KR20060040341A - 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 대칭되게 형성된 복수개의 압축부를 하나의 압축부가 교대로 압축시키므로, 하나의 구동부로 복수배의 용량을 얻을 수 있고, 복수개의 압축부가 대칭 운동을 하므로 전체 진동이 저감되는 이점이 있다.
리니어 압축기, 압축부, 구동부, 피스톤, 실린더, 토출 밸브 어셈블리, 흡입 밸브, 가동자, 고정자, 스프링

Description

대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기{Linear compressor having symmetrical compressing part}
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 내부 구성이 도시된 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 피스톤의 스트로크에 따른 압축실의 압력 및 에어 스프링 계수가 도시된 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기 일실시예의 내부 구성이 도시된 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 전방측 압축부가 압축중일 때의 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 후방측 압축부가 압축중일 때의 단면도,
도 6은 도 3에 도시된 피스톤의 스트로크에 따른 압축실의 압력 및 에어 스프링 계수가 도시된 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50: 전방측 압축부 52: 전방측 실린더
54: 유체 흡입 유로 56: 전방측 피스톤
57: 흡입 포트 58: 전방측 토출 밸브 어셈블리
60: 전방측 흡입 밸브 64: 전방측 실린더 블록
70: 후방측 압축부 72: 후방측 실린더
74: 유체 흡입 유로 76: 후방측 피스톤
77: 흡입 포트 78: 후방측 토출 밸브 어셈블리
80: 후방측 흡입 밸브 84: 후방측 실린더 블록
100: 쉘 101: 하부 쉘
102: 상부 쉘 103: 흡입 파이프
104,105: 토출 파이프 110: 구동부
112: 가동자 113: 마그네트
114; 마그네트 프레임 115: 마그네트 장착부
117: 전방측 피스톤 연결부 118; 후방측 피스톤 연결부
121: 전방측 유체 흡입구 122: 후방측 유체 흡입구
123: 베리어부 124: 고정자
125: 코일 126: 보빈
127: 스테이터 코어
본 발명은 냉매 가스 등의 유체를 압축시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 복수개의 압축부를 하나의 리니어 모터부가 압축시키는 리니어 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 리니어 압축기는 리니어 모터의 직선 구동력을 이용하여 실린더 내부에서 피스톤을 직선 왕복 운동시키면서 유체를 흡입하고 압축하여 토출한다.
상기한 리니어 압축기는 리니어 모터에서 발생되어 스프링에 저장된 탄성 에너지와 피스톤측의 관성 에너지를 이용하고, 상기 리니어 모터로 입력되는 전원의 가진 주파수와 상기 피스톤측이 공진을 이룰 때 압축 효율이 가장 높게 된다.
도 1은 종래 기술의 리니어 압축기가 도시된 종단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 피스톤의 스트로크에 따른 압축실의 압력 및 에어 스프링 계수가 도시된 P-V선도이다.
종래 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이 쉘(10)의 내부에, 실린더(13)가 구비된 실린더 블록(12)과 유체 흡입 파이프(16)가 구비된 백 커버(15)가 구비되고, 상기 실린더 블록(12)과 백 커버(15)는 제 1 댐퍼(17)와 제 2 댐퍼(18)를 통해 쉘(10) 내에 완충 가능하게 지지된다.
상기 실린더 블록(12)과 백 커버(15)의 사이에는 유체를 압축하기 위해 구동력을 발생시키는 리니어 모터(20)가 배치된다. 상기 리니어 모터(20)에는 상기 실린더(13) 내부에서 직선 왕복 운동하면서 실린더(13) 내부로 흡입된 유체를 압축하는 피스톤(30)이 연결된다.
상기 리니어 모터(20)는 적층체로 이루어지는 아우터 코어(21)와, 적층체로 이루어져 상기 아우터 코어(21)와 일정한 공극을 갖도록 배치되는 이너 코어(22)와, 상기 아우터 코어(21)에 장착되어 자장을 형성하는 코일(23)와, 상기 아우터 코어(21)와 이너 코어(22)의 사이에 위치되어 상기 코일(23) 주변에 형성된 자기력 에 의해 직선 이동되는 마그네트(25)와, 상기 마그네트(25)와 피스톤(30)이 고정되어 상기 피스톤(30)에 직선 운동력을 전달하는 마그네트 프레임(27)으로 이루어진다.
상기 피스톤(30)은 뒷부분에 상기 마그네트 프레임(27)에 고정되는 플랜지부(32)가 형성되고, 상기 플랜지부(32)와 실린더 블록(12) 사이에 배치된 제 1 스프링(28)과, 상기 플랜지부(32)와 백 커버(15) 사이에 배치된 제 2 스프링(29)에 의해 지지된다.
상기 피스톤(30)은 내부에 유체가 유입되는 흡입 유로(33)를 형성하며, 전면은 막힌 구조로 이루어져 이 막힌 부분에 복수개의 흡입 포트(34)가 형성된다.
상기 피스톤(30)의 전면에는 상기 흡입 포트(34)를 개폐하는 흡입밸브(35)가 구비되는 바, 상기 흡입밸브(35)는 상기 피스톤(30)에 볼트로 고정된 밸브판(36)이 양측의 압력차에 따라 탄성적으로 휘면서 상기 흡입 포트(34)를 개폐하는 구조로 이루어진다.
토출부(40)는 상기 실린더(13)의 압축실(C) 전방에서 실린더 블록(12)에 고정되고 일측에 유체 토출홀이 형성된 내측 토출 커버(41)와, 상기 내측 토출 커버(41)에 스프링(43)으로 지지되어 상기 실린더(13)의 압축실(C)을 개폐하는 밸브체(45)와, 상기 내측 토출 커버(41)의 외측에 일정한 공간을 형성토록 배치된 외측 토출 커버(47)로 구성된다.
한편, 도 1에서 참조 부호 1 은 상기 밀폐용기(10)에 관통되게 연결되어 외부에서 유체가 흡입되는 흡입 연결 파이프이고, 참조 부호 2는 상기 토출부(40)의 외측 토출 커버(47)에 연결되어 토출부(40)를 통과한 유체가 토출되는 토출 파이프이며, 참조 부호 4는 상기 토출 파이프(4)에 일단이 연결된 루프 파이프이며, 참조 부호 6은 상기 루프 파이프(4)에 일단이 연결되고 상기 밀폐용기(10)를 관통하여 외부로 연장된 토출 연결 파이프이다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 리니어 압축기의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 리니어 모터(20)가 작동됨에 따라 마그네트(25)가 상기 코일(23) 주변의 자기장과 상호 작용으로 직선 왕복 운동하게 되고, 이 운동력은 마그네트 프레임(27)을 통해 피스톤(30)과 제 1 스프링(28) 및 제 2 스프링(29)으로 전달되며, 상기 피스톤(30)은 상기 제 1 스프링(28) 및 제 2 스프링(29)과의 공진으로 상기 토출부(40)의 밸브체(45)와 백 커버(15) 사이를 연속적으로 직선 왕복 운동하게 된다.
상기 피스톤(30)이 상기 토출부(40) 방향으로 전진되면, 상기 흡입밸브(35)는 상기 흡입 포트(34)와 압축실(C)의 압력차에 의해 닫히게 되고, 상기 압축실(C) 내부에 있던 유체는 압축된 후 토출부(40)를 통해 토출되며, 상기 백 커버(15) 외측의 유체는 상기 백 커버(15)의 유체 흡입 파이프(16)를 통해 흡입된다.
반대로, 상기 피스톤(30)이 후진하게 되면, 상기 흡입밸브(35)는 상기 흡입 포트(34)와 압축실(C) 사이의 압력차에 의해 열리게 되고, 이때 상기 피스톤(30)의 흡입 유로(33) 상에 유체는 흡입 포트(34)를 통해 압축실(C) 내부로 유입된다. 이후 피스톤(30)이 전진하게 되면 상기한 바와 같이 압축실(C) 내의 유체가 압축된 후 토출되는 과정을 반복하게 된다.
그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기는 하나의 리니어 모터(20)가 하나의 압축실(C)을 압축하므로, 압축 용량 향상에 한계가 따르는 문제점이 있다.
또한, 상기 피스톤(40)의 직선 왕복에 따라 상기 압축실(C)의 부피 및 압력이 변화되고, 이것은 에어 스프링으로 작용하게 되는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압축실(C) 내의 에어 스프링은 비선형적인 특성을 가지므로, 상기 피스톤(30)의 왕복 운동시 비대칭성으로 인해 진동이 증대되게 되는 문제점이 있고, 상기 제 1 스프링(28) 및 제 2 스프링(29)의 설계시 상기 압축실(C)의 에어 스프링 비선형성을 고려하여야 하므로, 상기 제 1 스프링(28) 및 제 2 스프링(29)의 설계가 쉽지 않은 문제점이 있다.
한편, 최근에는 상기 리니어 압축기를 대형화하기 위해 실린더(13), 피스톤(30), 흡입 포트(32), 흡입 밸브(35) 등을 크게 하는 추세이나, 상기 흡입 포트(32) 및 흡입 밸브(35)를 크게 하면, 흡입 밸브(35)의 일부가 함몰되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 압축부가 대칭적으로 배치되어 하나의 모터부로 대용량을 얻을 수 있고, 진동이 최소화된 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 에어 스프링의 비선형성을 고려하지 않아도 되므로 보다 고효율의 스프링을 설계할 수 있는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 대칭되게 형성된 복수개의 압축부와; 상기 복수개의 압축부를 교대로 압축시키는 하나의 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 대칭되게 설치된 복수개의 실린더와; 상기 실린더의 각각으로 직선 왕복되게 배치되고 유체 흡입 유로가 각각 형성된 복수개의 피스톤과; 상기 피스톤 각각과의 사이에 압축실을 형성하고 상기 압축실에서 압축된 유체가 토출되도록 하는 복수개의 토출 밸브 어셈블리와; 상기 피스톤 각각의 유체 흡입 유로를 개폐하는 복수개의 흡입 밸브와; 상기 복수개의 피스톤을 일체로 직선 왕복시키도록 상기 복수개의 피스톤에 연결된 가동자와; 상기 가동자를 가동시키도록 설치된 고정자와; 상기 가동자와 복수개의 피스톤 중 적어도 일측을 탄지하도록 설치된 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 실린더는 전방측 실린더와, 상기 전방측 실린더의 후방에 상기 전방측 실린더와 이격되게 배치된 후방측 실린더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 전방측 실린더는 쉘에 진동 가능하게 지지된 전방측 실린더 블록에 설치되고, 상기 후방측 실린더는 쉘에 진동 가능하게 지지된 후방측 실린더 블록에 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 피스톤은 상기 전방측 실린더로 직선 왕복될 수 있도록 배치된 전방측 피스톤와, 상기 후방측 실린더로 직선 왕복될 수 있도록 배치된 후방측 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 스프링은 상기 전방측 피스톤을 탄지하도록 설치된 전방측 스프링과, 상기 후방측 피스톤을 탄지하도록 설치된 후방측 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 고정자는 전류의 인가시 자기장이 형성되는 코일을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 가동자는 상기 고정자와의 사이에 형성된 전자기력에 의해 직선 왕복되는 마그네트와, 상기 마그네트가 장착되고 상기 복수개의 피스톤의 각각에 연결된 마그네트 프레임를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 마그네트 프레임은 외주면에 상기 마그네트가 장착되는 마그네트 장착부와, 상기 마그네트 장착부에서 절곡되어 상기 피스톤에 연결되는 피스톤 연결부로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 피스톤 연결부에는 유체가 상기 마그네트 프레임의 내측으로 흡입되어 상기 피스톤의 유체 흡입 유로로 흡입될 수 있도록 유체 흡입구가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 마그네트 프레임에는 상기 피스톤 각각의 유체 흡입 유로측의 유체가 서로 역류하지 않도록 베리어부가 형성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기 일실시예의 내부 구성이 도시된 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 전방측 압축부가 압축중일 때의 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 후방측 압축부가 압축중일 때의 단면도이다.
본 일실시예에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 대칭되게 형성된 복수개의 압축부(50,70)를 하나의 구동부(110)가 교대로 압축시킨다.
상기 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 상기 복수개의 압축부(50,70)와 구동부(110)가 쉘(100)의 내부에 설치된다.
상기 쉘(100)은 상부가 개방된 하부 쉘(101)과, 상기 하부 쉘(101)의 상측을 덮도록 장착되는 상부 쉘(102)로 이루어져, 상기 하부 쉘(101)과 상부 쉘(102)의 사이에 밀폐 공간이 형성되고, 유체가 흡입되는 흡입 파이프(103)가 관통되게 배치되고, 상기 복수개의 압축부(50,70) 각각에서 압축된 유체가 토출되는 복수개의 토출 파이프(104)(105)가 관통되게 배치된다.
상기 복수개의 토출 파이프(104)(105)는 상기 쉘(100)의 내측 또는 외측에서 합지된다.
상기 복수개의 압축부(50,70)는 대칭되게 설치된 복수개의 실린더(52)(72) 와; 상기 실린더(52)(72)의 각각으로 직선 왕복되게 배치되고 유체 흡입 유로(54)(74)가 각각 형성된 복수개의 피스톤(56)(76)과; 상기 피스톤(56)(76) 각각과의 사이에 압축실(C1)(C2)을 형성하고 상기 압축실(C1)(C2)에서 압축된 유체가 토출되도록 하는 복수개의 토출 밸브 어셈블리(58)(78)와; 상기 피스톤(56)(76) 각각의 유체 흡입 유로(54)(74)를 개폐하는 복수개의 흡입 밸브(60)(80)를 포함하여 구성된다.
상기 복수개의 압축부(50)(70)는 그 개수가 한정되지 않으나 이하, 전후방향으로 대칭되게 설치된 전방측 압축부(50)와 후방측 압축부(70)로 구성된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수개의 실린더(52)(72)는 전방측 실린더(52)와, 상기 전방측 실린더(52)의 후방에 상기 전방측 실린더(72)와 이격되게 배치된 후방측 실린더(72)를 포함하여 구성된다.
상기 전방측 실린더(52)는 상기 쉘(100)에 전방측 댐퍼(62)로 진동 가능하게 지지된 전방측 실린더 블록(64)에 설치된다.
상기 후방측 실린더(72)는 상기 쉘(100)에 후방측 댐퍼(82)로 진동 가능하게 지지된 후방측 실린더 블록(84)에 설치된다.
상기 복수개의 피스톤(56)(76)은 상기 전방측 실린더(52)로 직선 왕복될 수 있도록 배치된 전방측 피스톤(56)과, 상기 후방측 실린더(72)로 직선 왕복될 수 있도록 배치된 후방측 피스톤(76)을 포함하여 구성된다.
상기 전방측 피스톤(56)은 배면측에 상기 구동부(110)가 연결되는 플랜지(55)가 반경방향으로 돌출 형성된다.
상기 전방측 피스톤(56)은 전면이 막힘과 아울러 이 막힌 부분에 상기 유체 흡입 유로(54)보다 협소한 복수개의 흡입 포트(57)가 형성된다.
상기 후방측 피스톤(76)은 전면측에 상기 구동부(110)가 연결되는 플랜지(75)가 반경방향으로 돌출 형성된다.
상기 후방측 피스톤(76)은 배면이 막힘과 아울러 이 막힌 부분에 상기 유체 흡입 유로(74)보다 협소한 복수개의 흡입 포트(77)가 형성된다.
상기 복수개의 토출 밸브 어셈블리(58)(78)는 상기 전방측 실린더(52)의 전방측에 설치된 전방측 토출 밸브 어셈블리(58)와, 상기 후방측 실린더(72)의 후방측에 설치된 후방측 토출 밸브 어셈블리(78)를 포함하여 구성된다.
상기 전방측 토출 밸브 어셈블리(58)는 상기 전방측 실린더(52)의 압축실(C1) 전방에서 전방측 실린더 블록(64)에 고정되고 일측에 유체 토출홀(58a)이 형성된 전방측 내측 토출 커버(58b)와, 상기 전방측 내측 토출 커버(58b)에 스프링(58c)으로 탄지되어 상기 전방측 실린더(52)의 압축실(C1)을 개폐하는 전방측 밸브체(58d)와, 상기 전방측 내측 토출 커버(58d)의 외측에 일정한 공간을 형성토록 배치된 전방측 외측 토출 커버(58e)와, 상기 전방측 외측 토출 커버(58e)에 설치되어 상기 복수개의 토출 파이프(104,105) 중 어느 하나(104)가 연결되는 전방측 연결 파이프(58f)를 포함하여 구성되어, 상기 전방측 실린더(52)의 압축실(C1)이 소정 압력 이상으로 압축되면, 상기 전방측 밸브(58d)가 고압에 의해 전방으로 밀리게 되어 상기 압축실(C1)이 개방되고, 상기 전방측 실린더(52)의 압축실(C1)이 소정 압력 미만이면, 상기 스프링(58c)이 상기 전방측 밸브(58d)를 후방으로 가압하여 상기 전방측 밸브(58d)가 상기 압축실(C1)을 밀폐한다.
상기 후방측 토출 밸브 어셈블리(78)는 상기 후방측 실린더(72)의 압축실(C2) 후방에서 후방측 실린더 블록(84)에 고정되고 일측에 유체 토출홀(78a)이 형성된 후방측 내측 토출 커버(78b)와, 상기 후방측 내측 토출 커버(78b)에 스프링(78c)으로 탄지되어 상기 후방측 실린더(72)의 압축실(C2)을 개폐하는 후방측 밸브체(78d)와, 상기 후방측 내측 토출 커버(78d)의 외측에 일정한 공간을 형성토록 배치된 후방측 외측 토출 커버(78e)와, 상기 후방측 외측 토출 커버(78e)에 설치되어 상기 복수개의 토출 파이프(104,105) 중 다른 하나(105)가 연결되는 후방측 연결 파이프(78f)를 포함하여 구성되어, 상기 후방측 실린더(72)의 압축실(C2)이 소정 압력 이상으로 압축되면, 상기 후방측 밸브(78d)가 고압에 의해 후방으로 밀리게 되어 상기 압축실(C2)이 개방되고, 상기 후방측 실린더(72)의 압축실(C2)이 소정 압력 미만이면, 상기 스프링(78c)이 상기 후방측 밸브(78d)를 전방으로 가압하여 상기 후방측 밸브(78d)가 상기 압축실(C2)을 밀폐 한다.
상기 복수개의 흡입 밸브(60)(80)는 상기 전방측 피스톤(56)의 전면에 설치된 전방측 흡입 밸브(60)와, 상기 후방측 피스톤(75)의 배면에 설치된 후방측 흡입 밸브(80)를 포함하여 구성된다.
상기 전방측 흡입 밸브(60)는 상기 전방측 피스톤(56)에 체결볼트로 고정되고 일부가 휠수 있도록 이루어진 탄성판으로서, 상기 전방측 피스톤(56)의 흡입 포트(57)와 상기 전방측 실린더(52)측 압축실(C1)의 압력차에 의해 일부가 탄성적으 로 휘면서 상기 전방측 피스톤(56)의 흡입 포트(57)를 개폐하는 구조로 이루어진다.
상기 후방측 흡입 밸브(80)는 상기 후방측 피스톤(76)에 체결볼트로 고정되고 일부가 휠수 있도록 이루어진 탄성판으로서, 상기 후방측 피스톤(76)의 흡입 포트(77)와 상기 후방측 실린더(72)측 압축실(C2)의 압력차에 의해 일부가 탄성적으로 휘면서 상기 후방측 피스톤(76)의 흡입 포트(77)를 개폐하는 구조로 이루어진다.
상기 구동부(110)는 상기 복수개의 피스톤(56)(76) 즉, 전방측 피스톤(56)과 후방측 피스톤(76)을 일체로 직선 왕복시키도록 상기 복수개의 피스톤(56)(76)에 연결된 가동자(112)와; 상기 가동자(112)를 가동시키도록 설치된 고정자(124)와; 상기 가동자(112)와 복수개의 피스톤(56)(76) 중 적어도 일측을 탄지하도록 설치된 스프링(130)(132)을 포함하여 구성된다.
상기 가동자(112)는 상기 고정자(116)와의 사이에 형성된 전자기력에 의해 직선 왕복되는 마그네트(113)와, 상기 마그네트(113)가 장착되고 상기 복수개의 실피스톤(56)(76)의 각각에 연결된 마그네트 프레임(114)을 포함하여 구성된다.
상기 마그네트 프레임(114)은 외주면에 상기 마그네트(113)가 장착되는 마그네트 장착부(115)와, 상기 마그네트 장착부(115)에서 절곡되어 상기 복수개의 피스톤(56)(76)에 연결되는 피스톤 연결부(117)(118)로 구성된다.
상기 마그네트 장착부(115)는 원통 형상으로 이루어지고, 외주면에 상기 마그네트(113)가 삽입되어 부착될 수 있도록 마그네트 삽입홈(116)이 형성된다.
상기 피스톤 연결부(117)(118)는 상기 마그네트 장착부(115)의 선단측에서 반경방향 내측으로 절곡되어 상기 전방측 피스톤(56)의 플랜지(55)에 볼트 등의 체결수단으로 연결되는 전방측 피스톤 연결부(117)와, 상기 마그네트 장착부(115)의 후단측에서 반경방향 내측으로 절곡되어 상기 후방측 피스톤(76)의 플랜지(75)에 볼트 등의 체결수단으로 연결되는 후방측 피스톤 연결부(118)로 구성된다.
상기 피스톤 연결부(117)(118)에는 유체가 상기 마그네트 프레임(114)의 내측으로 흡입되어 상기 복수개의 피스톤(56)(76)의 유체 흡입 유로(54)(74)로 흡입될 수 있도록 유체 흡입구(121)(122)가 형성된다.
상기 유체 흡입구(121)(122)는 전방측 피스톤 연결부(117)에 형성된 전방측 유체 흡입구(121)와, 상기 후방측 피스톤 연결부(118)에 형성된 후방측 유체 흡입구(122)를 포함하여 구성된다.
상기 마그네트 프레임(114)에는 상기 전방측 피스톤(56)의 유체 흡입 유로(54)측의 유체와 후방측 유체 흡입 유로(74)측의 유체가 서로 역류하지 않도록 베리어부(123)가 형성됨이 바람직하다.
상기 고정자(124)는 전류의 인가시 자기장이 형성되는 코일(125)과, 상기 코일(125)이 권선된 보빈(126)과, 상기 보빈(126)에 방사상으로 배치되고 적층체로 이루어진 스테이터 코어(127)를 포함하여 구성된다.
상기 스프링(130)(132)은 상기 전방측 피스톤(56)을 탄지하도록 설치된 전방측 스프링(132)과, 상기 후방측 피스톤(76)을 탄지하도록 설치된 후방측 스프링(134)을 포함하여 구성된다.
상기 전방측 스프링(132)은 상기 전방측 실린더 블록(64)과, 상기 전방측 피스톤 연결부(117)의 사이에 배치된다.
상기 후방측 스프링(134)은 상기 후방측 실린더 블록(84)과, 상기 후방측 피스톤 연결부(118)의 사이에 상기 전방측 스프링(132)과 대칭적으로 배치된다.
참조 부호 140은 상기 스테이터 코어(124)의 전면을 덮는 전방측 스테이터 커버이다.
참조 부호 142는 상기 스테이터 코어(124)의 배면을 덮는 후방측 스테이터 커버이다.
참조 부호 144는 상기 전방측 실린더 블록(64)와 상기 고정자(124)측을 연결하는 전방측 체결부재이다.
참조 부호 146은 상기 후방측 실린더 블록(84)와 상기 고정자(124)측을 연결하는 후방측 체결부재이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 코일(125)에 전압이 인가되면, 상기 코일(125)의 주변에는 자기장이 형성되고, 상기 마그네트(113)는 상기 자기장과의 상호 작용으로 직선 왕복 운동되며, 상기 마그네트(113)의 직선 왕복 운동은 상기 마그네트 프레임(114)을 통해 상기 전방측 피스톤(56)과 후방측 피스톤(76)으로 전달된다.
상기 전방측 피스톤(56)은 상기 전방측 실린더(52)로 직선 왕복되고, 상기 후방측 피스톤(76)은 상기 후방측 실린더(72)로 직선 왕복되며, 상기 쉘(100) 내측의 유체는 상기 전방측 실린더(52)측 압축실(C1)과 후방측 실린더(72)측 압축실(C2)로 교대로 흡입되면서 압축된 후 토출된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전방측 피스톤(56)의 전진시, 상기 전방측 실린더(52)의 압축실(C1)에 있던 유체는 상기 전방측 피스톤(56)에 의해 압축되고, 소정 압력 이상의 고압의 유체는 상기 전방측 토출 밸브(58d)를 전방으로 밀면서 상기 전방측 내측 토출 커버(58b)로 토출되며, 이후 상기 전방측 내측 토출 커버(58b)의 토출홀(58a)과, 상기 전방측 내측 토출 커버(58b)와 전방측 외측 토출 커버(58e)의 사이와, 상기 전방측 연결 파이프(58f)를 차례로 통과하고, 상기 복수개의 토출 파이프(104,105) 중 어느 하나(104)를 통과하여 토출된다.
상기 전방측 피스톤(56)의 전진시, 상기 후방측 피스톤(76)은 상기 전방측 피스톤(56)과 함께 전방으로 이동되고, 상기 후방측 흡입 밸브(80)는 상기 후방측 피스톤(76)의 유체 흡입 유로(74) 및 흡입 포트(77)의 압력과 상기 후방측 실린더(72)측 압축실(C2)의 압력차에 의해 개방되며, 상기 후방측 피스톤(76)의 유체 흡입 유로(74)에 있던 유체는 상기 후방측 피스톤(76)의 흡입 포트(77)를 통해 상기 후방측 실린더(72)측 압축실(C2)로 흡입된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전방측 피스톤(56)이 후퇴시, 상기 전방측 흡입 밸브(60)는 상기 전방측 피스톤(56)의 유체 흡입 유로(54) 및 흡입 포트(57)의 압력과 상기 전방측 실린더(52)측 압축실(C1)의 압력차에 의해 개방되며, 상기 전방측 피스톤(56)의 유체 흡입 유로(54)에 있던 유체는 상기 전방측 피스톤(56)의 흡입 포트(57)를 통해 상기 전방측 실린더(52)측 압축실(C1)로 흡입된다.
상기 전방측 피스톤(56)의 후퇴시, 상기 후방측 피스톤(76)은 상기 전방측 피스톤(56)과 함께 후방으로 이동되고, 상기 후방측 실린더(72)의 압축실(C2)에 있던 유체는 상기 후방측 피스톤(76)에 의해 압축되고, 소정 압력 이상의 고압의 유체는 상기 후방측 토출 밸브(78d)를 전방으로 밀면서 상기 후방측 내측 토출 커버(78b)로 토출되며, 이후 상기 후방측 내측 토출 커버(78b)의 토출홀(78a)과, 상기 후방측 내측 토출 커버(78b)와 후방측 외측 토출 커버(78e)의 사이와, 상기 후방측 연결 파이프(78f)를 차례로 통과하고, 상기 복수개의 토출 파이프(104,105) 중 다른 하나(105)를 통과하여 토출된다.
도 6은 도 3에 도시된 피스톤의 스트로크에 따른 압축실의 압력 및 에어 스프링 계수가 도시된 그래프이다.
상기 복수개의 압축부를 갖는 리니어 압축기는 도 6에 도시된 바와 같이, 전후 대칭인 왕복 운동을 하므로, 전체의 진동이 저감되게 되고, 압축실(C1,C2)의 에어 스프링 비선형성을 고려하지 않아도 되므로, 보다 고효율의 스프링(130)(132)을 설계할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 대칭되게 형성된 복수개의 압축부를 하나의 구동부가 교대로 압축시키므로, 하나의 구동부로 복수배의 압축 용량을 얻을 수 있고, 복수개의 압축부가 대칭 운동을 하므로 전체 진동이 저감되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 복수개 압축실 의 에어 스프링이 대칭을 이루게 되어, 스프링 설계시 에어 스프링의 비대칭성을 고려하지 않아도 되므로, 고효율의 스프링을 설계할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기는 압축 용량을 높이기 위해 피스톤 및 흡입 포트를 크게 할 필요가 없으므로, 피스톤 및 흡입 포트를 크게 할 때 발생될 수 있는 흡입 밸브의 함몰을 막을 수 있고, 다량의 유체를 신속하게 압축할 수 있는 이점이 있다.

Claims (11)

  1. 대칭되게 형성된 복수개의 압축부와;
    상기 복수개의 압축부를 교대로 압축시키는 하나의 구동부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  2. 대칭되게 설치된 복수개의 실린더와;
    상기 실린더의 각각으로 직선 왕복되게 배치되고 유체 흡입 유로가 각각 형성된 복수개의 피스톤과;
    상기 피스톤 각각과의 사이에 압축실을 형성하고 상기 압축실에서 압축된 유체가 토출되도록 하는 복수개의 토출 밸브 어셈블리와;
    상기 피스톤 각각의 유체 흡입 유로를 개폐하는 복수개의 흡입 밸브와;
    상기 복수개의 피스톤을 일체로 직선 왕복시키도록 상기 복수개의 피스톤에 연결된 가동자와;
    상기 가동자를 가동시키도록 설치된 고정자와;
    상기 가동자와 복수개의 피스톤 중 적어도 일측을 탄지하도록 설치된 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수개의 실린더는 전방측 실린더와, 상기 전방측 실린더의 후방에 상 기 전방측 실린더와 이격되게 배치된 후방측 실린더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전방측 실린더는 쉘에 진동 가능하게 지지된 전방측 실린더 블록에 설치되고,
    상기 후방측 실린더는 쉘에 진동 가능하게 지지된 후방측 실린더 블록에 설치된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수개의 피스톤은 상기 전방측 실린더로 직선 왕복될 수 있도록 배치된 전방측 피스톤와, 상기 후방측 실린더로 직선 왕복될 수 있도록 배치된 후방측 피스톤을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 전방측 피스톤을 탄지하도록 설치된 전방측 스프링과, 상기 후방측 피스톤을 탄지하도록 설치된 후방측 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정자는 전류의 인가시 자기장이 형성되는 코일을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  8. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 가동자는 상기 고정자와의 사이에 형성된 전자기력에 의해 직선 왕복되는 마그네트와, 상기 마그네트가 장착되고 상기 복수개의 피스톤의 각각에 연결된 마그네트 프레임을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마그네트 프레임은 외주면에 상기 마그네트가 장착되는 마그네트 장착부와, 상기 마그네트 장착부에서 절곡되어 상기 피스톤에 연결되는 피스톤 연결부로 구성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피스톤 연결부에는 유체가 상기 마그네트 프레임의 내측으로 흡입되어 상기 피스톤의 유체 흡입 유로로 흡입될 수 있도록 유체 흡입구가 형성된 것을 특징으로 하는 대칭형 압축부를 갖는 리니어 압축기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 마그네트 프레임에는 상기 피스톤 각각의 유체 흡입 유로측의 유체가 서로 역류하지 않도록 베리어부가 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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