KR970003264B1

KR970003264B1 - 유체기계

Info

Publication number: KR970003264B1
Application number: KR1019920017467A
Authority: KR
Inventors: 히로츠구 사카타; 나오야 모로츠미
Original assignee: 가부시키가이샤 도시바; 사토 후미오
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1997-03-15
Also published as: KR930006323A; JPH0587072A

Abstract

내용없음.

Description

유체기계

제1도는 유체기계를 고정자와 회전자를 가지는 밀폐케이스내에 설치한 전체의 개요 단면도.

제2도는 제1도의 A-A선을 따라 취한 확대 단면도.

제3도는 동작설명도.

제4도는 트로코이드식 펌프의 동작 설명도.

제5도는 고정자와 회전자의 측방에 유체기계를 배치한 제1도와 같은 단면도.

제6도는 본 발명의 제2실시예에 따른 기어타입의 동력전달기구를 도시하는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 구동수단 2 : 실린더

17 : 흡입구 19 : 토출구

21 : 작동실 27 : 회전체

35 : 블레이드 39 : 동력전달기구

본 발명은 송풍, 압축, 펌프등에 적당한 유체기계에 관한 것이다.

종래, 압축용의 기계로서, 예를들면 회전날개(rotary vane)식 콤프레서가 알려져 있다.

회전날개식 콤프레서의 개요는, 고정된 실린더내에 회전가능한 회전체가 편심해서 배치되고 그 회전체에는 상기 실린더와 회전체와의 사이에 복수의 작동실을 형성하는 블레이드가 장착되어있다. 작동실을 형성하는 블레이드는 편심해서 배치된 회전체의 회전에 동반해 실린더의 내벽면과 접촉하면서 진퇴하는 것으로 작동실의 확축(擴縮)을 도모하고 최대 압축시에 토출구를 통해 밖으로 내보내는 구조로 되어 있다.

상기한 바와 같이, 작동중인 블레이드는 실린더의 내벽면과 항상 미끄럼 이동하면서 회전하기 때문에 그 미끄럼 이동저항에 수반해서 손실이 크고 효율면에서도 바람직하지 않다. 또, 고속운전시에는 마찰에 의해 표면이 서로 용착하는 현상이 발생하기 쉽고 신뢰성도 얻기 어려운 등의 문제가 있었다. 따라서, 본 발명은 블레이드의 미끄럼 이동 저항을 가능한한 작게 억제하여 효율이 좋은 유체기계를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 구동수단에 의해 회전동력이 주어지고 흡입구와 토출구를 가지는 회전가능한 실린더와, 실린더내에 편심해서 배치된 회전 가능한 회전체와, 상기 실린더의 내벽면과 접촉하도록 회전체로부터 방사방향을 따라서 연장되어 실린더와 회전체와의 사이에 확축(擴縮) 가능한 복수의 작동실을 형성하는 블레이드와, 상기 실린더의 회전 동력을 실린더의 회전과 동시에 상기 회전체에 전달하는 동력 전달 기구를 구비하고 있다.

이러한 유체기계에 의하면 구동수단에 의해서 실린더에 회전동력이 주어지고 실린더는 그 실린더 축심을 중심으로 해서 회전 운동한다. 이와 동시에 실린더의 회전 동력은 동력전달 기구에 의해 회전체에 전달되고, 회전체는 그것의 회전체 축심을 중심으로 해서 상기 실린더와 거의 동시에 회전운동한다. 이때, 흡입구로부터 작동실내에 흡입된 냉매는 작동실의 축소에 동반해서 단계적으로 압축되어 토출구를 통해 토출되는 운동을 반복하게 된다. 이 경우, 실린더와 블레이드와의 상대 속도는 최소가 되어 미끄럼 이동저항은 작게 억제 된다.

이하, 제1도 내지 제4도의 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예를 상세하게 설명한다.

제1도에 있어서, "1"은 고정자(3)와 회전자(5)로 이루어진 구동수단을 나타내고 있고, 고정자(3)는 밀폐케이스(7) 내에 고정지지 되어 있다. 회전자(5)는 상기 고정자(3)에 전류가 흐르는 것으로 회전 가능하게 되어 있고 회전자(5)의 내측에는 회전자(5)와 함께 회전하는 원통형상의 실린더(9)가 일체로 결합고착 되어 있다.

실린더(9)의 양단은 베어링부재(11)의 베어링부(13)에 의해서 회전 자유롭게 양단 지지되고 베어링부(13)의 축심(a)은 실린더(9)의 회전중심이 된다. 또한, 베어링부(13)의 영역은 윤활유에 의한 유막에 의해서 밀봉이 확보되어 있다. 베어링부재(11)의 한쪽(도면 좌측)은 상기 밀폐케이스(7)로부터 연장된 지지브라켓(15)에 고정지지되고 다른쪽(도면 우측)은 상기 밀폐케이스(7)의 측벽(7a)에 고정지지 되어 있다. 또한, 편측이 되는 도면 우측의 베어링 부재(11)는 여유있는 상태로 지지해도 좋다.

더욱이, 베어링부재(11)에는 후술하는 작동실(21)과 서로 연통하는 흡입구(17)와 토출구(19)가 각각 설치됨과 동시에 흡입구(17)는 베어링부재(11)로부터 밀폐케이스(7)의 밖으로 연장된 흡입파이트(23)와 접속 연통하고 있다. 토출구(19)는 베어링부재(11) 내를 관통하고 상기 밀폐케이스(1) 내에 개방되어 있으며, 밀폐케이스(7)에 설치된 토출 파이프(25)와 연통하고 있다. 이것에 의해 밀폐케이스(7) 내로 송출된 냉매는 상기 토출파이프(25)를 통해서 밖으로 내보내지도록 되어 있다.

한편, 실린더(9) 내에는 회전체(27)가 α만큼 편심해서 회전체축심(b)을 중심으로 해서 회전 자유롭게 배치되어 있다.

회전체(27)는 축통형상을 가지며, 그것의 양 축단부(29)는 상기 베어링부재(11)의 베어링구멍(31) 내에 회전 자유롭게 삽입되어 지지되어 있다.

회전체(27)에는 거의 90°간격으로 방사 방향에 4개의 블레이드 홈(33)이 설치되고 각 블레이드홈(33)에는 진퇴 자유롭게 블레이드(35)가 장착된다. 블레이드(35)의 선단부는 후술하는 윤활용의 트로코이드식 펌프(37)로부터의 유압에 의해서 상기 실린더(9)의 내벽면과 항상 접촉하는 상태가 확보되고 실린더(9)와 회전체(27)와의 사이에 4개의 작동실(21)이 형성되도록 되어 있다.

작동실(21)은 상기한 바와 같이, 흡입구(17) 및 토출구(19)와 각각 연통함과 동시에, 흡입구(17) 및 토출구(19)와의 관계는 상기 회전체(27)의 회전운동에 동반하는 제3도 (a), (b), (c), (d)에 도시된 바와 같이 각 작동실(21)의 최대 확대시에 흡입구(17)로부터 냉매를 흡입하게 된다. 또 작동실(21)의 최대 축소시에 압축된 냉매가 토출구(19)를 통해 송출되도록 설정되어 있다.

회전체(27)에는 상기 실린더(9)의 회전동력이 동력전달 기구(39)를 통해서 전달되도록 되어 있다. 제2도에 도시한 바와 같이, 구동수단(1)에 의해서 실린더(9)가 회전하면, 그 실린더(9)의 회전 동력은 동력전달기구(39)에 의해 거의 동시에 회전체(27)에 전달된다. 즉, 동력전달기구(39)는 실린더(9)에 설치된 끼워맞춤구멍(45)에 한쪽 단부가 삽입되며, 다른쪽 단부가 회전체(27)에 형성된 핀 구멍(41)에 삽입되는 전달핀(43)으로 구성되어 있다.

따라서, 실린더(9)가 회전하면, 이 회전력은 전달핀(43)을 통하여 회전(27)에 전달된다. 즉, 실린더(9)와 회전체(27)는 동시에 회전한다.

이 경우, 실린더(9)의 회전 중심(a)은 고정하고, 그 회전 중심(a)으로부터 α만큼 기울어진 위치에 회전체(27)의 회전 중심(b)이 설정되어 있다. 이 회전 중심(b)은 회전체(27)의 회전에 따라서 이동한다. 즉, 제3도에 도시한 바와 같이 흡입구(17)로부터 냉매를 흡입하고(a), 흡입 완료(b), 압축상태(c) 및 배출구(19)로부터의 냉매의 배출(d) 동작을 하도록 작동실(21)이 변화하게 된다.

이 경우, 실린더(9)와 회전체(27)는 동시에 회전하기 때문에 실린더(9)와 회전체(27)는 회전방향으로 상대적으로 이동하지 않는다. 따라서, 각 블레이드(35)의 선단은 실린더(9)의 내벽면을 따라서 이동하지 않는다. 즉, 각 블레이드(35)는 그 선단이 내벽면 방향을 향해서 항상 눌러져 있을 뿐이다.

따라서, 각 블레이드(35)의 선단 부분에 마모손실을 생기게 하지 않기 때문에 장기간의 사용에 견딜 수 있다.

또한, 실린더(9)로부터의 회전동력을 거의 동시에 회전체(27)에 전달하는 동력전달기구(39)는 반드시 전달핀 타입에 한정되는 것은 아니다. 예를들면 실린더(9) 측에는 내측 톱니바퀴를, 회전체(27) 축에는 상기 내측 톱니바퀴와 맞물림과 동시에 톱니수가 같은 외측 톱니바퀴를 설치한 기어 타입으로 하거나, 그의 올덤즈베어링 등 적절한 수단을 채용한 것도 가능하다.

한편, 트로코이드식 펌프(37)는 상기 베어링 부재(11)(제1도 좌측) 내에 부착되어 있다. 트로코이드식 펌프(37)는 파형 판스프링(47)에 의해 항상 힘이 가해진 양 측판(48)을 케이싱(49)을 끼워지지하고 있다. 제4도에 도시한 바와 같이, 케이싱(49)은 5개의 내치와 4개의 외치를 가지는 내접형 기억(57)가 설치되어 있으며, 이 기어(57)는 회전체(27)의 축단부(29)로부터 연장된 연장축(61)에 끼워넣어져 고착되어 있다. 외측의 측판(48)에는 흡입 포트(51)가 설치되며, 이 포트는 하단부가 윤활유의 액면내에 면하는 흡입관(55)과 연통되어 있다. 내측의 측판(48)에는 토출 포트(53)가 설치되며, 이 포트는 회전체(27)의 중심을 관통하는 연결통로(59)에 연통되어 있다. 따라서, 회전체(27)가 회전하면 기어(57)가 일체로 회전하며, 이 기어(57)는 제4도에 도시한 행정으로 흡입 포트(51)로부터 도입된 윤활유를 토출 포트(53)로 송출한다. 송출된 윤활유는 연결통로(59)를 통하여 블레이드 홈(33)에 도달하고, 그 유입에 의해 블레이드(35)의 선단부를 실린더(9)의 내면에 항상 접촉시키는 상태를 유지한다. 또한, 연결통로(59)는 좌우의 베어링 부재(11)의 베어링 구멍(31) 및 실린더(9)의 베어링(13)에 연통되어 있어 윤활유는 이들을 윤활한 후 케이스(27) 내로 낙하하도록 되어 있다.

다음으로 동작에 관해서 설명한다. 구동수단(1)에 의해서 실린더(9)가 회전하면 그 실린더(9)의 회전동력은 동력전달기구(39)에 의해 거의 동시에 회전체(27)에 전달된다. 이 회전체(27)의 회전운동에 동반해, 예를들면 작동실(21)은 시계방향으로 회전하면서 냉매를 흡입구(17)로부터 흡입하고 (제3(a)도), 흡입완료(제3(b)도)후 압축단계(제3(c)도)로 들어간다. 그리고, 토출구(19)로부터 토출(제3(d)도) 하는 사이클을 반복하게 된다.

이 동작시에 있어서, 블레이드(35)의 선단과 실린더(9)의 내벽면과의 상대속도는 작게 억제된다. 따라서, μ : 마찰계수, F : 블레이드와 실린더의 정착력, V : 블레이드와 실린더의 상대속도로 할때에 미끄럼 이동손실 Lb는, Lb=μFV가 되고 슬라이드 이동손실 Lb를 최고로 할 수 있다. 이 결과, 고속 운전시에 소착현상이 일어나지 않게 됨과 동시에 미끄럼 이동에 따른 소음도 낮게 억제되게 된다.

제5도는, 구동수단(1)을 구성하는 고정자(3)와 회전자(5)의 측방에 유체기계를 배치한 실시예를 도시한 것이다.

즉, 회전자(5)로부터 연장된 회전자축(63)에, 편심 회전체(27)가 배치된 실린더(9)를 일체로 결합함과 동시에 그 회전자축(63)을 회전자(65)에 의해서 회전가능하게 지지하고 있다.

회전베어링(65)는 밀폐케이스(7)로부터 연장된 브라켓(67)에 고정지지 되어 있다. 또, 실린더(9)의 회전동력을 동시에 회전체(27)에 전하는 동력전달기구(39)는 실린더(9) 측에 내측 톱니바퀴(69)와 회전체(27) 측에 상기 내측 톱니바퀴(69)와 맞물려 톱니수가 같은 외측 톱니바퀴(71)로 이루어지는 기어타입으로 되어 있다.

제6도에 도시한 바와 같이, 회전체(27)의 외부둘에에 형성된 외부 톱니 바퀴(71)의 톱니바퀴 크기(P0)는 등간격으로 형성된다. 이에 대해, 실린더(9)의 외부둘레에 형성된 내부 톱니바퀴(69)는 톱니바퀴 크기는 P₁<P₂<P₃<P₄…의 관계가 되도록 형성되어 있다.

이와 같은 톱니바퀴 크기를 갖는 외부 톱니바퀴(71)는 한개의 바퀴만이 내부 톱니바퀴(69)의 한개의 톱니와 도시한 C부분에 결합되어 있다. 따라서, 내부 톱니바퀴(69)의 회전력이 외부 톱니바퀴(71)를 통하여 회전체(27)를 회전시킨다.

내부 톱니바퀴(69)의 톱니바퀴 크기를 P₁<P₂<P₃<P₄…의 관계로 하므로써 내부 톱니바퀴(69)와 외부 톱니바퀴(71)와의 서로 끼워 맞추는 톱니수는 같게 형성된다.

또한, 다른 기능 부품에 관해서는 형상에 약간의 상이한 곳이 있기는 하지만 상기 제1실시예와 동일하게 기능하기 때문에 동일 부호를 붙혀서 설명을 생략한다.

따라서, 이 실시예에 의하면 상기 제1실시예의 효과에 더해서 유체기계가 구동수단(1)을 이루는 고정자(3)의 회전자(5)의 측방에 배치되는 형태가 되기 때문에 밀폐케이스(7)의 지름 D를 작게할 수 있는 잇점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 블레이드의 미끄럼 이동저항을 최소로 억제할 수가 있기 때문에 효율의 향상을 도모할 수 있음과 동시에 미끄럼 이동소음을 낮게 할 수 있는 장점이 있다. 또, 고속운전에도 마찰에 의해 표면이 서로 용착하는 현상등의 염려가 없고 신뢰성도 향상된다.

Claims

구동수단에 의해 회전동력을 얻을 수 있고 흡입구와 토출구를 가지는 회전가능한 실린더; 상기 실린더내에 편심해서 배치된 회전 가능한 회전체; 상기 실린더의 내벽면과 접촉하도록 상기 회전체에서 방사방향에 따라서 연장되어 실린더와 회전체와의 사이에 확축(擴縮) 가능한 복수의 작동실을 형성하는 블레이드; 및 상기 실린더의 회전동력을 실린더의 회전과 동시에 상기 회전체에 전달하는 동력전달 기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.