KR100624822B1 - Linear compressor - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 리니어 압축기는 쉘의 내부에서 직선 왕복운동하는 가동부를 탄지하는 메인 스프링에 질량체를 직접 연결하고, 상기 질량체의 질량이 상기 가동부의 질량보다 크도록 형성됨으로써, 리니어 압축기의 운전 주파수가 상기 가동부의 고유 진동수와 일치할 때 진동이 감쇠되도록 구성되는 바, 상기 가동부의 고유 진동수는 리니어 압축기의 부하에 따라 달라지게 되고, 진동을 감쇠시키기 위해서 부하에 따라 운전 주파수를 가변시킬 수 있게 되므로, 항상 가동부의 고유 진동수에 따라 구동됨으로써, 고효율 운전이 가능해지는 효과가 있다. In the linear compressor according to the present invention, the mass is directly connected to the main spring carrying the linear reciprocating movable part in the shell, and the mass of the mass is larger than the mass of the movable part, whereby the operating frequency of the linear compressor is increased. The vibration is attenuated when it coincides with the natural frequency of the movable part. The natural frequency of the movable part is changed according to the load of the linear compressor, and the operating frequency can be varied according to the load in order to damp the vibration. By driving in accordance with the natural frequency of the movable portion, there is an effect that high efficiency operation is possible.
리니어 압축기, 고정부, 가동부, 리니어 모터, 질량체, 스프링, 동흡진기, 운전 주파수Linear compressor, fixed part, moving part, linear motor, mass body, spring, dynamic reducer, operating frequency
Description
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도,1 is a cross-sectional view showing a linear compressor according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도.2 is a sectional view showing a linear compressor according to the present invention;
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
50: 쉘 51: 흡입구50: shell 51: inlet
52: 토출구 53: 흡입 파이프52: discharge port 53: suction pipe
54: 토출부 어셈블리 55: 토출커버54: discharge part assembly 55: discharge cover
56: 토출 스프링 57: 토출밸브56: discharge spring 57: discharge valve
58: 토출 파이프 60: 고정부58: discharge pipe 60: fixed portion
61: 아우터 스테이터 62: 이너 스테이터61: outer stator 62: inner stator
63: 코일 64: 실린더63: coil 64: cylinder
65: 스테이터 커버 70: 가동부65: stator cover 70: movable part
71: 마그네트 72: 마그네트 프레임71: magnet 72: magnet frame
73: 피스톤 74: 스프링 지지체73: piston 74: spring support
75: 흡입밸브 76: 소음기75: suction valve 76: silencer
80: 메인 스프링 81: 제 1메인 스프링80: main spring 81: first main spring
82: 제 2메인 스프링 90: 질량체82: second main spring 90: mass
91: 보조 스프링91: auxiliary spring
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 리니어 압축기의 운전 주파수가 쉘의 내부에서 직선 왕복 운동하는 가동부의 고유진동수와 일치할 때 진동이 감쇠될 수 있도록 구성됨으로써, 부하에 따라 운전 주파수를 변동시켜 고효율 운전을 수행할 수 있으면서도 진동이 감쇠될 수 있는 리니어 압축기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear compressor, and in particular, the vibration can be attenuated when the operating frequency of the linear compressor coincides with the natural frequency of the movable part linearly reciprocating in the shell, thereby varying the operating frequency according to the load, thereby increasing It relates to a linear compressor capable of carrying out operation and yet capable of damping vibrations.
일반적으로 리니어 압축기(Linear compressor)는 리니어 모터의 직선 구동력을 이용하여 실린더 내부에서 피스톤을 직선 왕복 운동시키면서 유체를 흡입하여 토출하는 기기이다.In general, a linear compressor is a device that sucks and discharges a fluid while linearly reciprocating a piston inside a cylinder by using a linear driving force of a linear motor.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a linear compressor according to the prior art.
종래 기술에 따른 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 유체가 흡입되는 흡입 파이프(2)가 연결된 쉘(4)과, 상기 쉘(4)의 내부에 실린더(6)가 장착된 실린더 블록(8)과 유체 흡입구(10)가 장착된 백 커버(12)가 구비되고, 상기 실린더 블록(8)과 백 커버(12)는 제 1댐퍼(14)와 제 2댐퍼(16)에 의해 상기 쉘(4)에 완충 가능하게 지지된다.As shown in FIG. 1, the linear compressor according to the related art has a
상기 실린더 블록(8)과 백 커버(12) 사이에는 유체를 압축하기 위해 구동력을 발생시키는 리니어 모터(20)가 배치되고, 상기 리니어 모터(20)에는 상기 실린더(6) 내부에서 직선 왕복 운동하면서 상기 실린더(6) 내부로 흡입된 유체를 압축하는 피스톤(18)이 연결된다. A
상기 리니어 모터(20)는 적층체로 이루어지는 아우터 스테이터(22)와, 상기 아우터 스테이터(22)와 일정한 공극을 갖도록 배치되는 이너 스테이터(24)와, 상기 아우터 스테이터(22)에 장착되어 자장을 형성하는 코일(26)와, 상기 아우터 스테이터(22)와 이너 스테이터(24)의 사이에 위치되어 상기 코일(26) 주변에 형성된 자기력에 의해 직선 이동되는 마그네트(28)와, 상기 마그네트(28)와 피스톤(18)이 고정되어 상기 피스톤(18)에 직선 운동력을 전달하는 마그네트 프레임(30)으로 이루어진다. The
상기 피스톤(18)은 후방에 상기 마그네트 프레임(30)에 고정되는 플랜지부(18a)가 형성되고, 상기 플랜지부(18a)와 실린더 블록(8) 사이에 배치된 제 1스프링(32)과, 상기 플랜지부(18a)와 백 커버(12) 사이에 배치된 제 2스프링(34)에 의해 탄성적으로 지지된다. The
또한, 상기 피스톤(18)은 내부에 유체가 흡입되는 흡입유로(18b)가 형성되며, 전면에는 복수개의 흡입포트(18c)가 형성되고, 상기 흡입포트(18c)를 개폐하는 흡입밸브(36)가 구비된다. In addition, the
상기 실린더(6)의 압축실(C) 전방에는 압축된 유체가 토출되는 토출부가 구 비되는 바, 상기 토출부는 상기 실린더 블록(8)에 고정되고 일측에 유체 토출홀이 형성된 내측 토출커버(38)와, 상기 내측 토출커버(38)에 토출스프링(40)에 의해 지지되어 상기 실린더(6)의 압축실(C)을 개폐하는 토출밸브(42)와, 상기 내측 토출커버(38)의 외측에 일정한 공간을 형성토록 배치된 외측 토출커버(44)로 구성된다. A discharge part for discharging the compressed fluid is provided in front of the compression chamber C of the
상기 외측 토출커버(44)에는 유체가 토출되는 토출파이프(46)가 구비되며, 상기 토출 파이프(46)에는 토출된 유체를 상기 쉘(4)의 외부로 안내하는 루프 파이프(48)의 일단이 연결되고, 상기 루프 파이프(48)는 상기 쉘(4)을 관통하여 외부로 노출된다. The
상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 동작을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the operation of the linear compressor according to the prior art configured as described above are as follows.
상기 리니어 모터(20)가 작동됨에 따라 상기 마그네트(28)가 상기 코일(26) 주변의 자기장과 상호작용으로 직선 왕복운동을 하게 되며, 이 운동력은 상기 마그네트 프레임(30)을 통해 상기 피스톤(18)으로 전달되고, 상기 피스톤(18)은 연속적으로 직선 왕복운동을 하면서 유체를 압축시키고 토출시키게 된다.As the
상기 피스톤(18)이 후진하게 되면, 상기 흡입 유로(18b)와 압축실(C)사이의 압력차에 의해 상기 흡입밸브(36)가 열리게 되고, 상기 피스톤(18)의 흡입유로(18b)내의 유체는 상기 흡입포트(18c)를 통해 상기 압축실(C)내부로 유입된다.When the
한편, 상기 피스톤(18)이 상기 토출부 방향으로 전진되면, 상기 흡입밸브(36)는 상기 흡입유로(18b)와 압축실(C)의 압력차에 의해 닫히게 되고, 상기 압축실(C) 내부에 있던 유체는 압축된 후 상기 토출부를 통해 토출된다.On the other hand, when the
그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기는 상기 쉘(4)의 내부에서 유체를 압축하는 리니어 압축부가 상기 제 1댐퍼(14)와 제 2댐퍼(16)에 의해 지지되도록 구성되기 때문에, 압축기를 소형화하는 데 한계가 있는 문제점이 있다. However, since the linear compressor according to the related art is configured such that the linear compressor for compressing the fluid inside the
한편, 상기 쉘(4)의 외부에 질량체(미도시)와 탄성부재(미도시)로 이루어진 동흡진기(미도시)를 장착하는 경우, 리니어 압축기의 운전 주파수를 상기 동흡진기의 고유진동수에 맞추게 되면, 상기 동흡진기에 의해 진동이 흡수되도록 구성되는 바, 상기 동흡진기의 고유진동수는 상기 질량체의 질량과 탄성부재의 스프링 강성에 의해 미리 결정되기 때문에, 고효율 운전을 위해 부하에 따라 운전 주파수를 가변시킬 경우에는 진동이 증가되는 문제점 있으며, 진동을 감쇠시키기 위해서는 리니어 압축기의 부하에 따라 운전 주파수를 변경시킬 수 없기 때문에 효율이 저하되는 문제점이 있다. On the other hand, when a dynamic reducer (not shown) made of a mass body (not shown) and an elastic member (not shown) is mounted on the outside of the
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부하에 따라 리니어 압축기의 운전 주파수를 변경시에도 진동이 감쇠될 수 있도록 구성됨으로써, 진동을 감쇠시킬 수 있는 동시에 고효율 운전도 가능해질 수 있는 리니어 압축기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, it is configured to attenuate vibration even when changing the operating frequency of the linear compressor according to the load, it is possible to damp the vibration and at the same time high efficiency operation The purpose is to provide a linear compressor.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기는 쉘과, 상기 쉘의 내부에 고정 장착된 고정부와, 상기 쉘의 내부에서 직선 왕복 운동하는 가동부와, 상기 가동부의 직선 왕복 운동을 탄성적으로 지지하는 복수개의 메인 스프링과, 상기 메인 스프링에 연결된 질량체와, 상기 쉘과 질량체 사이에 설치되어, 상기 질량체를 탄성적으로 지지하는 보조 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The linear compressor according to the present invention for solving the above-mentioned problems is elastic with a shell, a fixed part fixedly mounted in the shell, a movable part for linear reciprocating motion in the shell, and a linear reciprocating motion of the movable part. It characterized in that it comprises a plurality of main springs to be supported by, a mass body connected to the main spring, and an auxiliary spring is installed between the shell and the mass body, the elastic body to elastically support the mass body.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a linear compressor according to the present invention.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 2에 도시된 바와 같이, 흡입구(51)와 토출구(52)가 형성된 쉘(50)과, 상기 쉘(50)의 내부에 고정 장착된 고정부(60)와, 상기 쉘(50)의 내부에서 직선 왕복 운동하면서 유체를 압축하도록 형성된 가동부(70)와, 상기 가동부(70)의 직선 왕복 운동을 탄성적으로 지지하는 복수개의 메인 스프링(80)과, 상기 메인 스프링(80)에 연결된 질량체(90)와, 상기 쉘(50)과 질량체(90) 사이에 설치되어 상기 질량체(90)를 탄성적으로 지지하는 보조 스프링(91)을 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 2, the linear compressor according to the present invention includes a
상기 쉘(50)은 원통형 구조로 형성되고, 전면에는 상기 토출구(52)가 형성되고, 후면에는 상기 흡입구(51)가 형성되는 바, 상기 흡입구(51)에는 외부로부터 유 체가 흡입되는 흡입 파이프(53)가 관통되게 설치되고, 상기 토출구(52)의 전방에는 압축된 유체가 토출되는 토출부 어셈블리(54)가 설치된다. The
상기 고정부(60)는 상기 쉘(50)의 내부에 고정된 아우터 스테이터(61)와, 상기 아우터 스테이터(61)로부터 일정 공극을 갖도록 배치된 이너 스테이터(62)와, 상기 아우터 스테이터(61)에 장착되어 자장을 형성하는 코일(63)과, 상기 쉘(50)의 내부에 장착된 실린더(64)를 포함하여 구성된다.The
또한, 상기 쉘(50)에는 상기 아우터 스테이터(61)를 지지하는 스테이터 커버(65)가 장착되는 바, 상기 스테이터 커버(65)는 상기 아우터 스테이터(61)의 후방측에 위치된다.In addition, the
그리고, 상기 가동부(70)는 상기 아우터 스테이터(61)와 이너 스테이터(62) 사이에 위치되어 상기 코일(63) 주변에 형성된 자기력에 의해 직선 이동되는 마그네트(71)와, 상기 마그네트(71)를 지지하는 마그네트 프레임(72)과, 상기 마그네트 프레임(72)에 결합되어 상기 실린더(64)의 내부에서 직선 운동가능토록 배치된 피스톤(73)을 포함하여 구성된다. In addition, the
또한, 상기 피스톤(73)의 후방에는 상기 마그네트 프레임(72)에 결합되는 플랜지부(73a)가 형성되고, 상기 플랜지부(73a)에는 상기 메인 스프링(80)을 지지하는 스프링 지지체(74)가 결합된다. In addition, a
여기서, 상기 아우터 스테이터(61)와, 이너 스테이터(62), 코일(63), 마그네트(71), 마그네트 프레임(72)은 리니어 압축기의 구동력을 발생시키는 리니어 모터이다.The
그리고, 상기 실린더(64)는 상기 쉘(50)의 내부에서 상기 토출구(52)측에 고정되고, 양측이 개방된 원통형 구조로 이루어지는 바, 상기 피스톤(73)과 토출부 어셈블리(54)에 의해 압축실(C)이 형성된다. In addition, the
상기 토출부 어셈블리(54)는 상기 쉘(50)의 외부에 고정되어 상기 토출구(52)를 통해 토출된 유체를 완충하는 토출커버(55)와, 상기 토출커버(55)내에서 토출 스프링(56)에 의해 지지되어 상기 실린더(64)의 압축실(C)을 개폐하는 토출밸브(57)와, 상기 토출커버(55)에 연결되어 토출된 유체를 외부로 안내하는 토출파이프(58)로 구성된다.The
그리고, 상기 피스톤(73)의 내부에는 상기 흡입 파이프(53)를 통해 유체가 흡입되는 흡입유로(73b)가 형성되며, 전면에는 복수개의 흡입포트(73c)와, 상기 복수개의 흡입포트(73c)를 개폐하는 흡입밸브(75)가 장착된다. In addition, a
또한, 상기 피스톤(73)의 후방에는 상기 흡입 파이프(53)와 연결되어 흡입 소음을 저감시키는 소음기(76)가 구비된다. In addition, the rear of the
한편, 상기 메인 스프링(80)은 상기 피스톤(73)의 운동방향으로 탄성력을 부여하도록 형성된 코일 스프링인 바, 상기 스프링 지지체(74)의 전면과 스테이터 커버(65) 사이에 연결된 제 1메인 스프링(81)과, 상기 스프링 지지체(74)의 후면과 질량체(90) 사이에 연결된 제 2메인 스프링(82)으로 구성된다. On the other hand, the
그리고, 상기 보조 스프링(91)은 상기 질량체(90)에 전후방향으로 탄성력을 부여하도록 형성된 코일 스프링인 바, 일단이 상기 쉘(50)에 고정되고 타단이 상기 질량체(90)에 고정되며, 원주방향으로 일정 각도 이격된 위치에 복수개가 장착된 다. In addition, the
한편, 상기 질량체(90)의 질량은 상기 가동부(60)의 질량보다 크도록 형성되어, 상기 가동부(60)가 상기 질량체(90)에 추가로 매달려서 진동을 흡수하는 동흡진기의 역할을 하도록 구성된다. On the other hand, the mass of the
즉, 가진 주파수인 리니어 압축기의 운전주파수(ω)가 상기 가동부(60)의 고유진동수(ω1)와 일치할 때 리니어 압축기의 진동이 흡수되도록 구성된다.That is, the vibration of the linear compressor is absorbed when the operating frequency ω of the linear compressor, which is the excitation frequency, coincides with the natural frequency ω 1 of the
여기서, 상기 가동부(60)의 고유진동수(ω1)는 후술된 식과 같이, 상기 가동부(60)의 질량(m1)과 메인 스프링(80)의 스프링 강성(k1)과 가스스프링 강성(k_g)의 합으로 이루어진다.Here, the natural frequency ω1 of the
m2 > m1, m2> m1,
상기 가스스프링 강성(k_g)은 리니어 압축기의 부하에 따라 달라지기 때문에, 부하의 변동시 상기 가동부(60)의 고유진동수(ω1)가 변하게 되고, 진동을 감쇠시키기 위해서는 상기 운전 주파수(ω)도 부하에 따라 가변되어지도록 구성된다.Since the gas spring stiffness k_g depends on the load of the linear compressor, the natural frequency ω1 of the
또한, 상기 질량체(90)는 상기 쉘(50)의 내부에서 상기 제 2메인 스프링(82)과 보조 스프링(91)에 의해 지지되도록 배치되는 바, 원통형 구조로 형성된다.In addition, the
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 리니어 압축기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the linear compressor according to the present invention configured as described above are as follows.
상기 리니어 모터가 작동되면, 상기 마그네트(71)가 상기 코일(63) 주변의 자기장과 상호 작용으로 직선 왕복 운동하게 되고, 이 운동력은 상기 마그네트 프레임(72)을 통해 상기 피스톤(73)으로 전달되어, 상기 피스톤(73)은 상기 실린더(64) 내부에서 연속적으로 직선 왕복운동하면서 상기 실린더(64)의 압축실(C) 내부로 흡입된 유체를 압축하여 상기 토출커버(55)내로 토출시키는 과정을 반복하게 된다. When the linear motor is operated, the
즉, 상기 피스톤(73)이 후진하게 되면, 상기 흡입밸브(75)가 개방되면서, 상기 피스톤(73)의 흡입유로(73b)내의 유체가 상기 흡입포트(73c)를 통해 상기 실린더(64)의 압축실(C) 내부로 유입되게 되고, 상기 피스톤(73)이 상기 압축실(C)을 향해 전진하게 되면, 상기 압축실(C) 내부에서 압축된 유체가 상기 토출밸브(57)를 밀어내어 상기 토출밸브(57)가 개방되게 되고, 압축된 유체는 상기 토출커버(55) 및 토출 파이프(58)를 통해 외부로 배출되게 된다. That is, when the
한편, 리니어 압축기의 작동시, 리니어 압축기의 운전 주파수(ω)가 상기 가동부(70)의 고유 진동수(ω1)와 일치되면, 상기 가동부(70)의 운동방향으로의 진동이 흡수되어 리니어 압축기의 진동이 감쇠되게 된다. On the other hand, during operation of the linear compressor, if the operating frequency ω of the linear compressor coincides with the natural frequency ω 1 of the
여기서, 진동이 감쇠되는 원리는 외부로부터 힘을 받는 질량체에 보조 질량체와 탄성부재로 구성된 동흡진기를 추가로 장착할 경우, 상기 동흡진기에서 진동을 흡수하게 되는 바, 외부로부터 가해지는 가진 주파수가 상기 동흡진기의 고유진동수와 일치하게 되면, 상기 동흡진기에서 모든 진동을 흡수하여 진동이 저감되는 원리를 이용한 것이다. Here, the principle that the vibration is attenuated is that when the vibration absorber composed of the auxiliary mass and the elastic member is additionally attached to the mass subjected to the external force, the vibration is absorbed in the copper reducer, the excitation frequency applied from the outside When it matches with the natural frequency of the copper reducer, the vibration is absorbed by the vibration absorber to utilize the principle that the vibration is reduced.
즉, 상기 질량체(90)의 질량이 상기 가동부(70)의 질량보다 크도록 구성되기 때문에, 상기 가동부(70)가 상기 질량체(90)에 추가로 매달린 보조 질량체의 역할을 하게 되므로, 리니어 압축기의 운전 주파수(ω)를 상기 가동부(70)의 고유 진동수(ω1)에 맞추게 되면, 상기 가동부(70)에서 진동이 모두 흡수되어 진동이 감쇠될 수 있게 된다.That is, since the mass of the
한편, 리니어 압축기의 부하가 달라지게 되면, 상기 가스스프링 강성(k_g)이 달라지게 되므로 상기 가동부(70)의 고유진동수(ω1)가 변하게 된다. On the other hand, when the load of the linear compressor is changed, the natural gas (ω1) of the
부하에 따라 상기 가동부(70)의 고유진동수(ω1)가 변하면, 상기 가동부(70)의 고유진동수(ω1)에 대응되도록 상기 운전 주파수(ω)를 변화시켜 진동이 감쇠되도록 한다.When the natural frequency omega 1 of the
따라서, 부하에 따라 운전 주파수(ω)가 가변되게 되므로, 부하의 변동시에도 진동이 감쇠될 수 있을 뿐만 아니라 부하에 따라 최적의 주파수로 운전이 가능해져 효율이 향상되게 된다. Therefore, since the operating frequency ω is variable according to the load, the vibration can be attenuated even when the load is changed, and the operation can be performed at the optimum frequency according to the load, thereby improving efficiency.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기는 쉘의 내부에 직접 고정된 고정부와, 상기 쉘의 내부에서 직선 왕복운동하는 가동부와, 상기 가동부를 탄지하는 메인 스프링과, 상기 메인 스프링에 직접 연결된 질량체와, 상기 질량체를 탄지하는 보조 스프링으로 구성됨으로써, 구조가 간단해져 소형화에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 진동을 감쇠시킬 수 있는 효과가 있다. The linear compressor according to the present invention configured as described above has a fixed part fixed directly inside the shell, a movable part linearly reciprocating in the shell, a main spring holding the movable part, and directly connected to the main spring. Composed of a mass and an auxiliary spring carrying the mass, the structure can be simplified to contribute to miniaturization and to damp vibrations.
또한, 상기 질량체의 질량이 상기 가동부의 질량보다 크게 형성되어, 리니어 압축기의 운전 주파수가 상기 가동부의 고유 진동수와 일치할 때 진동이 흡수되도록 구성됨으로써, 리니어 압축기의 부하에 따라 상기 가동부의 고유 진동수가 달라지기 때문에, 부하에 따라 운전 주파수를 가변시켜서 진동을 감쇠시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부하에 따라 최적의 주파수로 운전이 가능해지기 때문에 효율성이 향상되는 효과가 있다. In addition, the mass of the mass is formed larger than the mass of the movable portion, so that the vibration is absorbed when the operating frequency of the linear compressor coincides with the natural frequency of the movable portion, the natural frequency of the movable portion in accordance with the load of the linear compressor Since the operating frequency varies depending on the load, the vibration can be attenuated, and the efficiency can be improved because the driving can be performed at the optimum frequency according to the load.
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