840 B2 (2016.12.06.)에는 회전축의 일 단을 선회 스크롤로 막아 회전축 결합부와 회전축의 사이로 유체가 역류하는 것을 방지할 수 있는 구조가 개시되어 있다. 그러나 상기 특허문헌에 개시된 구조에는 회전축의 일 단을 막는 구조와 토출구의 관계가 개시되어 있지 않아, 상기 특허문헌의 구조로는 토출구 면적의 부족과 지시 효율 저하의 문제를 해결할 수 없다.

나아가 상기 특허문헌에 개시된 구조로는 회전축 주위에 오일을 급유하기 위한 구조가 명시적으로 개시되어 있지 않아, 회전축의 일 단을 막는 구조에서 어떻게 회전축을 윤활할 것인가에 대한 의문점이 남아있다.

본 발명의 목적은 바이패스 유로에 의존하지 않고 토출구의 면적을 충분히 확보하며, 이를 통해 지시 효율 저하를 방지할 수 있는 구조의 전동식 압축기를 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 토출구를 단일화 하여 압축기의 제작성을 향상시키고, 압축기의 제작 비용을 절감하며, 압축 대상 유체를 정확한 희망 토출압으로 토출할 수 있는 구조의 전동식 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 압축부에서만 2점 지지되던 회전축을 압축부와 전동부에서 1점씩 지지되도록 하여 회전축이 선회 스크롤의 회전축 결합부를 완전히 관통하지 않고서도 안정적으로 회전될 수 있으며, 이를 통해 선회 스크롤의 회전축 결합부에 일단이 닫힌 구조(혹은 일단이 막힌 구조)를 도입하고, 토출구를 기존보다 확대시켜도 유체의 역류가 발생하지 않는 전동식 압축기를 제시하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 회전축의 일단을 막는 구조와 토출구(유체 토출 유로) 간의 관계를 구조적으로 정의하여 단일의 토출구만으로 토출구 면적의 부족과 지시 효율 저하의 문제를 해결할 수 있는 전동식 압축기를 제공하기 위한 것이다.

나아가 본 발명은 회전축의 일 단을 막는 구조에서 어떻게 회전축을 윤활할 것인가에 대한 대한 구조적 해결책을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 전동식 압축기는 고정 스크롤과 선회 스크롤을 포함하고, 상기 선회 스크롤은 축 방향에서 회전축의 일 단을 덮도록 회전축과 고정 스크롤의 사이에 배치되는 덮개부를 포함한다. 상기 고정 스크롤에는 상기 고정 스크롤을 상기 회전축의 축 방향으로 관통하는 유체 토출 유로가 형성되고, 바이패스 유로에 의존하지 않고 토출구의 면적을 충분히 확보하게 위해 상기 유체 토출 유로는 회전축의 축 방향에서 상기 덮개부와 중첩되는 위치에 형성된다.

상기 선회 스크롤은 회전축의 방사 방향에서 상기 회전축의 일 단을 감싸도록 형성되는 회전축 결합부를 포함한다.

상기 회전축의 일 단에는 상기 선회 스크롤에 편심 결합되도록 형성되는 편심부가 형성된다.

상기 회전축 결합부는 상기 회전축의 방사 방향에서 상기 편심부를 감싸도록 형성된다.

상기 덮개부는 상기 덮개부의 원주를 따라 상기 회전축 결합부에 결합된다.

상기 덮개부는 상기 회전축의 축 방향에서 상기 편심부를 덮도록 상기 편심부와 상기 고정 스크롤의 사이에 배치된다.

전동식 압축기는 구동 모터에 의해 구동되며, 상기 구동 모터는 고정자와 회전자를 구비한다.

상기 고정 스크롤은 상기 구동 모터의 일 측에 고정된다.

상기 선회 스크롤은 상기 구동 모터와 상기 고정 스크롤의 사이에 배치되어 상기 고정 스크롤과 압축실을 형성한다.

상기 선회 스크롤은 상기 구동 모터로부터 제공되는 회전력에 의해 선회 운동한다.

상기 회전축은 상기 구동 모터로부터 제공되는 회전력을 상기 선회 스크롤에 전달하도록 상기 회전자와 상기 선회 스크롤에 연결된다.

상기 회전축은 제1 단과 제2 단을 구비하며, 상기 회전축의 방사 방향을 기준으로 상기 회전축은 압축부와 전동부(구동 모터)에서 1점씩 지지된다. 상기 제1 단은 상기 구동 모터를 기준으로 상기 선회 스크롤의 반대편에 배치된다. 상기 제1 단은 상기 회전축을 감싸는 제1 베어링에 의해 상기 회전축의 방사 방향에서 지지된다. 상기 편심부는 상기 제2 단에 형성된다. 상기 회전축은 상기 편심부와 상기 구동 모터의 사이에서 상기 회전축을 감싸는 제2 베어링에 의해 상기 회전축의 방사 방향에서 지지된다. 이 구조에 의하면 선회 스크롤의 회전축 결합부에 일단이 닫힌 구조(혹은 일단이 막힌 구조)를 도입될 수 있다.

상기 전동식 압축기는 메인 하우징을 더 포함한다. 상기 메인 하우징은 속이 빈 기둥 형상을 갖는다.

상기 고정 스크롤은 고정 경판부를 포함한다. 상기 고정 경판부는 원주를 따라 상기 메인 하우징의 내주면에 고정된다.

상기 고정 스크롤은 고정랩을 포함한다. 상기 고정랩은 와선을 따라 상기 고정 경판부로부터 상기 선회 스크롤을 향해 돌출된다.

본 발명은 유체 토출 유로가 단일화될 수 있도록 상기 유체 토출 유로의 위치를 제공하며, 상기 유체 토출 유로는 상기 고정 경판부의 중심과 상기 와선의 가장 안쪽 부분 사이에서 상기 고정 경판부를 관통한다.

본 발명은 유체 토출 유로가 단일화될 수 있도록 상기 유체 토출 유로의 위치를 제공하며, 상기 고정 경판부의 중심을 제1 지점이라고 하고, 상기 와선의 가장 안쪽 부분을 제2 지점이라고 할 때, 상기 유체 토출 유로는 상기 제1 지점을 중심으로 하고 상기 제1 지점으로부터 상기 제2 지점까지를 반지름으로 하는 가상의 원 안에 형성된다.

상기 선회 스크롤은, 선회 경판부; 및 와선을 따라 상기 선회 경판부로부터 상기 고정 스크롤을 향해 돌출되는 선회랩을 포함한다.

상기 회전축 결합부는 상기 선회랩의 가장 안쪽 부분에 형성된다.

상기 덮개부는 상기 회전축의 축 방향에서 상기 선회 경판부로부터 가장 먼 위치에 형성된다.

상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향을 기준으로 상기 덮개부와 부분적으로 중첩되는 위치에 형성된다.

상기 선회 스크롤이 선회 운동 하는 동안 상기 덮개부와 상기 유체 토출 유로의 중첩된 상태가 유지되면서 상기 덮개부와 상기 유체 토출 유로의 중첩 면적은 증가와 감소를 반복한다.

상기 선회 스크롤이 선회 운동 하는 동안 상기 회전축 결합부와 상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 중첩된 상태를 유지한다.

상기 압축실은 제1 압축실과 제2 압축실을 포함한다.

상기 제1 압축실과 상기 제2 압축실에서 압축된 유체의 토출 개시 시점에, 상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 상기 제1 압축실과 상기 제2 압축실에 모두 중첩된다.

상기 전동식 압축기의 정격 운전 압축비는 5 이상이다.

상기 덮개부에는 상기 덮개부를 상기 회전축의 축 방향으로 관통하는 오일 안내 유로가 형성된다. 상기 오일 안내 유로와 상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 서로 중첩되지 않는 위치에 형성된다.

상기 유체 토출 유로는 상기 고정 스크롤에 하나만 형성될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 구조에 의하면 하나의 유체 토출 유로만으로도 충분한 토출구 면적이 확보되므로, 바이패스 유로의 수 증가에 의존하지 않고서도 토출구 면적 부족과 지시 효율 저하의 문제를 해결할 수 있다. 따라서 본 발명의 압축기는 고압축비로 운전되는 전동식 압축기에 적합한 구조다.

압축비란 압축 대상 유체의 흡입압과 토출압을 비교한 것으로, 본 발명에서의 고압축비란 4 이상, 바람직하게는 5 이상을 의미한다. 이를테면 본 발명의 구조는 4 이상의 압축비, 바람직하게는 5 이상의 압축비로 운전되는 전동식 압축기에 적용되기에 적합하다.

고정 스크롤에 하나의 유체 토출 유로만으로도 토출구 면적의 문제가 발생하지 않는다면 압축기의 제작성을 향상시킬 수 있다. 바이패스 유로 형성을 위한 공정이 생략될 수 있기 때문이다. 나아가 하나의 유체 토출 유로만으로 유체가 토출된다면 정확한 희망 토출압으로 유체가 토출될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 덮개부와 회전축 결합부에 의해 편심부 주위에 닫힌 구조가 도입되므로, 유체 토출 유로의 크기를 증가시키더라도 압축 대상 유체가 회전축 결합부와 회전축의 사이로 역류하는 현상이 방지될 수 있다.

나아가 본 발명에 의하면 덮개부의 오일 안내 유로가 고정 스크롤의 유체 토출 유로와 중첩되지 않는 위치에 형성되므로, 압축 대상 유체의 역류 없이 오일이 윤활 대상 영역으로 공급될 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 전동식 압축기의 외관을 보인 사시도다.
도 2는 도 1에 도시된 전동식 압축기에서 압축 모듈과 인버터 모듈을 분리하여 보인 분해 사시도다.
도 3은 도 1과 도 2에 도시된 전동식 압축기의 분해 사시도다.
도 4는 도 1과 도 2에 도시된 전동식 압축기의 단면도다.
도 5는 도 3에 도시된 고정 스크롤과 선회 스크롤을 서로 다른 방향에서 바라본 사시도다.
도 6은 고정 스크롤과 선회 스크롤에 의해 형성되는 압축실을 보인 단면도다.
도 7은 고정 스크롤에 대해 선회 스크롤이 선회 운동하는 과정을 보인 개념도들이다.

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

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

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.

이 항목에서는 도 1을 참조하여 전동식 압축기의 외관을 설명하고, 도 2를 참조하여 전동식 압축기의 압축 모듈과 인버터 모듈을 서로 분리했을 때의 구조를 설명한다. 그리고 도 3 내지 도 7을 참조하여 압축 모듈의 내부 구조에 대하여 설명한다. 특히 도 3 내지 도 7에서는 앞서 해결하고자 하는 과제와 그 과제의 해결수단 항목에서 언급되었던 본 발명의 기술적 특징에 대하여 자세히 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명에서 제안하는 전동식 압축기(1000)의 외관을 보인 사시도다.

전동식 압축기(1000)는 압축 모듈(1100)과 인버터 모듈(1200)을 포함한다.

압축 모듈(1100)은 냉매 등의 압축 대상 유체를 압축하기 위한 부품들의 집합을 가리킨다. 인버터 모듈(1200)은 압축 모듈(1100)의 구동을 제어하기 위한 부품들의 집합을 가리킨다. 인버터 모듈(1200)은 압축 모듈(1100)의 일 측에 결합될 수 있다.

설명의 편의를 위해 전동식 압축기(1000)의 방향은 상기 압축 모듈(1100)에 의해 압축되는 유체의 흐름을 기준으로 정의될 수 있다. 예컨대 유체를 공급받기 위해 흡기구(1111)가 형성되는 쪽은 전동식 압축기(1000)의 전방측으로 정의된다. 그리고 유체를 토출하기 위해 토출구(1121)가 형성되는 쪽은 전동식 압축기(1000)의 후방측으로 정의된다.

이와 같이 전동식 압축기(1000)에 의해 압축되는 유체의 흐름을 기준으로 방향성을 정의한다면, 인버터 모듈(1200)이 결합되는 압축 모듈(1100)의 일 측이란 상기 압축 모듈(1100)의 전방측을 가리킨다. 압축 대상 유체는 흡기구(1111)로 유입되어 토출구(1121)로 토출되므로, 흡기구(1111)에 가깝게 배치되는 인버터 모듈(1200)은 압축 모듈(1100)의 전방측에 결합되는 것으로 설명될 수 있다.

압축 모듈(1100)의 외관은 메인 하우징(1110)과 리어 하우징(1120)에 의해 형성될 수 있다.

메인 하우징(1110)은 속이 빈 원기둥, 다각 기둥 또는 그에 준하는 외관을 갖는다. 메인 하우징(1110)은 도 1에 도시된 바와 같이 횡방향을 향해 연장되도록 배치될 수 있다. 메인 하우징(1110)의 양단은 전부 또는 일부 개구될 수 있다. 예컨대 메인 하우징(1110)의 전방단은 전부 개구되며, 메인 하우징(1110)의 후방단은 일부 개구될 수 있다. 여기서 메인 하우징(1110)의 전방단이란 인버터 모듈(1200)과 결합되는 단을 가리킨다. 그리고 메인 하우징(1110)의 후방단이란 리어 하우징(1120)과 결합되는 단을 가리킨다. 전방단과 후방단은 각각 제1 단과 제2 단으로 이름할 수 있다.

도 1에는 메인 하우징(1110)의 외경이 일정한 것으로 도시되어 있다. 그러나 메인 하우징(1110)의 내경과 외경은 일정하지 않을 수 있다. 예를 들어, 메인 하우징(1110)의 전방부과 후방부는 필요에 따라 상기 전방부와 상기 후방부 사이의 중간 부분보다 큰 외경을 가질 수 있다.

메인 하우징(1110)의 외주면에는 흡기구(1111)와 마운트부(1112)가 형성된다.

흡기구(1111)는 압축 대상 유체를 전동식 압축기(1000)의 내부 공간으로 공급하는 유로에 해당한다. 흡기구(1111)의 둘레는 메인 하우징(1110)의 외주면에서 돌출될 수 있다. 흡기구(1111)는 압축 대상 유체를 전동식 압축기(1000)로 공급하는 흡입관(미도시)에 연결될 수 있다. 흡기구(1111)는 상기 흡입관과 결합되도록 상기 흡입관에 대응되는 형상을 갖는다.

마운트부(1112)는 전동식 압축기(1000)를 설치 대상 영역에 고정하기 위한 구성이다. 마운트부(1112)는 메인 하우징(1110)의 외주면에서 돌출될 수 있다. 예컨대, 마운트부(1112)는 메인 하우징(1110)의 원주 방향을 따라 돌출될 수 있다. 마운트부(1112)는 메인 하우징(1110)의 외주면의 접선 방향을 따라 연장될 수 있다.

마운트부(1112)에는 임의의 체결 부재와 결합 가능한 체결 부재 결합홀(1112a)이 형성된다. 상기 체결 부재 결합홀(1112a)은 메인 하우징(1110)의 외주면의 접선 방향을 향해 개구될 수 있다. 마운트부(1112)는 메인 하우징(1110)의 일 측과 타 측(상하 또는 좌우)에 각각 형성될 수 있다. 예컨대 도 1에서 마운트부(1112)는 메인 하우징(1110)의 상하에 각각 형성된다.

메인 하우징 측 체결부(1113)는 압축 모듈(1100)과 인버터 모듈(1200)을 서로 결합시키기 위한 구성이다. 메인 하우징 측 체결부(1113)는 메인 하우징(1110)의 전방단에서 돌출될 수 있다. 메인 하우징 측 체결부(1113)는 메인 하우징(1110)의 외주면을 따라 복수로 형성될 수 있다. 복수의 메인 하우징 측 체결부(1113)는 서로 이격되게 배치될 수 있다. 메인 하우징 측 체결부(1113)에는 볼트 체결을 위한 체결 구멍(1113a)이 형성된다. 메인 하우징 측 체결부(1113)는 상기 체결 구멍(1113a)을 통해 인버터 모듈(1200)의 인버터 커버(1220)와 볼트 체결될 수 있다.

한편, 리어 하우징(1120)은 메인 하우징(1110)의 타측에 결합된다. 앞서 전동식 압축기(1000)에 의해 압축되는 유체의 흐름을 기준으로 정의된 방향에 의하면, 리어 하우징(1120)은 메인 하우징(1110)의 후방단에 결합된다. 리어 하우징(1120)은 메인 하우징(1110)의 후방단을 덮도록 형성될 수 있다.

리어 하우징(1120)은 토출구(1121)와 마운트부(1122)를 구비한다.

토출구(1121)는 전동식 압축기(1000)에서 압축된 유체를 외부로 배출하는 유로에 해당한다. 토출구(1121)의 둘레는 리어 하우징(1120)의 외주면에서 돌출될 수 있다. 토출구(1121)는 압축된 유체를 냉동사이클의 하류측 장치로 공급하는 토출관(미도시)에 연결될 수 있다. 토출구(1121)는 상기 토출관과 결합되도록 상기 토출관에 대응되는 형상을 갖는다.

마운트부(1122)는 리어 하우징(110)의 후방측 외면에 형성된다. 마운트부(1122)는 리어 하우징(1120)의 후방측 외면으로부터 돌출될 수 있다. 마운트부(1122)는 좌우 방향(또는 상하 방향)으로 연장될 수 있다. 마운트부(1122)에는 체결 부재 결합홀(1122a)이 형성된다. 마운트부(1122)는 메인 하우징(1110)의 마운트부(1112)와 실질적으로 동일한 역할을 한다.

메인 하우징(1110)과 리어 하우징(1120)은 다수의 체결 부재(1123)에 의해 서로 결합될 수 있다. 체결 부재(1123)는 리어 하우징(1120) 측에서 메인 하우징(1110) 측을 향해 삽입된다. 체결 부재(1123)는 리어 하우징(1120)의 원주를 따라 다수가 설치될 수 있다.

다음은 인버터 모듈(1200)에 대하여 설명한다.

인버터 모듈(1200)의 외관은 인버터 하우징(1210)과 인버터 커버(1220)에 의해 형성된다.

인버터 하우징(1210)과 인버터 커버(1220)는 서로 결합되어 회로 부품 등의 장착 공간을 형성한다.

인버터 하우징(1210)은 전동식 압축기(1000)의 전방단에 배치된다. 인버터 하우징(1210)의 일 면은 전동식 압축기(1000)의 전방을 향하도록 배치되며, 상기 일 면은 전동식 압축기(1000)의 일 외벽을 형성한다. 인터버 하우징(1210)은 측벽을 구비하고, 상기 측벽은 상기 일 면의 테두리를 따라 인버터 커버(1220)를 향해 돌출된다. 인버터 모듈(1200) 내에 배치되는 인쇄회로기판 등 회로 부품의 크기로 인해 인버터 하우징(1210)의 둘레는 메인 하우징(1110)의 둘레보다 클 수 있다.

인버터 커버(1220)는 인버터 하우징(1210)에 결합된다. 인버터 커버(1220)는 인버터 하우징(1210)의 개구부와 메인 하우징(1110)의 전방단을 덮는 플레이트 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우 인버터 커버(1220)의 테두리는 인버터 하우징(1210)의 측벽에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 그러나 인버터 커버(1220)가 반드시 플레이트 형상으로 형성되어야 하는 것은 아니며, 인버터 하우징(1210)과 대응되는 형상을 가질 수도 있다.

인버터 하우징(1210)과 인버터 커버(1220)는 다수의 체결 부재(미도시)에 의해 서로 결합될 수 있다.

인버터 커버(1220)는 인버터 하우징(1210)을 향하도록 배치되는 제1 면(또는 전면)과 메인 하우징(1110)을 향하도록 배치되는 제2 면(또는 후면)을 갖는다. 인버터 커버(1220)의 제1 면은 인버터 하우징(1210)과 결합되고, 제2 면은 메인 하우징(1110)과 결합된다.

인버터 커버(1220)에는 전원 커넥터(1241)와 통신 커넥터(1242)가 설치된다. 전원 커넥터(1241)와 통신 커넥터(1242)는 각각 서로 다른 상대 커넥터(미도시)와 물리적 그리고 전기적 연결 가능하도록 형성된다. 전원 커넥터(1241)는 상대 커넥터로부터 공급받은 전력을 회로 부품 등에 전달하도록 형성된다. 통신 커넥터(1242)는 외부로부터 전달되는 제어 명령 등을 회로 부품 등에 전기적으로 전달하여 전동식 압축기(1000)가 제어 명령에 따라 구동되도록 한다.

이하에서는 전동식 압축기(1000)의 내부 구조에 대하여 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 전동식 압축기(1000)에서 압축 모듈(1100)과 인버터 모듈(1200)을 분리하여 보인 분해 사시도다.

압축 모듈(1100)과 인버터 모듈(1200)을 서로 분리하게 되면, 압축 모듈(1100)에서는 메인 하우징(1110)의 전방단(1110a)을 통해 모터실(S1)이 노출된다. 모터실(S1)이란 구동 모터(1130)가 설치되는 공간을 의미하며, 흡기구(1111)를 통해 압축 대상 유체를 공급받는 공간에 해당한다.

압축 모듈(1100)과 인버터 모듈(1200)을 서로 분리하게 되면, 인버터 모듈(1200)에서는 메인 하우징(1110)에 의해 가려져 있던 인버터 커버(1220)의 후면이 노출된다. 메인 하우징(1110)에 의해 가려져 있던 인버터 커버(1220)의 후면은 모터실(S1)의 일 측벽에 해당한다.

모터실(S1)은 메인 하우징(1110)과 인버터 커버(1220)의 결합에 의해 형성된다. 모터실(S1)의 밀봉을 위해 메인 하우징(1110)과 인버터 커버(1220)의 결합 위치를 따라 오링과 같은 실링 부재(1191, 도 4 참조)가 설치될 수 있다. 이 실링 부재(1191)는 도 2에는 미도시되었지만, 도 4에 도시되어 있다.

전동부에 해당하는 구동 모터(1130)는 모터실(S1)에 설치된다. 구동 모터(1130)는 고정자(1131)와 회전자(1132)를 포함한다.

고정자(1131)는 메인 하우징(1110)의 내주면을 따라 설치되며, 상기 메인 하우징(1110)의 내주면에 고정된다. 고정자(1131)는 메인 하우징(1110)에 열박음(또는 열간압입)으로 삽입 및 고정된다. 따라서 메인 하우징(1110)에 삽입되는 고정자(1131)의 삽입 깊이를 작게(또는 얕게) 설정하는 것이 고정자(1131)의 설치 작업 용이성 확보에 유리하다. 나아가 고정자(1131)의 삽입 깊이를 얕게 설정하는 것이 열박음 과정에서 고정자(1131)의 동심도를 유지하는 것에도 유리하다.

회전자(1132)는 고정자(1131)에 의해 감싸이는 영역에 설치된다. 회전자(1132)는 고정자(1131)와의 전자기적 상호 작용에 의해 회전한다.

회전축(1160)은 회전자(1132)의 중앙에 결합된다. 회전축(1160)은 회전자(1132)와 함께 회전하면서 구동 모터(1130)에서 발생하는 회전력을 후술하게 될 압축부(1140, 도 3과 도 4 참조)에 전달한다. 회전축(1160)은 열박음(또는 열간압입)으로 회전자(1132)에 삽입 및 고정된다.

한편, 인버터 커버(1220)의 후면에는 상기 메인 하우징(1110)의 전방단(1110a)에 의해 감싸이는 영역이 존재한다. 상기 메인 하우징(1110)의 전방단(1110a)에 의해 감싸이는 영역은 메인 하우징(1110)의 전방측 개구부를 덮는다.

상기 메인 하우징(1110)의 전방단(1110a)에 의해 감싸이는 영역의 중심에는 회전축 지지부(1211)가 형성된다. 회전축 지지부(1211)는 방사 방향에서 회전축(1160)을 지지하기 위한 것이다.

여기서 회전축(1160)을 기준으로 하는 방향에 대해 정의한다. 회전축(1160)은 전동식 압축기(1000)의 전방에서 후방을 향해 연장되며, 회전축(1160)이 연장되는 방향을 축 방향이라고 정의한다. 그리고 회전축(1160)의 방사 방향은 회전축(1160)의 외주면에 존재하는 임의의 한 점에서 최단 거리로 메인 하우징(1110)을 향하는 법선 방향으로 정의한다. 상기 축 방향과 상기 방사 방향은 서로 직교한다.

회전축 지지부(1211)는 인버터 커버(1220)의 후면(제2 면)으로부터 회전축(1160)을 향해 축 방향으로 돌출된다. 회전축 지지부(1211)는 축 방향에서 회전축(1160)의 전방에 배치된다. 회전축 지지부(1211)는 회전축(1160)의 전방측 단부를 방사 방향에서 감싸도록 형성될 수 있다. 회전축 지지부(1211)의 내측에는 제1 베어링(1171)이 설치되며, 상기 제1 베어링(1171)은 회전축(1160)을 방사 방향에서 지지하도록 형성된다. 제1 베어링(1171)은 환형의 볼 베어링으로 형성될 수 있다. 제1 베어링(1171)은 도 2에는 미도시되었으며, 도 3과 도 4에 도시되어 있다.

회전축(1160)은 안정적인 회전을 위해 방사 방향에서 2점 지지되는 것이 필요하다. 위 단락에서 설명한 바와 같이 회전축(1160)은 회전축 지지부(1211)와 제1 베어링(1171)에 의해 모터실(S1)에서 1점 지지된다. 나머지 1점 지지는 압축부(1140)에서 이루어진다. 이에 대하여는 후술한다.

회전축 지지부(1211)의 둘레에는 리브(1212)가 형성된다. 리브(1212)는 인버터 커버(1220)의 제2 면으로부터 돌출된다. 리브(1212)는 복수로 형성될 수 있다. 리브(1212)는 회전축 지지부(1211)를 중심으로 하는 동심원을 따라 돌출될 수 있으며, 상기 동심원을 방사 방향으로 연결하는 직선을 따라 형성될 수 있다. 리브(1212)는 인버터 커버(1220)의 강성을 보강하며, 흡기구(1111)를 통해 흡입되는 압축 대상 유체에 접촉되는 면적을 증가시켜 인버터 커버(1220)의 냉각 효과를 증대시킨다.

회전축 지지부(1211)의 일측에는 3상 기밀 단자(1230)가 노출된다. 3상 기밀 단자(1260)는 3상(UVW)으로 구동되는 구동 모터(1130)에 전기적으로 연결되어, 전력과 전기적 제어 명령 등을 인버터 모듈(1200)로부터 구동 모터(1130)로 전달한다.

이하에서는 도 2보다 전동식 압축기(1000)를 더욱 작은 단위로 분해한 도면과 단면도 등을 참고하여 전동식 압축기(1000)의 내부 구조에 대하여 더욱 자세히 설명한다.

도 3은 도 1과 도 2에 도시된 전동식 압축기(1000)의 분해 사시도다.

도 4는 도 1과 도 2에 도시된 전동식 압축기(1000)의 단면도다.

도 5는 도 3에 도시된 고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)을 서로 다른 방향에서 바라본 사시도다.

전동식 압축기(1000)는 압축 모듈(1100)과 인버터 모듈(1200)을 포함한다.

압축 모듈(1100)은 메인 하우징(1110), 리어 하우징(1120), 전동부(1130), 압축부(1140), 메인 프레임(1150), 회전축(1160) 등을 포함한다.

먼저 메인 하우징(1110)에 대하여 설명한다.

메인 하우징(1110)은 속이 빈 원기둥 또는 다각 기둥의 형상을 갖는다. 메인 하우징(1110)의 전방단(1110a)과 후방단(1110b)은 모두 개구되어 있다. 여기서 전방단(1110a)과 후방단(1110b)은 압축 대상 유체의 흐름을 기준으로 정의된다. 이를테면 전방단(1110a)은 인버터 모듈(1200) 측을 가리키고, 후방단(1110b)은 리어 하우징(1120) 측을 가리킨다. 상기 전방단(1110a)을 제1 단이라고 하고, 상기 후방단(1110b)을 제2 단이라고 할 수 있다. 메인 하우징(1110)의 전방단(1110a)에는 인버터 모듈(1200)이 결합되고, 메인 하우징(1110)의 후방단(1110b)에는 리어 하우징(1120)이 결합된다.

메인 하우징(1110)에는 실링 부재 수용홈이 형성된다. 실링 부재 수용홈은 축 방향을 향해 폐곡선 형상으로 리세스된다. 실링 부재 수용홈은 메인 하우징(1110)의 전방단(1110a)과 후방단(1110b) 각각에 형성되는 원주를 따라 형성될 수 있다.

상기 실링 부재 수용홈에는 오링과 같은 폐곡선 형상의 실링 부재(1115, 1116)가 안착된다. 전방측 실링 부재(1115)는 메인 하우징(1110)과 인버터 커버(1220) 사이의 틈을 통해 압축 대상 유체가 누설되는 것을 방지한다. 후방측 실링 부재(1116)는 메인 하우징(1110)과 리어 하우징(1120) 사이의 틈을 통해 압축 대상 유체가 누설되는 것을 방지한다.

메인 하우징(1110)은 메인 프레임(1150) 그리고 인버터 커버(1220)와 함께 모터실(S1)을 형성한다. 모터실(S1)이란 전동부(1130)가 설치되는 공간을 의미한다. 메인 프레임(1150)과 인버터 커버(1120)가 구동 모터(1130)의 양쪽에 배치되면, 다른 공간과 구별되는 모터실(S1)이 형성된다. 다만 압축 대상 유체는 모터실(S1)을 지나 압축부(1140)로 공급되므로, 여기서 다른 공간과 구별된다는 것이 다른 공간으로부터 완전히 차단되거나 격리되어 있다는 것을 의미하는 것은 아니다.

메인 하우징(1110)의 둘레는 전동부(1130)를 감싸도록 형성되거나, 전동부(1130)를 수용하도록 형성된다. 예를 들어, 메인 하우징(1110)의 내주면에는 고정자(1131)를 형성하는 영구 자석의 외주면에 대응되는 요철(1115)이 형성될 수 있다.

전동부(1130)는 메인 하우징(1110)의 모터실(S1)에 안착된다. 압축 대상 유체의 흐름을 위해 개구된 영역을 제외하고 모터실(S1)의 밀봉을 위해 메인 하우징(1110)의 전방단에는 인버터 모듈(1200)이 결합되고, 메인 하우징(1110)의 내측에는 메인 프레임(1150)이 설치된다.

메인 하우징(1110)의 후방단(1110b)에는 다수의 체결부재 결합홀(1114)이 형성된다. 상기 체결부재 결합홀(1114)은 메인 하우징(1110)의 후방단(1110b)의 원주를 따라 서로 이격된 위치에 형성될 수 있다. 앞서 메인 하우징(1110)과 리어 하우징(1120)은 다수의 체결 부재(1123)에 의해 서로 결합될 수 있음을 설명한 바 있다. 상기 다수의 체결 부재(1123)가 상기 리어 하우징(1120) 측에서 메인 하우징(1110) 측을 향해 삽입되며, 상기 체결부재 결합홀(1114)에 삽입된다. 이에 따라 메인 하우징(1110)과 리어 하우징(1120)이 서로 볼트 체결된다.

다음으로는 리어 하우징(1120)에 대하여 설명한다.

리어 하우징(1120)은 메인 하우징(1110)의 후방단에 결합된다. 리어 하우징(1120)은 메인 하우징(1110)의 후방단을 덮는다. 메인 하우징(1110)의 후방단에 형성되는 원주를 따라 리어 하우징(1120)이 메인 하우징(1110)에 결합된다. 리어 하우징(1120)은 축 방향에서 압축부(1140)의 고정 스크롤(1141)과 마주보도록 배치된다.

리어 하우징(1120)은 두 밑면 중 하나의 밑면이 막힌 원기둥, 그러한 다각 기둥 또는 그에 준하는 형상으로 이해될 수 있다. 이를테면 리어 하우징(1120)의 전방단은 개구되며, 후방단은 막혀 있을 수 있다. 그리고 기둥의 옆면에 해당하는 외벽은 실질적으로 메인 하우징(1110)의 외벽에 대응되는 형상을 갖는다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 메인 하우징(1110)과 리어 하우징(1120)의 결합을 위해 두 하우징(1110, 1120)이 서로 결합되는 둘레는 인접한 외주면에 비해 원주를 따라 돌출되어 있을 수 있다.

도 4를 참조하면 리어 하우징(1120)은 외벽에 의해 감싸이는 영역에 리세스부(1124)를 갖는다. 상기 리세스부(1124)는 축 방향에서 고정 스크롤(1141)의 고정 경판부(1141a)로부터 이격된다. 상기 리세스부(1124)에 의해 리어 하우징(1120)과 고정 경판부(1141a)의 사이에는 토출실(S2)이 형성된다.

토출실(S2)이란 압축부(1140)에서 고압으로 압축된 유체가 토출되는 공간을 가리킨다. 토출실(S2)은 리어 하우징(1120)과 고정 스크롤(1141)에 의해 형성되는 공간으로 압축부(1140)에서 토출되는 냉매를 수용하도록 형성된다. 토출실(S2)은 앞서 도 1에서 설명했던 토출구(1121)와 통한다. 고압으로 압축된 유체는 토출실(S2), 그리고 후술하는 유분리실(S3)을 통해 토출구(1121)로 토출된다.

유분리실(S3)은 리어 하우징(1120)에 형성된다. 유분리실(S3)이란 압축 대상 유체로부터 분리된 오일을 저장하기 위한 공간을 가리킨다. 토출실(S2)로 토출된 유체에는 냉매와 같은 압축 대상 유체뿐만 아니라 전동식 압축기(1000)의 운동하는 구성요소들을 윤활하기 위한 오일(윤활유)이 포함되어 있다. 유분리실(S3)에는 압축 대상 유체로부터 오일을 분리하도록 형성되는 임의의 유분리기(미도시)가 설치될 수 있다. 유분리실(S3)은 상기 유분리기에 의해 압축 대상 유체로부터 분리된 오일을 저장하도록 형성된다.

유분리실(S3)은 토출실(S2)과 통한다. 유체의 흐름을 기준으로 한다면 토출실(S2), 유분리실(S3), 토출구(1121)가 순차적으로 형성된다. 압축부(1140)에서 냉매와 오일이 토출되면, 냉매는 토출구(1121)로 토출되고, 오일은 유분리기(미도시) 등에 의해 냉매로부터 분리되어 유분리실(S3)에 저장된다. 오일은 상기 유분리실(S3)에 저장되어 있다가 오일 안내 유로(1125)를 통해 윤활 대상에 공급되어 재사용될 수 있다.

오일 안내 유로(1125)(1141f)(1142e)(1160d)는 리어 하우징(1120), 고정 스크롤(1141), 선회 스크롤(1142) 및 회전축(1160)에 모두 형성된다. 오일 안내 유로(1125)(1141f)(1142e)(1160d)는 유분리실(S3)에 저장되는 오일을 윤활 대상에 공급하기 위한 것이다.

리어 하우징(1120)에 형성되는 오일 안내 유로(1125)는 유분리실(S3)로부터 축 방향을 따라 형성되며, 리어 하우징(1120)의 전방단에 노출된다. 여기서 리어 하우징(1120)의 전방단이란 고정 스크롤(1141)과 만나는 부분을 가리킨다. 상기 고정 스크롤(1141)에는 감압 부재(1180)가 설치되며, 상기 오일 안내 유로(1125)를 따라 오일이 감압 부재(1180)로 공급된다.

리어 하우징(1120)의 전방단의 내측에는 원주를 따라 단차(1126)가 형성된다. 상기 단차(1126)에 고정 스크롤(1141)이 안착된다. 상기 단차(1126)에 의해 고정 스크롤(1141)의 고정 경판부(1141a)는 축 방향과 방사 방향에서 지지된다. 압축실(V)에 형성되는 고압으로 인해 고정 스크롤(1141)이 전동식 압축기(1000)의 후방측을 향하는 방향으로 힘을 받게 되지만, 상기 단차(1126)에 의해 고정 스크롤(1141)의 축 방향 위치가 고정될 수 있다.

상기 단차(1126)에는 실링 부재 수용홈이 형성된다. 실링 부재 수용홈은 단차의 원주를 따라 고정 스크롤(1141)로부터 멀어지는 방향을 향해 리세스되어 형성된다. 상기 실링 부재 수용홈에는 오링 등의 실링 부재(1117)가 안착된다. 이 실링 부재(1117)는 리어 하우징(1120)과 고정 스크롤(1141)의 경계에 배치되는 것으로 이해될 수 있다.

전동부(1130)에 대하여는 앞서 설명하였으므로, 다음으로는 압축부(1140)에 대하여 설명한다.

압축부(1140)는 선회 운동에 의해 냉매 등의 압축 대상 유체를 압축하도록 형성된다. 압축부(1140)는 축 방향에서 전동부(1130)의 후방측에 형성된다. 압축부(1140)는 고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)을 포함한다. 압축부(1140)는 고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)에 의해 형성된다. 고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)은 각각 제1 스크롤과 제2 스크롤(또는 그 반대로)로 이름할 수 있다.

고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)은 축 방향에서 서로 마주보도록 배치된다. 축 방향에서 고정 스크롤(1141)은 상대적으로 전동부(1130)로부터 멀리 배치되고, 선회 스크롤(1142)은 상대적으로 전동부(1130)에 가깝게 배치된다. 고정 스크롤(1141)은 축 방향에서 선회 스크롤(1142)과 리어 하우징(1120)의 사이에 배치된다. 선회 스크롤(1142)은 축 방향에서 메인 프레임(1150)과 고정 스크롤(1141)의 사이에 배치된다.

고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)은 서로 결합되어 한 쌍의 압축실(V)을 형성한다. 선회 스크롤(1142)이 고정 스크롤(1141)에 대해 선회 운동함에 따라 압축실(V)의 용적이 반복적으로 변동되고, 이에 따라 압축실(V)에서 냉매 등의 유체가 압축된다.

고정 스크롤(1141)은 구동 모터(1130)의 일 측(후방측)에 배치되며, 메인 하우징(1110)의 내측에 고정된다. 고정 스크롤(1141)의 외주면은 메인 하우징(1110)의 내주면에 밀착된다. 고정 스크롤(1141)은 회전축(1160)의 방사 방향에서 메인 하우징(1110) 및/또는 리어 하우징(1120)에 의해 지지된다. 그리고 고정 스크롤(1141)은 회전축(1160)의 축 방향에서 리어 하우징(1120)에 의해 지지된다.

선회 스크롤(1142)은 구동 모터(1130)와 고정 스크롤(1141)의 사이에 배치된다. 선회 스크롤(1142)은 회전축(1160)에 의해 구동 모터(1130)와 연결된다. 선회 스크롤(1142)은 구동 모터(1130)로부터 제공되는 회전력에 의해 선회 운동한다.

이하에서는 고정 스크롤(1141)의 세부 구조에 대하여 설명한다.

고정 스크롤(1141)은 고정 경판부(1141a), 고정랩(1141b), 측벽부(1141c), 유체 흡입 유로(1141d), 유체 토출 유로(1141e), 오일 안내 유로(1141f), 및 감압 부재 수용홈(1141g)을 포함한다.

고정 경판부(1141a)는 판 모양으로 형성된다. 고정 경판부(1141a)의 외주면은 메인 프레임(1150)의 내주면에 대응되는 형상으로 형성된다. 예를 들어 고정 경판부(1141a)는 원판 형상을 가지며, 고정 경판부(1141a)의 외경은 메인 하우징(1110)의 내경과 실질적으로 동일하다. 이에 따라 고정 경판부(1141a)는 메인 하우징(1110)의 내측에 압입될 수 있다.

고정 경판부(1141a)는 선회 스크롤(1142)의 선회 경판부(1142a)로부터 이격된 위치에서 상기 선회 경판부(1142a)를 마주보도록 배치된다. 리세스부(1124)와 대응되는 부분을 제외하고 고정 경판부(1141a)는 리어 하우징(1120)에 밀착될 수 있다. 고정 경판부(1141a)가 리어 하우징(1120)에 밀착되면 리어 하우징(1120)의 리세스부(1124)에 의해 토출실(S2)이 형성된다.

고정 경판부(1141a)의 양 면 중 선회 스크롤(1142)을 향하는 면을 제1 면이라고 하고, 리어 하우징(1120)을 향하는 면을 제2 면이라고 한다면, 상기 제1 면에는 고정랩(1141b)이 형성되고, 상기 제2 면에는 실링 부재 수용홈(미도시)이 형성된다.

상기 실링 부재 수용홈은 고정 경판부(1141a)의 제1 면에서 폐곡선 형상으로 리세스되어 형성된다. 실링 부재 수용홈의 리세스 방향은 리어 하우징(1120)으로부터 멀어지는 방향이다. 상기 실링 부재 수용홈에는 오링과 같은 폐곡선 형상의 실링 부재(1118)가 안착된다. 이 실링 부재(1118)는 토출실(S2)로 토출된 유체의 누설을 방지하기 위한 것이다.

고정랩(1141b)은 선회 스크롤(1142)을 향해 인볼류트(involute) 곡선, 산술 와선(아르키메데스 와선, Archimedean spiral) 또는 대수 와선(로그 와선, Logarithmic spiral) 형상으로 돌출된다. 인볼류트 곡선이란 임의의 반경을 갖는 기초원의 주위에 감겨있는 실을 헐거워지지 않게 당겨 풀어낼 때 실의 끝 부분이 그리는 궤적에 해당하는 곡선을 의미한다. 산술 와선이란 어느 한 이동점이 고정된 기준점을 중심으로 일정한 각속도로 회전하는 직선을 따라 일정한 속력으로 상기 기준점으로부터 멀어질 때, 상기 이동점이 그리는 자취를 가리킨다. 그리고 대수 와선이란 극좌표에서 일정한 로그 함수를 따르는 곡선을 의미한다. 고정랩(1141b)은 그 외에도 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

고정랩(1141b)은 선회랩(1142b)과 맞물려 한 쌍의 압축실(V)을 형성한다. 고정랩(1141b)은 선회랩(1142b)의 사이로 삽입되고, 선회랩(1142b)은 고정랩(1141b)의 사이로 삽입된다.

측벽부(1141c)는 고정 경판부(1141a)의 외곽 테두리를 따라 선회 스크롤(1142)을 향해 환형으로 돌출된다. 측벽부(1141c)는 회전축(1160)의 방사 방향에서 고정랩(1141b)을 감싸도록 형성된다.

측벽부(1141c)의 외주면은 메인 하우징(1110)의 내주면에 밀착된다. 이에 따라 고정 스크롤(1141)이 회전축(1160)의 방사 방향에서 메인 하우징(1110)의 내측에 고정될 수 있다.

측벽부(1141c)의 돌출된 끝 부분(전방단)은 메인 프레임(1150)에 면접촉될 수 있다. 메인 프레임(1150)은 선회 스크롤(1142)에 대응되는 배압실 측벽부(1150d)를 구비하고, 측벽부(1141c)의 끝 부분은 상기 배압실 측벽부(1150d)에 밀착된다. 환형의 측벽부(1141c)가 메인 프레임(1150)의 배압실 측벽부(1150d)에 밀착됨에 따라 고정 스크롤(1141)과 메인 프레임(1150) 사이에 선회 스크롤(1142)의 안착 공간이 형성된다.

회전축(1160)의 축 방향에서 측벽부(1141c)와 배압실 측벽부(1150d)의 사이에는 환형의 스러스트 플레이트(미도시)가 추가로 설치될 수 있다. 스러스트 플레이트는 측벽부(1141c)와 메인 프레임(1150)에 의해 고정될 수 있다.

유체 흡입 유로(1141d)는 측벽부(1141c)의 안쪽에 형성될 수 있다. 유체 흡입 유로(1141d)는 회전축(1160)의 축 방향 및/또는 방사 방향을 향해 개구된다. 유체 흡입 유로(1141d)는 모터실(S1) 및 압축실(V)과 통한다. 압축 대상 유체는 모터실(S1)에서 상기 유체 흡입 유로(1141d)를 통해 압축실(V)로 유입되고, 상기 압축실(V)에서 압축부(1140)에 의해 압축된다.

유체 토출 유로(1141e)는 압축실(V)에서 압축된 유체를 토출하도록 고정 경판부(1141a)를 회전축(1160)의 축 방향으로 관통한다. 유체 토출 유로(1141e)는 압축실(V)과 토출실(S2)로 통한다. 압축실(V)에서 압축된 유체는 유체 토출 유로(1141e)를 통해 토출실(S2)로 토출된다.

고정 경판부(1141a)에는 상기 유체 토출 유로(1141e)를 개폐하는 토출 밸브(1143)가 설치될 수 있다. 상기 토출 밸브(1143)는 기준 압력 이상에서 피동적으로 개방되고, 상기 기준 압력 미만에서 피동적으로 닫히도록 형성된다. 압축부(1140)에서 압축 대상 냉매의 압축이 진행됨에 따라 압축실(V)의 압력이 상기 기설정된 압력을 넘어서게 되면, 토출 밸브(1143)가 개방된다.

오일 안내 유로(1141f)는 고정 경판부(1141a)에 형성되거나, 고정 경판부(1141a)와 측벽부(1141c)에 형성된다. 오일 안내 유로(1141f)는 감압 부재(1180)를 통해 유분리실(S3)에서 오일을 공급받고, 공급받은 오일을 윤활 대상으로 안내하도록 형성된다.

예컨대, 오일 안내 유로(1141f)는 고정 경판부(1141a)의 반지름에 준하는 길이만큼 상기 고정 경판부(1141a)를 방사 방향으로 관통한다. 그리고 오일 안내 유로(1141f)는 다시 고정 경판부(1141a)의 두께의 절반에 준하는 길이만큼 상기 고정 경판부(1141f)를 축 방향으로 관통한다.

이를테면 오일 안내 유로(1141f)의 입구는 감압 부재(1180)를 마주보는 위치에 형성되고, 오일 안내 유로(1141f)는 고정 스크롤(1141)을 관통하며, 상기 오일 안내 유로(1141f)의 출구는 선회 스크롤(1142)의 덮개부(1142d)를 마주보는 위치에 형성된다. 오일 안내 유로(1141f)에 의해 오일은 유분리실(S3)로부터 덮개부(1142d)로 안내된다.

리어 하우징(1120)과 고정 경판부(1141a)의 서로 접촉하면서 서로 마주보는 위치에 감압 부재 수용홈(1141g)이 형성된다. 감압 부재 수용홈(1141g)은 고정 경판부(1141)의 후면에서 리세스되어 형성될 수 있으며, 리세스 방향은 축 방향을 따라 리어 하우징(1120)으로부터 멀어지는 방향이다. 토출압의 오일을 중간압으로 감압하기 위한 감압 부재(1180)는 상기 감압 부재 수용홈(1141g)에 삽입된다. 이와 달리 감압 부재 수용홈(1141g)이 리어 하우징(1120)에 형성되는 것도 가능하다.

감압 부재(1180)는 유분리실(S3)에서 공급되는 오일을 감압하도록 형성된다. 유분리실(S3)에 저장되어 있던 토출압의 오일은 감압 부재(1180)에 의해 중간압으로 감압된다. 중간압이란 유체의 압축 전 압력에 해당하는 흡입압보다 높고, 유체의 압축 후 압력에 해당하는 토출압보다 낮은 압력을 가리킨다. 감압 부재(1180)로는 오리피스 등이 이용될 수 있다.

선회 스크롤(1142)은 메인 프레임(1150)의 스러스트 부(1150c)에 안착된다. 만일 전동식 압축기(1000)가 스러스트 플레이트를 구비한다면, 선회 스크롤(1142)은 상기 스러스트 플레이트에 안착된다. 선회 스크롤(1142)은 축 방향에서 메인 프레임(1150) 또는 스러스트 플레이트에 의해 지지된다. 선회 스크롤(1142)은 고정 스크롤(1141)과 함께 압축실(V)을 형성한다. 선회 스크롤(1142)은 상기 고정 스크롤(1141)에 대해 선회 운동하여 유체를 압축하도록 형성된다.

선회 스크롤(1142)은 선회 경판부(1142a), 선회랩(1142b), 회전축 결합부(1142c), 덮개부(1142d), 및 오일 안내 유로(1142e)를 포함한다.

선회 경판부(1142a)는 고정 경판부(1141a)에 대응되는 판 모양으로 형성된다. 선회 경판부(1142a)는 메인 하우징(1110)에 의해 감싸이는 영역 내에서 선회 운동 해야 하므로, 선회 경판부(1142a)의 외경은 메인 하우징(1110)의 내경보다 작게 형성된다.

선회 경판부(1142a)는 고정 스크롤(1141)의 측벽부(1141c)보다 작은 외경을 가질 수 있다. 이에 따라 선회 경판부(1142a)는 축 방향에서 고정 스크롤(1141)의 고정랩(1141b)에 안착될 수 있다. 선회 경판부(1142a)가 고정랩(1141b)에 안착되면, 선회 경판부(1142a)와 고정랩(1141b)은 스러스트 면을 형성할 수 있다.

선회 경판부(1142a)의 양 면 중 메인 프레임(1150)을 향하는 면을 제1 면(전면)이라고 하고, 고정 스크롤(1141)을 향하는 면을 제2 면(후면)이라고 할 때, 상기 제1 면에는 홈이 형성되고, 상기 제2 면에는 회전축 결합부(1142c)와 선회랩(1142b)이 형성된다. 여기서 제1 면에 형성되는 홈은 상기 회전축 결합부(1142c)의 개구에 해당한다.

선회 경판부(1142a)는 회전축의 축 방향에서 메인 프레임(1150)에 의해 지지되므로, 메인 프레임(1150)의 스러스트 부(1150c)에 대응되는 스러스트 면이 선회 경판부(1142a)의 제1 면에도 형성한다.

선회 경판부(1142a)와 메인 프레임(1150)의 사이에는 앞서 설명되었던 환형의 스러스트 플레이트(미도시)가 설치될 수 있다. 전동식 압축기(1000)가 스러스트 플레이트를 구비한다면, 선회 스크롤(1142)은 상기 스러스트 플레이트에 안착된다. 선회 스크롤(1142)은 축 방향에서 메인 프레임(1150) 또는 스러스트 플레이트에 의해 지지된다.

선회랩(1142b)은 선회 경판부(1142a)의 제2 면으로부터 고정 스크롤(1141)을 향해 돌출된다. 선회랩(1142b)은 고정랩(1141b)과 마찬가지로 인볼류트(involute) 곡선, 산술 와선(아르키메데스 와선, Archimedean spiral) 또는 대수 와선(로그 와선, Logarithmic spiral) 형상을 가질 수 있다. 선회랩(1142b)은 그 외에도 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

선회랩(1142b)은 축 방향에서 고정 경판부(1141a)에 밀착될 수 있다. 마찬가지로 고정랩(1141b)도 축 방향에서 선회 경판부(1142a)에 밀착될 수 있다. 고정랩(1141b)의 축 방향 단부와 선회랩(1142b)의 축 방향 단부 중 적어도 하나에는 팁실(미도시)이 설치되어 압축실(V)을 밀폐시킬 수 있다.

회전축 결합부(1142c)는 선회 경판부(1142a)의 제2 면에서 원을 따라 축 방향으로 돌출된다. 회전축 결합부(1142c)는 회전축(1160)의 방사 방향에서 회전축(1160)의 편심부(1160c)를 감싸도록 형성된다. 회전축 결합부(1142c)는 선회랩(1142b)의 형상을 정의하는 와선의 가장 안쪽 부분에 형성된다.

회전축 결합부(1142c)는 속이 빈 원기둥의 옆면에 해당하는 것으로 이해될 수 있다. 회전축(1160)의 제1 단(전방단)은 구동 모터(1130)를 관통하고, 제2 단(후방단)은 선회 스크롤(1142)에 삽입된다. 상기 회전축(1160)의 제2 단에는 편심부(1160c)가 형성된다. 편심부(1160c)는 상기 회전축 결합부(1142c)에 삽입된다.

덮개부(1142d)는 축 방향에서 편심부(1160c)를 덮도록 회전축(1160)의 편심부(1160c)와 고정 스크롤(1141)의 고정 경판부(1141a) 사이에 배치된다. 덮개부(1142d)는 상기 덮개부(1142d)의 원주를 따라 회전축 결합부(1142c)에 결합된다. 회전축 결합부(1142c)를 속이 빈 원기둥 형상이라고 한다면, 덮개부(1142d)는 상기 원기둥의 두 밑면 중 하나에 해당하는 것으로 이해될 수 있다. 덮개부(1142d)는 회전축(1160)의 축 방향에서 선회 경판부(1142a)로부터 가장 먼 위치에 형성될 수 있다.

회전축 결합부(1142c)가 원기둥의 옆면을 형성하고 덮개부(1142d)가 상기 원기둥의 한 밑면을 형성한다고 하면, 나머지 한 밑면은 회전축의 삽입을 위해 개구되어 있다. 이 개구된 영역과 후술하게 될 오일 안내 유로(1142e)를 제외하고는 회전축 결합부(1142c)와 덮개부(1142d)가 편심부(1160c)의 주위에 닫힌 구조를 형성하게 된다.

닫힌 구조란 개념적으로 압축실(V)에 존재하는 압축 대상 유체의 흐름이 차단되어 역류가 발생하지 않는 구조를 의미한다. 따라서 편심부(1160c) 주위의 닫힌 구조란 압축실(V)이나 토출실(S2)의 유체가 편심부(1160c)로 역류하지 않는 구조에 해당한다. 만약 회전축(1160)이 선회 스크롤(1142)을 완전히 관통하는 구조에서는 덮개부(1142d)가 없으므로, 회전축 결합부(1142c)와 회전축(1160)의 사이로 고압의 유체가 역류하게 된다.

도 4에 도시된 닫힌 구조에 의하면 고압의 유체가 역류하지 않게 된다. 이와 같이 편심부(1160c)의 주위에 닫힌 구조가 도입될 수 있는 이유는 회전축(1160)이 압축부(1140)와 전동부에서 1점씩 지지되기 때문에 가능한 것이다. 여기서 회전축(1160)이 지지되는 방향은 상기 회전축(1160)의 방사 방향을 가리킨다. 그리고 압축부(1140)에서 회전축(1160)을 지지하는 것은 메인 프레임(1150)에 삽입되는 제2 베어링(1172)이다.

제2 베어링(1172)은 회전축(1160)의 방사 방향에서 회전축(1160)을 감싸도록 형성된다. 예컨대 제2 베어링(1172)은 속이 빈 원기둥 형상의 부시 베어링으로 형성될 수 있다. 제2 베어링(1172)은 메인 프레임(1150)의 회전축 수용부(1150a)에 삽입된다.

만약 본 발명과 달리 회전축(1160)이 압축부(1140)에서만 2점 지지된다면 두 지지점은 제2 베어링(1172)과 고정 스크롤(1141)이 될 것이다. 이 경우 회전축(1160)이 선회 스크롤(1142)을 완전히 관통하여 고정 스크롤(1141)에 삽입되고 제2 베어링(1172)과 고정 스크롤(1141)에서 1점씩 지지된다. 이렇게 방사 방향에서 회전축(1160)을 지지하는 2점의 위치는 모두 압축부(1140)에 집중된다. 이와 같이 압축부(1140)에서만 회전축(1160)이 2점 지지된다면 필수적으로 회전축(1160)이 선회 스크롤(1142)을 관통하게 되고 선회 스크롤(1142)에는 덮개부(1142d)가 형성될 수 없게 된다.

고정 스크롤(1141)에 바이패스 유로를 포함하여 여러 유체 토출 유로가 형성되는 구조를 A 구조라고 하고, 바이패스 유로 없이 하나의 유체 토출 유로만 형성되는 구조를 B 구조라고 임의로 가정한다면, 선회 스크롤(1142)에 덮개부(1142d)가 도입됨에 따라 A 구조를 B 구조로 대체할 수 있게 된다. 본 발명은 B 구조에 해당한다.

본 발명의 고정 스크롤(1141)에 형성되는 유체 토출 유로(1141e)의 크기를 A 구조에 형성되는 바이패스 유로나 유체 토출 유로와 1:1로 비교한다면, 본 발명의 유체 토출 유로(1141e)가 더 큰 크기를 갖는다. 따라서 고압축비로 운전되는 전동식 압축기와 같이 바이패스 유로의 수를 증가시켜 압축 대상 유체의 토출 면적 부족 문제를 해결할 수 없는 경우에, 본 발명의 구조가 도입되면 하나의 유체 토출 유로(1141e)만으로도 압축 대상 유체의 토출 면적을 충분히 확보 가능하고, 지시 효율 저하의 문제도 해결될 수 있다.

특히 B 구조에 해당하는 본 발명에 의하면 바이패스 유로나 유체 토출 유로(1141e)의 수만큼 구비되어야 하는 토출 밸브(1143)의 수 또한 하나로 감소시킬 수 있다. 토출 밸브(1143)의 수 감소는 전동식 압축기(1000)의 구조 단순화, 고장 발생 가능 요소 감소, 제작비 절감 등의 효과가 있다.

오일 안내 유로(1142e)는 덮개부(1142d)에 형성된다. 오일 안내 유로(1142e)는 회전축(1160)의 축 방향을 따라 덮개부(1142d)를 관통할 수 있다. 고정 스크롤(1141)의 오일 안내 유로(1141f)는 고정되어 있는 반면, 선회 스크롤(1142)은 고정 스크롤(1141)에 대해 선회 운동하기 때문에 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)는 고정되지 않는다.

다만 원활한 오일의 공급을 위해서는, 고정 스크롤(1141)의 오일 안내 유로(1141f)와 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)가 선회 스크롤(1142)의 선회 운동 범위 내에서 일시적으로라도 중첩되어야 하고, 가급적 계속 중첩되는 것이 바람직하다. 여기서 고정 스크롤(1141)의 오일 안내 유로(1141f)와 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)가 선회 스크롤(1142)이 서로 중첩되는 방향은 회전축(1160)의 축 방향이다.

선회 스크롤(1142)에 오일 안내 유로(1142e)가 형성됨에 따라 고정 스크롤(1141)의 오일 안내 유로(1141f)를 통해 공급되는 오일은 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)를 통해 회전축(1160)의 편심부(1160c)로 공급되게 된다.

선회 스크롤(1142)에는 자전 방지 기구(미도시)가 설치될 수 있다.

자전 방지 기구는 선회 스크롤(1142)의 자전을 방지하고, 상기 선회 스크롤(1142)을 선회 운동시키도록 형성된다. 자전 방지 기구가 없다면 선회 스크롤(1142)은 회전축(1160) 등을 통해 전달된 회전력에 의해 자전하게 될 것이다. 선회 스크롤(1142)이 자전하게 되면 유체를 압축할 수 없으며, 유체의 압축을 위해서는 선회 스크롤(1142)이 고정 스크롤(1141)에 대해 선회 운동 해야 한다.

자전 방지 기구의 종류로는 핀 앤 링(pin and ring)이 적용되거나, 올담링이 적용될 수 있다. 그 외에도 다양한 기구물이 자전 방지 기구로 적용될 수 있다. 자전 방지 기구는 선회 스크롤(1142)과 메인 프레임(1150)의 사이에 배치될 수 있다.

다음으로는 메인 프레임(1150)에 대하여 설명한다.

메인 프레임(1150)은 회전축(1160)의 축 방향에서 선회 스크롤(1142)을 선회 운동 가능하게 지지하도록 형성된다. 메인 프레임(1150)은 선회 스크롤(1142)과 함께 배압실(S4)을 형성하도록 선회 스크롤(1142)을 중심으로 고정 스크롤(1141)의 반대쪽에 배치된다.

메인 하우징(1110)의 내주면에는 원주를 따라 요철(1115)(혹은 단차)이 형성된다. 상기 요철(1115)이 형성되는 부분의 내경과 그 후방측 내경을 서로 비교하면, 상기 후방측 내경이 더 크다. 이에 따라 메인 프레임(1150)은 축 방향에서 상기 요철(1115)에 안착될 수 있다.

메인 프레임(1150)은 회전축 수용부(1150a), 메인 경판부(1150b), 스러스트 부(1150c) 그리고 배압실 측벽부(1150d)를 포함한다.

회전축 수용부(1150a)는 메인 프레임(1150)을 관통하는 회전축(1160)을 감싸도록 형성된다. 회전축(1160)의 축 방향에서 회전축 수용부(1150a)의 길이는 후술하게 될 메인 경판부(1150b)의 길이보다 길다.

회전축 수용부(1150a)에 의해 감싸이는 영역에는 제2 베어링(1172)이 삽입된다. 앞서 설명된 바와 같이 제2 베어링(1172)은 회전축(1160)의 방사 방향에서 상기 회전축(1160)을 감싸도록 형성된다. 제2 베어링(1172)은 속이 빈 원기둥 형상의 부시 베어링으로 형성될 수 있음을 앞서 설명한 바 있다.

메인 경판부(1150b)는 회전축 수용부(1150a)의 둘레에 환형으로 형성된다. 상기 환형의 내측에는 앞서 설명된 회전축 수용부(1150a)가 형성된다. 메인 경판부 (1150b)는 축 방향에서 선회 스크롤(1142)의 선회 경판부(1142a)를 마주보는 위치에 배치된다. 메인 경판부(1150)는 메인 하우징(1110)의 요철(1115)에 안착되는 부분에 해당한다.

스러스트 부(1150c)는 선회 스크롤(1142)의 선회 경판부(1142a)와 부분적으로 접촉되어 스러스트 면을 형성하게 된다. 스러스트 면의 형성을 위해 스러스트 부(1150c)는 메인 경판부(1150b)로부터 선회 스크롤(1142)을 향해 돌출될 수 있다. 이에 따라 스러스트 부(1150c)는 선회 스크롤(1142)을 축 방향에서 지지한다.

배압실 측벽부(1150d)는 방사 방향을 기준으로 회전축(1160)으로부터 이격된 위치에서 상기 회전축(1160)을 감싸도록 형성된다. 배압실 측벽부(1150d)는 메인 경판부(1150b)의 둘레에서 회전축(1160)의 축 방향을 따라 환형으로 돌출되어 배압실(S4)의 측벽을 형성한다. 배압실 측벽부(1150c)는 원주를 따라 고정 스크롤(1141)의 측벽부(1141c)와 맞닿을 수 있다.

배압실(S4)은 선회 스크롤(1142)과 메인 프레임(1150)의 사이에 형성된다. 배압실(S4)이란 압축실(V)에 고압이 형성되어 선회 스크롤(1142)의 밀림이 발생하는 현상을 막아주기 위한 공간이다. 배압실(S4)의 압력은 압축실(V)의 토출압보다 작은 압력이다.

배압실(S4)은 압축실(V)로 유체를 흡입하는 유로와 격리된다. 배압실(S4)의 격리와 밀폐를 위해 스러스트 부(1150c)와 선회 경판부(1142a)의 사이에는 환형의 실링 부재(미도시)가 설치된다.

다음으로는 회전축(1160)에 대하여 설명한다.

회전축(1160)은 구동 모터(1130)로부터 제공되는 회전력을 선회 스크롤(1142)에 전달하도록 회전자(1132)와 선회 스크롤(1142)에 연결된다.

회전축(1160)은 제1 단(전방단)과 제2 단(후방단)을 구비한다. 제1 단은 회전축(1160)의 축 방향에서 구동 모터(1130)를 기준으로 선회 스크롤(1142)의 반대쪽에 위치한다. 제2 단은 회전축(1160)의 축 방향에서 메인 프레임(1150)과 고정 스크롤(1141)의 사이에 위치한다.

회전축(1160)의 제1 단은 회전축 지지부(1211)와 제1 베어링(1171)에 의해 방사 방향에서 지지된다. 회전축(1160)의 제2 단에는 편심부(1160c)가 형성된다. 회전축(1160)의 제1 단과 제2 단의 사이 부분은 회전자(1132)와 메인 프레임(1150)을 관통한다.

회전축(1160)의 제1 단으로부터 제2 단까지 축 방향을 따라 회전축의 구조에 대하여 설명하면, 제1 단과 제2 단의 사이에는 구동 모터(1130)의 회전자(1132)에 삽입되는 부분(1160a), 메인 프레임(1150)의 회전축 수용부(1150a)에 삽입되는 부분(1160b)이 형성된다. 어느 부분이든 원기둥 형상으로 형성된다. 메인 프레임(1150)의 회전축 수용부(1150a)에 삽입되는 부분(1160b)은 제2 베어링(1172)과 베어링 면을 형성하므로 상기 부분은 베어링부(1160b)라고 이름할 수 있다.

편심부(1160c)를 제외한 회전축의 나머지 부분들(1160a, 1160b)은 회전축(1160)의 축 방향에서 모두 중심이 일치한다. 이에 반해 편심부(1160c)의 중심은 회전축(1160)의 중심으로부터 편심되어 있다. 따라서 편심부(1160c)가 선회 스크롤(1142)에 삽입되면, 선회 스크롤(1142)은 회전축(1160)에 편심 결합된다.

베어링부(1160b)는 구동 모터(1130)와 편심부(1160c)의 사이에서 제2 베어링(1172)에 의해 지지된다. 여기서 제2 베어링(1172)은 회전축(1160)의 방사 방향에서 베어링부(1160b)를 지지한다.

회전축(1160)의 오일 안내 유로(1160d)는 축 방향을 따라 편심부(1160c)를 관통하며, 추가적으로 베어링부(1160b)까지 관통할 수 있다. 그리고 오일 안내 유로(1160d)에서 방사 방향으로 개구된 급유 포트(1160e)가 형성된다. 급유 포트(1160e)는 편심부(1160c)의 외주면에 노출될 수 있다.

회전축(1160)의 오일 안내 유로(1160d)는 축 방향에서 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e))를 마주보는 위치에 형성된다. 이에 따라 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)를 통해 회전축(1160)의 오일 안내 유로(1160d)로 오일이 공급되면, 이 오일은 다시 회전축(1160)의 오일 안내 유로(1160d)와 급유 포트(1160e)를 통해 편심부(1160c)의 외주면으로 공급된다. 편심부(1160c)는 선회 스크롤(1142)의 회전축 결합부(1142c)와 결합되어 있으므로 오일은 편심부(1160c)의 외주면과 회전축 결합부(1142c)의 내주면을 윤활하게 된다.

또한 편심부(1160c)의 외주면과 회전축 결합부(1142c)의 내주면 사이의 공간은 배압실(S4)과 통한다. 따라서 급유 포트(1160e)를 배출된 오일은 배압실(S4)로 공급되어 압축실(V)에 대한 배압을 형성하게 된다.

다음으로는 밸런스 웨이트(1161)에 대하여 설명한다.

밸런스 웨이트(1161)는 구동 모터(1130)(1130)와 베어링부의 사이에서 회전축에 결합된다. 밸런스 웨이트(1161)는 회전축(1160)의 편심 하중(또는 편심량)을 상쇄하기 위해 설치된다. 밸런스 웨이트(1161)는 제1 부분(1161a)과 제2 부분(1161b)을 포함한다.

제1 부분(1161a)은 회전축(1160)을 감싸도록 환형으로 형성된다. 제1 부분(1161a)은 원반으로 가정한다면 제1 부분(1161a)의 지름은 회전축(1160)의 지름보다 크다.

제2 부분(1161b)은 제1 부분(1161a)의 테두리로부터 회전축(1160)의 축 방향이나 그에 경사진 방사 방향을 향해 1차 연장되고, 다시 회전축(1160)의 방사 방향을 향해 2차 연장된다. 제2 부분(1161b)의 1차 연장이 제1 부분(1161a) 둘레의 360° 모두로부터 연장되는 것은 아니고, 일정한 중심각을 갖는 원호(circular arc)로부터 연장된다. 이에 따라 2차 연장되는 부분은 환형 섹터(annular sector)의 형상을 가질 수 있다. 제2 부분(1161b)은 상기 중심각에 대응되는 범위에서만 상기 회전축(1160)을 감싼다.

밸런스 웨이트(1161)가 반드시 하나면 설치되어야 하는 것은 아니고, 회전축(1160)에만 결합되어야 하는 것도 아니다. 예컨대 회전자(1132)에도 밸런스 웨이트(1162)가 설치될 수 있다(도 4 참조). 두 밸런스 웨이트(1161, 1162)를 구분하기 위해 제1 밸런스 웨이트(1161), 제2 밸런스 웨이트(1162)와 같은 서수가 부기될 수 있다. 회전하는 대상체의 편심 하중(또는 편심량)을 상쇄하기 위한 목적은 어느 것이나 동일하다.

마지막으로 회전축 지지부(1211)와 인버터 커버(1220)의 사이에 환형의 실링 부재(1119)가 설치될 수 있다(도 4 참조). 이 실링 부재(1119)는 회전축 지지부(1211)와 인버터 커버(1220)의 사이를 통해 압축 대상 유체가 인버터 모듈(1200)의 내부로 침투하는 것을 방지한다.

다음으로는 도 6과 도 7을 참조하여 고정 스크롤(1141)에 형성되는 유체 토출 유로(1141e)에 대하여 설명한다.

도 6은 고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)에 의해 형성되는 압축실(V)을 보인 단면도다. 단면의 위치는 도 4에 표시된 A-A에 해당한다.

고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)는 회전축(1160)의 축 방향에서 선회 스크롤(1142)의 회전축 결합부(1142c) 및/또는 덮개부(1142d)와 중첩되는 위치에 형성된다. 고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)가 선회 스크롤(1142)의 회전축 결합부(1142c) 및/또는 덮개부(1142d)와 중첩된다는 것은 상기 유체 토출 유로(1141e)의 크기가 충분히 크다는 것을 의미한다. 선회 스크롤(1142)에 덮개부(1142d)가 형성되므로, 고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)가 선회 스크롤(1142)의 회전축 결합부(1142c) 및/또는 덮개부(1142d)와 중첩되더라도 압축 대상 유체의 역류가 발생하지 않는다.

여기서 고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)와 선회 스크롤(1142)의 회전축 결합부(1142c) 및/또는 덮개부(1142d)는 회전축의 축 방향에서 완전히 중첩되는 것이 아니라 부분적인 중첩을 의미한다. 고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)와 선회 스크롤(1142)의 회전축 결합부(1142c) 및/또는 덮개부(1142d)가 완전히 중첩된다면 회전축 결합부(1142c) 및/또는 덮개부(1142d)가 유체 토출 유로(1141e)를 막아버리기 때문이다.

고정랩(1141b)은 와선을 따라 형성되는데, 고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)는 고정 경판부(1141a)의 중심과 상기 와선의 가장 안쪽 부분(P) 사이에서 고정 경판부(1141a)를 관통한다. 더욱 구체적으로 고정 경판부(1141a)의 중심을 제1 지점(I)이라고 하고, 와선의 가장 안쪽 부분(P)을 제2 지점(II)이라고 할 때, 유체 토출 유로(1141e)는 제1 지점(I)을 중심으로 하고 제1 지점(I)으로부터 제2 지점(II)까지를 반지름으로 하는 가상의 원 안에 형성된다.

유체 토출 유로(1141e)가 형성되는 이 위치는 고정 스크롤(1141)과 선회 스크롤(1142)에 의해 형성되는 한 쌍의 압축실(V) 모두와 통하는 위치에 해당한다. 선회 스크롤(1142)에 고정 스크롤(1141)에 대해 선회 운동 하게 되면 덮개부(1142d)와 유체 토출 유로(1141e)가 중첩되는 면적의 증감을 반복하게 되고, 압축실(V)에서 압축된 유체는 이 과정을 통해 토출실(S2)로 토출된다.

한편 선회 스크롤(1142)이 선회 운동하게 되면 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)도 자연스럽게 선회 운동하게 된다. 만일 선회 스크롤(1142)에 형성되는 오일 안내 유로(1142e)가 그리는 선회 운동의 궤적이 고정 스크롤(1141)의 오일 안내 유로(1141f)와 중첩된다면 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)와 고정 스크롤(1141)의 오일 안내 유로(1141f)는 회전축(1160)의 축 방향에서 계속 중첩된 상태를 유지하게 된다.

고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)는 회전축(1160)의 축 방향에서 선회 스크롤(1142)의 오일 안내 유로(1142e)와 중첩되지 않는 위치에 형성된다. 만일 유체 토출 유로(1141e)가 오일 안내 유로(1142e)와 중첩된다면 유체 토출 유로(1141e)로 토출되어야 할 유체가 오일 안내 유로(1142e)로 역류할 수 있기 때문이다.

도 7은 고정 스크롤(1141)에 대해 선회 스크롤(1142)이 선회 운동하는 과정을 보인 개념도들이다.

도 7을 참조하면 선회 스크롤(1142)이 선회 운동 하는 동안 회전축(1160)의 축 방향에서 덮개부(1142d)와 유체 토출 유로(1141e)가 부분적으로 중첩된 상태를 유지하면서, 덮개부(1142d)와 유체 토출 유로(1141e)의 중첩 면적은 증가와 감소를 반복하게 된다. 이와 같은 과정을 통해 유체 토출 유로(1141e)의 개도(開度)가 변한다. 중첩 면적이 증가하는 동안 압축 대상 유체는 압축실(V)에서 압축되고, 중첩 면적이 감소하는 동안 압축 대상 유체는 압축실(V)에서 유체 토출 유로(1141e)를 통해 토출된다.

도 7을 참조하면 선회 스크롤(1142)이 선회 운동 하는 동안 덮개부(1142d)와 유체 토출 유로(1141e)가 회전축(1160)의 축 방향에서 부분적으로 중첩된 상태를 유지한다. 그리고 선회 스크롤(1142)이 선회 운동 하는 동안 회전축 결합부(1142c)와 유체 토출 유로(1141e)도 회전축의 축 방향에서 부분적으로 중첩된 상태를 유지한다. 이것은 유체 토출 유로(1141e)가 충분히 크다는 것을 의미하며, 하나의 유체 토출 유로(1141e)만으로도 종래 기술의 압축기에 형성되는 다수의 유체 토출 유로(1141e)를 대체하기에 충분하다는 것을 의미한다.

도 7의 (f)는 압축실에서 압축된 유체의 토출 개시 시점에 해당하는 그림이다. 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2)에서 압축된 유체의 토출 개시 시점에, 유체 토출 유로(1141e)는 회전축(1160)의 축 방향에서 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2)에 모두 중첩된다. 따라서 제1 압축실(V1)에서 압축된 유체와 제2 압축실(V2)에서 압축된 유체는 동시에 토출된다.

이와 같이 유체 토출 유로(1141e)는 제1 압축실(V1)에서 압축된 유체와 제2 압축실(V2)에서 압축된 유체가 동시에 토출될 수 있는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 만일 유체 토출 유로(1141e)가 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2) 중 어느 한 쪽으로만 치우친다면, 두 압축실(V1, V2) 중 어느 하나의 압축실에서 압축된 유체는 유체 토출 유로(1141e)를 통해 원활하게 토출되는 동안, 다른 하나의 압축실에서 압축된 유체는 유체 토출 유로(1141e)를 통해 원활하게 토출되지 못하는 현상이 발생하기 때문이다. 유체 토출 유로(1141e)의 바람직한 위치는 앞서 도 6을 참조하여 설명한 바 있다.

본 발명에서 제공하는 구조에 의하면 하나의 유체 토출 유로(1141e)만으로도 충분한 토출구 면적이 확보되므로, 바이패스 유로의 수 증가에 의존하지 않고서도 토출구 면적 부족과 지시 효율 저하의 문제를 해결할 수 있다. 따라서 본 발명의 압축기는 고압축비로 운전되는 전동식 압축기에 적합한 구조다.

압축비란 압축 대상 유체의 흡입압과 토출압을 비교한 것으로, 특히 정격 운전 압축비란 전동식 압축기(1000)의 운전 압축비의 범위 내에서 가장 빈도가 높게 운전되는 압축비를 의미한다. 본 발명에서의 고압축비란 4 이상의 정격 운전 압축비를 의미하며, 바람직하게는 5 이상의 정격 운전 압축비를 의미한다. 이를테면 본 발명의 구조는 4 이상의 정격 운전 압축비, 바람직하게는 5 이상의 정격 운전 압축비로 운전되는 전동식 압축기에 적용되기에 적합하다.

정격 운전 압축비의 차이는 전동식 압축기에 사용되는 냉매로부터 비롯될 수 있다. 전동식 압축기에 고압 냉매가 사용되는 경우, 그 전동식 압축기는 저압의 정격 운전 압축비로 운전된다. 반대로 전동식 압축기에 저압 냉매가 사용되는 경우, 그 전동식 압축기는 고압의 정격 운전 압축비로 운전된다.

고정 스크롤(1141)에 하나의 유체 토출 유로(1141e)만으로도 토출구 면적의 문제가 발생하지 않는다면 압축기의 제작성을 향상시킬 수 있다. 바이패스 유로 형성을 위한 공정이 생략될 수 있기 때문이다. 나아가 하나의 유체 토출 유로(1141e)만으로 유체가 토출된다면 정확한 희망 토출압으로 유체가 토출될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 덮개부(1142d)와 회전축 결합부(1142c)에 의해 편심부(1160c) 주위에 닫힌 구조가 도입되므로, 유체 토출 유로(1141e)의 크기를 증가시키더라도 압축 대상 유체가 회전축 결합부(1142c)와 회전축의 사이로 역류하는 현상이 방지될 수 있다.

나아가 본 발명에 의하면 덮개부(1142d)의 오일 안내 유로가 고정 스크롤(1141)의 유체 토출 유로(1141e)와 중첩되지 않는 위치에 형성되므로, 압축 대상 유체의 역류 없이 오일이 윤활 대상 영역으로 공급될 수 있다.

이상에서 설명된 전동식 압축기는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (12)

1. 고정자와 회전자를 구비하는 구동 모터;
   상기 구동 모터의 일 측에 고정되는 고정 스크롤;
   상기 구동 모터와 상기 고정 스크롤의 사이에 배치되어 상기 고정 스크롤과 압축실을 형성하고, 상기 구동 모터로부터 제공되는 회전력에 의해 선회 운동하는 선회 스크롤; 및
   상기 선회 스크롤에 편심 결합되도록 형성되는 편심부를 구비하고, 상기 구동 모터로부터 제공되는 회전력을 상기 선회 스크롤에 전달하도록 상기 회전자와 상기 선회 스크롤에 연결되는 회전축을 포함하고,
   상기 선회 스크롤은,
   성가 회전축의 방사 방향에서 상기 편심부를 감싸도록 형성되는 회전축 결합부; 및
   원주를 따라 상기 회전축 결합부에 결합되며, 상기 회전축의 축 방향에서 상기 편심부를 덮도록 상기 편심부와 상기 고정 스크롤의 사이에 배치되는 덮개부를 포함하고,
   상기 고정 스크롤에는 상기 고정 스크롤을 상기 회전축의 축 방향으로 관통하는 유체 토출 유로가 형성되고,
   상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 상기 덮개부와 중첩되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전축은 제1 단과 제2 단을 구비하고,
   상기 제1 단은 상기 구동 모터를 기준으로 상기 선회 스크롤의 반대편에 배치되고,
   상기 제1 단은 상기 회전축을 감싸는 제1 베어링에 의해 상기 회전축의 방사 방향에서 지지되고,
   상기 편심부는 상기 제2 단에 형성되며,
   상기 회전축은 상기 편심부와 상기 구동 모터의 사이에서 상기 회전축을 감싸는 제2 베어링에 의해 상기 회전축의 방사 방향에서 지지되는 전동식 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전동식 압축기는 속이 빈 기둥 형상의 메인 하우징을 더 포함하고,
   상기 고정 스크롤은,
   원주를 따라 상기 메인 하우징의 내주면에 고정되는 고정 경판부; 및
   와선을 따라 상기 고정 경판부로부터 상기 선회 스크롤을 향해 돌출되는 고정랩을 포함하고,
   상기 유체 토출 유로는 상기 고정 경판부의 중심과 상기 와선의 가장 안쪽 부분 사이에서 상기 고정 경판부를 관통하는 전동식 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 고정 경판부의 중심을 제1 지점이라고 하고, 상기 와선의 가장 안쪽 부분을 제2 지점이라고 할 때, 상기 유체 토출 유로는 상기 제1 지점을 중심으로 하고 상기 제1 지점으로부터 상기 제2 지점까지를 반지름으로 하는 가상의 원 안에 형성되는 전동식 압축기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 선회 스크롤은,
   선회 경판부; 및
   와선을 따라 상기 선회 경판부로부터 상기 고정 스크롤을 향해 돌출되는 선회랩을 포함하고,
   상기 회전축 결합부는 상기 선회랩의 가장 안쪽 부분에 형성되며,
   상기 덮개부는 상기 회전축의 축 방향에서 상기 선회 경판부로부터 가장 먼 위치에 형성되는 전동식 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향을 기준으로 상기 덮개부와 부분적으로 중첩되는 위치에 형성되는 전동식 압축기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 선회 스크롤이 선회 운동 하는 동안 상기 덮개부와 상기 유체 토출 유로의 중첩된 상태가 유지되면서 상기 덮개부와 상기 유체 토출 유로의 중첩 면적은 증가와 감소를 반복하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 선회 스크롤이 선회 운동 하는 동안 상기 회전축 결합부와 상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 중첩된 상태를 유지하는 전동식 압축기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 압축실은 제1 압축실과 제2 압축실을 포함하고,
   상기 제1 압축실과 상기 제2 압축실에서 압축된 유체의 토출 개시 시점에, 상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 상기 제1 압축실과 상기 제2 압축실에 모두 중첩되는 전동식 압축기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전동식 압축기의 정격 운전 압축비는 5 이상인 전동식 압축기.
11. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부와 상기 유체 토출 유로를 이격되게 하도록 상기 고정 스크롤과 상기 선회 스크롤 중 적어도 하나에 단차 또는 경사가 형성되는 전동식 압축기.
12. 제1항에 있어서,
    상기 덮개부에는 상기 덮개부를 상기 회전축의 축 방향으로 관통하는 오일 안내 유로가 형성되고,
    상기 오일 안내 유로와 상기 유체 토출 유로는 상기 회전축의 축 방향에서 서로 중첩되지 않는 위치에 형성되는 전동식 압축기.

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