KR20180083240A - 가동코어형 왕복동 모터 및 이를 구비한 왕복동식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가동코어형 왕복동 모터 및 이를 구비한 왕복동식 압축기는, 일측에 공간부가 형성되고, 타측에 공극을 형성하도록 양측 단부가 마주보게 배치된 고정자와, 상기 공간부에 권취되는 마그넷 코일과, 상기 공극으로 노출되게 상기 고정자의 양측 단부 중 적어도 어느 하나에 고정되는 마그네트와, 상기 공극에 배치되고 자성체로 이루어져 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 가동자 및 상기 고정자와 가동자 사이에서 자기적 저항이 낮은 쪽으로 이동하려는 힘을 이용하여 상기 가동자를 고정자에 대해 공진운동 시키는 자기적 공진스프링을 포함하여, 왕복동 모터 및 이를 구비한 왕복동식 압축기가 소형화되고 경량화되며 보다 높은 효율을 얻을 수 있다.

Description

가동코어형 왕복동 모터 및 이를 구비한 왕복동식 압축기{moving core type recyprocating motor and recyprocating compressor having the same}

본 발명은 가동코어형 왕복동 모터 및 이를 구비한 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

모터(Motor)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력 또는 왕복동력을 얻는 장치로서, 이러한 모터는 인가되는 전원에 따라서 교류모터와 직류모터로 구분될 수 있다.

모터는 고정자(Stator)와 가동자(Mover 또는 Rotor)를 포함해서 이루어지며, 고정자에 구비되는 권선(Coil)에 전류가 흐를 때 발생하는 자속(Flux)의 방향에 따라 마그네트(Magnet)가 구비된 가동자가 회전운동을 하거나 또는 왕복운동을 하게 된다.

모터는 가동자의 운동양태에 따라 회전 모터 또는 왕복동 모터로 구분될 수 있다. 회전 모터는 마그넷 코일에 인가되는 전원에 의해 고정자에 자속이 형성되고 이 자속에 의해 가동자가 고정자에 대해 회전운동을 하는 반면, 왕복동 모터는 가동자가 고정자에 대해 직선으로 왕복운동을 하는 방식이다.

왕복동 모터는 통상 입체적인 구조를 갖는 모터의 자속을 평판 형상으로 변형시킨 것으로서, 평면 형상의 가동자가 역시 평면 형상의 고정자 상측에 얹혀져 그 고정자의 자기장의 변화에 따라서 직선적으로 움직이는 모터의 한 종류이다.

최근에는 고정자가 내측고정자(Inner stator)와 외측고정자(Outer stator)를 갖는 원통형으로 형성되고, 내측고정자와 외측고정자 중 어느 한쪽에 유도자기를 발생하기 위한 마그넷 코일이 권취되며, 자극(Magnet pole)이 고정자의 축방향을 따라 배열된 마그네트(Magnet)가 가동자에 구비되어 그 가동자가 내측고정자와 외측고정자 사이의 공극(Air gap)에서 왕복운동을 하도록 하는 압축기용 왕복동 모터가 소개되고 있다.

이러한 압축기용 왕복동 모터는 대한민국 등록특허 제10-0492612호(이하, 선행기술 1) 및 대한민국 등록특허 제10-0539813호(이하, 선행기술 2) 등에 개시되어 있다.

선행기술 1과 선행기술 2에는 모두 박판으로 형성된 다수 개의 철심 코어를 환형으로 형성된 마그넷 코일에 방사상으로 적층하여 원통형으로 된 외측고정자 또는 내측고정자를 형성하고 있다.

상기와 같은 왕복동 모터는 가동자가 안정적으로 왕복운동을 할 수 있도록 그 가동자의 왕복방향 양쪽에 각각 압축코일스프링으로 된 기계적 공진 스프링이 구비되어 있다.

이에 따라, 가동자가 마그넷 코일에 인가된 전원의 자속 방향을 따라 전후 방향으로 이동을 할 때 그 가동자가 이동하는 방향에 구비된 기계적 공진스프링은 압축되면서 반발력을 축척하고, 이어서 가동자가 반대 방향으로 이동할 때 반발력을 축적했던 기계적 공진스프링은 가동자를 밀어내는 일련의 과정을 반복하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동 모터는, 가동자가 압축코일스프링으로 된 기계적 공진스프링으로 지지되나, 압축코일스프링은 특성상 발생하는 자체 공진 때문에 일정구간의 운전주파수 안에서도 특정구간은 운전주파수로 사용하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 왕복동 모터는, 압축코일스프링으로 된 기계적 공진스프링이 설치됨에 따라 그 압축코일스프링의 특성상 기계적 응력 한계 및 진동 거리 등의 제약이 발생하게 되고, 이로 인해 공진스프링은 일정한 선경과 길이 등을 확보해야 하므로 왕복동 모터의 횡방향 길이를 축소시키는데 한계가 있었다.

또한, 종래의 왕복동 모터는, 압축코일스프링으로 된 기계적 공진스프링이 설치됨에 따라 그 압축코일스프링의 양단을 고정하기 위한 스프링 지지부재를 가동자와 고정자에 각각 구비하여야 하므로 모터의 기구 구조가 복잡하게 될 뿐만 아니라, 복수 개씩의 공진스프링을 높은 압력으로 가압하여 가동자의 전후 양측에 각각 설치하여야 하므로 그만큼 조립공정이 어렵게 되는 문제점도 있었다.

또한, 종래의 왕복동 모터는, 외측고정자와 내측고정자 사이에 마그네트를 포함한 가동자가 왕복운동 가능하게 배치됨에 따라, 그 가동자를 기준으로 외측과 내측에 각각 공극이 형성되면서 전체 공극이 증가하여 모터 효율이 저하되는 문제점도 있었다.

또한, 종래의 왕복동 모터는, 마그네트를 지지하는 마그네트 프레임의 두께가 커서 전체 가동자의 무게가 증가하고 이로 인해 전력소모량이 증가할 뿐 아니라, 외측고정자와 내측고정자 사이의 공극이 더 증가하면서 모터 효율이 더욱 저하되는 문제점도 있었다.

또한, 상기와 같은 왕복동 모터를 적용한 왕복동식 압축기는, 전술한 왕복동 모터에서의 문제를 여전히 가지게 되는 것은 물론 이로 인해 왕복동식 압축기를 소형화하는데 한계가 있었다.

본 발명의 상기되는 문제점을 해소하여, 운전주파수 내에서 모든 공진주파수를 사용할 수 있는 왕복동 모터를 제안한다.

본 발명은 축 방향으로의 모터의 크기를 소형화할 수 있는 왕복동 모터를 제안한다.

본 발명은 가동자의 무게를 줄여 전력소모량을 낮춤으로써 모터 효율을 높일 수 있는 왕복동 모터를 제안한다.

본 발명은 가동자의 크기는 유지하면서, 자석의 크기만을 증가시켜 모터 출력을 높일 수 있는 왕복동 모터를 제안한다.

본 발명은 가동자의 길이가 줄어들어 공차에 의한 자기적 공극을 최소한으로 유지할 수 있는 왕복동 모터를 제안한다.

본 발명은 고정자 및 가동자를 용이하게 제작하여 제조비용을 낮출 수 있는 왕복동 모터를 제안한다.

또, 본 발명은, 왕복동 모터의 크기를 줄여, 소형화되고 경량화된 왕복동식 압축기를 제안한다.

본 발명에 따른 왕복동 모터는, 일측에 공간부가 형성되고, 타측에 공극을 형성하도록 양측 단부가 마주보게 배치된 고정자와, 상기 공간부에 권취되는 마그넷 코일과, 상기 공극으로 노출되게 상기 고정자의 양측 단부 중 적어도 어느 하나에 고정되는 마그네트 및 상기 공극에 배치되고 자성체로 이루어져 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 가동자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 가동자의 무게를 줄여 전력소모량을 낮춤으로써 모터 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 고정자는, 내측고정자 및 일측이 상기 내측고정자의 일측과 연결되고 타측이 상기 내측고정자의 타측과 공극을 형성하도록 상기 내측고정자의 반경 방향 외측에 이격 배치되는 외측고정자를 포함할 수 있다.

또한, 상기 마그넷 코일은, 상기 내측고정자와 외측고정자 사이에 마련된 공간부에 권취될 수 있다.

또한, 상기 마그네트는, 상기 공극으로 노출되게 상기 내측고정자 또는 외측고정자 중 적어도 어느 하나에 고정될 수 있다.

또한, 상기 내측고정자와 외측고정자는 각각, 일측이 서로 연결되고 타측이 이격되어 공극을 형성하는 내측코어블럭과 외측코어블럭을 방사상으로 적층하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 마그네트 또는 가동자 중 적어도 어느 하나는, 축방향 단면의 적어도 일부가 호(arc) 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 마그넷코일과 상기 마그네트는, 상기 가동자의 왕복방향으로 이격 배치될 수 있다.

또한, 상기 마그넷코일과 상기 가동자는, 상기 가동자의 왕복방향으로 이격 배치되어, 상기 가동자의 왕복운동에 따라 상기 마그넷코일과 가동자의 간격이 가변될 수 있다.

또한, 상기 고정자는, 서로 마주보는 면 중 적어도 하나에 상기 공간부를 형성하도록 내측으로 오목하게 권취홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정자는, 공극이 형성된 단부에 내측으로 오목하게 수납홈을 형성하고, 상기 마그네트는 상기 수납홈에 수납될 수 있다.

또한, 상기 수납홈의 높이는, 상기 수납홈에 수납되는 마그네트의 두께보다 작게 형성되어, 상기 마그네트의 일부는 상기 수납홈의 외부로 돌출될 수 있다.

또한, 상기 마그네트는, 상기 가동자의 왕복방향으로 서로 다른 자극이 배열될 수 있다.

또한, 상기 고정자는, 자로를 이루는 요크부 및 상기 요크부의 폭보다 확장되고 상기 마그네트가 고정되는 폴부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 마그네트의 길이는, 적어도 상기 가동자의 최대 스트로크(stroke)의 2배 이상으로 형성될 수 있다. 따라서, 가동자의 왕복 운동이 범위 내에서 안정적으로 진행될 수 있다.

또한, 상기 가동자의 길이는, 상기 마그네트 길이의 절반(1/2) 이상으로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 모터 스프링 강성의 선형성과 운전범위를 확보할 수 있다.

또한, 상기 가동자의 두께는, 상기 마그네트와 가동자를 센터링(centering) 했을 때, 상기 마그네트의 한쪽 자극과 가동자가 중첩(overlap)되는 길이의 절반(1/2) 이하로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 자기적 스프링의 운전주파수를 확보하면서 필요한 스프링 상수값 또한 확보할 수 있다.

본 발명에 따른 왕복동식 압축기는, 내부공간을 갖는 케이스, 상기 케이스의 내부공간에 배치되고, 가동자가 왕복운동을 하는 왕복동모터, 상기 왕복동 모터의 가동자에 결합되어 함께 왕복운동하는 피스톤, 상기 피스톤이 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더, 상기 압축공간의 흡입측을 개폐하는 흡입밸브 및 상기 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브를 포함하고, 상기 왕복동 모터는 앞서 설명한 왕복동 모터로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이에 따르면 왕복동식 압축기 또한 소형화 및 경량화가 가능하다.

본 발명에 따르면, 가동자를 자기적 공진스프링으로 공진시킴에 따라 일정구간의 운전주파수 내에서 사용 주파수가 제한되는 것을 미연에 방지할 수 있어 모터의 효율이 향상될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가동자를 자기적 공진스프링으로 공진시킴에 따라, 가동자를 공진시키기 위한 부품수를 줄일 수 있으며 모터의 횡방향 길이를 더욱 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 가동자를 자기적 공진스프링으로 공진시킴에 따라, 가동자가 공진스프링의 측힘에 의해 편심되는 것을 방지하여 마찰손실 및 소음을 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 마그네트를 고정자의 단부에 결합시켜 가동자의 무게를 줄일 수 있고 이를 통해 전력 소모량을 낮춰 모터의 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기한 왕복동 모터를 구비함에 따라 왕복동식 압축기가 소형화되고, 경량화될 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 모터의 소형화, 모터의 효율향상, 모터의 경량화, 모터의 소음 저감 등의 효과를 얻을 수 있다. 나아가, 발명의 구체적인 실시예에 제시되는 각각의 구성에 의해서 이해될 수 있는 다양한 효과를 얻을 수 있는 것도 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 개략적으로 보인 단면도,
도 2는 도 1에서, 본 발명의 일부 구성요소인 고정자와 가동자의 일부를 발췌하여 보인 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 개략적으로 보인 단면도,
도 4는 도 3에서, 본 발명의 일부 구성요소인 고정자와 가동자의 일부를 발췌하여 보인 단면도,
도 5는 도 3에서, 본 발명의 일부 구성요소인 고정자를 구성하는 코어블럭을 발췌하여 보인 사시도,
도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터의 동작을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 개략적으로 보인 단면도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터의 길이변화를 설명하기 위해 보인 개략도,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 개략적으로 보안 단면도,
도 11은 본 발명의 일부 구성요소인 마그네트와 가동자를 설명하기 위해 보인 개략도,
도 12는 가동자의 두께에 따른 출력 변화를 보인 그래프,
도 13은 가동자의 두께에 따른 운전주파수 변화를 보인 그래프,
도 14는 가동자의 두께에 따른 운전주파수 및 스프링 상수의 변화를 보인 그래프,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 구비한 왕복동식 압축기의 종단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 구현할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

이하의 실시예에 첨부되는 도면은, 같은 발명 사상의 실시예이지만, 발명 사상이 훼손되지 않는 범위 내에서, 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 미세한 부분의 표현에 있어서는 도면별로 서로 다르게 표현될 수 있고, 도면에 따라서 특정 부분이 표시되지 않거나, 도면에 따라서 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 개략적으로 보인 단면도이고, 도 2는 도 1에서, 본 발명의 일부 구성요소인 고정자와 가동자의 일부를 발췌하여 보인 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 가동코어형 왕복동 모터는, 고정자(100), 마그넷코일(200), 마그네트(300), 가동자(400)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 고정자(100)는, 일측에 공간부(140)가 형성되고, 타측에 공극(130)을 형성하도록 양측 단부(102,103)가 마주보게 배치된 형상을 갖는다. 또한, 상기 고정자(100)는 자성체 또는 전도체로 구성될 수 있다.

일 예로, 상기 고정자(100)는, 상호 이격되어 마주보게 배치된 제1수평부와 제2수평부 및, 상기 제1수평부와 제2수평부의 일측 단부를 연결하는 수직부를 포함할 수 있다. 상기 고정자(100)는 대체적으로 'ㄷ'자 형태를 취할 수 있다.

이때, 상기 공간부(140)는 상기 제1수평부와 제2수평부의 일측 단부 및 수직부에 의해 정의될 수 있다.

또한, 상기 공극(130)은 상기 제1수평부와 제2수평부의 타측 단부(102,103) 사이에 마련될 수 있다.

여기서, 상기 고정자(100)는 단일체로 구성될 수 있고, 복수의 부재를 연결하여 구성될 수도 있다.

또한, 상기 고정자(100)는 대체적으로 'ㄷ'자 형태를 취하는 얇은 코어블럭을 방사상으로 적층하여 형성될 수 있다.

이때, 상기와 같이 방사상으로 적층된 코어블럭에 의해 고정자(100)는 중공(101)을 형성하며, 이 중공(101)은 추후, 피스톤 등이 배치될 공간으로 활용될 수 있다.

한편, 상기 마그넷코일(200)은 공간부(140)에 권취되거나, 권취된 상태로 상기 공간부(140)에 수용될 수도 있다.

상세히, 상기 마그넷코일(200)은 공간부(140)에 권취되면서 고정자(100)와 연결될 수 있고, 별도로 권취된 후 공간부(140)에 삽입되면서 고정자(100)에 고정될 수 있다. 이때, 상기 마그넷코일(200)는 대체적으로 중공의 원통모양을 이룰 수 있다.

한편, 고정자(100)의 타측에 마주보게 형성된 양측단부(102,103) 중 적어도 어느 한 곳에는 마그네트(300)가 고정될 수 있다.

이때, 상기 마그네트(300)는 상기 마그넷코일(200)과 후술되는 가동자(400)의 왕복방향으로 이격되게 배치됨이 바람직하다. 즉, 상기 마그네트(300)와 마그넷코일(200)은 고정자(100)의 반경 방향으로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

종래의 경우, 마그네트(300)와 마그넷코일(200)이 고정자(100)의 반경 방향으로 중첩될 수 밖에 없었고, 그에 따라 모터의 직경이 커질 수 밖에 없었다. 반면, 본 발명의 경우 마그네트(300)와 마그넷코일(200)이 가동자(400)의 왕복방향으로 이격 배치되므로, 종래 대비 모터의 직경을 줄일 수 있다.

또한, 상기 마그네트(300)는 상기 가동자(400)의 왕복방향으로 서로 다른 자극이 배열되게 형성될 수 있다.

일례로, 마그네트(300)는 N극과 S극이 양측에 동일한 길이로 형성된 2-폴(2-pole) 마그네트로 구비될 수 있다.

또한, 상기 마그네트(300)는 축방향 단면의 적어도 일부가 호(arc) 형상으로 이루어질 수 있다.

일례로, 상기 마그네트(300)는 원통형으로 이루어질 수 있다.

다른 예로, 마그네트(300)는 축 방향에서 바라봤을 때, 호(arc) 형상의 단면을 갖고, 고정자(100)의 원주방향을 따라 이격 배치될 수도 있다.

이때, 마그네트(300)는 공극(130)으로 노출된 상태이다.

이를 위해, 공극(130)을 형성하는 고정자(100)의 타측에 마주보게 형성된 양측단부(102,103) 중 적어도 어느 한 곳에는 마그네트 고정면(104)이 형성될 수 있다.

상기 가동자(400)는 마그네트(300)가 노출되는 공극(130)에 배치되며, 자성체로 이루어져 마그넷코일(200)에 교번전류가 흐르면, 고정자(100) 및 마그네트(300)에 대해 왕복운동을 한다.

본 실시예의 왕복동 모터는 마그넷 코일(200)이 구비된 고정자(100)와 마그네트(300), 가동자(400) 사이에서 발생하는 왕복방향 중심력(centering force)에 의해 왕복운동을 하게 된다. 왕복방향 중심력이란 가동자(400)가 자기장 안에서 이동을 할 때 자기적 에너지(자기적 위치 에너지, 자기저항)가 낮은 쪽으로 저장하는 힘을 말하며, 이 힘은 자기적 스프링(magnetic spring)을 형성하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 가동자(400)가 마그넷 코일(200) 및 마그네트(300)에 의한 자기력에 의해 왕복운동을 할 때, 그 가동자(400)는 자기적 스프링에 의해 중심방향으로 복귀하려는 힘을 축적하고, 이 자기적 스프링에 축적된 힘으로 인해 가동자(400)가 공진하면서 지속적으로 왕복운동을 하게 된다.

상기와 같은 가동코어형 왕복동 모터의 동작에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

이하, 상기 고정자(100)가 내측 고정자(110)와 외측 고정자(120)로 구성된 경우에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 개략적으로 보인 단면도이고, 도 4는 도 3에서, 본 발명의 일부 구성요소인 고정자와 가동자의 일부를 발췌하여 보인 단면도이며, 도 5는 도 3에서, 본 발명의 일부 구성요소인 고정자를 구성하는 코어블럭을 발췌하여 보인 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 고정자(100)는 내측 고정자(110)와, 일측이 상기 내측 고정자(110)와 연결되고 타측이 상기 내측고정자(110)의 타측과 공극(130)을 형성하도록 상기 내측고정자(110)의 반경 방향 외측에 이격 배치되는 외측고정자(120)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 고정자(100)를 구성하는 내측 고정자(110)와 외측고정자(120)는 자성체 또는 전도체 재질로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 내측 고정자(110)는 내측코어블럭(110a)을 방사상으로 적층하여 형성되고, 외측고정자(120)는 외측코어블럭(120a)을 방사상으로 적층하여 형성될 수 있다.

이때, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 내측코어블럭(110a) 및 외측코어블럭(120a)은 일측이 서로 연결되고 타측이 이격되어 공극(130a)을 형성하는 얇은 핀의 형태를 취할 수 있다.

상기와 같이 내측코어블럭(110a)과 외측코어블럭(120a)이 방사상으로 적층되면, 상기 내측고정자(110) 및 외측고정자(120)는 축 방향에서 바라봤을 때, 원형을 이룰 수 있으며, 전체적으로는 중공의 원통형을 이룰 수 있다. 이와 같은 경우, 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 사이에 형성된 공극(130) 역시 전체적으로 원통형을 이룰 수 있다.

본 실시예에서, 상기 내측코어블럭(110a) 및 외측코어블럭(120a) 중 적어도 어느 하나는, 'ㅡ'자 또는 'ㄱ'자 또는 'ㄷ'자로 형성될 수 있으며, 이 밖에도 다양한 형태로 구비될 수 있다.

일례로, 일체로 연결된 내측코어블럭(110a)과 외측코어블럭(120a)은 대체적으로 'ㄷ'자 형을 이룰 수 있다.

한편, 상기 마그넷코일(200)은 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 사이에 권취되거나, 권취된 상태로 수용될 수도 있다.

본 실시예에서, 마그넷코일(200)은 내측고정자(110)에 권취되면서 내측고정자(110)와 연결될 수 있고, 별도로 권취된 후 내측고정자(110) 및 외측고정자(120)에 고정될 수 있다.

전자의 경우, 내측 고정자(110)에 마그넷코일(200)이 권취된 후, 내측고정자(110)에 외측고정자(120)가 고정될 수 있다. 한편, 후자의 경우, 내측 고정자(110)는 권취된 상태의 마그넷코일(200)의 내주면에 복수의 내측코어블럭(110a)을 방사상으로 적층하여 이루어질 수 있고, 외측 고정자(120) 역시 권취된 상태의 마그넷코일(200)의 외주면에 복수의 외측코어블럭(120a)을 방사상으로 적층하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기와 같이 방사상으로 적층된 내측코어블럭(110a)에 의해 내측 고정자(110)는 중공(101)을 형성하며, 이 중공(101)은 추후, 피스톤 등이 배치될 공간으로 활용될 수 있다.

다른 예로, 내측코어블럭(110a)과 외측코어블럭(120a)은 'ㄷ'자 형태를 이루도록 일체로 형성된 후, 마그넷코일(200)에 삽입하는 방식으로 적층이 이루어질 수 있다. 또한, 마그넷코일(200)의 내주면에 내측코어블럭(110a)을 방사상으로 적층한 후, 마그넷코일(200)의 외주면에 외측코어블럭(120a)을 방사상으로 적층할 수도 있다. 후자의 경우, 외측코어블럭(120a)을 마그넷코일(200)의 외주면에 배치하면서, 내측코어블럭(110a)의 일측과 외측코어블럭(120a)의 일측을 일체로 연결하는 작업이 동시에 진행될 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 상기 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 사이에는 상기 마그넷코일(200)이 수용되고, 상기 공극(130)과 연통된 공간부(140)가 형성될 수 있다.

나아가, 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 중 적어도 어느 하나에는 마주보는 면에 상기 공간부(140)가 형성하도록 내측으로 오목하게 권취홈(111,121)이 형성될 수 있다.

이때, 상기 공간부(140) 또는 권취홈(111,121)의 크기는 권취된 마그넷코일(200)의 양에 비례해서 형성될 수 있다.

일례로, 도 3 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 양측 모두에 권취홈(111,121)이 형성될 수 있다.

다른 예로, 도 8에 도시한 바와 같이, 내측고정자(110)에는 권취홈이 형성되지 않고, 외측고정자(120)에만 권취홈(121)이 형성될 수 있다.

도시하지 않았지만, 또 다른 예로, 외측고정자(120)에는 권취홈이 형성되지 않고, 내측고정자(110)에만 권취홈이 형성될 수도 있다.

상기와 같이 권취홈(111,121)이 형성되면, 마그넷코일(200)이 수용되는 공간부(140)가 제공되어 마그넷코일(200)과 내,외측고정자(110,120)의 연결이 보다 용이하게 이루어질 수 있음은 물론, 권취홈(121)에 의해 내측고정자(110) 및 외측고정자(120)에는 마그네트(300)가 고정되는 폴부(124)에 비해 상대적으로 두께가 얇은 요크부(123)가 형성될 수도 있다.

상기한 바와 같이, 상기 내측고정자(110) 또는 외측고정자(120) 중 적어도 어느 하나에는, 자로를 이루는 요크부(123) 및 상기 요크부(123)의 폭보다 확장되고 상기 마그네트(300)가 고정되는 폴부(124)가 형성될 수 있다.

이때, 상기 폴부(124)는 고정되는 마그네트(300)의 길이와 동일하거나 조금 길게 형성될 수 있다.

상기와 같은 요크부(123) 및 폴부(124)의 조합에 의해 자기적 스프링의 강성, 알파값(모터의 추력상수), 알파값 변동율 등이 정해질 수 있으며, 요크부(123) 및 폴부(124)는 해당 왕복동 모터가 적용되는 제품의 설계에 따라 다양한 범위에서 길이나 형상이 정해질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 원통모양으로 마그넷코일(200)의 내주면과 외주면에 각각 적층된 내측고정자(110)의 외주면 또는 외측고정자(120)의 내주면 중 적어도 어느 한 곳에는 마그네트(300)가 고정될 수 있다.

이때, 상기 마그네트(300)는 상기 마그넷코일(200)과 후술되는 가동자(400)의 왕복방향으로 이격되게 배치됨이 바람직하다. 즉, 상기 마그네트(300)와 마그넷코일(200)은 고정자(100)의 반경 방향으로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

종래의 경우, 마그네트(300)와 마그넷코일(200)이 고정자(100)의 반경 방향으로 중첩될 수 밖에 없었고, 그에 따라 모터의 직경이 커질 수 밖에 없었다. 반면, 본 발명의 경우 마그네트(300)와 마그넷코일(200)이 가동자(400)의 왕복방향으로 이격 배치되므로, 종래 대비 모터의 직경을 줄일 수 있다.

또한, 상기 마그네트(300)는 상기 가동자(400)의 왕복방향으로 서로 다른 자극이 배열되게 형성될 수 있다.

일례로, 마그네트(300)는 N극과 S극이 양측에 동일한 길이로 형성된 2-폴(2-pole) 마그네트로 구비될 수 있다.

또한, 상기 마그네트(300)는 축방향 단면의 적어도 일부가 호(arc) 형상으로 이루어질 수 있다.

일례로, 상기 마그네트(300)는 원통형으로 이루어질 수 있다.

다른 예로, 마그네트(300)는 축 방향에서 바라봤을 때, 호(arc) 형상의 단면을 갖고, 복수 구비되어 내측고정자(110)의 외주면이나, 외측고정자(120)의 내주면에 원주방향을 따라 이격 배치될 수도 있다.

이때, 마그네트(300)는 공극(130)으로 노출된 상태이다.

이를 위해, 공극(130)을 형성하는 내측고정자(110)와 외측 고정자(120)의 마주보는 면에는 마그네트(300)가 고정되는 마그네트 고정면(115,125)이 형성될 수 있다.

상기 마그네트 고정면(115,125)은 마그네트(300)의 내측면 또는 외측면의 형상에 대응하여 형성될 수 있다.

예를 들어, 마그네트(300)가 외측고정자(120)에 고정된 경우, 마그네트(300)의 외측면이 곡면이면, 외측고정자(120)의 마그네트 고정면(125) 역시 곡면으로 형성되고, 마그네트(300)의 외측면이 평면이면, 외측고정자(120)의 마그네트 고정면(125) 역시 평면으로 형성될 수 있다.

다른 예로, 마그네트(300)가 내측고정자(110)에 고정된 경우, 마그네트(300)의 내측면이 곡면이면, 내측고정자(110)의 마그네트 고정면(115) 역시 곡면으로 형성되고, 마그네트(300)의 내측면이 평면이면, 내측고정자(110)의 마그네트 고정면(115) 역시 평면으로 형성된다.

참고로, 마그네트(300)의 외측면 또는 내측면이 곡면이라면, 내측고정자(110)의 외주면 또는 외측고정자(120)의 내주면은 원형을 이룰 수 있다.

또한, 마그네트(300)의 외측면 또는 내측면이 평면이라면, 내측고정자(110)의 외측면 또는 외측고정자(120) 내측면은 다각형 모양을 이룰 수 있다.

도 3 내지 도 7에서와 같이, 마그네트(300)는 외측고정자(120)에 고정될 수 있다. 뿐만 아니라, 도 8에서와 같이, 마그네트(300)는 내측고정자(110)에 고정될 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 다른 예로, 마그네트(300)는 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 양측 모두에 고정될 수도 있다.

상기 가동자(400)는 마그네트(300)가 노출되는 공극(130)에 배치되며, 자성체로 이루어져 고정자(100) 및 마그네트(300)에 대해 왕복운동을 한다.

이때, 상기 가동자(400)는 상기 마그넷코일(200)과, 가동자(400)의 왕복방향으로 이격되게 배치되어, 상기 가동자(400)의 왕복운동에 따라 상기 마그넷코일(200)과 가동자(400)의 간격이 가변됨이 바람직하다. 즉, 상기 가동자(400)와 마그넷코일(200)은 고정자(100)의 반경 방향으로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

종래의 경우, 가동자(400)와 마그넷코일(200)이 고정자(100)의 반경 방향으로 중첩될 수 밖에 없었고, 그에 따라 모터의 직경이 커질 수 밖에 없었다. 반면, 본 발명의 경우 가동자(400)와 마그넷코일(200)이 가동자(400)의 왕복방향으로 이격 배치되므로, 종래 대비 모터의 직경을 줄일 수 있다.

본 실시예에서, 상기 가동자(400)는 축방향 단면의 적어도 일부가 호(arc) 형상으로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 가동자(400)는 원통형의 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 사이에 형성된 원통형의 공극(130)에 삽입되게 중공의 원통형으로 이루어지거나, 축방향에서 바라봤을 때, 호 형상의 단면을 가지도록 형성되고 복수 구비되어 원주방향으로 이격 배치될 수 있다.

또한, 상기 가동자(400)는 연결부(70)에 지지될 수 있다.

일례로, 상기 연결부(70)는 원통 형상의 가동자(400)의 내주면에 연결되도록 원통 형상으로 형성될 수 있다.

다른 예로, 호 형상의 단면을 갖는 복수의 가동자(400)가 상기 연결부(70)의 원주 둘레를 따라 이격 배치된 연결구조를 취할 수도 있다.

가동자(400)는 공극(130)으로 노출된 내측고정자(110) 또는 외측고정자(120)의 외측 표면 및 마그네트(300)와 간격을 두고 삽입되며, 이를 위해 가동자(400)의 크기는 공극(130)의 크기보다는 작게 형성되어야 한다.

즉, 가동자(400)의 내주면은 내측고정자(110)의 외주면 보다 큰 직경을 갖도록 형성되고, 가동자(400)의 외주면은 외측고정자(120)의 내주면 보다 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

본 실시예의 왕복동 모터는 마그넷 코일(200)이 구비된 고정자(100)와 마그네트(300), 가동자(400) 사이에서 발생하는 왕복방향 중심력(centering force)에 의해 왕복운동을 하게 된다. 왕복방향 중심력이란 가동자(400)가 자기장 안에서 이동을 할 때 자기적 에너지(자기적 위치 에너지, 자기저항)가 낮은 쪽으로 저장하는 힘을 말하며, 이 힘은 자기적 스프링(magnetic spring)을 형성하게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 가동자(400)가 마그넷 코일(200) 및 마그네트(300)에 의한 자기력에 의해 왕복운동을 할 때, 그 가동자(400)는 자기적 스프링에 의해 중심방향으로 복귀하려는 힘을 축적하고, 이 자기적 스프링에 축적된 힘으로 인해 가동자(400)가 공진하면서 지속적으로 왕복운동을 하게 된다.

이하, 상기와 같은 본 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터의 동작 원리를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 왕복동 모터의 마그넷코일(200)에 교번전류가 인가되면, 내측고정자(110)와 외측고정자(120) 사이에는 교번자속이 형성된다. 이 경우 가동자(400)는 자속 방향을 따라 양방향으로 움직이면서 지속적으로 왕복운동을 하게 된다.

이때, 왕복동 모터의 내부에는 가동자(400)와 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에는 자기적 스프링(Magnetic Resonance Spring)이 형성되어, 가동자(400)의 공진운동을 유도하게 된다.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터의 동작을 설명하기 위해 보인 개략도이다.

예를 들어 도 6과 같이, 마그네트(300)가 외측 고정자(120)에 고정되고, 마그네트(300)에 의한 자속이 도면상의 시계방향으로 흐르는 상태에서, 마그넷코일(200)에 교번전류가 인가되면, 마그넷코일(200)에 의한 자속이 도면상의 시계방향으로 흐르게 되고, 마그넷코일(200)에 의한 자속과 마그네트(300)의 자속이 증자되는 도면의 오른쪽 방향(화살표 M1참조)으로 가동자(400)가 이동(M1)하게 된다.

이때, 가동자(400)와 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에는 자기적 에너지(즉, 자기적 위치 에너지 또는 자기적 저항)가 낮은 쪽인 도면의 좌측방향으로 복귀하려는 왕복중심력(Centering force)(F1)이 축적된다.

이러한 상태에서, 도 7과 같이 마그넷코일(200)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 마그넷코일(200)에 의한 자속이 도면상의 반시계 방향으로 흐르게 되고, 마그넷코일(200)에 의한 자속과 마그네트(300)의 자속은 이전과 반대 방향, 즉 도면의 왼쪽방향으로 증자된다.

이때, 상기 축적된 왕복중심력(Centering force)(F1)과, 마그넷코일(200) 및 마그네트(300)의 자속에 의한 자기력에 의해 도면의 왼쪽 방향(화살표 M2 참조)으로 가동자(400)가 이동하게 하게 된다.

이 과정에서, 가동자(400)는 관성력과 자기력에 의해 마그네트(300)의 중심을 지나 도면의 좌측으로 더 이동하게 된다.

이때도 마찬가지로, 가동자(400)와 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에는 자기적 에너지가 낮은 쪽인 마그네트(300)의 중심방향 즉, 도면의 우측방향으로 복귀하려는 왕복중심력(Centering force)(F2)이 축적된다.

다시 도 6에서와 같이 마그넷코일(200)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 상기 축적된 왕복중심력(Centering force)(F2)과, 마그넷코일(200) 및 마그네트(300)의 자속에 의한 자기력에 의해 마그네트(300)의 중심방향으로 가동자(400)가 이동하게 하게 된다. 이때도 역시, 가동자(400)는 관성력과 자기력에 의해 마그네트(300)의 중심을 지나 도면의 오른쪽 방향으로 더 이동하게 되고, 가동자(400)와 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에는 자기적 에너지가 낮은 쪽인 마그네트(300)의 중심방향 즉, 도면의 좌측방향으로 복귀하려는 왕복중심력(Centering force)(F1)이 축적되고, 이러한 방식으로 가동자(400)는 기계적 공진 스프링이 구비된 것과 같이 도면의 우측과 좌측을 번갈아 가면서 이동하는 왕복운동을 지속적으로 반복하게 된다.

이하, 도시하고 있지 않지만, 마그네트(300)가 내측고정자(110)에 고정된 경우 가동자의 공진 운동에 대해서도 설명하기로 한다.

마그네트(300)가 내측고정자(110)에 고정되고, 마그네트(300)에 의한 자속이 반시계방향으로 흐르는 상태에서, 마그넷코일(200)에 교번전류가 인가되어 마그넷코일(200)에 의한 자속이 시계방향으로 흐르면, 마그넷코일(200)에 의한 자속과 마그네트(300)의 자속이 증자되는 왼쪽 방향으로 가동자(400)가 이동하게 된다.

이때, 왕복중심력(Centering force)은 오른쪽 방향으로 축적된다.

이러한 상태에서, 마그넷코일(200)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 마그넷코일(200)에 의한 자속이 반시계 방향으로 흐르게 되고, 마그넷코일(200)에 의한 자속과 마그네트(300)의 자속이 증자되는 우측방향으로 가동자(400)가 이동하게 된다.

이때, 오른쪽 방향으로 축적되었던 왕복중심력(Centering force)과, 마그넷코일(200) 및 마그네트(300)의 자속에 의한 자기력에 의해 마그네트(300)의 중심방향으로 가동자(400)가 이동하게 하게 된다.

이 과정에서, 가동자(400)는 관성력과 자기력에 의해 마그네트(300)의 중심을 지나 도면의 우측 방향으로 더 이동하게 된다.

이때도 마찬가지로, 가동자(400)와 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에는 좌측방향으로 복귀하려는 왕복중심력(Centering force)이 축적될 수 있으며, 이러한 방식으로 마그네트(300)가 내측고정자(110)에 고정된 상태에서도 가동자(400)는 기계적 공진 스프링이 구비된 것과 같이 도면의 우측과 좌측을 번갈아 가면서 이동하는 왕복운동을 지속적으로 반복하게 된다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터의 길이변화를 설명하기 위해 보인 개략도이다.

종래의 경우, 왕복동 모터의 출력을 높이기 위해서는 마그넷코일(200)의 권취량을 증가할 수밖에 없었고, 이에 따라 고정자(100) 및 가동자(400)의 길이가 길어질 수밖에 없었다. 따라서, 길어진 가동자(400)의 길이만큼 마그네트의 길이도 길어지고, 결과적으로 가동자(400)의 무게가 증가되어 모터 효율을 유지하기 어려운 문제가 있었다.

그러나, 본 발명의 경우, 도 8에 도시한 바와 같이 모터의 출력을 높이기 위해 마그넷코일(200)의 권취량을 증가시키더라도, 고정자(100) 및 마그네트(300)의 길이만 길어질 뿐, 가동자(400)의 길이는 일정하게 유지할 수 있다.

따라서, 가동자(400)의 무게 또한 일정하게 유지될 수 있어, 종래 대비 모터 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 개략적으로 보인 단면도이다.

도 10을 참조하면, 상기 고정자(100)는 공극(130)이 형성된 단부에 내측으로 오목하게 수납홈(122)을 형성하고, 상기 마그네트(300)는 상기 수납홈(122)에 수납될 수 있다.

즉, 마그네트(300)는 고정자(100)의 외측으로 돌출되지 않고 매립형으로 고정될 수 있다.

상기의 경우, 마그네트(300)가 고정자(100)에 매립된 상태에서 공극(130)으로 노출되기 때문에, 공극(130)에 배치된 가동자(400)에 자기력을 인가할 수 있으면서, 고정자(100)와의 결합력은 보다 높아질 수 있다.

따라서, 가동자(400)의 왕복운동 과정에서 마그네트(300)가 가동자(400)의 왕복운동을 방해하거나 간섭하는 것을 방지할 수 있고, 마그네트(300)가 자속에 의해 자속의 방향을 따라 이동하는 것을 방지할 수 있으며, 외력이 발생하더라도 마그네트(300)가 고정자(100)와 분리되지 않고, 고정자(100)에 고정된 상태를 유지할 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 다른 예로 수납홈은 내측고정자(110)에 형성되고, 마그네트(300)는 내측고정자(110)에 형성된 수납홈에 수납될 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 또 다른 예로, 고정자(100)에 형성된 수납홈(122)은 내측에 양측으로 홈부를 추가적으로 형성하고, 마그네트(300)는 양측에 상기 홈부에 끼워지는 돌기부를 형성하여 고정자(100)와 마그네트(300)를 더욱 견고하게 고정시킬 수 있다.

본 실시 예에서, 상기 수납홈(122)의 높이(H1)는 상기 수납홈(122)에 수납되는 마그네트(300)의 두께(T2)보다 작게 형성되어, 상기 마그네트(300)의 일부는 상기 수납홈(122)의 외부로 돌출될 수 있다.

경우에 따라, 마그네트(300)의 전체가 수납홈(122)에 수납된 경우, 마그네트(300)의 자속에 이상이 발생할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해 마그네트(300)의 일부만 수납홈(122)에 수용하여 결합력을 확보하고, 나머지 일부는 자속 확보를 위해 수납홈(122)의 외부로 돌출되게 한다.

도 11은 본 발명의 일부 구성요소인 마그네트와 가동자를 설명하기 위해 보인 개략도이다.

이하, 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 왕복동 모터의 효율을 높이기 위한 마그네트(30))의 길이, 가동자(400)의 길이 및 가동자(400)의 두께의 설계방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 적용되는 마그네트의 길이(L1)는, 적어도 가동자(400)의 최대 스트로크(stroke)의 2배 이상으로 형성될 수 있다.

이와 같이, 마그네트의 길이(L1)를 한정하는 이유는 모터 스프링 강성의 변곡을 고려해서이다. 따라서, 가동자(400)의 최대 스트로크(stroke) 보다 마그네트의 길이(L1)를 길게 형성할 필요가 있다.

일례로, 가동자(400)의 최대 스트로크가 11mm라면, 마그네트의 길이(L1)는 모터 스프링 강성의 변곡을 고려하여 1mm정도 크게 설계할 필요가 있으며, 따라서, 1-폴(1-pole)의 길이는 12mm이고, 2-폴(2-pole)마그네트의 길이(L1)는 24mm이다.

또한, 본 발명에 적용되는 가동자의 길이(L2)는, 상기 마그네트 길이(L1)의 절반(1/2) 이상으로 형성될 수 있다.

상기와 같이, 가동자의 길이(L2)를 한정하는 이유는, 모터 스프링 강성의 선형성과 운전범위를 확보하기 위해서이다. 따라서, 가동자의 길이(L2)는 마그네트의 길이(L1)의 절반(1/2) 이상이어야 한다.

이때, 모터의 효율 확보를 위해 가동자의 무게가 과도하게 커지는 것을 방지할 필요가 있으며, 따라서, 가동자의 길이(L2)는 마그네트의 길이(L1) 보다 길지 않게 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 가동자의 두께(T1)는, 상기 마그네트(300)와 가동자(400)를 센터링(centering) 했을 때, 상기 마그네트(300)의 한쪽 자극과 가동자(400)가 중첩(overlap)되는 길이(L3)의 절반(1/2) 이하로 형성될 수 있다.

도 12는 가동자 두께에 따른 출력 변화를 보인 그래프이고, 도 13은 가동자의 두께에 따른 운전주파수 변화를 보인 그래프이며, 도 14는 가동자의 두께에 따른 운전주파수 및 스프링 상수의 변화를 보인 그래프이다.

먼저, 도 12 내지 14를 참조하면, 가동자의 두께(T1)가 증가할수록 모터의 출력(Force)은 증가하지만, 가동자(400)의 중량이 증가하여 운전주파수(Frequency)가 감소한 것을 확인할 수 있다.

따라서, 스프링의 강성(Spring K) 및 스프링의 알파값이 크게 감소하지 않는 범위에서 가동자(400)의 두께를 정할 필요가 있으며, 그 결과, 가동자의 두께(T1)는 마그네트(300)와 가동자(400)를 센터링(centering) 했을 때, 상기 마그네트(300)의 한쪽 자극과 가동자(400)가 중첩(overlap)되는 길이(L3)의 절반(1/2) 이하로 형성하는 것이 바람직하다는 결과를 도출하였다.

여기서 알파값은 운전범위에서의 평균 알파값(V/m/s)을 의미한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 가동코어형 왕복동 모터를 구비한 왕복동식 압축기의 종단면도이다.

도 15를 참조하면, 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 내부공간을 갖는 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 내부공간에 배치되고, 가동자(400)가 왕복운동을 하는 왕복동모터와, 상기 왕복동모터의 가동자(400)에 결합되어 함께 왕복운동하는 피스톤(40)과, 상기 피스톤(40)이 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더(30)와, 상기 압축공간의 흡입측을 개폐하는 흡입밸브(41)와 및 상기 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브(32)를 포함할 수 있다.

즉, 밀폐된 케이스(10)의 내부공간에 흡입관(11)이 연결되고, 흡입관(11)의 일측에는 후술할 실린더(30)의 압축공간(31)에서 압축되는 냉매를 냉동사이클로 안내하는 토출관(12)이 연결된다. 이로써, 케이스(10)의 내부공간은 흡입되는 냉매가 채워져 흡입압을 형성하고, 압축공간(31)에서 토출되는 냉매는 토출관(12)을 통해 응축기를 향해 케이스(10)의 외부로 배출될 수 있다.

또한, 케이스(10)의 내부공간에는 프레임(20)이 설치되고, 프레임(20)의 일측면에는 왕복력을 발생시키는 동시에 후술할 피스톤(40)의 공진운동을 유도하는 왕복동 모터가 고정 결합된다.

상기 왕복동 모터의 안쪽에는 압축공간(31)이 구비되어 프레임(20)에 삽입되는 실린더(30)가 결합되고, 실린더(30)에는 그 실린더(30)에 왕복 가능하게 삽입되어 압축공간(31)의 체적을 가변시켜 냉매를 압축하는 피스톤(40)이 결합된다.

상기 피스톤(40)의 선단면에는 그 피스톤(40)의 흡입유로를 개폐하는 흡입밸브(41)가 결합되고, 실린더(30)의 선단면에는 그 실린더(30)의 압축공간(31)을 개폐하는 토출밸브(32)가 토출커버(50)에 수용되어 착탈 가능하게 결합된다.

그리고, 토출커버(50)는 토출공간(51)이 구비되어 실린더(30)에 고정 결합된다. 토출커버(50)의 토출공간(51)에는 토출밸브(32) 및 그 토출밸브(32)를 지지하는 밸브스프링(33)이 수용되고, 실린더(30)와 피스톤(40) 사이를 윤활하기 위한 가스베어링의 입구가 수용될 수 있다.

가스베어링(미도시)은 프레임(20)의 내주면과 실린더(30)의 외주면 사이에 형성되는 가스연통로와, 가스연통로의 중간에서 실린더(30)의 내주면으로 관통되는 복수 개의 미세 가스통공으로 이루어질 수 있다.

여기서, 왕복동 모터는 앞서 설명한 도 1 내지 도 14와 같은 구성을 가지도록 형성되므로, 이에 대해서는 앞서 설명한 왕복동 모터를 참조한다.

다만, 본 실시예에서의 내측고정자(110)와 외측고정자(120)는 프레임(20)에 고정되고, 가동자(400)는 연결부(70)를 통해 피스톤(40)과 연결된다. 따라서, 가동자(400)가 고정자(100) 및 마그네트(300)에 대해 왕복운동을 하게 되면 실린더(30)에 삽입된 피스톤(40)이 가동자(400)와 함께 왕복운동을 하게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 왕복동식 압축기는, 왕복동 모터의 마그넷코일(200)에 교번전류가 인가되면 고정자(100) 및 마그네트(300)와 가동자(400) 사이에 교번자속이 형성되고, 마그넷코일(200)에 의한 자속과 마그네트(300)의 자속이 증자되는 방향으로 가동자(400) 및 이와 연결된 피스톤(40)이 움직이면서 지속적으로 왕복운동을 하게 된다.

이때, 왕복동 모터의 가동자(400)와 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에는 자기적 에너지가 낮은 방향으로 복귀하려는 왕복중심력(Centering force)이 축적된다.

이와 같은 상태에서, 마그넷코일(200)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 상기 축적된 왕복중심력(Centering force)과, 마그넷코일(200) 및 마그네트(300)의 자속에 의한 자기력에 의해 가동자(400) 및 이와 연결된 피스톤(40)이 전과 반대 방향으로 이동하게 하게 되고, 이때에도, 왕복동 모터의 가동자(400)와 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에는 자기적 에너지가 낮은 방향으로 복귀하려는 왕복중심력(Centering force)이 축적된다.

이러한 방식으로 가동자(400) 및 피스톤(40)은 기계적 공진 스프링이 구비된 것과 같이 도면의 우측과 좌측을 번갈아 가면서 이동하는 왕복운동을 지속적으로 반복하게 된다.

이때, 왕복동 모터의 내부에서는 가동자(400)가 왕복운동을 하면서 가동자(400)와, 고정자(100) 및 마그네트(300) 사이에 자기적 공진스프링이 형성되어 가동자(400)와 피스톤(40)의 공진운동을 유도함으로써, 피스톤(40)이 압축공간(31)에서 발생되는 가스력을 이기면서 냉매를 압축할 수 있게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 왕복동식 압축기는 앞서 설명한 도 1내지 도 12의 왕복동 모터에 따른 작용 효과를 가지게 된다. 따라서, 이에 대해서는 앞서 설명한 왕복동 모터를 참조한다.

본 실시예의 왕복동식 압축기는 소형화되고 경량화된 왕복동 모터를 구비하여, 마찬가지로 소형화되고 경량화가 이루어질 수 있으며, 따라서, 압축기의 설치가 용이하고 유지 및 보수 또한 유리한 효과가 있다.

Claims (18)

1. 일측에 공간부가 형성되고, 타측에 공극을 형성하도록 양측 단부가 마주보게 배치된 고정자;
   상기 공간부에 권취되는 마그넷 코일;
   상기 공극으로 노출되게 상기 고정자의 양측 단부 중 적어도 어느 하나에 고정되는 마그네트;및
   상기 공극에 배치되고 자성체로 이루어져 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 가동자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고정자는:
   내측고정자; 및,
   일측이 상기 내측고정자의 일측과 연결되고 타측이 상기 내측고정자의 타측과 공극을 형성하도록 상기 내측고정자의 반경 방향 외측에 이격 배치되는 외측고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 마그넷 코일은, 상기 내측고정자와 외측고정자 사이에 마련된 공간부에 권취되는 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 마그네트는, 상기 공극으로 노출되게 상기 내측고정자 또는 외측고정자 중 적어도 어느 하나에 고정되는 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 내측고정자와 외측고정자는 각각, 일측이 서로 연결되고 타측이 이격되어 공극을 형성하는 내측코어블럭과 외측코어블럭을 방사상으로 적층하여 형성된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 마그네트 또는 가동자 중 적어도 어느 하나는, 축방향 단면의 적어도 일부가 호(arc) 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 마그넷코일과 상기 마그네트는, 상기 가동자의 왕복방향으로 이격 배치된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 마그넷코일과 상기 가동자는, 상기 가동자의 왕복방향으로 이격 배치되어, 상기 가동자의 왕복운동에 따라 상기 마그넷코일과 가동자의 간격이 가변되는 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 공극과 상기 공간부는, 상호 연통된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정자는, 서로 마주보는 면 중 적어도 하나에 상기 공간부를 형성하도록 내측으로 오목하게 권취홈이 형성된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자는, 공극이 형성된 단부에 내측으로 오목하게 수납홈을 형성하고, 상기 마그네트는 상기 수납홈에 수납된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 수납홈의 높이는, 상기 수납홈에 수납되는 마그네트의 두께보다 작게 형성되어, 상기 마그네트의 일부는 상기 수납홈의 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 마그네트는, 상기 가동자의 왕복방향으로 서로 다른 자극이 배열된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
    
14. 제 1항에 있어서,
    상기 고정자는:
    자로를 이루는 요크부; 및
    상기 요크부의 폭보다 확장되고 상기 마그네트가 고정되는 폴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
    
15. 제 1항에 있어서,
    상기 가동자의 왕복방향으로의 상기 마그네트의 길이는, 상기 가동자의 최대 스트로크(stroke)의 2배 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터
    
16. 제 1항에 있어서,
    상기 가동자의 왕복방향으로의 상기 가동자의 길이는, 상기 마그네트 길이의 절반(1/2) 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
    
17. 제 1항에 있어서,
    상기 가동자의 두께는, 상기 마그네트와 가동자를 센터링(centering) 했을 때, 상기 마그네트의 한쪽 자극과 가동자가 중첩(overlap)되는 길이의 절반(1/2) 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 가동코어형 왕복동 모터.
    
18. 내부공간을 갖는 케이스;
    상기 케이스의 내부공간에 배치되고, 가동자가 왕복운동을 하는 왕복동모터;
    상기 왕복동 모터의 가동자에 결합되어 함께 왕복운동하는 피스톤;
    상기 피스톤이 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더;
    상기 압축공간의 흡입측을 개폐하는 흡입밸브;및
    상기 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브;를 포함하고,
    상기 왕복동 모터는 제1항 내지 제17항 중 선택된 어느 한 항의 가동코어형 왕복동 모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기.

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