WO2019198932A1

WO2019198932A1 - 전동식 압축기

Info

Publication number: WO2019198932A1
Application number: PCT/KR2019/002607
Authority: WO
Inventors: 유병길; 이재상; 장진용; 최순용
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-10-17
Also published as: KR102013615B1; US20190309749A1

Abstract

본 발명에 의한 전동식 압축기는, 고정자와 회전자를 가지는 구동모터; 상기 회전자에 결합되어, 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 회전축이 관통하여 회전 가능하게 결합되는 프레임; 상기 프레임에 축방향으로 지지되고, 상기 회전축에 편심지게 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되어 상기 선회스크롤과 함께 압축실을 형성하며, 상기 프레임과 선회스크롤을 관통하는 상기 회전축의 일단부를 반경방향으로 지지하는 고정스크롤; 및 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에서 구비되어 상기 회전축의 타단부를 반경방향으로 지지하는 케이싱;을 포함할 수 있다.

Description

전동식 압축기

본 발명은 모터에 의해 동작되는 전동식 압축기에 관한 것이다.

전동식 압축기는 여러 압축 방식 중에서 고압축비 운전에 적합한 스크롤 압축 방식이 주로 적용되고 있다. 이러한 스크롤 방식의 전동식 압축기는 밀폐된 케이싱의 내부에 회전모터로 된 전동부가 설치되고, 전동부의 일측에 고정스크롤과 선회스크롤로 이루어진 압축부가 설치되며, 전동부와 압축부는 회전축으로 연결되어 전동부의 회전력이 압축부로 전달된다. 압축부로 전달되는 회전력은 선회스크롤을 고정스크롤에 대해 선회운동을 시켜 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 2개 한 쌍의 압축실을 형성하여, 냉매를 양쪽 압축실로 각각 흡입시켜 압축하고 동시에 토출하는 방식이다.

차량용 공조시스템에 적용되는 스크롤 방식의 압축기는, 차량의 엔진룸 구조상 주로 횡형으로 설치되어 있다. 전동부와 압축부가 횡방향으로 배열되어 회전축으로 연결된다. 이에 따라, 전동부를 중심으로 횡방향 양쪽에 회전축을 지지하기 위한 메인 프레임과 서브 프레임을 각각 구비하고 있으며, 메인 프레임에 메인 베어링이 구비되어 회전축을 중앙부분을 지지하고 있다. 서브 프레임에는 서브 베어링이 구비되어 회전축의 단부를 지지하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 전동식 압축기는, 앞서 설명한 바와 같이 구동모터와 압축부 사이에 메인 프레임이 위치하고, 이 메인 프레임에 구비된 메인 베어링이 회전축의 중간부분을 반경방향으로 지지하고 있다. 따라서, 메인 프레임에는 메인 베어링을 구비하기 위한 공간이 필요하게 되고, 이로 인해 메인 프레임의 축방향 길이가 길어지면서 전체적인 압축기의 축방향 길이가 증가하게 되는 문제점이 있다.

또, 종래의 전동식 압축기는, 압축실에서 토출공간으로 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하고, 이 분리된 오일을 스크롤 또는 프레임에 구비된 급유통로를 통해 압축실 또는 베어링면으로 공급하고 있다. 하지만, 스크롤 또는 프레임에 급유통로를 형성하는 것이 곤란할 뿐만 아니라 급유통로가 경로가 길어지게 된다. 급유통로의 경로가 길어지게 되면 압축기 기동시 신속하게 오일이 공급되지 못하면서 마찰손실이 발생할 수 있다.

또, 종래의 전동식 압축기는, 회전축이 축방향으로 밀리는 것을 억제하기 위해 볼 베어링을 이용하는 것이나, 이는 볼 베어링으로 인한 비용과 동작 소음이 증가하고, 볼 베어링의 무게로 인해 압축기의 무게가 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 프레임에서 베어링을 배제하여 프레임의 길이를 줄임으로써 압축기의 길이를 줄이고 무게를 경감시킬 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 전동부의 횡방향 양쪽에서 회전축을 반경방향으로 지지하되 회전축의 양단을 지지함으로써 프레임에서 베어링을 배제할 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 압축부 또는 베어링면으로 오일을 안내하는 급유통로를 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 급유통로의 길이를 줄여 오일이 신속하게 공급될 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 회전축을 지지하는 베어링으로 인한 비용을 낮추고 동작 소음을 줄이며, 압축기의 무게를 낮출 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 구비되는 프레임; 상기 프레임의 일측에 구비되는 구동모터; 상기 프레임의 타측에 구비되는 압축부; 상기 구동모터의 회전력을 압축부에 전달하는 회전축;을 포함하고, 상기 회전축의 일단부는 상기 프레임을 관통하여 상기 압축부 또는 상기 케이싱의 일측에 지지되고, 상기 회전축의 타단은 상기 케이싱의 타측에 지지되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 압축부는 복수 개의 스크롤이 맞물려 압축실을 형성하고, 상기 회전축의 일단은 상기 복수 개의 스크롤 중에서 어느 한 개의 스크롤을 관통하여 다른 스크롤에 반경방향으로 지지될 수 있다.

여기서, 상기 압축부는 복수 개의 스크롤이 맞물려 압축실을 형성하고, 상기 회전축의 일단은 상기 복수 개의 스크롤을 관통하여 상기 케이싱의 내벽면에 반경방향으로 지지될 수 있다.

여기서, 상기 회전축의 양단은 부시 베어링에 의해 지지되고, 상기 회전축에는 밸런스 웨이트가 결합되며, 상기 밸런스 웨이트는 상기 프레임에 의해 축방향으로 지지될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱의 내부는 압축실에서 토출된 냉매로부터 오일을 분리하는 유분리 공간이 형성되고, 상기 회전축에는 상기 유분리 공간에 연통되어 상기 유분리 공간에서 분리된 오일을 상기 압축실과 베어링면으로 안내하는 급유통로가 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 회전축을 가지는 구동모터; 상기 회전축이 관통하여 회전 가능하게 결합되는 프레임; 상기 프레임에 축방향으로 지지되고, 상기 회전축에 편심지게 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되어 상기 선회스크롤과 함께 압축실을 형성하며, 상기 프레임과 선회스크롤을 관통하는 상기 회전축의 일단부를 반경방향으로 지지하는 고정스크롤; 및 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에서 구비되어 상기 회전축의 타단부를 반경방향으로 지지하는 케이싱;을 포함하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 고정스크롤에는 상기 회전축의 일단부가 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 제1 축지지부가 돌출 형성되고, 상기 제1 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 일단부를 지지하는 제1 베어링이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 타단부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고, 상기 제2 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 타단부를 지지하는 제2 베어링이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 프레임에는 상기 회전축이 관통되는 프레임 축구멍이 형성되고, 상기 프레임 축구멍의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이의 간격은 상기 제1 베어링의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이의 간격 또는 상기 제2 베어링의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이의 간격보다 크게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 프레임의 일측면에는 상기 선회스크롤과 함께 제1 배압공간을 이루는 제1 공간부가 형성되며, 상기 프레임 축구멍의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이에는 상기 제1 배압공간을 실링하는 실링부재가 구비될 수 있다.

여기서, 상기 고정스크롤에는 상기 회전축의 제1 베어링부를 지지하는 제1 베어링이 구비되고, 상기 케이싱에는 상기 회전축의 제2 베어링부를 지지하는 제2 베어링이 구비되며, 상기 선회스크롤에는 상기 회전축의 편심부를 지지하는 제3 베어링이 구비되고, 상기 제1 베어링은 부시 베어링 또는 니들베어링으로, 상기 제2 베어링은 부시 베어링 또는 볼 베어링으로, 상기 제3 베어링은 부시 베어링으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 회전축의 일단부에는 상기 고정스크롤에 지지되는 제1 베어링부가 형성되고, 상기 회전축의 타단부에는 상기 케이싱에 지지되는 제2 베어링부가 형성되며, 상기 제1 베어링부와 제2 베어링부의 사이에는 상기 선회스크롤을 관통하여 편심지게 결합되는 편심부가 형성되고, 상기 회전축의 상기 제2 베어링부와 상기 편심부의 사이에는 밸런스 웨이트가 결합되고, 상기 밸런스 웨이트는 상기 프레임에 접하여 축방향으로 지지될 수 있다.

그리고, 상기 프레임의 일측면에는 상기 선회스크롤과 함께 제1 배압공간을 이루는 제1 공간부가 형성되며, 상기 제1 공간부에는 상기 밸런스 웨이트를 향해 축방향으로 돌출되어 상기 밸런스 웨이트와 축방향으로 베어링면을 이루는 베어링 지지돌부가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 회전축의 외주면에는 상기 밸런스 웨이트를 축방향으로 지지하는 축방향 지지면이 단차지게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 타단부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고, 상기 제2 축지지부의 내부에는 상기 회전축의 단부와 이격되어 상기 압축실에서 토출되는 오일의 일부가 수용되도록 제2 공간부가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱의 내부에는 상기 압축실에서 냉매와 함께 토출되어 그 냉매로부터 분리된 오일을 저장하는 저유부가 형성되고, 상기 저유부에서 상기 회전축의 타단부 사이에는 상기 저유부의 오일을 베어링면으로 안내하는 급유통로가 관통 형성될 수 있다.

그리고, 상기 급유통로에는 적어도 한 개의 감압부가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 타단부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고, 상기 제2 축지지부는 상기 구동모터의 고정자에 권취되는 코일과 반경방향으로 중첩될 수 있다.

그리고, 상기 프레임에는 상기 선회스크롤과 함께 제1 배압공간을 이루는 제1 공간부가 형성되고, 상기 제1 공간부는 상기 구동모터이 고정자에 권취되는 코일의 적어도 일부와 반경방향으로 중첩될 수 있다.

여기서, 상기 회전축에는 밸런스 웨이트가 결합되고, 상기 밸런스 웨이트는 상기 구동모터의 고정자에 권취되는 코일의 적어도 일부와 반경방향으로 중첩될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 고정자와 회전자를 가지는 구동모터; 상기 회전자에 결합되어, 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 회전축이 관통하여 회전 가능하게 결합되는 프레임; 상기 프레임에 축방향으로 지지되고, 상기 회전축에 편심지게 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되어 상기 선회스크롤과 함께 압축실을 형성하는 고정스크롤; 상기 고정스크롤과 함께 토출공간을 형성하는 케이싱의 내측면에 구비되어 상기 프레임과 선회스크롤, 그리고 상기 고정스크롤을 관통하는 상기 회전축의 일단부를 반경방향으로 지지하는 제1 축지지부; 및 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되어 상기 회전축의 타단부를 반경방향으로 지지하는 제2 축지지부;를 포함하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 제1 측면과 제2 측면을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 구비되는 구동모터; 상기 케이싱의 제2 측면과 상기 구동모터의 사이에 구비되는 프레임; 상기 케이싱의 제2 측면과 상기 프레임 사이에 구비되는 제1 스크롤; 상기 제1 스크롤과 상기 프레임 사이에 구비되며, 상기 제1 스크롤과 압축실을 형성하는 제2 스크롤; 및 상기 케이싱의 제1 측면과 상기 제1 스크롤에 의해 반경방향으로 지지되며, 상기 구동모터에 편심지게 결합되는 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 회전축은, 상기 구동모터에 결합되는 제1 축부; 상기 제1 축부에서 상기 케이싱의 제2 측면을 향해 연장되고, 상기 프레임을 관통하는 제2 축부; 상기 제2 축부에서 상기 케이싱의 제2 측면을 향해 연장되고, 상기 제2 스크롤에 편심지게 결합되는 편심부; 상기 편심부에서 상기 케이싱의 제2 측면을 향해 연장되고, 상기 제1 스크롤에 회전 가능하게 결합되어 반경방향으로 지지되는 제1 베어링부; 및 상기 제1 축부에서 상기 케이싱의 제1 측면을 향해 연장되고, 상기 케이싱의 제1 측면에 회전 가능하게 결합되어 반경방향으로 지지되는 제2 베어링부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제1 스크롤에는 상기 회전축의 제1 베어링부가 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 제1 축지지부가 돌출 형성되고, 상기 제1 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 제1 베어링부를 지지하는 제1 베어링이 구비되며, 상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 제2 베어링부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고, 상기 제2 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 제2 베어링부를 지지하는 제2 베어링이 구비될 수 있다.

그리고, 상기 회전축의 내부에는 급유통로의 일부를 이루는 오일유로가 상기 제1 베어링부의 단면을 관통하여 형성되고, 상기 오일유로의 중간에서는 외주면으로 관통되는 복수 개의 급유구멍이 상기 회전축의 축방향을 따라 기설정된 간격을 두고 형성될 수 있다.

그리고, 상기 회전축에는 배유구멍이 더 형성되고, 상기 배유구멍은 상기 프레임에 구비되는 제1 배압공간을 향해 연통되거나 또는 상기 케이싱의 내부공간을 향해 연통되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 전동식 압축기는, 회전축을 구동모터의 양쪽에서 지지하면서도 회전축의 일단은 스크롤 또는 케이싱에, 타단은 케이싱에 각각 지지함에 따라, 회전축의 길이를 줄이는 동시에 전체적인 압축기의 축방향 길이를 줄일 수 있다.

또, 본 발명에 의한 전동식 압축기는, 전동부의 횡방향 양쪽에서 회전축을 반경방향으로 지지하되 회전축의 양단을 지지함으로써 프레임에서 회전축을 반경방향으로 지지하는 베어링을 배제할 수 있고, 이를 통해 압축부와 구동모터 사이의 간격을 좁혀 전체적인 압축기의 무게를 길이를 줄이면서 무게도 줄일 수 있다.

또, 본 발명에 의한 전동식 압축기는, 회전축에 급유통로를 형성함에 따라 압축부 또는 베어링면으로 오일을 안내하는 급유통로를 용이하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 급유통로의 길이를 줄여 오일이 신속하게 공급될 수 있다.

또, 본 발명에 의한 전동식 압축기는, 밸런스 웨이트를 회전축에 결합되는 밸런스 웨이트를 프레임에 지지하여 회전축을 축방향으로 지지함에 따라, 볼 베어링에 비해 상대적으로 저렴하면서도 동작 소음이 낮고 조립성이 좋은 부시 베어링을 적용할 수 있다. 이에 따라, 제조 비용을 낮추고 소음과 무게를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전동식 압축기의 내부를 보인 단면도,

도 2는 도 1에서 압축부를 횡단면하여 보인 것으로, 고정스크롤과 선회스크롤의 결합관계를 설명하기 위해 보인 평면도,

도 3은 본 실시예에 따른 회전축을 확대하여 보인 단면도,

도 4는 본 실시예에 따른 압축부의 일부를 확대하여 보인 단면도,

도 5는 본 실시예에 따른 제1 축지지부를 확대하여 보인 단면도,

도 6은 본 실시예에 따른 제2 축지지부를 확대하여 보인 단면도,

도 7은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 급유통로를 설명하기 위해 보인 개략도,

도 8은 본 실시예에 따른 축방향 베어링의 일례를 보인 단면도,

도 9 및 도 10은 본 실시예에 따른 축방향 지지구조에 대한 다른 실시예들을 보인 단면도들,

도 11은 본 실시예에 따른 프레임에 대한 다른 실시예를 보인 단면도,

도 12는 본 실시예에 따른 제1 축지지부에 대한 다른 실시예를 보인 단면도.

이하, 본 발명에 의한 전동식 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 전동식 압축기의 내부를 보인 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 저압식 전동 스크롤 압축기(이하, 전동식 압축기로 약칭함)는, 압축기 케이싱(이하, 케이싱으로 약칭함)(101)의 내부에 고정되는 프레임(102), 프레임(102)을 중심으로 그 프레임(102)의 일측에 구비되는 전동부인 구동모터(103) 및 프레임(102)의 타측에 구비되고 구동모터(103)의 회전력을 이용하여 냉매를 압축하는 압축부(105)로 이루어진다.

케이싱(101)은, 지면에 대해 횡방향으로 배치됨에 따라, 구동모터(103)와 압축부(105)는 횡방향을 따라 배열되며, 편의상 도 1의 우측을 전방측, 좌측을 후방측으로 지정하여 설명한다.

케이싱(101)은, 프레임(102), 구동모터(103), 압축부(105)가 설치되는 메인 하우징(111)과, 메인 하우징(111)의 개구된 후방단에 결합되어 복개하는 리어 하우징(112)을 포함한다. 메인 하우징(111)에는 흡기구(101a)가, 리어 하우징(112)에는 배기구(101b)가 각각 형성되고, 메인 하우징(111)의 내부에는 흡입공간(S1)이, 리어 하우징(112)의 내부에는 토출공간(S2)이 각각 형성된다.

프레임(102)은 메인 하우징(111)의 전방측 개구단에 결합되고, 후술할 제1 스크롤(150)은 프레임(102)의 후방면에 고정 지지되며, 후술할 제2 스크롤(160)은 제1 스크롤(150)과 프레임(102) 사이에서 선회운동을 하도록 프레임(102)의 후방면에 선회 가능하게 지지된다.

구동모터(103)는, 메인 하우징(111)의 내부에 고정되는 고정자(131)와, 고정자(131)의 내부에 위치하고 그 고정자(131)와의 상호작용에 의해 회전되는 회전자(132)와, 회전자(132)에 결합되어 그 회전자(132)와 함께 회전하면서 구동모터(103)의 회전력을 압축부(105)에 전달하는 회전축(133)을 포함한다.

압축부(105)는, 프레임(102)에 지지되는 고정스크롤(이하, 제1 스크롤)(150)과, 프레임(102)과 제1 스크롤(150) 사이에 구비되어 선회운동을 하면서 제1 스크롤(150)과의 사이에 두 개 한 쌍의 압축실(V)을 형성하는 선회스크롤(이하, 제2 스크롤)(160)을 포함한다. 프레임(102)과 제2 스크롤(160)의 사이에는 회전축(133)에 결합된 제2 스크롤(160)의 자전을 방지하는 자전방지기구로서의 올담링(170)이 구비된다.

제1 스크롤(150)은 고정스크롤 경판부(이하, 고정 경판부)(151)가 대략 원판모양으로 형성되고, 고정 경판부(151)의 가장자리에는 프레임 측벽부(122)에 결합되는 고정스크롤 측벽부(이하, 스크롤 측벽부)(152)가 형성된다. 고정 경판부(151)의 전방면에는 후술할 선회랩(162)과 맞물려 압축실(V)을 이루는 고정랩(153)이 형성된다.

스크롤 측벽부(152)의 일측에는 흡입공간(S1)과 흡입실(미부호)이 연통되도록 흡입유로(154)가 형성되고, 고정 경판부(151)의 중앙부분에는 토출실과 연통되어 압축된 냉매가 토출공간(S2)으로 토출되는 토출구(155)가 형성된다. 토출구(155)는 후술할 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2)에 모두 연통되도록 한 개만 형성될 수도 있고, 제1 압축실(V1)과 제2 압축실(V2)에 독립적으로 연통될 수 있도록 제1 토출구(155a)와 제2 토출구(155b)가 형성될 수도 있다.

제2 스크롤(160)은 선회스크롤 경판부(이하, 선회 경판부)(161)가 대략 원판모양으로 형성되고, 선회 경판부(161)의 후방면에는 고정랩(153)과 맞물려 압축실을 이루는 선회랩(162)이 형성된다. 선회랩(162)은 고정랩(153)과 함께 인볼류트 형상으로 형성될 수 있지만 그 외의 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 선회랩(162)의 형상에 대해서는 고정랩(153)과 함께 도 2를 참조하여 나중에 설명한다.

상기와 같은 스크롤 압축기는, 구동모터(103)에 전원이 인가되면, 회전축(133)이 회전자(132)와 함께 회전을 하면서 제2 스크롤(160)에 회전력을 전달하게 되고, 제2 스크롤(160)은 올담링(170)에 의해 선회운동을 하게 된다. 그러면 압축실(V)은 중심측을 향해 지속적으로 이동되면서 체적이 감소하게 된다.

그러면, 냉매는 흡기구(101a)를 통해 흡입공간(S1)으로 유입되고, 흡입공간(S1)으로 유입된 냉매는 고정자(131)의 외주면과 메인 하우징(111)의 내주면에 형성되는 유로 또는 고정자(131)와 회전자(132) 사이의 공극을 통과하여 흡입유로(154)를 통해 압축실(V)로 흡입된다.

그러면, 이 냉매는 제1 스크롤(150)과 제2 스크롤(160)에 의해 압축되어 토출공간(S2)으로 토출되고, 이 냉매는 토출공간(S2)에서 오일이 분리되며, 냉매는 배기구(101b)를 통해 냉동사이클로 배출되는 반면 오일은 후술할 급유통로(Fo)를 통해 압축실과 각각의 베어링면으로 공급되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

본 실시예에 따른 스크롤 압축기는, 그 특성상 차량에 적용되는 점을 감안하면 압축기의 무게를 줄이는 것이 중요한 과제이다. 하지만, 종래의 스크롤 압축기는 구동모터를 중심으로 양쪽에 각각 메인 프레임과 서브 프레임을 구비하여 회전축을 반경방향으로 지지함에 따라 압축기의 전체 길이가 길어지게 되었다.

이는, 프레임의 길이를 줄여 압축기의 길이를 최소화하고, 이를 통해 압축기 전체의 무게를 줄일 수 있다. 나아가, 볼 베어링보다 가벼운 부시 베어링을 사용하면서도 회전축이 받는 축방향 하중을 효과적으로 지지할 수 있어 전체적으로 압축기의 무게를 경감시킬 수 있다.

이를 위해, 본 실시예에서와 같이 회전축이 선회스크롤을 관통하여 결합되는 소위 축관통 스크롤 압축기 방식이 적용될 수 있다. 즉, 축관통 스크롤 압축기는 앞서 설명한 바와 같이 회전축이 선회스크롤을 관통하게 된다. 따라서, 회전축을 더 연장하게 되면 회전축의 단부가 고정스크롤 또는 리어 하우징에 삽입되어 반경방향으로 지지할 수 있게 된다. 그러면 프레임으로 회전축을 지지하지 않더라도 회전축의 일측을 지지할 수 있게 되므로 결국 프레임에서 메인 베어링을 제거할 수 있다.

통상, 축관통 스크롤 압축기를 포함한 스크롤 압축기에서는 고정랩과 선회랩은 인볼류트 형상으로 형성되지만, 본 실시예와 같이 비 인벌류트 형상으로 형성될 수 있다. 도 2는 도 1에서 압축부를 횡단면하여 보인 것으로, 고정스크롤과 선회스크롤의 결합관계를 설명하기 위해 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 선회랩(162)은 직경과 원점이 서로 다른 다수의 원호를 연결한 형태를 가지며, 최외곽의 곡선은 장축과 단축을 갖는 대략 타원형 형태로 형성될 수 있다. 이는 고정랩(153)도 마찬가지로 형성될 수 있다.

선회 경판부(161)의 중앙부위에는 선회랩(162)의 내측 단부를 이루며, 후술할 회전축(133)의 편심부(133a)가 회전가능하게 삽입되어 결합되는 회전축 결합부(163)가 축방향으로 관통 형성될 수 있다. 회전축 결합부(163)의 외주부는 선회랩(162)과 연결되어 압축과정에서 고정랩(153)과 함께 압축실(V)을 형성하는 역할을 하게 된다.

또, 회전축 결합부(163)는 선회랩(162)과 동일 평면상에서 중첩되는 높이로 형성되어, 회전축(133)의 편심부(133a)가 선회랩(162)과 동일 평면상에서 중첩되는 높이에 배치될 수 있다. 이를 통해, 냉매의 반발력과 압축력이 선회 경판부를 기준으로 하여 동일 평면에 가해지면서 서로 상쇄되어, 압축력과 반발력의 작용에 의한 제2 스크롤(160)의 기울어짐이 방지될 수 있다.

또, 회전축 결합부(163)는 고정랩(153)의 내측 단부와 대향되는 외주부에 후술할 고정랩(153)의 돌기부(153a)와 맞물리게 되는 오목부(163a)가 형성되고, 이 오목부(163a)의 일측은 압축실(V)의 형성방향을 따라 상류측에 회전축 결합부(163)의 내주부에서 외주부까지의 두께가 증가하는 증가부(163b)가 형성된다. 이는 토출 직전의 제1 압축실(V1)의 압축 경로가 길어져, 결과적으로 제1 압축실(V1)의 압축비를 제2 압축실(V2)의 압축비에 근접하게 높일 수 있게 한다.

오목부(163a)의 타측은 원호 형태를 갖는 원호압축면(163c)이 형성된다. 원호압축면(163c)의 직경은 고정랩(153)의 내측 단부 두께(즉, 토출단의 두께) 및 선회랩(162)의 선회반경에 의해 결정되는데, 고정랩(153)의 내측 단부 두께를 증가시키면 원호압축면(163c)의 직경이 커지게 된다. 이로 인해, 원호압축면(163c) 주위의 선회랩 두께도 증가되어 내구성이 확보될 수 있고, 압축 경로가 길어져서 그만큼 제2 압축실(V2)의 압축비도 증가할 수 있다.

또, 회전축 결합부(163)에 대응하는 고정랩(153)의 내측 단부(흡입단 또는 시작단) 부근에는 회전축 결합부(163)의 외주부측으로 돌출되는 돌기부(153a)가 형성되는데, 돌기부(153a)에는 그 돌기부로부터 돌출되어 오목부(163a)와 맞물리는 접촉부(153b)가 형성될 수 있다. 즉, 고정랩(153)의 내측 단부는 다른 부분에 비해서 큰 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 고정랩(153) 중에서 가장 큰 압축력을 받게 되는 내측 단부의 랩 강도가 향상되어 내구성이 향상될 수 있다.

한편, 압축실(V)은 고정 경판부(151)와 고정랩(153), 그리고 선회랩(162)과 선회 경판부(161) 사이에 형성되며, 랩의 진행방향을 따라 흡입실, 중간압실, 토출실이 연속으로 형성되어 이루어질 수 있다.

압축실(V)은 고정랩(153)의 내측면과 선회랩(162)의 외측면 사이에 형성되는 제1 압축실(V1)과, 고정랩(153)의 외측면과 선회랩(162)의 내측면 사이에 형성되는 제2 압축실(V2)로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 압축실(V1)은 고정랩(153)의 내측면과 선회랩(162)의 외측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P11, P12) 사이에 형성되는 압축실을 포함하고, 제2 압축실(V2)은 고정랩(153)의 외측면과 선회랩(162)의 내측면이 접촉하여 생기는 두 개의 접촉점(P21, P22) 사이에 형성되는 압축실을 포함한다.

여기서, 토출 직전의 제1 압축실(V1)은 편심부의 중심, 즉 회전축 결합부의 중심(O)과 두 개의 접촉점(P11, P12)을 각각 연결한 두 개의 선이 이루는 각도 중 큰 값을 갖는 각도를 α라 할 때, 적어도 토출 개시 직전에 α < 360°이고, 두 개의 접촉점(P11, P12)에서의 법선 벡터 사이의 거리 ℓ도 0보다 큰 값을 갖게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 고정랩과 선회랩은, 토출 직전의 제1 압축실이 인볼류트 곡선으로 이루어진 고정랩과 선회랩을 갖는 경우에 비해 더 작은 볼륨을 갖게 되므로, 고정랩(153)과 선회랩(162)의 크기를 늘리지 않고도 제1 압축실(V1)의 압축비와 제2 압축실(V2)의 압축비가 모두 향상될 수 있다.

한편, 이하에서는 상기와 같은 압축부를 가지는 스크롤 압축기에서 회전축의 양단을 반경방향으로 지지하기 위한 전동식 압축기의 전체 구성에 대해 살펴본다. 앞서 설명한 바와 같이, 회전축의 양단을 지지하기 위해서는 제2 스크롤을 관통하는 회전축의 일단이 제1 스크롤에 삽입되어 지지되거나 또는 제1 스크롤을 더 관통하여 리어 하우징에 삽입되어 지지될 수도 있다. 이에, 본 실시예에서는 전자를 먼저 설명하고, 후자는 다른 실시예로 하여 나중에 설명한다.

도 1을 다시 참조하면, 메인 하우징(111)은 원통모양으로 원통부(111a)가 형성되고, 원통부(111a)의 전방단은 일체로 연장되어 폐쇄되는 전면부(111b)가 형성되며, 원통부(111a)의 후방단은 개구되어 리어 하우징(112)이 밀봉 결합된다.

전면부(111b)의 내측면에는 후술할 회전축의 제2 베어링부(133e)가 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 원통 형상으로 된 제2 축지지부(111c)가 형성된다.

리어 하우징(112)은 메인 하우징(111)의 원통부(111a)에 결합되어 케이싱(101)의 내부를 밀봉하게 된다. 리어 하우징(112)에는 토출공간(S2)이 형성되고, 토출공간(S2)의 일측에는 앞서 설명한 배기구(101b)가 형성된다. 배기구(101b)의 내부 또는 배기구(101b)의 주변에는 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리기(미도시)가 별도로 설치되거나 또는 별도의 오일분리기 없이 오일분리부가 형성된다.

여기서, 토출공간(S2)은 압축실에서 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 유분리부(S21)가 상반부에 형성되고, 유분리부(S21)에서 분리된 오일을 저장하는 저유부(S22)가 하반부에 형성된다. 저유부(S22)는 후술할 급유통로(Fo)를 통해 압축부(105)에 연통되어 저유부(S22)의 오일이 압축부(105) 또는 회전축(133)으로 공급된다. 급유통로에 대해서는 회전축과 함께 나중에 설명한다.

한편, 구동모터(103)는 프레임(102)을 기준으로 전방측에 설치되며, 고정자(131)는 외부로부터 전원을 인가받는 권선코일(131a)이 고정자 코어(131b)에 권선된다. 권선코일(131a)의 전방단(131a1)은 제2 축지지부(111c)에 반경방향으로 일정 길이(t4)만큼 중첩되는 한편, 권선코일(131a)의 후방단(131b)은 제1 배압공간(S3)을 이루는 프레임(102)의 제1 공간부(124)와 반경방향으로 중첩될 수 있다. 이는, 프레임(102)에서 반경방향 베어링면이 제거됨에 따라 구동모터(103)와 프레임(102)과의 간격을 더욱 좁힐 수 있기 때문이다. 하지만, 권선코일(131a)의 전방단(131a1)이 반드시 제2 축지지부(111c)에 반경방향으로 중첩되지는 않을 수도 있지만, 프레임(102)의 적어도 일부와는 반드시 중첩되도록 형성되는 것이 바람직하다.

회전자(132)는 고정자(131)의 내부에서 회전 가능하게 소정의 공극을 두고 삽입되어 결합되며, 회전자(132)의 내주면에는 앞서 설명한 회전축(133)이 압입되어 결합된다.

도 3은 본 실시예에 따른 회전축을 확대하여 보인 단면도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 압축부의 일부를 확대하여 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 회전축(133)은 제1 축부(133a), 제2 축부(133b), 편심부(133c), 제1 베어링부(133d), 제2 베어링부(133e)로 구분될 수 있다.

제1 축부(133a)와 제2 축부(133b)는 구동모터에서 압축부를 향하는 방향으로 연속하여 형성되고, 제2 축부(133b)는 제1 축부(133a)보다 직경이 크게 형성될 수 있다. 제1 축부(133a)는 회전자(132)를 이루는 회전자 코어에 압입되어 결합되고, 제2 축부(133b)는 프레임 축구멍(125)을 관통하여 결합된다. 이에 따라, 제1 축부(133a)와 제2 축부(133b)의 외주면은 모두 반경방향 베어링면을 형성하지 않게 된다.

여기서, 제2 축부(133b)는 앞서 설명한 바와 같이 그 외주면이 반경방향 베어링면을 형성하지 않음에 따라, 제2 축부의 길이(L2)를 제1 축부의 길이(L1)보다 짧게 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 구동모터와 압축부 사이의 간격이 좁아져 결국 압축기의 전체 길이를 줄일 수 있게 된다.

또, 편심부(133c)는 제2 축부(133b)에서 회전축(133)의 일단부(이하, 제1 단부)쪽으로 연장되어 편심지게 형성되고, 제2 스크롤(160)의 회전축 결합부(163)를 관통하여 결합된다. 회전축 결합부(163)의 내주면에는 부시 베어링으로 된 제3 베어링(183)이 삽입되어 결합되고, 제3 베어링(183)의 내주면은 편심부(133c)의 외주면과 반경방향 베어링면을 형성하게 된다.

또, 제1 베어링부(133d)는 편심부(133c)에서 제1 단부쪽으로 더 연장되어 제1 스크롤(150)의 제1 축지지부(151a)에 회전 가능하게 삽입된다. 제1 축지지부(151a)의 내주면에는 부시 베어링으로 된 제1 베어링(181)이 삽입되어 결합되고, 제1 베어링(181)의 내주면은 제1 베어링부(133d)의 외주면과 반경방향 베어링면을 형성하게 된다.

또, 제2 베어링부(133e)는 제1 축부(133a)에서 메인 하우징(111)의 전면부(111b)를 향해 연장되어 제2 축지지부(111c)에 회전 가능하게 삽입된다. 제2 축지지부(111c)의 내주면에는 부시 베어링으로 된 제2 베어링(182)이 삽입되어 결합되고, 제2 베어링(182)의 내주면은 제2 베어링부(133e)의 외주면과 반경방향 베어링면을 형성하게 된다.

한편, 도 4에서와 같이, 프레임(102)은 앞서 설명한 바와 같이 구동모터(103)와 압축부(105) 사이에 위치하는 것으로, 제2 스크롤(160)을 축방향으로 지지하게 된다.

또, 프레임(102)은 원판 모양으로 프레임 경판부(121)가 형성된다. 프레임 경판부(121)의 후방면 가장자리에는 제1 스크롤(150)의 측벽부가(152) 결합되는 프레임 측벽부(122)가 형성되고, 프레임 경판부(121)의 후방면 중앙부에는 후술할 제1 배압공간(S3)을 이루는 제1 공간부(124)가 함몰지게 형성된다.

그리고, 프레임 측벽부(122)의 내측에는 제2 스크롤(160)이 얹혀 축방향으로 지지되는 프레임 스러스트면(123)이 형성되고, 프레임 스러스트면(123)에는 제1 배압공간(S3)을 밀봉하기 위한 제1 실링부재(191)가 구비될 수 있다. 제1 실링부재(191)는 프레임(102)과 제2 스크롤(160) 사이의 스러스트면에 구비되는 것이므로, 제2 스크롤(160)의 배면에 구비될 수도 있다.

여기서, 제1 배압공간(S3)은 프레임의 제1 공간부(124)와 이에 대향하는 제2 스크롤(160)의 선회 경판부(161) 사이에 형성되는 공간으로, 제1 배압공간(S3)에는 압축실(V)에서 압축되는 냉매의 일부가 오일과 함께 일정 정도 감압되어 채워지게 된다. 따라서, 제1 배압공간(S3)의 압력은 흡입공간(S1)의 압력과 압축실(V)의 최종 압력(즉, 토출압력) 사이의 중간압력을 이루게 되고, 제1 배압공간(S3)의 배압력에 의해 제2 스크롤(160)의 배면을 지지하게 된다.

그리고, 제1 배압공간(S3)을 이루는 제1 공간부(124)의 중간에는 회전축(133)이 관통되는 프레임 축구멍(125)이 형성되고, 프레임 축구멍(125)의 내주면에는 회전축(133)의 외주면, 정확하게는 제2 축부(133b)의 외주면과의 사이를 실링하는 제2 실링부재(192)가 구비될 수 있다. 이를 위해, 프레임 축구멍(125)의 내주면에는 환형으로 된 제2 실링홈(125a)이 형성되고, 제2 실링홈(125a)에는 역시 환형으로 된 제2 실링부재(192)가 삽입되며, 제2 실링부재(192)의 바깥쪽에는 그 제2 실링부재(192)를 지지하는 고정판(195)이 제2 실링부재(192)를 축방향으로 지지하여 프레임(102)의 외측면에 고정될 수 있다.

하지만, 경우에 따라서는 제2 실링부재가 회전축(133)의 제2 축부(133b)에 삽입되어 결합될 수도 있고, 제2 실링부재가 아예 배제될 수도 있다. 제2 실링부재가 배제되는 경우 제1 배압공간(S3)의 일단이 미세하게 개방되어 제1 배압공간(S3)으로 유입되는 오일 또는 냉매가 누설될 수 있으나, 이는 프레임 축구멍(125)과 회전축(133) 사이의 간극을 미세하게 형성하거나 래버린스 실과 같은 실링부를 형성할 경우 오일이나 냉매의 누설을 최소화할 수 있다. 이는, 제1 배압공간(S3)에서 오일 또는 냉매가 정체되는 것을 방지하여 새로운 오일 또는 냉매가 지속적으로 제1 배압공간(S3)으로 유입되는 효과를 얻을 수도 있다.

또, 프레임 축구멍(125)의 내주면에는 회전축(133)을 반경방향으로 지지하기 위한 별도의 베어링이 구비되지 않는다. 그리고, 프레임 축구멍(125)의 내경(D1)은 회전축(133)의 제2 축부(133b)의 내경(D2)보다 크게 형성된다. 이에 따라, 프레임 축구멍(125)의 내주면과 제2 축부(133b)의 외주면 사이의 제3 간격(t3)은 제1 베어링(181)의 내주면과 제1 베어링부(133d)의 외주면 사이의 제1 간격(t1) 또는 제2 베어링(182)의 내주면과 제2 베어링부(133e)의 외주면 사이의 제2 간격(t2)보다 크게 형성된다. 따라서, 프레임 축구멍(125)은 회전축(133)의 제2 축부(133b)를 반경방향으로 지지하지 않고 단순히 회전축(133)이 프레임(102)을 관통하도록 통로 역할만을 하게 된다.

또, 앞서 설명한 바와 같이, 프레임(102)이 제1 스크롤(150)과 제2 스크롤(160)을 지지하는 역할만을 담당함에 따라, 프레임(102)의 축방향 높이(H1)는 제1 스크롤(150)의 축방향 높이(H2)와 동일하거나 또는 작게 형성될 수도 있다. 다만, 제1 스크롤(150)의 축방향 높이(H2)는 압축기의 용량에 따라 상이할 수 있으므로 반드시 프레임의 축방향 높이(H1)가 제1 스크롤의 축방향 높이(H2)보다 낮거나 같다고 할 수만은 없다. 특히, 제1 축지지부가 제1 스크롤에 형성되지 않을 경우에는 제1 스크롤의 축방향 높이는 그만큼 낮아지므로 프레임의 축방향 높이와 유사하게 될 수 있다. 이에 따라, 프레임(102)의 축방향 높이(H1)가 줄어든 만큼 회전축(133)의 축방향 길이 역시 줄어들게 되고, 회전축(133)의 축방향 길이가 줄어듦에 따라 압축기 전체의 축방향 길이도 줄어들 수 있다.

한편, 프레임 축구멍(125)의 일측면, 즉 제1 공간부(124)를 이루는 쪽의 단부에는 후술할 밸런스 웨이트(135)와 함께 축방향 베어링면을 이루는 축방향 지지돌부(126)가 형성될 수 있다. 이에 대해서는 나중에 축방향 지지구조와 함께 다시 설명한다.

상기와 같이, 회전축(133)은 그 중간에 위치하는 제2 축부(133b)가 프레임(102)에 반경방향으로 지지되지 않고 관통 결합됨에 따라, 회전축(133)의 양단을 이루는 제1 베어링부(133d)와 제2 베어링부(133e)가 제1 스크롤(150)에 구비되는 제1 축지지부(151a)와 메인 하우징(111)의 전면부(111b)에 구비되는 제2 축지지부(111c)에 의해 반경방향으로 지지된다.

도 5는 본 실시예에 따른 제1 축지지부를 확대하여 보인 단면도이고, 도 6은 본 실시예에 따른 제2 축지지부를 확대하여 보인 단면도이다.

도 3 및 도 5에서와 같이, 제1 축지지부(151a)는 제1 스크롤(150)의 고정 경판부(151)의 중앙에서 후방측, 즉 리어 하우징(112)을 향해 돌출 형성된다. 제1 축지지부(151a)는 고정 경판부(151)의 두께를 두껍게 형성하여 형성될 수도 있다. 하지만, 이 경우에는 압축부(105)의 무게가 증가하게 되므로 고정 경판부(151)의 후방면에서 토출공간(S2)쪽으로 소정의 높이만큼 원통 형상으로 돌출시켜 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

또, 제1 축지지부(151a)에는 앞서 설명한 바와 같이 부시 베어링으로 된 제1 베어링(181)이 구비되어 회전축(133)의 제1 베어링부(133d)와 함께 제1 반경방향 베어링면을 형성하게 된다. 하지만, 제1 베어링(181)은 굳이 부시 베어링으로만 한정되지 않는다. 즉, 제1 베어링(181)은 니들베어링이 적용될 수도 있다. 니들베어링의 경우 축방향 베어링으로도 활용될 수 있어 회전축(133)이 타단부(이하, 제2 단부)쪽으로 밀리는 것을 일정 정도 억제할 수 있다.

도 3 및 도 6에서와 같이, 제2 축지지부(111c)는 메인 하우징(111)의 전면부(111b)의 내측면에서 구동모터(103)를 향하여 소정의 높이만큼 돌출되는 원통 단면 형상으로 형성된다. 이때, 제2 축지지부(111c)의 높이는 가능한 한 구동모터(103)와 근접한 높이, 즉 고정자 코어(131b)에 권취되는 권선코일(131a)의 전방단(131a1)과 반경방향으로 중첩되는 정도까지 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 전면부(111b)가 구동모터(103)에 최대한 근접하도록 형성될 수 있어 그만큼 압축기의 길이를 줄일 수 있다.

또, 제2 축지지부(151a)에는 앞서 설명한 바와 같이 부시 베어링으로 된 제2 베어링(182)이 구비되어 회전축(133)의 제2 베어링부(133e)와 함께 제2 반경방향 베어링면을 형성하게 된다. 하지만, 제2 베어링(182) 역시 부시 베어링으로 한정되지 않는다. 즉, 제2 베어링(182)은 볼 베어링이 적용될 수 있다. 볼 베어링은 축방향 베어링으로도 활용될 수 있어 회전축(133)이 타단부(이하, 제2 단부)쪽으로 밀리는 것을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

이렇게 하여, 회전축을 반경방향으로 지지하는 베어링부가 구동모터의 양쪽에 구비되면서도 제1 베어링부는 고정스크롤에, 제2 베어링부는 케이싱에 각각 지지된다. 이에 따라, 프레임에서 회전축을 지지하는 베어링을 제거할 수 있어 그만큼 프레임의 축방향 길이와 무게를 낮출 수 있고, 이를 통해 압축기의 축방향 길이 및 무게를 경감시킬 수 있다.

나아가, 제3 베어링은 물론 제1 베어링과 제2 베어링을 각각 부시 베어링으로 구성하는 경우에는 베어링으로 인한 비용을 낮추고 동작 소음을 줄이며, 압축기 무게를 더욱 낮출 수 있다.

한편, 상기와 같은 스크롤 압축기는 압축실에서 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하고, 이 오일의 일부를 압축실 또는 각각의 베어링면으로 안내하여 마찰면을 윤활하게 된다. 이를 위해, 케이싱의 내부에는 토출공간의 저유부에 저장된 오일을 압축실 또는 각각의 베어링면으로 안내하기 위한 급유통로가 형성될 수 있다. 도 7은 본 실시예에 따른 스크롤 압축기에서 급유통로를 설명하기 위해 보인 개략도이다.

도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 축지지부(151a)에는 그 제1 축지지부(151a)의 내부공간을 저유부(S22)에 연통시키는 연통구멍(151b)이 형성되고, 연통구멍(151b)에는 저유부(S22)를 향하도록 결합되는 급유관(141)이 연결될 수 있다. 하지만, 급유관으로 한정되지 않고 제1 스크롤(150)의 배면이나 리어 하우징(112)에 급유홈을 형성하여 연통구멍(151b)에 연결시킬 수도 있다.

또, 회전축(133)의 내부에는 급유통로(Fo)의 일부를 이루는 오일유로(142)가 형성되고, 오일유로(142)의 중간에서는 복수 개의 급유구멍(142a,142b)이 길이방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성된다.

오일유로(142)는 회전축(133)의 양단을 관통하도록 형성되거나 또는 회전축(133)의 중간위치까지 형성될 수 있다. 하지만, 오일이 오일유로(142)로 원활하게 유입되도록 하기 위해서는 오일유로(142)에 배유구멍(142c)이 형성되는 것이 유리하다. 이 경우, 배유구멍(142c)은 제1 배압공간(S3)을 향해 연통되거나 흡입공간(S1)을 향해 연통될 수 있다. 도 7은 흡입공간을 향해 연통되는 예를 보인 도면이다.

복수 개의 급유구멍(142a,142b)은 오일유로(142)를 통해 이동하는 오일이 각각의 베어링면으로 안내되도록 제1 베어링부(133d), 편심부(133c), 제2 베어링부(133e)의 각 외주면을 향해 반경방향으로 관통될 수 있다. 복수 개의 급유구멍(142a,142b)은 그들 급유구멍에 대응하는 각각의 베어링부(133d,133e) 및 편심부(133c)의 축방향 범위내에 형성될 수 있다. 다만, 제2 베어링(182)은 케이싱(101)의 흡입공간(S1)에 노출됨에 따라, 별도의 급유구멍을 형성하지 않더라도 흡입공간으로 유입되는 냉매와 오일에 의해 윤활될 수도 있다.

한편, 급유통로(Fo)에는 감압부가 형성될 수 있다. 즉, 급유통로(Fo)의 입구는 고압부인 토출공간(정확하게는 저유부)(S2)에 연통되는 반면 급유통로(Fo)의 출구는 저압부인 흡입공간(S1)에 연통된다. 이에 따라, 급유통로에 감압부가 구비되지 않으면 토출공간의 오일이 토출공간(S2)의 저유부(S22)에서 흡입공간(S1)으로 과도하게 유출될 수 있다.

이를 감안하여, 급유통로(Fo)를 이루는 오일유로(142)에 감압봉과 같은 감압부재(143)가 삽입되어 오일유로(142)의 내경을 좁게 형성함으로써, 감압구간을 통과하는 오일의 압력이 중간압으로 낮아지도록 할 수 있다. 감압부재는 회전축(133)의 내부뿐만 아니라 급유구멍(142a,142b)보다 상류측이면 어디든 족하다.

이에 따라, 저유부(S22)에 모인 오일은 토출공간(S2)과 흡입공간(S1)의 압력차에 따라 급유통로(Fo)를 통해 오일유로(142)로 유입되고, 이 오일은 오일유로(142)를 따라 이동하면서 압축실과 각각의 베어링면으로 공급된다.

하지만, 본 실시예와 같이 회전축(133)에 오일유로가 형성되는 경우에는 상대적으로 높은 압력을 가지는 저유부의 압력에 의해 회전축(133)이 제2 베어링(182)쪽으로 축방향 하중을 받게 된다.

이에 따라, 회전축(133)은 토출공간(S2)과 흡입공간(S1) 사이의 압력차에 의해 흡입공간(S1)을 향하는 방향으로 밀려날 수 있다. 이때, 회전축(133)이 볼 베어링으로 지지되는 경우에는 축방향 하중을 이겨낼 수 있지만, 회전축(133)이 부시 베어링으로 지지되는 경우에는 축방향 하중을 이겨낼 수 없으므로 별도의 축방향 베어링이 구비되어야 한다.

도 8은 본 실시예에 따른 축방향 베어링의 일례를 보인 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 밸런스 웨이트(135)를 이용하여 축방향 베어링을 형성할 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에서는 회전축(133)의 제2 축부(133b)에 밸런스 웨이트(135)가 압입되어 고정될 수 있다. 밸런스 웨이트(135)는 제1 배압공간(S3)을 이루는 제1 공간부(124)의 내부에 위치하게 된다.

이에 따라, 제1 공간부(124)를 이루는 프레임 축구멍(125)의 일단에는 밸런스 웨이트(135)의 일측면에 대응하여 함께 제1 축방향 베어링면을 이루도록 축방향 지지돌부(126)가 형성될 수 있다.

축방향 지지돌부(126)는 환형으로 형성되어 그 일단면, 즉 제2 스크롤(160)을 향하는 면은 연삭 가공하여 축방향 베어링면(126a)을 형성하게 된다. 축방향 베어링면(126a)에는 배압공간(S3)과 흡입공간(S1)을 연통시키는 연통홈이 형성될 수 있다.

여기서, 회전축(133)은 앞서 설명한 바와 같이 구동모터(103)를 사이에 두고 제1 스크롤(150)과 케이싱(101)에 각각 지지됨에 따라, 프레임(102)에는 별도의 반경방향 베어링이 구비되지 않는다. 따라서, 프레임(102)에 대응하는 회전축(133)의 제2 축부(133b)는 정밀 연삭 가공을 할 필요가 없으므로, 밸런스 웨이트(135)를 제2 축부(133b)에 압입한 후 그 밸런스 웨이트(135)의 일측면, 즉 축방향 지지돌부(126)를 향하는 면에 대해서만 직각도 가공하여 축방향 베어링면(135a)을 형성하게 된다.

이때, 밸런스 웨이트(135)는 제2 축부(133b)에 압입하여 일측면이 축방향 베어링면(135a)을 형성함에 따라, 밸런스 웨이트(135)가 축방향으로 밀리지 않도록 제2 축부(133b)에 축방향 지지면(133f)이 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

축방향 지지면(133f)은 밸런스 웨이트(135)의 타측면, 즉 편심부(133c)를 향하는 밸런스 웨이트(135)의 타측면을 지지할 수 있도록 단차지게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 축부(133b)는 축방향 지지면(133f)에서 2단으로 단차지게 형성되어 밸런스 웨이트(135)가 축방향 베어링면(133f)으로 작용할 때 그 밸런스 웨이트(135)가 축방향으로 밀리는 것이 억제될 수 있다.

상기와 같이, 밸런스 웨이트(135)의 일측면과 이에 대응하는 프레임(102)의 축방향 지지돌부(126)가 축방향 베어링면(133f)을 형성하는 경우에는 회전축(133)이 토출공간(S2)에서 흡입공간(S1)으로 축방향 하중을 받더라도 그 축방향 하중이 밸런스 웨이트(135)와 프레임(102) 사이에 구비되는 축방향 베어링면들에 의해 상쇄될 수 있다.

그러면, 부시 베어링을 제1 베어링(181)과 제2 베어링(182)으로 각각 사용하면서도 회전축(133)이 축방향으로 밀려나는 것을 억제할 수 있다. 그러면, 회전축(133)에 결합된 제2 스크롤(160)이 제1 스크롤(150)에 대해 축방향으로 벌어져 압축실(V)의 축방향 누설이 발생되는 것을 억제할 수 있고, 이를 통해 압축기 효율이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 축방향 축방향 지지구조에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 밸런스 웨이트와 그 밸런스 웨이트에 대응하는 프레임을 이용하여 회전축이 축방향으로 밀리는 것을 억제하는 것이나, 본 실시예와 같이 밸런스 웨이트와 프레임 사이의 기계적 베어링은 물론 오일을 이용한 유체 베어링을 추가할 수도 있다. 도 9 및 도 10은 본 실시예에 따른 축방향 지지구조에 대한 다른 실시예들을 보인 단면도들이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유체 베어링은, 오일유로(142)를 통해 회전축(133)의 타단으로 이동하는 오일의 압력을 이용하여 회전축(133)을 축방향으로 지지하도록 하는 것이다. 이 경우, 이 유체베어링만을 이용하여 회전축(133)을 축방향으로 지지할 수도 있다. 하지만, 유체베어링만으로 회전축을 지지하지 않고 앞서 설명한 밸런스 웨이트(135)를 함께 이용하여 회전축(133)을 지지할 수도 있다.

예를 들어, 밸런스 웨이트(135)를 제1 축방향 베어링으로, 회전축(133)의 제2 단부에 구비되는 제2 배압공간(S4)을 제2 축방향 베어링으로 각각 이용하는 것이다. 제1 축방향 베어링에 대해서는 앞서 설명한 구성과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

제2 축방향 베어링은 앞서 설명한 제2 배압공간(S4)에 의해 형성되는 것으로, 제2 배압공간(S4)은 회전축(133)의 전방단과 제2 축지지부(111c)의 내주면에 구비되는 제2 공간부(111d) 사이에 형성되는 공간으로 정의될 수 있다.

상기와 같이, 제2 배압공간(S4)의 내부가 소정의 배압력을 형성하기 위해서는 회전축(133)의 오일유로(142)가 양단 사이를 관통하여 형성되어야 한다. 이에 따라, 저유부(S22)에서 회전축(133)의 오일유로(142)로 유입되는 오일이 압력차에 따라 제2 배압공간(S4)으로 이동하여 채워지게 된다.

이때, 제2 배압공간(S4)이 밀봉된 공간을 형성하기 위해서는 제2 베어링부(133e)의 외주면과 제2 축지지부(111c)의 내주면 사이에 제3 실링부재(미도시)가 구비될 수 있다. 제3 실링부재는 제2 베어링(182)의 일측에서 회전축(133) 또는 제2 축지지부(111c)에 구비될 수 있다.

하지만, 제2 축지지부(111c)의 내주면에 구비된 제2 베어링(182)이 부시 베어링인 경우에는 별도의 제3 실링부재를 구비하지 않을 수도 있다. 이 경우에는 제2 베어링(182)의 내주면과 제2 베어링부(133e)의 외주면 사이의 간극을 이용하여 제2 배압공간(S4)을 실링할 수도 있다. 그러면 제2 배압공간(S4)이 완전히 실링되지는 않지만 제2 배압공간(S4)이 필요한 배압력을 형성할 수 있을 만큼의 실링력은 확보할 수 있다.

상기와 같이, 회전축(133)의 일단과 이에 대응하는 케이싱(101)의 사이에 제2 배압공간(S4)이 형성되는 경우에는 회전축(133)의 오일유로(142)를 통해 이동하는 오일이 제2 배압공간(S4)으로 유입되고, 이 제2 배압공간(S4)으로 유입되는 오일의 압력에 의해 회전축(133)을 토출공간 방향으로 지지하게 된다.

그러면, 회전축(133)이 토출공간(S2)과 흡입공간(S1) 사이의 압력차에 의해 흡입공간 방향으로 밀리는 것을 상쇄할 수 있어 앞서 설명한 바와 같이 압축실에서의 축방향 누설을 억제할 수 있다.

그러면, 제2 배압공간(S4)이 밸런스 웨이트(135)와 함께 회전축(133)에 부과되는 축방향 하중을 나눠 상쇄함에 따라, 회전축(133)을 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.

한편, 도 10과 같이, 제2 베어링(182)이 볼 베어링으로 이루어질 수도 있다. 이 경우에는 볼 베어링만으로도 축방향 지지력을 발생하게 되므로 별도의 제2 배압공간을 형성할 필요가 없다.

한편, 본 발명에 의한 전동식 압축기에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 배압공간의 내부에 밸런스 웨이트가 수용되는 것이나, 도 11과 같이 밸런스 웨이트(135)는 제1 배압공간(S3)의 외부에 구비될 수도 있다. 예를 들어, 밸런스 웨이트(135)는 회전자(132)에 결합될 수도 있고, 회전축(133)에 결합될 수도 있다.

이 경우에도, 프레임(102)에 회전축(133)을 지지하기 위한 베어링면이 형성되지 않음에 따라 프레임(102)의 축방향 길이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 권선코일(131a)의 일부가 밸런스 웨이트(135)와 반경방향으로 중첩될 수 있을 만큼 압축부(105)와 구동모터(103)의 간격이 좁아질 수 있고, 회전축(133)의 길이가 짧아져 압축기의 전체 길이가 줄어들 수 있다.

또, 도면으로 도시하지는 않았으나, 본 실시예의 경우에도 제2 스크롤은 양면 스크롤이 적용될 수 있다. 이 경우에도 앞서 설명한 기본적인 구성이 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 스크롤 압축기에서 제1 축지지부에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 제1 축지지부가 고정스크롤인 제1 스크롤에 형성되는 것이었으나, 본 실시예와 같이 제1 축지지부가 케이싱, 즉 리어 하우징에 형성될 수도 있다. 도 12는 본 실시예에 따른 제1 축지지부에 대한 다른 실시예를 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제1 축지지부(112c)는 리어 하우징(112)의 내측면에서 제1 스크롤(150)의 고정 경판부(151)를 향해 돌출 형성될 수 있다. 제1 축지지부(112c)의 형상은 전술한 실시예와 같이 원통 단면 형상으로 형성되고, 제1 축지지부(112c)의 단면과 이에 대응하는 고정 경판부(151)의 후방면 사이에는 실링부재(미도시)가 구비되어 토출공간(S2)과 급유통로(Fo) 사이를 실링할 수도 있다.

상기와 같이, 제1 축지지부(112c)가 제1 스크롤(150)에 형성되지 않고 리어 하우징(112)에 형성되는 경우에는 상대적으로 가공이 복잡하고 어려운 제1 스크롤(150)의 가공을 용이하게 할 수 있다. 또, 제1 축지지부(112c)를 이용하여 제1 스크롤(150)을 제2 스크롤(160)을 향하는 방향으로 눌러 지지하게 되면 압축실(V)에서의 축방향 누설을 효과적으로 억제할 수도 있다.

Claims

회전축을 가지는 구동모터;

상기 회전축이 관통하여 회전 가능하게 결합되는 프레임;

상기 프레임에 축방향으로 지지되고, 상기 회전축에 편심지게 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;

상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되어 상기 선회스크롤과 함께 압축실을 형성하며, 상기 프레임과 선회스크롤을 관통하는 상기 회전축의 일단부를 반경방향으로 지지하는 고정스크롤; 및

상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에서 구비되어 상기 회전축의 타단부를 반경방향으로 지지하는 케이싱;을 포함하는 전동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 고정스크롤에는 상기 회전축의 일단부가 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 제1 축지지부가 돌출 형성되고,

상기 제1 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 일단부를 지지하는 제1 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제2항에 있어서,

상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 타단부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고,

상기 제2 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 타단부를 지지하는 제2 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제3항에 있어서,

상기 프레임에는 상기 회전축이 관통되는 프레임 축구멍이 형성되고,

상기 프레임 축구멍의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이의 간격은 상기 제1 베어링의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이의 간격 또는 상기 제2 베어링의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이의 간격보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제4항에 있어서,

상기 프레임의 일측면에는 상기 선회스크롤과 함께 제1 배압공간을 이루는 제1 공간부가 형성되며,

상기 프레임 축구멍의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이에는 상기 제1 배압공간을 실링하는 실링부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 고정스크롤에는 상기 회전축의 제1 베어링부를 지지하는 제1 베어링이 구비되고, 상기 케이싱에는 상기 회전축의 제2 베어링부를 지지하는 제2 베어링이 구비되며, 상기 선회스크롤에는 상기 회전축의 편심부를 지지하는 제3 베어링이 구비되고,

상기 제1 베어링은 부시 베어링 또는 니들베어링으로, 상기 제2 베어링은 부시 베어링 또는 볼 베어링으로, 상기 제3 베어링은 부시 베어링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 회전축의 일단부에는 상기 고정스크롤에 지지되는 제1 베어링부가 형성되고, 상기 회전축의 타단부에는 상기 케이싱에 지지되는 제2 베어링부가 형성되며, 상기 제1 베어링부와 제2 베어링부의 사이에는 상기 선회스크롤을 관통하여 편심지게 결합되는 편심부가 형성되고,

상기 회전축의 상기 제2 베어링부와 상기 편심부의 사이에는 밸런스 웨이트가 결합되고, 상기 밸런스 웨이트는 상기 프레임에 접하여 축방향으로 지지되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제7항에 있어서,

상기 프레임의 일측면에는 상기 선회스크롤과 함께 제1 배압공간을 이루는 제1 공간부가 형성되며,

상기 제1 공간부에는 상기 밸런스 웨이트를 향해 축방향으로 돌출되어 상기 밸런스 웨이트와 축방향으로 베어링면을 이루는 베어링 지지돌부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제8항에 있어서,

상기 회전축의 외주면에는 상기 밸런스 웨이트를 축방향으로 지지하는 축방향 지지면이 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제1항 또는 제7항에 있어서,

상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 타단부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고,

상기 제2 축지지부의 내부에는 상기 회전축의 단부와 이격되어 상기 압축실에서 토출되는 오일의 일부가 수용되도록 제2 공간부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제10항에 있어서,

상기 케이싱의 내부에는 상기 압축실에서 냉매와 함께 토출되어 그 냉매로부터 분리된 오일을 저장하는 저유부가 형성되고,

상기 저유부에서 상기 회전축의 타단부 사이에는 상기 저유부의 오일을 베어링면으로 안내하는 급유통로가 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제11항에 있어서,

상기 급유통로에는 적어도 한 개의 감압부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 타단부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고,

상기 제2 축지지부는 상기 구동모터의 고정자에 권취되는 코일과 반경방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 프레임에는 상기 선회스크롤과 함께 제1 배압공간을 이루는 제1 공간부가 형성되고,

상기 제1 공간부는 상기 구동모터의 고정자에 권취되는 코일의 적어도 일부와 반경방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 회전축에는 밸런스 웨이트가 결합되고,

상기 밸런스 웨이트는 상기 구동모터의 고정자에 권취되는 코일의 적어도 일부와 반경방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
고정자와 회전자를 가지는 구동모터;

상기 회전자에 결합되어, 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축;

상기 회전축이 관통하여 회전 가능하게 결합되는 프레임;

상기 프레임에 축방향으로 지지되고, 상기 회전축에 편심지게 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤;

상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되어 상기 선회스크롤과 함께 압축실을 형성하는 고정스크롤;

상기 고정스크롤과 함께 토출공간을 형성하는 케이싱의 내측면에 구비되어 상기 프레임과 선회스크롤, 그리고 상기 고정스크롤을 관통하는 상기 회전축의 일단부를 반경방향으로 지지하는 제1 축지지부; 및

상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되어 상기 회전축의 타단부를 반경방향으로 지지하는 제2 축지지부;를 포함하는 전동식 압축기.
제1 측면과 제2 측면을 가지는 케이싱;

상기 케이싱의 내부에 구비되는 구동모터;

상기 케이싱의 제2 측면과 상기 구동모터의 사이에 구비되는 프레임;

상기 케이싱의 제2 측면과 상기 프레임 사이에 구비되는 제1 스크롤;

상기 제1 스크롤과 상기 프레임 사이에 구비되며, 상기 제1 스크롤과 압축실을 형성하는 제2 스크롤;

상기 케이싱의 제1 측면과 상기 제1 스크롤에 의해 반경방향으로 지지되며, 상기 구동모터에 편심지게 결합되는 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제17항에 있어서,

상기 회전축은,

상기 구동모터에 결합되는 제1 축부;

상기 제1 축부에서 상기 케이싱의 제2 측면을 향해 연장되고, 상기 프레임을 관통하는 제2 축부;

상기 제2 축부에서 상기 케이싱의 제2 측면을 향해 연장되고, 상기 제2 스크롤에 편심지게 결합되는 편심부;

상기 편심부에서 상기 케이싱의 제2 측면을 향해 연장되고, 상기 제1 스크롤에 회전 가능하게 결합되어 반경방향으로 지지되는 제1 베어링부; 및

상기 제1 축부에서 상기 케이싱의 제1 측면을 향해 연장되고, 상기 케이싱의 제1 측면에 회전 가능하게 결합되어 반경방향으로 지지되는 제2 베어링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제18항에 있어서,

상기 제1 스크롤에는 상기 회전축의 제1 베어링부가 삽입되어 회전 가능하게 결합되는 제1 축지지부가 돌출 형성되고, 상기 제1 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 제1 베어링부를 지지하는 제1 베어링이 구비되며,

상기 케이싱에는 상기 구동모터를 향하는 방향으로 돌출되어 상기 회전축의 제2 베어링부가 회전 가능하게 삽입되는 제2 축지지부가 형성되고, 상기 제2 축지지부의 내주면에는 상기 회전축의 제2 베어링부를 지지하는 제2 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제19항에 있어서,

상기 회전축의 내부에는 급유통로의 일부를 이루는 오일유로가 상기 제1 베어링부의 단면을 관통하여 형성되고,

상기 오일유로의 중간에서는 외주면으로 관통되는 복수 개의 급유구멍이 상기 회전축의 축방향을 따라 기설정된 간격을 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.
제20항에 있어서,

상기 회전축에는 배유구멍이 더 형성되고, 상기 배유구멍은 상기 프레임에 구비되는 제1 배압공간을 향해 연통되거나 또는 상기 케이싱의 내부공간을 향해 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기.