KR20210110463A

KR20210110463A - 압축기

Info

Publication number: KR20210110463A
Application number: KR1020200025336A
Authority: KR
Inventors: 홍기상; 이성명; 장동혁; 최준식
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-09-08

Abstract

본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 회전 가능하게 장착되는 회전축; 및 상기 회전축의 회전을 지지하는 베어링을 포함하고, 상기 베어링은, 상기 하우징에 장착되는 외륜부; 상기 회전축을 감싸며 상기 회전축과 함께 회전하는 내륜부; 및 상기 외륜부 및 내륜부 사이에 개재되어 상기 내륜부의 회전을 지지하는 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기를 제공한다. 이에 의하여, 회전축과 베어링 사이에 발생하는 마찰력을 감소시킴으로써 압축기의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차에 사용되는 공조장치용 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에는 실내의 냉난방을 위한 공조장치(Air Conditioning; A/C)가 설치된다. 이러한 공조장치는 냉방시스템의 구성으로서 증발기로부터 인입된 저온 저압의 기상 냉매를 고온 고압의 기상 냉매로 압축시켜 응축기로 보내는 압축기를 포함하고 있다.

압축기에는 피스톤의 왕복운동에 따라 냉매를 압축하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.

왕복식에는 구동원의 전달방식에 따라 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식 등이 있고, 회전식에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인 로터리식, 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

이 중 사판식 압축기와 같이 회전축이 구비되는 압축기의 경우, 엔진 등의 외부 구동원에 의해 회전축이 회전함으로써 냉매가 압축된다.

도 1은 일반적인 사판식 압축기를 도시한 단면도이다. 이하, 도 1을 참조하여 사판식 압축기의 개략적인 구성을 설명한다.

사판식 압축기(10, 이하, ‘압축기’)에는 압축기의 외관과 골격의 일부를 형성하는 실린더 블록(20)이 구비된다. 이때, 실린더 블록(20)의 중앙을 관통하여 센터 보어(21)가 형성되며, 센터 보어(21)에는 회전축(60)이 회전 가능하게 설치된다.

센터 보어(21)를 방사상으로 둘러싸도록 복수의 실린더 보어(22)가 실린더 블럭(20)을 관통하여 형성되며, 실린더 보어(22)의 내부에는 피스톤(70)이 직선 왕복 운동 가능하게 설치된다. 이때, 피스톤(70)은 원기둥 형상으로 형성되고, 실린더 보어(22)는 이에 대응되는 원통형의 공간이며, 피스톤(70)의 왕복 운동에 의해 실린더 보어(22) 내의 냉매가 압축된다.

실린더 블럭(20)의 전방에 프론트 하우징(30)이 결합된다. 프론트 하우징(30)은 실린더 블럭(20)과의 대향면이 요입되어 실린더 블럭(20)과 함께 내부에 크랭크실(31)을 형성한다.

프론트 하우징(30)의 전방에는 엔진 등 외부 동력원(미도시)과 연결되는 풀리(32)가 회전 가능하게 설치되며, 풀리의 회전에 연동하여 회전축(60)이 회전하게 된다.

이때, 회전축(60)의 회전을 지지하기 위한 구성으로 니들 롤러 베어링(32)이 구비된다. 그리고 니들 롤러 베어링(32)의 전방에는 씰링 부재(33)가 구비되어 프론트 하우징(30)의 외부로부터 냉매나 이물질이 압축기 내부로 유입되는 것을 방지하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 압축기는, 회전축이 회전함에 따라 씰링 부재 및 니들 롤러 베어링과 마찰이 일어나면서 온도가 상승하고 소음이 발생하였다.

특히, 씰링 부재는 고무 재질로 형성되는 것이 일반적인데, 고무 재질은 높은 탄성을 갖고 있어 기본적으로 씰링 효과가 우수하지만, 이같은 고온 환경에서는 쉽게 경화될 수 있어 리크가 발생하는 문제가 있다.

본 발명은, 회전축의 회전에 따른 마찰력을 감소시켜 내구성을 향상시킬 수 있는 압축기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 회전 가능하게 장착되는 회전축; 및 상기 회전축의 회전을 지지하는 베어링을 포함하고, 상기 베어링은, 상기 하우징에 장착되는 외륜부; 상기 회전축을 감싸며 상기 회전축과 함께 회전하는 내륜부; 및 상기 외륜부 및 내륜부 사이에 개재되어 상기 내륜부의 회전을 지지하는 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기를 제공한다.

또한, 상기 외륜부의 일단은 상기 내륜부의 일단을 덮도록 상기 회전축의 중심 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 상기 외륜부는 상기 프론트 하우징에 압입되어 상기 프론트 하우징을 씰링할 수 있다.

또한, 상기 프론트 하우징의 내면에는 상기 외륜부가 압입되는 홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 외륜부의 타단은 상기 내륜부의 타단과 이격되도록 상기 회전축의 중심 방향으로 연장될 수 있다.

또한, 상기 외륜부의 타단과 상기 내륜부의 타단 사이에 이격된 공간으로는 오일이 공급되어 상기 롤러부를 윤활할 수 있다.

또한, 상기 하우징에는, 상기 하우징의 내부 공간으로부터 상기 외륜부의 타단을 향하는 방향으로 연장되는 오일 유로가 형성되고, 상기 외륜부는 상기 오일 유로에 대응되는 부위가 개구되어, 상기 오일 유로가 상기 외륜부 및 상기 내륜부 사이의 공간과 연통될 수 있다.

또한, 상기 롤러부는, 원주 방향으로 이격되어 배치되는 복수의 롤러와, 상기 롤러가 회전 가능하게 장착되는 케이지를 포함할 수 있다.

또한, 상기 내륜부 및 상기 롤러부는 금속 재질이며, 상기 외륜부는 고무 재질일 수 있다.

또한, 상기 내륜부의 내주면은 상기 회전축과의 마찰을 감소시키도록 코팅될 수 있다.

또한, 상기 외륜부의 내주면은 상기 롤러부와의 마찰을 감소시키도록 코팅될 수 있다.

본 발명에 따르면, 회전축과 베어링 사이에 발생하는 마찰력을 감소시킴으로써 압축기의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래 베어링과 별도로 구비되던 씰링 부재를 삭제할 수 있어, 중량 및 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 일반적인 사판식 압축기를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 베어링을 도시한 종단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 베어링을 절개하여 도시한 사시도,
도 4는 도 2에서 회전축이 삽입된 상태를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 베어링을 도시한 횡단면도,
도 6은 도 2에서 외륜부를 도시한 단면도,
도 7은 도 2에서 내륜부를 도시한 사시도,
도 8은 도 2에서 롤러부를 도시한 사시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 베어링이 프론트 하우징에 장착된 상태를 도시한 단면도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기에서 베어링이 프론트 하우징에 장착된 상태를 도시한 단면도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 압축기에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 베어링을 도시한 종단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 베어링을 절개하여 도시한 사시도, 도 4는 도 2에서 회전축이 삽입된 상태를 도시한 단면도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기의 베어링을 도시한 횡단면도, 도 6은 도 2에서 외륜부를 도시한 단면도, 도 7은 도 2에서 내륜부를 도시한 사시도, 도 8은 도 2에서 롤러부를 도시한 사시도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기에서 베어링이 프론트 하우징에 장착된 상태를 도시한 단면도, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기에서 베어링이 프론트 하우징에 장착된 상태를 도시한 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압축기는, 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징에 장착되는 회전축(60), 상기 회전축(60)의 회전을 지지하는 베어링(100)을 포함한다.

상기 하우징은, 압축기의 일측 외관을 형성하는 프론트 하우징(30)을 포함한다. 상기 프론트 하우징(30)은 상기 회전축(60)의 일단 측이 개구되어 있다.

상기 회전축(60)은 자동차의 엔진 등의 구동원으로부터 동력을 전달받는다. 이를 위해 상기 회전축(60)은 상기 프론트 하우징(30)의 외부로 연장된 부분에서 풀리와 결합하여 상기 풀리와 함께 회전한다. 상기 회전축(60)은 상기 프론트 하우징(30)의 내부로 연장되어 압축부와 결합한다. 상기 압축부는 저온 저압의 냉매를 압축하여 고온 고압의 냉매로 변환한다.

압축기는 상기 압축부가 냉매를 압축하는 원리에 따라 사판식 압축기, 스크롤 압축기, 베인 로터리 압축기 등으로 구분될 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 하우징을 관통하는 회전축이 구비되고 회전축의 회전에 의해 냉매가 압축되는 모든 종류의 압축기에 적용 가능하다.

상기 베어링(100)은 상기 회전축(60)의 회전을 지지하는 기능과 함께, 상기 중공을 통해 이물질이 유입되거나 유출되는 것을 방지하는 씰링 기능을 한다. 즉, 종래 압축기에는 베어링과 씰링 부재가 별도로 구비되어 서로 다른 기능을 하였으나, 본 실시예는 씰링 부재가 불필요하므로 부품 수가 감소하는 것이다.

상기 베어링(100)은 상기 프론트 하우징(30)에 장착되는 외륜부(110), 상기 회전축(60)을 감싸며 상기 회전축(60)과 함께 회전하는 내륜부(120), 상기 외륜부(110)와 상기 내륜부(120) 사이에 개재되어 상기 내륜부(120)의 회전을 지지하는 롤러부(130)를 포함한다.

상기 외륜부(110)는 전체적으로는 원통 형상이나, 원통부(112)의 길이 방향 양단(114, 116)은 상기 외륜부(110)의 반경 방향 내측으로 연장된다.

도 2에 도시된 것처럼, 상기 외륜부(110)의 일단(114)은 상기 내륜부(120)에 접촉하는 길이로 연장된다. 그러나, 도 4 에 도시된 것처럼 상기 외륜부(110)의 일단(114)은 상기 내륜부(120)의 일부에만 접촉하여 상기 회전축(60)과 접촉하지 않는다. 상기 외륜부(110)의 일단은 상기 내륜부(120)와 상기 외륜부(110) 사이의 공간 - 상기 롤러부(130)가 위치하는 공간 - 의 일측을 덮게 된다.

한편, 도 2에 도시된 것처럼, 상기 외륜부(110)의 타단(116)은 상기 내륜부(120)와 접촉하지 않고 이격된다. 본 실시예에서는 상기 외륜부(110)의 타단(116)이 경사진 방향으로 연장됨으로써 상기 내륜부(120)와 이격되어 있지만, 반드시 이러한 형상이어야만 하는 것은 아니며, 예를 들어 상기 외륜부(110)의 길이를 더 길게 형성하면, 상기 외륜부(110)의 타단이 상기 외륜부(110)의 일단과 나란하게 연장되면서 상기 내륜부(120)와 이격될 수 있다. 이같이 상기 외륜부(110)의 타단(116)과 상기 내륜부(120) 사이에 이격된 공간으로는 상기 롤러부(130)의 윤활을 위한 오일이 공급된다. 상기 오일은 상기 롤러부(130)에서 마찰이 발생하는 부위에 공급됨으로써 상기 롤러부(130) 및 상기 회전축(60)이 원활하게 회전할 수 있도록 한다.

다만, 도 10에 도시된 본 발명의 다른 실시예와 같이, 오일은 상기 외륜부(110)에 형성된 홀을 통해 공급될 수도 있다. 이때에는 상기 프론트 하우징(30)에 오일 유로(34)가 형성되어, 상기 오일 유로(34)와 상기 외륜부(110)에 형성된 홀을 통해 상기 롤러부(130)로 오일이 공급될 수 있다. 이때 상기 오일 유로(34)는 원주 방향을 기준으로 복수개가 이격되도록 형성될 수 있다.

상기 외륜부(110)는 상기 프론트 하우징(30)에 압입됨으로써 고정 장착된다. 그러므로 상기 회전축(60)이 회전하더라도 상기 외륜부(110)는 회전하지 않는다. 상기 외륜부(110)는 고무 재질로 제작되어 상기 프론트 하우징(30)에 쉽게 압입될 수 있으며, 또한 상기 프론트 하우징(30)을 효과적으로 씰링할 수 있다. 이때 상기 외륜부(110)의 내주면은 상기 롤러부(130)와 접촉하는데, 상기 외륜부(110)가 고무 재질이므로 접촉부에서 큰 마찰력이 발생하여 상기 롤러부(130)가 회전하기 어려울 수 있다. 따라서, 상기 외륜부(110)의 내주면은 테플론(teflon) 코팅 처리된다. 테플론(4불화 에틸렌)은 마찰 계수가 매우 작고, 내압 강도가 높은 재료로 알려져 있어 큰 하중을 받으면서 마찰이 적게 발생해야 하는 베어링에 사용하기 적절하다. 다만, 테플론 코팅은 주로 금속 재료의 표면에 이루어지나,

상기 내륜부(120)는 원통 형상으로, 상기 회전축(60)의 외주면을 감싸는 크기로 형성된다. 상기 회전축(60)은 상기 내륜부(120)의 내부 공간에 압입되어, 상기 내륜부(120)는 상기 회전축(60)과 함께 회전하게 된다.

이때, 도시하지는 않았으나 상기 내륜부(120)에 길이 방향으로 홈이 형성되고 상기 회전축(60)에는 상기 홈에 대응되는 돌기가 형성되어 상기 내륜부(120)와 상기 회전축(60)의 압입을 용이하게 하고, 상기 내륜부(120)가 상기 회전축(60)의 외주면에서 미끄러져 헛도는 현상을 방지할 수도 있다.

상기 내륜부(120)는 마찰력이 작고 강성이 강한 금속 재질로 제작되며, 상기 내륜부(120)의 내주면은 상기 회전축(60)과의 마찰력 감소를 위해 테플론(teflon) 코팅 처리된다.

상기 내륜부(120)가 상기 회전축(60)에 밀착하여 감싸고 있어, 상기 내륜부(120)는 상기 프론트 하우징(30)의 외부로부터 이물질이 유입되는 것을 방지하는 씰링 기능을 한다. 즉, 상기 외륜부(110) 및 상기 내륜부(120) 모두 씰링 기능을 할 수 있는 것으로 이러한 구조에 따라 별도의 씰링 부재가 불필요하다.

상기 롤러부(130)는 환형의 케이지(132)와, 상기 케이지(132)에 회전 가능하게 장착되는 복수의 롤러(134)를 포함한다. 상기 롤러(134)는 원주 방향으로 복수개가 이격되도록 배치된다. 상기 롤러(134)는 길이 방향을 회전 중심축으로 하여, 상기 내륜부(120)의 외주면과 상기 외륜부(110)의 내주면에 각각 접촉한다. 상기 내륜부(120)가 회전하면 상기 롤러(134)로 함께 회전함으로써 상기 회전축(60)의 회전이 지지된다.

상기 롤러부(130)는 마찰이 적고 강성이 강한 금속 재질로 제작된다. 이때 상기 케이지(132)와 상기 롤러(134)의 재질은 서로 다른 종류의 금속일 수 있다. 상기 롤러부(130)의 회전에 있어서, 상기 회전축(60)이 회전함에 따라 상기 내륜부(120)가 회전하면, 상기 롤러(134)는 상기 케이지(132)에 고정된 채 자전하게 된다. 이때, 상기 내륜부(120)가 회전하더라도 상기 케이지(132)는 회전하지 않는다. 상기 롤러(134)는 상기 외륜부(110)의 내주면과 접촉한 채 회전하나, 전술한 바와 같이 상기 외륜부(110)의 내주면은 마찰력 감소를 위해 테플론 코팅 처리되므로, 상기 롤러(134)와 상기 외륜부(110) 사이에 마찰로 인해 상기 롤러(134)의 회전이 방해되지 않는다.

상기 롤러(134)는 상기 케이지(132)의 원주 방향을 따라 복수개가 이격되어 배치된다. 복수의 상기 롤러(134) 각각의 간격은 동일하다. 이때, 상기 케이지(132)의 높이가 상기 롤러(134)보다 높게 형성되어 상기 롤러(134)의 상면과 하면을 고정함으로써 상기 롤러(134)가 상기 케이지(132)에서 이탈되지 않게 할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 작용효과에 대하여 설명한다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 베어링(100)이 상기 회전축(60)을 지지하는 역할 뿐 아니라 프론트 하우징(30)의 씰링 역할도 함께 하므로 별도의 씰링 부재가 불필요하다. 이에 의하여, 종래 압축기에 비해 부품 수가 축소되어 중량이 감소하고, 조립성이 향상되며, 제조 원가가 절감될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 종래 압축기에 비해 상기 베어링(100)의 내경이 축소될 수 있다. 상기 베어링(100)의 내경이라 함은 회전 중심으로부터 마찰이 발생하는 부분까지의 거리를 말하며, 이는 상기 회전축(60)의 중심으로부터 상기 내륜부(120)의 외측 표면까지의 거리와 같다.

회전운동에서 선속도(V)는 회전반경(R)와 각속도(ω)의 곱으로 계산되기 때문에(V=R×ω), 회전축의 분당회전수(rpm)가 동일하더라도(ω 일정) 회전반경이 감소하면(R 감소) 선속도(V)가 감소하게 된다. 그리고, 종래와 비교하였을 때 베어링의 마찰계수를 포함한 다른 값들은 변함이 없으므로 선속도(V)가 감소하면 곧 마찰력과 전단력도 감소하게 된다. 따라서, 상기 회전축(60)의 회전을 방해하는 힘이 감소하게 되는 것이므로 보다 원활한 회전이 가능하다.

또한, 본 실시예에 따르면, 상기 베어링(100)에서 상기 롤러(134)의 직경을 더 크게 할 수도 있다. 상기 롤러(134)의 직경이 커지면 상기 베어링(100)이 견딜 수 있는 하중이 증가하게 되고 이는 상기 베어링(100)의 내구성 향상으로 이어져 상기 베어링(100)과 압축기의 기대수명이 증대된다.

30: 프론트 하우징
34: 오일 유로
60: 회전축
100: 베어링
110: 외륜부
120: 내륜부
130: 롤러부
132: 케이지
134: 롤러

Claims

하우징;
상기 하우징에 회전 가능하게 장착되는 회전축; 및
상기 회전축의 회전을 지지하는 베어링을 포함하고,
상기 베어링은,
상기 하우징에 장착되는 외륜부;
상기 회전축을 감싸며 상기 회전축과 함께 회전하는 내륜부; 및
상기 외륜부 및 내륜부 사이에 개재되어 상기 내륜부의 회전을 지지하는 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 외륜부의 일단은 상기 내륜부의 일단을 덮도록 상기 회전축의 중심 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 외륜부는 상기 프론트 하우징에 압입되어 상기 프론트 하우징을 씰링하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제3항에 있어서,
상기 프론트 하우징의 내면에는 상기 외륜부가 압입되는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 외륜부의 타단은 상기 내륜부의 타단과 이격되도록 상기 회전축의 중심 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제5항에 있어서,
상기 외륜부의 타단과 상기 내륜부의 타단 사이에 이격된 공간으로는 오일이 공급되어 상기 롤러부를 윤활하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 하우징에는, 상기 하우징의 내부 공간으로부터 상기 외륜부의 타단을 향하는 방향으로 연장되는 오일 유로가 형성되고,
상기 외륜부는 상기 오일 유로에 대응되는 부위가 개구되어, 상기 오일 유로가 상기 외륜부 및 상기 내륜부 사이의 공간과 연통되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 롤러부는, 원주 방향으로 이격되어 배치되는 복수의 롤러와, 상기 롤러가 회전 가능하게 장착되는 케이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 내륜부 및 상기 롤러부는 금속 재질이며, 상기 외륜부는 고무 재질인 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 내륜부의 내주면은 상기 회전축과의 마찰을 감소시키도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 외륜부의 내주면은 상기 롤러부와의 마찰을 감소시키도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 압축기.