KR101316284B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 특히 전원 공급장치 및 코일부를 개선하여 인버터 스위치의 수를 줄이고, 이를 통해 비용도 절감되고 제어도 쉬운 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

본 발명인 왕복동식 압축기는 피스톤, 실린더, 실린더에 구비되어 피스톤을 왕복운동하게 하는 코일부, 코일부에 전원을 공급하는 전원 공급장치를 포함하는 왕복동식 압축기로서, 전원공급장치는 교류 전원공급부로부터 공급된 교류전압을 정류하는 정류부와, 정류된 전압의 크기를 안정시키는 직류 링크부로 구성되고, 코일부는 직류 링크부에 각각 병렬로 연결되는 제1 및 제2코일 경로로 이루어지되, 제1코일 경로는 직렬로 연결된 제1스위치 및 제1코일로 구성되고, 제2코일 경로는 제1코일의 반경 방향으로 제1코일의 외측에 형성되는 제2코일와, 제2코일에 직렬로 연결된 제2스위치로 구성된다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 왕복동식 압축기에 관한 것으로서, 특히 전원 공급장치 및 코일부를 개선하여 인버터 스위치의 수를 줄이고, 이를 통해 비용도 절감되고 제어도 쉬운 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.

이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스 가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scrool compressor)로 나뉘어진다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 왕복동식 압축기가 많이 개발되고 있다.

도 1은 왕복동식 압축기에 적용된 종래의 전원공급장치를 도시한 도면이다. 가정용 또는 산업용 교류전원(미도시)를 정류하여 직류로 바꾼 직류 전원공급부(22)가 있고, 별도의 제어부(미도시)가 인버터 스위치부(S1부터 S4까지)를 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 제어하여 리니어 모터에 교류전원(Vm)을 공급한다. 직류 전원공급부(22)는 교류전원을 정류하는 정류부, 직류 링크부가 있으나, 일반적인 사항이므로 그 도시 및 설명이 생략된다. 정류부(미도시)와 직류 링크부(미도시)를 거친 직류 전원이 제어부에 의한 인버터 스위치부(S1부터 S4까지)의 온/오프를 통해 적절한 크기 및 주파수를 갖는 교류전원(Vm)으로 변하고, 이 교류전(Vm)이 리니어 모터(정확하게는 리니어 모터의 코일)에 인가된다.

이러한 종래의 전원공급장치는 리니어 모터로의 교류전원을 인가하기 위해, 인버터 스위치 4개가 적용되어야 하므로, 4개의 인버터 스위치에 대한 온/오프 제어 및 회로 구성이 상당히 복잡할 뿐만 아니라, 인버터 스위치 자체의 반응 시간이 상이하게 되어, 원하는 교류전원이 리니어 모터에 인가되지 않을 수 있다. 또한, 다수의 인버터 스위치의 적용에 따라, 제조 비용도 상승하게 되는 문제가 있다.

이에 따라, 본 발명은 인버터 스위치부의 스위치 갯수를 줄인 전원공급장치 및 권선 및 회로에 연결되는 방식이 개선된 코일부를 포함하는 왕복동식 압축기 및 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 필요한 인버터 스위치의 갯수를 줄이더라도, 원하는 교류전원을 리니어 모터에 공급하는 왕복동식 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 인버터 스위치부의 제어가 간단하여지고, 회로 구성이 단순하도록 하는 왕복동식 압축기 및 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명인 왕복동식 압축기는 피스톤, 실린더, 실린더에 구비되어 피스톤을 왕복운동하게 하는 코일부, 코일부에 전원을 공급하는 전원 공급장치를 포함하는 왕복동식 압축기로서, 전원공급장치는 교류 전원공급부로부터 공급된 교류전압을 정류하는 정류부를 구비하고, 코일부는 전원공급장치에 각각 병렬로 연결되는 제1 및 제2코일 경로로 이루어지되, 제1코일 경로는 제1코일과, 제1코일로의 전원 인가를 수행하는 제1스위치 및 제1코일로 구성되고, 제2코일 경로는 제1코일의 반경 방향으로 제1코일의 외측에 형성되는 제2코일와, 제2코일로의 전원 인가를 수행하는 제2스위치로 구성된다.

또한, 제1코일과 제2코일은 권선 방향이 서로 반대 방향인 것이 바람직하다.

또한, 제1코일과 제2코일은 서로 연결되며, 제1코일과 제2코일의 연결점은 접지된 것이 바람직하다.

또한, 제1코일 및 제2코일은 각각 제1캐패시터 및 제2캐패시터와 병렬로 연결된 것이 바람직하다.

또한, 제1스위치와 제2스위치는 교번하여 온 또는 오프되는 것이 바람직하다.

또한, 제1스위치와 제2스위치 중의 적어도 하나는 오프 상태인 것이 바람직하다.

또한, 전원공급장치는 정류된 전압의 크기를 안정시키는 직류 링크부를 구비하고, 직류 링크부가 코일부에 연결된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명인 리니어 모터는 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 이너 스테이터와, 이너 스테이터 외측에 일정 간격을 두고 위치되어 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 아웃터 스테이터와, 이너 스테이터 또는 아웃터 스테이터 사이에 전자기력을 발생시키도록, 제1코일과, 제1코일과 연결되되 제1코일의 반경 방향으로 제1코일의 외측에 형성되는 제2코일이 권선된 코일 권선체와, 이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에 위치되어 코일 권선체의 전자기력과 상호 작용하는 영구자석을 구비한다.

이에 따라, 본 발명에서는 인버터 스위치부의 스위치 갯수를 줄인 전원공급 장치를 구비하여 가격이 저렴하고 제어가 쉬운 왕복동식 압축기 및 리니어 모터를 제공하는 효과가 있다.

이에 따라, 본 발명은 필요한 인버터 스위치의 갯수를 줄이더라도, 원하는 교류전원을 리니어 모터에 공급하여, 왕복동식 압축기가 구동되도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인버터 스위치부의 제어가 간단하여지고, 회로 구성이 단순하도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인버터 스위치의 온/오프 시에 발생하는 역기전력(back EMF)에 의해 생성되는 상호 인덕턴스를 상쇄시킴으로써, 안정적인 동작이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

이하에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명된다.

도 2는 본 발명에 따른 전원공급장치가 적용될 왕복동식 압축기의 단면도이다.

도 2의 왕복동식 압축기는 밀폐용기(2) 일측에 냉매가 유,출입되는 유입관(2a) 및 유출관(2b)이 설치되고, 밀폐용기(2) 내측에 실린더(4)가 고정되도록 설치되며, 실린더(4) 내부의 압축공간(P)으로 흡입된 냉매를 압축시킬 수 있도록 실 린더(4) 내부에 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되는 동시에 피스톤(6)의 운동방향에 탄성 지지되도록 각종 스프링이 설치되고, 피스톤(6)은 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(10)와 연결되도록 설치된다.

아울러, 압축공간(P)과 접하고 있는 피스톤(6)의 일단에 흡입밸브(22)가 설치되고, 압축공간(P)과 접하고 있는 실린더(4)의 일단에 토출밸브 어셈블리(24)가 설치되며, 흡입밸브(22) 및 토출밸브 어셈블리(24)는 각각 압축공간(P) 내부의 압력에 따라 개폐되도록 자동적으로 조절된다.

여기서, 밀폐용기(2)는 내부가 밀폐되도록 상,하부 쉘이 서로 결합되도록 설치되고, 일측에 냉매가 유입되는 유입관(2a) 및 냉매가 유출되는 유출관(2b)이 설치되며, 실린더(4) 내측에 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치됨과 아울러 실린더(4) 외측에 왕복동식 모터(10)가 프레임(18)에 의해 서로 조립되어 조립체를 구성하고, 이러한 조립체가 상기 밀폐용기(2) 내측 바닥면에 지지스프링(29)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.

아울러, 밀폐용기(2) 내부 바닥면에는 소정의 오일이 담겨지고, 조립체 하단에는 오일을 펌핑하는 오일공급장치(30)가 설치됨과 아울러 조립체 하측 프레임(18) 내부에는 오일을 피스톤(6)과 실린더(4) 사이로 공급될 수 있도록 오일공급관(18a)이 형성되며, 이에 따라 오일공급장치(30)는 피스톤(6)의 왕복 직선 운동함에 따라 발생되는 진동에 의해 작동되어 오일을 펌핑하고, 이러한 오일은 오일공급관(18a)을 따라 피스톤(6)과 실린더(4) 사이의 간극으로 공급되어 냉각 및 윤활 작용을 하도록 한다.

다음, 실린더(4)는 피스톤(6)이 왕복 직선 운동할 수 있도록 중공 형상으로 형성됨과 아울러 일측에 압축공간(P)이 형성되고, 유입관(2a) 내측에 일단이 근접하게 위치된 상태에서 유입관(2a)과 동일 직선상에 설치되는 것이 바람직하다.

물론, 실린더(4)는 유입관(2a)과 근접한 일단 내부에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되고, 유입관(2a)과 반대방향 측 일단에 상기 토출밸브 어셈블리(24)가 설치된다.

이때, 토출밸브 어셈블리(24)는 실린더(4)의 일단 측에 소정의 토출공간을 형성하도록 설치되는 토출커버(24a)와, 실린더의 압축공간(P) 측 일단을 개폐하도록 설치되는 토출밸브(24b)와, 토출커버(24a)와 토출밸브(24b) 사이에 축방향으로 탄성력을 부여하는 일종의 코일 스프링인 밸브 스프링(24c)으로 이루어지되, 실린더(4)의 일단 내둘레에 오링(R)이 끼움되도록 설치되어 상기 토출밸브(24a)가 실린더(4) 일단을 밀착되도록 한다.

아울러, 토출커버(24a)의 일측과 유출관(2b) 사이에는 굴곡지게 형성된 루프 파이프(28)가 연결 설치되는데, 루프 파이프(28)는 압축된 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 안내할 뿐 아니라 실린더(4), 피스톤(6), 왕복동식 모터(10)의 상호 작용에 의한 진동이 밀폐용기(2) 전체로 전달되는 것을 완충시켜 준다.

따라서, 피스톤(6)이 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 상기 압축공간(P)의 압력이 소정의 토출압력 이상이 되면, 밸브 스프링(24c)이 압축되어 토출밸브(24b)를 개방시키고, 냉매가 압축공간(P)으로부터 토출된 다음, 루프 파이프(28) 및 유출관(2b)을 따라 완전히 외부로 토출된다.

다음, 피스톤(6)은 유입관(2a)으로부터 유입된 냉매가 유동될 수 있도록 냉매유로(6a)가 중앙에 형성되고, 유입관(2a)과 근접한 일단이 연결부재(17)에 의해 왕복동식 모터(10)가 직접 연결되도록 설치됨과 아울러 유입관(2a)과 반대방향 측 일단에 흡입밸브(22)가 설치되며, 피스톤(6)의 운동방향으로 각종 스프링에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.

이때, 흡입밸브(22)는 박판 형상으로 중앙부분이 피스톤(6)의 냉매유로(6a)를 개폐시키도록 중앙부분이 일부 절개되도록 형성되고, 일측이 피스톤(6a)의 일단에 스크류에 의해 고정되도록 설치된다.

따라서, 피스톤(6)이 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 압축공간(P)의 압력이 토출압력보다 더 낮은 소정의 흡입압력 이하가 되면, 흡입밸브(22)가 개방되어 냉매가 압축공간(P)으로 흡입되고, 압축공간(P)의 압력이 소정의 흡입압력 이상이 되면, 흡입밸브(22)가 닫힌 상태에서 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.

특히, 피스톤(6)은 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치되는데, 구체적으로 유입관(2a)과 근접한 피스톤(6)의 일단에 반경방향으로 돌출된 피스톤 플랜지(6b)가 코일 스프링 등과 같은 기계 스프링(8a,8b)에 의해 피스톤(6)의 운동방향으로 탄성 지지되고, 유입관(2a)과 반대방향 측 압축공간(P)에 포함된 냉매가 자체 탄성력에 의해 가스 스프링으로 작용하여 피스톤(6)을 탄성 지지하게 된다.

여기서, 기계 스프링(8a,8b)은 부하와 상관없이 일정한 기계 스프링 상수(K_m)를 가지되, 기계 스프링(8a,8b)은 상기 피스톤 플랜지(6b)를 기준으로 상기 왕복동식 모터(10)에 고정되는 소정의 지지프레임(26)과 실린더(4)에 각각 축방향으로 나란하게 설치되는 것이 바람직하며, 지지프레임(26)에 지지되는 기계 스프링(8a)과 실린더(4)에 설치되는 기계 스프링(8a)이 동일한 기계 스프링 상수(K_m)를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 왕복동식 모터(10)는 복수개의 라미네이션(12a)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 상기 프레임(18)에 의해 상기 실린더(4) 외측에 고정되도록 설치되는 이너 스테이터(12)와, 코일이 감겨지도록 구성된 코일 권선체(14a) 주변에 복수개의 라미네이션(14b)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 상기 프레임(18)에 의해 상기 실린더(4) 외측에 상기 이너 스테이터(12)와 소정의 간극을 두고 설치되는 아웃터 스테이터(14)와, 상기 이너 스테이터(12)와 아웃터 스테이터(14) 사이의 간극에 위치되어 상기 피스톤(6)과 연결부재(17)에 의해 연결되도록 설치되는 영구자석(16)으로 이루어지되, 상기 코일 권선체(14a)는 상기 이너 스테이터(12) 외측에 고정되도록 설치될 수도 있다.

상기와 같은 왕복동식 모터(10)에서 상기 코일 권선체(14a)에 전류가 인가됨에 따라 전자기력이 발생되고, 이와 같은 전자기력과 상기 영구자석(16)의 상호작용에 의해 상기 영구자석(16)이 왕복 직선 운동하게 되고, 상기 영구자석(16)과 연결된 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동하게 된다.

도 3은 도 2의 왕복동식 압축기에 적용된 전원공급장치 및 코일부의 구성도이고, 도 4는 도 2의 왕복동식 압축기의 부분 단면도이다.

도 3에서, 전원공급장치는 교류 전원공급부(201)에서 공급되는 교류전원을 정류하는 정류부(202), 정류된 전원을 안정시키는 직류 링크부(203), 코일부(205)에 인가되는 전원을 제어하는 인버터 스위치부(204)로 구성되어 있다. 교류전원은 보통 전원선, 케이블 등의 교류 전원공급부(201)를 통해 외부에서 공급된다. 여기서 정류부(202)와 직류 링크부(203)의 경우, 교류 전원을 안정된 직류 전원으로 변환하는 것이 목적이므로, 두 부분을 묶어서 전원 변환부로 볼 수도 있다.

이러한 전원공급장치를 거친 전원은 코일부(205)에 인가된다. 회로도에서는 코일부(205)가 2개의 코일(제1코일부(207), 제2코일부(208))로 분리된 것처럼 보이는데, 도 4에도시된 바와 같이, 아웃터 스테이트(14)내에 권선 방향만 반대이며 서로 연결되어 있고, 직경방향(또는 반경방향)으로 적층된 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1코일부(207)와 제2코일부(208)는 한 쪽이 각각 인버터 스위치부(204)의 제1스위치(S1) 및 제2스위치(S2)와 연결되어 있고, 다른 쪽은 접지되어 있다. 코일부(205)에 전원이 인가되고 인버터 스위치(204)에서 On/Off로 스위칭을 하는 경우, 이로 인해 역기전력(Back EMF)이 생기고, 스위칭으로 인해 전류가 변하면 제1코일부(207)와 제2코일부(208)의 쇄교 자속이 변화하게 된다. 즉, 상호 인덕턴스가 발생하게 된다. 이러한 상호 인덕턴스는 코일부(205)에 인가되는 전압에 영향을 미치고, 아웃터 스테이터(14) 내에 있는 코일끼리 전자기력이 발생하여 효율을 떨어트리므로 제거할 필요가 있다. 따라서 바람직하게는 코일부(205)를 이루는 2개의 코일(제1코일부(207), 제2코일부(208))은 제1캐패시터(C1) 및 제2캐패시터(C2)와 각각 병렬로 연결하여 코일끼리 역기전력(Back EMF) 으로 인한 상호 인덕턴스를 제거한다.

정류부(202)는 교류전원을 한 방향으로만 흐르도록 정류하는 기능을 하고, 직류 링크부(203)는 정류된 전원의 크기를 안정화시키는 기능을 한다. 인버터 스위치부(204)는 인버터에 인가되는 전원을 스위치를 통해 제어한다. 제어된 전원은 인버터 스위치부(204)를 거쳐, 적절한 크기 및 주파수를 갖는 교류전원으로 변하고, 상기 교류전원이 코일부(205)에 인가된다.

정류부(202)는 교류전원을 한 방향으로만 흐르도록 정류하는 기능을 하고, 도 3에서는 풀-브릿지 방식으로 다이오드를 연결하여 구성하였지만, 이러한 정류부의 구성은 공지기술이므로, 교류전원을 한 방향으로만 흐르도록 정류하는 기능을 하는 것이면 그 구성에 영향이 없다.

직류 링크부(203)는 정류된 전원의 크기를 안정화시키는 기능을 한다. 도 4 같이 풀-브릿지 방식으로 다이오드를 연결하여 정류한 경우, 비록 한 방향으로만 전원이 인가되지만 그 크기는 사인파의 일부이므로 매우 변동이 심하다. 이러한 변동을 줄이기 위해 직류 링크부(203)를 구비하여 전원을 안정화시킨다. 예를 들어, 직류 링크부(203)는 캐패시터(C)로 구성된다. 직류 링크부가 전원을 안정화시키는 과정은 다음과 같다. 교류 전원이 정류되었을 때, 그 크기가 캐패시터(C)의 전압보다 큰 경우는 다이오드가 열려 캐패시터(C) 전압이 정류된 교류 전원의 전압과 같아진다. 교류 전원이 정류되었을 때, 그 크기가 캐패시터(C)의 전압보다 작은 경우는 다이오드가 열리지 않아 캐패시터(C) 전압이 유지된다. 캐패시터(C)의 용량이 크다면 전압의 크기가 변화하는 폭이 작다. 이러한 과정을 통해, 전압의 크기를 안 정화시킬 수 있다.

인버터 스위치부(204)는 인가되는 전원을 스위치(S1, S2)를 통해 제어한다. 구체적으로, 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)는 각각 제1코일부(207)에 인가되는 전원과 제2코일부(208)에 인가되는 전원을 제어한다. 인버터 스위치부(204)의 제1스위치(S1)는 한쪽 끝이 전원 변환부와 연결되어 있고, 다른 한 쪽은 제1코일부(207)와 연결되어 있다. 제2스위치(S2)는 한쪽 끝이 전원 변환부와 연결되어 있고, 다른 한 쪽은 제2코일부(208)와 연결되어 있다. 즉 정류부(202)와 직류 링크부(203)가 연결되어 있고, 다른 쪽 끝은 2갈래로 분기되어 제1코일부(207)와 제2코일부(208)와 연결되어 있다. 인버터 스위치부(204)를 통해 제어된 전원은 적절한 크기 및 주파수를 갖는 교류전원으로 변하고, 상기 교류전원이 코일부(205)에 인가된다.

코일부(205)는 제1코일부(207) 및 제2코일부(208)를 포함한다. 교류전원을 인가받아 자기장을 형성하며, 이러한 자기장으로 인해 자석(도 1에서 16)이 힘을 받고, 이러한 자기력에 의해 피스톤(6)이 움직이게 된다. 즉, 코일부(205)는 모터가 움직이기 위한 동력을 생성하는 데에 있어 매우 중요한 수단이다. 역기전력(Back EMF)이란, 모터가 전류가 형성하는 전자기장과 외부 자기력으로 운동할 때, 운동으로 인해 외부에서 공급되는 전류와 반대방향으로 전류가 흐르게 되고, 이러한 전류로 인해 모터를 운동시키는 방향과 반대 방향으로 전자기력이 작용한다. 역기전력은 모터의 운동으로 인해 흐르는 모터를 움직이려는 방향과 반대로 흐르는 전류 또는 반대 방향으로 가하는 전자기력을 말한다. 역기전력은 모터를 운동시키려는 방향과 반대 방향으로 작용하기 때문에 모터의 성능에 좋지 않은 영향을 미친다. 이러한 역기전력으로 인해 제1코일부와 제2코일부 사이 상호 인덕턴스가 생기고, 상호 인덕턴스는 코일부에 인가되는 전압에 영향을 미치고, 코일끼리 전자기력이 발생시켜 모터의 효율을 떨어트린다. 역기전력으로 인한 상호 인덕턴스를 상쇄시키기 위해, 캐패시터를 붙여 역기전력을 상쇄시킨다. 제1코일부(207) 및 제2코일부(208)를 포함하는 코일부의 구조는 도 4에서 자세히 설명될 것이다.

왕복동식 압축기의 제어부(미도시)는 인버터 스위치부(204)를 제어함에 있어서, 제1스위치(S1)와 제2스위치(S2)를 교번하여 온/오프시킴으로써, 제1코일부(207)또는 제2코일부(208)에 직류 링크부(203)로부터의 전원이 인가되도록 하여, 왕복동식 압축기의 suction 행정, compression 행정, discharge 행정, re-expansion 행정을 순차적으로 수행된다. 예를 들면, 제1스위치(S1)가 온 상태 또는 온 동작이고, 제2스위치(S2)가 오프 상태 또는 오프 동작인 때, 제1코일부(207)에 전압 V가 인가되어 re-expansion 행정 및 suction 행정이 순차적으로 수행되고, 제1스위치(S1)가 오프 동작 또는 오프 상태이고, 제2스위치(S2)가 온 동작 또는 온 상태인 때, 제2코일부(208)에 V가 인가되어 compression 행정 및 discharge 행정이 순차적으로 수행된다. 제1코일부(207)와 제2코일부(208)의 권선 방향이 반대이므로, 동일한 전압 V가 인가되더라도, 서로 반대되는 동작을 수행하게 된다.

도 4는 본 발명인 왕복동식 압축기에 사용되는 코일부(205)를 나타내는 도면이다. 왕복동식 압축기에서 아웃터 스테이터(14)는 코일이 감긴 방향이 반대이고 서로 연결된 제1코일부(207)와 제2코일부(208)를 포함하고 있으며, 이는 각각 인버터 스위치부의 스위치(S1, S2)를 통해 제1코일부(207) 및 제2코일부(208)로 인가되 는 교류전압이 각각 제어된다는 것은 앞에서 설명되었다. 도 4는 도 2의 왕복동식 압축기의 부분 단면도로서, 본 발명에서 중요한 부분만을 추가적으로 설명하는 것이며, 영구자석(16)과, 피스톤(6)은 연결부재(17)에 의해 연결되도록 설치되므로, 피스톤(6)과 영구자석(16)은 함께 이동하게 되나, 설명을 위해 연결부재(17)의 도시가 생략된다.

제1코일부(207)와 제2코일부(208)는 각각 아웃터 스테이터(14)의 내측과 외측에 위치하며, 이러한 위치는 도 5a와 도 5b에서도 유지된다. 즉 ,제1코일부(207)는 일단이 제1스위치(S1)와 연결되고, 타단은 접지되며 제2코일부(208)는 일단이 제2스위치(S2)와 연결되고, 타단은 접지된다. 제1코일부(207)와 제2코일부(208)를 포함하는 코일부(205)에 전원이 인가되어 자기장이 형성되고, 그 자기장에 영구자석(16)이 영향을 받아 전자기력이 발생하고, 이러한 힘을 통해 피스톤(6)이 움직인다. 압축공간(P)은 피스톤(6)의 일면, 실린더(4)의 측면, 토출밸브 어셈블리(24)로 이루어지는 공간이며, 코일부(205)에 전원이 인가됨에 따라 피스톤(6)이 움직이는 것은 하기에서 설명된다.

도 5a와 도 5b는 도 4의 왕복동식 압축기에서 코일부에 인가되는 전원에 따라 피스톤의 동작을 도시하는 부분 단면도이다. 도 5a 및 도 5b도 도 4와 같이, 영구자석(16)과, 피스톤(6)이 설명을 위해서 분리되어, 영구자석(16)은 이동되지 않는 것처럼 도시되나, 이러한 도시는 설명을 위한 것이며, 피스톤(6)의 이동과 영구자석(16)의 이동은 함께 이루어지는 것은 도 2의 도시에서와 같이 명백한 것이다. 또한, 전류가 흐르지 않는 제1 또는 제2 코일부(207, 208)에 대해서는 설명을 위해 도시가 생략된다.

도 5a와 도 5b에서, 제1코일부(207)와 제2코일부(208)에 교번하여 전원이 공급됨을 알 수 있다.

도 5a는 제1스위치(S1)가 온되고, 제2스위치(S2)가 오프되어, 제1코일부(207)에만 전원이 인가된 때에 피스톤의 동작을 설명하는 도면이다. 제2코일부(208)는 전원이 인가되지 않으므로 도시하지 않고, 자기장도 전혀 형성하지 않는다. 여기서, 실린더의 압축공간(도 5a, 5b에서 P)를 이루는 일면과 가장 가까운 때를 상사점(또는 상사부), 실린더의 압축공간(도 5a, 5b에서 P)를 이루는 일면과 가장 먼 때를 하사점(또는 하사부)이라고 한다.

제1코일부(207)에 전류가 흐르면, 자기장이 형성되고, 그 자기장으로 인해 아웃터 스테이터(14)의 하사점에 가까이 있는 부분(왼쪽)이 N극으로, 상사점에 가까이 있는 부분(오른쪽)이 S극으로 되는 것과 같은 효과가 발생한다. 가까이 있는 이너 스테이터(12)는 강자성체로 구성되어, 아웃터 스테이터(14)의 자기장에 영향을 받는다. 따라서 이너 스테이터(12)의 하사점에 가까이 있는 부분(왼쪽)이 S극으로, 상사점에 가까이 있는 부분(오른쪽)이 N극으로 되는 것과 같은 효과가 발생한다. 영구자석(16)의 아웃터 스테이터(14)쪽은 S극이므로, 피스톤(6)은 하사점쪽으로 움직이게 된다.

도 5b는 제1스위치(S1)가 오프되고, 제2스위치(S2)가 온되어, 제2코일부(208)에만 전원이 인가된 때에 피스톤의 동작을 설명하는 도면이다. 제1코일부(207)는 전원이 인가되지 않으므로 도시하지 않고, 자기장도 전혀 형성하지 않는 다.

제2코일부(208)에 전류가 흐르면, 자기장이 형성되고, 그 자기장으로 인해 아웃터 스테이터(14)의 하사점에 가까이 있는 부분(왼쪽)이 S극으로, 상사점에 가까이 있는 부분(오른쪽)이 N극으로 되는 것과 같은 효과가 발생한다. 이로 인하여 이너 스테이터(12)의 하사점에 가까이 있는 부분(왼쪽)이 N극으로, 상사점에 가까이 있는 부분(오른쪽)이 S극으로 되는 것과 같은 효과가 발생한다. 영구자석(16)의 아웃터 스테이터(14)쪽은 S극이므로, 피스톤(6)은 상사점쪽으로 움직이게 된다.

기존의 왕복동식 압축기는 코일의 권선방향이 일정하고, 코일에 인가되는 전류의 방향이 바뀌는 것을 통해, 피스톤을 상사점 및 하사점 측으로 움직였다. 본 발명은 코일부가 권선 방향이 반대이고 서로 연결된 제1코일부(207) 및 제2코일부(208)를 구비하고, 제1코일부(207) 및 제2코일부(208)에 동시에 흐르지 않도록 교대로 전류를 흐르게 한다. 제1코일부(207)는 피스톤을 상사점 측으로 움직일 때만 전류가 일정한 방향으로 흐르고, 제2코일부(208)는 피스톤을 하사점 측으로 움직일 때만 전류가 일정한 방향으로 흐르므로, 각 제1코일부(207) 및 제2코일부(208)에 흐르는 전류의 방향이 바뀌지 않아 제어가 쉬워진다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세하게 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 1은 왕복동식 압축기에 적용된 종래의 전원공급장치를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 전원공급장치가 적용될 왕복동식 압축기의 단면도이다.

도 3은 도 2의 왕복동식 압축기에 적용된 전원공급장치 및 코일부의 구성도이다.

도 4는 도 2의 왕복동식 압축기의 부분 단면도이다.

도 5a와 도 5b는 도 4의 왕복동식 압축기에서 코일부에 인가되는 전원에 따라 피스톤의 동작을 도시하는 부분 단면도이다.

Claims (15)

1. 피스톤, 실린더, 실린더에 구비되어 피스톤을 왕복운동하게 하는 코일부, 코일부에 전원을 공급하는 전원 공급장치를 포함하는 왕복동식 압축기에 있어서, 전원공급장치는 교류 전원공급부로부터 공급된 교류전압을 정류하는 정류부를 구비하고,

   코일부는 전원공급장치에 각각 병렬로 연결되는 제1 및 제2코일 경로로 이루어지되, 제1코일 경로는 제1코일과, 제1코일로의 전원 인가를 수행하는 제1스위치 및 제1코일로 구성되고, 제2코일 경로는 제1코일의 반경 방향으로 제1코일의 외측에 형성되는 제2코일과, 제2코일로의 전원 인가를 수행하는 제2스위치로 구성되며;

   제1코일과 제2코일은 서로 연결되며, 제1코일과 제2코일의 연결점은 접지되고, 제1코일과 제2코일은 각각 제1커패시터 및 제2커패시터와 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   제1코일과 제2코일은 권선 방향이 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   제1스위치와 제2스위치는 교번하여 온 또는 오프되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   제1스위치와 제2스위치 중의 적어도 하나는 오프 상태인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   전원공급장치는 정류된 전압의 크기를 안정시키는 직류 링크부를 구비하고, 직류 링크부가 코일부에 연결된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
6. 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 이너 스테이터와;

   이너 스테이터 외측에 일정 간격을 두고 위치되어 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 아웃터 스테이터와;

   이너 스테이터 또는 아웃터 스테이터 사이에 전자기력을 발생시키도록, 제1코일과, 제1코일과 연결되되 제1코일의 반경 방향으로 제1코일의 외측에 형성되는 제2코일이 권선된 코일 권선체와;

   이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에 위치되어 코일 권선체의 전자기력과 상호 작용하는 영구자석을 구비하며;

   제1코일과 제2코일은 서로 연결되며, 제1코일과 제2코일의 연결점은 접지되고, 제1코일 및 제2코일은 각각 제1캐패시터 및 제2캐패시터와 병렬로 연결되는 리니어 모터를 포함하는 왕복동식 압축기.
7. 제6항에 있어서,

   제1코일과 제2코일은 권선 방향이 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   리니어 모터는 교류 전원공급부로부터 공급된 교류전압을 정류하는 정류부를 구비하는 전원공급장치와, 제1코일 및 제2코일은 전원공급장치와 각각 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
9. 제8항에 있어서,

   리니어 모터는 제1코일로의 전원 인가를 수행하는 제1스위치와, 제2코일로의 전원 인가를 수행하는 제2스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
10. 제9항에 있어서,

    제1스위치와 제2스위치는 교번하여 온 또는 오프되는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
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