KR100469453B1

KR100469453B1 - 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100469453B1
Application number: KR10-2001-0076320A
Authority: KR
Inventors: 신동구
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2005-02-02
Also published as: KR20030045565A

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명은 케이싱의 내부에 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 설치하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤과, 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤을 함께 탄력적으로 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링과, 왕복동식 모터의 가동자를 중심으로 전후 양측에서 적어도 어느 한쪽에 설치하여 가동자가 피스톤과 함께 일정한 왕복거리 이상으로 이동할 때 가동자와 피스톤의 연동부에 탄력적으로 접촉하도록 한 탄성부재를 포함함으로써, 왕복동식 모터의 가동자에 결합한 피스톤이 그 가동자와 함께 일정한 왕복거리 이상을 이동할 때 생기는 신호의 변화를 감지하여 가동자와 피스톤의 왕복거리를 제어하고, 이를 통해 피스톤의 선단면에 장착한 흡입밸브와 이에 대응하는 토출밸브 조립체의 충돌하여 밸브가 파손하거나 가동자가 후방 프레임에 충돌하여 마그네트가 파손하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치 및 그 방법{DEVICE FOR PROTECTING PISTON COLLISION OF RECIPROCATING COMPRESSOR AND METHOD THEREOF}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 피스톤 또는 피스톤과 연동하는 연동부재가 별도의 탄성부재와 비정기적으로 접촉하면서 생기는 신호의 변화를 감지하여 피스톤의 운동을 제어하도록 한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 가스를 흡입 압축하여 토출시키는 것으로, 도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 흡입관(SP) 및 토출관(DP)을 연통하는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임 유니트(20)와, 프레임 유니트(20)에 지지하여 케이싱(10)의 내부에 고정하는 왕복동식 모터(30)와, 왕복동식 모터(30)에 기구적으로 연결하여 프레임 유니트(20)에 지지하는 압축 유니트(40)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자와 압축 유니트의 피스톤을 탄력 지지하여 공진을 유도하는 공진스프링 유니트(50)로 구성하고 있다.

프레임 유니트(20)는 압축 유니트(40)의 실린더(41)와 피스톤(42)을 함께 지지하는 전방 프레임(21)과, 전방 프레임(21)에 결합하여 왕복동식 모터(30)의 일 측면을 지지하는 중간 프레임(22)과, 중간프레임(22)에 왕복동식 모터(30)의 외측고정자(31)를 사이에 두고 그 외측 고정자(31)와 내측 고정자(32)를 지지하는 후방 프레임(23)으로 이루어져 있다.

왕복동식 모터(30)는 외측 고정자(outer stator)(31)와, 외측 고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 결합하는 내측 고정자(inner stator)(32)와, 외측 고정자(31)와 내측 고정자(32) 사이의 공극(air gap)에 개재하여 피스톤(42)과 함께 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

압축 유니트(40)는 프레임 유니트(20)에 고정 설치하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 그 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어져 있다.

공진스프링 유니트(50)는 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)와 피스톤(42)에 함께 결합하는 스프링 지지대(53)의 전후 양측과 이에 대응하는 전방 프레임(21) 및 중간 프레임(22) 사이에 장착하는 전방측 공진스프링(51) 및 후방측 공진스프링(52)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 110은 스프링 베이스이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 왕복동식 모터(30)의 외측 고정자(31)에 전원을 인가하면, 그 외측 고정자(31)와 내측 고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되어 가동자(33)와피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링 유니트(50)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(41)의 압축공간(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 상기한 압축공간(P)으로 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 피스톤(42)이 이상 제어로 인해 오버스트로크(over stroke)를 할 때 이를 효과적으로 제어하지 못하여 피스톤(42)의 선단면에 구비한 흡입밸브(43)가 토출밸브 조립체(44)와 충돌하거나 또는 피스톤(42)에 결합한 가동자(33)가 프레임 유니트(20)과 충돌하면서 밸브 또는 마그네트 등이 파손할 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 피스톤의 오버스트로크 발생시 이를 순간적으로 감지하여 피스톤의 왕복운동을 제어할 수 있는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치 및 그 방법을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치를 보인 것으로, 도 2의 "A"부를 상세히 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치에 대한 동작상태를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치에 대한 변형예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 케이싱 20 : 프레임 유니트

21 : 전방 프레임 22 : 중간 프레임

30 : 왕복동식 모터 33 : 가동자

40 : 압축 유니트 42 : 피스톤

43 : 흡입밸브 44 : 토출밸브 조립체

50 : 공진스프링 유니트 51,52 : 공진스프링

53 : 스프링 지지대 100 : 감지스프링

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 설치하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤과, 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤을 함께 탄력적으로 지지하여 공진운동을유도하는 공진스프링과, 왕복동식 모터의 가동자를 중심으로 전후 양측에서 적어도 어느 한쪽에 설치하여 가동자가 피스톤과 함께 일정한 왕복거리 이상으로 이동할 때 가동자와 피스톤의 연동부에 탄력적으로 접촉하도록 한 탄성부재를 포함한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치를 제공한다.

또, 왕복동식 모터의 가동자에 결합한 피스톤이 그 가동자와 함께 일정한 왕복거리 이상을 이동할 때 생기는 신호의 변화를 감지하여 가동자와 피스톤의 왕복거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치 및 그 방법을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치를 보인 것으로, 도 2의 "A"부를 상세히 보인 종단면도이며, 도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치에 대한 동작상태를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치는, 케이싱(10)의 내부에 설치하는 프레임 유니트(20)와, 프레임 유니트(20)에 지지하여 선형의 구동력을 발생하는 왕복동식 모터(30)와, 왕복동식 모터(30)에 기구적으로 연결하여 프레임 유니트(20)에 지지하고 왕복동식 모터(30)의 구동력을 전달받아 유체를 흡입 압축하는 압축 유니트(40)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)와 압축 유니트(40)의 피스톤(42)을 양쪽에서 탄력적으로 지지하여 공진을 유도하는 공진스프링 유니트(50)와, 공진스프링 유니트(50)의 안쪽에 구비하여 가동자(33)와 피스톤(42)의 연동부가 탄력적으로 접촉하도록 하는 감지스프링(100)를 포함한다.

프레임 유니트(20)는 압축 유니트(40)의 실린더(41)와 피스톤(42)을 함께 지지하는 전방 프레임(21)과, 전방 프레임(21)에 결합하여 왕복동식 모터의 일측면을 지지하는 중간 프레임(22)과, 중간프레임(22)에 왕복동식 모터(30)의 외측 고정자(31)를 사이에 두고 그 외측 고정자(31)와 내측 고정자(32)를 지지하는 후방 프레임(23)으로 이루어진다.

왕복동식 모터(20)는 내측 고정자(21)와, 내측 고정자(21)의 외측에 일정 공극을 두고 결합하는 외측 고정자(22)와, 내측 고정자(21)와 외측 고정자(22) 사이의 공극(air gap)에 개재하여 피스톤(31)과 함께 왕복운동을 하는 가동자(23)로 이루어진다.

압축 유니트(40)는 프레임 유니트(20)에 고정 설치하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 그 피스톤(42)의 흡입유로(F)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어진다.

공진스프링 유니트(50)는 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)와 피스톤(42)에 함께 결합하여 연동부를 이루는 스프링 지지대(53)의 전후 양측과 이에 대응하는전방 프레임(21) 및 중간 프레임(22) 사이에 장착하는 전방측 공진스프링(51) 및 후방측 공진스프링(52)으로 이루어진다.

감지스프링(100)은 도 3에서와 같이 각 공진스프링(51)(52)의 길이 보다 짧은 압축코일스프링으로 형성하여 각 공진스프링(51)(52)의 안쪽에 고정하되, 그 고정위치는 스프링 지지대(53)의 양측면도 가능하지만 가급적이면 고정체인 전방 프레임(21)의 내측면이라든가 또는 중간 프레임(22)의 측면에 형성하는 것이 바람직하다.

또, 감지스프링(100)은 양쪽에 각각 한 개씩만 구비할 수도 있으나, 경우에 따라서는 각각의 공진스프링(51)(52) 마다에 구비하는 것이 가동자(33)와 피스톤(42)의 보다 정확하게 감지할 수 있다.

또, 감지스프링(100)은 그 탄성계수를 공진스프링(51)(52)의 탄성계수 보다 크게 하여 가동자(33)와 피스톤(42)이 오버스트로크를 할 때 이를 견딜 수 있도록 함과 아울러 제어부에 전달하기 위한 신호의 변화를 크게 발생하도록 하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 110은 스프링 베이스이다.

즉, 왕복동식 모터(30)의 외측 고정자(31)에 전원을 인가하면, 그 외측 고정자(31)와 내측 고정자(32) 사이에서 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하고, 가동자와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 실린더(41)의 압축공간(P)으로 흡입 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이때, 피스톤(42)이 여러 이유로 설정한 왕복거리 이상으로 오버스트로크를 일으키면 그 피스톤(42)에 연결한 스프링 지지대(53)가 각 공진스프링(51)(52)의 안쪽에 구비한 감지스프링(100)과 접촉하여 압축하게 되므로 스프링 지지대(53)를 지지하는 탄성력이 증가하고, 이와 동시에 공진스프링(51)(52)과 감지스프링(100)의 탄성력을 이기고 피스톤(42)이 이동하여야 하므로 왕복동식 모터(30)에 입력되는 전류의 양이 함께 증가하며, 이를 토대로 제어부에서는 피스톤(42)이 오버스트로크 상태임을 감지하여 압축기의 운전을 중단하거나 기타 다른 처리를 실행함으로써 피스톤(42)의 선단면에 장착한 흡입밸브(43)와 이에 대응하는 토출밸브 조립체(44)의 충돌하여 밸브가 파손하거나 가동자가 후방 프레임에 충돌하여 마그네트가 파손하는 것을 미연에 방지한다.

한편, 제어부(미도시)에서 피스톤(42)의 오버스트로크를 감지하는 방법은 전술한 일례에서와 같이 왕복동식 모터(30)에 입력되는 전류의 변화를 이용하여 감지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치 및 그 방법은, 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤의 연동부가 접하는 부위에 탄성부재를 부가하고 피스톤의 오버스트로크시 왕복동식 모터에 입력되는 전류 또는 모터에서 나오는 소음을 통해 감지하여 압축기 운전을 제어하도록 구성함으로써, 피스톤의 선단면에 장착한 흡입밸브와 이에 대응하는 토출밸브 조립체의 충돌하여 밸브가 파손하거나 가동자가 후방 프레임에 충돌하여 마그네트가 파손하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Claims

케이싱의 내부에 설치하는 프레임 유니트와,

프레임 유니트에 설치하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와,

왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤과,

왕복동식 모터의 가동자와 피스톤을 함께 탄력적으로 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링과,

왕복동식 모터의 가동자를 중심으로 전후 양측에서 적어도 어느 한쪽에 설치하여 가동자가 피스톤과 함께 일정한 왕복거리 이상으로 이동할 때 가동자와 피스톤의 연동부에 탄력적으로 접촉하도록 한 탄성부재를 포함한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치.
제1항에 있어서,

탄성부재는 압축코일스프링인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치.
제1항에 있어서,

탄성부재는 공진스프링의 안쪽 또는 바깥쪽에 배치하는 것을 특징으로 하는왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치.
제1항에 있어서,

탄성부재는 공진스프링의 길이 보다 짧게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치.
제1항에 있어서,

탄성부재는 공진스프링의 탄성계수 보다 큰 탄성계수를 갖는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치.
제1항에 있어서,

탄성부재는 압축기의 정지시 가동자와 피스톤의 연동부와 일정 간격을 유지하도록 고정하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 장치.
케이싱의 내부에 설치하는 프레임 유니트와, 프레임 유니트에 설치하여 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤과, 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤을 함께 탄력적으로 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링과, 왕복동식 모터의 가동자를 중심으로 전후 양측에서 적어도 어느 한쪽에 설치하여 가동자가 피스톤과 함께 일정한 왕복거리 이상으로 이동할 때 가동자와 피스톤의 연동부에 탄력적으로 접촉하도록 한 탄성부재를 포함한 왕복동식 압축기에서,

왕복동식 모터의 가동자에 결합한 피스톤이 그 가동자와 함께 일정한 왕복거리 이상을 이동할 때 생기는 신호의 변화를 감지하여 가동자와 피스톤의 왕복거리를 제어하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 방법.
제7항에 있어서,

신호는 왕복동식 모터에 입력되는 전류인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지 방법.
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