KR20030029767A - 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 본 발명은 왕복동식 모터와, 상기 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더에 미끄러지게 삽입하여 함께 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축한 후 토출하는 피스톤과, 상기 왕복동식 모터의 가동자를 지지하여 그 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤과 함께 공진운동을 하도록 하는 공진스프링과, 상기 공진스프링이 가동자를 지지할 수 있도록 스프링 자리를 구비하여 가동자에 결합하는 스프링 지지대를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 왕복동식 모터의 가동자에는 그 외주면 일부에 수나사부를 형성하고, 상기 스프링 지지대에는 가동자의 수나사부에 치합하도록 암나사부를 형성하여 구성함으로써, 마그네트 프레임과 스프링 지지대를 체결하기 위한 불필요한 여유면적을 제거하여 압축기를 더욱 소형화할 수 있고, 두 부품의 조립이 용이하여 생산성이 향상한다.

또, 마그네트 프레임과 피스톤을 동일한 금속 재질로 하여 일체로 성형함으로써, 압축기의 소형화는 물론 두 부품을 더욱 용이하게 제작할 수 있어 생산성을 더욱 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기{RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤의 조립을 용이하면서도 동심도 일치시킬 수 있는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적인 왕복동식 압축기(Linear Compressor)는 회전식 모터에 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 결합하거나 또는 왕복동식 모터에 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 결합하여 유체를 흡입 압축한 후 토출하는 것으로, 특히 왕복동식 모터에 피스톤을 결합하는 경우에는 두 부재의 동심도는 물론 그 두 부재의 공진운동을 유도하는 스프링도 함께 동심도를 유지하여야 압축기가 원활하게 동작하게 된다.

이러한 왕복동식 모터를 이용하는 왕복동식 압축기에서 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이 왕복동식 압축기를 그 일례로 들어 살펴본다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 왕복동식 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부에 설치하는 프레임(2)과, 프레임(2)의 중앙에 횡방향으로 고정하는 실린더(3)와, 실린더(3)를 지지하는 프레임(2)의 외주면에 고정하여 왕복동식 모터(M)의 고정자(4)를 이루는 내측 고정자 조립체(4A) 및 외측 고정자 조립체(4B)와, 양측 고정자 조립체(4A)(4B) 사이의 공극에 개재하여 왕복동식 모터(M)의 가동자(5)를 이루는 마그네트 프레임(5A) 및 마그네트(5B)와, 마그네트 프레임(5A)에 일체로 고정하여실린더(3)의 내부에서 미끄럼운동을 하면서 냉매가스를 흡입 압축시키는 피스톤(6)과, 마그네트 프레임(5A)이 내 외측 고정자 조립체(4A,4B) 사이의 공극에서 지속적으로 공진운동을 하도록 유도하는 공진스프링(7A)(7B)들과, 피스톤(6)의 선단면에 장착하는 흡입밸브 조립체(8A) 및 실린더(3)의 선단에 장착하는 토출밸브 조립체(8)를 포함하여 이루어져 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 마그네트 프레임(5A)은 일단이 중심쪽으로 절곡하는 연결부(5a)를 환형으로 형성하고, 연결부(5a)에는 후술할 피스톤(6)의 체결공(6b)에 대응되도록 수 개의 관통공(5b)을 등간격으로 형성하고 있다.

또, 피스톤(6)은 일단에 확장된 플랜지 형상의 고정부(6a)를 형성하고, 고정부(6a)에는 상기한 마그네트 프레임(5A)의 관통공(5b)에 상응하도록 수 개의 체결공(6b)을 등간격으로 형성하고 있다.

또, 마그네트 프레임(5A)의 연결부(5a)와 피스톤(6)의 고정부(6a) 사이에는 공진스프링(7A)(7B)을 지지하는 스프링 지지대(9)를 개재하되, 그 스프링 지지대(9)에는 상기한 관통공(5b)과 체결공(6b)에 각각 상응하도록 수 개의 관통공(9a)을 형성하고 있다.

도면중 미설명 부호인 4C는 권선코일, 6a는 가스유로, B는 볼트, DP는 토출관, SP는 흡입관이다.

상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 왕복동식 모터의 고정자(4)에 전원을 인가하여 피스톤(6)이 실린더(3)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면, 냉매가스가 흡입관(SP)을 통해 케이싱(1)의내부로 흡입되고, 이후 피스톤(6)의 지속적인 왕복운동에 의해 냉매가스가 실린더(3)의 압축공간(미부호)으로 유입되어 압축하였다가 토출밸브 조립체(8B)와 토출관(DP)을 통해 케이싱(1) 외부의 시스템으로 토출한다.

이때, 왕복동식 모터(M)의 마그네트 프레임(5A)과 이 마그네트 프레임(5A)에 결합하는 피스톤(6)은 그 사이에 개재하는 스프링 지지대(9)와 서로 동심(同心)에 위치하도록 하여 볼트(B)로 후조립하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는, 전술한 바와 같이 마그네트 프레임(5A)과 스프링 지지대(9)와 피스톤(6)을 볼트(B)로 체결함에 따라 각 부재에는 볼트자리를 마련하여야 하므로 그 볼트자리 만큼 각 부품의 직경이 커지고 이로 인해 압축기의 반경방향 크기가 증가하는 문제점이 있었다.

또, 마그네트 프레임(5A)과 스프링 지지대(9)와 피스톤(6)을 볼트(B)로 체결할 때 각 부재 사이에 틀어짐이 발생하여 동심도를 일치시키기 어렵다는 문제점도 있었다.

또, 마그네트 프레임(5A)과 피스톤(6)을 별도로 제작하여 후조립하므로 생산비용의 증가는 물론 후조립시 앞서 언급한 바와 같이 동심도를 일치시켜야 하는 어려운 점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 각 마그네트 프레임과 스프링 지지대와 피스톤을 작고 조립이 용이하도록 형성하여 압축기의 소형화는 물론 각 부재들 사이의 동심도를 쉽게 일치시킬 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 마그네트 프레임과 피스톤을 일체로 성형하여 생산비용을 절감하고 두 부재 사이의 동심도를 쉽게 일치시킬 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 종래 왕복동식 압축기에서 왕복동식 모터와 피스톤의 결합구조를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기에서 왕복동식 모터와 피스톤의 결합구조에 대한 일례를 조립하여 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 왕복동식 모터와 피스톤의 결합구조에 대한 일례를 분해하여 보인 종단면도.

도 5는 본 발명 왕복동식 압축기에서 왕복동식 모터와 피스톤의 결합구조에 대한 다른 실시예를 분해하여 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 왕복동식 모터 11 : 고정자

11A,11B : 외측 고정자, 내측 고정자 11C : 권선코일

12 : 가동자 12A : 마그네트 프레임

12B : 마그네트 12a : 결합돌부

12b : 수나사부 20 : 피스톤

30 : 스프링 조립체 31 : 스프링 지지대

31a : 암나사부 31b : 단차부

32 : 공진스프링 110 : 마그네트 프레임부

111 : 프레임층 112 : 절연층

120 : 피스톤부 m : 마그네트

200 : 스프링 지지대

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 고정자와 가동자로 이루어져 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 상기 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더에 미끄러지게 삽입하여 함께 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축한 후 토출하는 피스톤과, 상기 왕복동식 모터의 가동자를 지지하여 그 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤과 함께 공진운동을 하도록 하는 공진스프링과, 상기 공진스프링이 가동자를 지지할 수 있도록 스프링 자리를 구비하여 가동자에 결합하는 스프링 지지대를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 왕복동식 모터의 가동자에는 그 외주면 일부에 수나사부를 형성하고, 상기 스프링 지지대에는 가동자의 수나사부에 치합하도록 암나사부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.

또, 상기 왕복식 모터의 가동자와 피스톤을 일체로 성형하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 왕복동식 압축기에서 왕복동식 모터와 피스톤의 결합구조에 대한 일례를 조립하여 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 왕복동식 압축기에서 왕복동식 모터와 피스톤의 결합구조에 대한 일례를 분해하여 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명의 왕복동식 압축기는, 케이싱(도 1에 도시)(1)의 내부에 설치하는 왕복동식 모터(10)와, 왕복동식 모터(10)의 가동자(12)에 압입하여 실린더(도 1에 도시)(3)에 미끄러지게 삽입하는 피스톤(20)과, 왕복동식 모터(10)의 가동자(12)에 나사 결합하여 그 가동자(12)와 피스톤(20)의 공진운동은 유도하는 스프링 조립체(30)를 포함한다.

왕복동식 모터(10)는 케이싱(1)에 고정하는 고정자(11)와, 고정자(11) 사이에 위치하여 직선운동을 하는 가동자(12)로 이루어진다.

고정자(11)는 권선코일(11C)을 구비하여 원통형으로 형성한 외측 고정자(11A)와, 외측 고정자(11A)의 안쪽에 배치하여 자기유로를 형성하는 내측 고정자(11B)로 이루어진다.

가동자(12)는 외측 고정자(11A)와 내측 고정자(11B) 사이에 삽입하여 직선으로 왕복운동을 하는 마그네트 프레임(12A)과, 고정자(11)의 권선코일(11C)에 대응하도록 마그네트 프레임(12A)의 외주면에 장착하는 다수 개의 마그네트(12B)로 이루어진다.

마그네트 프레임(12A)은 엔지니어 플라스틱과 같이 비전도성이고 비자성체인 재질을 이용하여 원통형으로 형성하되, 그 전방측에는 피스톤(20)을 억지끼움으로 결합하기 위한 결합돌부(12a)를 형성하고, 전방측의 외주면에 후술할 스프링 지지대(31)의 암나사부(31a)에 치합할 수 있는 수나사부(12b)를 형성한다.

피스톤(20)은 실린더와의 마찰시 마모나 윤활을 고려하여 스테인레스나 알루미늄 재질로 하여 그 후방측이 마그네트 프레임(12A)의 결합돌부(12a)에 억지끼움할 수 있도록 압입홈(미부호)을 구비하거나 원통형으로 형성할 수 있다.

스프링 조립체(30)는 왕복동식 모터(10)의 마그네트 프레임(12A)에 체결하는 스프링 지지대(31)와, 스프링 지지대(31)의 양측면에 지지하여 그 마그네트 프레임(12A)과 피스톤(20)을 함께 직선으로 왕복운동시키는 다수 개의 공진스프링(32)으로 이루어진다.

스프링 지지대(31)는 마그네트 프레임(12A)이 삽입할 수 있도록 관통구멍(미부호)을 구비한 환형으로 형성하고, 스프링 지지대(31)의 관통구멍 내주면에는 상기한 마그네트 프레임(12A)의 수나사부(12b)와 치합하는 암나사부(31a)를 형성한다. 또, 암나사부(31a)의 일측에는 그 스프링 지지대(31)를 마그네트 프레임(12A)에 체결한 후 공진스프링(32)에 의해 밀리는 것을 방지할 수 있도록 마그네트 프레임(12A)의 전방단 측면에 걸리는 단차부(31b)를 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 수나사부(12b)와 암나사부(31a)는 체결시 압착력을 보강할 수 있도록 어느 한쪽을 측면투영시 테이퍼진 단면 형상으로 형성하나 상기한 마그네트 프레임(12A)이 플라스틱 계열의 재질로 형성되는 점을 고려할 때 상대적으로 쉽게 변형될 수 있으므로 수나사부(12b)가 테이퍼진 단면으로 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기에서 마그네트 프레임과 피스톤 그리고 스프링 지지대의 조립과정은 다음과 같다.

즉, 마그네트 프레임(12A)의 결합돌부(12a)에 피스톤(20)의 압입홈(미부호)을 대고 열간압입이나 혹은 냉간압입을 통해 억지끼움을 실시하여 상기한 피스톤(20)을 마그네트 프레임(12A)에 체결 고정한다.

이후, 마그네트 프레임(12A)에 스프링 지지대(31)의 관통구멍(미부호)을 끼우고 마그네트 프레임(12A) 또는 스프링 지지대(31)를 돌려 스프링 지지대(31)의 암나사부(31a)가 마그네트 프레임(12A)의 수나사부(12b)에 체결되도록 한다. 이때, 마그네트 프레임(12A)의 수나사부(12b) 또는 스프링 지지대(31)의 암나사부(31a) 중에서 어느 한 쪽을 테이퍼진 단면으로 형성하는 경우에는 수나사부(12b)와 암나사부(31a)가 눌려지면서 견고하게 체결된다.

이렇게, 마그네트 프레임과 스프링 지지대를 나사 체결 방식으로 결합함에 따라 볼트자리와 같은 별도의 여유면적을 구비하지 않아도 되고, 이로 인해 볼트자리 만큼 각 부품의 크기가 작아져 결국 압축기의 소형화를 이룰 수 있다. 특히, 소형 압축기의 경우 이러한 볼트자리의 면적이 전체 압축기 면적을 대비할 때 결코 무시할 수 없는 면적을 차지하므로 이 불필요한 면적을 제거함으로써 소형 압축기의 크기를 크게 줄일 수 있다.

또, 마그네트 프레임과 피스톤을 압입 결합하고 스프링 지지대를 전술한 바와 같이 마그네트 프레임에 나사 체결함으로써 세 부품을 조립할 때 볼트로 결합하는 것에 비해 조립오차가 발생하지 않아 동심도를 용이하게 일치시킬 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일실시예에서는 마그네트 프레임과 피스톤을 별개로 형성하여 억지끼움으로 후조립하는 것이었으나, 본 실시예는 도 5에서와 같이 마그네트 프레임과 피스톤을 동일한 재질로 하여 일체로 성형하여 마그네트 프레임부(110)와 피스톤부(120)로 제작하는 것이다.

즉, 피스톤부(120)는 압축가스의 가스력을 감안하여 일정한 강도를 유지하여야 하고 마그네트 프레임부(110)는 플럭스의 누설을 차단하여야 하며 가공이 용이하여야 하므로 상기한 마그네트 프레임부(110)와 피스톤부(120)는 플럭스의 흐름을 차단할 수 있는 스테인레스(Sus)나 또는 피막형성에 유리한 알루미늄(Al) 재질로 성형하고, 그 중 마그네트 프레임부에는 프레임층(111)의 외표면에 산화알루미늄(Al₂O₃)과 같은 산화피막을 입혀 절연층(112)을 형성하는 것이 바람직하다.

또, 이 경우에도 스프링 지지대(200)는 전술한 일례와 동일하게 마그네트 프레임부(110)에 나사 결합하는 것이 바람직하다.

도면중 m은 마그네트이다.

이렇게, 마그네트 프레임과 피스톤을 일체로 성형하므로 압축기의 소형화는 물론 두 부품의 가공이 용이하고, 마그네트 프레임과 피스톤을 결합하기 위한 별도의 후조립 공정을 제거할 수 있어 생산성의 향상은 물론 스프링 지지대까지의 결합시 동심도를 맞추기가 더욱 용이하며, 마그네트 프레임과 피스톤을 금속재질로 성형할 경우 가공이 용이할 뿐만 아니라 이를 통해 가공비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 왕복동식 모터의 마그네트 프레임과 스프링 지지대를 나사 결합하고, 마그네트 프레임과 피스톤을 억지끼움으로 조립함으로써, 마그네트 프레임과 스프링 지지대를 체결하기 위한 불필요한 여유면적을 제거하여 압축기를 더욱 소형화할 수 있고, 두 부품의 조립이 용이하여 생산성이 향상한다.

또, 마그네트 프레임과 피스톤을 동일한 금속 재질로 하여 일체로 성형함으로써, 압축기의 소형화는 물론 두 부품을 더욱 용이하게 제작할 수 있어 생산성을 더욱 높일 수 있다.

Claims (8)

1. 고정자와 가동자로 이루어져 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 상기 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더에 미끄러지게 삽입하여 함께 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축한 후 토출하는 피스톤과, 상기 왕복동식 모터의 가동자를 지지하여 그 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤과 함께 공진운동을 하도록 하는 공진스프링과, 상기 공진스프링이 가동자를 지지할 수 있도록 스프링 자리를 구비하여 가동자에 결합하는 스프링 지지대를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,

   상기 왕복동식 모터의 가동자에는 그 외주면 일부에 수나사부를 형성하고, 상기 스프링 지지대에는 가동자의 수나사부에 치합하도록 암나사부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스프링 지지대는 가동자의 수나사부 끝단에 걸려 지지되도록 하는 단차부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 왕복동식 모터의 가동자에는 피스톤 쪽으로 길게 돌출하는 결합돌부를 형성하고, 상기 피스톤에는 결합돌부에 억지끼움하여 고정하도록 압입홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 가동자는 비전도체인 동시에 비자성체인 재질로 된 마그네트 프레임과, 상기 마그네트 프레임의 외주면에 장착하는 다수 개의 마그네트로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
5. 고정자와 가동자로 이루어져 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 상기 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더에 미끄러지게 삽입하여 함께 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축한 후 토출하는 피스톤과, 상기 왕복동식 모터의 가동자를 지지하여 그 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤과 함께 공진운동을 하도록 하는 공진스프링과, 상기 공진스프링이 가동자를 지지할 수 있도록 스프링 자리를 구비하여 가동자에 결합하는 스프링 지지대를 포함한 왕복동식 압축기에 있어서,

   상기 왕복식 모터의 가동자와 피스톤을 일체로 성형하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 가동자는 금속재질을 이용하여 피스톤과 일체로 성형하는 마그네트 프레임과, 상기 마그네트 프레임의 외주면에 장착하는 다수 개의 마그네트로 구성한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 마그네트 프레임은 그 표면에 비전도성이고 비자성 물질로 절연층을 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.
8. 제7항에 있어서,

   상기 절연층은 산화피막 처리를 실시하여 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.