KR20140058561A - 선형 컴프레서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정부(21) 및 이동부(22)에 의해 한정되는 적어도 하나의 선형 모터(2), 적어도 하나의 공진 스프링(3), 적어도 하나의 피스톤(4) 및 적어도 하나의 균형체(5)에 의해 실질적으로 형성된 진동 배열체를 포함하되, 선형 모터(2)의 이동부(22)가 피스톤-모터 어셈블리를 한정하는, 피스톤(4)과 상호작용하게 조합되는, 공진 진동 메커니즘에 기초한 선형 컴프레서에 관한 것이다. 피스톤-모터 어셈블리는 공진 스프링(3)의 종단(31)에 작동되게 조합되고 적어도 하나의 균형체(5)는 공진 스프링(3)의 종단(32)에 기능적으로 조합된다. 이런 구성은 공진 진동 메커니즘이 실린더에서 가스의 압축에 의해 발생된 힘 및 모터에 의해 발생된 힘의 소거를 통해 컴프레서 하우징에 적용되는 진동의 감쇠를 허용한다.

Description

선형 컴프레서{LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 구성요소들의 진동 운동을 유지하기 위한, 공진 진동 메커니즘, 특히 공진 스프링-질량 시스템에 기초한 선형 컴프레서에 관한 것이다. 논의가 되고 있는 선형 컴프레서는 외측 하우징에 부과된 진동의 감쇠의 원인이 되는 공진 진동 배열체를 제공한다.

간략하게는, 선형 컴프레서는 선형 모터에 결합된, 작동 유체의 수용 및 압축의 원인이 되는 피스톤으로 이루어진다. 선형 모터는 유체의 압축의 원인이 되는, 피스톤에 선형 진동 운동을 부과하는 원인이 된다. 드라이브(drive)에 대한 선형 모터를 이용하게 하는 컴프레서들은 종래의 회전형 모터에 의해 구동되는 컴프레서들에 비해서 실질적으로 작은 체적을 점유하는 장점을 갖는다.

컴팩트한 컴프레서의 이용은 바람직한 것으로 여겨지고, 선형 모터에 의해 구동된 컴프레서에 의해 점유된 체적이 로터리 엔진(rotary engine)에 의해 구동된 컴프레서에 의해 점유된 체적보다 현저하게 낮기 때문에, 다양한 해결안들이 선형 모터들에 의해 구동되는 컴프레서들, 소위 선형 컴프레서의 성능의 향상을 모색하도록 유발되었다.

이런 결점의 해결안에 기초하여, 선형 컴프레서들은 사이클 각각에서 선형 모터가 수행하는 것을 필요로 하는 힘을 최소화하는 것에 초점을 맞춘 수단을 구비하는 것이 발생하기 시작하였다. 이런 해결안들 중 하나는 선형 모터의 교호 운동을 이용하고 선형 모터에 의해 이루어진 효과가 시스템의 관성에 의해 지원되는 방법으로 확장하면서, 시스템의 에너지를 보존하는 물리 법칙의 이용에 의해 야기된다. 공진 현상이 이용된다.

공진은 몸체가 자연 주파수 또는 공진 주파수라 불리는, 특정한 주파수에서 큰 진폭으로 진동해야만 하는 경향(또는 특징)이다.

일단 힘이 몸체의 자연 주파수 근처의 주파수에 부과되면, 시스템의 진동의 진폭의 증가를 야기하는, 기계적 에너지의 점진적인 축적이 존재한다.

따라서, 엔진에 의해 전달된 에너지를 축적하는 기능을 갖는, 스프링들을 포함하는 지지부들 아래에 장착된 선형 모터를 포함하는 해결안들이 나타났다. 에너지의 축적 이외에, 이런 스프링들은 피스톤으로 모터의 운동을 전달하는 기능을 갖는다. 이런 스프링들은 일반적으로 공진 스프링이라 불린다.

피스톤을 운동시키는 데에 요구된 에너지의 대부분이 공진 스프링에 이미 저장된다는 사실로 인해, 시스템을 구동시키는 선형 모터의 더 낮은 전기 소비를 야기하면서, 공진 스프링들의 이용은 선형 모터가 작동하는 것을 보조하고 세트(set)를 운동시키는 데 요구된 노력을 감소시킨다.

공진 스프링들을 구비한 선형 컴프레서의 제 1 실시예는 결국 선형 모터의 이동식 코어와 조합되는, 피스톤과 조합되는, 공진 스프링들의 어셈블리를 구비하는 선형 컴프레서를 개시하는, 문서 US 2006/005700호에서 설명된다. 공진 스프링들의 상기 어셈블리는 2개의 쌍들의 스프링들로 이루어지고, 각각의 쌍은 피스톤과 조합되는 플레이트의 면에 배치된다. 따라서, 일 방향으로 피스톤의 선형 운동을 수행할 때, 플레이트의 각각의 면에 배열된 스프링들의 쌍은 어셈블리에 대하여 작용하고 모터가 교호 방식으로 작동하는 것을 필요로 하는 노력을 감소시키면서, 특정한 수준의 개방성에 도달할 때 반대 방향으로 운동한다. 하지만, 본 구체예는 어셈블리의 장착을 복잡하게 만드는, 대량의 스프링들을 이용하는 불편함을 갖는다. 또한, 본 구체예는 소형 장치에 적용을 방지하면서, 컴프레서 어셈블리의 최소화를 방지한다.

공진 스프링을 구비한 선형 컴프레서의 제 2 실시예는 선형 모터에 의해 수행된 왕복 운동을 부여하고, 피스톤 및 선형 모터를 조합하는 단일 공진 스프링을 포함하는, 최소화된 컴프레서를 개시하는, 문서 PI 0601645-6호에 설명된다. 각각의 구성요소가 공진 스프링의 일종단에 배치되기 때문에, 본 구체예는 선형 컴프레서의 더 컴팩트한 배열을 가능하게 하면서, 선형 모터와 피스톤 사이의 위치에서 어떠한 편차의 존재를 제공하지 않는 단점을 갖는다. 또한, 어떠한 안내 요소 없이, 컴프레서의 전체 길이를 따라 배열된 단일 스프링을 이용하는, 이러한 구성 배열은 적절한 기능을 불가능하게 할 수 있는, 모터 및 피스톤의 원치않는 노력을 야기한다.

공진 스프링을 구비한 선형 컴프레서의 제 3 실시예는 선형 모터의 이동부(이동 자석)(PM)와 조합되는 제 2 종단을 갖는, 공진 스프링(MR)의 제 1 종단과 조합되고 실린더(CM) 내에 장착된 피스톤(P)을 포함하는, 최신 기술에 따른, 공진 선형 컴프레서(CL)와 함께 도 1에 개략적으로 도시된다. 공진 스프링(MR)은 패스닝 수단(fastening means)(MF)에 의해 컴프레서의 하우징(C)에 조합되는 중립부(neutral portion)(PN)를 갖는다. 따라서, 최신 기술의 선형 컴프레서(CL)가 하우징(C)의 제 1 종단(PE)에 장착된 피스톤(P), 및 하우징(C)의 제 2 종단(SE)에 장착된 모터, 즉, 컴프레서의 종단들 중 하나에 구성요소 각각을 채택하는 것이 주목되어야 한다. 이런 구성요소들은 공진 스프링(MR)에 의해 사이에 들어가지만, 실린더에서 가스의 압축에 의해 발생되는 힘 및 엔진에 의해 발생되는 힘이 동일 위상에서 존재하고, 즉 동일한 방향으로 존재하고, 이에 따라 하우징에 대한 더 큰 힘을 야기하면서, 추가되기 때문에, 이런 모터 및 피스톤 배열체는 컴프레서 하우징에서 최종적인 진동으로 인해 유리하지 않다.

따라서, 현재 최신 기술은 최소화될 수 있는 구성의 단순화된 배열을 포함하고, 더욱이, 하우징의 진동을 감소시키는 수단을 구비한 공진 컴프레서가 없다.

본 발명의 목적들 중 하나는 공진 진동 메커니즘이 카카스(carcass)에 적용되는 진동을 감쇠시킬 수 있는 공진 진동 메커니즘(resonant oscillating mechanism)에 기초한 선형 컴프레서를 제공하는 것이다. 이런 점에서, 이어서 본 발명의 다른 목적은 공진 진동 배열체가 실린더에서 가스의 압축에 의해 발생되는 힘 및 모터에 의해 발생되는 힘의 (심지어 부분적인) 소거를 촉진할 수 있는 선형 컴프레서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공진 진동 배열체가 하우징에 부과된 결과적인 힘(운동)의 진폭을 감소시키는 공진 진동 메커니즘에 기초한 선형 컴프레서를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 (이동부 및 고정부에 의해 한정된) 적어도 하나의 선형 모터, 적어도 하나의 공진 스프링 및 적어도 하나의 피스톤을 실질적으로 포함하는 진동 배열체를 포함하는, 여기서 도시되는 선형 컴프레서에 의해 완전히 달성된다. 진동 배열체는 적어도 하나의 균형체(balancing body)를 더 포함한다.

본 발명의 개념에 따라, 선형 모터의 이동부는 피스톤-드라이브 어셈블리(piston-drive assembly)를 한정하는 피스톤과 상호작용하게 조합된다.

이런 점에서, 피스톤-모터는 공진 스프링의 종단들 중 하나에 기능적으로 조합되는 반면에, 적어도 하나의 균형체는 공진 스프링의 반대편 종단과 기능적으로 조합된다.

따라서, 언급되는 균형체는 모터 피스톤 어셈블리의 공진 진동 운동에 대하여 동시 발생될 수 있거나, 피스톤-모터 어셈블리의 공진 진동 운동에 상반되게 동시 발생될 수 있는, 진동 운동을 가할 수 있다.

본 발명은 하기에 나열된 도면들에 기초하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 현재 최신 기술에 속하는 공진 선형 컴프레서의 어셈블리의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 부품인 공진 선형 컴프레서의 어셈블리의 개략도를 도시한다.

본 발명의 주된 개념에 따라, (증가된 진동 진폭을 야기하면서 에너지의 축적을 통한 작동을 보조하도록 공진 스프링의 이용을 이루어지게 하고 선형 모터에 의해 구동되는) 공진 진동 메커니즘에 기초한 선형 컴프레서가 도시되되, 공진 배열체 자체는 모터의 진동 작용 및 실린더에서 가스 압축으로부터 불균형한 힘들을 최소화할 수 있다. 이와 함께, 공진 배열체가 선형 컴프레서의 하우징에 적용되는 진동이 감쇠된다.

도 2는 본 발명의 개념 및 목적에 따라 설계된, 선형 컴프레서(1)의 바람직한 구성의 개략(단면)도를 도시한다.

따라서, 선형 컴프레서(1)의 바람직한 구성은 선형 모터(2), 공진 스프링(3), 피스톤(4) 및 균형체(balancing body)(5)를 실질적으로 포함하는 진동 배열체를 포함한다. 특히, 선형 컴프레서(1)는 또한 실린더(6) 및 (예를 들어, 작동 유체의 흡입 및 방출을 위한 연결부(8)들 및 헤드 어셈블리(7)로서) 컴프레서에서 종래에 존재하는 다른 요소들을 포함한다. 바람직하게는, 선형 컴프레서(1)는 또한 언급된 선형 컴프레서(1)를 형성하는 모두 구성요소들을 수용하는 기능을 갖는 하우징(9)에 의해 일체화된다.

일반적으로, 선형 모터(2)는 고정부(21)(스테이터(stator) 또는 백 아이언(back iron)) 및 이동부(22)(커서(cursor)/자석)를 포함한다. 따라서, 선형 모터(2)는 종래의 선형 모터이다.

본 발명에 따라, 선형 모터(2)의 고정부(21)는 선형 컴프레서의 케이싱(9)에 고정되거나, 또는 (미도시된) 중간 요소는 또한 선형 컴프레서(1)의 프레임(9)에 고정된다. 선형 모터(2)의 이동부(22)는 피스톤-모터 어셈블리를 한정하는 피스톤(4)과 상호작용하게 조합된다.

공진 스프링(3)은 외력이 가해질 때 물리적 "변형"을 겪을 수 있고, 외력이 없을 때 원래 "형태"로 복원될 수 있는 물리적 탄성체를 포함한다.

바람직하게는, 공진 스프링(3)은 2개의 종단들(31, 32)을 한정하는 대략 나선형 튜브형 금속체이다. 공진 스프링(3)은 길이의 중앙에 배열된 (진동 또는 변형이 종단들(31, 32)보다 훨씬 작은) 중립점(neutral point)(33)을 더 포함한다. 상기 중립점(33)은 공진 스프링(3)이 선형 컴프레서(1)의 케이싱(9)에 부착되는 것, 또는 (미도시된) 어떠한 중간 요소가 또한 선형 컴프레서(1)의 하우징(9)에 부착되는 것을 허용한다.

피스톤(4)은 선형 컴프레서에 이용되는 하나의 종래의 피스톤이고, 즉, 하나의 개방단 및 하나의 폐쇄단(작동 종단)을 갖는 실질적인 실린더형 몸체에 의해 한정된 피스톤을 포함한다.

명명법에 의해 유도된 바와 같은, 균형체(5)는 비질량을 갖는 몸체로 이루어진다. 바람직하게는, 균형체(5)는 피스톤-모터 어셈블리의 질량과 유사한 질량을 갖는다.

따라서, 작동 유체의 흡입 및 방출을 위한 실린더(6), 헤드(7) 및 연결부(8)들은 기술 분야에 정통한 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진, 현재 최신 기술에 이미 속하는 종래의 구성요소들을 포함한다.

공진 스프링(3)의 중립점(33)(또는 상기 공진 스프링(3)과 하우징(9) 사이에 배치된 어떤 중간 요소)에 부착 수단(91)을 제공하는 하우징(9)은 또한 현재 최신 기술에 이미 속하는 종래의 하우징을 포함한다.

본 발명의 주된 개념에 따라, 진동 배열체는 특히 (피스톤(4)과 선형 모터(2)의 이동부(22) 사이에서 상호작용 조합에 의해 한정된) 피스톤-모터 어셈블리가 공진 스프링(3)의 종단과 기능적으로 조합되는 반면에, 균형체(5)가 공진 스프링(3)의 종단(32)과 기능적으로 조합된다는 사실로 인해 현재 최신 기술에 속하고 동일한 형태의 다른 진동 배열체로부터 분리된다.

이런 점에서, 선형 모터(2)의 이동부(22)의 운동은 필수적이고 피스톤에 직접 전달됨으로써, 피스톤-모터 어셈블리 및 이에 따른 공진 스프링(3)의 종단(31)을 이동시킨다. 이런 이동은 공진 스프링(3)의 종단, 및 이에 따른 균형체(5)에 전달된다.

따라서, 여기서 설명되는 진동 배열체의 구성요소 각각은 특정한 기능을 갖고, 즉:

(피스톤(4)과 선형 모터(2)의 이동부(22) 사이에서 상호작용 조합에 의해 한정된) 피스톤-모터 어셈블리는 효율적으로, 작동 유체를, 압축하는 기능 및 공진 스프링(3)에 대한 운동을 부과하는 것을 제공한다.

공진 스프링(3)은 기계적 에너지를 축적함으로써, 진동 운동을 증폭하는 기능을 갖는다.

균형체(5)는 시스템을 균형잡는 작업을 가져, (작동 유체를 압축할 때) 피스톤-모터 어셈블리에 의해 발생된 힘이 (균형체 자체의 운동에 의해 발생된 힘에 의해) 소거된다.

따라서, (공진 진동 메커니즘이 실린더에서 가스의 압축에 의해 발생된 힘 및 모터에 의해 발생된 힘을 (심지어 부분적으로) 소거함으로써 컴프레서 하우징을 요구하는 진동을 감쇠하는) 본 발명의 주된 목적이 성공적으로 달성된다.

또한, 피스톤-모터 어셈블리로서, 균형체(5)가 선형 컴프레서(1)의 하우징(9) 내부에 축방향, 선형 및 진동 운동을 수행한다는 것을 언급할 가치가 있다. 이런 운동은 상기 피스톤-모터 어셈블리의 공진 진동 운동에 대하여 동시에 발생하게 될 수 있거나 또는 상기 피스톤-모터 어셈블리의 공진 진동 운동에 상반되게 동시에 발생하게 될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구체예의 실시예들을 설명하면서, 동일한 발명의 범위가 가능한 등가 수단을 포함하면서, 청구항들의 단어들에 의해 단독적으로 제한된, 다른 가능한 물리적 변경을 포함한다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (4)

1. 고정부(21) 및 이동부(22)에 의해 한정된 적어도 하나의 선형 모터(2), 적어도 하나의 공진 스프링(3) 및 적어도 하나의 피스톤(4)에 의해 기본적으로 형성된 진동 배열체를 포함하는, 선형 컴프레서에 있어서,
   진동 배열체는 적어도 하나의 균형체(5)를 포함하고;
   선형 모터(2)의 이동부(22)는 피스톤-모터 어셈블리를 한정하는 피스톤(4)과 상호작용하게 조합되며;
   피스톤-모터 어셈블리는 공진 스프링(3)의 종단(31)과 기능적으로 조합되고;
   적어도 하나의 균형체(5)는 공진 스프링(3)의 종단(32)과 기능적으로 조합되는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   균형체(5)는 진동 운동할 수 있는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   균형체(5)는 피스톤-모터 어셈블리의 공진 진동 운동과 동시 발생된 공진 진동 운동을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서.
   
4. 제 2 항에 있어서,
   균형체(5)는 피스톤-모터 어셈블리의 공진 진동 운동에 상반되게 동시 발생된 공진 진동 운동을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 선형 컴프레서.
   

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