KR100498320B1 - 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치에 관한 것으로, 본 발명은 프레임에 고정하는 외측고정자 및 내측고정자 그리고 이 외측고정자와 내측고정자 사이에 일정 공극을 두고 개재하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 구비한 왕복동식 모터와, 이 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤의 연결부를 피스톤운동방향으로 탄력 지지하는 공진스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 피스톤의 왕복운동시 왕복동식 모터의 고정자와 함께 자력을 발생하면서 상기 피스톤의 행정거리를 보정할 수 있도록 소정의 극성을 가진 자성부를 상기한 왕복동식 모터의 가동자와 결합하는 피스톤의 플랜지 또는 공진스프링을 지지하는 스프링장착부에 구비함으로써, 피스톤의 압축행정시에는 피스톤이 압축실의 가스력에 의해 밀리는 것을 방지하는 반면 흡입행정시에는 피스톤이 더 멀리 후진하도록 하여 압축기의 냉력과 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치{COMPRESSION FORCE CALIBRATION APPARATUS FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 공극 주변에 자성체를 부가하여 압축력을 배가하고자 하는 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치에 관한 것이다.

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

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP) 및 가스토출관(DP)을 구비하는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식모터(30)와, 프레임유니트(20)에 고정하고 왕복동식모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 가스를 흡입 압축하여 토출하는 압축유니트(40)와, 왕복동식모터(30)의 가동자(33)를 압축유니트(40)의 피스톤(42)과 함께 탄력 지지하여 그 가동자(33)와 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)로 구성하고 있다.

프레임유니트(20)는 압축유니트(40)의 실린더(41)와 피스톤(42)을 함께 지지하고 왕복동식모터(30)의 일 측면을 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동식모터(30)의 타측면을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 공진스프링유니트(50)를 수용하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.

왕복동식모터(30)는 원통모양으로 형성하여 전방프레임(21)의 내측면에 고정하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 삽입하여 압축유니트(40)의 실린더(41)에 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극에 개재하여 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 결합하고 그 피스톤(42)과 함께 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

압축유니트(40)는 전방프레임(21)에 삽입하여 고정하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축실(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 압축실(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어져 있다.

공진스프링 유니트(50)는 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42) 사이의 연결부에 결합하여 중간프레임(22)과 후방프레임(23) 사이에 위치하는 스프링지지대(51)와, 스프링지지대(51)와 중간프레임(22) 사이에 개재하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링지지대(52)와 후방프레임(23) 사이에 개재하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동식모터(30)의 외측 고정자(31)에 전원을 인가하면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되어 가동자(33)와 피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(50)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(41)의 압축실(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)와 이에 결합한 피스톤(42)이 좌우로 동일한 거리만큼을 왕복하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 것이었으나, 실제 동작중에는 압축실(P)의 가스력에 의해 가동자(33)와 피스톤(42)이 심한 저항을 받고 이로 인해 도 2에서와 같이 가동자(33)와 피스톤(42)이 압축행정 방향으로의 진동길이(L1)가 흡입행정 방향으로의 진동길이(L2) 보다 짧아 압축력이 저하하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기들이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 가동자와 피스톤의 압축방향 이동거리를 확보하여 압축효율을 높일 수 있는 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치를 제공하려는데 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 프레임에 고정하는 외측고정자 및 내측고정자 그리고 이 외측고정자와 내측고정자 사이에 일정 공극을 두고 개재하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 구비한 왕복동식 모터와, 이 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤의 연결부를 피스톤운동방향으로 탄력 지지하는 공진스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 피스톤의 왕복운동시 왕복동식 모터의 고정자와 함께 자력을 발생하면서 상기 피스톤의 행정거리를 보정할 수 있도록 소정의 극성을 가진 자성부를 상기한 왕복동식 모터의 가동자와 결합하는 피스톤의 플랜지 또는 공진스프링을 지지하는 스프링장착부에 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일부를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 진동체의 왕복범위를 보인 개략도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 진동체의 운동원리를 보인 개념도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 가동자(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식모터(30)와, 프레임유니트(20)에 고정하고 왕복동식모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 가스를 흡입 압축하여 토출하는 압축유니트(40)와, 왕복동식모터(30)의 가동자(33)를 압축유니트(40)의 피스톤(42)과 함께 탄력 지지하여 그 가동자(33)와 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)과, 공진스프링유니트(50)에 설치하여 압축행정시 왕복동식 모터의 플럭스 방향에 따라 인력과 척력을 발생하면서 피스톤(42)의 행정거리를 증가시키는 자성부(100)로 구성한다.

왕복동식모터(30)는 원통모양으로 형성하여 프레임유니트(20)의 전방프레임(21) 내측면에 고정하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 삽입하여 압축유니트(40)의 실린더(41)에 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극에 개재하여 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 결합하고 그 피스톤(42)과 함께 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어진다.

압축유니트(40)는 전방프레임(21)에 삽입하여 고정하는 실린더(41)와, 왕복동식 모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축실(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 압축실(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(44)로 이루어진다.

공진스프링 유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)에 함께 결합하여 중간프레임(22)과 후방프레임(23) 사이에 위치하는 스프링지지대(51)와, 스프링지지대(51)와 중간프레임(22) 사이에 개재하는 전방측 공진스프링(52)과, 스프링지지대(52)와 후방프레임(23) 사이에 개재하는 후방측 공진스프링(53)으로 이루어진다.

자성부(100)는 별개의 자성체를 제작하여 도 4에서와 같이 스프링지지대(51)의 스프링장착부(51a)에 용접 또는 체결부재(미도시)로 부착 고정하거나 또는 상기 스프링장착부(51a) 자체를 자화시켜 원하는 극성을 띠도록 형성한다.

여기서, 스프링장착부(51a)는 전방측 공진스프링(52)을 지지하는 전방측 장착부와 후방측 공진스프링(53)을 지지하는 후방측 지지부가 각각 교번되게 형성됨에 따라 진동체의 올바른 동작을 위하여 가급적이면 후방측 지지부(51a)의 배면에 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 자성부(100)는 내측고정자(32)에 대응하는 위치, 즉 피스톤(42)의 플랜지부 내측면에 형성할 수도 있다.

또, 자성부(100)는 그 형성위치가 외측고정자(31) 또는 내측고정자(32)에 대향하는 위치에 형성하되, 외측고정자(31)에 대향하도록 형성하는 경우에는 내주면이 외측고정자(31)의 내주면 보다 반경방향으로 바깥에 위치하도록 형성하는 반면 내측고정자(32)에 대향하도록 형성하는 경우에는 외주면이 내측고정자(32)의 외주면 보다 반경방향으로 안쪽에 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다.

또, 자성부(100)는 낱개로 형성할 수도 있으나 경우에 따라서는 환형으로 형성할 수도 있다. 즉, 각 스프링장착부(51a)에 부착하는 경우에는 낱개로 형성하는데 반해 피스톤(42)의 플랜지부에 부착하는 경우에는 환형으로 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 C는 권선코일, M은 마그네트이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 압축력 보정장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31)에 전원을 인가하면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되어 가동자(33)와 피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이면서 공진스프링유니트(50)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(41)의 압축실(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 권선코일(C)에 도 5와 같은 극성을 가지도록 전원을 인가하면 외측고정자(31)의 양쪽 폴부가 자성부(100)에 먼 쪽이 S극, 가까운 쪽이 N극을 띠면서 N극을 가진 마그네트(M)와 척력이 발생하여 가동자(33)를 밀어내고 이로 인해 가동자(33)가 도면의 실선화살표 방향으로 밀려나면서 피스톤(42)이 실린더(도 3에 도시)(41)의 내부에서 후진하여 압축실(도 3에 도시)(P)의 체적을 증가시킨다. 압축실(P)의 체적이 증가하면서 압력이 낮아져 냉매가스가 흡입유로를 따라 압축실(P)로 채워지는 것이다. 이때 N극을 띠는 자성부(100)와 이에 대향하는 외측고정자(31)의 폴부가 역시 N극을 띠게 됨에 따라 도면의 점선화살표 방향으로 서로 밀어내는 상호 척력이 발생하여 가동자(33)와 피스톤(42)의 흡입행정거리가 증가하고 이로 인해 냉매가스의 흡입량을 증가시킬 수 있다.

반면, 권선코일(C)에 도 6과 같은 극성을 가지도록 전원을 인가하면 외측고정자(31)의 양쪽 폴부가 자성부(100)에 먼 쪽이 N극, 가까운 쪽이 S극을 띠면서 마그네트(M)와 인력이 발생하여 가동자(33)를 끌어당기게 되고 이로 인해 가동자(33)가 도면의 실선화살표 방향으로 이끌리면서 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 전진하여 압축실(P)의 냉매가스를 압축한다. 이때 N극을 띠는 자성부(100)와 이에 대향하는 외측고정자(31)의 폴부가 반극인 S극을 띠게 됨에 따라 도면의 점선화살표 방향으로 잡아당기는 상호 인력이 발생하여 도 4에서와 같이 가동자(33)와 피스톤(42)의 압축방향으로의 행정거리(L1)가 흡입방향으로의 행정거리(L2) 만큼 증가하고 이로 인해 냉매가스의 압축력을 높여 압축기의 냉력과 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치는, 가동자 또는 이 가동자에 연결된 부위에 자성부를 형성함으로써, 피스톤의 압축행정시에는 피스톤이 압축실의 가스력에 의해 밀리는 것을 방지하는 반면 흡입행정시에는 피스톤이 더 멀리 후진하도록 하여 압축기의 냉력과 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 종래 왕복동식 압축기에서 진동체의 왕복범위를 보인 개략도,

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기의 일부를 보인 종단면도,

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 진동체의 왕복범위를 보인 개략도,

도 5 및 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 진동체의 운동원리를 보인 개념도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

31 : 외측고정자 32 : 내측고정자

33 : 가동자 41 : 실린더

42 : 피스톤 100 : 자성부(자성체)

Claims (4)

1. 프레임에 고정하는 외측고정자 및 내측고정자 그리고 이 외측고정자와 내측고정자 사이에 일정 공극을 두고 개재하여 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 구비한 왕복동식 모터와, 이 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤의 연결부를 피스톤운동방향으로 탄력 지지하는 공진스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,

   피스톤의 왕복운동시 왕복동식 모터의 고정자와 함께 자력을 발생하면서 상기 피스톤의 행정거리를 보정할 수 있도록 소정의 극성을 가진 자성부를 상기한 왕복동식 모터의 가동자와 결합하는 피스톤의 플랜지 또는 공진스프링을 지지하는 스프링장착부에 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   자성부는 자성체를 별개로 제작하여 후조립하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치.
3. 제1항에 있어서,

   자성부는 이 자성부를 형성하고자 하는 부위를 자화시켜 극성을 띠도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   자성부는 왕복동식 모터의 외측고정자와 내측고정자 사이의 공극 밖에 위치하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 압축력 보정 장치.