KR100608695B1 - 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조 - Google Patents

왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조에 관한 것으로, 케이싱의 내부에 탄력적으로 지지하여 설치하는 프레임과, 프레임에 외측고정자와 내측고정자를 고정 설치하고 그 외측고정자와 내측고정자 사이에 개재한 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터의 가동자에 결합하여 프레임에 고정한 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 피스톤과, 피스톤을 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 내측고정자의 일측면에 밀착하는 프레임에 적어도 한 개 이상의 용접구멍을 형성하여 상기한 내측고정자와 프레임을 용접하거나 또는 프레임을 비철 계통으로 제작하는 경우 철 계통의 중간부재를 삽입하거나 용접링을 삽입하여 용접 결합함으로써, 프레임을 판금 가공할 수 있을 뿐만 아니라 프레임만으로 내측고정자를 지지할 수 있어 내측고정자와 프레임의 조립공정을 간소화하고 생산비용을 크게 절감할 수 있다. 또, 내측고정자의 외경을 줄일 수 있어 전체적으로 압축기의 크기를 소형화할 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조{STRUCTURE FOR FIXING INNER STATOR OF RECIPROCATING COMPRESSOR}
도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도,
도 2는 종래 왕복동식 압축기에서 내측고정자를 조립한 상태를 보인 단면도,
도 3은 본 발명 왕복동식 압축기에서 내측고정자의 고정 구조를 분해하여 보인 사시도,
도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 내측고정자를 조립하여 보인 단면도,
도 5a 내지 5c는 도 4의 "A"부에 대한 변형예들을 보인 단면도,
도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 내측고정자의 조립구조에 대한 다른 실시예를 보인 단면도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
21 : 제1 프레임 22 : 제2 프레임
23 : 제3 프레임 23b : 용접구멍
23d :걸림턱 26 : 용접링
31 : 외측고정자 32 : 내측고정자
32a : 용접돌기 32b : 걸림돌기
33 : 가동자
본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 내측고정자를 간소하면서도 저렴하게 고정할 수 있는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 가스를 흡입 압축하여 토출시키는 것으로, 도 1은 종래 입형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 단면도이다.
이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 일정량의 윤활유를 채운 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 지지하여 가동자(33)가 상하로 왕복운동을 하도록 케이싱(10)의 내부에 고정하는 왕복동모터(30)와, 왕복동모터(30)에 연결하여 프레임유니트(20)에 지지하는 압축유니트(40)와, 왕복동모터(30)를 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)와, 케이싱(10)의 저면과 상면에 고정하여 프레임유니트(20)를 포함한 진동체의 상하 양측을 탄력 지지하는 지지스프링유니트(60)를 구성하고 있다.
프레임유니트(20)는 압축유니트(40)를 지지하는 제1 프레임(21)과, 제1 프레임(21)에 결합하여 왕복동모터(30)의 일측을 지지하는 제2 프레임(22)과, 제2 프레 임(22)에 결합하여 왕복동모터(30)의 타측을 지지하는 제3 프레임(23)으로 이루어져 있다.
제3 프레임(23)은 그 중앙에 관통구멍(23a)을 형성하고, 그 관통구멍(23a)의 주변에는 내측고정자(32)의 하단에 밀착하여 지지하도록 고정자홀더(24)를 삽입하여 고정 결합하고 있다.
고정자홀더(24)는 도 2에서와 같이 내측고정자(32)의 내주면에 압입하도록 원통모양으로 형성하되, 그 일측단에는 상기한 제3 프레임(23)의 외측면에 밀착하여 지지하도록 지지돌부(24a)를 형성하고 있다.
왕복동모터(30)는 제2 프레임(22)과 제3 프레임(23) 사이에 고정 설치하고 전원을 인가받도록 권선코일(C)을 고정하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 제3 프레임(23)에 고정하는 내측고정자(32)와, 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이의 공극(air gap)에 개재하여 압축유니트(40)의 피스톤(42)에 결합하고 그 피스톤(42)과 함께 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(33)로 이루어져 있다.
외측고정자(31)는 다수 장의 얇은 스테이터코어(미부호)를 방사상으로 적층하거나 또는 여러 장의 얇은 스테이터코어를 적층한 스테이터블록(미부호)을 방사상으로 적층하여 원통 모양으로 형성하고, 낱장을 방사상으로 적층하는 경우에는 양측면에 고정링(미도시)을 압입하는 반면 스테이터블록을 방사상으로 적층하는 경우에는 절연재로 몰딩하여 원통 모양으로 형성하고 있다.
내측고정자(32)는 도 2에서와 같이 다수 장의 얇은 스테이터코어를 방사상으 로 적층하여 원통 모양으로 형성하고 그 내주면을 상기한 고정자홀더(24)의 외주면에 삽입하여 고정하되, 일측면은 제3 프레임(23)의 내측면에 지지하는 반면 타측면은 상기한 고정자홀더(24)에 삽입 결합하는 별도의 고정판재(25)를 이용하여 고정하고 있다.
가동자(33)는 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 왕복 가능하게 삽입하도록 원통 모양으로 형성하여 피스톤(42)의 플랜지부(42a)에 고정 결합하는 마그네트프레임(33a)과, 마그네트프레임(33a)의 외주면에 일정하게 고정하여 권선코일(C)에 인가되는 전원의 극성에 따라 직선 왕복운동을 하는 수 개의 마그네트(33b)로 이루어져 있다.
압축유니트(40)는 제1 프레임(21)에 고정하는 실린더(41)와, 실린더(41)에 미끄러지게 삽입하고 왕복동모터(30)의 가동자(33)에 기구적으로 결합하여 상하로 왕복운동을 하는 피스톤(42)과, 피스톤(42)의 선단면에 장착하여 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(43)와, 실린더(41)의 토출측에 장착하여 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브(44)와, 토출밸브(44)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(45)과, 토출밸브(44)와 밸브스프링(45)을 함께 수용하여 실린더(41)의 토출측을 복개하는 토출커버(46)로 이루어져 있다.
공진스프링유니트(50)는 가동자(33)와 피스톤(42)의 연결부에 결합하는 스프링지지대(51)와, 스프링지지대(51)의 상하 양측에 배치하여 가동자(33)와 피스톤(42)을 탄력적으로 지지하도록 압축코일스프링으로 형성한 제1 공진스프링(52)과 제2 공진스프링(53)으로 이루어져 있다.
지지스프링유니트(60)는 케이싱(10)의 바닥면과 이에 대응하는 토출커버(46)의 저면 사이에 고정하는 제1 지지스프링(61)과, 케이싱(10)의 상측 저면과 이에 대응하는 제3 프레임(23)의 상면 사이에 고정하는 제2 지지스프링(62)으로 이루어져 있다.
도면중 미설명 부호인 M은 마그네트, P는 압축공간이다.
상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.
즉, 왕복동모터(30)의 외측고정자(31)에 전원을 인가하면, 그 외측고정자(31)와 내측고정자(32) 사이에 플럭스가 형성되어 가동자(33)와 피스톤(42)이 함께 플럭스의 방향에 따라 상하로 움직이면서 공진스프링유니트(50)에 의해 직선으로 왕복운동을 하고, 이와 함께 피스톤(42)이 실린더(41)의 내부에서 상하로 왕복운동을 하면서 실린더(41)의 압축공간(P)에 압력차를 발생시킴으로써 냉매가스를 흡입하여 일정 압력까지 압축하였다가 토출시키는 일련의 과정을 반복하는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는, 내측고정자(32)를 고정하기 위하여는 고정자홀더(24)를 축방향으로 길게 형성하여야 함에 따라 판금 가공이 불가능할 뿐만 아니라 별도의 고정판재(25)를 구비하여야 하므로 생산비용이 가중되는 문제점이 있었다.
또, 고정자홀더(24)의 외주면에 내측고정자(32)를 삽입하여 고정함에 따라 상기 내측고정자(32)의 외경이 증가하여 전체적으로 압축기의 크기가 커지는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 내측고정자를 용이하면서도 저렴하게 지지할 수 있는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
또, 내측고정자의 외경을 감소시켜 압축기의 크기를 줄일 수 있는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 탄력적으로 지지하여 설치하는 프레임과, 프레임에 외측고정자와 내측고정자를 고정 설치하고 그 외측고정자와 내측고정자 사이에 개재한 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 왕복동모터의 가동자에 결합하여 프레임에 고정한 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 피스톤과, 피스톤을 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 내측고정자의 일측면에 밀착하는 프레임에 적어도 한 개 이상의 용접구멍을 형성하여 상기한 내측고정자와 프레임을 용접 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조를 제공한다.
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이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명 왕복동식 압축기에서 내측고정자의 고정 구조를 분해하여 보인 사시도이고, 도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 내측고정자를 조립하여 보인 단면도이며, 도 5a 내지 5c는 도 4의 "A"부에 대한 변형예들을 보인 단면도이고, 도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 내측고정자의 조립구조에 대한 다른 실시예를 보인 단면도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 왕복동식 압축기는, 케이싱(10)의 내부에 탄력 지지하여 설치하는 프레임유니트(20)와, 프레임유니트(20)에 지지하여 가동자(33)가 상하로 왕복운동을 하도록 케이싱(10)의 내부에 고정하는 왕복동모터(30)와, 왕 복동모터(30)의 가동자(33)에 피스톤(42)을 연결하여 함께 상하 왕복운동하면서 냉매가스를 압축하는 압축유니트(40)와, 왕복동모터(30)를 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 공진스프링유니트(50)를 포함한다.
프레임유니트(20)는 압축유니트(40)를 지지하는 제1 프레임(21)과, 제1 프레임(21)에 결합하여 왕복동모터(30)의 일측을 지지하는 제2 프레임(22)과, 제2 프레임(22)에 결합하여 왕복동모터(30)의 타측을 지지하는 제3 프레임(23)으로 이루어진다.
제3 프레임(23)은 도 3 및 도 4에서와 같이 그 중앙에 냉매가스가 흡입되는 관통구멍(23a)을 형성하고, 관통구멍(23a)의 주변에는 후술할 내측고정자(32)의 측면에 용접하여 고정할 수 있도록 수 개의 용접구멍(23b)을 등간격으로 형성한다.
용접구멍(23b)은 도 5a에서와 같이 용접물(W)이 머리부를 형성하여 제3 프레임(23)을 내측고정자(32) 쪽으로 압착할 수 있도록 제3 프레임(23)의 외측면으로 갈수록 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 제3 프레임(23)은 용접이 가능하도록 철 계통으로 제작하는 것이 그 제3 프레임(23)과 내측고정자(32)를 직접 용접할 수 있어 바람직하나, 경우에 따라서는 도 5b에서와 같이 제3 프레임(23)을 플라스틱과 같은 비철 계통으로 제작하는 한편 그 제3 프레임(23)의 용접구멍(23b)에 철 계통의 용접링(26)을 삽입하여 이 용접링(26)이 내측고정자(32)에 용접 결합되도록 할 수도 있다. 이 경우에도 용접구멍(23b)의 외측면과 용접링(26)의 머리부를 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
왕복동모터(30)는 제2 프레임(22)과 제3 프레임(23) 사이에 고정 설치하고 전원을 인가받도록 권선코일(C)을 고정하는 외측고정자(31)와, 외측고정자(31)의 내측에 일정 공극을 두고 제3 프레임(23)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.
내측고정자(32)는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 방사상으로 적층하여 원통 모양으로 형성할 수도 있으나, 제3 프레임(23)과의 용접강도를 높이기 위하여는 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)을 이용한 분말야금공법으로 제작하는 것이 바람직하다. 또, 도 5c에서와 같이 내측고정자(32)의 측면에는 제3 프레임(23)을 결합할 때 그 제3 프레임(23)의 용접위치를 신속하고도 정확하게 결정할 수 있도록 상기 용접구멍(23b)에 삽입되는 내측고정자(32)의 측면에는 용접돌부(32a)를 돌출 형성하는 것이 바람직하다.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.
도면중 미설명 부호인 23c는 스프링장착돌기, C는 권선코일이다.
상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기의 내부고정자 고정구조는 다음과 같은 작용 효과가 있다.
즉, 왕복동모터(30)의 외측고정자와 내측고정자는 소정의 간극을 두고 제3 프레임(23)에 밀착하여 고정하되, 특히 내측고정자(32)는 연질사성분말로 제작하여 제3 프레임(23)에 용접함으로써 상기한 내측고정자(32)를 제3 프레임(23)에 용이하게 고정 결합할 수 있는 것이다.
이를 보다 상세히 살펴보면, 내측고정자의 측면에 대향하는 제3 프레임(23)의 적당개소에는 수 개(도면에선 3개)의 용접구멍(23b)을 형성하여 그 용접구멍(23b)의 내주면과 내측고정자(32)를 직접 용접 결합한다. 이때, 용접구멍(23b)은 외측면으로 갈수록 확장되도록 형성하여 용접물(W)이 끝단에 넓은 머리부를 형성하도록 함으로써 용접강도를 더욱 높일 수 있다.
또, 제3 프레임(23)을 엔지니어링 플라스틱과 같은 비철 계통으로 제작하는 경우 이 제3 프레임(23)과 내측고정자(32)가 직접 용접되지 않음에 따라 상기 용접구멍(23b)에 철 계통의 용접링(26)을 삽입하여 그 용접링(26)과 내측고정자(32)를 전술한 바와 같이 용접 결합할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 도 6에 도시한 바와 같다.
즉, 전술한 일례에서는 제3 프레임(23)을 내측고정자(32)에 용접 결합하는 것이었으나, 본 실시예는 내측고정자(32)를 제3 프레임(23)에 인서트 공법으로 결합하는 것이다.
이를 위해, 연질자성분말을 적정 형상으로 소결하여 내측고정자(32)를 제작하고, 이 내측고정자(32)를 소정 형상의 금형에 넣은 후 알루미늄이나 플라스틱 용탕을 주입하여 제3 프레임(23)을 형성하는데, 이 과정에서 내측고정자(32)가 제3 프레임(23)에 일체로 결합되도록 한다. 이 경우 내측고정자(32)의 결합단에는 걸림돌기(32b)를 형성하여 그 걸림돌기(32b)가 제3 프레임(23)에 걸림턱(23d)을 형성하도록 함으로써 내측고정자(32)와 제3 프레임(23) 사이의 결합력을 높이도록 하는 것이 바람직하다.
이렇게 하여, 와 같은 종래 왕복동식 압축기는, 내측고정자를 고정하는 고정자홀더를 축방향으로 길게 형성할 필요가 없어 제3 프레임을 판금 가공할 수 있고 내측고정자의 타측면을 지지하는 별도의 고정판재를 구비할 필요가 없어 조립공정을 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 부품수와 조립공수가 감축되면서 왕복동식 압축기의 생산비용을 절감할 수 있다.
또, 내측고정자의 내주면에 삽입하는 고정자홀더를 제거하여 그만큼 내측고정자의 외경을 줄일 수 있어 전체적으로 압축기의 크기를 소형화할 수 있다.
본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조는, 프레임에 용접구멍을 형성하여 그 프레임과 내측고정자를 용접 결합하거나 프레임가 내측고정자를 인서트 방식을 결합함으로써, 프레임을 판금 가공할 수 있을 뿐만 아니라 프레임만으로 내측고정자를 지지할 수 있어 내측고정자와 프레임의 조립공정을 간소화하고 생산비용을 크게 절감할 수 있다. 또, 내측고정자의 외경을 줄일 수 있어 전체적으로 압축기의 크기를 소형화할 수 있다.

Claims (9)

  1. 케이싱의 내부에 탄력적으로 지지하여 설치하는 프레임과, 상기 프레임에 외측고정자와 내측고정자를 고정 설치하고 그 외측고정자와 내측고정자 사이에 개재한 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자에 결합하여 프레임에 고정한 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매가스를 압축하는 피스톤과, 상기 피스톤을 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진스프링을 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,
    상기 내측고정자의 측면에 밀착하는 프레임에 적어도 한 개 이상의 용접구멍을 형성하여 상기한 내측고정자와 프레임을 용접 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용접구멍은 내측고정자에서 멀어지는 쪽으로 갈수록 확장 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내측고정자에는 상기한 용접구멍에 삽입하도록 용접돌부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 비철 계통으로 형성하고, 상기 용접구멍에 용접링을 삽입하여 그 용접링을 내측고정자에 용접 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 내측고정자는 연질자성분말(Soft Magnetic Composite)을 이용한 분말야금공법으로 제작하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 내측고정자 고정 구조.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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