KR100331365B1 - 스윙형 오일 프리 컴프레서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크 축의 회전 방향에 직각 방향으로 로터가 회전 왕복 운동할 수 있도록 함으로써 구동부의 상부에 실린더부를 설치할 수 있도록 한 스윙형 오일 프리 컴프레서에 관한 것이다.

본 발명에 적용되는 동력 전달 기구는, 크랭크 축과; 일단은 상기 크랭크 축의 크랭크 핀에 구면 베어링을 매개로하여 회전가능하게 결합되고, 타단은 구동암에 구면 베어링을 매개로하여 회전 가능하게 결합되어 상기 크랭크 축의 회전 운동을 구동암에 전달하여 주는 커넥팅 로드;와 상기 크랭크 축의 회전력을 상기 커넥팅 로드를 통해 전달 받아 크랭크 축의 회전 방향에 직각 방향으로 회전 왕복 운동하는 구동암;과 상기 구동암에 상기 크랭크 축과 직각 방향으로 결합되는 로터로 구성됨으로서, 구동부의 상부에 상기 실린더부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

스윙형 오일 프리 컴프레서{Swing Type Oil Free Compressor}

본 발명은 스윙형 오일 프리 컴프레서(Swing Type Oil Free Compressor)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 로터로의 동력 전달 기구를 변경함으로써 구동부의 상부에 실린더부를 설치할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 스윙형 오일 프리 컴프레서에 관한 것이다.

스윙형 오일 프리 컴프레서는 실린더 내 로터의 회전 왕복 운동 (스윙 운동 또는 요동 운동이라고도 함)에 의해 압축 공기를 공급하는 컴프레서로, 배출되는 압축 공기에 압축기 구동용 윤활유의 혼입이 극히 적기 때문에, 윤활유 등에 의해 오염되어서는 안되는 시멘트나 밀가루 등의 분체 이송용 압축 공기의 공급에 사용되고 있으며, 일반적으로 분체 수송용 특장 차량에 장착되어 사용되고 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 스윙형 오일 프리 컴프레서의 구조 및 작동을 설명하기 위한 도면으로, 도 1은 스윙형 오일 프리 컴프레서의 개략적인 사시도를, 도 2는 로터를 구동시키기 위한 동력 전달 기구의 요부 사시도를, 도 3은 로터의 요동 운동에 의한 실린더 내부의 공기압 발생 과정을 설명하기 위한 실린더부의 단면도를 각각 나타낸다.

스윙형 오일 프리 컴프레서는, 동력 전달 기구가 내장되는 구동부(100)와 로터가 내장되어 공기의 흡입 및 압축-토출 작용을 하는 실린더부(160)로 구성된다.

차량 엔진의 동력 취출축(PTO)등의 회전 동력에 의해 V 벨트 풀리(101)가 구동되면, 키(102)에 의해 V 벨트 풀리(101)에 결합되어 있는 크랭크 축(110)이 V 벨트 풀리(101)에 의해 회전하게 된다. 따라서, 커넥팅 로드(120)에 의해 크랭크 축(110)에 연결되어 있는 구동암(120)도 회전하게 되지만, 구동암(120)의 회전 반경(R')이 크랭크 축(110)의 회전 반경(R)보다 크기 때문에 구동암(120)은 선회운동을 하지 못하고 일정 각도, 예를 들어 90°의 회전 왕복 운동을 하게 된다. 즉, 크랭크 축(110)의 회전 운동이 구동암(120)의 회전 왕복 운동으로 변환 되어로터축(140)에 전달됨으로 인해 로터(141)은 일정 각도의 회전 왕복 운동을 하게 된다.

실린더(161)의 내부는 두 개의 흡입 밸브 베이스(170)와 로터(141)에 의해 네 개의 구획으로 나누어지게 되는 바, 흡입 밸브 베이스(170)에는 흡입 포트(171) 및 다수개의 흡입공(172)이 형성되어 있으며, 흡입공(172)을 개폐하기 위한 판상의 흡입 밸브(173)가 설치되어 있다. 한편, 실린더(161)에는 토출 포트(164)에 연통되는 토출공(162)이 형성되어 있고, 토출공(162)를 개폐하기 위한 판상의 토출 밸브(163)가 형성되어 있어, 로터(141)가 회전 왕복 운동함에 따라 공기를 흡입하거나 흡입된 공기를 압축하여 토출하는 행정이 연속 동작으로 행해 지게 된다.

이를 도 3을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

로터(141)가 도 3의 화살표 방향으로 회전하는 경우, A 및 C로 표시되어 있는 구역에는 순간적으로 대기압보다 낮은 진공압이 발생되므로, 흡입관(166) 및 흡입 포트(171)를 통하여 유입되는 공기에 의해 흡입 밸브(173)가 열리며 흡입공(172)을 통해 실린더 내부로 공기가 유입된다. 한편, B 및 D로 표시되어 있는 구역 내에 유입되어 있던 공기는 로터(141)가 회전함에 따라 압축되며 토출 밸브(163)를 열게 되며, 압축된 공기는 토출 포트(164) 및 토출관(165)을 통해 외부로 토출되게 된다.

크랭크 축(110)이 계속 회전하여 로터(141)의 회전 방향이 바뀌게 되면, 각 밸브의 개폐 상태는 도 3에 도시되어 있는 상태의 반대가 되어 흡입 및 압축 공기의 토출 과정이 연속적으로 이루어 지게 된다.

미설명 부호 121은 핀, 167은 에어 크리너, 168은 공기 흡입구 커버, 181, 182는 장착부를 각각 나타낸다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 스윙형 오일 프리 컴프레서는 그 작동 구조상 실린더부(160)를 구동부(100)의 측부에 설치할 수 밖에 없으므로 인해 설치에 소요되는 면적이 크게되어 한정된 차량 공간에 충분한 용량의 컴프레서를 장착하기가 곤란하였다. 또한, 구동부(100)와 실린더부(160)가 별도의 장착부(181, 182)에 의해 의해 장착되어 컴프레서의 구동시 구동부와 실린더부가 별도로 진동함에 따라, 구동부와 실린더부의 연결 부위의 가스켓의 파손이 잦아 파손 부위로부터 윤활유 및 압축 공기가 누출되기 쉬웠으며, 로터축(140)이 파손되는 경우도 종종 발생하였다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 크랭크 축의 회전 방향에 직각 방향으로 로터가 회전 왕복 운동할 수 있도록 함으로서, 구동부의 상부에 실린더부를 설치할 수 있도록 한 스윙형 오일 프리 컴프레서를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 스윙형 오일 프리 컴프레서의 외관을 나타내는 사시도.

도 2는 종래의 스윙형 오일 프리 컴프레서의 동력 전달 기구의 요부사시도.

도 3은 로터의 요동 운동에 의한 실린더 내부의 공기압 발생 과정을 설명하기

위한 실린더부의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 스윙형 오일 프리 컴프레서의 외관을 나타내는 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 동력 전달 기구의 일실시예를 나타내는 분해사시.

도 6은 본 발명에 따른 동력 전달 기구의 동작상태도.

도 7은 본 발명의 다른실시예를 나타내는 개념도.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스윙형 오일 프리 컴프레서는, 크랭크축이 회전운동함에 따라 로터를 회전 왕복 운동시키는 동력 전달 기구를 구비하는 구동부와, 상기 로터가 내장되며, 로터가 회전 왕복 운동함에 따라 공기의 흡입 및 압축-토출 작용을 하는 실린더부를 포함하는 스윙형 오일 프리 컴프레서에있어서, 상기 동력 전달 기구는, 크랭크 축과; 일단은 상기 크랭크 축의 크랭크 핀에 구면 베어링을 매개로하여 회전가능하게 결합되고, 타단은 구동암에 구면 베어링을 매개로하여 회전 가능하게 결합되어 상기 크랭크 축의 회전 운동을 구동암에 전달하여 주는 커넥팅 로드;와 상기 크랭크 축의 회전력을 상기 커넥팅 로드를 통해 전달 받아 크랭크 축의 회전 방향에 직각 방향으로 회전 왕복 운동하는 구동암;과 상기 구동암에 상기 크랭크 축과 직각 방향으로 결합되는 로터로 구성되며, 상기 구동부의 상부에 상기 실린더부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 스윙형 오일 프리 컴프레서의 외관을 나타내는 사시도로, 본 발명의 스윙형 오일 프리 컴프레서는, 동력 전달 기구가 내장되는 구동부(100)와 로터가 내장되어 로터가 회전 왕복 운동함에 따라 공기의 흡입 및 토출 작용을 하는 실린더부(160)로 구성되는 것은 종래와 같으나, 도 5의 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 크랭크 축의 회전 방향에 직각 방향으로 로터가 회전 왕복 운동할 수 있도록 하기 위한 동력 전달 기구를 사용함으로써 구동부(100)의 상부에 실린더부(160)가 설치되게 된다.

도 5는, 본 발명에 적용되는 동력 전달 기구의 바람직한 실시예를 나타내는 분해 사시도를 나타내는 바, 본 실시예의 동력 전달 기구는 자동차의 동력 취출축 등의 외부 동력원에 의해 회전 되는 V 벨트 풀리(101)와, V 벨트 풀리의 회전력을 받아 회전 운동하는 크랭크 축(10)과, 일단은 크랭크 축(10)의 크랭크 핀(13)에 구면베어링(30)을 매개로하여 회전 가능 하게 결합되고 타단은 구동암(40)에 구면 베어링(30')을 매개로하여 회전 가능하게 결합되어, 크랭크 축의 회전 운동을 구동암에 전달하여 주는 커넥팅 로드(20)와, 크랭크 축의 회전력을 커넥팅 로드를 통해 전달 받아 일정 각도 회전 왕복 운동하는 구동암(40)과, 구동암의 일측단에 크랭크 축(10)에 직각 방향으로 결합되는 로터(50)로 구성된다.

크랭크 축(10)은 V 벨트 풀리(101) 등을 통해 외부로부터의 회전 동력을 전달 받아 회전 운동하는 주축(11)과, 주축에 평행하게 일정 거리 떨어져 형성되어 있어 주축이 회전 운동함에 따라 주축을 중심으로 원운동하는 크랭크 핀(13)과, 주축과 크랭크 핀을 연결하는 크랭크 암(12)으로 구성되는 바, 크랭크 핀(13)에 구면 베어링이 삽입될 수 있도록 크랭크 축은 도시된 바와 같이 분할형으로 형성하여, 구면 베어링(30)이 압입되어 있는 커넥팅 로드(20)를 크랭크 핀(13)에 삽입한 후 와셔(14) 및 나사(15) 등에 의해 조립할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

커넥팅 로드(20)의 양단에는 각각 구면 베어링(30, 30')이 설치되며, 그 일단은 크랭크축 핀(13)에 타단은 구동암(40)의 회전 단부(41)에 각각 회전 가능하게 결합된다.

잘 알려진 바와 같이, 구면 베어링(30, 30')은 구형상의 일부를 포함하는 내륜(31, 31')이 구면의 홈을 갖춘 외륜(32, 32') 내에서 상대 운동 가능 하게 결합되어 있기 때문에, 구면 베어링의 외륜(32, 32')에 결합되어 있는 커넥팅 로드(20)는 구면 베어링의 내륜(31, 31')에 결합되어 있는 크랭크 핀(13)이나 구동암(40)에 대해 축방향 회전 가능함과 동시에 축직각 방향으로 일정 각도 경사진 상태에서도 동력을 전달할 수 있게 된다.

구동암(40)의 회전 중심부(42)에는 크랭크 축에 수직 방향으로 로터(50)가 결합되며, 회전 단부(41)는 포크 형상으로 형성되어, 구면 베어링(30')의 내륜에 결합되는 결합핀(33)을 매개로 케넥팅로드와 회전가능하게 결합된다. 구동암(40)은 베어링(도시 안함) 등에 의해 하우징(도시 안함)에 지지되는 로터(50)의 회전축(51)을 중심으로 로터와 함께 회전 가능하게 설치되므로, 크랭크 핀(13)이 크랭크축의 주축을 중심으로 원운동함에 따라, 커넥팅 로드(20)의 크랭크측 단부(21)는 크랭크 핀(13)과 함께 원운동 하게 되고, 커넥팅 로드의 구동암측 단부(22)는 회전 왕복 운동을 하게 된다. 따라서, 커넥팅 로드(20)의 일단에 결합되어 있는 구동암(40)의 회전 단부(41)는 로터축을 중심으로 회전 회전 왕복 운동을 하게 되고, 그에 따라 실린더부(160) 내의 로터(50)가 회전 왕복 운동하며 공기의 압축을 행하게 된다.

로터의 회전 왕복 운동에 대한 실린더부 내에서의 공기 압축 작용 및 그와 관련된 구성이나 구동부에의 크랭크축의 설치 구성 또는 구동부와 실린더부의 결합부의 구성 등은 종래와 같으므로 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

미설명 부호 15, 17, 44는 너트를, 14, 16, 43은 와셔를, 102, 142는 키이를 각각 나타낸다.

이와 같이 구성되는 스윙형 오일 프리 컴프레서의 동작 및 작용을 도 6의 동작 상태도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6 도은 크랭크 축의 회전 운동이 크랭크 축에 직각 방향인 로터의 회전 왕복 운동으로 변환되는 원리을 설명하기 위한 개념도로, 도 6A 내지 도 6D에는 크랭크축(10)의 회전 상태에 따른 커넥팅 로드(20) 및 구동암(40)의 위치 관계를 나타내기 위한 평면도 및 사시도가 각각 도시되어 있다.

도 6A 및 도 6C의 상태, 즉 크랭크 핀(13)이 구동부의 상하부 위치인 상사점 또는 하사점에 도달한 경우, 커넥팅 로드(20)는 크랭크 축(10)에 직각인 상태가 되며, 구동암(40)은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 구동암의 요동각(S)의 중간에 위치하게 된다.

도 6A의 상태에서 크랭크 축(10)이 더욱 회전하여 크랭크 암(12)이 도 6B와 같이 수평 상태에 이르는 동안 구동암(40)은 로터축(51)을 중심으로 시계 방향으로 회전하여 요동각(S)의 최외각 지점에 이르게 된다. 이때, 커넥팅 로드(20)의 크랭크 핀(13)에 대한 경사각(S')은 구동암(40)이 회전함에 따라 점차 커지게 되나, 커넥팅 로드(20)의 양단에 구면 베어링(30, 30')이 설치되어 있음으로 인해 지속적인 운동의 전달이 가능하게 된다.

도 6B에서 도 6C, 도 6C에서 도 6D, 도 6D에서 도 6A로의 회전 과정도 상기와 대동 소이하며 도면으로부터 명백히 알 수 있으므로 그에 대한 반복적인 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이, 크랭크 축(10)이 일회전하는 동안 구동암(40)은 요동각 S만큼 회전 왕복하게 되며, 그에 따라 실린더부(160) 내에 설치되는 로터(50)는 크랭크 축(10)의 회전축에 직각인 로터축(51)을 중심으로 구동암의 요동각 S만큼 회전 왕복하며 1 행정의 흡입 및 압축-토출 동작을 완료하게 된다.

본 발명의 원리를 이해하기 쉽도록 하기 위해, 도 6에는 구동암(40)이 크랭크 축(10)과 동일 수평면상에 설치되는 것으로 도시되었으나, 이는 필수 조건은 아니며, 로터의 왕복 각도 즉, 구동암의 요동각 S는 크랭크 핀(13)의 편심거리, 커넥팅 로드(20)의 길이, 구동암(40)의 길이, 구동암(40)의 설치 위치 등에 따라 달라지므로 각각의 값을 필요에 따라 적정하게 선정하여 사용하면 된다.

또한, 도 6에는, 크랭크 핀(13)이 상사점 또는 하사점에 있는 경우, 커넥팅 로드(20)가 크랭크 핀(13)에 대해 직각이며 커넥팅 로드(20) 양단의 구면 베어링(30, 30')이 중립 위치에 놓이는 것으로 도시되었으나, 이 역시 필요에 따라 적정하게 선택하여 사용할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 개념도로, 구동암(40)의 양단부 각각에 커넥팅 로드(20, 20')가 설치되며, 로터(50)가 구동암(40)의 중앙에 결합된 것으로, 커넥팅 로드 및 구동암에 가해지는 하중이 분산되고, 구동암의 양단에 가해지는 하중이 상호 균형을 이루게 되므로, 로터의 구동이 보다 원할히 이루어 지고, 내구성이 향상된다는 이점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스윙형 오일 프리 컴프레서에 따르면, 크랭크 축의 회전 방향에 직각 방향으로 로터가 회전 왕복 운동할 수 있도록 함으로써 구동부의 상부에 실린더부를 설치할 수 있으며, 그에 따라, 최소한의 바닥 면적을 사용하여 충분한 용량의 컴프레서를 장착할 수가 있게 되며, 또한, 컴프레서의 구동시 구동부와 실린더부가 별도의 모드로 진동하지 않고 동일 모드로 함께 진동하게 되므로 구동부와 실린더부의 연결 부위의 가스켓의 파손을 방지하여 파손 부위로부터 윤활유 및 압축 공기가 누출되는 것을 방지할 수 있으며, 로터축의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 사람에 의하여 가능함은 물론이다.

Claims (3)

1. 크랭크축이 회전운동함에 따라 로터를 회전 왕복 운동시키는 동력 전달 기구를 구비하는 구동부와, 상기 로터가 내장되며, 로터가 회전 왕복 운동함에 따라 공기의 흡입 및 압축-토출 작용을 하는 실린더부를 포함하는 스윙형 오일 프리 컴프레서에 있어서, 상기 동력 전달 기구는, 크랭크 축과; 일단은 상기 크랭크 축의 크랭크 핀에 구면 베어링을 매개로하여 회전가능하게 결합되고, 타단은 구동암에 구면 베어링을 매개로하여 회전 가능하게 결합되어 상기 크랭크 축의 회전 운동을 구동암에 전달하여 주는 커넥팅 로드;와 상기 크랭크 축의 회전력을 상기 커넥팅 로드를 통해 전달 받아 크랭크 축의 회전 방향에 직각 방향으로 회전 왕복 운동하는 구동암;과 상기 구동암에 상기 크랭크 축과 직각 방향으로 결합되는 로터로 구성되며, 상기 구동부의 상부에 상기 실린더부가 설치되는 것을 특징으로 하는 스윙형 오일 프리 컴프레서.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥팅 로드 양단부의 크랭크 핀 결합부와 구동암 결합부가 서로 직각으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스윙형 오일 프리 컴프레서.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 구동암의 양단부 각각에 커넥팅 로드가 설치되며, 상기 로터는 상기 구동암의 중앙에 결합되는 것을 특징으로 하는 스윙형 오일 프리컴프레서.