KR20080063662A - 리니어 압축기 - Google Patents

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KR20080063662A
KR20080063662A KR1020070000326A KR20070000326A KR20080063662A KR 20080063662 A KR20080063662 A KR 20080063662A KR 1020070000326 A KR1020070000326 A KR 1020070000326A KR 20070000326 A KR20070000326 A KR 20070000326A KR 20080063662 A KR20080063662 A KR 20080063662A
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inner stator
frame
nonmagnetic material
linear compressor
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KR1020070000326A
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전영환
강양준
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉매가 압축되는 공간을 제공하는 실린더, 실린더의 외주에 원주방향으로 배열되는 이너 코어를 구비하는 이너스테이터, 실린더가 고정되는 비자성 재질의 프레임 및 실린더와 이너스테이터 사이에 비자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다.
리니어 압축기, 이너스테이터, 실린더, 프레임, 비자성체

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}
도 1은 종래 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면,
도 2는 종래 리니어 압축기 내에서 자속의 경로를 개략적으로 도시한 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성체를 구비하는 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성체와 프레임이 일체로 형성된 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성체, 프레임 및 실린더가 일체로 형성된 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면이다.
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다. 특히 이너스테이터로부터 실린더로 자속이 전달되는 것을 방지하여, 와전류 손실(eddy current loss)을 저감한 리니어 모터 및 이를 이용한 리니어 압축기에 관한 것이다.
도 1 은 종래의 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면이다.
종래의 리니어 압축기는 실린더(2), 프레임(3), 피스톤(4), 리니어 모터(10) 및 모터 커버(18) 등을 구비한다. 리니어 모터(10)는 이너스테이터(12), 아우터스테이터(14) 및 영구자석(16)을 포함한다. 리니어 모터(10)가 상호 전자기력에 의해 피스톤(4)을 왕복 운동시키고, 피스톤(4)은 실린더(2) 내부에서 왕복운동하면서 유체를 압축한다.
실린더(2)는 일단이 프레임(3)에 설치되고, 이너스테이터(12)는 실린더(2)의 외주에 위치한다. 아우터스테이터(14)는 프레임(3) 및 모터 커버(18) 사이에 이너스테이터(12)의 외주면에 반경방향으로 일정 간격을 두고 위치한다. 프레임(3) 및 모터 커버(18)는 서로 볼트 고정된다.
이때, 이너스테이터(12)는 복수 개의 이너 코어가 원주방향으로 적층되어 형성된다. 또한 영구자석(16)은 이너스테이터(12)와 아우터스테이터(14) 사이에 반경방향으로 간격을 두고 설치되고, 영구자석(16)의 일단은 피스톤(4)의 일단과 연결되어, 피스톤(4)을 운동시킨다.
도 2는 종래 리니어 압축기 내에서 자속의 경로를 개략적으로 도시한 도면으로서, 종래의 리니어 압축기는 이너스테이터(12), 아우터스테이터(14), 실린더(2), 프레임(3) 및 피스톤(4)이 자성 재질로 형성됨에 따라, 이너스테이터(12)를 흐르는 자속(magnetic flux)이 실린더(2), 프레임(3) 및 피스톤(4)으로 뻗어간다. 이때, 리니어 모터(10)에 와전류 손실이 발생한다.
와전류(eddy current)는, 일 예로 도체판에 직각으로 자기장을 걸고 자기장을 증가시킬 때 발생한다. 자기장이 증가할 때, 도체판에는 자기장 방향에 대하여 좌회전하는 와전류가 생겨서 자기장의 증가를 방해하려고 한다. 또한 다른 예로, 와전류는 자석을 도체판 위에서 이동시킬 때도 발생한다. 와전류의 자기장은 자석의 이동을 방해한다. 와전류 손실이란, 와전류가 도체의 저항으로 인해서 줄 열(joule heat)을 발생하여 생기는 전력 손실을 말한다.
도 2를 참조하면, 종래의 리니어 압축기는 실린더(2), 프레임(3), 피스톤(4)이 모두 자성 재질로 형성됨에 따라, 자속이 경로(A)를 따라 리니어 모터(10), 즉 이너스테이터(12), 영구자석(16) 및 아우터스테이터(14)에만 흐르는 것이 아니라, 자속이 경로(B)를 따라, 실린더(2) 및 피스톤(3)으로 전달되어 와전류 손실(eddy current loss)이 발생하였다.
본 발명은 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 와전류 손실이 저감된 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이너스테이터에 흐르는 자속이 실린더로 흐르지 않도록 하여, 와전류 손실이 저감된 리니어 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이너 코어의 부피를 줄여, 와전류 손실을 저감하는 리니어 압축기 및 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 실린더를 비자성 재질로 만들어, 와전류 손실을 저감하는 리니어 압축기를 제공한다.
또한 본 발명은 이너스테이터, 프레임 및 실린더를 일체로 제작하되, 이너스 테이터와 실린더 사이에 비자성 영역을 구비하여, 와전류 손실을 저감하는 리니어 압축기를 제공한다.
본 발명은 실린더, 실린더 내에서 왕복 운동하며, 냉매를 압축하는 피스톤, 실린더의 외주면을 따라 위치하며 적어도 일부가 자성체로 된 이너스테이터를 구비하여, 피스톤을 구동하는 리니어 모터 및 자속이 이너스테이터로부터 실린더로 전달되는 것을 차단하도록 이너스테이터에 대해 위치하는 비자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 실린더로 향하는 자속 경로를 차단하여, 실린더에 자속이 흐르지 않아, 와전류 손실을 저감할 수 있다.
또한 본 발명은 비자성체는 이너스테이터와 실린더 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 이너스테이터를 흐르는 자속의 경로가 실린더로 향하는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 비자성체는 이너스테이터의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 따라서 이너스테이터는 실린더에 대하는 부분이 비자성체로, 자속이 흘러야 하는 부분이 자성체로 형성된다.
또한 본 발명은 비자성체는 이너스테이터의 자성체로 된 부분을 줄이도록 이너스테이터의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 실린더로 자속이 흐르는 것을 차단할 수 있을 뿐 아니라, 이너 스테이터에 흐르는 자속의 크기를 줄일 수 있어, 와전류 손실을 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 실린더의 일측에 위치하며, 리니어 모터를 고정하는 프레임을 더 포함하며, 실린더 및 프레임 중의 적어도 하나는 비자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 프레임을 통해 실린더로 향하는 자속을 차단할 수 있다.
또한 본 발명은 이너스테이터는 비자성체로 된 원통형의 이너 링과, 이너 링의 외주면에 위치되며 자성체로 된 이너 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 리니어 압축기는 비자성체의 일 예로, 이너 코어와 함께 이너스테이터를 구성하는 이너 링을 구비할 수 있다.
이너 링과 이너 코어 사이에 위치되며, 이너 링과 이너 코어의 상대 운동을 제한하는 제한수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 압축기의 가동에 의해 이너 링 및 이너 코어에 진동에 의한 상대 운동을 제한할 수 있다.
또한 본 발명은 실린더의 일측에 위치하며, 리니어 모터를 고정하는 프레임을 더 포함하며, 비자성체는 실린더, 이너스테이터 및 프레임 중의 하나와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 예를 들어, 비자성체와 실린더, 비자성체와 이너스테이터, 및 비자성체와 프레임이 일체로 형성될 수 있다.
또한 본 발명은 비자성체, 실린더, 이너스테이터 및 프레임 중 둘 이상이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다. 예를 들어, 비자성 체와 실린더, 비자성체와 이너스테이터, 비자성체와 프레임, 실린더와 이너스테이터, 실린더와 프레임 및 이너스테이터와 프레임이 일체로 형성되도록 둘이 일체로 형성될 수 있다. 또한, 비자성체, 실린더 및 이너스테이터가 일체로 형성되거나, 비자성체, 실린더 및 프레임이 일체로 형성되거나, 비자성체, 이너스테이터 및 프레임이 일체로 형성되도록 셋이 일체로 형성될 수 있다. 또한, 비자성체, 실린더, 이너스테이터 및 프레임이 모두 일체로 형성될 수도 있다. 특히, 이너스테이터의 일부를 제외한 모두가 비자성 재질로 이루어지는 경우, 이너스테이터의 일부를 제외한 모두를 사출성형을 통해 일체로 제조할 수 있다. 예를 들면, 자성체인 이너스테이터의 일부를 먼저 제조하여, 성형 틀에 위치시킨다. 성형 틀은, 비자성체, 실린더, 자성체인 이너스테이터의 일부를 제외한 부분 및 프레임의 형상을 한다. 성형 틀에 비자성 재질의 용융물을 사출하면, 자성체인 이너스테이터의 일부 및 비자성 재질인 부분을 모두 일체로 성형할 수 있다.
리니어 모터의 이너스테이터에서 와전류 손실에 관한 관계식은 다음과 같다.
Figure 112007000450965-PAT00001
여기서, Vcore는 자성체인 코어의 부피, H는 자장의 강도로 단위는 [A/m]이고, B는 자속 밀도로 단위는 [Web]이다. 따라서 와전류 손실을 막기 위해 자성체인 코어의 부피를 줄이면 된다. 자성체 코어의 부피를 줄이는 방법은 예를 들어, 코어 자체의 사이즈를 줄이는 방법과, 코어의 재료를 비자성으로 하는 방법이 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성체를 구비하는 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기는 비자성체로서 이너 링(122)을 포함한다. 이너스테이터(120)는 자성 재질인 이너 코어(121)와 함께 비자성체의 일 예인 이너 링(122)을 포함한다. 이너스테이터(120)가 이너 링(122)을 포함하기 때문에, 이너스테이터(120)에서 자성 재질인 이너 코어(121)의 부피를 줄일 수 있다. 이너 링(122)은 실린더(20)의 외주에 설치되며, 원통 형상으로 제작된다. 이너 코어(121)는 이너 링(122)의 외주에 원주 방향으로 복수 개 적층된다. 비자성체인 이너 링(122)이 실린더(20)의 외주에 설치되기 때문에, 이너 코어(121)로부터 실린더(20)로 자속이 흐르는 것을 방지하여 와전류 손실을 저감할 수 있다. 이때, 프레임(30) 또한 비자성 재질로 만들어져야, 프레임(30 및 실린더(20)의 일 단을 통해 실린더(20) 내부에 자속이 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 이너 코어(121)와 이너 링(122)은, 이너 코어(121)와 이너 링(122) 간의 상대적인 운동을 방지하기 위해, 예를 들어, 각각 서로 맞물리는 홈(121a) 및 돌기(122a)을 구비한다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 이너 코어(121) 및 이너 링(122)는, 이너 코어(121)와 이너 링(122)의 상대적인 운동을 방지하기 위해, 이너 코어(121)가 돌기(121b)을 구비하고, 이너 링(122)이 돌기(121b)에 맞물리는 홈(122b)을 구비할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 이너 코어(121) 및 이너 링(122)은 사출 성형 방법을 이용해 일체로 형성될 수 있다. 이너 링(122)은 알루미늄, SUS(steel use stainless) 및 비자성 주철 등으로 형성될 수 있다. 자성 재질로 미리 준비된 이너 코어(121)를 이너 링(122) 성형을 위한 성형 틀에 위치시키고, 비자성 재질의 용융물을 성형 틀에 부어 사출 성형한다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비자성체와 프레임이 일체로 형성된 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 리니어 압축기는 비자성체(130)를, 이너스테이터(120)와 실린더(20) 사이에 구비한다. 이때, 이너스테이터(120)은 자성 재질로 형성되며, 프레임(30)은 비자성 재질로 형성된다. 따라서, 자성 재질의 이너스테이터(120)를 흐르는 자속이, 실린더(20)의 외주를 통해 실린더(20) 내부로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 프레임(30) 및 실린더(20)의 일단을 통해 실린더(20) 내부로 흐르는 것도 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 비자성체(130)는 비자성 재질의 프레임(30)과 사출 성형을 이용해 일체로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 비자성체(130)는 이너스테이터(120) 및 프레임(30)과 일체로 형성될 수 있다. 이를 위해, 미리 자성 재질로 제작된 이너스테이터(120)를 프레임(30) 및 비자성체(130)를 성형하는 성형 틀에 위치시키고, 비자성 재질의 용융물을 성형 틀에 부어 사출 성형한다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 실린더(20) 및 프레임(30)이 알루미늄, SUS(steel use stainless), 비자성 주철 등의 비자성 재질로 형성될 수 있 다. 이 경우 리니어 압축기는 비자성체(130)를 구비하지 않고, 이너스테이터(120)를 직접 실린더(20)에 설치하여도, 실린더(20)에 자속이 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이때, 미리 제조된 자성 재질의 이너스테이터(120)를 성형 틀에 미리 위치시키고, 비자성 재질의 용융물을 성형 틀에 부어 사출 성형함으로써, 실린더(20)와 일체로 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비자성체, 프레임 및 실린더가 일체로 형성된 리니어 압축기의 일부를 도시한 도면이다. 본 발명의 또 다른 실시예로서, 비자성체(130), 실린더(20) 및 프레임(30)이 사출 성형을 이용해 일체로 형성될 수 있다. 프레임(30)은 비자성 재질로 형성된다. 여기서 이너스테이터(120)로부터 실린더(20)로 자속이 흐르는 것을 차단하기 위해, 이너스테이터(120)와 실린더(20) 사이에 비자성체(130)를 형성한다. 비자성체(130)는 알루미늄, SUS(steel use stainless) 및 비자성 주철 등으로 형성될 수 있다. 이때, 미리 제조된 자성체인 이너스테이터(120)를 비자성체(130), 프레임(30) 및 실린더(20)를 성형하기 위한 성형 틀에 위치시키고, 비자성 재질의 용융물을 성형 틀에 부어 사출 성형한다. 따라서, 비자성체(130), 프레임(30), 실린더(20) 및 이너스테이터(120)를 일체로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 리니어 압축기는 와전류 손실을 저감하여 리니어 압축기의 전력 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 리니어 압축기는 사출성형을 이용하여, 실린더와 이너스테이터의 이너코어 사이에 자속이 흐르는 것을 방지하며, 실린더, 이너스테이터, 프레임 등을 일체로 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 리니어 압축기는 프레임 및 실린더를 비자성 재질로 제작하여, 이너스테이터로부터 실린더로 자속이 흐르는 것을 방지하여 와전류 손실을 저감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 실린더;
    실린더 내에서 왕복 운동하며, 냉매를 압축하는 피스톤;
    실린더의 외주면을 따라 위치하며, 적어도 일부가 자성체로 된 이너스테이터를 구비하여, 피스톤을 구동하는 리니어 모터; 및
    자속이 이너스테이터로부터 실린더로 전달되는 것을 차단하도록 이너스테이터에 대해 위치하는 비자성체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    비자성체는 이너스테이터와 실린더 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    비자성체는 이너스테이터의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    비자성체는 이너스테이터의 자성체로 된 부분을 줄이도록 이너스테이터의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    실린더의 일측에 위치하며, 리니어 모터를 고정하는 프레임;을 포함하며,
    실린더 및 프레임 중의 적어도 하나는 비자성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    이너스테이터는 비자성체로 된 원통형의 이너 링과, 이너 링의 외주면에 위치되며 자성체로 된 이너 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    이너 링과 이너 코어 사이에 위치되며, 이너 링과 이너 코어의 상대 운동을 제한하는 제한수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    실린더의 일측에 위치하며, 리니어 모터를 고정하는 프레임;을 포함하며,
    비자성체는 실린더, 이너스테이터 및 프레임 중의 하나와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    비자성체, 실린더, 이너스테이터 및 프레임 중 둘 이상이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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