KR100472295B1

KR100472295B1 - 전자식 컴프레서 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100472295B1
Application number: KR10-2002-7005914A
Authority: KR
Inventors: 사쿠라이히로토; 니시키오리마사노리; 나카오하루키
Original assignee: 니토 코키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2005-03-09
Also published as: US6572348B2; DE10194153T1; US20020136650A1; KR20020077872A; CN1194171C; CN1388867A; TW555936B; WO2002023042A1

Abstract

전자석에 의한 흡인력과 복귀 스프링에 의한 탄발력에 의해, 피스톤을 왕복운동시켜, 가스를 흡인 및 압축하는 전자식 컴프레서 및 그 제조방법을 제공한다. 이 컴크레서는 전방부 실린더부(1)와, 후방부 실린더부(3)와, 피스톤(4, 5)을 왕복이동 가능하게 수용하고, 이 피스톤으로 작동실(10)이 구획되는 중앙홀을 갖춘 실린더 어셈블리와, 전방부 실린더부와 후방부 실린더부 사이에 배치되고, 피스톤을 작동하는 전자석(20, 21, 22)을 구비한다. 이들 실린더 어셈블리와 전자석은 내부통로가 전자석과 전기도전부재에 대해서 밀봉되는 양태로 되며 수지로 성형된 일체구조로 형성된다. 이 컴프레서의 제조방법은 고정금형(40)에 형성된 심 형성용의 원주돌기(41)에 따라서 코일(22)이 두루 감겨진 철심(20)을 고정금형의 캐비티 내에 삽입하고, 이 철심에 형성되는 자극(20a)을 위치맞춤한 후, 가동금형을 덮어 열경화수지를 주입하여 하우징 어셈블리를 성형한다.

Description

전자식 컴프레서 및 그 제조방법{Electromagnetic Compressor and Method of Manufacturing the Compressor}

본 발명은 전자식 컴프레서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 도시가스 등의 가연성 가스 혹은 기타 가스의 흡입, 압축에 사용하기 적절한 전자식 컴프레서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래로부터 공기 등의 유체를 압축해서 토출하는 전자식 컴프레서가 널리 사용되고, 상기 전자식 컴프레서에 관한 발명도 여러가지로 행해지고 있다. 이런 종류의 전자식 컴프레서의 대표예로서는 예를 들면 특공소57-30984호 공보에 기재된 것과 같은 것이 있는데, 도13을 참조하여 간단히 설명한다.

전자식 컴프레서(200)는 고정전자회로(201)를 중심으로 하여, 전방(도시한 것 좌측)에는 전방부 프레임(202), 전방부 커버(203)가 순차 배치되고, 한편, 후방(도시한 것의 우측)에는 후방부 프레임(204), 후방부 커버(205)가 순차 배치된 구조를 갖추고, 이들이 일체로 결합되어 상기 전자식 컴프레서(200)의 기체의 외곽을 형성하고 있다.

상기 프레임(202)은 전방부 칼라(206)와 후방부 칼라(207)를 갖추고, 전방부 칼라(206)에는 이것과 일체로 또한 심이 맞춰진 전방부 끼워맞춤통부(208)와 후방부 끼워맞춤통부(209)가 형성되어 있다. 전방부 끼워맞춤통부(208)에는 전방부 실린더(210)가 끼워서 삽입되고, 후방부 끼워맞춤통부(209)에는 후방부 실린더(211)가 끼워서 삽입되고, 전방부 프레임(202)과 후방부 실린더(211)는 다수의 나사(212)에 의해 일체로 고정되어 있다.

후방부 프레임(204)은 전방부 칼라(213)와 외부 칼라(214)를 갖추고, 전방부 프레임(202)의 후방부 칼라(207)와 상기 후방부 프레임(204)의 전방부 칼라(213)와 함께 고정전자회로(201)에 나사고정되어 있다. 이로 인해, 상기 후방부 칼라(207)와 전방부 칼라(213)의 대향하는 면은 각각 고정전자회로(201)의 전면, 후면과 맞대어져 있다.

고정전자회로(201)에는 코일(215)이 두루 감겨져 있고, 상기 코일(215)에 통전하므로써 형성되는 N극 또는 S극의 자극은 전후방향으로 형성된 상기 후방부 끼워맞춤통부(209)의 노치부 안에 배치되어 있다. 상기 자극에 전자흡인되는 자성아마추어(220)는, 전방부 실린더(210)내를 슬라이딩 이동하는 피스톤 헤드(221)를 갖춘 전방부 피스톤(222)과, 후방부 실린더(211)내를 슬라이딩 이동하는 후방부 피스톤(223)에 끼워지고, 또한 나사(224)에 의해 삼자가 일체로 고정되어 있다. 후방부 피스톤(223)과 후방부 실린더(211)의 캡(225) 사이에는 복귀 스프링(226)이 배치되어 있다.

우선, 상기의 구성을 갖춘 컴프레서에 있어서, 고정전자회로(201)가 여자(勵磁)되면, 전후방부 피스톤(222, 223)(이하, 단순히 피스톤(222)이라 함)과 일체로 된 자성아마추어(220)는 복귀 스프링(226)의 탄발력을 극복하여 도시된 바와 같이 전자흡인 왕복운동을 한다. 한편, 여자가 해제되면 피스톤(222)은 복귀 스프링(226)에 압압되어 복귀한다. 이 피스톤(222)의 왕복운동에 의해 전방부 실린더(210)내에 고정되는 작동실(227) 내의 공기가 소밀한 상태를 반복한다.

즉, 전자흡인력이 작용하여 피스톤(222)이 후퇴했을 때에는, 피스톤 헤드(221)에 설치한 흡인밸브(228)가 작동실(227)을 향해서 개구하여 후방부 커버(205)의 흡입구(230)에서 기체 내에 도입된 공기는 필터(231), 공급공(232, 232) 및 흡입구(233)을 거쳐 작동실(227)로 유입한다. 한편, 복귀 스프링(226)에 압압되어 피스톤(222)이 전진했을 때에는 작동실(227)내의 공기가 조밀해진다. 그러면, 작동실(227)의 벽부의 일부에 설치된 토출밸브가 개구하여 압축공기는 토출구(234) 및 탱크(235)를 거쳐 토출구(236)에서 필요에 따라 호스에 접속된 외부기기에 공급된다.

그러나, 상기한 구성의 컴프레서를 도시가스 등의 가연성 가스의 흡인, 압축에 적용하고자 하면, 작동실(227)에 흡입되는 가연성 가스가 전기적 부분, 예를 들면 코일(215) 등의 주변을 통해서 공급공(232) 및 흡입구(233)로 유도되는 문제가 있었다. 또, 고정전자회로(201)의 전면, 후면과, 후방부 칼라(207)과 전방부 칼라(213)는 각각 맞대어져 있기 때문에 가연성 가스가 상기 맞댐부분을 통해서 외부로 샐 우려가 있었다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 종단면도이다.

도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.

도3a에서 도3e는 본 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 제조공정의 각종 단계를 나타낸 설명도이다.

도4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 종단면도이다.

도5a는 본 발명의 제3 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 종단면도이다.

도5b는 도5a의 화살표 B방향에서 본 전자식 컴프레서의 스프링받이와 스토퍼의 관계를 나타낸 도면이다.

도6a는 제3 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 변형예를 나타내고, 도5a와 동일한 단면도이다.

도6b는 도6a의 화살표 B방향에서 본 전자식 컴프레서의 스프링받이와 스토퍼의 관계를 나타낸 도면이다.

도7은 제1 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 외관을 나타낸 평면도이다.

도8은 제4 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 외관을 나타낸 평면도이다.

도9a에서 도9c는 본 발명의 제5 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 종단면도, 및 좌우의 측면도이다.

도10은 도9a의 X-X선을 따른 단면도이다.

도11a에서 도11c는 제5 실시예에 의한 전자식 컴프레서의 제조공정을 나타낸 설명도이다.

도12는 그 변형예에 의한 전자식 컴프레서의 종방향 단면도이다.

도13은 종래 장치의 일예의 단면도이다.

본 발명은 상기한 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 가연성 가스 등의 흡인, 압축에 사용하기 적절한 전자식 컴프레서(또는, 연료전지용 펌프) 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.

다른 목적은 제작코스트를 값싸게 할 수 있는 전자식 컴프레서 및 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 전자석에 의한 흡인력과 복귀 스프링에 의한 탄발력에 의해 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡인 및 압축하는 전자식 컴프레서가 제공된다. 이 컴프레서는 전방부 실린더부와 후방부 실린더부와 상기 피스톤을 왕복운동 가능하게 수용하고, 이 피스톤으로 작동실이 구획되는 중앙홀을 갖춘 실린더 어셈블리와, 상기 전방부 실린더부와 후방부 실린더부의 사이에 배치되고 상기 피스톤을 작동시키는 전자석과, 이 전자석에 전기를 공급하는 전기도전부재와, 상기 작동실을 컴프레서의 외부로 연통하는 내부통로를 구비하고, 상기 실린더 어셈블리와 전자석은 상기 내부통로가 전자석과 도전부재에 대해서 밀봉되는 양태로 되며 수지로 성형된 일체구조로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 컴프레서는 상기 전방부 실린더부와 후방부 실린더부 사이에 배치된 절연재제의 스페이서를 구비하는 것이 바람직하다.

이 전자식 컴프레서에 의하면, 예를 들면 가연성 가스 등의 내부를 유통하는 가스가 전자식 컴프레서의 구성 부재의 전기적 부분에 접촉하지 않게 된다. 또, 종래의 장치와는 달라서, 전자식 컴프레서의 구성부재간의 맞댐부분이 없어지므로 흡인된 가스가 상기 전자식 컴프레서의 구성부재 사이에서 외부로 새는 것을 방지할 수 있게 된다.

또, 상기 전자석은 코일의 바깥둘레의 적어도 일부를 상기 수지로 덮지 않고 외부로 노출시킬 수도 있다.

이 경우에는, 코일의 바깥둘레의 일부가 외기에 노출되므로 코일로부터의 발열을 효과적으로 발산시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 실린더 어셈블리는 중앙홀의 일단부를 닫고, 상기 피스톤과 함께 작동실을 구획하는 폐쇄부재와, 이 폐쇄부재와 피스톤 사이에 배치되고, 상기 피스톤이 이 폐쇄부재를 향해서 이동했을 때에 상기 작동실에서 분리가능한 댐퍼실을 갖추고, 이 댐퍼실에 형성되는 압력에 의해 피스톤과 폐쇄부재의 충돌이 방지된다. 이 경우에는, 압축공정시에 피스톤 쇼크가 발생하지 않도록 할 수 있다. 그 결과, 전자식 컴프레서는 안정적으로 동작하고 또한 장수명으로 할 수 있다.

그리고, 상기 실린더 어셈블리에 설치되고, 또한 가스 공급관로가 접속되는 엔드 캡을 구비하고, 이 엔드 캡은 이 공급관로가 접속되는 부위의 가까운 곳에 박육부(薄肉部)를 갖추고, 공급관로에서 공급되는 가스압이 소정 압력을 넘었을 때에 이 박육부를 파단시키므로써 가스의 공급을 정지시키는 것도 가능하다. 이 경우에는, 전자식 컴프레서 내의 압력이 예정치 이상이 되면 상기 박육부가 파단되므로 상기 전자식 컴프레서 내의 압력이 예정 이상의 고압이 되는 것을 방지할 수 있다.

상기 앤드캡에 설치되고, 상기 공급관로에서 공급되는 가스를 차단가능한 밸브를 갖추고, 이 밸브는 상기 박육부를 파단했을 때에 폐쇄되는 것이 바람직하다. 이 경우에는 가스가 외부로 계속해서 유출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 피스톤이 배치되는 중앙홀과, 이 피스톤의 직경방향 양측에 한 쌍의 자극을 형성하는 전자석의 둘레부에 성형된 수지층을 갖춘 하우징 어셈블리와, 상기 중앙홀 내에 수용되고 상기 피스톤을 왕복운동 가능하게 수용하고 이 피스톤으로 작동실이 구획되는 실린더부를 구비하고, 상기 실린더부의 내경과 이 실린더 내를 슬라이딩 이동하는 피스톤의 외경을 선택가능하게 한 전자식 컴프레서가 제공된다. 이 컴프레서에 의하면, 동일 사이즈의 하우징 어셈블리를 사용하여 임의의 외경의 피스톤을 설치할 수 있게 된다.

이러한 전자식 컴프레서를 제조하는 방법은 다음 공정을 구비한다. 즉, 이 제조방법은 캐비티와 이 캐비티에 배치된 심 형성용의 원주돌기를 갖춘 고정금형과, 주탕공(注湯孔)을 갖춘 가동금형을 준비하는 공정과, 상기 원주돌기에 따라 코일이 두루 감긴 철심을 고정금형 내에 삽입하고, 이 철심에 형성되는 자극이 전후 실린더와 동축이 되도록 위치맞춤하는 공정과, 상기 고정금형 상에 가동금형을 입히는 공정과, 상기 가동금형의 주탕공(注湯孔)에서 이들 금형 내에 유체형의 수지를 주입해서 하우징 어셈블리를 성형하는 공정을 구비한다. 이 방법에 의하면, 가스의 흡인에서 토출까지의 통로를 밀폐구조로 한 전자식 컴프레서를 용이하게 제조할 수 있다. 이로 인해, 가연성 가스 등의 유체의 외부로의 누설을 방지할 수 있다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 또, 도면 중 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙였다.

도1은 본 발명의 전자식 컴프레서의 일실시예의 단면도이고, 그 중심축 C를 지나서 또한 철심에 두루 감긴 코일의 감은 면에 평행한 면에서 자른 단면도를 나타낸다. 또, 이 도면에 있어서는, 중심축 C보다 윗측에는 피스톤이 가장 후퇴했을 때의 위치를 나타내고, 상기 중심축 C보다 아래측에는 상기 피스톤이 가장 전진했을 때의 위치를 나타내고 있다.

전자식 컴프레서는 중심축 C와 동축이고, 앞측 방향(도면의 좌측방향)에서 뒷측 방향(도면의 우측방향)을 향해서 순서대로 배치된, 원통형상의 전방부 실린더부(1), 절연재로 이루어지는 스페이서(2) 및 후방부 실린더부(3)를 갖춘 실린더 어셈블리를 구비하고 있다. 상기 전방부 실린더부(1), 스페이서(2) 및 후방부 실린더부(3)의 내부에는 이들 내면을 따라서 슬라이딩 이동하는 전방부 피스톤(4), 자성 아마추어(6) 및 후방부 피스톤(5)이 설치되어 있다. 전방부 피스톤(4)은 후단면(4a)과 그 중앙부에 열린 관통공을 갖추고, 상기 관통공에 후방부 피스톤(5)의 전단면(5a)에서 더욱 전방으로 연장되는 소직경 관부(5b)의 일부가 삽입되고, 이 전방부 피스톤(4)에 고정되어 있다. 상기 자성 아마추어(6)는 전방부 피스톤(4)의 후단면(4a)과 후방부 피스톤(5)의 전단면(5a) 사이에 끼워지고, 전방부 피스톤(4)과 후방부 피스톤(5)에 일체적으로 결합되어 있다. 후방부 피스톤(5)의 소직경 관부(5b)의 선단부에는 입구 밸브(7)가 설치되어 있다.

전방부 피스톤(4)의 전방에는 상기 전방부 피스톤(4)과 대향해서 헤드 캡(8)이 놓여지고, 전후방향으로 뻗는 상기 헤드 캡(8)의 전방 단부에는 출구 밸브(9)가 설치되어 있다. 상기 출구 밸브(9)의 전방에는 헤드 커버(11)가 설치되고, 상기 헤드 커버(11)는 나사(12)로 헤드 캡(8)에 고정되어 있다. 한편, 후방부 피스톤(5)과 니플(13)이 설치된 엔드 캡(14) 사이에는 복귀 스프링(15)이 배치되어 있다. 엔드 캡(14)은 도시되지 않은 나사에 의해 장치 본체에 고정되어 있다.

도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 방향에서 본 도면이다. 또, 도2에는 한 쌍의 자극(20a)간에 배치되는 자성 아마추어(6) 또는 후방부 피스톤(5)은 도시가 생략되어 있다.

도2의 면내에는 상기 자성 아마추어(6)를 전자적으로 흡인하는 전자석이 배치되어 있다. 상기 전자석의 철심(20)의 아암부(20b, 20b)에는 보빈(21)이 끼워져 삽입되고, 그 안에 코일(22)이 두루 감겨져 있다. 코일(22)에 통전되면 아암부(20b, 20b)의 개방단부에 자극(20a, 20a)이 형성된다. 이 도면에서는, 스페이서(2)의 바깥둘레, 철심(20)의 내외둘레, 및 보빈(21), 코일(22)의 바깥둘레는 수지(23)가 몰드되어 있다.

또, 도1에 나타낸 바와 같이, 전방부 실린더부(1)와 후방부 실린더부(3)와 스페이서(2)를 갖춘 실린더 어셈블리와, 이 실린더 어셈블리의 외측에 배치된 철심(20)과 보빈(21)과 코일(22)은 그 전체의 바깥둘레부가 수지(23)로 완전히 덮인 상태로 몰드되어 있다. 이로 인해, 전방부 실린더부(1)와 후방부 실린더부(3)와 스페이서(2)로 형성되고, 가스통로를 형성하는 외벽은 밀폐구조로 되어 있는 것을 이해할 수 있다. 또, 수지(23)는 실린더부(1, 3)를 수용하는 하우징 어셈블리를, 스페이서(2) 및 전자석과 함께 형성한다.

다음으로, 본 실시예의 주요부 구성의 제조방법을, 도3a 내지 도3e를 참조하여 설명한다. 우선, 도3a에 나타낸 바와 같이, 캐비티와 이 캐비티의 중앙에 배치된 심 형성용의 원주돌기(41)를 갖춘 고정 금형(40)을 준비한다. 이 고정 금형(40)의 원주돌기(41)에 따른 전방부 실린더부(1)를 캐비티 내에 삽입한다. 다음으로, 도3b에 나타낸 바와 같이, 그 위에 원주돌기(41)에 따라서 스페이서(2)가 캐비티 내에 삽입된다. 또, 상기 스페이서(2)의 상부에는 철심(20)의 자극(20a)이 끼워져 삽입되는 창(2a)이 형성되어 있다. 다음으로, 도3c에 나타낸 바와 같이, 보빈(21)에 코일(22)이 두루 감겨진 철심(20)이 준비되고, 상기 철심(20)의 자극 대향간격(20c)(도2 참조)이 원주돌기(41)에, 또 철심(20)의 홀(20d, 20e)(도2 참조)이 각각 단이 형성된 가이드봉(42a, 42b)과 적합하도록 위치결정되어 삽입된다. 그러면, 철심(20)은 상기 자극(20a)이 스페이서(2)의 창(2a)에 적합하도록 스페이서(2)상에 겹쳐지게 된다. 또한, 스페이서(2)를 생략할 경우에는 원주돌기(41)에 대해서 위치결정하므로써 철심(20)의 위치결정을 행하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 도3d에 나타낸 바와 같이, 후방부 실린더부(3)가 원주 돌기(41)에 따라서 금형(40)내에 삽입된다. 마지막으로, 도3e에 나타낸 바와 같이, 가동금형(50)이 캐비티를 닫도록 고정금형(40)상에 덮여진다. 그런 다음, 가동금형(50)의 주탕공(51)에서 열경화수지(23)가 유입된다. 수지(23)가 경화한 후, 성형품을 금형에서 꺼내면 도1에 나타낸 헤드 캡(8)과 엔드 캡(14)에 끼워지는 부분이고, 피스톤과 아마추어를 제외한 부분인 장치 본체가 얻어진다.

다음으로, 도1을 참조하여 본 실시예의 전자식 컴프레서의 동작을 설명한다.

가연성 가스 등의 가스는 니플(13)을 통해서 후방부 실린더부(3)내에 들어간다. 지금, 자극(20a)으로부터의 자극흡인력이 작용하여 피스톤(4, 5)이 후퇴(왕복운동)하면, 입구 밸브(7)가 열리고, 가스는 작동실(10)에 보내진다. 이때, 출구 밸브(9)는 닫혀 있다. 다음으로, 상기 전자흡인력이 정지하여 피스톤(4, 5)이 복귀 스프링(15)의 탄발력에 의해 전진(왕복운동)하면, 입구 밸브(7)가 닫히고, 작동실(10)내의 가스는 압축된다. 상기 가스의 압력이 소정 이상이 되면, 출구밸브(9)는 열려 헤드 커버(11)측의 니플(13)을 통해서 토출된다. 이때, 전방부 피스톤(4)의 헤드와 헤드 캡(8)의 바깥둘레벽의 사이에는 에어댐퍼실(16)이 형성된다. 그 때문에, 압축공정시에 전방부 피스톤(4)의 헤드가 헤드 캡(8)의 바깥둘레기부에 충돌해서 피스톤 쇼크가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 가연성 가스 등의 가스가 전후의 피스톤(4, 5)내만을 통과하게 되어 코일(22) 등의 전기적 부분을 통과하지 않으므로 상기 가스는 상기 전기적 부분에 접촉하는 일이 없어져 안전성을 높일 수 있게 된다. 또, 종래 장치와 같이, 장치 내에 맞댄 부분이 없고, 가스의 통로 주위는 수지로 완전히 밀봉되어 있으므로 가스가 장치의 외부로 샐 우려가 전혀 없어진다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시예를 도4를 참조하여 설명한다. 이 실시예는 제1 실시예에 비해서 헤드 캡(8)에 압축가스의 통로와 에어댐퍼실(16)을 연결하는 반경방향으로 뻗는 연통공(17)을 형성한 점에 특징이 있다.

이 실시예에 의하면, 전방부 피스톤(4)의 헤드 근방의 내벽에 헤드 캡(8)의 외벽을 슬라이딩 이동하는 피스톤링(18)이 끼워져 삽입되어 있고, 상기 전방부 피스톤(4)의 헤드가 연통공(17)에 걸리기까지는 댐퍼효과가 발생하지 않으므로 피스톤(4, 5)이 전진동작하는 압축공정시에 발생하는 에너지의 손실을 극력 저감할 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시형태를 도5a 및 도5b를 참조하여 설명한다. 이 실시예에 있어서는 후방부 실린더부(3)의 뒷쪽, 즉 가스의 흡인측에, 바람직하게는 환상의 박육부(14b)(취약부)를 갖춘 엔드 캡(14a)이 설치되어 있다. 또, 상기 엔드 캡(14a)과 일체로 된 스프링 받이(14c)의 균열홈(14d) 안에 T자형의 스토퍼(32)가 배치되고, 중심축(c)에 대해서 수직으로 뻗는 스토퍼(32)의 양단부는, 후방부 실린더부(3)의 바깥둘레를 덮는 수지의 후단부와 엔드 캡(14a)의 각부의 사이에 지지되고, 상기 중심축(c)의 방향을 따라서 뻗는 단부는 밸브(33)의 중앙홀에 맞닿고 있다. 밸브(33)는 그 전방부에 O링(34)을 갖추고, 니플(35)에 그 후단부가 지지된 스프링(36)의 전단부에 고정되어 있다. 그 때문에, 정상시에는 밸브(33)는 스토퍼(32)의 중심축(C)에 거의 평행하게 뻗는 단부에 의해, 스프링(36)의 탄발력에 대항해서 압압되어 열려 있고, 흡인되어 온 가스는 상기 밸브(33)를 통과한다.

그러나, 어떠한 이유로 후방부 실린더부(3)내의 압력이 이상하게 높아지면 상기 엔드 캡(14a)의 박육부(14b)가 파단한다. 이로 인해, 니플(35)이 접속된 부분이 스프링 받이(14c)를 통해서 복귀 스프링(15)으로 압압되어 실린더 어셈블리에서 간격을 두고 떨어진다. 그러면, 밸브(33)를 압압하고 있던 스토퍼(32)의 압압력에서 개방되어 밸브(33)는 스프링(36)의 탄발력에 의해 전방향으로 압압되어, 헤드 커버(14a)의 가스통로 내벽(14e)에 상기 O링(34)이 강하게 맞닿는다. 그 결과, 호스(37)를 거쳐서 흡인되어 온 가스는 밸브(33)에 의해 차단되고, 이 전자식 컴프레서로의 공급이 정지한다. 또, 엔드 캡(14a)의 차단부분에서 외부로 유출되는 것이 방지된다.

상기 제3 실시예의 변형예를 도6a 및 도6b를 참조하여 설명한다. 니플(35)은 철 등의 자성체로 형성된 엔드 캡(61)과 고착되어 있고, 밸브(33)는 스프링(36)의 탄발력에 의해 외측으로 압압되어 있다. 하우징(62)은 그 중앙부에 실린더 어셈블리 내에 돌출하는 스프링 받이(63)와 밸브(33)를 향해서 뻗는 스토퍼(65)를 갖추고, 또 그 주변부에 영구자석(64)이 매립되어 있다. 이 영구자석(64)은 그 자력에 의해 엔드 캡(61)을 흡인하고 실링(66)의 작용에 의해 기밀구조를 형성하고 있다.

이 변형예에 있어서, 상기와 동일하게 어떤 이유로 후방부 실린더부(3) 내의 압력이 이상하게 높아져 상기 압력이 상기 영구자석(64)의 상기 엔드 캡(61)에 대한 흡인력을 넘으면, 엔드 캡(61)은 하우징(62)에서 분리된다. 그 결과, 상기 제3 실시예와 동일하게 밸브(33)는 이것을 압압하고 있던 스토퍼(65)의 압압력에서 개방되고, 밸브(33)는 스프링(36)의 탄발력에 의해 전방 측으로 압압되어 엔드 캡(61)의 가스통로 내벽에 상기 O링(34)이 강하게 맞닿는다. 그 때문에, 제3 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.

따라서, 상기 제3 실시예 및 그 변형예에 의하면, 전자식 컴프레서를 가연성 가스를 흡인, 압축하는데 사용한 경우의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 각 실시예에서는 도7에 제1 실시예의 전자식 컴프레서로 예시되어 있는 바와 같이, 전자식 컴프레서의 Ⅱ-Ⅱ선에서 후방측 즉 철심(20)보다도 흡인측에 위치하는 보빈(21) 및 코일(22)의 외측이 수지(23)에서 피복되어 있었다. 그러나, 이 외측은 피복은 없어도 된다. 즉, 도8에 나타낸 바와 같이, 수지(23)의 피복을 부분적으로 생략하므로써 수지의 사용량을 절약할 수 있다. 또, 코일(22)이 외기에 노출되므로 코일(22)에서 발생한 열을 신속하게 발산시킬 수 있어 전자식 컴프레서 내의 온도가 올라가는 것을 억제할 수 있게 된다.

다음으로 도9a 에서 도9c를 참조하여 본 발명의 제5 실시예를 설명한다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도9a는 본 발명의 전자식 컴프레서의 제5 실시예의 단면도이고, 그 중심축(C)을 통해서 또한 철심에 두루 감겨진 코일의 감은 면에 평행한 면에서 자른 단면도를 나타낸다. 또, 도9b, 도9c는 각각 도9a의 좌측 측면도, 우측 측면도를 나타낸다.

본 실시예의 전자식 컴프레서는 중심축(C)과 동축이고, 전방향(도면의 좌측방향)에서 후방향(도면의 우측방향)을 향해서 순서대로 배치된, 원통형상의 전방부 실린더부(101), 수지로 일체 성형된 하우징 어셈블리(102)의 일부를 형성하는 스페이서, 및 이 스페이서에 의해 전방부 실린더(101)에서 떨어져 간격을 두고 배치된 후방부 실린더부(103)를 갖춘 실린더 어셈블리를 구비하고 있다. 상기 전방부 실린더부(101), 하우징 어셈블리(102) 및 후방부 실린더부(103)의 내부에는 이들의 내면을 따라서 슬라이딩 이동하는 전방부 피스톤(104), 자성 아마추어(106) 및 후방부 피스톤(105)이 설치되어 있다. 자성 아마추어(106)는 전방부 피스톤(104)의 후단면(104a)과 후방부 피스톤(105)의 전단면(105a) 사이에 끼워져 전방부 피스톤(104)과 후방부 피스톤(105)에 일체적으로 결합되어 있다. 전방부 피스톤(104)과 후방부 피스톤(105)의 중심부에 축방향으로 뻗는 관통공(107)이 형성되고, 상기 관통공의 선단부에는 입구 밸브(108)가 설치되어 있다.

전방부 피스톤(104)의 전방에는 상기 전방부 피스톤(104)과 대향해서 헤드 캡(109)이 설치되고, 전방부 실린더부(101) 및 하우징 어셈블리(102)의 전방향 단부이고, 작동실(110)내의 댐퍼부(110a)와 대향하는 위치에 배출공(110b)이 형성되고, 상기 배출공(110b)을 막도록 하우징 어셈블리(102)의 외측에 출구 밸브(111)가 설치되어 있다. 상기 출구 밸브(111)에서 송출된 유체는 유체 배출공으로 유도된다. 상기 유체 배출공(112)에는 니플 등의 적절한 관접속기구가 결합된다.

한편, 후방부 피스톤(105)과, 엔드 캡(113) 사이에는 복귀 스프링(114)이 배치되어 있다. 헤드 캡(109)과 엔드 캡(113)은 하우징 어셈블리(102)와 함께 나사(115)에 의해 일체로 고정되어 있다. 상기 엔드 캡(113)의 일부에는 유체유입공(116)이 형성되고, 피스톤이 흡인사이클시에 상기 유체유입공(116)을 통해서 유체가 흡입된다. 상기 유체유입공(116)에는 니플 등의 적절한 관접속기구가 결합된다.

도10은 도9의 X-X선을 따른 방향에서 본 도면이다. 또, 도10에서는 한 쌍의 자극(120a)사이에 배치되는 자성 아마추어(106) 또는 후방부 피스톤(105)은 도시가 생략되어 있다.

도10의 면 내에는 상기 자성 아마추어(106)를 전자적으로 흡인하는 전자석이 배치되어 있다. 상기 전자석의 철심(120)은 피스톤(104, 105)을 동축형으로 둘러싸고, 중심축(C)에 대해서 직교하는 면을 따라서 배치된다. 이 철심의 아암부(120b, 120b)에는 코일(122)이 두루 감겨진 보빈(121)이 끼워져 삽입되어 있다. 코일(122)에 통전되면 아암부(120b, 120b)의 개방 단부에 자극(120a, 120a)가 형성된다.

도9a 내지 도9c 및 도10에 나타낸 바와 같이, 철심(120)의 내외둘레 및 보빈(121)과 코일(122)의 바깥둘레는 각각 수지로 몰드되고, 이들 철심(120)과 보빈(121)과 코일(122)은 하우징 어셈블리(102)와 일체적으로 형성된다. 또한, 이 하우징 어셈블리(102)에 전방부 및 후방부 실린더부(101, 103)가 삽입되어 고정된다. 전방부 피스톤(104), 자성 아마추어(106) 및 후방부 피스톤(105)이 전후운동하는 중앙홀을 구획하는 하우징 어셈블리의 외벽은 주로 상기 수지에 의해 형성되어 있다. 또, 부호(120d, 120e)는 철심(120)을 헤드 캡(109)와 엔드 캡(113)에 고정하는 나사를 통과시키기 위한 홀이다.

또, 도9a 내지 도9c에 나타낸 바와 같이, 각 실린더부(101, 103), 철심(120)의 바깥둘레, 및 보빈(121), 코일(122)의 바깥둘레는 수지로 완전히 몰드되어 실린더부(101, 103), 및 관통공(107)로 형성된 가스통로의 외벽은 밀폐구조가 되는 것을 이해할 수 있다.

다음으로, 본 실시예의 주요부 구성의 제조방법을 도11a 내지 도11c를 참조하여 설명한다.

우선, 도11a에 나타낸 바와 같이, 캐비티와, 이 캐비티의 중앙에 심 형성용의 원주돌기(141)를 갖춘 고정금형(140)을 준비한다. 한편, 철심(120), 보빈(121) 및 코일(122)을 일체로 한 전자석부(142)를 별도로 준비한다. 그리고, 도11b에 나타낸 바와 같이, 전자석부(142)를 고정금형(140)에 세트한다. 즉, 원주돌기(141)에 대향하는 자극(120a, 120a)으로 형성되는 전자석부(142)의 아암부(120b, 120b)가 삽입되므로써 전자석부(142)가 고정금형(140)에 세트된다.

다음으로, 도11c에 나타낸 바와 같이, 고정금형(140)상에 가동금형(143)을 덮고, 가동금형(143)에 형성된 수지주입의 주탕공(144)에서 열경화 수지를 주입한다. 이 수지가 경화한 후에 성형품을 금형에서 꺼내면 도9a, 9b에 나타낸 헤드 캡(109)과 엔드 캡(113)에 끼워지는 부분이고, 피스톤, 아마추어 및 전방부, 후방부 실린더부(101, 103)를 제외한 부분인 하우징 어셈블리(102)가 얻어진다.

이와 같이 하우징 어셈블리(102)가 얻어지면, 이 하우징 어셈블리(102)의 중심축(C)과 동축의 중앙홀의 내벽에 전방부 실린더부(101)와 후방부 실린더부(103)를 끼워서 설치하는 공정이 행해진다. 이때, 전방부 실린더부(101)로서 예를 들면 도12에 나타낸 바와 같이 사용하는 전방부 피스톤(152)의 외경에 적용하는 내경을 갖춘 전방부 실린더부(151)를 하우징 어셈블리(102)에 삽입하여 설치할 수 있다. 즉, 외경이 동일하면 임의의 내경을 갖춘 전방부 실린더부를 하우징 어셈블리(102)에 자유롭게 삽입하여 설치할 수 있다. 그 결과, 하우징 어셈블리(102)를 사용하는 피스톤의 직경에 맞추어 설계변경하는 일 없이 동일한 하우징 어셈블리를 임의의 직경의 피스톤에 적용할 수 있게 된다.

상기와 같이 하여, 하우징 어셈블리(102)에 전방부 실린더부(101 또는 151), 및 후방부 실린더부(103)를 삽입하여 설치하는 공정이 끝난 뒤에는 종래와 동일한 조립공정이므로 설명을 생략한다.

다음으로, 도9a 내지 9c를 참조하여 본 실시예의 전자식 컴프레서의 동작을 설명한다.

가연성 가스 등의 가스는 유체유입공(116)을 통해서 후방부 실린더부(103)내에 들어간다. 자극(102a)으로부터의 전자흡인력이 작용하여 피스톤(104 105)이 후퇴(왕복운동)하면, 입구밸브(108)가 열리고 가스는 작동실로 보내어진다. 이때, 출구 밸브(111)는 닫혀 있다. 다음으로, 전자흡인력이 정지하여 피스톤(104, 105)이 복귀 스프링(114)의 탄발력에 의해 전진(왕복이동)하면 입구밸브(108)가 닫히고 작동실(110)내의 가스는 압축된다. 가스의 압력이 소정 이상이 되면, 출구 밸브(111)는 열리고 헤드 캡(109)측의 유체배출공(112)을 통해서 토출된다. 이때, 전방부 피스톤(104)의 최전방부가 토출구(110b)에 겹쳐져서 이 토출구(110b)를 막기때문에, 전방부 피스톤(104)의 헤드와 헤드 캡(109)의 바깥둘레벽 사이에는 에어댐퍼실이 형성된다. 그 때문에, 압축공정시에 전방부 피스톤(104)의 헤드가 헤드 캡(109)의 바깥둘레 기부에 충돌하여 피스톤 쇼크가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 가연성 가스 등의 가스가 주로 실린더부(101, 103), 및 관통공(107)내만을 통과하게 되어 코일(122) 등의 전기적 부분을 통과하지 않게 되므로 가스는 전기적 부분에 접촉하는 일이 없어져 안전성을 높일 수 있게 된다. 또, 종래 장치와 같이, 장치 내에 맞댐부분이 없고, 가스의 통로의 주위는 수지로 완전히 밀봉되어 있으므로, 가스가 장치의 외부로 샐 염려는 전혀 없게 된다.

또, 본 실시예에 의하면, 사용하는 피스톤 및 실린더부의 직경이 달라져도 공통의 하우징 어셈블리를 사용할 수 있게 된다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 상기한 전자식 컴프레서는 가스의 흡인에서 토출까지의 내부통로가 외부에서 밀폐된 구조가 되므로 상기 가스가 전자식 컴프레서의 전기적 부분에 접촉하거나 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이로 인해, 도시가스 등의 가연성 가스용 컴프레서로서 혹은 연료전지용 펌프로서 지극히 안전하게 사용할 수 있게 된다. 또, 전자석 코일의 적어도 일부가 외기에 노출할 경우에는 상기 코일로부터의 발열을 효과적으로 발산시킬 수 있어 코일로부터의 열에 의한 전자식 컴프레서의 온도상승을 방지할 수 있다.

또, 실린더부내에 댐퍼실을 형성하므로써, 피스톤이 헤드 캡 등의 폐쇄부분에 충돌하는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 이로 인해, 전자식 컴프레서를 안정적으로 동작시킬 수 있음과 동시에 장수명화할 수 있다. 또, 헤드 커버에 박육부를 형성하고, 전자식 컴프레서 내의 압력이 예상치 이상이 되었을 때에, 이 박육부를 파단하므로써 전자식 컴프레서의 기능을 정지시켜 안전을 확보할 수도 있고, 이때, 헤드 커버에 밸브를 설치하므로써 공급용 호스로부터 가스가 외기에 누설되는 것을 방지할 수 있다.

또, 전자석의 둘레부에 수지를 형성하여 하우징 어셈블리를 형성하므로써, 동일 사이즈의 하우징 어셈블리에 외경이 동일하면 각각 내경이 상이한 실린더를 장착할 수 있어, 이로 인해 동일한 사이즈의 하우징 어셈블리를 사용하여 각종 외형의 피스톤을 사용할 수 있게 되어, 장치의 제작공정을 간이화할 수 있음과 동시에 제작코스트를 대폭적으로 저감할 수 있다.

또한, 전자석을 금형 내에 수용하고 그 외측을 수지로 성형하므로써 가스의 흡인에서 토출까지의 내부통로가 밀폐구조인 전자식 컴프레서 본체를 용이하게 제조할 수 있어 제조코스트를 저감할 수 있다.

또, 본 발명에 대해서 각종 도면에 나타낸 바람직한 실시예와의 관계로 설명했으나, 본 발명에서 일탈하지 않고, 본 발명과 동일한 기능을 이루기 위한 다른 동일한 실시예를 사용하여, 혹은 상기한 실시예를 변경하거나 혹은 추가가능한 것은 명백하다. 따라서, 본 발명은 어느 단일한 실시예에 제한되어야하는 것이 아니라, 청구범위 기재의 범위에 따라서 해석해야할 것이다.

Claims

전자석에 의한 흡인력과 복귀 스프링에 의한 탄발력에 의해 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡인 및 압축하는 전자식 컴프레서로서,

전방부 실린더부(1, 101, 151)와, 후방부 실린더부(3, 103)와, 상기 피스톤(4, 5 ; 104, 105)을 왕복운동 가능하게 수용하고, 이 피스톤으로 작동실(10, 110)이 구획되는 중앙홀을 갖춘 실린더 어셈블리와,

상기 전방부 실린더부와 후방부 실린더부 사이에 배치되고, 상기 피스톤을 작동하는 전자석(20, 21, 22 ; 120, 121, 122)과,

이 전자석에 전기를 공급하는 도전부재와,

상기 작동실(10, 110)을 컴프레서의 외부로 연통하는 내부 통로를 구비하고,

상기 실린더 어셈블리와 전자석은 상기 내부 통로가 전자석과 전기 도전부재에 대해서 밀봉되는 양태로 되며 수지로 성형된 일체 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제1항에 있어서, 상기 전방부 실린더부와 후방부 실린더부 사이에 배치된 절연재제의 스페이서(2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자석은 코일(22)의 바깥둘레의 적어도 일부가 상기 수지로 덮이지 않고 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제1항에 있어서, 상기 실린더 어셈블리는 중앙홀의 일단부를 닫고, 상기 피스톤(4, 5 ; 104, 105)과 함께 작동실(10)을 구획하는 폐쇄부재(8, 109)와, 이 폐쇄부재와 피스톤 사이에 배치되고, 상기 피스톤이 이 폐쇄부재를 향하여 이동했을 때에, 상기 작동실(10)에서 분리가능한 댐퍼실(16, 110a)을 갖추고, 이 댐퍼실에 형성되는 압력에 의해 피스톤과 폐쇄부재의 충돌이 방지되는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제4항에 있어서, 상기 폐쇄부재(8, 109)와 피스톤의 일측은, 상기 댐퍼실을 작동실(10)과 내부 통로의 일측에 접속되는 홀(17)을 갖추고, 이 홀은 피스톤이 폐쇄부재에 근접했을 때에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제1항에 있어서, 상기 실린더 어셈블리에 설치되고, 또한 가스 공급관로(37)가 접속되는 엔드 캡(14a)을 구비하고, 이 엔드 캡은 이 공급관로가 접속되는 부위의 가까운 곳에 박육부(薄肉部)(14b)를 갖추고, 공급관로에서 공급되는 가스압이 소정 압력을 넘었을 때에 이 박육부를 파단시키므로써 가스의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제1항에 있어서, 상기 실린더 어셈블리에 설치되는 자석(64)과, 가스 공급관로(37)가 접속되고, 또한 이 자석이 형성하는 자력으로 실린더 어셈블리에 연결되는 엔드 캡(61)을 구비하고, 이 엔드 캡은 공급관로에서 공급되는 가스압이 소정 압력을 넘었을 때, 실린더 어셈블리에서 분리되므로써 가스의 공급을 정지하는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제6항에 있어서, 상기 엔드 캡(14a)에 설치되고, 상기 공급관로(37)에서 공급되는 가스를 차단가능한 밸브(33)를 갖추고, 이 밸브는 상기 박육부가 파단했을 때 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
제7항에 있어서, 상기 엔드 캡(61)에 설치되고, 상기 공급관로(37)에서 공급되는 가스를 차단가능한 밸브(33)를 갖추고, 이 밸브는 엔드 캡이 실린더 어셈블리에서 분리되었을 때에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
전자석에 의한 흡인력과 복귀 스프링에 의한 탄발력에 의해 피스톤을 왕복운동시켜 가스를 흡인 및 압축하는 전자식 컴프레서로서,

상기 피스톤(4, 5 ; 104, 105)이 배치되는 중앙홀과, 이 피스톤의 직경방향 양측에 한 쌍의 자극(20a, 120a)을 형성하는 전자석의 둘레부에 성형된 수지층(23)을 갖춘 하우징 어셈블리와,

상기 중앙홀 내에 수용되고, 상기 피스톤(4, 5 ; 104, 105)을 왕복운동가능하게 수용하고, 이 피스톤으로 작동실(10, 110)이 구획되는 실린더부(1, 3, 101, 151, 103)를 구비하고,

상기 실린더부의 내경과 이 실린더 내를 슬라이딩 이동하는 피스톤의 외경을 선택 가능하게 한 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서.
전자석에 의한 흡인력과 복귀 스프링에 의한 탄발력에 의해, 피스톤을 왕복이동시켜 가스를 흡인 및 압축하는 전자식 컴프레서의 제조방법으로서,

캐비티와 이 캐비티에 배치된 심 형성용 원주돌기(41, 141)를 갖춘 고정금형(40, 140)과, 주탕공(注湯孔)(51, 144)을 갖춘 가동금형(50, 143)을 준비하고,

상기 원주돌기에 따라서 코일(22, 122)이 두루 감겨진 철심(20, 120)을 고정금형내에 삽입하고, 이 철심에 형성되는 자극(20a, 120a)이 소정의 위치가 되도록 위치맞춤하고,

상기 고정금형상에 가동금형을 덮고,

상기 가동금형의 주탕공(51, 144)에서 이들의 금형내에 열경화수지를 주입해서 하우징 어셈블리를 성형하는 것을 특징으로 하는 전자식 컴프레서의 제조방법.
제11항에 있어서, 상기 철심을 고정금형 내에 삽입하기 전에 상기 원주돌기에 따라서 상기 실린더부(1, 101)와 스페이서(2)를 고정금형의 캐비티 내에 삽입하는 공정과, 상기 철심을 위치맞춤한 후에, 상기 원주형 돌기에 따라서 후방부 실린더(3, 103)를 고정금형 내에 삽입하는 공정을 구비하고, 상기 자극을 위치맞춤하는 공정은 상기 스페이서에 대해서 위치맞춤하는 공정을 갖추고, 상기 하우징 어셈블리는 축방향으로 소정의 간격을 두고 일체로 형성된 2개의 실린더부를 갖춘 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 하우징 어셈블리에 각각이 동일한 외경을 갖고 또한 내경이 상이한 다수의 실린더부에서 선택한 임의의 실린더부를 장착하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.