KR20030042815A - 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치 - Google Patents

왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치에 관한 것으로, 본 발명은 전방 프레임과 중간 프레임사이에 장착되는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 전방 프레임에 결합되는 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 전방 프레임과 피스톤사이에 위치하는 공진 코일 스프링과, 상기 중간 프레임에 이어 결합되는 후방 프레임에 고정 결합되는 판 스프링 조립체와, 상기 판 스프링 조립체와 상기 피스톤을 연결하여 연결수단을 포함하도록 구성하여 상기 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤의 지지구조를 컴팩트하게 할 뿐만 아니라 그 피스톤을 탄성 지지하는 과정에서 발생되는 편심력을 최소화함으로써 압축기의 크기를 작게 구현하고 상기 피스톤과 실린더 사이의 마찰에 의한 마모 및 손실을 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치{APPARATUS FOR SUPPORTING PISTON IN RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤의 지지구조를 컴팩트하게 할 뿐만 아니라 그 피스톤을 탄성 지지하는 과정에서 발생되는 편심력을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 유체를 압축하는 기기이다. 상기 압축기는 가스를 압축하는 방식에 따라 회전식 압축기, 스크롤 압축기, 왕복동식 압축기 등 여러 종류가 있다.
도 1은 본 출원인이 연구 개발 중인 왕복동식 압축기의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 용기(10)와 그 용기(10)의 내부에 장착되는 전방 프레임(20)과, 상기 전방 프레임(20)에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(30)와, 상기 왕복동식 모터(30)의 타측에 장착되어 그 왕복동식 모터(30)를 지지하는 중간 프레임(40)과, 상기 전방 프레임(20)의 내부에 삽입되어 결합됨과 아울러 상기 왕복동식 모터(30)의 내부에 위치하는 실린더(50)와, 상기 왕복동식 모터(30)와 연결됨과 아울러 상기 실린더(50)에 삽입되어 그 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더(50) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)과, 상기 실린더(50) 및 피스톤(60)에 결합되어 그 피스톤(60)의왕복 운동에 의해 발생되는 압력 차에 의해 상기 실린더(50) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(70)과, 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)을 커버하도록 상기 중간 프레임(40)에 결합되는 후방 프레임(80)과, 상기 왕복동식 모터(30) 및 피스톤(60)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 왕복동식 모터(30)는 원통 형태로 형성되어 전방 프레임(20)과 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(31) 및 그 아우터 스테이터(31)와 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(32)와 상기 아우터 스테이터(31)에 결합되는 권선 코일(33)과 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(34)와 그 자석 홀더(34)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(35)으로 구성되어 있다.
상기 이너 스테이터(32)의 내부에 상기 실린더(50) 및 피스톤(60)이 위치하게 되고 그 피스톤(60)은 상기 가동자(A)를 구성하는 자석 홀더(34)와 연결되어 있다. 그리고 상기 실린더(50)와 피스톤(60)에 의해 그 실린더(50) 내부에 압축 공간(P)을 형성하게 된다.
상기 밸브유닛(70)은 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(71)와 그 토출커버(71)의 내부에 위치하여 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 개폐하는 토출밸브(72)와 상기 토출밸브(72)를 탄성 지지하는 밸브스프링(73)과 상기 피스톤(60)의 단부에 결합되어 그 피스톤(60) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(74)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 공진 스프링유닛(90)은 상기 전방 프레임(20)과 피스톤(60)의 일측면, 즉 피스톤의 플랜지부(61) 일면사이에 결합되는 전방 코일 스프링(91)과, 상기 피스톤(60)의 플랜지부(61) 타면과 상기 후방 프레임(100)사이에 결합되는 후방 코일 스프링(92)을 포함하여 구성되어 있다.
미설명 부호 1은 흡입관이고, 100은 오일피더이다.
상기한 바와 같은 왕복동식 압축기의 작동은 다음과 같다.
상기 왕복동식 모터(30)에 전원이 공급되어 권선 코일(33)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(33)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)에 형성되는 플럭스와 영구자석(35)의 상호작용에 의해 그 영구자석(35)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.
상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(60)에 전달되어 그 피스톤(60)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(70)이 작동하면서 상기 흡입관(1)을 통해 흡입되는 냉매 가스가 상기 피스톤(60)의 내부에 형성된 흡입유로(F)를 통해 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 상기 토출커버(71)에 결합된 토출관(미도시)을 통해 토출되는 과정을 반복하게 된다.
그리고 상기 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동함에 따라, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 공진 스프링유닛(90)을 구성하는 전방 코일 스프링(91)과 후방 코일 스프링(92)이 번갈아 가며 수축과 이완되면서 상기 피스톤(60) 및 가동자(A)를 탄성 지지하면서 상기 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 상기 왕복동식 모터의 가동자(A) 및 피스톤(60)을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(90)이 일정 길이를 갖는 전방 코일 스프링(91)과 후방 코일 스프링(92)으로 각각 구성되므로 상기 공진 스프링유닛(90)의 구조가 크게 되어 전체적인 규모가 크게 될 뿐만 아니라 상기 공진 스프링유닛(90)의 작동시, 즉 전방 코일 스프링(91)과 후방 코일 스프링(92)의 수축 이완시 상기 피스톤(60)에 편심력(Side Force)이 작용하게 되어 그 피스톤(60)과 실린더(50)사이의 마찰로 인한 손실 및 마모가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤의 지지구조를 컴팩트하게 할 뿐만 아니라 그 피스톤을 탄성 지지하는 과정에서 발생되는 편심력을 최소화할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치를 제공함에 있다.
도 1은 현재 개발진행 중인 왕복동식 압축기를 도시한 단면도,
도 2는 상기 왕복동식 압축기의 작동상태를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치가 구비된 왕복동식 압축기의 단면도,
도 4는 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 지지장치의 작동상태를 도시한 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
20 ; 전방 프레임 30 ; 왕복동식모터
40 ; 중간 프레임 60 ; 피스톤
120 ; 공진 코일 스프링 130 ; 판 스프링 조립체
131 ; 판 스프링 132 ; 스페이서
133 ; 체결볼트 140 ; 연결수단
141 ; 연결부재 141a ; 축부
141b ; 체결부 141c ; 결합부
142 ; 고정부재
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터와, 상기 왕복동식 모터의 가동자와 연결됨과 아울러 실린더 내부에 삽입되어 그 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 실린더에서 직선 왕복운동하면서 가스를 압축하는 피스톤과, 상기 피스톤의 양측에 위치하는 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하도록 구성되어 그 피스톤을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛을 포함하는 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 공진 스프링유닛을 구성하는 제1 스프링과 제2 스프링은 판 스프링과 코일 스프링 또는 코일 스프링과 판 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 3은 상기 왕복동식 압축기 피스톤 지지장치의 일실시예가 구비된 왕복동식 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 왕복동식 압축기는 내부 공간을 갖는 용기(10)의 내부에 소정 형상의 전방 프레임(20)이 장착되고 그 전방 프레임(20)에 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(30)가 장착되고 그 왕복동식 모터(30)의 타측에 중간 프레임(40)이 고정 결합된다.
상기 왕복동식 모터(30)는 원통 형태로 형성되어 상기 전방 프레임(20) 및 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(31)와 상기 아우터 스테이터(31)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(32)와 상기 아우터 스테이터(31)에 결합되는 권선 코일(33)과 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.
상기 가동자(A)는 단면이 디귿자 형상을 이루는 원통형으로 형성되는 자석홀더(34)와 그 자석 홀더(34)의 외주면에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(35)으로 구성된다.
그리고 상기 전방 프레임(20)에 상기 실린더(50)가 관통 결합되며 그 실린더(50)의 내부에 형성된 관통구멍에 일정 길이를 갖는 피스톤(60)이 삽입되고 상기 피스톤(60)은 상기 왕복동식 모터 가동자(A)의 자석 홀더(34)와 결합된다. 이때, 상기 실린더(50)와 피스톤(60)은 상기 이너 스테이터(32)의 내부에 위치하게 된다.
그리고 상기 피스톤(60)을 복개하도록 상기 후방 프레임(110)이 상기 중간 프레임(40)에 고정 결합된다. 상기 후방 프레임(110)은 원통 형태의 몸통부(111)와 그 몸통부(111)의 일측에 소정의 면적을 갖도록 외측으로 연장 형성되어 상기 중간 프레임(40)에 고정 결합되는 제1 플랜지부(112)와 상기 몸통부(111)의 타측에 소정의 면적을 갖도록 내측으로 연장 형성되는 제2 플랜지부(113)가 구비되어 이루어진다.
그리고 상기 왕복동식 모터의 가동자(A) 및 피스톤(60)의 움직임을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(K)이 구비되되 상기 공진 스프링유닛(K)은 전방 프레임(20)과 피스톤(60)의 일면, 즉 피스톤(60)의 플랜지부(61) 일면사이에 삽입되는 공진 코일 스프링(120)와 상기 후방 프레임(110)에 고정 결합되는 판 스프링 조립체(130)와, 상기 판 스프링 조립체(130)와 상기 피스톤(60)을 연결하여 연결수단(140)을 포함하여 구성된다.
상기 판 스프링 조립체(130)는 상기 후방 프레임(110)의 제2 플랜지부(113)에 그 테두리가 접촉되도록 위치하는 한 장의 판 스프링(131)에 이어 복수개의 스페이서(132)가 위치하고 그 스페이서(132)에 이어 다른 한 장의 판 스프링(131)이 위치하며 그 두 장의 판 스프링(131)과 스페이서(132)에 체결볼트(133)가 관통되어 상기 후방 프레임의 제2 플랜지부(113)에 체결되어 이루어진다. 상기 판 스프링(131)은 일반적인 형태로 두 장의 판 스프링(131)이 서로 방향이 반대가 되도록 겹쳐지게 위치하게 된다.
상기 연결수단(140)은 일정 길이를 갖는 축부(141a)의 일측에 연장되어 상기 판 스프링 조립체(130)의 가운데 관통 삽입되는 체결부(141b)가 형성되고 상기 축부(141a)의 타측에 연장되어 상기 피스톤(60)에 고정 결합되는 결합부(141c)가 구비되어 이루어진 연결부재(141)와, 상기 연결부재의 체결부(141b)에 결합되어 그 체결부(141b)에 관통 삽입되는 판 스프링 조립체(130)를 연결부재(141)에 고정 결합하는 고정부재(142)를 포함하여 구성된다. 상기 연결부재의 축부(141a)는 환봉 형태로 형성되며 상기 체결부(141b)는 그 축부(141a)의 외경보다 작은 외경을 가지며 그 외주면에 나사산이 형성되어 이루어진다. 그리고 상기 연결부재의 결합부(141c)는 상기 축부(141a)의 일측에 소정의 면적을 갖도록 연장 형성되며 그 내부에 가스 통공(141d)이 구비되어 이루어지고 상기 피스톤(60)에 다수개의 체결나사(미도시)에 의해 체결됨이 바람직하다. 상기 고정부재(142)는 체결너트로 이루어진다.
한편, 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(71)가 결합되고 그 토출커버(71)의 내부에 상기 실린더(50)의 압축공간(P)을 개폐하는토출밸브(72)가 위치하며 상기 토출밸브(72)를 탄성 지지하는 밸브스프링(73)이 상기 토출밸브(72)에 결합되고 상기 피스톤(60)의 단부에 그 피스톤(60) 내부에 형성된 흡입유로(F)를 개폐하는 흡입밸브(74)가 결합된다. 상기 토출커버(71)와 토출밸브(72)와 밸브스프링(73) 그리고 흡입밸브(74)는 밸브유닛(70)을 구성하게 된다.
미설명 부호 1은 흡입관이고, 100은 오일피더이다.
이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 지지장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 왕복동식 압축기의 작동은 상기 왕복동식 모터(30)에 전원이 공급되어 권선 코일(33)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(33)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(31)와 이너 스테이터(32)에 형성되는 플럭스와 영구자석(35)의 상호작용에 의해 그 영구자석(35)을 포함하는 가동자(A)가 직선 왕복 운동하게 된다.
상기 가동자(A)의 직선 왕복 구동력이 상기 피스톤(60)에 전달되어 그 피스톤(60)이 실린더 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(70)이 작동하면서 상기 흡입관(1)을 통해 흡입되는 가스가 상기 피스톤(60)의 흡입유로(F)를 통해 상기 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.
그리고 상기 피스톤(60)이 직선 왕복 운동함에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 공진 코일 스프링(120)이 수축 이완됨과 동시에 상기 판 스프링 조립체(130)의 판 스프링(131) 내부 중심부가 전방과 후방으로 움직이면서 상기 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.
본 발명은 상기 왕복동식 모터(30)의 직선 왕복 운동을 전달받아 실린더(50) 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)과 상기 왕복동식 모터의 가동자(A)를 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(K)이 공진 코일 스프링(120)과 판 스프링(131)을 포함하여 구성되므로 작동시 상기 공진 코일 스프링(120)에 의해 발생되는 편심력이 상기 판 스프링(131)에 의해 흡수되어 피스톤(60)에 편심력이 작용하는 것을 방지하게 된다.
그리고 본 발명은 상기 피스톤(60)은 양측에 공진 코일 스프링(120)과 판 스프링(131)을 각각 위치시키게 되므로, 즉 상기 전방 프레임(20)과 피스톤(60)사이에 공진 코일 스프링(120)이 위치하고 후방 프레임(110)측에 판 스프링(131)이 위치하게 되므로 상기 후방 프레임(110)의 길이를 줄이게 되어 전체적인 크기를 줄이게 된다. 즉, 종래에는 상기 피스톤(60)과 후방 프레임(80)사이에 일정 길이를 갖는 코일 스프링인 후방 코일 스프링(92)이 위치하게 되므로 그 후방 코일 스프링(92)을 지지하는 후방 프레임(80)의 길이가 길게 되나, 본 발명은 판 스프링(131)으로 구성되어 그 후방 프레임(110)의 길이를 상대적으로 크게 줄일 수 있어 전체적인 구조가 컴팩트하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 실린더 내부에서 직선 왕복운동하면서 가스를 압축시키는 피스톤의 지지구조를 컴팩트하게 될 뿐만 아니라 그 피스톤을 탄성 지지하는 과정에서 발생되는 편심력을 최소화하게 됨으로써 압축기의 크기를 작게 구현하여 설치 공간을 자유롭게 할 수 있고 상기 피스톤과 실린더 사이의 마찰에 의한 마모 및 손실을 줄이게 되어 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 전방 프레임과 중간 프레임사이에 장착되는 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 전방 프레임에 결합되는 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 전방 프레임과 피스톤사이에 위치하는 공진 코일 스프링과, 상기 중간 프레임에 이어 결합되는 후방 프레임에 고정 결합되는 판 스프링 조립체와, 상기 판 스프링 조립체와 상기 피스톤을 연결하여 연결수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판 스프링 조립체는 내부에 스페이서가 위치하는 두장의 판 스프링과, 상기 두장의 판 스프링 및 스페이서를 상기 후방 프레임에 고정 결합하는 체결볼트를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치.
  3. 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터와, 상기 왕복동식 모터의 가동자와 연결됨과 아울러 실린더 내부에 삽입되어 그 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 실린더에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤과, 상기 피스톤의 양측에 위치하는 제1 스프링과 제2 스프링을 포함하도록 구성되어 그 피스톤을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛을 포함하는 왕복동식 압축기에 있어서, 상기 공진 스프링유닛을 구성하는 제1 스프링과 제2 스프링은 판 스프링과 코일 스프링 또는코일 스프링과 판 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 지지장치.
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