KR20140059194A

KR20140059194A - 리니어 엔진을 구비한 컴프레서

Info

Publication number: KR20140059194A
Application number: KR1020147003525A
Authority: KR
Inventors: 알베르토 브루노 펠드만; 플라비오 제이. 에이치. 칼루프
Original assignee: 월풀 에스.에이.
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-05-15
Also published as: AR087275A1; JP2014521300A; BRPI1103496A2; WO2013010236A1; US9752586B2; TW201314038A; EP2734732A1; CN103765009A; EP2734732B1; US20140241916A1

Abstract

본 발명은 컴프레서를 위한 리니어 엔진, 및 리니어 엔진을 구비한 컴프레서에 관한 것이다. 컴프레서를 위한 리니어 엔진은 제 1 코어(2) 및 제 2 코어(3)로 이루어진 적어도 하나의 스테이터, 및 적어도 하나의 커서(4)를 포함하되, 상기 제 1 코어(2), 커서(4) 및 제 2 코어(3)는 중심이 동일하게 배치된다. 상기 제 1 코어(2)는 적어도 2개의 상이한 몸체들(21, 22)에 의해 실질적으로 한정되고, 상기 2개의 몸체들(21, 22) 사이에 부착 수단들(6, 7)을 제공한다.

Description

컴프레서를 위한 리니어 엔진 및 리니어 엔진을 구비한 컴프레서{LINEAR ENGINE FOR COMPRESSOR AND COMPRESSOR PROVIDED WITH A LINEAR ENGINE}

본 발명은 컴프레서를 위한 리니어 엔진, 및 리니어 엔진을 구비한 컴프레서에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 컴프레서를 위한 리니어 엔진의 배열 및 리니어 엔진을 지지하고 고정시키기 위한 수단을 구비한 컴프레서에 관한 것이다.

리니어 엔진(linear engine)은 병진 운동, 바람직하게는 (가상축을 따른) 축방향 운동의 형태로 전기 에너지를 기계 에너지로 변환할 수 있는 전기 기계를 포함한다.

이런 방법에 의해, 로터리 엔진(rotary engine)과는 상이하게, 리니어 엔진은 벨트, 클러치 어셈블리, 및 유사한 장치와 같은 기계적 커플링(coupling)에 대한 요구없이 선형 운동을 생성할 수 있다. 이런 점에서, 리니어 엔진은 정적(고정) 부분 및 동적(이동) 부분을 포함한다.

특별한 문헌에 따라, 리니어 엔진의 기능은 로터리 엔진의 기능에 대응되되, (자기장과 엔진 코일에 인가된 전류 사이의 상호작용에 의해 발생된) 전자기력은 엔진 정적(또는 고정) 부분에 대하여 엔진 동적(또는 이동) 부분을 이동시킨다.

최신 기술로부터 알려진 리니어 엔진들의 가능한 설계들 중에서, 정적(또는 고정) 부분이 3개의 철 코어들을 포함하고(여기서 중심 코어만이 코일을 갖는다) 동적(또는 이동) 부분이 상기 철 코어들 사이에 배치된 3개의 영구 자석들로 이루어지는 리니어 엔진이 인용될 수 있다.

또한 이런 설계는 리니어 엔진의 정적(또는 이동) 부분의 이동이 (왕복으로 피스톤 내부에서 이동됨으로써, 작동 유체를 압축하는) 피스톤과 기능적으로 조합하는 선형 컴프레서에서 이행될 수 있다.

리니어 엔진 기반 선형 컴프레서의 실시예는 BR 특허 출원 PI 0401581-9호에서 개시된다. 본 문서는 (중심이 동일하게 배열된 코어 및 코일을 포함하는) 스테이터(stator) 및 커서(cursor)를 포함하는 리니어 엔진에 관한 것이되, 상기 커서는 컴프레서 카카스(compressor carcass)에 (심지어 간접적으로) 고정되고, 상기 커서는 컴프레서 피스톤과 기능적으로 조합된다. 더욱 상세하게는, 상기 스테이터는 외측링(코일) 및 내측링(철 코어)에 의해 형성되되, 이 모두는 서스펜션 수단(suspension means)에 의해 컴프레서 카카스에 간접적으로 고정된다. 스테이터의 내측링과 외측링 사이에 위치된, 리니어 엔진 커서에 대하여, 동일한 것이 (또한 피스톤과 조합되는) 지지 가이드로 일체화된 자석 링에 의해 형성된다. 또한, 본 문서에 따라, 상기 커서가 스테이터 코터의 외측면에 물리적으로 접촉할 수 있다는 것이 관찰된다.

리니어 엔진 기반 선형 컴프레서의 다른 실시예는 엔진 효율을 향상시키고 라미네이션(lamination)("C" 형상의 금속 블레이드들의 세트)의 조립을 단순화하는, 리니어 엔진 자체에 초점을 맞추는, BR 특허 출원 PI 9801434-0호에서 설명되고, 이에 의해 상기 라미네이션이 용접 공정이 아닌 고정 링에 의해 부착된다. 본 문서에 따라, 리니어 엔진은 라미네이션을 포함하되, 돌출부들은 각각 반지름방향으로 배치된 철 부분들의 동심원들에 의해 형성된 그루브, 코일 와이어들을 위한 커넥터 및 상기 철 부분들이 풀리는 것을 방지하도록 그루브에 배치된 비자성 고정링을 포함한다.

비록 상기 BR 특허 출원 PI 0401581-9호 및 PI 9801434-0호가 최신 기술에 속하는 (선형 컴프레서들을 위한) 리니어 엔진들의 실시예들을 단지 포함하더라도, (선형 컴프레서들을 위한) 대부분 리니어 엔진들은 기본적으로, 적어도 개념적으로, 관련된 실시예들에 유사하다는 것이 주목되어야 한다.

즉, 최신 기술로부터 이미 알려진 (선형 컴프레서들을 위한) 대부분 리니어 엔진들은 스테이터의 동심링들 사이에 위치된 커서 및 동심링들의 스테이터에 기초한 본질적인 설계를 포함한다. 또한 (선형 컴프레서들을 위한) 대부분 리니어 엔진들이 금속 라미네이션들(병렬된 라미나 금속 시트(laminar metal sheet)들)에 의해 감긴 코일을 갖는 것이 관찰된다.

더욱이, (선형 컴프레서들을 위한) 대부분 리니어 엔진들이 서스펜션 등 또는 또한 압축 실린더를 한정하는 블록 자체에 의해 컴프레서 카카스에 간접적으로 부착된다는 것이 또한 알려진다.

(선형 컴프레서들을 위한) 리니어 엔진들에서 관찰된 이런 2개의 종래 양상들은 하기와 같은 이유 때문에 향상될 수 있는 양상들로서 구성될 수 있다:

불안전한 어셈블리의 전기 절연을 만들 뿐 아니라, 코일을 감기 위한 금속 라미네이션의 형성, 복합 생산 성형 및 장착 방법이 요구된다.

불안전한 어셈블리의 전기 절연을 만들 뿐만 아니라, (상기에 인용된 수단에 의해) 컴프레서 카카스에 대한 리니어 엔진의 고정, 이는 예를 들어, 압축 실린더를 한정하는 블록과 같은 다른 컴프레서 부분들에 대한 구조적 손상을 야기할 수 있다.

상기에 설명된 내용 내에서, 이러한 결함들을 나타내지 않고 향상될 수 있는 선형 컴프레서를 위한 리니어 엔진을 개발하기 위한 필요가 존재한다는 것이 주목되어야 한다.

따라서, 본 발명의 일 목적은 코일 권선 영역을 한정하는 금속 블레이드들의 종래의 세트들이 없는 (컴프레서를 위한) 리니어 엔진을 제공하는 것이다. 이런 점에서, 본 발명의 다른 목적은 (코일들을 감기 위한) 손쉽게 조립된 자성 코어를 포함하는 스테이터(stator)를 제공하는 것이다.

이런 방법에 의해, 본 발명의 일 목적은 적어도 하나의 2분할 코어(또는 보빈(bobbin))를 갖는 스테이터를 포함하는 리니어 엔진을 제공하는 것이다.

이런 방법에 의해, 본 발명의 일 목적은 컴프레서 카카스에 직접 부착될 수 있는 (컴프레서를 위한) 리니어 엔진을 포함하는 리니어 엔진을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 카카스에 대한 리니어 엔진의 직접 고정을 위하여 허용하는 고정 수단에 의해 일체화된 선형 컴프레서를 제공하는 것이다.

현재 개시된 발명의 이런 및 다른 목적들은 제 1 코어 및 제 2 코어로 이루어진 적어도 하나의 스테이터, 및 적어도 하나의 커서(cursor)를 포함하는, 이제 개시되는 컴프레서를 위한 리니어 엔진에 의해 달성된다. 상기 제 1 코어는 적어도 하나의 코일을 더 포함한다. 제 1 코어, 커서 및 제 2 코어는 중심이 동일하게 배열된다.

본 발명에 따라, 리니어 엔진은 실질적으로 적어도 2개의 상이한 몸체들, 및 상기 2개의 몸체들 사이의 부착 수단에 의해 한정된 제 1 코어를 포함한다. 상기 2개의 몸체들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 코일의 적어도 하나의 권선 영역을 한정하고, 상기 몸체들은 상호 간에 물리적으로 결합될 수 있다.

바람직하게는, (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 상기 몸체들은 철 복합 재료 및 페놀 수지로 제조된다. 더욱 바람직하게는, (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 상기 몸체들 중 하나는 대략 도넛형 프리즘 형상을 포함하는 반면에 (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 다른 하나의 몸체는 적어도 2개의 대략 실린더형이고 중심이 동일하게 배치된 영역들에 의해 한정된 일체형 몸체를 포함한다.

또한 바람직하게는, 부착 수단들 중 하나는 (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 몸체들 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 홀을 포함하고, 다른 하나의 부착 수단은 (상기 스테이터의 제 1 코어를 따르는) 상기 몸체들 중 적어도 하나에 위치된 적어도 하나의 돌출부를 포함한다.

이런 점에서, 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 상기 몸체들 중 하나는 종방향 엣지들 중 하나에 배열된 적어도 하나의 홀을 포함하는 반면에 (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 상기 몸체들 중 다른 하나는 종방향 엣지들 중 하나에 배열된 적어도 하나의 돌출부를 포함한다. 또한 이런 맥락에서, (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 몸체들 중 하나의 상기 종방향 엣지들 중 하나에 배치된 적어도 하나의 홀 및 (상기 스테이터의 제 1 코어를 형성하는) 다른 하나의 몸체의 상기 종방향 엣지들 중 하나에 배치된 적어도 하나의 돌출부는 동일한 직경을 갖는다.

본 발명에 따라, 상기에 설명된 바와 같이, 리니어 엔진을 구비한 컴프레서는, 컴프레서의 적어도 하나의 이동 부분과 엔진 커서 사이에서 연결 부재로서 작용하는 적어도 하나의 제 1 지지부 및 컴프레서 카카스에 고정된 적어도 일부분과 제 1 엔진 코어 사이에서 연결 부재로서 작용하는 적어도 하나의 제 2 지지부를 포함한다.

이런 점에서, 상기 커서는 접착 물질에 의해 제 1 지지부에 고정되고, 제 1 코어는 접착 물질에 의해 제 2 지지부에 고정된다(제 2 지지부 자체는 접착 물질에 의해 상기 컴프레서 카카스에 고정된 적어도 일부분에 부착된다).

바람직하게는, 제 1 지지부 및 제 2 지지부 모두는 비금속 및 비자성 재료로 제조된다.

본 발명은 하기에 나열된 도면에 기초하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 컴프레서를 위한 리니어 엔진의 사시 단면도를 도시한다.
도 2는 컴프레서를 위한 리니어 엔진의 분해도를 도시한다.
도 3은 컴프레서의 리니어 엔진의 개략 평면 단면도를 도시한다.
도 4는 상기의 도면들에서 도시된 리니어 엔진을 구비한 컴프레서의 개략 단면도를 도시한다.
도 5는 리니어 엔진을 컴프레서 카카스에 고정시키기 위한 바람직한 수단의 분해 사시도를 도시한다.

본 발명의 개념 및 목적에 따라, (하기에 엔진(1)만으로서 지정된) 컴프레서를 위한 리니어 엔진(linear engine)이 개시된다.

엔진(1)은 축방향 운동(커서 변위)으로 (스테이터 코일(stator coil)에 인가된) 전기 에너지를 변환할 수 있는 전기 모터를 포함한다. 상기 엔진(1)은 선형 컴프레서, 특히, 공진 질량 스프링 메커니즘(resonant mass spring mechanism)에 기초한 선형 컴프레서에 적용되도록 특별하게 개발되었다. 즉, 상기 엔진(1)은 특히 (미도시된) 실린더 내에서 축방향 이동을 왕복할 수 있는 (미도시된) 피스톤을 (직접적으로 또는 간접적으로) 이동시키도록 설계되었다.

도 1, 도 2 및 도 3은 상기 엔진(1)의 바람직한 구체예를 도시한다.

이런 도면들로부터, 하나는 엔진(1)의 관련된 바람직한 구체예가 제 1 코어(2) 및 제 2 코어(3)에 의해 형성된 스테이터(엔진의 정적 부분)로 기본적으로 구성된다는 것을 암시할 수 있다. 상기 엔진(1)은 또한 커서(cursor)(4)(엔진의 동적 부분)로 이루어진다. 중심으로부터 엣지로 - 이런 순서를 따라, 제 1 코어(2), 커서(4) 및 제 2 코어(3)는 중심이 동일하게 배치된다.

상기 코어(2)는 본 발명의 가장 큰 차이점들 중 하나를 포함한다.

엔진(1)의 중심 코어를 포함하는, 상기 제 1 코어(2)는, 2분할 몸체, 즉, 특히 상호 간에 결합된 2개의 몸체들로 이루어진다. 이런 방법에 의해, 2분할 몸체는 제 1 몸체(21) 및 제 2 몸체(22)에 의해 구성된다.

상기 제 1 몸체(21)는 2개의 대략 평면을 갖는 원형 둘레를 갖는 몸체를 포함한다. 상기 몸체(21)는 바람직하게는 관통홀을 더 포함하나, 반드시 포함하지 않는다. 따라서, 상기 몸체(21)는 대략 환형 프리즘 형태를 포함하는 것이 언급될 수 있다.

제 2 몸체(22)는 중심이 동일하게 배치되고 상이한 (직경 및 높이) 치수를 갖는, 2개의 대략 실린더형 영역들을 포함하는 몸체를 포함한다. 특히, 제 2 몸체(22)의 "하측 영역"은 (그것으로부터 중심홀을 제외하고는) 상기 제 1 몸체의 형상 및 치수에 대응되는 형상 및 치수를 갖는다. 제 2 몸체(22)의 "상측" 영역은 실린더형 벌징(bulging) 영역이다. 더욱이, 제 2 몸체(22)의 상기 "상측" 영역은 또한 대략 실린더형 종방향 돌출부(7)를 포함한다는 것이 암시될 수 있다.

제 1 몸체(21)의 상기 중심홀(6) 및 제 2 몸체(22)의 상기 종방향 돌출부(7)는 대응되는 치수들을 가짐으로써, 상기 몸체들(21, 22) 사이에 부착 수단을 형성한다.

이런 방법에 의해, 스테이터의 제 1 코어가 코일(5)을 감기 위한 영역(23)을 한정하는, ("H"-모양 프로파일을 갖는 몸체를 한정하는) 보빈 형상에 대응되는 형상을 갖는 (상호 간에 물리적으로 결합가능한 2개의 몸체들에 의해 구성되는) 2분할 몸체에 의해 한정된다는 것이 주목될 수 있다.

바람직하게는, (그 안에 몸체들(21, 22)을 포함하는) 상기 스테이터의 전체 제 1 코어(2)는 철 복합 재료 및 페놀 수지로 제조되되, 이런 재료는 또한 SMC-연자성 복합재료로서 알려진다.

본 바람직한 구체예(및 동일한 것을 통해 이제 구성된 주된 개념)는 본 발명의 목적들 중 하나를 이미 달성하고, 즉, 코일 권선 영역을 한정하는 금속 블레이드들의 종래 세트들 없이 엔진(1)을 구성하는 것을 가능하게 만든다.

더욱이, 스테이터의 제 1 코어(2)가 2분할이라는 사실은 다수의 (공정 및 기능적) 장점들, 예컨대 손쉬운 제조(소결 방법), 코일에 지정된 영역의 보다 양호한 사용으로 이어지고, 코일은 "보빈" 외부에서 형상화될 수 있어, 동일한 것이 그 이후에 후자와 조합된다.

스테이터의 제 2 코어(3) 및 엔진(1)의 커서는 실질적으로 종래의 부재들을 포함한다.

따라서, "회수 철(return iron)"인, 스테이터의 상기 제 2 코어(3)는 대략 환형 프리즘 형태를 갖는 금속체를 포함한다는 것이 주목될 수 있다. 특히, 스테이터(3)의 상기 제 2 코어(3)는 커서(4)의 직경 및 스테이터의 제 1 코어(2)의 직경보다 큰 직경을 갖는다.

이런 내용 내에서, 상기 커서(4)는 대략 환형 프리즘 형태로, 바람직한 금속성 자성 강체를 포함한다. 자화 방향은 바람직하게는 반지름방향이다. 상기 커서(4)의 직경은 스테이터의 제 1 코어(2)의 직경보다 크고 스테이터의 제 2 코어(3)의 직경보다 작다.

컴프레서의 이런 이동 부분들 및 커서(4)는 세라믹 재료로 제조됨으로써 상호 간에 고정될 수 있다. 상기 지지부(41) 및 상기 커서(4)는 바람직하게는 인용된 부분들의 2개의 축방향 평면들 사이에서 글루잉(gluing)함으로써 상호 간에 고정될 수 있다.

제 1 코어(2) 및 컴프레서 카카스(compressor carcass)(10)는 바람직하게는 비금속 및 비자성 재료(바람직하게는 세라믹 재료)로 제조된, 지지부(8)를 글루잉함으로써 상호 간에 고정될 수 있다. 특히, 상기 지지부(8)는 컴프레서 카카스(10)에 고정된 적어도 일부분(9)과 엔진의 상기 제 1 코어(2) 사이에서 연결 부재로서 작용한다.

본 발명의 목적들의 바람직한 구체예의 실시예가 설명되어 왔기 때문에, 본 발명의 범위는 가능한 등가 수단을 포함하는, 첨부된 청구항들의 내용에 의해서만 한정되는, 다른 가능한 변경을 고려하는 것이 구성되어야 한다.

Claims

제 1 코어(2) 및 제 2 코어(3)로 이루어진 적어도 하나의 스테이터, 및 적어도 하나의 커서(4)를 포함하되; 상기 제 1 코어(2)가 적어도 하나의 코일(5)을 더 포함하고, 제 1 코어(2), 커서(4) 및 제 2 코어(3)가 중심이 동일하게 배열되는, 컴프레서를 위한 리니어 엔진에 있어서,
적어도 2개의 상이한 몸체들(21, 22)에 의해 실질적으로 한정되는 제 1 코어(2); 및
상기 2개의 몸체들(21, 22) 사이의 부착 수단들(6, 7)을 포함하되;
상기 2개의 몸체들(21, 22) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 코일(5)을 감기 위한 적어도 하나의 영역(23)을 한정하고;
상기 몸체들(21, 22)은 상호 간에 물리적으로 결합가능한 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체들(21, 22)은 철 복합재료 및 페놀수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 몸체(21)는 대략 환형 프리즘 형상의 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 몸체(22)는 적어도 2개의 실질적인 실린더형이고 중심이 동일하게 배치된 영역들에 의해 한정된 일체형 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 부착 수단들(6, 7) 중 하나는 상기 몸체들(21, 22) 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 1 항에 있어서,
상기 부착 수단들(6, 7) 중 하나는 상기 몸체들(21, 22) 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 몸체(21)는 일면에 배치된 적어도 하나의 홀을 갖는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 몸체(22)는 종방향 엣지들 중 하나에 배치된 적어도 하나의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
적어도 하나의 홀은 몸체(21)의 일면에 배열되고, 적어도 하나의 돌출부는 상기 몸체(22)의 종방향 엣지들 중 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 컴프레서를 위한 리니어 엔진.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에서 한정된, 리니어 엔진을 구비한 컴프레서에 있어서,
컴프레서(10)의 적어도 하나의 이동 부분 및 커서(4) 사이에서 부착 부재로서 작용하는 적어도 하나의 제 1 지지부(41);
상기 컴프레서(10)의 카카스에 고정된 적어도 일부분(9) 및 엔진의 제 1 코어(2) 사이에서 부착 부재로서 작용하는 적어도 하나의 제 2 지지부(8);
접착 물질에 의해 제 1 지지부(41)에 부착되는 커서(4)를 포함하되;
상기 제 1 코어(2)는 접착 물질에 의해 제 2 지지부(8)에 고정되고;
상기 제 2 지지부(8)는 접착 물질에 의해 상기 컴프레서(10)의 카카스에 고정된 적어도 일부분(9)에 고정되는 것을 특징으로 하는 컴프레서.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 지지부(41)는 비금속 및 비자성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 컴프레서.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 지지부(8)는 비금속 및 비자성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 컴프레서.