전동식 압축기

전동식 압축기{MOTOR OPERATED COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 차량에 적용되는 전동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 공조시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔으며, 최근 자동차 부품의 전장화 추세에 따라 모터를 이용하여 전기로 구동되는 전동식 압축기의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

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 모터부가 설치되고, 모터부의 일측에 고정스크롤과 선회스크롤로 이루어진 압축부가 설치되며, 모터부와 압축부는 회전축으로 연결되어 모터부의 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.

전동식 압축기의 모터는 정속으로 운전하는 방식도 있지만, 최근에는 소비자의 다양한 요구에 부응할 수 있도록 모터의 운전 속도를 가변할 수 있는 인버터 방식의 압축기도 널리 소개되고 있다. 인버터 방식의 전동식 압축기에서 인버터는 통상 케이싱의 외주면에 장착되고, 케이싱을 관통하여 설치되는 터미널을 이용하여 케이싱 내부의 모터와 전기적으로 연결된다.

하지만, 전동식 압축기는 전기를 이용하여 구동되는 방식이기 때문에 압축기를 구성하는 모터 및 인버터에서 열이 발생하며, 이 열은 모터 및 인버터의 성능에 지대한 영향을 미친다. 따라서 이러한 발열 문제를 해결하기 위한 여러 가지 방안들이 제시되고 있다. 여러 방안들 중에서 전동식 압축기의 케이싱 내부로 유입되는 냉매를 이용하여 모터와 인버터를 냉각하는 방식이 주로 알려져 있다.

이 방식은 흡기구를 통해 케이싱의 내부로 유입되는 냉매가 모터의 고정자와 회전자 사이 또는 고정자와 케이싱의 내주면 사이를 통과하면서 모터를 직접 냉각하고, 이와 동시에 케이싱을 통해 그 케이싱의 외부에 장착된 인버터를 간접 냉각하는 구조이다.

하지만, 인버터는 소자에 따라서는 매우 높은 열을 발생한다. 그럼에도 불구하고 케이싱의 내부로 흡입되는 냉매에 의해 간접적으로 냉각됨에 따라 인버터에 대한 냉각효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 냉각효율을 높이기 위해 냉매의 유속을 증가시킬 수 있으나, 이는 인버터와 인접된 부분의 냉매유로 면적이 좁아져 냉매에 대한 흡입저항이 증가하면서 오이려 압축기의 흡입손실이 발생되는 역효과도 있었다.

한편, 냉매에 자체에서도 CFCs와 HCFCs에 대한 규제에 이어 최근에는 HFCs의 사용에 대해서도 규제가 강화되면서 상대적으로 친환경적인 자연냉매에 대한 관심이 높아지고 있다. 자연냉매로는 탄화수소, 암모니아, 물, 공기 및 이산화탄소 등이 알려져 있으나, 이 중에서 이산화탄소(CO ₂ )는 소형화, 고효율, 고압력, 저비용 측면에서 유용한 것으로 알려져 있다.

하지만, CO ₂ 냉매를 사용하는 전동식 압축기는 기존의 R134a 냉매를 사용하는 것에 비해 대략 8배 정도 높은 내부압력을 형성하게 되므로, 운전 중에 케이싱이 부풀어오르듯이 탄성 변형될 수 있다. 그러면 케이싱의 표면이 곡면처럼 변형되면서 그 케이싱에 부착된 스위칭 소자(I101cBT)와의 접촉면적이 감소되고, 이로 인해 스위칭 소자의 접착력이 감소되면서 압축기 진동에 의해 탈거될 우려가 있었다.

또, 케이싱이 탄성 변형되면 스위칭 소자와 케이싱 사이의 접촉면적이 감소되면서 스위칭 소자에 대한 방열효과도 저하될 수 있다. 이를 감안하여, 종래에는 케이싱과 스위칭 소자 사이에 써멀패드(thermal pad)와 같은 전열부재를 추가하게 되는데, 이로 인해 조립공정을 복잡하게 되어 제조 비용이 증가할 뿐만 아니라 스위칭 소자의 탈거를 감안하여 나사와 같은 별도의 체결부재를 이용하기도 어렵게 하는 요인이 되었다.

한편, CO ₂ 냉매를 사용하게 되면 케이싱의 내부압력이 상승하면서 모터와 외부전원을 연결하는 터미널도 견고하게 고정시켜야 신뢰성을 유지할 수 있다. 이를 감안하여 터미널을 케이싱에 용접하여 고정할 수 있으나, 이는 터미널과 케이싱 사이의 용접성을 높이기 위해 터미널이 용접되는 케이싱 또는 케이싱의 일부를 터미널과 같은 철(Fe)계열의 금속으로 제작하게 되어 압축기의 전체 무게가 무거워지는 문제점이 있었다. 이는 압축기를 차량, 특히 전기차에 설치할 때 차량의 무게를 증가시키는 요인이 되었다.

또, 터미널을 케이싱에 용접하면 그 케이싱이 변형되거나 손상되어 교체해야 할 경우 터미널을 함께 교체하여야 하므로 그만큼 재료 비용 및 유지 비용이 증가하게 되는 문제점도 있었다.

한편, 종래의 전동식 압축기는, 고정자를 케이싱의 내주면에 압입하여 고정하고 있었다. 하지만, 고정자는 다수 개의 얇은 철판으로 적층되고, 코일을 권선하기 위한 다수 개의 슬롯이 내주면에 형성됨에 따라, 케이싱에 압입될 때 슬롯 사이가 벌어지면서 고정자와 회전자 사이에서 마찰이나 소음이 발생되어 신뢰성이 저하될 수 있었다.

또, 고정자가 케이싱에 압입됨에 따라 고정자의 축방향 양단에서 집중응력을 받게 되고, 이로 인해 고정자가 변형되면서 회전자와의 사이에 마찰이나 소음이 발생하여 신뢰성이 저하될 수 있었다.

한편, 종래의 전동식 압축기는, 선회스크롤의 배면에 배압공간을 형성하고 있지만, CO ₂ 냉매를 사용하면 배압공간의 압력도 함께 상승하여 그 배압공간에 대한 높은 실링력이 요구된다. 하지만, 실링력이 높아지면 그만큼 회전축과의 마찰손실이 증가될 수 있어 압축기 성능이 저하될 수 있었다. 따라서, 실링력은 높이면서도 회전축과의 마찰손실은 낮출 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 케이싱의 내부로 흡입되는 냉매가 인버터와 모터를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 케이싱의 내부로 흡입되는 냉매가 인버터쪽으로 흡입되어 모터를 통과한 후 압축부로 유입되도록 하는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, CO ₂ 냉매와 같이 친환경적인 냉매를 적용하는데 적합한 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고압냉매를 적용할 때 케이싱이 부풀어 변형되더라도 인버터를 이루는 소자가 안정적으로 접착상태를 유지할 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 터미널의 조립을 용이하게 할 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 터미널과 다른 재질로 케이싱을 형성할 수 있도록 하는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 케이싱의 일부를 철보다 가벼운 재질로 형성할 수 있도록 하여 압축기 무게를 줄일 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고정자를 케이싱에 압입하여 고정할 때 고정자에 가해지는 집중응력을 감쇄시킬 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고정자의 압입으로 인해 그 고정자의 슬롯이 벌어지는 것을 방지할 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 배압공간을 형성하는 실링부를 간소화할 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, CO ₂ 냉매를 적용하면서도 배압공간을 형성하는 실링부에서의 마찰손실을 줄일 수 있는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 배압공간이 신속하게 형성될 수 있도록 하는 전동식 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 코일이 권선된 고정자, 그 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자를 가지는 구동모터; 상기 회전자에 결합되어 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 맞물려 결합되고, 상기 선회스크롤과 함께 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 고정스크롤; 상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 고정스크롤의 반대쪽에 구비되어, 상기 선회스크롤을 지지하는 프레임; 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되는 제어유닛; 및 상기 구동모터, 선회스크롤, 고정스크롤을 내부공간에 수용하며, 상기 제어유닛이 외부에 구비되고, 상기 구동모터를 중심으로 상기 제어유닛이 구비되는 쪽에 흡기구가, 상기 고정스크롤이 구비되는 쪽에 배기구가 각각 구비되며, 상기 흡기구를 통해 상기 내부공간으로 흡입되는 냉매가 상기 구동모터를 통과하여 상기 흡입실로 유입되도록 상기 고정자와의 사이에 연통유로가 형성되는 케이싱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다. 이로써, 상기 흡기구를 통해 흡입되는 찬 냉매를 이용하여 제어유닛을 냉각할 수 있으므로 제어유닛에 대한 냉각효율을 높일 수 있다.

여기서, 상기 케이싱은 상기 구동모터의 고정자가 결합되는 하우징을 포함하고, 상기 하우징의 양단 중에서 상기 흡기구가 형성되는 쪽의 일단에는 상기 케이싱의 내부공간을 밀폐하는 커버가 결합되며, 상기 커버의 외측면에는 다수 개의 소자가 결합되고, 상기 소자가 결합되는 커버의 외측면에는 상기 소자 주변에 소정의 깊이와 폭을 가지는 홈이 형성될 수 있다. 상기 홈은 각 소자의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 이로써, CO ₂ 냉매와 같은 고압 냉매를 적용하는 경우 상기 케이싱의 내부압력이 상승하더라도 상기 소자가 부착된 케이싱의 표면이 곡면으로 변형되는 것을 억제할 수 있고, 이를 통해 상기 소자의 결합력이나 방열효과를 높일 수 있다.

그리고, 상기 커버는 상기 하우징을 이루는 재질보다 가벼운 재질로 형성될 수 있다. 이로써, 압축기의 무게를 줄여 특히 전기 차량에 적용시 효과적일 수 있다.

그리고, 상기 커버의 내측면에는 상기 흡기구를 통해 흡입되는 냉매가 열교환되도록 방열핀 또는 방열홈이 형성되거나, 또는 상기 커버의 내측면에는 소정의 체적을 가지는 챔버부가 형성되고, 상기 챔버부의 입구는 상기 흡기구를 향해 연통되는 반면 출구는 상기 케이싱의 내부공간을 향해 연통될 수 있다. 이로써, 소자의 방열효과를 더욱 높일 수 있다.

그리고, 상기 커버에는 터미널을 결합하기 위한 터미널 장착구멍이 형성되고, 상기 터미널 장착구멍에 삽입되는 상기 터미널의 적어도 일단이 고정부재로 나사 체결될 수 있다. 이로써, 상기 터미널의 고정작업이 용이하고 상기 커버를 가벼운 재질로 제작할 수 있어 압축기의 경량화를 이룰 수 있다.

그리고, 상기 터미널의 일단은 상기 터미널 장착구멍의 내경보다 큰 플랜지부가 형성되고, 상기 플랜지부가 형성되는 단부의 반대쪽 단부는 수나사부가 형성되며, 상기 플랜지부가 상기 터미널 장착구멍의 주변에서 상기 케이싱의 내측면에 걸린 상태에서, 상기 수나사부가 상기 터미널 장착구멍을 통과하여 상기 케이싱의 외측에서 상기 고정부재의 암나사부와 체결될 수 있다.

그리고, 상기 플랜지부와 이에 대응하는 케이싱의 일측면 사이, 또는 상기 고정부재와 이에 대응하는 케이싱의 타측면 사이에는 실링부재가 구비될 수 있다. 이로써, CO ₂ 냉매의 적용시 케이싱의 내부압력이 상승하더라도 터미널의 결합부위로 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 고정자의 내주면에는 코일이 감기는 다수 개의 티스가 원주방향을 따라 슬롯을 사이에 두고 형성되며, 상기 고정자의 외주면에는 상기 케이싱의 내주면에 접촉되도록 소정의 높이를 가지는 복수 개의 돌부가 원주방향을 따라 형성되며, 상기 돌부는 상기 티스의 반경방향 범위내에 적어도 일부가 위치하도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 고정자가 케이싱으로부터 받는 집중응력으로 슬롯이 벌어지는 것을 미연에 방지할 수 있다.

그리고, 상기 돌부는 상기 티스의 원호 길이 범위내에 위치하도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 돌부의 원호 길이는 상기 티스의 원호길이보다 작거나 같게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 케이싱의 내주면에는 상기 고정자의 외주면과 이격되는 응력감쇄부가 형성되고, 상기 응력감쇄부는 상기 고정자의 축방향 범위내에 적어도 한 개 이상 형성될 수 있다.

그리고, 상기 응력감쇄부는 상기 고정자의 축방향 단부가 수용되는 위치에 형성될 수 있다.

여기서, 상기 프레임에는 상기 회전축이 삽입되어 그 내주면이 상기 회전축의 외주면에 대면되도록 축구멍이 관통 형성되고, 상기 축구멍의 일측에는 상기 선회스크롤의 배면을 향해 개구되어 그 선회스크롤의 배면과 함께 배압공간이 형성되며, 상기 축구멍의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이는 상기 배압공간으로 유입되는 오일에 의해 실링될 수 있다. 이로써, CO ₂ 냉매와 같이 고압냉매가 적용될 때 배압공간의 압력이 높아지더라도 회전축과의 실링부가 과도하게 접촉되어 마찰손실이 발생되는 것을 줄일 수 있다.

그리고, 상기 고정스크롤과 프레임에는 상기 압축실에서 토출된 냉매와 오일이 상기 배압공간으로 연통되는 적어도 한 개의 배압구멍이 형성되고, 상기 배압구멍의 총 단면적은 상기 축구멍의 내주면과 이에 대응하는 회전축의 외주면 사이에 형성되는 간격의 총 단면적보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 이로써, 상기 배압공간은 항상 적정량의 오일이 채워질 수 있다.

그리고, 상기 배압공간에는 상기 회전축에 결합되어 회전하는 밸런스 웨이트가 구비되고, 상기 배압구멍의 높이는 상기 구동모터의 축방향을 수직방향일 때 상기 밸런스 웨이트의 중간 높이보다 같거나 낮은 위치에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 축구멍의 내주면 또는 이에 대응하는 상기 회전축의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 래버린스 실이 형성될 수 있다. 이로써, 상기 배압공간의 실링력이 향상될 수 있다.

그리고, 상기 축구멍의 내주면 또는 이에 대응하는 상기 회전축의 외주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 오일포켓이 형성될 수 있다..

그리고, 상기 프레임에는 상기 오일포켓으로 연통되는 급유구멍이 형성될 수 있다. 상기 급유구멍은 상기 배압구멍에서 연통될 수 있다. 이로써, 상기 축구멍과 회전축 사이의 실링부가 신속하게 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 코일이 권선된 고정자, 그 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자를 가지는 모터부; 상기 모터부의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 상기 모터부의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부; 상기 모터부와 압축부 사이에 구비되어 상기 회전축을 지지하는 프레임; 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되는 제어부; 및 상기 구동모터, 프레임, 압축부를 내부공간에 수용하며, 상기 제어부가 외부에 구비되고, 상기 구동모터를 중심으로 상기 제어부가 구비되는 쪽에 흡기구가, 상기 압축부가 구비되는 쪽에 배기구가 각각 구비되며, 상기 흡기구를 통해 흡입되는 냉매가 상기 구동모터를 통과하여 상기 압축부로 흡입되도록 상기 고정자와의 사이에 연통유로가 형성되고, 상기 구동모터를 중심으로 상기 흡기구가 형성되는 쪽의 외표면에 소자가 부착되며, 상기 소자의 둘레를 따라 홈이 형성되는 케이싱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 소자가 부착되는 케이싱의 내측면에는 방열핀 또는 방열홈이 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 구비되어 냉매를 흡입, 압축, 토출하는 압축유닛; 상기 압축유닛에 동력을 전달하는 회전축; 상기 회전축이 결합되어 그 회전축에 동력을 전달하는 회전자; 및 상기 회전자의 외측에 배치되고, 환형으로 된 다수 개의 스테이터 코어가 축방향으로 적층되어 상기 케이싱의 내주면에 압입되고, 내주면에는 코일이 감기는 다수 개의 티스가 원주방향을 따라 슬롯을 사이에 두고 형성되며, 외주면에는 상기 케이싱의 내주면에 접촉되는 복수 개의 돌부가 원주방향을 따라 형성되고, 상기 돌부는 상기 티스의 원호 길이 범위내에 적어도 일부가 위치하도록 형성되는 고정자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 케이싱의 내주면에는 상기 고정자의 외주면과 이격되는 응력감쇄부가 형성되고, 상기 응력감쇄부는 상기 고정자의 축방향 범위내에 적어도 한 개 이상 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱에 고정되는 고정자; 상기 고정자의 내부에서 회전가능하게 배치되는 회전자; 상기 회전자에 결합되어 함께 회전하는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 맞물려 결합되고, 상기 선회스크롤과 함께 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 고정스크롤; 상기 선회스크롤을 사이에 두고 상기 고정스크롤의 반대쪽에 구비되어 상기 선회스크롤을 지지하고, 상기 회전축이 삽입되어 그 내주면이 상기 회전축의 외주면에 대면되도록 축구멍이 축방향으로 관통 형성되며, 상기 축구멍의 일측에는 상기 선회스크롤의 배면을 향해 개구되어 그 선회스크롤의 배면과 함께 배압공간이 형성되고, 상기 축구멍의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이는 상기 배압공간로 유입되는 오일에 의해 실링되는 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 프레임에는 상기 배압공간의 내측면으로 연통되는 급유구멍이 형성되고, 상기 배압구멍의 단면적은 상기 축구멍의 내주면과 이에 대응하는 회전축의 외주면 사이에 형성되는 간격의 총 단면적보다 크거나 같게 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 회전축; 상기 회전축에 결합되어 선회운동을 하는 선회스크롤; 상기 선회스크롤에 맞물려 결합되고, 상기 선회스크롤과 함께 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 압축실을 형성하는 고정스크롤; 상기 회전축이 삽입되어 그 내주면이 상기 회전축의 외주면에 대면되도록 축구멍이 축방향으로 관통 형성되며, 상기 축구멍의 일측에는 상기 선회스크롤의 배면을 향해 개구되어 그 선회스크롤의 배면과 함께 배압공간이 형성되는 프레임; 상기 선회스크롤과 프레임 사이에 형성되어 상기 배압공간을 실링하는 제1 실링부; 및 상기 프레임의 축구멍과 이에 대응하는 회전축의 사이에 형성되어 상기 배압공간을 실링하는 제2 실링부;를 포함하고, 상기 제2 실링부는 오일 실링인 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 제2 실링부에는 상기 배압공간으로 오일이 유입되는 수용되는 오일포켓이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 프레임에는 상기 오일포켓으로 연통되는 급유구멍이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 급유구멍은 상기 배압구멍과는 분리되어 독립적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 코일이 권선된 고정자, 그 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자를 가지는 모터부; 상기 모터부의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 상기 모터부의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부; 상기 모터부와 압축부 사이에 구비되어 상기 회전축을 지지하는 프레임; 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되는 제어부; 및 상기 구동모터, 프레임, 압축부를 내부공간에 수용하며, 상기 제어유닛이 외부에 구비되고, 상기 구동모터를 중심으로 상기 제어유닛이 구비되는 쪽에 흡기구가, 상기 압축부가 구비되는 쪽에 배기구가 각각 구비되며, 상기 흡기구를 통해 흡입되는 냉매가 상기 구동모터를 통과하여 상기 압축부로 흡입되도록 상기 고정자와의 사이에 연통유로가 형성되는 케이싱;을 포함하고, 상기 프레임에는 상기 회전축이 관통되는 축구멍이 형성되며, 상기 축구멍의 일측에는 상기 압축부의 배면을 향해 개구되어 그 압축부의 배면과 함께 배압공간이 상기 축구멍보다 확장되어 형성되고, 상기 축구멍의 내주면 또는 이에 대응하는 회전축의 외주면에는 소정의 체적을 가지는 오일포켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 코일이 권선된 고정자, 그 고정자의 내부에 회전 가능하게 구비되는 회전자를 가지는 모터부; 상기 모터부의 회전력을 전달하는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 상기 모터부의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부; 상기 모터부와 압축부 사이에 구비되어 상기 회전축을 지지하는 프레임; 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 프레임의 반대쪽에 구비되는 제어부; 및 상기 구동모터, 프레임, 압축부를 내부공간에 수용하며, 상기 제어유닛이 외부에 구비되고, 상기 구동모터를 중심으로 상기 제어유닛이 구비되는 쪽에 흡기구가, 상기 압축부가 구비되는 쪽에 배기구가 각각 구비되며, 상기 흡기구를 통해 흡입되는 냉매가 상기 구동모터를 통과하여 상기 압축부로 흡입되도록 상기 고정자와의 사이에 연통유로가 형성되는 케이싱;을 포함하고, 상기 프레임에는 상기 회전축이 관통되는 축구멍이 형성되며, 상기 축구멍의 일측에는 상기 압축부의 배면을 향해 개구되어 그 압축부의 배면과 함께 배압공간이 상기 축구멍보다 확장되어 형성되고, 상기 축구멍의 내주면 또는 이에 대응하는 회전축의 외주면에는 래버린스 실이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동식 압축기가 제공될 수 있다.

본 발명에 의한 전동식 압축기는, 구동모터를 중심으로 제어유닛이 구비되는 쪽에 흡기구가 구비되고, 압축부를 이루는 고정스크롤이 구비되는 쪽에 배기구가 각각 구비되며, 구동모터에 그 구동모터의 양쪽 공간을 연통시키는 연통유로가 형성됨으로써, 흡기구를 통해 흡입되는 냉매로 제어유닛을 냉각할 수 있어 제어유닛에 대한 냉각효율을 높일 수 있다.

또, 제어유닛을 이루는 소자가 케이싱의 외표면에 부착되고, 소자의 주변에 둘레를 따라 소정의 폭을 가지는 홈이 형성됨으로써, CO ₂ 냉매와 같은 고압 냉매를 적용하는 경우 케이싱의 내부압력이 상승하더라도 소자가 부착된 케이싱의 표면이 곡면으로 변형되는 것을 최소한으로 억제할 수 있고, 이를 통해 소자의 결합력이나 방열효과를 높일 수 있다.

또, 케이싱에는 터미널을 결합하기 위한 터미널 장착구멍이 형성되고, 터미널 장착구멍에 삽입되는 터미널을 용접하거나 또는 고정부재로 나사 체결함으로써, 터미널의 고정작업이 용이할 뿐만 아니라 터미널이 장착되는 부위를 가벼운 재질로 제작할 수 있어 압축기의 경량화를 이룰 수 있다.

또, 고정자의 외주면에는 케이싱의 내주면에 접촉되도록 소정의 높이를 가지는 복수 개의 돌부가 원주방향을 따라 형성되되, 그 돌부는 티스의 반경방향 범위내에 적어도 일부가 위치하도록 형성됨으로써, 고정자가 케이싱으로부터 집중응력을 받아 티스 사이의 슬롯이 벌어지는 것을 억제하여 회전자와의 마찰손실이나 충돌소음을 방지할 수 있다.

또, 프레임에는 회전축이 관통되는 축구멍 및 그 축구멍과 연통되어 선회스크롤의 배면을 지지하는 배압공간이 형성되며, 배압공간은 축구멍과 회전축 사이의 실링간격으로 오일을 유도하여 실링되도록 함으로써, 배압공간을 밀봉하기 위한 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, CO ₂ 냉매와 같이 고압냉매가 적용될 때 배압공간의 압력이 높아지더라도 회전축과의 실링부가 과도하게 접촉되어 마찰손실이 발생되는 것을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전동식 압축기의 일례인 스크롤 압축기의 내부를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 케이싱의 외관을 보인 사시도,
도 3 및 도 4는 도 2에서 터미널의 결합상태에 대한 실시예들을 보인 종단면도,
도 5는 도 2에서 소자를 분리하여 보인 프론트 커버의 사시도,
도 6a는 도 5에서 "Ⅵ-Ⅵ"선에 대한 종래 기술을 비교하여 설명하기 위해 보인 종단면도,
도 6b는 도 5에서 "Ⅵ-Ⅵ"선에 대한 본 실시예를 설명하기 위해 보인 종단면도,
도 7a 및 도 7b는 도 2에서 프론트 커버의 내측면에 구비된 방열핀 및 방열홈을 각각 보인 종단면도,
도 8 및 도 9는 도 2에서 프론트 커버의 내측면에 구비된 방열챔버을 보인 종단면도 및 평면도,
도 10은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 배압공간의 실링부에 대한 일실시예를 설명하기 위해 압축부를 보인 종단면도,
도 11은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 배압공간의 실링부에 대한 다른실시예를 설명하기 위해 압축부를 보인 종단면도,
도 12는 도 11에서 배압구멍 및 회전축과 프레임 사이의 제2 실링부를 확대하여 보인 종단면도,
도 13 및 도 14는 도 12에서, 제2 실링부에 대한 다른 실시예들을 보인 종단면도,
도 15은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 고정자를 보인 사시도,
도 16은 도 15에 따른 고정자가 하우징에 압입된 상태를 보인 정면도,
도 17은 도 16에서 고정자의 일부를 확대하여 보인 종단면도,
도 18은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 하우징에 고정자가 압입된 상태를 보인 종단면도.

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

도 1은 본 발명에 의한 전동식 압축기의 일례인 스크롤 압축기의 내부를 보인 종단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 케이싱의 외관을 보인 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 스크롤 압축기는, 케이싱(101)의 중간에 프레임(102)이 고정 설치되고, 프레임(102)의 일측에는 구동력을 발생시키는 구동모터(103)가 설치되며, 프레임(102)의 타측에는 구동모터(103)의 구동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(104)가 설치될 수 있다. 케이싱(101)의 외부에는 압축기의 운전을 제어하는 제어유닛(이하, 인버터로 약칭함)(106)이 설치될 수 있다. 인버터(106)는 구동모터(103)를 기준으로 할 때 압축부의 반대쪽에 위치할 수 있다.

압축부(104)는 고정스크롤(140)과 선회스크롤(150)로 이루어지고, 선회스크롤(150)은 구동모터(103)의 회전자(132)에 결합된 회전축(135)에 편심 결합되어 고정스크롤(140)에 대해 선회운동을 하면서 그 고정스크롤(140)과 함께 흡입실, 중간압실, 토출실로 된 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하게 된다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 케이싱(101)은 양단이 개구되는 원통 형상으로 형성되며 흡입공간(V1)을 이루는 하우징(111)과, 하우징(111)의 후방측을 복개하도록 결합되며 고정스크롤(140)의 배면과 함께 토출공간(V2)을 형성하는 리어 커버(112)와, 하우징(111)의 전방측을 복개하도록 결합되며 후술할 인버터 커버(161)와 함께 인버터 공간(V3)을 형성하는 프론트 커버(113)로 이루어질 수 있다.

여기서, 흡입공간(V1)은 구동모터(103)에 의해 제1 공간(V11)과 제2 공간(V12)으로 분리되고, 제1 공간(V11)과 제2 공간(V12)은 구동모터(103)의 고정자(131)의 외주면과 하우징(111)의 내주면 사이에 형성되는 복수 개의 연통유로(101c)를 통해 서로 연통될 수 있다. 제1 공간(V11)은 프론트 커버(113)와 함께 형성되고, 제2 공간(V12)은 프레임(102)과 함께 형성된다. 이로써, 냉매는 프론트 커버(113)쪽의 제1 공간(V11)으로 흡입되었다가 구동모터(103)를 통과하여 프레임(102)쪽의 제2 공간(V12)으로 이동을 하게 된다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 하우징(111)은 그 내주면 중간에 구동모터(120)의 고정자(121)가 축방향으로 지지되는 고정자 지지면(이하, 제1 지지면)(111a)이 형성되며, 내주면 후방측에는 프레임(102)의 배면이 축방향으로 지지되는 프레임 지지면(이하, 제2 지지면)(111b)이 형성될 수 있다. 제1 지지면(111a)은 환형으로 단차지게 형성되거나 또는 원주방향을 따라 일정 간격을 가지는 원호 돌기 형상으로 형성될 수 있다.

또, 하우징(111)에는 흡입관이 연결되어 냉매를 하우징(111)의 흡입공간(V1)으로 안내하는 흡기구(101a)가 형성될 수 있다. 흡기구(101a)는 구동모터(103)를 기준으로 압축부의 반대쪽인 구동모터(103)의 전방단과 프론트 커버(113)와의 사이에 위치하도록 형성될 수 있다. 이로써, 냉매는 흡기구(101a)를 통해 케이싱(101)의 내부공간으로 유입되고, 구동모터(103)를 전방측에서 후방측으로 통과한 후에 압축부로 흡입될 수 있다. 아울러, 냉매는 구동모터(103)를 냉각시키기 전에 프론트 커버(113)와 먼저 접촉하여 그 프론트 커버(113)에 부착된 스위칭 소자(166)를 냉각시킬 수 있다.

도 1에서와 같이, 리어 커버(112)는 원판모양으로 형성되며, 외주부에 전방쪽으로 돌출되어 하우징(111)의 후방면에 밀착되는 체결돌부(112a)가 환형으로 형성될 수 있다. 체결돌부(112a)의 내주면에는 하우징(111)의 내주면에 삽입되어 반경방향으로 밀착되는 실링돌부(112b)가 형성될 수 있다.

리어 커버(112)와 하우징(111)의 사이에는 토출되는 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있도록 오-링과 같은 누설 방지용 실링부재(111e)가 구비될 수 있다.

또, 리어 커버(112)의 전방면 중앙에는 압축부에서 압축된 냉매를 냉동사이클로 안내하도록 토출관이 연결되는 배기구(101b)가 형성되고, 배기구(101b)의 내부에는 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리부(185)가 형성될 수 있다.

한편, 프론트 커버(113)는 원판 형상으로 형성되어 하우징(111)의 전방면에 밀봉 결합될 수 있다. 프론트 커버(113)의 후측면(내측면)과 하우징(111)의 전방면이 접하는 부위에는 오-링과 같은 실링부재(111f)가 구비될 수 있다.

프론트 커버(113)에는 터미널 장착구멍(113a)이 형성되고, 터미널 장착구멍(113a)에 터미널(182)을 결합시켜 외부전원을 구동모터(103)의 코일에 연결하고 있다. 터미널 장착구멍(113a)의 내측면은 단차지게 형성되고, 단차진 면에 터미널(182)의 플랜지부(182a)가 걸려 단단하게 결합되도록 할 수도 있다.

여기서, 터미널(182)은 프론트 커버(113)에 용접하여 결합할 수도 있고, 별도의 고정부재(183)를 이용하여 착탈 가능하게 체결할 수도 있다.

도 3 및 도 4는 도 2에서 터미널의 결합상태에 대한 실시예들을 보인 종단면도이다.

용접하는 경우에는, 도 3과 같이 터미널(182)의 내측단에는 프론트 커버(113)의 내측면에 걸치도록 터미널 장착구멍(113a)의 내경보다 큰 외경을 가지는 플랜지부(182a)가 형성되고, 터미널(182)의 외측단 주변은 터미널 장착구멍(113a)을 관통하여 프론트 커버(113)의 외측에서 용접(W)하여 결합할 수 있다.

여기서, 터미널(182)은 철 계열 금속으로 형성됨에 따라 프론트 커버(113) 역시 철 계열의 금속으로 형성될 수 있다. 그리고, 터미널(182)의 플랜지부(182a)와 이에 대응하는 프론트 커버(113)의 내측면 사이에는 오-링과 같은 실링부재가 구비될 수 있다.

반면, 별도의 고정부재를 이용하여 체결하는 경우에는 도 4와 같이, 터미널(182)의 내측단에는 프론트 커버(113)의 내측면에 걸치도록 터미널 장착구멍(113a)의 내경보다 큰 외경을 가지는 플랜지부(182a)가 형성되고, 터미널(182)의 외측단에는 고정부재(183)의 내주면에 구비된 암나사부(183a)에 체결되는 수나사부(182b)가 형성될 수 있다.

이를 통해, 터미널(182)의 플랜지부(182a)가 터미널 장착구멍(113a)의 주변에서 프론트 커버(113)의 내측면에 걸린 상태에서, 터미널(182)의 수나사부(182b)가 터미널 장착구멍(113a)을 통과하여 프론트 커버(113)의 외측에서 고정부재(183)의 암나사부(183a)와 체결될 수 있다.

여기서, 터미널(182)의 플랜지부(182a)와 이에 대응하는 프론트 커버(113)의 내측면 사이에는 오-링과 같은 실링부재(184)가 구비될 수 있다. 특히, 용접하여 터미널을 고정하는 방식과 달리 고정부재를 이용하는 방식에서는 그 고정부재의 조입력에 의해서 터미널(182)과 프론트 커버(113) 사이가 실링되는 것이므로, 터미널(182)과 프론트 커버(113) 사이에 실링부재(184)를 개재시키는 것이 반드시 필요할 수 있다.

이로써, 터미널(182)은 철 계열의 금속으로 형성되더라도 프론트 커버(113)는 철과 같은 무거운 금속으로 제작할 필요가 없으며, 상대적으로 가벼운 알루미늄 재질로 형성함에 따라 전체적인 압축기의 무게를 줄일 수 있다.

한편, 제어유닛(106)은 프론트 커버(113)의 전방측에 설치될 수 있다. 제어유닛(106)은 인버터 수용공간(V3)을 가지는 인버터 커버(161)가 프론트 커버(113)의 전방면에 결합되고, 인버터 수용공간(V3)의 내부에는 구동모터(103)의 회전속도를 제어하기 위한 인버터(162)가 결합되어 이루어질 수 있다.

도 5는 도 2에서 소자를 분리하여 보인 프론트 커버의 사시도이고, 도 6a는 도 5에서 "Ⅵ-Ⅵ"선에 대한 종래 기술을 비교하여 설명하기 위해 보인 종단면도이며, 도 6b는 도 5에서 "Ⅵ-Ⅵ"선에 대한 본 실시예를 설명하기 위해 보인 종단면도이고, 도 7a 및 도 7b는 도 2에서 프론트 커버의 내측면에 구비된 방열핀 및 방열홈을 각각 보인 종단면도이며, 도 8 및 도 9는 도 2에서 프론트 커버의 내측면에 구비된 방열챔버을 보인 종단면도 및 평면도이다.

도 1 및 도 5과 같이, 인버터(162)는 프론트 커버(113)의 전방면에 부착되는 복수 개의 스위칭 소자(Insulated 101cate Bipolar Transistor : I101cBT)(165)와, 스위칭 소자(165)의 전방측에 구비되는 인버터 기판(166)을 포함할 수 있다.

스위칭 소자(165)는 압축기 구동시 높은 열을 발생하므로 이 열을 방열시키기 위해 프론트 커버(113)의 전방면에 써멀시트(thermal sheet)와 같은 전열부재를 부착하고, 전열부재의 전방면(즉, 외측면)에 스위칭 소자(166)를 부착할 수 있다.

하지만, 써멀시트를 사용하게 되면 그만큼 부품수가 증가하게 되어 재료 비용이 증가할 뿐만 아니라 조립 공수가 증가하게 된다.

게다가, CO ₂ 냉매와 같이 고압 냉매를 사용하는 압축기에서는, 134a 냉매와 같은 일반 냉매를 사용할 때에 비해 케이싱(101)의 내부압력이 크게 증가하기 때문에 프론트 커버(113)가 부풀어 오르듯이 탄력 팽창할 수 있고, 이에 따라 스위칭 소자(166)가 프론트 커버(113)에 접촉되는 면이 도 6a와 같이 곡면이 되면서 프론트 커버(113)와 스위칭 소자(166) 사이의 접촉면적이 감소하여 스위칭 소자(166)에 대한 결합력이 약해지거나 방열 효과가 저감될 수 있다.

이를 감안하여, 도 5에서와 같이, 프론트 커버(113)의 전측면, 즉 스위칭 소자(166)의 주변에 소정의 깊이와 넓이를 변형 억제홈(113b)이 형성될 수 있다. 변형 억제홈(113b)은 스위칭 소자(166)의 둘레를 따라 감싸도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 6b와 같이 프론트 커버(113)가 내부압력에 의해 부풀어 변형되더라도 변형 억제홈(113b)이 벌어지면서 프론트 커버(113)가 변형되는 것을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 스위칭 소자(166)와 프론트 커버(113) 사이의 접촉면적을 넓게 확보할 수 있어 별도의 써멀시트를 사용하지 않고도 스위칭 소자(166)를 효과적으로 방열시킬 수 있다.

아울러, 도 5와 같이 스위칭 소자(166)는 나사(168)를 이용하여 프론트 커버(113)에 체결할 수도 있다. 이 경우, 스위칭 소자(166)와 프론트 커버(113)의 사이에 써멀시트와 같은 별도의 접착부재가 구비되지 않음에 따라 나사 체결이 용이할 수 있다. 이로써, 스위칭 소자(166)는 프론트 커버(113)에 보다 안정적으로 견고하게 고정될 수 있다. 도면중 미설명 부호인 113c는 나사홈이다.

또, 프론트 커버(113)는 도 7a 및 도 7b와 같이 프론트 커버(113)의 내측면에 방열핀(113d) 또는 방열홈(113e)이 형성될 수 있다. 이로써, 프론트 커버(113)와 냉매의 열전달 면적을 확대되어 스위칭 소자(166)에 대한 방열효과를 더욱 높일 수 있다.

여기서, 방열핀(113d) 또는 방열홈(113e)이 형성되는 경우에는 그 방열핀(113d) 또는 방열홈(113e)이 냉매와의 접촉면적이 확대될 수 있도록 흡기구(101a)의 축방향과 교차되는 방향으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 흡기구(101a)의 축방향과 일치하는 방향으로 형성되어 냉매의 유속을 높일 수도 있다.

또, 방열핀(113d) 또는 방열홈(113e)은 직선모양으로 형성될 수도 있지만, 냉매가 프론트 커버(113)를 고르게 순환할 수 있도록 곡선모양으로 형성되거나 또는 미로와 같은 모양으로 형성될 수도 있다.

한편, 도 8 및 도 9와 같이, 프론트 커버(113)의 내측면에 방열챔버(164)를 설치하여 냉매를 강제로 프론트 커버의 내측면 방향으로 유도할 수도 있다.

이 경우에는, 그 방열챔버(164)의 입구(164a)는 흡기구(101a)를 향해 형성되는 반면 출구(164b)는 케이싱(101)의 내부공간을 향해 형성될 수 있다. 입구(164a)와 출구(164b)는 동일 직선상에 형성될 수도 있지만, 냉매가 방열챔버(164)의 내부공간을 고르게 순환할 수 있도록 가급적 서로 다른 선상에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 입구(164a)는 케이싱(101)에 구비되는 흡기구(101a)로부터 일정 간격만큼 이격될 수도 있지만, 흡입되는 냉매가 방열챔버(164)를 통과할 수 있도록 방열챔버(164)의 입구(164a)가 흡기구의 내측단에 직접 연결될 수도 있다.

하지만, 고정자(131)의 코일 등 주변 조건에 따라서는 방열챔버(164)의 입구(164a)를 확장하여 최대한 흡기구(101a)에 인접하도록 형성할 수도 있고, 흡기구(101a)의 방향을 방열챔버(164)의 입구 방향으로 경사지게 형성할 수도 있다.

이들 경우에도, 방열챔버(164)의 내부에는 앞서 설명한 방열핀(113d) 또는 방열홈(113e)이 프론트 커버(113)의 전방면에 형성될 수 있다.

이에 따라, 흡기구(101a)를 통해 케이싱(101)의 내부공간으로 유입되는 냉매는 방열챔버(164)의 입구를 통해 그 방열챔버(164)의 내부로 유입되었다가 출구(164b)를 통해 케이싱(101)의 내부공간(제1 공간)(V11)으로 이동을 하게 된다.

이로써, 케이싱(101)의 내부공간으로 유입되는 찬 냉매가 프론트 커버(113)와 접촉되어 그 프론트 커버(113)를 냉각시킴에 따라, 프론트 커버(113)에 부착된 스위칭 소자(166)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

한편, 프레임에는 고정스크롤 및 선회스크롤과 함께 공간부를 형성하여 그 공간부의 압력으로 선회스크롤을 고정스크롤 방향으로 지지하는 배압공간이 형성될 수 있다.

도 10은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 배압공간의 실링부에 대한 일실시예를 설명하기 위해 압축부를 보인 종단면도이고, 도 11은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 배압공간의 실링부에 대한 다른실시예를 설명하기 위해 압축부를 보인 종단면도이며, 도 12는 도 11에서 배압구멍 및 회전축과 프레임 사이의 제2 실링부를 확대하여 보인 종단면도이고, 도 13 및 도 14는 도 12에서, 제2 실링부에 대한 다른 실시예들을 보인 종단면도이다.

도 1에서와 같이, 프레임(102)은 하우징(111)의 개구단에 삽입되어 고정 결합될 수 있다. 프레임(102)은 하우징(111)의 전방단 내주면에 구비된 제2 지지면(111b)에 얹혀져 축방향으로 지지될 수 있다.

프레임(102)은 원판 모양으로 프레임측 경판부(이하, 제1 경판부)(121)가 형성되고, 제1 경판부(121)의 전방면에서 돌출되어 후술할 고정스크롤(140)의 제2 측벽부가(142) 결합되는 프레임측 측벽부(이하, 제1 측벽부)(122)가 형성될 수 있다. 그리고, 제1 측벽부(122)의 내측에는 선회스크롤(150)이 얹혀 축방향으로 지지되는 스러스트면(123)이 형성되고, 스러스트면(123)의 중앙에는 압축실(P)에서 토출된 냉매의 일부가 채워져 선회스크롤(150)의 배면을 지지하는 배압공간(124)이 형성될 수 있다. 배압공간(124)의 중간에는 회전축(135)이 관통되는 축구멍(125)이 형성되고, 축구멍(125)의 상면에는 후술할 메인 베어링(171)이 설치될 수 있다.

여기서, 배압공간(124)은 프레임(102)과 고정스크롤(140) 그리고 선회스크롤(150)에 의해 형성되는 공간으로, 프레임(102)과 선회스크롤(150) 사이의 스러스트면(또는, 실링면)(123)에 설치되는 제1 실링부(191) 및 프레임(102)의 축구멍(125)과 회전축(135)의 외주면 사이에 설치되는 제2 실링부(192)에 의해 밀봉될 수 있다.

제1 실링부(191)는 프레임(102)의 스러스트면(123)에 소정의 깊이를 가지는 제1 실링홈(123a)이 환형으로 형성되고, 제1 실링홈(123a)에는 역시 환형으로 된 제1 실링부재(195)가 삽입될 수 있다. 제1 실링부재(195)는 배압공간(124)의 압력에 의한 힘으로 밀려 부상하면서 선회스크롤(150)과의 사이를 실링할 수 있다.

제2 실링부(192)는 도 10과 같이, 프레임(102)의 축구멍(125)의 내주면에 제2 실링홈(125a)이 형성되고, 그 제2 실링홈(125a)에 환형으로 된 제2 실링부재(196)가 삽입되어 이루어질 수 있다.

하지만, CO ₂ 냉매와 같이 고압 냉매가 적용되는 경우에는 배압공간(124)의 압력도 크게 상승하게 된다. 그러나 배압공간(124)의 압력이 높으면 제2 실링부재(196)와 회전축(125) 사이에 접하는 접촉면적이 증가되어, 제2 실링부재(196)와 회전축(125) 사이의 마찰손실이 증가할 수 있다.

이를 감안하여, 도 11 및 도 12와 같이 고체 실링부재를 적용하지 않고 오일의 점성을 이용하여 제2 실링부를 구성할 수 있다. 이를 통해, 높은 배압공간의 압력을 유지하면서도 회전축과의 마찰손실을 효과적으로 줄일 수 있다.

즉, 제2 실링부(192)는 축구멍(125)의 내주면과 회전축(135)의 외주면 사이에 미세한 실링간격(t1)을 형성함으로써, 그 축구멍(125)의 내주면과 회전축(135)의 외주면 사이로 오일이 유입되어 유막(192a)을 형성하고 이 유막(192a)에 의해 배압공간(124)의 압력이 유지되도록 할 수 있다.

여기서, 제2 실링부(192)에 채워지는 오일은 압축실(P)에서 토출된 냉매와 함께 배압공간(124)으로 유입되는 오일이 활용될 수 있다. 이를 위해, 고정스크롤(140)과 프레임(102)에는 압축실(P)에서 토출된 냉매의 일부가 오일과 함께 배압공간(124)으로 유입될 수 있도록 안내하는 배압구멍이 형성될 수 있다.

즉, 고정스크롤(140)에는 그 배면에서 제2 측벽부(142)를 관통하여 제1 배압구멍(147)이 형성되고, 프레임(102)에는 고정스크롤(140)의 제1 배압구멍(147)에 연통되는 제2 배압구멍(127)이 제1 측벽부(121)의 후방면에서 배압공간(124)의 내벽면으로 관통 형성될 수 있다.

여기서, 제2 배압구멍(127)의 출구단(127a) 높이는 제2 실링부(192)에 유막이 항상 유지될 수 있는 정도의 오일이 배압공간(124)에 채워질 수 있을 만큼의 높이, 대략 배압공간(124)에서 회전운동을 하는 밸런스 웨이트(175)의 절반 이하가 잠기는 높이로 형성되는 것이 밸런스 웨이트(175)의 교반으로 인해 모터에 부하가 가중되거나 소음이 증가되는 것을 억제할 수 있어 바람직하다.

이때, 배압공간(124)에 채워진 오일의 양이 항상 일정량을 유지하도록 하기 위해서는 그 배압공간(124)으로 유입되는 오일량보다 배출되는 오일량이 크거나 적어도 같아야 한다. 이를 위해서는 제2 실링부(192)의 전체 단면적(더 정확하게는, 점성으로 인해 형성된 유막을 제외한 단면적)이 제2 배압구멍(127)의 전체 단면적보다 작거나 적어도 같게 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 제2 실링부(192)에는 일정량의 오일이 채워질 수 있도록 오일포켓이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 13과 같이 축구멍(125)의 내주면에 소정의 체적을 가지는 오일포켓(125b)이 형성되거나 또는 축구멍의 내주면에 대응하는 회전축의 외주면에 상기한 오일포켓이 형성될 수 있다.

이 경우, 오일포켓(125b)에 오일을 직접 공급하기 위한 급유구멍(128)이 형성될 수도 있다. 급유구멍(128)은 전술한 배압구멍(127)과는 별도로 고정스크롤(140)과 프레임(102)을 관통하여 형성될 수도 있지만, 상기 배압구멍의 중간에서 분관되어 형성될 수도 있다. 이로써, 압축기 기동시 오일이 신속하게 오일포켓(125b)으로 이동하여 제2 실링부(192)를 형성하게 됨으로써 배압공간(124)의 적정 압력을 빠르게 형성할 수 있다.

또, 도 14와 같이 축구멍(125)의 내주면에는 래버린스 실(125c)이 더 형성될 수도 있다. 이를 통해 배압공간(124)의 오일이 제2 실링부(192)를 통해 누유되는 것을 억제하거나, 또는 배압공간(124)에 오일이 채워지기 전에 그 배압공간(124)의 압력이 누설되는 것을 억제할 수 있다.

한편, 하우징에는 구동모터의 고정자가 압입되어 결합될 수 있다.

도 15은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 고정자를 보인 사시도이고, 도 16은 도 15에 따른 고정자가 하우징에 압입된 상태를 보인 정면도이며, 도 17은 도 16에서 고정자의 일부를 확대하여 보인 종단면도이고, 도 18은 도 1에 따른 스크롤 압축기에서, 하우징에 고정자가 압입된 상태를 보인 종단면도이다.

도 1에서와 같이, 구동모터(103)는 하우징(111)의 내부에 고정되는 고정자(131)와, 고정자(131)의 내부에 위치하고 그 고정자(131)와의 상호작용에 의해 회전되는 회전자(132)를 포함할 수 있다. 고정자(131)는 하우징(111)의 내부에 열박음되어 고정되고, 고정자(131)의 후방단은 앞서 설명한 바와 같이 하우징(111)의 내주면에 구비된 제1 지지면(111a)에 얹혀져 지지될 수 있다.

도 15에서와 같이, 고정자(131)는 다수 장의 얇은 철판을 적층하여 형성되고, 내주면에는 코일(C)이 권선될 수 있도록 다수 개의 티스(teeth)(131a)와 슬롯(slot)(131b)이 번갈아 연속으로 형성될 수 있다.

또, 고정자의 외주면에는 하우징(111)의 내주면에 압입될 때 그 고정자(131)와 하우징(111)의 내주면 사이에 일정 간격만큼 이격되어, 냉매 또는 오일이 이동할 수 있는 연통유로(101c)를 형성할 수 있도록, 다수 개의 지지돌부(131c)가 형성될 수 있다. 지지돌부(131c)는 고정자(131)의 축방향을 따라 양단 사이에 형성되고, 그 각각의 지지돌부(131c)는 원주방향을 따라 일정 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다.

도 16 및 도 17에서와 같이, 지지돌부(131c)는 티스(131a)와 반경방향으로 동일 선상 또는 티스의 반경방향 범위내에 위치하도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 고정자(131)를 하우징(111)에 압입할 경우에는 그 고정자(131)의 지지돌부(131c)가 하우징(111)의 내주면에 밀착되면서 집중적으로 눌리는 힘(F)을 받게 되고, 이 눌리는 힘(F)은 고정자(131)의 내주면에 형성된 티스(131a) 또는 슬롯(131b)으로 전달된다.

그런데, 지지돌부(131c)의 위치, 즉 지지돌부의 원호 길이 범위(θ1)가 슬롯(131b)의 원주 길이 범위(θ2) 내에 위치하게 되면 지지돌부(131c)가 하우징(111)에 눌리면서 그 힘(F)이 슬롯(131b)으로 전달되어 결국 슬롯(131b)의 양쪽에 위치한 티스(131a)가 벌어지게 된다. 양쪽 티스(131a) 사이가 벌어지면 고정자 전체가 변형되면서 회전자(132)와의 사이에서 마찰이 발생될 수 있다.

따라서, 지지돌부(131c)가 하우징(111)에 눌려 발생되는 눌리는 힘(F)이 가급적 고정자의 슬롯(131b)으로 전달되지 않도록 하는 것이 중요할 수 있다. 이를 위해 지지돌부(131c)가 티스(131a)와 반경방향으로 동일 선상(CL1)(CL3)에 위치하도록 형성하여, 지지돌부(131c)에 가해지는 눌리는 힘(F)이 슬롯(131b)으로 전달되는 것을 최소화하면서 티스(131a)를 통해 상쇄되도록 할 수 있다.

본 실시예에서는 지지돌부(131c)의 원호 길이 범위(θ1)가 티스(131a)의 원호 길이 범위(θ3) 내에 형성되도록 할 수 있다. 여기서, 티스(131a)의 원호 길이 범위(θ3)는 각 티스(131a)의 원주방향 양 측면(131a')(131a")을 중심에서 횡방향 바깥으로 연장하여 두 개의 가상선(L1)(L2)을 그리고, 그 양쪽 가상선(L1)(L2) 사이를 원호선(L3)으로 연결하여 생기는 원호 길이(θ3)를 말하는 것으로, 지지돌부(131c)의 양단은 티스(131a)의 원호 길이 범위(θ3)와 적어도 일치하거나 또는 그 범위 내에 위치하도록 형성될 수 있다.

여기서, 지지돌부(131c)의 양단(131c')(131c") 중에서 적어도 어느 한 쪽 단부만 상기 범위(θ3) 내에 위치하고, 다른 쪽 단부는 상기 범위(θ3) 밖에 위치할 수도 있다. 하지만, 이 경우에도 전체 지지돌부(131c)의 원호 길이(θ3) 중에서 절반 이상이 상기 범위 내에 위치하도록, 즉 지지돌부(131c)의 원호 길이의 정중앙을 지나는 중심선(CL3)이 티스(131a)의 원호 길이 범위내에 위치하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

또, 지지돌부(131c)의 원호 길이는 티스(131a)의 원호 길이(폭 길이)보다 작거나 같게 형성되는 바람직할 수 있다. 만약, 지지돌부(131c)의 원호 길이가 티스(131a)의 폭 길이보다 크면 그 지지돌부(131c)로 전달되는 누르는 힘이 슬롯(131b)으로 전달되어 슬롯(131b)이 벌어질 수 있다. 따라서, 지지돌부(131c)의 원호 길이는 가급적 티스(131a)의 원호 길이 보다 작게 형성되는 것이 바람직하고, 적어도 티스(131a)의 원호 길이보다 크지는 않게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

이로써, 지지돌부(131c)가 하우징(111)에 밀착되어 그 하우징(111)으로부터 눌리는 힘(F)을 받더라도 이 힘은 슬롯(131b)으로 전달되지 않고 대부분이 티스(131a)로 전달되어 상쇄되므로 고정자의 티스(131a) 간 간격이 변형되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또, 고정자를 하우징에 압입할 때, 그 고정자의 양단이 하우징으로부터 집중하중을 받을 수 있다. 따라서, 도 18에서와 같이, 하우징(111)의 내주면에는 고정자(131)의 압입시 그 고정자(131)의 양단에 응력이 집중되는 것을 방지하기 위한 응력 감쇄부가 형성될 수 있다. 응력 감쇄부는 하우징(111)의 내주면에 형성되는 경사면(111c) 또는 언더컷(111d)으로 이루어질 수 있다.

경사면(111c)은 고정자(131)가 압입되는 방향, 즉 하우징(111)이 전방측에서 전방단으로 갈수록 내경이 확장되는 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 고정자(131)의 압입시 경사면(111c)을 따라 고정자(131)가 압입되므로, 고정자(131)의 압입이 용이할 수 있다. 뿐만 아니라, 고정자(131)의 압입후 그 고정자(131)의 전방단(131d) 외주면이 하우징(111)의 내주면과 일정 간격(g1)만큼 이격되므로 하우징(111)이 수축하더라도 그 하우징(111)에 의해 고정자(131)의 전방단(131d)에 응력이 집중되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

언더컷(111d)은 고정자(131)의 후방단(131e)이 압입된 위치, 즉 하우징(111)의 후방측에는 고정자(131)의 후방단(131e)이 포함되는 범위내에 소정의 깊이와 넓이를 가지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 고정자(131)가 압입된 상태에서 그 고정자(131)의 후방단(131e)과 이에 대응하는 하우징(111)의 내주면 사이가 일정 간격(g2)만큼 이격되므로 하우징(111)이 수축하더라도 그 하우징(111)에 의해 고정자(131)에 응력이 집중되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 언더컷(111d)은 제1 지지면(111a)의 전방측에 연이어 형성될 수 있다.

한편, 도 1에서와 같이 회전축(135)은 회전자(132)에 결합되는 축부(135a)와, 선회스크롤(150)에 구비되는 보스부(153)에 결합되는 편심부(135b)를 포함할 수 있다. 편심부(135b)는 후술할 편심 베어링(173)에 삽입되어 회전력을 선회스크롤(150)에 전달할 수 있다.

그리고 회전축(135)의 내부에는 습동부에 오일을 공급하기 위한 오일유로(135c)가 형성되고, 오일유로(135c)의 후방단에는 케이싱(101)의 토출공간(V2)에 고인 오일을 오일유로(135c)로 펌핑하기 위한 오일 펌프(136)가 구비될 수 있다. 오일 펌프(136)는 트로코이드 기어 펌프로 이루어져 그 내륜(136a)은 회전축(135)에 결합되는 반면 외륜(136b)은 프론트 커버(113)의 후방측에 구비되는 펌프삽입부(113f)에 삽입되어 결합될 수 있다.

축부(135a)에는 회전자(122)를 중심으로 전후 양측이 각각 메인 베어링(171)과 서브 베어링(172)에 의해 반경방향으로 지지될 수 있다.

메인 베어링(171)은 외륜은 프레임(102)에, 내륜은 회전축(135)에 각각 삽입되어 결합되는 볼 베어링으로 이루어지고, 서브 베어링(172)은 외륜은 펌프삽입부(113f)에, 내륜은 회전축(135)에 각각 삽입되어 결합되는 볼 베어링으로 이루어질 수 있다.

한편, 고정스크롤(140)은 원판모양으로 고정측 경판부(이하, 제2 경판부)(151)가 형성되고, 제2 경판부(141)의 일측면에는 프레임을 향해 돌출되는 고정측 측벽부(이하, 제2 측벽부)(142)가 형성되며, 제2 경판부(141)의 중앙부에는 후술할 선회랩(152)과 맞물려 두 개 한 쌍의 압축실(P)을 형성하는 고정랩(143)이 형성된다.

그리고, 제2 경판부(141)의 가장자리에는 케이싱(101)의 흡입공간(V1)과 연통되는 흡입구(미도시)가 형성되며, 제2 경판부(111)의 중앙에는 최종 압축실에서 토출공간(V2)으로 연통되는 토출구(144)가 형성될 수 있다. 토출구(144)의 일측에는 그 토출구(144)를 통해 토출되는 냉매와 오일의 일부가 배압공간(124)으로 안내되도록 제1 배압구멍(147)이 형성될 수 있다.

선회스크롤(150)은 원판모양으로 선회측 경판부(이하, 제3 경판부)(151)가 형성되고, 제3 경판부(151)의 전방면에는 제2 경판부(141)를 향해 돌출되어 고정랩(143)과 치합되는 선회랩(152)이 형성되며, 제3 경판부(151)의 후방면에는 편심 베어링(173)을 사이에 두고 회전축(135)과 결합되어 회전력을 전달받는 보스부(153)가 형성될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 170은 자전방지부재인 올담링이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기의 조립과정은 다음과 같다.

즉, 하우징(111)에 구동모터(103)의 고정자(131)를 열박음하여 결합한다. 이때, 고정자(131)의 후방단은 하우징(111)의 내주면에 구비된 제1 지지면(111a)에 안착시켜 고정자(131)가 후방으로 유동하는 것을 억제할 수 있다.

그리고, 고정자(131)의 외주면에 구비된 지지돌부(131c)가 하우징(111)의 내주면에 밀착되면서 지지돌부(131c)가 눌리는 힘(F)을 받을 수 있다. 하지만, 지지돌부(131c)가 고정자(131)의 티스(131a)와 동일선상에 형성됨에 따라, 눌리는 힘(F)이 슬롯(131b)방향으로 전달되지 않고 티스(131a)방향으로 전달되어 그 티스(131a)에서 상쇄되면서 슬롯(131b)이 벌어지는 것을 억제할 수 있다.

또, 고정자(131)가 압입된 상태에서 그 고정자(131)의 양단(131d)(131e)에 집중응력을 받을 수 있지만, 고정자(131)의 양단이 대응하는 하우징(111)의 내주면에 각각 경사면(111c)과 언더컷(111d)이 형성됨에 따라 하우징(111)의 내주면과 이에 대응하는 고정자(131)의 양단(131d)(131e) 외주면 사이에 여유간격(g1)(g2)이 생겨 고정자(131)의 양단(131d)(131e)이 반경방향으로 받을 집중응력이 해소될 수 있다. 따라서, 고정자(131)의 압입후 변형되는 것을 방지할 수 있다.

다음, 회전축(135)이 결합된 회전자(132)를 고정자(131)에 삽입한다. 이때, 회전축(135)에는 서브 베어링(172)이 삽입되어 고정된다.

다음, 하우징(111)에 프레임(102)을 안착시켜 결합한다. 이때 하우징(111)에는 제2 지지면(111b)이 구비되어 그 제2 지지면(111b)에 프레임(102)의 후방면을 안착시켜 프레임(102)이 축방향으로 유동하는 것이 억제될 수 있다.

다음, 프레임(102)에 자전방지부재(170)와 선회스크롤(150) 그리고 고정스크롤(140)을 얹은 후 고정스크롤(140)을 프레임(102)에 볼트 결합한다. 그리고 하우징(111)의 전방면에 프론트 커버(113)를 얹어 볼트 체결하고, 인버터 커버(161)를 체결하여 스크롤 압축기의 조립을 완성한다.

하지만, 인버터 커버(114)를 프론트 커버(113)에 먼저 체결한 후에 프론트 커버(113)를 하우징(111)에 체결할 수도 있다. 이때, 프론트 커버(113)의 외측면에는 인버터 제어를 위한 각종 소자(166) 및 그 소자(166)들이 결합된 인버터 피시비(167)가 볼트로 결합되고, 터미널 장착구멍(113a)에는 터미널(182)이 용접(W) 또는 체결부재(!83)를 이용하여 조립되어 있다.

이로써, 터미널(182)이 프론트 커버(113)에 완전 밀봉되어 결합될 수 있고 이에 따라 CO ₂ 냉매와 같이 고압 냉매를 사용하는 압축기에서 케이싱(101)의 내부압력이 상승하더라도 터미널(182)의 조립부위가 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 특히, 체결부재(183)를 이용하여 터미널(182)을 조립할 경우, 프론트 커버(113)의 재질을 다른 케이싱보다 가벼운 재질로 제작할 수 있어 그만큼 압축기의 무게를 줄일 수 있다. 이와 동시에 프론트 커버(113)가 손상되어 교체되더라도 터미널(182)은 재활용이 가능하므로 유지비용이 절감될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 스크롤 압축기의 작용효과는 다음과 같다.

즉, 구동모터(103)에 전원이 인가되면, 회전축(135)이 구동모터(103)의 회전자(132)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(150)에 회전력을 전달하게 된다.

그러면 선회스크롤(150)은 회전축(135)의 편심부(135b)와 자전방지부재(170)에 의해 편심 거리만큼 선회운동을 하게 되어, 압축실(P)은 중심측을 향해 지속적으로 이동되면서 체적이 감소하게 된다.

그러면, 냉매는 화살표와 같이 흡기구(101a)를 통해 제1 공간(V11)으로 유입되고, 제1 공간(V11)으로 유입된 냉매는 구동모터(103)의 고정자(131)의 외주면과 하우징(111)의 내주면에 형성되는 연통유로(101c) 또는 고정자와 회전자 사이의 공극을 통과하여 압축부 방향으로 이동을 한 후 압축실(P)로 흡입된다. 이때, 프론트 커버(113)가 하우징(111)과 함께 제1 공간(V11)을 형성함에 따라, 흡기구(101a)를 통해 제1 공간(V11)으로 흡입되는 냉매는 구동모터(103)를 통과하여 제2 공간(V12)으로 흘러가기 전에 프론트 커버(113)의 내측면과 먼저 접촉하게 된다. 따라서, 프론트 커버(113)가 차가운 흡입냉매와 열교환되어 냉각되고, 이에 따라 프론트 커버(113)의 외측면에 부착된 스위칭 소자(166)에서 발생되는 열을 신속하게 방열될 수 있다. 이후, 냉매는 고정자(131)를 통과하면서 구동모터도 냉각시키게 된다.

그러면, 압축실(P)로 흡입된 냉매는 압축실(P)의 이동경로를 따라 중심측으로 이동되면서 압축되고, 토출구(144)를 통해 고정스크롤(140)과 리어 커버(102) 사이에 형성된 토출공간(V2)으로 토출된다.

그러면, 토출공간(V2)으로 토출된 냉매는 그 토출공간(V2)에서 오일이 분리되거나 또는 오일분리부(185)로 이동하여 냉매로부터 오일이 분리되고, 냉매는 배기구(101b)를 통해 냉동사이클로 배출되는 반면 분리된 오일은 오일유로(미도시)를 통해 하우징(111)의 내부공간으로 회수된다. 회수된 오일은 오일 펌프(136)에 의해 펌핑되어 습동부로 순환하게 된다.

여기서, 토출공간(V2)으로 토출되는 냉매와 오일의 일부는 고정스크롤(140)의 제1 배압구멍(147)과 프레임(102)의 제2 배압유로(127)를 통해 배압공간(124)으로 유입되고, 이 냉매와 오일은 배압공간(124)에서 배압력을 형성하여 선회스크롤(150)을 고정스크롤 방향으로 지지하게 된다.

이때, 배압공간(124)은 프레임(102)과 선회스크롤(105) 사이에 형성되는 제1 실링부(191) 및 프레임(102)과 회전축(135) 사이에 형성되는 제2 실링부(192)에 의해 실링된다. 특히, 제2 실링부(192)는 프레임(102)의 축구멍(125)과 회전축(135) 사이의 실링간격(t1)을 좁게 형성함에 따라, 배압공간(124)의 오일이 실링간격(t1)으로 유입되어 유막을 형성하면서 그 실링간격(t1)을 오일실링하게 된다. 이에 따라 CO ₂ 냉매를 사용시에도 배압공간(124)의 효과적으로 실링하면서도 제2 실링부(192)에서 회전축(135)과의 마찰손실을 줄여 압축기 효율을 높일 수 있다.

그리고, 제2 실링부(192)에 오일포켓(125b)을 형성하거나 래버린스 실(125c)을 형성하는 경우에는 실링효과를 더욱 높일 수 있다.