KR20130098952A - 리니어 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고정부재; 실린더 내부에서 냉매를 압축하는 피스톤, 중심부 및 중심부로부터 피스톤의 반경 방향으로 확장된 가이드부와 중심부로부터 두 번 절곡되어 가이드부와는 다른 반경 방향으로 확장된 지지부를 포함하는 서포터를 포함하고, 고정부재에 대해 직선 왕복 운동하는 가동부재; 서포터의 지지부 전면에 일단이 지지되고, 고정부재에 타단이 지지되며, 피스톤에 대해 대칭되도록 위치하는 복수개의 전방 메인 스프링; 서포터의 중심부 배면에 일단이 지지되고, 고정부재에 타단이 지지되는 단일의 후방 메인 스프링; 가동부재와 함께 왕복운동하도록 중심부의 배면에 볼트 결합되고 냉매를 도입시키는 유로를 제공하며 소음을 저감시키는 흡입머플러; 그리고, 서포터와 후방 메인 스프링 사이에 위치하며 후방 메인 스프링의 일단을 지지하고, 중앙에 흡입머플러가 관통하는 홀과, 흡입 머플러를 서포터 중심부에 결합시키는 볼트를 그 안쪽에 수용할 수 있도록 중앙 홀 주변에 형성되는 볼트홀과, 서포터의 가이드부에 대응하도록 반경방향으로 확장된 가이드부를 포함하는 스프링 가이더;를 포함하고, 서포터 가이드부 및 스프링 가이더의 가이드부를 서로 대응하는 가이드홀 및 볼트홀을 구비하고, 양자의 가이드홀이 서로 맞춰진 상태에서 양자의 볼트홀에 볼트 결합됨으로써 스프링 가이더가 서포터의 배면에 결합되는 리니어 압축기를 제공한다.

Description

리니어 압축기 {LINEAR COMPRESSOR}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 구동 주파수에 맞추어진 공진 주파수를 가지는 메인 스프링을 3개 구비하고, 부가적인 질량부재가 추가되더라도 메인 스프링들의 초기 위치를 가변시키지 않도록 공진 주파수를 조절할 수 있는 리니어 압축기와, 단일의 후방 메인 스프링을 설치하는 경우에도 흡입 머플러를 안정적으로 설치할 수 있는 구조에 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 일부만 도시된 도면이다. 종래의 리니어 압축기는 쉘(미도시) 내측에 프레임(1), 실린더(2), 피스톤(3), 흡입밸브(4), 토출밸브 어셈블리(5), 리니어 모터(6), 모터 커버(7), 서포터(8), 본체 커버(9), 메인 스프링들(S1,S2), 머플러 어셈블리(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(6)는 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 사이에 간극을 유지하면서 영구자석(6c)이 왕복 직선 운동 가능하도록 설치되되, 영구자석(6c)이 연결부재(6d)에 의해 피스톤(3)과 연결되도록 설치되고, 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 및 영구자석(6c) 사이에 상호 전자기력에 의해 영구자석(6c)이 왕복 직선 운동하면서 피스톤(3)을 작동시킨다.
모터 커버(7)는 아우터스테이터(6b)를 고정시키기 위하여 아우터스테이터(6b)를 축방향으로 지지하는 동시에 프레임(1)에 볼트 고정되고, 본체 커버(9)는 모터 커버(7)에 결합되되, 모터 커버(7)와 본체 커버(9) 사이에는 피스톤(3)의 다른 일단과 연결된 서포터(8)가 메인 스프링들(S1,S2)에 의해 축방향으로 탄성 지지되도록 설치되고, 냉매를 흡입시키는 머플러 어셈블리(10) 역시 서포터(8)와 같이 체결된다.
이때, 메인 스프링들(S1,S2)은 서포터(8)를 기준으로 상하 및 좌우 대칭되는 위치에 4개의 전방 스프링(S1) 및 4개의 후방 스프링(S2)을 포함하되, 리니어 모터(6)가 작동됨에 따라 전방 스프링들(S1)과 후방 스프링들(S2)이 반대로 거동하면서 피스톤(3) 및 서포터(8)를 완충시킨다. 그 외에도 압축공간(P) 측의 냉매가 일종의 가스 스프링으로 작용하여 피스톤(3) 및 서포터(8)를 완충시킨다.
따라서, 리니어 모터(6)가 작동되면, 피스톤(3) 및 이와 연결된 머플러 어셈블리(10)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(9)의 개구부, 머플러 어셈블리(10), 피스톤(3)의 흡입구들(3a)을 지나 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(5b), 루프 파이프 및 쉘 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나간다.
이와 같은 리니어 압축기는 8개의 메인 스프링(S1,S2)을 포함하기 때문에 스프링들(S1,S2)의 수량이 많고, 피스톤(3)의 운동시 균형을 유지하기 위하여 제어되어야 할 변수가 많아 제조 공정이 복잡하고 길며, 제조 단가가 높아지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 리니어 압축기는 리니어 모터(6)의 구동 주파수와 동일하게 공진 주파수를 설계하여 효율을 높이도록 하되, 공진 주파수는 메인 스프링들(S1,S2)의 강성 및 가스 스프링의 강성, 실린더를 포함하여 움직이지 않는 부재들(이하, 고정부라 함)의 질량, 피스톤(3)과 함께 움직이는 부재들(이하, 가동부재라 함)의 질량에 의해 가변되고, 손쉽게 가동부재의 질량을 추가하여 공진 주파수를 구동 주파수에 맞추도록 한다. 이때, 가동부재에 질량을 추가하기 위하여 질량부재(미도시)가 서포터(8) 측에 피스톤(3), 연결부재(6d)와 함께 체결되는데, 질량부재의 추가로 인하여 전방 스프링(S1) 및 후방 스프링(S2)의 초기 위치가 가변되고, 그에 따라 실린더(2)에 대한 피스톤(3)의 초기 위치가 가변됨에 따라 압축 공간의 부피가 달라지면서 가스 스프링의 강성이 달라진다. 즉, 공진 주파수를 구동 주파수에 맞추기 위하여 가동부재의 질량을 가변시키더라도 가스 스프링의 강성이 가변되기 때문에 정확하게 공진 주파수를 구동 주파수에 맞추기 어려워 운전 조건을 효과적으로 관리하기 어려울 뿐 아니라 압축 효율을 떨어뜨리고, 추가적인 설계 변경이 요구됨에 따라 번거로워지며, 나아가 피스톤(3)의 행정 길이가 짧아짐에 따라 압축 효율 역시 저감되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 메인 스프링의 개수를 저감시킬 수 있는 리니어 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 서포터의 배면에 단일의 후방 메인 스프링을 설치하더라도 서포터의 배면에 흡입 머플러를 안정적으로 고정 설치할 수 있는 구조를 갖는 리니어 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명은, 냉매가 압축되는 공간을 제공하는 실린더를 포함하는 고정부재; 실린더 내부에서 냉매를 압축하는 피스톤, 중심부 및 중심부로부터 피스톤의 반경 방향으로 확장된 가이드부와 중심부로부터 두 번 절곡되어 가이드부와는 다른 반경 방향으로 확장된 지지부를 포함하는 서포터를 포함하고, 고정부재에 대해 직선 왕복 운동하는 가동부재; 서포터의 지지부 전면에 일단이 지지되고, 고정부재에 타단이 지지되며, 피스톤에 대해 대칭되도록 위치하는 복수개의 전방 메인 스프링; 서포터의 중심부 배면에 일단이 지지되고, 고정부재에 타단이 지지되는 단일의 후방 메인 스프링; 가동부재와 함께 왕복운동하도록 중심부의 배면에 볼트 결합되고 냉매를 도입시키는 유로를 제공하며 소음을 저감시키는 흡입머플러; 그리고, 서포터와 후방 메인 스프링 사이에 위치하며 후방 메인 스프링의 일단을 지지하고, 중앙에 흡입머플러가 관통하는 홀과, 흡입 머플러를 서포터 중심부에 결합시키는 볼트를 그 안쪽에 수용할 수 있도록 중앙 홀 주변에 형성되는 볼트홀과, 서포터의 가이드부에 대응하도록 반경방향으로 확장된 가이드부를 포함하는 스프링 가이더;를 포함하고, 서포터 가이드부 및 스프링 가이더의 가이드부를 서로 대응하는 가이드홀 및 볼트홀을 구비하고, 양자의 가이드홀이 서로 맞춰진 상태에서 양자의 볼트홀에 볼트 결합됨으로써 스프링 가이더가 서포터의 배면에 결합되는 리니어 압축기를 제공한다.
여기서, 후방 메인 스프링의 외경과 소정 간격을 두도록 서포터의 가이드부의 배면에 결합되는 복수개의 질량부재를 추가로 포함하고, 질량부재도 대응하는 가이드홀 및 볼트홀을 구비하며, 가이드홀이 서로 맞춰진 상태에서 볼트홀에 볼트 결합됨으로써, 서포터의 가이드부 배면에 스프링 가이더 및 질량부재가 차례로 체결되는 것이 바람직하다.
또한, 후방 메인 스프링과 맞닿는 스프링 가이더의 영역에는 표면처리가 이루어져서 그 영역에서 스프링 가이더의 표면경도가 후방 메인 스프링의 표면경도에 비해 큰 것이 바람직하다.
또한, 스프링 가이더는 중앙 홀의 외주를 따라 후방으로 돌출된 지지부를 구비하여, 이 지지부에 후방 메인 스프링이 끼워져서 지지되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기는 왕복 직선 운동하는 가동부재가 복수개의 전방 메인 스프링 및 단일의 후방 메인 스프링에 의해 양측 방향에서 탄성 지지되기 때문에 메인 스프링의 개수를 저감할 수 있어 부품 생산 비용을 절감하고, 설치 공정을 단순화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 리니어 압축기는 서포터의 배면에 단일의 후방 메인 스프링을 설치하더라도 서포터의 배면에 흡입 머플러를 안정적으로 고정 설치할 수 있는 구조를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 일부 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 3은 도 2에 적용된 모터 커버의 일예가 도시된 도면.
도 4는 도 2에 적용된 서포터의 일예가 도시된 도면.
도 5는 도 2에 적용된 스프링 가이더의 일예가 도시된 도면.
도 6은 도 2에 적용된 질량부재가 도시된 도면.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 가동부재의 조립 순서가 도시된 도면.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 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 3에 도시된 실시예에서는 프레임(520)과 실린더(200)가 일체로 형성된 예가 도시되어 있다.
피스톤(300)의 후방에는 서포터(320)이 연결된다. 두 개의 전방 메인 스프링(820)은 서포터(320)과 모터 커버(540)에 의해 양단이 지지된다. 또한, 단일의 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. 이때, 서포터(320)의 마모를 방지하고, 후방 메인 스프링(840)의 지지 강도를 높이기 위해, 서포터(320)에는 스프링 가이더(900)가 구비된다. 스프링 가이더(900)는 후방 메인 스프링(840)을 지지하는 역할 외에, 피스톤(300)과 후방 메인 스프링(840)의 중심이 일치되도록 안내하는 역할도 한다. 피스톤(300)의 후방에는 또한 흡입 머플러(700)가 구비되며, 흡입 머플러(700)를 통해 피스톤(300)으로 냉매가 유입되면서, 냉매 흡입시의 소음을 저감한다. 이때 흡입 머플러(700)는 후방 메인 스프링(840)의 내부에 위치한다.
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 밸브(310)가 설치되어 있으며, 밸브(310)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 저감할 수 있다.
이와 같은 리니어 압축기(100)는 실린더(200)를 포함하여 정지된 고정부재 및 피스톤(300)을 포함하여 왕복 직선 운동하는 가동부재로 이루어지되, 시스템의 공진 주파수(fm)를 리니어 모터(400)의 구동 주파수(fo)에 맞추도록 설계되는데, 전/후방 지지 스프링(120,140), 전/후방 메인 스프링(820,840), 가스 스프링, 고정부재, 가동부재에 의해 가변될 수 있지만, 축방향으로 왕복 직선 운동하는 것을 고려하여 전/후방 지지 스프링(120,140)의 영향을 무시하더라도 무방하다.
[수학식]
Figure pat00001
따라서, 시스템의 공진 주파수(fm)는 상기 수학식에 따라 전/후방 메인 스프링(820,840)의 강성(Km), 가스 스프링의 강성(Kg), 고정부재의 질량(Ms), 가동부재의 질량(Mm)에 의해 가변된다. 이때, 고정부재의 질량(Ms)은 상수로 고정되는 반면, 전/후방 메인 스프링의 강성(Km)이 어느 정도 산포를 가지는 동시에 가스 스프링의 강성(Ks) 역시 전/후방 메인 스프링(820,840)의 초기 위치 및 부하 조건에 따라 변경되기 때문에 가동부재에 소정의 질량부재(1000)를 추가하여 가동부재의 질량(Mm)을 변경시키면서 시스템의 공진 주파수(fm)를 리니어 모터의 구동 주파수(fo)에 맞추도록 한다. 이때, 질량부재(1000)는 전/후방 메인 스프링(820,840)의 초기 위치를 변경시키지 않도록 전/후방 메인 스프링(820,840)과 축방향으로 겹쳐지지 않는 서포터(320) 양측 부분에 결합된다.
도 3은 도 2에 적용된 모터 커버의 일예가 도시된 도면이다. 모터 커버(540)는 대략 원형의 몸체(541)이며, 피스톤(300 : 도 2에 도시), 영구자석(460 : 도 2에 도시), 서포터(320 : 도 2에 도시) 및 머플러(700 : 도 2에 도시)가 결합된 가동부재가 모터 커버(540)를 관통하여 직선 왕복 운동할 수 있도록 홀(541h)이 형성되어 있다. 또한, 모터 커버(540)의 외주를 따라 후방으로 절곡된 절곡부(542)가 형성되어 있다. 절곡부(542)는 모터 커버(540)의 지지강도를 높인다.
모터 커버(540)의 중심은, 피스톤(320 : 도 2에 도시)의 중심과 일치하며, 이 중심에 대칭되는 위치에 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)을 지지하도록 후방으로 돌출된 두 개의 지지 돌기(543,544)가 형성된다. 지지 돌기(543,544)는 서포터(320 : 도 2에 도시)와 함께 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)의 양단을 지지한다. 지지 돌기(543,544)는 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)의 전단(타단)을, 서포터(320 : 도 2에 도시)는 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)의 후단(일단)을 지지한다.
또한, 모터 커버(540)의 양측에는 백 커버(560: 도 3에 도시)와 볼트 체결하기 위한 볼트 홀(545) 및 프레임(520)과 볼트 체결하기 위한 볼트 홀(546)이 복수 개 형성되어 있다.
도 4는 도 2에 적용된 서포터의 일예가 도시된 도면이다. 서포터(320)는 피스톤(300: 도 2에 도시)의 후방에 결합되며, 피스톤(300 : 도 2에 도시)이 공진 조건에서 직선왕복 운동할 수 있도록 메인 스프링(820,840 : 도 2에 도시)으로부터 힘을 받아 피스톤(300 : 도 2에 도시)에 전달한다. 서포터(320)에는 피스톤(300 : 도 2에 도시)과 결합하기 위한 볼트 홀(323)이 복수 개 구비된다.
서포터(320)의 중심은 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 중심과 일치하게 설치된다. 서포터(320)와 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 중심을 용이하게 맞출 수 있도록, 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 후단에 단차가 형성되는 것이 바람직하다. 서포터(320)는 대략 원형의 몸체(321)이며, 중심에 머플러(700 : 도 2에 도시)가 일부 관통될 수 있는 홀(321h)이 형성되고, 좌, 후에 각각 가이드부(323,324)가 형성되는 동시에 상, 하에 각각 지지부(327,328)가 형성된 형태이다. 물론, 서포터(320)의 몸체(321) 후방에서 머플러(700 : 도 2에 도시)를 볼트 체결하기 위하여 몸체(321)의 홀(321h) 주변에는 복수개의 볼트 홀(322)이 형성된다. 이때, 서포터(320)의 몸체(321) 후방에 위치된 스프링 가이더(900 : 도 2에 도시)에 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 선단이 지지되고, 백 커버(560 : 도 2에 도시)의 전방에 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 후단이 지지되며, 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시) 내측에 머플러(700 : 도 2에 도시)가 위치되도록 설치된다.
또한, 서포터(320)의 가이드부(323,324)는 서포터(320)의 몸체(321)의 좌, 우에는 확장되도록 형성된다. 가이드부(323,324)에는 스프링 가이더(900 : 도 2에 도시)의 중심을 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 중심과 맞추기 위해 두 개의 가이드 홀(325) 및 스프링 가이더(900 : 도 2에 도시)를 볼트 체결하기 위하여 가이드 홀(325) 사이에 하나의 볼트 홀(326)이 형성된다.
또한, 서포터(320)의 지지부(327,328)는 서포터(320)의 중심에 대해 대칭되도록 몸체(321)의 상, 하에 각각 형성되며, 몸체(321)에서부터 두 번 절곡되어 형성된다. 즉, 지지부(327,328)는 몸체(321)에서 후방으로 한 번 절곡된 다음, 후방에서 다시 각각, 상방 또는 하방으로 절곡된다. 서포터(320)의 지지부(327,328)의 전방에 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)의 후단(일단)이 지지되고, 모터 커버(540 : 도 2에 도시)의 후방에 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)의 선단이 지지된다.
이와 같이 설치된 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)의 개수가 2개로 저감되고, 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 개수가 1개로 저감되어, 전체적으로 공진 시스템의 스프링 강성이 작아진다. 또한, 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시) 및 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 개수가 각각 적어지면, 메인 스프링의 제조 비용을 절감할 수 있다.
이때, 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시) 및 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 강성이 작아지면, 피스톤(300 : 도 2에 도시), 서포터(320) 및 영구 자석(460 : 도 2에 도시)과 같은 구동부의 질량이 줄어들어야 구동부가 공진 조건에서 구동될 수 있다. 따라서, 서포터(320)을 철계 금속 대신, 철계 금속보다 밀도가 낮은 비철 금속으로 제작한다. 그 결과, 구동부의 질량을 줄일 수 있어, 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시) 및 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 작아진 강성에 대응되어, 공진 주파수에서 구동될 수 있다. 예를 들어 알루미늄과 같은 비자성체 금속으로 서포터(320)을 제작하면, 피스톤(300 : 도 2에 도시)이 금속으로 제작되더라도, 서포터(320)은 영구 자석(460 : 도 2에 도시)의 영향을 받지 않는다. 따라서 피스톤(300 : 도 2에 도시)과 서포터(320)를 더욱 용이하게 결합할 수 있다.
서포터(320)가 비철계의 밀도가 낮은 금속으로 제작되면, 공진 조건을 만족시키고, 피스톤(300 : 도 2에 도시)과 결합이 용이하다는 장점이 있다. 그러나, 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)이 접촉하는 부분이 구동 중에 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)과의 마찰에 의해 마모되기 쉽다. 서포터(320)가 마모되면, 마모된 부스러기가 냉매 속에 부유하며 냉동 사이클을 따라 순환하면서, 냉동 사이클 상에 존재하는 부품들을 손상할 수 있다. 따라서, 서포터(320)와 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)이 접촉하는 부분(327S)에 표면처리가 행해진다. NIP 코팅이나 어노다이징(Anodizing) 처리를 하여 서포터(320)이 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)과 접촉하는 부분(327S)의 표면 경도가 적어도 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)의 경도보다 크게 한다. 이러한 구성을 통해, 전방 메인 스프링(820 : 도 2에 도시)에 의해 서포터(320)가 마모되어 부스러기가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 도 2에 적용된 스프링 가이더의 일예가 도시된 도면이다. 스프링 가이더(900)는 대략 원형의 몸체(910), 몸체(910)의 중심에 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)을 지지하도록 형성된 지지부(920), 몸체(910)의 양측으로 확장된 가이드부(930,940)를 포함한다.
스프링 가이더(900)의 몸체(910)에는 중앙에 머플러(700 : 도 2에 도시)가 관통하는 홀(910h)이 형성되며, 홀(910h) 주변에 머플러(700 : 도 2에 도시)와 함께 피스톤(300 : 도 2에 도시)에 볼트 체결하기 위하여 복수개의 볼트 홀(911)이 형성되고, 홀(910h)의 외주를 따라 후방으로 돌출된 지지부(920)가 형성된다. 지지부(920)는 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)이 끼워지는 부분이다. 따라서 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)은 스프링 가이더(900)의 몸체(910)에서 홀(910h) 주변과 지지부(920)와 맞닿게 된다. 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)이 맞닿는 곳은 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)이 압축과 복원을 반복하면서 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)에 의해 마모될 수 있다. 스프링 가이더(900)의 마모된 부스러기 등이 냉매와 함께 리니어 압축기(100: 도 2에 도시)를 비롯한 냉동 사이클을 지나며 장치를 손상시킬 수 있다. 따라서 스프링 가이더(900)가 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)과 맞닿는 부분에는 표면처리를 하여 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)에 의해 마모되는 것을 방지한다. 이때, 스프링 가이더(900)의 표면경도가 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 경도보다 큰 것이 바람직하다. 따라서 스프링 가이더(900)도 서포터(320 : 도 4에 도시)와 마찬가지로, NIP 코팅이나 어노다이징(anodizing)과 같은 표면 처리가 행해진다.
또한, 스프링 가이더(900)의 가이드부(930,940)에는 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 중심과 맞추기 위하여 두 개의 가이드 홀(950) 및 서포터(320 : 도 4에 도시)와 볼트 체결하기 위하여 가이드 홀(950) 사이에 하나의 볼트 홀(960)이 형성된다. 가이드 홀(950) 및 볼트 홀(960)은 서포터(320 : 도 4에 도시)의 가이드 홀(325 : 도 4에 도시) 및 볼트 홀(326 : 도 4에 도시)과 대응하는 위치에 형성된다. 서포터(320 : 도 4에 도시)의 가이드 홀(325 : 도 4에 도시)과 스프링 가이더(900)의 가이드 홀(950)을 맞춤으로써, 피스톤(300 : 도 2에 도시)과 스프링 가이더(900)에 의해 지지되는 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)의 중심을 서로 맞추는 동시에 서포터(320 : 도 4에 도시)와 스프링 가이더(900)의 체결 위치를 맞출 수 있으며, 서포터(320 : 도 4에 도시)의 볼트 홀(326 : 도 4에 도시)과 스프링 가이더(900)의 볼트 홀(960)을 한꺼번에 볼트 체결할 수 있다.
도 6은 도 2에 적용된 질량부재가 도시된 도면이다. 질량부재(1000)는 서포터(320 : 도 4에 도시)의 가이드부(323,324 : 도 4에 도시)와 스프링 가이더(900도 5에 도시)의 가이드부(930,940 : 도 5에 도시)와 대응되는 위치에 설치되며, 서포터(320 : 도 4에 도시)의 가이드부(323,324 : 도 4에 도시) 또는 스프링 가이더(900 : 도 5에 도시)의 가이드부(930,940 : 도 5에 도시)보다 더 크지 않도록 형성된다. 물론, 질량부재(1000)의 내측단은 서포터(320 : 도 4에 도시)의 몸체(321 : 도 4에 도시) 또는 스프링 가이더(900 : 도 5에 도시)의 몸체(910)와 겹쳐지지 않도록 곡선 형태로 형성되도록 하여 질량부재(1000)가 후방 메인 스프링(840 : 도 2에 도시)과 겹쳐지지 않도록 설치되는 것이 바람직하다.
질량부재(1000)는 피스톤(300 : 도 2에 도시)을 포함하여 왕복 직선 운동하는 가동부재의 중심에 대해 대칭되는 위치에 설치되어 안정적인 작동이 가능하도록 하며, 필요에 따라 축방향으로 두 개 이상이 적층되도록 설치될 수 있다. 이때, 질량부재(1000)는 서포터(320 : 도 4에 도시)의 가이드 홀(325 : 도 4에 도시) 및 볼트 홀(326 : 도 4에 도시) 또는 스프링 가이더(900 : 도 5에 도시)의 가이드 홀(950 : 도 5에 도시) 및 볼트 홀(960 : 도 5에 도시)과 대응되는 위치에 마찬가지로 가이드 홀(1001) 및 볼트 홀(1002)이 구비된다. 따라서, 질량부재(1000)의 가이드 홀(1001) 역시 서포터(320 : 도 4에 도시)의 가이드 홀(325 : 도 4에 도시)과 스프링 가이더(900 : 도 5에 도시)의 가이드 홀(950 : 도 5에 도시)을 맞춤으로써, 질량부재(1000)를 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 중심에 대해 대칭되는 위치에서 서포터(320 : 도 4에 도시)와 스프링 가이더(900 : 도 5에 도시) 및 질량부재(1000)의 체결 위치를 맞출 수 있으며, 서포터(320 : 도 4에 도시)의 볼트 홀(326 : 도 4에 도시)과 스프링 가이더(900 : 도 5에 도시)의 볼트 홀(960 : 도 5에 도시) 및 질량부재(1000)의 볼트 홀(1002)을 한꺼번에 볼트 체결할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 가동부재의 조립 순서가 도시된 도면으로서, 본 발명에 따른 리니어 압축기에서 가동부재의 조립순서를 살펴보면, 다음과 같다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 후단에 서포터의 몸체가 지지되도록 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 중심과 서포터(320)의 중심이 서로 일치하도록 위치시키고, 서포터(320)의 몸체(321)에 형성된 홀(321h)을 통하여 머플러(700)의 일부가 삽입되도록 한 다음, 서포터(320)의 몸체(321) 후방에서 머플러(700)가 안착되도록 한다. 물론, 서포터(320)의 몸체(321)에 형성된 볼트 홀(322)과 머플러(700)에 형성된 볼트 홀(700h)이 서로 일치되도록 위치되는 것이 바람직하다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 서포터(320) 및 머플러(700)의 후방에서 스프링 가이더(900)가 조립되도록 하되, 스프링 가이더(900)의 몸체(910)에 형성된 홀(910h)을 통하여 머플러(700)가 관통되도록 한다. 이때, 서포터(320)의 가이드 홀(325 : 도 4에 도시)과 스프링 가이더(900)의 가이드 홀(950)이 맞춰지도록 하여 피스톤(300 : 도 2에 도시) 및 서포터(320)의 중심에 스프링 가이더(900)의 중심을 일치시켜 체결 위치를 맞춰준 다음, 피스톤(300 : 도 2에 도시)의 후단에 서포터(320)의 몸체(321)에 형성된 볼트 홀(322), 머플러(700)에 형성된 볼트 홀(700h) 및 스프링 가이더(900)의 몸체(910)에 형성된 볼트 홀(911)을 통하여 볼트(B1)가 체결되면서 피스톤(300 : 도 2에 도시)에 서포터(320), 머플러(700), 스프링 가이더(900)가 고정된다.
도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 질량부재(1000)는 서포터(320)의 가이드부(323,324) 및 스프링 가이더(900)의 가이드부(930,940)에 축방향으로 적층되도록 위치시키되, 질량부재(1000)의 가이드 홀(1001)이 역시 서포터(320)의 가이드 홀(325) 및 스프링 가이더(900)의 가이드 홀(950)과 맞춰지도록 하여 체결 위치를 맞춘 다음, 질량부재(1000)의 볼트 홀(1002)과 서포터(320)의 가이드부(323,324) 측의 볼트 홀(326) 및 스프링 가이더(900)의 가이드부(930,940) 측의 볼트 홀(960)에 볼트(B2)가 체결되면서 서포터(320)의 가이드부(323,324) 및 스프링 가이더(900)의 가이드부(930,940)에 질량부재(1000)가 고정된다.
이와 같이, 피스톤(300 : 도 2에 도시), 머플러(700), 서포터(320), 스프링 가이더(900), 질량부재(1000)가 조립되면, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 서포터(320)의 지지부(327,328)와 모터 커버(540)의 지지 돌기(543,544) 사이에 전방 메인 스프링(820)이 끼워진 상태에서 탄성 지지되고, 스프링 가이더(900)의 지지부(920)와 백 커버(560) 사이에 후방 메인 스프링(840)이 끼워진 상태에서 탄성 지지된다. 이때, 질량부재(1000)는 스프링 가이더(900)에 결합되더라도 후방 메인 스프링(840)의 외경과 이격되도록 위치되기 때문에 질량부재(1000)는 전/후방 메인 스프링(820,840)의 초기 위치에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 가동부재에 추가될 수 있으므로, 공진 주파수를 리니어 모터(400)의 구동 주파수에 손쉽게 맞출 수 있고, 그 결과 설계 변경 등과 같은 번거로움을 줄이는 동시에 압축 효율을 보다 높일 수 있다.
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.

Claims (4)

  1. 냉매가 압축되는 공간을 제공하는 실린더를 포함하는 고정부재;
    실린더 내부에서 냉매를 압축하는 피스톤, 중심부 및 중심부로부터 피스톤의 반경 방향으로 확장된 가이드부와 중심부로부터 두 번 절곡되어 가이드부와는 다른 반경 방향으로 확장된 지지부를 포함하는 서포터를 포함하고, 고정부재에 대해 직선 왕복 운동하는 가동부재;
    서포터의 지지부 전면에 일단이 지지되고, 고정부재에 타단이 지지되며, 피스톤에 대해 대칭되도록 위치하는 복수개의 전방 메인 스프링;
    서포터의 중심부 배면에 일단이 지지되고, 고정부재에 타단이 지지되는 단일의 후방 메인 스프링;
    가동부재와 함께 왕복운동하도록 중심부의 배면에 볼트 결합되고 냉매를 도입시키는 유로를 제공하며 소음을 저감시키는 흡입머플러; 그리고,
    서포터와 후방 메인 스프링 사이에 위치하며 후방 메인 스프링의 일단을 지지하고, 중앙에 흡입머플러가 관통하는 홀과, 흡입 머플러를 서포터 중심부에 결합시키는 볼트를 그 안쪽에 수용할 수 있도록 중앙 홀 주변에 형성되는 볼트홀과, 서포터의 가이드부에 대응하도록 반경방향으로 확장된 가이드부를 포함하는 스프링 가이더;를 포함하고,
    서포터 가이드부 및 스프링 가이더의 가이드부를 서로 대응하는 가이드홀 및 볼트홀을 구비하고, 양자의 가이드홀이 서로 맞춰진 상태에서 양자의 볼트홀에 볼트 결합됨으로써 스프링 가이더가 서포터의 배면에 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    후방 메인 스프링의 외경과 소정 간격을 두도록 서포터의 가이드부의 배면에 결합되는 복수개의 질량부재를 추가로 포함하고, 질량부재도 대응하는 가이드홀 및 볼트홀을 구비하며, 가이드홀이 서로 맞춰진 상태에서 볼트홀에 볼트 결합됨으로써, 서포터의 가이드부 배면에 스프링 가이더 및 질량부재가 차례로 체결되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    후방 메인 스프링과 맞닿는 스프링 가이더의 영역에는 표면처리가 이루어져서 그 영역에서 스프링 가이더의 표면경도가 후방 메인 스프링의 표면경도에 비해 큰 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    스프링 가이더는 중앙 홀의 외주를 따라 후방으로 돌출된 지지부를 구비하여, 이 지지부에 후방 메인 스프링이 끼워져서 지지되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
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