KR950007515B1

KR950007515B1 - 스크롤 압축기

Info

Publication number: KR950007515B1
Application number: KR1019910000163A
Authority: KR
Inventors: 시게루 마찌다; 마사히로 다께바야시; 히로시 이와따; 가즈오 세끼가미; 노부오 아베; 겐지 도죠; 가즈오 이게다
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌 세아사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1995-07-11
Also published as: US5137437A; KR910014611A

Abstract

내용 없음.

Description

스크롤 압축기

제1도 내지 8도는 본 발명의 실시예에 따른 스크롤 압축기를 나타내는 것으로서,

제1도는 본 발명에 의한 스크롤 압축기의 전체 구조를 설명하기 위하여 제1실시예에 의한 밀폐스크롤 압축기의 단면도.

제2도는 제2실시예에 의한 수직형 밀폐스크롤 압축기의 단면도.

제3도는 제3실시예에 의한 수평형 밀폐스크롤 압축기의 단면도.

제4도는 제4실시예에 의한 수직형 밀폐스크롤 압축기의 단면도.

제5도는 제4실시예의 압축기의 밸런스웨이트를 확대표시한 사시도.

제6도는 제4실시예의 압축기의 올드햄링을 확대 표시한 사시도.

제7도는 본 발명의 스크롤 압축기에 있어서 진동레벨과 그 모드를 종래의 것과 비교하여 표시한 개략도.

제8도는 본 발명의 스크롤 압축기의 운전속도에 진동레벨의 관계를 종래의 것과 비교하여 표시한 챠트도이다.

본 발명은 스크롤 압축기에 관한 것으로, 특히 스크롤 압축기의 신뢰성 향상 및 저진동화에 유리한 베어링 및 밸런스웨이트의 개량에 관한 것이다. 스크롤 압축기는 한정되는 것은 아니지만, 냉동·공조에 사용되고 밀폐형으로 하는 것이 적합하다.

종래의 스크롤 압축기는, 소용돌이 형상의 랩을 각각 구비한 고정스크롤 및 선회스크롤을 가진다. 이들의 스크롤은 서로 맞물려 있어 양자간에 복수의 압축실을 형성한다. 흡입구가 고정스크롤의 외주부에, 배출구가 고정스크롤의 중심 근방에 각각 설치되어 있다. 압축실은 선회스크롤의 선희운동에 수반하여, 이들 압축실의 용적은 스크롤의 외주로부터 중심쪽으로 점차 감소하게 된다. 그 결과, 흡입구를 통하여 흡입된 작동가스는 이들 압축실에 밀폐되어 점차 압축되고, 고압가스로 된 배출구로부터 배출된다.

또한, 구동용 전기모터가 선회스크롤에 인접하여 설치되고, 모터의 로터에 결합된 크랭크축이 선회스크롤에 접속된다. 이 크랭크축은 모터의 양측에 각각 배치된 슬라이딩 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된다.

상기 설명된 구조는 예를 들어 일본 특개 소59-28088호에 개시되어 있다. 이러한 공지 기술의 스크롤 압축기는 밀폐형으로, 모터 하부에 위치한 베어링이 압축기 쉘과는 별개인 바닥판상에 장착되어 있다. 이 바닥판을 통하여 압축기의 외부로부터 각 베어링으로 윤활유를 강제 급유한다.

더욱이, 이 종류의 압축기에서는, 선희 스크롤이 일정궤도를 따라 선희운동을 하므로, 큰 불균형력이 구동용 크랭크축에 가해진다. 이를 감안할 경우, 이 불균형력에 대처하기 위하여 크랭크축에는 밸런스웨이트가 마련된다. 이러한 밸런스웨이트는 예를 들어, 일본 공개 소62-271984호와 상기한 공보에 개시되어 있다.

상술한 바와 같이, 일본 특개 소59-28088호의 기술에 의하면 모터 하부에 위치한 베어링이 베어링 하우징에 장착되어 바닥판으로 역할한다. 베어링 하우징은 암수조립부에 의하여 밀폐용기에 관련하여 위치결정되고 볼트에 의하여 밀폐용기에 고정된다. 이러한 위치 결정을 정확히 행하기 위해서는 압축기의 제작시 바닥판의 외주 플랜지부내에 볼트삽입용 구멍을 위치결정하고 조립부를 가공하는데에 있어서 고정밀도를 유지해야 한다. 또한, 압축기의 조립시에는, 크랭크축의 중심과 모터 하부에 있는 베어링의 중심을 충분히 주의깊게 맞출 필요가 있어, 생산성이 나빠진다.

그리고 스크롤 압축기가 운전되면, 크랭크축은 선회스크롤 및 밸런스웨이트의 원심력이나 모터의 스테이터 및 로터간 틈새의 불균일로 인하여 전자기적 흡인력을 받는다. 이와 같은 외력으로, 크랭크축은 복잡한 방법으로 변형되게 된다. 상기 종래의 기술에서 알 수 있듯이, 대부분의 스크롤 압축기에서는, 크랭크축의 상부, 즉 모터의 상측이며 모터에 관련하여 선회스크롤의 측면인 부분은 비교적 두꺼워서, 크랭크축의 변형량이 모터 하측 부분에서의 변형량보다 더 크다. 그 결과 모터의 양측에 각각 배치되어진 베어링에는 구동축 또는 크랭크축의 변경에 의해 국부적 접촉이 생긴다. 그 결과, 베어링의 신뢰성이 저하하게 된다.

또한, 선회스크롤의 선희운동에 수반하여 발생된 원심력을 상쇄하도록 종래의 밸런스와 카운터웨이트가 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 회전방지기구 같은 다른 부품의 운동이 스크롤 압축기 전체의 진동에 미치는 영향에 대해서는 전혀 고려되고 있지 않다. 따라서, 예를 들어 회전방지부재의 운동으로 인한 관성력이 압축기의 진동을 증가시키게 되는 문제가 생긴다. 또한, 압축기가 다른 회전속도에서 작동되는 경우에 대하여는 현재까지 충분히 고려되고 있지 않았다. 특히, 압축기가 60Hz 이상의 고속에서 운전되는 경우, 회전방지부재의 불균형량으로 인한 진동이 과도하게 생기게 되므로, 이 회전방지부재가 압축기의 주된 진동원이 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 조립이 용이하며 베어링의 국부적 접촉이 없고, 신뢰성이 높은 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 구동축이 변형되는 경우에도 국부적인 접촉을 방지할 수 잇는 베어링을 구비한 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속운전시에도 진동이 적은 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 도 다른 하나의 목적은 신희스크롤의 원심력 뿐아니라 회전방지부재의 관성력을 상쇄할 수 있는 부품을 구비한 스크롤 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위하여, 선회스크롤에서 멀리 떨어진 쪽에 자기중심 조정기능을 가지는 슬라이딩 베어링이 모터의 일측상에 배치되어 크랭크축의 하단부를 지지한다. 슬라이딩 베어링은 크랭크축의 경사나 변형에 의하여 베어링 하우징내에서 경사져, 베어링의 국부적 접촉을 방지하게 된다. 이 자기중심 조정형 슬라이딩 베어링은 그 내주부 및 외주부가 각각 원통형 및 구형상을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 밸런스웨이트와 카운터웨이트는 크랭크축에 부착되어 있다. 이들 웨이트는 선회스크롤의 원심력 뿐아니라 회전방지부재의 관성력을 고려하여 설계되었다.

본 발명의 일형태에 의하면, 스크롤 압축기는 압축실을 형성하며 서로 맞물려 양자간에 각각 나선형 랩을 가지는 고정 및 선회스크롤과 ; 선회스크롤을 구동하는 구동수단과 ; 수동수단을 선회스크롤에 작동가능하게 연결하여 선회스크롤이 선희운동하도록 하는 크랭크축 수단 ; 상기 구동수단의 양측에 각각 배치되어 크랭크축수단을 회전가능하게 저어널을 하는 적어도 두개의 베어링수단을 포함한다. 선회스크롤에서 떨어져 있는 베어링수단은, 크랭크축수단이 경사에 따라 그 자세를 변경하게 할 수 있는 자기중심 조정기능을 갖는다.

게다가, 고정스크롤 및 구동수단은 공통 케이싱에 장착되어 있다. 선회스크롤에서 떨어진 쪽의 베어링 수단은 케이싱과 별개인 베어링 하우징에 장착되고, 베어링 하우징을 통하여 케이싱에 고정된다.

더욱이, 선회스크롤은, 그 자신의 축선에 대한 회전을 방지하기 위한 회전방지수단과 결합하여 작동한다. 크랭크축수단은 크랭크축상에 작용하는 외력을 균형 맞추기 위해서 웨이트 수단에 결합되어 있다. 웨이트수단은 선회스크롤의 원심력과 회전방지수단의 관성력에 대처하도록 마련되는 것이다.

선회스크롤에서 떨어진 쪽의 베어링수단은 베어리홀더에 의하여 회전지지되는 구형상 외주를 가지는 슬라이딩 베어링으로 구성되는 것이 바람직하다. 회전방지수단은 올드햄링으로 이루어지고, 웨이트 수단은 밸런스와 카운터웨이트로 이루어지는 것이 바람직하다. 밸런스웨이트가 올드햄링의 왕복운동에 의하여 생기는 왕복 관성력의 평균치와 거의 동일한 원심력을 발생시키는 불균형량과 선회스크롤의 선희운동에 의하여 생기는 원심력과 거의 같은 원심력을 발생시키는 불균형량의 합계인 불균형량을 가지도록, 그리고 카운터웨이트가 밸런스웨이트의 불균형량에 의하여 야기되는 원심력을 상쇄시키는 불균형량을 가지도록 밸런스 및 카운터웨이트가 형성 및 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우 올드햄링은 선회스크롤의 재료보다 비중량이 더 작은 재료로 형성될 수 있으므로, 올드햄링의 왕복 관성력에 의한 스크롤 압축기의 진동레벨을 감소시킬 수 있다.

또한, 케이싱은 스크롤 압축기가 수용되는 밀폐용기를 형성하게 된다. 이 경우, 크랭크축의 일단은 밀폐용기내에 저장된 윤활유중에 침수된다. 크랭크축의 상부에 작용하는 작동가스와 그 하부에 작용하는 작동가스의 압력차를 이용하는 자기 재순환방식으로 윤활유가 공급된다. 즉, 압력차에 의하여 윤활유가 크랭크축을 통하여 형성된 급유구를 통과하여 각 베어링에 공급된다. 이렇게 공급된 윤활유는 윤활에 사용된 후에 밀폐용기내의 기름통에 복귀되어 윤활에 재이용될 수 있다.

상기 설명된 구조에 있어서, 선회스크롤에서 떨어진 쪽의 베어링의 자기중심 조정기능 때문에, 압축기의 조립시 조립에러가 발생하여 결국 크랭크축의 축중심과 케이싱의 축중심이 다소 어긋나게 되는 경우에도 국부적 접촉없는 만족스런 베어링상태가 유지될 수 있다. 따라서, 베어링은 만족스럽게 윤활되므로 높은 신뢰성을 제공함과 동시에, 베어링에 발생된 마찰손실이 감소되어 전체 압축기의 에너지 효율을 개선할 수 있다.

구동수단이 전기모터를 포함하는 경우, 자기중심 조정 베어링을 설치하여 적당한 공기틈새가 모터의 로터와 스테이터 사이에 항상 유지되게 할 수 있다. 그 결과, 전자기토크의 손실이 감소되며, 이로 인해 압축기의 효율을 향상시킬 있다.

이하에서는, 본 발명이 첨부 도면을 참조하여 그 실시예에 근거하여 설명될 것이다.

우선, 제1도를 참조하여, 본 발명이 적용되는 밀폐형 스크롤 압축기의 일반적인 구조를 설명한다. 본 발명의 스크롤 압축기는 하측 베어링부, 밸런스웨이트 및 카운터웨이터를 제외하고 종래의 스크롤 압축기의 것과 유사한 구조로 되어 있다. 그러므로, 종래의 스크롤 압축기의 구조들과 동일한 구조에 대한 설명은 간략히 할 것이다.

제1도에 나타낸 압축기는 대략 원통형상인 케이싱(16). 커버케이싱(17) 및 저부 케이싱(18)을 가진다. 커버케이싱(17)과 저부 케이싱(18)은 각각 볼트(29, 28)를 이용하여 케이싱(16)에 부착되어, 케이싱(16)의 상하측 개구를 폐쇄하므로써, 밀폐 또는 밀봉용기를 형성하게 된다. 이 밀폐용기내에 모터(10), 고정스크롤(1), 선회스크롤 (2) 등으로 구성된 압축기구부 및 윤활유를 수납한다.

모터(10)는 밀폐용기의 높이의 대략 중간부분에 위치하고, 케이싱(16)내에 고정되어 있는 스테이터(10a)와 스테이터에서 회전가능한 로터(10b)로 구성되어 있다. 크랭크축(6)은 로터(10b)를 관통하여 연장된다. 로터(10b)와 크랭크축(6) 사이에는 모터(10)의 회전토크를 크랭크축에 전달하는 작용을 하는 키이(25)가 배치되어 있다. 크랭크축(6)은 로크너트(12)에 의하여 모터의 로터(10b)에 고정된다.

크랭크축(6)은 직선부(6a)와, 이 직선부(6a)로부터 편심된 다른 부분 즉 크랭크축부(6b)로 구성된다. 크랭크축의 내부에는 단부에서 단부로 관통하는 급유구(31)가 형성되어 있다. 크랭크축(6)은 프레임(3)에 설치된 메인 베어링(슬라이딩 베어링) (7a)과 하부 베어링 하우징(21)에 설치된 자기중심 조정 베어링(슬라이딩 베어링) (7c)에 의하여 저어널 된다. 게다가, 운전중의 회전체의 균형을 유지하기 이하여, 크랭크축(6)에는 그 상부에 밸런스웨이트(4)와, 모터(10)의 하측 부분인 크랭크축의 다른 일부에는 카운터웨이트(11)가 설치되어 있다. 이들 웨이트에 대해서는 후에 더 상세히 설명한다.

상술된 하측 베어링 하우징(21)은 저부 케이싱(18) 내측에 배치되며, 볼트 (27)를 이용하여 케이싱(16)의 하측 단부에 부착된다. 하측 베어링 하우징(21)은 디스크형부재이며, 그 중심부에 슬라이딩 베어링(7c)이 장착되는 베어링부를 가지고 있다. 베어링(7c)은 그 외면이 구형상인 자기중심 조정형으로 되어 있어 크랭크축(6)의 변형이나 경사에 따라서 그 자세가 변형되기 쉽다. 이 베어링부는 후에 더 상세히 기술될 것이다.

프레임(3)은 모터(10)의 상부에 위치되며, 밀폐용기의 주위에 제공된 다수개의 볼트에 의하여 케이싱(16)에 고정된다. 프레임(3)의 상측면에는 리세스가 형성되어 있고, 여기에서 선회스크롤(2)의 자전은 방지하기 위한 올드햄링(8)이 미끄럼 가능하게 설치되어 있다. 선회스크롤(2)은 프레임(3) 위에 위치되어 있으며, 프레임의 리세스를 커버하여 배압실(5)을 형성하게 된다. 올드햄링(8)은 프레임(3)과 선회스크롤(2) 사이에 샌드위치식으로 위치되고, 다른 일실시예와 관련하여 나중에 상세히 설명되고 있는 바와 같이, 상호 반대방향으로 돌출한 돌출부가 부분적으로 형성되어 있다. 이들 돌출부는 프레임(3)에 형성된 그루브와 선회스크롤(2)의 후방면에 형성된 그루브와 각각 미끄럼 가능하게 결합되어 있다. 올드햄링(8)의 하측 돌출부와 프레임(3)간의 결합부 및 올드햄링(8)의 상측 돌출부와 선회스크롤간의 결합부는 상호 수직하도록 배치되어 있다ㅏ.

대략 역 컵형상을 가지는 베어링부(7b)가 선회스크롤(2)의 후방측에 형성되어 있고, 이 베어링부(7b)에 크랭크축(6)의 크랭크부(6b)가 구동상으로 연동된다. 선회스크롤(2)은 대략 디스크형인 단부판(2b)과 이 단부판상에 고정된 소용돌이 형상 랩(2a)으로 구성되어 있다. 고정스크롤(1)도 동일하게 소용돌이 형상 랩(1a)과 단부판(1b)으로 구성된다. 고정스크롤(1)은 랩(1a)을 선회스크롤(2)의 랩(2a)과 맞물리게 하여, 볼트(32)에 의하여 프레임(3)에 고정시킴으로써 선회스크롤(2)과 함께 다수개의 압축실(19)를 형성한다. 이들 압축실(19)과 배압실(5)은 선회스크롤(2)의 단부판(2b)에 형성된 중간압구멍(20)에 의하여 서로 연통한다. 또, 선회스크롤(2)은 고정스크롤(1)과 맞물린 상태에서 매끄럽게 이동할 수 있도록 프레임(3)과 고정스크롤 (1)의 외주사이에서 단부판(2b)의 외주를 샌드위치상으로 고정된다. 고정스크롤에서는, 흡입구(23)가 그 외주에 형성되고, 배출구(13)는 그 중심부에 형성된다. 그리고 고정스크롤(1)의 상부 표면에는, 배출구(13)에 대면하게 체크밸브(14) 및 리테이너 (15)가 설치되어 있다.

계속하여, 구성된 실시예의 스크롤 압축기의 동작을 설명한다.

모터(10)에의 전력공급은 커버케이싱에 제공된 밀폐단자(22)를 통하여 행하여진다. 이 밀폐단자(22)와 모터의 코일은 도선으로 전기적 접속되며, 이들 도선은 도면에 도시하지 않았다. 외측에서 모터(10)에 전력이 공급되는 경우, 모터 로터(10b)가 회전하여 크랭크축(6)을 회전 구동시킨다. 그 결과, 선회스크롤(2)은 올드햄링(8)의 존재 때문에 선회운동을 한다. 그리고, 작동가스는 흡입구(23)를 거쳐 압축기내로 유입되고 계속해서 압축실(19)내로 도입된다. 각 압축실(19)의 작동가스는 선회스크롤(2)의 선희운동에 수반하여 점차 압축되고, 고정스크롤(1)의 중심부의 배출구(13)를 거쳐 고압가스로 배출된다.

상기 압축동작중에, 적당한 중간압으로 상승된 압축실(19)내의 작동가스는 중간압 구멍(20)을 거쳐 배압실(5)내로 충전된다. 그 결과, 배압실(5)의 가스압에 의하여 선회스크롤(2)을 밀어올리는 추력이 발생한다. 이 추력은 압축실(19)의 작동가스의 압력에 의해 발생된 하측 방향의 총 추력보다 크게 설정된다. 따라서, 작동중에 선회스크롤(2)은 항상 고정스크롤(1)에 대하여 압입되므로 안정된 압축동작을 행할 수 있다.

배출구(13)을 거쳐 배출된 고압가스는 케이싱(16)과 압축기구부 사이에 마련된 통로(도시생략)을 거쳐 모터실(9)로 유입된다. 이 모터실에서, 고압가스는 윤활유에서 분리되어 케이싱(16)에 마련된 배출관(24)을 거쳐 압축실 외측으로 유출된다. 한편, 고압가스에서 분리된 윤활유는 중력에 의해 하측 방향으로 흘러 기름통(26)에 도달한다. 크랭크축(6)의 하부단은 기름통의 윤활유에 침적된다. 기름통(26)내의 윤활유는 밀폐용기내의 고압이 작용하고, 배압실(5)의 중간압은 유로(31)의 단부에 작용한다. 따라서, 압축기가 작동하는 동안 이들 압력차에 의하여 기름통(26)의 윤활유가 유로(31)를 거쳐 각 베어링부(7)로 공급된다. 베어링부(7a, 7b)를 윤활하는데 사용된 윤활유는 배압실(5)내로 배출되고, 중간압 구멍(20)을 통하여 압축실(19)로 유입된다. 그 후, 윤활유는 고압가스와 함께 배출구(13)를 거쳐 배출되어, 다시 기름통(6)에 복귀된다.

배출구(13)에 대면하게 설치된 체크밸브(14)와 리테이너(15)는 압축기의 정지시 또는 압축실(19)의 최대압이 밀폐용기내의 고압가스의 압력보다 낮은 경우에 밀폐용기내의 고압가스가 압축실(19)내로 역류하는 것을 방지한다.

다음에, 하측 베어링부는 제2도에 도시된 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 이하 설명될 실시예의 기본구조 및 압축동작은 상기 설명한 제1실시예의 것들과 같다. 그래서, 다음에서는, 제1실시예의 것들과 동일한 부품은 동일 참조번호로 표시하고, 제1실시예의 것들과 다른 부품만을 설명한다.

제2도에 도시된 밀폐형 스크롤 압축기는 원통형 케이싱(116)을 가지고, 상부 케이싱(117) 및 저부 케이싱(118)은 각각 케이싱(116)의 상단과 하단에 용접되어 있어, 밀폐용기를 형성하게 된다. 그리고, 흡입관(123)은 케이싱(116)을 통하여 고정스크롤(1)에 도달하도록 압입되고, 기밀성을 유지하도록 케이싱(116)에 용접된다. 압축기구부의 요소등을 지지하는 프레임(3)은 케이싱(116)에 고정되어 있다.

모터의 로터(10b)는 압입등의 수단에 의해 크랭크축(6a)에 고정된다. 자기중심 조정기능을 가지는 구형베어링(7c)는 크랭크축(6)의 하단에 설치되고, 베어링 홀더 (42a, 42b)에 의하여 위치 결정된다. 이들 베어링 홀더는 구형베어링(7c)을 수용하는 구형상 내면을 형성하며, 다수개의 볼트(41)에 의하여 하측 베어링하우징(121)에 고정되어 있다. 바닥 케이싱(118)의 내측에는 하부 베어링 하우징(121)이 용접 등에 의하여 케이싱(116)의 하단에 고정된다. 그리고, 다수개의 지지레그(40)가 케이싱(16)의 주위에 고정되어 있고, 수직형 압축기의 지지체로 작용한다. 계속해서, 본 실시예에 의하여 자기중심 조정기능을 가진 구형베어링(7c)의 조립공정과 그 작용을 설명한다.

모터를 조립하는 경우, 모터스테이터(10a)를 케이싱(116)내에 먼저 고정시킨다. 다음에 크랭크축(6)을 프레임(3)에 장착하고, 모터 로터(10b)를 크랭크축(6)에 부착한다. 이렇게 조립된 것을 상측으로부터 케이싱(116)내로 삽입하고, 프레임(3)의 외주부를 케이싱(116)에 고정시킨다. 그래서 프레임(3), 모터(10) 및 크랭크축(6)이 위치 결정된다.

그러나, 이 상태에서는, 가공 및 조립시의 에러에 의해서 케이싱(116)과 크랭크축(6)이 서로 축방향 정렬되지 않는다. 이러한 상태에서도, 자기중심 조정기능을 가진 구형베어링(7c)을 조립하여, 크랭크축의 경사에 따라서 베어링이 그 구면부의 섭동에 의해 그 자세를 적당히 변경할 수 있다. 따라서, 구형베어링(7c)은 그 내면이 크랭크축 (6)과 국부적으로 접촉하지 않고 정확한 위치에 설정될 수 있다. 크랭크축(6)에 설정된 후, 자기중심 조정기능을 가지는 구형베어링(7c)은 고정용 볼트(41)를 조여줌으로써, 베어링 홀더(42a, 42b)를 통하여 하측 베어링 하우징(121)에 고정된다. 이 크램핑 볼트를 조여줌으로써, 베어링 홀더(42a, 42b)의 내면과 구형베어링(7c)의 외면은 만족스럽게 서로 조립되는 상태가 된다. 그래서, 작동중 크랭크축(6)이 이 축에 작용하는 힘에 의해 변형되거나 경사져도, 그 경사에 따라 구형베어링(7c)이 베어링 홀더에 대하여 미끄럼 가능하게 회전하게 된다. 따라서 구형베어링(7c)은 국부적으로 접촉되지 않고 크랭크축(6)에 대하여 양호한 슬라이딩 베어링의 형태를 계속 보유할 수 있다.

제3도는 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 의한 밀폐용 스크롤 압축기는 제2실시예의 것과 유사한 구조를 가지고 있으며, 크랭크축(6)이 모터(10)의 양측에 각각 배치된 베어링(7a)과 자기중심 조정형 구형베어링(7c)에 의하여 지지되고 있다. 그러나, 이 실시예의 압축기는 수평형이고, 여기에서 급유관(44)은 크랭크축(6)의 일단에 부착되어 크랭크축의 유로를 기름통(26)내의 윤활유로 접촉시킨다.

제2실시예와 유사하게, 이 압축기의 밀폐용기(5)는 원통형 케이싱(216)의 양단에 커버케이싱(217, 218)을 각각 용접등에 의하여 고정하여 형성된다. 그러나, 고압가스용 배출관(224)은 케이싱(216)에 부착되는 것이 아니고, 구형베어링(7c)의 측면상의 커버케이싱(218)에 부착되어 있다. 이 커버케이싱은 밀폐단자(22)도 또한 이 커버케이싱(218)내에 설치되어 있다. 게다가 지지레그(43a, 43b)는 각각 커버케이싱 (217, 218)에 부착되어, 수평형 압축기의 지지체로 작용한다.

상기 설명한 실시예와 같이, 중간압 구멍(20)은 압축기의 흡입압과 배출압 사이의 중간레벨로 배압실의 압력이 유지되게 한다. 이 중간압과 배출압간의 차이에 의해 윤활유가 급유관(44) 및 크랭크축의 급유로를 통하여 각 슬라이딩 베어링(7)에 공급될 수 있게 된다. 베어링(7a, 7b)을 윤활하는데 사용된 윤활유는 배압실(5)내로 배출된 후에, 중간압 구멍을 통하여 압축실(19)내로 유입되고, 배출구(13)를 거쳐 배출되어, 기름통(26)으로 복귀한다. 한편, 작동가스는 흡입관(123)을 통하여 흡입되고, 배출관 (224)을 통하여 고압가스로 배출구(13)를 통하여 배출되고 에어컨디셔너(도시생략)의 사이클 배관으로 유출된다.

상기 구성된 압축기에 있어서, 특히 자기중심 조정기능을 가지는 구형베어링의 설치가 중요하다. 구형베어링(7c)은 국부적인 접촉을 피할 수 있고, 동시에 스테이터 (10a)와 로터(10b) 사이에 항상 적당한 틈새가 유지되도록 크랭크축(6)을 지지할 수 있다.

다음, 본 발명의 밸런스와 카운터웨이트는 제4도에서 나타낸 제4실시예의 스크롤 압축기를 참조하여 상세히 설명한다.

이 실시예의 밀폐형 스크롤 압축기는 그 기본구조가 제2도에 도시된 실시예의 것과 유사한 수직형이다. 이 압축기에 있어서, 모터(10)는 주파수 변환제어장치(300)를 거쳐 전원에 접속되어 회전속도가 가변될 수 있다. 밸런스웨이트(4)는 베어링(7a, 7b) 사이에서 크랭크축(6)의 상부에 부착되고, 중간압실(5)내에서 회전가능한 형상이다. 그리고, 카운터웨이트(311)는 밸런스웨이트에 대향하게 로터(10b)의 하단면에 설치되어 있다.

제5도에 도시된 바와 같이, 밸런스웨이트(4)는 원통형부(4a)과 그 반경방향으로 연장한 팬형상부로 구성된다. 밸런스웨이트(4)는 이 원통형부(4a)에 크랭크축(6)를 통하여 각 크랭크축(6)에 고정된다. 한편, 카운터웨이트(311)는 도면에 도시되지는 않았지만, 링의 일부를 구성한 형상이다. 이들 밸런스와 카운터웨이트(4, 311)는 선회스크롤(2)의 선회운동에 의하여 발생된 원심력과 올드햄링(8)이 왕복운동하는 경우의 최대 관성력의 절반 관성력 즉, 왕복관성력의 평균치를 합산한 힘과 거의 같은 원심력을 발생할 수 있는 불균형중량이 되도록 설정된다. 다시 말해, 웨이트(4, 311)는 평형조건이 크랭크축(6)을 기준으로 하여 여기에 작용하는 선회스크롤(2)의 원심력과 그 작용점, 올드햄링(8)의 평균 관성력과 그 작용점, 웨이트(4)의 원심력과 그 작용점 및 카운터웨이트(311)의 원심력과 그 작용점 등 전체를 고려하여 평행조건이 성립되도록 형성된다.

선회스크롤(2)의 자전을 방지하기 위한 올드햄링(8)은 프레임(3) 내측에서 일방향으로 미끄럼 가능하게 설치되어 있다. 선회스크롤(2)은 프레임(3)상에 지지되고, 그 후방측은 올드햄링(8)과 맞물려 있다. 제6도에 도시된 바와 같이, 올드햄(8)은 한쌍의 돌출부가 링의 각 측에 형성되어 있는 구조로 되어 있다 각 쌍의 돌출부는 링 중심부를 통과하는 가상선을 따라 서로 대향하게 설치되어 있다. 그리고 한쌍의 돌출부는 다른 쌍으로부터 90°이탈하여 배치되어 있다. 올드햄링(8)은 한쌍의 돌출부를 선회스크롤 (2)의 후방측에 설치된 그루브에 미끄럼 가능하게 맞물리고, 다른 쌍의 돌출부를 프레임(3)에 설치된 그루브와 미끄럼 가능하게 맞물리게 되어, 선회스크롤(2)의 자전을 방지할 수 있도록 하고 있다.

그리고, 올드햄링(80)은 종래의 것과 비교할 경우 그 중량이 감소되도록 설정되어 있다. 이를 위해, 올드햄링(8)은 알루미늄 합금으로 형성된다. 이 경우, 올드햄링(8)의 돌출부가 선회스크롤(2)과 맞물려 그 위에서 미끄러지기 때문에, 선회스크롤(2)은 슬라이딩의 신뢰성을 감안하면 철계재료, 특히 주철재로 만드는 것이 바람직하다. 올드햄링에 맞물리는 프레임(3) 부분, 즉 프레임(3)의 그루브에 대해서도, 선회스크롤(2)과 동일한 재료를 사용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

이제 제7도를 참조하여 상기 설명한 밸런스와 카운터웨이트의 개선에 따른 작용을 설명한다.

제7도는 케이싱(116)내에서의 올드햄링(8)의 운동을 나타낸다. 게다가, 도면은 본 발명에 의한 스크롤압축기의 진동모드와 스크롤 압축기의 진동모드를 케이싱(116) 주위에서 벡터로 개략적으로 나타내고 있다. 각 압축기의 작동중, 올드햄링(8)은 도면에 도시된 바와 같이, 8a, 8b로 표시된 위치 사이에서 왕복한다. 이러한 왕복결과, 각 스크롤 압축기에서 진동이 발생하고 종래기술에 의한 압축기의 진동은 벡터(50)로 나타낼 수 있다. 이때 벡터(50)의 포락선(51)은 도면에 도시된 바와 같이 타원형이다. 제7도에 도시된 모드는 종래의 스크롤 압축기가 고속으로 운전되는 경우의 진동을 극히 단단한 형태로 나타내고 있으며, 올드햄링(8)이 운동하는 방향으로 진동이 최대가 된다. 밸런스와 카운터웨이트가 상기 설명한 바와 같이 배치되어 있는 본 발명의 압축기에 있어서, 최대 진동레벨은 진동벡터의 포락선(52)으로 표시된 바와 같이, 종래의 압축기의 것과 비교하여 절반으로 감소된다. 그리고, 올드햄링(8)의 중량 감소로 인해, 원형상으로 되어 있는 진동벡터 엔벨로프(52)는 일반적으로 작아진다.

제4실시예의 스크롤 압축기를 이하에서 설명한다.

먼저, 주파수 변환제어장치(300)에 전원이 공급되어 소정의 주파수로 설정된다. 그후, 밀폐단자(22)를 통하여 전원이 모터(10)에 공급된다. 그리고 나서, 이렇게 설정된 주파수에 대응하는 속도로 모터(10)가 회전한다. 모터(10)가 회전함에 따라, 크랭크축(6)이 회전하여, 선회스크롤(2)이 운동하게 된다. 선회스크롤(2)은 올드햄링(8)에 의하여 자전이 방지되어, 일정한 원형궤도로 선회운동을 한다. 그 결과, 작동가스는 흡입관(123)으로부터 압축실(19)내로 유입되어, 고압으로 승압되고, 고정스크롤(1)의 중앙부의 배출구(13)로부터 배출된다. 밀폐용기의 상부 공간에 누적된 고압가스는 고정스크롤(1)이나 프레임(3)의 외주부에 설치된 통로(도시생략)를 통하여 하부의 모터실(9)에 도달한다. 모터실(9)에서는, 고압가스와 여기에 혼입된 윤활유가 서로 분리되고, 기름통(26)의 하방으로 유동하는 윤활유와 고압가스는 배출관(24)으로부터 배출된다. 압축기를 나온 고압가스는 에어콘디션 사이클(도시생략)에 공급되어, 여기에서 열교환이 되고 다시 저압가스로 흡입관(123)에 복귀된다.

이 실시예에서는 스크롤 압축기의 운전속도는 주파수 변환제어장치(300)에 의하여, 일정 범위내에서 임의로 변화될 수 있다. 또한, 스크롤 압축기의 진동은 경량의 올드햄링(8)의 효과와 밸런스와 카운터웨이트(4, 311)의 효과 때문에 어떠한 운전속도에서도 저레벨로 유지된다. 이 실시예는 2가지 구조적 특징, 즉 밸런스와 카운터웨이트 (4, 311)의 개량과 올드햄링(8)의 중량 감소를 동시에 채용하지만, 이들 특징중 하나만을 채용하여도 종래의 스크롤 압축기의 것에 비교하여 진동레벨이 보다 낮은 스크롤 압축기를 성취할 수 있다.

제8도는 본 발명의 스크롤 압축기의 밸런스 및 카운터웨이트의 개선효과를 종래의 스크롤 압축기에 비교하여 나타내고 있다. 제8도에 있어서, 수평축은 각 스크롤 압축기의 작동속도를, 수직축은 각 스크롤 압축기의 수평방향으로의 진동의 가속도를 각각 나타낸다. 그리고, 도면의 곡선(A)은 종래의 스크롤 압축기에서의 최대의 진동 레벨을 각 운전속도마다 나타내고 있다. 곡선(B)은 베어링와 카운터웨이트의 개선만을 채용한 본 발명의 스크롤 압축기에서의 최대의 진동레벨을 각 운전속도마다 나타내고 있다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 곡선(B)에 의하여 표시된 진동레벨은 곡선(A)로 표시된 것 보다 약 절반만큼 낮고, 이것은 각 운전속도에서 본 발명의 스크롤 압축기의 최대 진동레벨이 종래의 스크롤 압축기의 것보다 약 절반만큼 낮은 것을 말한다. 밸런스와 카운터웨이트의 개선에 부가하여, 올드햄링의 중량이 감소되는 경우, 압축기의 진동레벨은 곡선(B)의 레벨보다 낮은 곡선(C)의 레벨까지 저감될 수 있다.

상기 설명된 구조에서는, 선회스크롤에서 떨어진 측면에 설치된 자기중심 조정 베어링(7c)은 그 외주가 구형상으로 형성되어 있기 때문에, 베어링 하우징(21, 121)내에서 그 자세를 자유로이 바꿀 수 있다. 따라서, 압축기의 조립시에, 밀폐용기의 축 중심과 크랭크축(6)의 축 중심 사이에 미소한 오차가 생기는 경우나, 운전중에 크랭크축(6)에 밸런스웨이트(4)와 선회스크롤(2)의 원심력이 작용하여 크랭크축(6)이 변형하는 경우에도 베어링(7c)은 자기중심 조정가능에 의하여 그 자세를 변환시킬 수 있고, 이로써 크랭크축(6)과 이것을 수용하는 베어링의 내원통부 사이에는 항상 평행을 유지할 수가 있다. 일반적으로 말해서, 크랭크축의 회전으로 발생된 불균형을 완전히 보상하는 것은 기술적으로 매우 어렵고, 약간의 불균형력이 어쩔 수 없이 남게 된다. 그러나, 모터가 인버터, 즉 속도변환장치를 통하여 구동되는 경우, 모터가 5000rpm 이상의 고속으로 구동되는 경우, 이러한 불균형으로 크랭크축보다 큰 힘을 받아 구부러지게 된다. 본 발명에 의하면, 이러한 상황에서도 크랭크축(6)의 변형량은 베어링 하우징(21, 121)에 의하여 저레벨로 유지된다. 게다가, 자기중심 조정 베어링(7c)이 크랭크축(6)의 약간의 변형에 따라 베어링 자신의 자세를 적당히 바꿀 수 있으므로, 크랭크축(6)에서의 국부적 접촉을 작게 한 상태에서 베어링축(6)을 지지할 수가 있다. 또한 메인 베어링(7a)에서도 크랭크축(6)과의 국부적 접촉의 정도를 자연히 완화할 수 있기 때문에 압축기의 고속운전시에도 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

본 발명을 앞선 실시예에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 특정형태에 한정되지 않고, 첨부한 청구범위의 범위내에서 각종 변형을 행하거나, 다른 형태를 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예는 모두 밀폐용 스크롤 압축기로 설명되고 있지만, 본 발명의 개선은 밀폐형이 아닌 스크롤 압축기에도 적용할 수 있음은 명백하다.

Claims

스크롤 압축기에 있어서, 서로 맞물려 양자간에 압축실을 형성하는 소용돌이 형상 랩을 각각 가지는 고정 및 선회스크롤과 ; 상기 선회스크롤을 구동시키는 구동수단과 ; 상기 구동수단에 의해 생성된 구동력을 전송시켜 상기 선회스크롤의 선회운동하게 하는 크랭크축 수단과 ; 상기 구동수단의 양측상에 각각 배치되어 상기 크랭크축 수단을 회전가능하게 지지하는 적어도 2개의 베어링수단을 포함하고, 상기 2개의 베어링수단중 상기 선회스크롤로부터 더 멀리 떨어어진 베어링수단은, 상기 크랭크축 수단상에 설치된 부재와 상기 부재용 홀더를 포함하고, 상기 부재는 외주면이 상기 크랭크축 수단과 동심체인 구형부로 되어 있으며, 상기 부재는 상기 구형부가 슬라이딩면으로 역할하여 상기 홀더에 의해 회전가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항에 있어서, 상기 부재는 원통형 보오가 내부에 형성되어 있는 슬라이딩 베어링으로 이루어지고, 상기 크랭크축 수단은 그 외주면이 상기 원통형 보오의 내주면과 접촉하여 회전가능하게 되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제2항에 있어서, 상기 홀더는 상기 베어링수단을 지지하는 베어링 홀더인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제3항에 있어서, 상기 베어링 홀더는 그 내주면이 상기 슬라이딩 베어링의 외주면에 일치하는 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제4항에 있어서, 상기 베어링 홀더는 상호 관련되어 상기 내주면을 형성하는 두 부분으로 이루어지고, 상기 두 부분이 함께 결합되어 상기 내주면을 상기 슬라이딩 베어링의 외주면에 끼워지게 하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제5항에 있어서, 상기 슬라이딩 베어링은, 상기 서로 끼운 상태에서 그 자세를 유지하도록 상기 베어링 홀더에 의하여 조여지며, 상기 베어링 홀더의 조임력보다 더 큰 외력이 상기 크랭크축 수단으로부터 상기 슬라이딩 베어링에 작용하게 되면 상기 베어링 홀더에 대해 회동하여 자세를 변화시키는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제6항에 있어서, 상기 슬라이딩 베어링은, 그 외주면이 상기 베어링 홀더의 내주면상에서 미끄러지게 회동하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정스크롤 및 상기 구동수단은 공통의 케이싱에 설치되고, 상기 선회스크롤로부터 더 멀리 떨어진 쪽의 베어링수단은 상기 케이싱과는 별개의 베어링 하우징에 설치되며, 상기 베어링 하우징을 거쳐 상기 케이싱에 고정되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제8항에 있어서, 상기 케이싱은 밀폐용기를 형성하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제9항에 있어서, 상기 밀폐용기는, 그 내부에서 상기 크랭크축수단이 대략 연직으로 연장되어 있는 수직형인 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제10항에 있어서, 상기 밀폐용기는, 그 내부에서 상기 크랭크축수단이 대략 수평으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 선회스크롤은 그 자전을 방지하기 위한 자전방지수단에 작동되게 결합되어 있으며, 상기 크랭크축 수단은 상기 크랭크축수단에 작용하는 외력을 균형시키기 위한 웨이트수단과 결합되고, 상기 웨이트수단은 상기 선회스크롤에 의한 원심력과 상기 자전방지수단의 관성력에 대항하는 관계로 설치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제12항에 있어서, 상기 자전방지수단은 올드햄링을 포함하고, 상기 웨이트수단은 상기 크랭크축수단에 각각 고정된 밸런스 및 카운터웨이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서, 상기 밸런스웨이트는 상기 선회스크롤에 인접하여 배치되고, 상기 카운터웨이트는 상기 크랭크축수단의 길이방향에 관련하여 상기 구동수단을 사이에 두고 상기 밸런스웨이트의 반대측에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제14항에 있어서, 상기 밸런스 및 카운터웨이트는 상기 크랭크축수단의 축선에 관련하여 상호 반대측에 배치되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서, 상기 밸런스 및 카운터웨이트는, 상기 밸런스웨이트가 상기 선회스크롤의 선희운동에 수반하여 생기는 원심력에 대략 동일한 원심력을 발생시키는 불균형 중량과, 상기 올드햄링의 왕복운동에 따라 생기는 왕복 관성력의 평균치에 대략 동일한 원심력을 발생시키는 불균형 중량을 가산한 불균형 중량을 가지도록, 그리고 상기 카운터웨이트가 상기 밸런스웨이트의 불균형 중량에 의하여 발생된 원심력을 상쇄시키는 불균형 중량을 가지도록 형성 및 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제13항에 있어서, 상기 올드햄링은 그 관성력을 저감하도록 경량으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
제17항에 있어서, 상기 올드햄링은 알루미늄 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.