JP2006037962A

JP2006037962A - 往復動式圧縮機及びその製作方法

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Publication number: JP2006037962A
Application number: JP2005217062A
Authority: JP
Inventors: Dong-Han Kim; ドン−ハンキム
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: JP4927360B2; CN100567733C; US20060024181A1; KR100641112B1; KR20060010608A; CN1727677A

Abstract

【課題】固定子の製造工程を単純化して製作を容易にし、かつ、内側固定子によるシリンダの変形を防止し、シリンダの変形によるピストンとの摩耗を未然に防止し得る往復動式圧縮機及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ケーシングの内部に設置されるフレームと、巻線コイルを備えて前記フレームに固定される外側固定子と、該外側固定子の内側所定位置に配置され、粉末金属を使用した粉末冶金法によって焼結形成される内側固定子と、永久磁石を備えた可動子が前記外側固定子と内側固定子の間で直線的に動く往復動式モータと、該内側固定子の内側に配置され、粉末金属を使用した粉末冶金法によって焼結形成されるシリンダと、該シリンダの内周面に挿合され、往復運動しながらガスを吸入圧縮するピストンと、該ピストンと可動子との連結部を付勢して前記ピストンの共振運動を起こさせる複数個の共振スプリングと、を含むことを特徴とする往復動式圧縮機。
【選択図】図１

Description

本発明は、往復動式圧縮機に係るもので、詳しくは、製作工程が大幅に単純化されて容易に製作し得るだけではなく、シリンダの変形によるピストンとの摩耗を未然に防止し得る往復動式圧縮機及びその製造方法に関するものである。

一般に、圧縮機は、エアコン、冷蔵庫などの大部分の冷凍空調に核心部品として使われていて、産業の一般分野で広く用いられている。このような圧縮機は、冷媒を圧縮する圧縮メカニズムによって回転式圧縮機（rotary compressor）、スクロール圧縮機（scroll compressor）、往復動式圧縮機（reciprocal compressor）等の多様な種類がある。

前記のような圧縮機の中で、往復動式圧縮機は、ピストンがシリンダの内部で直線的に往復運動しながらガスを吸入圧縮して吐出するものであり、一般的に直線運動が要求される状況においては、別途の装置を必要とすることなく直線運動を実現し得る往復動式圧縮機がより適していると言える。

その一例を挙げると、次の通りである。
図９は、従来の往復動式圧縮機の一例を示した断面図で、図１０、１１は、従来の往復動式圧縮機の内側固定子の一例を示した斜視図である。

従来の往復動式圧縮機においては、図９〜図１１に示したように、ガス吸入管(SP)及びガス吐出管(DP)がそれぞれ設置されるケーシング１０と、該ケーシング１０の内部に付勢されて設置されるフレームユニット２０と、該フレームユニット２０により支持されて、前記ケーシング１０の内部に固定される往復動式モータ３０と、該往復動式モータ３０の可動子３３にピストン４２を連結して直線的に往復運動しながら冷媒ガスを吸入圧縮する圧縮ユニット４０と、前記往復動式モータ３０を付勢して共振を起こさせる共振スプリングユニット５０と、を含んでいた。

また、前記フレームユニット２０は、前記往復動式モータ３０の外側固定子３１と内側固定子３２の一方側を支持すると同時に、前記圧縮ユニット４０のシリンダ４１とピストン４２を共に支持する前方フレーム２１と、前記往復動式モータ３０を介して前記前方フレーム２１に結合されて前記往復動式モータ３０の外側固定子３１を支持する中間フレーム２２と、該中間フレーム２２に結合されて、前記共振スプリングユニット５０を支持する後方フレーム２３と、を含む。

また、前記往復動式モータ３０は、コイルを備えて前記前方フレーム２１と前記中間フレーム２２の間に固定される外側固定子３１と、該外側固定子３１の内側に位置して、後述する圧縮ユニット４０のシリンダ４１に固定される内側固定子３２と、前記外側固定子３１と前記内側固定子３２の間に介在してフラックス（flux）の方向によって直線的に往復運動する可動子３３と、を含む。
また、前記外側固定子３１は、複数のステータコアを一枚ずつ放射状に積層してコアブロックを形成した後、これを巻線コイル３１aの両側で対向するように複数個配置して挿入結合している。

また、前記内側固定子３２は、図１０に示したように、薄いステータコア３２aを長方形に製作して放射状に積層形成する。又は、図１１に示したように、占積率を最大限向上させるために、薄いステータコア３２b、３２cを鉤型に製作した後、対称になるように配置して放射状に積層している。

また、前記可動子３３は、円筒状に形成されて、ピストン４２の後方端に締結されるマグネットフレーム３３aと、該マグネットフレーム３３aの外周面に固定されて、前記外側固定子３１と内側固定子３２間に介在するマグネット３３bと、を含む。

また、前記圧縮ユニット４０は、前記前方フレーム２１に挿入結合されるシリンダ４１と、前記往復動式モータ３０の可動子３３に結合されて、前記シリンダ４１の内部で往復運動しながらガス流路(F)を通して冷媒ガスを吸入圧縮するピストン４２と、該ピストン４２の先端面に装着されて、前記ガス流路(F)を開閉する吸入バルブ４３と、前記シリンダ４１の先端面に着脱可能に設置されて、圧縮ガスの吐出を制限する吐出バルブ４４と、該吐出バルブ４４を付勢するバルブスプリング４５と、前記吐出バルブ４４とバルブスプリング４５を収容して前記シリンダ４１と共に前方フレーム２１に固定される吐出カバー４６と、を含む。

また、前記共振スプリングユニット５０は、前記可動子３３と前記ピストン４２との連結部に結合されるスプリング支持台５１と、該スプリング支持台５１を中心に前方側を支持する複数の前方側共振スプリング５２と、前記スプリング支持台５１の後方側を支持する複数の後方側共振スプリング５３と、を含む。

なお、３２dは、固定リング、Pは圧縮室である。

以下、前記のように構成された従来の往復動式圧縮機の動作について説明する。
即ち、前記往復動式モータ３０の外側固定子３１に電源が印加されると、該外側固定子３１と内側固定子３２の間にフラックス（flux）が形成されて前記可動子３３とピストン４２が共にフラックスの方向に応じて動く。このことによって前記ピストン４２が前記スプリングユニット５０によりシリンダ４１の内部で直線的に往復運動しながら該シリンダ４１の圧縮室(P)に圧力差を発生させることで、冷媒ガスを前記圧縮室(P)に吸入して所定圧力まで圧縮してから吐出する一連の過程を繰り返す。

然るに、従来の往復動式圧縮機の内側固定子においては、交流磁束による鉄損を減少させて磁束が通過する磁路面積を拡大するために、薄いステータコア３２aを一枚ずつ放射状に積層するか、又は二つのステータコア３２b、３２cを一対ずつ放射状に積層していたが、これは、薄いステータコア３２a、３２b、３２cを放射状に積層すること自体が難しいため、生産費用が極めて増加するという問題点があった。

また、各ステータコアを一枚ずつに製作して組立てることで、寸法管理が難しくなり、外周面が不規則である場合は、前記外側固定子３１との空隙が大きくなり、内周面が不規則である場合は、これを圧入するシリンダ４１の変形を招くという問題点もあった。
本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたもので、固定子の製造工程を単純化して容易に製作し得るようにして、かつ、内側固定子によりシリンダが変形されることを防止することで、シリンダの変形によるピストンとの摩耗を未然に防止し得る往復動式圧縮機及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記のような本発明の目的を達成するために、本発明に係る往復動式圧縮機においては、ケーシングの内部に設置されるフレームと、巻線コイルを備えて前記フレームに固定される外側固定子と、該外側固定子の内側に所定空隙を介して配置され、粉末金属を使用した粉末冶金法によって焼結形成される内側固定子と、永久磁石を備えた可動子が前記外側固定子と内側固定子の間で直線的に動く往復動式モータと、該往復動式モータの内側固定子の内側に配置され、圧縮室を形成して粉末金属を使用した粉末冶金法によって焼結形成されるシリンダと、該シリンダの内周面に滑動自在に挿合され、往復運動しながらガスを吸入圧縮するピストンと、該ピストンと可動子との連結部を付勢して前記ピストンの共振運動を起こさせる複数個の共振スプリングと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の製造方法においては、シリンダを成す１次粉末金属を金型に入れて所定形状のシリンダを成形する第１段階と、前記金型内の１次粉末金属を適正温度に加熱しながら１次焼結してシリンダを製作する第２段階と、前記内側固定子を成す２次粉末金属を前記金型のシリンダの外周面に入れて所定形状の内側固定子を成形する第３段階と、前記金型内の２次粉末金属を適正温度に加熱しながら２次焼結して前記内側固定子を製作する第４段階と、を順次行うことを特徴とする。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の製造方法においては、シリンダを成す１次粉末金属と内側固定子を成す２次粉末金属を同一金型に入れて前記シリンダ及び内側固定子を同時に成形して仮製作品を作る第１段階と、該仮製作品を適正温度に共に加熱しながら焼結すると同時に、シリンダを成す１次粉末金属は、適正温度に局部加熱しながら焼結する第２段階と、を順次行うことを特徴とする。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の製造方法においては、１次粉末金属を金型で適正温度に加熱してシリンダを焼結製作する一方、２次粉末金属を他の金型で適正温度に加熱して内側固定子を焼結製作する第１段階と、前記シリンダの外周面に前記内側固定子を挿入して接合する第２段階と、を順次行うことを特徴とする。

本発明に係る内側固定子は、数百枚の薄いステータコアを一枚ずつ放射状に積層する従来の内側固定子に比べて製作工程が極めて単純化されて容易に製作し得るという効果がある。

また、内側固定子とシリンダを同様な粉末金属により焼結製作することで、内側固定子によりシリンダが変形されることを防止するため、シリンダの変形によるピストンとの摩耗を未然に防止して圧縮機の信頼性を向上し得るという効果がある。

以下、本発明に係る往復動式モータの固定子構造について、添付図面を用いて説明する。従来技術と同様なケーシング、フレームユニット、共振スプリングユニット等についての説明は省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダの分解斜視図で、図２は、本発明の第１実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダを示した断面図で、図３は、本発明の第２実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダを示した断面図である。

本発明に係る往復動式モータの内側固定子１１０は、図１〜図３に示したように、一体型の円筒状に形成されるが、その材質は、粉末金属（metal powder）の一種で、モータなどの電磁気システムに応用するために電気的及び磁気的特性を向上させて絶縁コーティング材を覆わせた軟磁性粉末（Soft Magnetic Composite）を使用して粉末冶金法により形成する。ここで、粉末冶金法とは、金属粉やその化合物の粉末を高温に加熱すると固まる現象を利用し、独特の性質を持った材料や一定の形態の製品を作る加工技術を言う。

また、前記内側固定子１１０は、シリンダ１２０と一体に成形されるが、前記内側固定子１１０を成す外部は、磁性を帯びるように焼結する反面、シリンダ１２０を成す内部は、耐摩耗性の特性を持つように焼結して形成する。ここで、前記内側固定子１１０は、磁性粉末金属のみにより製作することもできるし、一般の粉末金属と磁性粉末金属とを混ぜて製作することもできる。この場合、前記内側固定子１１０を成す部位における一般の粉末金属に対する磁性粉末金属の比率（以下、「粉末比率」と略称する）は、前記シリンダ１２０の粉末比率より高くなるようにすることが前記内側固定子１１０の磁束密度を高めるのに好ましい。

また、前記シリンダ１２０は、前述したように、前記内側固定子１１０と同一の材質、即ち、軟磁性粉末金属などの粉末金属を使用した粉末冶金法により製作することもできるが、図３に示したように、前記シリンダ１２０のみを一般の粉末金属を使用した粉末冶金法により製作することもできる。この場合、一般の粉末金属は、磁性粉末金属より低廉であるため、モータの効率を大きく下げることなく、生産コストを低減し得るという長所がある。

もし、前記シリンダ１２０を一般の粉末金属と磁性粉末金属とを混合して製作する場合、前記シリンダ１２０は、その粉末比率を前記内側固定子１１０の粉末比率より低く形成することが費用及び強度面から好ましい。

また、前記シリンダ１２０は、その内周面に耐摩耗コーティング層を形成してピストンとの滑動運動時に摩耗を減らすことが好ましく、その厚さは、強度を補強し得る程度に形成することが好ましい。

一方、前記内側固定子１１０とシリンダ１２０は、全て磁性粉末金属を使用して別個に焼結製作するか、又は他の性質の粉末金属を使用して別個に焼結製作した後、これを拡散接合法等により接合することもできる。図４は、このような第３実施形態を示した図である。図４に示したように、前記内側固定子１１０とシリンダ１２０をそれぞれ製作した後、該シリンダ１２０の外周面に前記内側固定子１１０をはめて挿入結合する。

以下、前記のような本発明の製造方法について説明する。
通常、磁性粉末金属の場合、できるだけ高い温度に加熱することが粒子間の結合力を高めて耐摩耗性を向上させる上で効果的であるが、焼結の時、５００℃以上の高温に加熱すると、磁性を失う恐れがある。従って、これを考慮し、特に、内側固定子の場合は、磁性を失わないようにし、前記シリンダの場合は、耐摩耗性を持つように焼結することが重要である。従って、前記内側固定子を焼結する温度は３００〜５００℃の間であり、前記シリンダを焼結する温度は９００〜１１００℃の間であることが好ましい。

このために、図５に示したように、まず、１次粉末金属を金型に入れて前記シリンダ１２０を成形して仮製作する。

次いで、金型内の１次粉末金属を約１０００℃の高温で１次焼結して前記シリンダ１２０の製作を完了する。

次いで、前記シリンダ１２０が焼結製作された前記金型で前記シリンダ１２０の外周面に２次粉末金属を入れて前記内側固定子１１０を仮製作し、その後、２次粉末金属を約４００℃の温度で２次焼結して前記内側固定子の製作を完了することで、前記内側固定子１１０とシリンダ１２０とを一体に製作することができる。

本発明に係る往復動式圧縮機の製作方法の第２実施形態においては、図６に示したように、所定形状の金型に１次粉末金属と２次粉末金属を共に供給して前記内側固定子１１０とシリンダ１２０とを一体に仮製作する。次いで、その中で、前記内側固定子１１０を成す仮製作品の外部を約４００℃の温度に加熱して１次焼結し、前記シリンダ１２０を成す仮製作品の内部を約１０００℃の温度に局部加熱して２次焼結することで、前記内側固定子１１０とシリンダ１２０とを一体に製作することができる。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の製作方法の第３実施形態においては、図７に示したように、所定形状の金型に１次粉末金属と２次粉末金属を共に供給して前記内側固定子１１０とシリンダ１２０とを一体に仮製作する。次いで、前記仮製作品を前記内側固定子１１０が磁性を維持し得る温度である約４００℃で一括的に焼結すると同時に、前記シリンダ１２０を成す部位は、局部的に約１０００℃の温度に加熱して耐摩耗性を高めるように焼結することで、前記内側固定子１１０とシリンダ１２０とを一体に製作することができる。

また、本発明に係る往復動式圧縮機の製作方法の第４実施形態においては、図８に示したように、１次粉末金属と２次粉末金属をそれぞれ別個の金型に供給し、それぞれ前記内側固定子１１０に必要な温度（約４００℃）と前記シリンダ１２０に必要な温度（約１０００℃）に加熱しながら焼結して前記内側固定子１１０及びシリンダ１２０をそれぞれ製作する。次いで、該シリンダ１２０の外周面に前記内側固定子１１０を拡散接合等により接合して製作することができる。

さらに他の実施形態としては、図面を提示しなかったが、所定形状の金型で磁性粉末金属により前記内側固定子とシリンダを共に成形してこれを内側固定子に必要な温度（約４００℃）に加熱しながら焼結製作する。次いで、前記シリンダの内周面に耐摩耗性コーティング面を形成することもできる。

本発明の第１実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダを分解して示した斜視図である。本発明の第１実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダを示した断面図である。本発明の第２実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダを示した断面図である。本発明の第３実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダを示した断面図である。本発明の第１実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダの製造方法を示したブロック図である。本発明の第２実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダの製造方法を示したブロック図である。本発明の第３実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダの製造方法を示したブロック図である。本発明の第４実施形態に係る往復動式圧縮機の内側固定子とシリンダの製造方法を示したブロック図である。従来の往復動式圧縮機の一例を示した断面図である。従来の往復動式圧縮機の内側固定子の一例を示した斜視図である。従来の往復動式圧縮機の内側固定子の他の一例を示した斜視図である。

符号の説明

１１０内側固定子
１２０シリンダ
１０ケーシング
２０フレームユニット
３０往復動式モータ
４０圧縮ユニット
５０共振スプリングユニット

Claims

ケーシングの内部に設置されるフレームと、
巻線コイルを備えて前記フレームに固定される外側固定子と、
該外側固定子の内側に所定空隙をおいて配置され、粉末金属を使用した粉末冶金法によって焼結形成される内側固定子と、
永久磁石を備えた可動子が前記外側固定子と内側固定子の間で直線的に動く往復動式モータと、
該往復動式モータの内側固定子の内側に配置され、圧縮室を形成して粉末金属を使用した粉末冶金法によって焼結形成されるシリンダと、
該シリンダの内周面に滑動自在に挿合され、往復運動しながらガスを吸入圧縮するピストンと、
該ピストンと可動子との連結部を付勢して前記ピストンの共振運動を起こさせる複数個の共振スプリングと、を含むことを特徴とする往復動式圧縮機。
前記内側固定子と前記シリンダを成す粉末金属は、絶縁コーティング材を覆わせた軟磁性粉末であることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機。
前記内側固定子と前記シリンダを成す粉末金属は、一般の粉末金属と磁性粉末金属とを混ぜて形成されることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機。
前記一般の粉末金属に対する磁性粉末金属の比率は、前記内側固定子が前記シリンダより高くなることを特徴とする請求項３記載の往復動式圧縮機。
前記内側固定子と前記シリンダを成す粉末金属は、全てが磁性粉末金属であることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機。
前記内側固定子は、磁性粉末金属を焼結製作する反面、シリンダは、一般の粉末金属を焼結製作して接合することを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機。
前記シリンダの内周面には、耐摩耗コーティング面が形成されることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機。
シリンダを成す１次粉末金属を金型に入れて所定形状のシリンダを成形する第１段階と、
前記金型内の１次粉末金属を適正温度に加熱しながら１次焼結してシリンダを製作する第２段階と、
前記内側固定子を成す２次粉末金属を前記金型のシリンダの外周面に入れて所定形状の内側固定子を成形する第３段階と、
前記金型内の２次粉末金属を適正温度に加熱しながら２次焼結して前記内側固定子を製作する第４段階と、を順次行うことを特徴とする往復動式圧縮機の製造方法。
シリンダを成す１次粉末金属と内側固定子を成す２次粉末金属を同一金型に入れて前記シリンダ及び内側固定子を同時に成形して仮製作品を作る第１段階と、
前記仮製作品を適正温度に共に加熱しながら焼結すると同時に、シリンダを成す１次粉末金属は適正温度に局部加熱しながら焼結する第２段階と、を順次行うことを特徴とする往復動式圧縮機の製造方法。
１次粉末金属を金型で適正温度に加熱してシリンダを焼結製作する一方、２次粉末金属を他の金型で適正温度に加熱して内側固定子を焼結製作する第１段階と、
前記シリンダの外周面に前記内側固定子を挿入して接合する第２段階と、を順次行うことを特徴とする往復動式圧縮機の製造方法。
前記シリンダを焼結する温度は９００〜１１００℃の間であり、前記内側固定子を焼結する温度は３００〜５００℃の間であることを特徴とする請求項８、９、１０項の何れか一つに記載の往復動式圧縮機の製造方法。
前記シリンダの内周面には、耐摩耗コーティングを実施する段階が更に含まれることを特徴とする請求項８、９、１０項の何れか一つに記載の往復動式圧縮機の製造方法。
前記１次粉末金属と前記２次粉末金属は、一般の粉末金属と磁性粉末金属とを適正比率で混ぜて使用するが、一般の粉末金属に対する磁性粉末金属の比率は、前記１次粉末金属が前記２次粉末金属より低く製作されることを特徴とする請求項８、９、１０項の何れか一つに記載の往復動式圧縮機の製造方法。
前記１次粉末金属は一般の粉末金属である反面、前記２次粉末金属は磁性粉末金属で製作することを特徴とする請求項８、９、１０項の何れか一つに記載の往復動式圧縮機の製造方法。