KR20030086332A - 선형 전기 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더(16) 내에서 피스톤(40)을 왕복 운동시키도록, 냉장 시스템의 밀봉 압축기에 적용되는 유형의 선형 전기 모터에 관한 것이다. 이러한 선형 전기 모터에는 실린더(16) 둘레에 동심적으로 코일(50)이 장착되어 있으며, 또한 자석용 지지구(54)가 피스톤(40)의 외측으로 연장하는 베이스 플랜지(42)에 장착되어 있다. 이 지지구(54)는 피스톤(40)의 베이스 플랜지(42)에 장착되어 있는 베이스 플레이트(62)에 의해 형성되며, 복수 개의 "L"자형의 핑거 플레이트(66)를 구비하고 있다. 이들 핑거 플레이트는 베이스 플레이트(62)의 둘레에 서로 이격되게 부착되어 있으며, 그 가장자리가 피스톤(40)의 중심 축선의 반경 방향으로 연장하는 긴 레그(68)를 구비하고 있다. 소형의 영구 자석(58)은 환형의 자석 조립체를 형성하도록 각각의 쌍을 이룬 핑거 플레이트(66)의 긴 레그의 대향하는 평평한 양 측면 사이에 끼워져 있다.

Description

선형 전기 모터{LINEAR ELECTRIC MOTOR}

선형 전기 모터는 널리 알려진 장치로서, 샤프트나 피스톤과 같은 선형적으로 이동 가능한 부재가 장착되어 있는 고정 외장이 갖추어져 있다. 이러한 외장과 이동 가능한 부재 중 하나에는 하나의 또는 한 세트의 자석이 장착되어 있고, 나머지 다른 하나에는 작동 전류를 수용하는 코일이 장착되어 있다. 코일로 작동 전류가 공급됨으로써 자석과 상호 작용하는 자장이 생성되어, 이동 가능한 부재의 선형 운동이 야기된다.

냉장 시스템의 밀봉 압축기에 적용되는 경우, 선형 전기 모터는 실린더 내측의 피스톤을 이동시켜 냉각 가스를 압축하게 된다. 냉장 시스템의 이러한 한 종류 이상의 밀봉 압축기는 선형 모터를 사용하고 있는데, 이러한 선형 모터 내에는 작동 전류를 수용하는 코일이 실린더가 형성된 압축기의 외장 또는 블록에 고정적으로 장착되어 있는 한편, 자석(들)은 피스톤을 지탱하고 있는 이동 가능한 부재에 장착되어 있다. 선형 모터에 의해 구동되는 공진 조립체는 선형 왕복 운동을 전개하여, 압축기의 고압측으로 가스가 방출되는 지점에 도달할 때까지 피스톤이 실린더 내에서 왕복 운동하도록 함으로써 압축기의 흡입 밸브를 통해 수용된 가스의 압축 작용을 야기하는 기능이 있다.

이러한 냉장 시스템의 밀봉 압축기에 있어서는, 자석(들)이 피스톤에 의해 지탱되고 있는 지지구에 장착되어 있다. 이러한 지지구의 구성은 다수의 기술적인 어려움을 표명하고 있는데, 그 중 하나는 지지구가 코일에 의해 생성된 자장에 영향을 받는 재료로 형성되어 있다는 사실에 기인하고 있다. 지지구가 이동 가능하며 자장에 노출되어 있음에 따라, 지지구가 금속 재료, 예를 들어 스테인레스강으로 형성된 경우에는, 지지구의 재료가 푸코(Foucault) 전류를 발생시켜 에너지 손실을 야기하게 된다.

푸코 전류로 인한 이러한 손실 문제는 이미 알려진 사실로 그 해결 방안이 미국 특허 제5,642,088호, 제5,751,075호 및 제6,097,125호에 개시되어 있다. 미국 특허 제6,097,125호에 있어서는, 비자성 재료로 이루어진 "원통형 컵"이 푸코 전류로 인한 손실 영향을 감소시키도록 제공되고 있으며, 이 컵은 그 외벽과 내벽의 사이에 홈이 형성되어 이곳에 자석이 장착되어 있다. 이러한 구조는 구성이 복잡하며 그와 같은 컵 형상의 지지구를 형성하기 위해서는 고가의 재료를 사용하여야 한다.

전술한 이유로 인해, 저렴하면서도 푸코 전류로 인한 에너지 손실을 최소화하는 구성의, 선형 전기 모터용의 지지구를 제공하여 모터의 자석을 부착하는 데에 사용할 필요가 있다, 또한, 그 내부에서 피스톤이 선형 전기 모터의 작용에 의해 선형적으로 왕복 운동하는, 냉장 시스템용 압축기에 사용하기 위한 자석 지지 구조체를 제공할 필요가 있다.

본 발명은 대체로 냉장 시스템의 밀봉 압축기에 사용되는 선형 전기 모터 및 그 선형 전기 모터의 자석 장착용 지지구에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 자석 지지구를 갖춘 선형 전기 모터를 포함하는, 냉장 시스템의 밀봉 압축기를 일부가 생략된 상태로 도시한 측입면도.

도 2는 자석이 장착되어 있는 본 발명의 지지구를 위에서 본 사시도.

도 3은 본 발명의 지지구를 아래에서 본 사시도.

본 발명의 목적은 소량의 재료를 사용하여 형성되는 한편 그 구성이 푸코 전류로 인한 에너지 손실을 감소시키도록 되어 있는, 선형 전기 모터에 사용되는 자석 장착용 지지구를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 냉장 시스템의 밀봉 압축기의 피스톤을 구동시키는 선형 전기 모터에 사용되고 있는 자석 장착용의 전술한 바와 같은 지지구를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 선형 전기 모터는 냉각 가스를 압축시키기 위하여 냉장 시스템의 밀봉 압축기의 실린더 내에서의 피스톤의 왕복 운동을 야기하도록 사용되고 있다. 이 선형 전기 모터는 압축기의 실린더를 형성하고 있는 블록의 내벽에 장착된 코일과, 피스톤의 윤곽선으로부터 외측으로 연장하는 피스톤의 베이스 플랜지에 장착된 자석 지지구를 포함하고 있다. 이 자석 지지구는 피스톤의 베이스 플랜지에 장착된 베이스 플레이트에 의해 그리고 복수 개의 "L"자형의 박막형 핑거 플레이트에 의해 형성되어 있다. 이들 핑거 플레이트는 베이스 플레이트의 둘레에 이격되게 부착되어 있으며, 그 가장자리가 피스톤의 중심 축선의 반경 방향으로 연장하는 긴 레그를 구비하고 있다. 소형 영구 자석이 안정적이면서도 견고한 환형의 자석 조립체를 형성하기 위하여 각각의 쌍을 이룬 핑거 플레이트의 긴 레그 사이에 끼워져 있다.

상기 자석 지지구는 피스톤의 베이스 플랜지에 장착되어 있으며, 환형의 자석 조립체는 실린더의 외벽과 여자 코일의 사이에 배치되어 있다. 전류가 코일에 인가되면, 자력선이 환형 구조를 이루고 있는 영구 자석과 반작용하여 피스톤의 선형 변위를 야기하는 힘을 생성함으로써, 압축기의 흡입 밸브를 통해 압축 가스가 도입된다.

본 발명의 지지 구조체는 단지 평평한 플레이트 재료만을 사용하고 있으며 핑거 플레이트의 형성에 소량의 재료만이 사용되고 있고, 또한 이러한 재료로는 비교적 저렴한 재료가 사용될 수 있으며, 푸코 전류로 인한 에너지 손실을 감소시키는 구조로 형성되어 있다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 후술된다.

도 1에는 소형의 냉장 시스템용 선형 밀봉 압축기(10)가 도시되어 있다. 이 선형 밀봉 압축기(10)는 그 내부에 블록(14)이 스프링(15) 형태의 충격 흡수체에 장착된 상태로 배치되어 있는 밀봉 외장(12)을 포함하고 있다. 상기 블록(14)은 실린더(16)를 형성하고 있으며, 상기 실린더(16)는 그 실린더 헤드 상의 밸브 플레이트(18)에 의해 폐쇄되어 있다. 이 밸브 플레이트(18)에는 흡입 밸브(20a)와 방출 밸브(20b)가 형성되어 있다. 이러한 흡입 및 방출 밸브(20a, 20b)는 실린더에 대한 가스의 입장 및 방출을 제어하는 역할을 한다. 이들 밸브는 머플러(22)로 에워싸여 있는데, 이 머플러의 흡입측에는 유입 덕트(24)가 형성되어 있고, 머플러의 방출 챔버로부터는 유출 덕트(28)가 제공되고 있다. 밀봉 외장(12)으로의 흡입용 유입구는 도면 부호 26으로, 밀봉 외장으로부터의 압축 냉장 가스의 유출구는 도면 부호 30으로 도시되어 있다.

가스의 압축은 실린더(16) 내에서의 피스톤(40)의 축방향 운동에 의해 이루어진다. 피스톤(40)은 중공의 내부와, 밸브 플레이트(18) 반대쪽 단부 상의 베이스 플랜지(42)를 구비하고 있으며, 선형 전기 모터 액츄에이터에 의해 구동된다. 이 액츄에이터는 환형 코일(50)에 의해 그리고 상세히 후술되는 바와 같은 지지구(54)에 의해 형성되는데, 이 지지구는 코일(50)에 아주 근접하게 배치된 복수 개의 영구 자석(58)을 지탱하고 있다.

코일(50)은 블록(14)의 내벽에 장착된 요크(52)에 체결되어, 블록(14)의 내벽 둘레 전체에 걸쳐 연장하고 있다. 자석(58)용 지지구(54)는 피스톤의 베이스 플랜지(42)에 장착되어 있다. 피스톤의 베이스 플랜지(42)와 실린더(16)의 하단 사이에는 제1 나선형 스프링(47a)이 위치하고, 베이스 플랜지(42)와 블록(14)의 사이에는 제2 나선형 스프링(47b)이 장착되어 있다. 이들 나선형 스프링(47a, 47b)은 항상 압축된 상태로 유지된다. 피스톤(40), 선형 전기 모터 액츄에이터, 그리고 나선형 스프링(47a, 47b)은 함께 압축기의 공진 조립체를 형성한다.

도 2 및 도 3에는 본 발명의 지지구(54)가 상세히 도시되어 있다.지지구(54)는 원형의 베이스 플레이트 또는 디스크(62)를 구비하며, 이 디스크(62)는 평평한 부재로서, 피스톤의 베이스 플랜지(42)의 상면 상에 배치되어 이에 고정되는 것으로 도시되어 있다. 이러한 고정은 용접, 접착 또는 베이스 플랜지(42)에 플레이트를 고정하기 위한 다른 수단에 의해 이루어진다. 베이스 플레이트(62)는 스탬핑 가공된 저탄소강과 같은 재료로 구성되며, 원형 구멍(64)을 구비하여 피스톤(40)의 둘레에 끼워지도록 되어 있다. 복수 개의 핑거 플레이트(66)가 제공되어 있는데, 이들 플레이트는 바람직하게는 "L"자형으로 형성되며, 원형 베이스 플레이트(62)와 동일한 재료로 구성될 수도 그렇지 않을 수도 있으며, 베이스 플레이트(62)의 외주부 둘레에 서로 이격되게 배치되어 있다. 핑거 플레이트(66)의 개수는 기본적으로 사용될 자석(58)의 종류 및 크기에 좌우된다. 각각의 핑거 플레이트(66)는 베이스 플레이트(62)에 부착된 짧은 레그(67)를 구비하며, 이 짧은 레그(67)는 지점(59)에서 90°각도로 휘어져, 베이스 플레이트(62)에 평행한 탭(65)을 형성하도록 되어 있다. 이 탭(65)은 용접과 같은 적당한 공정에 의해 베이스 플레이트(62)에 단단하게 부착된다. 핑거 플레이트(66)의 긴 레그(68)는 그 내측 가장자리가 피스톤(40)의 중심 축선을 향하고 있으며, 두개의 평평한 측면을 갖추고 있는데, 하나의 핑거 플레이트(66)의 각각의 평평한 측면은 대체적으로 인접한 핑거 플레이트(66)의 평평한 측면을 마주보고 있다.

도시된 바와 같이, 지지구의 베이스 플레이트(62)와 핑거 플레이트(66)는 평평한 플레이트 재료로 구성되어 있다. 이것은 제조 비용을 감소시키는데, 그 이유는 지지 요소를 시트 재료에 용이하게 스탬핑 가공하거나 펀칭 가공할 수 있어, 주조 또는 성형과 같은 특수한 제조 공정이 필요치 않기 때문이다. 더욱이, 본원에서 제안되고 있는 해결 방안에 의하면 비교적 재료의 소비가 적다.

영구 자석(58)이 인접한 핑거 플레이트(66)의 각각의 쌍의 두개의 긴 레그(68)의 평평한 측면 사이로 그 핑거 플레이트(66)의 단부에 장착되어 있다. 지지구의 베이스 플레이트(62)와 자석(58)의 사이에는 공간이 형성되어 있다. 자석(58)은 적당한 통상의 재료로 형성되며, 호형 형상이고, 지지구 둘레의 핑거 플레이트(66) 사이의 모든 자석의 조립체는 핑거 플레이트(66)의 단부에서 환형 구조를 이루고 있다. 지지구에 대한 자석(58)의 장착은 에폭시 접착제와 같은 적당한 수단에 의해 이루어질 수 있다. 완성된 환형 구성의 자석(58)과 핑거 플레이트(66)는 피스톤에 쉽게 장착될 수 있는 견고하면서도 안정적인 구조체를 형성한다.

통상의 장치에 있어서, 지지구의 베이스 플레이트의 직경은 약 65mm(2.559inch)로, 그 둘레에 등간격으로 8개의 핑거 플레이트(66)와 8개의 자석이 배치되어 있으며, 이들 자석은 강자성 재료, 예를 들어 붕소 또는 스트론튬 페라이트와 같은 재료로 구성되어 있다. 플레이트의 재료로는 일반적으로 스탬핑 가공된 저탄소강이 사용되고 있으며 그 두께는 1.5mm 내지 4mm(0.059inch 내지 0157inch) 사이이다.

변형예의 자석 장치에 따르면, 핑거 플레이트(66)의 긴 레그(68)의 그 평평한 측면 상에 "U"자형 채널이 형성될 수 있으며, 자석의 단부가 그 채널 내에 끼워질 수 있다. 또다른 장착 장치에 따르면, 자석(58)의 그 각각의 단부에 채널이 형성되어, 이 채널 내에 핑거 플레이트(66)가 삽입될 수 있다. 이러한 장치에 있어서는, 베이스 플레이트(62)의 일 지점에 두개의 핑거 플레이트(66)가 제공될 수 있다. 또한, 다른 적당한 장착 장치가 사용될 수도 있음을 이해하여야 한다.

도 1에 따르면, 지지구의 베이스 플레이트(62)는 용접에 의해 피스톤의 베이스 플랜지(42)의 상면에 장착되어 있다. 베이스 플레이트(62)와 핑거 플레이트(66)는 환형의 자석(58) 장치가 실린더(16)의 외벽과 코일(50)의 사이에 형성된 공간 내에 끼워지도록 적절한 크기로 형성되어 있다. 전류가 코일(50)에 인가되면, 생성된 자장이 자석(58)에 반작용하여 핑거 플레이트(66), 베이스 플레이트(62) 및 피스톤(40)의 베이스 플랜지(42)를 관통하여 작용하는 힘을 생성함으로써, 피스톤의 변위를 야기한다.

피스톤에 대한 지지구(54)의 다른 장착 방법으로서, 핑거 플레이트(66)의 하단이 피스톤(40)의 베이스 플랜지의 상면이나 하면에 바로 연결되도록 구부려질 수 있다. 이 경우에는, 지지구용의 베이스 플레이트가 제공되지 않는다. 또한, 지지구의 베이스 플레이트(62)가 베이스 플랜지(42)의 하면에 연결되고, 핑거 플레이트(66)가 베이스 플레이트(62)에 연결될 수 있다.

본 발명의 자석 지지구의 구조는 제조비를 감소시키는데, 그 이유는 그 전체 구성에 소량의 금속만이 사용되고 있기 때문이다. 종래 기술에서는, 다수의 자석 지지구가 연속적으로 제공됨에 따라 상당한 양의 재료가 사용되었었다. 본 발명의 구성은 형성된 구조의 강성과 관련하여 재료의 사용을 최적화한다. 또한, 본 발명의 자석 지지구의 구조는 푸코 전류로 인한 전기 손실을 최소화하는데, 그 이유는핑거 플레이트(66)에 단지 소량의 금속이 사용되고 있기 때문이다. 자석을 지지하고 있는 구조체가 코일로부터 자장 라인까지 정렬 배열된 박형 플레이트로 형성되기 때문에, 푸코 전류로 인한 손실이 실질적으로 감소되어, 덜 귀하며 저렴한 재료가 사용될 수 있게 된다.

본 발명이 압축기의 피스톤을 구동시키기 위한 선형 전기 모터의 바람직한 실시예와 관련하여 기술되어 있긴 하지만, 본 발명의 자석 지지구가 샤프트나 다른 기구가 선형 전기 모터의 작용에 의해 왕복 운동되는 다른 장치에 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 특수한 특징이 단지 이해의 편의를 위해 제공된 하나 이상의 도면에 도시되어 있으며, 그 각각의 특징은 본 발명에 따른 다른 특징과 조합될 수도 있다.

당업자라면 본 발명의 변형예를 알 수 있을 것이며 또한 그 변형예가 첨부된 청구의 범위의 영역 내에 포함되는 것임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 내용은 단지 예시를 위한 것으로서, 본 발명의 영역을 제한하는 것은 아님을 이해하여야 한다.

Claims (8)

1. 왕복 운동하는 이동 가능한 부재를 구동시키도록 사용되며, 고정적으로 장착되어 전류를 수용하는 코일(50)과, 상기 이동 가능한 부재에 장착된 자석(58)의 조립체를 포함하는 선형 전기 모터에 있어서,

   상기 이동 가능한 부재(40)에 장착된 복수 개의 핑거 플레이트(66)를 구비하는 지지구(54)를 포함하며,

   상기 자석(58)은 호형으로 형성되어, 각각의 쌍을 이루고 있는 인접한 핑거 플레이트(66)의 사이에 장착되어 환형 자석 조립체를 형성하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.
2. 제 1 항에 있어서, 가스를 압축하도록 실린더(16) 내에서 왕복 운동되는 이동 가능한 부재로서 피스톤(40)을 구비하는 압축기에 사용되며, 상기 지지구(54)가 이 피스톤(40)에 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.
3. 제 2 항에 있어서, 각각의 핑거 플레이트(66)는 평평한 재료로 형성되며, 그 가장자리가 피스톤(40)의 중심 축선에 대하여 반경 방향으로 정렬 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 지지구(54)는 피스톤(40)에 장착된 베이스플레이트(62)를 구비하며, 이 베이스 플레이트에 핑거 플레이트(66)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 피스톤은 핑거 플레이트(66)가 고정되는 베이스 플랜지(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 피스톤은 베이스 플랜지(42)를 구비하며, 상기 지지구(54)는 핑거 플레이트(66)가 장착되는 베이스 플레이트(62)를 구비하고, 이 베이스 플레이트(62)는 피스톤(40)의 베이스 플랜지(42)에 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 핑거 플레이트(66)는 "L"자형 형태를 형성하도록 구부려져 있고, 베이스 플레이트(65)에 부착된 탭(65), 그리고 자석(58)이 부착되어 있는 긴 레그(68)를 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 코일(50)은 압축기의 블록(14) 내벽에 부착되어 있으며, 이 블록 내부에는 실린더(16)가 형성되어 있고, 상기 환형의 자석 조립체는 상기 코일(50)과 실린더(16)의 외벽 사이에 배치되어 선형적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 선형 전기 모터.