KR20180093411A - 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 리니어 압축기는, 케이스; 상기 케이스 내부에 구비되며, 압축 공간을 형성하는 실린더; 상기 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브; 상기 실린더에 대해서 왕복 운동하며 상기 압축 공간의 냉매를 압축하기 위한 피스톤; 고정자와, 상기 고정자가 형성하는 영역에 권취되는 코일과, 상기 고정자에 대해서 왕복 운동하며 상기 피스톤에 연결되는 가동자와, 상기 고정자 또는 가동자에 설치되는 마그네트를 포함하는 왕복동 모터; 및 상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서 상기 피스톤의 스트로크 중심이 상기 토출 밸브 측으로 오프셋 되도록 상기 피스톤 또는 상기 가동자를 지지하는 탄성 부재를 포함하고, 상기 마그네트는, 제1극부와, 상기 제1극부와 반대 극인 제2극부를 포함하고, 상기 제1극부와 상기 제2극부는 상기 피스톤의 왕복 운동 방향으로 일렬로 배열된다.

Description

리니어 압축기{Linear compressor}

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이다.

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

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

모터는 가동자의 운동 양태에 따라 회전 모터 또는 왕복동 모터로 구분될 수 있다. 회전 모터는 코일에 인가되는 전원에 의해 고정자에 자속이 형성되고 이 자속에 의해 가동자가 고정자에 대해 회전운동을 한다. 반면, 왕복동 모터는 가동자가 고정자에 대해 직선으로 왕복 운동한다.

최근에는 고정자가 내측 고정자(Inner stator)와 외측 고정자(Outer stator)를 갖는 원통형으로 형성되고, 내측 고정자와 외측 고정자 중 어느 한쪽에 유도자기를 발생하기 위한 코일이 권취되는 압축기용 왕복동 모터가 소개되고 있다.

또한, 상기 압축기용 왕복동 모터의 경우, 자극(Magnet pole)이 고정자의 축방향을 따라 배열된 마그네트(Magnet)가 가동자에 구비되어 그 가동자가 내측 고정자와 외측고정자 사이의 공극(Air gap)에서 왕복운동을 한다.

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 코일에 방사상으로 적층하여 원통형으로 된 외측 고정자 또는 내측 고정자를 형성하고 있다.

상기와 같은 왕복동 모터는 가동자가 안정적으로 왕복 운동을 할 수 있도록 그 가동자의 왕복방향 양쪽에 각각 압축코일 스프링으로 된 기계적 공진 스프링이 구비되어 있다.

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

그러나, 종래의 왕복동 모터는, 가동자가 압축코일 스프링에 의해서 지지되나, 압축코일 스프링은 특성상 발생하는 자체 공진 때문에 일정 구간의 운전주파수 안에서도 특정 구간은 운전주파수로 사용하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 왕복동 모터는, 압축코일 스프링이 가동자를 지지함에 따라서, 그 압축코일스프링의 특성상 기계적 응력 한계 및 진동 거리 등의 제약이 발생하게 된다. 이로 인해 공진 스프링은 일정한 선경과 길이 등을 확보해야 하므로 왕복동 모터의 횡방향 길이를 축소시키는데 한계가 있었다.

또한, 종래의 왕복동 모터는, 마그네트를 지지하는 마그네트 프레임의 두께가 커서 전체 가동자의 무게가 증가하고 이로 인해 전력소모량이 증가하는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 고정자가 형성하는 영역 내에 가동자를 위치시키되, 가동자를 자기적 공진 스프링으로 공진시키는 리니어 압축기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 피스톤의 운전 스트로크가 증가되는 리니어 압축기를 제안한다.

본 발명의 리니어 압축기는, 피스톤을 왕복 운동 시키기 위한 왕복동 모터가, 고정자와, 상기 고정자에 권치되는 코일과, 상기 고정자에 대해서 왕복 운동하며 상기 피스톤에 연결되는 가동자와, 상기 고정자 또는 가동자에 설치되는 마그네트를 포함하는 왕복동 모터를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 마그네트는, 상기 제1극부와, 상기 제1극부와 반대 극인 제2극부를 포함하고, 상기 제1극부와 상기 제2극부는 상기 피스톤의 왕복 운동 방향으로 일렬로 배열되어, 가동자가 자기적 공진 스프링 방식으로 공진될 수 있다.

또한, 본 발명의 리니어 압축기는, 상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서 상기 피스톤의 스트로크 중심이 상기 토출 밸브 측으로 오프셋 되도록 상기 피스톤 또는 상기 가동자를 지지하는 탄성 부재를 포함한다.

또한, 본 발명의 리니어 압축기는, 상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서, 상기 탄성 부재의 변형 량은 상기 토출 밸브와 상기 피스톤의 초기 거리보다 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 압축기에서 상기 탄성 부재는 코일 스프링 또는 판 스프링일 수 있다.

제안되는 발명에 의하면, 가동자가 자기적 공진 스프링으로 공진되므로, 피스톤의 공진을 위한 기구적인 공진 스프링이 없어도 되므로, 리니어 압축기의 구조가 간단해지며, 운전 주파수 내에서 사용 주파수가 제한되는 것이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 탄성 부재에 의해서 상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서 피스톤의 운전 스트로크의 중심이 상사점 측으로 오프셋 되므로, 피스톤의 운동 과정에서 상기 피스톤의 운전 스트로크 중심이 하사점 측으로 오프셋 되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤의 운전 스트로크 중심이 오프셋 되는 경우에 바하여, 상기 피스톤의 운전 스트로크가 증가될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도.
도 2는 탄성 부재에 의해서 지지되기 전 상태의 왕복동 모터를 보여주는 도면.
도 3은 탄성 부재에 의해서 지지된 상태의 왕복동 모터를 보여주는 도면.
도 4는 피스톤을 지지하기 위한 탄성 부재가 설치되기 전의 초기 길이와 탄성 부재가 장착된 상태에서의 장착 길이를 비교하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동 모터의 동작을 설명하기 위해 보인 개략도.
도 7은 탄성 부재가 존재하지 않는 경우와 탄성 부재가 존재하는 경우의 운전 스트로크를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도이다. 도 2는 탄성 부재에 의해서 지지되기 전 상태의 왕복동 모터를 보여주는 도면이고, 도 3은 탄성 부재에 의해서 지지된 상태의 왕복동 모터를 보여주는 도면이다. 도 4는 피스톤을 지지하기 위한 탄성 부재가 설치되기 전의 초기 길이와 탄성 부재가 장착된 상태에서의 장착 길이를 비교하기 위한 도면이다.

다만, 도 4에서는 이해의 편의를 위하여 탄성 부재의 눌림 거리(X2)가 실제 보다 과장되도록 도시되었다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 리니어 압축기(1)는, 외형을 형성하며 내부 공간을 갖는 케이스(10)를 포함할 수 있다.

상기 리니어 압축기(1)는, 상기 케이스(10)의 내부 공간에 배치되고, 가동 코어(400)가 왕복 운동을 하는 왕복동 모터(90)를 더 포함할 수 있다.

상기 리니어 압축기(1)는, 상기 왕복동 모터(90)의 가동자(300)에 연결되어 상기 가동자(300)와 함께 왕복 운동하는 피스톤(40)과, 상기 피스톤(40)이 삽입되며, 냉매의 압축을 위한 압축 공간(31)을 형성하는 실린더(30)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 리니어 압축기(1)는, 상기 압축 공간(31)의 흡입 측을 개폐하는 흡입 밸브(41)와, 및 상기 압축 공간(31)의 토출측을 개폐하는 토출 밸브(32)를 더 포함할 수 있다.

그리고, 밀폐된 케이스(10)에 흡입관(11)과 토출관(12)이 연결된다.

이로써, 상기 케이스(10)의 내부 공간은 흡입되는 냉매가 채워져 흡입압을 형성하고, 상기 압축 공간(31)에서 토출되는 냉매는 상기 토출관(12)을 통해 상기 케이스(10)의 외부로 배출될 수 있다.

또한, 상기 케이스(10)의 내부 공간에는 프레임(20)이 설치되고, 상기 프레임(20)의 일측면에는 왕복력을 발생시키는 동시에 상기 피스톤(40)의 공진 운동을 유도하는 상기 왕복동 모터(90)가 고정 결합된다.

상기 왕복동 모터(90)의 내측에서 상기 실린더(30)가 상기 프레임(20)에 결합되고, 상기 실린더(30)에는 상기 압축 공간(31)의 체적을 가변시켜 냉매를 압축하기 위한 상기 피스톤(40)이 수용된다.

상기 프레임(20)에는 토출 커버(50)가 결합될 수 있다. 상기 토출 커버(50) 내에는 상기 토출 밸브(32)가 수용되고, 상기 토출 밸브(32)는 밸브 스프링(33)에 의해서 지지될 수 있다.

상기 토출 밸브(32)는 상기 밸브 스프링(33)에 지지된 상태에서 상기 압축 공간(31)을 개폐할 수 있다.

상기 토출 커버(50)에는 토출 공간(51)이 구비된다. 상기 토출 공간(51)으로 배출된 냉매 가스 중 일부는 상기 실린더(30)와 상기 피스톤(40) 사이 공간으로 공급될 수 있다.

이를 위하여, 상기 프레임(20)에는 가스 연통로(21)가 형성되고, 상기 실린더(30)에는 상기 가스 연통로(21)를 지난 냉매 가스가 통과하는 복수의 가스 홀(34)이 형성될 수 있다.

상기 왕복동 모터(90)는, 고정자(100)와, 상기 고정자(100)의 내측 영역에 권취되는 코일(200)과, 상기 고정자(100)에 대해서 왕복 운동하는 가동자(300)를 포함할 수 있다.

상기 고정자(100)는, 내측 고정자(110)와, 상기 내측 고정자(110)의 외측에서 상기 내측 고정자(110)와 이격되어 배치되는 외측 고정자(120)를 포함할 수 있다. 상기 코일(200)은 일 예로 상기 외측 고정자(120)의 내측 영역에 배치될 수 있다.

상기 외측 고정자(120)는 자로를 형성하는 요크부(121)와, 상기 요크부(121)의 일단에 구비되는 제 1 폴부(122)와, 상기 요크부(121)의 타단에 구비되는 제 2 폴부(123)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 폴부(122)의 적어도 일부의 자로 폭은 상기 요크부(121)의 자로 폭 보다 크게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 폴부(123)의 적어도 일부의 자로 폭은 상기 요크부(121)의 자로 폭 보다 크게 형성될 수 있다.

상기 가동자(300)는, 상기 고정자(100)가 형성하는 영역에 삽입되는 가동자 코어(410)와, 상기 가동자 코어(410)에 설치되는 마그네트(400)와, 상기 가동자 코어(410)에 설치되는 코어 폴부(420)를 포함할 수 있다.

상기 가동자 코어(410)는 일 예로 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 가동자 코어(410)는 상기 외측 고정자(120)와 상기 내측 고정자(110) 사이의 공극에 삽입될 수 있다.

상기 가동자 코어(410)는 직접 상기 피스톤(40)에 체결되거나 연결부에 의해서 상기 피스톤(40)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤(40)은 상기 가동자 코어(410)와 함께 왕복 운동할 수 있다.

상기 마그네트(400)는 상기 가동자 코어(410)에서 상기 제 1 폴부(122)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 마그네트(400)는 상기 가동자 코어(410)의 원주 방향을 따라 배치될 수 있다. 일 예로 호 형상을 가지는 복수의 마그네트(400)가 상기 가동자 코어(410)의 원주 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.

상기 마그네트(400)는, 제1극부(402)와, 상기 제1극부(402)와 반대 극인 제2극부(404)를 포함할 수 있다. 상기 제1극부(402)와 상기 제2극부(404)는 상기 피스톤(40)의 왕복 운동 방향으로 일렬로 배치될 수 있다.

상기 코어 폴부(420)는 상기 피스톤(40)의 왕복 운동 방향으로 상기 마그네트(400)와 이격되어 배치될 수 있다.

상기 코어 폴부(420)는 상기 가동자 코어(410)와 일체로 형성되거나 상기 가동자 코어(410)에 결합될 수 있다. 상기 코어 폴부(420)는 상기 가동자 코어(410)에서 상기 제 2 폴부(423)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

본 실시예에서 상기 왕복동 모터(90)는 코일(300)이 구비된 고정자(100)와 마그네트(400) 사이에서 발생되는 왕복 방향 중심력(centering force)에 의해서 상기 가동자(300)가 왕복 운동을 한다.

왕복 방향 중심력이란 상기 마그네트(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)으로 작용한다.

따라서, 상기 마그네트(400)가 상기 코일(200) 및 마그네트(400)에 의한 자기력에 의해 왕복 운동을 할 때, 상기 마그네트(400)는 자기적 스프링에 의해 중심 방향으로 복귀하려는 힘을 축적한다. 그리고, 이 자기적 스프링에 축적된 힘으로 인해 상기 마그네트(400)를 포함한 가동자(300)가 공진하면서 지속적으로 왕복 운동을 하게 된다.

한편, 상기 피스톤(40)은 상기 왕복동 모터(90)에 의해서 냉매를 흡입하기 위하여 이동된 위치인 하사점과, 냉매를 압축하기 위하여 이동된 위치인 상사점 사이에서 왕복 운동할 수 있다.

본 발명에서 상사점과 하사점 사이의 거리를 운전 스트로크라 이름할 수 있고, 상기 운전 스트로크를 이등분하는 지점을 스트로크 중심이라고 할 수 있다.

그리고, 도 2와 같이 제 1 폴부(122)의 축 방향 길이를 이등분하는 지점이 자극 중심(C1)이고, 상기 마그네트(400)에서 제1극부(402)와 제2극부(404)의 경계선이 마그네트 중심(C2)이 된다.

본 발명에서 상기 제1극부(402)와 상기 제2극부(402)의 길이가 동일한 경우, 상기 가동자(300)로 외력(후술할 탄성 부재의 탄성력)이 작용되지 않으면서 상기 코일(200)에 전류가 인가되지 않는 한, 상기 마그네트 중심(C2)과 상기 자극 중심(C1)이 일치하도록 상기 마그네트(400)가 위치된다.

본 발명의 리니어 압축기(1)는, 상기 코일(200)에 전류가 인가되지 않는 상태(왕복동 모터(90)가 정지된 상태)에서, 상기 마그네트 중심(C2)이 상기 자극 중심(C1)에서 오프셋 되도록 상기 피스톤(40) 또는 상기 가동자(300)를 지지하는 탄성 부재(600)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 탄성 부재(600)는, 상기 마그네트 중심(C2)이 상기 자극 중심(C2)으로부터 상기 압축 공간(31) 측을 향하여 오프셋 되도록 상기 피스톤(40) 또는 가동자(300)를 지지할 수 있다(오프셋 거리 X3).

따라서, 상기 왕복동 모터(90)가 정지된 상태에서 상기 피스톤(40)의 스크로크 중심은 상기 상사점 측으로 오프셋 된 상태가 될 수 있다.

상기 탄성 부재(600)는 일 예로 코일 스프링일 수 있다. 그리고, 상기 코일 스프링은 일정량 눌려진 상태(압축된 상태)에서 상기 피스톤(40)을 지지할 수 있다.

이때, 상기 왕복동 모터(90)가 정지된 상태에서 상기 피스톤(40)과 상기 토출 밸브(32)와의 초기 거리(X1)는 상기 탄성 부재(600)가 장착된 상태에서의 상기 탄성 부재(600)의 눌림 거리(X2)(변형 거리) 보다 작게 형성될 수 있다.

그 이유는 상기 피스톤(40)이 왕복 운동하는 과정에서 상기 탄성 부재(600)가 상기 피스톤(40)을 지지하지 못하고 이탈되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 피스톤(40)에는 상기 탄성 부재(600)의 일단이 안착되는 제 1 안착부(430)가 구비될 수 있다.

상기 제 1 안착부(430)는 상기 피스톤(40)에 결합되거나 상기 피스톤(40)과 일체로 형성될 수 있다.

상기 리니어 압축기(1)는, 상기 흡입관(11)을 통해 흡입된 냉매를 상기 피스톤(40)으로 안내하는 흡입 가이드부(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 흡입 가이드부(500)는 일 예로 상기 케이스(10)에서 상기 흡입관(11)이 설치된 부분에서 상기 피스톤(40)을 향하여 연장된다.

상기 흡입 가이드부(500)의 일부(502)는 상기 피스톤(40)의 내부로 인입될 수 있다. 상기 흡입 가이드부(500)의 일부(502)는 상기 가동자 코어(40)의 중앙부를 관통하여 상기 피스톤(40) 내부로 인입될 수 있다.

또한, 상기 흡입 가이드부(500)의 일부(502)는 상기 제 1 안착부(430)를 관통하여 상기 피스톤(40) 내부로 인입될 수 있다.

상기 리니어 압축기(1)는, 상기 탄성 부재(600)의 타단이 안착되는 제 2 안착부(510)를 포함할 수 있다. 상기 제 2 안착부(510)는 상기 흡입 가이드부(500)에 결합될 수 있다. 또는, 상기 제 2 안착부(510)는 상기 흡입 가이드부(500)와 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 안착부(510)는 상기 케이스(10)에 고정될 수 있다.

상기 탄성 부재(600)는 상기 제 1 안착부(430) 및 제 2 안착부(510)에 안착된 상태에서 상기 흡입 가이드부(500)의 일부를 둘러쌀 수 있다. 즉, 상기 흡입 가이드부(500)는 코일 스프링이 형성하는 영역을 통과할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동 모터의 동작을 설명하기 위해 보인 개략도이다. 도 7은 탄성 부재가 존재하지 않는 경우와 탄성 부재가 존재하는 경우의 운전 스트로크를 보여주는 도면이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 왕복동 모터(90)의 상기 코일(200)에 교번 전류가 인가되면, 상기 내측 고정자(110)와 상기 외측 고정자(120) 사이에는 교번 자속이 형성된다.

이 경우 상기 마그네트(400)가 자속 방향을 따라 양방향으로 움직이면서 지속적으로 왕복 운동을 하게 된다.

이때, 왕복동 모터(90)의 내부에는 상기 마그네트(400)가 상기 고정자(100)에 대해서 왕복 운동을 하면서 상기 고정자(100)와 마그네트(400) 사이에는 자기적 스프링(Magnetic Resonance Spring)이 형성되어, 상기 마그네트(400)의 공진 운동을 유도하게 된다.

예를 들어 도 5와 같이, 상기 마그네트(400)에 의한 자속이 도면 상의 시계 방향으로 흐르는 상태에서, 상기 코일(200)에 교번 전류가 인가될 수 있다.

그러면, 상기 코일(200)에 의한 자속이 도면 상의 시계 방향으로 흐르게 되고, 도면 상 왼쪽 방향으로 상기 마그네트(400)가 이동하게 된다(화살표 M1 참조).

이때, 상기 고정자(100) 및 상기 마그네트(400) 사이에는 자기적 에너지(즉, 자기적 위치 에너지 또는 자기적 저항)가 낮은 쪽인 도면의 우측 방향으로 복귀하려는 왕복 중심력(Centering force)(F1)이 축적된다

이러한 상태에서, 도 6과 같이 상기 코일(200)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 상기 코일(200)에 의한 자속이 도면 상의 반시계 방향으로 흐르게 된다. 그러면, 상기 코일(200)에 의한 자속과 상기 마그네트(300)의 자속은 이전과 반대 방향, 즉 도면의 오른쪽 방향으로 증자된다.

이때, 축적된 왕복 중심력(Centering force)(F1)과, 상기 코일(200) 및 마그네트(400)의 자속에 의한 자기력에 의해 도면의 오른쪽 방향(화살표 M2 참조)으로 상기 마그네트(400)가 이동하게 하게 된다.

이 과정에서, 상기 마그네트(400)는 관성력과 자기력에 의해 상기 제 1 폴부(122)의 자극 중심(C)을 지나 도면의 우측으로 더 이동하게 된다.

이때도 마찬가지로, 상기 고정자(100) 및 마그네트(400) 사이에는 자기적 에너지가 낮은 쪽인 도면의 좌측 방향으로 복귀하려는 왕복 중심력(Centering force)(F2)이 축적된다.

그리고, 도 5에서와 같이 상기 코일(200)에 인가되는 전류의 방향이 바뀌게 되면, 축적된 왕복 중심력(Centering force)(F2)과, 코일(200) 및 마그네트(400)의 자속에 의한 자기력에 의해 상기 마그네트(400)가 좌측 방향으로 이동하게 된다.

이때도 역시, 상기 마그네트(400)는 관성력과 자기력에 의해 상기 제 1 폴부(122)의 자극 중심(C)을 지나 도면의 좌측으로 더 이동하게 된다.

그리고, 상기 고정자(100) 및 마그네트(400) 사이에는 자기적 에너지가 낮은 쪽인 도면의 우측 방향으로 복귀하려는 왕복 중심력(Centering force)(F1)이 축적된다.

이러한 방식으로 상기 마그네트(400)는 기계적 공진 스프링이 구비된 것과 같이 도면 상 우측과 좌측을 번갈아 가면서 이동하는 왕복 운동을 지속적으로 반복하게 된다.

한편, 도 7을 참조하면, 상기 코일(200)로 인가되는 교번 전류에 의해서, 상기 피스톤(40)은 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 왕복 운동하게 된다.

상술한 바와 같이 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이의 거리가 운전 스트로크이며, 스크로크 중심에서 상기 하사점(BDC)까지의 제1스트로크의 길이와 상기 스트로크 중심에서 상기 상사점(TDC)까지의 제2스트로크의 길이는 동일하다.

그런데, 실제로 상기 피스톤(40)이 상기 압축 공간(31)의 냉매를 압축하는 과정에서 압력이 상기 피스톤(40)으로 작용하여 상기 피스톤(40)이 상기 토출 밸브(32)와 멀어지는 방향으로 밀린다. 즉, 냉매의 압축 과정에서 상기 피스톤(40)이 상기 하사점(BDC) 측으로 일정 거리 밀리게 된다.

이 경우, 상기 스트로크 중심이 상기 하사점(BDC)과 가까워지는 방향으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 피스톤(40)은 상기 하사점(BDC)을 벗어나지 않도록 제어된다.

도 7을 참조하면, 탄성 부재가 존재하지 않는 경우에는 상기 스트로크 중심에서 상기 하사점(BDC) 까지의 제1스트로크의 길이가 줄어들게 된다.

또한, 상기 스크로크 중심에서 상기 상사점(TDC)까지의 제2스크로크의 길이는 상기 제1스트로크의 길이와 동일하므로, 실제로 상기 피스톤의 운전 스크로크는 줄어들게 된다.

그러나, 본 발명과 같이 탄성 부재(600)가 상기 피스톤(40) 또는 가동자(300)를 지지하면, 상기 마그네트 중심(C2)이 상기 자극 중심(C2)으로부터 상기 압축 공간(31) 측을 향하여 오프셋 된다.

그러면, 상기 피스톤(40)이 왕복 운동하는 과정에서 상기 피스톤(40)으로 작용하는 압력이 상기 탄성 부재(600)가 상기 피스톤(40)을 지지하는 탄성력과 상쇄될 수 있다. 따라서, 상기 피스톤(40)의 스크로크 중심이 하사점 측으로 오프셋되는 것이 방지될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 상기 피스톤(40)의 운전 스트로크가 증가될 수 있고, 이에 따라, 압축 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가동자를 자기적 공진 스프링으로 공진시킴에 따라 일정 구간의 운전 주파수 내에서 사용 주파수가 제한되는 것을 미연에 방지할 수 있어 모터의 효율이 향상될 수 있다. 즉, 운전 주파수 내에서 모든 주파수를 사용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도이다.

본 실시 예는 다른 부분에 있어서는, 제 1 실시 예와 동일하고 다만, 탄성 부재의 형태에 있어서 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 본 실시 예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도 8을 참조하면, 본 실시 예의 탄성 부재(610)는 일 예로 판 스프링을 포함할 수 있다.

상기 판 스프링의 일단은 상기 케이스(10)에 고정될 수 있다. 상기 판 스프링의 타단은 상기 가동자(300)를 지지하거나 상기 피스톤(40)을 지지할 수 있다.

본 발명에서 상기 피스톤(40)이 왕복 운동하는 과정에서, 상기 피스톤(40)의 축이 수평을 이룰 수 있도록, 복수의 판 스프링이 상기 가동자(300) 또는 피스톤(40)을 지지할 수 있다.

이때, 상기 판 스프링이 상기 가동자(300) 또는 피스톤(40)을 지지한 상태에서, 상기 판 스프링의 변형량은, 상기 피스톤(40)과 상기 토출 밸브(32)와의 초기 거리(X1) 보다 클 수 있다.

본 실시 예에 의해서도 상기 판 스프링에 의해서 상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서 피스톤의 운전 스트로크의 중심이 상사점 측으로 오프셋 되므로, 피스톤의 운동 과정에서 상기 피스톤의 운전 스트로크 중심이 하사점 측으로 오프셋 되는 것이 방지될 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 리니어 압축기의 종단면도이다.

본 실시 예는 다른 부분에 있어서는 제 1 실시 예 또는 제 2 실시 예와 동일하고 다만, 왕복동 모터에 있어서 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 본 실시 예의 특징적인 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도 9을 참조하면, 본 실시 예에 따른 왕복동 모터(90a)는, 고정자(100a)와, 상기 고정자(100a)에 설치되는 마그네트(400a)와, 상기 고정자(100a)에 대해서 이동하는 가동자(700, 702)를 포함할 수 있다.

상기 가동자(700, 702)는, 상기 피스톤(40)과 연결되는 연결부(702)와, 상기 연결부(702)에 설치되는 가동 코어(700)를 포함할 수 있다.

따라서, 상기 가동 코어(700)가 상기 고정자(100a) 및 상기 마그네트(400a)에 대해 왕복 운동을 하게 되면 상기 실린더(30)에 삽입된 상기 피스톤(40)이 상기 가동 코어(700)와 함께 왕복 운동을 하게 된다.

상기 고정자(100a)는, 내측 고정자(110a)와, 외측 고정자(120a)를 포함할 수 있다.

상기 외측 고정자(120a)는, 일측이 상기 내측 고정자(110a)와 연결되고 타측이 상기 내측 고정자(110a)의 타측과 공극(130)을 형성하도록 상기 내측 고정자(110a)의 반경 방향 외측에 이격되어 배치될 수 있다.

이때, 상기 내측 고정자(110a)와 외측 고정자(120a)는 자성체 또는 전도체 재질로 이루어질 수 있다.

상기 내측 고정자(110a)와 상기 외측 고정자(120a) 사이에는 상기 코일(200a)이 권취될 수 있다.

일례로, 상기 코일(200a)이 상기 내측 고정자(110)에 권취된 상태에서 상기 외측 고정자(120a)가 상기 내측 고정자(110a)와 결합될 수 있다.

또는, 미리 링 형태로 권취된 코일(200a)이 상기 내측 고정자(110a)를 둘러싼 상태에서 상기 외측 고정자(120a)가 상기 내측 고정자(110a)와 결합될 수 있다.

상기 내측 고정자(110a)와 외측 고정자(120a) 사이에는 상기 공극(130)과 연통되며 상기 코일(200a)을 수용하는 공간부(140a)가 형성될 수 있다.

나아가, 상기 내측 고정자(110a)와 상기 외측 고정자(120a) 중 적어도 어느 하나에는 서로 마주보는 면에 상기 공간부(140a)가 형성하도록 내측으로 오목하게 권취홈이 형성될 수 있다. 이때, 상기 공간부(140a)의 크기는 권취된 코일(200)의 양에 비례해서 형성될 수 있다.

상기 내측 고정자(110a)의 외주면 또는 외측 고정자(120a)의 내주면 중 적어도 어느 한 곳에는 상기 마그네트(400a)가 설치될 수 있다. 도 9에는 일 예로 마그네트(400a)가 상기 외측 고정자(120a)에 설치된 것이 도시된다.

이때, 상기 가동 코어(700)의 왕복 운동 방향(또는 축 방향)으로, 상기 마그네트(700)는 상기 코일(200)과 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 마그네트(700)와 코일(200)은 상기 고정자(100)의 반경 방향으로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

또한, 상기 마그네트(700)는 일례로, 원통형으로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 상기 마그네트(700)는 축 방향에서 바라봤을 때, 호(arc) 형상의 단면을 갖을 수 있다. 이 경우, 복수의 마그네트(700)가 상기 내측 고정자(110a)의 외주면이나, 상기 외측 고정자(120a)의 내주면에 원주 방향을 따라 이격되어 배치될 수 있다.

이때, 상기 마그네트(700)는 상기 공극(130)으로 노출되도록 배치된다.

이를 위해, 상기 공극(130)을 형성하는 상기 내측 고정자(110a)와 상기 외측 고정자(120a)의 서로 마주보는 면 중 어느 한 면에는 상기 마그네트(700)가 고정되는 마그네트 고정면이 형성될 수 있다.

상기 가동 코어(700)는 상기 마그네트(400a)가 노출되는 공극(130)에 위치되며, 자성체로 이루어져 상기 고정자(100a) 및 상기 마그네트(400a)에 대해 왕복 운동을 한다.

이때, 상기 가동 코어(700)의 왕복 운동 방향으로, 상기 가동 코어(700)는 상기 코일(200a)과 이격되게 배치되며, 상기 가동 코어(700)의 왕복 운동에 따라 상기 코일(200a)과 상기 가동 코어(700)의 간격이 가변된다.

즉, 상기 가동 코어(700)와 상기 코일(200a)은 상기 고정자(100a)의 반경 방향으로 중첩되지 않게 배치될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 가동 코어(700)는, 축 방향에서 바라볼 때, 적어도 일부가 호(arc) 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 가동 코어(700)는 링 형태의 공극(130)에 삽입될 수 있도록, 링 형태로 형성되거나, 호 형상의 단면을 가지는 복수의 가동 코어(700)가 원주 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 가동 코어(700)는 상기 연결부(702)에 의해서 지지될 수 있다. 이때, 상기 연결부(702)의 일부는 상기 공극(130) 내에 위치될 수 있다. 따라서, 상기 연결부(702)의 적어도 일부는 원통 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 가동 코어(700)는 상기 연결부(702)에 의해서 지지된 상태에서 상기 마그네트(400a)와 마주보도록 배치될 수 있다.

일 예로 상기 가동 코어(700)는 상기 연결부(702)의 외주면에 설치되어 상기 외측 고정자(120a)의 내주면에 설치된 마그네트(400a)와 마주볼 수 있다.

상기 가동 코어(700)는 상기 공극(130)으로 노출된 상기 내측 고정자(110a) 또는 상기 외측 고정자(120a)의 외측 표면 및 상기 마그네트(400a)와 간격을 두고 삽입된다. 이를 위해 상기 가동 코어(700)의 두께는 상기 공극(130)의 크기보다는 작게 형성된다.

구체적으로, 상기 가동자(700, 702)의 제1면은 상기 마그네트(400a)와 마주보도록 배치되고, 상기 가동자(700, 702)의 제2면(제1면의 반대면임)은 상기 내측 고정자(110a)와 마주보도록 배치된다.

일례로, 상기 가동자(700, 702)의 제1면은 상기 마그네트(400a)의 외주면이고, 상기 가동자(700, 702)의 제2면은 상기 연결부(702)의 내주면이다.

이때, 상기 가동자(700, 702)의 제1면과 상기 마그네트(400a)는 이격되고, 상기 가동자(700, 702)의 제2면과 상기 내측 고정자(110a)는 이격된다.

상기 마그네트(400a)는 상기 가동 코어(700)의 왕복 운동 방향으로 서로 다른 자극이 배열되도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 마그네트(400a)는 제1극부와, 제2극부를 포함하며, 상기 제1극부와 상기 제2극부는 상기 피스톤(40)의 왕복 운동 방향으로 일렬로 배열된다. 그리고, 상기 제 1 극부와 상기 제 2 극부의 경계선을 상기 마그네트(400a)의 중심이라고 할 수 있다.

본 실시 예의 리니어 압축기는, 상기 코일(200a)에 전류가 인가되지 않는 상태(왕복동 모터(90a)가 정지된 상태)에서, 상기 피스톤(40)의 스트로크의 중심이 상사점 측으로 오프셋 되도록, 상기 피스톤(40) 또는 상기 가동자(700, 702)를 지지하는 탄성 부재(620)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 탄성 부재(620)는, 일 예로 코일 스프링일 수 있거나 판 스프링일 수 있다.

상기 탄성 부재(620)의 일단은 제 1 안착부(810)에 안착되고, 타단은 제 2 안착부(820)에 안착될 수 있다.

상기 제 1 안착부(810)는 일 예로 상기 케이스(10)에 구비될 수 있다. 흡입관(11)을 통해 흡입된 냉매는 상기 제 1 안착부(810)를 통과할 수 있다.

상기 제 2 안착부(820)는 상기 피스톤(40) 또는 상기 연결부(702)에 결합될 수 있다. 상기 흡입관(11)을 통해 흡입된 냉매는 상기 제 1 안착부(810)를 통과하고 상기 제 2 안착부(820)를 통과한 후 상기 피스톤(40) 내부로 인입될 수 있다.

다만, 본 실시 예에서 상기 안착부(810, 820)의 형태에는 제한이 없음을 밝혀둔다.

본 실시 예에 의해서도 상기 탄성 부재에 의해서 상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서 피스톤의 운전 스트로크의 중심이 상사점 측으로 오프셋 된다. 즉, 상기 가동 코어(700)의 중심이 상기 마그네트(400a)의 중심에서 상사점 측으로 오프셋된다.

따라서, 피스톤의 운동 과정에서 상기 피스톤의 운전 스트로크 중심이 하사점 측으로 오프셋 되는 것이 방지될 수 있다.

10: 케이스 30: 실린더
40: 피스톤 90: 왕복동 모터
100: 고정자 300: 가동자
600: 탄성 부재

Claims (10)

1. 케이스;
   상기 케이스 내부에 구비되며, 압축 공간을 형성하는 실린더;
   상기 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브;
   상기 실린더에 대해서 왕복 운동하며 상기 압축 공간의 냉매를 압축하기 위한 피스톤;
   고정자와, 상기 고정자가 형성하는 영역에 권취되는 코일과, 상기 고정자에 대해서 왕복 운동하며 상기 피스톤에 연결되는 가동자와, 상기 고정자 또는 가동자에 설치되는 마그네트를 포함하는 왕복동 모터; 및
   상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서 상기 피스톤의 스트로크 중심이 상기 토출 밸브 측으로 오프셋 되도록 상기 피스톤 또는 상기 가동자를 지지하는 탄성 부재를 포함하고,
   상기 마그네트는, 제1극부와, 상기 제1극부와 반대 극인 제2극부를 포함하고, 상기 제1극부와 상기 제2극부는 상기 피스톤의 왕복 운동 방향으로 일렬로 배열되는 리니어 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄성 부재는 코일 스프링 또는 판 스프링인 리니어 압축기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 탄성 부재는 코일 스프링이며,
   상기 케이스에 구비된 흡입관을 통해 흡입된 냉매는 상기 탄성 부재가 형성하는 영역을 통과한 후에 상기 피스톤으로 인입되는 리니어 압축기.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서, 상기 탄성 부재의 눌림 거리 또는 상기 판 스프링의 변형 량은 상기 토출 밸브와 상기 피스톤의 초기 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 고정자는, 자로를 형성하는 요크부와, 상기 요크부의 단부에 구비되는 폴부를 포함하고,
   상기 마그네트는, 상기 폴부와 마주보도록 상기 가동자에 구비되며,
   상기 피스톤의 왕복 운동 방향으로의 상기 폴부의 길이를 이등분하는 지점이 상기 폴부의 자극 중심이고,
   상기 마그네트에서 상기 제1극부와 제2극부의 경계선이 자기 중심이며,
   상기 마그네트 중심은 상기 자극 중심에서 상기 토출 밸브 측으로 오프셋되는 리니어 압축기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 마그네트는 상기 고정자에 설치되고,
   상기 가동자는 상기 마그네트와 마주보도록 배치되는 가동 코어를 포함하고,
   상기 가동 코어의 중심은 상기 상기 마그네트에서 상기 제1극부와 제2극부의 경계선에서 상기 토출 밸브 측으로 오프셋되는 리니어 압축기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1극부의 길이와 상기 제2극부의 길이는 동일한 리니어 압축기.
8. 케이스;
   상기 케이스 내부에 구비되며, 압축 공간을 형성하는 실린더;
   상기 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브;
   상기 실린더에 대해서 왕복 운동하며 상기 압축 공간의 냉매를 압축하기 위한 피스톤;
   고정자와, 상기 고정자가 형성하는 영역에 권취되는 코일과, 상기 고정자에 대해서 왕복 운동하며 상기 피스톤에 연결되는 가동자와, 상기 고정자 또는 가동자에 설치되는 마그네트를 포함하는 왕복동 모터; 및
   상기 피스톤 또는 상기 가동자를 지지하는 탄성 부재를 포함하고,
   상기 고정자는, 자로를 형성하는 요크부와, 상기 요크부의 단부에 구비되는 폴부를 포함하고,
   상기 마그네트는, 상기 폴부와 마주보도록 상기 가동자에 구비되며,
   상기 왕복동 모터가 정지한 상태 및 상기 탄성 부재가 상기 피스톤 또는 상기 가동자를 지지한 상태에서, 상기 피스톤의 왕복 운동 방향으로의 상기 폴부의 자극 중심에 대하여 상기 마그네트의 자기 중심이 상기 토출 밸브 측으로 오프셋되는 리니어 압축기.
9. 케이스;
   상기 케이스 내부에 구비되며, 압축 공간을 형성하는 실린더;
   상기 압축 공간을 개폐하는 토출 밸브;
   상기 실린더에 대해서 왕복 운동하며 상기 압축 공간의 냉매를 압축하기 위한 피스톤;
   고정자와, 상기 고정자가 형성하는 영역에 권취되는 코일과, 상기 고정자에 대해서 왕복 운동하며 상기 피스톤에 연결되는 가동자와, 상기 고정자 또는 가동자에 설치되는 마그네트를 포함하는 왕복동 모터; 및
   상기 피스톤 또는 상기 가동자를 지지하는 탄성 부재를 포함하고,
   상기 마그네트는 상기 고정자에 설치되고,
   상기 가동자는 상기 마그네트와 마주보도록 배치되는 가동 코어를 포함하고,
   상기 가동 코어의 중심은 상기 상기 마그네트의 자기 중심에서 상기 토출 밸브 측으로 오프셋되는 리니어 압축기.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 왕복동 모터가 정지된 상태에서, 상기 탄성 부재의 변형 량은 상기 토출 밸브와 상기 피스톤의 초기 거리보다 긴 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.

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