KR101981098B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 리니어 압축기에 관한 것으로, 케이싱; 상기 케이싱 내부에서 왕복 운동하는 무버와, 상기 무버와의 상호 작용으로 상기 무버의 움직임을 형성하는 스테이터를 구비하는 구동유닛; 상기 케이싱의 내부에서 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 결합되고 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하여 상기 실린더에 수용되는 유체를 압축시키는 피스톤을 구비하는 압축유닛; 및 상기 압축유닛을 지지하기 위한 커버부재와 상기 스테이터의 사이에 위치되어, 상기 피스톤의 공진 운동을 형성하는 공진스프링을 포함하며, 상기 공진스프링은, 중심을 기준으로 각도 별로 일정한 유효턴수를 가지도록 형성된다.

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은, 진동체의 선형 왕복 운동에 의해 유체를 압축하는 리니어 압축기에 관한 것이다.

압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 회전식과 왕복동식으로 구분할 수 있다. 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 압축하도록 이루어지는 장치를 말한다. 압축기는 산업 전반이나 가전 제품으로 특히, 냉동사이클 장치 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기의 종류에는, 피스톤과 실린더 사이에 압축실이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 왕복동식 압축기, 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 로터리 압축기, 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 스크롤 압축기 등이 있다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서 크랭크 축을 사용하지 않고 직선 왕복 운동을 이용한 리니어 압축기 리니어 압축기의 사용이 점차 증가하고 있다. 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 적어 압축기의 효율이 향상되며 구조가 비교적 간단한 장점이 있다.

리니어 압축기는, 밀폐 공간을 형성하는 케이싱 내부에 실린더가 위치되어 압축실을 형성하고, 압축실을 덮는 피스톤이 실린더 내부를 왕복 운동하도록 구성된다. 리니어 압축기는 피스톤이 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치되는 과정에서 밀폐 공간 내의 유체가 압축실로 흡입되고, 피스톤이 상사점(TDC, Top Dead Center)에 위치되는 과정에서 압축실의 유체가 압축되어 토출되는 과정이 반복된다.

리니어 압축기의 내부에는 압축유닛과 구동유닛이 각각 설치되며, 구동유닛에서 발생하는 움직임을 통해 압축유닛은 공진스프링에 의해 공진운동을 하면서 냉매를 압축하고 토출시키는 과정을 수행하게 된다.

리니어 압축기는 피스톤은 공진스프링에 의해 실린더의 내부에서 고속으로 왕복운동을 하면서 흡입관을 통해 냉매를 케이싱의 내부로 흡입한 후, 피스톤의 전진 운동으로 압축공간에서 토출되어 토출관을 통해 응축기로 이동하는 일련의 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

종래의 리니어 압축기는 특허문헌 1(한국공개특허공보 KR10-2016-0024217)에서 보는 바와 같이, 원형의 단면을 가지는 일반적인 압축된 코일로 이루어지는 공진스프링을 구성으로 포함하는 것이 일반적이다. 이 경우, 공진스프링의 신축 운동으로 인해 측력 또는 토션모멘트와 같은 힘이 발생하여 압축기의 안정적인 구동을 저해하게 되는 문제점이 있다. 또한, 공진스프링을 원주 방향으로 복수개 병렬로 배치하여 탄성계수를 높이는 방법으로 공진스프링의 측력을 낮출 수 있으나 그 한계가 있으며, 피스톤의 왕복 운동시 실린더의 특정부위에서 마찰 손실과 마모가 발생하는 문제점이 있다. 이에, 피스톤의 왕복운동시, 공진스프링에서 발생하는 측력을 낮춤으로써 안정적인 구동이 가능한 압축기에 대한 필요성이 있다.

한국공개특허공보 KR10-2016-0024217

본 발명의 일 목적은 공진 스프링의 신축시 발생하는 측력을 줄여 안정적인 구동이 가능한 압축기의 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 공진스프링가 일정한 유효턴수를 가지도록 구성하여, 신축되는 방향의 강성을 확보와 함께 측력을 감소시킬 수 있는 리니어 압축기의 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 공진스프링의 신축되는 방향의 길이를 줄이고, 공진스프링의 강성 확보를 통해 압축기 내에 설치되는 공진스프링의 개수를 줄임으로써, 공진스프링이 차지하는 공간을 줄일 수 있는 리니어 압축기의 구조를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 케이싱; 상기 케이싱 내부에서 왕복 운동하는 무버와, 상기 무버와의 상호 작용으로 상기 무버의 움직임을 형성하는 스테이터를 구비하는 구동유닛; 상기 케이싱의 내부에서 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 결합되고 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하여 상기 실린더에 수용되는 유체를 압축시키는 피스톤을 구비하는 압축유닛; 및 상기 압축유닛을 지지하기 위한 커버부재와 상기 스테이터의 사이에 위치되어, 상기 피스톤의 공진 운동을 형성하는 공진스프링을 포함하며, 상기 공진스프링은, 중심을 기준으로 각도 별로 일정한 유효턴수를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 따라, 공진스프링의 압축시에도 측력 발생이 저감될 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 공진스프링은, 사각형의 단면을 구비하도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 공진스프링은, 원형의 단면을 구비하도록 이루어지는 것도 가능할 것이다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 공진스프링은, 양측 단부에 형성되는 제1 부분; 및 상기 제1 부분의 사이에서 굴곡지게 형성되어, 상기 제1 부분과 일정한 간격으로 접촉되도록 이루어지는 제2 부분을 포함하도록 이루어질 수 있다.

이때, 상기 제2 부분은, 복수회 굴곡지도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 공진스프링은, 상기 스테이터에 결합된 스테이터커버와, 상기 스프링지지부재의 일면을 각각 지지하는 제1 스프링; 및 상기 스프링지지부재의 다른 일면과 상기 케이싱의 내측 후단부에 결합되는 커버부재의 사이를 지지하는 제2 스프링을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1 스프링과 상기 제2 스프링의 중심부는 서로 동일한 선상에 형성되도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 스프링과 상기 제2 스프링은, 적어도 하나 이상의 복수개로 구성되며, 상기 피스톤의 중심을 기준으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 스프링지지부재의 일면에서 돌출되고 상기 공진 스프링의 길이 방향을 따라 연장되어, 상기 공진스프링의 측방향으로의 움직임을 제한하는 공진스프링 가이드부재를 포함할 수 있다.

삭제

이때, 상기 공진스프링 가이드부재는, 상기 공진스프링의 외형을 감싸도록 이루어지고, 상기 공진스프링과 설정된 거리만큼 이격될 수 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 리니어 압축기는 공진스프링의 측력을 줄임으로써, 압축기의 구동시 따라 발생할 수 있는 특정부위와 마찰 및 마모를 줄일 수 있어 안정적인 구동이 가능하게 된다.

또한, 동일한 크기 대비 높은 길이 방향의 강성을 갖지도록, 공진스프링의 각도별 유효 턴수를 일정하게 구성하여, 신축되는 방향의 강성과 함께 측방향 강성 확보가 가능하게 된다.

또한, 동일 반경과 길이 대비해 충분한 신축방향 및 측방향의 강성의 확보가 가능한 구조의 공진 스프링을 통해, 압축기에 장착되는 공진 스프링의 개수를 줄임으로써 압축기의 내부 공간의 확보가 용이하게 된다.

도 1은, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 모습을 나타내는 단면도.
도 2는, 공진 스프링의 종방향 단면의 일례를 나타내는 개념도.
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 공진 스프링의 종방향 단면을 나타내는 개념도.
도 4a는, 리니어 압축기의 다른 실시예를 나타내는 리니어 압축기의 단면도.
도 4b는, 스프링지지부재의 사시도.
도 5는, 리니어 압축기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도.

이하, 본 발명에 관련된 리니어 압축기에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은, 본 발명에 따른 리니어 압축기의 모습을 나타내는 도면이다.

리니어 압축기(100)는, 케이싱(110), 프레임(120), 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)을 포함한다.

밀폐공간을 이루는 케이싱(110)의 내부공간(101)에는 프레임(120)이 설치된다. 프레임(120)에는 구동유닛(130)이 결합되어 지지되며, 구동유닛(130)에는 냉매를 흡입 압축하여 토출시키기 위한 압축유닛(140)이 결합된다. 압축유닛(140)은 구동유닛(130)과 함께 프레임(120)에 결합되어 지지된다.

케이싱(110)은 양단이 개구되어 대략 횡방향으로 긴 원통 형상으로 형성되는 쉘(111)과, 쉘(111)의 후방측에 결합되는 제1 쉘커버(112) 및 전방측에 결합되는 제2 쉘커버(113)로 이루어진다. 이에 따라, 케이싱(110)는 가로 방향으로 누워져 있으며, 도면을 기준으로 제1 쉘커버(112)는 쉘(111)의 우측에, 제2 쉘커버(113)는 쉘(111)의 좌측에 결합될 수 있다. 또한, 제1 쉘커버(112)와 제2 쉘커버(113)는 쉘(111)의 일부를 이룰 수 있다.

구동유닛(130)의 크기에 따라 케이싱(110)의 내경이 다양하게 형성될 수 있으나, 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)는 오일베어링이 배제되고 가스베어링이 적용되어 케이싱(110)의 내부공간(101)에 오일이 채워질 필요가 없는 오일리스형이므로, 케이싱(110)의 내경은 최대한 작게하여, 후술할 프레임(120)의 플랜지부(122)가 케이싱(110)의 내주면과 접촉되지 않을 정도의 간격만 가질 수 있는 정도로 형성하는 것도 가능하게 된다.

제1 쉘커버(112)는 케이싱(110)의 후방측에 결합되는 것으로, 제1 쉘커버(112)에는 흡입구(114)가 형성되고, 흡입관(SP)이 삽입되어 결합될 수 있다.

제2 쉘커버(113)에는 토출공간(102)으로부터 냉매가 외부로 토출되기 위한 토출구(115)가 형성되고, 토출구(115)의 외부에는 토출 배관(DP)이 연결될 수 있다.

프레임(120)은, 케이싱(110)에 일 단부가 고정되도록 위치되는 지지 스프링(150)의 타 단부에 연결되어 지지될 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 지지 스프링(150)은 판 스프링으로 이루어질 수 있다.

구동 유닛(130)은 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 왕복 운동을 발생시킬 수 있으며, 스테이터(131)와 무버(132)를 포함할 수 있다. 스테이터(131)는 프레임(120)과 결합될 수 있다. 스테이터(131)는 압축 유닛(140)을 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(131a)와, 아우터 스테이터(131a)의 내측으로 이격되어 압축 유닛(140)을 둘러싸는 이너 스테이터(131b)를 포함할 수 있다. 아우터 스테이터(131a)와 이너 스테이터(131b) 사이에는 무버(132)가 위치될 수 있다.

아우터 스테이터(131a)에는 권선코일(133)이 장착될 수 있으며, 무버(132)는 영구자석을 구비할 수 있다. 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일(133)에 의해 스테이터(131)에 자속(flux)이 형성될 수 있으며, 전류 인가에 의해 형성되는 자속과 영구자석에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해 무버(132)의 움직임이 형성될 수 있다.

압축 유닛(140)은 흡입공간(101) 내의 냉매를 흡입하여 압축 및 토출하도록 이루어진다. 압축 유닛(140)은 이너 스테이터(131b)의 내측으로 케이싱(110)의 중심부에 위치될 수 있으며, 실린더(141)와 피스톤(142)을 포함한다. 실린더(141)는 프레임(120)에 의해 지지되어 압축실(P)을 형성할 수 있다. 실린더(141)는 일 단부가 개방된 원통형으로 이루어질 수 있다. 실린더(141)의 타단부에는 토출밸브(141a) 및 토출 커버(143)가 장착될 수 있다.

토출밸브(141a)와 토출 커버(143) 사이에는 토출공간(102)이 형성될 수 있다. 즉, 토출밸브(141a)에 의해 압축실(P)과 토출 커버(143)가 서로 분리된 공간을 형성할 수 있다.

복수 개의 토출 커버(143)는 서로 중첩되도록 이루어질 수 있으며, 복수 개의 토출공간(102)을 형성할 수 있다. 케이싱(110)의 내부에는, 토출구(115)와 토출공간(102)을 서로 연통시키도록 연장되는 토출 튜브(144)가 설치될 수 있다.

피스톤(142)은 실린더(141)의 개방된 일 단부에 삽입되어, 압축실(P)을 밀폐하도록 이루어진다. 피스톤(142)은 앞서 설명한 무버(132)와 연결되며 무버(132)와 함께 왕복 운동될 수 있다. 무버(132)와 피스톤(142) 사이에는 이너 스테이터(131b) 및 실린더(141)가 위치될 수 있으며, 무버(132)와 피스톤(142)은 실린더(141) 및 이너 스테이터(131b)를 우회하도록 형성되는 별도의 연결부재(145)에 의해 서로 결합될 수 있다.

피스톤(142)에는 압축실(P)을 밀폐하고, 일단부를 관통하는 흡입포트(142a)가 형성된다. 본 실시예에서 피스톤(142)은 그 내부 공간을 통하여 흡입공간(101)의 냉매가 흘러, 흡입포트(142a)를 통과하여 피스톤(142)과 실린더(141) 사이의 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 또한, 압축실(P)과 인접한 피스톤(142)의 단부면에는 흡입포트(142a)를 개폐하는 흡입밸브(미도시)가 장착될 수 있다. 흡입밸브(미도시)는 탄성 변형에 의해 동작될 수 있다. 즉, 흡입밸브(미도시)는 흡입포트(142a)를 통과하여 압축실(P) 쪽으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 흡입포트(142a)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 압축기(100)는 공진 스프링(160)을 더 포함할 수 있다. 공진 스프링(160)은 무버(132) 및 피스톤(142)의 왕복 운동에 의해 구현되는 진동을 증폭시켜, 냉매의 압축을 효과적으로 수행하는 역할을 한다. 무버(132)와 피스톤(142)을 연결하는 연결부재(145)에는 스프링지지부재(146)가 결합되어 일체로 왕복 운동될 수 있다.

본 발명에 따른, 공진 스프링(160)의 일단부는 스프링지지부재(146)에 고정되고, 공진 스프링(160)의 타단부는 스테이터커버(147) 또는 커버부재(148)에 고정되게 결합될 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 공진 스프링(160)은, 스프링지지부재(146)를 사이에 두고, 양 측에 각각 복수개가 위치될 수 있다.

공진스프링(160)은, 스테이터커버(147)의 일면과 스프링지지부재(146)의 일면을 각각 지지하는 제1 스프링(161)과, 스프링지지부재(146)의 다른 일면과 상기 케이싱(110)의 내측 후단부에 결합되는 커버부재(148)의 사이를 지지하는 제2 스프링(162)을 포함한다.

제1 스프링(161)과 제2 스프링(162)은 중심부가 동일한 선상에 형성되도록 이루어질 수 있다. 또한, 마찬가지로, 제1 스프링(161)과 제2 스프링(162)은 적어도 하나 이상의 복수개로 이루어질 수 있으며, 피스톤(142)의 중심부를 기준으로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 스프링(161)과 제2 스프링(162)은, 피스톤(142)의 중심부를 기준으로 120도 간격으로 배치될 수 있다.

공진 스프링(160)을 구성하는 제1 스프링(161)과 제2 스프링(162)은, 양단에 각각 형성되는 제1 부분(161a, 162a)과, 상기 제1 부분(161a, 162a)의 사이에 굴곡지도록 형성되는 제2 부분(161b, 162b)을 포함한다.

제1 부분(161a, 162a)은, 스프링지지부재(146)를 사이에 두고 각각 스테이터커버(147) 및 커버부재(148)에 접촉되는 것으로, 공진 스프링(160)의 양단에 형성된다. 제2 부분(161b, 162b)은 제1 부분(161a, 162a)의 사이에 굴곡지도록 형성되는 부분을 의미하며, 복수회 굴곡지도록 형성될 수 있다.

또한, 제1 부분(161a, 162a)과 제2 부분(161b, 162b)은 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 접촉되게 형성될 수 있다.

피스톤(142)이 실린더(141)에 대하여 진동하게 되면, 공진 스프링(160)은 기설정된 스프링 상수를 갖고 진동하여 압축 유닛(140)의 공진을 구현할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 공진 스프링(160)은, 중심을 기준으로 일정한 유효턴수를 가지도록 구성되어, 공진 스프링(160)을 중심축과 나란하게 자른 단면을 보았을 때, 양 측에 형성되는 유효턴수는 동일하도록 이루어진다. 이에 관한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

리니어 압축기(100)는 다음과 같이 동작된다.

우선, 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 스테이터(131)에 자속이 형성될 수 있다. 스테이터(131)에 형성되는 자속에 의해 발생되는 전자기력에 의해, 영구자석을 구비하는 무버(132)가 직선 왕복 운동될 수 있다.

무버(132)의 왕복 운동 시, 무버(132)에 연결되는 피스톤(142)이 왕복 운동될 수 있다. 실린더(141) 내부에서 왕복 운동되는 피스톤(142)은, 압축실(P)의 체적을 증가 및 감소시키는 운동을 반복하게 된다.

피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 증가시키면서 이동될 때, 압축실(P) 내부의 압력은 감소한다. 이에, 피스톤(142)에 장착되는 흡입밸브(미도시)가 개방되고, 흡입공간(101)에 머무르던 냉매가 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 이러한 흡입 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 최대로 증가시켜 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치될 때까지 진행된다.

하사점에 도달한 피스톤(142)은 압축실(P)의 체적을 감소시키면서 압축 행정을 수행한다. 압축 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적이 최소가 되도록 감소시키는 상사점(TDC, Top Dead Center)까지 이동되는 동안 수행된다. 압축 행정 시에는, 압축실(P)의 내부의 압력이 증가되어 흡입된 냉매가 압축될 수 있다. 압축실(P)의 압력이 기설정된 압력에 도달하면, 실린더(141)에 장착되는 토출밸브(141a)가 개방되어 냉매가 토출공간(102)으로 토출된다.

피스톤(142)의 흡입 및 압축 행정이 반복되면서, 흡입구(114)로 유입된 흡입공간(101)의 냉매가 압축실(P)로 흡입되어 압축되고, 토출공간(102), 토출 튜브(144) 및 토출구(115)를 거쳐 압축기의 외부로 토출되는 냉매 흐름이 형성될 수 있다. 피스톤(142)의 왕복 운동 동안, 피스톤(142)의 진동수에 맞추어 공진 스프링(160)이 압축 및 인장되면서 공진 현상을 일으킬 수 있고, 투입되는 전기 에너지 대비 효율적인 압축기 운전이 수행될 수 있다.

한편, 리니어 압축기(100)는, 실린더(141)와 스테이터(131)를 포함하는 고정체와, 무버(132)와 피스톤(142)을 포함하는 진동체 사이의 윤활 및 냉각을 위하여 오일이 별도로 사용되지 않는 오일리스(oil-less) 타입일 수 있다. 이러한 오일리스 타입의 리니어 압축기(100)는, 실린더(141)와 피스톤(142) 사이의 마찰면의 윤활 및 냉각을 위하여 가스 베어링이 형성될 수 있다. 즉, 프레임(120)에 형성되는 베어링 통로(121)에 의해, 토출공간(102)으로부터 냉매의 일부가 피스톤(142)의 외주면까지 공급되어 가스 베어링막을 형성할 수 있게 된다.

도 2는, 공진 스프링의 종방향 단면을 일례를 나타내는 도면이고, 도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 공진 스프링의 종방향 단면을 나타내는 도면이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 공진 스프링(160)은, 공진 스프링(160)의 종방향의 단면을 보았을 때, 좌측과 우측의 압축 코일의 유효턴(유효권)이 서로 다른 형상을 가지도록 이루어진다. 압축 코일은 종방향으로 균일한 탄성력을 제공하는 역할을 하는 유효턴과, 종방향의 균일한 강성을 유지하는 역할을 하지 못하는 압축 코일의 우측 상단과 하단은 무효권을 포함한다. 좌측과 우측의 압축 코일의 유효턴수가 서로 다르면, 공진 스프링(160)의 측력이 상대적으로 더 크므로 베어링의 하중으로 작용하거나 측방향의 움직임으로 인해 압축유닛과의 마찰에 따른 마모가 발생할 우려가 있게 된다.

이에, 공진 스프링이 동일한 유효턴수를 가지도록 구성하여, 신축되는 방향의 강성확보 뿐만 아니라, 측력을 저감시킴으로써, 공진 스프링(160)이 압축유닛과 접촉하는 것을 차단시키는 것이 요구된다.

본 발명에 따른 공진 스프링(160)은 측력(side force)의 저감을 위해, 중심을 기준으로 각도 별로 일정한 유효턴수를 가지도록 이루어진다.

여기서, 측력(side force)이란, 공진 스프링(160)의 신축이 이루어지는 경우, 공진 스프링(160)의 중심축을 기준으로 축방향에 직각인 방향으로 발생하는 힘을 의미한다. 측력(side force)은, 공진 스프링(160)을 지지하는 플레이트(미도시)가 수평 상태를 아닌 경우에 발생하게 되며, 이에 따라, 플레이트(미도시)에는 모멘트가 발생하게 되어 각도가 더 기울어지게 된다. 이러한 기울어짐에 따라, 공진 스프링(160)에는 축방향에 직각하는 방향으로의 분력(F)가 발생하게 되는데, 이러한 분력을 측력으로 정의할 수 있다. 즉, 공진 스프링(160)은 신축되는 방향으로의 힘만 발생하는 것이 아닌, 신축 방향과 직각되는 방향으로 발생되는 측력이 발생하게 된다.

본 발명에 따른 공진 스프링(160)은, 유효권들이 일정한 간격으로 형성되며, 도 3의 (a), (b)에서 보는 바와 같이, 종방향의 단면을 보았을 때, 좌측과 우측에 형성되는 공진 스프링(160)의 유효턴수가 일정하게 형성되므로, 신축되는 방향에 따라 발생하는 측력이 줄어들 수 있게 된다.

공진 스프링(160)의 축방향 양단에는 각각 스테이터커버나 스프링 지지부재와 접하는 밀착부가 형성되며, 각 밀착부의 사이에는 유효턴부가 형성된다. 유효턴부는 일정한 웨이브 단면 형상으로 형성되며, 유효턴부는 축방향으로 이웃하는 선재의 일부가 서로 접촉된 상태를 유지하도록 이루어질 수 있다. 유효턴부는, 1회의 턴 당 적어도 한번 이상의 상단 피치점과 하단 피치점을 구비한다. 유효턴부는 커버부재(148) 쪽으로 굴곡지도록 위치되는 골(상단 피치점)과 스테이터커버(147) 쪽으로 굴곡지도록 위치되는 마루(하단 피치점)를 가지는 웨이브 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 유효턴부의 이웃하는 선재의 상단 피치점과 하단 피치점은 서로 접촉된 상태를 유지하도록 이루어질 수 있다.
또한, 이때, 공진 스프링(160)은 축방향의 중심을 포함하는 면으로 절단하였을 때, 일측 단면은 축방향의 중심을 기준으로 공진 스프링(160)의 좌측 부분과 우측 부분이 축방향의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 구조를 가집니다. 이를 통해, 신축되는 방향의 강성의 확보 및 측력을 감소시킬 수 있으며, 공진 스프링(160)의 개수를 줄일 수 있어, 압축기의 공간 활용의 자유도가 높아지는 효과를 가질 수 있습니다.

본 발명에 따른 공진 스프링(160)은, 일반적인 공진 스프링(160)과 대비할 때, 동일한 길이 대비 충분한 종강성의 확보가 가능하면서도 측력의 발생이 저감되므로, 리니어 압축기(100)에 설치되는 공진 스프링(160)의 개수를 줄일 수 있으며, 그 길이 또한 단축시킬 수 있으므로, 압축기 내에서 차지하는 공간을 줄여 압축기를 더욱 컴팩트하게 하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 공진 스프링(160)은, 압축 코일의 권선 간에 동일한 간격을 가지는 것이 아닌, 유효권 간에 중심을 기준으로 일정한 각도 간격으로 유효권 간의 간격이 다르게 형성되도록 이루어지나, 축방향의 중심을 기준으로 각도별 유효턴수는 동일하도록 이루어진다.

예를 들어, 공진 스프링(160)은 웨이브 스프링을 의미하는 것일 수 있으며, 방사상으로 방향성에 관계 없이, 일정한 유효턴수와 강성을 가지며, 일정한 각도 간격으로 선접촉이나 면접촉이 되도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 도 3의 (a)와 (b)에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 공진 스프링(160)은, 공진 스프링(160)을 종방향으로 자를 때의 단면은 원형이나 사각형의 단면을 가지도록 이루어질 수 있다.

특히, 사각형의 단면을 가지도록 형성되는 경우, 중심을 기준으로 일정한 각도 간격으로 각 권선간에 면접촉하게 되므로, 압축기의 구동에도 불구하고, 공진 스프링의 축방향 진동이 보다 안정적으로 이루어질 수 있게 될 것이다.

공진 스프링(160)의 측력은 압축기 내부에 위치되는 베어링(미도시)의 하중으로 작용하게 되므로, 압축유닛과의 마찰에 의한 마모가 발생할 경우 압축기의 신뢰성에도 악영향을 미치게 된다. 이에, 본 발명은 공진 스프링(160)의 충분한 신축 방향의 강성을 확보하면서도, 측력을 감소할 수 있도록 구성된다.

도 4a는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 리니어 압축기(200)의 단면도를 나타내며, 도 4b는, 스프링지지부재(246)를 나타내는 사시도이다.

본 실시예에 따른 리니어 압축기(200)는, 케이싱(210), 프레임(220), 구동 유닛(230), 압축 유닛(240) 및 공진스프링(260)을 더 포함할 수 있다.

공진스프링(260)은 무버(232) 및 피스톤(242)의 왕복 운동에 의해 구현되는 진동을 증폭시켜, 냉매의 압축을 효과적으로 수행하는 역할을 하며, 무버(232)와 피스톤(242)을 연결하는 연결부재(245)에는 스프링지지부재(246)가 결합되어 일체로 왕복 운동될 수 있음은 앞서 설명한 바와 동일하다.

다만, 본 실시예 따른 리니어 압축기(200)는, 공진스프링(260)의 측방향 움직임(중심 방향을 향하는 움직임)을 막아, 압축유닛(240)과의 마찰을 제한할 수 있는, 공진스프링 가이드부재(249)를 더 포함하도록 이루어질 수 있다.

공진스프링 가이드부재(249)는, 스프링지지부재(246)의 전후면에서 각각 스테이터커버(247) 및 커버부재(248)을 향하도록 돌출 형성될 수 있다. 다만, 공진스프링(260)의 압축시 상기 공진스프링 가이드부재(249)가 각각 스테이터커버(247) 및 커버부재(248)와 충돌하지 않도록, 상기 공진스프링 가이드부재(249)의 최대 압축거리를 고려하여 길이를 설정할 수 있을 것이다.

공진스프링 가이드부재(249)는, 공진스프링(260)의 외형에 대응되도록, 상기 공진스프링(260)을 수용하는 형상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 인접한 공진스프링(260)과는 일정한 거리만큼 이격되게 된다.

도 4b에서 보는 바와 같이, 공진스프링지지부(246b)는 공진스프링 가이드부재(249)에 돌출되도록 이루어져, 공진스프링(260)의 단부가 끼워지도록 이루어질 수 있다. 공진스프링 가이드부재(249)는 공진스프링 가이드부재(249)의 일면에서 공진스프링지지부(246b) 보다 안쪽에서 돌출 형성되도록 이루어질 수 있다. 또한, 본 도면에서는 생략하였으나, 공진스프링 가이드부재(249)는 공진 스프링의 개수에 대응하도록 스프링지지부재(246)의 양면에 각각 복수개가 형성된다.

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도 5는, 리니어 압축기(300)를 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 리니어 압축기(300)는, 케이싱(310), 프레임(320), 구동 유닛(330), 압축 유닛(340) 및 공진 스프링(360)을 포함하는 구조를 가지며, 이의 작동 원리도 앞에서 설명한 바와 동일하다.

다만, 본 발명에 따른 리니어 압축기(300)는, 큰 직경을 가지도록 이루어지는 하나의 공진스프링(360)이 스테이터커버(347)와 커버부재(348)의 사이에 위치되는 구성을 가지도록 이루어질 수 있다. 이때, 공진스프링(360)은, 측력(side force)의 저감을 위해, 중심을 기준으로 각도 별로 일정한 유효턴수를 가지도록 이루어지며, 공진 스프링(360)의 종방향의 단면을 보았을 때, 좌측과 우측의 압축 코일의 유효턴수가 서로 동일한 형상을 가지도록 이루어지는 것은 앞서 설명한 바와 동일하다. 이러한 공진 스프링(360)의 구조적인 특성으로 인해, 압축기의 구동시에도 측력이 발생하는 것이 제한될 수 있으므로 복수개가 아닌 하나의 공진 스프링(360)을 포함하여 압축기를 구현하는 것도 가능할 것이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 리니어 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 리니어 압축기 110: 케이싱
111: 쉘 112: 제1 쉘커버
113: 제2 쉘커버 115: 토출구
120: 프레임 130: 구동 유닛
140: 압축 유닛 148: 커버부재
147: 스테이터커버 160: 공진 스프링
245: 연결부재 246: 스프링지지부재
249: 공진스프링 가이드부재

Claims (14)

1. 케이싱;
   상기 케이싱 내부에서 왕복 운동하는 무버와, 상기 무버와의 상호 작용으로 상기 무버의 움직임을 형성하는 스테이터를 구비하는 구동유닛;
   상기 케이싱의 내부에서 압축실을 형성하는 실린더와, 상기 무버에 결합되고 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하여 상기 실린더에 수용되는 유체를 압축시키는 피스톤을 구비하는 압축유닛; 및
   상기 피스톤의 공진 운동을 형성하는 공진스프링을 포함하며,
   상기 공진스프링은, 축방향의 중심을 기준으로 양쪽의 유효턴수가 동일한 압축 코일 스프링으로 이루어지며,
   상기 공진스프링은 축방향의 중심을 기준으로 하는 상기 공진스프링의 양측 단면이 상기 축방향의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공진스프링은, 축방향 양단에 밀착부가 각각 형성되고, 상기 각 밀착부의 사이에는 유효턴부가 형성되며,
   상기 유효턴부는 웨이브 단면 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 유효턴부는, 축방향으로 이웃하는 선재의 일부가 서로 접촉된 상태를 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,
   상기 유효턴부는, 턴 당 적어도 한번 이상의 상단 피치점과 하단 피치점을 가지도록 형성되고,
   상기 서로 이웃하는 선재의 상단 피치점과 하단 피치점은 서로 접촉된 상태를 유지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 공진스프링은, 사각형의 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 공진스프링은, 원형의 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 공진스프링은,
   양측 단부에 형성되는 제1 부분; 및
   상기 제1 부분의 사이에서 굴곡지게 형성되는 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2 부분은, 하나의 턴에 대해 복수회 굴곡지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 공진스프링은,
    상기 스테이터에 결합된 스테이터커버와, 상기 압축유닛의 일측에 고정되는 스프링 지지부재의 일면을 각각 지지하는 제1 스프링; 및
    상기 스프링 지지부재의 다른 일면과 상기 케이싱의 내측 후단부에 결합되는 커버부재의 사이를 지지하는 제2 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스프링과 상기 제2 스프링의 중심부는 서로 동일한 선상에 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
12. 제1항에 있어서,
    상기 압축유닛의 일측에 고정되는 스프링 지지부재의 일면에서 돌출되고 상기 공진스프링의 길이 방향을 따라 연장되어, 상기 공진스프링의 측방향으로의 움직임을 제한하는 공진스프링 가이드부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
13. 삭제
14. 제12항에 있어서,
    상기 공진스프링 가이드부재는, 상기 공진스프링의 외형을 감싸도록 이루어지고, 상기 공진스프링과 설정된 거리만큼 이격되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.

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