KR20000039163A

KR20000039163A - 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치

Info

Publication number: KR20000039163A
Application number: KR1019980054409A
Authority: KR
Inventors: 정원현; 이형국
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2000-07-05
Also published as: KR100292518B1

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치에 관한 것으로, 종래에는 모터에 가해지는 전류와 전압을 피드백하고 그 피드백된 파라미터를 비교하여 제어하게 되므로 피스톤의 행정거리 제어에 정밀도가 떨어져 정확한 제어가 이루어지지 못하게 되는 단점이 있었는 바, 본 발명은 피스톤을 구동시키는 모터의 가동자인 영구자석의 위치를 검출하는 위치검출센서를 코일 보빈에 장착하여 영구자석의 위치를 검출함에 의해 피스톤의 위치를 추정하여 피스톤의 행정거리를 제어함으로써 피스톤의 최적 상사점 위치로 피스톤을 정확하게 제어하여 피스톤이 실린더의 단부에 결합된 토출밸브와 충돌을 방지할 뿐만 아니라 압축성능을 극대화할 수 있도록 한 것이다.

Description

리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치에 관한 것으로, 특히 모터의 구동력을 전달받아 실린더내부에서 왕복운동하는 피스톤이 압축 완료시점인 실린더의 상사점에 도달할 때 그 피스톤의 도달점을 검출하여 피스톤의 스트로크를 정확하게 제어할 수 있도록 한 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키는 기기이다. 상기 압축기는 밀폐용기의 내부에 장착되어 구동력을 발생시키는 전동기구부와 상기 구동력을 전달받아 가스를 흡입하고 압축하는 압축기구부로 구성되어 있다.

상기 압축기의 일예로, 리니어 압축기는 전동기구부가 리니어 모터로 구성되어 리니어 모터에서 발생되는 직선 구동력이 압축기구부를 구성하는 피스톤에 전달되어 피스톤이 실린더내부에서 직선 왕복운동하면서 가스를 흡입하여 압축하게 된다.

도 1은 리니어 압축기의 전동기구부를 구성하는 리니어 모터 및 그 전동기구부의 구동력을 전달받아 가스를 흡입하고 압축하는 압축기구부의 일예를 도시한 것이다.

도 1, 2에 도시한 바와 같이, 상기 리니어 압축기의 전동기구부를 구성하는 리니어 모터는 소정의 형상으로 형성된 프레임(10)의 일측에 원통형으로 형성되며 그 내부에 권선 코일(20)이 삽입된 아우터 스테이터 조립체(30)가 장착되고, 상기 아우터 스테이터 조립체(30)와 소정의 간격을 두고 원통형으로 형성된 이너 스테이터 조립체(40)가 아우터 스테이터 조립체(30)에 삽입되어 프레임(10)에 장착되어 있다.

상기 아우터 스테이터 조립체(30)는 환형으로 형성된 보빈에 코일이 권선되어 이루어진 코일 보빈(50)에 소정의 형상으로 형성된 박판의 코어편이 원통형을 이루도록 방사상으로 복수개 적층되어 형성된다. 그리고 상기 코일 보빈(50)의 일측에 소정의 높이로 코일단자부(51)가 돌출 형성되며 상기 코일단자부(51)내에 권선 코일(20)과 연결되는 2개의 단자핀(52)이 돌출 삽입되어 있다. 상기 코일단자부(51)는 외부의 전원과 연결되는 리드선(미도시)과 연결된다. 상기 이너 스테이터 조립체(40)는 소정의 형상으로 형성된 박판의 코어편이 원통형을 이루도록 방사상으로 복수개 적층되어 형성된다.

그리고 상기 아우터 스테이터 조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에 가동자인 영구자석(60)이 삽입되어 있다.

상기 영구자석(60)은 소정의 크기를 갖는 조각으로 이루어져 원통 형상을 갖는 영구자석 프레임(61)에 복수개 결합되며, 또한 상기 영구자석 프레임(61)은 프레임(10)에 결합된 피스톤(62)에 연결되고 상기 피스톤(62)은 실린더(63)에 움직임 가능하도록 삽입되어 있다.

상기한 바와 같은 구조는 권선 코일(20)에 전류가 흐르게 되면 권선 코일(20)에 형성되는 자속과 영구자석(60)의 자속에 의한 상호작용력에 의해 영구자석(60)이 축방향으로 직선 왕복운동하게 된다. 그리고 상기 영구자석(60)의 직선 왕복운동력이 피스톤(62)에 전달되어 피스톤(62)이 실린더(63)내부에서 일정 행정거리(Stroke)로 왕복운동하면서 가스를 흡입하여 압축하고 토출시키게 된다.

상기 과정에서 리니어 모터 가동자의 직선 운동력을 전달받아 실린더(63)내부에서 직선 왕복운동하는 피스톤(62)이 압축 완료시점인 상사점에 이르러 압축이 완료될 때 피스톤(62)의 탑 클리어런스가 최소가 될 경우 압축성능이 최대가 된다. 이를 위하여 피스톤(62)의 행정거리를 정확하게 제어해야 하며 그 피스톤(62)이 상사점의 위치에서 지나치게 되면 실린더(63)의 단부에 위치하는 토출밸브 조립체(64)와 충돌하게 되고 상사점의 위치에 이르지 못할 경우 압축성능이 저하된다.

한편, 상기 피스톤(62)의 행정거리를 제어하는 방법은 피스톤(62)에 구동력을 전달하는 리니어 모터에 전류와 전압을 가하고 그에 따라 피드백(Feekback)되는 전류 및 전압과 피스톤(62)의 속도 그리고 행정거리 등을 검출하여 피스톤(62)의 행정거리를 제어하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 피스톤(62)의 스트로크를 제어하는 기술은 모터에 가해지는 전류와 전압을 피드백하고 그 피드백된 파라미터를 비교하여 제어하게 되므로 피스톤(62)의 행정거리 제어에 정밀도가 떨어져 정확한 제어가 이루어지지 못하게 되는 단점이 있었다.

상기한 바와 같은 단점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 모터의 구동력을 전달받아 실린더내부에서 왕복운동하는 피스톤이 압축 완료시점인 실린더의 상사점에 도달할 때 그 피스톤의 도달점을 검출하여 피스톤의 스트로크를 정확하게 제어할 수 있도록 한 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 리니어 압축기의 전동기구부 및 압축기구부를 중심으로 도시한 정단면도,

도 2는 상기 리니어 압축기를 구성하는 모터의 측면도,

도 3은 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치가 구비된 리니어 압축기의 전동기구부 및 압축기구부의 정단면도,

도 4는 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치가 구비된 리니어 압축기의 모터 측면도,

도 5a,5b는 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치가 구비된 리니어 압축기의 전동기구부 및 압축기구부의 작동상태를 도시한 정단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

20 ; 권선 코일 30 ; 아우터 스테이터 조립체

40 ; 이너 스테이터 조립체 50 ; 코일 보빈

51 ; 코일단자부 60 ; 가동자(마그네트)

62 ; 피스톤 63 ; 실린더

70 ; 위치검출센서 71 ; 센서단자

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 아우터 스테이터 조립체와, 상기 아우터 스테이터 조립체내부에 소정의 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터 조립체와, 상기 아우터 스테이터 조립체 또는 이너 스테이터 조립체내부에 결합되는 코일이 권선된 코일 보빈(50)과, 상기 아우터 스테이터 조립체와 이너 스테이터 조립체사이에 삽입되는 가동자를 포함하여 이루어진 리니어 모터와, 상기 모터 가동자의 직선 왕복운동을 전달받아 실린더내부에서 직선 왕복운동하면서 가스를 흡입하고 압축하는 피스톤을 포함하여 구성된 리니어 압축기에 있어서; 상기 피스톤이 압축 완료시점인 상사점에 위치할 때 그 피스톤을 구동시키는 가동자의 위치를 검출하는 위치검출센서를 상기 코일 보빈에 장착함을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치는, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 리니어 압축기의 전동기구부를 구성하는 리니어 모터는 원통형으로 형성되어 소정의 형상으로 형성되는 프레임에 장착되는 아우터 스테이터 조립체(30)와, 원통형으로 형성되어 상기 아우터 스테이터 조립체(30)내부에 소정의 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터 조립체(40)와, 상기 아우터 스테이터 조립체(30) 또는 이너 스테이터 조립체(40)내부에 결합되는 코일이 권선된 코일 보빈(50)과, 상기 아우터 스테이터 조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에 삽입되는 가동자인 영구자석(60)을 포함하여 이루어진다.

상기 아우터 스테이터 조립체(30) 및 이너 스테이터 조립체(30)는 소정의 형상으로 형성되는 박판의 코어편이 원통형을 형성하도록 방사상으로 복수개 적층되어 이루어진다. 상기 보빈에 코일이 권선되어 이루어진 코일 보빈(50)은 아우터 스테이터 조립체(30) 또는 이너 스테이터 조립체(40)내부에 결합된다. 본 발명은 그 일예로 코일 보빈(50)이 아우터 스테이터 조립체(30)내부에 결합된 경우에 대하여 설명한다.

상기 코일 보빈(50)의 일측에는 코일 보빈(50)내부에 권선된 권선 코일(20)이 외부 전원과 연결되도록 코일단자부(51)가 돌출 형성되며 상기 코일단자부(51)의 내부에는 권선 코일(20)과 연결되는 2개의 단자핀(52)이 삽입된다.

상기 아우터 스테이터 조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에 삽입되는 가동자는 영구자석(60)으로 이루어지며 상기 가동자는 권선 코일(20)에 전류가 인가될 경우 권선 코일(20)에 형성되는 자속과 상호작용력에 의해 아우터 스테이터 조립체(30)와 이너 스테이터 조립체(40)사이에서 직선 왕복운동 가능하도록 결합된다. 상기 영구자석(60)은 원통형으로 형성된 영구자석 프레임(61)에 결합된다. 그리고 상기 영구자석(60)이 결합되는 영구자석 프레임(61)은 압축기구부를 구성하는 실린더(63)에 삽입되는 피스톤(62)과 연결된다.

그리고 상기 코일 보빈(50)에 가동자인 마그네트(60)의 위치를 검출하는 위치검출센서(70)가 장착된다. 상기 위치검출센서(70)는 코일 보빈(50)의 내측에 장착함이 바람직하다. 상기 위치검출센서(70)를 코일 보빈(50)에 장착시 인서트 몰딩(Insert molding)에 의해 장착할 수 있다.

상기 위치검출센서(70)는 영구자석(60)의 자장변화로 감지하는 홀센서(Hall sensor)인 것이 바람직하고, 그 다른 예로 마그네토 레지스티브 센서(Magneto resistive sensor)로 할 수 있다.

상기 코일 보빈(50)의 일측에 돌출 형성되는 코일단자부(51)에 상기 위치검출센서(70)에서 감지된 신호를 외부 제어기에 전달하기 위해 연결되는 센서단자(71)가 결합된다.

이하, 본 발명의 리니어 압축기 피스톤 위치검출장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 리니어 모터에 전류가 인가되어 권선 코일(20)에 전류가 흐르게 되면 권선 코일(20)에 형성되는 자속과 영구자석(60)의 자속에 의한 상호작용력에 의해 영구자석(60)이, 도 5a, 5b에 도시한 바와 같이, 축방향으로 직선 왕복운동하게 된다. 그리고 상기 영구자석(60)의 직선 왕복운동력이 피스톤(62)에 전달되어 피스톤(62)이 실린더(63)내부에서 일정 행정거리(Stroke)로 왕복운동하면서 가스를 흡입하여 압축하고 토출시키게 된다. 이와 같은 과정에서 상기 피스톤(62)을 구동시키는 영구자석(60)이 위치검출센서(70)에 의해 그 위치가 검출되어 피스톤(62)의 행정거리가 제어된다.

본 발명은 리니어 모터의 가동자인 영구자석(60)의 위치를 미리 설정해 놓은 위치검출센서(70)에 의해 검출함에 의해 피스톤(62)의 위치를 추정하여 피스톤(62)의 행정거리를 제어하게 됨으로써 피스톤(62)의 최적 상사점 위치로 피스톤(62)을 정확하게 제어하게 되어 피스톤(62)이 실린더(63)의 단부에 결합된 토출밸브 조립체(64)와 충돌을 방지할 뿐만 아니라 압축성능을 극대화할 수 있게 된다.

또한, 위치검출센서(70)에서 검출된 신호를 외부 제어기에 연결하는 센서단자(71)가 코일 보빈(50)의 코일단자부(51)에 설치하게 되므로 조립작업이 수월하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치는 피스톤의 최적 상사점 위치로 피스톤을 정확하게 제어하게 됨으로써 피스톤이 실린더의 단부에 결합된 토출밸브와 충돌하는 것을 방지할 뿐만 아니라 압축성능을 극대화하게 되어 진동 소음 발생 및 부품의 파손을 방지하고 압축 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

아우터 스테이터 조립체와, 상기 아우터 스테이터 조립체내부에 소정의 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터 조립체와, 상기 아우터 스테이터 조립체 또는 이너 스테이터 조립체내부에 결합되는 코일이 권선된 코일 보빈과, 상기 아우터 스테이터 조립체와 이너 스테이터 조립체사이에 삽입되는 가동자를 포함하여 이루어진 리니어 모터와, 상기 모터 가동자의 직선 왕복운동을 전달받아 실린더내부에서 직선 왕복운동하면서 가스를 흡입하고 압축하는 피스톤을 포함하여 구성된 리니어 압축기에 있어서; 상기 피스톤을 구동시키는 가동자의 위치를 검출하는 위치검출센서를 상기 코일 보빈에 장착함을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치.
제1항에 있어서, 상기 코일 보빈의 일측에 돌출 형성되어 권선 코일을 외부 전원과 연결되도록 하는 코일단자부에 상기 위치검출센서에서 감지된 신호를 외부 제어기에 전달하기 위해 연결되는 센서단자가 결합됨을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치.
제1항에 있어서, 상기 위치검출센서는 홀센서인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치.
제1항에 있어서, 상기 위치검출센서는 마그네토 레지스티브 센서인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 위치검출장치.