KR102107062B1 - 리니어 모터 및 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 모터 및 리니어 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 리니어 모터에는, 제 1 고정자, 상기 제 1 고정자의 내측에 배치되는 제 2 고정자 및 상기 제 1 고정자와 상기 제 2 고정자의 사이에 축방향으로 이동가능하게 배치되는 가동자가 포함된다. 상기 가동자에는, 복수의 영구자석, 상기 복수의 영구자석의 축방향 전방에 배치되는 전방 서브코어 및 상기 전방 서브코어와 축방향으로 이격되어, 상기 복수의 영구자석의 축방향 후방에 배치되는 후방 서브코어가 포함된다. 이때, 상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는 서로 동일한 형상으로 형성된다.

Description

리니어 모터 및 리니어 압축기{LINEAR MOTOR AND LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 리니어 모터 및 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 전기 모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 등 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치에 해당된다. 상기 압축기는 상기 가전제품 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기에는, 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)가 포함된다. 상기 왕복동식 압축기에는 피스톤과 실린더의 사이에 작동가스가 흡입 또는 토출되는 압축공간이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 상기 압축공간에 수용된 냉매를 압축시킨다.
상기 왕복동식 압축기에는, 상기 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터(이하, 리니어 모터)에 직접 연결되는 리니어 압축기가 포함된다. 상기 리니어 압축기는 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 리니어 압축기는 간단한 구조로 구성될 수 있다는 장점이 있다.
자세하게는, 상기 리니어 압축기는, 상기 피스톤이 상기 리니어 모터에 의해 상기 실린더 내부를 왕복 직선 운동하도록 구성된다. 상기 피스톤이 왕복 직선 운동하는 과정에서 냉매가 흡입, 압축 및 토출될 수 있다.
이때, 상기 리니어 모터에는, 고정자와 가동자가 포함된다. 상기 가동자는 이격배치된 고정자의 사이에 이동가능하게 배치된다. 그리고, 상기 가동자는 상기 고정자 간의 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동될 수 있다. 또한, 상기 리니어 모터는 상기 리니어 압축기 외에 다른 장치에 구비되거나 개별적인 장치로 구성될 수 있다.
상기 리니어 압축기에 구비되는 상기 리니어 모터의 가동자는 상기 피스톤과 연결된 상태로 마련될 수 있다. 상기 가동자가 구동됨에 따라, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하면서 냉매를 흡입하여 압축할 수 있다.
이와 같은 리니어 모터를 갖는 리니어 압축기와 관련하여, 본 출원인은 선행문헌 1을 출원한 바 있다.
<선행문헌 1>
1. 공개번호 : 제10-2016-0010985호 (공개일자 : 2016년 1월 29일)
2. 발명의 명칭 : 리니어 압축기 및 리니어 모터
상기 선행문헌 1에 기재된 구조에 따라, 상기 가동자 및 상기 피스톤이 왕복 직선 운동하며 냉매를 압축시킬 수 있다. 자세하게는, 상기 고정자에는 서로 이격되어 배치되는 제 1 스테이터 및 제 2 스테이터가 포함된다. 그리고, 상기 가동자에는 상기 제 1 스테이터 및 상기 제 2 스테이터의 사이에 이동가능하게 배치되는 영구자석이 포함된다.
이때, 상기 영구자석은 비교적 값 비싼 재질로 구성된다. 즉, 상기 영구자석의 사용량은 상기 리니어 모터의 원가에 비교적 큰 영향을 미칠 수 있다. 이때, 원가의 절감을 위해 상기 영구자석의 사용량을 줄이면, 상기 리니어 모터의 출력이 줄어드는 문제점이 있다.
한편, 상기 리니어 모터의 출력을 개선하기 위해서는 상기 영구자석의 사용량을 늘여야 한다. 그에 따라, 상기 리니어 모터의 원가가 상승된다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 가동자에 영구자석 및 상기 영구자석의 양 측에 배치되는 서브코어를 구비하여, 출력을 개선한 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 서브코어를 이용하여 출력은 유지하며 영구자석의 사용량을 줄이고, 그에 따라 원가를 절감한 리니어 모터 및 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 사상에 따른 리니어 모터에는, 제 1 고정자, 상기 제 1 고정자의 내측에 배치되는 제 2 고정자 및 상기 제 1 고정자와 상기 제 2 고정자의 사이에 축방향으로 이동가능하게 배치되는 가동자가 포함된다.
이때, 상기 가동자에는, 복수의 영구자석, 상기 복수의 영구자석의 축방향 전방에 배치되는 전방 서브코어 및 상기 전방 서브코어와 축방향으로 이격되어, 상기 복수의 영구자석의 축방향 후방에 배치되는 후방 서브코어가 포함된다.
이때, 상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는 서로 동일한 형상으로 형성된다.
또한, 상기 복수의 영구자석은 원주방향으로 각각 원주길이(L1)를 갖도록 형성되고, 서로 인접하는 영구자석 간에 원주방향으로 간격길이(G1)만큼 이격되어 배치된다. 이때. 상기 간격길이(G1)는 상기 원주길이(L1)보다 길 수 있다.
또한, 상기 가동자는 축방향으로 제 1 축길이(H1)를 갖도록 형성되고, 상기 제 1 고정자 및 상기 제 2 고정자는 축방향으로 제 3 축길이(H3) 및 제 2 축길이(H2)를 갖도록 형성된다. 이때, 상기 제 1 축길이(H1)는 상기 제 2 축길이(H2)보다 길고, 상기 제 3 축길이(H3)보다 짧을 수 있다.
또한, 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기에는, 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤이 수용되는 실린더, 상기 실린더가 수용되는 프레임 본체 및 상기 프레임 본체의 축방향 전방에서 반경방향으로 연장되어 형성된 프레임 플랜지가 구비되는 프레임 및 리니어 모터가 포함된다.
상기 리니어 모터에는, 상기 프레임 플랜지의 축방향 후방에 배치되는 제 1 고정자, 상기 제 1 고정자의 내측에 배치되고, 상기 프레임 본체의 외측에 고정되는 제 2 고정자 및 상기 제 1 고정자와 상기 제 2 고정자의 사이에 배치되고, 상기 피스톤과 연결되는 가동자가 포함된다.
그리고, 상기 가동자에는, 복수의 영구자석 및 상기 복수의 영구자석의 축방향 전방 및 후방에 배치되는 서브코어가 포함될 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 서브코어를 구비하여 영구자석의 사용량을 그대로 유지하며, 리니어 모터 및 그를 구비한 리니어 압축기의 출력을 개선할 수 있는 장점이 있다.
그에 따라, 상기 리니어 모터가 보다 고속으로 작동가능하고, 상기 리니어 압축기의 압축 효율이 증대될 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 리니어 모터 및 리니어 압축기를 보다 작게 형성할 수 있어 설치자유도가 증대된다는 장점이 있다. 더하여, 리니어 모터 및 리니어 압축기가 설치되는 공간을 최소화하여 공간활용도가 높아진다는 장점이 있다.
한편, 리니어 모터 및 그를 구비한 리니어 압축기의 출력은 그대로 유지하며, 서브코어를 구비하여 비교적 값 비싼 영구자석의 사용량을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
그에 따라, 재료비를 포함하는 원가가 저감되고, 보다 저렴한 리니어 모터 및 그를 구비한 리니어 압축기를 제공하여 가격경쟁력을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 동작을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터를 분해하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터의 영구자석을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 리니어 모터의 영구자석 및 서브코어를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 리니어 모터의 영구자석 및 서브코어를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 리니어 모터의 영구자석 및 서브코어를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 리니어 모터의 영구자석 및 서브코어를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기(10)에는, 쉘(101) 및 상기 쉘(101)에 결합되는 쉘 커버(102)가 포함된다.
상기 쉘(101)의 양측부는 개구되도록 구성된다. 상기 개구된 쉘(101)의 양측부에는, 상기 쉘 커버(102)가 결합될 수 있다. 상기 쉘 커버(102)에 의하여, 상기 쉘(101)의 내부공간은 밀폐될 수 있다. 넓은 의미에서, 상기 쉘 커버(102)는 상기 쉘(101)의 일 구성으로서 이해될 수 있다.
상기 쉘(101)의 하측에는, 레그(50)가 결합될 수 있다. 상기 레그(50)는, 상기 리니어 압축기(10)가 설치되는 제품의 베이스에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 제품에는 냉장고가 포함되며, 상기 베이스에는, 상기 냉장고의 기계실 베이스가 포함될 수 있다. 다른 예로서, 상기 제품에는 공기조화기의 실외기가 포함되며, 상기 베이스에는, 상기 실외기의 베이스가 포함될 수 있다.
상기 쉘(101)은 대략 원통 형상을 가지며, 가로방향으로 누워져 있는 배치, 또는 축방향으로 누워 있는 배치를 이룰 수 있다. 도 1을 기준으로, 상기 쉘(101)은 가로 방향으로 길게 연장되며, 반경방향으로는 다소 낮은 높이를 가질 수 있다. 즉, 상기 리니어 압축기(10)는 낮은 높이를 가질 수 있으므로, 상기 리니어 압축기(10)가 냉장고의 기계실 베이스에 설치될 때, 상기 기계실의 높이를 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
상기 쉘(101)의 외면에는, 터미널(108)이 설치될 수 있다. 상기 터미널(108)은 외부 전원을 리니어 압축기에 전달하는 구성으로서 이해된다. 자세하게는, 상기 터미널(108)은 후술할 고정자에 연결될 수 있다.
상기 터미널(108)의 외측에는, 브라켓(109)이 설치된다. 상기 브라켓(109)에는, 상기 터미널(108)을 둘러싸는 다수의 브라켓이 포함될 수 있다. 상기 브라켓(109)은 외부의 충격 등으로부터 상기 터미널(108)을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 쉘(101) 또는 상기 쉘 커버(102)에 구비되어, 냉매를 흡입, 토출 또는 주입시킬 수 있는 다수의 파이프(104, 105, 106)가 더 포함된다. 상기 다수의 파이프(104, 105, 106)에는, 흡입 파이프(104), 토출 파이프(105) 및 프로세스 파이프(106)가 포함된다.
상기 흡입 파이프(104)는 냉매가 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입되도록 마련된다. 예를 들어, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 쉘 커버(102)의 중심측에 후술할 축방향으로 결합될 수 있다. 그에 따라, 냉매는 상기 흡입 파이프(104)를 따라 축방향으로 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 흡입될 수 있다.
특히, 상기 흡입 파이프(104)는 후술할 피스톤(130)의 중심축(C1)과 일체되도록 상기 쉘(101)에 설치될 수 있다. 그에 따라, 상기 흡입 파이프(104)를 통해 축방향으로 유입된 냉매는 유동방향이 변경되지 않고 상기 피스톤(130)으로 유입되어 압축될 수 있다. 따라서, 흡입 냉매의 유속저하 등 유동손실을 방지할 수 있다.
상기 토출 파이프(105)는 압축된 냉매가 상기 리니어 압축기(10)로부터 배출되도록 마련된다. 상기 토출 파이프(105)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매는 축방향으로 유동하면서 압축되고, 압축된 냉매는 상기 토출 파이프(105)를 통하여 배출된다.
상기 프로세스 파이프(106)는 냉매를 상기 리니어 압축기(10)에 보충하기 위해 마련된다. 상기 프로세스 파이프(106)는 상기 쉘(101)의 외주면에 결합될 수 있다. 작업자는 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여, 상기 리니어 압축기(10)의 내부로 냉매를 주입할 수 있다.
이때, 상기 프로세스 파이프(106)는 상기 토출 파이프(105)와의 간섭을 피하기 위하여, 상기 토출 파이프(105)와 다른 높이에서 상기 쉘(101)에 결합될 수 있다. 상기 높이라 함은, 상기 레그(50)로부터의 수직방향(또는, 반경방향)으로의 거리로서 이해된다. 상기 토출 파이프(105)와 상기 프로세스 파이프(106)가 서로 다른 높이에서, 상기 쉘(101)의 외주면에 결합됨으로써, 작업자의 작업 편의성이 도모될 수 있다.
상기 프로세스 파이프(106)가 결합되는 지점에 대응하는, 상기 쉘(101)의 내주면에는 상기 쉘 커버(102)의 적어도 일부분이 인접하게 위치될 수 있다. 즉, 상기 쉘 커버(102)의 적어도 일부분은, 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여 주입되는 냉매의 저항으로서 작용할 수 있다.
따라서, 냉매의 유로관점에서, 상기 프로세스 파이프(106)를 통하여 유입되는 냉매의 유로 크기는, 상기 쉘(101)의 내부공간으로 진입하면서 작아지도록 형성된다. 이 과정에서, 냉매의 압력이 감소하여 냉매의 기화가 이루어질 수 있다.
또한, 이 과정에서, 냉매에 포함된 유분이 분리될 수 있다. 따라서, 유분이 분리된 가스냉매가 피스톤(130)의 내부로 유입되면서, 냉매의 압축성능이 개선될 수 있다. 이때, 상기 유분은, 냉각 시스템에 존재하는 작동유로서 이해될 수 있다.
이와 같은 상기 리니어 압축기(10)의 외관은 예시적인 것에 불과하다. 따라서, 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기(10)는 다양한 형상으로 구비될 수 있다. 이하, 상기 리니어 압축기(10)의 내부구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다. 자세하게는, 도 2는 도 1에 도시된 상기 쉘(101)의 내부를 개략적으로 도시한 것으로, 상기 쉘(101)을 포함한 외부구성은 생략하고 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기(10)에는, 프레임(110), 실린더(120), 피스톤(130) 및 리니어 모터(200)가 포함된다.
상기 리니어 모터(200)는 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 구성에 해당되고, 상기 리니어 모터(200)의 구동에 따라 상기 피스톤(130)은 왕복운동할 수 있다. 상기 리니어 모터(200)에 관하여는 자세하게 후술한다.
이하, 방향을 정의한다.
"축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향, 도 2에서 가로 방향으로 이해될 수 있다. 특히, 상기 피스톤(130)은 축방향으로 연장된 중심축(C1)을 기준으로 왕복운동될 수 있다.
그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입 파이프(104)로부터 압축공간(P)을 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 정의한다. 상기 피스톤(130)이 전방으로 이동할 때, 상기 압축공간(P)은 압축될 수 있다.
반면, "반경 방향"이라 함은 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 수직한 방향으로서, 도 2의 세로 방향으로 이해될 수 있다. 그리고, 상기 "반경 방향" 중에서, 상기 피스톤(130)의 중심축으로부터 상기 쉘(101)을 향하는 방향을 반경방향 "외측"이라 하고, 그 반대방향을 반경방향 "내측"이라 정의한다.
상기 프레임(110)에는, 축방향으로 연장되는 프레임 본체(111) 및 상기 프레임 본체(111)로부터 반경방향 외측으로 연장되는 프레임 플랜지(112)가 포함된다. 이때, 상기 프레임 본체(111)와 상기 프레임 플랜지(112)는 서로 일체로 형성될 수 있다.
상기 프레임 본체(111)는, 축방향 상단 및 하단이 개방된 원통 형상으로 구비된다. 상기 프레임 본체(111)의 반경방향 내측에는 상기 실린더(120)가 수용된다. 즉, 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 압입(壓入, press fitting)될 수 있다.
상기 프레임 플랜지(112)는 축방향으로 소정의 두께를 갖는 원판형상으로 구비된다. 특히, 상기 프레임 플랜지(112)는 상기 프레임 본체(111)의 전단부에서 반경방향으로 연장된다.
또한, 상기 프레임(110)에는, 상기 프레임 플랜지(112) 및 상기 프레임 본체(111)를 관통하여 연장되는 가스유로(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 가스유로는 냉매 중 적어도 일부가 유동되고, 이는 베어링 냉매에 해당될 수 있다. 상기 베어링 냉매는 상기 실린더(120) 및 상기 피스톤(130)의 외측으로 유동되어 베어링으로 기능할 수 있다.
상기 실린더(120)에는, 축방향으로 연장되는 실린더 본체(121) 및 상기 실린더 본체(121)의 전방부 외측에 구비되는 실린더 플랜지(122)가 포함된다.
상기 실린더 본체(121)는, 축방향의 중심축을 가지는 원통 형상을 이루며 상기 프레임 본체(111)의 내부에 삽입된다. 따라서, 상기 실린더 본체(121)의 외주면은 상기 프레임 본체(111)의 내주면에 대향되도록 위치될 수 있다.
상기 실린더 플랜지(122)는, 상기 실린더 본체(121)의 전방부로부터 반경방향 외측으로 연장되고 전방으로 연장될 수 있다. 상기 실린더(120)가 상기 프레임(110)에 수용되는 과정에서, 상기 실린더 플랜지(122)는 변형될 수 있다. 그리고, 상기 실린더 플랜지(122)의 복원력에 의해 상기 실린더(120)가 상기 프레임(110)에 고정될 수 있다.
상기 실린더 본체(121)에는, 상기 실린더 본체(121)의 외주면으로부터 반경방향 내측으로 함몰되어 형성된 가스유입부(126)가 포함된다. 그리고, 상기 가스유입부(126)는 축방향 중심축을 기준으로, 상기 실린더 본체(121)의 외주면을 따라 원형의 형상을 가지도록 구성될 수 있다. 상기 가스유입부(126)는 복수 개가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스유입부(126)는 2개 구비될 수 있다.
또한, 상기 실린더 본체(121)에는, 상기 가스유입부(126)로부터 반경방향 내측으로 연장되는 실린더 노즐(125)이 포함된다. 상기 실린더 노즐(125)은, 상기 실린더 본체(121)의 내주면까지 연장될 수 있다. 즉, 상기 실린더 노즐(125)은 상기 실린더 본체(121)의 내측에 수용된 상기 피스톤(130)의 외측까지 연장된다.
이와 같은 구조로 상기 피스톤(130)에 상기 베어링 냉매를 공급할 수 있다. 자세하게는, 상기 베어링 냉매가 상기 프레임(110)을 관통하여 상기 실린더(120)의 외측으로 공급된다. 그리고, 상기 가스유입부(126) 및 상기 실린더 노즐(125)를 통해 상기 피스톤(130)으로 공급될 수 있다.
다만, 이는 예시적인 것에 불과하고, 본 발명의 사상에 따른 리니어 압축기(10)은 오일 베어링으로도 구동될 수 있다.
상기 피스톤(130)은 상기 실린더(120)의 내측에 이동가능하게 수용된다. 상기 실린더(120)의 내부 및 상기 피스톤(130)의 전방에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다.
상기 피스톤(130)에는, 대략 원통형상의 피스톤 본체(131) 및 피스톤 플랜지(132)가 포함된다. 상기 피스톤 본체(131)는 상기 실린더 본체(121)의 내부에 적어도 일부가 수용되어 배치된다. 상기 피스톤 플랜지(132)는 상기 피스톤 본체(131)의 후방부로부터 반경 방향 외측으로 연장된다.
이때, 상기 피스톤 플랜지(132)는 상기 실린더(120)의 외측에 배치된다. 그에 따라, 상기 피스톤 본체(131)는 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지(132)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다.
그리고, 상기 피스톤(130)의 전면부에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(미도시) 및 상기 흡입공을 개폐하는 흡입 밸브(135)가 배치된다. 상기 흡입 밸브(135)는 체결부재(136)에 의해 상기 피스톤(130)에 결합될 수 있다.
또한, 기재의 편의상 생략되었으나 상기 리니어 압축기(10)에는 다양한 장치들이 더 구비된다. 예를 들어, 상기 리니어 압축기(10)에는 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매를 상기 쉘(101)의 내부로 유동시키는 토출유닛(미도시) 등이 구비된다. 또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 흡입 파이프(104)를 통하여 흡입된 냉매로부터 발생되는 소음을 저감하기 위한 머플러 및 각 구성을 상기 쉘(101)의 내부에 지지하기 위한 지지장치 등이 더 포함될 수 있다.
이와 같은 구성을 참고하여, 상기 리니어 압축기(10)의 동작에 대하여 자세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 압축기의 동작을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(130)은 도면의 가로 방향, 즉, 축방향으로 직선 이동될 수 있다. 특히, 상기 피스톤(130)은 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에서 상사점(TDC, Top Dead Center) 범위 내에서 왕복 직선 이동할 수 있다.
도 3은 상기 피스톤(130)이 하사점에 위치된 경우를 도시한 것이고, 도 4는 상기 피스톤(130)이 상사점에 위치된 경우를 도시한 것이다. 다만, 이는 예시적인 것으로 하사점 및 상사점의 위치는 설계에 따라 변경될 수 있다.
도 4에서 도 3으로 상기 피스톤(130)이 이동되는 경우, 상기 흡입 밸브(135)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 즉, 상기 피스톤(130)이 축방향으로 후방으로 이동되며, 냉매가 축방향 전방으로 유동되어 상기 압축 공간(P)에 수용될 수 있다.
이때, 상기 흡입 파이프(104)로 유입된 냉매가 상기 피스톤(130)을 관통하여 상기 압축 공간(P)으로 유동된다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 흡입 파이프(104)는 상기 피스톤(130)과 축방향으로 동축 또는 평행하게 배치되기 때문에 냉매의 유동손실이 최소화될 수 있다.
또한, 이와 같은 과정에서 상기 흡입 밸브(135)가 전방으로 휘어지며 냉매가 상기 피스톤(130)의 내측에서 전방으로 토출된다. 기재의 편의상, 상기 흡입 밸브(135)의 변형은 도면에 따로 도시하지 않았다.
그리고, 상기 피스톤(130)이 도 3과 같이 하사점에 도달되면, 상기 피스톤(130)이 축방향 전방으로 이동된다. 그에 따라, 상기 압축 공간(P)에 수용된 냉매를 압축시킬 수 있다. 즉, 도 3에서 도 4로 상기 피스톤(130)이 이동되는 경우, 상기 압축 공간(P)에 수용된 냉매가 압축될 수 있다.
이때, 상기 흡입 밸브(135)는 상기 피스톤(130)의 전방에 밀착된 상태로 배치된다. 그에 따라, 상기 압축 공간(P)이 폐쇄되어 냉매가 압축될 수 있다.
그리고, 상기 피스톤(130)이 도 4와 같이 상사점에 도달되면, 상기 피스톤(130)이 축방향 후방으로 이동된다. 그에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 압축공간(P)으로 냉매가 유입될 수 있다. 또한, 압축된 냉매가 상기 압축공간(P)에서 토출될 수 있다.
이와 같이, 상기 피스톤(130)은 왕복 직선운동하며 냉매를 압축시킬 수 있다. 이때, 상기 피스톤(130)은 상기 리니어 모터(200)에 의해 왕복 이동될 수 있다. 이하, 상기 리니어 모터(200)에 대하여 자세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터를 분해하여 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 리니어 모터(200)에는, 고정자(210, 220) 및 가동자(230, 240)가 포함된다. 또한, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 리니어 모터(200)는 상기 프레임 본체(111)의 반경방향 외측 및 상기 프레임 플랜지(112)의 축방향 후방에 위치된다.
상기 고정자에는, 제 1 고정자(210) 및 상기 제 1 고정자(210)의 내측에 배치되는 제 2 고정자(220)가 포함된다. 이때, 상기 제 1 고정자(210)는 아우터 스테이터, 상기 제 2 고정자(220)는 이너 스테이터로 명칭될 수 있다.
상기 제 1 고정자(210)에는, 스테이터 코어(212) 및 코일 권선체(214)가 포함된다.
상기 스테이터 코어(212)에는, 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성된 다수의 코어 블럭이 포함된다. 상기 다수의 코어 블럭은, 상기 코일 권선체(214)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 스테이터 코어(212)는 상기 제 1 고정자(210)의 외관을 형성하는 구성으로도 이해될 수 있다.
이때, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스테이터 코어(212)는 원주방향으로 이격된 복수 개로 마련될 수 있다. 이는 설계상의 필요성 또는 후술할 커버체결부재를 회피하기 위함이다. 도 5 및 도 6에서는 상기 스테이터 코어(212)를 원주 방향으로 이격된 6개의 구성으로 도시하였으나 이는 예시적인 것에 불과하다.
상기 코일 권선체(214)는, 원주 방향으로 권선된 코일 다발로 이해될 수 있다. 또한, 상기 코일 권선체(214)에는 상기 코일을 소정의 형태로 고정시키기 위한 보빈이 구비될 수 있다.
또한, 상기 코일 권선체(214)에는, 상기 코일에 연결되는 전원선이 상기 리니어 모터(200)의 외부로 인출 또는 노출되도록 가이드 하는 단자부(미도시)가 더 포함된다. 상기 단자부는 상기 프레임 플랜지(112)를 관통하여 상기 프레임(110)의 후방에서 전방으로 관통되어 외부로 인출 또는 노출될 수 있다. 그리고, 상기 터미널(108)과 연결되어 외부 전원과 연결될 수 있다.
상기 제 2 고정자(220)는 복수 개의 라미네이션이 원주 방향으로 적층되어 구성된다. 이때, 상기 제 2 고정자(220)는 전체적으로 축방향으로 관통된 원통형상으로 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1 고정자(210) 및 상기 제 2 고정자(220)는 상기 프레임(110)에 고정되어 배치된다. 특히, 상기 제 1 고정자(210)는 상기 프레임 플랜지(112)에 고정되고, 상기 제 2 고정자(220)는 상기 프레임 본체(111)에 고정된다.
자세하게는, 상기 제 2 고정자(220)는 상기 프레임 본체(111)의 외주면에 고정된다. 그리고, 상기 제 2 고정자(220)는 상기 프레임 본체(111)에 원주 방향으로 적층되어 형성된다. 즉, 상기 프레임 본체(111)의 반경방향 외측에는 상기 제 2 고정자(220)가 고정되어 배치된다.
상기 제 1 고정자(210)는, 축방향으로 상기 프레임 플랜지(112)와 스테이터 커버(114, 도 2 참조)의 사이에 배치된다. 자세하게는, 상기 제 1 고정자(210)는 축방향 전방이 상기 프레임 플랜지(112)에 접하도록 배치되고, 축방향 후방이 상기 스테이터 커버(114)와 접하도록 배치된다.
이때, 상기 리니어 압축기(10)에는 상기 스테이터 커버(114)와 상기 프레임(110)을 체결하기 위한 커버체결부재(미도시)가 더 포함된다. 상기 커버체결부재는 상기 제 1 고정자(210)를 통과하여 상기 스테이터 커버(114)와 상기 프레임(110)을 체결시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 제 1 고정자(210)가 상기 스테이터 커버(114)와 상기 프레임(110) 사이에 고정될 수 있다.
상기 가동자(230, 240)는 상기 제 1 고정자(210)와 상기 제 2 고정자(220)의 사이에 배치된다. 자세하게는, 상기 제 1 고정자(210) 및 상기 제 2 고정자(220)는 반경방향으로 이격되어 배치되고, 상기 가동자(230, 240)는 반경방향으로 상기 제 1 고정자(210)와 상기 제 2 고정자(220)의 사이에 배치된다.
정리하면, 상기 리니어 모터(200)는, 상기 제 2 고정자(220), 상기 가동자(230, 240) 및 상기 제 1 고정자(210)가 반경방향 내측에서 외측으로 차례로 배치된다. 또한, 상기 리니어 압축기(10)는, 상기 피스톤(130), 상기 실린더(120), 상기 프레임(110) 및 상기 리니어 모터(200)가 반경방향 내측에서 외측으로 차례로 배치된다.
또한, 상기 가동자(230, 240)는 상기 제 1 고정자(210)와 상기 제 2 고정자(220)의 사이에 축방향으로 이동가능하게 배치된다. 특히, 상기 가동자(230, 240)는 상기 피스톤(130)의 상사점 및 하사점의 범위 내에서 축방향으로 왕복 직선운동된다.
상기 가동자에는, 영구자석(230) 및 상기 영구자석(230)의 적어도 일 측에 배치되는 서브코어(240)가 포함된다.
상기 영구자석(230)은, 상기 제 1 고정자(210) 및 제 2 고정자(220)와의 상호 전자기력에 의하여 왕복 직선 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(230)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 영구자석(230)에는 희토류 자석(rare earth magnet)으로 구비될 수 있다. 상기 희토류 자석은 페라이트 자석 등 일반적인 영구자석보다 원가가 비교적 비싸고, 큰 출력을 낼 수 있다. 그에 따라, 상기 영구자석(230)의 사용량은 상기 리니어 모터(200) 및 상기 리니어 압축기(10)에 비교적 큰 영향을 줄 수 있다.
또한, 상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 영구자석(230)과 상기 피스톤(130)을 연결하는 마그넷 프레임(138, 도 2 참조)이 포함될 수 있다. 상기 마그넷 프레임(138)은 대략 축방향으로 관통된 원통 형상을 가진다. 그리고, 상기 마그넷 프레임(138)은 적어도 일부가 상기 제 1 고정자(210) 및 상기 제 2 고정자(220)의 사이 공간에 삽입되도록 배치될 수 있다.
상세하게는, 도 2를 기준으로, 상기 마그넷 프레임(138)은 상기 피스톤 플랜지(132)에서 반경방향 외측으로 연장되고, 축방향 전방으로 절곡되어 마련될 수 있다. 이때, 상기 영구자석(230)은 상기 마그넷 프레임(138)의 전방부에 설치될 수 있다. 그에 따라, 상기 영구자석(230)이 왕복 운동될 때, 상기 피스톤(130)은 상기 영구자석(230)과 함께 축 방향으로 왕복 운동될 수 있다.
또한, 상기 리니어 모터(200)가 별도의 장치로 구비되거나 다른 장치에 설치되는 경우, 상기 마그넷 프레임(138)은 생략되거나 상기 영구자석(230)과 다른 구성을 연결할 수 있다.
상기 서브코어(240)는 상기 영구자석(230)과 함께 상기 마그넷 프레임(138)에 결합될 수 있다. 자세하게는, 상기 마그넷 프레임(138)의 외주면에 상기 영구자석(230) 및 상기 서브코어(240)가 부착되고, 복합소재 테이프 등 결합부재에 의해 고정될 수 있다.
상기 서브코어(240)는 쇄교자속량 증가를 통하여 상기 리니어 모터(200)의 역기전력 상수를 증대시키는 기능을 한다. 즉, 상기 서브코어(240)에 의해 상기 리니어 모터(200)의 출력이 증대될 수 있다. 다시 말하면, 상기 서브코어(240)에 의해 동일한 출력을 유지하며 상기 영구자석(230)의 사용량을 줄일 수 있다.
상기 서브코어(240)는 투자율이 높은 전기강판 또는 그와 유사한 재질로 구성된다. 예를 들어, 상기 서브코어(240)는 전기강판(철, 규소) 또는 SMC(Soft Mignetic Composite) 등으로 구성될 수 있다.
특히, 상기 서브코어(240)는 상기 영구자석(230)의 축방향 전방 및 후방에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 서브코어(240)는 축방향으로 이격된 복수 개로 구비될 수 있다.
다시 말하면, 상기 서브코어(240)에는, 상기 영구자석(230)의 축방향 전방에 배치되는 전방 서브코어(242) 및 상기 영구자석(230)의 축방향 후방에 배치되는 후방 서브코어(244)가 포함된다. 이때, 상기 전방 서브코어(242) 및 상기 후방 서브코어(244)는 동일한 형상으로 형성된다.
상기 전방 서브코어(242) 및 상기 후방 서브코어(244)는 상기 영구자석(230)의 축방향 길이만큼 축방향으로 이격될 수 있다. 즉, 상기 전방 서브코어(242) 및 상기 후방 서브코어(244)는 일 단이 상기 영구자석(230)과 밀착된 상태로 배치된다. 자세하게는, 상기 전방 서브코어(242)의 후단은 상기 영구자석(230)의 전단과 밀착되고, 상기 후방 서브코어(244)의 전단은 상기 영구자석(230)의 후단과 밀착된다.
다시 말하면, 축방향으로 상기 전방 서브코어(242), 상기 영구자석(230) 및 상기 후방 서브코어(244)가 연결되어 차례로 배치된다. 이와 같은 구조는 보다 효과적으로 상기 리니어 모터(200)의 출력을 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 전방 서브코어(242) 및 상기 후방 서브코어(244)는 상기 영구자석(230)의 축방향 길이보다 길게 축방향으로 이격될 수 있다. 즉, 상기 전방 서브코어(242) 및 상기 후방 서브코어(244)는 일 단이 상기 영구자석(230)과 이격된 상태로 배치될 수 있다.
다시 말하면, 축방향으로 상기 전방 서브코어(242), 상기 영구자석(230) 및 상기 후방 서브코어(244)가 이격되어 차례로 배치된다. 이와 같은 구조는 상기 서브코어(240)의 사용량을 저감시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 가동자(230, 240)의 전체적인 무게가 줄어들며 재료비의 저감 및 고속운전이 가능할 수 있다.
이하, 상기 서브코어(240)가 구비된 리니어 모터(200)의 구조에 대하여 자세하게 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터의 단면을 도시한 도면이다. 도 7은 상기 리니어 모터(200)를 축방향으로 절단한 일 측의 단면을 도시한 것이다. 설명의 편의상, 상기 가동자(230, 240)를 고정하는 상기 마그넷 프레임(138)은 생략하고 도시하였다.
도 7에 도시된 바와 같이, 반경방향으로 상기 제 2 고정자(220), 상기 가동자(230, 240) 및 상기 제 1 고정자(210)가 차례로 배치된다. 도면상 좌측이 반경방향 내측에 해당되며, 상기 제 2 고정자(220)의 좌측에는 상기 실린더(120) 및 상기 피스톤(130)이 위치될 수 있다. 또한, 도면상 우측이 반경방향 외측에 해당되며, 상기 제 1 고정자(210)의 우측에 상기 쉘(101)이 위치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 고정자(220), 상기 가동자(230, 240) 및 상기 제 1 고정자(210)는 반경방향으로 연장된 중심축(C2)을 기준으로 축방향으로 연장된다. 즉, 상기 제 2 고정자(220), 상기 가동자(230, 240) 및 상기 제 1 고정자(210)는 상기 중심축(C2)을 기준으로 축방향 상방 및 하방이 서로 동일한 형상으로 마련될 수 있다.
다만, 설계에 따라, 상기 제 2 고정자(220), 상기 가동자(230, 240) 및 상기 제 1 고정자(210)의 중심축(C2)은 다소 차이가 있을 수 있다. 설명의 편의상, 이는 고려하지 않고 설명한다.
이때, 상기 가동자(230, 240)의 위치는 상기 리니어 모터(200)가 작동되지 않는 경우의 위치에 해당된다. 다시 말하면, 상기 피스톤(130)이 상사점과 하사점의 중심에 위치된 경우이다.
상기 제 2 고정자(220), 상기 가동자(230, 240) 및 상기 제 1 고정자(210)는 각각 축방향 길이를 갖는다. 또한, 축방향 길이는 상기 중심축(C2)을 기준으로 상하가 동일하게 마련된다. 이하, 상기 가동자(230, 240)의 축방향 길이를 제 1 축길이(H1)라 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 서브코어(240)는 상기 영구자석(230)의 축방향 전방 및 후방에 배치된다. 그에 따라, 제 1 축길이(H1)는 상기 전방 서브코어(242)의 전단에서 상기 후방 서브코어(244)의 후단까지의 축방향 길이로 이해될 수 있다.
또한, 상기 제 2 고정자(220)의 축방향 길이를 제 2 축길이(H2)라 하고, 상기 제 1 고정자(210)의 축방향 길이를 제 3 축길이(H3)라 한다. 상기 제 3 축길이(H3)는 상기 스테이터 코어(212)의 축방향 길이로 이해될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 축길이(H1), 상기 제 2 축길이(H2) 및 상기 제 3 축길이(H3)는 서로 다른 길이로 마련된다. 그리고, 상기 제 1 축길이(H1)는 상기 제 2 축길이(H2)보다 길고, 상기 제 3 축길이(H3)보다 짧게 마련된다(H2<H1<H3).
이때, 상기 영구자석(230)은 상기 제 2 축길이(H2)의 범위 내에서 축방향으로 왕복 이동될 수 있다. 즉, 상기 영구자석(230)은 상기 제 2 고정자(220)보다 축방향 전방 또는 후방에 배치되지 않는다.
다시 말하면, 도 4를 참조하여 상기 영구자석(230)이 최대한 전방으로 이동된 경우, 즉, 상기 피스톤(130)이 상사점에 위치된 경우를 살펴본다. 이때, 상기 영구자석(230)의 전단은 상기 제 2 고정자(220)의 전단과 동일하거나 후방에 위치된다.
또한, 도 3을 참조하여 상기 영구자석(230)이 최대한 후방으로 이동된 경우, 즉, 상기 피스톤(130)이 하사점에 위치된 경우를 살펴본다. 상기 영구자석(230)의 후단은 상기 제 2 고정자(220)의 후단과 동일하거나 전방에 위치된다.
이때, 상기 서브코어(240)는 적어도 일부가 상기 제 2 고정자(220)보다 전방 또는 후방에 위치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 가동자(230, 240)의 적어도 일부는 상기 제 2 고정자(220)보다 전방 또는 후방에 위치될 수 있다. 이는 상기 가동자(230, 240)에 보조적인 기능을 하는 서브코어(240)가 구비되기 때문이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 서브코어(240)에 의해 상기 영구자석(230)의 사용량이 저감될 수 있다. 이하, 이에 대하여 자세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터의 영구자석을 도시한 도면이다. 도 8은 축방향에서 상기 영구자석(230)을 도시한 것으로, 상기 서브코어(240) 등 다른 구성 및 상기 영구자석(230)을 고정하는 구조를 생략하고 도시한 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 영구자석(230)은 원주방향으로 이격되어 복수 개로 배치될 수 있다. 특히, 복수의 영구자석(230)은 원형으로 배치될 수 있다.
그에 따라, 상기 복수의 영구자석(230)은 소정의 직경(R)을 갖는 하나의 가상원을 형성할 수 있다. 이때, 상기 가상원의 중심은 상기 중심축(C1)에 해당된다. 또한, 상기 직경(R)은 상기 복수의 영구자석(230)의 반경방향 중심선이 연장된 것으로 이해될 수 있다.
각 영구자석(230)은 반경방향으로 소정의 두께를 갖는 사각형상으로 마련될 수 있다. 이때, 각 영구자석(230)의 반경방향 길이, 즉, 두께는 상기 고정자(210, 220)와의 자기장 형성에 연관된다. 그에 따라, 각 영구자석(230)의 반경방향 길이 또는 두께는 설계에 따라 고정된 상태로 마련된다.
또한, 각 영구자석(230)은 축방향으로 소정의 길이를 갖는다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 영구자석(230)은 상기 제 2 고정자(220)의 축방향 길이 범위 내에서 이동된다. 따라서, 상기 영구자석(230)의 축방향 길이는 상기 영구자석(230)의 이동거리와 연관된다.
또한, 상기 영구자석(230)의 이동거리는 상기 피스톤(130)의 상사점 및 하사점과 연관된다. 즉, 상기 리니어 압축기(10)의 전체적인 배치에 영향을 줄 수 있다. 그에 따라, 각 영구자석(230)의 축방향 길이는 설계에 따라 고정된 상태로 마련된다.
결과적으로, 본 발명의 사상에 따른 리니어 모터(200)의 영구자석(230)은, 상기 서브코어(240)에 의해 원주방향 길이가 작게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 서브코어(240)가 배치됨에 따라, 동일한 출력에서 상기 영구자석(230)의 원주방향 길이를 줄일 수 있다. 결과적으로 상기 영구자석(230)의 사용량이 줄어들어 원가를 절감할 수 있다.
상기 복수의 영구자석(230)은 원주방향으로 동일한 간격으로 이격되어 복수 개로 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이 상기 영구자석(230)은 총 12개로 구비될 수 있다. 이하, 도 8의 상단에 배치된 영구자석을 제 1 영구자석(230a)이라 하고, 시계방향으로 각각 제 2 영구자석(230b), 제 3 영구자석(230c) 내지 제 12 영구자석(230l)이라 명칭한다.
각 영구자석(230)은 원주방향으로 원주길이(L1)를 갖도록 형성된다. 즉, 상기 제 1 영구자석(230a) 내지 제 12 영구자석(230l)은 각각 원주길이(L1)를 갖는다.
또한, 각 영구자석(230)은 원주방향으로 인접한 영구자석(230)과 원주방향으로 간격길이(G1)만큼 이격되어 배치된다. 예를 들어, 상기 제 1 영구자석(230a)은 시계방향으로 제 2 영구자석(230b)과 상기 간격길이(G1)만큼 이격되어 배치된다. 또한, 상기 제 1 영구자석(230a)은 반시계방향으로 상기 제 12 영구자석(230l)과 상기 간격길이(G1)만큼 이격되어 배치된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 원주길이(L1) 및 상기 간격길이(G1)는 호의 길이일 수 있다. 이때, 상기 복수의 영구자석(230)의 상기 원주길이(L1) 및 상기 간격길이(G1)를 합한 경우, 상기 가상원의 둘레(R*π)에 해당될 수 있다.
또한, 상기 원주길이(L1) 및 상기 간격길이(G1)는 최단거리에 해당되는 직선거리에 해당될 수 있다. 즉, 각 길이의 측정방법은 무관하고, 각 영구자석(230)은 원주방향으로 동일한 길이를 갖고 동일한 간격으로 이격된다.
이때, 본 발명의 사상에 따른 리니어 모터(200)의 영구자석(230)은 상기 간격길이(G1)가 상기 원주길이(L1)보다 길 수 있다. 이는 상기 서브코어(240)에 의해 상기 영구자석(230)의 원주길이(L1)가 짧아짐으로서 발생되는 특징으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 상기 원주길이(L1)는 5mm로 구비되고, 상기 간격길이(G1)는 5.5 내지 8.5mm의 범위 내에서 구비될 수 있다. 정리하면, 상기 간격길이(G1)는 상기 원주길이(L1)의 1.1 내지 1.7배로 마련될 수 있다. 다만, 이는 설계에 의해 변경될 수 있는 값으로 이에 제한되지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 사상에 따른 영구자석(230)은 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 본 발명의 사상에 따른 서브코어(240)도 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 이하, 상기 서브코어(240)의 다양한 실시 예를 설명한다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제 1 실시 예 내지 제 4 실시 예에 따른 리니어 모터의 영구자석 및 서브코어를 도시한 도면이다. 도 9 내지 도 12에서 상기 영구자석(230)은 동일하게 도시되었고, 상기 서브코어(240)만을 변형시켰다. 다만, 이는 예시적이 형상으로 설계에 따라 상기 영구자석(230) 및 상기 서브코어(240) 모두 변형가능하다.
또한, 상기 영구자석(230)과 상기 서브코어(240)는 상기 마그넷 프레임(138)과 같은 소정의 설치부재에 함께 부착된다. 그에 따라, 상기 영구자석(230) 및 상기 서브코어(240)는 동일한 내측면을 공유하게 된다.
그리고, 상기 영구자석(230) 및 상기 서브코어(240)는 반경방향으로 동일한 두께로 구비될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 상기 영구자석(230) 및 상기 서브코어(240)는 서로 다른 두께로 구비될 수 있음은 문론이다.
도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 영구자석(230)은 동일한 형상으로 마련되고, 원주방향으로 동일한 간격으로 이격되어 배치된다. 이때, 상기 복수의 영구자석(230)의 원주길이를 제 1 원주길이(L1), 간격길이를 제 1 간격길이(G1)로 구분한다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 서브코어(240)는 상기 복수의 영구자석(230)과 대응되는 개수로 구비된다. 예를 들어, 상기 영구자석(230)이 12개로 마련되는 경우, 상기 서브코어(240)도 12개로 마련된다.
자세하게는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 서브코어(240)는 상기 영구자석(230)의 축방향 양측에 구비된다. 그에 따라, 상기 전방 서브코어(242)가 12개, 상기 후방 서브코어(244)가 12개로 마련되는 것으로 이해될 수 있다. 상기 전방 서브코어(242) 및 상기 후방 서브코어(244)는 동일하게 형성되기 때문에 어느 하나에 대하여만 설명한다.
상기 복수의 서브코어(240)는 동일한 형상으로 마련되고, 원주방향으로 동일한 간격으로 이격되어 배치된다. 이때, 상기 복수의 서브코어(240)의 원주길이를 제 2 원주길이(L2), 간격길이를 제 2 간격길이(G2)로 구분한다. 이때, 각 서브코어(240)는 각 영구자석(230)과 동축을 기준으로 원주방향 양측으로 연장되어 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 영구자석(230) 및 서브코어(이하, 제 1 서브코어, 240a)를 살펴보면, 각각 동일한 개수로 구비된다. 상기 복수의 영구자석(230)은 각각 제 1 원주길이(L1)를 갖고 제 1 간격길이(G1)로 이격된다. 그리고, 복수의 제 1 서브코어(240a)는 각각 제 2 원주길이(L2)를 갖고 제 2 간격길이(G2)로 이격된다.
이때, 상기 제 1 원주길이(L1)는 상기 제 2 원주길이(L2)보다 길다. 또한, 상기 제 1 간격길이(G1)는 상기 제 2 간격길이(G2)보다 짧다. 다시 말하면, 상기 제 1 서브코어(240a)는 상기 영구자석(230)보다 짧은 원주길이를 갖고, 더 큰 간격으로 이격되어 배치된다.
도 10에 도시된 영구자석(230) 및 서브코어(이하, 제 2 서브코어, 240b)를 살펴보면, 각각 동일한 개수로 구비된다. 상기 복수의 영구자석(230)은 각각 제 1 원주길이(L1)를 갖고 제 1 간격길이(G1)로 이격된다. 그리고, 복수의 제 2 서브코어(240b)는 각각 제 2 원주길이(L2)를 갖고 제 2 간격길이(G2)로 이격된다.
이때, 상기 제 1 원주길이(L1)와 상기 제 2 원주길이(L2)는 동일하다. 또한, 상기 제 1 간격길이(G1)와 상기 제 2 간격길이(G2)는 동일하다. 다시 말하면, 상기 제 2 서브코어(240b)는 상기 영구자석(230)와 동일한 원주길이를 갖고, 동일한 간격으로 이격되어 배치된다.
도 11에 도시된 영구자석(230) 및 서브코어(이하, 제 3 서브코어, 240c)를 살펴보면, 각각 동일한 개수로 구비된다. 상기 복수의 영구자석(230)은 각각 제 1 원주길이(L1)를 갖고 제 1 간격길이(G1)로 이격된다. 그리고, 복수의 제 2 서브코어(240b)는 각각 제 2 원주길이(L2)를 갖고 제 2 간격길이(G2)로 이격된다.
이때, 상기 제 1 원주길이(L1)는 상기 제 2 원주길이(L2)보다 짧다. 또한, 상기 제 1 간격길이(G1)는 상기 제 2 간격길이(G2)보다 길다. 다시 말하면, 상기 제 3 서브코어(240c)는 상기 영구자석(230)보다 긴 원주길이를 갖고, 더 짧은 간격으로 이격되어 배치된다.
정리하면, 상기 서브코어(240)는 상기 영구자석(230)과 동일한 개수로 구비되며, 다양한 원주길이로 마련될 수 있다. 자세하게는, 상기 영구자석(230)보다 작거나, 동일하거나 더 큰 원주길이로 마련될 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 서브코어(이하, 제 4 서브코어, 240d)는 하나의 링 형상으로 마련될 수 있다. 이때, 상기 복수의 영구자석(230)은 각각 원주방향으로 이격되며 직경(R)을 갖는 원형으로 배치되고, 상기 제 4 서브코어(240d)는 상기 직경(R)을 갖는 링으로 형성되는 것으로 이해될 수 있다.
이와 같이, 상기 서브코어(240)의 원주방향 길이는 설계에 따라 다르게 변형될 수 있다. 자세하게는, 도 9, 도 10, 도 11 및 도 12 순으로 상기 서브코어(240)의 사용량이 증대될 수 있다. 상기 서브코어(240)의 사용량을 증대시키면 역기전력이 증대되어 상기 리니어 모터(200)의 출력을 보다 상승시킬 수 있다.
반면, 도 12, 도 11, 도 10 및 도 9 순으로 상기 서브코어(240)의 사용량이 감소될 수 있다. 상기 서브코어(240)의 사용량이 감소되면, 상기 가동자(230, 240)의 무게가 전체적으로 감소된다. 그에 따라, 상기 리니어 모터(200)의 고속운전이 보다 효과적으로 수행될 수 있다.
이와 같이 상기 서브코어(240)를 통해 상기 영구자석(230)의 사용량을 감소시키거나, 상기 리니어 모터(200)의 출력을 증대시킬 수 있다.
10 : 압축기 110 : 프레임
120 : 실린더 130 : 피스톤
200 : 리니어 모터 210 : 제 1 고정자
220 : 제 2 고정자 230 : 영구자석
240 : 서브코어 242 : 전방 서브코어
244 : 후방 서브코어

Claims (16)

  1. 제 1 고정자;
    상기 제 1 고정자의 내측에 배치되는 제 2 고정자; 및
    상기 제 1 고정자와 상기 제 2 고정자의 사이에 축방향으로 이동가능하게 배치되는 가동자;가 포함되고,
    상기 가동자에는,
    복수의 영구자석;
    상기 복수의 영구자석의 축방향 전방에 배치되는 전방 서브코어; 및
    상기 전방 서브코어와 축방향으로 이격되어, 상기 복수의 영구자석의 축방향 후방에 배치되는 후방 서브코어;가 포함되고,
    상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는 서로 동일한 형상으로 형성되고,
    상기 가동자는 축방향으로 제 1 축길이(H1)를 갖도록 형성되고,
    상기 제 2 고정자는 축방향으로 제 2 축길이(H2)를 갖도록 형성되고,
    상기 제 2 축길이(H2)는 상기 영구자석의 축길이보다 길고, 상기 제 1 축길이(H1)보다 짧은 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석은 원주방향으로 각각 원주길이(L1)를 갖도록 형성되고,
    서로 인접하는 영구자석 간에 원주방향으로 간격길이(G1)만큼 이격되어 배치되며,
    상기 간격길이(G1)는 상기 원주길이(L1)보다 긴 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 간격길이(G1)는 상기 원주길이(L1)의 1.1 내지 1.7배로 마련되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 고정자는 축방향으로 제 3 축길이(H3)를 갖도록 형성되고,
    상기 제 1 축길이(H1)는 상기 제 3 축길이(H3)보다 짧은 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 제 2 축길이(H2)의 범위 내에서 축방향으로 왕복 이동되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는 상기 영구자석의 축방향 전단 및 후단에 각각 밀착되어 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는 상기 복수의 영구자석과 대응되는 개수로 마련되어, 각각의 영구자석의 축방향 전방 및 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각 영구자석은 원주방향으로 제 1 원주길이(L1)를 갖도록 형성되고, 서로 인접하는 영구자석간에 원주방향으로 제 1 간격길이(G1)만큼 이격되어 배치되며,
    각 전방 서브코어 및 각 후방 서브코어는 원주방향으로 제 2 원주길이(L2)를 갖도록 형성되고, 서로 인접하는 전방 서브코어 또는 후방 서브코어간에 원주방향으로 제 2 간격길이(G2)만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 원주길이(L1) 및 상기 제 2 원주길이(L2), 상기 제 1 간격길이(G1) 및 상기 제 2 간격길이(G2)는 각각 서로 동일한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 원주길이(L1)는 상기 제 2 원주길이(L2)보다 길고, 상기 제 1 간격길이(G1)는 상기 제 2 간격길이(G2)보다 짧은 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 원주길이(L1)는 상기 제 2 원주길이(L2)보다 짧고, 상기 제 1 간격길이(G1)는 상기 제 2 간격길이(G2)보다 긴 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 영구자석은 각각 원주방향으로 이격되며 직경(R)을 갖는 원형으로 배치되고,
    상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는 상기 직경(R)을 갖는 링으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는, 전기강판 또는 SMC(Soft Mignetic Composite)로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  14. 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤이 수용되는 실린더;
    상기 실린더가 수용되는 프레임 본체 및 상기 프레임 본체의 축방향 전방에서 반경방향으로 연장되어 형성된 프레임 플랜지가 구비되는 프레임;
    상기 프레임 플랜지의 축방향 후방에 배치되는 제 1 고정자;
    상기 제 1 고정자의 내측에 배치되고, 상기 프레임 본체의 외측에 고정되는 제 2 고정자; 및
    상기 제 1 고정자와 상기 제 2 고정자의 사이에 배치되고, 상기 피스톤과 연결되는 가동자;가 포함되고,
    상기 가동자에는,
    복수의 영구자석; 및
    상기 복수의 영구자석의 축방향 전방 및 후방에 배치되는 서브코어;가 포함되고,
    상기 가동자는 축방향으로 제 1 축길이(H1)를 갖도록 형성되고,
    상기 제 2 고정자는 축방향으로 제 2 축길이(H2)를 갖도록 형성되고,
    상기 제 2 축길이(H2)는 상기 영구자석의 축길이보다 길고, 상기 제 1 축길이(H1)보다 짧은 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가동자와 상기 피스톤을 연결하는 원통형상의 마그넷 프레임이 더 포함되고,
    상기 마그넷 프레임에는, 상기 복수의 영구자석 및 상기 서브코어가 부착되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  16. 제 1 고정자;
    상기 제 1 고정자의 내측에 배치되는 제 2 고정자; 및
    상기 제 1 고정자와 상기 제 2 고정자의 사이에 축방향으로 이동가능하게 배치되는 가동자;가 포함되고,
    상기 가동자에는,
    복수의 영구자석;
    상기 복수의 영구자석의 축방향 전방에 배치되는 전방 서브코어; 및
    상기 전방 서브코어와 축방향으로 이격되어, 상기 복수의 영구자석의 축방향 후방에 배치되는 후방 서브코어;가 포함되고,
    상기 전방 서브코어 및 상기 후방 서브코어는 서로 동일한 형상으로 형성되고, 상기 복수의 영구자석과 대응되는 개수로 마련되어, 각각의 영구자석의 축방향 전방 및 후방에 배치되고,
    각 영구자석은 원주방향으로 제 1 원주길이(L1)를 갖도록 형성되고, 서로 인접하는 영구자석간에 원주방향으로 제 1 간격길이(G1)만큼 이격되어 배치되며,
    각 전방 서브코어 및 각 후방 서브코어는 원주방향으로 제 2 원주길이(L2)를 갖도록 형성되고, 서로 인접하는 전방 서브코어 또는 후방 서브코어간에 원주방향으로 제 2 간격길이(G2)만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
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