KR100373099B1

KR100373099B1 - 리니어압축기

Info

Publication number: KR100373099B1
Application number: KR10-2001-0000291A
Authority: KR
Inventors: 주재만; 강정훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2003-02-25
Also published as: KR20020057317A

Abstract

본 발명은, 내측코어 및 외측코어와, 외측코어의 일단을 지지하는 홀더와, 외측코어의 타단을 지지하며 압축실을 형성하는 실린더블록과, 압축실내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤과, 피스톤의 일단부에 결합된 공진스프링을 갖는 리니어압축기에 관한 것으로서, 피스톤과 공진스프링 사이에 개재되어 공진스프링의 탄성변위를 제한하는 변위제한부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 작동부품간의 충돌을 방지하며 부품의 파손을 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

리니어압축기{LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은, 리니어압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공진스프링의 변위 구조를 개선한 리니어압축기에 관한 것이다.

종래의 리니어압축기의 종단면도인 도 3에 도시된 바와 같이,리니어압축기(101)는, 밀폐된 외부케이싱(105)과, 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 압축부(111)와, 그리고 동력을 발생시키는 구동모터(131)로 구성되어 있다.

압축부(111)는 후술할 외측코어(137)의 하단을 지지하며 압축실(113)을 형성하는 실린더블록(115)과, 압축실(113)내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤(121)과, 실린더블록(115)의 하부영역에 마련되며 냉매를 흡입하는 흡입밸브 및 냉매를 토출하는 토출밸브가 마련된 밸브부(125)를 갖는 실린더헤드(123)를 포함한다.

구동모터(131)는 실린더블록(115)의 외측에 마련되는 내측코어(133)와, 내측코어(133)의 외주면과 소정간격을 두고 둘러싸며 내부에 환상형으로 코일(135)이 권선되어 있는 외측코어(137), 그리고 내측코어(133) 및 외측코어(137)의 사이에 마련되어 내측코어(133) 및 외측코어(137)의 자장과 전자기적으로 상호 작용하여 상하왕복운동하는 마그네트(141)와, 내측코어(133)와 실린더블록(115) 사이에 마련되어 내측코어(133)를 지지하며 실린더블록(115)에 설치되는 내측코어지지부(134)로 구성되어 있다.

외측코어(137)의 상단과 하단에는 외측코어(137)를 지지하는 홀더(145)와 실린더블록(115)이 마련되어 있다.

외측코어(137)는 다수개의 코어강판으로 적층되어 있으며, 이 적층된 코어강판들은 외측코어(137)의 외주면으로부터 이격된 위치에 소정의 간격으로 배치되는 복수의 코어체결볼트(143)를 관통하며, 홀더(145)와 실린더블록(115)에 코어체결볼트(143)로 결합되어 있다.

압축부(111)의 피스톤(121)의 상단부에는, 일영역이 구동모터(131)의 내측코어(133) 및 외측코어(137)의 사이에 소정의 간격을 유지하며 마련되는 마그네트(141)를 지지고정하는 가동자(151)가 결합되어 있다. 이 가동자(151)는 전술한 마그네트(141)의 상하왕복운동에 연동되며, 이에 의해 피스톤(121)이 압축실(113)내에서 상하왕복운동을 행하게 된다.

가동자(151)와 홀더(145)의 상부영역에는 피스톤(121)의 상하왕복운동을 배가시키는 공진스프링(153)이 설치되어 있다. 공진스프링(153)은, 홀더(145)의 상단부에 코어체결볼트(143)와 교호적으로 기립배치되어 있는 복수의 스프링스페이서(155)와 볼트(157)로 결합되어 피스톤(121)의 축선방향에 대해 가로방향으로 설치되며, 가동자(151)의 일단부와 고정축(159)으로 연결되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 외측코어(137)의 코일(135)로 전원이 인가되면, 그로부터 유기되는 자속이 가동자(151)에 연결된 마그네트(141)에 의한 자계와 상호작용하여 피스톤(121)을 상하방향으로 왕복운동시킨다. 피스톤(121)이 상하왕복운동하게 되면 밸브부(125)의 흡입밸브를 통해 압축실(113)로 흡입된 냉매가스가 압축과정을 거쳐 밸브부(125)의 토출밸브로 배출되는 과정이 연속적으로 반복됨으로써 필요로 하는 냉각성능을 얻게 된다. 이 때, 피스톤(121)의 질량과 공진스프링(153)의 고유진동수는 인가되는 전원의 주파수에 거의 상응되는 값이 되도록 하므로써 공진에 의한 큰 구동력의 확보가 가능하게 된다.

한편, 일반적인 리니어압축기는 프리피스톤(Free-Piston) 구조이므로 왕복동압축기와는 달리 피스톤(121)의 운동을 구속하는 커넥팅로드가 없으며 피스톤(121)의 운동은 압축실(113) 내부의 압력, 공진스프링(153)의 강성, 피스톤(121)의 질량, 구동모터(131)의 가진력에 의하여 결정된다. 그리고, 압축실(113) 내부의 압력은 피스톤(121) 변위에 대하여 고비선형(highly nonlinear) 특성을 가지므로, 밸브부(125)의 토출밸브가 열렸을 때 압축실(113) 내부의 압력은 강성 감소(stiffness softening) 현상을 가진다. 즉, 압축실(113) 내부의 냉매가스를 압축시에는 강성이 증가(stiffness hardening)하는 방향으로, 토출시에는 강성이 감소(stiffness softening) 하는 방향으로 변화하게 된다.

그런데, 이러한 종래의 리니어압축기에 있어서는, 압축기의 냉동능력을 높이기 위하여 가진하는 전압을 높이거나 또는 피스톤의 질량과 공진스프링의 강성비가 적절하지 못한 경우 피스톤이 실린더블록의 상부, 즉 실린더헤드의 밸브부에 충돌하게 되어 피스톤과 공진스프링 등의 부품이 파손되어 압축기의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. 그리고, 이러한 충돌문제를 전기적 제어방법으로 해결하려 하였으나 피스톤의 관성력과 압축실 내부압력의 급격한 변화로 인하여 전기적 제어방법에는 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 공진스프링의 변위 제한구조를 마련함으로써, 작동부품간의 충돌을 방지하여 부품의 파손을 방지하며 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 리니어압축기를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 리니어압축기의 종단면도,

도 2는 본 발명의 일실예에 따른 변위제한부의 형상을 도시한 그래프,

도 3은 종래의 리니어압축기의 종단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 리니어압축기 11 : 압축부

15 : 실린더블록 21 : 피스톤

23 : 실린더헤드 31 : 구동모터

33 : 내측코어 37 : 외측코어

41 : 마그네트 51 : 가동자

53 : 공진스프링 54 : 변위제한부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내측코어 및 외측코어와, 상기 외측코어의 일단을 지지하는 홀더와, 상기 외측코어의 타단을 지지하며 압축실을 형성하는 실린더블록과, 상기 압축실내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤의 일단부에 결합된 공진스프링을 갖는 리니어압축기에 있어서, 상기 피스톤과 상기 공진스프링 사이에 개재되어 상기 공진스프링의 탄성변위를 제한하는 변위제한부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기를 제공한다.

여기서, 상기 변위제한부는 상기 공진스프링의 최대 변위를 제한하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 변위제한부는 상기 공진스프링이 소정값 이상으로 변형되는 형상과 실질적으로 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 변위제한부는 상기 공진스프링의 변위가 소정값 이상으로 발생할 때 점차적으로 공진스프링과의 접촉면적을 크게 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 변위제한부는 외측이 상기 공진스프링에 밀착되고 내측이 상기 공진스프링으로부터 이격되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기 변위제한부는 상기 공진스프링과 함께 변위될 수도 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 리니어압축기의 종단면도인 도 1에 도시된 바와 같이, 리니어압축기(1)는, 밀폐된 외부케이싱(5)과, 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 압축부(11)와, 그리고 동력을 발생시키는 구동모터(31)로 구성되어 있다.

압축부(11)는 후술할 외측코어(37)의 하단을 지지하며 압축실(13)을 형성하는 실린더블록(15)과, 압축실(13)내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤(21)과,실린더블록(15)의 하부영역에 마련되며 냉매를 흡입하는 흡입밸브 및 냉매를 토출하는 토출밸브가 마련된 밸브부(25)를 갖는 실린더헤드(23)를 포함한다.

구동모터(31)는 실린더블록(15)의 외측에 마련되는 내측코어(33)와, 내측코어(33)의 외주면과 소정간격을 두고 둘러싸며 내부에 환상형으로 코일(35)이 권선되어 있는 외측코어(37), 그리고 내측코어(33) 및 외측코어(37)의 사이에 마련되어 내측코어(33) 및 외측코어(37)의 자장과 전자기적으로 상호 작용하여 상하왕복운동하는 마그네트(41)와, 내측코어(33)와 실린더블록(15) 사이에 마련되어 내측코어(33)를 지지하며 실린더블록(15)에 설치되는 내측코어지지부(34)로 구성되어 있다.

외측코어(37)는 다수개의 코어강판으로 적층되어 있으며, 이 적층된 코어강판들은 외측코어(37)의 외주면으로부터 이격된 위치에 소정의 간격으로 배치되는 복수의 코어체결볼트(43)를 관통하며, 후술할 홀더(45)와 실린더블록(15)에 코어체결볼트(43)로 결합되어 있다.

외측코어(37)의 상단과 하단에는 외측코어(37)를 지지하는 홀더(45)와 실린더블록(15)이 마련되어 있다.

피스톤(21)의 상단부에는, 일영역이 구동모터(31)의 내측코어(33) 및 외측코어(37)의 사이에 소정의 간격을 유지하며 마련되는 마그네트(41)를 지지고정하는 가동자(51)가 결합되어 있다. 이 가동자(51)는 전술한 마그네트(41)의 상하왕복운동에 연동되며, 이에 의해 피스톤(21)이 압축실(13)내에서 상하왕복운동을 행하게 된다.

가동자(51)와 홀더(45)의 상부영역에는, 피스톤(21)의 상하왕복운동을 배가시키는 공진스프링(53)과, 공진스프링(53)의 탄성변위를 제한하는 변위제한부(54)가 마련되어 있으며, 홀더(45)의 상단부에는 홀더(45)와 공진스프링(53)의 간격을 유지하며 전술한 코어체결볼트(43)와 교호적으로 기립배치되어 있는 복수의 스프링스페이서(55)가 마련되어 있다.

변위제한부(54)는 공진스프링(53)이 소정값 이상으로 변형되는 형상과 실질적으로 동일한 형상을 가지도록 일단이 완만하게 만곡된 판상의 형상을 가지며, 외측이 스프링스페이서(55)와 공진스프링(53) 사이에 밀착지지되어 홀더(45), 스프링스페이서(55), 공진스프링(53)과 함께 볼트(57)로 결합되어 있으며, 내측이 공진스프링(53)과 이격되어 있다. 변위제한부(54)는, 피스톤(21)의 움직임에 따라 공진스프링(53)의 중심부가 왕복하며 움직이게 될 때 공진스프링(53) 중심부의 변위가 소정값을 초과하지 못하도록 제한하는, 즉 공진스프링(53)의 최대 변위를 제한하는 역할을 한다.

공진스프링(53)은, 전술한 바와 같이 홀더(45), 스프링스페이서(55), 변위제한부(54)와 함께 볼트(57)로 결합되어 피스톤(21)의 축선방향에 대해 가로방향으로 설치되며, 가동자(51)의 일단부와 고정축(59)으로 연결되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 외측코어(37)의 내측에 환상형으로 감긴 코일(35)로 전원이 인가되면, 그로부터 유기되는 자속이 가동자(51)에 연결된 마그네트(41)에 의한 자계와 상호작용하여 피스톤(21)을 상하방향으로 왕복운동시킨다. 피스톤(21)이 상하왕복운동하게 되면 밸브부(25)의 흡입밸브를 통해 압축실(13)로 흡입된 냉매가 압축과정을 거쳐 밸브부(25)의 토출밸브로 배출되는 과정이 연속적으로 반복됨으로써 필요로 하는 냉각성능을 얻게 된다. 이 때 피스톤(21)의 질량과 공진스프링(53)의 고유진동수는 인가되는 전원의 주파수에 거의 상응되는 값이 되도록 하므로써 공진에 의한 큰 구동력의 확보가 가능하게 된다.

피스톤(21)의 운동은 압축실(13) 내부의 압력, 공진스프링(53)의 강성, 피스톤(21)의 질량, 구동모터(31)의 가진력에 의하여 결정되며, 압축실(13) 내부의 냉매가스는 고비선형 특성을 가지므로, 밸브부(25)의 토출밸브가 열렸을 때 압축실(13) 내부의 압력은 강성 감소 현상을 가진다. 즉, 압축실(13) 내부의 냉매가스를 압축시에는 강성이 증가하는 방향으로, 토출시에는 강성이 감소하는 방향으로 변화하게 된다.

따라서, 냉매가스가 압축될 때, 즉 피스톤(21)이 실린더헤드(23)측으로 이동할 때 공진스프링(53)도 같은 방향으로 변위를 한다. 그리고, 과도한 전압이 순간적으로 걸리거나, 제어의 실패, 과도한 압력의 작용 등으로 공진스프링(53)이 소정의 변위를 초과할 때, 공진스프링(53)은 변위제한부(54)와 급격한 충돌없이 점차적으로 변위제한부(54)의 형상을 따라 접촉면적을 크게 늘리면서 변형하게 되어, 변위제한부(54)에 의해 공진스프링(53)의 변위가 제한된다. 즉, 변위제한부(54)는 피스톤(21)의 관성력을 점차적으로 감소시켜 피스톤(21)과 실린더헤드(23)의 충돌을 방지하게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예로서 변위제한부의 형상을 도시한 그래프이다. 도 2에서, 'A'는 변위제한부의 형상, 즉 변위제한부(54)가 스프링스페이서(55)와 공진스프링(53)과의 밀착지지점으로부터 공진스프링(53)과 이격되는 거리까지에 대한 변위제한부(54)의 형상을 나타내고, 'B'는 최대변위시 공진스프링의 변형형상, 즉 공진스프링(53)이 최대 변위시 공진스프링(53)의 변형형상을 나타낸다. 도 2는 변위제한부(54)를 마련하고 공진스프링(53)이 최대 변위할 때, 변위제한부(54)와 공진스프링(53)의 밀착지지점으로부터의 거리에 대한 공진스프링(53)의 변위의 관계를 나타내며, 공진스프링(53)은 변위제한부(54)에 의해 공진스프링(53)의 변위가 제한된다는 것을 도시한다.

여기서, 변위제한부(54)는 공진스프링(53)의 변위시 공진스프링(53)과 함께 변위되지 않고 공진스프링(53)의 탄성변위를 제한하는 것으로 설명하였지만, 변위제한부(54)는 공진스프링(53)과 함께 변위되어 공진스프링(53)의 탄성변위를 제한 할 수도 있다.

이와 같이, 공진스프링의 탄성변위를 제한하는 변위제한부를 마련함으로써, 과도한 전압이 순간적으로 걸리거나, 제어의 실패, 과도한 압력의 작용 등으로 공진스프링이 소정의 변위를 초과할 때, 변위제한부에 의해 공진스프링의 변위가 제한되어, 피스톤과 실린더헤드의 충돌을 방지할 수 있으며, 피스톤과 공진스프링 등의 부품의 파손을 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리니어압축기에 의하면, 공진스프링의 변위 제한구조를 마련함으로써, 작동부품간의 충돌을 방지하며 부품의 파손을 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims

내측코어 및 외측코어와, 상기 외측코어의 일단을 지지하는 홀더와, 상기 외측코어의 타단을 지지하며 압축실을 형성하는 실린더블록과, 상기 압축실내에 왕복운동 가능하게 설치되는 피스톤과, 상기 피스톤의 일단부에 결합된 공진스프링을 갖는 리니어압축기에 있어서,

상기 피스톤과 상기 공진스프링 사이에 개재되어 상기 공진스프링의 탄성변위를 제한하는 변위제한부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제1항에 있어서,

상기 변위제한부는 상기 공진스프링의 최대 변위를 제한하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제2항에 있어서,

상기 변위제한부는 상기 공진스프링이 소정값 이상으로 변형되는 형상과 실질적으로 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제2항에 있어서,

상기 변위제한부는 상기 공진스프링의 변위가 소정값 이상으로 발생할 때 점차적으로 공진스프링과의 접촉면적을 크게 하는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제1항에 있어서,

상기 변위제한부는 외측이 상기 공진스프링에 밀착되고 내측이 상기 공진스프링으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.
제1항에 있어서,

상기 변위제한부는 상기 공진스프링과 함께 변위되는 것을 특징으로 하는 리니어압축기.