KR102244373B1 - 리니어 압축기 및 리니어 모터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리니어 모터에 관한 것이다.
일 측면에 따른 리니어 모터는, 제1스테이터; 상기 제1스테이터와 이격되어 배치되는 제2스테이터; 및 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 영구자석을 포함하고, 상기 제1스테이터는, 코일이 감기는 보빈과, 상기 보빈을 감싸는 스테이터 코어를 포함하고, 상기 스테이터 코어는, 상기 제2스테이터와 상기 코일 사이에 위치되며, 서로 이격되는 제1자극 및 제2자극을 포함하고, 상기 영구자석의 이동궤적의 범위 내에서 상기 제1자극 및 제2자극 각각의 일부 또는 전부는 자로 폭이 일정하다.

Description

리니어 압축기 및 리니어 모터{Linear compressor and linear motor}
본 명세서는 리니어 압축기 및 리니어 모터에 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 운동하도록 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.
도 1a는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 리니어 모터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 종래 기술에 따른 리니어 모터는, 아우터 스테이터(10)와, 인너 스테이터(20)와, 아우터 스테이터(10)와 인너 스테이터(20) 사이에서 이동 가능한 영구자석(30)을 포함할 수 있다. 상기 아우터 스테이터(10)는, 코일(15)이 권선된 보빈(16)을 감쌀 수 있다.
상기 아우터 스테이터(10)는, 상기 영구자석(30)의 이동 방향 즉, 축 방향과 나란한 방향으로 연장되는 제1코어(11)와, 상기 제1코어(11)의 양단에서 상기 축 방향과 수직한 방향으로 연장되는 복수의 제2코어(12)와, 상기 복수의 제2코어(12) 각각에서 서로 가까워지는 방향으로 연장되는 복수의 자극(13)을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 복수의 자극(13)은 서로 가까워지는 방향으로 갈수록 축 방향으로의 단면적이 줄어든다.
근래에는 리니어 압축기가 컴팩트해지기 위한 기술이 개발되고 있으며, 리니어 압축기의 컴팩트를 위한 기술로서 리니어 모터를 컴팩트하게 제조하는 것을 고려할 수 있다.
종래의 리니어 모터에서 보빈에 권선된 코일의 전체 단면적이 유지되면서 리니어 모터의 외경(Dm)을 줄이기 위해서는 상기 복수의 자극(13)의 폭(w)을 줄임으로써, 모터의 외경을 줄이는 것을 고려할 수 있다.
도 1b는 도 1a의 자극의 폭과 자극의 폭이 줄어드는 경우의 모터 힘 상수를 비교하는 그래프이다.
도 1b를 참조하면, 모터 힘 상수는 아우터 스테이터의 일 자극의 외측 단부에서 타 자극의 외측 단부 측으로 이동가능궤적(X) 범위 내에서 영구자석을 일정 거리 씩 움직일 때, 코일에 유도되는 전압(Back emf)의 크기를 나타내며, 이동가능궤적 범위 내에서 모터 힘 상수가 클수록, 기울기가 일정할 수록 모터 효율 및 출력에 유리하다.
만약, 도 1a의 자극(13)의 폭(w)을 w'로 줄이게 되면, 도 1b와 같이 영구자석(30)의 이동가능궤적 범위 내인 복수의 자극(13)의 내측 단부(14)의 포화가 심해져, 모터 힘 상수가 작아진다. 이 때, 복수의 자극(13)의 내측 단부(14)는 각 자극에서 서로 인접한 부분의 단부이다.
그리고, 복수의 자극(13)의 외측 단부(각 자극에서 제2코어(12)와 인접한 부분의 단부임)에서의 모터 힘 상수가 급격히 떨어지게 되고, 이에 따라 모터 힘 상수의 기울기가 커지게 되어 모터의 효율 및 출력의 저하가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은, 크기가 줄어들 수 있으며 출력 및 성능의 저하가 방지되는 리니어 모터 및 리니어 압축기를 제공하는 것에 있다.
일 측면에 따른 리니어 모터는, 제1스테이터; 상기 제1스테이터와 이격되어 배치되는 제2스테이터; 및 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 영구자석을 포함하고, 상기 제1스테이터는, 코일이 감기는 보빈과, 상기 보빈을 감싸는 스테이터 코어를 포함하고, 상기 스테이터 코어는, 상기 제2스테이터와 상기 코일 사이에 위치되며, 서로 이격되는 제1자극 및 제2자극을 포함하고, 상기 영구자석의 이동궤적의 범위 내에서 상기 제1자극 및 제2자극 각각의 일부 또는 전부는 자로 폭이 일정하다.
또한, 상기 스테이터 코어는 축 방향과 나란한 방향으로 연장되는 제1코어와, 상기 제1코어에서 상기 축 방향과 교차되는 방향으로 연장되는 제2코어 및 제3코어를 포함하고, 상기 제1자극은 상기 제2코어에서 연장되고, 상기 제2자극은 상기 제3코어에서 연장되며, 상기 제1자극 및 제2자극에서 자로 폭이 일정한 부분의 자로 폭은 상기 제1코어 내지 제3코어의 자로 폭 보다 작다.
또한, 상기 제1자극은 상기 제2코어와 연결되는 부분의 자로 폭이 일정하고, 상기 제2자극은 상기 제3코어와 연결되는 부분의 자로 폭이 일정하다.
또한, 상기 스테이터 코어에서 상기 코일이 위치할 수 있는 공간의 축 방향의 길이는 상기 제2스테이터의 축 방향 길이 보다 길 수 있다.
또한, 상기 스테이터 코어에서 상기 코일이 위치할 수 있는 공간의 축 방향 길이는 상기 영구자석의 이동궤적의 길이 보다 길 수 있다.
또한, 상기 각 자극에서 자로 폭이 일정한 부분의 축 방향 길이의 합은 상기 영구자석의 축 방향 길이 보다 길 수 있다.
또한, 상기 코일의 축 방향 길이는 상기 제2스테이터의 축 방향 길이와 동일하거나 길 수 있다.
또한, 상기 코일이 축 방향 길이는 상기 영구자석의 이동궤적의 길이와 동일하거나 길 수 있다.
다른 측면에 따른 리니어 모터는, 제1스테이터; 상기 제1스테이터와 이격되어 배치되는 제2스테이터; 및 상기 제1스테이터와 제2스테이터 사이에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 영구자석을 포함하고, 상기 제1스테이터는, 코일이 감기는 보빈과, 상기 보빈을 감싸는 스테이터 코어를 포함하고, 상기 스테이터 코어의 상기 코일이 위치될 수 있는 공간의 축 방향의 길이는 상기 제2스테이터의 축 방향 길이 보다 길다.
또한, 상기 코일의 축 방향으로의 길이는 상기 제2스테이터의 축 방향 길이와 동일하거나 길 수 있다.
다른 측면에 따른 리니어 압축기는, 실린더; 상기 실린더 내부에서 축 방향으로 왕복 운동 가능한 피스톤; 및 상기 피스톤에 동력을 제공하는 리니어 모터를 포함하고, 상기 리니어 모터는, 제1스테이터; 상기 제1스테이터와 이격되어 배치되는 제2스테이터; 및 상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 상기 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 영구자석을 포함하고, 상기 제1스테이터는, 코일이 감기는 보빈과, 상기 보빈을 감싸는 스테이터 코어를 포함하고, 상기 스테이터 코어는, 상기 제2스테이터와 상기 코일 사이에 위치되며, 서로 이격되는 제1자극 및 제2자극을 포함하고, 상기 영구자석의 이동궤적 범위 내에서 상기 제1자극 및 제2자극 각각의 일부 또는 전부는 자로 폭이 일정하다.
제안되는 발명에 의하면, 상기 제1자극과 상기 제2자극 각각에서 상기 영구자석의 정상이동궤적의 외측에서 포화가 되므로, 영구자석의 정상이동궤적의 경계지점에서의 모터 힘 상수의 기울기가 줄어들게 되어 모터 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 경우, 상기 각 자극의 자로 폭을 일정하게 하되, 상기 각 코어의 자로 폭 보다 작게 하고, 상기 코일의 축 방향 길이를 상기 영구자석의 정상이동궤적의 길이와 동일하거나 크게 함으로써, 상기 리니어 모터의 외경을 줄일 수 있고, 상기 리니어 모터의 외경이 줄어들더라도 상기 보빈에 권선되는 코일의 전체 단면적이 유지되어 모터의 효율이 저하되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 각 자극의 자로 폭과 상기 코일의 축 방향 길이를 조절함으로써, 상기 리니어 모터의 외경이 줄어들더라도 상기 보빈에 권선되는 코일의 전체 단면적은 증가될 수 있어, 모터의 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 실시 예에 의하면, 상기 각 자극의 자로 폭이 일정하므로, 상기 보빈에서 상기 코일이 권선할 수 있는 공간의 단면을 사각형으로 할 수 있으므로, 상기 보빈에 코일을 용이하게 권선될 수 있어, 양산성이 증가될 수 있다.
또한, 본 실시 예에 의하면, 제1스테이터의 형상을 변경함으로써, 리니어 모터의 외경을 줄일 수 있으므로, 영구자석 및 제2스테이터는 기존의 구조를 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 리니어 모터를 개략적으로 보여주는 도면.
도 1b는 도 1a의 자극의 폭과 자극의 폭이 줄어드는 경우의 모터 힘 상수를 비교하는 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 스테이터 코어와 종래의 스테이터 코어의 모터힘상수를 비교하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리니어 모터를 개략적으로 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 리니어 압축기를 개략적으로 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 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 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기(100)는, 대략 원통 형상의 쉘(101)과, 상기 쉘(101)의 일측에 결합되는 제 1 커버(102) 및 타측에 결합되는 제 2 커버(103)를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 리니어 압축기(100)는 가로 방향으로 누워진 상태에서 제품에 설치될 수 있으며, 상기 제 1 커버(102)는 상기 쉘(101)의 우측에, 상기 제 2 커버(103)는 상기 쉘(101)의 좌측에 위치될 수 있다.
넓은 의미에서, 상기 제 1 커버(102)와 제 2 커버(103)는 상기 쉘(101)의 일 구성으로서 이해될 수 있다.
상기 리니어 압축기(100)는, 상기 쉘(101)의 내부에 제공되는 실린더(120)와, 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 직선운동하는 피스톤(130) 및 상기 피스톤(130)에 구동력을 부여하는 리니어 모터(200)를 더 포함할 수 있다.
상기 리니어 모터(200)가 구동하면, 상기 피스톤(130)은 고속으로 왕복 운동할 수 있다. 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)의 운전 주파수는 대략 100Hz를 형성한다.
상세히, 상기 리니어 압축기(100)는, 냉매가 유입되는 흡입부(104) 및 상기 실린더(120)의 내부에서 압축된 냉매가 배출되는 토출부(105)를 더 포함할 수 있다.
상기 흡입부(104)는 상기 제 1 커버(102)에 결합되고, 상기 토출부(105)는 상기 제 2 커버(103)에 결합될 수 있다.
상기 흡입부(104)를 통하여 흡입된 냉매는 흡입 머플러(150)를 거쳐 상기 피스톤(130)의 내부로 유동한다. 냉매가 상기 흡입 머플러(150)를 통과하는 과정에서, 소음이 저감될 수 있다. 상기 흡입 머플러(150)는, 제 1 머플러(151)와, 상기 제 1 머플러(151)와 결합되는 제 2 머플러(153)를 포함할 수 있다. 상기 흡입 머플러(150)의 적어도 일부분은 상기 피스톤(130)의 내부에 위치될 수 있다.
상기 피스톤(130)은, 대략 원통 형상의 피스톤 본체(131) 및 상기 피스톤 본체(131)로부터 반경 방향으로 연장되는 피스톤 플랜지부(132)를 포함할 수 있다.
상기 피스톤 본체(131)는 상기 실린더(120)의 내부에서 왕복 운동하며, 상기 피스톤 플랜지부(132)는 상기 실린더(120)의 외측에서 왕복 운동할 수 있다.
상기 피스톤(130)은 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 상기 피스톤(130)이 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 상기 리니어 모터(200)에서 발생된 자속이 상기 피스톤(130)에 전달되어 상기 피스톤(130)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 피스톤(130)은, 제한적이지는 않으나, 단조 방법에 의하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 실린더(120)는 비자성체인 알루미늄 소재(알루미늄 또는 알루미늄 합금)로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 실린더(120)와 피스톤(130)의 소재 구성비, 즉 종류 및 성분비는 동일할 수 있다.
상기 실린더(120)가 알루미늄 소재로 구성됨으로써, 상기 리니어 모터(200)에서 발생된 자속이 상기 실린더(120)에 전달되어 상기 실린더(120)의 외부로 누설되는 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 상기 실린더(120)는, 제한적이지는 않으나, 압출봉 가공방법에 의하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 피스톤(130)과 실린더(120)가 동일한 소재(알루미늄)로 구성됨으로써 열팽창 계수가 서로 같게 된다. 리니어 압축기(100)의 운전 동안, 상기 쉘(101) 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 됨으로써, 피스톤(130)과의 운동간에 상기 실린더(120)와 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 실린더(120)는, 상기 흡입 머플러(150)의 적어도 일부분과, 상기 피스톤(130)의 적어도 일부분을 수용할 수 있다.
상기 실린더(120)의 내부에는, 상기 피스톤(130)에 의하여 냉매가 압축되는 압축 공간(P)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 피스톤(130)의 전방부에는, 상기 압축 공간(P)으로 냉매를 유입시키는 흡입공(133)이 형성되며, 상기 흡입공(133)의 전방에는 상기 흡입공(133)을 선택적으로 개방하는 흡입 밸브(135)가 제공된다. 상기 흡입 밸브(135)의 대략 중심부에는, 소정의 체결부재가 결합되는 체결공이 형성될 수 있다.
상기 압축 공간(P)의 전방에는, 상기 압축 공간(P)에서 배출된 냉매의 토출공간 또는 토출 유로를 형성하는 토출 커버(160) 및 상기 토출 커버(160)에 결합되며 상기 압축 공간(P)에서 압축된 냉매를 선택적으로 배출시키기 위한 토출밸브 어셈블리(161,162,163)가 제공될 수 있다.
상기 토출밸브 어셈블리(161, 162, 163)는, 상기 압축 공간(P)의 압력이 토출압력 이상이 되면 개방되어 냉매를 상기 토출 커버(160)의 토출 공간으로 유입시키는 토출 밸브(161)와, 상기 토출 밸브(161)와 토출 커버(160)의 사이에 제공되어 축 방향으로 탄성력을 부여하는 밸브 스프링(162) 및 상기 밸브 스프링(162)의 변형량을 제한하는 스토퍼(163)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압축 공간(P)은 상기 흡입 밸브(135)와 상기 토출 밸브(161)의 사이에 형성되는 공간이다. 그리고, 상기 흡입 밸브(135)는 상기 압축 공간(P)의 일측에 배치되고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 압축 공간(P)의 타측, 즉 상기 흡입 밸브(135)의 반대측에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 실린더(120)의 전단부에 움직임 가능하게 배치될 수 있다.
그리고, 상기 "축 방향"이라 함은, 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향 또는 "영구자석"이 왕복 운동하는 방향으로 이해될 수 있다.
그리고, 상기 "축 방향" 중에서, 상기 흡입부(104)로부터 상기 토출부(105)를 향하는 방향, 즉 냉매가 유동하는 방향을 "전방"이라 하고, 그 반대방향을 "후방"이라 정의한다.
반면에, "반경 방향"이라 함은 상기 피스톤(130)이 왕복운동 하는 방향에 수직한 방향으로 이해될 수 있다.
상기 스토퍼(163)는 상기 토출 커버(160)에 안착되고, 상기 밸브 스프링(162)은 상기 스토퍼(163)의 후방에 안착될 수 있다. 그리고, 상기 토출 밸브(161)는 상기 밸브 스프링(162)에 결합되며, 상기 토출 밸브(161)의 후방부 또는 후면은 상기 실린더(120)의 전면에 지지되도록 위치된다.
상기 밸브 스프링(162)는, 일 예로 판 스프링(plate spring)을 포함될 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(135)가 개방되어 냉매는 상기 압축 공간(P)으로 흡입된다. 반면에, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 흡입압력 이상이 되면 상기 흡입 밸브(135)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
한편, 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(162)이 변형하여 상기 토출 밸브(161)를 개방시키고, 냉매는 상기 압축공간(P)으로부터 토출되어, 토출 커버(160)의 토출공간으로 배출된다.
그리고, 상기 토출 커버(160)의 토출 공간을 유동하는 냉매는 루프 파이프(165)로 유입된다. 상기 루프 파이프(165)는 상기 토출 커버(160)에 결합되어 상기 토출부(105)로 연장되며, 상기 토출 공간의 압축 냉매를 상기 토출부(105)로 가이드 한다. 일 예로, 상기 루프 파이프(165)는 소정 방향으로 감겨진 형상을 가지고 라운드지게 연장되며, 상기 토출부(105)에 결합된다.
상기 리니어 압축기(100)는, 상기 실린더(120)의 외측에 결합되는 프레임(110)을 더 포함할 수 있다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 고정시키는 구성으로서, 별도의 체결부재에 의하여 상기 실린더(120)에 체결될 수 있다. 상기 프레임(110)은 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치된다. 즉, 상기 실린더(120)는 상기 프레임(110)의 내측에 수용될 수 있다. 그리고, 상기 토출 커버(160)는 상기 프레임(110)의 전면에 결합될 수 있다.
한편, 개방된 토출 밸브(161)를 통하여 배출된 고압의 가스 냉매 중 적어도 일부의 가스 냉매는 상기 실린더(120)와 프레임(110)이 결합된 부분의 공간을 통하여 상기 실린더(120)의 외주면 측으로 유동될 수 있다.
그리고, 냉매는 상기 실린더(120)에 형성된 노즐부(123)를 통하여 상기 실린더(120)의 내부로 유입된다. 유입된 냉매는 상기 피스톤(130)과 실린더(120) 사이의 공간으로 유동되어 상기 피스톤(130)의 외주면이 상기 실린더(120)의 내주면으로부터 이격되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 유입된 냉매는 상기 피스톤(130)의 왕복 운동간 실린더(120)와의 마찰을 감소시키는 "가스 베어링"으로서 기능할 수 있다.
상기 리니어 모터(200)는, 상기 실린더(120)를 둘러싸도록 배치되는 제1스테이터(stator: 210)와, 상기 제1스테이터(210)와 이격되어 배치되는 제2스테이터(250)와, 상기 제1스테이터(210)와 상기 제2스테이터(250)의 사이 공간에 위치하는 영구자석(260)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 상기 제1스테이터(210)와 상기 제2스테이터(250) 중 어느 하나는 아우터 스테이터(outer stator)고, 다른 하나는 인너 스테이터(inner stator)일 수 있다.
도 2에는 일 예로 제1스테이터(210)가 아우터 스테이터이고, 제2스테이터(250)가 인너 스테이터인 것이 도시된다.
상기 영구자석(260)은, 상기 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(250)와의 상호 전자기력에 의하여 직선 왕복 운동할 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(260)은 1개의 극을 가지는 단일 자석으로 구성되거나, 3개의 극을 가지는 자석으로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 영구자석(260)은 상기 제2스테이터(250)의 외측에 다수 개가 제공될 수 있다.
상기 영구자석(260)은 연결부재(138)에 의하여 상기 피스톤(130)에 결합될 수 있다. 상세히, 상기 연결부재(138)는 상기 피스톤 플랜지부(132)에 결합되어 상기 영구자석(260)을 향하여 절곡하여 연장될 수 있다. 상기 영구자석(260)이 왕복 운동함에 따라, 상기 피스톤(130)은 상기 연결부재(138)에 의하여, 상기 영구자석(260)과 함께 축 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
그리고, 상기 리니어 모터(200)는, 상기 영구자석(260)을 상기 연결부재(138)에 고정하기 위한 고정부재(262)를 더 포함할 수 있다. 상기 고정부재(262)는, 유리 섬유 또는 탄소 섬유와 수지(resin)가 혼합되어 구성될 수 있다. 상기 고정부재(262)는 상기 영구자석(260)의 내측 및 외측을 감싸도록 제공되어, 상기 영구자석(260)과 상기 연결부재(138)의 결합 상태를 견고하게 유지시킬 수 있다.
상기 제1스테이터(210)는, 코일 권선체(240, 242)와, 상기 코일 권선체(240, 242)의 원주 방향으로 일정 간격으로 설치되는 다수의 스테이터 코어(211)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 다수의 스테이터 코어(211) 각각은 제1코어 블록(212)과 제2코어 블록(220)을 포함할 수 있다.
상기 각 코어 블록(212, 220)은 복수 개의 라미네이션(lamination)이 원주 방향으로 적층되어 구성되며, 상기 코일 권선체(240, 242)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 코일 권선체(240, 242)는, 보빈(240) 및 상기 보빈(240)의 원주 방향으로 권선된 코일(242)을 포함할 수 있다. 상기 코일(242)의 단면은 다각형 형상을 가질 수 있으며, 일 예로 육각형의 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 리니어 압축기(100)는, 상기 피스톤(130)을 지지하는 서포터(137) 및 상기 서포터(137)의 일측에 이격되어 배치되며 상기 서포터(137)에 스프링 결합되는 백 커버(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 서포터(137)는 소정의 체결부재에 의하여, 상기 피스톤 플랜지부(132) 및 상기 연결부재(138)에 결합될 수 있다.
상기 백 커버(170)의 전방에는, 흡입 가이드부(155)가 결합된다. 상기 흡입 가이드부(155)는 상기 흡입부(104)를 통하여 흡입된 냉매가 상기 흡입 머플러(150)에 유입되도록 안내한다.
상기 리니어 압축기(100)는, 상기 피스톤(130)이 공진 운동할 수 있도록 각 고유 진동수가 조절된 다수의 스프링(176)을 더 포함할 수 있다.
상기 다수의 스프링(176)은, 상기 서포터(137)와 스테이터 커버(270)의 사이에 지지되는 제 1 스프링 및 상기 서포터(137)와 백 커버(170)의 사이에 지지되는 제 2 스프링을 포함할 수 있다.
상기 리니어 압축기(100)는, 상기 쉘(101)의 양측에 제공되어 상기 리니어 압축기(100)의 내부 부품이 상기 쉘(101)에 지지되도록 하는 판 스프링(172, 174)을 더 포함할 수 있다.
상기 판 스프링(172, 174)은, 상기 제 1 커버(102)에 결합되는 제 1 판 스프링(172) 및 상기 제 2 커버(103)에 결합되는 제 2 판 스프링(174)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 제 1 판 스프링(172)은 상기 쉘(101)과 제 1 커버(102)가 결합되는 부분에 끼워질 수 있으며, 상기 제 2 판 스프링(174)은 상기 쉘(101)과 제 2 커버(103)가 결합되는 부분에 끼워지도록 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 모터를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제1코어 블록(212)은 상기 영구자석(260)의 이동 방향 즉, 축 방향으로 연장되는 제1코어(213)와, 상기 제1코어(213)에서 연장되며 상기 축 방향과 수직한 방향으로 배치되는 제2코어(214)와, 상기 제2코어(214)에서 연장되는 제1자극(215)을 포함할 수 있다.
상기 제1자극(215)은, 상기 제2스테이터(250)와 상기 코일(242) 사이에 위치될 수 있다.
상기 제2코어 블록(220)은 상기 영구자석(260)의 이동 방향 즉, 축 방향으로 연장되는 제1코어(223)와, 상기 제1코어(223)에서 연장되며 상기 축 방향과 수직한 방향으로 배치되는 제3코어(224)와, 상기 제3코어(224)에서 연장되는 제2자극(225)을 포함할 수 있다.
상기 제2자극(225)은, 상기 제2스테이터(250)와 상기 코일(242) 사이에 위치될 수 있다.
그리고, 상기 제1자극(215) 및 상기 제2자극(225)은 상기 제2코어(214) 및 제3코어(224)에서 서로 가까워지는 방향으로 연장되며, 서로 일정 간격 이격될 수 있다.
상기 영구자석(260)은 상기 코일(242)에 전류가 인가되면, 상기 코일(242)에 흐르는 전류에 의해 상기 코일(242)에 자속이 형성되며, 상기 자속은 상기 제1스테이터(210) 및 상기 제2스테이터(250)를 따라 폐회로를 형성하면서 흐르게 된다.
이 때, 상기 제1자극(215)은 N극과 S극 중 어느 하나의 극을 형성하고, 상기 제2자극(225)은 N극과 S극 중 다른 하나의 극을 형성할 수 있다.
상기 영구자석(260)은, 상기 제1스테이터(210) 및 제2스테이터(250)에 흐르는 자속과 상기 영구자석(260)에 의해 형성되는 자속의 상호 작용력에 의하여, 상기 제1스테이터(210)와 제2스테이터(250) 사이에서 축 방향으로 직선 운동하게 된다.
이 때, 상기 리니어 모터(200)가 정상 작동할 때, 상기 영구자석(260)은 정상이동궤적의 길이(L3) 범위 내에서 직선 이동할 수 있다.
상기 제1자극(215) 및 상기 제2자극(225) 각각의 자속이 이동하는 경로의 폭인 자로 폭(W1)은 적어도 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 길이(L3) 범위 내에서 일정할 수 있다.
그리고, 상기 각 자극(215, 225)에서 폭이 일정한 부분의 자로 폭(W1)은 상기 제1코어(213, 223)의 자로 폭(도면 상 좌우 방향 폭임)과, 상기 제2코어(214)와 제3코어(224)의 자로 폭(도면 상 상하 방향 폭임) 보다 작을 수 있다.
상기 제1자극(215)과 제2자극(225) 각각에서 폭이 일정한 부분의 축 방향 길이의 합은 상기 영구자석(260)의 축 방향 길이보다 길수 있다.
상기 스테이터 코어(211)에서 상기 코일(242)이 위치할 수 있는 공간(S)의 축 방향 길이(L1)는 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 길이(L3) 보다 길 수 있다.
상기 스테이터 코어(211)에서 상기 코일(242)이 위치할 수 있는 공간(S)의 축 방향 길이(L1)는 상기 제2스테이터(250)의 축 방향 길이 보다 길 수 있다.
상기 코일(242)의 축 방향 길이(L2)는 상기 제2스테이터(250)의 축 방향 길이와 동일하거나 길 수 있다.
상기 코일(242)의 축 방향 길이(L2)는 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 길이(L3)와 동일하거나 길 수 있다.
도 4는 본 발명의 스테이터 코어와 종래의 스테이터 코어의 모터힘상수를 비교하는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시 예의 스테이터 코어(211)의 구조에 의하면, 상기 각 자극(215, 225)에서 포화가 일어나는 부분은 상기 각 자극(215, 225)에서 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 외측 영역(A영역)이 된다.
즉, 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 범위 내에서 모터 힘 상수가 저하되는 것이 최소화된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 상기 제1자극(215)과 상기 제2자극(225) 각각에서 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 경계지점에서의 모터 힘 상수의 기울기가 종래에 비하여 줄어들게 되어 모터 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 경우, 상기 각 자극(215, 225)의 자로 폭을 일정하게 하되, 상기 각 코어(213, 214, 223, 224)의 자로 폭 보다 작게 하고, 상기 코일(242)의 축 방향 길이를 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 길이(L3)와 동일하거나 크게 함으로써, 상기 리니어 모터(200)의 외경을 줄일 수 있고, 상기 리니어 모터(200)의 외경이 줄어들더라도 상기 보빈(240)에 권선되는 코일(242)의 전체 단면적이 유지되어 모터의 효율이 저하되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 각 자극의 자로 폭과 상기 코일의 축 방향 길이를 조절함으로써, 상기 리니어 모터(200)의 외경이 줄어들더라도 상기 보빈(240)에 권선되는 코일의 전체 단면적은 증가될 수 있어, 모터의 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 실시 예에 의하면, 상기 각 자극의 자로 폭이 일정하므로, 상기 보빈에서 상기 코일이 권선할 수 있는 공간의 단면을 사각형으로 할 수 있으므로, 상기 보빈에 코일을 용이하게 권선될 수 있어, 양산성이 증가될 수 있다.
또한, 본 실시 예에 의하면, 제1스테이터의 형상을 변경함으로써, 리니어 모터의 외경을 줄일 수 있으므로, 영구자석 및 제2스테이터는 기존의 구조를 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리니어 모터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 실시 예는 다른 부분에 있어서는 이전 실시 예와 동일하고, 스테이터 코어의 자극의 형태가 다른 것을 특징으로 한다. 따라서, 이하에서는 본 실시 예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 실시 예의 스테이터 코어는 제1코어 블록(212)과 제2코어 블록(220)을 포함할 수 있다.
상기 제1코어 블록(212)은 제1자극(215)을 포함하고, 상기 제2코어 블록(220)은 제2자극(225)을 포함할 수 있다.
상기 제1자극(215) 및 상기 제2자극(225)의 적어도 일부분은 자로 폭이 일정할 수 있다. 일 예로 상기 제1자극(215)에서 적어도 상기 제1코어 블록(212)의 제2코어(214)와 연결되는 부분의 자로 폭이 일정할 수 있다.
또한, 상기 제2자극(225)에서 적어도 상기 제2코어 블록(220)의 제3코어(224)와 연결되는 부분의 자로 폭이 일정할 수 있다.
그리고, 상기 제1자극(215)은 자로 폭이 줄어드는 제1자극 팁(216)을 포함하고, 상기 제2자극(225)는 자로 폭이 줄어드는 제2자극 팁(226)을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1자극(215)에서 자로 폭이 일정한 부분의 길이(L4)와 상기 제2자극(225)에서 자로 폭이 일정한 부분의 길이(L4)의 합은 상기 영구자석(260)의 축 방향 길이보다 길 수 있다.
본 실시 예에 의해서도, 상기 각 자극(215, 225)에서 포화되는 부분이 영구자석(260)의 정상이동궤적의 외측 영역에 해당하므로 모터 힘 상수가, 상기 영구자석(260)의 정상이동궤적의 경계 부분에서 줄어드는 것이 최소화되고 이에 따라 기울기가 증가되는 것이 최소화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 리니어 압축기를 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 실시 예는 리니어 모터의 구조에 대해서는 이전 실시 예 들과 동일하고 다만, 피스톤과 실린더 사이의 윤활 방식에 있어서 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 본 실시 예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 실시 예에 따른 리니어 압축기(300)는, 실린더(320)와, 피스톤(330)과, 리니어 모터(400)와, 오일 공급장치(360)를 포함할 수 있다.
상기 리니어 압축기(300)의 외형을 형성하는 쉘에는 소정의 오일이 저장될 수 있다. 그리고, 상기 쉘의 하부에는 오일을 펌핑하는 상기 오일 공급장치(360)가 제공될 수 있다. 상기 오일 공급장치(360)는 상기 피스톤(330)이 왕복 직선운동 함에 따라 발생되는 진동에 의하여 작동되어 오일을 상방으로 펌핑할 수 있다.
상기 리니어 압축기(300)는, 상기 오일 공급장치(360)로부터 오일의 유동을 가이드 하는 오일 공급관(365)을 더 포함할 수 있다. 상기 오일 공급관(365)은 상기 오일 공급장치(360)로부터 상기 실린더(320)와 피스톤(330)의 사이 공간까지 연장될 수 있다.
상기 오일 공급장치(360)로부터 펌핑된 오일은 상기 오일 공급관(365)을 거쳐 상기 실린더(320)와 피스톤(330)의 사이 공간으로 공급되어, 냉각 및 윤활 작용을 수행한다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 리니어 압축기 110: 프레임
120: 실린더 130: 피스톤
200: 리니어 모터 210: 제1스테이터
215: 제1자극 225: 제2자극
240: 보빈 242: 코일
250: 제2스테이터 260: 영구자석

Claims (11)

  1. 제1스테이터;
    상기 제1스테이터와 이격되어 배치되는 제2스테이터; 및
    상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 영구자석을 포함하고,
    상기 제1스테이터는, 코일이 감기는 보빈과,
    상기 보빈을 감싸는 스테이터 코어를 포함하고,
    상기 스테이터 코어는, 상기 제2스테이터와 상기 코일 사이에 위치되며, 서로 이격되는 제1자극 및 제2자극을 포함하고,
    상기 영구자석의 이동궤적의 범위 내에서 상기 제1자극 및 제2자극 각각의 일부 또는 전부는 자로 폭이 일정하고,
    상기 스테이터 코어에서 상기 코일이 위치될 수 있는 공간(S)의 축방향 길이는, 상기 영구자석의 이동궤적의 길이(L3) 및 상기 제2스테이터의 축방향 길이보다 길게 형성되는 리니어 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어는 축 방향과 나란한 방향으로 연장되는 제1코어와,
    상기 제1코어에서 상기 축 방향과 교차되는 방향으로 연장되는 제2코어 및 제3코어를 포함하고,
    상기 제1자극은 상기 제2코어에서 연장되고, 상기 제2자극은 상기 제3코어에서 연장되며,
    상기 제1자극 및 제2자극에서 자로 폭이 일정한 부분의 자로 폭은 상기 제1코어 내지 제3코어의 자로 폭 보다 작은 리니어 모터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1자극은 상기 제2코어와 연결되는 부분의 자로 폭이 일정하고,
    상기 제2자극은 상기 제3코어와 연결되는 부분의 자로 폭이 일정한 리니어 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 자극 각각에서 자로 폭이 일정한 부분의 축 방향 길이의 합은, 상기 제 2 스테이터의 축 방향 길이보다 길게 형성되는 리니어 모터.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 자극에서 자로 폭이 일정한 부분의 축 방향 길이의 합은 상기 영구자석의 축 방향 길이 보다 긴 리니어 모터.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일의 축 방향 길이는 상기 제2스테이터의 축 방향 길이와 동일하거나 긴 리니어 모터.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일이 축 방향 길이는 상기 영구자석의 이동궤적의 길이와 동일하거나 긴 리니어 모터.
  9. 제1스테이터;
    상기 제1스테이터와 이격되어 배치되는 제2스테이터; 및
    상기 제1스테이터와 제2스테이터 사이에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 영구자석을 포함하고,
    상기 제1스테이터는, 코일이 감기는 보빈과,
    상기 보빈을 감싸는 스테이터 코어를 포함하고,
    상기 스테이터 코어의 상기 코일이 위치될 수 있는 공간의 축 방향의 길이는 상기 제2스테이터의 축 방향 길이 보다 길고,
    상기 코일이 위치될 수 있는 공간(S)의 축방향 길이는, 상기 영구자석의 이동궤적의 길이(L3)보다 길게 형성되는 리니어 모터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코일의 축 방향으로의 길이는 상기 제2스테이터의 축 방향 길이 보다 긴 리니어 모터.
  11. 실린더;
    상기 실린더의 내부에서 축 방향으로 왕복 운동 가능한 피스톤; 및
    상기 피스톤에 동력을 제공하는 리니어 모터를 포함하고,
    상기 리니어 모터는,
    제1스테이터;
    상기 제1스테이터와 이격되어 배치되는 제2스테이터; 및
    상기 제1스테이터와 상기 제2스테이터 사이에 상기 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 영구자석을 포함하고,
    상기 제1스테이터는, 코일이 감기는 보빈과,
    상기 보빈을 감싸는 스테이터 코어를 포함하고,
    상기 스테이터 코어는, 상기 제2스테이터와 상기 코일 사이에 위치되며, 서로 이격되는 제1자극 및 제2자극을 포함하고,
    상기 영구자석의 이동궤적 범위 내에서 상기 제1자극 및 제2자극 각각의 일부 또는 전부는 자로 폭이 일정하고,
    상기 스테이터 코어에서 상기 코일이 위치될 수 있는 공간(S)의 축방향 길이는, 상기 영구자석의 이동궤적의 길이(L3) 및 상기 제2스테이터의 축 방향 길이보다 길게 형성되는 리니어 압축기.
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