KR20060020013A - 리니어 압축기의 스프링 지지구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가동부재가 리니어 모터에 의해 구동되어 고정부재 내측에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 리니어 모터의 운전주파수가 가변되더라도 가동부재를 운동방향으로 안정적으로 탄성 지지할 수 있는 리니어 압축기의 스프링 지지구조에 관한 것이다.
본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조는 압축공간이 내부에 형성된 고정부재와, 상기 가동부재 내측에 축방향으로 왕복 직선 이동되면서 흡입된 냉매를 압축시키는 가동부재와, 상기 가동부재와 연결되어 상기 가동부재를 왕복 직선 운동하도록 구동시키는 리니어 모터와, 상기 가동부재가 왕복 직선 운동함에 따라 압축 및 복원을 교대로 반복하도록 상기 가동부재를 운동방향으로 탄성 지지하는 서로 다른 스프링 상수를 가진 적어도 하나 이상의 제1,2기계 스프링으로 이루어진다.
리니어 압축기, 리니어 모터, 실린더, 피스톤, 스프링, 스프링 상수

Description

리니어 압축기의 스프링 지지구조{SPRING SUPPORT STRUCTURE FOR LINEAR COPMRESSOR}
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로크 및 효율이 도시된 그래프,
도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조가 도시된 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 측단면도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로크 및 효율이 도시된 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조의 제1실시예가 도시된 측단면도,
도 6은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조의 제2실시예가 도시된 측단면도,
도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조의 제3실시예가 도시된 측단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2 : 밀폐용기 4 : 실린더
6 : 피스톤 7 : 머플러
8a,8b : 제1,2기계 스프링 10 : 리니어 모터
12 : 이너 스테이터 14 : 아웃터 스테이터
16 : 영구자석 22 : 흡입밸브
24 : 토출밸브 어셈블리
본 발명은 가동부재가 리니어 모터에 의해 구동되어 고정부재 내측에서 왕복 직선운동하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 리니어 모터의 운전주파수가 가변되더라도 가동부재를 운동방향으로 안정적으로 탄성 지지할 수 있는 리니어 압축기의 스프링 지지구조에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
최근에는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되 는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기 중에서, 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 구동모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단한 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
구체적으로, 상기 리니어 압축기는 밀폐용기 내부에 실린더가 고정되도록 설치되고, 상기 실린더 내부에 피스톤이 왕복 직선운동 가능하게 설치되며, 상기 피스톤이 상기 실린더 내부에서 왕복 직선 운동 함에 따라 상기 실린더 내부의 압축공간으로 냉매를 유입되도록 하여 압축시킨 다음, 토출시키도록 구성되며, 상기 압축공간에는 흡입밸브 어셈블리 및 토출밸브 어셈블리가 설치되어 상기 압축공간 내부의 압력에 따라 냉매의 유입 및 토출을 조절한다.
또한, 상기 피스톤에 직선 운동력을 발생시키는 리니어 모터가 서로 연결되도록 설치되는데, 상기 리니어 모터는 상기 실린더 주변에 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층되도록 구성된 이너 스테이터 및 아웃터 스테이터가 소정의 간극을 두고 설치되되, 상기 이너 스테이터 또는 아웃터 스테이터 내측에는 코일이 감겨지도록 설치되며, 상기 이너 스테이터와 아웃터 스테이터 사이의 간극에는 영구자석이 상기 피스톤과 연결되도록 설치된다.
이때, 상기 영구자석은 상기 피스톤의 운동방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 코일에 전류가 흐름에 따라 발생되는 전자기력에 의해 상기 피스톤의 운동방향으로 왕복 직선 운동하게 되는데, 보통 상기 리니어 모터는 일정한 운전주파 수(fc)로 작동될 뿐 아니라 상기 피스톤이 소정의 스트로크(S)로 왕복 직선 운동하도록 한다.
한편, 상기 피스톤은 상기 리니어 모터에 의해 왕복 직선 운동하더라도 운동방향으로 탄성 지지될 수 있도록 각종 스프링이 설치되는데, 구체적으로 기계 스프링의 일종인 코일 스프링이 상기 피스톤의 운동방향으로 상기 밀폐용기 및 실린더에 탄성 지지되도록 설치되며, 상기 압축공간으로 흡입된 냉매 역시 가스 스프링으로 작용하게 된다.
이때, 상기 코일 스프링은 일정한 기계 스프링 상수(Km)를 가지고, 상기 가스 스프링은 부하에 따라 가변되는 가스 스프링 상수(Kg)를 가지며, 상기 기계 스프링 상수(Km) 및 가스 스프링 상수(Kg)를 고려하여 하기의 수학식 1에 따라 피스톤(리니어 압축기)의 고유주파수(fn)가 산출된다.
[수학식 1]
Figure 112004039197243-PAT00001
이와 같이 산출된 피스톤의 고유주파수(fn)는 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)를 결정하게 되는데, 상기 리니어 모터는 운전주파수(fc)를 상기 피스톤의 고유주파수(fn)와 일치되도록 하여 상기 공진 상태에서 운전시킴으로 효율을 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로크 및 효율이 도시된 그래프이고, 도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조가 도시된 측단면도이다.
상기와 같이 구성된 리니어 압축기는 상기 리니어 모터가 설계 상에서 고려한 부하 하에서 상기 코일 스프링의 기계 스프링 상수(Km) 및 가스 스프링의 가스 스프링 상수(Kg)에 의해 산출되는 피스톤의 고유주파수(fn)에 일치하는 운전주파수(fc)로 운전되도록 구성되기 때문에 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 단지 설계 상에서 고려한 중간부하 영역에서만 상기 리니어 모터가 공진상태에서 운전됨으로 상기 피스톤이 상사점까지 도달하면서 압축작용이 이루어지는 동시에 압축효율을 높일 수 있다.
그런데, 상기와 같은 리니어 압축기는 실제 부하가 가변됨에 따라 상기 가스 스프링의 가스 스프링 상수(Kg) 및 이를 고려하여 산출된 피스톤의 고유주파수(fn)가 변경되기 때문에 설계 상에서 고려하지 않은 저부하 영역 및 고부하 영역에서는 상기 리니어 모터가 공진상태에서 운전되지 않으므로 상기 피스톤이 상사점 이상으로 도달하여 마찰 및 마모가 발생되거나, 상기 피스톤이 상사점에 도달하지 못하여 압축력이 떨어지고, 압축효율 역시 떨어진다.
결과적으로, 종래의 리니어 압축기는 부하가 가변됨에 따라 피스톤의 고유주파수(fn)가 가변되는 반면, 리니어 모터의 운전주파수(fc)는 일정하기 때문에 상기 리니어 모터가 공진 상태에서 운전되지 않으므로 그 효율이 떨어지고, 능동적으로 부하에 대응하지 못하여 신속하게 부하를 해소할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 부하에 비례하여 입력전류를 조절하여 상기 리니어 모터의 운전주파수(fc)를 가변시키는데, 특히 도 2에 도시된 바와 같이 피스톤(56)이 운동방향으로 동일한 기계 스프링 상수(Km)를 가진 코일 스프링(58a,58b)에 의해 지지되도록 설치되고, 상기 실린더(54) 내부의 압축공간(P)에 포함된 냉매 역시 가스 스프링 상수(Kg)를 가진 가스 스프링으로 작용하기 때문에 상기 피스톤(56) 양측에서 동일한 탄성력으로 지지되지만, 부하가 증가할수록 상기 가스 스프링의 탄성력이 커져 상기 피스톤(56)이 상기 가스 스프링의 반대방향으로 밀리게 된다.
따라서, 부하가 증가함에 따라 상기 피스톤(56)이 일방향으로 밀린 불안전하게 탄성 지지된 상태에서 상기 리니어 모터가 운전주파수(fc)를 가변시키기 때문에 상기 피스톤(56)이 불안전하게 운전되거나, 탈락할 수 있어 작동의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부하에 따라 리니어 모터의 운전주파수가 가변되더라도 피스톤을 안정적으로 탄성 지지하여 작동 신뢰성을 높일 수 있는 리니어 압축기의 스프링 지지구조를 제공하 는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조는 압축공간이 내부에 형성된 고정부재와, 상기 가동부재 내측에 축방향으로 왕복 직선 이동되면서 흡입된 냉매를 압축시키는 가동부재와, 상기 가동부재와 연결되어 상기 가동부재를 왕복 직선 운동하도록 구동시키는 리니어 모터와, 상기 가동부재가 왕복 직선 운동함에 따라 압축 및 복원을 교대로 반복하도록 상기 가동부재를 운동방향으로 탄성 지지하는 서로 다른 스프링 상수를 가진 적어도 하나 이상의 제1,2기계 스프링으로 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기가 도시된 측단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 부하에 따른 스트로크 및 효율이 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 도 3에 도시된 바와 같이 밀폐용기(2) 일측에 냉매가 유,출입되는 유입관(2a) 및 유출관(2b)이 설치되고, 상기 밀폐용기(2) 내측에 실린더(4)가 고정되도록 설치되며, 상기 실린더(4) 내부의 압축공간(P)으로 흡입된 냉매를 압축시킬 수 있도록 상기 실린더(4) 내부에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되고, 상기 압축공간(P)의 냉매 역시 부하에 따라 가변되 는 가스 스프링 상수(Kg)를 가진 가스 스프링으로 작용하는 동시에 상기 피스톤(6)의 운동방향으로 서로 다른 스프링 상수(Km1,Km2)를 가진 제1,2기계 스프링(8a,8b)이 탄성 지지하도록 설치되고, 상기 피스톤(6)은 직선 왕복 구동력을 발생시키는 리니어 모터(10)와 연결되도록 설치된다.
이때, 상기 리니어 모터(10)는 부하에 따라 피스톤의 고유주파수(fn)가 가변되더라도 소정의 주파수 추정 알고리즘에 따라 상기 피스톤의 고유주파수(fn)를 추정하고, 그에 따라 운전주파수(fc)를 동시화시키도록 제어함으로 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(6)이 상사점(TDC)까지 도달하면서 압축작용이 이루어질 뿐 아니라 모든 부하 영역에서 압축효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 압축공간(P)과 접하고 있는 상기 피스톤(6)의 일단에 흡입밸브(22)가 설치되고, 상기 압축공간(P)과 접하고 있는 상기 실린더(4)의 일단에 토출밸브 어셈블리(24)가 설치되며, 상기 흡입밸브(22) 및 토출밸브 어셈블리(24)는 각각 상기 압축공간(P) 내부의 압력에 따라 개폐되도록 자동적으로 조절된다.
여기서, 상기 밀폐용기(2)는 내부가 밀폐되도록 상,하부 쉘이 서로 결합되도록 설치되고, 일측에 냉매가 유입되는 유입관(2a) 및 냉매가 유출되는 유출관(2b)이 설치되며, 상기 실린더(4) 내측에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 운동방향으로 탄성 지지되도록 설치됨과 아울러 상기 실린더(4) 외측에 상기 리니어 모터(10)가 프레임(18)에 의해 서로 조립되어 조립체를 구성하고, 이러한 조립 체가 상기 밀폐용기(2) 내측 바닥면에 지지스프링(29)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다.
아울러, 상기 밀폐용기(2) 내부 바닥면에는 소정의 오일이 담겨지고, 상기 조립체 하단에는 오일을 펌핑하는 오일공급장치(30)가 설치됨과 아울러 상기 조립체 하측 프레임(18) 내부에는 오일을 상기 피스톤(6)과 실린더(4) 사이로 공급될 수 있도록 오일공급관(18a)이 형성되며, 이에 따라 상기 오일공급장치(30)는 상기 피스톤(6)의 왕복 직선 운동함에 따라 발생되는 진동에 의해 작동되어 오일을 펌핑하고, 이러한 오일은 상기 오일공급관(18a)을 따라 상기 피스톤(6)과 실린더(4) 사이의 간극으로 공급되어 냉각 및 윤활 작용을 하도록 한다.
다음, 상기 실린더(4)는 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동할 수 있도록 중공 형상으로 형성됨과 아울러 일측에 압축공간(P)이 형성되고, 상기 유입관(2a) 내측에 일단이 근접하게 위치된 상태에서 상기 유입관(2a)과 동일 직선상에 설치되는 것이 바람직하다.
물론, 상기 실린더(4)는 상기 유입관(2a)과 근접한 일단 내부에 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동 가능하게 설치되고, 상기 유입관(2a)과 반대방향 측 일단에 상기 토출밸브 어셈블리(24)가 설치된다.
이때, 상기 토출밸브 어셈블리(24)는 상기 실린더(4)의 일단 측에 소정의 토출공간을 형성하도록 설치되는 토출커버(24a)와, 상기 실린더의 압축공간(P) 측 일단을 개폐하도록 설치되는 토출밸브(24b)와, 상기 토출커버(24a)와 토출밸브(24b) 사이에 축방향으로 탄성력을 부여하는 일종의 코일 스프링인 밸브 스프링(24c)으로 이루어지되, 상기 실린더(4)의 일단 내둘레에 오링(R)이 끼움되도록 설치되어 상기 토출밸브(24a)가 상기 실린더(4) 일단을 밀착되도록 한다.
아울러, 상기 토출커버(24a)의 일측과 상기 유출관(2b) 사이에는 굴곡지게 형성된 루프 파이프(28)가 연결 설치되는데, 상기 루프 파이프(28)는 압축된 냉매가 외부로 토출될 수 있도록 안내할 뿐 아니라 상기 실린더(4), 피스톤(6), 리니어 모터(10)의 상호 작용에 의한 진동이 상기 밀폐용기(2) 전체로 전달되는 것을 완충시켜 준다.
따라서, 상기 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따라 상기 압축공간(P)의 압력이 소정의 토출압력 이상이 되면, 상기 밸브 스프링(24c)이 압축되어 상기 토출밸브(24b)를 개방시키고, 냉매가 상기 압축공간(P)으로부터 토출된 다음, 상기 루프 파이프(28) 및 유출관(2b)을 따라 완전히 외부로 토출된다.
다음, 상기 피스톤(6)은 상기 유입관(2a)으로부터 유입된 냉매가 유동될 수 있도록 냉매유로(6a)가 중앙에 형성되고, 상기 실린더(4) 내부에 삽입되는 일단에 흡입밸브(22)가 설치되고, 그 반대측 일단에 형성된 피스톤 플랜지(6b)가 상기 리니어 모터(10)와 연결되어 왕복 직선 운동하게 된다.
이때, 상기 흡입밸브(22)는 박판 형상으로 중앙부분이 상기 피스톤의 냉매유로(6a)를 개폐시키도록 중앙부분이 일부 절개되도록 형성되고, 일측이 상기 피스톤(6a)의 일단에 스크류에 의해 고정되도록 설치된다.
따라서, 상기 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동함에 따 라 상기 압축공간(P)의 압력이 상기 토출압력보다 더 낮은 소정의 흡입압력 이하가 되면, 상기 흡입밸브(22)가 개방되어 냉매가 상기 압축공간(P)으로 흡입되고, 상기 압축공간(P)의 압력이 소정의 흡입압력 이상이 되면, 상기 흡입밸브(22)가 닫힌 상태에서 상기 압축공간(P)의 냉매가 압축된다.
다음, 상기 리니어 모터(10)는 복수개의 라미네이션(12a)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 상기 프레임(18)에 의해 상기 실린더(4) 외측에 고정되도록 설치되는 이너 스테이터(12)와, 코일이 감겨지도록 구성된 코일 권선체(14a) 주변에 복수개의 라미네이션(14b)이 원주방향으로 적층되도록 구성되어 상기 프레임(18)에 의해 상기 실린더(4) 외측에 상기 이너 스테이터(12)와 소정의 간극을 두고 설치되는 아웃터 스테이터(14)와, 상기 이너 스테이터(12)와 아웃터 스테이터(14) 사이의 간극에 위치되어 상기 피스톤(6)과 연결부재(17)에 의해 연결되도록 설치되는 영구자석(16)으로 이루어지되, 상기 코일 권선체(14a)는 상기 이너 스테이터(12) 외측에 고정되도록 설치될 수도 있다.
상기와 같은 리니어 모터(10)에서 상기 코일 권선체(14a)에 전류가 인가됨에 따라 전자기력이 발생되고, 이와 같은 전자기력과 상기 영구자석(16)의 상호작용에 의해 상기 영구자석(16)이 왕복 직선 운동하게 되고, 상기 영구자석(16)과 연결된 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 내부에서 왕복 직선 운동하게 된다.
물론, 상기 리니어 모터(10)는 그 운전주파수(fc)를 소정의 주파수 추정 알고리즘에 의해 추정된 피스톤의 고유주파수(fn)와 일치하도록 조절하여 공진운전이 이루어지도록 한다.
상기와 같이 리니어 모터의 운전주파수(fc)가 가변되면서 상기 피스톤(6)을 왕복 직선 운동시키더라도 상기 피스톤(6)이 상기 실린더(4) 등과 같은 주변 부품에 부딪히지 않고 운동방향으로 안정적으로 탄성 지지되는데, 구체적으로 상기 압축공간(P)의 냉매가 가스 스프링으로 작용하여 상기 피스톤(6)에 일방향으로 탄성력을 부여하는 동시에 상기 피스톤 플랜지(6b) 양측에 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)이 설치되어 상기 피스톤(6)에 양방향으로 탄성력을 부여한다.
여기서, 상기 가스 스프링은 부하에 의존하는 가변되는 가스 스프링 상수(Kg)를 가지되, 상기 압축공간(P)에 포함된 가스는 주변온도가 높아질수록 냉매의 압력이 커짐에 따라 자체 탄성력이 커짐으로 상기 가스 스프링은 부하가 커질수록 가스 스프링 상수(Kg)가 커지게 된다.
반면, 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 상기 피스톤 플랜지(6b)를 기준으로 양측에 탄성 지지되도록 설치되는데, 상기 피스톤(6)이 상기 압축공간(P)의 냉매를 압축시키는 방향으로 이동되면, 상기 제1기계 스프링(8a)이 복원되는 동시에 상기 제2기계 스프링(8b)이 압축되도록 설치되고, 상기 피스톤(6)이 왕복 직선 운동함에 따라 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)이 압축 및 복원을 교대로 반복하게 된다.
일예로, 상기 제1기계 스프링(8a)은 상기 피스톤 플랜지(6a)의 일측과 상기 리니어 모터(10)에 고정되는 소정의 지지프레임(26) 사이에 설치되고, 상기 제2기계 스프링(8b)은 상기 피스톤 플랜지(6b)의 타측과 상기 실린더(4) 사이에 설치되 며, 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 상기 피스톤(6)의 운동방향으로 주변 구성부품에 다양하게 탄성 지지되도록 설치될 수 있다.
이때, 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 상기 피스톤(6)의 운동방향으로 탄성 지지할 수 있는 다양한 종류의 스프링이 적용될 수 있지만, 일종의 코일 스프링이 적용되는 것이 바람직하며, 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 각각 하나씩만 설치될 수도 있지만, 상기 피스톤(6)을 양측 방향에서 안정적으로 지지할 수 있도록 상기 피스톤(6)의 원주방향으로 각각 네 개씩 설치될 수도 있다.
물론, 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 상기 피스톤(6)을 안정적으로 지지할 수 있도록 상기 피스톤(6)의 운동방향으로 동일한 직선 상에 설치되는 것이 더욱 바람직하다.
특히, 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 서로 다른 기계 스프링 상수(Km1,Km2)를 가지도록 구성되되, 상기 제1기계 스프링의 스프링 상수(Km1)가 상기 가스 스프링과 같이 동일한 방향으로 탄성력을 부여하는 상기 제2기계 스프링의 스프링 상수(Km2)보다 더 크도록 구성되는 것이 바람직하며, 상기 제1,2기계 스프링의 스프링 상수(Km1,Km2)는 상기 리니어 모터(10)가 30 ~ 55 Hz 와 같이 저주파수 영역으로 운전시 상기 피스톤(6)이 상사점(TDC)까지 도달하면서 가장 안정적 운전될 수 있도록 설정되는 것이 더욱 바람직하다.
[수학식 2]
Figure 112004039197243-PAT00002
보통, 코일 스프링의 스프링 상수(K)는 상기의 수학식2에 의하여 산출되는데, G 는 재료의 탄성계수이고, d는 재료의 굵기(선경)이며, Na 는 재료의 유효권수이고, D 는 코일 스프링의 중심경이며, 상기와 같은 변수를 가변시켜 다양한 스프링 상수를 가진 스프링을 적용할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조의 제1,2,3실시예가 각각 도시된 측단면도이다.
일예로, 제1실시예에 적용된 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 도 5에 도시된 바와 같이 동일한 유효권수(Na) 및 중심경(D)을 가지도록 동일한 재료로 제작되되, 상기 제1기계 스프링의 선경(d1)이 상기 제2기계 스프링의 선경(d2)보다 더 굵게 제작된 것을 사용하여 상기 제1기계 스프링의 스프링 상수(Km1)가 상기 제2기계 스프링의 스프링 상수(Km2)보다 더 크도록 구성한다.
또한, 제2실시예에 적용된 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 도 6에 도시된 바와 같이 동일한 선경(d) 및 중심경(D)을 가지도록 동일한 재료로 제작되되, 상기 제1기계 스프링의 유효권수(Na1)가 상기 제2기계 스프링의 유효권수(Na2)보다 더 작게 제작된 것을 사용하여 상기 제1기계 스프링의 스프링 상수(Km1)가 상기 제2기계 스프링의 스프링 상수(Km2)보다 더 크도록 구성한다.
또한, 제3실시예에 적용된 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 도 7에 도시된 바와 같이 동일한 유효권수(Na) 및 선경(d)을 가지도록 동일한 재료로 제작되되, 상기 제1기계 스프링의 중심경(D1)이 상기 제2기계 스프링의 중심경(D2)보다 더 작게 제작된 것을 사용하여 상기 제1기계 스프링의 스프링 상수(Km1)가 상기 제2기계 스프링의 스프링 상수(Km2)보다 더 크도록 구성한다.
물론, 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)은 동일한 유효권수(Na) 및 선경(d)과 중심경(D)을 가지도록 제작되더라도 서로 다른 재료로 제작하여 서로 다른 스프링 상수(Km1,Km2)를 가지도록 다양하게 구성할 수 있다.
이와 같이 구성된 리니어 압축기는 상기 제1기계 스프링의 스프링 상수(Km1)가 상기 가스 스프링과 동일한 방향으로 탄성력을 부여하는 상기 제2기계 스프링의 스프링 상수(Km2)보다 더 크게 구성되기 때문에 상기 제1기계 스프링(8a)이 상기 피스톤(6)의 일방향으로 부여하는 탄성력과 상기 제2기계 스프링(8b) 및 가스 스프링이 상기 피스톤(6)의 반대방향으로 부여하는 탄성력이 균형을 이루어 상기 피스톤(6)을 안정적으로 지지할 수 있다.
또한, 부하가 증가함에 따라 가스 스프링 상수(Kg) 및 피스톤의 고유주파수(fn)가 커지게 되고, 이에 따라 리니어 모터의 운전주파수(fc)가 주파수 추정 알고리즘에 따라 추정된 피스톤의 고유주파수(fn)와 동기화되도록 운전되더라도 상기 제1기계 스프링의 탄성력이 상기 제2기계 스프링(8b) 및 가스 스프링의 탄성력에 비 해 더 작아져 상기 피스톤(6)이 상기 제1기계 스프링(8a) 측으로 더 많이 밀리게 되는데, 이로 인하여 상기 피스톤(6)에 힘이 가해지더라도 상기 제1,2기계 스프링(8a,8b)에 의해 단계적으로 완충 지지할 수 있으므로 상기 피스톤(6)을 보다 안정적으로 지지할 수 있을 뿐 아니라 상기 피스톤의 스트로크(S)가 상기 상사점(TDC)으로부터 더 길어지게 되어 압축용량도 늘릴 수 있다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 무빙 마그네트 타입의 리니어 모터가 작동되고, 이와 연결된 피스톤이 실린더 내부에서 왕복 직선 이동되면서 냉매를 흡입, 압축, 토출시키는 리니어 압축기를 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 스프링 지지구조는 피스톤이 압축공간의 냉매이 가스 스프링으로 작용하여 일방향으로 탄성 지지되는 동시에 피스톤의 운동방향으로 서로 다른 기계 스프링 상수를 가진 제1,2기계 스프링에 의해 탄성 지지되기 때문에 리니어 모터의 운전주파수가 일정한 상태에서 피스톤의 양방향에서 작용하는 탄성력이 동일하여 안정적으로 지지할 수 있고, 리니어 모터의 운전주파수가 가변되더라도 피스톤의 양방향에서 작용하는 탄성력이 서 로 다르더라도 단계적으로 제1,2기계 스프링에 의해 완충됨으로 보다 안정적으로 지지할 수 있어 작동의 신뢰성을 높일 수 있으며, 나아가 부하에 따라 리니어 모터의 운전주파수가 가변되더라도 피스톤이 상사점까지 도달하면서 부하에 비례하여 스트로크가 가변됨으로 부하에 능동적으로 대처할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 압축공간이 내부에 형성된 고정부재와,
    상기 가동부재 내측에 축방향으로 왕복 직선 이동되면서 흡입된 냉매를 압축시키는 가동부재와,
    상기 가동부재와 연결되어 상기 가동부재를 왕복 직선 운동하도록 구동시키는 리니어 모터와,
    상기 가동부재가 왕복 직선 운동함에 따라 압축 및 복원을 교대로 반복하도록 상기 가동부재를 운동방향으로 탄성 지지하는 서로 다른 스프링 상수를 가진 적어도 하나 이상의 제1,2기계 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 지지구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1,2기계 스프링은 상기 가동부재가 상기 압축공간의 냉매를 압축시키는 방향으로 이동되는 동안 상기 제1기계 스프링이 복원되는 동시에 상기 제2기계 스프링이 압축될 수 있도록 상기 가동부재의 운동방향 양측에 지지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 지지구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1기계 스프링은 상기 제2기계 스프링보다 더 큰 스프링 상수를 가진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 지지구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1,2기계 스프링은 상기 가동부재의 운동방향으로 일직선 상에 설치되는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 스프링 지지구조.
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