KR101065851B1 - 선형전동기를 이용한 양방향 압축기 - Google Patents

선형전동기를 이용한 양방향 압축기 Download PDF

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Abstract

압축기가 개시된다. 본 발명에 따른 선형전동기를 이용한 양방향 압축기는 제1철심; 제1철심의 내부에 배치되는 제2철심; 제1철심 및 제2철심 사이에 배치되며 전원이 인가되는 코일; 제2철심을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되는 제1실린더 및 제2실린더; 제1실린더 및 제2실린더의 내부에 왕복 직선이동 가능하게 결합되며, 제1실린더 및 제2실린더와의 사이에 제1압력실 및 제2압력실을 형성하며, 왕복 직선이동에 연동하여, 제1압력실 및 제2압력실 중 어느 하나의 압력실 내의 유체를 압축하며 제1압력실 및 제2압력실 중 다른 하나의 압력실 내로 유체를 흡입하는 흡입구를 통해 유체를 흡입하도록 작동하는 제1피스톤 및 제2피스톤; 제2철심에 왕복 직선이동 가능하게 삽입되되, 양단부는 제1피스톤 및 제2피스톤과 각각 결합되는 샤프트; 및 제1피스톤 및 제2피스톤에 각각 결합되며, 제2철심을 사이에 두고 서로 반대방향에 배치되며, 제1철심의 내부에 동일한 자극이 제2철심과 각각 마주하도록 배치되는 제1자석 및 제2자석;을 구비한다.

Description

선형전동기를 이용한 양방향 압축기{Compressor using a linear motor}
본 발명은 선형전동기를 이용한 양방향 압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선형전동기를 이용하여 가동자의 직선이동방향에 무관하게 가동자가 직선이동하기만 하면 유체를 압축할 수 있도록 구성된 선형전동기를 이용한 양방향 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되고 있는 산업용 압축기로는 피스톤과 실린더로 구성되는 왕복동식이나 스크롤 방식의 회전형 전동기가 있다. 이러한 회전형 전동기에 있어서는, 직선 동력을 얻기 위해서, 모터의 출력축과 피스톤의 사이에 회전력을 직선운동으로 변환시키는 기계적인 부가장치, 예를 들어 크랭크 샤프트가 구비되어야만 하나, 이로 인해 회전형 전동기의 구조가 복잡해지고 제조 단가가 증가할 뿐만 아니라 유지보수시에도 비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한 작동시에 소음이 크게 발생하며 효율도 떨어지며 압축기의 부피 또한 증가한다는 문제도 있다. 물론 기계적인 부가장치로 인해 회전력을 직선력으로 전달하는 전달효율 역시 낮아지는 문제점도 있다.
한편 선형전동기를 적용한 압축기는 회전력을 직선운동으로 변환하는 기계적인 부가장치가 필요한 회전형 전동기와는 달리 직선운동을 직접 발생시키기 때문에 이러한 기계적인 부가장치를 필요로 하지 않아 그 구조가 단순해지나, 구조적으로 고정철심의 자력선 통로와 자석의 자력이 작용하는 자극 양단에 각각 입구단과 출구단이 존재하고 자석이 속해 있는 이동자 구동범위가 짧고 입력 에너지 선도와 출력 압력선도의 불일치로 인해 누설 자속과 에너지 왜형 및 손실이 발생하여 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한 고효율 및 고출력을 얻기 위해서는, 많은 양의 영구자석이 필요하여 제조비가 상승하는 한계가 있으며, 비록 영구자석을 증가시킨다 하더라도 이는 곧 전동기의 체적 증가를 가져오므로, 압축기에 적용하기 곤란하다는 문제점이 있다. 특히 대형 압축기에는 선형전동기를 적용하기 어려운 한계가 있다.
그리고 일부에서 압축기에 선형 전동기를 적용하는 사례가 있기는 하지만, 기존의 선형 전동기는 종자속형 전동기를 사용하고 있으며 단방향 구동형을 사용하고 있는 것이 일반적이다. 이러한 기존의 선형전동기를 이용한 압축기의 일례는 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 선형전동기를 이용한 압축기는 상하의 고정자(101)와 고정자의 일측에 결합되는 실린더(102)와 고정자와 바디커버에 결합되며 구동력을 발생시키는 전동기를 구성하는 외부 철심(103)과 소정의 간극을 두고 외부 철심(103)에 삽입되어 실린더(102)에 결합되는 내부 철심(104)과, 외부 철심(103)에 권선되는 코일(105)과, 외부 철심(103)과 내부 철심(104) 사이에 결합되어 전동기의 구동시 직선 운동하는 영구자석(106)과, 실린더(102) 내부의 압축공간에 삽입되는 피스톤(107)과, 영구자석(106)과 피스톤(107)을 연결하여 영구자석(106)의 직선 운동을 피스톤(107)에 전달시키는 연결부재(108)와, 내부에 이동공간을 갖도록 형성되어 고정자(101)의 일측에 결합되며 연결부재를 복개하는 바디커버(109)와, 연결부재(108)와 실린더(102) 사이 그리고 연결부재(108)와 바디커버(109) 사이에 각각 삽입되어 피스톤(107)의 움직임을 탄성적으로 지지함과 더불어 운동에너지를 저장하는 역할을 하는 내측 및 외측스프링(110, 111)을 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같이 구성된 압축기에 있어서, 전동기에 전류가 인가되어 코일(105)에 전류가 흐르게 되면, 코일에 흐르는 전류에 의해 외부 철심(103)과 내부 철심(104)에 흐르는 자속과 영구자석(106)에서 발생되는 자속의 상호 작용력에 의해 영구자석(106)이 왕복 직선이동하게 되며, 그 직선운동이 연결부재(108)를 통해 피스톤(107)에 전달되어, 피스톤(107)이 스프링(110,111)에 의해 탄성 지지되면서 실린더(102) 내부의 압축공간을 직선 왕복운동하게 된다.
그러나 상술한 선형 전동기를 이용한 압축기는 권선코일(105)에 흐르는 전류에 의해 외부 철심(103)과 내부 철심(104)에 인가되는 자속의 방향과 피스톤(107)의 이동방향이 같은 종자속력에 의해 단방향으로 구동되므로, 같은 용량의 압축기에서 이동자석 구동형 압축기에 비해 상대적으로 크기가 크고 효율이 낮다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 구조가 간단하면서도 높은 효율로 고출력을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 작동성도 우수한 선형전동기를 이용한 양방향 압축기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 선형전동기를 이용한 양방향 압축기는 제1철심; 상기 제1철심의 내부에 배치되는 제2철심; 상기 제1철심 및 제2철심 사이에 배치되며 전원이 인가되는 코일; 상기 제2철심을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되는 제1실린더 및 제2실린더; 상기 제1실린더 및 제2실린더의 내부에 왕복 직선이동 가능하게 결합되며, 상기 제1실린더 및 제2실린더와의 사이에 제1압력실 및 제2압력실을 형성하며, 상기 왕복 직선이동에 연동하여, 상기 제1압력실 및 제2압력실 중 어느 하나의 압력실 내의 유체를 압축하며 상기 제1압력실 및 제2압력실 중 다른 하나의 압력실 내로 유체를 흡입하는 상기 흡입구를 통해 유체를 흡입하도록 작동하는 제1피스톤 및 제2피스톤; 상기 제2철심에 왕복 직선이동 가능하게 삽입되되, 양단부는 상기 제1피스톤 및 제2피스톤과 각각 결합되는 샤프트; 및 상기 제1피스톤 및 제2피스톤에 각각 결합되며, 상기 제2철심을 사이에 두고 서로 반대방향에 배치되며, 상기 제1철심의 내부에 동일한 자극이 상기 제2철심과 각각 마주하도록 배치되는 제1자석 및 제2자석;을 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 선형전동기를 이용하여 양방향 압축기가 구현되므로, 회전형 전동기 및 동력전달장치를 이용한 종래의 압축기에 비해서 그 구조가 간단하며, 유지보수 비용도 줄일 수 있게 된다.
그리고 가동자가 왕복 직선이동할 때마다 유체가 압축되므로, 높은 효율로 고출력을 발생시킬 수 있게 된다.
또한 가공공차나 조립공차 등에 의해서 제1실린더 및 제2실린더의 중심축이 정렬되지 않아도, 정렬유닛에 의해 가동자가 원활하게 작동할 수 있게 된다. 따라서 압축기의 작동성이 매우 우수해지며 나아가 제조비도 절감된다.
도 1은 종래의 일례에 따른 종자속 선형 전동기를 이용한 단방향 압축기의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형전동기를 이용한 양방향 압축기의 개략적인 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 압축기의 작동과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 선형전동기의 좌측 부분의 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선형전동기를 이용한 양방향 압축기의 개략적인 단면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 압축기의 작동과정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 5는 도 2에 도시된 선형전동기의 좌측 부분의 확대도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 압축기(100)는 선형전동기를 이용하여 양방향으로 유체를 압축하도록 작동한다. 압축기(100)는 고정자와, 가동자와, 정렬유닛을 구비한다.
고정자는 움직이지 않고 고정된 부분으로서, 제1철심(10) 및 제2철심(20)과, 코일(30)과, 제1실린더(40) 및 제2실린더(50)를 구비한다.
제1철심(10)은 양단부가 개방된 중공의 실린더 형상으로 이루어진다. 제1철심(10)의 양단부에는 플렌지부가 형성되어 있다. 그리고 제2철심(20)은 실린더 형상으로 형성되며, 제1철심(10)의 내부, 특히 제1철심(10)의 가운데에 위치 고정된다.
코일(30)은 제2철심(20)의 외측면에 밀착되게 권선되어 형성되며, 이에 따라 제1철심(10) 및 제2철심(20) 사이에 배치된다. 코일(30)에는 전원이 인가되며, 이에 따라 코일 주위에는 자기장이 형성된다.
제1실린더(40) 및 제2실린더(50)는 제1철심(10)의 양측에 각각 배치된다. 특히 제1실린더(40) 및 제2실린더(50)는 제1철심(10)에 각각 직접 결합되지 않고, 한 쌍의 환형의 간격유지부재(49,59)를 매개로 하여 간접적으로 결합된다. 즉 제1실린더(40)의 플렌지부 및 제1철심(10)의 일측 플렌지부 사이 그리고 제2실린더(50)의 플렌지부 및 제1철심(10)의 타측 플렌지부 사이에는 각각 간격유지부재(49,59)가 결합된다. 각 간격유지부재(49,59)는 단열재로 이루어져서, 제1실린더(40) 및 제2실린더(50)로부터 제1철심(10)으로 열이 전달되는 것을 차단하는 역할을 한다.
제1실린더(40) 및 제2실린더(50)는 각각 양단부가 개방된 중공의 실린더 형상으로 형성된 실린더부(41,51)와, 실린더부의 일단부를 막도록 결합되는 밸브부착부(42,52)를 포함한다. 각 실린더부(41,51)의 내부는 제1철심(10)의 내부와 통하며, 특히 각 실린더부(41,51)의 내주면은 제1철심(10)의 내주면과 단차없이 매끄럽게 연결된다. 각 밸브부착부(42,52)와 후술하는 제1피스톤 및 제2피스톤 사이에는 제1압력실(C1) 및 제2압력실(C2)이 형성된다. 그리고 각 밸브부착부(42,52)에는 흡입구(421,521) 및 배출구(422,522)가 모두 관통하여 형성되어 있어서, 제1압력실(C1) 및 제2압력실(C2)은 밸브부착부의 흡입구(421,521) 및 배출구(422,522)를 통해서 외부와 통한다. 여기서 흡입구(421,521)는 유체가 흡입되는 통로이며, 배출구(422,522)는 제1압력실(C1) 또는 제2압력실(C2)에서 압축된 유체가 배출되는 통로이다.
또한 흡입구(421,521) 및 배출구(422,522)에는 각각 유체의 흐름을 제어하는 흡입구용 판체크밸브(4211,5211) 및 배출구용 판체크밸브(4221,5221)가 결합된다. 흡입구용 판체크밸브(4211,5211) 및 배출구용 판체크밸브(4221,5221)는 일방향 체크밸브로서, 밸브부착부(42,52)의 내측면 및 외측면에 각각 결합된다. 즉 흡입구용 판체크밸브(4211,5211)는 제1실린더(40) 또는 제2실린더(50)의 내부에 배치되며, 배출구용 판체크밸브(4221,5221)는 제1실린더(40) 또는 제2실린더(50)의 외부에 배치된다. 그리고 제1실린더(40) 및 제2실린더(50)의 밸브부착부(42,52)에는 각각 연결플레이트(43,53)가 결합된다. 각 연결플레이트(43,53)에는 흡입구(421,521) 및 배출구(422,522)와 연결되는 흡입연결구(431,531) 및 배출연결구(432,532)가 형성되어 있다.
가동자는 고정자에 대해 왕복 직선이동하는 부분으로서, 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)과, 샤프트(65)와, 제1자석(61) 및 제2자석(71)을 구비한다.
제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)은 제1실린더(40) 및 제2실린더(50)의 내부에 왕복 직선이동 가능하게 결합된다. 그리고 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)은 왕복 직선이동에 따른 위치에 연동하여 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 그 일부가 제1철심(10)의 내부에 배치된다. 제1피스톤(60)과 제1실린더의 밸브부착부(42) 사이 그리고 제2피스톤(70)과 제2실린더의 밸브부착부(52) 사이에는 각각 제1압력실(C1) 및 제2압력실(C2)이 형성된다. 또한 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)의 왕복 직선이동에 연동하여, 유체가 제1압력실(C1) 및 제2압력실(C2) 중 어느 하나의 압력실 내부로 흡입됨과 동시에 제1압력실(C1) 및 제2압력실(C2) 중 다른 하나의 압력실 내의 유체가 압축되어 배출되는데, 이러한 과정은 도 3 및 도 4를 참조하면서 후술하기로 한다. 그리고 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)은 후술하는 샤프트(65), 정렬유닛의 구성요소가 설치될 수 있도록 양측이 개방되며 내부에 공간이 형성된 중공의 실린더 형상으로 형성된다.
샤프트(65)는 수평방향으로 길게 형성되며, 단면이 원형으로 형성된다. 샤프트(65)는 제2철심(20)에 왕복 직선이동 가능하게 삽입된다. 특히 샤프트(65)는 제2철심(20)에 접촉하지 않고 마찰 없이 자유롭게 왕복운동한다. 그리고 샤프트(65)의 양단부는 각각 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)의 내부에까지 연장되어 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)에 결합된다. 따라서 샤프트(65), 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)은 한 몸체로서 왕복 직선이동한다.
제1자석(61) 및 제2자석(71)은 영구자석으로 구성되며, 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)에 각각 결합되되, 특히 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)에 직접 결합되지 않고 제1단열부재(62)와 제1이동철심(63) 및 제2단열부재(72)와 제2이동철심(73)를 매개로 하여 간접적으로 결합된다. 즉 제1피스톤(60)의 단부에는 각각 환형의 제1단열부재(62) 및 제1이동철심(63)이 결합되며, 제2피스톤(70)의 단부에는 각각 환형의 제2단열부재(72) 및 제2이동철심(73)이 결합되며, 제1이동철심(63) 및 제2이동철심(73)에는 각각 제1자석(61) 및 제2자석(71)이 결합된다. 그리고 제1자석(61) 및 제2자석(71)은 가동자의 직선이동에 무관하게 제1철심(10)의 내부에 배치되며, 제1자석(61) 및 제2자석(71) 사이에는 제2철심(20)이 배치된다. 제1자석(61) 및 제2자석(71)은 각각 환형으로 형성되며, 제1자석(61)과 제2자석(71)의 자극은 서로 반대방향으로 배치된다. 즉 제1자석(61)의 N극 및 제2자석(71)의 N극은 제2철심(20)과 마주하게 배치되며, 제1자석(61)의 S극 및 제2자석(71)의 S극은 각각 제1단열부재(62) 및 제2단열부재(72)와 접촉하게 배치된다. 한편 제1단열부재(62) 및 제2단열부재(72)는 단열재로 이루어지며, 제1피스톤(60)과 제1자석(61) 사이의 열전달 및 제2피스톤(70)과 제2자석(71) 사이의 열전달을 각각 차단한다. 제1단열부재(62) 및 제2단열부재(72)는 각각 샤프트(65)가 삽입되는 구멍이 중앙에 형성된 환형으로 형성된다.
정렬유닛은 샤프트(65)의 중심축을 상기 샤프트의 직선이동방향을 따라 정렬하기 위한 것이다. 정렬유닛은 한 쌍의 정렬부재(80)와, 한 쌍의 제1캡부재(90)와, 한 쌍의 제2캡부재(95)를 포함한다. 여기서 정렬부재(80), 제1캡부재(90) 및 제2캡부재(95)는 각각 한 쌍씩 구비되어 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)에 각각 결합되나, 제1피스톤(60)에 결합되는 구조 및 제2피스톤(70)에 결합되는 구조는 모두 동일하므로, 설명의 편의를 위해서 제1피스톤에 결합되는 구조만 설명하기로 한다.
정렬부재(80)는 샤프트(65)의 좌측 단부에 결합되는 것으로서, 상호 분리 가능하도록 물리적으로 분리된 제1정렬부(81) 및 제2정렬부(82)를 포함한다. 제1정렬부(81)는 샤프트(65)의 단부에 나사결합되며, 이에 따라 샤프트(65)의 단부를 막는다. 제1정렬부(81)의 단부, 즉 압력실(C1)을 향하는 단부에는 곡면 형상의 제1곡면부(811)가 형성된다. 제2정렬부(82)는 샤프트(65)의 단부에 삽입되도록 양측이 개방된 중공의 실린더 형상으로 형성된다. 제2정렬부(82)의 단부, 즉 제2철심을 향하는 단부에는 곡면 형상의 제2곡면부(821)가 형성된다. 제2곡면부(821)는 제1곡면부(811)와 동일한 중심을 가진다. 또한 제2정렬부(82)의 외주면에는 복수의 홈부가 오목하게 형성된다. 복수의 홈부는 샤프트(65)의 직선이동방향을 따라서 이격되게 배치된다. 또한 각 홈부에는 실링부재(85), 예를 들어 O-링이 삽입된다.
그리고 제2정렬부(82)의 외주면과 제1캡부재의 삽입공(902)의 내주면 사이에는 간격이 형성되며, 이러한 간격은 실링부재(85)에 의해 유지된다. 또한 간격은 샤프트(65)의 각운동을 보장한다. 즉 제1피스톤(60) 및 제2피스톤(70)이 완벽하게 정렬되지 않는 경우에, 실링부재(85)가 눌리면서 샤프트(65)는 각운동을 할 수 있다. 따라서 간격은 샤프트(65)의 설계상의 각운동량을 보장할 수 있을 정도로 적절하게 설정되어야 한다.
제1캡부재(90)는 제1피스톤(60)에 결합된다. 제1캡부재(90)에는 제1대향 곡면부(901)가 형성된다. 제1대향 곡면부(901)는 제1곡면부(811)와 동일한 곡률을 가지는 곡면 형상으로 형성되며, 제1대향 곡면부(901)와 제1곡면부(811)는 서로 접촉한다. 따라서 제1곡면부(811)는 제1대향 곡면부(901)와 접촉하면서 일정 정도 구름운동을 할 수 있다. 또한 제1캡부재(90)에는 삽입공(902)이 형성되어 있다. 삽입공(902)에는 정렬부재(80)가 삽입되되, 특히 제2정렬부(82)에 결합된 실링부재(85)는 삽입공(902)의 내측면과 접촉한다.
제2캡부재(95)는 제1캡부재(90)에 볼트 등의 방식으로 결합되어 고정된다. 제2캡부재(95)에는 샤프트(65)가 삽입되도록 구멍이 형성되어 있다. 또한 제2캡부재(95)에는 제2대향 곡면부(951)가 형성된다. 제2대향 곡면부(951)는 제2곡면부(821)와 동일한 곡률을 가지는 곡면 형상으로 형성되며, 제2대향 곡면부(951)와 제2곡면부(821)는 서로 접촉한다. 따라서 제2곡면부(951)는 제2대향 곡면부(951)와 접촉하면서 일정 정도 구름운동을 할 수 있다. 또한 제2캡부재(95)는 제1탄성부재(91)에 의해 제2철심(20)으로부터 멀어지는 방향으로 탄성바이어스된다. 제1탄성부재(91)는 제1피스톤(60), 제1단열부재(62)를 관통하여 삽입되어, 일단부 및 타단부가 각각 제1피스톤(60)의 내부 및 제1철심(10)의 내부에 배치된다. 압축코일스프링으로 구성되는데, 압축코일스프링의 일단부는 제2캡부재(95)에 접촉 지지되며 압축코일스프링의 타단부는 제2철심(20)에 접촉지지된다. 따라서 제1피스톤(60) 역시 제2캡부재(95)와 동일한 방향으로 탄성바이어스된다. 한편 동일한 방식으로, 제2피스톤(70) 역시 제2탄성부재(96)에 의해 탄성바이어스된다. 그리고 제1탄성부재(91) 및 제2탄성부재(96)는 가동자의 직선이동시 가동자의 운동에너지를 저장하며, 동시에 가동자가 반대방향으로 이동시 가동자의 탄력적인 작동을 가능하게 하는 역할을 한다.
한편 제1철심(10), 제2철심(20), 제1이동철심(63), 제2이동철심(73), 제1자석(61) 및 제2자석(71)을 제외한 나머지 구성요소는 제1자석(61) 및 제2자석(71)에서 발생되는 자속 누설을 방지하기 위해서 비자성체로 구성되는 것이 바람직하다. 그리고 제1이동철심(63) 및 제2이동철심(73)은 가동자의 위치에 무관하게 제1철심(10)의 내부에 배치되는 것이 바람직하며, 이를 위해서 제1철심(10)의 길이는 적절하게 설정된다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 압축기(100)의 작동과정을 설명하기로 한다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이 가동자가 중립위치에 배치된 상태에서 코일(30)에 전원이 인가되면, 제1철심(10)과 제2철심(20)에 흐르는 자속과 제1자석(61) 및 제2자석(71)에서 발생되는 자속이 상호 작용하게 되므로, 가동자가 좌측방향 또는 우측방향으로 직선이동하게 된다.
예를 들어 코일(30)에 전류를 인가하여 제2철심(20)의 좌측 및 우측에 각각 S극 및 N극의 자속이 발생되면, 제1자석(61)과 제2철심(20) 사이에는 인력이 발생되고 제2자석(71)과 제2철심(20) 사이에는 척력이 발생하게 되므로, 가동자는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 우측으로 직선이동하게 된다. 도 3에 기재된 Fa는 가동자를 구동하는 합력을 의미한다. 그리고 가동자가 우측으로 이동하게 되면, 제2압력실(C2) 내의 유체는 압축되어 제2실린더(50)의 배출구(522)를 통해 배출됨과 동시에 제1압력실(C1) 내로는 제1실린더(40)의 흡입구(421)를 통해서 유체가 흡입된다. 즉 제1실린더의 밸브부착부에 결합된 흡입구용 판체크밸브(4211) 및 배출구용 판체크밸브(4221)는 각각 제1실린더(40)의 흡입구(421) 및 배출구(422)를 개방 및 폐쇄하며, 제2실린더(50)의 밸브부착부(52)에 결합된 흡입구용 판체크밸브(5211) 및 배출구용 판체크밸브(5221)는 각각 제2실린더(50)의 흡입구(521) 및 배출구(522)를 폐쇄 및 개방한다. 따라서 유체를 배출함과 동시에 흡입시킬 수 있게 된다.
그리고 코일(30)에 인가되는 전류의 방향을 변경하면, 제2철심(20)의 좌측 및 우측에는 각각 N극 및 S극의 자속이 발생하게 된다. 이와 같이 자속이 발생하면, 제1자석(61)과 제2철심(20) 사이에는 척력이 발생되고 제2자석(71)과 제2철심(20) 사이에는 인력이 발생하게 되므로, 가동자는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 합력(Fb)에 의해 우측으로 직선이동하게 된다. 그리고 제1실린더의 밸브부착부(42)에 결합된 흡입구용 판체크밸브(4211) 및 배출구용 판체크밸브(4221) 그리고 제2실린더의 밸브부착부(52)에 결합된 흡입구용 판체크밸브(5211) 및 배출구용 판체크밸브(5221)는 이전과 반대로 각각 작동하게 되므로, 제1압력실(C1) 내의 유체는 압축되어 제1실린더의 배출구(422)를 통해서 배출됨과 동시에 제2압력실(C2) 내로는 제2실린더의 흡입구(521)를 통해서 유체가 흡입된다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서는 코일(30)에 인가되는 전류의 방향을 변경시켜 가동자를 왕복 직선이동시킬 수 있으며, 이에 따라 가동자의 왕복 직선이동시마다 유체를 압축할 수 있다. 따라서 높은 효율로 고출력을 발생시키는 압축기의 구현이 가능하다. 특히 회전형 전동기 및 동력전달장치를 이용한 종래의 압축기와는 달리 선형전동기를 이용하여 양방향 압축기가 구현되므로, 구조가 간단하며 유지보수 비용도 줄어든다.
또한 가공공차나 조립공차 등에 의해서 제1실린더(40) 및 제2실린더(50)의 중심축이 정렬되지 않더라도, 정렬부재의 제1곡면부(81) 및 제2곡면부(82)가 제1캡부재(90)의 제1대향 곡면부(901) 및 제2캡부재(95)의 제2대향 곡면부(951)와 구름 접촉하면서 일정 정도 각운동을 하도록 구성되어 있으므로, 가동자가 원활하게 왕복 직선이동할 수 있게 된다. 즉 가동자의 이동시 마찰이 크게 발생하지 않고 진동 및 소음이 유발되지 않게 된다. 따라서 압축기의 작동성이 매우 우수해지며 나아가 제조비도 절감되는 효과도 있다. 또한 실링부재(85)에 의해 각종 진동이나 충격도 흡수된다.
그리고 제1단열부재(62), 제2단열부재(72) 및 간격유지부재(49,59)가 단열재로 구성되어 있으므로, 선형전동기쪽으로 열이 전달되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
예를 들어 본 실시예에서는 제1정렬부 및 제2정렬부가 상호 분리 가능하게 구성되어 있으나, 제1정렬부 및 제2정렬부는 한 몸체로 형성되도록 구성할 수도 있다.
10...제1철심 20...제2철심
30...코일 40...제1실린더
41,51...실린더부 42,52...밸브부착부
43,53...연결플레이트 49,59...간격유지부재
50...제2실린더 60...제1피스톤
61...제1자석 62...제1단열부재
63...제1이동철심 65...샤프트
70...제2피스톤 71...제2자석
72...제2단열부재 73...제2이동철심
80...정렬부재 81...제1정렬부
82...제2정렬부 85...실링부재
90...제1캡부재 91...제1탄성부재
95...제2캡부재 96...제2탄성부재
100...압축기 421,521...흡입구
422,522...배출구 431,531...흡입연결구
432,532...배출연결구 811...제1곡면부
821...제2곡면부 901...제1대향 곡면부
902...삽입공 951...제2대향 곡면부
4211,5211...흡입구용 판체크밸브 4221,5221...배출구용 판체크밸브

Claims (10)

  1. 제1철심;
    상기 제1철심의 내부에 배치되는 제2철심;
    상기 제1철심 및 제2철심 사이에 배치되며 전원이 인가되는 코일;
    상기 제2철심을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되는 제1실린더 및 제2실린더;
    상기 제1실린더 및 제2실린더의 내부에 왕복 직선이동 가능하게 결합되며, 상기 제1실린더 및 제2실린더와의 사이에 제1압력실 및 제2압력실을 형성하며, 상기 왕복 직선이동에 연동하여, 상기 제1압력실 및 제2압력실 중 어느 하나의 압력실 내의 유체를 압축하며 상기 제1압력실 및 제2압력실 중 다른 하나의 압력실 내로 유체를 흡입하도록 작동하는 제1피스톤 및 제2피스톤;
    상기 제2철심에 왕복 직선이동 가능하게 삽입되되, 양단부는 상기 제1피스톤 및 제2피스톤과 각각 결합되는 샤프트; 및
    상기 제1피스톤 및 제2피스톤에 각각 결합되며, 상기 제2철심을 사이에 두고 서로 반대방향에 배치되며, 상기 제1철심의 내부에 동일한 자극이 상기 제2철심과 각각 마주하도록 배치되는 제1자석 및 제2자석;를 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1실린더 및 제2실린더에는 각각 유체가 흡입되는 흡입구 및 압축된 유체가 배출되는 배출구가 형성되며,
    상기 흡입구 및 배출구에는 각각 상기 흡입구 및 배출구를 각각 개폐하는 흡입구용 판체크밸브 및 배출구용 판체크밸브가 결합되며,
    상기 제1실린더에 결합되는 흡입구용 판체크밸브 및 배출구용 판체크밸브는 각각 상기 제1실린더의 내측면 및 외측면에 각각 결합되며,
    상기 제2실린더에 결합되는 흡입구용 판체크밸브 및 배출구용 판체크밸브는 각각 상기 제2실린더의 내측면 및 외측면에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 샤프트의 중심축을 상기 샤프트의 직선이동방향을 따라 정렬하기 위한 정렬유닛을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 정렬유닛은,
    상기 샤프트의 양단부에 각각 결합되며, 각각의 양단부에 곡면 형상으로 형성되되 동일한 중심을 가지는 제1곡면부 및 제2곡면부를 포함하는 한 쌍의 정렬부재;
    상기 제1곡면부와 동일한 곡률을 가지는 곡면 형상의 제1대향 곡면부가 형성되며, 상기 제1대향 곡면부가 상기 제1곡면부와 접촉하도록 상기 제1피스톤 및 제2피스톤에 각각 결합되는 한 쌍의 제1캡부재; 및
    상기 제2곡면부와 동일한 곡률을 가지는 곡면 형상의 제2대향 곡면부가 형성되며, 상기 제2대향 곡면부가 상기 제2곡면부와 접촉하도록 상기 각 제1캡부재에 결합되는 한 쌍의 제2캡부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 각 정렬부재는 실린더 형상의 외주면 및 상기 외주면에 대해 오목한 홈부를 포함하며,
    상기 제1캡부재 및 제2캡부재 중 어느 하나의 캡부재에는 상기 정렬부재의 실린더 형상의 외주면이 삽입되는 삽입공이 형성되며,
    상기 각 정렬부재의 홈부에 삽입되며 상기 삽입공의 내측면과 접촉하는 실링부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 삽입공의 내측면과 상기 정렬부재의 실린더 형상의 외주면 사이에는 간격이 형성되되, 상기 간격은 상기 실링부재에 의해 유지되며,
    상기 샤프트는 상기 간격에 대응되는 양만큼 각운동이 가능한 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 각 정렬부재는,
    상기 제1곡면부가 상기 제1압력실 및 제2압력실 중 상기 제1곡면부가 설치되는 압력실을 향하는 단부에 형성되며 상기 샤프트에 고정되는 제1정렬부와,
    상기 샤프트에 삽입되도록 실린더 형상으로 이루어지며 상기 제2곡면부가 상기 제2철심을 향하는 단부에 형성되며 상기 제1정렬부와 분리 가능한 제2정렬부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1실린더 및 제1철심 사이에는 상기 제1실린더 및 제1철심이 서로 단열되도록 단열재로 이루어지는 간격유지부재가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1피스톤 및 제1자석 사이에 결합되며, 상기 제1피스톤 및 제1자석이 서로 단열되도록 단열재로 이루어지는 제1단열부재 및 상기 제2피스톤 및 제2자석 사이에 결합되며, 상기 제2피스톤 및 제2자석이 서로 단열되도록 단열재로 이루어지는 제2단열부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1피스톤 및 제2피스톤을 각각 상기 제2철심으로부터 멀어지는 방향으로 탄성바이어스하는 제1탄성부재 및 제2탄성부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 선형전동기를 이용한 양방향 압축기.
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