KR100891784B1 - 위치센서 및 선형압축기 - Google Patents

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KR100891784B1 KR1020047014828A KR20047014828A KR100891784B1 KR 100891784 B1 KR100891784 B1 KR 100891784B1 KR 1020047014828 A KR1020047014828 A KR 1020047014828A KR 20047014828 A KR20047014828 A KR 20047014828A KR 100891784 B1 KR100891784 B1 KR 100891784B1
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Abstract

본 발명은 센서, 특히 압축기용 액츄에이터(2)의 위치감지를 위해 사용되는 센서에 관한 것으로, 액츄에이터(2)는 실린더형 보어(3;bore)에서 축방향으로 변위되고, 센서는 탐침(4)과 이와 연관된 전기적 단자(7)로 구비되는 바, 탐침(4)은 실린더형 보어(3) 내부에 위치되며, 전기적 단자(7)는 제어회로(8)와 연결되되, 추가로 본 발명은 액츄에이터(2)와 실린더형 보어(3) 및 헤드부(5)를 구비한 선형압축기에 관한 것으로, 액츄에이터는 실린더형 보어(3) 내부에서 축방향으로 변위되고, 이 선형압축기는 탐침(4)과 이와 연관된 전기적 단자(7)로 이루어진 위치센서를 구비하는 바, 탐침(4)은 실린더형 보어(3) 내부에 위치되며, 전기적 단자(7)는 제어회로(8)에 연결된다.

Description

위치센서 및 선형압축기 {A POSITION SENSOR AND A LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 선형압축기에 사용할 수 있고 압축기에서 액츄에이터의 위치를 감지하는 위치센서 뿐만 아니라 위치센서를 갖춘 선형압축기에 관한 것이다.
기본적으로, 선형압축기는 실린더형 보어(bore) 내부에서 축방향으로 변위되고 냉동사이클 동안에 가스를 압축하는 기능을 갖춘 액츄에이터 또는 피스톤으로 이루어진다. 이 가스의 주입 또는 배출을 위해, 압축기는 흡입밸브와 배출밸브로 이루어진 헤드부(head)를 추가로 구비한다. 헤드부는 액츄에이터 행정(stroke)의 끝에 위치된다.
자성부재와 공진스프링과 함께 액츄에이터는 선형모터로 구동될 공진조립체를 형성한다. 이 공진조립체는 선형동작을 향상시키고 액츄에이터의 축방향 변위로 가스에 필요한 압축을 제공한다.
압축기가 작동중 변화되거나 이의 공급전압이 변화되면, 공진조립체는 액츄에이터가 압축기의 헤드부와 충돌하기 때문에 정상적인 이동경로에서 이탈되고 허용한계점에서 벗어나도록 변위된다. 이러한 비정상적 동작이 압축기, 특히 밸브헤드부에 소음발생 및 손상을 끼치게 된다.
이 문제점은 모터에 공급될 전력값을 제어하거나 천공관통부에서 액츄에이터 의 변위를 제어하여서 액츄에이터가 헤드부에 손상을 끼치지 않도록 한다.
또한, 엑츄에이터의 변위제어는 헤드부에 센서의 위치선정을 통해 효과적으로 성취되되, 헤드부에 대해서 액츄에이터의 충돌징후를 감지하면 에너지공급을 중단하거나 이에 대한 신호를 발신한다. 이러한 해결책이 액츄에이터의 충돌을 중단시킬지라도, 센서에 고장이 일어난다면 액츄에이터로 인한 헤드부의 손상을 방지할 수 없다.
실린더형 보어 내에서 액츄에이터의 변위경로를 제어할 수 있는 다른 해결책은 위치센서, 일반적으로 결정제어점으로 액츄에이터의 경로를 감지하는 유도변환기를 사용한다. 이 해결책의 단점은 압축기를 끌어올리기 위한 최종비용 때문에 사용될 장비가 고가이며 설치 및 유지상의 어려움을 갖는다.
브라질 특허출원 제PI 0001404-4호는 압축기 헤드부와 밀접하게 위치되고 작동 중 이동변이로 헤드부와 충돌되는 것을 방지하기 위해 최대허용점으로 액츄에이터의 경로를 신호 발신할 수 있는 위치센서에 관한 것이다. 이 센서는 액츄에이터가 밸브헤드부를 향해 연속적으로 전진하는 것을 방지하도록 액츄에이터의 접근상태를 감지하여 제어회로에 전기신호를 발신하는 전기 전도체로 만들어진다.
한편 이러한 해결책이 가능해지도록, 액츄에이터가 센서와 접촉할 때까지 회로는 개방상태를 유지할 수 있어서 센서는 압축기의 공구대(rest), 예컨대 실린더형 보어와 헤드부로부터 절연된다. 전술된 제PI 0001404-4호의 실시예에서, 이러한 절연은 센서가 압축기 또는 헤드부 상에서 접촉하는 부분에 밀봉재와 전기적 비활성재로 만들어진 접합부로 성취된다. 이를 위해서, 센서는 밸브로 이루어지고 헤드 부에 위치된 블레이드(blade)로 되어 있다.
밀봉접합부의 사용으로 센서를 구비한 밸브블레이드와 헤드부 및 실린더형 보어의 위치선정을 적합하게 조정하는 것이 필요하다.
제PI 0101976-7호에서, 다른 해결책은 흡입밸브와는 독립된 센서플레이트를 사용하는 반면에, 동일한 외부프로파일을 갖는 바, 이 플레이트의 전기절연은 엑폭시 또는 광택계, 혹은 전기저항성을 갖는 종류의 도장층 상에 적층되어 성취된다. 이 해결책의 주요한 단점은 센서플레이트의 영역 때문에 전반적인 센서위치에서 전기절연을 필요로 하는 현 위치에서 이탈될 가능성을 갖는 것이다.
본 발명의 목적은 압축기의 제조비용을 상승시키지 않고서 오작동을 일으키는 동안 액츄에이터를 헤드부와의 충돌을 방지하기 위해서 헤드부와 압축기 밸브에 근접하는 액츄에이터의 위치를 감지 및 제어할 수 있는 센서를 구비하는 것이다.
본 발명의 목적은 센서에 의해서 성취되는데, 특히 압축기에서 실린더형 보어 내에서 축방향으로 변위되는 액츄에이터의 위치감지를 위해 사용되는 센서로서, 센서는 실린더의 헤드부에 배치된 탐침과 전기적 단자를 구비하는 바, 탐침은 실린더형 보어 내부에 위치되며, 탐침과 전기적 단자는 액츄에이터와 탐침의 접촉에 의해서 서로 연관되되, 이 전기적 단자는 제어회로에 연결된다.
또한, 본 발명의 목적은 액츄에이터와 실린더형 보어 및 헤드부를 구비한 선형압축기로 성취되는데, 액츄에이터는 실린더형 보어 내부에서 축방향으로 변위되고, 이 선형압축기는 탐침과 전기적 단자로 이루어진 위치센서를 구비하는 바, 전기적 단자는 헤드부에 위치되고 탐침은 실린더형 보어 내에 위치되며, 탐침과 전기적 단자는 액츄에이터와 탐침의 접촉에 의해 서로 연관되되, 이 전기적 단자는 제어회로에 연결된다.
본 발명은 첨부도면으로 도시된 실시예를 참조로 하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선형압축기와 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1로 도시된 바와 같이 바람직한 실시예에서, 선형압축기는 실린더형 보어(3;bore) 내부에서 변위가능한 액츄에이터(2) 및 액츄에이터(2)의 변위경로의 끝에 위치되고 흡입밸브(17)와 배출밸브(17')를 구비한 헤드부(5)로 이루어져 있다.
위치센서는 실린더형 보어(3) 내부에 위치된 탐침(4) 및 제어회로(8)에 연결된 전기적 단자(7)로 이루어져 있다.
탐침(4)은 얇고 유연성을 갖으며 금속블레이드로 구성되되, 실린더형상, 괴상(塊狀), 중공형상이거나 다른 적당한 형태로 되어 있다. 탐침(4)은 제1단부(11)와, 접촉돌출부(10), 접촉영역부(9) 및, 제2단부(12)로 이루어진다. 제1단부(11)는 헤드부(5)와 실린더형 보어(3) 사이에서 고정되는 한편, 제2단부(12)는 끼워맞춤되지 않는다.
탐침(4)의 변형가능한 고정방법으로는, 탐침(4)이 액츄에이터(2)에 고정되지 않으며, 제1단부(11)는 액츄에이터(2)의 표면 상에서 고정되는 반면에 제2단부(12)는 고정되거나 끼워맞춤되어 있지 않는다.
접촉돌출부(10)는 탐침(4)의 동체에서 만곡되게 형성되어 있다. 접촉돌출부(10)는 제1단부(11)와 제2단부(12) 사이에 배치되어 전기적 단자(7)와 정렬된다.
접촉영역부(9)는 제2단부(12)에 배치되고 액츄에이터(2)가 접촉영역부(9)와 접촉하는 동안에 마찰을 줄이기 위해 실제적으로 만곡된 프로파일형상을 갖는다.
접촉돌출부(10)와 접촉영역부(9)는 서로 다른 평면 상에 배치된다. 접촉돌출부(10)는 상세도(A)로 도시된 바와 같이 헤드부(5)와 영구적으로 접촉되어 있기 때문에 헤드부(5)와의 간격을 두지 않는 반면에, 접촉영역부(9)는 도 1의 상세도(B)로 도시된 바와 같이 간격(h)을 갖는다.
전기적 단자(7)는 절연재(16)로 충진되고 압축기의 헤드부(5)에 배치된 절연천공부(15)내로 위치된다.
도 1의 상세도(A)에 따르면, 전기적 단자(7)는 실린더형 보어(3)의 내부면과 접하는 헤드부(5)의 표면에서 역행거리(d)만큼 이격되도록 절연천공부(15)에 장착된다. 이와 같이, 헤드부(5)에서 전기적 단자(7)의 위치가 전술된 방법으로 실시되는 바, 탐침(4)과 전기적 단자(7)가 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉으로 인하여 연관되기 때문에 전기적 단자(7)는 접촉돌출부(10)에 정렬될 것이다. 따라서, 접촉돌출부(10)와 접촉하는 전기적 단자(7)의 단부는 바람직하기로 편평하고 헤드부(5)의 표면과 평행하게 배치되되, 전기적 단자(7)의 단부와 만족할 만한 접촉을 성취하기 위해서 접촉돌출부(10)는 만곡되어 있다. 반면에, 전기적 단자(7)의 단부형상은 예견될 수 있는데, 예컨대 경사평편면 또는 탐침(4)의 경사와 일치하는 경사각을 갖는 둥근홈(chamfer)과 같이 다양하게 변형된 형상을 구비할 수 있다.
덧붙여서, 전기적 단자(7)는 도 1의 상세도(C)로 도시된 바와 같이 전원, 바람직하기로 직류전류로 된 전기회로로 형성된 제어회로(8) 및 전기적 단자(7)와 헤드부(5)와 직렬되게 연결된 저항기(22)에 연결된다. 이 회로의 가능한 변형으로, 전기적 단자(7)와 액츄에이터(2)와 직렬되게 전원(21)과 저항기(22)의 연관관계가 예지된다.
축방향으로 변위되는 액츄에이터(2)가 헤드부(5)로부터 결정거리에 도달하면, 다시 말하자면 액츄에이터(2)가 탐침(4)의 접촉영역부(9)와 접촉되는 제1제어점(6)은 이 제1제어점(6)에서 변위거리(H)만큼 떨어져 배치된 제2제어점(6')으로 변위된다.
접촉영역부(9)가 제2제어점(6')에 도달하면, 물리적으로 접촉돌출부(10)는 전기적 단자(7)와 접촉되어 제어회로(8)와 전기접촉된다. 이와 같이, 접촉영역부(9)와 액츄에이터(2)의 접촉이 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉와 실질적으로 동시에 일어난다.
즉, 액츄에이터(2)가 제1제어점(6)과 제2제어점(6')에 도달했다는 지표로 제어회로(8)에 형성된 상기 전기접촉은 논리값 "0"에서 논리값 "1"로 가면서 저항기(22)에 근접한 단자(도시되지 않음)에서 측정될 전압값을 발생시킨다. 이 변이값은 액츄에이터(2)의 경로를 교정하는 발송신호를 해석할 수 있는 전기회로를 추가로 구비한 제어회로(8)에서 읽혀져서, 헤드부(5)와의 충돌을 방지하는 바, 이로 인해서 헤드부(5)로 향하는 액츄에이터(2)의 최대변위가 제1제어점(6) 아래로 회귀하게 된다.
일단 액츄에이터(2)의 초과변위가 교정되면, 접촉영역부(9)는 다시 제1제어 점(6)과 같은 동일 높이로 위치된다. 이러한 목적을 위해서, 바람직하기로 탐침(4)은 제1제어점(6)에서 제2제어점(6')까지 접촉영역부(9)가 변위되는 동안 겪게 되는 탐침(4)의 변위진폭을 허용할 수 있는 탄성적 변형을 갖는 소재로 만들어진다. 위치변위가 중단되면, 접촉영역부(9)는 다시 말하자면 제1제어점(6)과 동일한 최초위치로 회귀해야할 필요성이 있다.
따라서, 독립적인 형상과 프로파일을 갖는 탐침(4)에 사용될 재료는 이력현상, 다시 말하자면 센서의 사용시간 동안에 기인하는 나머지 변형을 거의 허여하지 않는다.
본 발명의 장점은 압축기 부재의 공구대에서 절연되도록 센서플레이트를 도장할 필요성을 가지므로, 탐침(4)의 절연신뢰도를 높이고 액츄에이터(2)의 위치선정에 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 장점은 저비용이면서 시장에서 구매가능한 전기적 단자(7)를 사용한다는 점이다. 이러한 연유로 해서, 적용될 변형이 고가의 최종압축기조립체를 만들지 않는다.
전술된 바람직한 실시예에서, 첨부된 청구범위의 내용으로 한정된 본 발명의 범주 내에서 다른 변형이 가능하다.

Claims (30)

  1. 액츄에이터(2)가 실린더형 보어(3) 내부에서 축방향으로 변위가능하도록 되어 있으며, 특히 압축기에서 상기 액츄에이터(2)의 위치를 감지하도록 사용할 수 있는 센서에 있어서,
    탐침(4)과 전기적 단자(7)는 실린더의 헤드부(5)에 배치되되, 상기 탐침(4)은 상기 실린더형 보어(3) 내부에 위치되고, 상기 탐침(4)과 전기적 단자(7)는 액츄에이터(2)와 탐침(4)의 접촉에 의해서 서로 연관되어 있으며, 상기 전기적 단자(7)는 제어회로(8)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 탐침(4)은 헤드부(5)와 실린더형 보어(3) 사이에 고정된 제1선단(11)과 제2선단(12) 사이에 배치된 접촉돌출부(10)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제2선단(12)은 접촉영역부(9)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 접촉영역부(9)는 만곡된 프로파일형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 접촉돌출부(10)와 상기 접촉영역부(9)는 다른 평면 상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전기적 단자(7)는 압축기의 헤드부(5)에 배치된 절연천공부(15) 내로 위치되는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 전기적 단자(7)는 헤드부(5)로부터 역행거리(d)만큼 떨어져 위치되는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 탐침(4)과 전기적 단자(7)는 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)와 접촉되도록 연관되어 있는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉이 제어회로(8)와의 전기접촉을 형성하는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 접촉영역부(9)는 액츄에이터(2)로 접촉될 수 있는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉이 액츄에이터(2)와 접촉영역부(9)의 접촉과 동시에 발생되는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  12. 제 11항에 있어서, 동시에 일어나는 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉 및 액츄에이터(2)와 접촉영역부(9)의 접촉은 제1제어점(6)에서 발생하는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  13. 제 11항에 있어서, 동시에 일어나는 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉 및 액츄에이터(2)와 접촉영역부(9)의 접촉은 제2제어점(6')에서 발생하는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 제어회로(8)는 전기적 단자와 헤드부(5)와 직렬로 연결된 전원(21)과 저항기(22)를 구비한 전기회로로 이루어지고, 상기 전기회로는 접촉돌출부(10)가 전기적 단자(7)에 접촉될 때 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  15. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 제어회로(8)는 전기적 단자(7)와 액츄에이터(4)와 직렬로 연결된 전원(21)과 저항기(22)를 구비한 전기회로로 이루어지고, 상기 전기회로는 접촉돌출부(10)가 전기적 단자(7)에 접촉될 때 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 위치센서.
  16. 액츄에이터가 실린더형 보어(3) 내부에서 축방향으로 변위가능하도록 되어 있으며, 상기 액츄에이터(2)와 실린더형 보어(3) 및 헤드부(5)를 구비하는 선형압축기에 있어서,
    위치센서는 탐침(4)과 전기적 단자(7)를 구비하되, 상기 전기적 단자(7)는 헤드부(5)에 배치되며 상기 탐침(4)은 실린더형 보어(3) 내부에 위치되고, 상기 탐침(4)과 전기적 단자(7)는 액츄에이터(2)와 탐침(4)의 접촉에 의해서 서로 연관되어 있으며, 상기 전기적 단자(7)는 제어회로(8)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 탐침(4)은 헤드부(5)와 실린더형 보어(3) 사이에 고정된 제1선단(11)과 제2선단(12) 사이에 배치된 접촉돌출부(10)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 탐침(4)의 제2선단(12)은 접촉영역부(9)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 접촉영역부(9)는 만곡된 프로파일형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 접촉돌출부(10)와 접촉영역부(9)는 다른 평면 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 전기적 단자(7)는 헤드부(5)에 배치된 절연천공부(15) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 전기적 단자(7)는 헤드부(5)로부터 역행거리(d)만큼 떨어져 위치되는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 탐침(4)과 전기적 단자(7)는 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)와 접촉되도록 연관되어 있는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉이 제어회로(8)와의 전기접촉을 형성하는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 접촉영역부(9)는 액츄에이터(2)로 접촉될 수 있는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉이 액츄에이터(2)와 접촉영역부(9)의 접촉과 동시에 발생되는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  27. 제 26항에 있어서, 동시에 일어나는 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉 및 액츄에이터(2)와 접촉영역부(9)의 접촉은 제1제어점(6)에서 발생하는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  28. 제 26항에 있어서, 동시에 일어나는 상기 접촉돌출부(10)와 전기적 단자(7)의 접촉 및 액츄에이터(2)와 접촉영역부(9)의 접촉은 제2제어점(6')에서 발생하는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  29. 제 27항 또는 제 28항에 있어서, 상기 제어회로(8)는 전기적 단자(7)와 헤드부(5)와 직렬로 연결된 전원(21)과 저항기(22)를 구비한 전기회로로 이루어지고, 상기 전기회로는 접촉돌출부(10)가 전기적 단자(7)에 접촉될 때 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
  30. 제 27항 또는 제 28항에 있어서, 상기 제어회로는 전기적 단자(7)와 액츄에이터(2)와 직렬로 연결된 전원(21)과 저항기(22)를 구비한 전기회로로 이루어지고, 상기 전기회로는 접촉돌출부(10)가 전기적 단자(7)에 접촉될 때 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 선형압축기.
KR1020047014828A 2002-03-21 2002-12-13 위치센서 및 선형압축기 KR100891784B1 (ko)

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