KR20090041726A - 리니어 압축기의 서포터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤과 연결되고, 피스톤을 전/후방 메인 스프링에 의해 축방향으로 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터에 있어서, 피스톤의 중심과 일치하도록 피스톤과 연결되는 중심부; 전방 메인 스프링이 지지되고, 중심부로부터 반경 방향으로 확장된 제1지지단; 중심부로부터 축방향으로 확장되도록 절곡된 평판 형상의 연결부; 그리고, 후방 메인 스프링이 지지되고, 연결부로부터 반경 방향으로 확장된 제2지지단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터를 제공한다. 따라서, 평판을 손쉽게 벤딩(Bending) 작업을 통하여 서포터를 제작할 수 있어 제작 단가를 줄일 수 있다.
리니어 압축기, 피스톤, 메인 스프링, 서포터, 연결부

Description

리니어 압축기의 서포터 {SUPPORTER FOR LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 실린더 내부에서 피스톤이 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축시키는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 피스톤을 축방향으로 탄성 지지하는 서포터의 형상을 변경하여 손쉽게 제작할 수 있는 리니어 압축기의 서포터에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키도록 구성된다.
최근에는 왕복동식 압축기는 구동모터의 회전력을 피스톤의 왕복 직선 운동력으로 전환하기 위하여 크랭크 축 등과 같은 구성부품을 포함하기 때문에 운동전환에 의한 기계적인 손실이 크게 발생되는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.
이러한 리니어 압축기는 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 리니어 모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단하고, 이러한 리니어 모터로 입력되는 전원을 제어하여 그 작동을 제어할 수 있기 때문에 다른 압축기에 비해 소음이 작아 실내에서 사용되는 냉장고 등과 같은 가전기기에 많이 적용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면이다. 종래의 리니어 압축기는 쉘(미도시) 내측에 프레임(1), 실린더(2), 피스톤(3), 흡입밸브(4), 토출밸브 어셈블리(5), 모터 커버(6), 서포터(7), 본체 커버(8), 메인 스프링들(S1,S2), 머플러 어셈블리(9), 리니어 모터(10)로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치된다.
실린더(2)가 프레임(1)에 끼움 고정되고, 토출밸브(5a), 토출캡(5b), 토출밸브 스프링(5c)으로 이루어진 토출밸브 어셈블리(5)가 실린더(2)의 일단을 막아주도록 설치되는 반면, 피스톤(3)이 실린더(2) 내측에 삽입되고, 박형의 흡입밸브(4)가 피스톤(2)의 흡입구(3a)를 개폐시키도록 설치된다.
리니어 모터(10)는 이너스테이터(11)와 아우터스테이터(12) 사이에 간극을 유지하면서 영구자석(13)이 왕복 직선 운동 가능하도록 설치되되, 영구자석(13)이 연결부재(14)에 의해 피스톤(3)과 연결되도록 설치되고, 이너스테이터(11)와 아우터스테이터(12) 및 영구자석(13) 사이에 상호 전자기력에 의해 영구자석(13)이 왕복 직선 운동하면서 피스톤(3)을 작동시킨다.
모터 커버(6)는 아우터스테이터(12)를 고정시키기 위하여 아우터스테이터(12)를 축방향으로 지지하는 동시에 프레임(1)에 볼트 고정되고, 본체 커버(8)는 모터 커버(6)에 결합되되, 모터 커버(6)와 본체 커버(8) 사이에는 피스톤(3)의 다 른 일단과 연결된 서포터(7)가 메인 스프링들(S1,S2)에 의해 축방향으로 탄성 지지되도록 설치되고, 냉매를 흡입시키는 머플러 어셈블리(9) 역시 서포터(7)와 같이 체결된다.
이때, 메인 스프링들(S1,S2)은 서포터(7)를 기준으로 상하 및 좌우 대칭되는 위치에 4개의 전방 스프링(S1) 및 4개의 후방 스프링(S2)을 포함하되, 리니어 모터(10)가 작동됨에 따라 전방 스프링들(S1)과 후방 스프링들(S2)이 반대로 거동하면서 피스톤(3) 및 서포터(7)를 완충시킨다. 그 외에도 압축공간(P) 측의 냉매가 일종의 가스 스프링으로 작용하여 피스톤(3) 및 서포터(7)를 완충시킨다.
따라서, 리니어 모터(6)가 작동되면, 피스톤(3) 및 이와 연결된 머플러 어셈블리(9)가 왕복 직선 운동하게 되고, 압축공간(P)의 압력이 가변됨에 따라 흡입밸브(4) 및 토출밸브 어셈블리(5)의 작동이 자동적으로 조절되며, 이와 같은 작동에 의해 냉매가 쉘 측의 흡입관, 본체 커버(8)의 개구부, 머플러 어셈블리(9), 피스톤(3)의 흡입구들(3a)을 지나 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(5b), 루프 파이프 및 쉘 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나간다.
도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 서포터 일예가 도시된 도면이다. 종래의 서포터(7)는 피스톤(3 : 도 1에 도시)의 일단에 구비된 플랜지부와 볼트 결합되는 원판 형상의 중심부(7a) 및 전/후방 메인 스프링들(S1,S2 : 도 1에 도시)을 지지하는 각각 한 쌍의 전/후방 지지단(7b,7b',7c,7c')으로 이루어지되, 전/후방 지지단들(7b,7b',7c,7c')은 중심부(7a) 외주면을 따라 번갈아가면서 형성된다. 이때, 서포터(7)의 후방 지지단들(7b,7b')은 서포터(7)의 중심부(7a)로부터 반경 방 향으로만 연장되도록 형성되는 반면, 서포터(7)의 전방 지지단들(7c,7c')은 서포터(7)의 중심부(7a)로부터 후방 및 반경 방향으로 연장되도록 이단 절곡되며, 서포터(7)의 중심부(7a)와 서포터(7)의 전방 지지단들(7c,7c') 사이에는 축방향으로 긴 곡면 형상의 연결부(7d,7d')가 구비된다.
도 3은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 서포터 제작 과정 일예가 도시된 도면이다. 종래의 서포터의 제작 과정을 살펴보면, 평판(P)이 원기둥 형상의 홈이 구비된 하부 프레스 다이(Lower press die : D1)에 올려진 다음, 원기둥 형상의 돌기부가 구비된 상부 프레스 다이(Upper press die : D2)가 평판(P) 및 하부 프레이 다이(D2) 위에서 눌러주면, 평판(P)의 양측단이 이단 절곡되면서 중심부(7a)로부터 한 쌍의 전방 지지단(7c,7c')이 형성된다. 물론, 서포터(7)는 원형의 중심부(7a)로부터 한 쌍의 전방 지지단(7c,7c')이 이단 절곡됨에 따라 중심부(7a)와 전방 지지단들(7c,7c') 사이에는 축방향으로 긴 연결부(7d,7d')가 구비되고, 중심부(7a)와 연결부들(7d,7d')의 절곡된 부분은 곡선 형상으로 형성됨에 따라 연결부들(7d,7d') 역시 곡면 형상으로 형성되고, 이와 같이 곡면 형상의 연결부들(7d,7d')은 어 축방향의 강성을 높일 수 있도록 한다.
그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 서포터는 원형의 중심부로부터 한 쌍의 전방 지지단을 이단 절곡되도록 형성하되, 중심부와 전방 지지단들을 축방향으로 길게 연결하는 연결부가 곡면 형상으로 형성되기 때문에 프레스 작업에 요구되는 압력이 커지고, 그 결과 무거운 프레스 다이를 사용하여 프레임 작업이 이루어짐에 따라 제작 단가가 높아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 평판을 간단한 벤딩 작업(Bending process)을 통하여 손쉽게 제작할 수 있는 리니어 압축기의 서포터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤과 연결되고, 피스톤을 축방향으로 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터에 있어서, 피스톤의 중심과 일치하도록 피스톤과 연결되는 중심부; 중심부로부터 반경 방향으로 확장된 제1지지단; 중심부로부터 축방향으로 확장되도록 절곡된 평판 형상의 연결부; 그리고, 연결부로부터 반경 방향으로 확장된 제2지지단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터를 제공한다.
또한, 본 발명에서, 연결부는 축방향의 길이(H)보다 원주 방향의 길이(W)가 더 큰 직사각 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 연결부는 축방향의 길이(H)에 대한 원주 방향의 길이(W)가 1.45 이상되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 서포터는 중심부로부터 지지단들을 이단 절곡하여 형성하더라도 중심부와 지지단들 사이의 연결부를 소 정 강성을 유지하는 범위 내에서 평판 형태로 형성하기 때문에 평판을 벤딩 작업하여 손쉽게 제작할 수 있고, 그 결과 제작 단가를 낮출 수 있을 뿐 아니라 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면이다. 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 일예는 밀폐 용기인 쉘(110) 내에 실린더(200), 피스톤(300), 이너스테이터(420)와 아우터스테이터(440) 및 영구자석(460)을 포함하는 리니어 모터(400)를 포함하되, 영구자석(460)이 이너스테이터(420) 및 아우터스테이터(440) 사이에서 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하면, 영구자석(460)과 연결된 피스톤(300)이 영구자석(460)과 함께 직선 왕복 운동하게 된다.
이너스테이터(420)는 실린더(200)의 외주에 고정되고, 아우터스테이터(440)는 축방향으로 프레임(520)과 모터 커버(540)에 의해 고정되되, 프레임(520)과 모터 커버(540)가 볼트와 같은 체결 부재에 의해 체결되어 서로 결합되어, 프레임(520)과 모터 커버(540) 사이에서 아우터스테이터(440)가 고정된다. 프레임(520)은 실린더(200)와 일체로 형성될 수도 있으며, 실린더(200)와 별도로 제조되어 실린더(200)와 결합될 수도 있다. 도 4에 도시된 실시예에서는 프레임(520)과 실린더(200)가 일체로 형성된 예가 도시되어 있다.
피스톤(300)의 후방에는 서포터(320)가 연결된다. 네 개의 전방 메인 스프링(820)은 서포터(320)와 모터 커버(540)에 의해 양단이 지지된다. 또한, 네 개의 후방 메인 스프링(840)은 서포터(320)와 백 커버(560)에 의해 양단이 지지되며, 백 커버(560)는 모터 커버(540)의 후방에 결합된다. 피스톤(300)의 후방에는 또한 흡입 머플러(700)가 구비되며, 흡입 머플러(700)를 통해 피스톤(300)으로 냉매가 유입되면서, 냉매 흡입시의 소음을 저감한다.
피스톤(300) 내부는 흡입 머플러(700)를 통해 유입된 냉매가 실린더(200)와 피스톤(300) 사이에 형성되는 압축 공간(P)로 유입되어 압축될 수 있도록 중공되어 있다. 피스톤(300)의 선단에는 흡입밸브(610)가 설치되어 있으며, 흡입밸브(610)는 냉매가 피스톤(300)에서 압축 공간(P)으로 유입되도록 개방되며, 압축 공간(P)에서 다시 피스톤(300)으로 유입되지 않도록 피스톤(300)의 선단을 폐쇄한다.
압축 공간(P)에서 피스톤(300)에 의해 냉매가 소정의 압력 이상으로 압축되면, 실린더(200)의 선단에 위치하는 토출 밸브(620)가 개방된다. 토출 밸브(620)는 실린더(200) 일단에 고정된 지지캡(640) 내측에 나선형의 토출 밸브 스프링(630)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다. 압축된 고압의 냉매는 지지캡(640)에 형성된 홀을 통해 토출캡(660) 내로 토출된 뒤, 루프 파이프(L)를 통해 리니어 압축기(100) 외부로 토출되어 냉동 사이클을 순환한다.
상술한 리니어 압축기(100)의 각 부품들은, 조립된 상태에서 전방 지지 스프링(120) 및 후방 지지 스프링(140)에 의해 지지되며, 쉘(110)의 바닥으로부터 이격되어 있다. 쉘(110)의 바닥에 직접 접촉하고 있지 않으므로, 냉매를 압축하면서 압축기(100)의 각 부품들에서 발생한 진동이 쉘(110)로 직접 전달되지 않는다. 따라서 쉘(100)의 외부로 전달되는 진동 및 쉘(110)의 진동에 의해 발생하는 소음을 저 감할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 서포터 일예가 도시된 도면이다. 서포터(320)의 일예는 피스톤(300 : 도 4에 도시)의 일단에 구비된 플랜지부(미도시)와 맞닿는 중심부(321) 및 중심부(321)의 네 면으로부터 확장된 한 쌍의 전/후방 지지단들(322a,322b,323a,323b)이 구비된다. 서포터(320)의 중심부(321)는 후방 지지부들(322a,322b)이 형성된 방향보다 전방 지지단들(323a,323b)이 형성된 방향으로 더 긴 직사각형으로 형성된다. 특히, 서포터(320)의 후방 지지단들(322a,322b)은 서포터(320)의 중심부(321)에서 반경 방향으로 연장되도록 형성되고, 서포터(320)의 전방 지지단들(323a,323b)은 서포터(320)의 중심부(321)에서 후방 및 반경 방향으로 연장되도록 벤딩 작업을 통하여 이단 절곡되도록 형성된다. 서포터(320)의 중심부(321)가 직사각 형상으로 형성되기 때문에 서포터(320)의 중심부(321)로부터 서포터(320)의 전방 지지단들(323a,323b)을 단순히 벤딩 작업을 통하여 손쉽게 형성시킬 수 있으며, 서포터(320)의 중심부(321)와 서포터(320)의 전방 지지단들(323a,323b) 사이에는 축방향으로 길 평판 형상으로 한 쌍의 연결부(324a,324b)가 구비된다. 이때, 서포터(320)의 연결부(324a,324b)는 서포터(320)의 중심부(321)와 연결되는 부분의 길이 즉, 폭(W)이 축방향으로 연장된 부분의 길이 즉, 높이(H)보다 더 넓게 형성되도록 하되, 이와 같이 서포터(320)의 연결부(324a,324b)는 평판 형상으로 형성되더라도 원주 방향으로 폭(W)이 축방향으로 높이(H)보다 더 넓게 형성하기 때문에 평판 형상의 서포터(320)의 연결부(324a,324b)는 종래 기술에 따른 곡면 형상의 서포터(7 : 도 2에 도시)의 연결 부(7d,7d' : 도 2에 도시)와 같이 축방향으로 소정의 강성을 유지할 수 있도록 한다.
그 외에도, 서포터(320)의 중심부(321)는 피스톤(300 : 도 4에 도시)과 볼트 체결될 수 있는 볼트홀 및 냉매가 지나갈 수 있는 홀을 비롯하여 유동 저항을 줄이기 위한 각종 홀이 구비될 수 있다. 또한, 서포터(320)의 전/후방 지지단들(322a,322b,323a,323b)은 전/후방 메인 스프링들(820,840 : 도 4에 도시)이 끼워질 수 있도록 돌기부들을 구비하며, 하나의 지지단(322a,322b,323a,323b)에 두 개의 메인 스프링들(820,840 : 도 4에 도시)이 설치되도록 하여 각각 네 개의 전/후방 메인 스프링(820,840 : 도 4에 도시)이 설치되도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 서포터 제작 과정 일예가 도시된 도면이다. 본 발명의 서포터(320) 제작 과정을 살펴보면, 평판(P)이 사각기둥 형상의 홈이 구비된 하부 프레스 다이(Lower press die : D1)에 올려진 다음, 사각기둥 형상의 돌기부가 구비된 상부 프레스 다이(Upper press die : D2)가 평판(P) 및 하부 프레이 다이(D2) 위에서 눌러주면, 평판(P)의 양측단이 이단 절곡되면서 중심부(321)로부터 한 쌍의 전방 지지단(323a,323b)이 형성된다. 물론, 서포터(320)는 직사각 형상의 중심부(321)로부터 한 쌍의 전방 지지단(323a,323b)이 이단 절곡됨에 따라 중심부(321)와 전방 지지단들(323a,323b) 사이에는 축방향으로 비교적 짧은 연결부(324a,324b)가 구비되고, 중심부(321)와 연결부들(324a,324b)의 절곡된 부분은 직선 형상으로 형성됨에 따라 연결부들(324a,324b) 역시 직사각 형상의 평면 형상으로 형성된다. 이때, 서포터(320)의 연결부들(324a,324b)은 평판 형상으로 형성되더라도 원주 방향의 폭(W)이 축방향의 높이(H)보다 더 길게 형성되기 때문에 축방향으로 소정의 강성을 확보할 수 있다.
도 7은 리니어 압축기의 다양한 형상의 서포터에 작용하는 하중에 대한 응력이 도시된 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 서포터 사이즈에 따른 최대 응력이 도시된 그래프이다. 리니어 압축기의 서포터는 도 7에 도시된 바와 같이 중심부와 전방 지지단들을 연결하는 연결부 형상에 따라 응력이 달라지되, 곡면 형상의 연결부(Round)가 평판 형상의 연결부(Flat)보다 작용 하중이 증가할수록 응력이 더 낮게 나타남에 따라 곡면 형상의 연결부(Round)가 평판 형상의 연결부(Flat)보다 축방향으로 강성이 더 우수한 것을 볼 수 있다. 다만, 곡면 형상의 연결부(Round)는 평판 형상의 연결부(Flat)보다 제작 비용이 높아지기 때문에 260 ~ 300Mpa 이하를 최대 응력으로 설계 범위로 고려하여 축방향 강성을 확보하는 범위 내에서 평판 형상의 연결부(Flat)를 제작할 수 있다. 따라서, 평판 형상의 연결부(Flat)의 최대 응력을 300Mpa 이하에서 설계하려면, 도 8에 도시된 바와 같이 축방향의 높이(H)에 대한 원주 방향의 폭(W) 비율(W/H)이 1.1 이상을 유지하면 되지만, 더욱 안전하게 평판 형상의 연결부(Flat)의 최대 응력을 260Mpa 이하에서 설계하려면, 도 8에 도시된 바와 같이 축방향의 높이(H)에 대한 원주 방향의 폭(W) 비율(W/H)이 1.45 이상을 유지하도록 설계되는 것이 가장 바람직하다.
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 의해 서만 제한될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 서포터 일예가 도시된 도면.
도 3은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 서포터 제작 과정 일예가 도시된 도면.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 서포터 일예가 도시된 도면.
도 6은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 서포터 제작 과정 일예가 도시된 도면.
도 7은 리니어 압축기의 다양한 형상의 서포터에 작용하는 하중에 대한 응력이 도시된 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 서포터 사이즈에 따른 최대 응력이 도시된 그래프.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
200 : 실린더 300 : 피스톤
320 : 서포터 321 : 중심부
322a,322b : 후방 지지단들 323a,323b : 연결부들
324a,324b : 전방 지지단들

Claims (3)

  1. 실린더 내부에서 왕복 직선 운동하는 피스톤과 연결되고, 피스톤을 전/후방 메인 스프링에 의해 축방향으로 탄성 지지하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터에 있어서,
    피스톤의 중심과 일치하도록 피스톤과 연결되는 중심부;
    전방 메인 스프링이 지지되고, 중심부로부터 반경 방향으로 확장된 제1지지단;
    중심부로부터 축방향으로 확장되도록 절곡된 평판 형상의 연결부; 그리고,
    후방 메인 스프링이 지지되고, 연결부로부터 반경 방향으로 확장된 제2지지단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터.
  2. 제1항에 있어서,
    연결부는 축방향의 길이(H)보다 원주 방향의 길이(W)가 더 큰 직사각 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터.
  3. 제2항에 있어서,
    연결부는 축방향의 길이(H)에 대한 원주 방향의 길이(W)가 1.45 이상되도록 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기의 서포터.
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