KR100504915B1 - 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조 - Google Patents

왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조에 관한 것으로서, 복수개의 프레임으로 고정하는 고정자 및 상기 고정자 사이에서 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 가지는 왕복동식모터와, 상기 왕복동식모터의 구동력을 전달받아 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤의 일측에 고정된 스프링 지지대와, 상기 스프링 지지대와 이에 대응하는 프레임 사이에 장착되어 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하도록 탄력지지하는 복수개의 전방측 및 후방측 공진스프링과, 상기 스프링 지지대와 상기 프레임의 적어도 어느 한쪽에 결합되어 상기 전방측 및 후방측 공진스프링을 지지하는 스프링 고정부재가 구비되어 구성됨으로써, 전방측 및 후방측 공진스프링이 공진 운동할 시 자체 회전에 의해 스프링 고정부재가 마모되는 것을 방지하여 압축기의 신뢰성을 향상시킨 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조{SUPPORTING STRUCTURE FOR SPRING IN RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조에 관한 것으로서, 보다 상세히 설명하면 왕복동식모터의 구동력을 전달받아 유체를 흡입, 압축하여 토출하는 압축유니트의 피스톤을 탄성 지지하는 공진스프링의 지지구조를 변경하여 조립성을 향상시키고, 제조원가를 절감할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 냉동사이클장치를 구성하는 압축기는 증발기에서 유입되는 저온저압 상태의 냉매를 압축시켜 고온고압의 상태로 토출시키는 기기이다.
상기 압축기는 유체를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 왕복동식 압축기, 스크롤 압축기 등으로 분류하게 되고, 특히, 상기 왕복동식 압축기는 피스톤이 선형으로 움직이면서 가스를 흡입 압축하는 것으로, 이러한 왕복동식 압축기는 크게 구동모터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시켜 가스를 흡입 압축하는 방식과 구동모터가 직선으로 왕복운동을 하면서 피스톤을 왕복 운동시켜 가스를 흡입 압축하는 방식이 있다.
도 1은 종래 구조로 구성된 왕복동식 압축기의 내부구조를 도시한 종단면도로써, 도시된 바와 같이 왕복동식 압축기는 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 직선으로 구동력을 발생하는 왕복동식모터(30)와, 프레임유니트(20)에 지지하여 유체를 흡입 압축하는 압축유니트(40)와, 프레임유니트(20)와 왕복동식모터(30)의 가동자(33) 사이에 결합하여 상기 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)이 함께 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링유니트(50)를 포함한다.
상기 프레임유니트(20)는 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 일측면을 함께 지지함과 아울러 압축유니트(40)의 실린더(41)를 삽입하여 지지하는 전방프레임(21)과, 전방프레임(21)에 결합하여 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31) 타측면을 지지하고 후술할 전방측 공진스프링(51)을 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 왕복동식모터(30)의 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 타측면을 함께 지지하고 후술할 후방측 공진스프링(52)을 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어진다.
상기 왕복동식모터(30)는 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 고정 설치하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 압축유니트(40)의 실린더(41)에 결합하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극(Air gap)에 개재하여 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 결합하여 상기 피스톤(42)과 함께 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어진다. 내측고정자(32)는 그 내주면이 실린더(41)의 외주면에 직접 압입하여 왕복동식 압축기의 횡방향 길이를 줄이는 것이 바람직하다.
압축유니트(40)는 전방프레임(21)에 삽입하여 고정하는 실린더(41)와, 왕복동식모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 상기 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 토출밸브조립체(44)로 이루어진다.
상기 공진스프링유니트(50)는 왕복동식모터(30)의 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 함께 결합한 스프링지지대(60)의 일측면과 이에 대응하는 왕복동식모터(30)의 측면 또는 상기 왕복동식모터(30)의 측면에 밀착한 중간프레임(22)의 일측면 사이에 복수 개로 구비하는 전방측 공진스프링(51)과, 상기 스프링지지대(60)의 타측면과 이에 대응하는 후방프레임(23)의 내측면 사이에 복수개로 구비하는 후방측 공진스프링(52)으로 이루어진다. 상기 스프링지지대(60)는 원판모양의 환형으로 형성하여 전방측 공진스프링(51)과 후방측 공진스프링(52)을 피스톤의 길이방향으로 일직선상에 배치하거나, 또는 평면투영시 전방측 공진스프링(51)과 후방측 공진스프링(52)을 서로 번갈아 배열할 수도 있으나, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 측면투영시 환형으로 형성하되 그 외주면에 방사형으로 돌출하여 다수 개의 스프링지지부(61, 62)를 갖고, 각 스프링지지부(61, 62) 중에서 일부 스프링지지부(61)는 후방측으로 절곡하여 전방측 공진스프링(51)과 후방측 공진스프링(52)이 서로 중첩구간(L)을 갖도록 피스톤 방향으로 평행하게 배열한다.
또한, 상기 전방측 공진스프링(51) 및 후방측 공진스프링(52)이 지지되는 스프링지지부(61, 62)에는 공진스프링 장착방향으로 돌출 되어 전방측 공진스프링(51) 및 후방측 공진스프링(52)을 지지하는 고정돌기(61a, 62a)가 형성된다.
상기와 같이 구성된 종래 구조의 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.
상기 왕복동식모터(30)에 전원을 인가하여 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되면, 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 압축공간(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출하는 일련의 과정을 반복한다.
이때, 전방측 공진스프링(51)과 후방측 공진스프링(52)을 여러 개씩 등간격으로 배열함과 아울러 전방측 및 후방측 공진스프링(51)(52)의 스프링선 끝단이 상호 대칭하도록 배열함으로써 전방측 및 후방측 공진스프링(51)(52)이 수축/신장할 때 어느 한 쪽으로 편향되면서 발생할 수 있는 비틀림 모멘트를 서로 상쇄시킬 수 있고, 이를 통해 가동자(33)와 피스톤(42)이 안정적으로 왕복운동을 할 수 있게 된다.
그러나, 상기와 같이 종래 구조로 구성된 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 고정돌기(61a, 62a)는 판금가공에 의해 스프링지지부(61, 26)에 돌출 되도록 형성하므로 각 공진스프링(51, 52)의 지지 및 성형이 어렵다. 또한 전방측 공진스프링(52) 및 후방측 공진스프링(53)이 압축 및 이완을 반복하면서 편심력에 의해 회전하려는 경향이 생기고, 이 과정에서 각 공진스프링(52, 52)과 접촉되는 스프링지지부(61, 62)의 고정돌기(61a, 62a)가 마모되어 결국 공진스프링(52, 53)의 고정위치가 틀어지거나 심하면 각각의 공진스프링(51, 52)이 탈거하여 압축기의 신뢰성을 저하시킬 우려가 있다.
상기와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 피스톤이 안정적으로 왕복하도록 지지하는 공진스프링의 지지구조를 개선하여 가공성을 향상시키고 마모에 의한 손실을 저감할 수 있도록 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조를 제공함에 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조는 복수개의 프레임으로 고정하는 고정자 및 상기 고정자 사이에서 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 가지는 왕복동식모터와, 상기 왕복동식모터의 구동력을 전달받아 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤의 일측에 고정된 스프링 지지대와, 상기 스프링 지지대와 이에 대응하는 프레임 사이에 장착되어 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하도록 탄력지지하는 복수개의 전방측 및 후방측 공진스프링과, 상기 스프링 지지대와 상기 프레임의 적어도 어느 한쪽에 결합되어 상기 전방측 및 후방측 공진스프링을 지지하는 스프링 고정부재가 구비되어 구성된다.
이하 본 발명의 일 실시예인 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같고, 종래 구조와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여한다.
본 발명의 일 실시예인 공진스프링 지지구조를 갖는 왕복동식 압축기에 있어서 종래 구조와 동일한 구조를 이루는 케이싱(10), 프레임유니트(20), 왕복동식모터(30), 압축유니트(40)의 설명은 생략하고, 그 구조 및 장치에 대한 설명은 도 1을 인용하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 공진스프링 고정구조를 갖는 왕복동식 압축기의 내부 구조를 도시한 종단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 4에 도시된 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 도시한 단면도이고, 도 7내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예인 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 도시한 단면도로써, 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 공진스프링 고정구조를 갖는 왕복동식 압축기는 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 고정하여 직선으로 구동력을 발생하는 왕복동식모터(30)와, 프레임유니트(20)에 지지하여 유체를 흡입 압축하는 압축유니트(40)와, 프레임유니트(20)와 왕복동식모터(30)의 가동자(33) 사이에 결합하여 상기 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)이 함께 공진 운동을 하도록 유도하는 공진스프링유니트(150)를 포함한다.
상기 압축유니트(40)는 전방프레임(21)에 삽입하여 고정하는 실린더(41)와, 왕복동식모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더(41)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단에 장착하여 상기 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 토출밸브조립체(44)로 이루어진다.
상기 공진스프링유니트(150)는 왕복동식모터(30)의 가동자(33)와 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 함께 결합한 스프링지지대(160)의 일측면과 이에 대응하는 왕복동식모터(30)의 측면 또는 상기 왕복동식모터(30)의 측면에 밀착한 중간프레임(22)의 일측면 사이에 복수 개로 구비하는 전방측 공진스프링(151)과, 상기 스프링지지대(160)의 타측면과 이에 대응하는 후방프레임(23)의 내측면 사이에 복수개로 구비하는 후방측 공진스프링(152)으로 이루어진다.
상기 스프링지지대(160)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 원판모양의 환형으로 형성하고 그 외주면에 방사형으로 돌출 하는 다수개의 스프링지지부를 갖고, 각 스프링지지부는 전방측 공진스프링(151)이 지지되는 전방측 스프링지지부(161)와, 상기 후방측 공진스프링(152)이 지지되는 후방측 스프링지지부(162)로 이루어진다. 상기 스프링지지대(160) 외주면에 방사형으로 돌출하여 다수개의 스프링지지부 중에서 전방측 스프링지지부(161)는 후방측으로 절곡하여 전방측 공진스프링(151)과 후방측 공진스프링(152)이 서로 중첩구간(L)을 갖도록 피스톤 방향으로 평행하게 배열한다.
또한, 상기 정방측 및 후방측 공진스프링(51, 52)이 지지되는 전방프레임(21), 후방프레임(23) 및 스프링 지지부(161, 162)에는 후술할 스프링 고정부재(170)의 삽입부(171)가 삽입되도록 관통된 삽입홀(22a, 23a, 161a, 162a)이 형성된다. 이때 관통되어 형성되는 삽입홀(22a, 23a, 161a, 162a) 대신에 일정깊이로 함몰되는 삽입홈을 형성할 수도 있다.
상기 스프링 고정부재(170)는 삽입홀(22a, 23a, 161a, 162a)에 삽입되는 삽입부(171)와, 상기 삽입부(171)의 외경보다 확장되어 전방프레임(22), 후방프레임(23) 및 스프링 지지대(160)에 지지되는 지지부(172)와, 상기 전방측 공진스프링(51) 또는 후방측 공진스프링(52)이 고정되도록 돌출된 고정돌부(173)로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 종래 구조의 왕복동식 압축기가 동작되는 과정은 종래 구조로 이루어진 왕복동식 압축기와 동일하고, 전방측 공진스프링(51) 및 후방측 공진스프링(52)이 지지되어 수축 및 신장하며 어느 한 쪽으로 편향되면서 발생할 수 있는 비틀림 모멘트를 상쇄시키는 과정을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.
스프링 고정부재(170)의 외주면은 표면경화층이 형성되도록 Ni-P 등과 같은 표면처리 가공되어 공진스프링의 공진운동시 발생되는 마찰에 의한 손실을 저감한다. 또한 스프링 지지대(160)의 스프링지지부(161, 162)에 삽입홀(161a, 162a)을 관통되도록 형성한 후 삽입홀(161a, 162a)에 스프링 고정부재(170)를 삽입하여 고정돌부(173)에 전방측 및 후방측 공진스프링(51, 52)이 지지되도록 구성함으로써, 제작이 용이해진다.
마찬가지로 본 발명의 또 다른 실시예인 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조는 도 7에 도시한 바와 같이 삽입홀(22a, 23a, 161a, 162a)의 일측면에 그 내경이 확장된 안착면(22b, 23b, 161b, 162b)이 형성되고, 삽입홀(22a, 23a, 161a, 162a)에 전방측 공진스프링(51) 및 후방측 공진스프링(52)을 지지하는 스프링 고정부재(170)가 삽입되면 지지부(172)가 안착면(161b, 162b)에 안착되어 고정된다.
마찬가지로 본 발명의 또 다른 실시예인 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조는 도 8에 도시한 바와 같이 상기 스프링 고정부재(170)의 중심부에 길이방향으로 관통공(174)을 형성하여 공진스프링을 따라 스프링 지지대(160)가 왕복 운동할 시 내부 유체가 관통공(174)을 따라 유동되어 내부 유체에 의한 마찰을 저감한다.
마찬가지로 본 발명의 또 다른 실시예인 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조는 도 9에 도시한 바와 같이 상기 스프링 고정부재(170)의 중심부에 길이방향으로 관통공(174)을 형성하고 안착면(161b, 162b)이 형성된 삽입홀(161a, 162a)의 타측면에는 경사단면(161c, 162c)을 형성한다. 삽입홀(161a, 162a)에 고정부재(170)의 삽입부(171)를 삽입한 후, 삽입부(171)의 끝단을 코킹 또는 밴딩하여 코킹부(175)를 형성함으로써, 상기 경사단면(161c, 162c)이 형성된 스프링 지지대(160) 고정부재(170)가 고정될 수 있도록 한다. 또한, 전방측 공진스프링(51) 및 후방측 공진스프링(52)의 타측을 지지하는 고정부재(170)가 고정되는 중간프레임(22) 및 후방프레임(23)에도 경사단면(미도시)를 형성하고 고정부재(170)에 코킹부(175)를 형성하여 고정부재(170)가 중간프레임(22) 및 후방프레임(23)에 고정되게 할 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에서 본 바와 같이 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조는 스프링 지지대(160)의 스프링지지부(161, 162)에 관통된 삽입홀(161a, 162a)을 형성하고 그 삽입홀(161a, 162a)에 표면경화층이 형성된 고정부재(170)를 장착하여 각각의 공진스프링을 지지하게 함으로써, 표면처리등과 같은 제작과정이 용이하도록 하고 마찰에 의한 마모를 저감할 수 있도록 한 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조는 스프링 지지부재의 스프링지지부에 관통된 삽입홀을 형성하고, 상기 삽입홀에 표면경화층이 형성된 고정부재를 장착하여 전방측 공진스프링 및 후방측 공진스프링이 지지되도록 함으로써, 마찰에 의한 마모를 저감하여 제품에 대한 신뢰성이 향상되도록 하는 효과가 있다.
또한, 스프링 지지대가 공진운동시 고정부재에 관통되어 형성된 관통공을 통해 내부 유체가 유동되어 저항이 저감되는 효과가 있다.
또한, 공진스프링의 공진운동시 마찰이 발생되는 고정부재의 표면에 표면경화층이 형성되도록 표면 처리함으로써, 종래 구조에 비해 제작과정이 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 종래 구조로 구성된 왕복동식 압축기의 내부 구조를 도시한 종단면도,
도 2는 도 1에 도시된 공진스프링 지지구조를 도시한 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 공진스프링의 지지구조를 부분적으로 도시한 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예인 공진스프링 고정구조를 갖는 왕복동식 압축기의 내부 구조를 도시한 종단면도,
도 5는 도 4에 도시된 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 도시한 사시도,
도 6은 도 4에 도시된 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 도시한 단면도,
도 7내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예인 왕복동식 압축기의 공진스프링 지지구조를 도시한 단면도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
160 : 스프링 지지대 161, 162 : 스프링 지지부
161a, 162a : 삽입홀 161b, 162b : 안착면
161c, 162c : 걸림턱 170 : 고정부재
171 : 삽입부 172 : 지지부
173 : 고정돌기 174 : 관통공

Claims (9)

  1. 복수개의 프레임을 이용하여 내외측에 소정의 공극을 두고 고정하는 고정자 및 상기 고정자 사이의 공극에서 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 가지는 왕복동식모터와,
    상기 왕복동식모터의 구동력을 전달받아 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤의 일측에 고정하는 스프링 지지대와,
    상기 스프링 지지대와 이에 대응하는 프레임 사이에 장착되어 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하도록 탄력 지지하는 복수개의 전방측 및 후방측 공진스프링과,
    상기 스프링 지지대와 상기 프레임의 적어도 어느 한쪽에 구비하는 삽입홀에 삽입되어 그 삽입홀에 고정되도록 반경방향으로 확장한 코킹부가 구비되고 상기 스프링 지지대 또는 프레임을 중심으로 코킹부의 맞은 편에 삽입홀의 외경보다 확장되어 지지되는 지지부가 형성되며 상기 지지부에서 각 공진스프링을 향해 돌출 형성되어 상기한 공진스프링이 압입 지지되도록 고정돌부가 형성되는 스프링 고정부재가 포함된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스프링 지지대 또는 프레임의 삽입홀 주면에는 상기한 고정부재의 코킹부가 안착되도록 경사단면이 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 고정부재는 스프링 지지대의 왕복운동시 기체가 유동될 수 있도록 기체유동홀이 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조.
  5. 삭제
  6. 복수개의 프레임을 이용하여 내외측에 소정의 공극을 두고 고정하는 고정자 및 상기 고정자 사이의 공극에서 직선으로 왕복운동을 하는 가동자를 가지는 왕복동식모터와, 상기 왕복동식모터의 구동력을 전달받아 실린더의 내부에서 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤의 일측에 고정하는 스프링 지지대와, 상기 스프링 지지대와 이에 대응하는 프레임 사이에 장착되어 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하도록 탄력 지지하는 복수개의 전방측 및 후방측 공진스프링과, 상기 스프링 지지대와 상기 프레임의 적어도 어느 한쪽에 결합되어 상기 전방측 및 후방측 공진스프링을 지지하는 스프링 고정부재가 포함된 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조에 있어서,
    상기 전방측 및 후방측 공진스프링이 접하는 스프링 지지대와 프레임중 적어도 어느 하나에 상기 스프링 고정부재의 일부가 삽입되도록 소정의 깊이로 함몰된 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 삽입홈에는 상기 지지부가 안착되도록 그 내경이 확장된 안착면이 구비되어 구성되는 것을 특징으로 하는 공진스프링 고정구조.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 스프링 고정부재는 그 외부면에 표면경화층을 이루도록 표면처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 표면처리는 Ni-P코팅처리인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 공진스프링 고정구조.
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