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KR20200095995A - 스크롤 압축기 - Google Patents

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KR20200095995A
KR20200095995A KR1020190014115A KR20190014115A KR20200095995A KR 20200095995 A KR20200095995 A KR 20200095995A KR 1020190014115 A KR1020190014115 A KR 1020190014115A KR 20190014115 A KR20190014115 A KR 20190014115A KR 20200095995 A KR20200095995 A KR 20200095995A
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KR
South Korea
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orbiting
scroll
housing
protrusion
rotor
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Application number
KR1020190014115A
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Inventor
권오창
김제훈
김태경
임우경
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US16/779,403 priority patent/US20200248692A1/en
Priority to EP20154795.7A priority patent/EP3690247A1/en
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Abstract

스크롤 압축기에 대한 발명이 개시된다. 개시된 발명은: 선회스크롤이 외전형 모터에 직결되어 선회하는 것을 기술적 특징으로 한다. 구체적으로, 모터는 하우징에 고정되는 고정자의 외측에 회전자가 배치되는 외전형 모터 형태로 구비되고, 선회스크롤은 회전자에 직결되어 회전자의 회전에 의해 선회되도록 마련됨으로써, 스크롤 압축기의 구동에 필수적으로 필요한 구성인 모터의 회전자가 크랭크축과 메인프레임의 역할을 대체할 수 있다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스크롤 압축기에 관한 것이다.
압축기는, 냉매 가스 등의 유체를 압축하는 기기로서, 유체를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 왕복동식 압축기, 스크롤 압축기 등으로 구분할 수 있다.
스크롤 압축기는, 두 개의 스크롤이 상대 선회운동을 하면서 양쪽 스크롤 사이에 복수 개의 압축실이 형성되고, 이 압축실이 지속적으로 중심 방향으로 이동하면서 체적이 작아짐에 따라 냉매가 연속으로 흡입 압축되며 토출되는 방식이 적용된 압축기이다.
도 1은 종래 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 횡형 스크롤 압축기(이하, 스크롤 압축기로 약칭함)는, 밀폐된 케이싱(1)의 수용공간에 고정스크롤(2)과 선회스크롤(3)로 된 압축부를 포함한다. 그리고 이러한 압축부에는, 압축부에 동력을 전달하기 위한 구동모터(4)가 크랭크축(5)으로 연결되어 설치되어 있다.
케이싱(1)의 수용공간은, 메인프레임(6)에 의해 흡입구(11)가 연통되는 흡입공간(S1), 및 토출구(12)가 연통되는 토출공간(S2)으로 분리된다. 이 중 흡입공간(S1)은, 흡입구(11)와 연통되는 흡입챔버(15), 및 그 흡입챔버(15)와 분리되어 압축실(P)과 토출공간(S2)이 연통되도록 하는 토출챔버(16)로 구획되어 있다.
고정스크롤(2)은 메인프레임(6)의 전방측에 고정 설치되는 고정랩(21)을 구비한다. 이러한 고정스크롤(2)에는, 그 고정스크롤(2)에 맞물리며 연속으로 이동하는 두 개 한 쌍의 압축실(S)을 형성하도록 선회랩(31)을 가지는 선회스크롤(3)이 결합된다. 그리고 선회스크롤(3)과 메인프레임(6)의 사이에는, 선회스크롤(3)의 자전을 방지하면서 선회시키는 올담링(Oldham's ring; 7)이 설치되어 있다.
메인프레임(6)의 중앙에는, 크랭크축(5)을 반경 방향으로 지지하는 축수부(61)가 형성된다. 축수부(61)에는, 크랭크축(5)을 반경방향으로 지지하는 메인베어링(62)이 설치되어 있다.
그리고 메인프레임(6)의 일측에는, 그 메인프레임(6)과 함께 크랭크축(5)을 지지하는 서브프레임(8)이 소정의 간격을 두고 고정 결합된다. 메인프레임(6)과 서브프레임(8)의 사이의 토출공간(16)에는, 회전력을 발생시키는 구동모터(4)가 설치되어 있다.
도면 중 미설명 부호인 22는 흡입포트, 23은 토출포트, 32는 보스부, 33은 핀베어링, 41는 구동모터의 고정자, 51은 오일유로, 81은 크랭크축을 반경방향으로 지지하는 서브베어링, 82는 오일펌프, 9는 인버터이다.
상기와 같은 스크롤 압축기는 다음과 같이 동작된다.
구동모터(4)에 전원이 인가되면, 크랭크축(5)이 구동모터(4)의 회전자(42)와 함께 회전을 하면서 선회스크롤(3)이 올담링(7)에 의해 메인프레임(6)의 상면에서 편심 거리만큼 선회운동을 한다. 이에 따라 고정랩(21)과 선회랩(31)의 사이에서 한 쌍의 압축실(P)이 연속하여 형성된다.
이 압축실(P)이 선회스크롤(3)의 지속적인 선회운동에 의해 중심으로 이동되며 체적이 감소됨에 따라, 냉매가스는 흡입구(11)를 통해 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 흡입된다. 이처럼 흡입된 냉매가스는, 고정스크롤(2)에 구비되는 흡입포트(22)를 통해 압축실(P)로 흡입되어 압축되면서 토출포트(23)를 통해 케이싱(1)의 토출공간(S2)으로 토출된다. 이처럼 토출된 냉매가스는, 토출관(미도시)을 통해 냉동사이클을 순환하여 다시 케이싱(1)의 흡입공간(S1)으로 흡입된다. 즉 스크롤 압축기에서는 냉매가스가 흡입, 압축, 토출되고, 토출된 다시 흡입, 압축, 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
상기와 같은 구성의 스크롤 압축기에는, 일반적으로 내전형 모터, 즉 고정자(41)가 외측에 배치되고 회전자(42)가 고정자(41)의 내측에 배치된 형태의 구동모터(4)가 구비된다.
이러한 구동모터(4)를 구비하는 스크롤 압축기에서는, 구동모터(4)의 구동력을 선회스크롤(3)에 전달하기 위해 크랭크축(5)이 이용된다. 이러한 크랭크축(5)은 구동모터(4)가 설치된 공간과 압축실(P)이 형성된 공간 사이를 관통하는 형태로 설치되어야만 한다. 이에 따라 크랭크축(5)의 관통 부위에는 크랭크축(5) 주변을 실링하기 위한 샤프트씰이 설치되어야 하며, 이와 같이 설치된 샤프트씰과 크랭크축(5) 간의 마찰로 인한 마찰손실이 증가될 수밖에 없게 된다.
또한 상기와 같은 구성의 스크롤 압축기에는, 흡입공간(S1)과 배출공간(S2)을 분리하기 위해, 구동모터(4)가 설치된 공간과 압축실(P)이 형성된 공간 사이에 메인프레임(6)이 설치되어야 한다. 그러나 이러한 메인프레임(6)은, 스크롤 압축기의 컴팩트화를 이루는데 방해가 되는 요소가 될 수밖에 없다.
또한 상기와 같은 구성의 스크롤 압축기에 따르면, 크랭크축(5)을 안정적으로 지지하기 위해 메인프레임(6) 외에도 서브프레임(8)이 더 추가 배치되고, 이와 관련하여 여러 개의 베어링의 추가가 필요하게 되므로, 부품 수가 증가되고, 증가된 부품 수만큼 조립 공수가 증가되며, 스크롤 압축기의 크기도 더 증가될 수밖에 없게 되는 문제점도 발생된다.
본 발명은, 스크롤 압축기의 구동에 필수적으로 필요한 다른 구성들이 크랭크축과 메인프레임의 역할을 대체할 수 있도록 함으로써, 컴팩트한 크기를 가지면서도 더욱 향상된 성능을 제공할 수 있도록 구조가 개선된 스크롤 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 부품 수와 조립 공수가 감소됨으로써 조립 공수와 제조 비용이 감소되고 소형화가 가능한 스크롤 압축기를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 스크롤 압축기는, 선회스크롤이 외전형 모터에 직결되어 선회하는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로, 모터는 하우징에 고정되는 고정자의 외측에 회전자가 배치되는 외전형 모터 형태로 구비되고, 선회스크롤은 회전자에 직결되어 회전자의 회전에 의해 선회되도록 마련됨으로써, 스크롤 압축기의 구동에 필수적으로 필요한 구성인 모터의 회전자가 크랭크축과 메인프레임의 역할을 대체할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 또 다른 기술적 특징은, 스크롤 압축기를 구성하는 부품들이 조립 단위 별로 일체화되는 것이다.
구체적으로, 선회스크롤모듈은 선회스크롤과 제1돌기가 일체화된 하나의 부품 형태로 제공되며, 하우징을 구성하는 일부 부품인 제2하우징이 고정스크롤과 제2돌기가 일체화된 하나의 부품 형태로 제공된다. 이처럼 스크롤 압축기를 구성하는 부품들이 조립 단위 별로 일체화됨에 따라, 스크롤 하우징을 제조하는데 필요한 부품 수와 조립 공수가 감소됨으로써, 조립 공수와 제조 비용이 감소되고 스크롤 하우징의 소형화 설계가 용이해지게 된다.
상기 스크롤 압축기는, 내부공간이 형성되고 길이방향 일측에 흡입구가 형성되며 길이방향 타측에 토출구가 형성되는 하우징과, 상기 내부공간에 수용되는 모터와, 상기 수용공간에 수용되며 상기 모터보다 상기 토출구에 인접되게 배치되는 고정스크롤, 및 상기 모터와 상기 고정스크롤 사이에 배치되며 상기 고정스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회스크롤모듈을 포함하고, 상기 모터는 상기 하우징에 고정되는 고정자 및 상기 고정자의 지름방향 외측에 배치되어 상기 고정자를 중심으로 회전되는 회전자를 포함하고, 상기 선회스크롤모듈은 상기 회전자와 상기 고정스크롤 사이에 배치되며, 상기 회전자에 직결되어 상기 회전자의 회전에 의해 선회한다.
외전형 모터에 구비되는 회전자는, 고정자의 지름방향 외측을 둘러싸는 스커트부, 및 선회스크롤모듈과 인접한 측에 배치되어 선회스크롤모듈과 마주보는 평면을 형성하며 상기 스커트부와 연결되는 회전면부를 포함하여 이루어질 수 있다.
이러한 회전자의 스커트부와 회전면부는 고정자의 외측에서 일체로 회전하고, 선회스크롤모듈은 회전면부와 직결되어 회전면부의 회전에 의해 선회할 수 있다.
그리고 상기 모터는, 상기 회전면부에 편심되게 배치되는 편심축을 더 포함하고, 상기 선회스크롤모듈은, 상기 편심축에 결합되어 상기 편심축을 따라 선회할 수 있다.
또한 상기 선회스크롤모듈은, 회전하는 상기 회전면부가 형성하는 회전면과 나란한 평면을 형성하는 선회경판과 상기 선회경판으로부터 상기 선회경판의 두께방향으로 돌출되게 형성되는 선회랩을 포함하는 선회스크롤, 및 상기 회전면부와 마주보는 상기 선회경판의 일측면에 오목하게 형성되는 결합홈을 포함하고, 상기 편심축이 상기 결합홈에 회전 가능하게 끼움 결합될 수 있다.
그리고 상기 결합홈에는, 상기 편심축과 회전 가능하게 결합되는 구동베어링이 고정될 수 있다.
또한 상기 하우징은, 내부에 상기 내부공간이 형성되고 길이방향 일측에 흡입구가 형성되며 길이방향 타측에 개구부가 형성되는 제1하우징, 및 상기 제1하우징의 타측에 배치되어 상기 개구부를 덮으며 상기 토출구가 형성되는 제2하우징을 할 수 있다.
그리고 상기 제2하우징은, 상기 개구부를 덮도록 마련되는 덮개부, 및 상기 제1하우징의 외주면과 나란한 평면을 형성하도록 마련되고 상기 제1하우징의 길이방향 타측에 결합되어 상기 덮개부를 상기 제1하우징에 결합시키는 결합부를 포함할 수 있다.
상기 고정스크롤은 상기 내부공간에서 상기 모터 또는 상기 선회스크롤모듈과 마주보는 상기 덮개부의 내측면에 배치되고, 상기 토출구는 상기 덮개부를 관통하며 상기 고정스크롤과 연결되게 형성될 수 있다.
또한 상기 선회스크롤모듈은 상기 선회경판으로부터 상기 선회경판의 지름방향 외측으로 돌출되게 형성되는 제1돌기를 포함할 수 있고, 상기 스크롤 압축기는 상기 제1돌기와 간섭되어 상기 선회스크롤의 자전을 저지하는 제2돌기를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 제1돌기는 상기 선회경판으로부터 상기 결합부를 향해 돌출되게 형성되고, 상기 제2돌기는, 상기 결합부의 내측면으로부터 상기 선회경판을 향해 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 제1돌기는, 상기 선회경판의 둘레방향을 따라 복수개가 일정 간격으로 배치되고,
인접한 두 개의 상기 제1돌기 사이에 상기 제2돌기가 삽입되는 제1삽입홈이 형성되고,
상기 제2돌기는, 상기 결합부의 둘레방향을 따라 복수개가 일정 간격으로 배치되고,
인접한 두 개의 상기 제2돌기 사이에 상기 제1돌기가 삽입되는 제2삽입홈이 형성되고,
상기 제2삽입홈에 삽입된 상기 제1돌기와 상기 제1삽입홈에 삽입된 상기 제2돌기가 서로 간섭되어 상기 선회스크롤의 자전을 저지하는 스크롤 압축기.
상기 제2돌기는 상기 결합부의 내주면으로부터 상기 결합부의 둘레방향을 따라 곡면을 이루며 돌출되게 형성되고, 상기 제1삽입홈은 상기 제2돌기의 형상에 대응되는 곡면을 이루며 인접한 두 개의 상기 제2돌기 사이에 오목하게 형성될 수 있다.
그리고 상기 제1삽입홈은, 인접한 두 개의 상기 제1돌기의 서로 마주보는 면을 상기 제2돌기의 형상에 대응되는 곡면 형상으로 연결함으로써 형성될 수 있다.
또한 상기 제1돌기는 상기 선회스크롤과 일체로 형성되고, 상기 제2돌기는, 상기 제2하우징과 일체로 형성될 수 있다.
그리고 상기 선회스크롤에 흡입포트가 형성되고, 상기 고정스크롤에 배출포트가 형성되어 상기 토출구와 연결될 수 있다.
또한 하우징은, 상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 구비되어 상기 제1하우징의 길이방향 일측에 고정되는 지지부재를 포함할 수 있다.
상기 지지부재는, 상기 회전자의 회전 중심에 배치되고, 상기 고정자는 상기 지지부재의 둘레방향 외측에 고정되며, 상기 회전자는, 상기 지지부재에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
그리고 상기 지지부재는 길이방향 일측이 상기 제1하우징에 고정되는 누운 원기둥 형상으로 형성되고, 상기 스크롤 압축기는 상기 회전면부를 상기 지지부재에 회전 가능하게 결합시키는 메인베어링을 더 포함할 수 있다.
상기 메인베어링은 상기 지지부재와 마주보는 상기 회전면부의 일측면과 맞대어지며 상기 회전면부에 고정되고, 상기 지지부재와 마주보는 상기 회전면부의 일측면에는 상기 회전면부에 고정되는 상기 메인베어링의 둘레방향 외측을 둘러싸는 고정리브가 돌출되게 형성될 수 있다.
또한 상기 선회스크롤모듈은, 상기 선회스크롤에 관통되게 형성되어 상기 회전면부와 상기 선회경판 사이의 틈과 상기 압축실 사이를 연결하는 통로를 형성하는 배압홀을 포함할 수 있다.
상기 배압홀은 상기 선회경판을 상기 선회경판의 두께방향으로 관통하는 관통홀 형태로 형성되고, 상기 선회스크롤모듈은 상기 배압홀을 상기 선회경판의 직경방향 외측에서 둘러싸며 상기 회전면부와 상기 선회경판 사이의 틈을 실링하는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 스크롤 압축기에 따르면, 선회스크롤이 외전형 모터의 회전자에 직결되어 선회할 수 있도록 하고, 이를 통해 스크롤 압축기의 구동에 필수적으로 필요한 구성인 모터의 회전자가 크랭크축과 메인프레임의 역할을 대체할 수 있도록 함으로써, 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
즉 본 발명은, 스크롤 압축기에서 크랭크축과 메인프레임이 설치될 필요가 없도록 함으로써, 크랭크축과 메인프레임으로 인해 증가되는 마찰손실을 감소시켜 스크롤 압축기의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 크랭크축과 메인프레임이 차지하던 영역만큼 기기의 크기를 줄일 수 있어 컴팩트한 크기를 갖는 스크롤 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 스크롤 압축기에서 크랭크축이 설치될 필요가 없도록 함으로써, 크랭크축의 지지에 필요한 부품들만큼 부품의 수를 줄일 수 있고, 이들 부품의 감소분만큼 스크롤 압축기의 제조에 필요한 조립 공수를 감소시킬 수 있으며, 스크롤 압축기의 중량 및 크기를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 스크롤 압축기를 구성하는 부품들이 조립 단위 별로 일체화된 형태로 제공되도록 함으로써, 스크롤 하우징을 제조하는데 필요한 부품 수와 조립 공수가 감소되고, 이를 통해 조립 공수와 제조 비용이 감소되고 스크롤 하우징의 소형화 설계가 용이해질 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 횡형 스크롤 압축기의 일례를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 "Ⅲ-Ⅲ" 선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 스크롤 압축기의 냉매 이동 경로를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1의 "Ⅴ-Ⅴ" 선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 1의 "Ⅵ-Ⅵ" 선에 따른 단면을 도시한 단면 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선회스크롤모듈과 제2하우징을 분리하여 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 및 선회스크롤모듈을 분리하여 도시한 단면 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1돌기와 제2돌기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 선회스크롤모듈의 자전 억제 메커니즘을 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스크롤 압축기의 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
[스크롤 압축기의 전반적인 구조]
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 "Ⅲ-Ⅲ" 선에 따른 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 스크롤 압축기의 냉매 이동 경로를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스크롤 압축기(100)는, 하우징(110,120)과 모터(130)와 고정스크롤(140) 및 선회스크롤모듈(150)을 포함한다.
하우징(110,120)은, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기(100)의 외관을 형성한다. 이러한 하우징(110,120)의 내부에는, 스크롤 압축기(100)를 구성하는 각종 부품들이 수용되기 위한 수용공간이 형성된다.
본 실시예에서, 하우징(110,120)은 대략 누운 원통 형상으로 형성되는 것으로 예시된다. 이러한 하우징(110,120)의 길이방향 일측(이하, "좌측"이라 한다), 즉 하우징(110,120)의 일측 밑면(이하, "좌측 밑면"이라 한다)에는 흡입구(110a)가 형성될 수 있다. 그리고 하우징(110,120)의 길이방향 타측(이하, "우측"이라 한다), 즉 하우징(110,120)의 타측 밑면(이하, "우측 밑면"이라 한다)에는 토출구(120a)가 형성될 수 있다. 흡입구(110a)는 냉매가 하우징(110,120)의 내부로 유입되기 위해 하우징(110,120)에 형성된 통로이며, 토출구(120a)는 하우징(110,120)의 내부에서 압축된 냉매가 하우징(110,120)의 외부로 토출되기 위해 하우징(110,120)에 형성된 통로이다.
하우징(110,120)의 수용공간은, 모터(130)가 설치되는 공간인 모터부(A)와, 냉매의 압축이 이루어지는 공간인 압축부(B)로 구분될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 압축부(B)의 우측에는 하우징(110,120)의 우측 밑면(121)에 결합되어 압축부(B)의 우측을 덮는 프런트 하우징이 설치될 수 있다. 그리고 모터부(A)의 좌측에는 하우징(110,120)의 좌측 밑면(111)에 결합되어 인버터를 수용하는 리어 커버가 설치될 수 있다. 여기서 인버터는, 스크롤 압축기(100)의 운전을 제어하는 제어유닛으로 마련된다.
모터(130)는, 하우징(110,120)의 수용공간, 좀 더 구체적으로는 모터부(A)에 수용된다. 이러한 모터(130)는, 고정자(131)와 회전자(135)를 포함하여 이루어지되, 외전형 모터 형태로 구비될 수 있다. 또한 모터(130)는, 회전자(135)의 회전속도가 동일한 정속모터가 사용될 수도 있으나, 회전자(135)의 회전속도가 가변될 수 있는 인버터 모터가 사용될 수도 있다.
고정자(131)는, 모터(130)의 중심에 배치되며, 하우징(110,120)에 고정된다. 즉 고정자(131)는, 회전자(135)보다 모터(130)의 회전반경 중심에 배치되며, 하우징(110,120)에 마련된 지지부재(115)에 결합되어 하우징(110,120)에 고정된다.
회전자(135)는, 고정자(131)의 지름방향 외측에 배치되어 고정자(131)를 중심으로 회전될 수 있게 마련된다. 즉 외전형 모터 형태로 구비되는 본 실시예의 모터(130)는, 내측에 위치한 고정자(131)를 중심으로 외측에 위치한 회전자(135)가 회전하는 형태로 구동될 수 있다.
고정스크롤(140)은, 하우징(110,120)의 수용공간, 좀 더 구체적으로는 압축부(B)에 수용된다. 이러한 고정스크롤(140)은, 모터부(A)에 배치되는 모터(130)보다는 토출구(120a) 측에 인접되게, 즉 하우징(110,120)의 우측 밑면(121) 측에 인접되게 배치된다.
선회스크롤모듈(150)은, 모터(130)와 고정스크롤(140) 사이에 배치된다. 이러한 선회스크롤모듈(150)은, 선회스크롤(160)을 포함하여 이루어질 수 있다. 선회스크롤(160)은, 고정스크롤(140)과 맞물려 압축실을 형성한다.
상기와 같은 선회스크롤(160)을 포함하여 이루어지는 선회스크롤모듈(150)은, 회전자(135)에 직결되어 회전자(135)의 회전에 의해 선회하도록 마련될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기와 같이 구성되는 스크롤 압축기(100)에서, 냉매는 흡입구(110a)를 통해 스크롤 압축기(100)의 내부로 유입된다. 이와 같이 유입된 냉매는, 모터부(A)를 통과하여 회전자(135) 측으로 이동한 후, 회전자(135)를 통과하여 압축부(B)로 유입된다. 압축부(B)로 유입된 냉매는 선회스크롤(160)과 고정스크롤(140)이 맞물려 형성된 압축실로 유입되어 압축되고, 압축실에서 압축된 고압의 냉매는 토출구(120a)를 통해 스크롤 압축기(100)의 외부로 토출된다.
[하우징의 구조]
하우징(110,120)은, 각각 별물로 마련되어 서로 결합되는 제1하우징(110)과 제2하우징(120)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제1하우징(110)과 제2하우징(120)은, 하우징(110,120)의 길이방향을 따라 구분될 수 있다. 본 실시예에서는, 좌측에 배치되는 것이 제1하우징(110)이며, 우측에 배치되는 것이 제2하우징(120)인 것으로 예시된다. 물론, 모터(130)와 고정스크롤(140), 선회스크롤모듈(150)의 배치 위치에 따라 제1하우징(110)이 우측에 배치되고 제2하우징(120)이 좌측에 배치되는 형태로 제1하우징(110)과 제2하우징(120)의 배치 형태를 달리할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 제1하우징(110)은 하우징(110,120)의 대부분의 영역을 차지한다. 제1하우징(110)은 대략 누운 원통 형상으로 형성되는데, 이러한 제1하우징(110)의 내부에는 수용공간이 형성되며, 이처럼 제1하우징(110)의 내부에 형성되는 수용공간의 대부분의 영역은 모터부(A)가 차지하게 된다.
하우징(110,120)의 좌측 밑면(111)은 제1하우징(110)의 길이방향 일측, 즉 좌측에 배치되며, 제1하우징(110)의 길이방향 타측, 즉 우측에는 개구부가 형성된다. 즉 제1하우징(110)은, 내부에 수용공간이 형성되고 우측이 개구된 누운 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 흡입구(110a) 또한 제1하우징(110) 상에 형성된다.
제2하우징(120)은, 제1하우징(110)의 길이방향 타측, 즉 우측에 배치된다. 이러한 제2하우징(120)은, 제1하우징(110)의 개구된 우측에 결합되어 개구부를 덮는다. 이와 같이 제1하우징(110)과 결합된 제2하우징(120)의 내부에 형성되는 수용공간의 대부분의 영역은 압축부(B)가 차지하게 된다.
그리고 하우징(110,120)의 우측 밑면(121)은, 제2하우징(120)의 길이방향 타측, 즉 우측에 배치된다. 그리고 토출구(120a) 또한 제2하우징(120) 상에 형성된다.
상기 제2하우징(120)은, 덮개부(121)와 결합부(125)를 포함하여 이루어질 수 있다.
덮개부(121)는, 개구부를 덮도록 마련되는 것으로, 개구부의 형상에 대응되는 원형 형상을 포함하는 원판 형태로 구비될 수 있다. 이러한 덮개부(121)는 하우징(110,120)의 우측 밑면(121)을 형성할 수 있으며, 토출구(120a)는 이 덮개부(121) 상에 형성될 수 있다.
결합부(125)는, 제1하우징(110)의 외주면과 나란한 면을 형성하도록 마련된다. 이러한 결합부(125)는, 덮개부(121)의 테두리로부터 제1하우징(110)의 외주면과 나란한 방향으로 연장된 형태로 형성된다. 이와 같이 형성된 결합부(125)는, 제1하우징(110)의 길이방향 타측, 즉 개구부가 형성된 제1하우징(110)의 우측에 결합되어 덮개부(121)를 제1하우징(110)에 결합시킨다.
결론적으로, 하우징(110,120)은 좌측에 배치된 제1하우징(110)과 그 우측에 배치된 제2하우징(120)이 서로 결합된 형태로 제공되며, 이와 같이 제공된 하우징(110,120)의 내부공간에 모터(130), 선회스크롤모듈(150), 고정스크롤(140)과 같이 스크롤 압축기(100)를 구성하는 부품들이 수용된다.
하우징(110,120)이 제1하우징(110)과 제2하우징(120)으로 분리 가능하게 제공되므로, 제1하우징(110)과 제2하우징(120)이 분리된 상태에서 모터(130), 선회스크롤모듈(150)과 같은 부품들을 제1하우징(110)의 내부에 설치한 후, 제1하우징(110)과 제2하우징(120)을 결합시키는 형태로 스크롤 압축기(100)의 조립 작업을 용이하게 진행할 수 있다.
후술하겠지만, 고정스크롤(140)이 제2하우징(120) 상에 마련되므로, 제1하우징(110)에 제2하우징(120)을 결합시키는 작업만으로, 하우징(110,120)의 조립과 고정스크롤(140)의 설치를 단번에 이룰 수도 있다.
[모터의 구조]
도 5는 도 1의 "Ⅴ-Ⅴ 선에 따른 단면도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 모터(130)는 고정자(131)와 회전자(135)를 포함하여 이루어지되, 외전형 모터 형태로 구비될 수 있다. 즉 본 실시예에서의 모터(130)는, 고정자(131)가 내측에 배치되고 회전자(135)가 그 외측에 배치되는 형태로 제공된다.
본 실시예에 따르면, 하우징(110,120)에는 지지부재(115)가 마련된다. 지지부재(115)는, 흡입구(110a)와 토출구(120a) 사이에 위치하도록 구비되며, 제1하우징(110)의 길이방향 일측에 고정됨으로써 하우징(110,120) 상에 고정된다.
일례로서, 지지부재(115)는 그 길이방향 일측이 제1하우징(110)의 좌측 밑면(111)에 고정되는 누운 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 즉 지지부재(115)는, 제1하우징(110)의 좌측 밑면(111)으로부터 하우징(110,120)의 길이방향으로 연장되는 누운 원기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 모터(130), 좀 더 구체적으로는 회전자(135)의 회전 중심에 배치된다.
고정자(131)는, 상기와 같이 마련된 지지부재(115)의 둘레방향 외측에 고정된다. 즉 고정자(131)는, 그 내부에 형성된 중공을 통해 지지부재(115)와 끼움 결합을 이루며 하우징(110,120)의 내부에 고정될 수 있다. 이러한 고정자(131)에는 권선코일이 집중권 방식으로 고정될 수 있다.
외전형 모터 형태로 제공되는 본 실시예의 모터(130)는, 고정자(131)의 지름방향 외측에 배치되는 회전자(135)를 구비한다. 이러한 회전자(135)는, 고정자(131)의 외측에서 고정자(131)를 중심으로 회전될 수 있게 마련되며, 스커트부(136)와 회전면부(137)를 포함하여 이루어질 수 있다.
스커트부(136)는, 고정자(131)의 지름방향 외측을 둘러싸는 형태로 마련된다. 일례로서, 스커트부(136)는 중공이 형성된 파이프 형상으로 형성되어 고정자(131)의 지름방향 외측에 배치될 수 있다. 고정자(131)와 마주보는 스커트부(136)의 내주면에는, 스커트부(136)의 둘레방향을 따라 복수개의 자석(138)이 배치될 수 있다.
회전면부(137)는, 스커트부(136)보다 선회스크롤모듈(150)에 인접한 측에 배치된다. 이러한 회전면부(137)는, 선회스크롤모듈(150)과 마주보는 평면을 형성하며 스커트부(136)와 연결된다.
예를 들어, 회전자(135)는 원판 형상으로 형성된 회전면부(137)와 중공이 형성된 파이프 형상으로 형성된 스커트부(136)가 연결된 형상, 즉 내부에 공간이 형성되고 길이방향 일측이 개방된 누운 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 이러한 회전자(135)는, 스커트부(136)와 회전면부(137)가 고정자(131)의 외측에서 일체로 회전되는 형태로 제공될 수 있다. 후술할 선회스크롤모듈(150)은, 이와 같이 회전될 수 있게 마련되는 회전자(135)의 회전면부(137)와 직결되어 회전자(135)의 회전에 의해 선회할 수 있다.
상기 회전자(135)는, 지지부재(115)에 회전 가능하게 결합됨으로써, 하우징(110,120) 내부에서 회전 가능하게 지지될 수 있다. 이를 위해, 회전자(135)와 지지부재(115) 사이에는 메인베어링(180)이 마련될 수 있다. 메인베어링(180)은, 회전자(135) 상에 설치되어 지지부재(115)와 결합됨으로써, 회전자(135)를 지지부재(115)에 회전 가능하게 지지시킬 수 있다.
메인베어링(180)이 회전자(135)에 설치되기 위해, 회전면부(137)에는 고정리브(134)가 마련된다. 메인베어링(180)은, 지지부재(115)와 마주보는 회전면부(137)의 일측면과 맞대어지며 회전면부(137)에 고정된다. 그리고 지지부재(115)와 마주보는 회전면부(137)의 일측면에는, 회전면부(137)에 고정되는 메인베어링(180)의 둘레방향 외측을 둘러싸는 고정리브(134)가 돌출되게 형성된다.
즉 메인베어링(180)은 그 3면이 회전면부(137)와 고정리브(134)에 의해 감싸진 상태로 회전자(135)에 고정, 설치되며, 이러한 메인베어링(180)과 지지부재(115) 간의 축 결합이 이루어짐에 따라 회전자(135)가 지지부재(115)에 회전 가능하게 결합될 수 있게 된다.
아울러 모터(130)에는, 편심축(139) 마련된다. 편심축(139)은, 회전자(135), 좀 더 구체적으로는 회전면부(137)에 편심되게 배치된다. 편심축(139)에는 선회스크롤모듈(150)이 결합되며, 선회스크롤모듈(150)은 편심축(139)에 결합되어 편심축(139)을 따라 선회할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
[선회스크롤모듈의 구조]
도 6은 도 1의 "Ⅵ-Ⅵ 선에 따른 단면을 도시한 단면 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선회스크롤모듈과 제2하우징을 분리하여 도시한 분해 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전자 및 선회스크롤모듈을 분리하여 도시한 단면 사시도이다.
도 3 및 도 6 내지 도 8을 참조하면, 선회스크롤모듈(150)은, 선회스크롤(160)을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 선회스크롤(160)은, 선회경판(161) 및 선회랩(163)을 포함하여 이루어질 수 있다.
선회경판(161)은, 대략 원판 형상으로 형성되며, 우측 밑면(121)이 형성하는 평면 또는 회전면부(137)가 형성하는 평면과 대략 나란한 평면을 형성한다. 그리고 선회랩(163)은, 선회경판(161)으로부터 선회경판(161)의 두께방향으로 돌출되게 형성된다. 이러한 선회랩(163)은, 우측 밑면(121)과 마주보는 선회경판(161)의 일측면(도 3에 도시된 선회경판의 우측면)으로부터 우측 밑면(121)를 향한 측으로 돌출되게 형성되며, 고정스크롤(140)과 맞물려 압축실을 형성한다.
선회스크롤(160)에는, 흡입포트(165)가 형성될 수 있다. 흡입포트(165)는, 흡입구(110a)를 통해 스크롤 압축기(100)의 내부로 유입된 냉매가 압축실 내부로 유입되기 위한 통로를 형성한다. 이러한 흡입포트(165)는, 선회랩(163)에 관통되게 형성될 수 있으며, 후술할 배출포트(145)에 비해 압축실의 중심부로부터 먼 측에 배치된다. 다른 예로서, 흡입포트(165)는 선회스크롤(160)이 아닌 고정스크롤(140)에 형성될 수도 있다. 이 경우 흡입포트(165)는 고정랩(143)에 관통되게 형성될 수 있다.
선회스크롤모듈(150)에는, 모터(130)와의 결합을 위한 결합홈(162)이 마련된다. 결합홈(162)은, 회전자(135)의 회전면부(137)와 마주보는 선회경판(161)의 일측면(도 3에 도시된 선회경판의 좌측면)에 오목하게 형성되되, 편심축(139)의 형상에 대응되는 형상으로 오목하게 형성된다.
상기와 같이 형성되는 결합홈(162)에는, 편심축(139)이 회전 가능하게 끼움 결합될 수 있다. 이와 같이 이루어지는 결합홈(162)과 편심축(139) 간의 끼움 결합에 의해, 선회스크롤모듈(150)과 회전자(135) 간의 회전 가능한 결합이 이루어질 수 있다.
선회스크롤모듈(150)과 회전자(135) 간의 회전 가능한 결합이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위해, 선회스크롤모듈(150)과 편심축(139) 사이에는 구동베어링(185)이 마련될 수 있다. 구동베어링(185)은, 결합홈(162) 내부에 고정되어 편심축(139)과 결합됨으로써, 선회스크롤모듈(150)을 회전자(135)에 회전 가능하게 지지시킬 수 있다.
이러한 선회스크롤모듈(150)과 회전자(135) 간의 결합을 통해, 선회스크롤모듈(150)은 회전자(135)에 직결되는 방식으로 회전자(135)와 연결되어 모터(130)의 구동력을 전달받을 수 있다. 즉 선회스크롤모듈(150)은, 종래 스크롤 압축기에서와 같이 모터에 구비된 크랭크축(5; 도 1 참조)을 통해 모터의 구동력을 전달받는 것이 아니라, 회전자(135)에 직결되어 회전자(135)를 통해 모터의 구동력을 직접 전달받아 선회할 수 있게 된다.
아울러 회전자(135)의 회전면부(137)는 선회경판(161)과 나란한 평면을 형성하는데, 이에 따라 선회스크롤모듈(150)은 선회경판(161)이 회전면부(137)와 맞대어진 형태로 회전자(135)에 안정적으로 결합될 수 있다.
즉 편심축(139)과 결합홈(162) 간에 이루어지는 끼움 결합뿐만이 아닌 회전면부(137)와 선회경판(161)이 맞대어진 형태의 결합도 함께 이루어지므로, 선회스크롤모듈(150)은 회전자(135)에 더욱 안정적인 구조로 결합될 수 있게 된다.
상기 선회스크롤모듈(150)은 상기와 같이 회전자(135)에 회전 가능하게 연결되며, 이에 따라 선회스크롤(160)은 편심되게 배치된 편심축(139)의 회전 궤적을 따라 선회하는 동작을 하게 된다. 이러한 선회스크롤(160)의 자전을 저지하기 위한 구조물로서, 선회스크롤모듈(150)에는 제1돌기(170)가 마련된다.
제1돌기(170)는 후술할 제2돌기(175)와 간섭되어 선회스크롤(160)의 자전을 저지하는 역할을 하며, 제1돌기(170)와 제2돌기(175)의 구체적인 구조 및 작용에 대해서는 후술하기로 한다.
또한 선회스크롤모듈(150)에는, 배압홀(167)이 마련될 수 있다. 배압홀(167)은, 압축실 내부로 유입된 냉매 중 일부가 압축실 외부로 배출될 수 있게 선회스크롤(160) 상에 마련된 통로이다.
배압홀(167)은, 선회경판(161)을 선회경판(161)의 두께방향으로 관통하는 관통홀 형태로 형성될 수 있다. 이러한 배압홀(167)에 의해, 압축실 내부로 유입된 냉매 중 일부가 배출포트(145)가 아닌 다른 통로를 통해 압축실 외부로 배출되기 위한 통로가 선회스크롤(160) 상에 형성될 수 있다.
아울러 선회스크롤모듈(150)은, 실링부재(190)를 더 포함할 수 있다. 실링부재(190)는, 선회경판(161)과 회전면부(137) 사이에 배치되며, 선회경판(161)의 직경방향 외측에서 배압홀(167)을 둘러싸는 형태로 마련된다.
이에 따라 선회스크롤(160)과 회전자(135) 사이에는, 선회경판(161)과 회전면부(137)와 실링부재(190)로 둘러싸인 밀폐된 공간(이하, "배압실"이라 한다)이 형성된다. 그리고 압축실 내부에서 배압홀(167)을 통해 배출된 냉매는, 이와 같이 밀폐된 공간으로 형성된 배압실로 유입될 수 있다.
배압홀(167)을 통해 배압실로 유입된 냉매는, 선회스크롤(160)과 회전자(135) 사이의 간격을 벌리며 선회스크롤(160)을 고정스크롤(140) 측으로 밀착시키는 압력을 생성하기 위한 압력 발생원으로 작용한다.
즉 선회스크롤(160)에 배압홀(167)이 형성되고 선회스크롤(160)과 회전자(135) 사이에 실링부재(190)에 의해 배압실이 형성됨으로써, 선회스크롤(160)이 고정스크롤(140) 측으로 효과적으로 밀착될 수 있고, 선회스크롤(160) 선회시 선회스크롤(160)과 회전자(135) 사이의 마찰로 인해 발생될 수 있는 마찰손실도 감소시킬 수 있게 된다.
[고정스크롤의 구조]
고정스크롤(140)은, 고정경판(141)과 고정랩(143)을 포함하여 이루어질 수 있다. 고정경판(141)은, 대략 원판 형상으로 형성되며, 우측 밑면(121)이 형성하는 평면과 대략 나란한 평면을 형성한다. 그리고 고정랩(143)은, 고정경판(141)으로부터 고정경판(141)의 두께방향으로 돌출되게 형성된다. 이러한 고정랩(143)은, 모터(130)와 마주보는 고정경판(141)의 일측면으로부터 모터(130)를 향한 측으로 돌출되게 형성되며, 선회스크롤(160)과 맞물려 압축실을 형성한다.
고정스크롤(140)에는, 배출포트(145)가 형성될 수 있다. 배출포트(145)는, 압축실 내부로 유입된 냉매가 압축실 외부로 토출되기 위한 통로를 형성한다. 이러한 배출포트(145)는, 고정경판(141)에 관통되게 형성될 수 있으며, 흡입포트(165)에 비해 압축실의 중심부에 가까운 측에 배치된다.
상기 배출포트(145)는, 제2하우징(120)의 우측 밑면(121) 상에 마련된 토출구(120a)와 연결된다. 이에 따라 압축실 내부에서 압축된 후 배출포트(145)를 통해 압축실 외부로 토출된 고압의 냉매는, 토출구(120a)를 통해 스크롤 압축기(100)의 외부로 토출될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 고정스크롤(140)은 하우징(110,120)의 내부공간에 배치되되, 모터(130) 또는 선회스크롤모듈(150)과 마주보는 덮개부(121)의 내측면에 배치된다. 그리고 토출구(120a)는, 덮개부(121)를 관통하며 고정스크롤(140)과 연결되게 형성된다.
이러한 토출구(120a)는 배출포트(145)와 연결될 수 있는 위치에서 덮개부(121)를 관통하는 형태로 형성됨으로써 배출포트(145)와 연결될 수 있고, 압축실 내부에서 압축된 고압의 냉매는 배출포트(145) 및 토출구(120a)를 통해 스크롤 압축기(100)의 외부로 토출될 수 있다.
본 실시예에서, 고정스크롤(140)은 하우징(110,120), 좀 더 구체적으로는 제2하우징(120)과 일체로 형성되는 것으로 예시된다.
이에 따르면, 제2하우징(120)의 덮개부(121) 중 일부 영역이 고정경판(141)이 되고, 고정랩(143)은 고정경판(141) 역할을 하는 덮개부(121)의 일부 영역으로부터 돌출되는 형태로 형성된다.
이 경우, 배출포트(145)와 토출구(120a) 모두 덮개부(121) 상에 형성되는데, 이러한 점을 고려하면 배출포트(145)와 토출구(120a)가 결국 덮개부(121) 상에 형성된 하나의 홀에 포함되는 것이라고 할 수도 있다.
[선회스크롤의 자전 방지 구조]
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1돌기와 제2돌기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 선회스크롤모듈의 자전 억제 메커니즘을 보여주는 도면이다.
도 3과 도 8 및 도 9를 참조하면, 스크롤 압축기(100)에는 선회스크롤모듈(150)의 자전을 방지하기 위한 구조물이 마련된다. 본 실시예에서는, 선회스크롤모듈(150)의 자전을 방지하기 위한 구조물로서 스크롤 압축기(100)의 내부에 제1돌기(170)와 제2돌기(175)가 마련되는 것으로 예시된다.
제1돌기(170)는, 선회스크롤모듈(150)에 마련된다. 이러한 제1돌기(170)는, 선회경판(161)으로부터 결합부(125)를 향해, 바꾸어 말하면 선회경판(161)의 외주면으로부터 선회경판(161)의 직경방향 외측을 향해 돌출되게 형성된다.
선회스크롤모듈(150)에는, 복수개의 제1돌기(170)가 마련된다. 복수개의 제1돌기(170)는, 선회경판(161)의 둘레방향을 따라 일정 간격으로 배치된다. 즉 선회경판(161)의 외측에는 복수개의 제1돌기(170)가 방사형으로 배치되고, 각각의 제1돌기(170)는 인접한 다른 제1돌기(170)와 각각 일정 간격을 유지하도록 배치된다.
그리고 이와 같이 배치되는 제1돌기(170)들 사이에는 제1삽입홈(171)이 형성된다. 이러한 제1삽입홈(171)은, 인접한 두 개의 제1돌기(170) 사이에 배치되며, 각 제1돌기(170)가 선회경판(161)의 외측에 돌출된 형태로 구비됨에 따라 제1돌기(170)들 사이사이에 자연스럽게 형성되는 오목한 형상부에 해당된다. 즉 선회경판(161)의 외주면에는, 선회경판(161)의 둘레방향을 따라 제1돌기(170)와 제1삽입홈(171)이 각각 하나씩 교대로 배치된다. 제1삽입홈(171)은, 후술할 제2돌기(175)가 제1돌기(170)들 사이로 삽입되는 영역으로 제공된다.
제2돌기(175)는, 하우징(110,120), 좀 더 구체적으로는 제2하우징(120)에 마련된다. 이러한 제2돌기(175)는, 결합부(125)의 내주면으로부터 결합부(125)의 직경방향 중심부를 향한 방향, 바꾸어 말하면 결합부(125)의 내주면으로부터 선회경판(161)을 향한 방향으로 돌출되게 형성된다.
제2하우징(120)에는, 복수개의 제2돌기(175)가 마련된다. 복수개의 제2돌기(175)는, 결합부(125)의 둘레방향을 따라 일정 간격으로 배치된다. 즉 결합부(125)의 내주면에는 복수개의 제2돌기(175)가 방사형으로 배치되고, 각각의 제2돌기(175)는 인접한 다른 제2돌기(175)와 각각 일정 간격을 유지하도록 배치된다.
그리고 이와 같이 배치되는 제2돌기(175)들 사이에는 제2삽입홈(176)이 형성된다. 이러한 제2삽입홈(176)은, 인접한 두 개의 제2돌기(175) 사이에 배치되며, 각 제2돌기(175)가 결합부(125)의 내주면으로부터 돌출된 형태로 구비됨에 따라 제2돌기(175)들 사이사이에 자연스럽게 형성되는 오목한 형상부에 해당된다. 즉 결합부(125)의 내주면에는, 결합부(125)의 둘레방향을 따라 제2돌기(175)와 제2삽입홈(176)이 각각 하나씩 교대로 배치된다. 제2삽입홈(176)은, 제1돌기(170)가 제2돌기(175)들 사이로 삽입되는 영역으로 제공된다.
선회스크롤(160)과 고정스크롤(140)이 서로 맞물렸을 때, 제1돌기(170)와 제2돌기(175)는 하우징(110,120)의 길이방향에 따른 위치가 서로 겹쳐지는 위치에 배치된다. 이때 제1돌기(170)와 제2돌기(175)는, 하우징(110,120)의 둘레방향에 따른 위치는 서로 겹치지 않게 배치된다. 이에 따라 각각의 제1돌기(170)는 각 제2삽입홈(176)에 각각 삽입되고, 각각의 제2돌기(175)는 각 제1삽입홈(171)에 각각 삽입된다.
회전자(135)가 회전되고, 이에 따라 선회스크롤모듈(150)의 선회가 이루어질 때, 도 3 및 도 10에 도시된 바와 같이, 제2삽입홈(176)에 삽입된 제1돌기(170)도 선회스크롤(160)을 따라 함께 선회한다. 이 과정에서, 제2삽입홈(176)에 삽입된 제1돌기(170)와 제1삽입홈(171)에 삽입된 제2돌기(175) 간의 간섭이 이루어지고, 이와 같이 이루어지는 제1돌기(170)와 제2돌기(175) 간의 간섭에 의해, 선회스크롤(160)의 자전이 저지될 수 있다.
한편 선회경판(161)의 둘레방향에 따른 제1돌기(170)의 폭은, 인접한 다른 제1돌기(170)와의 간격보다 좁다. 즉 제1돌기(170)는 제2삽입홈(176)보다 좁은 폭으로 형성되며, 제2돌기(175)는 제1삽입홈(171)보다 좁은 폭으로 형성된다. 이로써 제1돌기(170)와 제2돌기(175) 간의 간섭에 의해 선회스크롤(160)의 자전만이 저지되고, 제1돌기(170)가 제2삽입홈(176) 내에서 선회하는데 필요한 충분한 공간이 제2삽입홈(176) 내에 확보될 수 있게 된다.
아울러 각각의 제2돌기(175)는, 제1돌기(170)와 제2돌기(175) 간의 간섭이 이루어질 때 제1돌기(170)와 접촉되는 면이 곡면을 이루도록 돌출되게 형성될 수 있다.
그리고 각각의 제1삽입홈(171)은, 인접한 두 개의 제1돌기(170) 사이에 오목하게 형성되되, 곡면을 이루도록 형성된 제2돌기(175)의 형상에 대응되는 곡면을 이루며 오목하게 형성될 수 있다. 이러한 제1삽입홈(171)의 형상은, 인접한 두 개의 제1돌기(170)의 서로 마주보는 면을 제2돌기(175)의 형상에 대응되는 곡면 형상으로 연결함으로써 형성될 수 있다.
상기와 같이 제2돌기(175)와 제1삽입홈(171)의 마주하는 면이 곡면 형상으로 형성되면, 제1돌기(170)와 제2돌기(175)가 서로 매끄럽게 슬라이딩되며 서로 간의 간섭 상태를 유지할 수 있게 되므로, 자전이 저지된 상태의 선회스크롤(160)의 선회가 더욱 부드럽고 매끄럽게 이루어질 수 있게 된다.
[스크롤 압축기를 구성하는 부품들의 단위 별 일체화 구조]
도 3과 도 7 및 도 8을 참조하면, 선회스크롤모듈(150)은 선회스크롤(160)과 제1돌기(170)가 일체로 형성된 구조로 제공될 수 있다. 그리고 제2하우징(120)은, 제2하우징(120)만을 포함한 구조가 아니라, 제2하우징(120)과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)가 일체로 형성된 구조로 제공될 수 있다. 또한 회전자(135)도, 회전자(135)만을 포함한 구조가 아니라, 회전자(135)와 고정리브(134)와 편심축(139)이 일체로 형성된 구조로 제공될 수 있다.
구체적으로, 회전자(135)는 회전자(135)의 기본 구성인 스커트부(136)와 회전면부(137)뿐 아니라, 고정자(131)를 중심으로 회전될 수 있게 설치되기 위한 구성인 고정리브(134), 그리고 회전자(135)의 회전력을 선회스크롤(160)에 전달하기 위한 구성인 편심축(139)을 함께 포함한다. 그리고 고정리브(134)와 편심축(139)은, 회전자(135)와 별물로 마련되지 않고 회전자(135)와 일체로 형성된다. 즉 회전자(135)와 고정리브(134)와 편심축(139)이 일체화된 하나의 부품으로 구성되는 것이다.
또한 선회스크롤모듈(150)은, 선회스크롤모듈(150)의 기본 구성인 선회스크롤(160)뿐 아니라, 선회스크롤(160)을 편심축(139) 간의 결합을 위한 구성인 결합홈(162), 선회스크롤(160)의 자전을 억제하기 위한 구성인 제1돌기(170)을 포함한다. 그리고 결합홈(162)과 제1돌기(170)는 선회스크롤(160)과 별물로 마련되지 않고 선회스크롤(160)과 일체로 형성된다. 즉 결합홈(162)이 형성된 선회스크롤(160)과 제1돌기(170)가 일체화된 하나의 부품으로 구성되는 것이다.
결합홈(162)이 형성된 선회스크롤(160)과 제1돌기(170)의 일체화는, 결합홈(162)이 형성된 선회스크롤(160)과 제1돌기(170)를 일체로 성형 가능한지 여부를 고려한 결과이다. 선회스크롤(160)과 제1돌기(170)의 형상을 고려할 때, 선회스크롤(160)과 제1돌기(170)가 결합된 형상은 주조 등의 방법으로 일체로 성형되기에 용이한 형상이라고 할 것이다. 이러한 점을 고려하여, 선회스크롤모듈(150)은 선회스크롤(160)과 제1돌기(170)가 주조 등의 방법으로 일체로 성형된 형태로 제공될 수 있다.
그리고 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)도, 각각 제2하우징(120)과 별물로 마련되지 않고, 제2하우징(120)과 일체로 형성된다. 즉 제2하우징(120)과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)가 일체화된 하나의 부품으로 구성되는 것이다.
제2하우징(120)과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)의 일체화도, 제2하우징(120)과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)를 일체로 성형 가능한지 여부를 고려한 결과이다. 제2하우징(120)과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)의 형상을 고려할 때, 제2하우징(120) 과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)가 결합된 형상 또한 주조 등의 방법으로 일체로 성형되기에 용이한 형상이라고 할 것이다. 이러한 점을 고려하여, 제2하우징(120)은 제2하우징(120)과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)가 주조 등의 방법으로 일체로 성형된 형태로 제공될 수 있다.
이하, 고정리브(134)와 편심축(139)이 일체로 형성된 회전자(135)를 구비하는 모터(130)를 제1부품, 선회스크롤모듈(150)을 제2부품, 제2하우징(120)과 고정스크롤(140) 및 제2돌기(175)가 일체화된 구조물을 제3부품으로 칭하기로 한다.
본 실시예에 따르면, 모터부(A)에 설치되는 주요 부품과 압축부(B)에 설치되는 주요 부품의 조립은, 제1부품과 제2부품 및 제3부품의 조립만으로 대부분 완료될 수 있다.
구체적으로, 고정자(131)를 지지부재(115)에 끼워 제1부품을 하우징(110,120)의 내부공간에 고정시키는 것으로 모터부(A)에 설치되는 주요 부품의 조립이 완료될 수 있다. 그리고 결합홈(162)에 편심축(139)을 끼워 선회스크롤모듈(150)을 회전자(135)에 결합시키는 것, 그리고 선회스크롤(160)과 고정스크롤(140)이 서로 맞물리고 제1돌기(170)와 제2돌기(175)가 서로 맞물리게 제2하우징(120)을 제1하우징(110)을 결합시키는 것으로 압축부(B)에 설치되는 주요 부품의 조립이 완료될 수 있다.
즉 제1하우징(110)에 제1부품을 조립하고 제1부품에 제2부품을 결합시킨 후 제3부품을 제1하우징(110)에 결합시키는 매우 간단한 조립 작업만으로 모터부(A) 및 압축부(B)의 부품 설치가 매우 쉽고 빠르게 이루어질 수 있게 된다.
또한 각 부품들, 특히 제2부품 및 제3부품이 주조 등의 방법으로 쉽게 성형될 수 있으므로, 부품의 제조가 용이하고 부품 제조비용이 절감되는 효과도 함께 제공될 수 있다. 그뿐 아니라, 부품의 일체화를 통해 스크롤 압축기(100)의 제조에 필요한 부품수가 감소될 수 있으므로, 부품 조립에 소요되는 공수가 절감됨은 물론, 부품 관리 또한 더욱 쉽고 편하게 이루어질 수 있게 된다.
[스크롤 압축기의 작용, 효과]
이하, 본 실시예에 따른 스크롤 압축기의 작용, 효과에 대하여 설명한다.
본 실시예의 스크롤 압축기와 종래 스크롤 압축기 간의 주요한 차이점은, 모터의 구성과 메인프레임의 존재 유무이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 스크롤 압축기에는 흡입공간(S1)과 배출공간(S2)을 분리하기 위해, 구동모터(4)가 설치된 공간과 압축실(P)이 형성된 공간 사이에 메인프레임(6)이 설치된다.
또한 종래 스크롤 압축기에서는, 내전형 모터, 즉 고정자(41)가 외측에 배치되고 회전자(42)가 고정자(41)의 내측에 배치된 형태의 구동모터(4)가 구비된다. 이러한 구동모터(4)의 구동력을 선회스크롤(3)에 전달하기 위해 크랭크축(5)이 이용되는데, 크랭크축(5)이 선회스크롤(3)과 연결되기 위해서는 구동모터(4)와 선회스크롤(3) 사이를 가로막는 메인프레임(6)을 관통하는 형태로 설치되어야만 한다.
이에 따라 크랭크축(5)의 관통 부위에는 크랭크축(5) 주변을 실링하기 위한 샤프트씰이 설치되어야 하며, 이와 같이 설치된 샤프트씰과 크랭크축(5) 간의 마찰로 인한 마찰손실이 증가될 수밖에 없게 된다.
또한 스크롤 압축기의 내부에 메인프레임(6)이 배치됨에 따라 메인프레임(6)의 크기만큼 스크롤 압축기의 크기도 함께 커져야 한다. 또한 크랭크축(5)이 메인프레임(6)을 관통하는 부위에서 크랭크축(5)을 회전 가능하게 지지하기 위해 베어링 등이 추가되어야 하는데, 이로 인해 부품 수가 증가되고 증가된 부품만큼 스크롤 압축기의 크기도 증가되는 문제점도 발생된다.
그뿐 아니라, 종래 스크롤 압축기에서는 크랭크축(5)을 안정적으로 지지하기 위해 메인프레임(6) 외에 서브프레임(8)도 함께 구비되어야 한다. 이로 인해 크랭크축(5)이 서브프레임(8)을 관통하는 부위에서 크랭크축(5)을 회전 가능하게 지지하기 위해 베어링 등이 더 추가되어야 하므로, 부품 수 증가의 문제와 스크롤 압축기의 크기 증가 문제는 더욱 커질 수밖에 없게 된다.
이에 비해, 도 3에 도시된 바와 같은 본 실시예의 스크롤 압축기(100)에는, 선회스크롤(160)을 선회시키기 위한 구동부로서, 내전형 모터 대신 외전형 모터 형태의 모터(130)가 적용된다.
또한 이러한 모터(130)와 선회스크롤(160)은, 크랭크축에 의해 연결되지 않고, 선회스크롤(160)이 모터(130)의 회전자(135)에 직결된 형태로 연결된다. 즉 모터(130)의 구동력이 크랙크축에 의해 전달되지 않고 선회스크롤(160)과 직결된 회전자(135)에 의해 직접 전달된다.
그러므로 본 실시예의 스크롤 압축기(100)에서는, 크랭크축 관통 부위에 크랭크축 주변을 실링하기 위한 샤프트씰이 설치될 필요도 없고, 크랭크축 관통 부위에서 크랭크축을 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링 등이 설치될 필요도 없게 된다.
따라서 본 실시예의 스크롤 압축기(100)에서는, 샤프트씰과 크랭크축 간의 마찰로 인한 마찰손실이 증가될 염려가 없고, 크랭크축이 구비되지 않음에 따라 그와 관련된 부품들의 수만큼 부품 수가 감소될 수 있으며, 그 크기도 그만큼 감소될 수 있게 된다.
즉 외전형 모터(130)의 회전자(135)에 선회스크롤(160)이 직결된 형태의 동력 전달 구조가 본 실시예의 스크롤 압축기(100)에 채용됨에 의해, 스크롤 압축기(100)에서 크랭크축 및 그와 관련된 부품들이 제외될 수 있도록 하고, 이를 통해 효율성 높고 적은 수의 부품으로 제조될 수 있으면서도 컴팩트화가 가능한 스크롤 압축기(100)가 제공될 수 있게 된다.
또한 상기와 같이 외전형 모터(130)의 회전자(135)에 선회스크롤(160)이 직결된 구조에서는, 선회스크롤(160)과 맞대어진 형태로 선회스크롤(160)과 결합된 회전자(135)의 회전면부(137)가 종래 스크롤 압축기의 메인프레임 역할을 수행할 수 있다.
본 실시예의 스크롤 압축기(100)의 내부공간에서, 회전자(135)의 회전면부(137)는 모터부(A)와 압축부(B)의 경계 부분에 배치된다. 이러한 회전자(135)의 회전면부(137)는, 모터부(A)와 압축부(B) 사이를 가로지르는 격벽으로 작용할 수 있다.
즉 본 실시예의 스크롤 압축기(100)에 따르면, 모터(130)의 회전자(135)가 모터부(A)와 압축부(B) 사이를 가로지르며 냉매의 흡입공간과 배출공간을 분리하는 격벽으로 작용할 수 있고, 이에 따라 스크롤 압축기(100)의 내부에 종래 스크롤 압축기의 메인프레임과 같은 구성이 별도로 구비될 필요가 없다.
이에 따라 본 실시예의 스크롤 압축기(100)는, 메인프레임이 제외된 공간의 크기만큼 그 크기가 감소될 수 있으므로, 종래에 비해 더욱 컴팩트한 형태로 제공될 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 스크롤 압축기
110 : 제1하우징
110a : 흡입구
115 : 지지부재
120 : 제2하우징
120a : 토출구
130 : 모터
131 : 고정자
134 : 고정리브
135 : 회전자
136 : 스커트부
137 : 회전면부
138 : 자석
139 : 편심축
140 : 고정스크롤
141 : 고정경판
143 : 고정랩
145 : 배출포트
150 : 선회스크롤모듈
160 : 선회스크롤
161 : 선회경판
162 : 결합홈
163 : 선회랩
165 : 흡입포트
167 : 배압홀
170 : 제1돌기
171 : 제1삽입홈
175 : 제2돌기
176 : 제2삽입홈
180 : 메인베어링
185 : 구동베어링
190 : 실링부재
A : 모터부
B : 압축부

Claims (20)

  1. 내부에 수용공간이 형성되고, 길이방향 일측에 흡입구가 형성되며, 길이방향 타측에 토출구가 형성되는 하우징;
    상기 수용공간에 수용되는 모터;
    상기 수용공간에 수용되며, 상기 모터보다 상기 토출구에 인접되게 배치되는 고정스크롤; 및
    상기 모터와 상기 고정스크롤 사이에 배치되며, 상기 고정스크롤과 맞물려 압축실을 형성하는 선회스크롤모듈;을 포함하고,
    상기 모터는, 상기 하우징에 고정되는 고정자, 및 상기 고정자의 지름방향 외측에 배치되어 상기 고정자를 중심으로 회전되는 회전자를 포함하고,
    상기 선회스크롤모듈은, 상기 회전자와 상기 고정스크롤 사이에 배치되며, 상기 회전자에 직결되어 상기 회전자의 회전에 의해 선회하는 스크롤 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는, 상기 고정자의 지름방향 외측을 둘러싸는 스커트부, 및 상기 스커트부보다 상기 선회스크롤모듈에 인접한 측에 배치되어 상기 선회스크롤모듈과 마주보는 평면을 형성하며 상기 스커트부와 연결되는 회전면부를 포함하고,
    상기 스커트부와 상기 회전면부가 상기 고정자의 외측에서 일체로 회전하고,
    상기 선회스크롤모듈은, 상기 회전면부와 직결되어 상기 회전자의 회전에 의해 선회하는 스크롤 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모터는, 상기 회전면부에 편심되게 배치되는 편심축을 더 포함하고,
    상기 선회스크롤모듈은, 상기 편심축에 결합되어 상기 편심축을 따라 선회하는 스크롤 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선회스크롤모듈은,
    회전하는 상기 회전면부가 형성하는 회전면과 나란한 평면을 형성하는 선회경판, 및 상기 선회경판으로부터 상기 선회경판의 두께방향으로 돌출되게 형성되는 선회랩을 포함하는 선회스크롤; 및
    상기 회전면부와 마주보는 상기 선회경판의 일측면에 오목하게 형성되는 결합홈;을 포함하고,
    상기 편심축이 상기 결합홈에 회전 가능하게 끼움 결합되는 스크롤 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결합홈에 고정되어 상기 편심축과 회전 가능하게 결합되는 구동베어링을 더 포함하는 스크롤 압축기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 선회스크롤모듈은,
    회전하는 상기 회전면부가 형성하는 회전면과 나란한 평면을 형성하는 선회경판, 및 상기 선회경판으로부터 상기 선회경판의 두께방향으로 돌출되게 형성되는 선회랩을 포함하는 선회스크롤; 및
    상기 선회경판으로부터 상기 선회경판의 지름방향 외측으로 돌출되게 형성되는 제1돌기;를 포함하고,
    상기 스크롤 압축기는, 상기 제1돌기와 간섭되어 상기 선회스크롤의 자전을 저지하는 제2돌기를 더 포함하는 스크롤 압축기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하우징은,
    내부에 상기 수용공간이 형성되고, 길이방향 일측에 흡입구가 형성되며, 길이방향 타측에 개구부가 형성되는 제1하우징; 및
    상기 제1하우징의 타측에 배치되어 상기 개구부를 덮으며, 상기 토출구가 형성되는 제2하우징;을 포함하는 스크롤 압축기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2하우징은,
    상기 개구부를 덮도록 마련되는 덮개부; 및
    상기 제1하우징의 외주면과 나란한 면을 형성하도록 마련되고, 상기 제1하우징의 길이방향 타측에 결합되어 상기 덮개부를 상기 제1하우징에 결합시키는 결합부;를 포함하는 스크롤 압축기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고정스크롤은, 상기 수용공간에서 상기 모터 또는 상기 선회스크롤모듈과 마주보는 상기 덮개부의 내측면에 배치되고,
    상기 토출구는, 상기 덮개부를 관통하며 상기 고정스크롤과 연결되게 형성되는 스크롤 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1돌기는, 상기 선회경판으로부터 상기 결합부를 향해 돌출되게 형성되고,
    상기 제2돌기는, 상기 결합부의 내측면으로부터 상기 선회경판을 향해 돌출되게 형성되는 스크롤 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1돌기는, 상기 선회경판의 둘레방향을 따라 복수개가 일정 간격으로 배치되고,
    인접한 두 개의 상기 제1돌기 사이에 상기 제2돌기가 삽입되는 제1삽입홈이 형성되고,
    상기 제2돌기는, 상기 결합부의 둘레방향을 따라 복수개가 일정 간격으로 배치되고,
    인접한 두 개의 상기 제2돌기 사이에 상기 제1돌기가 삽입되는 제2삽입홈이 형성되고,
    상기 제2삽입홈에 삽입된 상기 제1돌기와 상기 제1삽입홈에 삽입된 상기 제2돌기가 서로 간섭되어 상기 선회스크롤의 자전을 저지하는 스크롤 압축기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2돌기는, 상기 제1돌기와 상기 제2돌기 간의 간섭이 이루어질 때 상기 제1돌기와 접촉되는 면이 곡면을 이루도록 돌출되게 형성되고,
    상기 제1삽입홈은, 상기 제2돌기의 형상에 대응되는 곡면을 이루며 인접한 두 개의 상기 제1돌기 사이에 오목하게 형성되는 스크롤 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1삽입홈은, 인접한 두 개의 상기 제1돌기의 서로 마주보는 면을 상기 제2돌기의 형상에 대응되는 곡면 형상으로 연결함으로써 형성되는 스크롤 압축기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1돌기는, 상기 선회스크롤과 일체로 형성되고,
    상기 제2돌기는, 상기 제2하우징과 일체로 형성되는 스크롤 압축기.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 선회스크롤에 흡입포트가 형성되고,
    상기 고정스크롤에 배출포트가 형성되어 상기 토출구와 연결되는 스크롤 압축기.
  16. 제2항에 있어서, 상기 하우징은,
    내부에 상기 수용공간이 형성되고, 길이방향 일측에 흡입구가 형성되며, 길이방향 타측에 개구부가 형성되는 제1하우징;
    상기 제1하우징의 길이방향 타측에 배치되어 상기 개구부를 덮으며, 상기 토출구가 형성되는 제2하우징; 및
    상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 구비되어 상기 제1하우징의 길이방향 일측에 고정되는 지지부재;를 포함하고,
    상기 지지부재는, 상기 회전자의 회전 중심에 배치되고,
    상기 고정자는, 상기 지지부재의 둘레방향 외측에 고정되고,
    상기 회전자는, 상기 지지부재에 회전 가능하게 결합되는 스크롤 압축기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지부재는, 길이방향 일측이 상기 제1하우징에 고정되는 누운 원기둥 형상으로 형성되고,
    상기 스크롤 압축기는, 상기 회전면부를 상기 지지부재에 회전 가능하게 결합시키는 메인베어링을 더 포함하는 스크롤 압축기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 메인베어링은, 상기 지지부재와 마주보는 상기 회전면부의 일측면과 맞대어지며 상기 회전면부에 고정되고,
    상기 지지부재와 마주보는 상기 회전면부의 일측면에는, 상기 회전면부에 고정되는 상기 메인베어링의 둘레방향 외측을 둘러싸는 고정리브가 돌출되게 형성되는 스크롤 압축기.
  19. 제1항에 있어서, 상기 선회스크롤모듈은,
    회전하는 상기 회전면부가 형성하는 회전면과 나란한 평면을 형성하는 선회경판, 및 상기 선회경판으로부터 상기 선회경판의 두께방향으로 돌출되게 형성되는 선회랩을 포함하는 선회스크롤; 및
    상기 선회스크롤에 관통되게 형성되어 상기 회전면부와 상기 선회경판 사이의 틈과 상기 압축실 사이를 연결하는 통로를 형성하는 배압홀을 포함하는 스크롤 압축기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 배압홀은, 상기 선회경판을 상기 선회경판의 두께방향으로 관통하는 관통홀 형태로 형성되고,
    상기 선회스크롤모듈은, 상기 선회경판과 상기 회전면부 사이에 배치되며 상기 선회경판의 직경방향 외측에서 상기 배압홀을 둘러싸는 실링부재를 더 포함하는 스크롤 압축기.

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