KR20060091653A - 리니어 압축기의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 내측에서 피스톤이 왕복 직선 운동하면서 그 사이에 형성된 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 자계 저항을 줄일 수 뿐 아니라 별도의 추가 가공이 없는 리니어 압축기의 피스톤에 관한 것이다.

본 발명은 실린더 내측에서 피스톤이 왕복 직선 운동하면서 그 사이에 형성된 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 리니어 압축기에 있어서, 상기 실린더의 내경보다 일정간격 더 작은 외경을 가진 원통형상으로 형성된 비자성 재질의 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체 외주면에 내주면이 압입된 상태에서 상기 실린더의 내주면에 외주면이 마찰 접촉되도록 원통형상으로 형성된 내마모성 재질의 마찰부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤를 제공한다.

리니어 압축기, 실린더, 피스톤, 마찰부재, 소결체, 알루미늄

Description

리니어 압축기의 피스톤 {PISTON FOR LINEAR COMPRESSOR}

도 1은 일반적인 리니어 압축기의 일부가 도시된 측단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 피스톤이 도시된 측단면도,

도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤의 제1실시예가 도시된 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤의 제2실시예가 도시된 측단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 피스톤 52 : 피스톤 본체

52h : 흡입홀 54a,54b : 마찰부재

H : 오일순환홈

본 발명은 실린더 내측에서 피스톤이 왕복 직선 운동하면서 그 사이에 형성 된 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 자계 저항을 줄일 수 뿐 아니라 별도의 추가 가공이 없는 리니어 압축기의 피스톤에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 리니어 압축기의 일부가 도시된 측단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 피스톤이 도시된 측단면도이다.

일반적으로 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이 쉘(미도시) 내부의 밀폐된 공간에 실린더(2)의 일단이 본체 프레임(3)에 의해 고정 지지되는 동시에 상기 실린더(3) 내측에 피스톤(4)의 일단이 삽입되어 그 사이에 압축공간(P)이 형성되고, 상기 피스톤(4)은 리니어 모터(10)와 연결되어 축방향으로 왕복 구동됨에 따라 상기 압축공간(P)으로 냉매를 흡입한 다음, 토출시키도록 작동된다.

여기서, 상기 실린더(2)는 일단 내측에 상기 피스톤(4)과 사이에 냉매가 압축되는 압축공간(P)이 형성되되, 상기 피스톤(4) 일단에는 상기 압축공간(P)으로 냉매가 흡입될 수 있도록 축방향으로 관통된 흡입홀(4h)이 형성되는 동시에 상기 흡입홀(4h)을 개폐시키도록 박형의 흡입밸브(6)가 볼트 고정되는 반면, 상기 실린더(2) 일단에는 상기 압축공간(P)에서 압축된 냉매가 토출될 수 있도록 토출밸브 어셈블리(8)가 설치된다.

이때, 상기 토출밸브 어셈블리(8)는 상기 실린더(2) 일단을 막아주도록 토출밸브(8a)가 위치되고, 상기 실린더(2) 일단에 압축된 냉매가 외부로 토출되기 전에 일시적으로 저장되는 토출캡(8b)이 고정되며, 상기 토출밸브(8a)가 상기 토출캡 (8b) 내측에 나선형 토출밸브 스프링(8c)에 의해 축방향으로 탄성 지지되도록 설치된다.

다음, 상기 리니어 모터(10)는 상기 실린더(2) 외주면에 고정되도록 복수개의 라미네이션이 원주방향으로 적층된 링 형상의 이너스테이터(12)와, 상기 이너스테이터(12) 외측에 일정 간격을 두고 위치되어 코일이 원주방향으로 권선된 코일 권선체 외측에 복수개의 라미네이션이 역시 원주방향으로 적층된 링 형상의 아우터스테이터(14)와, 상기 이너스테이터(12)와 아우터스테이터(14) 사이의 공간에 위치되어 상기 이너스테이터(12)와 아우터스테이터(14)와의 상호 전자기력에 의해 왕복 직선 운동하는 영구자석(16)으로 이루어진다.

이때, 상기 이너스테이터(12)는 상기 본체 프레임(3)에 일단이 지지되는 동시에 상기 실린더(2) 외주면에 타단이 고정링(미도시)에 의해 고정되고, 상기 아우터스테이터(14) 역시 상기 본체 프레임(3)에 일단이 지지되는 동시에 별도의 모터커버(22)에 의해 타단이 지지된 상태에서 상기 모터커버(22)가 상기 본체 프레임(3)에 볼트로 조립 고정되며, 상기 영구자석(16)은 별도의 연결부재(30)에 의해 상기 피스톤(4)의 타단과 연결되도록 설치된다.

따라서, 상기 아우터스테이터(14)에 전류가 공급되면, 상기 영구자석(16)이 상기 이너스테이터(12)와 아우터스테이터(14)와의 상호 전자기력에 의해 왕복 직선 운동함에 따라 상기 피스톤(4)이 상기 실린더(2) 내부에서 왕복 직선 운동하게 되고, 이에 따라 상기 압축공간(P)의 내부압력이 가변됨에 따라 상기 흡입밸브(6) 및 토출밸브(8a)가 개폐되면서 냉매가 흡입되어 압축된 다음, 토출된다.

특히, 상기 피스톤(4)의 외주면이 상기 실린더(2)의 내주면에 접촉된 상태에서 상기 피스톤(4)이 왕복 직선 운동함에 따라 상기 실린더(2)와 피스톤(4)이 서로 마찰되기 때문에 상기 실린더(2)와 피스톤(4)의 접촉부분을 냉각시키는 동시에 윤활시키기 위하여 상기 실린더(2)와 피스톤(4) 사이에는 오일이 순환될 수 있도록 상기 실린더(2) 내주면 및 상기 피스톤(4) 외주면에 각각 링 형상의 오일순환홈(미도시)이 형성된다.

구체적으로, 상기 피스톤(4)은 도 2에 도시된 바와 같이 일단이 막힌 원통형상으로 일단에 상기 흡입홀(4h)이 형성되는 동시에 타단에 상기 영구자석(16)과 연결될 수 있도록 연결부재(30)가 볼트 고정될 수 있도록 반경방향으로 확장되게 형성되도록 주물로 제작된다.

이때, 상기 피스톤(4)은 비용이 저렴한 스틸로 주물 제작된 다음, 그 외주면이 선삭과 연삭 공정을 거치면서 정련될 뿐 아니라 오일이 순환되도록 하는 상기 오일순환홈(H) 및 그 이외의 부분에 상기 실린더의 내주면과 마찰되는 마찰부(4a,4b)가 형성되되, 상기 피스톤(4)은 주물로 제작됨으로 상기 실린더(2) 내측에 마찰되더라도 마찰강도를 유지할 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 피스톤은 스틸로 주물 제작되기 때문에 리니어 모터(10)에서 발생되는 자계를 방해하는 저항이 높아짐으로 전체 압축기의 압축 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

아울러, 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 피스톤은 주물 제작된 다음, 외 주면에 오일순환홈(H)을 생성하거나, 정련시키기 위하여 연삭 및 선삭 공정을 거치기 때문에 별도의 가공 공정이 추가됨에 따라 생산비용이 높아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이중 재질로 제작하여 자계 저항을 줄이는 동시에 별도의 가공 공정을 생략할 수 있는 리니어 압축기의 피스톤을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤은 실린더 내측에서 피스톤이 왕복 직선 운동하면서 그 사이에 형성된 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 리니어 압축기에 있어서, 상기 실린더의 내경보다 일정간격 더 작은 외경을 가진 원통형상으로 형성된 비자성 재질의 피스톤 본체와, 상기 피스톤 본체 외주면에 내주면이 압입된 상태에서 상기 실린더의 내주면에 외주면이 마찰 접촉되도록 원통형상으로 형성된 내마모성 재질의 마찰부재로 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤의 제1실시예가 도시된 측단면도이다.

본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤의 제1실시예를 도 3을 참조로 하여 살펴보면, 일단이 막혀지도록 원통형상의 피스톤 본체(52)가 비자성 재질로 제작되는 동시에 상기 피스톤 본체(52)의 외주면에 축방향으로 일정간격을 두고 적어도 두 개 이상의 원통형상의 마찰부재(54a,54b)가 압입 고정되도록 구성된다.

여기서, 상기 피스톤 본체(52)는 축방향으로 막혀진 일단에 상기 압축공간(P)으로 냉매가 유입될 수 있도록 일부 축방향으로 관통된 복수개의 흡입홀(52h)이 형성되고, 축방향으로 개방된 타단에 반경방향으로 확장되도록 형성되어 상기 영구자석(16)과 연결될 수 있도록 상기 연결부재(30)가 볼트 결합된다.

미도시된 도면부호는 도 1을 참조로 한다.

이때, 상기 피스톤 본체(52)는 상기 리니어 모터(10)에서 자계가 발생되더라도 자계저항을 일으키지 않도록 비자성 재질로 제작되는 것이 바람직하되, 고압의 냉매를 압축시킬 수 있도록 고강도의 재질인 알루미늄이 고온에서 녹여진 상태에서 상기 피스톤 본체(52)와 같은 형상의 틀에 부어져 급속 냉각되는 알루미늄 다이 캐스팅이다.

다음, 상기 마찰부재들(54a,54b)은 축방향으로 일정길이를 가진 원통형상으로 형성되되, 상기 피스톤 본체(52)에 압입될 수 있도록 그 내주면 직경이 상기 피스톤 본체(52)의 외주면 직경과 동일하게 형성될 뿐 아니라 상기 실린더(2)에 마찰 접촉되도록 그 외주면 직경이 상기 실린더(2)의 내주면 직경과 동일하게 형성된다.

이때, 상기 피스톤(50)이 상기 실린더(2) 내부에서 마찰 접촉되더라도 손쉽게 마모되지 않는 내마모성 분말 소결체인데, 대개 금속 분말 또는 세라믹 분말과 같이 비교적 내마모성이 큰 분말에 일종의 접착제인 바인더를 첨가하여 상기 마찰부재들(54a,54b)과 같은 형상의 틀에 삽입한 다음, 서로 고정시킨 상태에서 일정온도 이상에서 구워지도록 하여 내마모성 분말의 경계부분이 서로 접착되도록 제작된다.

아울러, 상기 마찰부재들(54a,54b)은 그 외주면이 정련된 상태이기 때문에 별도의 가공이 요구되지 않으나, 보다 외주면의 정련된 정밀도를 얻기 위하여 별도의 연삭 가공이 이루어질 수도 있다.

물론, 상기 피스톤(50)은 상기 마찰부재들(54a,54b)이 상기 피스톤 본체(52)의 외주면에 축방향으로 일정 간격을 두고 압입되도록 제작되되, 상기 피스톤 본체(52)의 외주면에는 상기 마찰부재들(54a,54b) 사이에 오일이 순환될 수 있도록 링 형상의 오일순환홈(H)이 형성된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤의 제1실시예는 상기 피스톤 본체(52) 외주면에 상기 마찰부재들(54a,54b)이 축방향으로 일정 간격을 두고 압입되도록 제작된다.

도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤의 제2실시예가 도시된 측단면도이다.

본 발명에 따른 리니어 압축기의 피스톤의 제2실시예를 도 4를 참조로 하여 살펴보면, 일단이 막혀지는 동시에 외주면이 단차지게 형성된 원통형상의 피스톤 본체(62)가 비자성 재질로 제작되는 동시에 상기 피스톤 본체(62)의 외주면에 축방 향으로 일정간격을 두고 적어도 두 개 이상의 원통형상의 마찰부재(64a,64b)가 압입 고정되도록 구성된다.

이때, 상기 피스톤 본체(62)는 막혀진 일단으로부터 개방된 타단으로 갈수록 그 외경이 더 커지도록 단차지게 형성되어 상기 마찰부재들(64a,64b)이 상기 피스톤 본체(62)의 일단으로부터 손쉽게 삽입될 수 있도록 구성되고, 일단에 역시 냉매가 유동될 수 있도록 흡입홀(62h)이 형성되는 동시에 타단에 반경방향으로 확장되도록 형성되어 상기 영구자석(16)과 연결된 연결부재(30)가 볼트 고정될 수 있도록 한다.

물론, 상기 피스톤 본체(62)는 상기 제1실시예와 마찬가지로 일정 강도를 가질 뿐 아니라 비자성을 띄는 알루미늄이 다이 캐스팅되도록 제작된다.

다음, 상기 마찰부재들(64a,64b)은 상기 피스톤 본체(62)의 외주면에 설치되는 설치위치에 따라 그 외경이 동일하게 형성되더라도 그 내경이 서로 다르게 형성되어 그 두께가 서로 다르게 형성되되, 상기 피스톤 본체(62)의 일단으로부터 타단으로 갈수록 더 얇은 두께를 가지도록 구성된다.

따라서, 상기 마찰부재들(64a,64b) 중 두께가 얇은 것부터 순차적으로 상기 피스톤 본체(62)의 외주면에 압입 장착되면, 상기 마찰부재들(64a,64b)은 모두 그 외주면이 동일한 원주면 상에 위치되도록 설치되고, 상기 피스톤(60)이 왕복 직선 운동하는 중 일방향으로 이동되는 동안 상기 마찰부재가 상기 피스톤 본체(62)의 외주면에 걸림됨으로 일종의 스토퍼 역할을 하도록 하며, 상기 피스톤 본체(62)의 외주면에 상기 마찰부재들(64a,64b)이 장착되지 않은 부분에는 오일이 순환될 수 있도록 링 형상의 오일순환홈(H)이 형성된다.

이때, 상기 마찰부재들(64a,64b)은 역시 상기 제1실시예와 마찬가지로 내마모성이 뛰어난 금속분말 또는 세라믹 분말과 같은 내마모성 분말이 소결되도록 제작된다.

상기와 같은 리니어 압축기의 피스톤의 제2실시예도 상기 제1실시예와 마찬가지로 상기 피스톤 본체(62)의 일단으로부터 그 외주면에 상기 마찰부재들(64a,64b)이 삽입되되, 상기 피스톤 본체(62)의 외주면이 단차지게 형성됨에 따라 상기 마찰부재들(64a,64b) 중 두께가 얇은 것부터 순차적으로 상기 피스톤 본체(62)의 외주면에 압입되도록 한다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 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 피스톤은 원통형상의 피스톤 본체가 알루미늄과 같은 비자성 재질로 이루어지기 때문에 리니어 모터에 의해 구동되더라도 리니어 모터에서 발생되는 자계를 방해하는 자계 저항을 줄일 수 있으므로 전체 압축기의 압축효율을 높일 수 있고, 나아가 원통형상의 피스톤 본체에 내마모성 분말 소결체인 얇은 원통형상의 마찰부재들이 축방향으로 압입되기 때문에 그 외주면에 별도의 추가 공정이 요구되지 않고 두 개의 구성부품이 서로 조립되도록 구성됨으로 생산비용을 절감시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 실린더 내측에서 피스톤이 왕복 직선 운동하면서 그 사이에 형성된 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킨 다음, 토출시키는 리니어 압축기에 있어서,

   상기 실린더의 내경보다 일정간격 더 작은 외경을 가진 원통형상으로 형성된 비자성 재질의 피스톤 본체와,

   상기 피스톤 본체 외주면에 내주면이 압입된 상태에서 상기 실린더의 내주면에 외주면이 마찰 접촉되도록 원통형상으로 형성된 내마모성 재질의 마찰부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마찰부재는 상기 피스톤 본체의 축방향으로 일정 간격을 두고 복수개가 설치된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 피스톤 본체는 일단으로 갈수록 외경이 작아지도록 다단으로 단차지게 형성되고, 상기 마찰부재들은 내경이 작은 마찰부재로부터 내경이 큰 마찰부재가 상기 피스톤 본체의 일단으로부터 축방향으로 압입된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 마찰부재들은 그 외주면이 동일한 원주면에 위치되도록 상기 피스톤 본체의 설치 위치에 따라 그 두께가 서로 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 피스톤 본체는 알루미늄 다이 캐스팅(Aluminium Die Casting)인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 마찰부재는 내마모성 분말 소결체인 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 마찰부재는 외주면이 연삭 가공되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 피스톤.

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