KR20030096304A - 선형 압축기 - Google Patents

Abstract

실린더(2)와, 선형 전기 모터(4, 5, 6)에 의해 이동되는 피스톤(1)을 구비하는 선형 압축기에 중앙의 와류형부(30a, 50a)를 구비하는 강선으로 형성된 하나 이상의 탄성 요소(30, 50)가 제공되어 있으며, 상기 중앙의 와류형부(30a, 50a)의 각각의 단부로부터 레그(30b, 30c, 50b, 50c)가 연장하고 있다. 제1 실시예에 있어서, 레그 중 하나의 레그(30b)는 피스톤(1)의 내부에, 다른 하나의 레그(30c)는 실린더(2)의 일부에 체결되어 있다. 제2 실시예에 있어서는, 중앙의 와류형부(50a)가 피스톤(1)에 직접 장착되고 두개의 레그(50b, 50c)는 실린더(2)에 고정적으로 연결되어 있다. 피스톤이 선형 전기 모터의 작동에 의해 이동되면, 탄성 요소의 중앙의 와류형부를 구성하는 와이어가 비틀려져 피스톤의 이동 방향으로 신장된다. 바람직하게는, 서로 각방향으로 이격된 중앙의 와류형부와 유사한 부분을 갖춘 탄성 요소가 피스톤(1)에 복수 개로 장착된다. 이러한 배열은 탄성 요소의 중앙의 와류형부에 대항하여 작용하는 피스톤 힘이 보다 균등하게 분배되도록 한다.

Description

선형 압축기{LINEAR COMPRESSOR}

전기 선형 모터는 잘 알려진 장치로, 그 내부에는 코일 또는 자석 요소가 제공되어 그 일 요소는 고정 부재에, 다른 하나의 요소는 가동 부재에 장착되어 있다. 자석과 상호 작용하도록 자력선을 발생시키는 코일에 전류가 인가되어 그 가동 부재의 선형 운동이 야기된다. 이러한 선형 전기 모터는 냉장 압축기에 사용되어 왔는데, 이 경우 그 가동 부재가 압축기의 피스톤으로서 작용하며 이 피스톤에 자석이 장착되어 있는 한편, 코일은 실린더를 형성하는 압축기 구조체의 외측부에 고정적으로 장착되어 있다.

공지된 유형의 일 선형 압축기에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 축방향의 관상 벽(2b)을 갖춘 외부 블록(2a)을 구비하는 실린더(2)의 내부에서 피스톤(1)이 축방향으로 이동함으로 인해 가스의 압축이 이루어지고 있다. 상기 실린더는 실린더 헤드(3)에 의해 폐쇄되어 있는데, 이 실린더 헤드 상에는 흡입 밸브(3a)와 흡기 밸브(3b)가 제공된 밸브 플레이트(3d)가 마련되어 있다. 상기 밸브가 실린더 내에서 압축된 가스의 유입 및 유출을 조절하고 있다. 피스톤은 그 베이스 플랜지(1a)에 부착된 링 형상의 액츄에이터(4)에 의해 형성되는 전기 선형 모터에 의해 구동되는데, 이 액츄에이터(4)는 보통 영구 자석으로 형성되는 자석 부재(5)를 지지하고 있으며, 와이어로 이루어진 코일(6)이 실린더(2)의 슬리브 연장부(6a)의 내벽에 고정적으로 장착되어 있다. 전류가 코일(6)에 공급되어 영구 자석과 상호 작용하도록 자력선을 생성하여 액츄에이터(4)와 피스톤(1)의 선형 왕복 운동을 야기하게 되며, 이 경우 자석(5)은 코일(6)과 실린더의 슬리브 연장부(6a)의 외벽 사이에서 이동한다.

피스톤(1)은 한 세트의 평 스프링(7)에 맞대어 설치된 가요성 로드(8)에 의해 장착되어 있으며, 상기 한 세트의 평 스프링(7)은 축방향 관상 벽(2b)에 단단하게 장착되어 있다. 피스톤(1), 액츄에이터(4), 자성 요소(5), 가요성 로드(8), 그리고 평 스프링 세트(7)가 함께 압축기의 공진 조립체를 형성하고 있다.

도 1의 실시예에 있어서, 피스톤이 그에 대항하여 작용하는 상기 한 세트의 평 스프링은 보통 스프링 강판으로 형성되어 있다. 가요성 로드(8)는 장착 동안 발생하는 오류 및 구성 부품의 제조 시에 발생하는 오류로 인해 발생하는 힘을 감소시키는 기능을 갖고 있어, 이러한 힘이 완전히 피스톤으로 전달되지 않도록 함으로써, 실린더에 대한 피스톤의 마모를 방지하도록 되어 있다. 그러나, 제조 중에 발생하는 비대칭으로 인해, 평 스프링이 피스톤(1)과 가요성 로드(8)에 횡방향으로 작용하는 바람직하지 못한 힘을 생성하는 경향이 있으며, 이러한 구성은 또한, 평 스프링(7)이 정교하고 복잡한 절삭 및 마감처리 공정을 필요로 하기 때문에 그 제조비가 비교적 비싸다는 단점이 있다. 가요성 로드(8)도 비교적 제조가 어려운 요소인데, 그 이유는 로드가 특정 재료로만 형성되도록 되어 있기 때문이다.

선형 압축기의 공지의 제2 실시예가 도 2에 도시되어 있는데, 이 실시예에서는 나선형 스프링 시스템(20)이 도 1에 도시된 종래 기술의 실시예의 한 세트의 평 스프링(7)을 대체하고 있다. 이 경우에는, 피스톤(1)과 실린더(2)의 사이에 제1 나선형 스프링(20a)이 장착되고, 축방향 관상벽(2b)에 장착되어 있는 바닥 지지벽(21)과 피스톤의 사이에는 제2 나선형 스프링(20b)이 장착되어 있다. 종래 기술의 이 제2 실시예에 있어서, 압축기의 공진 조립체는 피스톤(1), 액츄에이터(4), 자석(5) 그리고 나선형 스프링(20a, 20b)에 의해 형성되고 있다.

도 2의 압축기의 구성은, 피스톤의 베이스 플랜지(1a)의 각각의 측면에 배치되어 있는 나선형 스프링(20a, 20b)을 수용하기 위해서는 하우징이 비교적 큰 치수로 형성될 필요가 있다는 단점을 갖고 있다. 이 외에도, 피스톤 상의 나선형 스프링에 의해 생성되는 편심력으로 인한 운동량이 최소화되거나 방지되도록 되어 있지 않아, 압축기의 가동 요소의 마모를 야기할 수도 있다는 단점이 있다.

전술한 종래 기술의 문제로 인한 작용의 결과, 본원에서 다루어지 지고 있는 유형의 압축기용 스프링 장착 시스템의 경우 기존의 그러한 문제를 배제하기 위한 개선이 요구되고 있다.

본 발명은 선형 압축기에 관한 것으로, 특히 선형 압축기용의 탄성 장착 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 일 선형 압축기의 종단면도.

도 2는 종래 기술의 다른 유형의 선형 압축기의 종단면도.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선형 압축기의 일부를 보여주는 종단면도.

도 4는 도 3의 선형 압축기에 사용된 탄성 요소중 하나를 도시한 사시도.

도 5는 도 3의 선형 압축기에 사용된 탄성 요소 조립체를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 다른 실시에에 따라 구성된 선형 압축기의 종단면도.

도 7은 도 6의 실시예에 사용된 탄성 요소의 사시도.

도 8은 도 6에 도시된 실시예에 따라 구성된 탄성 요소 조립체의 단부도.

본 발명의 개괄적인 목적은, 공진 조립체가 그 변형에 따라 함께 선형 이동하도록 하는 스프링 와이어로 형성된 신규한 스프링 요소를 사용함으로써, 압축기의 가동 부품의 조기 마모를 야기하기에 충분한 피스톤의 선형 변위 축선에 대한횡방향 힘을 생성하는 일이 없이, 콤팩트하며, 저렴하고, 또한 내마모성을 갖춘 선형 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 선형 압축기에는 신규한 구성의 하나 이상의 탄성의 원상 복귀 가능한 요소가 제공된다. 이 요소는 각기 그 중앙에 두루마리 또는 나선형의 와류형부를 갖춘 스프링 와이어로 형성되어 있으며, 그 중앙의 와류형부의 각 단부로부터 레그가 연장하고 있다. 일 실시예에 있어서, 이들 레그 중 하나는 피스톤의 내부에, 다른 하나의 레그는 실린더 구조체의 일부에 각기 체결되어 있다. 피스톤이 선형 전기 모터의 작동에 의해 이동되면, 상기 탄성 요소의 중앙 와류형부가 피스톤의 주행 방향으로 비틀려지거나 신장된다. 서로 각방향으로 이격된 유사한 와류형 부분을 중앙에 갖춘 탄성 요소가 피스톤에 복수 개로 장착되는 것이 바람직한데, 이 경우 탄성 요소의 중앙 와류형 부분에 대항하여 작용하는 피스톤의 힘을 보다 균등하게 분배할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 탄성 요소의 중앙 와류형부가 피스톤의 바닥에 직접 장착되고, 두개의 레그는 실린더 구조체에 고정적으로 연결되어 있다. 피스톤이 왕복 운동함에 따라, 탄성 요소의 중앙 와류형부가 직접 비틀려지게 되어, 스프링 작용을 갖도록 되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 힘의 균등 분배를 위해 복수 개의 탄성 요소가 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 와이어 유형의 탄성 요소는 제조가 쉬우며, 저렴하고, 콤팩트한 압축기 구조체를 제공한다는 장점이 있다. 또한, 피스톤이 탄성 요소에 대항하는 방식으로 이동되어, 피스톤과 실린더 사이의 마모가 감소되도록 되어 있다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 후술된다.

본 발명의 제1 실시예가 도 3에 도시되어 있는데, 도 3에 있어서 도 1 및 도 2에 도시된 바와 유사한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 매겨져 있다. 이 제1 실시예에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 종래 기술의 한 세트의 평 스프링(7) 또는 한 세트의 나선형 스프링(20) 대신에 와이어 유형의 탄성 요소(30)의 조립체가 사용되고 있다. 이 탄성 요소(30)는 특정 용례에서 필요로 하는 소정의 단면을 갖는 스프링 강선(鋼線)으로 형성되어 있으며, 그 와이어의 단면이 반드시 원통형일 필요는 없다.

도 4에는 이해가 쉽도록 탄성 요소(30) 중 하나가 사시도로 도시되어 있다.도 4에 도시된 바와 같이, 탄성 요소(30)는 거의 평평한 중앙의 와류형부(30a)를 구비하고 있다. 이 중앙의 와류형부(30a)의 형상은 두루마기, 나선형 또는 복잡한 곡선이나 기타 다른 형상의 일부를 구성하는 형상으로 형성될 수도 있다. 이 중앙의 와류형부(30a)는 피스톤의 변위 방향으로 탄성 요소에 필요한 탄성 및 강성을 제공하는 형상으로 형성되어 있다. 탄성 요소(30)는 또한, 중앙의 와류형부(30a)로부터 약 90°의 방향으로 연장하는 내측 레그(30b)를 구비하는데, 이 내측 레그(30b)는 적당한 수단, 즉 용접, 아교 또는 억지끼워맞춤이나 기타 다른 기계적 수단에 의해 피스톤(1)의 내부에 고정되어 있다. 이 내측 레그(30b)는 또한, 피스톤의 바닥에 고정될 수도 있긴 하지만, 이 경우 구조체의 크기를 증가시키게 되는데, 그 이유는 중앙의 와류형부(30a)의 충분한 비틀림을 제공하여 피스톤의 중앙에 가해지는 영향을 최소화하기 위해서는 내측 레그(30b)가 상당히 길게 형성되어야 하기 때문이다. 중앙의 와류형부(30a)의 타단으로부터는 마찬가지로 약 90°의 각도로 외측 레그(30c)가 연장되고 있는데, 이 외측 레그는 직선형으로 형성될 수도 있다. 내측 레그(30b)와 외측 레그(30c)는 중앙의 와류형부(30a)의 둘레에 서로 약 90°의 각도로 각방향으로 이격되어 있다. 외측 레그(30c)의 단부는 용접, 아교, 스크류, 억지끼워맞춤 등과 같은 고정 수단에 의해 실린더 구조체의 일부(40)에 고정되어 있다.

도 5에는 압축기에 장착되어 공진 조립체의 일부를 형성하는 세개의 탄성 요소(30)의 조립체가 도시되어 있다. 탄성 요소 조립체는 두개 이상의 탄성 요소로 형성되어야 한다. 이들 탄성 요소(30)는 서로 각방향으로 이격되는데, 예를 들어세개의 탄성 요소가 제공되는 경우에는, 그 내측 레그(30b)와 외측 레그(30c)가 약 120°의 각도로 이격된다.

도 3 내지 도 5의 구조체의 작동 시에, 피스톤(1)이 선형 전기 모터의 작동에 의해 왕복 운동함에 따라, 탄성 요소의 내측 레그(30b)가 피스톤의 운동 방향과 동일한 방향으로 중앙의 와류형부(30a)의 와이어를 이동시킨다. 즉, 중앙의 와류형부(30a)의 와이어가 평평한 그 원래 형상에서 벗어나 일측으로부터 타측으로 신장된다. 내측 및 외측 레그(30b, 30c)의 그 일차적인 용도는 종래 기술의 구조체에 사용된 평 스프링이나 나선형의 스프링에서 나타날 수 있는 제조 및 장착 오류로 인한 힘을 감소 또는 배제시키는 것이다. 본 조립체의 내측 및 외측 레그의 이차적인 용도는 스프링에 최소의 비틀림력에 의해 작동하는 구조를 제공하는 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 본 발명의 실시예는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 종래 구성을 능가하는 다수의 다음과 같은 장점을 갖고 있다. 그 첫번째 장점은, 더 이상 피스톤용 가요성 로드(도 1)와 긴 나선형 스프링(도 2)이 필요치 않음에 따라 선형 압축기가 보다 콤팩트하게 형성될 수 있다는 것이다. 두번째로는, 탄성 요소가 가격이 저렴하면서 제조가 쉽고 또한 신뢰성이 높다는 것이다. 예를 들어, 탄성 요소는 소정 특징에 따라 가열에 의하거나 의하지 않고 다이 위에서 소정 형상으로 구부려지는 스프링 강선으로 형성되어 있다. 세번째 장점은, 탄성 요소(30)가 피스톤에 가해지는 횡방향 힘 또는 편심력을 최소화한다는 것이다. 외측 레그(30c)가 서로 각방향으로 이격되어 있는 두개 이상의 탄성 요소를 사용함으로써, 이동하는 피스톤에 관한 힘이 다중 방향으로 분포될 수 있다. 네번재 장점은, 본 구성이 압축기의 피스톤과 실린더의 내마모성을 크게 증가시킨다는 것이다.

도 6 내지 도 8에는 도 3 내지 도 5에 도시된 제1 실시예의 설명과 관련하여 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 사용된 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다. 제2 실시예에 있어서, 피스톤(1)은 단단한 스템(1a)을 구비하고 있다. 탄성 요소(50)는 양 방향으로 연장하는 두개의 곡선부를 구비한 평평한 형상의 중앙의 와류형부(50a)를 구비한다. 이 중앙의 와류형부(50a)의 각 단부로부터 레그(50b, 50c)가 그 중앙의 와류형부(50a)에 대하여 약 90°의 각도를 형성하도록 연장되고 있다. 레그(50b)는, 보다 작은 각도로 이격될 수도 있긴 하지만, 약 180°의 각도로 각방향으로 이격되어 있다. 중앙의 와류형부(50a)는 피스톤(1)의 단단한 스템(1a)에 장착되어 있으며, 레그(50b, 50c)는 피스톤의 길이 방향을 따라 연장되어 그 단부가 실린더의 부분(40)에 장착되어 있다.

도 7에는 약 180°의 각도로 서로 각방향으로 이격 장착된 두개의 탄성 요소(50)의 조립체가 도시되어 있다. 결과적으로 레그(50b, 50c)는 실린더 둘레에 동일한 간격으로 이격되어 있다. 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예에서와 같이, 탄성 요소(50)의 중앙의 와류형부(50a)는 일측으로부터 타측으로 비틀려져 피스톤(1)이 이동함에 따라 탄성 특징을 제공한다. 본 실시예는 피스톤의 내측에 레그(30b)를 구비하지 않는 장점이 있으며, 또한 단 하나의 탄성 요소만을 채용할 수 있도록 한다.

본 발명의 특정한 특징들이 단지 편의를 위해 제공된 하나 이상의 도면에 잘도시되어 있으며, 그 각각의 특징은 본 발명에 따른 다른 특징과 조합될 수도 있다. 당업자라면 그 변형예를 쉽게 이해할 수 있는 한편 그러한 변형예가 본 발명이하에 첨부된 청구의 범위의 영역 내에 포함되는 것임을 알 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 내용은 단지 예시적인 것으로서 본 발명의 영역을 제한하기 위한 것은 아님에 유의하여야 한다.

Claims (9)

1. 실린더(2)의 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(1)을 구비하며, 그러한 왕복 운동은 피스톤의 힘을 흡수하기 위한 탄성 요소(30, 50)를 포함하는 선형 전기 모터(5, 6)의 작용에 의해 이루어지는 선형 압축기에 있어서,

   상기 탄성 요소(30, 50)는 중앙의 와류형부(30a, 50a)와, 이 중앙의 와류형부(30a, 50a)의 각 단부로부터 연장하는 레그(30b, 30c, 50b, 50c)를 구비하는 와이어에 의해 형성되며, 상기 탄성 요소(30, 50)는 그 레그가 피스톤(1)과 실린더(2)의 일부 사이에 장착되어, 중앙의 와류형부(30a, 50a)가 피스톤(1)이 이동함에 따라 비틀려져 스프링 작용을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 요소(30)의 일 레그(30b)는 피스톤에 장착되고, 다른 하나의 레그(30c)는 실린더(2)의 일부에 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 일 레그(30b)는 상기 피스톤(1)의 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 탄성 요소(30, 50)의 레그(30b, 30c, 50b, 50c)는약 90°의 각도로 서로 이격되어 있으며 상기 중앙의 와류형부(30a, 50a)에 대해 대체로 횡방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수 개의 탄성 요소(30, 50)가 제공되며, 그 중앙의 와류형부(30a, 50a)와 레그(30b, 30c, 50b, 50c)는 서로 각방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 요소(50)의 중앙의 와류형부(50a)는 피스톤(1)에 장착되고, 레그(50b, 50c)는 실린더(2)에 장착되는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 탄성 요소(50)의 레그(50b, 50c)는 약 180°의 각도로 서로 각방향으로 이격되어 있으며 상기 중앙의 와류형부(50a)에 대해 대체로 횡방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 복수 개의 탄성 요소(50)가 제공되며, 각각의 탄성 요소는 피스톤(1)에 장착되는 중앙의 와류형부(50a)와 실린더(2)에 장착되는 레그(50b, 50c)를 구비하며, 상기 중앙의 와류형부(50a)와 레그(50b, 50c)는 서로 각방향으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙의 와류형부(30a, 50a)는 이동하는 피스톤(1)의 힘이 가해지지 않는 경우 실질적으로 평평한 것을 특징으로 하는 선형 압축기.