KR20010105958A - 리니어 압축기의 피스톤 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 구조에 관한 것으로, 본 발명은 리니어 모터의 고정자에 고정 결합되는 선형 실린더의 내부에 미끄러지게 삽입되고 상기 리니어 모터의 가동자에 결합되어 상기한 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하는 제1 부재와, 냉매가스를 실린더의 압축실로 안내하는 가스유로가 형성되어 상기 제1 부재에 견고하게 내삽되고 그 선단면에 상기한 가스유로를 개폐하도록 흡입밸브가 장착되는 제2 부재로 구성하되 그 제2 부재와 흡입밸브를 동일재질로 하여 용접 결합시킴으로써, 상기 흡입밸브가 피스톤에 견고하게 결합되어 피스톤의 고속운전시에도 흡입밸브의 탈거에 따른 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있다.

Description

리니어 압축기의 피스톤 구조{PISTON STRUCTURE FOR LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 리니어 압축기의 피스톤 구조에 관한 것으로, 특히 흡입밸브의 결합을 용이하고 견고하게 할 수 있도록 한 리니어 압축기의 피스톤 구조에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 압축기는 크랭크축을 대신하여 리니어 모터의 가동자를 이루는 마그네트 조립체에 피스톤을 결합시켜 그 피스톤이 마그네트 조립체에 일체로 고정된 것으로, 도 1은 종래 리니어 압축기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 리니어 압축기는, 저면에 오일이 채워지는 케이싱(V)의 내부에 횡방향으로 설치되어 냉매를 흡입하여 압축 및 토출하는 압축 유니트(C)와, 그 압축 유니트(C)의 외부에 고정되어 미끄럼부에 오일을 공급하는 오일피더(O)로 구성되어 있다.

상기 압축 유니트(C)는 환형의 프레임(1)과, 그 프레임(1)의 일측면에 고정 설치되는 커버(2)와, 상기 프레임(1)의 중앙에 횡방향으로 고정되는 실린더(3)와, 그 실린더(3)를 지지하는 프레임(1)의 외주면에 고정되는 내측 고정자 조립체(4A) 및 그 내측 고정자 조립체(4A)의 외주면에 소정 공극을 두고 고정되는 외측 고정자 조립체(4B)와, 상기 내 외측 고정자 조립체(4A,4B) 사이의 공극에 개재되어 리니어 모터의 가동자를 이루는 마그네트 조립체(5)와, 그 마그네트 조립체(5)에 일체로 고정되어 실린더(3)의 내부에서 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축시키는 피스톤(6)과, 상기 마그네트 조립체(5)가 내 외측 고정자 조립체(4A,4B) 사이의 공극에서 지속적으로 공진운동을 하도록 유도하는 내 외측 공진스프링(7A,7B)과, 상기 실린더(3)의 선단에 장착되어 피스톤(6)의 왕복운동시 압축가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(8)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 피스톤(6)은 소정의 길이를 갖는 몸통부(6a)의 전방측에 헤드부(6b)가 형성되고, 상기 몸통부(6a)의 후방측에 마그네트 조립체(5)와 연결되는 연결부(6c)가 형성되며, 그 몸통부(6a)의 중앙에는 냉매가스를 실린더(3)로 안내하는 가스유로(F)가 형성되어 이루어져 있다.

상기 가스유로(F)는 상기 몸통부(6a)의 가운데 소정의 깊이를 갖도록 제1 가스통로(6d)가 형성되고, 그 제1 가스통로(6d)와 연통되도록 상기 헤드부(6b)를 관통하는 제2 가스통로(6e)가 형성된다. 또한, 상기 가스유로(F)의 선단면에는 제2 가스통로(6e)를 개폐하여 냉매가스의 흡입을 제한하는 흡입밸브(9)가 고정볼트(B)로 체결되어 장착되어 있다.

도면중 미설명 부호인 SP는 흡입관이다.

상기한 바와 같은 리니어 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 내,외측 고정자 조립체(4A,4B)에 전류가 인가되어 마그네트 조립체(5)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 이에 결합된 피스톤(6)이 실린더(3)의 내부를 직선으로 왕복운동을 하게 되어 실린더(3)내에 압력차가 발생되고, 이 실린더(3)내의 압력차에 의해 케이싱(V)내의 냉매가스가 피스톤(6)의 가스유로(F)를 통해 실린더(3)로 흡입되어 압축 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 피스톤(6)이 후방측으로 이동하는 흡입행정시에는 냉매가스가 제1 가스통로(6d)와 제2 가스통로(6e)를 거치면서 흡입밸브(9)를 밀어 젖히게 되므로, 그 흡입밸브(9)가 피스톤(6)에 견고하게 장착되어야 피스톤(6)의 왕복운동에도 이탈되지 않고 압축기의 신뢰성을 견고하게 유지할 수 있게 된다. 이 때문에 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 별도의 고정볼트(B)를 이용하여 흡입밸브(9)를 피스톤(6)의 헤드부(6b) 선단면에 체결시키는 방안이 제시되어 왔다.

하지만, 이러한 종래의 흡입밸브 결합구조는 박판인 흡입밸브(9)가 고정볼트(B)에 의해 체결되므로, 그 흡입밸브(9)의 개폐부(9a)가 반복적인 개폐동작시 슬립 회전되면서 피스톤(6)의 제2 가스통공(6e)을 벗어나게 되고 이로 인해 냉매가스의 흡입이 원활하게 진행되지 못하여 압축기능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 흡입밸브(9)에 고정볼트(B)를 체결하기 위한 체결공(9b)이 형성되므로 구조적 강도가 저하되는 문제점도 있었다.

또한, 상기 고정볼트(B)의 머리부분이 실린더(3)의 압축공간 내로 돌출된 형태로 위치하게 되므로 사체적(Dead Volume)이 발생되어 압축효율을 저하시키게 될 뿐만 아니라 그 돌출된 고정볼트(B)의 머리부분에 의해 피스톤(6)의 상사점 및 하사점의 위치 센싱이 어렵게 되어 피스톤(6)의 왕복 운동에 대한 스트로크(Stroke) 제어가 난해하게 되는 문제점도 있었다.

이러한 문제점들을 감안하여 본 출원인이 1999년 12월 29일자로 국내 특허출원(99-64796호)한 "리니어 압축기의 밸브 결합구조"에서는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 흡입밸브(9)를 피스톤(6)의 선단면에 용접(W)으로 직접 장착시키는 방안을 제시하였으며, 또 동일자로 국내 특허출원(99-64804로)한 "리니어 압축기의 밸브 결합구조"에서는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 피스톤(6)의 선단면에 별도의 용접매체(M)를 삽입하고 그 용접매체(M)에 흡입밸브(9)를 용접(W)하여 장착시키는 방안을 제시한 바 있다.

그러나, 상기와 같이 흡입밸브(9)를 피스톤(6)의 선단면에 용접 결합시키는 방안은 피스톤(6)이 주조성을 고려한 주철인 반면 흡입밸브(9)는 고탄소 스프링강으로 이루어져 피스톤(6)과 흡입밸브(9)의 재질이 서로 다름에 따라 용접불량이 초래되면서 압축기의 신뢰성에 악영향을 끼칠 우려가 있었다.

또한, 별도의 용접매체(M)를 이용하는 방안은 그 용접매체(M)와 피스톤(6)의 용접강도가 약하여 장기간 사용시 분리되면서 전술한 방안과 마찬가지로 압축기의 신뢰성을 저하시킬 우려가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 밸브 결합구조가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 흡입밸브와 피스톤이 견고하게 결합될 수 있는 리니어 압축기의 피스톤 구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 리니어 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래 리니어 압축기의 흡입밸브 및 피스톤 구조를 보인 종단면도.

도 3a 및 도 3b는 종래 리니어 압축기의 흡입밸브 및 피스톤 구조에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도.

도 4a 및 도 4b는 종래 리니어 압축기의 흡입밸브 및 피스톤 구조에 대한 또다른 실시예를 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 리니어 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명 리니어 압축기의 흡입밸브 및 피스톤 구조를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

3 : 실린더 5 : 마그네트 조립체

100 : 피스톤 110 : 외통용 제1 부재

111 : 관통구멍 112 : 연결부

120 : 내통용 제2 부재 120a : 몸통부

120b : 헤드부 121 : 제1 냉매통로

122 : 제2 냉매통로 130 : 흡입밸브

131 : 개폐부 132 : 지지부

M : 용접매체 W: 용접점

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 리니어 모터의 고정자에 고정 결합되는 선형 실린더의 내부에 미끄러지게 삽입되고 상기 리니어 모터의 가동자에 결합되어 상기한 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하는 제1 부재와,

냉매가스를 실린더의 압축실로 안내하는 가스유로가 형성되어 상기 제1 부재에 삽입 고정되고 그 선단면에 상기한 가스유로를 개폐하도록 흡입밸브가 장착되는 제2 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 구조가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 리니어 압축기의 피스톤 구조를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명 리니어 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명 리니어 압축기의 흡입밸브 및 피스톤 구조를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 피스톤 구조가 구비된 리니어 압축기는, 소정의 내부체적을 갖고 저면에 오일이 채워지며 흡입관(SP) 및 토출관(미도시)이 구비되는 케이싱(V)과, 그 케이싱(V)에 탄력 지지되는 환형의 프레임(1)과, 그 프레임(1)의 후측면에 고정되는 커버(2)와, 상기 프레임(1)의 중앙에 횡방향으로 고정되는 실린더(3)와, 그 실린더(3)의 외주면에 고정되는 내측 고정자 조립체(4A)와, 그 내측 고정자 조립체(4A)의 외주면에 소정 공극을 두고 고정되는 외측 고정자 조립체(4B)와, 상기 내측 고정자 조립체(4A)와 외측 고정자 조립체(4B) 사이의 공극에 개재되어 직선 왕복운동을 하는 마그네트 조립체(5)와, 그 마그네트 조립체(5)에 일체로 고정되고 실린더(3)에 미끄러지게 삽입되어 상기한 마그네트 조립체(5)와 함께 직선 왕복운동을 하면서 가스유로(F)를 통해 케이싱(V)으로 유입되는 유체를 실린더(3)의 내부로 흡입하여 압축하는 피스톤(100)과, 그 피스톤(100)과 함께 마그네트 조립체(5)의 왕복운동을 유도하도록 탄력 지지하는 내측 공진스프링(7A) 및 외측 공진스프링(7B)과, 상기 실린더(3)의 선단면에 장착되어 냉매가스의 토출을 제한하는 토출밸브 조립체(8)를 포함하여 구성된다.

상기 피스톤(100)은 상기한 마그네트 조립체(5)에 일체로 결합되어 실린더(3)의 내부에 미끄러지게 삽입되는 외부피스톤용 제1 부재(110)와, 그 제1 부재(110)와 함께 선형으로 왕복운동을 하도록 상기한 제1 부재(110)에 압입되거나 또는 삽입 후 볼트 체결됨과 아울러 그 선단면에 흡입밸브(130)가 장착되는 내부피스톤용 제2 부재(120)로 이루어진다.

상기 제1 부재(110)는 통상 주조성이 우수한 주철재질로 하여 관통구멍(111)이 구비된 원통형으로 형성되고, 그 후단에 마그네트 조립체(5)와 체결되는 연결부(112)가 플랜지 형상으로 형성된다.

상기 제2 부재(120)는 케이싱(V)내 냉매가스를 실린더(3)의 압축공간으로 안내하도록 가스유로(F)가 관통되어 원통형으로 형성되되, 그 가스유로(F)는 몸통부(120a)에 형성되는 제1 가스통로(121)와 헤드부(120b)에 형성되는 제2 가스통로(122)로 이루어진다.

상기 제2 가스통로(122)는 흡입밸브(130)의 개폐부(131) 넓이를 고려하여 제1 가스통로(121)의 직경보다는 작게 형성되고, 그 위치도 종래와 같이 편심져 형성될 수도 있고 본 실시예에서와 같이 중앙에 형성될 수도 있다. 이 경우 상기 제2 가스통로(122)의 위치 및 형상에 따라 흡입밸브(130)의 형상이 결정된다. 즉, 본 실시예에서는 제2 가스통로(122)가 제2 부재(120)의 중앙에 형성되는 점을 감안하여 상기한 흡입밸브(130) 역시 중앙측에 '버섯'모양으로 절결되는 개폐부(131)를 갖는 반면 그 외곽이 제2 부재(120)에 용접되도록 지지부(132)를 갖는 밸브가 적용된다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 C는 압축유니트, O는 오일피더이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 피스톤 구조가 구비된 리니어 압축기의 동작은 종래와 동일하다.

즉, 상기 내,외측 고정자 조립체(4A,4B)에 전류가 인가되어 마그네트 조립체(5)가 직선 왕복운동을 하게 되면, 이에 결합된 피스톤(6)이 실린더(3)의 내부를 직선으로 왕복운동을 하게 되어 실린더(3)내에 압력차가 발생되고, 이 실린더(3)내의 압력차에 의해 케이싱(V)내의 냉매가스가 피스톤(6)의 가스유로(F)를 통해 실린더(3)로 흡입되어 압축 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 제1 부재(110)는 마그네트 조립체(5)에 체결되어 함께 왕복운동을 하는 동시에 그 제1 부재(110)에 압입되는 제2 부재(120) 역시 제1 부재(110)와 함께 왕복운동을 하게 되므로, 그 제2 부재(120)의 선단에 장착되는 흡입밸브(130)는 마그네트 조립체(5)의 왕복운동, 즉 제1 부재(110)와 제2 부재(120)로 이루어진 피스톤(100)의 왕복운동에 따라 그 제2 부재(120)의 제2 가스통로(122)를 개폐하여 냉매가스가 실린더(3)의 압축공간으로 유입되도록 한다.

여기서, 상기 제1 부재(110)는 주철재질로 성형되는 반면 제2 부재(120)는 통상적인 밸브재질인 고탄소 스프링강으로 가공하여 상기한 제1 부재(110)와 제2 부재(120)의 재질이 서로 상이하나, 상기 제2 부재(120)를 제1 부재(110)에 압입하여 결합시키게 되므로 두 부재는 견고하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 제2 부재(120)의 선단에 그 제2 부재(120)와 동일재질로 되는 흡입밸브(130)를 직접 용접(W)으로 결합시키게 되므로 제2 부재(120)와 흡입밸브(130)간 용접정도도 견고하게 유지될 수 있다.

본 발명에 의한 리니어 압축기의 피스톤 구조는, 리니어 모터의 고정자에 고정 결합되는 선형 실린더의 내부에 미끄러지게 삽입되고 상기 리니어 모터의 가동자에 결합되어 상기한 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하는 제1 부재와, 냉매가스를 실린더의 압축실로 안내하는 가스유로가 형성되어 상기 제1 부재에 견고하게 내삽되고 그 선단면에 상기한 가스유로를 개폐하도록 흡입밸브가 장착되는 제2 부재로 구성하되 그 제2 부재와 흡입밸브를 동일재질로 하여 용접 결합시킴으로써, 상기 흡입밸브가 피스톤에 견고하게 결합되어 피스톤의 고속운전시에도 흡입밸브의 탈거에 따른 압축기의 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 리니어 모터의 고정자에 고정 결합되는 선형 실린더의 내부에 미끄러지게 삽입되고 상기 리니어 모터의 가동자에 결합되어 상기한 실린더의 내부에서 선형으로 왕복운동을 하는 제1 부재와,

   냉매가스를 실린더의 압축실로 안내하는 가스유로가 형성되어 상기 제1 부재에 삽입 고정되고 그 선단면에 상기한 가스유로를 개폐하도록 흡입밸브가 장착되는 제2 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 부재는 흡입밸브와 동일 재질로 이루어져 용접 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤 구조.