KR100603086B1 - 리니어 모터 및 상기 리니어 모터를 이용한 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 리니어 모터는, 고정 철심과 자석 와이어를 갖는 고정자와, 가동 철심과 자석을 갖는 가동자와, 가동자를 그 요동 방향으로 요동 가능하게 지지하는 판형상의 탄성 부재를 갖는다. 이러한 구성에 의해 가동자를 지지하기 위한 미끄럼운동부가 불필요하기 때문에, 가동자의 왕복 운동에 따른 손실을 저감할 수 있다. 또한, 이 리니어 모터를 이용한 리니어 압축기는 고효율이고 신뢰성도 높다.

Description

리니어 모터 및 상기 리니어 모터를 이용한 리니어 압축기{LINEAR MOTOR, AND LINEAR COMPRESSOR USING THE SAME}

본 발명은 리니어 모터와, 그것을 이용한 냉동 사이클 등에 사용되는 리니어 압축기에 관한 것이다.

최근, 냉동 기기의 고 효율화의 필요성은 더욱 높아지고 있다. 이에 대하여, 리니어 모터를 사용한 압축기는 기구 구성이 단순하므로, 미끄럼운동 손실의 대폭적인 저감이 기대되고 있다. 그 때문에, 냉동 기기를 고 효율화하기 위해 널리 사용되고 있다. 이하, 도면을 참조하여 종래의 리니어 압축기를 설명한다.

도 21은 종래의 리니어 압축기의 단면도이다. 밀폐 케이싱(이하, 케이스)(1)은 리니어 모터(2)를 갖는 본체(3)를 수용하고, 윤활유(4)를 저류하고 있다.

리니어 모터(2)는 고정자(9)와 가동자(12)로 구성되어 있다. 고정자(9)는 중공 원통형의 제 1 규소 강판층(이하, 강판층)(6)과, 코일(7)을 선회 설치하는 동시에 강판층(6)의 외주면측에 소정의 공극을 두고 형성된 중공 원통형의 제 2 규소 강판층(이하, 강판층)(8)으로 이루어진다. 강판층(6, 8)은 모두 프레임(5)에 유지되어 있다. 가동자(12)는 강판층(6)과 강판층(8) 사이에 헐겁게 삽입되고, 비자성체 재료로 이루어진 자석 쉘(magnet shell)(10)의 선단부에 복수의 자석(11)이 접착되어, 중공 원통형으로 구성되어 있다. 또한, 자석(11)은 일반적으로 네오디뮴(neodymium) 등의 강자계를 갖는 희토류로 이루어진 자성 재료로 이루어지고, 가동자(12)의 요동 방향으로 수직한 방향으로 자화되어 있다.

원통형의 보어를 갖는 실린더(14)에 왕복 운동 가능하게 삽입된 피스톤(15)과 실린더(14)는 그 사이에 베어링부(16)를 구성하고 있다. 피스톤(15)과 자석 쉘(10)은 동축형으로 일체로 형성되어 있다. 또한, 실린더(14)는 중공 원통형으로 형성된 강판층(6)의 내측에 배치되는 동시에, 외주에는 프레임(5)이 형성되어 있다.

피스톤(15)은 중공 원통형이며, 내부의 공간에서 흡입 통로(이하, 통로)(17)를 형성하고 있다. 통로(17)의 압축실(18)측의 개구 단부에는 흡입 밸브(이하, 밸브)(19)가 장착되어 있다. 또한, 압축실(18)의 개구 단부에는 토출 밸브(이하, 밸브)(20)가 배치되어 있다.

실린더(14), 피스톤(15), 강판층(6, 8)은 각각 축선을 공유하고 있다. 피스톤(15)은 실린더(14)와의 사이의 베어링부(16)를 거쳐서 가동자(12)를 유지하고 있다. 이에 따라, 자석(11)은 강판층(6)과 강판층(8)의 각각과 소정의 공극을 유지하고 있다.

내측 공진 스프링(이하, 스프링)(21)과 외측 공진 스프링(이하, 스프링)(22) 은 모두 압축 코일 스프링이다. 스프링(21)은 강판층(6)과 자석 쉘(10)에 접하도록 배치되고, 스프링(22)은 자석 쉘(10)과 외부 프레임(23)에 접하도록 배치되어 있다. 스프링(21, 22)은 모두 압축된 상태로 조립되어 있다. 또한, 급유 펌프(24)는 본체(3)의 바닥부에 형성되고, 윤활유(4)내에 위치하고 있다.

이상과 같이 구성된 리니어 압축기에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다.

우선, 코일(7)에 전류를 통하여 여자하면, 강판층(6)으로부터 공극, 자석(11), 공극, 강판층(8), 공극, 자석(11), 공극, 강판층(6)으로 일련의 자속 루프가 발생하여, 자기 회로를 형성한다. 이 자속에 의해 강판층(8)에 형성되는 자극에 자석(11)이 흡인된다. 다음에 코일(7)로의 전류를 교번하면, 가동자(12)는 강판층(6)과 강판층(8) 사이에서, 도 21에 있어서의 수평 방향으로 왕복 운동한다. 이에 따라 가동자(12)에 결합된 피스톤(15)도 실린더(14)내에서 왕복 운동을 실행한다. 이 왕복 운동에 의해, 케이스(1)내 공간의 냉매 가스는 통로(17)를 통하여 밸브(19)로부터 압축실(18)로 흡입되고, 압축실(18) 내부에서 압축되어 밸브(20)로부터 토출된다.

스프링(21)은 실린더(14)와 강판층(6) 사이에 개재되어, 가동자(12)의 내측을 탄력적으로 지지하고 있다. 스프링(22)은 가동자(12)의 외측을 탄력적으로 지지하고 있다. 그리고 가동자(12)가 왕복 운동할 때, 스프링(21)과 스프링(22)은 피스톤(15)의 직선 왕복 운동을 탄성 에너지로 변환하여 저장한다. 스프링(21)과 스프링(22)은 이 저장된 탄성 에너지를 직선운동으로 변환시키면서 공진 운동을 유발시킨다.

또한, 급유 펌프(24)는 압축기 본체(3)의 진동에 의해 윤활유를 베어링부(16)에 공급한다. 이러한 압축기는 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제 2001-73942 호에 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래의 구성은 강판층(6)과 강판층(8) 사이에서 가동자(12)가 요동한다. 즉, 가동자(12)가 강판층(6, 8)의 쌍방에 대하여 접촉하는 것을 회피할 필요가 있다. 이 때문에, 가동자(12)와, 강판층(6, 8) 각각과의 사이에는 공극이 형성되어 있다. 그러나, 이 2층분의 공극은 자기 저항이 되고, 거리에 비례하여 자속을 감소시킨다. 이에 대하여 가동자(12)를 구동시키는데 필요한 추력을 얻기 위해서는, 이 2층분의 공극에 의한 자속의 감소분만큼 코일(7)에 공급하는 전류를 한층 더 증가할 필요가 있다. 그 결과, 입력하는 전류가 증가하기 때문에, 효율을 상승시키기 어렵다.

또한, 가동자(12)를 구동시키는데 필요한 추력을 얻기 위해서, 종래의 리니어 모터에서는 자석(11)을 크게 할 필요가 있다. 그렇지만, 자석(11)은 고가인 희토류를 재료에 사용하고 있기 때문에, 자석(11)이 커지면 비용이 대폭 증가한다.

더욱이, 가동자(12)와 강판층(6, 8) 사이에 형성되는 2층 공간의 거리에 차이가 있다면 자석(11)과 강판층(6, 8) 사이에서 자기 흡착력의 불균형이 생긴다. 그 결과, 가동자(12)의 요동 방향에 직각인 비틀림력이 발생하고, 피스톤(15)과 실린더(14)로 구성되는 베어링부(16)에 있어서 미끄럼운동 손실이 생긴다. 또는, 베어링부(16)에 있어서 이상 마모가 발생하고, 압축기의 수명이 저하하는 요인으로도 된다. 또한, 마모를 발생시킬 만큼 피스톤(15)과 실린더(14) 사이의 비틀림력이 클 경우에는, 미끄럼운동에 따른 소음이 발생한다. 이 때문에, 공극은 어느 위치에서도 동일한 거리인 것이 바람직하다.

이러한 문제점을 회피하기 위해서는, 상술한 2층의 공극의 거리를 크게 하여 거리의 차이의 비율을 저하시키는 방법이 있다. 그러나, 그러한 구성에서는, 필요한 추력을 얻기 위해서 입력을 증가시킬 필요가 있을 뿐만 아니라 자석(11)도 더욱 크게 할 필요가 생긴다. 그래서 통상은, 자석 쉘(10)을 포함하는 구동계의 가공 정밀도를 높인다. 가공 정밀도를 높이기 위해서는, 가동부인 자석 쉘(10)의 강성을 높이기 위해서 두껍게 할 필요가 있고, 그 결과 구동계의 중량이 증가한다. 그리고, 가동자(12)를 구동시키는데 필요한 추력이 증가하기 위해서, 코일(7)에 공급하는 전류를 증가시킬 필요가 생긴다. 또한, 베어링부(16)가 지지하는 하중도 증가하여, 미끄럼운동 손실이 커진다.

또한, 자석 쉘(10)과 피스톤(15)은 강판층(6, 8)의 외측에서 연결되어 있을 뿐만 아니라, 자석 쉘(10)과 강판층(6) 사이에 스프링(21)이 배치되어 있다. 이 때문에, 자석 쉘(10)은 축방향으로 긴 형상으로 되어 있다. 이러한 형상에서는, 특히 자석(11)이 장착된 선단 부분의 강성이 낮아지기 쉽다. 따라서 정밀도의 확보를 위해서는 강성을 증가시킬 필요가 있고, 판을 두껍게 하는 등의 대책에 의해 중량이 더욱 증가한다.

또한, 가공 정밀도에 부가하여, 공극이 균일하게 되도록 정밀도 양호하게 조립하는 것이 자기 흡착력의 불균형을 저감하기 위해서는 필수 불가결하다. 공극은 2층 존재하기 때문에 자석 쉘(10)의 내측과 외측 양쪽의 공극을 관리할 필요가 있 어, 제조시의 정밀도의 관리가 엄격하게 되어, 이것이 비용을 상승시킨다.

경량화를 위해 중공 원통형상의 자석 쉘(10)을 얇은 판으로 형성하면, 자석 쉘(10)이나 이것을 지지하는 구조의 강성이 부족하게 된다. 이에 따라 부품 정밀도나 조립 정밀도, 자석(11)의 자력의 편차 등에 의한 자기 흡착력의 불균형을 발생시키고, 지지 구조가 변형하여 자석(11)이 반경방향으로 흡인된다. 그리고, 2층의 공극 각각에서 자석(11)과 강판층(6, 8)이 접근하여 자기 흡착력이 더욱 커지기 때문에, 자석(11)의 편심이 더욱 커지는 악순환에 빠진다. 이 결과, 자석 쉘(10) 등에 큰 힘이 작용하여 변형이 생김으로써 소음이 발생하거나, 최악의 경우 강판층(6, 8)과 자석(11)이 충돌하여 파손의 원인이 된다.

발명의 요약

본 발명의 리니어 모터는, 고정 철심과 자석 와이어와를 갖는 고정자와, 가동 철심과 자석을 갖는 가동자와, 가동자를 그 요동 방향으로 요동 가능하게 지지하는 판형상의 탄성 부재를 갖는다. 또한, 본 발명의 리니어 압축기는, 상기 리니어 모터와, 가동자의 요동 방향으로 축심을 공유하는 실린더와, 실린더내에 왕복 가능하게 삽입되고 가동자와 연결된 피스톤을 갖는다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 모터의 측단면도,

도 2는 도 1의 리니어 모터에 있어서의 판 스프링의 상대 위치를 도시하는 모식도,

도 3은 도 1의 리니어 모터의 분해 사시도,

도 4는 도 1의 리니어 모터의 동작 원리를 도시하는 모식도,

도 5는 도 1의 리니어 모터에 있어서의 전류의 흐름을 도시하는 모식도,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리니어 압축기의 측단면도,

도 7은 도 6의 수평 단면도,

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리니어 압축기의 측단면도,

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 리니어 압축기의 측단면도,

도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 리니어 압축기의 측단면도,

도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 리니어 압축기의 측단면도,

도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 리니어 모터의 측단면도,

도 13은 도 12의 A-A선에 있어서의 단면도,

도 14는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 리니어 모터에 사용하는 휨 베어링의 평면도,

도 15는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 리니어 모터의 단면도,

도 16은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 리니어 모터의 단면도,

도 17은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도,

도 18은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 리니어 압축기의 주요부 단면도,

도 19는 본 발명의 제 12 실시예에 따른 리니어 압축기의 주요부 단면도,

도 20은 본 발명의 제 13 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도,

도 21은 종래의 리니어 압축기의 단면도.

이하, 본 발명에 따른 리니어 모터와 리니어 압축기의 실시예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 각 실시예에 있어서, 동일한 구성을 갖는 것에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 모터의 측단면도이다. 도 2는 판 스프링의 상대 위치를 도시하는 모식도이며, 도 3에 있어서, 판 스프링(42A)측으로부터, 가동자(31), 고정자(25), 판 스프링(42B)의 사시도이다. 도 3은 리니어 모터의 조립 상태를 도시하는 분해 사시도이며, 도 4는 리니어 모터의 동작 원리를 도시하는 모식도이며, 도 5는 리니어 모터의 전류가 흐르는 방향을 도시하는 모식도이다.

대략 원통형의 고정자(25)는 링형상으로 감긴 2개의 자석 와이어(26A, 26B)와, 고정 철심(27)과, 고정 철심(27)의 외주를 지지하는 프레임(28)을 갖는다. 고정 철심(27)은 자석 와이어(26A, 26B)를 수용하는 동시에, 내주에 3개의 자극(29A, 29B, 29C)을 형성한다.

고정 철심(27)은 자기적으로 무방향성이고 또한 투자율이 높은, 예를 들어 JIS(일본 공업 규격) C2552의 무방향성 전자 강대의 대표인 규소 강판(도시되지 않음)을 원통의 축심에 대하여 방사상으로 배열하여 형성되어 있다. 고정 철심(27)은 내주면에 자극(29A, 29B, 29C)을 형성하고, 미리 링형상으로 권선된 자석 와이 어(26A, 26B)를 끼워넣도록 조립되어 있다.

자석 와이어(26A, 26B)의 권선의 단부(26C, 26D, 26E, 26F)는 고정 철심(27)의 방사상으로 배치된 강판의 간극으로 인출된다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 단부(26C, 26D, 26E, 26F)는 축 주위에 전류가 흐르는 방향이 자석 와이어(26A, 26B)에서 서로 반대 방향으로 되도록 결선되어 있다. 또한, 단부(26G, 26H)는 전기 절연된 도선(도시되지 않음)을 이용하고, 고정 철심(27)의 외측으로 인출되어 있다.

가동자(31)는 고정자(25)와 축심을 공유하는 대략 원통형으로 구성되고, 축심 방향으로 요동 가능하게 고정자(25)의 내측에 수용되어 있다. 가동자(31)는 가동 철심(34)과 자석(35A, 35B)을 갖는다. 가동 철심(34)은 철계 재료로 이루어진 축(32)과, 축심을 중심으로 하여 방사상으로 투자율이 높은 규소 강판을 축(32)의 외주에 배열한 박판부(33)가 일체로 형성되어 있다. 박판부(33)는 고정 철심(27)을 구성하는 규소 강판과 마찬가지로, 예를 들어 JIS C2552의 무방향성 전자 강대의 대표인 규소 강판으로 이루어진다. 자석(35A, 35B)은 고정자(25)의 내주와 일정한 공극을 가져서 가동 철심(34)의 외주에 접착제로 고정되고, 축방향으로 2개로 분리되어 있다. 자석(35A, 35B)은 고정 철심(27)에 대향하는 메인 면에 각각 상이한 자극을 갖는다. 자석(35A, 35B)에는 희토류 원소를 포함하고, 강자계를 갖는 자석이 사용되고 있다.

단부판(36)은 고정자(25)의 고정 철심(27) 양 단부면에 장착된 도넛 형상의 판이다. 단부판(36)은 고정 철심(27)을 형성하는 방사선 형상으로 배열된 규소 강 판의 강도를 향상시킨다. 더욱이, 단부판(36)을 스테인리스강 등의 비자성 재료로 구성함으로써 고정자(25)의 규소 강판으로부터의 자속의 누설 등이 방지되어 모터 효율이 상승한다. 또한, 간략화를 위해 도 3에서는 단부판(36)은 명시되지 않고 있다.

판 스프링(42A, 42B)은 가동자(31)의 축방향 양측에 배치되어 있다. 판 스프링(42A, 42B)은 탄성을 갖고, 유연성이 높은 판형상의 금속 재료에서 형성되고, 구체적으로는 스프링강이나 공구강, 스테인리스강 등의 철계 재료로 형성되어 있다. 판 스프링(42A, 42B)은 중심부(42C)와 헬리컬 형상의 2개의 아암의 선단부(42D, 42E)의 3개소에 관통 구멍이 형성되어 있다. 중심부(42C)는 가동자(31)의 축(32)에, 선단부(42D, 42E)는 고정자(25)의 프레임(28)에 각각 볼트에 의해 연결되어 있다. 판 스프링(42A, 42B)은 탄성 부재를 구성하고 있다.

판 스프링(42A)은 중심부(42C)로부터 선단부(42D, 42E)에 이르는 아암부(42F, 42G)가 도 3의 판 스프링(42A)측에서 보아 반시계 방향으로 선회하도록 장착되어 있다. 판 스프링(42B)도 또한 마찬가지로 장착되어 있다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이, 판 스프링(42A)의 프레임(28)으로의 장착 각도는 판 스프링(42B)의 프레임(28)으로의 장착 각도에 대하여 거의 90° 회전한 방향으로 되어 있다. 이에 따라 아암부(42F, 42G)의 위치가 리니어 모터(43)의 양측에서 일치하지 않도록 되어 있다.

판 스프링(42A, 42B)에 의해, 가동자(31)는 고정자(25)의 자극(29A, 29B)과 일정한 공극을 유지하면서 대향하고, 축심 방향으로 요동 가능하게 지지되어 있다. 이렇게 하여, 가동자(31)와 고정자(25) 등은 리니어 모터(43)를 구성하고 있다.

이상과 같이 구성된 리니어 모터(43)에 대해서, 이하 그 동작을 주로 도 4를 참조하면서 설명한다.

자석 와이어(26A, 26B)에 전류를 통하면, 화살표로 도시하는 바와 같이 고정 철심(27), 공극, 자석(35A), 가동 철심(34), 자석(35A), 공극, 고정 철심(27)으로 루프를 형성하는 자속(Φ)이 발생한다. 또한, 고정 철심(27), 공극, 자석(35B), 가동 철심(34), 자석(35B), 공극, 고정 철심(27)으로 루프를 형성하는 자속(Φ)이 발생한다. 자속(Φ)에 의해, 각 자극(29A, 29B, 29C)은 각각 N극, S극, N극으로 자화된다. 자석(35A, 35B)의 외부 표면은 각각 S극, N극으로 자화되어 있기 때문에, 각 자극과 각 자석 사이에는 백색 화살표로 나타내는 흡인, 반발의 힘이 발생한다. 이 때문에, 가동자(31)는 화살표(X)로 나타내는 방향으로 구동된다.

다음에, 자석 와이어(26A, 26B)에 반대 방향의 전류가 흐르면, 상기와 반대의 동작이 발생하고, 가동자(31)는 화살표(X)와 반대 방향으로 구동된다. 전류의 방향과 크기를 교대에 전환하도록 제어함으로써 가동자(31)는 왕복 동작을 한다.

자석(35A, 35B)은 가동 철심(34) 외주에 고정되어 있다. 이 때문에, 종래의 가동 자석형의 리니어 모터에 비하여, 자석(35A, 35B)과 가동 철심(34) 사이에 공극이 존재하지 않는 만큼, 자속 루프중의 공극이 적다. 그 결과, 자기 저항이 작아지기 때문, 자속은 종래의 리니어 모터에 비하여 흐르기 쉽다. 따라서, 필요 추력을 얻기 위해서 일정한 자속을 발생시키는 자석 와이어(26A, 26B)로의 전류를 적게 할 수 있고, 효율을 향상하거나, 자기량을 저감할 수 있다.

가동자(31)에 있어서, 자석(35A, 35B)은 가동 철심(34)에 접착되어 있기 때문에 구조가 견고하고, 외경 치수의 정밀도 향상이 용이하다. 또한, 자석 자신의 무른 강도가 보완된다. 그 결과, 고가의 희토류로 이루어진 자석을 얇게 할 수 있어, 대폭적으로 비용 절감하는 동시에 가동부가 경량으로 되어 효율이 향상한다.

더욱이, 가동자(31)는 고정자(25)에 대하여 판 스프링(42A, 42B)에 의해 지지되어 있지만, 판 스프링(42A, 42B)은 축방향의 스프링 정수에 비하여 반경방향의 강성이 높다. 이 때문에, 가동자(31)와 고정자(25) 사이에, 가동자(31)의 자중에 의한 하중이나 자기 흡착력의 불균형 등이 작용하여도, 가동자(31)와 고정자(25) 사이의 공극의 변화가 매우 작다. 따라서, 가동자(31)가 변형하여 소음을 발생하거나, 가동자(31)와 고정자(25)가 충돌하는 것이 방지된다.

판 스프링(42A, 42B)은 동일 방향으로 선회하면서 신장하는 복수의 아암부(42F, 42G)를 가지므로, 직경으로 비교하여 상대적으로 긴 아암부를 갖는다. 이 때문에, 탄성 범위내에서의 요동 폭이 크고, 스프링의 응력 증가가 완화된다.

또한, 판 스프링(42A, 42B)은 모두 도 3의 판 스프링(42A)측에서 보아 반시계 방향으로 선회하도록 장착되어 있다. 더욱이 아암부(42F, 42G)의 선회 방향은 동일하다. 이 때문에, 2개의 스프링의 왕복 운동에 따른 스프링의 미소한 비틀림에 의해 발생하는 회전의 방향도 동일하게 된다. 따라서, 원통형의 가동자(31)가 약간 회전함으로써 비틀림을 구속할 때에 발생하는 응력 증가를 방지하여 신뢰성이 향상한다.

가동자(31)를 고정자(25)에 대하여 판 스프링(42A, 42B)을 거쳐서 고정할 때 에는, 폭이 작은 박판형의 간극 게이지를 복수개, 가동자(31)와 고정자(25) 사이에 삽입하여 균일한 공극을 확보하는 것이 필요하다. 그런데 리니어 모터(43)의 양 단부면에 판 스프링(42A, 42B)을 배치하면, 가동자(31)와 고정자(25) 사이의 공극이 판 스프링(42A, 42B)의 뒤에 숨겨진다. 그 때문에 노출되어 있는 공극은 도 2에 도시된 바와 같이 적어지고 있다. 그러나 본 실시예에서는, 판 스프링(42A, 42B)의 장착 각도를 가동자(31)의 양측에서 서로 90°정도 어긋나게 하여 배치하고 있다. 이 때문에 모터의 양측으로부터 간극 게이지를 삽입함으로써, 거의 전체 원주에 간극 게이지를 삽입할 수 있다. 따라서, 간극 게이지를 삽입한 후에, 가동자(31)와 고정자(25)를 판 스프링(42A, 42B)에 의해 연결함으로써, 균일한 공극이 확보된다. 그 결과, 자기 흡착력의 불균형에 의해, 비틀림력이 발생하는 것이 방지되고, 미끄럼운동 손실의 발생이 저감되어 마모가 방지된다.

또한, 고정 철심(27)은 자석 와이어(26A, 26B)의 수납 부분을 포함하는 단면에서 축방향으로 3개의 블록으로 분할되어 있다. 이 때문에, 미리 링형상으로 감은 자석 와이어(26A, 26B)를 끼워넣도록 삽입함으로써 조립이 가능해져, 높은 생산 효율을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 고정자(25)의 자극수를 3개로 하여, 가동자(31)의 자석을 축방향에 2개 배치했지만, 고정자의 자극수를 2개, 또는 4개 이상으로 하여도, 모터는 구성 가능하다. 즉, 고정자에 복수의 자극을 설치하고, 가동자에는 축방향으로 고정자의 자극수보다 1개 적게 자석을 배치하면 좋다.

고정 철심(27)에서의 자속의 흐름은, 자극(29A, 29B, 29C)과, 자석 와이어(26A, 26B)의 외주측에서는 약 90° 방향을 변경하고 있다. 그러나 고정 철심(27)에는 무방향성 전자 강대를 사용하고 있다. 이 때문에, 자속이 어느 방향으로 흘러도 투자성(permeability)에 방향성을 갖지 않는다. 따라서, 현저한 효율 저하는 일어나지 않는다.

(제 2 실시예)

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리니어 압축기의 측단면도이며, 도 7은 도 6의 수평 단면도이다. 밀폐 케이싱(이하, 케이스)(41)은 리니어 모터(43)를 갖는 압축기 본체(53)를 수납하고 있다.

리니어 모터(43)의 고정자(25)에 연결된 실린더(51)에, 리니어 모터(43)의 가동자(31)에 연결된 피스톤(52)이 왕복 운동 가능하게 삽입되어 있다. 실린더(51)의 단부면에는 실린더헤드(54), 흡입 머플러(55)가 장착되어 있다. 실린더헤드(54), 흡입 머플러(55), 실린더(51), 고정자(25) 등은 고정부(57)를 형성하고 있다.

가동부(58)는 피스톤(52), 가동자(31) 등으로 구성되어 있다. 가동자(31)의 축(32)의 선단부에는 피스톤(52)을 장착하고, 축(32)과 피스톤(52)은 볼 조인트(61)를 거쳐서 회전 가능하게 연결되어 있다. 판 스프링(42A, 42B)은 각각 중심 부가 가동부(58)에, 양 선단부가 고정부(57)에 장착되어 있고, 공진 스프링(59)을 구성하고 있다. 실린더(51)는 리니어 모터(43)의 고정자(25)의 프레임(28)에 장착되고, 원통형의 실린더(51)의 내면(51A)에 피스톤(52)이 요동 가능한 상태로 삽입되어 있다.

압축기 본체(53)는, 케이스(41)내에서, 리니어 모터(43)의 왕복 방향이 거의 수평으로 되도록, 서스펜션(suspension) 스프링(64)에 의해 탄성지지 되어 있다. 모세관(66)의 일단부는 케이스(41)의 바닥부에 저장된 윤활유(44)에 침지하고, 타단부는 흡입 머플러(55)의 관부(55A)내에 개구되어 있다.

이상과 같이 구성된 리니어 압축기에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 리니어 모터(43)에 전류를 통하면, 가동자(31)의 왕복 동작에 의해, 이것에 장착된 피스톤(52)이 실린더(51)내로 왕복하고, 압축기로서의 동작을 실행한다. 이때에, 전류의 주파수를, 고정부(57), 가동부(58)의 질량과 공진 스프링(59)의 스프링 정수로 결정되는 공진 주파수의 근방으로 함으로써, 공진 작용에 의해 리니어 모터(43)는 에너지 손실이 적고, 효율적으로 왕복 운동한다.

냉매 가스는 흡입 머플러(55)로부터 압축실(48)로 흡입되지만, 그때 모세관(66)으로부터 윤활유(44)가 공급되어, 피스톤(52)과 실린더(51)의 미끄럼운동부 등을 윤활한다. 가동자(31)와 고정자(25) 사이에 작용하는 하중은 판 스프링(42A, 42B)에 의해 지지되어 있기 때문에, 피스톤(52)과 실린더(51)의 미끄럼운동부에는 측방향의 힘은 거의 작용하지 않는다. 또한, 피스톤(52)과 가동자(31)는 볼 조인트(61)를 거쳐서 연결되어 있다. 이 때문에, 부품의 치수나 조립 정밀도의 영향에 의해, 리니어 모터(43)의 요동 방향과 실린더(51)의 축이 미소하게 어긋나도 볼 조인트(61)가 회전하므로, 피스톤(52)과 실린더(51)의 비틀림이 방지된다. 따라서, 미끄럼운동 손실의 증가에 의한 효율의 저하나, 마찰에 의한 신뢰성 저하가 방지된다.

또한, 본 실시예에 따른 리니어 압축기에서는, 실린더(51), 판 스프링(42B), 모터(43), 판 스프링(42A)의 순서로 이들이 축방향으로 직렬 배치되어 있다. 즉, 가동자(31)의 요동 방향을 거의 수평으로 구성하고 있다. 이 때문에, 모터내에 실린더가 배치되는 종래의 리니어 압축기에 비하여 직경이 작다. 이러한 리니어 압축기를 축심이 수평 방향으로 향하도록 배치함으로써, 종래의 압축기에 비하여 전체 높이가 낮아진다. 이 결과, 냉장고에 탑재될 때, 압축기를 수납하는 기계실의 용적이 작아지고, 냉장고의 냉장고내 용적이 커진다.

더욱이, 가동부(58)는 판 스프링(42A, 42B)에 의해 확실하게 지지되어 있기 때문에, 압축기를 횡방향으로 배치하여도 가동부(58)의 중량이 피스톤(52)과 실린더(51)의 접촉 하중으로서 작용하는 일이 없다. 이 때문에, 미끄럼운동 손실의 증가에 의한 효율의 저하나 마찰에 의한 신뢰성 저하가 방지된다.

(제 3 실시예)

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 피스톤(71)과 가동자(31)는 유연성(compliance) 로드(이하, 로드)(72)를 거쳐서 연결되어 있다. 그 이외의 구성은 제 2 실시예와 동일하다.

로드(72)는 축방향으로 하중을 지지할 수 있는 만큼의 강성을 가지면서, 횡방향으로의 유연성과 탄성을 갖도록 직경이 작은 막대 형상의 탄성체로 구성되어 있다. 구체적으로는 스테인리스강이나 스프링강 등의, 탄력성과 강성을 갖는 금속 재료로 구성되어 있다. 즉, 로드(72)는 피스톤(71)의 축과 평행한 방향으로의 이동 및 회전 방향의 변형이 가능하다. 이 때문에, 가동자(31)의 축(32)과 실린더(51)의 축심이 약간 어긋나도, 피스톤(71)과 실린더(51)의 비틀림이 방지되어, 마찰이나 마모가 방지된다.

(제 4 실시예)

도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 실린더(81)에는 실린더헤드(54)의 고압실(54A)로부터 내면(81A)의 피스톤(52)에 대향하는 위치까지 연통하는 가스 통로(81B)가 설치되고, 가스 베어링(82)이 형성되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 윤활유를 필요로 하지 않기 때문에, 도 6에 도시하는 윤활유(44), 모세관(66)을 설치하지 않고 있다. 이외의 구성은 제 2 실시예에 있어서의 도 6과 동일하다.

가스 베어링(82)에 있어서, 실린더헤드(54)의 고압실(54A)로부터 공급된 고압의 냉매 가스에 의해, 피스톤(52)은 실린더(81)에 대하여 부상한 상태로 된다. 보통, 가스 베어링은 고체끼리의 접촉을 방지하기 위해 매우 마찰이 적다. 그러나, 큰 하중을 지지하기 위해서는 대량인 가스를 흘릴 필요가 있고, 압축기의 피스톤(52)과 실린더(81) 사이에 이용할 때는, 가스의 누설이 손실의 요인이 된다. 본 실시예에서는, 가동자(31)가 판 스프링(42A, 42B)에 의해 지지되어 있기 때문에, 가스 베어링(82)에는 작은 하중밖에 작용하지 않는다. 이 때문에, 가스 베어링(82)에 공급하는 가스량은 적어지게 된다. 더욱이, 볼 조인트(61)가 피스톤(52)과 실린더(81)의 경사를 방지한다. 이 때문에, 미끄럼운동 손실과 누설 손실의 양쪽이 작아진다. 이에 따라 압축기의 효율이 향상하는 동시에, 마찰에 의한 신뢰성의 저하가 방지된다.

더욱이, 윤활유를 사용하지 않기 때문에, 냉각 시스템의 열교환기의 전열면에 윤활유가 부착되지 않으므로 냉매와의 열 전달을 개선하여, 냉각 시스템의 효율이 개선된다. 또한, 윤활유에 냉매가 용해하지 않는 만큼, 냉각 시스템에 사용하는 냉매량을 저감할 수 있어 염가가 될 뿐만 아니라, 냉각 시스템에 있어서의 열교환의 효율이 향상하고, 냉각 시스템 전체의 효율이 향상한다. 더욱이, 자연 냉매, 가연성 냉매를 사용한 경우에 있어서는, 냉매의 사용량을 저감할 수 있기 때문에, 만일 냉매가 누설했을 때의 인화, 폭발의 가능성이 낮아져 안전성이 향상한다.

(제 5 실시예)

도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 실린더(91)는 자기 윤활성을 갖는 재료로 구성되어 있다. 구체적으로는 미끄럼운동면에 다이아몬드형 카본 피막을 실시한 것이다. 또한, 본 실시예에서는, 가스 베어링(82)은 설치되어 있지 않다. 그 이외의 구성은 제 4 실시예에 있어서의 도 9와 동일하다.

피스톤(52)과 실린더(91)의 미끄럼운동부는 하중이 작다. 그리고 실린더(91)의 표면(91A)이 자기 윤활성을 갖기 때문에, 윤활유를 사용하지 않더라도 마모가 방지되어, 미끄럼운동부의 신뢰성이 확보된다. 이와 같이 본 실시예는 제 4 실시예와 동일한 효과를 나타낸다.

또한, 본 실시예에서는, 실린더(91)에 다이아몬드형 카본 피막을 채용했지만, 그 이외에 카본 등의 자기 윤활성을 갖는 재료를 첨가한 재료나, PTFE 등의 재료를 이용하여도 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 본 실시예에서는, 자기 윤활성을 갖는 재료를 실린더(91)에 사용했지만, 피스톤(52)에 사용하여도 동일한 효과가 얻어진다.

(제 6 실시예)

도 11은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 피스톤(96)은 세라믹계의 재료, 구체적으로는 표면에 텅스텐 카바이드의 피막을 실시한 것으로 이루어진다. 그 이외의 구성은 제 5 실시예에 있어서의 도 10과 동일하다.

피스톤(96)의 표면에는 내마모성이 높은 텅스텐 카바이드 피막을 형성하고 있기 때문에, 윤활유를 사용하지 않아도 마모가 방지되어 미끄럼운동부의 신뢰성이 확보된다. 또한, 윤활유를 사용하지 않으므로, 점성 마찰이 저감되는 등, 제 5 실시예와 동일한 효과를 나타낸다.

또한, 본 실시예에서는 세라믹계의 재료로서, 텅스텐 카바이드를 사용하였지만, 다른 지르코니아 등의 세라믹계 재료를 이용하여도 신뢰성이 향상한다.

또한, 피스톤(96) 대신에 실린더(51)에 세라믹계의 재료를 이용하여도 동일한 효과를 나타낸다.

(제 7 실시예)

도 12는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 리니어 모터의 측단면도이며, 도 13은 도 12의 A-A선 단면도이며, 도 14는 휨 베어링(flexure bearing)의 평면도이다. 본 실시예의 가동자(121)는 코어부(121A)와 박판부(121B)가 일체로 하여 형성하는 가동 철심(124)과, 코어부(121A)에 고정되어 요동 방향으로 연장한 가동축(126A, 126B)을 갖는다. 그리고 각각 가동자(121)의 요동 방향 양측에 배치된 휨 베어링(128A, 128B)은 가동축(126A, 126B)을 유지하고, 가동자(121)를 요동 방향에 요동 가능하게 지지하고 있다. 그 이외의 구성은 제 1 실시예와 동일하다. 또한, 본 실시예에서는 도 1을 사용하여 설명한 단부판(36)을 설치하지 않고 있지만, 제 1 실시예와 마찬가지로 단부판(36)을 설치하여도 좋다.

코어부(121A)는 철계 재료로 이루어진 중공 원통형상으로 구성되어 있다. 박판부(121B)는 투자율이 높은 예를 들면 JIS C2552의 무방향성 전자 강대로 대표되는 규소 강판을, 코어부(121A)의 외주에 가동자(121)의 축심을 중심으로 하여 방사상으로 배열하여 형성되어 있다. 가동축(126A, 126B)은 모두 철에 비하여 충분히 전기 저항이 크고, 비자성인 스테인리스강 재료 등으로 형성되어 있다.

휨 베어링(128A, 128B)은 판형상의 탄성재에 가는 8개의 슬릿을 설치함으로써 형성된 8개의 아암(128C, 128D, 128E, 128F, 128G, 128H, 128J, 128K)을 각각 갖는다.

휨 베어링(128A, 128B)은 각각 외주부에서 프레임(28)과 연결 고정되고, 내주부에서 가동축(126A, 126B)과 연결 고정되어 있다. 휨 베어링(128A, 128B)은 탄성 부재를 구성하고 있다. 휨 베어링(128A, 128B)은 반경방향의 강성이 매우 크지만, 탄성 부재로서, 축방향(요동 방향)의 강성이 반경방향에 비하여 매우 작다. 따라서, 휨 베어링(128A, 128B)은 가동자(121)를 축방향으로 왕복 가능하게 지지하는 베어링으로서 기능한다. 반경방향, 축방향의 강성은 아암의 형상이나 배열, 재료, 재료 두께 등의 설계 인자에 의해 변화된다. 휨 베어링(128A, 128B)은 적어도 가동자(121)가 자기 흡인력에 의해 고정자(25)에 흡인되는 힘을 지지하고, 가동자(121)와 고정자(25)가 전체 원주에 걸쳐 일정 간극을 확보하는 만큼의 반경방향 강성을 갖고 있다.

자석(35A, 35B)과 자극(29A, 29B, 29C)은, 가동자(121)가 요동할 때에도, 각각 자석(35A)이 자극(29A, 29B)과 대향하고, 자석(35B)이 자극(29B, 29C)과 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 가동자(121)는 요동시에 고정자(25)의 내부로부터 외부로 돌출되지 않도록 하는 길이로 구성되고, 고정자(25)와의 길이 차이는 가동자(121)의 최대 진폭과 대략 일치한다.

이상과 같이 구성된 리니어 모터에 대해서 이하 그 동작을 설명한다. 자석 와이어(26A, 26B)에 전류를 통함에 따라, 제 1 실시예의 도 4와 마찬가지로 가동자(121)가 구동된다. 그리고 전류의 방향을 반대로 하면, 가동자(121)는 역방향으로 구동된다. 전류의 방향과 크기를 교대에 전환하도록 제어함으로써 가동자(121)는 왕복 동작한다.

본 실시예에서도 제 1 실시예와 마찬가지로, 자석(35A, 35B)과 가동 철심(124)이 일체화되어 있다. 이에 따라, 자속 루프에 포함되는 공극이 작아지고, 자기 저항이 작아 진다. 그 때문에, 작고 적은 자석에서 필요한 자력을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가동자(121)의 왕복 운동 방향에 대하여 직각 방향의 비틀림력과 중력을 지지하는 지지 기구에 있어서의 손실이 저감된다.

여기에서, 휨 베어링(128A, 128B)에는 가동자(121)의 왕복 운동에 따라, 미소한 회전 비틀림이 생긴다. 여기서 가동자(121)와 고정자(25)의 형상이 가동자(121)의 요동 방향의 축심을 공유한 대략 원통형으로 되어 있기 때문에, 이 회전 비틀림이 흡수된다. 이에 따라 가동자(121)는 회전하여도 고정자(25)와 일정한 공간 거리를 유지한다. 즉, 가동자(121)와 고정자(25)가 접촉하거나 충돌함에 따른 효율의 저하, 소음의 증대 등의 문제가 방지된다.

또한, 가동자(121)와 고정자(25)의 위치 관계는 서로의 축심을 정렬시키는 것만으로 좋다. 즉 가동자(121)의 표면이 평면일 경우에 비하여, 공극을 일정하게 유지하도록 조립하는 것이 용이하다. 그 결과, 가동자(121)와 고정자(25) 사이에 작용하는 자석(35A, 35B)에 의한 자기 흡인력의 편차가 거의 없고, 그 결과 반경방향으로의 하중이 거의 발생하지 않는다.

더욱이, 그 반경방향으로의 하중은 휨 베어링(128A, 128B)에서 지지되어 있기 때문에, 플레인 베어링 등의 지지 기구를 사용할 경우 등에 비하여, 가동자(121)의 요동에 따른 미끄럼운동 손실은 발생하지 않는다. 더욱이, 측방향으로의 하중이 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 가동자(121)를 지지하는데 필요한 휨 베어링(128A, 128B)의 반경방향의 강성도 작게 된다. 즉, 휨 베어링(128A, 128B)의 개수를 저감하고, 두께를 얇게 하며, 아암 개수를 저감하는 등의 저강성 설계를 실행할 수 있다. 이에 따라, 요동 방향으로 휨 베어링(128A, 128B)이 변형할 때의 히스테리시스 손실이 최소한으로 억제되어, 높은 효율이 얻어진다. 또한, 이 히스테리시스 손실이란, 스프링을 예로 설명하면 스프링을 압축하여 내부에 축적한 에너지를 스프링이 신장하는 반발력으로서 완전하게는 꺼낼 수 없고, 그 때에 생기는 손실을 의미한다.

또한, 가동자(121)의 가동 철심(124)과 고정자(25)의 고정 철심(27)은 모두 축방향을 중심으로 방사상으로 배치한 박판으로 구성되어 있다. 이 때문에, 박판의 연장 방향과 자속 방향이 일치하므로 투자율이 높아지는 동시에, 철심내에 발생하는 유도 전류가 억제되어 손실이 감소한다.

게다가 본 실시예에서는, 가동자(121)를 지지하는 가동축(126A, 126B), 고정자(25)의 외주를 지지하는 프레임(28), 휨 베어링(128A, 128B)은 비자성체인 스테인리스강으로 구성되어 있다. 이 때문에, 고정 철심(27)으로부터 프레임(28), 휨 베어링(128A, 128B)을 경유하여 가동축(126A, 126B)을 우회하는 자속의 누설이 방지된다. 이에 따라 누설 자속에 의한 유도 전류의 발생이 방지되어, 모터의 효율 저하가 방지된다. 또한, 플라스틱 등의 스테인리스강 이외의 비자성 재료를 이들 부분에 사용하여도, 동일한 효과가 얻어진다.

가동자(121)의 가동 철심(124)은 원통형의 코어부(121A)를 축으로 하여, 주위에 방사상으로 동일한 폭을 갖는 박판을 배치하고 있기 때문에, 용이하게 원통 형상으로 형성할 수 있다.

더욱이, 가동자(121)의 코어부(121A)는 철계 재료로 형성되어 있기 때문에, 자속 루프의 자기 경로의 일부로서 작용하므로, 가동자(121)를 경량화하면서 효율 향상을 도모할 수 있다.

또한, 구조체로서의 강도나, 자속 루프의 자기 경로로서의 기여가 작은 코어부(121A)의 중심 부근은 중공으로 하고 있으므로, 가동자(121)가 경량화된다.

더욱이, 가동자(121)의 왕복 거리의 최대값은 대략 가동자(121)와 고정자(25)의 길이의 차이와 일치하고 있다. 이에 따라, 가동자(121)의 자석(35A, 35B)이 고정자(25)의 외측으로 튀어나가 고정자(25) 내부로 되돌아오는 자기 흡인력이 작용하는 것에 기인하여 모터 추력이 저하하는 것이 방지된다.

또한, 본 실시예의 휨 베어링은 판형상의 탄성체에 헬리컬 형상의 아암을 갖지만, 다른 형상이어도 좋다.

또한, 본 실시예의 구성을 리니어 모터로서 설명했지만, 완전히 동일한 구성으로 왕복 운동을 전류로 변환하는 발전기로서도 이용 가능하다.

또한, 링형상으로 감은 자석 와이어(26A, 26B)를 직렬로 결선했지만, 병렬로 결선하여도 좋다.

(제 8 실시예)

도 15는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 리니어 모터의 단면도이다. 대략 원호형의 단면 형상을 가지는 자석(129A, 129B, 129C, 129D)이 가동 철심(124)의 내부에 배치되어 가동자(122)와 일체화되어 있다. 그 이외의 구성은 제 7 실시예와 동일하다.

본 실시예는 제 7 실시예와 동일한 효과를 나타낸다. 더욱이, 자석(129A, 129B, 129C, 129D)이 가동자(122)의 표면에 노출되어 있지 않기 때문에, 자성체와의 흡인력이 작다. 이 때문에, 자성체와의 조립이 용이하게 되는 등, 취급이 용이하게 되고, 양산성이나 생산성이 대폭 향상한다. 이 구성은 제 1 실시예와 조합하여도 좋다.

(제 9 실시예)

도 16은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 리니어 모터의 단면도이다.

코일 스프링(이하, 스프링)(130A, 130B)은, 일단부가 가동자(121)에 연결된 가동축(126A, 126B)에 각각 고정되고, 타단부가 프레임(28)에 고정된 스프링 홀더(이하, 홀더)(131A, 131B)에 각각 고정되어 있다. 스프링(130A, 130B)의 조립시의 길이(L)는 자유장(H)보다도 짧고, 그 압축 치수(H-L)는 가동자(121)의 요동 거리, 즉 스트로크(S)의 1/2 이상이 된다. 즉, 가동자(121)는 스프링(130A, 130B)에 의해 양측으로부터 가압되어 있다.

스프링(130A, 130B)은, 휨 베어링(128A, 128B)과 합한 총합의 스프링 정수로서, 가동자(121)와의 질량의 관계에서 결정되는 공진 주파수를 결정한다.

왕복 운동하는 가동자(121), 가동축(126A, 126B), 스프링(130A, 130B), 고정자(25) 등의 모든 구성부품은 프레임(28)과 홀더(131A, 131B)로 구성된 대략 밀폐 공간(이하, 공간)(131C)내에 수납되어 있다.

이상과 같이 구성된 리니어 모터에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다.

링형상의 자석 와이어(26A, 26B)에 교류 전류를 통하면, 제 7 실시예와 동일한 원리에 의해, 가동자(121)가 왕복 동작한다. 예를 들면, 가동자(121)가 화살표(Y)의 방향으로 이동했을 때에는, 스프링(130A)이 휘어 스프링(130A)에 제 1 반발력이 축적된다. 다음에 전류의 유동 방향이 변하고, 가동자(121)가 화살표(Z) 방향으로 이동할 때에는, 제 1 반발력이 스프링(130A)으로부터 취출되어 가동자(121)의 속도로서 회수된다. 동시에, 이번에는 스프링(130B)이 휘어 스프링(130B)에 제 2 반발력이 축적된다. 가동자(121)가 다시 화살표(Y) 방향으로 이동할 때에는, 제 2 반발력이 스프링(130B)으로부터 취출되어 가동자(121)의 속도 로서 회수된다.

이러한 동작이 이른바 공진 작용이며, 스프링(130A, 130B)을 사용하지 않을 때와 비교하여, 작은 전류에서 스트로크가 큰 왕복 운동을 실행할 수 있다. 이 때의 전원의 주파수를, 가동자(121), 고정자(25)의 질량과 휨 베어링(128A, 128B), 스프링(130A, 130B)의 스프링 정수로부터 구해진 공진 주파수와 일치시킨다. 그렇게 하면, 가동자(121)와 공진 스프링인 스프링(130A, 130B)으로부터의 가속도의 주기가 동기한다. 그 결과, 에너지 손실은 작게 억제되고, 가동자(121)는 효율적으로 왕복 운동한다.

이 공진 주파수를 높게 하기 위해서는, 가동자(121)의 중량의 저감이나, 스프링(130A, 130B)이나 휨 베어링(128A, 128B)의 스프링 정수를 크게 할 필요가 있다. 그렇지만, 가동자(121)의 중량의 저감에는 모터로서의 설계 한계가 있다. 이 때문에, 현실적으로는 스프링 정수를 크게 하는 쪽이 용이한 경우가 많다. 그 스프링 정수를 크게 하기 위해서, 휨 베어링(128A, 128B)의 스프링 정수를 크게 하면, 히스테리시스 손실이 커져 효율이 저하한다. 구체적으로는 휨 베어링(128A, 128B)의 두께를 두껍게 하거나, 복수개 중첩하는 것 등을 실행하면 이렇게 된다. 한편, 스프링(130A, 130B)은 기본적으로 히스테리시스 손실이 없다. 이 때문에, 스프링(130A, 130B)의 스프링 정수만을 크게 함으로써, 공진 주파수를 높게 하는 설계에 있어서, 히스테리시스 손실이 작고 높은 효율이 확보되는 것이 가능하다.

또한, 스프링(130A, 130B)의 조립시의 길이(L)는 자유장(H)보다도 짧고, 그 압축 치수(H-L)는 가동자(121)의 요동 거리, 즉 스트로크(S)의 1/2 이상이 된다. 그 때문에, 가동자(121)가 화살표(Y) 방향으로 최대한 이동한 경우에도, 스프링(130B)의 길이(Lb)는 자유장(H)보다도 짧다. 즉, 스프링(130B)은 자유장(H)으로부터 반드시 압축된 상태에 있다. 마찬가지로, 가동자(121)가 화살표(Z) 방향으로 최대한 이동한 경우에도, 스프링(130A)의 길이(La)는 자유장(H)보다도 짧다. 즉, 스프링(130A)은 자유장(H)으로부터 반드시 압축된 상태에 있다.

따라서, 가동자(121)가 왕복 운동하여도, 항상 스프링(130A, 130B)은 자유장보다도 압축된 상태에 있다. 이 때문에, 그 변형에 의해 축적되는 에너지에 의해, 스프링(130A, 130B)은 가동축(126A, 126B)과 홀더(131A, 131B) 사이에 휜 상태로 고정된다. 그 결과, 리니어 모터는 항상 효율적인 공진 운동을 반복하여 실행한다. 또한, 스프링(130A, 130B)은 특별한 고정부를 사용하지 않더라도, 탈락하는 일도 없다.

더욱이, 왕복 운동하는 가동자(121), 가동축(126A, 126B), 스프링(130A, 130B), 고정자(25) 등의 모든 구성부품은 공간(131C)내에 수납되어 있다. 이 때문에, 가동자(121), 가동축(126A, 126B), 스프링(130A, 130B)의 운동에 따른 소음이 공간(131C)내에 제한될 수 있다. 즉, 외부에 소음이 전해지는 것이 저감되어 차음 효과가 얻어진다.

또한, 가동자(121)의 가동 철심(124)과 고정자(25)의 고정 철심(27)은 모두 축방향을 중심으로 방사상으로 배치한 박판으로 구성되어 있다. 이 때문에, 구성부품이 진동함으로써, 진동에 기인하는 박판 등으로부터의 소음이 발생하기도 하지만, 이 소음도 차음된다.

또한, 본 실시예에 있어서는, 스프링(130A, 130B)을 동일한 스프링 정수의 스프링으로 하고 있지만, 스프링 정수나 치수가 다른 코일 스프링을 조합하여도, 동일하게 실시 가능하다. 제 1 실시예에 따른 판 스프링을 이용한 리니어 모터와 본 실시예에 있어서의 코일 스프링을 조합하여 공진 스프링을 구성하여도 좋다.

(제 10 실시예)

도 17은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 휨 베어링(128A, 128B)의 외주부는 스프링 홀더(이하, 홀더)(131A, 131B)와, 고정자(25)를 지지하고 있는 프레임(28)으로 끼워서 고정되어 있다. 또한, 휨 베어링(128A, 128B)의 내주부는 가동자(121)에 연결된 가동축(126A, 126B)과 스프링 어댑터(이하, 어댑터)(132A, 132B)에 고정되어 있다.

코일 스프링(이하, 스프링)(130A, 130B)은 가동자(121)와 고정자(25)로 이루어진 리니어 모터(137)를 끼워서 양 단부면측에 배치되어 있다. 더욱이, 스프링(130A, 130B)은 어댑터(132A, 132B)와 홀더(131A, 131B) 사이에 휜 상태로 고정되고, 특별한 고정부는 이용하지 않고 있다. 단지, 어댑터(132A, 132B)와 홀더(131A, 131B)의 중앙의 스프링(130A, 130B)과의 접촉면에는, 스프링(130A, 130B)을 고정하기 위해 얕은 단차부가 설치되어 있다.

실린더(51)는 홀더(131B)에 고정되어 있어, 실린더(51)에는 실린더 커버(134)가 고정되어 있다. 어댑터(132B)는 볼 조인트(61)를 통해 피스톤(52)과 연결되어 있다. 피스톤(52)은 스프링 어댑터(132B)에 대하여 자유롭게 경사, 회전하는 것이 가능하다. 압축실(48)은 피스톤(52)과 실린더(51)로 구성되어 있다.

이상과 같이 구성된 리니어 압축기에 있어서, 이하 그 동작을 설명한다.

리니어 모터(137)의 자석 와이어(26A, 26B)에 교류 전류를 흘리면, 가동자(121)는 고정자(25)에 대하여 왕복 운동한다. 그 구동력이 가동축(126B), 어댑터(132B), 볼 조인트(61)를 거쳐서 피스톤(52)에 전달되고, 피스톤(52)이 가동자(121)와 일체로 왕복 운동한다. 그리고, 이 피스톤(52)의 왕복 운동에 의해, 압축실(48)내에 흡입된 냉매 가스를 순차적으로 압축하고, 외부의 냉동 사이클로 토출한다.

이 때, 제 9 실시예에서 설명한 바와 같이, 리니어 모터(137)에 통전하는 전원의 주파수를, 가동자(121), 고정자(25)의 질량과, 스프링(130A, 130B), 휨 베어링(128A, 128B)의 스프링 정수로부터 구해지는 공진 주파수와 일치시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 가동자(121)와 공진 스프링인 스프링(130A, 130B)으로부터의 가속도의 주기가 동기된다. 그 결과, 에너지 손실은 작게 억제되고, 가동자(121)가 효율적으로 왕복 운동한다.

또한, 휨 베어링(128A, 128B)이 가동자(121)의 양측을 지지하고 있기 때문에, 플레인 베어링 등의 지지 기구를 사용할 경우 등과 비교하여, 가동자(121)의 요동에 따른 미끄럼운동 손실은 발생하지 않는다. 더욱이, 휨 베어링(128A, 128B)의 반경방향에 필요한 강성도 작으므로, 휨 베어링의 개수를 감소시키고, 두께를 얇게 하거나, 아암 개수를 감소시키는 등 저강성으로 설계할 수 있다. 이에 따라 휨 베어링(128A, 128B)이 변형할 때의 히스테리시스 손실이 최소한으로 억제되어, 높은 효율이 얻어진다.

더욱이, 휨 베어링(128A, 128B)이 가동자(121)의 반경방향으로 작용하는 자기 흡인력을 모두 양측에서 지지하고 있다. 이 때문에, 가동자(121)와 고정자(25) 사이에서 발생하는 자기 흡인력이 피스톤(52)과 실린더(51)의 측압으로서 작용하지 않아, 미끄럼운동 손실이 발생하지 않는다. 이 자기 흡인력이란 가동자(121)가 고정자(25)에 대하여 반경방향으로 끌어 당겨지는 힘이다. 이 때문에, 미끄럼운동 손실이 저감되어, 압축기가 고 효율화되는 동시에, 미끄럼운동부의 신뢰성도 대폭 향상한다. 또한, 어댑터(132B)와 피스톤(52) 사이에 볼 조인트(61)를 배치하여도 피스톤(52)이 지지되어, 가동자(121)의 왕복 운동 운동은 피스톤(52)에 전달된다. 그 때문에, 실린더(51)내를 피스톤(52)이 왕복 운동할 때에는, 실린더(51)의 미끄럼운동부에 대하여 축 경사가 거의 없는 상태에서 요동하도록, 볼 조인트(61)에 의해 피스톤(52)이 경사진다.

따라서, 가동자(121)와 실린더(51)의 축심이 어긋나거나, 축이 경사져서 조립되어도, 피스톤(52)과 실린더(51)의 축심이 맞도록 볼 조인트(61)가 축 어긋남이나 축 경사를 흡수한다. 이 때문에, 부품이나 부품 조립 정밀도를 향상시키지 않고, 실린더(51)와 피스톤(52) 사이의 측압 저감에 의해 미끄럼운동 손실이 저감되어, 고효율의 압축기가 얻어진다.

또한, 본 실시예에서는 가동자(121)의 요동 방향을 거의 수평으로 구성하고 있다. 이 때문에, 제 2 실시예와 마찬가지로 모터내에 실린더가 배치되는 종래의 리니어 압축기에 비하여 직경이 작아진다.

(제 11 실시예)

도 18은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 리니어 압축기의 주요부 단면도이다. 본 실시예는, 제 10 실시예의 구성에 있어서, 볼 조인트를 대신해서 제 3 실시예에서 설명한 유연성 로드(이하, 로드)(72)를 적용하고, 제 4 실시예에서 설명한 가스 베어링(82)을 적용한 구성이다.

로드(72)는, 강도 등의 측면으로부터, 스테인리스강이나 알루미늄 등의 재료로 이루어지고, 단면 형상이 원형의 비교적 가는 부위를 갖고 있다. 이러한 가는 부위를 가짐으로써, 로드(72)는 축방향에 대하여 경사진 방향으로 탄성 변형의 범위내에 있는 것이 가능하다.

실린더 커버(134)내의 고압실(134A)에 토출된 냉매 가스의 대부분은 D 라인(141)을 경유하여 압축기의 외부로 토출된다. 그 일부는 실린더(142A)내에 설치된 복수의 가스 통로(81B)를 경유하여 피스톤(139A)과 실린더(142A)의 미끄럼운동부로 안내되어, 가스 베어링(82)을 형성하고 있다. 이 때문에, 제 4 실시예와 마찬가지로 윤활유는 사용하지 않는다.

고압실(134A)내에는, 토출 밸브 기구(이하, 밸브)(144)와, 밸브(144)를 실린더(142A)에 가압하고 있는 토출 스프링(이하, 스프링)(145)이 배치되어 있다.

제 2 흡입관(146)의 일단부(146A)는 스프링 홀더(131B)내에서 실린더(142A)의 압축실 반대측 근방에 개구되어 있고, 타단부(146B)는 밀폐 케이싱(41)내에 개구되어 있다. 흡입로(139B)는 피스톤(139A)내에 설치되어 있고, 흡입 밸브 기구(이하, 밸브)(139C)는 피스톤(139A)의 압축실(48)측에 장착되어 있다.

이상과 같이 구성된 리니어 압축기에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다.

휨 베어링(128A, 128B)은 가동자(121)의 반경방향으로 작용하는 자기 흡인력을 모두 양측에서 지지하고 있다. 이 때문에, 가동자(121)의 왕복 운동을 피스톤(139A)에 전달하는 부재가 자기 흡인력을 지지할 필요는 없고, 축방향의 강성만 요구되고, 반경방향의 강성은 작을 수 있다. 그 때문에, 피스톤(139A)과 가동자(121)의 연결에 유연성 로드(72)를 사용할 수 있다. 이에 따라, 가동자(121)와 실린더(142A)의 축심이 어긋나거나, 경사져 있어도, 피스톤(139A)과 실린더(142A)의 축심이 맞고, 축 경사도 없는 상태가 되도록 로드(72)가 경사지거나 휘거나 한다. 이 때문에, 부품 정밀도나 부품 조립 정밀도의 불량이 흡수된다.

따라서, 부품이나 부품 조립 정밀도를 향상시키지 않고서, 실린더(142A)와 피스톤(139A) 사이의 측압이 저감되어, 미끄럼운동 손실이 저감한다. 이 때문에, 고효율의 압축기가 얻어지는 동시에, 미끄럼운동부의 신뢰성도 더욱 향상한다.

더욱이, 로드(72)는 볼 조인트 기구 등과 비교하여 구조가 간단할 뿐만 아니라, 볼 조인트 기구와 같이 약간의 미끄럼운동부도 없기 때문에, 미끄럼운동 손실도 작고 또한 연결 기구로서의 신뢰성도 높다.

또한, 고압실(134A)로 토출된 냉매 가스의 일부가 실린더(142A)내에 설치된 복수의 가스 통로(81B)를 경유하여, 피스톤(139A)과 실린더(142A)의 미끄럼운동부의 미소 간극으로 안내된다. 이에 따라 가스 막이 형성되어, 가스 베어링(82)이 구성되어, 피스톤(139A)과 실린더(142A)가 비접촉 상태로 된다.

가스 베어링(82)은 얼마나 적은 가스량, 낮은 가스압에서 비접촉화를 실현할 수 있는 지를 평가되는 것이 일반적이다. 한편, 가스 통로(81B)의 형상, 치수, 배 치 위치 등에 의해, 가스 베어링(82)의 성능은 크게 변화한다. 거기에서, 적어도 가스 통로(81B)의 일부에 φ30㎛로부터 φ200㎛ 레벨의 단면적에 상당하는 미소 단면적 부분을 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는, 윤활유가 존재하면, 이 미소 단면적 부분이 윤활유로 막혀서 냉매 가스가 흐르지 않아, 가스 베어링(82)이 기능하지 않는다. 그 때문에, 본 실시예에서는 윤활유를 사용하지 않고 가스 베어링(82)만을 사용한다.

이상과 같이, 피스톤(139A)과 실린더(142A)를 비접촉 상태로 할 수 있으므로, 피스톤(139A)과 실린더(142A) 사이의 미끄럼운동 손실이 거의 0(제로)으로까지 저감된다. 또한, 미끄럼운동부의 마모가 현저하게 저감되어 신뢰성이 대폭 향상한다. 운전 주파수가 높고 미끄럼운동 손실이 큰 압축기일수록, 이러한 구성을 적용하는 효과는 크다.

또한, 본 실시예에서는 윤활유를 사용하지 않는 무급유(oil-free)의 구성이므로, 제 4 실시예와 동일한 효과를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 미끄럼운동 손실은 거의 0으로 저감된다. 한편, 피스톤(139A)과 실린더(142A)의 미끄럼운동부에 냉매 가스를 도입하기 때문에, 미끄럼운동부의 누설 손실이 증대하고, 또한 압축한 고압 가스를 가스 베어링(82)으로서 사용하기 때문에 압축 손실도 증대한다. 그렇지만, 상술한 가스 베어링(82)의 설계 노하우 등을 바탕으로, 그 손실의 저감도 설계 요소로서 가능하다.

(제 12 실시예)

도 19는 본 발명의 제 12 실시예에 따른 리니어 압축기의 주요부 단면도이 다. 본 실시예는, 제 11 실시예의 구성에 있어서, 가스 베어링을 대신하여 제 5 실시예에서 설명한 자기 윤활성을 갖는 재료와 제 6 실시예에서 설명한 세라믹 재료를 각각 피스톤과 실린더에 적용한 구성이다. 즉, 피스톤(139D)에는 자기 윤활성을 갖는 재료(147A)를 사용하고, 실린더(142B)에 세라믹계 재료(147B)를 사용하고 있다. 그 때문에, 자기 윤활성의 효과나 세라믹계 재료(147B)의 내마모성에 의해, 윤활유를 사용하지 않아도 미끄럼운동부의 마모가 방지되어, 신뢰성이 확보된다.

또한, 밀폐 케이싱(41)내에 흡입된 냉매 가스는 제 2 흡입관(146)을 통해 실린더(142B)의 압축실 반대측 근방으로 안내된다. 그리고 냉매 가스는 실린더(142B)의 압축실 반대측, 피스톤(139D)의 압축실 반대측, 피스톤(139D)에 설치된 흡입로(139A)와 흡입 밸브 기구(139B)를 거쳐서 압축실(48)내로 유입한다.

압축실(48)에서 압축된 냉매 가스는 토출 밸브 기구(이하, 밸브)(144)를 실린더(142B)로 가압하고 있는 토출 스프링(145)의 가압력에 대항하여 밸브(144)를 개방하여, 고압실(134A)로 토출된다.

그런데, 냉장고 등의 냉각 시스템에 있어서의 과도 운전시에는, 반드시 운전 압력 변동이 있고, 그러한 때에는 피스톤(139D)이 소정의 스트로크를 초과하여 왕복 운동하는 것이 발생한다. 또한, 압축기의 운전 전류나 운전 전압 등을 제어하고 있는 경우에 있어서는, 더욱 제어 정밀도나 외란 대응 정밀도 등에 기인하여 피스톤(139D)이 소정의 스트로크를 초과하여 왕복 운동하는 것이 발생한다.

본 실시예에서는, 피스톤(139D)이 밸브(144)를 밀어내어 요동 가능하다. 그 때문에 상기와 같은 경우에서도, 밀어낼 수 없는 토출 밸브 기구와 비교하여 피스톤(139D)에 걸리는 충돌의 충격력이 완화된다. 따라서, 피스톤(139D)의 충돌시의 소음이 저감되는 동시에, 밸브(144)나 피스톤(139D)의 신뢰성이 향상한다.

(제 13 실시예)

도 20은 본 발명의 제 13 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면도이다. 밀폐 케이싱(이하, 케이스)(41)내에, 가동자(121)의 요동 방향이 중력 방향과 일치하도록 압축 기구부(149)가 종형으로 배치되어 있다. 또한 압축 기구부(149)는 복수의 서스펜션 스프링(이하, 스프링)(150), 탑(top) 스프링(이하, 스프링)(151)에 의해 내부 현가, 내부 지지되어 있다.

동적 흡진기(吸振器)(152)는 웨이트(153), 스프링(154), 홀더(155)로 구성되고, 케이스(41)내의 상부 공간에 형성되어 있다. 웨이트(153)는 단일 또는 복수개로 이루어지고, 그 형상은 케이스(41) 내측을 따른 대략 환상 형상 또는 대략 원호 형상이다. 스프링(154)은 스프링(154A, 154B)으로 이루어진다.

조립된 상태 또는 리니어 압축기가 정지하고 있는 상태에서는, 스프링(154A, 154B)은 모두 자유장보다 짧고, 압축된 상태에 있다. 그 때문에, 웨이트(153)는 피스톤(139A)의 요동 방향과 동일한 방향으로 스프링(154A, 154B)의 스프링력에 의해 협지되어서 홀더(155)에 부착되어 있다. 홀더(155)의 형상도 대략 환상 형상 또는 대략 원호 형상이다.

스프링(154)은 웨이트(153)의 이동에 따라, 피스톤(139A)의 요동 방향으로 탄성 변형 가능이다. 더욱이, 웨이트(153)의 중량과 스프링(154)의 피스톤(139A) 이 요동하는 방향의 스프링 정수의 총합은 그들로부터 결정되는 공진 주파수가 리니어 압축기의 운전 주파수와 일치하도록 선택된다.

더욱이, 실린더(142A)의 적어도 일부는 코일 스프링(이하, 스프링)(130B)내에 삽입 배치되어 있다.

본 실시예에서는, 가동자(121)의 요동 방향이 중력 방향과 일치하도록 종형 배치로 하고 있다. 그 때문에, 가동자(121)의 반경방향으로 작용하는 힘은 가동자(121)와 고정자(25) 사이에 작용하는 자석(35A, 35B)에 의한 자기 흡인력뿐이며, 가동자(121)의 중력은 작용하지 않는다. 따라서, 가동자(121)를 지지하여 자기 흡인력을 지지하고 있는 휨 베어링(128A, 128B)의 반경방향의 강성도 가동자(121)의 중력이 작용하지 않는 만큼 작게 할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 저렴한 재료 선정, 판 두께의 저감, 형상의 간소화, 소형화 등이 가능해진다.

또한 마찬가지로, 실린더(142A)와 피스톤(139A)의 미끄럼운동부에 있어서, 피스톤(139A)으로의 중력에 의한 측압이 작용하지 않기 때문에, 그 만큼 미끄럼운동 손실이 저감된다.

다음에, 동적 흡진기(152)에 의한 저진동화에 대해서 설명한다.

압축 기구부(149)에 있어서 가동자(121)는 고정자(25)에 대하여 왕복 운동하여 압축을 실행하지만, 이때에 고정자(25)는 가동자(121)의 왕복 운동의 반작용 등에 의해 피스톤(139A)의 왕복 방향으로 진동한다. 압축 기구부(149)는 스프링(150)에 의해 케이스(41)내에 탄성적으로 현가되어 있고, 압축 기구부(149)의 진동은 스프링(150)을 통해 케이스(41)에 가진력으로서 전달한다. 케이스(41)에 전달된 가진력에 의해, 웨이트(153)와 스프링(154)으로 이루어진 공진부가 여기되어, 웨이트(153)가 피스톤(139A)의 왕복 방향으로 진동한다. 이 때, 스프링(150)으로부터 케이스(41)에 전달되는 가진력과, 웨이트(153)의 진동에 의한 작용력의 크기가 거의 동일하고 또한 반대 위상으로 작용한다. 이 때문에, 압축 기구부(149)로부터의 가진력은 동적 흡진기(152)로부터의 작용력에 의해 제거된다.

또한, 케이스(41)의 진동 주파수는 리니어 압축기의 구동 주파수에 일치한다. 이 때문에, 리니어 압축기의 구동 주파수와 동적 흡진기(152)의 웨이트(153)의 요동 주파수를 맞춤으로써, 동적 흡진기(152)의 효과가 최대한으로 인출되어, 케이스(41)의 진동이 최대한으로 저감된다. 공진 주파수는 케이스(41)와 웨이트(153)의 질량과 스프링(154)의 스프링 정수로 결정된다. 거기에서, 리니어 압축기의 구동 주파수와 일치하도록, 웨이트(153)의 질량과 스프링(154)의 스프링 정수를 선택 설계함으로써, 최대한으로 케이스(41)의 진동이 저감된다.

또한, 동적 흡진기(152)를 사용하지 않는 경우에도, 종형 배치로 함으로써 가동자(121)의 요동 방향과 스프링(150)의 신축 방향이 모두 중력 방향에서 일치한다. 이 때문에, 케이스(41)의 진동 방향도 중력 방향이 된다. 따라서, 스프링(150)의 강성을 작게 하는 간단한 방법에서, 케이스(41)로의 압축 기구부(149)의 진동 전달이 저감된다. 즉, 피스톤(139A)의 왕복 방향이 수평 방향인 횡형 배치보다도, 케이스(41)는 대폭적으로 저진동화된다.

또한, 동적 흡진기(152)는 케이스(41)의 상부 공간에 형성되어 있다. 압축 기구부(149)중 반경방향으로 가장 크고, 직경 방향의 크기를 결정하고 있는 것은 리니어 모터(137)이지만, 케이스(41)의 상부 공간에는 리니어 모터(137)를 배치하지 않고 있다. 그 때문에, 케이스(41)의 직경 방향의 크기에 대하여, 상부 공간과 하부 공간에는 무효인 공간이 형성된다. 이러한 공간에 동적 흡진기(152)를 배치함으로써, 케이스(41)를 크게 하는 일없이, 케이스(41)는 동적 흡진기(152)를 콤팩트하게 내장하고, 저진동화된다.

특히, 리니어 모터(137)의 원형 형상, 케이스(41)의 원형 형상과 마찬가지로, 동적 흡진기(152)의 형상을 케이스(41)의 내측을 따른 대략 환상 형상 또는 대략 원호 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 케이스(41)를 크게 하는 일없이, 동적 흡진기(152)가 콤팩트하게 내장된다. 더욱이, 동적 흡진기(152)의 웨이트(153)를 크게 하고, 즉 무겁게 할 수 있어, 케이스(41)와 웨이트(153)의 질량과 스프링(154)의 스프링 정수로 결정되는 공진 주파수의 설계 폭이 커진다. 그 때문에, 동적 흡진기(152)에 의해 케이스(41)의 진동을 저감할 수 있는 구동 주파수의 폭이 넓어져, 저진동에서 구동할 수 있는 리니어 압축기의 운전 주파수 폭이 커진다.

더욱이, 실린더(142A)의 적어도 일부를 스프링(130B)내에 삽입 배치하고 있다. 그 때문에, 스프링(130B) 외부에 실린더(142A)를 배치했을 때와 비교하여, 가동자(121)의 요동 방향의 크기를 작게 할 수 있다. 이에 따라, 리니어 압축기로서 케이스(41)를 소형화할 수 있고, 특히 가동자(121)의 요동 방향으로 소형화할 수 있다.

또한, 본 실시예에 있어서는, 동적 흡진기(152)를 케이스(41)내의 상부 공간 에 형성하고 있지만, 케이스(41)내의 하부 공간에 형성하여도 동일한 효과가 얻어진다.

또한 본 실시예에 있어서는, 리니어 모터가 중력 방향 상방으로 배치되어 있지만, 리니어 모터가 중력 방향 하방으로 배치되어도, 마찬가지로 실시 가능하다.

또한, 이상 설명한 실시예에 있어서의 특징은 가능한 범위에서 조합할 수 있고, 그러한 형태는 본 발명의 범위내이다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 고정 철심과 자석 와이어를 갖는 고정자와, 가동 철심과 자석을 갖는 가동자와, 가동자를 그 요동 방향으로 요동 가능하게 지지하는 판형상의 탄성 부재를 갖는다. 이러한 구성에 의해 가동자를 지지하기 위한 미끄럼운동부가 불필요하기 때문에, 가동자의 왕복 운동에 따른 손실을 저감할 수 있다. 또한, 이 리니어 모터를 사용한 리니어 압축기는 고효율로서 신뢰성도 높다.

Claims (29)

1. 고정 철심과, 상기 고정 철심에 부착한 자석 와이어를 갖는 고정자와,

   상기 고정자의 내측에 위치하고, 가동 철심과 자석을 갖는 가동자와,

   상기 가동자를, 상기 가동자의 요동 방향으로 요동 가능하게 지지하는 판형상의 제 1 탄성 부재와,

   상기 가동자의 요동 방향의 상기 제 1 탄성 부재와는 반대측으로부터, 상기 가동자를, 상기 가동자의 요동 방향으로 요동 가능하게 지지하는 판형상의 제 2 탄성 부재를 구비하며,

   상기 제 1 탄성 부재는 상기 가동자에의 부착 위치로부터 상기 고정자에의 부착 위치로 동일 방향으로 선회하면서 신장하는 복수의 제 1 아암부를 갖고,

   상기 제 2 탄성 부재는 상기 가동자에의 부착 위치로부터 상기 고정자에의 부착 위치로 동일 방향으로 선회하면서 신장하는 복수의 제 2 아암부를 가지며,

   상기 복수의 제 1 아암부와 상기 복수의 제 2 아암부는 동일 방향으로 선회하는

   리니어 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성 부재는 상기 가동자를 상기 고정자의 자극과 일정한 공극을 유지하면서 상기 고정자에 대향시켜 지지하는

   리니어 모터.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 탄성 부재와 상기 제 2 탄성 부재가 판 스프링으로 이루어진

   리니어 모터.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 탄성 부재와 상기 제 2 탄성 부재는 상기 가동자의 축심 방향에서 보아 상기 복수의 제 1 아암부의 위치와 상기 복수의 제 2 아암부의 위치가 서로 일치하지 않도록, 회전 방향으로 어긋나서 부착된

   리니어 모터.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 탄성 부재와 상기 제 2 탄성 부재가 복수의 아암을 갖는 휨 베어링으로 이루어진

   리니어 모터.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정자의 내측에 형성한 자극과 상기 가동자의 외주면은 상기 가동자와 축심을 공유한 원통형인

   리니어 모터.
9. 제 1 항에 있어서,

   일단부가 상기 가동자에 고정된 코일 스프링과,

   상기 고정자에 고정되고, 상기 코일 스프링의 타단부를 고정하는 스프링 홀더를 더 구비하는

   리니어 모터.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 가동자의 요동 방향으로 연장 돌출 형성된 가동축을 더 구비하는

    리니어 모터.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 가동자의 요동 방향 양측에 상기 가동자를 가압하는 적어도 2개의 코일 스프링을 더 구비하는

    리니어 모터.
12. 제 9 항에 있어서,

    정지 상태에 있어서, 상기 코일 스프링의 압축 치수가 상기 가동자의 요동 거리의 1/2 이상인

    리니어 모터.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 스프링 홀더는 상기 탄성 부재와 상기 코일 스프링을 내부에 수용하는 밀폐 공간을 형성한

    리니어 모터.
14. 고정 철심과, 상기 고정 철심에 부착한 자석 와이어와를 갖는 고정자와,

    상기 고정자의 내측에 위치하고, 가동 철심과 자석을 갖는 가동자와,

    상기 가동자를, 상기 가동자의 요동 방향으로 요동 가능하게 지지하는 판형상의 제 1 탄성 부재와,

    상기 가동자의 요동 방향의 상기 제 1 탄성 부재와는 반대측으로부터, 상기 가동자를, 상기 가동자의 요동 방향으로 요동 가능하게 지지하는 판형상의 제 2 탄성 부재를 구비하며,

    상기 제 1 탄성 부재는 상기 가동자에의 부착 위치로부터 상기 고정자에의 부착 위치로 동일 방향으로 선회하면서 신장하는 복수의 제 1 아암부를 갖고, 상기 제 2 탄성 부재는 상기 가동자에의 부착 위치로부터 상기 고정자에의 부착 위치로 동일 방향으로 선회하면서 신장하는 복수의 제 2 아암부를 가지며, 상기 복수의 제 1 아암부와 상기 복수의 제 2 아암부는 동일 방향으로 선회하는 리니어 모터와,

    상기 가동자의 요동 방향으로 축심을 공유하는 실린더와,

    상기 실린더내에 왕복 가능하게 삽입되고, 상기 가동자와 연결된 피스톤을 구비하는

    리니어 압축기.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 고정부와 상기 가동부의 질량과 상기 탄성 부재의 스프링 정수로 결정되는 공진 주파수의 근방의 주파수로 구동되는

    리니어 압축기.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 피스톤과 상기 가동자를 연결하는 볼 조인트를 더 구비하는

    리니어 압축기.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 피스톤과 상기 가동자를 연결하고, 탄성체로 이루어진 유연성 로드를 더 구비하는

    리니어 압축기.
18. 제 14 항에 있어서,

    상기 가동자의 요동 방향이 수평 방향인

    리니어 압축기.
19. 제 14 항에 있어서,

    윤활유 무급유인

    리니어 압축기.
20. 제 14 항에 있어서,

    상기 피스톤과 상기 실린더의 미끄럼 운동부를 가스 베어링으로 구성한

    리니어 압축기.
21. 제 14 항에 있어서,

    상기 피스톤과 상기 실린더의 적어도 한쪽에 자기 윤활성을 갖는 재료를 사용하는

    리니어 압축기.
22. 제 14 항에 있어서,

    상기 피스톤과 상기 실린더의 적어도 한쪽에 세라믹계 재료를 사용하는

    리니어 압축기.
23. 제 14 항에 있어서,

    상기 가동자의 요동 방향 양측에 상기 가동자를 가압하는 적어도 2개의 코일 스프링을 더 구비하는

    리니어 압축기.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 실린더의 적어도 일부를 상기 코일 스프링내에 삽입 배치하는

    리니어 압축기.
25. 제 14 항에 있어서,

    상기 가동자의 요동 방향을 중력 방향과 일치시킨

    리니어 압축기.
26. 제 14 항에 있어서,

    상기 리니어 모터와 상기 실린더와 상기 피스톤을 수납하는 밀폐 케이싱과,

    상기 가동자의 요동 방향으로 탄성 변형 가능한 스프링과,

    상기 스프링에 장착한 웨이트를 갖고, 상기 밀폐 케이싱에 장착된 동적 흡진기를 더 구비하는

    리니어 압축기.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 동적 흡진기를 상기 밀폐 케이싱내의 상부 공간, 하부 공간중 적어도 한쪽에 갖는

    리니어 압축기.
28. 제 26 항에 있어서,

    상기 밀폐 케이싱 내측의 형상이 대략 원통형이며, 상기 웨이트의 형상은 상기 밀폐 케이싱 내측을 따른 대략 환상 형상, 대략 원호 형상중 어느 하나인

    리니어 압축기.
29. 제 11 항에 있어서,

    정지 상태에 있어서, 상기 2개의 코일 스프링의 압축 치수가 상기 가동자의 요동 거리의 1/2 이상인

    리니어 모터.

Images