KR100608681B1

KR100608681B1 - 왕복동식 압축기

Info

Publication number: KR100608681B1
Application number: KR1020040058383A
Authority: KR
Inventors: 송계영; 김광욱; 강제남
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-08-08
Also published as: DE102005000898B4; JP4713163B2; KR20060009708A; BRPI0405972A; JP2006037942A; CN1727676A; DE102005000898A1; US7537438B2; US20060018771A1

Abstract

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱의 내부에 설치되고 그 내부에 가스흡입관이 직접 연결되도록 가스유로가 형성되는 피스톤; 상기 피스톤에 대해 상대운동하도록 그 피스톤의 외주면에 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더의 외주면에 설치되는 내측코어; 상기 내측코어의 외주면에 설치되는 마그네트; 상기 마그네트와 대응되도록 권선코일이 구비되어 그 마그네트와 소정의 간격만큼 이격된 상태로 설치되는 외측코어; 상기 피스톤의 일측에 결합되어 그 가스유로를 개폐하는 흡입밸브; 및 상기 실린더의 일측에 착탈 가능하게 결합되어 그 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브;를 포함함으로써, 마그네트프레임을 제거하여 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 내측코어와 외측코어 사이의 공극을 줄여 왕복동모터의 효율을 높이고 압축기 성능을 향상시킬 수 있다. 또, 마그네트가 이루는 직경이 좁아짐에 따라 마그네트의 사용량을 줄여 마그네트에 의한 원가를 절감할 수 있고, 내측코어를 연질자성분말로 제작할 경우 가공을 용이하게 하여 생산비용을 절감할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 2는 종래 왕복동식 압축기에서 왕복동모터와 압축유니트를 보인 단면도,

도 3은 도 2의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도,

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 왕복동모터와 압축유니트를 보인 단면도,

도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ"선단면도,

도 7은 본 발명 왕복동모터의 내측코어와 마그네트를 보인 단면도,

도 8a 및 도 8b는 본 발명 왕복동식 압축기의 동작을 보인 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 케이싱 120 : 프레임유니트

121 : 전방프레임 122 : 중간프레임

123 : 후방프레임 130 : 왕복동모터

131 : 외측코어 131a : 스테이터코어

131b : 권선코일 132 : 내측코어

133 : 마그네트 140 : 압축유니트

141 : 실린더 142 : 피스톤

143 : 흡입밸브 144 : 토출밸브

145 : 밸브스프링 146 : 토출커버

146a : 토출구 147 : 흡입커버

150 : 공진스프링유니트 151 : 스프링지지대

152 : 전방측 공진스프링 153 : 후방측 공진스프링

SP : 가스흡입관 DP : 가스토출관

a : 공극 D,D1 : 마그네트 외경

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 마그네트를 내측코어에 고정하여 실린더를 가동시키는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

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

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP) 및 가스토출관(DP)을 각각 설치하는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 지지하여 케이싱(10)의 내부에 고정하는 왕복동모터(30)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 피스톤(42)을 연결하여 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 압축유니트(40)와, 왕복동모터(30)를 탄력 지지하여 공진을 유도하는 공진스프링유니트(50)를 포함하고 있다.

가스흡입관(SP)은 케이싱(10)의 내부공간에 연통하도록 결합하는 반면 가스토출관(DP)은 후술할 토출커버(46)에 직접 연통되도록 연결하여 상기한 케이싱(10)의 내부공간이 저압분위기를 형성하도록 이루어져 있다.

프레임유니트(20)는 왕복동모터(30)의 외측코어(31)와 내측코어(32) 일 측을 지지함과 동시에 압축유니트(40)의 실린더(41)와 피스톤(42)을 함께 지지하는 전방프레임(21)과, 왕복동모터(30)를 사이에 두고 전방프레임(21)에 결합하여 상기한 왕복동모터(30)의 외측코어(31)를 지지하는 중간프레임(22)과, 중간프레임(22)에 결합하여 공진스프링유니트(50)를 지지하는 후방프레임(23)으로 이루어져 있다.

왕복동모터(30)는 권선코일을 구비하여 전방프레임(21)과 중간프레임(22) 사이에 고정하는 외측코어(31)와, 외측코어(31)의 안쪽에 위치하여 후술할 압축유니트(40)의 실린더(41)에 고정하는 내측코어(32)와, 외측코어(31)와 내측코어(32) 사이에 개재하여 플럭스의 방향에 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.

외측코어(31)는 도 2에서와 같이 여러 장의 스테이터코어를 "기억자"와 "역기억자" 형상으로 겹치도록 쌓아 수 개의 코어블록(31a)(31a)을 형성하고, 이 두 형상의 코어블록(31a)(31a)을 권선코일(31b)의 양측에서 서로 마주보도록 삽입 결합하고 있다.

내측코어(32)는 도 2에서와 같이 다수 장의 스테이터코어를 원통형으로 적층하여 실린더의 외주면에 삽입하되, 전방측은 전방프레임(21)의 내측면에 밀착하여 고정하고 있다.

가동자(33)는 원통모양으로 형성하여 피스톤(42)의 후방단에 체결하는 마그네트프레임(33a)과, 마그네트프레임(33a)의 외주면에 고정하여 상기한 외측코어(31)와 내측코어(32) 사이에 개재하는 마그네트(33b)로 이루어져 있다. 마그네트(33b)는 통상 고가의 NdFeB 계열의 마그네트를 사용하고 있다.

압축유니트(40)는 전방프레임(21)에 삽입 결합하는 실린더(41)와, 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 결합하여 실린더의 내부에서 왕복운동을 하면서 가스유로(F)를 통해 냉매가스를 흡입 압축하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단면에 장착하여 가스유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 선단면에 착탈 가능하게 설치하여 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브(44)와, 토출밸브(44)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(45)과, 토출밸브(44)와 밸브스프링(45)을 수용하여 상기한 실린더(41)와 함께 전방프레임(21)에 고정하는 토출커버(46)로 이루어져 있다.

공진스프링유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부에 결합하는 스프링지지대(51)와, 스프링지지대(51)를 중심으로 전방측을 지지하는 복수 개의 전방측 공진스프링(52)과, 스프링지지대(51)의 후방측을 지지하는 복수 개의 후방측 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 P는 압축실이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동모터(30)의 외측코어(31)에 전원을 인가하면, 그 외측코어(31)와 내측코어(32) 사이에 플럭스(flux)가 형성되어 가동자(33)와 피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이고, 이와 동시에 피스톤(42)이 스프링유니트(50)에 의해 실린더(41)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 그 실린더(41)의 압축실(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 상기한 압축실(P)로 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출시키는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기에 있어서는, 마그네트(33b)를 지지하는 마그네트프레임(33a)을 별도로 구비하여야 하므로 마그네트프레임(33a)에 의한 원가상승이 초래되는 문제점이 있었다.

또, 가동자(33)와 내측코어(32) 사이에 공극(a)이 존재하여야 하므로 그만큼 외측코어(31)와 내측코어(32) 사이의 간극이 벌어져 자력손실이 유발되면서 모터효율이 저하되는 것은 물론 가동자(33)의 직경이 커지면서 마그네트(33b)의 사용량이 증가하여 압축기의 원가상승이 초래되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 마그네트프레임을 제거하여 압축기의 원가를 절감할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 외측코어와 내측코어 사이의 공극을 줄여 모터 효율을 높일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 설치되고 그 내부에 가스흡입관이 직접 연결되도록 가스유로가 형성되는 피스톤; 상기 피스톤에 대해 상대운동하도록 그 피스톤의 외주면에 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 실린더의 외주면에 설치되는 내측코어; 상기 내측코어의 외주면에 설치되는 마그네트; 상기 마그네트와 대응되도록 권선코일이 구비되어 그 마그네트와 소정의 간격만큼 이격된 상태로 설치되는 외측코어; 상기 피스톤의 일측에 결합되어 그 가스유로를 개폐하는 흡입밸브; 및 상기 실린더의 일측에 착탈 가능하게 결합되어 그 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브;를 포함한 왕복동식 압축기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도이고, 도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 왕복동모터와 압축유니트를 보인 단면도이며, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ"선단면도이고, 도 7은 본 발명 왕복동모터의 내측코어와 마그네트를 보인 단면도이며, 도 8a 및 도 8b는 본 발명 왕복동식 압축기의 동작을 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP) 및 가스토출관(DP)을 각각 설치하는 케이싱(110)과, 케이싱(110)의 내부에 탄력 지 지하여 설치하는 프레임유니트(120)와, 프레임유니트(120)에 지지하여 케이싱(110)의 내부에 고정하는 왕복동모터(130)와, 왕복동모터(130)의 내측코어(133)에 실린더(141)를 연결하여 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축하는 압축유니트(140)와, 왕복동모터(130)를 탄력 지지하여 공진을 유도하는 공진스프링유니트(150)를 포함한다.

가스흡입관(SP)은 후술할 흡입커버(147)에 직접 연통되도록 결합하는 반면 가스토출관(DP)은 후술할 토출커버(146)와 이격되어 상기 케이싱(110)의 내부공간에 연통하도록 결합하여 상기한 케이싱(110)의 내부공간이 고압분위기를 형성하도록 이루어진다.

프레임유니트(120)는 왕복동모터(130)의 외측코어(131)의 일 측을 지지하는 전방프레임(121)과, 왕복동모터(130)를 사이에 두고 전방프레임(121)에 결합하여 상기한 왕복동모터(130)의 외측코어(131)를 지지하는 중간프레임(122)과, 중간프레임(122)에 결합하여 공진스프링유니트(150)를 지지하는 후방프레임(123)으로 이루어진다.

왕복동모터(130)는 권선코일(131b)을 구비하여 전방프레임(121)과 중간프레임(122) 사이에 고정하는 외측코어(131)와, 외측코어(131)의 안쪽에 위치하도록 압축유니트(140)의 실린더(141)에 삽입 고정하여 플럭스의 방향에 따라 직선으로 왕복운동을 하는 내측코어(132)와, 내측코어(132)의 외주면에 부착하여 권선코일과 함께 유도자기를 형성하는 마그네트(133)로 이루어진다.

외측코어(131)는 "기억자"와 "역기억자" 모양의 스테이터코어(131a)를 권선 코일(131b)의 양 측면에서 낱장씩 방사상 적층하거나 여러 장을 적층하여 코어블록을 형성한 후 권선코일(131b)의 양 측면에서 방사상으로 배열하여 원통모양으로 형성한다.

내측코어(132)는 도 4에서와 같이 일체형의 원통모양으로 형성하되, 그 재질은 메탈분말의 일종으로 모터 등의 전자기 시스템에 응용하기 위해 전기적 자기적 특성을 향상시켜 절연코팅재를 입힌 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)을 분말야금공법으로 형성한다.

또, 내측코어(132)는 그 축방향 길이를 왕복운동시 외측코어(131)의 축방향 길이 범위 안에 존재하도록 상기한 외측코어(131)의 축방향 길이 보다는 길게 형성하는 것이 바람직하다. 또, 내측코어(132)의 외주면에는 마그네트(133)를 부착하기 위한 마그네트홈(미도시)을 형성할 수도 있다.

마그네트(133)는 도 5에서와 같이 정면투영시 원호형 단면 형상으로 마그네트조각을 형성하여 내측코어(132)의 외주면에 원주방향으로 부착하거나, 또는 도 6에서와 같이 원통형으로 형성하여 상기한 내측코어(132)의 외주면에 삽입 고정할 수도 있다.

또, 마그네트의 축방향 길이(L)는 외측코어의 축방향 길이의 절반 길이(L) 보다는 길게 형성하는 원활한 자기력선을 형성하는데 것이 바람직하다.

압축유니트(140)는 내측코어(132)에 삽입 결합하는 실린더(141)와, 실린더(141)의 내부에 미끄러지게 삽입하여 상기 프레임유니트(120)의 전방프레임(121)에 고정 결합하고 그 내부에 가스유로(F)를 형성하는 피스톤(142)과, 피스톤(142)의 선단면에 장착하여 가스유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(143)와, 실린더(141)의 선단면에 착탈 가능하게 설치하여 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브(144)와, 토출밸브(144)의 압축배면을 탄력적으로 지지하도록 압축코일스프링으로 된 밸브스프링(145)과, 토출밸브(144)와 밸브스프링(145)을 수용하여 상기한 실린더(141)의 토출단에 고정하는 토출커버(146)와, 피스톤(142)의 후방단에 밀봉 결합하여 상기한 가스흡입관(SP)을 연통 결합하는 흡입커버(147)로 이루어진다.

실린더(141)는 비자성체로 제작하는 것이 자력누설을 차단하는데 바람직하다.

피스톤(142)은 그 내부에 상기한 가스유로(F)를 축방향으로 길게 관통 형성하고, 그 가스유로(F) 입구단에는 소정의 내부공간을 구비하는 흡입커버(147)를 볼팅 또는 용접 고정하여 이루어진다.

토출커버(146)는 그 내부에 상기한 토출밸브(144)와 밸브스프링(145)을 수용하도록 토출공간(S)을 구비하고, 토출공간(S)의 중앙에는 케이싱(110)의 내부공간(S1)과 연통하는 토출구(146a)를 관통 형성하여 이루어진다.

공진스프링유니트(150)는 실린더(141)의 후방단에 결합하는 스프링지지대(151)와, 스프링지지대(151)의 전방면과 중간프레임(122)에 각각 고정하여 지지하는 복수 개의 전방측 공진스프링(152)과, 스프링지지대(151)의 후방면과 후방프레임(123)의 내측면에 각각 고정하여 지지하는 복수 개의 후방측 공진스프링(153)으로 이루어진다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 P는 압축실이다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 왕복동모터(130)의 외측코어(131)에 구비한 권선코일(131b)에 전원을 인가하면, 도 8a 및 도 8b에서와 같이 외측코어(131)와 내측코어(132) 사이에 플럭스(flux)가 형성되어 내측코어(132)와 실린더(141)가 함께 플럭스의 방향에 따라 움직이고, 이와 동시에 실린더(141)가 공진스프링유니트(150)에 의해 피스톤(142)에 대해 직선으로 왕복운동을 하면서 실린더(141)의 압축실(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 상기한 압축실(P)로 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출시키는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 가스흡입관(SP)은 케이싱(110)을 관통하여 피스톤(142)의 가스유로(F) 입구단에 구비한 흡입커버(147)에 직접 연통됨에 따라 냉매가스는 케이싱(110)의 내부를 거치지 않고 곧바로 피스톤(142)의 가스유로(F)로 흡입되는 반면, 실린더(141)의 압축실(P)에서 압축되었다가 토출커버(146)의 토출공간(S)으로 토출되는 냉매가스는 그 토출커버(146)의 토출구(146a)를 통해 케이싱(110)의 내부공간(146a)으로 먼저 토출되어 케이싱(110)의 내부를 채웠다가 가스토출관(DP)을 통해 시스템으로 토출된다.

이렇게, 마그네트(133)를 내측코어(132)에 직접 결합함으로써 그 마그네트(133)를 지지하던 마그네트프레임을 제거할 수 있고 이를 통해 마그네트프레임에 대한 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 마그네트(133)와 내측코어(132) 사이의 공극(a1)을 없애 외측코어(131)와의 간극(t)을 줄일 수 있어 왕복동모터(130)의 효 율을 높이고 압축기 성능을 향상시킬 수 있다.

또, 내측코어(132)와 마그네트(133) 사이의 공극(a1)을 없애 마그네트(133)가 이루는 직경(D1)이 좁아짐에 따라 마그네트(133)의 사용량을 줄여 마그네트에 의한 원가를 절감할 수 있다.

또, 내측코어(132)를 연질자성분말로 제작할 경우 그 가공을 용이하게 하여 생산비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 내측코어에 마그네트를 부착하고 그 내측코어에 실린더를 삽입 결합하여 피스톤의 외주면에 대해 실린더와 내측코어를 함께 직선으로 왕복운동을 하도록 구성함으로써, 마그네트프레임을 제거하여 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 내측코어와 외측코어 사이의 공극을 줄여 왕복동모터의 효율을 높이고 압축기 성능을 향상시킬 수 있다.

또, 마그네트가 이루는 직경이 좁아짐에 따라 마그네트의 사용량을 줄여 마그네트에 의한 원가를 절감할 수 있고, 내측코어를 연질자성분말로 제작할 경우 가공을 용이하게 하여 생산비용을 절감할 수 있다.

Claims

케이싱의 내부에 설치되고 그 내부에 가스흡입관이 직접 연결되도록 가스유로가 형성되는 피스톤;

상기 피스톤에 대해 상대운동하도록 그 피스톤의 외주면에 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더;

상기 실린더의 외주면에 설치되는 내측코어;

상기 내측코어의 외주면에 설치되는 마그네트;

상기 마그네트와 대응되도록 권선코일이 구비되어 그 마그네트와 소정의 간격만큼 이격된 상태로 설치되는 외측코어;

상기 피스톤의 일측에 결합되어 그 가스유로를 개폐하는 흡입밸브; 및

상기 실린더의 일측에 착탈 가능하게 결합되어 그 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브;를 포함한 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 흡입밸브가 설치되는 피스톤의 반대쪽에 소정의 내부공간을 가지는 흡입커버를 설치하고, 그 흡입커버에 상기 케이싱을 관통하는 가스흡입관이 연결되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 내측코어는 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)로 분말야금공법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 마그네트는 내측코어의 외주면에 원주방향을 따라 복수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 마그네트는 한 개의 원통형으로 형성되어 상기 내측코어의 외주면에 설치되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 실린더의 토출측에는 상기한 토출밸브를 수용하도록 소정의 토출공간을 가지는 토출커버가 설치되고, 상기 토출커버와 토출밸브 사이에는 그 토출밸브를 탄력 지지하는 밸브스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제6항에 있어서,

상기 토출커버의 일측에는 상기 케이싱의 내부에 연통되도록 개구되는 토출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 실린더의 운동방향 일측 끝단에는 스프링지지대가 설치되고, 상기 스프링지지대의 전후 양측에는 각각 적어도 한 개 이상씩의 공진스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 내측코어의 축방향 폭은 상기 외측코어의 축방향 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 마그네트의 축방향 폭은 상기 외측코어의 축방향 폭의 절반의 폭에 비하여 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 실린더는 비자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.