KR100707472B1 - 리니어 압축기 및 그 스프링 서포터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 모터의 왕복 구동력에 의해 실린더 내 피스톤이 왕복동되면서 상기 실린더 내 냉매 등의 작동 유체가 압축되게 하는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 스프링 서포터의 스프링 암 중 적어도 일부에 메인 스프링의 설치 위치와 무게 중심 사이 거리 대비 질량관성모멘트 증가가 최소화될 수 있도록 절취부가 구비됨으로써, 상기 메인 스프링의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수의 변경이 용이할 뿐만 아니라, 상기 스프링 서포터의 스프링 암의 길이를 최소화할 수 있어 전체 사이즈가 감소되고 아울러 제조 비용이 절감될 수 있는 리니어 압축기 및 그 스프링 서포터를 제공한다.

리니어 압축기, 쉘, 압축부, 실린더, 피스톤, 백 커버, 메인 스프링, 스프링 서포터, 횡공진 주파수

Description

리니어 압축기 및 그 스프링 서포터{Linear Compressor and the Spring support for the same}

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기의 피스톤 전진시 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기의 피스톤 후퇴시 상태를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기의 타방향 단면 일부를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기 중 스프링 서포터를 나타낸 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기 중 스프링 서포터를 나타낸 평면도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 리니어 압축기 중 스프링 서포터를 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 쉘 52 : 유체 흡입파이프

54 : 유체 토출파이프 60 : 실린더 블록

62 : 백 커버 66,67 : 삭제부

70 : 실린더 75 : 토출 밸브

80 : 피스톤 84 : 흡입 밸브

90 : 리니어 모터 92 : 마그네트

94 : 마그네트 프레임 95 : 아우터 스테이터

96 : 코일 98 : 이너 스테이터

100 : 급유장치 102 : 윤활유 흡입 유로

104 : 윤활유 배출 유로 106 : 윤활유 펌프

110 : 머플러 120 : 메인 스프링 어셈블리

122, 123 : 제1메인 스프링 124,125 : 제2메인 스프링

130 : 스프링 서포터 132 : 스프링 서포터 베이스

134,135 : 제1스프링 암 136,137 : 제2스프링 암

130' : 절취부

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 메인 스프링의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수 변경이 용이하도록, 상기 메인 스프링을 지지하는 스프링 서포터에 절취부가 구비된 리니어 압축기 및 그 스프링 서포터에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 압축기는 리니어 모터의 왕복 구동력에 의해 실린더 내 피스톤이 왕복동되면서 상기 실린더 내 냉매 등의 작동 유체가 압축되게 하는 기기로서, 냉장고 등에 주로 이용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 종래 기술에 따른 리니어 압축기는, 외관인 쉘(2) 내부에 실린더 블록(4)과 백 커버(6)가 구비되고, 상기 실린더 블록(4)과 백 커버(6) 사이에 작동유체가 소정 압력비로 압축되는 압축부가 구비된다.

상기 쉘(2)에는 압축될 작동 유체가 상기 압축부로 흡입되게 하는 유체 흡입파이프(8)와, 상기 압축부에서 압축된 작동 유체가 상기 쉘(2) 외부로 토출되게 하는 유체 토출파이프(9)가 구비된다.

상기 압축부는 상기 유체 흡입파이프(8)를 통한 작동 유체가 흡입되는 실린더(10)와, 상기 실린더(10) 내에서 왕복 운동되면서 상기 실린더(10)에 흡입된 작동 유체를 압축하는 피스톤(20)과, 상기 피스톤(20)이 왕복 운동되게 하는 리니어 모터(30)를 포함한다.

상기 실린더(10)에는 상기 실린더(10)에서 압축된 작동 유체가 상기 유체 토 출파이프(9)로 토출되게 하는 토출 밸브 어셈블리(12)가 구비된다.

상기 피스톤(20)에는 상기 유체 흡입파이프(8)를 통한 작동유체가 상기 실린더(10)로 흡입되게 하는 흡입 관통로(21)가 형성되고, 아울러 상기 흡입 관통로(21)를 개폐하는 흡입 밸브(22)가 구비된다.

상기 리니어 모터(30)는 크게 고정자(32)와, 상기 피스톤(20)과 연결되고 상기 고정자(32)와의 전자기적 상호 작용에 의해 왕복 운동되는 가동자(34)로 이루어진다.

한편, 상기 압축부에는 상기 피스톤(20)이 왕복 운동될 때 가진될 수 있도록, 상기 피스톤(20)의 왕복 운동방향으로 상기 피스톤(20)에 탄성력을 부여하는 메인 스프링 어셈블리(40)가 구비된다.

상기 메인 스프링 어셈블리(40)는 상기 백 커버(6)와 피스톤(20) 사이에 위치된 제1메인 스프링(42)과, 상기 실린더(10)와 리니어 모터(30) 사이에 위치되어 상기 실린더 블록(4) 및 피스톤(20)에 지지된 제2메인 스프링(44)으로 구비된다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 작용을 살펴보면, 다음과 같다.

상기 리니어 모터(30)가 구동되면, 상기 리니어 모터(30)의 구동력에 의해 상기 피스톤(20)이 상기 실린더(10) 내에서 왕복 운동된다. 그리고, 상기 피스톤(20)의 왕복 운동과 연동되어 상기 제1,2메인 스프링(42)(44)이 반복적으로 압축, 인장되면서 상기 피스톤(20)이 가진되게 하고, 상기 토출 밸브 어셈블리(12)와 흡 입밸브(22)가 반복적으로 개폐 작용을 행한다.

그러면, 작동 유체가 유체 흡입파이프(6)를 통해 상기 실린더(10) 내로 흡입되고, 상기 실린더(10)에 흡입된 작동 유체가 상기 피스톤(20)에 의해 고압으로 압축되며, 상기 실린더(10)에서 압축된 작동 유체가 상기 토출부(12)와 유체 토출파이프(9)를 통해 상기 쉘(2) 외부로 토출된다.

상기와 같이 이루어지는 작동 유체의 흡입, 압축, 토출과정은 상기 리니어 모터(30)가 작동되는 동안 순서대로 연속 반복된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 리니어 압축기는 상기 제1,2메인 스프링(42)(44)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수가 리니어 압축기의 운전 주파수 범위에 들지 않도록 회피 설계하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 상기 제1메인 스프링(42)이 상기 백 커버(6)와 간섭되지 않도록 상기 제1메인 스프링(42)과 백 커버(6) 간 소정 갭이 필요하고, 아울러 상기 제2메인 스프링(44)이 상기 실린더(10) 및 리니어 모터(30)와 간섭되지 않도록 상기 제2메인 스프링(44)과 실린더(10) 및 리니어 모터(30) 간 소정 갭이 필요하기 때문에 이용되지 않는 공간인 사체적이 상대적으로 크고, 전체 사이즈가 방대해지는 문제점이 있다.

또는 리니어 압축기의 사이즈가 한정된 경우, 상대적으로 상기 제1,2메인 스프링(42)(44)의 크기 등 설계 상 제약을 받게 됨으로써 상기 제1,2메인 스프링(42)(44)이 최적 조건으로 설계되지 못해, 리니어 압축기의 효율이 극대화되기 어 려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 적어도 하나의 스프링 서포터 암에는, 외곽에 절취부가 구비됨으로써, 상기 메인 스프링의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수 변경이 용이할 뿐만 아니라 전체 사이즈 및 비용이 절감될 수 있는 리니어 압축기 및 그 스프링 서포터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 메인 스프링 어셈블리가 상기 백 커버와 피스톤 사이에만 위치되도록 구조적으로 개선됨으로써, 전체 사이즈가 더욱 콤팩트화됨과 아울러 상기 메인 스프링 어셈블리의 설계 제약이 최소화될 수 있는 리니어 압축기 및 그 스프링 서포터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 서포터는, 스프링 서포터 베이스와; 상기 스프링 서포터 베이스로부터 연장되고, 스프링이 안착되는 적어도 하나의 스프링 서포터 암을 포함하고, 상기 적어도 하나의 스프링 서포터 암에는, 외곽에 절취부가 구비된다.

상기 스프링 암의 절취부는 상기 스프링 암의 외곽에 형성된 적어도 하나 이상의 홈인 것을 특징으로 한다.

상기 스프링 암의 절취부는 상기 스프링 암의 내측에 형성된 적어도 하나 이상의 슬롯인 것을 특징으로 한다.

상기 스프링 암의 절취부는 다수 개가, 상기 스프링 서포터의 중심과 상기 메인 스프링의 설치 중심을 잇는 선을 기준으로 대칭 구조로 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 스프링 암은 그 폭이 일정하거나, 적어도 일부가 상기 스프링 서포터의 중심에서 멀어질수록 점진적으로 줄어드는 구조로 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 고정자와 가동자로 이루어진 리니어 모터와, 상기 리니어 모터의 가동자와 연결되고 실린더 내부에 왕복 운동 가능토록 설치된 피스톤과, 상기 피스톤과 연동되어 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 메인 스프링과, 상기 적어도 하나 이상의 메인 스프링을 지지하는 스프링 서포터를 포함하고, 상기 스프링 서포터는, 스프링 서포터 베이스와; 상기 스프링 서포터 베이스로부터 연장되고, 상기 메인 스프링이 안착되는 적어도 하나의 스프링 서포터 암을 구비하고, 상기 적어도 하나의 스프링 서포터 암에는, 외곽에 절취부가 구비된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤 전진시 상태를 나타낸 단면 도이고, 도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤 후퇴시 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명에 따른 스프링 서포터가 적용된 리니어 압축기는 작동 유체가 흡입, 토출되고 윤활유가 충진된 쉘(50)과, 상기 쉘(50) 내에 흡입된 작동유체가 소정 압력비로 압축 후 토출되게 하는 압축부로 이루어진다.

상기 쉘(50)에는 작동유체가 상기 쉘(50) 외부로부터 상기 쉘(50) 내부로 흡입되게 하는 유체 흡입파이프(52)가 연결된다. 또한 상기 쉘(50)에는 상기 압축부에서 압축 후 토출된 작동 유체가 상기 쉘(50) 외부로 안내되는 유체 토출파이프(54)가 연결된다.

상기 압축부는 상기 쉘(50) 내부에 고정되고 작동유체가 흡입될 수 있는 소정 공간이 구비된 실린더(70)와, 상기 실린더(70) 내부에서 왕복 운동되면서 상기 실리더(70) 내에 흡입된 작동 유체가 소정 압력비로 압축되게 하는 피스톤(80)과, 상기 피스톤(80)과 연동되도록 연결되어 상기 피스톤(80)이 왕복 운동되게 하는 리니어 모터(90)와, 상기 피스톤(80)이 왕복 운동될 때 상기 피스톤(80)의 왕복 운동이 가진될 수 있도록 상기 피스톤(80)의 왕복 운동방향으로 탄성력을 부여하는 메인 스프링 어셈블리(120)를 포함하여 구성된다.

상기 실린더(70)는 입구를 통해 상기 피스톤(80)이 삽입되고 출구를 통해 상기 실린더(70)에서 압축된 작동유체가 토출되도록 양단이 개구된 원통구조로 이루어진다.

상기 실린더(70)의 출구에는 상기 실린더(70)에서 압축된 작동 유체가 상기 유체 토출 파이프(54)로 토출되게 하는 토출 밸브 어셈블리(75)가 구비된다.

상기 토출 밸브 어셈블리(75)는 상기 실린더(70)의 출구에 구비되어 상기 실린더(70)의 출구와 연통되고 작동유체의 유출이 가능토록 토출 플래넘 토출구(76a)가 형성된 토출 플래넘(Plenum)(76)과, 상기 토출 플래넘(76) 외측에 구비되어 상기 유체 토출파이프(54)와 연결되고 작동유체의 유출이 가능토록 토출 커버 토출구(77a)가 형성된 토출 커버(77)와, 상기 토출 플래넘(76) 내부에 위치되어 상기 실린더(70)의 출구를 개폐하는 토출 밸브(78)로 이루어진다.

상기 토출 밸브(78)는 상기 실린더(70)의 출구에 상기 실린더(70)의 출입방향으로 진퇴 가능토록 구비된 토출 밸브 바디(78a)와, 상기 토출 밸브 바디(78a)를 중심으로 상기 실린더(70)와 반대쪽에 위치되어 상기 토출 밸브 바디(78a)를 탄지하는 토출 밸브 스프링(78b)으로 이루어진다.

상기 피스톤(80)은 내부에 상기 유체 흡입파이프(52)를 통해 흡입된 작동유체가 흡입될 수 있는 유체 관통로(81)가 형성된다.

상기 피스톤(80)의 유체 관통로(81)에는 상기 쉘(50)로 흡입되는 작동유체 내 소음을 저감하는 머플러(110)가 연결된다.

상기 머플러(110)는 일부가 상기 피스톤(80)과 일체로 움직이도록 상기 피스톤(80)에 고정되고, 나머지 부위가 상기 쉘(50)에 고정될 수 있다.

또한, 상기 피스톤(80)에는 작동유체의 토출 방향 측에 상기 피스톤(80)의 유체 관통로(81) 내 작동유체가 상기 실린더(70)로 흡입될 수 있도록 유체 흡입구(82)가 형성된다.

상기 피스톤(80)의 유체 흡입구(82)에는 상기 피스톤(80)의 왕복동과 연동되어 상기 피스톤(80)의 유체 흡입구(82)가 개폐되게 하는 흡입밸브(84)가 설치된다.

상기 리니어 모터(90)는 크게 상기 피스톤(80)과 연동되도록 연결된 가동자와, 상기 가동자가 왕복동될 수 있도록 상기 가동자와 전자기적으로 상호 작용되는 고정자로 이루어진다.

상기 가동자는 상기 실린더(70)의 반경방향 외측에 위치되고 상기 고정자 내부에 왕복동 가능토록 설치된 마그네트(92)와, 상기 마그네트(92)가 고정되고 상기 피스톤(80)과 연동되도록 연결되어 상기 피스톤(80)에 상기 리니어 모터(90)의 왕복동 구동력을 전달하는 마그네트 프레임(94)으로 이루어진다.

상기 고정자는 상기 실린더(70)의 반경방향 외측에 위치되어 상기 실린더 블록(60)과 백 커버(62) 사이에 고정된 링형의 아우터 스테이터(95)와, 상기 아우터 스테이터(95)의 내부에 구비되어 자장을 형성하는 코일(96)과, 상기 아우터 스테이터(95) 내부에 일정 간극을 갖도록 위치되고 상기 실린더(70)의 외측에 압입된 링형의 이너 스테이터(98)로 이루어진다.

상기 아우터 스테이터(95)와 이너 스테이터(98) 간 간극에 상기 가동자가 위치된다.

이러한 리니어 모터(90)는 상기 리니어 모터(90)와 메인 스프링 어셈블리(120) 사이에 위치되어 상기 리니어 모터(90)의 아우터 스테이터(95)에 고정된 스테이터 커버(99)가 더 포함된다.

상기 스테이터 커버(99)에는 후술할 메인 스프링 어셈블리(120)의 위치 결 정을 위한 메인 스프링 위치 결정 돌기(99a)(99b)가 각각 구비된다.

상기와 같이 구성된 압축부는 상기 쉘(50)의 내부에 고정된 실린더 블록(60)과 백 커버(62) 사이에 설치되어 지지됨과 아울러, 상기 쉘(50)과의 사이에 설치된 댐퍼(68)에 의해 지지된다.

상기 실린더 블록(60)에는 그 중앙에 상기 실린더(70)가 고정된다.

상기 실린더 블록(60)은 상기 리니어 모터(90)를 중심으로 상기 스테이터 커버(99)와 대향되게 배치되어 상기 스테이터 커버(99)와 함께 상기 리니어 모터(90)를 지지한다.

상기 백 커버(62)는 상기 메인 스프링 어셈블리(120)를 지지하는 베이스부(63)와, 상기 베이스부(63)의 양쪽에 각각 구비되어 상기 스테이터 커버(99)와 볼트 등의 방식으로 결합된 한 쌍의 측벽부(64)(65)로 이루어진다.

상기 백 커버(62)의 베이스부(63)에는 그 중앙에 상기 머플러(110)가 끼워질 수 있도록 중앙 홀(63a)이 형성된다.

상기 백 커버(62)의 베이스부(63)에는 상기 백 커버(62)의 한 쌍의 측벽부(64)(65) 측 가장자리에 각각, 상기 메인 스프링 어셈블리(120)의 위치를 결정하기 위해 상기 메인 스프링 어셈블리(120)를 향해 돌출된 메인 스프링 위치 결정 돌기(63b)(63c)가 구비된다.

이러한 백 커버(62)는 리니어 압축기의 사이즈의 컴팩트화 및 상기 메인 스프링 어셈블리(120)의 설계 제약 최소화를 위해, 상기 백 커버(62)의 한 쌍의 측벽 부(64)(65) 사이 거리(L1)가, 상기 백 커버(62)의 한 쌍의 측벽부(64)(65)의 이격 방향과 동일 방향의 상기 메인 스프링 어셈블리(120)의 최장 길이(L2)와 같거나 짧도록 설계된다.

아울러, 상기 백 커버(62)는 상기 메인 스프링 어셈블리(120)와 간섭 회피를 위해, 상기 백 커버(62)의 한 쌍의 측벽부(64)(65)에 각각 구비된 삭제부(66)(67)를 갖는다.

상기 백 커버(62)의 삭제부(66)는, 상기 백 커버(62)의 한 쌍의 측벽부(64)(65)에 면한 상기 메인 스프링 어셈블리(120) 일부가 거동 가능토록 끼워질 수 있도록 슬릿으로 구현될 수 있다.

한편, 상기 실린더(70)와 피스톤(80) 간 윤활 및 냉각을 위해, 상기 쉘(50) 내부에는 윤활유가 채워지고, 상기 스테이터 커버(99)와 실린더 블록(60) 사이에는 상기 쉘(50) 내 윤활유가 상기 실린더(70)와 피스톤(80) 사이로 공급되게 하는 급유장치(100)가 구비된다.

상기 급유장치(100)는 상기 쉘(50) 내 윤활유가 상기 실린더(70)와 피스톤(80) 사이로 흡입되도록 안내하는 윤활유 흡입 유로(102)와, 상기 실린더(70)와 피스톤(80) 사이에 흡입된 윤활유가 상기 밀폐용기(50)로 다시 배출되도록 안내하는 윤활유 배출 유로(104)와, 상기 윤활유 흡입 유로(102)에 구비되어 상기 쉘(50) 내 윤활유가 상기 윤활유 흡입 유로(102)로 압송되게 하는 윤활유 펌프(106)로 구성된다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 스프링 서포터를 포함하여 구성되는 상기 메인 스프링 어셈블리(120)에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기의 타방향 단면 일부를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기 중 스프링 서포터를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 리니어 압축기 중 스프링 서포터를 나타낸 평면도이다.

상기 메인 스프링 어셈블리(120)는 상기 피스톤(80)과 일체로 움직이도록 상기 피스톤(80)과 연결된 스프링 서포터(130)와, 상기 스프링 서포터(130)와 백 커버(62) 사이에 설치된 제1메인 스프링(122)(123)과, 상기 스프링 서포터(130)와 상기 리니어 모터(90)의 스테이터 커버(99) 사이에 설치된 제2메인 스프링(124)(125)으로 이루어진다.

상기 제1,2메인 스프링(122~125)은 각각 둘 또는 네 개 등 다수 개로 구성될 수 있는데, 이하 설명의 편의를 위해 두 개씩 구성된 것으로 한정하여 설명한다.

상기 제1,2메인 스프링(122~125)은 상기 피스톤(80)의 왕복 운동방향으로 권선된 코일형으로 형성된다. 이러한 제1,2메인 스프링(122~125)은 상기 피스톤(80)의 왕복 운동방향, 즉 종방향 강성 외에도 고유의 횡방향 강성을 갖음은 물론이다.

상기 스프링 서포터(130)는 상기 피스톤(80)에 볼트 방식 등으로 결합된 스프링 서포터 베이스(132)와, 상기 스프링 서포터 베이스(132)의 가장자리에 구비되어 상기 각각의 제1,2메인 스프링(122~125)을 지지하는 제1,2스프링 암(134~137)으 로 이루어진다.

상기 스프링 서포터 베이스(132)에는 그 중앙에 상기 머플러(110)가 관통될 수 있도록 중앙 홀(132a)이 형성된 대략 링형으로 형성된다.

또한, 상기 스프링 서포터 베이스(132)에는 상기 스프링 서포터 베이스(132)의 중앙 홀(132a) 주변에 상기 피스톤(80)에 볼트 방식 등으로 결합되기 위한 체결 홀(132b)이 형성된다.

상기 제1스프링 암(134)(135)은 상기 스프링 서포터 베이스(132)의 둘레를 따라 서로 등간격으로 배치되어, 상기 스프링 서포터 베이스(132)의 반경 외측방향으로 수직하게 돌출된다. 이 때 상기 제1스프링 암(134)(135)은 일부가 상기 백 커버(62)의 삭제부(66)에 삽입될 수 있도록 소정 길이로 형성된다.

또한, 상기 제1스프링 암(134)(135)은 그 폭이 일정하거나, 상기 스프링 서포터 베이스(132)로부터 멀어질수록 폭이 점차 줄어드는 테이퍼 구조로 형성될 수 있는데, 이하, 설명의 편의를 위해 테이퍼 구조로 형성된 것으로 한정하여 설명한다.

아울러, 상기 제1스프링 암(134)(135)은 상기 스프링 서포터 베이스(132) 측이 아닌 외측 끝단이 상기 제1메인 스프링(122)(123)의 외곽을 따라 만곡된다.

이러한 제1스프링 암(134)(135)은 외측 끝단 측에 상기 제1메인 스프링(122)(123)의 위치 결정을 위해 상기 제1메인 스프링(122)(123)에 끼워지는 제1메인 스프링 위치 결정 돌기(134a)(135a)가 형성된다.

상기 제2스프링 암(136)(137)은 각각, 상기 스프링 서포터 베이스(132)에서 상기 피스톤(80)과 반대쪽을 향해 수직하게 절곡된 형상의 수직부(136a)(137a)와, 상기 수직부(136a)(137a)에서 상기 스프링 서포터 베이스(132)와 수평하도록 상기 스프링 서포터(130)의 외측을 향해 절곡되어 상기 제2메인 스프링(124)(125)이 설치되는 수평부(136b)(137b)로 이루어진다.

상기 제2스프링 암(136)(137)의 수평부(136b)(137b)에는 각각 상기 제2메인 스프링(124)(125)의 위치 결정을 위해 상기 제2메인 스프링(124)(125)에 끼워지는 제2메인 스프링 위치 결정 돌기(136c)(137c)가 구비된다.

이러한 제2스프링 암(136)(137)의 수평부(136b)(137b)는 각각 그 끝단이 상기 제1메인 스프링(124)(125)의 외곽을 따라 만곡된다.

상기와 같이 구성된 스프링 서포터(130)는 상기 제1,2메인 스프링(122~125)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수가 상기 리니어 압축기의 운전 주파수 범위에 들어가지 않도록 설계된다.

즉, 상기 제1,2메인 스프링(122~125)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수가 상기 제1,2메인 스프링(122~125)의 횡방향 강성 외에도 상기 스프링 서포터(130)의 중심과 상기 제1,2스프링 암(134~137)의 제1,2메인 스프링(122~125)의 설치 중심까지의 거리, 즉 대략 상기 제1,2스프링 암(134~137)의 길이, 그리고 질량 관성 모멘트 등의 함수이다.

그렇기 때문에, 상기 스프링 서포터(130)는 상기 제1,2메인 스프링(122~125)이 고유의 횡방향 강성을 갖도록 설계된 경우, 상기한 함수들의 상관관계를 이용하여 상기 제1,2메인 스프링(122~125)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수가 상기 리니어 압축기의 운전 주파수 범위를 회피할 수 있도록 설계된다.

그런데, 상기 제1,2메인 스프링(122~125)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수는 다음과 같은 횡방향 공진 주파수 식에 의하면, 상기 스프링 서포터(130)의 무게 중심과 상기 제1,2스프링 암(134~137)의 제1,2메인 스프링(122~125)의 설치 중심까지의 거리와 비례 관계인데 반해, 질량관성모멘트와 반비례 관계이다.

즉, 상기 스프링 서포터(130)의 무게 중심과 상기 제1,2스프링 암(134~137)의 제1,2메인 스프링(122~125)의 설치 중심까지의 거리를 멀게 할수록, 상기 스프링 서포터(130)의 질량이 증가되어 질량관성모멘트가 커진다.

따라서, 상기 스프링 서포터(130)는 상기 스프링 서포터(130)의 무게 중심과 상기 제1,2스프링 암(134~137)의 제1,2메인 스프링(122~125)의 설치 중심까지의 거리 대비 질량관성모멘트 증가가 최소화될 수 있도록, 상기 제1,2스프링 암(134~137) 중 적어도 일부에 절취부(130')가 구비된다.

상기 스프링 서포터(130)의 절취부(130')는 상기 제1,2스프링 암(134~137)에 모두 구비되거나, 상기 제1스프링 암(123)(135) 또는 제2스프링 암(136)(137)에만 구비될 수 있는데, 이하 설명의 편의를 위해 상기 제2스프링 암(136(137)에만 구비된 것으로 한정하여 설명한다.

이러한 스프링 서포터(130)의 절취부(130')는 상대적으로 다른 부위보다 폭이 좁도록 상기 제2스프링 암(136)(137)의 외곽에 홈 형태로 구비될 수 있다.

상기 홈 형태의 스프링 서포터(130)의 절취부(130')는 그 크기나 형상이 다양하게 실시될 수 있다.

이와 같이 구비된 스프링 서포터(103)의 절취부(130')는 밸런스 유지를 위해 다수 개가, 상기 스프링 서포터(130)의 무게 중심과 상기 제2스프링 암(136(137)의 제2메인 스프링(124)(125)의 설치 중심을 잇는 선(L)을 기준으로 대칭 구조로 구비됨이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시 예에 따른 스프링 서포터가 적용된 리니어 압축기의 작용을 살펴보면, 다음과 같다.

상기 리니어 모터(90)가 구동되면, 고정자와 가동자 간 전자기적 상호 작용으로 인해 상기 마그네트(92)가 마그네트 프레임(94)과 함께 왕복 운동되고, 상기 리니어 모터(90)의 왕복 운동력이 상기 마그네트 프레임(94)과 연결된 피스톤(80)으로 전달된다. 그러면, 상기 피스톤(80)이 상기 실린더(70) 내부에서 왕복 운동되고, 상기 제1,2메인 스프링(124)(126)이 교대로 압축, 인장되면서, 작동유체의 흡입, 압축, 토출 과정이 반복된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(80)이 상기 실린더(70) 내부를 향해 전진 이동되면, 상기 흡입 밸브(84)가 상기 피스톤(80)의 유체 관통로(81)와 실린더(70) 간 압력 차에 의해 상기 피스톤(80)의 유체 흡입구(82)를 닫는다.

그리고, 상기 실린더(70) 내 작동 유체가 상기 실린더(70) 내부를 향해 이동되는 피스톤(80)에 의해 소정 압력비로 압축되고, 상기 토출 밸브(78)가 상기 실린더(70) 내 압력과 상기 토출 밸브 스프링(78b) 간 힘 평형관계에 따라 상기 실린더(70)의 출구를 연다. 그러면, 상기 실린더(70)에서 압축된 작동 유체가 상기 토출 플래넘(76)과 토출 커버(78)와, 유체 토출파이프(54)를 차례로 거쳐 상기 쉘(50) 외부로 토출된다.

이 때 상기 제1메인 스프링(124)은 인장 변형되고, 상기 제2메인 스프링(126)은 압축 변형되어, 상기 피스톤(80)이 상기 제1,2메인 스프링(124)(126)의 탄성 변형력에 의해 가진되게 한다.

반면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(80)이 상기 실린더(70) 외부를향해 후진 이동되면, 상기 흡입밸브(84)가 상기 피스톤(80)의 유체 관통로(81)와 실린더(70) 간 압력 차에 의해 상기 피스톤(80)의 유체 흡입구(82)를 연다. 따라서, 작동 유체가 상기 유체 흡입파이프(52)와, 유체 흡입로(62')와, 머플러(110)와, 유체 관통로(81)와, 그리고 상기 피스톤(80)의 유체 흡입구(82)를 차례로 거쳐 상기 실린더(70) 내부로 흡입된다.

이 때, 상기 토출 밸브(78)는 상기 실린더(70) 내부 압력과 상기 토출 밸브 스프링(78b) 간 힘 평형관계에 따라 상기 실린더(70)의 출구를 닫는다.

그리고, 상기 제1메인 스프링(124)은 압축 변형되고, 상기 제2메인 스프링(126)은 인장 변형되어, 상기 피스톤(80)이 상기 제1,2메인 스프링(124)(126)의 탄성 변형력에 의해 가진되게 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 리니어 압축기는, 상기 스프링 서포터(130)에 절취부(130')가 구비됨으로써, 상기 제1,2메인 스프링(122~125)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수가 상기 리니어 압축기의 운전 주파수 범위에 들지 않도록 용이하게 조절될 수 있기 때문에 상기와 같이 리니어 압축기가 작동될 때, 상 기 피스톤(80) 및 상기 피스톤(80)과 함께 왕복 운동되는 마그네트(92)와 마그네트 프레임(94), 머플러(110), 그리고 메인 스프링 어셈블리(120)의 횡방향 진동이 회피된다.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 스프링 서포터가 적용된 리니어 압축기에 대하여 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 리니어 압축기 중 스프링 서포터를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 스프링 서포터(200)는 중앙이 위치된 스프링 서포터 베이스(202)를 중심으로 배치되어 다수 개의 메인 스프링(210)(212)이 각각 설치되는 스프링 암(204)(206)으로 이루어지고, 상기 메인 스프링(210)(212)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수가 용이하게 조절될 수 있도록 상기 스프링 암(204)(206) 중 적어도 일부의 내측에 슬롯 형태의 절취부(208)가 구비된다.

상기 스프링 서포터(200)의 절취부(208)는 그 크기나 형상이 다양하게 실시될 수 있다.

이러한 스프링 서포터(200)의 절취부(208)는 상기 스프링 서포터(200)의 중심과 상기 스프링 암(204)(206)의 메인 스프링(210)(212)의 설치 중심을 잇는 선을 기준으로 대칭되도록 하나 또는 둘 이상의 다수 개로 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성된 스프링 서포터(200)가 적용된 리니어 압축기는, 상기 스 프링 서포터(200)의 중심과 상기 스프링 암(204)(206)의 메인 스프링(210)(212)의 설치 중심 간 거리 대비 질량관성모멘트의 증가가 최소화될 수 있도록 상기 스프링 서포터(200)의 절취부(208) 형상을 조절함으로써, 상기 메인 스프링(210)(212)의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수가 용이하게 변경될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기 및 그 스프링 서포터는, 적어도 하나의 스프링 서포터 암에는, 외곽에 절취부가 구비됨으로써, 상기 메인 스프링의 횡방향 강성에 의한 횡방향 공진 주파수의 변경이 용이할 뿐만 아니라, 상기 스프링 서포터의 스프링 암의 길이를 최소화할 수 있어 전체 사이즈가 감소되고 아울러 제조 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 메인 스프링이 모두 피스톤 후방에 위치되도록 구성되기 때문에 실린더와 리니어 모터 간 사체적이 감소되어 전체 사이즈가 더욱 컴팩트화되거나, 상기 메인 스프링 어셈블리의 크기 등 설계 제약이 최소화될 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

1. 스프링 서포터 베이스와; 상기 스프링 서포터 베이스로부터 연장되고, 스프링이 안착되는 적어도 하나의 스프링 서포터 암을 포함하고;

   상기 적어도 하나의 스프링 서포터 암에는, 외곽에 절취부가 구비된 리니어 압축기의 스프링 서포터.
2. 스프링 서포터 베이스와; 상기 스프링 서포터 베이스로부터 연장되고, 스프링이 안착되는 적어도 하나의 스프링 서포터 암을 포함하고;

   상기 스프링 서포터 암은, 상기 스프링 서포터 베이스에서 수직 방향으로 절곡된 수직부와, 상기 수직부로부터 상기 스프링 서포터 베이스와 수평하도록 외측으로 연장되며, 상기 스프링이 안착되는 수평부를 구비하고,

   상기 수평부에는 상기 스프링이 안착되는 부분을 제외한 부분에 절취부가 형성된 리니어 압축기의 스프링 서포터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 절취부는 상기 스프링 암의 외곽에 형성된 적어도 하나 이상의 홈인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 서포터.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 절취부는 상기 수평부의 내측에 형성된 적어도 하나 이상의 슬롯인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 서포터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 암의 절취부는 다수 개가, 상기 스프링 서포터의 중심과 상기 스프링 암의 메인 스프링의 설치 중심을 잇는 선을 기준으로 대칭 구조로 구비된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 서포터.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스프링 암은 그 폭이 일정하거나, 적어도 일부가 상기 스프링 서포터의 중심에서 멀어질수록 점진적으로 줄어드는 구조로 구비된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 서포터.
7. 고정자와 가동자로 이루어진 리니어 모터와,

   상기 리니어 모터의 가동자와 연결되고 실린더 내부에 왕복 운동 가능토록 설치된 피스톤과,

   상기 피스톤과 연동되어 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 메인 스프링과,

   상기 적어도 하나 이상의 메인 스프링을 지지하는 스프링 서포터를 포함하고;

   상기 스프링 서포터는, 스프링 서포터 베이스와; 상기 스프링 서포터 베이스로부터 연장되고, 상기 메인 스프링이 안착되는 적어도 하나의 스프링 서포터 암을 구비하고,

   상기 적어도 하나의 스프링 서포터 암에는, 외곽에 절취부가 구비된 리니어 압축기.
8. 고정자와 가동자로 이루어진 리니어 모터와,

   상기 리니어 모터의 가동자와 연결되고 실린더 내부에 왕복 운동 가능토록 설치된 피스톤과,

   상기 피스톤과 연동되어 탄성 변형되는 적어도 하나 이상의 메인 스프링과,

   상기 적어도 하나 이상의 메인 스프링을 지지하는 스프링 서포터를 포함하고;

   상기 스프링 서포터는, 스프링 서포터 베이스와; 상기 스프링 서포터 베이스로부터 연장되고, 스프링이 안착되는 적어도 하나의 스프링 서포터 암을 구비하고,

   상기 스프링 서포터 암은, 상기 스프링 서포터 베이스에서 상기 피스톤과 반대쪽을 향해 수직 방향으로 절곡된 수직부와, 상기 수직부로부터 상기 스프링 서포터 베이스와 수평하도록 상기 스프링 서포터의 외측으로 연장되며, 상기 메인 스프링이 안착되는 수평부를 구비하고,

   상기 수평부에는 상기 메인 스프링이 안착되는 부분을 제외한 부분에 절취부가 형성된 리니어 압축기.

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