KR20190095807A - 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기는, 복수 개의 스테이터 코어가 축방향을 따라 적층되는 고정자; 상기 고정자에 구비되어 상기 축방향에 대해 직각방향으로 교번자속이 형성되도록 하는 권선코일; 상기 고정자의 반경방향 측면에 고정 결합되고, 상기 축방향으로 서로 다른 자극이 배열되며, 횡방향 공극을 따라 반대의 자극이 교차 배열되는 복수 개의 마그네트; 및 상기 복수 개의 마그네트에 대해 반경방향 공극을 두고 구비되며, 상기 고정자에서 상기 마그네트를 통과하는 자속이 이동하는 자로를 형성하도록 적어도 일부가 자성체로 이루어져, 상기 마그네트에 형성되는 자력에 의해 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 일체형 가동자;를 포함할 수 있다.

Description

횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기{TRANSVERS FLUX TYPE LINERAR MOTOR AND LINEAR COMPRESSOR HAVING THE SAME}

본 발명은 자속(Flux)의 방향과 가동자의 운동방향이 직각을 이루는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기에 관한 것이다.

모터(Motor)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전력 또는 왕복동력을 얻는 장치로서, 이러한 모터는 인가되는 전원의 종류에 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 영구자석인 마그네트(Margnet)가 구비된 가동자가 회전운동을 하거나 또는 왕복운동을 하게 된다.

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

리니어 모터는 형상에 따라 평판형과 원통형으로 구분할 수 있는데, 주로 알려진 원통형 리니어 모터는 내측 고정자(Inner stator)와 외측 고정자(Outer stator)로 된 고정자가 원통형으로 형성되고, 내측 고정자와 외측 고정자 사이의 공극(Air gap)에서 왕복운동을 하는 가동자 역시 고정자와 같은 원통형으로 형성되어 있다.

내측 고정자와 외측 고정자 중에서 어느 한 쪽에 유도자기를 발생시키기 위한 코일이 권취되며, 자극(Magnet pole)이 고정자의 축방향을 따라 배열된 마그네트(Magnet)가 가동자에 구비되어 있다.

이러한 리니어 모터는 대한민국 등록특허 제10-0492615호(이하, 선행기술 1) 및 대한민국 등록특허 제10-0539813호(이하, 선행기술 2) 등에 개시되어 있다.

선행기술 1과 선행기술 2에는 모두 박판으로 타발 제작된 다수 개의 철심코어를 방사상으로 적층하여 원통형으로 형성하는 것으로, 선행기술 1에서는 내측 고정자와 외측 고정자가 모두 방사 적층되는 구조를 개시하고 있다. 선행기술 2에서는 선행기술 1을 개선하여 내측 고정자는 방사 적층을, 외측 고정자는 원호 적층된 고정자 블록을 방사 적층하는 구조를 개시하고 있다.

상기와 같은 종래의 리니어 모터는, 앞서 설명한 바와 같이 수 백장의 철심코어를 일일이 타발 제작한 후 방사상으로 적층하여 내측 고정자 또는 외측 고정자를 제작하는 것이나, 이는 수 백장의 철심코어를 타발하여 방사상으로 적층하기도 어렵고 이를 원통형으로 고정하기도 어려워 내측 고정자와 외측 고정자를 제작하는데 상당한 곤란함이 있었다.

즉, 수 백장에 이르는 많은 철심코어를 타발하여 제작하여야 하므로 높은 제조 비용이 발생하게 되는 것은 물론 낱장의 철심코어를 방사상으로 적층하여야 하므로 조립공정이 난해하고, 조립시간이 과도하게 소요되어 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다. 또, 낱장의 철심코어를 일정 개씩 묶어 여러 개의 고정자 블록으로 적층한 후 이 고정자 블록을 방사상으로 적층하는 경우에도 수 백장의 철심코어를 타발하여 제작할 뿐만 아니라, 내측 고정자의 경우에는 낱장의 철심코어를 방사상으로 적층하여야 하므로 고정자를 조립하는 조립공정의 단점과 이에 소요되는 제조비용의 단점은 여전히 남는 문제점이 있었다.

또, 종래의 리니어 모터는, 내측 고정자와 외측 고정자가 원통 형상을 유지하도록 고정하기 위해서는 별도의 고정링을 압입하는 것이나, 낱장의 철심코어를 적층할 때 각각의 철심코어에 구비된 고정홈의 위치를 일치시켜 적층하기도 어려울 뿐만 아니라 수 백장의 철심코어에 구비된 고정홈에 고정링을 압입시켜 고정하기도 어려운 문제점도 있었다. 또, 다수 개의 철심코어를 묶어 고정자 블록을 형성하는 경우에는 통상 코킹 작업을 통해 이들 고정자 블록의 형태가 유지하도록 하고 있으나, 철심코어의 면적이 좁은 경우에는 코킹 작업 중에 일부 철심코어의 형상이 뒤틀려 변형될 수 있어 철심코어를 작게 형성할 수 없고 이로 인해 모터를 소형화하는데 한계가 있었다.

그러나, 상기와 같은 선행기술들에서는, 마그네트가 가동자에 결합됨에 따라 가동자의 무게가 증가하게 되어 운전 주파수가 감소하게 될 수 있다. 즉, 마그네트의 무게를 줄이면서 운전 주파수를 확보하기 위해 상대적으로 자속량이 많은 회토류의 마그네트(이하, Nd 마그네트)가 적용되는 경우에는 Nd 마그네트의 단위 면적당 높은 가격으로 인해 모터의 제조원가가 상승하게 되고, 반대로 마그네트의 재료 비용을 감안하여 상대적으로 저가인 페라이트 마그네트가 적용되는 경우에는 그 페라이트 마그네트의 특성상 자속량이 낮아 마그네트의 사용량이 증가하게 되고 이로 인해 가동자의 무게가 증가하면서 운전 주파수가 감소하여 모터 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 이들 문제를 감안하여, 고정자를 내측 고정자와 외측 고정자로 구분하고, 내측 고정자와 외측 고정자 중에서 어느 한 쪽 고정자에 마그네트를 부착시킨 후 자성체로 된 가동자를 내측 고정자와 외측 고정자 사이에서 왕복운동을 시킬 수도 있다. 하지만, 이 경우에는 외측 고정자와 내측 고정자 사이에 가동자가 구비됨에 따라, 가동자를 기준으로 외측과 내측에 각각 공극이 형성되면서 전체 공극이 증가하게 되어 모터 효율이 저하되는 문제점도 있었다.

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

선행기술1: 대한민국 등록특허 제10-0492615호 선행기술2: 대한민국 등록특허 제10-0539813호

본 발명의 목적은, 고정자 또는 가동자를 용이하게 제작하여 제조비용을 낮출 수 있는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고정자 또는 가동자를 이루는 철심코어의 개수를 줄여 적층작업을 간소화할 수 있는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고정자 또는 가동자를 용이하게 제작하면서도 자속누설을 줄여 효율을 높일 수 있는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고정자와 가동자 사이의 공극을 줄여 모터 효율을 높이는 동시에, 가동자 또는 피스톤의 조립을 용이하게 하고 마찰손실을 줄일 수 있는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 페라이트 마그네트를 사용하면서도 모터 효율을 유지할 수 있도록 하여 마그네트에 대한 재료비용을 낮출 수 있는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내측 고정자를 배제하여 가동자에 대한 설계 자유도를 높이는 동시에, 마그네트의 감자에 대해 효과적으로 대응할 수 있는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 가동자의 무게를 줄여 전력소모량을 낮춤으로써 모터 효율을 높일 수 있는 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 고정자 또는 가동자를 이루는 철심코어를 소형화하여 납작한 형태의 리니어 모터 및 이를 구비한 횡자속형 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 고정자에 형성되는 자속의 방향과 가동자의 이동방향이 직각이 되며, 페라이트 마그네트가 적용되는 횡자속형 리니어 모터가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 고정자와 가동자는 얇은 철심코어를 축방향으로 적층되고, 상기 고정자는 횡방향 공극을 따라 복수 개의 티스부가 형성되며, 상기 티스부에 상기 페라이트 마그네트가 횡방향 공극을 따라 교차 배열되어 고정 결합될 수 있다.

그리고, 상기 고정자는 복수 개로 분리되고, 상기 복수 개의 고정자에 각각 코일이 권선되며, 상기 복수 개의 코일은 직렬 연결될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 복수 개의 스테이터 코어가 축방향을 따라 적층되는 고정자; 상기 고정자에 구비되어 상기 축방향에 대해 직각방향으로 교번자속이 형성되도록 하는 권선코일; 상기 고정자의 반경방향 측면에 고정 결합되고, 상기 축방향으로 서로 다른 자극이 배열되며, 횡방향 공극을 따라 반대의 자극이 교차 배열되는 복수 개의 마그네트; 및 상기 복수 개의 마그네트에 대해 반경방향 공극을 두고 구비되며, 상기 고정자에서 상기 마그네트를 통과하는 자속이 이동하는 자로를 형성하도록 적어도 일부가 자성체로 이루어져, 상기 마그네트에 형성되는 자력에 의해 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 일체형 가동자;를 포함하는 횡자속형 리니어 모터가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 복수 개의 마그네트는 횡방향 공극을 따라 이격된 횡방향 공극을 두고 배열될 수 있다.

그리고, 상기 일체형 가동자는, 환형으로 형성되는 가동자 본체부; 및 상기 가동자 본체부의 내주면에서 반경방향으로 돌출 형성되며, 상기 마그네트 사이의 횡방향 공극과 반경방향으로 대응되는 위치에 형성되는 적어도 한 개 이상의 코어돌부;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 코어돌부의 원주방향 길이는 상기 횡방향 공극의 원주방향 길이보다 크거나 같게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 일체형 가동자의 반경방향 두께는 상기 고정자 중에서 상기 권선코일이 구비되는 부위보다 얇거나 같게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 일체형 가동자는 복수 개의 스테이터 코어가 축방향을 따라 적층될 수 있다.

여기서, 상기 일체형 가동자는 자성체로 된 물질을 소결 또는 몰딩하여 단일체로 형성할 수 있다.

여기서, 상기 일체형 가동자는 상기 마그네트의 축방향 길이보다 짧고, 1/2보다 길거나 같게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 고정자는 복수 개의 고정자로 이루어지고, 상기 복수 개의 고정자에는 각각 권선코일이 구비되며, 상기 복수 개의 고정자에 각각 구비되는 복수 개의 권선코일은 직렬 연결될 수 있다.

여기서, 상기 고정자는 제1 고정자와 제2 고정자로 이루어지고, 상기 제1 고정자와 제2 고정자는 서로 대칭되게 형성되며, 상기 제1 고정자와 제2 고정자는 양단에 각각 티스부가 한 개씩 형성되고, 상기 티스부에 상기 마그네트가 각각 고정될 수 있다.

그리고, 상기 각각의 티스부는 이웃하는 티스부와 서로 이격되어 복수 개의 횡방향 공극을 형성하며, 상기 복수 개의 횡방향 공극이 대응되는 가동자의 내주면에는 반경방향으로 돌출되어 코어돌부가 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간을 가지는 케이스; 상기 케이스의 내부공간에 배치되고, 일체형 가동자가 왕복운동을 하는 리니어 모터; 상기 리니어 모터의 일체형 가동자에 결합되어 함께 왕복운동을 하는 피스톤; 상기 피스톤이 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더; 상기 압축공간의 흡입측을 개폐하는 흡입밸브; 및 상기 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브;를 포함하고, 상기 리니어 모터는 앞서 설명한 횡자속형 리니어 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 일체형 가동자의 내주면에는 연결돌부가 형성되고, 상기 연결돌부에 연결부재가 볼트 또는 리벳으로 결합되며, 상기 연결부재에 상기 피스톤이 결합될 수 있다.

여기서, 상기 일체형 가동자는 연결부재에 매입되어 결합되고, 상기 연결부재는 상기 피스톤에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 일체형 가동자의 내주면에는 연결돌부가 형성되고, 상기 연결돌부에는 연결구멍이 형성되며, 상기 연결구멍에 상기 연결부재의 일부가 관통되어 상기 일체형 가동자를 상기 연결부재에 고정할 수 있다.

본 발명에 의한 횡자속형 리니어 모터는, 고정자 코어를 이루는 철심코어를 축방향으로 적층하여 제작함에 따라 고정자를 용이하게 제작할 수 있고, 철심코어의 개수를 줄여 적층작업을 간소화할 수 있어 제조비용을 낮출 수 있다.

또, 고정자를 이루는 철심코어를 적층하여 고정할 수 있는 공간을 확보할 수 있다. 이를 통해 고정자를 소형화하여 전체 모터 크기를 소형화하고 경량화할 수 있다.

또, 마그네트를 고정자에 결합함에 따라 가동자의 무게를 줄일 수 있고, 이를 통해 가동자의 운전주파수를 높여 고속화를 구현하는 동시에 전력소모량을 낮춰 모터 효율을 높일 수 있다.

또, 마그네트를 고정자에 결합함에 따라 가동자가 일종의 내측고정자 역할을 함께 하게 되고, 이에 따라 별도의 내측고정자를 구비할 필요가 없어 재료비용이 경감되는 것은 물론 반경방향 공극의 개수를 줄여 모터 효율을 높일 수 있다.

또, 마그네트로 페라이트 마그네트를 사용할 수 있어 그만큼 마그네트에 대한 재료비용을 낮춰 제조비용의 절감을 구현할 수 있다.

또, 상기한 리니어 모터를 구비함에 따라 소형화되고 경량화된 리니어 압축기를 제공할 수 있다.

또, 상기한 리니어 모터의 경우 내측 고정자가 필요 없는 일체형 가동자의 적용으로 인해 공극관리가 용이하여, 피스톤과 실린더의 동심도를 일치시키기가 용이할 수 있다. 이에 따라 실린더와 피스톤사이의 마찰손실을 줄여 압축기의 신뢰성을 높이고 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 횡자속형 리니어 모터가 구비된 리니어 압축기의 일실시예를 파단하여 보인 사시도,
도 2는 도 1에 따른 리니어 압축기의 내부를 보인 단면도,
도 3은 도 1에 따른 리니어 압축기에서 압축기본체를 보인 사시도,
도 4는 도 3의 "Ⅳ-Ⅳ"선 단면도,
도 5는 도 4에서, 양쪽 마그네트와 일체형 가동자 사이에서 자속이 이동하는 상태를 설명하기 위해 보인 개략도,
도 6은 도 5의 "Ⅴ-Ⅴ"선 단면도,
도 7은 본 실시예에 따른 일체형 가동자를 가지는 리니어 모터를 파단하여 보인 사시도,
도 8a 및 도 8b는 도 7에서, 일체형 가동자가 왕복운동하는 동작을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 9는 본 실시예에 의한 리니어 모터의 일체형 가동자를 피스톤에 연결하기 위한 연결부재의 결합구조를 보인 단면도,
도 10은 본 실시예에 의한 리니어 모터의 일체형 가동자를 연결부재에 연결하는 다른 실시예를 보인 단면도,
도 11은 본 실시예에 따른 고정자의 다른 실시예를 보인 평면도.

이하, 본 발명에 의한 횡자속형 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 실시예에 의한 횡자속형 리니어 모터(이하, 리니어 모터로 약칭함)(100)는, 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 토출하는 리니어 압축기에 적용될 수 있다. 도 1은 본 발명에 따른 횡자속형 리니어 모터가 적용된 리니어 압축기의 일실시예를 파단하여 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 리니어 압축기의 내부를 보인 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 리니어 압축기는, 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 직접 케이스(10)의 외부로 배출된다.

케이스(10)의 내부공간에는 프레임(20)이 설치되고, 프레임(20)의 일측면에는 왕복력을 발생시키는 동시에 후술할 피스톤(40)의 공진운동을 유도할 수 있는 리니어 모터(100)가 고정 결합된다. 리니어 모터에 대해서는 나중에 자세하게 설명한다.

리니어 모터(100)의 안쪽에는 압축공간(31)이 구비되어 프레임(20)에 삽입되어 결합되는 실린더(30)가 구비된다. 실린더(30)의 외주면은 리니어 모터(100)의 내주면으로부터 이격된다. 이는, 후술할 리니어 모터(100)의 내측에 별도의 내측 고정자가 구비되지 않고 내측 고정자의 역할을 일체형 가동자(150)가 대신함에 따라, 일체형 가동자(150)가 실린더(30)에 대해 상대운동을 하기 위해서는 실린더(30)의 외주면과 리니어 모터(100)의 내주면은 이격될 수밖에 없다.

이에 따라, 프레임(20)은 중앙에 실린더 삽입부(21)를 가지는 환형으로 형성되고, 실린더 삽입부(21)의 주변에는 프레임의 후방면(이하, 토출측을 전방, 흡입측을 후방이라고 구분한다)에서 연장되어 실린더(30)를 반경방향으로 지지하는 실린더 지지부(22)가 돌출 형성될 수 있다. 실린더 삽입부(21)의 주변에는 가스베어링의 입구를 이루는 베어링 입구(미도시)가 형성되고, 실린더 지지부(22)의 내주면과 실린더(30)의 외주면 사이에는 베어링 입구와 연통되는 베어링 통로(F)가 형성될 수 있다. 하지만, 프레임(20)의 두께가 충분히 두껍거나 실린더(30)와 피스톤(40) 사이를 별도의 베어링 수단으로 지지할 경우에는 실린더 지지부(22)를 별도로 형성할 필요가 없을 수도 있다.

한편, 프레임(20)은 실린더(30)를 지지하는 동시에, 백 커버(140)와 함께 두 개 한 쌍으로 된 고정자(110)를 조여 그 고정자(110)가 후술할 반경방향 공극(A)과 횡방향 공극(B1~B4)을 가진 상태에서 지지될 수 있도록 하는 역할을 하게 된다. 따라서, 프레임(20)은 백 커버(140)와 볼트(145)로 체결하기 위해서는 고정자(110)의 외부면보다 반경으로 돌출되는 체결돌부가 필요하다. 이를 감안하여, 프레임은 복수 개로 분리하여 두 개 한 쌍의 고정자를 고정하는 제1 프레임 및 체결돌부를 구비하여 백 커버와 체결되는 제2 프레임으로 이루어질 수 있다. 하지만, 제1 프레임과 제2 프레임을 묶어 단일체로 된 한 개의 프레임(20)으로 형성하고, 실린더 삽입부(21)의 외측면에 복수 개의 체결돌부(21a)를 형성하는 것이 더 바람직할 수 있다.

실린더(30)는 압축공간(31)을 가지는 원통 형상으로 형성된다. 다만, 실린더(30)에는 앞서 설명한 베어링 통로(F)와 연통되어 반경방향으로 관통되는 베어링 구멍(32)이 형성될 수 있다. 베어링 구멍(32)은 피스톤(40)의 왕복방향(축방향)으로 복수 개의 군이 간격을 두고 형성되며, 각 군은 횡방향 공극을 따라 복수 개가 간격을 두고 형성될 수 있다. 각각의 베어링 구멍(32)은 낱개씩 형성될 수도 있고, 복수 개가 환형홈으로 연통되도록 형성될 수도 있다. 또, 각각의 베어링 구멍(32)은 미세한 노즐부가 구비되며, 노즐부 앞에 이물질 필터가 구비될 수 있다.

실린더(30)의 내부에는 그 실린더(30)에 왕복 가능하게 삽입되는 피스톤(40)이 결합된다. 피스톤(40)이 후술할 리니어 모터(100)의 일체형 가동자(150)에 결합되어 왕복운동을 하면서 압축공간(31)의 체적을 가변시켜 냉매를 압축하게 된다.

피스톤(40)은 그 내부에 흡입유로(41)를 가지도록 원통 형상으로 형성된다. 피스톤(40)의 선단면에는 그 피스톤(40)의 흡입유로(41)를 개폐하는 흡입밸브(42)가 결합되고, 실린더(30)의 선단면에는 그 실린더(30)의 압축공간(31)을 개폐하는 토출밸브(33)가 토출커버(50)에 수용되어 착탈 가능하게 결합된다.

토출커버(50)는 토출공간(51)이 구비되어 실린더(30)에 고정 결합된다. 토출커버(50)의 토출공간(51)에는 토출밸브(33) 및 그 토출밸브(33)를 지지하는 밸브스프링(34)이 수용되고, 프레임(20)에 형성된 가스베어링의 입구가 수용된다.

한편, 리니어 모터(100)는, 프레임(20)에 의해 지지되어 횡방향 자속을 형성하는 복수 개의 고정자(110)와, 복수 개의 고정자(110)에 각각 결합되어 교류 전류를 인가받아 교번자속을 발생하는 권선코일(120)과, 복수 개의 고정자(110)의 내주면에 각각 고정 결합되어 종방향 자속을 형성하는 복수 개의 마그네트(130)와, 복수 개의 마그네트(130)의 내측에 위치하며 피스톤(40)이 결합되는 일체형 가동자(150)로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따른 리니어 모터는 앞서 설명한 바와 같이 내측 고정자를 제외하고 가동자가 내측 고정자의 역할을 하도록 구성되는 것으로, 이에 대한 구체적인 설명은 나중에 다시 한다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 리니어 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 리니어 모터(100)의 권선코일들(120)에 교번전류가 인가되면 고정자(110)와 마그네트(130), 그리고 일체형 가동자(150) 사이에 교번자속이 형성된다.

그러면 고정자(110)의 내측, 더 정확하게는 마그네트(130)의 내측에 공극만큼 이격되어 위치한 일체형 가동자(150)가 고정자(110)에 형성되는 자속 방향에 대해 직각인 방향으로 왕복운동을 하게 된다.

그러면 일체형 가동자(150)와 결합된 피스톤(40)이 실린더(30)의 내부에서 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입, 압축하고, 이 압축된 냉매는 토출밸브(33)를 열면서 토출공간(51)으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 리니어 압축기는, 피스톤에 결합되는 일체형 가동자는 무거운 마그네트가 고정자에 결합됨에 따라, 일체형 가동자의 무게가 가벼워지게 될 수 있다. 이에 따라, 일체형 가동자는 운전주파수를 짧게 하여 고속운전이 가능하게 되므로, 마그네트는 낮은 잔류자속밀도를 가지지만 Nd 마그네트에 비해 가격이 매우 저렴한 페라이트 마그네트를 사용할 수 있다.

여기서, 페라이트 마그네트는 그 특성상 잔류자속밀도가 낮아 Nd 마그네트에 비해 턴당 알파가 낮으므로, 큰 자기 스프링을 발생하는 자기회로가 필요 없게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 리니어 모터는 내측 고정자가 필요 없게 되어 일체형 가동자가 가능하게 되는 것이며, 이러한 일체형 가동자의 적용으로 인해 전체적으로 압축기의 성능이 향상될 수 있다.

아울러, 내측 고정자가 필요 없는 일체형 가동자의 적용으로 인해 고정자와 가동자의 공극이 마그네트의 내주면과 일체형 가동자의 외주면 사이에 한 개만 발생하게 되므로, 그만큼 공극관리가 용이하여 일체형 가동자에 연결되는 피스톤, 그리고 피스톤이 결합되는 실린더의 동심도를 일치시키기가 용이할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 리니어 모터는, 앞서 설명한 바와 같이, 고정자가 외측 고정자로만 이루어지고, 내측 고정자는 배제되는 대신 일체형 가동자가 내측 고정자의 역할을 하게 된다. 또, 고정자에는 마그네트가 고정 결합되되, 마그네트가 축방향으로 다른 극성을 가지도록 배열하는 동시에 횡방향 공극으로 이웃한 마그네트들끼리는 극성이 반대가 되도록 교차 배열함에 따라, 내측 고정자를 배제하더라도 일체형 고정자가 왕복운동을 할 수 있다. 여기서, 일체형 가동자가 피스톤에 결합되어 공진운동을 할 수 있도록 하기 위해서는 압축코일스프링으로 된 별도의 공진스프링이 더 구비될 수 있다.

그리고, 고정자는 복수 개의 고정자로 분리하되, 각각의 고정자에는 직렬로 연결되는 권선코일이 각각 결합될 수 있다. 이때, 권선코일은 별도의 보빈에 코일이 감겨진 상태에서 각각의 고정자에 결합될 수도 있고, 각각의 고정자에 코일이 감겨질 수도 있다. 별도의 보빈에 코일이 감겨지는 구조에서는 각 고정자가 다시 2개의 고정자 블록으로 양분되어 각 권선코일의 양쪽에서 결합되고, 고정자에 코일이 감겨지는 구조에서는 각 고정자가 각각 단일체로 형성될 수 있다. 이하에서는, 각각의 고정자가 양분되어 4개의 고정자 블록을 이루고, 2개 한 쌍의 고정자 블록이 각 권선코일의 양쪽에서 삽입, 결합되어 한 개의 고정자를 이루는 예를 중심으로 설명한다.

도 3은 도 1에 따른 리니어 압축기에서 리니어 모터를 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 "Ⅳ-Ⅳ"선 단면도이며, 도 5는 도 4에서, 양쪽 마그네트와 일체형 가동자 사이에서 자속이 이동하는 상태를 설명하기 위해 보인 개략도이고, 도 6은 도 4의 "Ⅴ-Ⅴ"선 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 리니어 모터(100)는, 고정자(110), 권선코일(120), 영구자석인 마그네트(130) 및 일체형 가동자(150)를 포함한다. 일체형 가동자(150)는 고정자(110)의 안쪽에 반경방향 공극(Air gap)(A)을 두고 삽입될 수 있다.

고정자(110)는 분리되는 제1 고정자(110a) 및 제2 고정자(110b)로 이루어질 수 있다. 하지만, 고정자(110)는 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b) 외에 그 이상의 고정자로 분리하여 구비될 수도 있다.

제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)는 도면의 세로축을 중심으로 서로 대칭되게 형성되고, 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)를 합한 고정자는 그 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)의 사이가 횡방향으로 서로 이격되어 횡방향 공극(B2)(B4)을 형성하게 되지만 전체적으로는 사각링 모양으로 요크부가 형성될 수 있다. 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)가 서로 대칭되게 형성됨에 따라, 이하에서는 제1 고정자(110a)를 중심으로 설명하고 제2 고정자(110b)는 간단히 설명하거나 제1 고정자(110a)에 대한 설명으로 대신한다.

제1 고정자(110a)는 제1 권선코일(120a)을 사이에 두고 결합되는 제1 고정자 블록(111)과 제2 고정자 블록(112)으로 이루어질 수 있다. 제1 고정자 블록(111)과 제2 고정자 블록(112)은 후술할 티스부에서는 횡방향으로 이격되어 횡방향 공극(B1)을 형성하지만 권선코일이 결합되는 요크부에서는 서로 결합되어 횡방향 자로를 형성하게 된다.

여기서, 각각의 고정자 블록(111)(112)은 낱장의 얇은 스테이터 코어를 일체형 가동자의 운동방향(축방향, 종방향)으로 적층하여 형성될 수 있다.

또, 제1 고정자 블록(111)과 제2 고정자 블록(112)은 도면의 가로축을 중심으로 서로 대칭되게 형성된다. 이에 따라, 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)를 합해 고정자 블록이 4개인 경우에는 도면의 세로축과 가로축을 중심으로 각각 대칭되게 형성되고, 서로 결합되는 2개씩의 고정자 블록[(111)(112)][(113)(114)]이 각각 제1 고정자(도면의 좌측 고정자)(110a)와 제2 고정자(도면의 우측 고정자)(110b)를 형성하게 된다.

제1 고정자 블록(111)은 제1 요크부(111a) 및 제1 티스부(111b)로 이루어지고, 제2 고정자 블록은 제2 요크부(112a) 및 제2 티스부(112b)로 이루어질 수 있다. 본 실시예에 따른 리니어 모터는 통상적인 모터와 달리 요크부에 권선코일이 장착된다.

예를 들어, 도 4와 같이, 제1 요크부(111a)와 제2 요크부(112a)는 서로 단부가 맞대응하여 접합되되, 그 제1 요크부(111a)의 단부와 제2 요크부(112a)의 단부를 제1 권선코일(120a)에 삽입한 후 접합되도록 하여 단일한 제1 고정자(110a)의 요크부를 형성하게 된다.

즉, 제1 고정자(110a)는 제1 요크부(111a)와 제2 요크부(112a)가 제1 권선코일(120a)의 양쪽에서 삽입되어 서로 연결되고, 이에 따라 제1 고정자(110a)를 이루는 제1 고정자 블록(111)의 제1 요크부(111a)와 제2 고정자 블록(112)의 제2 요크부(112a)가 폐루프를 형성하게 된다.

이는, 제2 고정자(110b) 역시 마찬가지이다. 즉, 제3 고정자 블록(113)을 이루는 제3 요크부(113a)와 제4 고정자 블록(114)을 이루는 제4 요크부(114a)가 제2 권선코일(120b)의 양쪽에서 삽입되어 서로 연결되고, 이에 따라 제2 고정자(110b)를 이루는 제3 고정자 블록(113)과 제4 고정자 블록(114)이 제3 요크부(113a)와 제4 요크부(114a)에 의해 폐루프를 형성하게 된다.

제1 권선코일(120a)과 제2 권선코일(120b)은 각각 사각통 모양의 제1 보빈(121) 및 제2 보빈(122)에 제1 코일(125)과 제2 코일(126)을 각각 감은 후에, 앞서 설명한 바와 같이 제1 보빈(121) 및 제2 보빈(125)의 양쪽 개구에 제1 요크부(111a)와 제2 요크부(112a)를, 제3 요크부(113a)와 제4 요크부(114a)를 각각 삽입하여 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)를 형성할 수 있다. 물론, 별도의 보빈 없이 제1 권선코일(120a)과 제2 권선코일(120b)을 각각 사각통 형상으로 형성한 후 그 각각의 권선코일(120a)(120b)의 양단에 각 고정자 블록[(111)(112)] [(113)(114)]의 요크부를 삽입하여 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)를 형성할 수도 있다.

제1 권선코일(120a)과 제2 권선코일(120b)은 병렬 연결될 수도 있지만, 이 경우 자속을 형성하는 전압이 1/2로 반감될 수 있다. 따라서, 역기전력을 극대화하기 위해서는 제1 권선코일(120a)과 제2 권선코일(120b)을 병렬로 연결하는 것보다는 직렬로 연결하는 것이 바람직하다.

한편, 제1 요크부(111a)에는 제1 티스부(111b)가, 제2 요크부(112a)에는 제2 티스부(112b)가, 제3 요크부(113a)에는 제3 티스부(113b)가, 제4 요크부(114a)에는 제4 티스부(114b)가 각각 중심을 향해 반경방향으로 연장 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 티스부(111b)와 제2 티스부(112b)는 서로 이격되어 반원을 이루고, 제3 티스부(113b)와 제4 티스부(114b)는 서로 이격되어 반대쪽 반원을 이루게 된다.

그리고, 제1 티스부(111b)와 제4 티스부(114b), 제2 티스부(112b)와 제3 티스부(113b)도 각각 이격되어, 결국 제1 티스부(111b)에서 제4 티스부(114b)는 각각 1/4 원을 이루면서 서로 이격되게 된다. 이에 따라, 제1 티스부(111b)와 제2 티스부(112b) 사이에 제1 횡방향 공극이, 제2 티스부(112b)와 제3 티스부(113b) 사이에 제2 횡방향 공극(B2)이, 제3 티스부(113b)와 제4 티스부(114b) 사이에 제3 횡방향 공극(B3)이, 제4 티스부(114b)와 제1 티스부(111b) 사이에 제4 횡방향 공극(B4)이 각각 형성될 수 있다.

그리고, 제1 티스부(111b)의 내주면에는 제1 마그네트(131)가, 제2 티스부(112b)의 내주면에는 제2 마그네트(132)가, 제3 티스부(113b)의 내주면에는 제3 마그네트(133)가, 제4 티스부(114b)의 내주면에는 제4 마그네트(134)가 각각 부착되어 결합될 수 있다. 마그네트들은 각각 Nd 마그네트에 비해 낮은 잔류자속밀도를 가지지만 가격이 저렴한 페라이트 마그네트로 이루어질 수 있다.

마그네트(131)(132)(133)(134)는 축방향을 따라 N극과 S극 또는 S극과 N극이 축방향으로 동일한 높이에서 교차 배열될 수 있다. 이를 위해, 제1 마그네트(131)는 제2 마그네트(132)와, 제2 마그네트(132)는 제3 마그네트(133)와, 제3 마그네트(133)는 제4 마그네트(134)와, 제4 마그네트(134)는 제1 마그네트(131)와 각각 서로 반대 자극이 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 티스부(111b)에 부착되는 제1 마그네트(131)가 전방에서 후방으로 N-S 배열되는 경우 제2 티스부(112b)에 부착되는 제2 마그네트(132)는 전방에서 후방으로 S-N 배열된다. 이에 따라, 제1 마그네트(131)가 축방향으로 N-S극이면, 제2 마그네트(132)는 S-N극, 제3 마그네트(133)는 N-S극, 제4 마그네트(134)는 S-N극으로 자화되어 배열될 수 있다. 물론, 제1 마그네트(131)와 제2 마그네트(132) 사이에는 앞서 설명한 제1 횡방향 공극(B1)이, 제2 마그네트(132)와 제3 마그네트(133) 사이에는 제2 횡방향 공극(B2)이, 제3 마그네트(133)와 제4 마그네트(134) 사이에는 제3 횡방향 공극(B3)이, 제4 마그네트(134)와 제1 마그네트(131)의 사이에는 제4 횡방향 공극(B4)이 각각 형성된다.

또, 마그네트는 고정자(110a)(110b)의 축방향 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 각 고정자(110a)(110b)의 요크부(111a)(112a)(113a)(114a)에서 횡방향으로 형성되는 자속이 각 마그네트(131)(132)(133)(134)로 원활하게 이동할 수 있게 된다.

한편, 도 4와 같이, 일체형 가동자(150)는 일종의 내측 고정자 역할을 하면서 가동자 역할을 함께 하도록 이루어질 수 있다. 이에 따라 일체형 가동자(150)는 전체가 자성체로 이루어질 수 있다. 물론, 일체형 가동자(150)는 제1 마그네트(131)와 제2 마그네트(132)의 사이, 제2 마그네트(132)와 제3 마그네트(133)의 사이, 제3 마그네트(133)와 제4 마그네트(134)의 사이, 제4 마그네트(134)와 제1 마그네트(131)의 사이에 각각 횡방향 공극(B1)(B2)(B3)B4)이 형성됨에 따라, 횡방향 공극과 대응하는 부분중에서 일부는 비자성체로 형성될 수도 있다. 하지만, 이 경우에는 이웃하는 마그네트들 중 일부 마그네트로의 자속 이동이 막히게 되고, 그러면 막히지 않은 다른 쪽 마그네트로 자속이 집중되어 자속 포화가 발생할 수 있다. 이러한 자속 포화를 방지하기 위해서는 일체형 가동자의 반경방향 두께를 두껍게 하여야 하는데, 이로 인해 일체형 가동자의 무게가 증가하여 운전주파수가 길어지면서 고속화에 불리하게 될 수 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 횡자속형 모터에서는 일체형 가동자 전체를 자성체로 형성하여 자속이 원활하게 이동할 수 있도록 함으로써, 자속 포화를 방지하는 것이 바람직할 수 있다.

또, 일체형 가동자(150)는 환형으로 된 얇은 스테이터 코어를 축방향으로 적층하여 소정의 축방향 길이를 가지는 원통 형상으로 형성될 수도 있다. 하지만, 경우에 따라서는 자성체 소재를 소정의 축방향 길이만큼 소결하거나 몰딩하여 단일체의 원통 형상으로 형성될 수도 있다.

본 실시예에 따른 일체형 가동자(150)는 가동자 본체부(151)의 외주면은 진원 형상으로 형성되어, 고정자(110)에 결합된 마그네트(130)의 내주면과 반경방향 공극(A)을 사이에 두고 위치하게 된다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 리니어 모터(100)는 반경방향 공극(A)이 반경방향으로 한 개만 존재하게 된다.

또, 도 4 및 도 5와 같이, 가동자 본체부(151)의 내주면에는 복수 개의 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)가 형성될 수 있다. 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)는 횡방향 공극(B1)(B2)(B3)B4)과 대응되게 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예와 같이 횡방향 공극이 4개인 경우에는 코어돌부 역시 4개가 형성될 수 있다. 그리고, 각각의 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)는 횡방향 공극(B1)(B2)(B3)B4)과 반경방향으로 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이에 따라, 각각의 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)를 제외한 부분은 코어돌부가 형성된 부분보다 가동자 본체부(151)의 두께(반경방향 길이)가 얇은 무게감소부(미부호)를 형성할 수 있다.

나아가, 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)가 형성되지 않은 가동자 본체부(151)의 두께(t1)는 외측 고정자를 이루는 요크부(111a)(112a)(113a)(114a)의 두께(t2)보다 얇게 형성될 수 있다. 이는, 고정자(110)에서 발생하는 자속이 일체형 가동자(150)를 통과할 때의 자속밀도가 고정자에서 발생하는 자속밀도 대비 1/2이 되기 때문에, 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)가 형성되지 않은 부분, 즉 무게감소부에서의 가동자 본체부의 두께(t1)는 요크부의 두께(t2)보다 얇게 형성될 수 있다. 물론, 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)가 형성되는 부분의 두께(t1')도 요크부의 두께(t2)보다 얇게 형성될 수 있다. 이에 따라, 전체적으로 일체형 가동자(150)의 무게를 줄일 수 있어 그만큼 고속화에 유리할 수 있다.

또. 코어돌부(152a)(152b)(152c)(152d)의 원주방향 길이(L1)는 횡방향 공극(B1)(B2)(B3)(B4)의 원주방향 길이(L2)보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 횡방향 공극(B1)(B2)(B3)(B4)을 사이에 둔 이웃하는 마그네트들(131)(132)(133)(134) 사이에서 자속이 코어돌부들(152a)(152b)(152c)(152d)을 통해 원활하게 이동할 수 있게 된다.

또, 가동자 본체부(151)의 내주면에는 일정 간격을 두고 연결부재 고정부(153)가 형성될 수 있다. 연결부재 고정부(153)는 앞서 설명한 코어돌부들(152a)(152b)(152c)(152d) 사이마다에 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 리니어 모터(100)가 리니어 압축기에 적용될 때 그 리니어 모터(100)의 일체형 가동자(150)가 리니어 압축기의 피스톤(40)에 연결되는 연결부재(155)와 결합될 때, 연결부재(155)는 연결부재 고정부(153)의 관통구멍(153a)에 볼트(156)로 체결될 수 있다.

또, 도 6과 같이, 가동자 본체부(151)의 축방향 길이(L3)는 고정자 또는 마그네트의 축방향 길이(L4)보다 짧게 형성될 수 있다. 예를 들어, 가동자 본체부(151)의 축방향 길이(L3)는 일체형 가동자(150)의 스트로크 길이를 감안하여 설정되는 것으로, 대략 각 마그네트(130)의 절반 길이(L5)보다 짧거나 같게 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 리니어 모터의 작용 효과는 다음과 같다. 도 7은 본 실시예에 따른 일체형 가동자를 가지는 리니어 모터를 파단하여 보인 사시도이고, 도 8a 및 도 8b는 도 7에서, 일체형 가동자가 왕복운동하는 동작을 설명하기 위해 보인 개략도이다.

즉, 제1 권선코일(120a)과 제2 권선코일(120b)에 교류전류가 인가되면, 두 개 한 쌍의 자로를 이루는 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)에는 각 권선코일(120a)(120b)에 의해 발생되는 교번자속이 형성된다. 이때, 제1 권선코일(120a)과 제2 권선코일(120b)은 직렬 연결됨에 따라, 제1 고정자(110a)와 제2 고정자(110b)의 교번자속은 서로 동일한 방향으로 형성되고, 교번자속은 일체형 가동자(150)의 운동방향에 직교하는 방향인 횡방향 자속을 형성하게 된다.

예를 들어, 제1 고정자(110a)에서는, 제1 권선코일(120a)에 의해 발생하는 자속이 제1 티스부(111b)의 내주면에 도달하게 되면, 이 자속은 제1 마그네트(131) 중에서 반대쪽 극성(도면에서는 상부가 S극)을 통과하여 일체형 가동자(150)의 가동자 본체부(151)로 이동하게 된다.

그러면, 이 가동자 본체부(151)로 이동하는 자속의 일부는 가동자 본체부(151)를 통해 반시계방향으로 이동하여 이웃하는 제2 마그네트(132)의 반대쪽 극성(도면에서는 상부가 N극)을 통과하여 제2 티스부(112b)로 이동하게 된다. 이때, 제2 고정자(110b)를 이루는 제3 티스부(113b)와 제3 마그네트(133)를 통과하는 자속의 일부가 도면의 시계방향으로 이동하면서 제1 마그네트(131)를 통과한 자속과 합해져 제2 마그네트(132)를 통과하여 제2 티스부(112b)로 이동하게 된다. 이는 제2 고정자(110b) 역시 마찬가지이다. 즉, 제1 티스부(111b)에서 제1 마그네트(131)를 통과하여 가동자 본체부(151)로 이동하는 자속의 나머지는 제4 마그네트(134)의 반대쪽 극성을 통과하여 제4 티스부(114b)로 이동하게 된다.

그러면, 제2 티스부(112b)로 이동하는 자속은 다시 제1 요크부(111a)를 통해 제1 티스부(111b)로 이동하면서 제1 고정자(110a)에서는 시계방향의 자속이 형성된다.

반면, 제2 고정자(110b)에서는 앞서 설명한 제1 고정자(110a)와 마찬가지의 경로를 통해 시계방향의 자속이 형성되고, 상기와 같은 자속의 방향은 제1 권선코일(120a)과 제2 권선코일(120b)에 인가되는 전류의 방향에 따라 반대가 되면서 결국 교번자속이 형성된다.

그러면, 이 교번자속에 의해 각 티스부(또는, 공극)(111b~114b)에는 일종의 교번자극(Alternate Magnetic Pole)에 의한 자기력이 형성된다.

그러면, 각 티스부(111a~114b)에 부착된 각각의 마그네트(131~134)가 각 티스부(111b~114b)의 극성에 따른 자기력과 함께 추력 또는 복원력을 형성하여, 일체형 가동자(150)를 교번자속과 직교하는 방향으로 왕복운동시키는 일종의 횡자속형 리니어 모터(100)를 형성하게 된다.

상기와 같이, 본 실시예에서는 외측 고정자를 이루는 고정자에 마그네트가 결합됨에 따라, 마그네트의 안쪽에 위치하는 일체형 가동자(150)는 일종의 내측 고정자를 형성하게 된다. 이에 따라, 일체형 가동자(150)의 두께를 얇게 형성할 수 있어 페라이트 마그네트를 적용하면서도 일체형 가동자의 운전주파수를 짧게 하여 고속화를 구현할 수 있다. 이는, 일체형 가동자에 피스톤을 연결하여 리니어 압축기를 구성하는 경우 피스톤을 포함한 진동체의 무게를 낮춰 피스톤의 왕복운동을 고속화를 구현할 수 있다.

또, 마그네트가 고정자에 결합되고, 일체형 가동자가 일종의 내측 고정자를 이룸에 따라, 리니어 모터의 반경방향 공극은 마그네트와 일체형 가동자의 사이에만 발생하게 된다. 이에 따라, 리니어 모터의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 고정자와 일체형 가동자 사이의 공극관리를 용이하게 하여 조립성을 높일 수 있다. 이는, 일체형 가동자에 피스톤을 연결하여 리니어 압축기를 구성하는 경우, 실린더와 피스톤 사이의 동심도를 일치시키기가 용이하여 조립성이 향상되고, 가스베어링이 적용되더라도 기동시 발생될 수 있는 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다.

또, 일체형 가동자가 내측 고정자의 역할을 함께 함에 따라, 별도의 내측 고정자가 필요 없게 되고, 이로 인해 일체형 가동자의 내주면에 넓은 여유공간을 확보할 수 있다. 이에 따라, 페라이트 마그네트를 적용하는 경우 발생될 수 있는 감자에 대응하여 일체형 가동자의 두께를 적정 범위 내에서 확대하여 자로면적을 확보하거나, 또는 일체형 가동자에 피스톤을 연결하여 리니어 압축기를 구성하는 경우에는 실린더의 외경을 확대하여 압축기 용량을 높이거나 동일한 압축공간 체적에 비해 축방향 길이를 짧게 할 수 있다.

한편, 본 실시예에 의한 리니어 모터가 리니어 압축기에 적용되는 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 일체형 가동자의 연결부재 고정부를 이용하여 리니어 압축기의 피스톤에 연결할 수 있다. 도 9는 본 실시예에 의한 리니어 모터의 일체형 가동자를 피스톤에 연결하기 위한 연결부재의 결합구조를 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가동자 본체부(151)의 일측면에는 원통 형상으로 된 연결부재(155)가 밀착되고, 가동자 본체부(151)의 내주면에 구비된 연결부재 고정부(153)를 통과하는 볼트에 의해 연결부재(155)가 일체형 가동자(150)에 체결될 수 있다.

상기와 같이, 볼트를 이용하여 일체형 가동자와 연결부재를 체결하게 되면, 일체형 가동자와 연결부재를 용이하게 결합할 수 있을 뿐만 아니라, 일체형 가동자의 내측에 고정자가 별도로 구비되지 않음에 따라 일체형 가동자와 연결부재의 조립을 더욱 용이하게 할 수 있다.

또 한편, 일체형 가동자와 연결부재는 볼트로 체결하지 않고 몰딩하여 결합할 수도 있다. 도 10은 본 실시예에 의한 리니어 모터의 일체형 가동자를 연결부재에 연결하는 다른 실시예를 보인 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가동자 본체부(151)의 양쪽 측면에 각각 연결부재(155a)(155b)가 위치하도록 인서트 몰딩으로 가동자 본체부(151)와 연결부재(155)를 결합할 수 있다.

다만, 이 경우에는 가동자 본체부(151)와 연결부재(155)의 결합성을 높일 수 있도록 연결부재(155)의 일부가 가동자 본체부(151)를 통과하여 결합되도록 할 수 있다. 예를 들어, 연결부재(155)를 몰딩할 때 한 쪽 연결부재(155a)의 일부를 이루는 연결부(155c)가 가동자 본체부(151)의 내주면에 구비되는 연결부재 고정부(153)의 관통구멍(153a)을 통과하여 다른 쪽 연결부재(155)에 결합되도록 할 수 있다. 그러면, 일체형 가동자(151)를 사이에 두고 양쪽의 연결부재(155a)(155b)가 연결부(155c)에 의해 서로 연결됨에 따라, 일체형 가동자(151)와 연결부재(155)의 결합력을 크게 높일 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 고정자가 제1 고정자와 제2 고정자로 분리되고, 제1 고정자와 제2 고정자가 다시 두 개 한 쌍의 고정자 블록으로 이루어진 예들을 살펴보았다. 하지만, 제1 고정자와 제2 고정자가 각각 단일체로 형성될 수도 있다. 도 11은 본 실시예에 따른 고정자의 다른 실시예를 보인 평면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 제1 고정자(210a)는 제1 요크부(211a) 및 제1 요크부(211a)의 양단에 구비되는 제1 티스부(211b)와 제2 티스부(211c)로 이루어지고, 제2 고정자(210b)는 제2 요크부(212) 및 제2 요크부(212)의 양단에 구비되는 제3 티스부(212b)와 제4 티스부(212c)로 이루어질 수 있다.

각 티스부(211b,211c)(212b,212c)에는 페라이트 마그네트로 된 마그네트(231~234)가 원주방향을 따라 횡방향 공극(B1~B4)을 두고 각각 교차 배열될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 고정자와 일체형 가동자의 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예와 유사하다. 다만, 본 실시예는 제1 요크부(211a)와 제2 요크부(212a)는 각각 단일체로 형성됨에 따라, 제1 권선코일(220a)과 제2 권선코일(220b)은 각각 권선기를 이용하여 코일을 제1 요크부(211a)와 제2 요크부(212a)에 권선하여 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 실시예는 전술한 실시예에 비해 제1 고정자(210a)와 제2 고정자(210b)의 요크부(211a)(212a)를 형성하기가 용이할 수 있다. 즉, 전술한 실시예에서는 권선코일의 양쪽에서 요크부를 삽입하여 그 권선코일 안에서 양쪽 요크부가 접촉되도록 하는 것이었으나, 본 실시예는 이미 일체로 된 요크부(211)(212)에 코일(220a)(220b)을 권선하는 것이어서 전술한 실시예에 비해 요크부의 형성이 용이하고, 요크부가 분리되어 발생되는 자속누설을 억제하여 모터 효율을 높일 수 있다.

Claims (15)

1. 복수 개의 스테이터 코어가 축방향을 따라 적층되는 고정자;
   상기 고정자에 구비되어 상기 축방향에 대해 직각방향으로 교번자속이 형성되도록 하는 권선코일;
   상기 고정자의 반경방향 측면에 고정 결합되고, 상기 축방향으로 서로 다른 자극이 배열되며, 횡방향 공극을 따라 반대의 자극이 교차 배열되는 복수 개의 마그네트; 및
   상기 복수 개의 마그네트에 대해 반경방향 공극을 두고 구비되며, 상기 고정자에서 상기 마그네트를 통과하는 자속이 이동하는 자로를 형성하도록 적어도 일부가 자성체로 이루어져, 상기 마그네트에 형성되는 자력에 의해 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 일체형 가동자;를 포함하는 횡자속형 리니어 모터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수 개의 마그네트는 횡방향 공극을 따라 이격된 횡방향 공극을 두고 배열되는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 일체형 가동자는,
   환형으로 형성되는 가동자 본체부; 및
   상기 가동자 본체부의 내주면에서 반경방향으로 돌출 형성되며, 상기 마그네트 사이의 횡방향 공극과 반경방향으로 대응되는 위치에 형성되는 적어도 한 개 이상의 코어돌부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
4. 제1항에 있어서,
   상기 코어돌부의 원주방향 길이는 상기 횡방향 공극의 원주방향 길이보다 크거나 같게 형성되는 것을 특징으로하는 횡자속형 리니어 모터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 일체형 가동자의 반경방향 두께는 상기 고정자 중에서 상기 권선코일이 구비되는 부위보다 얇거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
6. 제1항에 있어서,
   상기 일체형 가동자는 복수 개의 스테이터 코어가 축방향을 따라 적층되는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
7. 제1항에 있어서,
   상기 일체형 가동자는 자성체로 된 물질을 소결 또는 몰딩하여 단일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
8. 제1항에 있어서,
   상기 일체형 가동자는 상기 마그네트의 축방향 길이보다 짧고, 1/2보다 길거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
9. 제1항에 있어서,
   상기 고정자는 복수 개의 고정자로 이루어지고, 상기 복수 개의 고정자에는 각각 권선코일이 구비되며, 상기 복수 개의 고정자에 각각 구비되는 복수 개의 권선코일은 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
10. 제1항에 있어서,
    상기 고정자는 제1 고정자와 제2 고정자로 이루어지고, 상기 제1 고정자와 제2 고정자는 서로 대칭되게 형성되며,
    상기 제1 고정자와 제2 고정자는 양단에 각각 티스부가 한 개씩 형성되고, 상기 티스부에 상기 마그네트가 각각 고정되는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
11. 제10항에 있어서,
    상기 각각의 티스부는 이웃하는 티스부와 서로 이격되어 복수 개의 횡방향 공극을 형성하며, 상기 복수 개의 횡방향 공극이 대응되는 가동자의 내주면에는 반경방향으로 돌출되어 코어돌부가 형성되는 것을 특징으로 하는 횡자속형 리니어 모터.
12. 내부공간을 가지는 케이스;
    상기 케이스의 내부공간에 배치되고, 일체형 가동자가 왕복운동을 하는 리니어 모터;
    상기 리니어 모터의 일체형 가동자에 결합되어 함께 왕복운동을 하는 피스톤;
    상기 피스톤이 삽입되어 압축공간을 형성하는 실린더;
    상기 압축공간의 흡입측을 개폐하는 흡입밸브; 및
    상기 압축공간의 토출측을 개폐하는 토출밸브;를 포함하고,
    상기 리니어 모터는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 횡자속형 리니어 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 일체형 가동자의 내주면에는 연결돌부가 형성되고, 상기 연결돌부에 연결부재가 볼트 또는 리벳으로 결합되며, 상기 연결부재에 상기 피스톤이 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
14. 제12항에 있어서,
    상기 일체형 가동자는 연결부재에 매입되어 결합되고, 상기 연결부재는 상기 피스톤에 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
15. 제14항에 있어서,
    상기 일체형 가동자의 내주면에는 연결돌부가 형성되고, 상기 연결돌부에는 연결구멍이 형성되며, 상기 연결구멍에 상기 연결부재의 일부가 관통되어 상기 일체형 가동자를 상기 연결부재에 고정하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.

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