KR101412584B1 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 마그네트 홀더와 피스톤 사이에 측힘전달을 억제할 수 있는 측힘흡수부재 또는 미끄럼부재가 구비됨으로써 공진스프링에서 발생되는 측힘이 상기 측힘흡수부재 또는 미끄럼부재에 의해 상쇄되어 상기 마그네트 홀더와 피스톤의 운동 직진도를 높일 수 있다. 이를 통해 상기 피스톤과 실린더 사이의 마찰손실 또는 무버와 스테이터 사이의 마찰손실을 줄여 압축기의 성능과 신뢰성을 높일 수 있다.

왕복동식 압축기, 공진스프링, 측힘, 판스프링

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 측힘(side force)에 의한 피스톤과 실린더의 마모를 방지하고자 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 구동모터에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다. 상기 연결형은 회전하는 구동모터의 크랭크축에 피스톤이 컨넥팅로드로 연결되어 상기 크랭크축의 회전운동이 상기 피스톤의 왕복운동으로 전환되면서 냉매를 압축하는 것이고, 상기 진동형은 왕복운동을 하는 구동모터의 무버(mover)에 피스톤이 결합되어 함께 직선운동을 하는 것이다.

상기 진동형 왕복동식 압축기(이하, 왕복동식 압축기로 약칭함)는 피스톤의 운동방향에 조응하도록 공진스프링을 설치하여 그 공진스프링에 의해 피스톤이 양방향으로 공진운동을 하면서 냉매를 압축하게 된다. 이에 따라 왕복동식 압축기는 다른 종류의 압축기에 비해 효율이 높고 진동이 적어 소음이 낮은 장점이 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는, 상기 피스톤을 공진시키는 공진스프링이 압축코일스프링으로 이루어져 그 공진스프링이 신축되면서 상기 피스톤을 공진시키는 것이었으나, 상기 공진스프링이 신축되는 과정에서 코일스프링의 특 성상 측힘(side force)이 생기게 되어 그 측힘에 의해 상기 무버 또는 피스톤의 운전 직진도가 저하되면서 상기 무버와 스테이터 또는 상기 피스톤과 실린더 사이에서의 마찰손실이나 마모 또는 심하면 마찰되는 부재의 손상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 공진스프링의 신축시 측힘이 발생되더라도 상기 무버나 피스톤의 운전 직진도가 유지될 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 밀폐용기의 내부에 탄력 지지되는 프레임; 상기 프레임에 고정 설치되고 내 외측에 소정의 공극(air gap)을 가지도록 형성되며 어느 한 쪽에는 자기장을 형성하도록 코일이 감기는 스테이터코어와, 상기 스테이터코어의 공극에 배치되는 마그네트를 지지하여 왕복운동을 하는 마그네트 홀더를 포함하는 왕복동식 모터; 상기 프레임에 지지되는 실린더; 상기 실리더에 삽입되고 상기 마그네트 홀더에 결합되어 함께 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤; 및 상기 피스톤을 탄력 지지하여 그 피스톤이 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링;을 포함하고, 상기 마그네트 홀더과 피스톤 사이에는 그 마그네트 홀더과 피스톤이 상대운동을 할 수 있도록 측힘전달억제부가 설치되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 상기 마그네트 홀더와 피스톤 사이에 측힘전달을 억제할 수 있는 측힘흡수부재 또는 미끄럼부재가 구비됨으로써 상기 공진스프링에서 발생되는 측힘이 상기 측힘흡수부재 또는 미끄럼부재에 의해 상쇄되어 상기 마그네트 홀더와 피스톤의 운동 직진도를 높일 수 있다. 이를 통해 상기 피스톤과 실린더 사이의 마찰손실 또는 무버와 스테이터 사이의 마찰손실을 줄여 압축기의 성능과 신뢰성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 밀폐된 케이싱(10)의 내부에 프레임(20)이 탄력 설치되고, 그 프레임(20)에 무버(33)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(30)가 설치되며, 상기 프레임(20)에 삽입되어 실린더(41)가 고정되고, 상기 실린더(41)에 삽입되어 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(42)이 상기 왕복동모터(30)의 무버(33)에 결합되며, 상기 피스톤(42)의 운동방향 양측에는 그 피스톤(42)의 공진운동을 유도하는 공진스프링(51)(52)이 각각 설치되고, 상기 무버(33)와 피스톤(42) 사이에는 그 무버(33)와 피스톤(42)이 상대운동을 하여 측힘전달을 억제할 수 있도록 측힘전달억제부(60)가 설치된다.

상기 왕복동모터(30)는 다수 장의 스테이터 시트(stator sheet)가 방사상으로 적층되어 원통모양으로 형성되는 외측코어(31)와, 다수 장의 스테이터 시트가 방사상으로 적층되어 원통모양으로 형성되고 상기 외측코어(31)의 내측에 소정의 공극(air gap)을 두고 배치되는 내측코어(32)와, 상기 외측코어(31)와 내측코어(32) 사이의 공극에서 축방향으로 이동 가능하게 배치되는 무버(33)로 이루어진 다.

상기 외측코어(31)에는 코일(34)이 감긴 보빈(미부호)이 삽입되어 결합되고, 상기 내측코어(32)는 소정의 넓이를 가지는 판체모양으로 형성된다. 그리고 상기 무버(33)는 원통모양으로 마그네트 홀더(magnet holder)(35)가 형성되고, 상기 마그네트 홀더(35)의 외주면에 마그네트(magnet)(36)가 부착되어 이루어져 있다. 상기 마그네트 홀더(35)의 중심에는 상기 피스톤(42)이 축방향으로 결합된다.

그리고 상기 마그네트 홀더(35)의 일측 끝단, 즉 후술할 피스톤(42)의 플레이트부(42b)가 결합되는 끝단에는 그 플레이트부(42b)의 두께보다 크게 수용부(35a)가 형성되고, 상기 수용부(35a)의 내측면과 이에 대응하는 상기 플레이트부(42b)의 외측면 사이에 상기 측힘전달억제부(60)를 이루는 측힘흡수부재(61)가 설치된다.

상기 측힘흡수부재(61)는 도 1 내지 도 3에서와 같이 측힘을 흡수할 수 있도록 링모양으로 된 파형 판스프링(wave type plate spring)으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 마그네트 홀더(35)의 연결단 양측에 수용부(35a)를 형성할 수 있도록 각각 환형으로 형성되어 절곡된 하우징부재(37)(38)가 볼트 체결되고, 그 상기 하우징부재(37)(38)의 일측 내측면과 이에 대응하는 상기 피스톤(42)의 플레이트부(42b) 사이에 상기 파형 판스프링으로 된 측힘흡수부재(61)가 개재된다. 여기서, 상기 측힘흡수부재(61)는 코일스프링 또는 고온에 견딜 수 있는 고무가 사용될 수도 있다.

그리고 상기 측힘전달억제부(60)는 볼(boll)과 같은 미끄럼부재(62)를 사용 할 수도 있다. 예컨대, 도 5에서와 같이 상기 하우징부재(37)(38)의 일측 내측면과 이에 대응하는 상기 피스톤(42)의 플레이트부(42b) 사이에 원주방향을 따라 복수 개의 볼을 개재하거나 또는 볼 베어링을 개재할 수 있다. 여기서, 상기 미끄럼부재(62)는 롤러(roller) 또는 링(ring)이 사용될 수도 있다.

그리고 상기 피스톤(42)의 플레이트부(42b)와 이에 대응하는 일측 하우징부재(38)의 사이에는 상기 마그네트 홀더(35) 또는 피스톤(42)이 자동조심동작을 할 때 이탈되지 않도록 가이드부재(39)가 더 구비될 수 있다. 상기 가이드부재(39)는 볼 또는 롤러 또는 링 중에서 어느 한 개로 이루어질 수 있다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 하우징부재는 상기 피스톤의 플레이트부에 결합하고, 상기 피스톤의 플레이트부에 구비된 수용부에 상기 마그네트 홀더의 연결단을 삽입하여 결합할 수도 있다. 이 경우에도 상기 측힘흡수부재와 가이드부재는 동일하게 구성될 수 있다.

상기 실린더(41)는 상기 프레임(20)의 중앙을 관통하여 지지되고, 상기 실린더(41)의 외주면에는 상기 내측코어(32)의 내주면이 삽입되어 지지된다. 그리고 상기 실린더(41)의 전방은 고정돌부(41a)가 형성되어 상기 프레임(20)의 전방면에 지지되는 동시에 상기 고정돌부(41a)는 상기 프레임(20)에 체결되는 토출커버(46)의 플랜지부(46a)에 눌려 고정된다. 그리고 상기 실린더(41)의 선단면에는 그 실린더(41)의 압축공간(S1)을 개폐하도록 토출밸브(44)가 착탈 가능하게 배치되고, 상기 토출밸브(44)의 압축배면에는 밸브스프링(45)이 지지되며, 상기 토출밸브(44)와 밸브스프링(45)은 상기 토출커버(46)의 토출공간(S2)에 수용된다. 상기 토출밸 브(44)는 금속판 또는 플라스틱판 중에서 어느 한 개의 재질로 형성될 수 있다.

상기 피스톤(42)은 속빈 원통모양으로 형성되는 바디부(42a)와, 그 바디부(42a)의 후방단에서 플랜지 형상으로 연장되어 상기 마그네트 홀더(35)에 결합하는 플레이트부(42b)로 이루어진다. 상기 바디부(42a)는 그 내부에 상기 흡입유로(F)가 관통 형성된다. 그리고 상기 피스톤(42)의 선단면에는 상기 흡입유로(F)를 개폐할 수 있도록 흡입밸브(43)가 장착된다.

상기 공진스프링은 압축코일스프링으로 형성되고, 상기 피스톤(42)의 전후 양측에 각각 한 개씩 설치되는 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)으로 이루어진다. 상기 제1 공진스프링(51)과 제2 공진스프링(52)은 각각 한 개씩 구비되어 상기 피스톤(42)의 플레이트부(42b)의 전후 양측에 각각 배치될 수도 있고, 상기 피스톤(42)의 전후 양측에 각각 복수 개씩만 구비될 수도 있다. 예컨대, 도 1에서와 같이 상기 공진스프링(51)(52)이 한 개씩만 구비되는 경우에는, 상기 제1 공진스프링(51)은 그 일단이 상기 피스톤(42)의 플레이트부(42b) 전방면에 지지되고, 그 타단은 상기 실린더(41)의 후방면에 지지된다. 그리고 상기 제2 공진스프링(52)은 그 일단이 상기 피스톤(42)의 플레이트부(42b)의 후방면에 지지되는 반면 그 타단은 상기 왕복동모터의 후방측에 결합되는 백커버(22)의 내측면에 지지된다. 반면, 도 6에서와 같이 상기 공진스프링(51)(52)이 전후 양측에 각각 복수 개씩 구비되는 경우에는, 상기 플레이트부(42b)에 스프링서포터(43)가 결합되고, 상기 스프링서포터(43)의 전후 양 측면에는 상기 제1 공진스프링(41)과 제2 공진스프링(42)의 대응단이 각각 고정되며, 상기 제1 공진스프링(41)의 전방단과 제2 공진스프 링(42)의 후방단은 각각 상기 왕복동모터의 후방측을 지지하는 지지플레이트(21)와 백커버(22)의 내측면에 고정된다.

도면중 미설명 부호인 11은 밀폐공간, 12는 흡입관, 13은 토출관이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 작용 효과는 다음과 같다.

즉, 상기 코일(34)로 전원이 인가되면, 상기 코일(34)의 주변에 자속이 형성되고, 상기 플럭스는 스테이터의 외측코어(31)와 내측코어(32)를 따라 폐루프(closed loop)를 형성하며, 상기 외측코어(31)와 내측코어(32) 사이에 형성되는 자속과 상기 마그네트(36)의 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해 상기 마그네트(36가 마그네트 홀더(35)와 함께 축방향으로 직선 이동하게 된다. 그리고, 상기 코일(34)에 인가되는 전류의 방향을 번갈아 바꾸면 상기 코일(34)의 자속방향이 바뀌면서 마그네트(36)가 직선으로 왕복 운동을 하게 된다.

예컨대, 상기 피스톤(42)이 후퇴하면 상기 피스톤(42)에 형성된 흡입유로(F)를 통해 밀폐용기(10)의 냉매가 압축공간(S1)으로 흡입되고, 상기 피스톤(42)이 전진하면 상기 흡입밸브(43)에 의해 상기 흡입유로(F)가 폐쇄되면서 상기 압축공간(S1) 내부의 냉매가 압축되며, 상기 압축된 냉매는 상기 토출관(13)을 통해 외부의 냉동사이클로 토출된다.

이때, 상기 공진스프링이 압축코일스프링으로 형성됨에 따라 상기 공진스프링(51)(52)이 신축되면서 상기 왕복동모터(30)의 마그네트 홀더(35)와 피스톤(42)을 공진시키게 되나, 상기 공진스프링(51)(52)이 신축되는 과정에서 압축코일스프링의 특성상 측힘이 발생하게 된다. 특히 상기 공진스프링(51)(52)이 전후 양측에 각각 한 개씩 구비되는 경우가 복수 개씩 구비되는 경우에 비해 상대적으로 스프링의 측힘이 증가하게 된다. 그리고 상기 공진스프링(51)(52)의 측힘에 의해 마그네트 홀더(35)와 피스톤(42)의 운동 직진도가 낮아져 상기 피스톤(42)과 실린더(41) 사이에 마모가 발생될 수 있다.

하지만, 본 발명에서와 같이 상기 마그네트 홀더(35)와 피스톤(42) 사이에 측힘전달을 억제할 수 있는 측힘흡수부재(61)가 구비되는 경우에는 상기 공진스프링(51)(52)에서 발생되는 측힘이 상기 측힘흡수부재(61)에 흡수되어 상기 마그네트 홀더(35)와 피스톤(42)의 운동 직진도를 높일 수 있다. 예컨대, 도 4에서와 같이 상기 마그네트 홀더(35)의 수용부(35a)와 피스톤(42) 사이에 측힘을 흡수할 수 있도록 판스프링과 같은 탄성체로 된 측힘흡수부재(61)가 개재되는 경우에는 상기 측힘에 의해 마그네트 홀더(35)의 운동 직진도가 틀어지더라도 이를 상기 판스프링과 같은 탄성체가 흡수함에 따라 상기 피스톤(42)은 직진도를 유지하게 되고, 이를 통해 상기 피스톤(42)과 실린더(41) 사이의 마찰손실을 줄여 압축기의 성능과 신뢰성을 높일 수 있다. 아울러, 도 5에서와 같이 상기 마그네트 홀더(35)의 수용부(35a)와 상기 피스톤(42) 사이에 볼과 같은 미끄럼부재(62)가 개재되는 경우에도 상기 측힘을 미끄럼부재(62)가 흡수함에 따라 상기 피스톤(42)과 실린더(41) 사이의 마찰손실을 줄여 압축기의 성능과 신뢰성을 높일 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 마그네트 홀더에 수용부를 형성하고 그 마그 네트 홀더의 수용부에 피스톤을 결합하며 상기 마그네트 홀더의 수용부와 피스톤 사이에 측힘전달억제부를 개재하는 것이었으나, 본 실시예는 도 7에서와 같이 상기 피스톤(42)의 연결단에 수용부(42c)를 형성하고 그 수용부(42c)에 마그네트 홀더(35)를 결합하며 상기 피스톤(42)의 수용부(42c)와 마그네트 홀더(35) 사이에 측힘흡수부재(61) 또는 미끄럼부재(62)와 같은 측힘전달억제부(60를 설치하는 것이다.

이 경우에도 상기 공진스프링(51)(52)이 압축코일스프링으로 이루어져 그 공진스프링(51)(52)의 신축시 측힘이 발생되어 상기 피스톤(42)의 직진도가 틀어지더라도 그 피스톤(42)으로 전달되는 측힘이 상기 측힘전달억제부(60)에서 흡수되어 상기 마그네트 홀더(35)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 상기 마그네트 홀더(35)의 직진도가 틀어져 상기 무버(33)와 외측코어 또는 무버(33)와 내측코어(32) 사이의 마찰손실 또는 상기 무버나 스테이터의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 에어콘과 같은 가전용 냉동기기에 고르게 적용할 수 있다. 가전용 뿐만 아니라 냉동사이클을 이용하는 산업용 기기에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 왕복동식 압축기의 일실시예를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 측힘전달억제부가 구비된 왕복동모터의 무버를 보인 종단면도,

도 3은 도 2에 따른 왕복동모터의 무버를 파단하여 보인 사시도,

도 4는 도 2에 따른 왕복동모터에서 측힘억제과정을 보인 개략도,

도 5는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 측힘전달억제부의 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 6은 본 발명 왕복동식 압축기에서 공진스프링의 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 7은 본 발명 왕복동식 압축기에서 측힘전달억제부에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도.

** 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 케이싱 20 : 프레임

21 : 지지프레이트 22 : 백커버

30 : 왕복동모터 31 : 외측코어

32 : 내측코어 33 : 무버

34 : 코일 35 : 마그네트 홀더

35a : 수용부 36 : 마그네트

37,38 : 하우징부재 39 : 가이드부재

41 : 실린더 42 : 피스톤

42b : 플레이트부 42c : 수용부

43 : 흡입밸브 44 : 토출밸브

51,52 : 공진스프링 53 : 스프링서포터

Claims (9)

1. 밀폐용기의 내부에 탄력 지지되는 프레임;

   상기 프레임에 고정 설치되고 내 외측에 소정의 공극(air gap)을 가지도록 형성되며 어느 한 쪽에는 자기장을 형성하도록 코일이 감기는 스테이터코어와, 상기 스테이터코어의 공극에 배치되는 마그네트를 지지하여 왕복운동을 하는 마그네트 홀더를 포함하는 왕복동식 모터;

   상기 프레임에 지지되는 실린더;

   상기 실리더에 삽입되고 상기 마그네트 홀더에 결합되어 함께 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤; 및

   상기 피스톤을 탄력 지지하여 그 피스톤이 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링;을 포함하고,

   상기 마그네트 홀더 또는 상기 피스톤의 연결부 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 다른 쪽 연결부의 두께보다 넓은 공간을 가지도록 수용부가 형성되고,

   상기 수용부와 이에 대응하는 연결부의 일측면 사이에는 상기 마그네트 홀더와 상기 피스톤이 상대운동을 할 수 있도록 하는 측힘흡수부재가 설치되고, 상기 수용부와 이에 대응하는 연결부의 타측면 사이에는 상기 마그네트 홀더 또는 상기 피스톤이 자동조심동작을 할 때 이탈되지 않도록 하는 가이드부재가 설치되는 왕복동식 압축기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 측힘흡수부재는 탄성체로 형성되는 왕복동식 압축기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 탄성체는 파형 판스프링 또는 코일스프링 또는 고온에 견딜 수 있는 고무 중에서 어느 한 개로 이루어지는 왕복동식 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 측힘흡수부재는 미끄럼부재로 이루어지는 왕복동식 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 미끄럼부재는 볼(boll) 또는 롤러 또는 링 중에서 어느 한 개로 이루어지는 왕복동식 압축기.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,

   상기 가이드부재는 볼 또는 롤러 또는 링 중에서 어느 한 개로 이루어지는 왕복동식 압축기.
9. 제1항, 제3항 내지 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공진스프링은 상기 피스톤의 전후 양측에 각각 한 개씩 배치되는 왕복동식 압축기.

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