KR20030055032A - 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치에 관한 것으로, 본 발명은 소정 형상의 프레임 및 그 프레임에 결합되는 실린더와, 상기 실린더내부에 삽입됨과 아울러 왕복동식 모터의 가동자에 결합되어 그 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤과, 상기 프레임 또는 실린더에 장착되는 접촉 스프링과, 상기 피스톤과 상기 접촉 스프링에 각각 전기적으로 연결되어 상기 피스톤의 오버 스트로크에 의해 그 피스톤이 상기 접촉 스프링에 접촉시 그 피스톤의 위치를 감지하여 피스톤의 충돌을 방지하는 회로부를 포함하도록 구성하여 상기 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 피스톤이 실린더의 압축공간에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 상기 피스톤이 행정거리를 벗어나게 될 경우 그 피스톤의 벗어남을 감지하여 피스톤의 움직임을 감소시키도록 제어함으로써 상기 피스톤과 그 피스톤에 대면되는 타부품과의 충돌을 방지하여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING COLLISION OF PISTON IN RECIPROCATING COMPRESSOR}

본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 피스톤이 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 상기 피스톤이 왕복 운동제어, 즉 스트로크 제어가 정확하게 이루어지지 않게 될 경우 그 피스톤이 타부품과 충돌하는 것을 방지할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치에 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, 왕복동식 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 용기(10)와 그 용기(10)의 내부에 장착되어 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)와, 상기 왕복동식 모터(20)의 양측을 각각 지지하는 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(31)과, 소정 형상으로 형성되어 상기 중간 프레임(31)에 이어 결합되는 전방 프레임(40)과, 상기 전방 프레임(40)에 형성된 실린더 삽입구멍(41)에 삽입되는 실린더(50)와, 상기 실린더(50)에 형성되는 관통구멍(51)에 삽입됨과 아울러 상기 왕복동식 모터(20)와 연결되어 그 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더의 관통구멍(51)에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)과,상기 전방 프레임(40) 및 피스톤(60)에 장착되어 그 피스톤(60)의 왕복 운동에 의해 발생되는 압력 차에 의해 상기 실린더(60) 내부로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(70)과, 상기 왕복동식 모터(20) 및 피스톤(60)의 직선 왕복 운동을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(80)을 포함하여 구성된다.

상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되어 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(31)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 상기 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성되어 있다.

상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24)와 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성되며 그 자석 홀더(24)는 상기 피스톤(60)과 연결되어 있다.

상기 전방 프레임(40)은 소정의 길이를 갖도록 형성된 프레임 몸체부(42)와 그 프레임 몸체부(42)에 길이방향으로 관통 형성되는 관통구멍(41)과 상기 프레임 몸체부(42)의 일측에 소정의 면적을 갖도록 연장 형성되는 플레이트부(43)와 그 플레이트부(43)에 이어 소정의 길이로 절곡 연장 형성되는 지지부(44)가 구비되어 이루어진다.

상기 실린더(50)는 상기 전방 프레임(40)의 실린더 삽입구멍(41)에 삽입되어 상기 왕복동식 모터(20)와 일정 거리를 이루게 되며, 상기 실린더의 관통구멍(51)에 삽입된 피스톤(60)과 그 실린더 관통구멍(51)에 의해 실린더의 압축공간(P)을형성하게 된다.

상기 피스톤(60)은 내부에 관통된 가스 흡입유로(F)를 형성하는 피스톤 몸통부(61)와 그 몸통부(61)의 단부에 소정의 면적을 갖도록 절곡 연장되어 상기 자석 홀더(24)와 결합되는 플랜지부(62)가 구비되어 이루어진다.

상기 공진 스프링유닛(80)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되어 상기 전방 프레임(40)과 중간 프레임(31)사이에 위치하도록 그 일측이 상기 피스톤(60)의 일측 또는 가동자(A)에 결합되는 스프링 지지대(81)와, 상기 전방 프레임(40)과 스프링 지지대(81)사이에 위치하는 전방 스프링(82)과, 상기 스프링 지지대(81)와 중간 프레임(31)사이에 위치하는 후방 스프링(83)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 밸브유닛(70)은 상기 실린더의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(71)와 그 토출커버(71)의 내부에 위치하여 상기 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.

미설명 부호 1은 흡입관이고, 2는 토출관이며, 90은 오일피더이다.

상기한 바와 같은 종래 왕복동식 압축기의 작동은 다음과 같다.

상기 왕복동식 모터(20)에 전원이 공급되어 권선 코일(23)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(23)에 흐르는 전류에 의해 상기 아우터 스테이터(21)와 이너 스테이터(22)에 형성되는 플럭스와 영구자석(25)의 상호작용에 의해 그 영구자석(25)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 실린더의 관통구멍(51), 즉 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(70)이 작동하면서 가스가 상기 흡입관(1) 및 피스톤의 흡입유로(F)를 통해 상기 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.

그리고 상기 공진 스프링유닛(80)은 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 왕복동식 압축기는 운전 중, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(60)의 스트로크 제어가 정확하게 이루어지지 않거나 또는 구성 부품 조립시 그 각 부품의 가공 오차 및 조립 공차에 의해 상기 피스톤(60)의 설계 초기 위치가 정확하게 맞지 않는 경우 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 피스톤(60)이 상기 전방 프레임(40)에 충돌하여 부품을 파손시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 피스톤이 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 상기 피스톤이 왕복 운동제어, 즉 스트로크 제어가 정확하게 이루어지지 않게 될 경우 그 피스톤이 타부품과 충돌하는 것을 방지할 수 있도록 한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치를 제공함에 있다.

도 1은 현재 개발진행 중인 왕복동식 압축기를 도시한 단면도,

도 2는 상기 왕복동식 압축기의 작동 상태 중 충돌 상태를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치가 구비된 왕복동식 압축기의 단면도,

도 4는 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 충돌 방지장치를 구성하는 회로부를 도시한 회로도,

도 5는 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 충돌 방지장치의 작동상태를 도시한 단면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

20 ; 왕복동식 모터 40 ; 전방 프레임

50 ; 실린더 60 ; 피스톤

100 ; 접촉 스프링 110 ; 절연부재

120 ; 회로부

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 소정 형상의 프레임 및 그 프레임에 결합되는 실린더와, 상기 실린더내부에 삽입됨과 아울러 왕복동식 모터의 가동자에 결합되어 그 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤과, 상기 프레임 또는 실린더에 장착되는 접촉 스프링과, 상기 피스톤과 상기 접촉 스프링에 각각 전기적으로 연결되어 상기 피스톤의 오버 스트로크에 의해 그 피스톤이 상기 접촉 스프링에 접촉시 그 피스톤의 위치를 감지하여 피스톤의 충돌을 방지하는 회로부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 충돌 방지장치를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3은 상기 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치의 일예가 구비된 왕복동식 압축기를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 상기 왕복동식 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 용기(10)의 내부에 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터(20)가 장착되고 그 왕복동식 모터(20)의 양측에 그 왕복동식 모터(20)를 지지하는 후방 프레임(30)과 중간 프레임(31)이 각각 결합된다.

상기 왕복동식 모터(20)는 원통 형태로 형성되어 상기 후방 프레임(30) 및 중간 프레임(31)에 고정 결합되는 아우터 스테이터(21)와 상기 아우터 스테이터(21)에 일정 간격을 두고 삽입되는 이너 스테이터(22)와 상기 아우터 스테이터(21)에 결합되는 권선 코일(23)과 상기 아우터 스테이터(21)와 이너스테이터(22)사이에 직선 왕복 운동 가능하게 삽입되는 가동자(A)를 포함하여 구성된다.

상기 가동자(A)는 원통 형태로 형성되는 자석 홀더(24)와 그 자석 홀더(24)에 일정 간격을 두고 결합되는 다수개의 영구자석(25)으로 구성된다.

그리고 내부에 실린더 삽입구멍(41)이 구비된 전방 프레임(40)이 상기 중간 프레임(31)에 이어 결합되고 상기 전방 프레임(40)의 실린더 삽입구멍(41)에 실린더(50)가 결합된다. 그리고 상기 실린더(50)에 형성되는 관통구멍(51)에 피스톤(60)이 삽입되며 그 피스톤(60)은 상기 가동자의 자석 홀더(24)와 결합된다.

상기 전방 프레임(40)은 소정의 길이를 갖도록 형성된 프레임 몸체부(42)와 그 프레임 몸체부(42)에 길이방향으로 관통 형성되는 관통구멍(41)과 상기 프레임 몸체부(42)의 일측에 소정의 면적을 갖도록 연장 형성되는 플레이트부(43)와 그 플레이트부(43)에 이어 소정의 길이로 절곡 연장 형성되어 상기 중간 프레임(31)에 지지되는 지지부(44)가 구비된다.

상기 실린더(50)는 상기 전방 프레임(40)의 실린더 삽입구멍(41)에 삽입되어 상기 왕복동식 모터(20)와 일정 거리를 이루게 되며, 상기 실린더의 관통구멍(51)에 삽입된 피스톤(60)과 그 실린더 관통구멍(51)에 의해 실린더의 압축공간(P)을 형성하게 된다.

상기 피스톤(60)은 내부에 관통된 가스 흡입유로(F)가 구비되어 상기 실린더의 관통구멍(51)에 삽입되는 피스톤 몸통부(61)와 그 몸통부(61)의 단부에 소정의 면적을 갖도록 절곡 연장되어 상기 자석 홀더(24)와 결합되는 플랜지부(62)가 구비되어 이루어진다.

그리고 상기 피스톤의 플랜지부(62)와 대면되는 상기 전방 프레임의 프레임 몸체부(42) 끝면에 접촉 스프링(100)이 고정 결합된다. 상기 접촉 스프링(100)은 일정 길이를 갖는 코일 스프링으로 이루어짐이 바람직하다. 상기 접촉 스프링(100)으로 다른 변형예로 그 접촉 스프링(100)이 절곡된 판 스프링으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 접촉 스프링(100)과 그 접촉 스프링(100)이 결합되는 전방 프레임의 몸체부(42)사이에 절연부재(110)가 결합된다.

그리고 상기 피스톤(60)과 상기 접촉 스프링(100)에 각각 전기적으로 연결되어 상기 피스톤(60)의 오버 스트로크에 의해 그 피스톤(60)이 상기 접촉 스프링(100)에 접촉시 그 피스톤(60)의 위치를 감지하여 마이컴에 신호를 전달함에 의해 상기 피스톤(60)과 상기 전방 프레임(40) 또는 실린더(50)가 충돌하는 것을 방지하도록 하는 회로부(120)가 구비된다. 상기 회로부(120)는 복수개의 저항(R1)(R2)과 전압계(V) 그리고 전원(Vo)을 포함하여 구성되며 그 회로부(120)와 상기 접촉 스프링(100) 및 피스톤(60)과의 적기적 연결은 와이어에 의해 이루어짐이 바람직하다. 도 4는 상기 접촉 스프링(100) 및 피스톤(60)을 저항(R3)으로 하는 것을 포함하는 회로부를 도시한 것이다.

그리고 상기 전방 프레임(40)과 중간 프레임(31)사이에 상기 왕복동식 모터(20)의 가동자(A)와 피스톤(60)의 움직임을 탄성 지지하는 공진 스프링유닛(80)이 구비된다. 상기 공진 스프링유닛(80)은 소정의 면적을 갖도록 절곡 형성되어 상기 전방 프레임(40)과 중간 프레임(31)사이에 위치하도록 그 일측이 상기 피스톤(60)의 일측 또는 가동자(A)에 결합되는 스프링 지지대(81)와, 상기 전방 프레임(40)과 스프링 지지대(81)사이에 위치하는 전방 스프링(82)과, 상기 스프링 지지대(81)와 중간 프레임(31)사이에 위치하는 후방 스프링(83)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 피스톤(60)이 상기 실린더의 관통구멍(51), 즉 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함에 의해 발생되는 압력 차에 의해 상기 실린더의 압축공간(P)으로 가스를 흡입시키고 토출시키는 밸브유닛(80)이 상기 전방 프레임(40)과 피스톤(60)에 결합된다.

상기 밸브유닛(70)은 상기 실린더(60)의 압축공간(P)을 복개하는 토출커버(71)와 그 토출커버(71)의 내부에 위치하여 상기 실린더(60)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 구성된다.

미설명 부호 1은 흡입관이고, 2는 토출관이며, 90은 오일피더이다.

이하, 본 발명의 왕복동식 압축기 피스톤 충돌 완충장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 왕복동식 압축기는 전원이 인가되어 상기 왕복동식 모터(20)가 작동하게 되면 그 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 구동력이 가동자(A)를 통해 상기 피스톤(60)에 전달되어 그 피스톤(60)이 상기 실린더의 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 피스톤(60)이 실린더의 관통구멍(51), 즉 압축공간(P)에서 직선 왕복 운동함과 동시에 상기 밸브유닛(70)이 작동하면서 가스가 상기 흡입관(1) 및 피스톤의 흡입유로(F)를 통해 상기 실린더 압축공간(P)으로 흡입되고 압축되어 토출되는 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 공진 스프링유닛(80)은 상기 왕복동식 모터(20)의 직선 왕복 운동력을 탄성에너지로 저장 방출함과 아울러 공진 운동을 유발시키게 된다.

한편, 상기 피스톤(60)의 스트로크 제어가 정확하게 이루어지지 않거나 또는 구성 부품을 조립시 그 각 부품의 가공 오차 및 조립 공차에 의해 상기 피스톤(60)의 설계 초기 위치가 정확하게 맞지 않아 상기 피스톤(60)이 스트로크, 즉 행정거리를 벗어날 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(60)이 상기 전방 프레임(40)에 장착된 접촉 스프링(100)과 접촉하게 된다. 상기 피스톤(60)이 상기 접촉 스프링(100)과 접촉되면 상기 회로부(120)를 구성하는 전압계(V)에 표시되는 전압이 변하게 되어 상기 피스톤(60)이 오버 스트로크 상태임을 감지하여 상기 피스톤(60)의 스트로크를 감소시키게 된다.

그리고 상기 피스톤(60)이 정상적인 스트로크로 운전되면 상기 피스톤(60)이 상기 접촉 스프링(100)과의 접촉이 이루어지지 않게 되어 상기 회로부(120)의 전압계(V)에 나타나는 전압이 일정하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌방지장치는 직선 왕복 구동력을 발생시키는 왕복동식 모터의 구동력을 전달받아 피스톤이 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 과정에서 상기 피스톤이 행정거리를 벗어나게 될 경우 그 피스톤의 벗어남을 감지하여 피스톤의 움직임을 감소시키도록 제어하게 됨으로써 상기 피스톤과 그 피스톤에 대면되는 타부품과의 충돌을 방지하게 되어 압축기의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 소정 형상의 프레임 및 그 프레임에 결합되는 실린더와, 상기 실린더내부에 삽입됨과 아울러 왕복동식 모터의 가동자에 결합되어 그 왕복동식 모터의 직선 왕복 구동력을 전달받아 상기 실린더내부에서 직선 왕복 운동하면서 가스를 압축하는 피스톤과, 상기 프레임 또는 실린더에 장착되는 접촉 스프링과, 상기 피스톤과 상기 접촉 스프링에 각각 전기적으로 연결되어 상기 피스톤의 오버 스트로크에 의해 그 피스톤이 상기 접촉 스프링에 접촉시 그 피스톤의 위치를 감지하여 피스톤의 충돌을 방지하는 회로부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 접촉 스프링과 결합되는 프레임 또는 실린더과 상기 접촉 스프링사이에 절연부재가 결합된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 충돌 방지장치.