KR100922833B1 - 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기 - Google Patents

Abstract

외피를 포함하고, 그 외피 내에 모터와 실린더(1)로 구성된 기준 조립체(reference assembly), 실린더(1) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(2)과 피스톤(2)을 모터에 작동 가능하게 결합하는 구동수단(3)으로 구성된 공진 조립체(resonant assembly), 및 공진 조립체와 기준 조립체에 장착되고 피스톤(2)의 변위 방향에서 축선방향으로 탄성적으로 변형되는 2 개의 스프링 수단(10)이 장착된, 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기에 있어서, 상기 압축기가 하나의 스프링 수단(10)의 단부를 다른 하나의 스프링 수단(10)의 단부에 결합하는 장착부재(40)와, 피스톤(2)과 장착부재(40)에 장착된 결합부재(50)를 포함하고, 상기 장착부재(40)는 피스톤(2)과 함께 축선방향으로 변위되고 피스톤(2)의 변위 방향에 횡방향으로 자유롭게 변위되며, 상기 결합부재(50)는 피스톤(2)과 장착부재(40) 사이로 축선방향 힘을 전달하고 피스톤(2)에 대한 반경방향 힘의 적용을 최소화하도록 구성된다.

피스톤, 장착부재, 결합부재, 스프링 수단

Description

선형 모터로 구동되는 왕복 압축기{Reciprocating compressor driven by a linear motor}

본 발명은 일반적으로 냉장 시스템에 적용되고 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 구비하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 피스톤 및 피스톤에 결합되는 공진 시스템(resonant system) 사이의 결합체에 관한 것이다.

선형 모터로 구동되는 왕복 압축기에서, 가스 흡입 및 가스 압축 작용은 실린더 헤드에 의해 폐쇄되고 밀폐 외피 내에 장착되는 실린더 내의 각 피스톤의 축선방향의 왕복운동에 의해 행해진다. 실린더 헤드 내에는 실린더에 대하여 가스의 흡입 및 배출을 제어하는 흡입밸브 및 배출밸브가 배치되어 있다. 피스톤은 구동수단에 의해 구동되고, 이 구동수단은 압축기의 외피에 고정된 선형 모터에 작동 가능하게 결합된 자기(磁氣) 요소를 지지한다.

일부 공지의 구조에서, 각 피스톤 구동수단 조립체는, 압축기의 밀폐 외피에 고정된 공진 스프링에 연결되어, 피스톤을 축방향으로 변위시키는 안내부로서 동작하고, 조립체 전체가 소정의 주파수로 공진하도록 작동시키고, 동작시에 선형 모터가 충분한 치수로 연속하여 에너지를 압축기에 공급할 수 있도록 한다.

공지의 구조에서는 2 개의 나선 스프링이 구동수단에 대하여 압축되어 구동수단의 양측면에 장착되어 있다. 피스톤은 구동수단 및 자기 요소와 함께 압축기의 공진 조립체를 형성하고, 이 공진 조립체는 선형 모터에 의해 구동되고, 왕복직선운동을 발생하는 기능을 가지고, 실린더 내의 피스톤의 운동에 의해 흡입밸브를 통하여 도입된 가스를 배출밸브를 통해 고압측에 배출시키는 것이 가능하게 될 때까지 상기 가스에 압축작용이 가해진다.

압축된 나선 스프링은 피스톤과의 접촉영역을 형성하는 최후의 코일의 형상에 관계없이 최후의 코일이 피스톤과의 접촉을 개시하는 영역 내에 압축력이 집중된 상태에서 접촉력을 소정의 원주방향 접촉 연장부를 따라 불균일하게 분배한다.

공지의 해결책(US 5,525,845호)에서, 나선 스프링과 피스톤 사이의 결합부는 얇은 원통형 로드를 사용하는 것에 의해 구현된다. 이 로드는 스프링의 횡방향 운동을 흡수하기에 충분한 횡방향 가요성을 가지지만, 피스톤에 축선방향 힘을 전달하기 위해 축선방향으로는 강성을 가진다.

다른 공지의 구성에서, 나선 스프링은 피스톤에 연결된 디스크에 착좌되어 있고, 이것에 의해 모든 힘을 피스톤에 가하도록 되어 있다. 그러나, 나선 스프링은 축선방향 힘뿐만 아니라 반경방향 힘도 발생시키기 때문에, 축선방향 힘 자체는 스프링의 대칭축선에 동심이 아니다. 이와 같은 스프링의 결함에 의해 피스톤이 마찰을 발생하고, 에너지를 더 많이 소모하고, 이것에 의해 선형 압축기의 성능이 손상된다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 상대운동을 행하는 최소한의 구성요소를 구비하고, 피스톤에 대한 횡방향의 힘, 작동수단에의 압축력의 집중의 영향, 및 그 결과 발생하는 작동수단과 피스톤의 양방에의 운동량을 최소한으로 억제하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적 및 기타 목적은 선형 모터로 구동되고, 밀폐 외피를 포함하며, 그 외피 내에 모터와 실린더로 구성된 기준 조립체, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤과 이 피스톤을 모터에 작동 가능하게 결합하는 구동수단으로 구성된 공진 조립체, 및 공진 조립체와 기준 조립체에 장착되고 피스톤의 변위 방향에서 축선방향으로 탄성적으로 변형되는 2 개의 스프링 수단이 장착되어 있고, 상기 하나의 스프링 수단의 단부를 다른 하나의 스프링 수단의 단부에 결합하는 장착부재와, 피스톤에 장착된 단부와 장착부재에 장착된 반대측 단부를 가지는 결합부재를 포함하고, 상기 장착부재는 그에 결합된 2 개의 스프링 수단의 단부를 구비하고 피스톤과 함께 축선방향으로 변위되고 피스톤의 변위 방향에 횡방향으로 자유롭게 변위되며, 상기 결합부재는 피스톤과 장착부재 사이로 축선방향 힘을 전달하고 피스톤에 대한 반경방향 힘의 적용을 최소화 하도록 구성된, 왕복 압축기에 의해 달성된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래기술에 의해 구성된, 나선 스프링이 구동수단의 디스크 부재를 압축하고, 구동수단이 왕복하는 선형 모터에 피스톤을 결합하고 있는 것을 나타내는, 선형 모터로 구동되는 타입의 밀폐형 압축기를 도시한 개략 종방향 직경방향의 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 것과 같은 밀폐형 압축기의 개략적인 종단면도로서, 본 발명의 구성에 의해 얻어진 피스톤과 스프링 수단 사이의 결합체를 도시한 것이다.

도 3은 도 1에 도시된 것과 같은 밀폐형 압축기의 개략적인 종단면도로서, 본 발명의 다른 구성에 의해 얻어진 피스톤과 스프링 수단 사이의 결합체를 도시한 것이다.

본 발명은 냉장 시스템에 사용되는 타입의 선형 모터로 구동되고, 내부에 모터 압축기가 장착되는 밀폐 외피를 구비하는 왕복 압축기에 관련하여 설명한다. 상기 모터 압축기는 상기 외피의 내부에 고정되고, 선형 모터와 실린더(1)로 형성된 기준 조립체(reference assembly), 및 실린더(1) 내에서 왕복운동하는 피스톤(2) 및 실린더(1)의 외부에 있음과 동시에 선형 모터가 작동하면 축방향으로 이동하는 자석(4)을 구비하는 구동수단(3)으로 형성되는 공진 조립체(resonant assembly)을 포함하고, 상기 구동수단(3)은 피스톤(2)을 선형 모터에 작동 가능하게 결합시키고, 상기 피스톤(2)은 도시된 바와 같이 피스톤 상부 부분과 관형 몸체 부분을 제공한다.

도 1에 도시된 구성에서, 구동수단은 환상(環狀) 디스크(5)를 구비하고, 환상 디스크(5)에 대하여 피스톤(2)이 결합되고, 피스톤(2)은 이 피스톤(2)의 하부 부분을 끼워 맞춰 고정하기 위한 하부 목부분(6)을 중앙에 형성한다. 피스톤(2)의 하부 환상 플랜지(2a)는 이 끼워 맞춰진 위치에서 환상 디스크(5)의 평평한 상면에 착좌된다.

첨부된 도면에 도시된 압축기는 2 개의 스프링 수단(10)도 구비하고 있고, 이 스프링 수단(10)은 일정한 압축을 받아서 공진 조립체와 기준 조립체에 장착되고, 피스톤(2)의 변위 방향으로 탄성적 및 축선방향으로 변형된다.

도 1에서, 각 스프링 수단(10)은 일단부가 구동수단(3)의 환상 디스크(5)에 장착되고, 타단부가 각각 공진 조립체와 기준 조립체 중 하나에 장착된 나선 스프링의 형상을 가지고 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 실린더(1)는 일단이 밸브판(7)에 의해 폐쇄되어 있고, 밸브판(7)에는 피스톤(2)의 상부와 밸브판(7) 사이에 형성된 압축실(20)과 실린더 헤드(30)의 각 내측 부분 사이의 선택적 유체연통을 가능하게 하는 흡입밸브(8) 및 배출밸브(9)가 제공되어 있고, 실린더 헤드(30)의 내측 부분은 각각 압축기가 결합되는 냉장 시스템의 고압측 및 저압측과 유체 연통하도록 유지되어 있다.

본 구성에서, 피스톤(2)의 작동 중, 각 스프링 수단(10)이 구동수단(3)에 접촉하여 착좌하는 영역에 반작용의 압축력이 가해지고, 그 결과 피스톤(2)에 전달되는 운동량이 발생하고, 피스톤(2)의 오정렬이 발생하여 시간이 경과함에 따라 상기 피스톤을 마모시키게 된다.

본 발명에 따르면, 2 개의 스프링 수단(10)은 상호 장착부재(40)에 의해 결합되고, 장착부재(40)에 각각 2 개의 스프링 수단(10)의 인접한 단부가 고정되고, 상기 장착부재(40)는 피스톤(2)와 함께 그리고 2 개의 스프링 수단(10)의 인접한 단부와 함께 축선방향으로 변위되고, 예를 들면 어떤 한정된 연장부에 의해, 그것에 결합된 2 개의 스프링 수단(10)의 단부와 함께 피스톤(2)의 변위방향에 대하여 횡방향의 평면 내에서 자유롭게 변위된다.

장착부재(40)는 2 개의 스프링 수단(10) 중 하나의 스프링 수단(10)의 인접한 단부와 결합하는 제 1 환상 부분(41)과, 상기 2 개의 스프링 수단(10) 중 다른 하나의 스프링 수단(10)의 인접한 단부와 결합하는 제 2 환상 부분(42)을 제공하고, 상기 제 1 및 제 2 환상 부분(41, 42)은 축선방향으로 간격을 두고 서로 고정되고, 공진 조립체의 축선방향의 반대측에 배치되어 있고, 공진 조립체의 일부는 상기 제 1 환상 부분(41)을 통하여 배치된다.

장착부재(40)는 결합부재(50)에 의해 피스톤(2)에 결합되고, 결합부재(50)는 일단이 상기 피스톤(2)에 장착되고, 반대측 단부가 장착부재(40)에 장착되어 있다. 결합부재(50)는 피스톤과 장착부재의 사이에서 축선방향의 힘을 예를 들면 완전히 전달하고, 예를 들면 장착부재(40)가 횡방향으로 변위할 때 피스톤에 직경방향의 힘이 가해지는 것을 최소한으로 억제하도록 구성되어 있다.

도시된 실시예에서, 제 1 환상 부분(41)은 스프링 수단의 단부 코일을 수용하여 고정하기 위한 환상 하우징을 형성하고, 제 2 환상 부분(42)은 타방의 스프링 수단(10)의 인접하는 단부를 위하여 환상 하우징을 형성하는, 실린더(1)를 향한 면의 반대측 면으로부터 높아진 환상 외주 가장자리(43)를 제공한다.

본 발명에 따르면, 장착부재(40)의 제 1 및 제 2 환상 부분(41, 42) 사이의 고정은 예를 들면 2 쌍의 강성 핀 등의 강성부재(44)에 의해 얻어지고, 이 핀은 예를 들면 구동수단(3)의 환상 디스크 내에 형성된 관통공(5a)에 의해 구동수단(3)을 통하여 직경방향의 간극을 두고 서로 소정의 각도만큼 간격을 두고 장착된다.

도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 제 2 환상 부분(42)은 외면으로부터 피스톤(2)의 축선에 동축으로 결합부재(50)를 결합하는 디스크를 구비한다. 결합부재(50)는 도면에 도시한 실시예에서는 길이가 길고, 가요성인 로드의 형상이고, 도 2의 구성에서는 로드의 단부가 각각 피스톤(2) 및 장착부재(40)의 제 2 환상 부분(42)에 고정되고, 도 3의 구성에서는 로드의 단부는 관절식으로 되어 있고, 예를 들면 볼조인트를 통하여 피스톤(2) 및 장착요소(40)의 제 2 환상 부분(42)에 의해 형성된 부분에 연결되어 있다.

본 발명에 따르면, 결합부재(50)는 피스톤(2)의 본체 내에 배치되고, 내측 단부는 상기 피스톤(2)의 상부에 결합되고, 외측 단부는 구동수단의 평면으로부터 약간 돌출하도록 되어 있고, 피스톤(2)에 상대적 유연성을 제공하기 충분한 소정의 연장부를 상기 결합부재(50)에 형성하고 있다.

Claims (12)

1. 외피를 포함하고, 그 외피 내에 모터와 실린더(1)로 구성된 기준 조립체(reference assembly), 상기 실린더(1) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(2)과 상기 피스톤(2)을 모터에 작동 가능하게 결합하는 구동수단(3)으로 구성된 공진 조립체(resonant assembly), 및 상기 공진 조립체와 기준 조립체에 장착되고 상기 피스톤(2)의 변위 방향에서 축선방향으로 탄성적으로 변형되는 2 개의 스프링 수단(10)이 포함되는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기로서, 상기 압축기가 하나의 스프링 수단(10)의 단부를 다른 하나의 스프링 수단(10)의 단부에 결합하는 장착부재(40)와, 상기 피스톤(2)에 장착된 단부와 상기 장착부재(40)에 장착된 반대측 단부를 가지는 결합부재(50)를 포함하고, 상기 장착부재(40)는 그에 결합된 상기 2 개의 스프링 수단(10)의 단부를 지지하고, 상기 피스톤(2)과 함께 축선방향으로 변위가 가능하고, 상기 피스톤(2)의 변위 방향에 대해 횡방향으로 자유롭게 변위가 가능하고, 상기 결합부재(50)는 상기 피스톤(2)과 장착부재(40) 사이에서 축선방향 힘을 전달하고, 상기 피스톤(2)에 대한 반경방향 힘의 적용을 최소화 하도록 구성되는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기에 있어서,

   상기 장착부재(40)는 상기 2 개의 스프링 수단(10) 중 하나의 인접 단부를 결합하는 제 1 환상 부분(41)과, 다른 하나의 스프링 수단(10)의 인접 단부를 결합하는 제 2 환상 부분(42)을 포함하고, 상기 제 1 환상 부분(41)과 제 2 환상 부분(42)은 상기 공진 조립체의 축선방향의 반대측에 배치되고, 상기 구동수단(3)을 관통하여 반경방향 간격을 두고 장착되어 있는 강성 부재(43)에 의해 축선방향으로 간격을 두고 서로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 결합부재(50)가 길고 비교적 가요성의 로드 형상인 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 결합부재(50)는 그 단부가 상기 장착부재(40)와 피스톤(2)에 각각 고정되는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합부재(50)는 그 단부가 장착부재(40) 및 피스톤(2)에 관절식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 결합부재(50)는 상기 피스톤(2)과 장착부재(40)에 의해 형성된 부분에 볼 조인트를 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 공진 조립체의 일부는 상기 제 2 환상 부분(42)을 통하여 배치되는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 결합부재(50)는 상기 장착부재(40)의 제 2 환상 부분(42)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
8. 제 7 항에 있어서, 피스톤(2)은 상부 부분과 관형 부분을 제공하고, 상기 결합부재(50)는 그 연장부의 일부가 피스톤의 본체 부분 내에 배치되고, 일단이 피스톤(2)의 상부부분에 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 강성부재(43)는 상호 소정 각도로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 구동수단(3)은 환상 디스크(5)를 지지하고, 환상 디스크(5)에 상기 피스톤(2)이 결합되는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 환상 부분(42)은 외면으로부터 상기 피스톤(2)의 축선에 동축으로 상기 결합부재(50)를 결합하는 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 환상 부분(42)은 상기 스프링 수단(10)의 인접한 단부를 위한 하우징을 형성하는, 하부면으로부터 높아지는 환상 외주 가장자리부를 제공하는 것을 특징으로 하는 선형 모터로 구동되는 왕복 압축기.

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