KR20030096371A - 선형 모터 및 이 모터를 포함하는 선형 압축기 - Google Patents

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엠프레사 브라질리에라 데 콤프레소레스 에스.아.-엠브라코
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Abstract

본 발명은 선형 모터 및 이 모터를 포함하는 선형 압축기에 관한 것이다. 본 발명의 선형 모터는 고정 부재(60)의 외주면 둘레에 장착되어 고정자를 형성하는 내측 적층체 세트(90)와, 이 내측 적층체 세트(90)로부터 이격 장착된 외측 적층체 세트(30)를 포함하고 있다. 액츄에이터(85)가 가동 부재(80)에 연결되어, 내측 적층체 세트(90)와 외측 적층체 세트(30)의 사이에 획정된 공간에 자석 부재(86)를 수용하고 있다. 내측 적층체 세트(90)와 외측 적층체 세트(30)의 상단은, 적층체를 고정시키는 한편 상기 외측 적층체 세트(30)용의 현수 장착부로서 소용되는, 비자성 재료로 이루어진 연결 요소(100)에 의해 연결되어 있다. 코일(95)에 전류가 인가되면 액츄에이터(85)가 이동되어 가동 부재(80)를 지탱하게 된다. 상기 고정 부재(60)는 압축기의 실린더에 의해 형성되며, 가동 부재(80)는 이 실린더 내에서 왕복 운동되어 냉장 가스를 압축하도록 되어 있는 피스톤에 의해 형성되고, 상기 연결 요소(100)는 실린더와 접촉하지 않도록 되어 있다. 이러한 장치의 경우 실린더를 특수한 형상으로 형성할 필요가 없으며, 또는 외측 적층체 세트를 연결하기 위해 추가로 플레이트를 제공할 필요가 없다.

Description

선형 모터 및 이 모터를 포함하는 선형 압축기{LINEAR MOTOR AND LINEAR COMPRESSOR INCLUDING SAID MOTOR}
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 일반적으로 냉장 압축기에 사용되어 왔는데, 이러한 냉장 압축기에 있어서는 그 가동 부재가 압축기의 피스톤으로서 작용하며 이 피스톤에 자석이 장착되어 있는 한편, 코일은 실린더를 형성하는 압축기 구조체의 외측부에 고정적으로 장착되어 있고, 이 실린더 내부에서 피스톤이 왕복 운동하고 있다.
첨부 도면 중 도 1은 미국 특허 제5,945,748호에 개시된 유형의 종래 기술의 선형 압축기를 도시한 도면이다. 이 공지의 종래 기술의 구성을 보면, 밀폐형 외장(10)이 제공되어, 그 내부에 원통형의 내부 컵(20)이 장착되어 있으며, 이 내부컵(20)은 예정된 내부 공간을 획정하고 있다. 외측 선형 모터 적층체 세트(30)가 상기 내부 컵(20)의 내면에 고정되어 있다. 그 중심부에 구멍이 형성되어 있는 디스크 형상의 커버 플레이트(40)가 실린더(60)의 상단에 합체되어 있는 플랜지(61)에 연결되어 있다. 상기 커버 플레이트(40)는 또한 내부 컵(20) 및 외측 선형 모터 적층체 세트(30) 모두의 상단부에 연결되어 있다. 마찬가지로 디스크 형상으로 형성된 하부 커버(50)가 내부 컵(20)의 하단부에 연결되어 있다. 상기 실린더(60)의 상부가 커버 플레이트(40) 중앙의 개구를 통과하여 연장하여, 이 실린더(60) 상부의 중앙에 밸브 시스템(70)이 장착됨에 따라, 실린더(60)의 상부가 통과하여 연장하는 상기 개구가 완전히 꽉 덮어지도록 되어 있다. 흡입 및 배출 밸브를 갖춘 통상의 밸브 플레이트가 또한 사용될 수 있다. 실린더(60)의 내측에는 피스톤(80)이 장착되어, 선형 모터에 의해 왕복 운동되는 경우 공지의 방식으로 냉장 가스를 압축하도록 되어 있다. 내측 선형 모터 적층체 세트(90)가 실린더(60)의 외주면 일부의 둘레에 장착되어 있다. 이 내측 선형 모터 적층체 세트(90)는 상기 외측 선형 모터 적층체 세트(30)와 소정 간격을 유지하고 있다.
환상형의 코일(95)이 내측 선형 모터 적층체 세트(90)의 외주면에 마련된 절개부 내에 배치되어 있다. 이 코일(95)의 단부는 코일(95)로의 전류 공급용의 도선(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 필요하다면, 코일(95)이 상기 외측 선형 모터 적층체 세트(30) 상에 배치될 수도 있다. 디스크 형태의 연결 부재(65)가 피스톤(80)의 하단을 원통형 액츄에이터(85)에 연결하고 있으며, 이 액츄에이터(85)의 상단에는 보통 복수 개의 영구 자석(도시하지 않음)으로 형성되는 자석 부재(86)가부착되어 있다. 이 자석 부재(86)는 외측 선형 모터 적층체 세트(30)와 내측 선형 모터 적층체 세트(90) 사이의 공간에서 이동 가능하다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 선형 모터는 외측 선형 모터 적층체 세트(30)와, 코일(95)을 수용하고 있는 내측 선형 모터 적층체 세트(90), 그리고 자석 부재(86)가 부착되어 있는 액츄에이터(85)로 구성되어 있다.
상기 피스톤(80)의 왕복 운동을 탄성적으로 지지하기 위하여 내측 선형 모터 적층체 세트(90)의 바닥에 지지체(68)가 부착되어 있으며, 이 지지체(68)와 상기 연결 부재(65)의 사이에는 나선형의 내부 스프링(66)이 제공되어 있다. 또한, 나선형의 외부 스프링(67)이 상기 연결 부재(65)와 하부 커버(50)의 사이에 배치되어, 피스톤(80)이 왕복 운동할 때에 압축기를 지지하도록 되어 있다. 하나 이상의 냉장 가스 통로(80a)가 실린더(60)의 상부를 따라 제공되어, 피스톤(80)의 예정된 위치에서 냉장 가스가 실린더 내로 도입되도록 되어 있다.
도 1에 도시된 압축기의 작동을 보면, 전류가 코일(95)에 공급되어, 액츄에이터(85)에 장착된 자석 부재(86)가 자력선을 생성함에 따라 내측 선형 모터 적층체 세트(90)와 외측 선형 모터 적층체 세트(30)의 사이에서 액츄에이터(85)가 직선 왕복 운동함에 따라, 액츄에이터(85)의 상응하는 변위 함수에 따라 실린더(60) 내에서 피스톤(80)이 왕복 운동한다. 냉장 가스가 실린더(60)에 제공된 냉장 가스 통로(80a)를 통해 실린더(60) 내로 흐르며, 실린더(60) 내에서 압축된 냉장 가스는 밸브 시스템(70)을 통해 배출되고, 이와 같은 작동이 반복적으로 수행된다.
내측 선형 모터 적층체 세트(90)가 도 1에 도시된 바와 같은, 현재 알려진구성 중 하나를 사용하여 실린더에 장착될 수도 있다. 예를 들어, 성형 브래킷 부재가 실린더에 장착되어 내측 선형 모터 적층체 세트(90)를 지탱하도록 형성될 수 있으며, 내측 선형 모터 적층체 세트(90)는 그 외면에 코일(95)의 수용을 위한 절개부를 구비하고 있다. 도 1A에는 외측 선형 모터 적층체 세트(30)의 장착에 적용될 수 있는 장착 방식이 도시되어 있다. 이 도면은 상기 미국 특허에 도시된 장치의 변형예를 보여주고 있다. 철 또는 강과 같은 자성 금속으로 이루어진 외측 선형 모터 적층체 세트(30)가 압축기의 중심으로부터 반경 방향으로 배치되어 있다. 관상 프레임(25)이 내부 컵(20) 벽의 내면에 장착되어 선반(26)을 지탱하고 있는데, 이 선반(26)에는 외측 선형 모터 적층체 세트(30)의 각각의 적층체의 하단이 장착되어 있다. 상기 관상 프레임(25)에는 또한, 외측 선형 모터 적층체 세트(30)의 상단과 연결되도록 상측 브래킷(27)이 제공되어 있다. 또한, 내부 컵(20)의 벽에 외측 선형 모터 적층체 세트(30)를 적절하게 고정하도록 다른 적당한 장착 장치가 사용될 수도 있음을 이해하여야 한다.
도 1의 압축기에서 알 수 있는 바와 같이, 실린더(60)에는 그 상면으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 플랜지(61)가 형성되어 있으며, 커버 플레이트(40)가 제공되어 실린더(60)의 플랜지(61)와 외측 선형 모터 적층체 세트(30)를 연결하고 있는데, 이들 공지의 구성은 후술하는 바와 같은 각종 문제를 야기한다.
도 2에는 실린더(60)에 의해 형성되는 종래 기술의 다른 유형의 압축기의 일부가 도시되어 있다. 이 압축기는 실린더(60)에 의해 형성되고 있으며, 실린더(60)의 외면에는 접착제 또는 다른 고정 수단에 의해 선형 모터가 고정되어있으며, 이러한 선형 모터의 고정자는 도 1과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 환상형의 코일(95)을 수용하는 외부 절개부를 갖춘 내측 선형 모터 적층체 세트(90)로 구성되어 있다. 외측 선형 모터 적층체 세트(30)가 현수 방식으로 장착될 수 있도록 하기 위하여, 그 외측 선형 모터 적층체 세트(30)의 상단은, 접착제, 용접 또는 다른 고정 수단에 의해, 실린더(60)에 합체되어 실린더로부터 반경 방향 외측으로 연장하고 있는 플랜지(61)의 외측부의 내면에 직접 부착되어 있다. 플랜지(61)의 하면은 또한 내측 선형 모터 적층체(90)의 상면과 접촉하고 있다. 따라서, 실린더(60)의 플랜지(61), 외측 선형 모터 적층체 세트(30), 그리고 내측 선형 모터 적층체 세트(90)는 서로 직접 연결되어 있다.
지금까지는 선형 압축기에 사용되는 선형 모터에 대해 설명하였지만, 이러한 선형 모터는 또한 다른 장치에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 압축기의 실린더(60) 대신 정지 부싱이 사용될 수 있으며, 압축기의 피스톤은 선형 모터가 작동함에 따라 예정된 작업을 수행하도록 왕복 운동될 수 있는 샤프트로 대체될 수 있다. 이러한 기타 장치들은 내측 및 외측 적층체의 장착을 위한 장치를 필요로 할 수도 있으며, 도 1, 도 1A 및 도 2에 도시된 구성과 관련하여 그 구성이 변형될 수도 있다. 그러나, 이들 모든 공지의 변형예에서도 세 개의 구성 요소 (또는 그 다른 장치의 경우에는 그에 해당하는 구성 요소), 즉 플랜지(61)를 갖춘 실린더(60), 내측 선형 모터 적층체 세트(90), 그리고 외측 선형 모터 적층체 세트(30)가 직접 연결되고 있다.
특히 선형 압축기와 관련하여 설명되어 있긴 하지만, 기타 유용한 장치의 등가의 구성요소를 포함할 수도 있는 이러한 구성은 그러나 후술하는 단점을 갖고 있다.
- 실린더에 그 반경 방향 외측으로 돌출하는 플랜지(61)가 합체되어야만 하므로 실린더를 구성하는 데에 많은 양의 재료가 필요하다. 더욱이, 도 1에 도시된 실시예의 경우에는, 커버 플레이트(40)가 제공되어야만 한다.
- 구조물을 통해 자력선이 흐르는 것을 방지하기 위하여 실린더가 비자성 재료로 제조되어야만 한다. 이것은 열과 에너지 손실을 야기하는 푸코(Foucault) 전류를 발생시킨다.
- 실린더를 구성하기 위한 비자성 재료는 그 중에서도 보통 오스테나이트계 재료, 또는 각종 유형의 스테인레스강 또는 알루미늄으로서, 이러한 재료들은 모두 비교적 가격이 비싼 편이다.
- 커버 플레이트(40)와 실린더(60)의 플랜지(61) 구성은 비교적 큰 면적을 차지하여, 바람직하지 못한 소음 방사를 야기한다.
- 도 1 및 도 2에 도시된 실린더를 형성하기 위해서는 다수 회에 걸친 기계 가공 작업이 요구될 뿐만 아니라, 실린더의 제조 장비에 있어 상당한 투자비가 요구된다.
- 실린더를 형성하는 데에 사용되는 일부 비자성 재료는, 예를 들어, 왕복 운동 피스톤과 실린더 사이, 또는 왕복 운동 샤프트와 정지 부싱 사이에서 발생하는 바와 같은 마찰을 야기하게 되는 구성 요소에는 부적절하여, 소정 경우에는 실린더나 부싱용으로 보다 단단한 재료로 이루어진 슬리브를 사용할 필요가 있다.이것은 장착 작업을 보다 어렵게 만들어, 최종 제품의 비용을 상승시킨다.
본 발명은 특히, 소형 냉장 시스템의 선형 압축기에 적용되는 경우 그 효율을 향상시키기 위하여 간단한 방식으로 적층 장착되어 있는 선형 모터에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술의 선형 압축기의 제1 실시예의 입단면도.
도 1A는 종래 기술에 따른 선형 압축기의 외측 선형 모터 적층체용 장착 장치의 일 유형을 보여주는 입면도.
도 2는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 선형 압축기의 일부를 보여주는 입단면도.
도 3은 본 발명에 따라 구성된 선형 압축기의 일부를 보여주는 입단면도.
본 발명의 목적은, 그 내부에서 소정 부재가 왕복 운동하도록 되어 있는 고정 부재에 연결되어 있지 않은 비자성 재료로 이루어진 링 부재에 의해 연결되어 있는 내측 선형 모터 적층체 세트(90)와 외측 선형 모터 적층체 세트(30)를 구비한 선형 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 실린더에 장착된 내측 선형 모터 적층체 세트와 외측 선형 모터 적층체 세트에 의해 형성되며, 이들 내측 및 외측 선형 모터 적층체 세트는 압축기 실린더의 어느 부분과도 접촉하지 않으면서 이들 적층체를 고정시키는 역할을 하는 비자성 연결 링에 의해 연결되어 있는, 선형 압축기용의 선형 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 그 내외측 선형 모터 적층체 세트의 장착을 위해 압축기의 실린더에 직접 고정될 필요는 없는, 선형 압축기용의 선형 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 선형 모터는, 실린더를 구비하며, 이 실린더의 내부에서 피스톤이 선형 모터에 의해 왕복 운동되어 냉장 가스를 압축하도록 되어 있는 선형 압축기와 사용되는 유형이다. 이러한 선형 모터는, 실린더의 외주면 둘레에 장착되어 고정자를 형성하는 내측 선형 모터 적층체 세트로 형성되어 있으며, 이 내측 선형 모터 적층체 세트에는 전류를 받아들이도록 구성되어 있는 환상형 코일이 수용되어 있다. 그 내부에 압축기가 수용되어 있는 컵의 내면 둘레에 외측 선형 모터 적층체세트가 장착되어 있다. 일부 장치에서는, 제2 코일이 외측 선형 모터 적층체 세트 내에 수용되거나, 외측 선형 모터 적층체 세트에만 코일이 제공될 수 있다. 액츄에이터가 피스톤의 하단에 연결되어 있으며, 내측 및 외측 적층체 세트 사이의 공간에 자석 부재가 수용되어 있다. 전류가 코일에 공급되면, 액츄에이터가 왕복 운동되어, 피스톤을 지탱하게 된다.
내측 및 외측 선형 모터 적층체 세트의 상단은 실린더와 접촉하고 있지 않은 비자성 재료로 이루어진 연결 링에 의해 연결되어 있다. 내측 선형 모터 적층체 세트는 고정된 실린더에 장착되어 있으므로, 상기 연결 링은 외측 선형 모터 적층체 세트용의 현수 장착부의 역할을 한다. 연결 링은 또한 적층체 세트를 고정시키는 역할을 한다. 이러한 장치를 사용함으로써 실린더를 특수한 형상으로 형성할 필요가 없게 되며, 또는 별개의 커버 플레이트를 사용할 필요가 없게 된다. 따라서, 본 발명에서 제안하고 있는 해결 방안은 제조가 간단하면서도 저렴하며, 실린더와 피스톤이 주철이나 강과 같은 덜 비싼 재료로 제조될 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점이 첨부 도면을 참조하여 보다 분명해질 것이다.
본 발명의 선형 모터가 선형 압축기에 적용되는 그 용례와 관련하여 후술된다. 본 발명의 실시예가 도시되어 있는 도 3에 있어서 전술한 바와 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 사용되고 있다.
본 발명에 따르면, 선형 모터는 실린더(60)의 외면에 장착된 내측 선형 모터 적층체 세트(90)에 의해 형성되는 고정자를 구비하고 있다. 도 2의 압축기에서와 마찬가지로, 이 내측 선형 모터 적층체 세트(90)는 전류가 공급되는 코일(95)을 수용하도록 그 외면에 절개부를 구비하고 있다. 도시된 바와 같이, 실린더(60)는 도 1 및 도 2에 도시된 구성의 실린더(60)와 비교하여 보다 소형으로 형성되고 있으며, 구성이 덜 복잡한데, 그 이유는 더이상 플랜지(61)가 필요하지 않기 때문이다.
외측 선형 모터 적층체 세트(30)가 내부 컵(20)의 상측부 아래에 고정되어 있다. 내측 선형 모터 적층체 세트(90)의 상단과 외측 선형 모터 적층체 세트(30)의 상단은 링 형상으로 도시된 연결 요소(100)에 의해 연결되어 있다. 이 연결 요소(100)는 그 사용 재료에 따라, 적당한 기술, 즉 접착제 또는 용접을 사용하여 내측 선형 모터 적층체 세트(90) 각각의 상단 및 외측 선형 모터 적층체 세트(30) 각각의 상단에 체결되는 평평한 성형 또는 스탬핑 가공 부재일 수도 있다. 이 연결 요소(100)는 외측 선형 모터 적층체 세트(30)에 대해 현수 장착부로서 작용한다. 즉, 연결 요소는 내측 선형 모터 적층체 세트(90)에 고정되고, 다시, 이 내측 선형모터 적층체 세트(90)는 정지 실린더(60)에 장착되어 있다. 따라서, 외측 선형 모터 적층체 세트(30)가 도 1에 도시된 바와 같은 브래킷을 사용하지 않고 장착될 수 있다.
연결 요소(100)는 스테인레스강, 플라스틱, 알루미늄 등과 같은 비자성 재료로 제조된다. 바람직하게는, 이 연결 요소(100), 즉 연결 링에 소정 공간에 개방된 관통 구멍(107)이 제공되어, 이 소정 공간 내에서 이동하는 자석 부재(86)에 의해 압축되는 가스의 통로가 형성되도록 되어 있다.
본 발명의 구성은 몇가지 장점을 갖고 있는데, 그 중 몇가지가 이하에 설명된다.
- 도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 플랜지(61)가 더이상 필요치 않기 때문에 실린더의 크기를 감소시킬 수 있으며, 또한, 도 1의 압축기에서 알 수 있는 바와 같이, 더이상 커버(40)가 필요치 않다.
- 실린더 플랜지 및/또는 커버 플레이트가 없음으로 해서 소음 발생원이 제거된다.
- 실린더(60)가 비자성 재료보다 덜 비싼 강 또는 주철과 같은 자성 재료로 제조될 수도 있다. 이러한 금속은 또한 강 또는 주철로 제조될 수도 있는 왕복 운동하는 피스톤에 의해 마찰이 가해지는 경우에도 구조적으로 보다 신뢰할만하다.
- 연결 요소(100)가 비자성 재료로 이루어져 있기 때문에 선형 모터는 실린더로부터 자성이 절연된 상태로 유지된다. 따라서, 어떠한 푸코 전류도 발생하지 않는다.
- 각종 요소의 장착이 간소화된다.
- 종래 기술의 실린더의 구조에 비해 실린더의 형성이 간단하다.
본 발명의 실시예에 있어서 선형 모터가 선형 압축기의 피스톤을 구동시키는 것으로 설명되어 있긴 하지만, 이러한 모터 구성이 또한 피스톤 대신 다른 요소, 예를 들어, 압축기 실린더 대신에 사용된 부싱 내부에서 왕복 운동하는 장비의 샤프트를 구동시킬 수 있음을 이해하여야 한다. 이러한 장치에 있어서는, 내외측 선형 모터 적층체 세트를 연결하기 위해, 실린더 또는 부싱에 합체되는 플랜지를 제공할 필요가 없다.
본 발명의 특정한 특징들이 단지 편의를 위해 제공된 하나 이상의 도면에 잘 도시되어 있으며, 그 각각의 특징은 본 발명에 따른 다른 특징과 조합될 수도 있다. 당업자라면 그 변형예를 쉽게 이해할 수 있는 한편 그러한 변형예가 본 발명의 이하에 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 (6)

  1. 코일(95)을 수용하고 있으며 고정 부재(60)에 부착되어 있는 내측 적층체 세트(90)에 의해 형성되는 고정자와, 이 내측 적층체 세트(90)로부터 이격 배치되어 있는 외측 적층체 세트(30), 그리고 전류가 코일(95)에 인가되면 고정 부재(60) 내부에서 가동 부재(80)를 왕복 운동시키도록 연결되어 있는 액츄에이터(85)에 의해 지탱되어 있는 자석 요소(86)를 구비하는 선형 모터에 있어서,
    상기 외측 적층체 세트(30)와 내측 적층체 세트(90)를 연결하는 링 형태의 연결 요소(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 모터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연결 요소(100)는 외측 적층체 세트(30)의 상측부와 내측 적층체 세트(90)의 상측부를 연결하는 것을 특징으로 하는 선형 모터.
  3. 제 1 항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결 요소(100)는 비자성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 선형 모터.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 연결 요소(100)는 내측 적층체 세트(90)와 외측 적층체 세트(30)의 사이에 획정된 공간과 연통하는 관통 구멍(107)을 구비하는 것을 특징으로 하는 선형 모터.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 규정된 바와 같은 선형 모터를 포함하는 선형 압축기에 있어서,
    그 실린더(60)가 고정 부재이며, 선형 모터에 의해 실린더(60) 내에서 왕복 운동하는 피스톤에 의해 가동 부재(80)가 형성되는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서, 그 실린더(60)와 접촉하지 않는 상태로 연결 요소(100)가 실린더(60)로부터 이격 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 선형 압축기.
KR1020037014589A 2001-05-14 2002-05-13 선형 모터 및 이 선형 모터를 포함하는 선형 압축기 KR100856845B1 (ko)

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