KR102122096B1 - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기에는, 냉매 흡입부가 구비되는 쉘; 상기 쉘의 내부에 제공되는 실린더; 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤; 상기 피스톤에 구동력을 부여하며, 영구자석이 구비되는 모터 어셈블리; 및 상기 모터 어셈블리의 일측에 제공되며, 상기 실린더에 분리 가능하게 결합되는 프레임이 포함되며, 상기 실린더에는, 상기 모터 어셈블리의 이너 스테이터가 결합되는 제 1 외주부; 및 상기 제 1 외주부로부터 연장되며, 상기 프레임의 내측에 강제 압입되는 제 2 외주부가 포함된다.

Description

리니어 압축기{A linear compressor}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축하여 압력을 높여주는 기계장치로서, 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 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되고 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 회전식 압축기(Rotary compressor) 및 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되고 상기 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전하면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 구분될 수 있다.
최근에는 상기 왕복동식 압축기 중에서 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없이 압축효율을 향상시킬 수 있고 간단한 구조로 구성되는 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
보통, 리니어 압축기는 밀폐된 쉘 내부에서 피스톤이 리니어 모터에 의해 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하도록 움직이면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음 토출시키도록 구성된다.
상기 리니어 모터는 이너 스테이터 및 아우터 스테이터 사이에 영구자석이 위치되도록 구성되며, 영구자석은 영구자석과 이너(또는 아우터) 스테이터 간의 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하도록 구동된다. 그리고, 상기 영구자석이 피스톤과 연결된 상태에서 구동됨에 따라, 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 한다.
종래의 리니어 압축기와 관련하여, 본 출원인은 특허출원(이하, 종래 출원)을 실시한 바 있다 (공개번호 10-2010-0112474).
상기 종래 출원의 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 리니어 압축기는 밀폐용기(1) 내측에 프레임(2)과 실린더(3)가 일체로 형성되는 사상이 개시된다.
상세히, 실린더(3)를 자성 재질인 주물로 제작한 다음, 실린더(3) 외주면에 비자성 재질인 알루미늄을 인서트 몰딩함으로써 프레임(2)을 제작한다.
상기 실린더(3)와 일체로 구성된 프레임(2)은 주변 구성, 일례로 토출밸브 어셈블리(6) 또는 모터 커버(7)에 체결될 수 있다. 이 때, 상기 프레임(2)이 상기 토출밸브 어셈블리(6) 또는 모터 커버(7)에 체결될 때 작용하는 힘(체결력)이 상기 실린더(3)에 작용할 수 있다.
상기 체결력이 상기 실린더(3)에 작용하면, 상기 실린더(3)에 변형이 발생된다. 그리고, 상기 실린더(3)의 변형량이 큰 경우, 상기 실린더(3)의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤과 실린더간에 마찰에 의하여 간섭이 발생될 수 있다.
이와 같이, 실린더와 피스톤에 간섭이 발생하면서, 상기 피스톤과 연결된 영구자석과, 상기 이너 스테이터 및 아우터 스테이터간에 간섭이 발생되어 부품의 손상이 발생되는 문제점이 있었다.
그리고, 상기 실린더의 변형에 따라, 피스톤과 실린더의 결합구조에 틈이 발생할 수 있고, 상기 틈을 통하여 압축가스가 외부로 누설되는 현상이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 실린더의 변형을 방지하는 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기에는, 냉매 흡입부가 구비되는 쉘; 상기 쉘의 내부에 제공되는 실린더; 상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤; 상기 피스톤에 구동력을 부여하며, 영구자석이 구비되는 모터 어셈블리; 및 상기 모터 어셈블리의 일측에 제공되며, 상기 실린더에 분리 가능하게 결합되는 프레임이 포함되며, 상기 실린더에는, 상기 모터 어셈블리의 이너 스테이터가 결합되는 제 1 외주부; 및 상기 제 1 외주부로부터 연장되며, 상기 프레임의 내측에 강제 압입되는 제 2 외주부가 포함된다.
또한, 상기 프레임에는, 상기 실린더가 삽입되는 삽입부를 형성하는 프레임 본체; 및 상기 프레임 본체로부터 연장되며, 상기 실린더의 제 2 외주부에 상기 강제 압입되는 압입부가 포함된다.
또한, 상기 프레임에는, 상기 프레임 본체와 압입부의 사이에 제공되며, 상기 압입부로부터 상기 프레임 본체를 향하여 경사지게 연장되는 경사부가 더 포함된다.
또한, 상기 프레임에는, 상기 경사부의 내측에 제공되며, 상기 실린더의 걸림턱에 걸림이 이루어지는 걸림부가 더 포함된다.
또한, 상기 프레임의 걸림부와, 상기 제 2 외주부의 사이에는, 이격 공간부가 형성된다.
또한, 상기 실린더에는, 상기 제 1 외주부와 제 2 외주부의 경계면에 형성되며, 상기 이너 스테이터를 지지하는 단차부가 더 포함된다.
또한, 상기 제 2 외주부의 직경은 상기 제 1 외주부의 직경보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프레임의 압입부의 단부는 상기 이너 스테이터로부터 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더에는, 상기 제 2 외주부로부터 연장되는 제 3 외주부가 더 포함되며, 상기 걸림턱은, 상기 제 2 외주부와 제 3 외주부의 경계면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 3 외주부의 직경은 상기 제 2 외주부의 직경보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 외주부에는, 상기 압입부에 결합되는 압입 대응부가 포함되며, 상기 압입 대응부의 두께는 상기 압입부의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압입대응부의 두께는, 상기 압입부의 두께의 5배에서 8배의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터 어셈블리에는 아우터 스테이터 및 상기 아우터 스테이터를 지지하는 스테이터 커버가 더 포함되고, 상기 프레임은 상기 스테이터 커버에 체결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더의 내부에서 압축된 냉매가 외부로 토출되도록 하기 위하여 선택적으로 개방되는 토출밸브; 및 상기 토출밸브를 둘러싸는 토출 머플러가 더 포함되며, 상기 프레임은 상기 토출 머플러에 체결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프레임과 실린더는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 의하면, 실린더와 프레임이 분리 가능하게 결합되고 실린더와 프레임이 결합되는 면적이 작게 형성되므로, 프레임이 압축기의 내부 구성과 체결될 때 발생되는 체결력 중 실린더에 전달되는 힘의 크기가 적게 형성될 수 있다.
결국, 상기 프레임이 실린더를 가압하는 힘의 크기가 적으므로 실린더의 변형이 적게 일어날 수 있고, 이에 따라 피스톤과 실린더의 간섭이 방지될 수 있다는 효과가 있다.
특히, 실린더의 외주면에 압입되는 프레임의 압입부 두께가 상기 실린더의 외주면 두께보다 작게 형성되고, 상기 압입부의 탄성계수가 상기 실린더의 외주면 의 탄성계수보다 작게 형성되므로, 상기 실린더의 외주면의 변형을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 실린더의 외주면에 압입되는 이너 스테이터가 상기 프레임의 압입부로부터 이격되어 배치되므로, 상기 프레임의 체결력이 상기 이너 스테이터에는 전달되지 않고, 이에 따라 상기 이너 스테이터를 통하여 상기 프레임의 체결력이 상기 실린더에 전달되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 실린더와 프레임이 비자성체, 특히 알루미늄 재질로 구성되어 모터 어셈블리에서 발생된 자속이 실린더의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있으므로, 압축기의 효율을 개선할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 모터 어셈블리에 제공되는 영구자석을 저렴한 페라이트(ferrite) 소재로 구성함으로써 압축기의 제작비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 프레임 어셈블리와 토출 머플러의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프레임과 실린더의 결합모습을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프레임 어셈블리과 토출 머플러의 결합모습을 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4의 "A" 부분을 확대한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프레임과 실린더의 결합 이전모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프레임 어셈블리에서의 힘의 작용모습을 보여주는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 내부 구성을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기(10)에는, 쉘(100)의 내부에 제공되는 실린더(120)와, 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동하는 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 모터 어셈블리(200)가 포함된다. 상기 쉘(100)은 상부 쉘 및 하부 쉘이 결합되어 구성될 수 있다.
상기 실린더(120)는 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다.
상기 실린더(120)가 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 상기 모터 어셈블리(200)에서 발생된 자속이 상기 실린더(120)에 전달되어 상기 실린더(120)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 실린더(120)는 압출봉 가공방법에 의하여 형성될 수 있다.
상기 피스톤(130)은 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 상기 피스톤(130)이 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 모터 어셈블리(200)에서 발생된 자속이 상기 피스톤(130)에 전달되어 상기 피스톤(130)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 피스톤(130)은 단조 방법에 의하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 실린더(120)와 피스톤(130)의 소재 구성비, 즉 종류 및 성분비는 동일할 수 있다. 상기 피스톤(130)과 실린더(120)가 동일한 소재(알루미늄)로 구성됨으로써 열팽창 계수가 서로 같게 된다. 리니어 압축기(10)의 운전간, 상기 쉘(100) 내부는 고온(약 100℃)의 환경이 조성되는데, 상기 피스톤(130)과 실린더(120)의 열팽창 계수가 동일하므로, 상기 피스톤(130)과 실린더(120)는 동일한 양만큼 열변형 될 수 있다.
결국, 피스톤(130)과 실린더(120)가 서로 다른 크기 또는 방향으로 열변형 되어 피스톤과(130)의 운동간에 상기 실린더(120)와 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 쉘(100)에는, 냉매가 유입되는 흡입부(101) 및 상기 실린더(120)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(105)가 포함된다. 상기 흡입부(101)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입 머플러(140)를 거쳐 상기 피스톤(130)의 내부로 유동한다. 냉매가 상기 흡입 머플러(140)를 통과하는 과정에서, 소음이 저감될 수 있다.
상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성된다. 그리고, 상기 피스톤(130)에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(131a)이 형성되며, 상기 흡입공(131a)의 일측에는 상기 흡입공(131a)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(132)가 제공된다.
상기 압축 공간(P)의 일측에는, 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리(170,172,174)가 제공된다. 즉, 상기 압축 공간(P)은 상기 피스톤(130)의 일측 단부와 토출밸브 어셈블리(170,172,174)의 사이에 형성되는 공간으로서 이해된다.
상기 토출밸브 어셈블리(170,172,174)에는, 냉매의 토출 공간을 형성하는 토출 커버(172)와, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출 공간으로 유입시키는 토출 밸브(170) 및 상기 토출 밸브(170)와 토출 커버(172)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(174)이 포함된다. 여기서, 상기 "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향, 즉 도 1에서 가로 방향으로 이해될 수 있다.
상기 흡입 밸브(132)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 형성되고, 상기 토출 밸브(170)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(132)의 반대측에 제공될 수 있다.
상기 피스톤(130)이 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동 하는 과정에서, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력보다 낮고 흡입압력 이하가 되면 상기 흡입 밸브(132)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입 밸브(132)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(174)이 변형하여 상기 토출 밸브(170)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축공간(P)으로부터 토출되어, 토출 커버(172)의 토출공간으로 배출된다.
그리고, 상기 토출 공간의 냉매는 상기 토출 머플러(176)를 거쳐 루프 파이프(178)로 유입된다. 상기 토출 머플러(176)는 압축된 냉매의 유동 소음을 저감시킬 수 있으며, 상기 루프 파이프(178)는 압축된 냉매를 상기 토출부(105)로 가이드 한다. 상기 루프 파이프(178)는 상기 토출 머플러(176)에 결합되어 굴곡지게 연장되며, 상기 토출부(105)에 결합된다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 프레임(110)이 더 포함된다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성으로서, 상기 실린더(120)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 일례로, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 억지 끼움(또는 압입 결합)될 수 있다.
상기 억지 끼움 또는 압입 결합이란, 제 1 대상이 제 2 대상의 내측에 삽입될 때, 상기 제 1 대상의 크기 또는 직경이 상기 제 2 대상의 크기 또는 직경보다 큰 경우, 소정의 힘을 가하여 제 1 대상 및 제 2 대상 중 적어도 하나에 변형이 이루어지도록 함으로써 결합되는 방식으로서 이해된다.
상기 실린더(120)와 프레임(110)이 결합된 상태에서, 상기 프레임(110)은 체결부재에 의하여 상기 토출 머플러(176) 또는 토출 커버(172)에 체결될 수 있다. 그리고, 상기 프레임(110)은 상기 스테이터 커버(240)에 체결될 수 있다. 일례로, 상기 체결부재는 볼트일 수 있다.
한편, 상기 프레임(110)은 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 상기 프레임(110)이 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 상기 모터 어셈블리(200)에서 발생된 자속이 상기 프레임(110)에 전달되어 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 모터 어셈블리(200)에는, 상기 프레임(110)의 일측에 고정되어 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 아우터 스테이터(210)와, 상기 아우터 스테이터(210)의 내측으로 이격되어 배치되는 이너 스테이터(220) 및 상기 아우터 스테이터(210)와 이너 스테이터(220)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(230)이 포함된다.
상기 영구자석(230)은, 상기 아우터 스테이터(210) 및 이너 스테이터(220)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(230)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 다수의 자석이 결합되어 구성될 수 있다.
그리고, 상기 영구자석(230)은 상대적으로 저렴한 페라이트 소재로 구성될 수 있다.
상기 영구자석(230)은 연결부재(138)에 의하여 상기 피스톤(130)에 결합될 수 있다. 상기 연결부재(138)는 상기 피스톤(130)의 일측 단부로부터 상기 영구자석(130)으로 연장될 수 있다. 상기 영구자석(230)이 직선 이동함에 따라, 상기 피스톤(130)은 상기 영구자석(230)과 함께 축 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.
상기 아우터 스테이터(210)에는, 코일 권선체(213,215) 및 스테이터 코어(211)가 포함된다.
상기 코일 권선체(213,215)에는, 보빈(213) 및 상기 보빈(213)의 원주 방향으로 권선된 코일(215)이 포함된다. 상기 코일(215)의 단면은 다각형 형상을 가질 수 있으며, 일례로 육각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 스테이터 코어(211)는 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 코일 권선체(213,215)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 모터 어셈블리(200)에 전류가 인가되면, 상기 코일(215)에 전류가 흐르게 되고, 상기 코일(215)에 흐르는 전류에 의해 상기 코일(215) 주변에 자속(flux)이 형성되며, 상기 자속은 상기 아우터 스테이터(210) 및 이너 스테이터(220)를 따라 폐회로를 형성하면서 흐르게 된다.
상기 아우터 스테이터(210)와 이너 스테이터(220)를 따라 흐르는 자속과, 상기 영구자석(230)의 자속이 상호 작용하여, 상기 영구자석(230)을 이동시키는 힘이 발생될 수 있다.
상기 아우터 스테이터(210)의 일측에는 스테이터 커버(240)가 제공된다. 상기 아우터 스테이터(210)의 일측단은 상기 프레임(110)에 의하여 지지되며, 타측단은 상기 스테이터 커버(240)에 의하여 지지될 수 있다. 상기 프레임(110)과 스테이터 커버(240)는 체결부재(미도시)에 의하여 체결될 수 있다.
상기 이너 스테이터(220)는 상기 실린더(120)의 외주에 고정된다. 그리고, 상기 이너 스테이터(220)는 복수 개의 라미네이션이 상기 실린더(120)의 외측에서 원주 방향으로 적층되어 구성된다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)을 지지하는 서포터(135) 및 상기 피스톤(130)으로부터 상기 흡입부(101)를 향하여 연장되는 백 커버(180)가 더 포함된다. 상기 백 커버(180)는 상기 흡입 머플러(140)의 적어도 일부분을 커버하도록 배치될 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된, 탄성부재인 복수의 스프링(151,155)이 포함된다.
상기 복수의 스프링(151,155)에는, 상기 서포터(135)와 스테이터 커버(240)의 사이에 지지되는 제 1 스프링(151) 및 상기 서포터(135)와 백 커버(180)의 사이에 지지되는 제 2 스프링(155)이 포함된다. 상기 제 1 스프링(151) 및 제 2 스프링(155)의 탄성 계수는 동일하게 형성될 수 있다.
상기 제 1 스프링(151)은 상기 실린더(120) 또는 피스톤(130)의 상측 및 하측에 복수 개가 제공될 수 있으며, 상기 제 2 스프링(155)은 상기 실린더(120) 또는 피스톤(130)의 전방으로 복수 개가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 "전방"이라 함은 상기 피스톤(130)으로부터 상기 흡입부(101)를 향하는 방향으로서 이해될 수 있다. 즉, 상기 흡입부(101)로부터 상기 토출밸브 어셈블리(170,172,174)를 향하는 방향을 "후방"이라 이해될 수 있다. 이 용어는 이하의 설명에서도 동일하게 사용될 수 있다.
상기 쉘(100)의 내부 바닥면에는 소정의 오일이 저장될 수 있다. 그리고, 상기 쉘(100)의 하부에는 오일을 펌핑하는 오일 공급장치(160)가 제공될 수 있다. 상기 오일 공급장치(160)는 상기 피스톤(130)이 왕복 직선운동 함에 따라 발생되는 진동에 의하여 작동되어 오일을 상방으로 펌핑할 수 있다.
상기 리니어 압축기(10)에는, 상기 오일 공급장치(160)로부터 오일의 유동을 가이드 하는 오일 공급관(165)이 더 포함된다. 상기 오일 공급관(165)은 상기 오일 공급장치(160)로부터 상기 실린더(120)와 피스톤(130)의 사이 공간까지 연장될 수 있다.
상기 오일 공급장치(160)로부터 펌핑된 오일은 상기 오일 공급관(165)을 거쳐 상기 실린더(120)와 피스톤(130)의 사이 공간으로 공급되어, 냉각 및 윤활 작용을 수행한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리니어 압축기의 프레임 어셈블리와 토출 머플러의 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프레임과 실린더의 결합모습을 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프레임 어셈블리과 토출 머플러의 결합모습을 보여주는 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프레임 어셈블리(300)에는, 삽입부(111)를 형성하는 프레임 본체(110a)가 구비되는 프레임(110) 및 상기 삽입부(111)에 삽입되는 실린더(120) 및 상기 실린더(120)의 외주면에 결합되는 이너 스테이터(220)가 포함된다.
상기 프레임 본체(110a)는 대략 원판 또는 평판 형상을 가진다. 그리고, 상기 삽입부(111)는 상기 프레임 본체(110a)의 적어도 일부분이 관통되어 형성되며, 상기 실린더(120)는 상기 삽입부(111)를 통하여 일방향으로 삽입된다. 상기 프레임(110)에는, 상기 삽입부(111)의 일측에 구비되어 상기 실린더(120)와 결합되는 결합구조(112,113,114)가 포함된다.
상기 실린더(120)에는, 상기 토출밸브(170)가 결합되는 개구부(120a)가 형성된다. 상기 개구부(120a)는 상기 실린더(120) 일측 단부의 개방된 부분으로서 이해된다. 상기 압축공간(P)에서 압축된 냉매는, 상기 토출밸브(170)가 개방되면 상기 개구부(120a)를 경유하여 상기 토출 커버(172)의 내측으로 유동된다.
상기 프레임(110)의 일측에는 토출 머플러(176)가 제공된다. 그리고, 상기 프레임(110)과 토출 머플러(176)의 사이에는, 결합 브라켓(350)이 제공된다.
상기 토출 머플러(176)에는 제 1 체결공(176a)가 형성되며, 상기 프레임(110)에는 제 3 체결공(118)이 형성된다. 그리고, 상기 결합 브라켓(350)에는, 제 2 체결공(352)이 형성된다. 소정의 체결부재는 상기 제 1 내지 제 3 체결공(176a,352,118)을 관통하도록 배치되어, 상기 프레임(110), 결합 브라켓(350) 및 토출 머플러(176)를 결합시킨다. 상기 결합 브라켓(350)은 상기 프레임(110)과 토출 머플러(176)가 긴밀하게 결합될 수 있도록 도움을 준다.
상기 실린더(120)의 개구부(120a) 둘레에는, 실러(360)가 제공된다. 상기 프레임(110)과 토출 머플러(176)가 결합된 상태에서, 상기 실러(360)는 상기 실린더(120)의 개구부(120a)와 토출 밸브(170)가 결합되는 부위에 배치될 수 있다. 냉매가 상기 실린더(120)로부터 상기 토출 커버(172)로 유입되는 과정에서, 상기 실러(360)에 의하여 냉매의 누설이 방지될 수 있다.
상기 프레임(110)에는, 제 4 체결공(119)이 형성된다. 상기 제 4 체결공(119)은 소정의 체결부재에 의하여 상기 스테이터 커버(240)에 결합될 수 있다. 상기 제 4 체결공(119)이 형성되는 프레임(110) 부분의 일측에는, 상기 아우터 스테이터(210)가 지지될 수 있다.
상기 실린더(120)에는, 실린더(120)의 외주면을 형성하며 서로 다른 값의 외경을 가지는 복수의 외주부(121,123,125)가 포함된다.
상기 복수의 외주부(121,123,125)에는, 상기 이너 스테이터(220)가 결합되는 제 1 외부주(121)가 포함된다. 상기 제 1 외주부(121)의 외주면에는, 상기 이너 스테이터(220)가 압입 결합된다. 상기 이너 스테이터(220)는 상기 제 1 외주부(121)를 둘러쌀 수 있도록, 중공형의 원통 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 외주부(121)의 일측에는, 제 2 외주부(123)가 연장된다. 상기 제 2 외주부(123)는, 상기 제 1 외주부(121)로부터 상기 개구부(120a) 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제 2 외주부(123)의 외경은 상기 제 1 외주부(121)의 외경보가 크게 형성된다. 상기 제 1 외주부(121)와 제 2 외주부(123)의 경계면에는, 반경방향 외측으로 연장되는 단차부(122)가 형성된다. 상기 단차부(122)에 의하여, 상기 제 2 외주부(123)의 외경이 상기 제 1 외주부(121)의 외경보다 크게 형성된다.
상기 제 2 외주부(123)는 상기 프레임(110)과 접촉되는 면을 제공한다. 여기서, 상기 "접촉"은, 상기 프레임(110)과의 압입 결합을 위한 접촉으로서 이해된다.
상기 제 2 외주부(123)의 일측에는, 제 3 외주부(125)가 연장된다. 상기 제 3 외주부(125)는, 상기 제 2 외주부(123)로부터 상기 개구부(120a) 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제 3 외주부(125)의 외경은 상기 제 2 외주부(123)의 외경보가 크게 형성된다. 상기 제 2 외주부(123)와 제 3 외주부(125)의 경계면에는, 반경방향 외측으로 연장되는 걸림턱(124)이 형성된다. 상기 걸림턱(124)에 의하여, 상기 제 3 외주부(125)의 외경이 상기 제 2 외주부(123)의 외경보다 크게 형성된다.
상기 걸림턱(124)은 상기 프레임(110)과 접촉되는 면을 제공한다. 여기서, 상기 "접촉"은, 상기 프레임(110)과 걸림이 이루어지는 접촉으로서 이해된다.
상기 프레임(110)에는, 상기 실린더(120)가 상기 프레임(110)에 삽입되는 과정에서 상기 실린더(120)가 억지 끼움되는 압입부(112)가 형성된다. 상기 압입부(112)는 대략 원통 형상을 가지며 상기 제 2 외주부(123)의 외주면을 둘러싸도록 결합된다.
즉, 상기 압입부(112)의 내경은 상기 제 2 외주부(123)의 외경보다 다소 작게 형성될 수 있다. 상기 제 2 외주부(123)가 상기 압입부(112)의 내측에 억지 끼움될 때, 상기 제 2 외주부(123) 및 압입부(112) 중 적어도 하나는 변형될 수 있다. 즉, 상기 제 2 외주부(123)의 내경이 축소되는 방향으로 변형되거나, 상기 압입부(112)의 외경이 확장되는 방향으로 변형이 일어날 수 있다.
상기 프레임(110)에는, 상기 압입부(112)로부터 상기 프레임 본체(110a) 방향으로 상향 경사지게 연장되는 경사부(113)가 더 포함된다. 상기 경사부(113)는 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 경사진 외주면을 가지는 원통 형상을 가질 수 있다.
상기 경사부(113)는 상기 프레임 본체(110a) 중 상기 삽입부(111)가 형성되는 부분에 결합될 수 있다. 상기 경사부(113)는 상향 경사지게 연장되므로, 상기 실린더(120)와 접촉되지 않을 수 있다. 즉, 상기 프레임(110)은 상기 압입부(112)에서 상기 실린더(120)와 결합되며, 상기 경사부(113)에서는 상기 실린더(120)의 외측으로 이격되도록 배치된다.
이와 같이, 상기 프레임(110)와 실린더(120)가 결합되는 면적 또는 영역이 넓지 않으므로, 상기 프레임(110)에 작용하는 힘 중, 상기 실린더(120)로 전달되는 힘의 크기가 크지 않을 수 있다.
따라서, 상기 실린더(120)의 변형량을 줄일 수 있다. 특히, 상기 프레임(110)과 실린더(120)가 연성 재질의 알루미늄 소재로 구성되는 것을 고려할 때, 상기 힘에 따라 상기 실린더(120)가 변형되는 정도는 크게 차이가 날 수 있으며, 이에 따라 상기 실린더(120)에 전달되는 힘을 줄이는 것은 의미가 클 수 있다.
상기 경사부(113)의 내측에는, 걸림부(114)가 제공된다. 상기 걸림부(114)는 상기 걸림턱(124)에 걸림이 이루어지는 구성이다. 상기 실린더(120)는 상기 제 1 외주부(121)부터 상기 삽입부(111)를 통하여 일방향(도 4에서 우측방향)으로 삽입된다. 그리고, 상기 실린더(120)는, 상기 걸림부(114)와 걸림턱(124)간에 간섭이 이루어질 때까지 삽입될 수 있다.
도 5는 도 4의 "A" 부분을 확대한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프레임과 실린더의 결합 이전모습을 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프레임(110)의 압입부(112)와, 실린더(120)의 제 2 외주부(123) 중 적어도 일부분은 압입 결합된다. 상기 제 2 외주부(123)에는, 상기 압입부(112)에 결합되는 압입 대응부(123a)가 포함된다. 상기 압입 대응부(123a)는 상기 제 2 외주부(123)의 적어도 일부의 외주면을 구성한다.
상기 압입부(112)의 두께, 즉 반경방향 높이(t1)는, 상기 압입 대응부(123a)의 두께(t2)보다 작게 형성된다.
일례로, t2는 t1보다 5배 이상, 8배 이하의 값을 가질 수 있다.
5:1 < t2:t1 < 8:1
상기 압입부(112)와 압입 대응부(123a)의 두께 차이에 의하여, 상기 제 2 외주부(123)가 상기 압입부(112)의 내측에 압입되는 과정에서, 상기 압입부(112)와 제 2 외주부(123)의 변형량은 차이가 나타날 수 있다. 즉, 두께가 큰 실린더(120)의 변형량이 상대적으로 두께가 두꺼운 압입부(112)의 변형량보다 작게 형성될 수 있다.
특히, 상기 프레임(110)과 실린더(120)는 각각 알루미늄 소재로 구성되므로, 상기 프레임(110) 또는 실린더(120)에 소정의 힘이 작용할 때, 상기 프레임(110) 또는 실린더(120)가 변형되는 정도는 상기 힘의 크기에 따라 크게 차이날 수 있다.
일례로, 상기 t1과 t2의 비율에 의하여, 상기 압입부(112)의 변형량은 상기 제 2 외주부(123)의 변형량보다 250배 이상, 350배 이하의 값을 가질 수 있다. 상기 변형량은 알루미늄 소재의 탄성계수에 반비례 하므로, 상기 압입부(112)의 탄성계수는 상기 제 2 외주부(123)의 탄성계수에 대하여, 1/350에서 1/250의 값을 가질 수 있다.
상기 실린더(120)의 제 1 외주부(121)에는, 상기 이너 스테이터(220)가 억지끼움 된다. 그리고, 상기 단차부(122)에는, 상기 이너 스테이터(220)의 외측면이 접촉된다. 반면에, 상기 이너 스테이터(220)의 외측면은 상기 프레임(110)으로부터는 이격된다.
상세히, 상기 단차부(122)를 반경 방향으로 연장한 가상의 제 1 선과, 상기 압입부(112)의 단부를 반경 방향으로 연장한 가상의 제 2 선은 W1만큼 이격된다. 따라서, 상기 이너 스테이터(220)는 상기 단차부(122)에 접촉하는 반면, 상기 압입부(112)에는 접촉하지 않게 된다.
이와 같은 구성에 의하면, 상기 이너 스테이터(220)가 상기 실린더(120)의 외측에 압입되는 과정에서, 상기 이너 스테이터(220)는 상기 프레임(110)에 힘(압입력)을 작용하지 않게 된다.
따라서, 상기 이너 스테이터(220)에서 작용하는 힘이 상기 압입부(112)를 통하여 상기 제 2 외주부(123)에 전달되는 것을 방지할 수 있다. 결국, 상기 실린더(120)의 변형을 방지할 수 있다.
한편, 상기 프레임(110)에 제공되는 걸림부(114)는 상기 실린더(120)의 걸림턱(124)에 걸림이 이루어질 수 있다. 이 때, 걸림이 이루어지는 접촉면은 상기 제 2 외주부(123)의 외주면에 대하여 반경 방향으로 수직하게 연장된다.
그리고, 상기 걸림부(114)와 제 2 외주부(123)의 사이에는, 이격 공간부(127)가 형성된다. 상기 이격 공간부(127)는 상기 걸림부와 제 2 외주부(123) 사이의 이격된 공간을 규정한다.
즉, 상기 걸림부(114)는 상기 제 2 외주부(123)로부터 이격되어 배치된다. 정리하면, 상기 걸림부(114)는 상기 걸림턱(124)을 통하여 상기 실린더(120)에 접촉될 뿐, 상기 제 2 외주부(123)에는 접촉되지 않는 것이다.
이와 같이, 상기 걸림부(114)를 통하여 상기 프레임(110)과 실린더(120)간에 걸림이 이루어지더라도, 걸림 부분 이외에 불필요한 접촉을 방지함으로써, 상기 프레임(110)과 실린더(120)간에 전달되는 힘의 크기를 줄일 수 있다.
상기 압입부(112)와 압입 대응부(123a)가 접촉되는 부분을 "제 1 접촉부"라 하고, 상기 걸림부(114)와 걸림턱(124)이 접촉되는 부분을 "제 2 접촉부"라 이름할 수 있다.
상기 제 1 접촉부는 상기 실린더(120)의 외주면 중 일부에서 전후 방향으로 연장되고, 상기 제 2 접촉부는 상기 실린더(120)의 외주면 중 반경 방향으로 연장된다. 즉, 상기 제 1 접촉부가 형성되는 일면과, 상기 제 2 접촉부가 형성되는 타면은 수직한 방향을 이룰 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 프레임 어셈블리에서의 힘의 작용모습을 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 8을 함께 참조하면, 상기 프레임(110)의 삽입부(111)에는 상기 실린더(120)가 삽입될 수 있다. 상기 실린더(120)는, 상기 제 1 외주부(121)가 상기 삽입부(111)를 먼저 통과하고, 이후에 상기 제 2 외주부(123)가 상기 삽입부(111)를 통과하도록 삽입될 수 있다.
상기 제 1 외주부(121)는 상기 압입부(112)의 내경보다 작으므로 간섭없이 삽입될 수 있다. 한편, 상기 제 2 외주부(123)는 상기 압입부(112)의 내경보다 크므로 상기 압입부(112)에 간섭될 수 있다. 이 상태에서, 소정의 힘을 가하면, 상기 제 2 외주부(123)는 상기 압입부(112)의 내측에 억지 끼움된다.
상기 억지 끼움되는 과정에서, 상기 제 2 외주부(123) 또는 압입부(112)는 변형될 수 있다. 다만, 도 5에서 설명한 바와 같이, 상기 제 2 외주부(123)의 두께 및 탄성계수가 상기 압입부(112)의 두께 및 탄성계수보다 크므로 상기 제 2 외주부(123)의 변형량은 상대적으로 적을 수 있다.
상기 실린더(120)의 삽입은, 상기 걸림턱(124)이 상기 걸림부(114)에 걸림이 이루어질 때까지 이루어지며, 상기 걸림턱(124)과 걸림부(114)가 간섭되면 완료된다.
상기 프레임(110)과 실린더(120)가 결합된 상태에서, 상기 프레임(110)은 체결부재에 의하여 상기 토출 머플러(176) 및 스테이터 커버(240)에 체결될 수 있다. 즉, 일 체결부재는 상기 제 3 체결공(118)에 결합되어 상기 토출 머플러(176)와 프레임(110)을 결합시키며, 타 체결부재는 상기 제 4 체결공(119)에 결합되어 상기 스테이터 커버(240)와 프레임(110)을 결합시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 프레임(110)이 리니어 압축기의 내부 구성과 체결될 때, 체결력이 상기 프레임(110)에 작용된다. 일례로, 상기 제 4 체결공(119)을 통한 체결력은 F1이고, 상기 제 3 체결공(118)을 통한 체결력은 F2일 수 있다.
그리고, 상기 프레임(110)에 작용된 체결력(F1,F2) 중 적어도 일부(F3)는 상기 압입부(112)를 통하여 상기 실린더(120)에 전달될 수 있다. 즉, 상기 프레임(110)에 작용된 체결력은 상기 프레임(110)과 상기 실린더(120)가 압입 결합된 영역을 통하여 상기 실린더(120)에 전달될 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 프레임(110)과 실린더(120)는 분리 가능하게 결합되고, 압입 결합된 영역 또는 면적이 작기 때문에, 상기 실린더(120)에 전달되는 힘의 크기 또한 크지 않을 수 있다. 결국, 상기 프레임(110)에 의한 실린더(120)의 변형을 줄일 수 있게 된다.
10 : 리니어 압축기 100 : 쉘
110 : 프레임 111 : 삽입부
112 : 압입부 113 : 경사부
114 : 걸림부 120 : 실린더
121 : 제 1 외주부 122 : 단차부
123 : 제 2 외주부 124 : 걸림턱
125 : 제 3 외주부 130 : 피스톤
135 : 서포터 138 : 연결부재
140 : 흡입 머플러 151,155 : 제 1,2 스프링
200 : 모터 어셈블리 210 : 아우터 스테이터
220 : 이너 스테이터 230 : 영구자석
240 : 스테이터 커버 300 : 프레임 어셈블리

Claims (15)

  1. 냉매 흡입부가 구비되는 쉘;
    상기 쉘의 내부에 제공되는 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤;
    상기 피스톤에 구동력을 부여하며, 영구자석이 구비되는 모터 어셈블리; 및
    상기 모터 어셈블리의 일측에 제공되며, 상기 실린더에 분리 가능하게 결합되는 프레임이 포함되며,
    상기 실린더에는,
    상기 모터 어셈블리의 이너 스테이터가 결합되는 제 1 외주부; 및
    상기 제 1 외주부로부터 연장되며, 상기 프레임의 내측에 강제 압입되는 제 2 외주부가 포함되고,
    상기 프레임에는,
    상기 실린더가 삽입되는 삽입부를 형성하는 프레임 본체;
    상기 프레임 본체로부터 연장되며, 상기 실린더의 제 2 외주부에 강제 압입되는 압입부; 및
    상기 프레임 본체와 상기 압입부의 사이에 제공되며, 상기 실린더의 일부분에 걸림이 이루어지는 걸림부가 포함되는 리니어 압축기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임에는,
    상기 프레임 본체와 압입부의 사이에 제공되며, 상기 압입부로부터 상기 프레임 본체를 향하여 경사지게 연장되는 경사부가 더 포함되는 리니어 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 걸림부는,
    상기 경사부의 내측에 제공되는 리니어 압축기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임의 걸림부와, 상기 제 2 외주부의 사이에는, 이격 공간부가 형성되는 리니어 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더에는,
    상기 제 1 외주부와 제 2 외주부의 경계면에 형성되며, 상기 이너 스테이터를 지지하는 단차부가 더 포함되는 리니어 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 외주부의 직경은 상기 제 1 외주부의 직경보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임의 압입부의 단부는 상기 이너 스테이터로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더에는, 상기 제 2 외주부로부터 연장되는 제 3 외주부가 더 포함되며,
    상기 제 2 외주부와 제 3 외주부의 경계면에는 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 3 외주부의 직경은 상기 제 2 외주부의 직경보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 외주부에는, 상기 압입부에 결합되는 압입 대응부가 포함되며,
    상기 압입 대응부의 두께는 상기 압입부의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 압입대응부의 두께는, 상기 압입부의 두께의 5배에서 8배의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 어셈블리에는 아우터 스테이터 및 상기 아우터 스테이터를 지지하는 스테이터 커버가 더 포함되고,
    상기 프레임은 상기 스테이터 커버에 체결되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더의 내부에서 압축된 냉매가 외부로 토출되도록 하기 위하여 선택적으로 개방되는 토출밸브; 및
    상기 토출밸브를 둘러싸는 토출 머플러가 더 포함되며,
    상기 프레임은 상기 토출 머플러에 체결되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임과 실린더는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 리니어 압축기.
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