KR100394243B1 - 왕복동식 압축기의 가동자 공진주파수 조절장치 - Google Patents

왕복동식 압축기의 가동자 공진주파수 조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치에 관한 것으로, 본 발명은 전원에 의해 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와, 그 가동자와 연결됨과 아울러 가스가 압축되는 실린더에 결합되어 상기 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 가동자 및 피스톤을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛과, 상기 피스톤 또는 가동자에 결합되어 상기 피스톤과 가동자를 합친 질량을 보정하는 보조 질량체를 포함하도록 구성하여 전원이 인가됨에 따라 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와 그 가동자와 함께 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤을 포함하는 무빙 매스와 그 무빙 매스를 탄성 지지하는 공진 스프링유닛으로 구성되는 압축기 공진 시스템의 주파수를 설정된 주파수, 즉 전원주파수와 일치시키도록 튜닝 가능하게 함으로써 운전 제어를 정확하게 이루어지도록 하여 압축기의 효율 및 신뢰성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 가동자 공진주파수 조절장치{APPARATUS FOR CONTROLLING FREQUENCY OF MOVING MASS IN RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기의 가동자 공진주파수 조절장치에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 가동자와 그 가동자와 함께 움직이는 피스톤을 포함하여 구성되는 무빙 매스와 그 무빙 매스를 탄성 지지하는 공진 스프링유닛으로 구성되는 공진 시스템의 공진 주파수를 설정된 주파수로 조절할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 유체를 압축하는 기기이다. 상기 압축기는 가스를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 스크롤 압축기, 왕복동식 압축기 등 여러 종류가 있다.
도 1은 본 출원인이 연구 개발 중인 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 용기(10)와 그 용기(10)의 내부에 장착되는 전방 프레임(20)과, 상기 전방 프레임(20)에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(30)와, 상기 왕복동식 모터(30)의 타측에 장착되어 그 왕복동식 모터(30)를 지지하는 중간 프레임(40)과, 상기 전방 프레임(20)의 내부에 삽입되어 결합됨과 아울러 상기 왕복동식 모터(30)의 내부에 위치하는 실린더(50)와, 상기 왕복동식 모터(30)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(50)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(50) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)과, 상기 실린더(50) 및 피스톤(60)에 결합되어 그 피스톤(60)의왕복 운동에 의해 발생되는 압력차에 의해 상기 실린더(50) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(70)과, 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)을 커버하도록 상기 중간 프레임(40)에 결합되는 후방 프레임(80)과, 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 왕복동식 모터(30)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(100) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(31)와 상기 아우터 스테이터(31)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(32)와 상기 아우터 스테이터(31)에 결합되는 권선 코일(33)과 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자( A)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(34)와 그 자석 홀더(34)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(35)으로 구성되어 있다.
상기 이너 스테이터(32)의 내부에 상기 실린더(50) 및 피스톤(60)이 위치하게 되고 그 피스톤(60)은 상기 가동자(A)를 구성하는 자석 홀더(34)와 연결되어 있다.
상기 공진 스프링유닛(90)은 상기 전방 프레임(20)의 일측면과 상기 피스톤(60)의 일측면 사이에 결합되는 전방 스프링(91)과, 상기 피스톤(60)의 타측면과 상기 후방 프레임(100)의 일측면 사이에 결합되는 후방 스프링(92)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 밸브유닛(70)은 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 복개하는토출커버(71)와 그 토출커버(71)의 내부에 위치하여 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(72)와 상기 토출밸브(72)를 탄성 지지하는 밸브스프링(73)과 상기 피스톤(60)의 단부에 결합되어 그 피스톤(60) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(74)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 후방 프레임(100)측에 위치하도록 상기 용기(10)에 흡입관(1)이 결합되고 상기 밸브유닛(70)측과 연결되도록 상기 용기(10)의 타측에 토출관(미도시)이 결합되어 있다.
상기한 바와 같은 종래 왕복동식 압축기의 작동은 다음과 같다.
상기 왕복동식 모터(30)에 전원이 공급되어 권선 코일(33)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(33)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)에 형성되는 플럭스와 영구자석(35)의 상호작용에 의해 그 영구자석(35)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.
상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(60)에 전달되어 그 피스톤(60)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(70)이 작동하면서 가스가 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.
그리고 상기 공진 스프링유닛(90)을 구성하는 전방 스프링(91)과 후방 스프링(92)은 상기 피스톤(60)이 직선 왕복 운동함에 따라 인장과 압축이 반복되면서 상기 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.
즉, 상기 왕복동식 모터(30)의 가동자(A)와 함께 그 가동자(A)와 연결되어 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)이 가동부, 즉 무빙 매스(M)를 이루게 되고 상기 공진 스프링유닛(90)을 구성하는 전방 스프링(91)과 후방 스프링(92)은 공진 스프링(K)을 이루게 되어 공진 시스템을 구성하게 되며 그 공진 시스템의 주파수는 운전 제어를 위하여 상기 왕복동식 모터(30)의 운전 주파수와 대략 일치시키게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 왕복동식 압축기는 공진 시스템의 무빙 매스를 구성하는 왕복동식 모터(30)의 가동자(A)와 그 가동자(A)와 함께 움직이는 피스톤(60)을 포함하는 부품들이 가공상의 오차나 재질상의 오차로 인하여 설정된 매스, 즉 질량을 이루지 못하게 될 경우 그 공진 시스템의 주파수가 전원 주파수와 일치하지 못하게 되어 운전 제어가 정확히 이루어지지 않을 뿐만 아니라 운전이 불안정하게 되는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 왕복동식 모터의 가동자와 그 가동자와 함께 움직이는 피스톤을 포함하여 구성되는 무빙 매스와 그 무빙 매스를 탄성 지지하는 공진 스프링유닛으로 구성되는 공진 시스템의 공진 주파수를 설정된 주파수로 조절할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치를 제공함에 있다.
도 1은 현재 개발진행 중인 왕복동식 압축기를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 왕복동식 압축기 가동자 공진주파수 조절장치가 구비된 왕복동식 압축기의 단면도,
도 3,4,5는 본 발명의 왕복동식 압축기의 가동자 공진주파수 조절장치의 변형예를 각각 도시한 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
30 ; 왕복동식 모터 50 ; 실린더
60 ; 피스톤 90 ; 공진 스프링유닛
200 ; 보조 질량체 201,203 ; 환형부재
204 ; 볼트
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 전원에 의해 직선 왕복구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와, 그 가동자와 연결됨과 아울러 가스가 압축되는 실린더에 결합되어 상기 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 가동자 및 피스톤을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛과, 상기 피스톤 또는 가동자에 결합되어 상기 피스톤과 가동자를 합친 질량을 보정하는 보조 질량체를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 2는 상기 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치의 실시예가 구비된 왕복동식 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 왕복동식 압축기는 용기(10)의 내부에 소정 형상으로 형성된 전방 프레임(20)이 장착되고 그 전방 프레임(20)에 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(30)가 장착되며 그 왕복동식 모터(30)의 타측에 중간 프레임(40)이 지지 결합된다.
상기 왕복동식 모터(30)는 원통 형태로 형성되어 전방 프레임(20) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(31)와 상기 아우터 스테이터(31)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(32)와 상기 아우터 스테이터(31)에 결합되는 권선 코일(33)과 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.
상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(34)와 그 자석 홀더(34)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(35)으로 구성된다.
그리고 상기 전방 프레임(20)에 형성된 관통구멍에 실린더(50)가 결합되고 그 실린더(50) 내부에 피스톤(60)이 삽입되며 그 실린더(50)와 피스톤(60)은 상기 왕복동식 모터(30)의 내부, 즉 이너 스테이터(32) 내부에 위치하게 된다.
상기 피스톤(60)은 소정의 길이를 갖는 환봉 형태로 그 내부에 관통된 흡입유로(F)가 형성된 피스톤 몸체부(61)와 그 피스톤 몸체부(61)의 단부에 환형의 면적을 갖도록 절곡 연장 형성된 플랜지부(62)로 이루어진다. 상기 피스톤(60)은 그 몸체부(61)가 상기 실린더(50)의 내부에 삽입됨과 아울러 그 플랜지부(62)가 상기 가동자(A)의 자석 홀더(34)와 결합된다.
그리고 소정 형상으로 형성되어 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)을 커버하도록 상기 중간 프레임(40)에 후방 프레임(100)이 결합되며 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)이 구비된다.
상기 공진 스프링유닛(90)은 상기 전방 프레임(20)의 일측면과 상기 피스톤(60)의 일측면 사이에 결합되는 전방 스프링(91)과, 상기 피스톤(60)의 타측면과 상기 후방 프레임(100)의 일측면 사이에 결합되는 후방 스프링(92)을 포함하여 구성된다.
상기 왕복동식 모터(30)의 가동자(A)와 함께 그 가동자(A)와 연결되어 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)이 가동부, 즉 무빙 매스(M)를 이루게 되고 상기 공진 스프링유닛을 구성하는 전방 스프링(91)과 후방 스프링(92)은 공진 스프링(K)을 이루게 되어 공진 시스템을 구성하게 된다.
그리고 상기 무빙 매스, 즉 상기 왕복동식 모터(30)의 가동자(A)와 상기 피스톤(60)을 합한 질량을 보정하는 보조 질량체(200)가 상기 피스톤(60)에 결합된다. 상기 보조 질량체(200)는 상기 피스톤(60)의 플랜지부에 결합됨이 바람직하다.
상기 보조 질량체(200)는 일정 두께와 폭을 갖는 환형 링 형상의 환형부재로 이루어진다. 상기 환형부재는 상기 후방 스프링(92)과 피스톤 플랜지부(62)사이에 삽입되어 고정 결합된다.
상기 보조 질랑체(200)의 변형예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 가동자(A)의 자석 홀더(34)와 피스톤의 플랜지부(62)를 체결하는 서로 다른 질량을 갖는 복수개의 볼트로 이루어진다.
상기 보조 질랑체의 다른 변형예로, 도 4에 도시한 바와 같이, 일정 두께를 갖는 환형링 형상의 환형부재(201)와 그 환형부재(201)를 상기 피스톤(60)의 플랜지부(62)에 체결시키는 복수개의 볼트(202)로 이루어진다.
상기 보조 질량체(200)의 또다른 변형예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 가동자(A)의 자석 홀더(34) 단부 외주면에 고정 결합되는 링 형상 환형부재(203)와 그 환형부재(203)를 자석 홀더(34)에 체결시키는 복수개의 볼트(204)로 이루어진다.
그리고 상기 피스톤(60)이 실린더(50) 내부에서 직선 왕복 운동함에 의해 발생되는 압력차에 의해 상기 실린더(50) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(70)이 상기 실린더(50)와 피스톤(60)에 결합된다.
상기 밸브유닛(70)은 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 복개하는토출커버(71)와 그 토출커버(71)의 내부에 위치하여 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(72)와 상기 토출밸브(72)를 탄성 지지하는 밸브스프링(73)과 상기 피스톤(60)의 단부에 결합되어 그 피스톤(60) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(74)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 후방 프레임(100)측에 위치하도록 상기 용기1(0)에 흡입관(1)이 결합되고 상기 밸브유닛(70)측과 연결되도록 상기 용기(10)의 타측에 토출관(미도시)이 결합되어 있다.
이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 가동부 공진주파수 조절장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저 상기 왕복동식 압축기의 작동은 상기 왕복동식 모터(30)에 전원이 공급되어 권선 코일(33)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(33)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)에 형성되는 플럭스와 영구자석(35)의 상호작용에 의해 그 영구자석(35)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.
상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(60)에 전달되어 그 피스톤(60)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(70)이 작동하면서 가스가 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.
그리고 상기 공진 스프링유닛(90)을 구성하는 전방 스프링(91)과 후방 스프링(92)은 상기 피스톤(60)이 직선 왕복 운동함에 따라 인장과 압축이 반복되면서상기 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.
즉, 상기 왕복동식 모터(30)의 가동자(A) 및 그 가동자(A)와 함께 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)을 포함하는 가동부, 즉 무빙 매스(M)를 이루게 되고 상기 공진 스프링유닛(90)을 구성하는 전방 스프링(91)과 후방 스프링(92)은 공진 스프링(K)을 이루게 되어 공진 시스템을 구성하게 된다.
이때, 상기 공진 시스템의 주파수가 설정된 주파수, 왕복동식 모터(30)의 전원 주파수로 출력되지 않을 경우, 즉 전원 주파수와 공진되지 않을 경우 상기 전방 스프링(91)과 후방 스프링(92)으로 구성되는 공진 스프링(K)을 일정한 상태로 유지시킨 상태에서 상기 무빙 매스를 구성하는 가동자(A) 또는 피스톤(60)에 결합되는 보조 질량체(200)의 질량에 의해 무빙 매스, 즉 가동부의 질량을 조절하여 공진 시스템의 주파수를 설정된 주파수로 튜닝(Tuning)하게 된다. 즉, 상기 보조 질량체(200)인 환형부재나 또는 환형부재(201)와 볼트(202) 또는 복수개의 볼트를 상기 가동자(A)나 피스톤(60)에 체결시켜 무빙 매스를 조절함에 의해 주파수를 설정된 주파수와 공진되도록 일치시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치는 전원이 인가됨에 따라 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와 그 가동자와 함께 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤을 포함하는 무빙 매스와 그 무빙 매스를 탄성 지지하는 공진 스프링유닛으로 구성되는 압축기 공진 시스템의 주파수를 설정된 주파수, 즉 전원주파수와 일치시키도록 튜닝 가능하게 됨으로써 정확한 운전 제어가 이루어질 뿐만 아니라 운전이 안정되어 압축기의 효율 및 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 전원에 의해 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 가동자와, 그 가동자와 연결됨과 아울러 가스가 압축되는 실린더에 결합되어 상기 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 가동자 및 피스톤을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛과, 상기 피스톤 또는 가동자에 결합되어 상기 피스톤과 가동자를 합친 질량을 보정하는 보조 질량체를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보조 질량체는 일정 두께와 폭을 갖는 환형 링 형상의 환형부재인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보조 질랑체는 질량이 서로 다른 복수개의 볼트인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 가동부 공진주파수 조절장치.
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