KR20230119713A - 냉매 압축기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압축기 하우징, 상기 압축 하우징 내에 배치된 압축 메커니즘을 구동하기 위한 구동축, 상기 구동축(3)으로 하여금 관통하여 압축기 하우징(4) 상에 지지되게 하며, 상기 구동축에 고정된 내부링 및 상기 압축기 하우징 내부로 압입되는 외부링을 포함하는 메인 베어링을 포함한 냉매 압축기로써, 상기 압축기 하우징의 인접 벽으로 압입되는 돌출하는 치상돌기들은 상기 외부링의 상기 링 축의 방향으로 상기 외부링의 단부면 상에 배치되는 냉매 압축기에 관한 것이다. 이 냉매 압축기는 베어링의 외부링과 압축기 하우징 사이에 반경 방향으로 압입 끼워맞춤이 더 이상 유지되지 않는 경우에도 외부링의 회전을 방지하기에 충분하다.
Description
본 발명은 냉매 압축기, 더욱 상세하게는, 모터 차량 공조 시스템을 위한 전기 냉매 압축기에 대한 것이다.
전기 냉매 압축기에 있어서, 축(shaft)은 스크롤 압축기의 메커니즘과 같은 압축 메커니즘을 구동하기 위해 사용되며, 압축 메커니즘에 필요한 축과 기타 구성요소들은 압축기 하우징 내부에 배치된다. 축을 가이드하고 가능한 한 마모가 되지 않는 구동을 보장하기 위해, 축은 메인 베어링에 의해 지지되는데, 대부분 사례에서는 볼 베어링(ball bearing)이 사용된다. 메인 베어링은 압축기 하우징 내부에 압입되는 외부링을 포함한다. 이와 같은 압입은 외부링이 회전하지 않게 하기 위한 것이다. 일반적으로 알루미늄으로 형성되는 압축기 하우징의 열 팽창 계수는, 일반적으로 강철로 형성되는 메인 베어링의 외부링의 열 팽창 계수와 각각 다르기 때문에, 이 두가지 부품들 간의 압입 끼워맞춤(press fit)은 구동 중 온도가 상승함과 동시에 축소될 수 있으며, 거의 완전히 중단될 수 있다. 압입 끼워맞춤의 축소는 메인 베어링을 회전하게 만들고 압축기 하우징에 마모가 발생하게 야기하여 결과적으로 냉매 압축기의 손상을 초래할 수 있다. 높은 축방향 힘과 함께 회전하는 외부링은 밀링(milling) 공구처럼 움직인다.
온도 상승과 같은 상황에서 베어링의 회전을 방지하기 위해서, 다양한 종래 기술의 솔루션이 제안되었다. 예를 들어, SBN Walzlager GmbH & Co. KG가 제안한 바와 같은, 이른 바, 열 보상 베어링(thermal compensation bearings)이 알려져 있는 발명이며, 상기 종래 기술에서는 베어링의 외부링에 홈들이 밀링된 것이 특징이다. 이와 같은 플라스틱 링들은 알루미늄 하우징과 동일하거나 더 높은 열팽창 계수를 가진다. 이는 고온에서도 충분히 높은 압입 끼워맞춤을 보장한다.
이 같은 솔루션의 단점은 열 보상 베어링 제조에 필수적인 추가적인 공정 단계들이 필요하다는 것이다. 첫 번째로, 베어링의 외부링은 반드시 홈 형성을 위해 기계 공정을 거쳐야 한다. 또한, 플라스틱 링들은 반드시 사출성형 방식으로 제조해야 하며, 홈들 내부에 유입되어야 한다. 이 방식은 제조를 복잡하게 만들며, 따라서 제조 비용 상승에 기여한다.
일본 특허 JPH0984293 A는, 추가적 솔루션을 공개하였다. 이 특허의 사례에서는, 볼 베어링의 외부링이 후면에 배치된 네 개의 돌출부를 가지도록 설계되었으며, 각각의 돌출부들은 볼 베어링의 축 방향으로 연장된다. 또한, 네 개의 홀들(hole)은 베어링 하우징, 워셔(washer) 또는 플랫 디스크(flat disc)의 배면에 있는 각 케이스 내부에 형성되며, 베어링의 각각의 돌출부들은 축(shaft) 또는 플랫 디스크의 홀 내부로 끼워맞춤 되도록 형성된다. 돌출부는 워셔에 있는 홀을 관통하여 베어링 하우징에 있는 홀 내부로 삽입된다. 이 솔루션에 따르면, 외부링은 볼 베어링의 각 돌출부들을 베어링 하우징의 홀에 끼워맞춤 하여서 회전이 방지된다. 볼 베어링의 외부 원주에 부착된 고무 링이 없기 때문에, 볼 베어링은 또한 베어링 하우징에 쉽게 설치될 수 있다. 하지만, 상기 솔루션에서는, 베어링 하우징, 워셔, 스프링 등의 추가 구성요소들이 필요하며, 이는 높은 복잡성과 추가 비용을 초래한다. 구성요소들은 연동을 위해 반드시 정확한 곳에 위치하여야 하므로, 제품의 조립은 더욱 어려워진다. 또한, 베어링 하우징 제공으로 인해 베어링을 위한 설치 공간이 축소된다.
본 발명의 목표는 압축 메커니즘 구동을 위한 전기 냉매 압축기의 회전을 방지하고, 그로 인한 냉매 압축기의 압축기 하우징 마모를 감소시키는 것이다.
본 발명의 목표는 냉매 압축기, 바람직하게는, 아래 청구항 1항의 특징을 포함하는 전기 냉매 압축기를 통해 성취될 수 있다. 바람직한 추가적인 발달예는 종속항에서 개시된다
상기 냉매 압축기는:
압축기 하우징;
상기 압축 하우징 내에 배치된 압축 메커니즘을 구동하기 위한 구동축; 및
상기 구동축으로 하여금 관통하여 압축기 하우징 상에 지지되게 하며, 상기 구동축에 고정된 내부링 및 상기 압축기 하우징 내부로 압입되는 외부링을 포함하는 메인 베어링을 포함하며, 상기 압축기 하우징의 인접 벽으로 압입되는 돌출하는 치상돌기들은 상기 외부링의 상기 링 축의 방향으로 상기 외부링의 단부면 상에 배치된다.
상기 개념에 따르면, 외부링은 온도가 상승함에 따라 베어링이 회전하는 것을 방지한다. 아래에서 치형부(teeth)로도 언급되는 치상돌기들은 축방향으로 메인 베어링의 외부링에 추가적으로 부착되었다. 이 치상돌기들은 메인 베어링이 압입될 때, 압축기 하우징으로 압입된다. 이렇게 함으로써, 베어링의 외부링과 하우징 사이에 반경방향으로 압입 끼워맞춤이 없을 때 조차도 외부링의 회전을 방지하기에 충분하다.
압축기 하우징의 재료를 소성 변형시키도록 밀어넣는 힘이 선택될 수 있다. 이 같은 압축기 하우징의 소성 변형은 두 구성요소 간의 형상 맞춤형 연결을 달성할 수 있는 메인 베어링의 치상 요소들과 같은 형상을 갖출 수 있다. 바람직하게는, 메인 베어링과 압축기 하우징 간의 형상 맞춤형 연결이 존재한다. 메인 베어링의 외부링의 회전에 대비한 안전성은 따라서, 온도와 그에 따른 각각 다른 압입 끼워맞춤과 무관하다.
본 발명의 이점을 가진 실시예에 따르면, 치상돌기들은 단부면의 전체 폭 상부에 상기 반경방향으로 각각 개별적으로 연장된다. 바람직하게는, 치상돌기들은 단부면의 전체 원주에 걸쳐 원주 방향으로 일정하게 분산 배치된다.
전술된 열 보상 베어링과 대조적으로, 축방향 치형의 메인 베어링의 외부링은 일체형으로 제조될 수 있으며, 이러한 방식으로 제조하는 것은 유리하다. 이는, 외부링이 일체형으로 형성됨이 바람직하다는 것을 의미한다. 열 보상 베어링에서, 홈들은 반드시 외부링 내부로 밀링되어야 한다. 그후, 플라스틱 링들은 반드시 홈들 내부로 삽입되어야 한다. 이와 같은 추가작업 단계들은 본 발명에 따라 사용되는 메인 베어링에서 필수적이지 않으며, 치상 요소들의 제조는 외부링 제조의 단조(forging) 공정의 일부이기 때문에 본 발명에 따라 사용되는 메인 베어링의 외부링은 축방향으로 돌출된 치상 요소들과 함께 제공된다. 이를 위해, 외부링의 단조 공구는 치형부(teeth)가 단조 공정에서 이미 생성되도록 설계될 수 있다. 결과적으로, 추가적인 기계 공정 단계가 필요하지 않다. 추가적 구성요소 또한 필요하지 않다.
바람직하게는, 냉매 압축기는 스크롤 압축기이다. 스크롤 압축기는 또한 나선형 압축기로도 명명되며, 압축 메커니즘을 위한 구성요소로써, 압축기 하우징 내부에 두 개의 삽입(interleaving) 나선을 가지는데, 하나는 고정된 나선, 그리고 다른 나선은 원형 궤적에서 궤도를 도는 선회 나선으로 편심적으로 움직일 수 있으며, 두 개의 나선들 사이에 형성된 압축 챔버들의 부피는 나선의 운동에 의해 주기적으로 변할 수 있다. 스크롤 압축기에서, 구동축은 선회 나선을 구동한다.
장기간의 작동 안정성을 보장하기 위해, 메인 베어링은 반드시 작동하는 동안 축방향 운동으로부터 보호되어야 하는데, 만약 그렇지 못할 경우, 외부링의 회전에 대비한 안전성은 보장될 수 없다. 스크롤 압축기의 역압 덕분에, 축방향 힘은 항상 300 N과 910 N 사이의 범위에 있으며, 이 범위는 항상 충분히 높은 가압력을 보장한다. 메인 베어링의 외부링의 회전에 대비한 안전성과 작동 안전성은 따라서 향상될 수 있다.
바람직하게는, 메인 베어링은 구름 베어링(rolling bearing)이며, 특히 더 바람직하게는, 볼 베어링(ball bearing)이 사용된다.
본 발명의 실시예의 추가 세부 사항, 특징 및 이점은 관련 도면을 참조하여 아래의 예시적인 실시예의 설명에서 찾을 수 있다.
도면은 다음과 같다.
도 1: 종래 기술의 열 보상 베어링을 도시한다.
도 2: 압축기 메커니즘 구동을 위한 축의 메인 베어링의 영역에 있는 전기 냉매 압축기의 일부분의 단면도이다.
도 3a: 메인 베어링의 외부링의 사시도이다.
도 3b: 볼 통로를 향한 방향에 있는 메인 베어링의 외부링의 단면도이다.
도 4: 주조 후 주조 블랭크(blank)로부터 시작하여 외부링의 마무리를 도시한 개략도이다.
도 1: 종래 기술의 열 보상 베어링을 도시한다.
도 2: 압축기 메커니즘 구동을 위한 축의 메인 베어링의 영역에 있는 전기 냉매 압축기의 일부분의 단면도이다.
도 3a: 메인 베어링의 외부링의 사시도이다.
도 3b: 볼 통로를 향한 방향에 있는 메인 베어링의 외부링의 단면도이다.
도 4: 주조 후 주조 블랭크(blank)로부터 시작하여 외부링의 마무리를 도시한 개략도이다.
도 1은 온도 상승의 경우에도 베어링의 회전을 방지하기 위해 열 보상 베어링으로 설계된 종래 기술에 따른 볼 베어링(A)을 보여준다. 볼 베어링(A)는 외부링(B), 내부링(C) 및 외부링(B)와 내부링(C) 사이에 반경방향으로 배치되고, 베어링 케이지의 원주에 걸쳐 분포되고 마찰 저항을 줄이기 위해 서로 이격되는 볼들(E)이 구름(rolling) 요소들로서 내부에 삽입되는 환형 베어링 케이지(D)를 포함한다. 도 1에 도시된 볼 베어링은 예를 들어, 홈들(F)이 베어링의 외부링(B) 내부로 밀링된 SBN Walzlager GmbH & Co. KG의 특허에서 제안된 열 보상 베어링을 도시한다. 플라스틱 링들(G)은 이 홈들(F) 내부로 삽입된다. 이 플라스틱 링들(G)은 알루미늄으로 형성되는 압축기 하우징(도 1에 미도시)의 열 팽창 계수 이상의 열 팽창 계수를 가진다. 플라스틱 링들(G)의 더 높은 열 계수는 더 높은 온도에서 조차도 충분히 높은 압입 끼워맞춤을 보장한다. 이 같은 솔루션의 단점은, 열 보상 베어링 제조에 다수의 추가 공정 단계가 필수라는 점이다. 먼저, 볼 베어링(A)의 외부링(B)은 반드시 홈들(F)을 형성하기 위해 기계 공정을 거친다. 또한, 플라스틱 링들(G)는 반드시 사출성형 방법으로 제조되어야 하며 홈들(F)로 유입되어야 한다.
도 2는 하기에서 구동축(3)으로 명명되는 축(3)의 메인 베어링(2)이 위치한 전기 냉매 압축기의 일부분(1)의 단면도를 도시한다. 전기 냉매 압축기에서, 구동축(3)은 압축 메커니즘을 구동하기 위해, 예를 들어, 구동축(3)과 압축 메커니즘에 필수적인 기타 구성요소들이 압축기 하우징(4) 내부에 배치된 스크롤 압축기의 메커니즘을 구동하기 위해 사용된다. 나선형 압축기로도 명명되는 스크롤 압축기는, 압축 메커니즘을 위한 구성요소로써, 압축기 하우징 내부에 두 개의 삽입(interleaving) 나선을 가지는데, 하나는 고정된 나선, 그리고 다른 나선은 원형 궤적에서 궤도를 도는 선회 나선으로 편심적으로 움직일 수 있으며, 두 개의 나선들 사이에 형성된 압축 챔버들의 부피는 나선의 운동에 의해 주기적으로 변할 수 있다. 스크롤 압축기에서, 구동축(3)은 선회 나선을 구동한다.
구동축(3)을 가이드하고 가능한 한 마모 없는 작동을 보장하기 위해 구동축은 메인 베어링(2)에 지지된다. 메인 베어링(2)은 압축기 하우징(4)에 압입 끼워맞춤되는 외부링을 포함한다. 이러한 압입 끼워맞춤은 외부링(5)이 회전할 수 없게 보장한다. 도 2의 사례에 도시된 바와 같이, 메인 베어링은 외부링(5), 구동축(3)에 고정되는 내부링(6), 그리고 외부링(5)와 내부링(6) 사이에 구름(rolling) 요소들(7)로써 배치된 볼들(7)을 포함한 볼 베어링이다.
도 2에서 보다시피, 하기에서 치형부(teeth)로도 명명되며, 축방향, 예를 들어 외부링(5)의 링 축(8) 방향으로 돌출한 치상돌기들(9)이 메인 베어링(2)의 외부링(5)의 단부면(5a)에 배치된다.
도 2는 치형부(9)가 압축기 하우징(4)의 인접 벽(4a)으로 압입되도록, 외부링(5) 상의 축방향 돌출 치형부(9)를 가진 메인 베어링이 압축기 하우징(4)으로 압입되는 방식을 개략적으로 보여준다. 이 같은 상태는 또한 메인 베어링의 축방향 치형 맞물림으로도 명명된다. 치형부(9)가 압축기 하우징(4)의 재료를 소성 변형하도록 가압력이 선택될 수 있다. 압축기 하우징(4)의 소성 변형은 메인 베어링(2)의 외부링(5)의 치형부(9)와 같은 형상을 가진다. 이로 인해, 두 개의 구성요소, 예를 들어 메인 베어링(2)과 압축기 하우징(4) 간의 형상 맞춤형 연결이 제공된다. 이 같은 연결은, 메인 베어링의 외부링과 압축기 하우징 사이에서 반경 방향으로 외부링(5)에 대하여 압입 끼워맞춤이 부재하는 회전을 방지하기에 충분하다. 이는 즉, 메인 베어링(2)과 압축기 하우징(4) 사이의 형상 맞춤형 연결 덕분에, 메인 베어링의 외부링(5)의 회전에 대한 안전성이 온도 및 그로 인해 야기되는 다른 압입 끼워맞춤과 무관함을 뜻한다.
도 3a는 축방향으로 돌출하는 복수의 치형부(9)를 가진 원형의 링형 단부면(5a) 방향으로 도시된 메인 베어링의 외부링(5)의 사시도이다. 단부면(5a)의 전체 폭에 걸쳐 반경방향으로 각각 연장된 치형부(9)는 외부링(5)의 전체 외주에 걸쳐 원주방향으로 균일하게 분포되어 배치된다. 도 3a의 실시예에서, 총 열 두개의 축방향 돌출 치형부(9)는 시계 전면부 상의 숫자배열 방식으로 외부링(5)의 원형 링형 단부면(5a)에 걸쳐 분산되어 있다. 외부링(5)의 내부면에서, 볼 형상으로 조정된 오목한 단면을 가진 볼 통로(ball race)(10)가 외부링(5)의 전체 내주부에 걸쳐 형성된다. 도 3b는 볼 통로(10)를 보여주는 방향으로 도시된 메인 베어링의 외부링(5)의 상세 단면도이다. 도 3b는 또한, 본 단면의 축방향으로 돌출된 치형부(9)를 보여준다. 돌출된 치형부(9)는 치형부가 축방향으로 돌출되는 높이(약 0.2 mm) 보다 대략 다섯 배만큼 더 원주방향 폭이 넓다. 이 치수들은 치형부들이 하우징에 완전히 끼워질 때까지 가압력이 하우징을 소성 변형하기에 충분하도록 바람직하게 선택되어야 한다. 또한, 압축기의 기능과 구성요소에 대한 추가적 영향력이 가능한 한 배제될 수 있도록 소성 변형이 적은 수준에 머무르도록 보장되어야 한다. 각각의 폭이 1 mm이며 끼워맞춤 깊이가 0.2 mm인 열 두개의 치형부(9)의 사용은 특정 어플리케이션에 대해 특히 이점 및 실용성이 증명된 바 있다. 정확한 치수는 각각의 어플리케이션에 맞게 각 사례별로 재정의 및 평가될 수 있다.
도 4는 외부링이 실제로 마무리되는 순서와 외부링의 제조 방법이 이 순서에 의해 단순화된 방식을 개략적으로 보여준다. 도 1에 도시된 열 보상 베어링과 대조적으로, 축방향으로 맞물림되는 메인 베어링의 외부링은 일체형으로 제조될 수 있다. 열 보상 베어링에서, 홈들은 도 1과 비교하여, 반드시 외부링으로 밀링되어야 한다. 플라스틱 링들은 반드시 홈들 내부로 삽입되어야 한다. 치형부의 제조는 외부링 제조를 위한 단조 공정의 일부가 될 수 있으므로, 메인 베어링의 외부링에 축방향 돌출 치형부가 형성된 체로 구비되는 본 발명에 따라 사용되는 메인 베어링에는 이와 같은 추가 작업 단계가 필요 없다.
이는, 단조 공정을 통해 치형부가 함께 생성되도록 외부링의 단조 공구가 설계될 수 있음을 뜻한다. 결과적으로, 주조 블랭크 기계 가공을 위한 다음의 기계 가공 I 내지 IV를 제외한 더 이상의 추가적 기계 가공 단계는 필요하지 않다. 추가적 구성요소 또한 필요하지 않다.
첫째로, 주조 블랭크의 전면측은 단계 I에서 기계 공정이 왼료된 상태이다. 단계 II에서, 배면측의 기계 공정이 완료된다. 후속의 단계 III에서, 주조 블랭크는 외부 반경 영역에서 기계 가공을 한다. 마지막으로, 단계 IV에서, 내부 볼 통로의 기계 가공을 거친다.
1: 전기 냉매 압축기의 일부분
2: 메인 베어링, 볼 베어링
3: 구동축
4: 압축기 하우징
4a: 압축기 하우징의 벽
5: 외부링
5a: 외부링의 단부면
6: 내부링
7: 볼, 구름 요소
8: 외부링의 링 축
9: 치상돌기, 치형부
10: 외부링의 볼 통로
2: 메인 베어링, 볼 베어링
3: 구동축
4: 압축기 하우징
4a: 압축기 하우징의 벽
5: 외부링
5a: 외부링의 단부면
6: 내부링
7: 볼, 구름 요소
8: 외부링의 링 축
9: 치상돌기, 치형부
10: 외부링의 볼 통로
Claims (10)
- 압축기 하우징(4),
상기 압축 하우징(4) 내에 배치된 압축 메커니즘을 구동하기 위한 구동축 (3),
상기 구동축(3)으로 하여금 관통하여 압축기 하우징(4) 상에 지지되게 하며, 상기 구동축(3)에 고정된 내부링(6) 및 상기 압축기 하우징(4) 내부로 압입되는 외부링(5)을 포함하는 메인 베어링(2)을 포함하고,
상기 압축기 하우징(4)의 인접 벽(4a)으로 압입되는 돌출하는 치상돌기들(9)은 상기 외부링(5)의 링 축(8)의 방향으로 상기 외부링(5)의 단부면(5a) 상에 배치되는 냉매 압축기. - 제1항에 있어서,
상기 압축기 하우징(4)의 재질은 상기 치상돌기들(9)을 통해 소성 변형되는 것을 특징으로 하는 냉매 압축기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 메인 베어링(2)과 상기 압축기 하우징(4) 사이에 형상 맞춤형 연결이 형성된 냉매 압축기. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 치상돌기들(9)은 상기 단부면(5a)의 전체 폭에 걸쳐 반경방향으로 각각 개별적으로 연장된 것을 특징으로 하는 냉매 압축기. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 치상돌기들(9)은 상기 외부링(5)의 전체 원주에 걸쳐 원주방향으로 일정하게 분산 배치된 것을 특징으로 하는 냉매 압축기. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부링(5)은 일체형으로 제조된 것을 특징으로 하는 냉매 압축기. - 제6항에 있어서,
상기 외부링(5)은 단조 공정에서 일체형으로 제조된 것으로 특징으로 하는 냉매 압축기. - 제7항에 있어서,
상기 축방향으로 돌출된 치상돌기들(9)은 상기 외부링(5)과 함께 단조 공정을 통해 생성되는 것을 특징으로 하는 냉매 압축기. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매 압축기는 스크롤 압축기인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메인 베어링(2)은 볼 베어링(2)인 것을 특징으로 하는 냉매 압축기.
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