KR20190101695A - 리니어 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 리니어 압축기는, 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하는 전자기력을 발생시키는 스테이터 및 권선코일을 구비하는 구동 유닛; 및 실린더와, 상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 스테이터는, 자화용이방향이 균일하게 분포되도록 형성되어 상기 권선코일에 의해 형성되는 자속의 경로 상에 배치되는 방향성 코어부를 적어도 하나 구비한다. 이에 의하면, 코어 손실이 저감되어 모터 효율이 향상될 수 있다.

Description

리니어 압축기{LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 진동체의 선형 왕복 운동에 의해 유체를 압축하도록 이루어지는 리니어 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 모터나 터빈 등의 동력 발생 장치로부터 동력을 전달 받아 공기나 냉매 등의 작동 유체를 압축하도록 이루어지는 장치를 말한다. 압축기는 산업 전반이나 가전제품, 특히, 증기압축실 냉동사이클(이하 '냉동 사이클'로 칭함) 등에 널리 적용되고 있다.

이러한 압축기의 종류에는, 피스톤과 실린더 사이에 압축실이 형성되고 피스톤이 직선 왕복 운동하여 유체를 압축하는 왕복동식 압축기, 실린더 내부에서 편심 회전되는 롤러에 의해 유체를 압축하는 로터리 압축기, 나선형으로 이루어지는 한 쌍의 스크롤이 맞물려 회전되어 유체를 압축하는 스크롤 압축기 등이 있다.

최근에는 왕복동식 압축기 중에서도, 크랭크축을 사용하지 않고 직선 왕복 운동되는 리니어 모터를 채용한 리니어 압축기가 개발되고 있다. 리니어 압축기는 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 전환하는데 따르는 기계적인 손실이 없어 효율이 향상되고, 구조가 간편한 장점이 있다.

이러한 리니어 압축기는, 밀폐 공간을 형성하는 케이싱 내부에 실린더가 위치되어 압축실을 형성하고, 압축실을 덮는 피스톤이 실린더 내부를 왕복 운동하도록 구성된다. 즉, 피스톤이 하사점(BDC, Bottom Dead Center)에 위치되도록 이동되면서 밀폐 공간 내의 유체가 압축실로 흡입되고, 상사점(TDC, Top Dead Center)에 위치되도록 이동되면서 압축실의 유체가 압축되어 토출되는 과정이 반복된다.

한편, 피스톤의 왕복 운동을 구동하기 위한 리니어 모터는, 일반적으로 실린더와 연결되고 코일이 권선되는 스테이터와, 피스톤과 연결되어 왕복 운동되는 무버로 이루어진다. 스테이터는 코일에 흐르는 전류에 의해 형성되는 자속 경로를 형성하며, 일반적으로는 무방향성 재질, 예를 들면 무방향성 규소강판으로 이루어진다.

여기서, 무방향성이란 재질의 방향에 따라 자기 특성이 거의 변화되지 않는 것을 의미한다. 리니어 압축기의 동작 시 왕복 운동되는 무버의 위치에 따라 스테이터를 흐르는 자속의 방향이 반복적으로 변화되므로, 무방향성 재질로 이루어지는 스테이터는 무버의 위치에 큰 영향을 받지 않고 전자기력을 제공할 수 있다.

한편, 리니어 압축기의 리니어 모터는 운전 주파수에 따라 자기장 분포가 반복적으로 변화하게 된다. 코일에 의해 발생되는 자기장에 의해 스테이터(철심)가 자화되는 과정에서는 에너지 손실이 발생되며, 이를 코어 손실(core loss, 철손)이라고 부르기도 한다. 코어 손실은 특정 주파수에서 소정의 자속밀도를 얻기 위하여 불가피한 손실로서, 이를 저감하게 되면 리니어 모터의 효율이 증대될 여지가 있다.

이와 같은 상황에서, 스테이터를 종래 무방향성 재질보다 코어 손실이 감소될 수 있는 재질로 형성하는 방안이 고려될 수 있으며, 이때, 무버의 왕복 운동에 따른 자속 변화를 고려하여 스테이터의 세부적인 구조 및 재질을 설계할 필요성이 있다.

본 발명의 일 목적은, 코어 손실을 저감할 수 있도록 결정들의 자화용이방향이 일 방향으로 분포되는 재질로 이루어지는 스테이터를 구비하는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 자속 경로에 놓이는 스테이터의 일부분이 방향성 전기강판으로 이루어져 코어 손실이 저감될 수 있는 리니어 압축기를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하는 전자기력을 발생시키는 스테이터 및 권선코일을 구비하는 구동 유닛; 및 실린더와, 상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 스테이터는, 자화용이방향(easy direction of magnetization)이 균일하게 분포되도록 형성되어 상기 권선코일에 의해 형성되는 자속의 경로 상에 배치되는 방향성 코어부를 적어도 하나 구비한다.

상기 방향성 코어부는 방향성 전기강판으로 이루어질 수 있다.

상기 스테이터는, 상기 실린더의 외주면에 고정되는 이너 코어; 및 상기 무버를 수용하는 공극을 형성하도록 상기 이너 코어와 이격되고, 상기 방향성 코어부를 구비하는 아우터 코어를 포함할 수 있다.

상기 방향성 코어부는, 상기 권선코일을 사이에 두고 서로 이격되어 상기 실린더의 반경 방향으로 연장되고 자화용이방향이 상기 실린더의 반경 방향과 나란하게 형성되는 한 쌍의 반경방향 코어부분을 구비할 수 있다.

상기 방향성 코어부는, 상기 한 쌍의 반경방향 코어부분을 상기 피스톤의 왕복 방향으로 서로 연결하도록 연장되고 자화용이방향이 상기 피스톤의 왕복 방향과 나란하게 형성되는 왕복방향 코어부분을 더 구비할 수 있다.

상기 한 쌍의 반경방향 코어부분은, 외주 측 단부에서 서로 마주보도록 서로 반대 방향으로 경사진 한 쌍의 경사면을 구비하고, 상기 왕복방향 코어부분은, 상기 한 쌍의 경사면에 면 접촉되어 결합되도록 양 단부에 형성되는 경사 결합면을 구비할 수 있다.

상기 방향성 코어부는, 상기 한 쌍의 반경방향 코어부분의 외주 측 단부에 결합되고, 자화용이방향이 상기 한 쌍의 반경방향 코어부분의 자화용이방향에 대해 경사지게 형성되는 한 쌍의 연결 코어부분; 및 상기 한 쌍의 연결 코어부분을 상기 피스톤의 왕복 방향으로 서로 연결하도록 연장되고 자화용이방향이 상기 피스톤의 왕복 방향과 나란하게 형성되는 왕복방향 코어부분을 더 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 리니어 압축기는, 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하는 전자기력을 발생시키는 스테이터 및 권선코일을 구비하는 구동 유닛; 및 실린더와, 상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며, 상기 스테이터는, 상기 실린더의 반경 방향으로 서로 이격되어 상기 무버를 수용하는 공극을 형성하고, 무방향성 전기강판으로 이루어지는 무방향성 코어부; 및 상기 무방향성 전기강판과 연결되어 상기 권선코일을 수용하는 코일 수용부를 형성하고, 방향성 전기강판으로 이루어지는 방향성 코어부를 구비한다.

상기 방향성 코어부는, 상기 권선코일을 사이에 두고 서로 이격되어 상기 무방향성 코어부로부터 상기 실린더의 반경 방향으로 연장되고, 상기 반경 방향과 나란하게 압연 방향이 형성되는 한 쌍의 반경방향 코어부분; 및 상기 한 쌍의 반경방향 코어부분을 상기 피스톤의 왕복 방향으로 서로 연결하도록 연장되고, 상기 피스톤의 왕복 방향과 나란하게 압연 방향이 형성되는 왕복방향 코어부분을 구비할 수 있다.

이상에서 설명한 해결 수단에 의해 구성되는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 리니어 압축기는 스테이터에 방향성 코어부가 구비됨으로써, 구동 유닛의 동작에 따른 반복적인 자화 과정에서 코어 손실이 저감될 수 있다. 이에 따라, 리니어 압축기의 모터 효율이 개선될 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 압축기는 무방향성 전기강판과 방향성 전기강판의 조합으로 스테이터가 형성됨으로써, 스테이터에서 자속 방향이 일정한 부분과 일정하지 않은 부분 각각에서 코어 손실이 저감될 수 있고, 결과적으로 본 발명의 구동 및 압축 유닛이 더 효율적으로 작동될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기를 보인 종단면도.
도 2는 도 1에 도시된 스테이터의 단면을 보인 도면.
도 3a 및 3b는 무버의 위치에 따라 도 2에 도시된 스테이터에 형성되는 자속의 경로를 도시한 도면들.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터의 단면을 보인 도면.

이하, 본 발명에 관련된 리니어 압축기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예들을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에 따른 리니어 압축기는 유체를 흡입하여 압축하고, 압축된 유체를 토출하는 동작을 수행한다. 본 발명에 따른 리니어 압축기는 증기압축식 냉동 사이클의 구성요소가 될 수 있으며, 이하에서 유체는 냉동 사이클을 순환하는 냉매를 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어 압축기를 보인 종단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 리니어 압축기(100)는, 케이싱(110), 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)을 포함한다.

케이싱(110)은 밀폐된 공간을 형성할 수 있다. 밀폐된 공간은 압축 대상이 되는 냉매가 흡입되어 채워지는 흡입공간(101)이 될 수 있다. 흡입공간(101)으로 냉매가 흡입되기 위하여, 케이싱(110)에는 흡입구(114)가 형성되고 흡입 배관(SP)이 장착될 수 있다. 또한, 케이싱(110)에는 후술하는 토출공간(102)으로부터 냉매가 외부로 토출되기 위한 토출구가 형성되고 토출배관(DP)이 연결될 수 있다.

아울러, 케이싱(110) 내부에는 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)을 지지하기 위한 프레임이 형성될 수 있다. 프레임은 후술하는 스테이터(131)의 양 단에 각각 결합되는 전방 프레임(121) 및 후방 프레임(122)을 포함할 수 있다. 아울러, 전방 프레임(121)의 중심부에는 후술하는 실린더(141)가 연결될 수 있다.

구동 유닛(130)은 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 왕복 운동을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 구동 유닛(130)은 스테이터(131) 및 무버(132)를 포함할 수 있다. 스테이터(131)는 전방 및 후방 프레임(121, 122)에 결합될 수 있다. 스테이터(131)는 후술하는 압축 유닛(140)을 둘러싸도록 배치되는 아우터 코어(131a)와, 아우터 코어(131a)의 내측으로 이격되어 압축 유닛(140)을 둘러싸는 이너 코어(131b)를 포함할 수 있다. 아우터 코어(131a)와 이너 코어(131b) 사이에는 무버(132)가 위치될 수 있다.

한편, 아우터 코어(131a)에는 권선코일(133)이 장착될 수 있고, 무버(132)는 영구자석을 구비할 수 있다. 이에 따라 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일(133)에 의해 스테이터(131)에 자속(magnetic flux)이 형성될 수 있다. 전류 인가에 의해 형성되는 자속과 영구자석에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해 무버(132)가 움직일 수 있는 전자기력이 발생될 수 있다.

압축 유닛(140)은 흡입공간(101) 내의 냉매를 흡입하여, 압축 및 토출하도록 이루어진다. 압축 유닛(140)은 이너 코어(131b)의 내측으로 케이싱(110)의 중심부에 위치될 수 있고, 실린더(141) 및 피스톤(142)을 포함한다. 실린더(141)는 전방 프레임(121)에 의해 지지되어 내부에 압축실(P)을 형성할 수 있다. 실린더(141)는 양 단부가 개방된 원통형으로 이루어질 수 있다. 실린더(141)의 일 단부는 토출밸브(143) 및 토출 커버(144)에 의해 폐쇄될 수 있고, 타 단부는 피스톤(142)을 수용할 수 있다.

토출밸브(143)와 토출 커버(144) 사이에는 토출공간(102)이 형성될 수 있다. 도시된 것과 같이, 토출밸브(143)에 의해 압축실(P)과 토출 커버(144)가 서로 분리된 공간을 형성할 수 있다. 토출밸브(143)는 토출 커버(144)에 탄성 부재(미도시)에 의해 지지되어 실린더(141)의 개방된 일 단부를 개폐하도록 이동될 수 있다. 한편, 케이싱(110) 내부에는, 토출구 및 토출배관(DP)과 토출공간(102)을 서로 연통시키도록 연장되는 토출 튜브(111)가 설치될 수 있다.

피스톤(142)은 실린더(141)의 개방된 타 단부로 삽입되어, 압축실(P)을 밀폐하도록 이루어질 수 있다. 피스톤(142)은 앞서 설명한 무버(132)와 연결되도록 이루어져, 무버(132)와 함께 왕복 운동될 수 있다. 무버(132)와 피스톤(142) 사이에는 이너 코어(131b) 및 실린더(141)가 위치될 수 있다. 이에 무버(132)와 피스톤(142)은, 실린더(141) 및 이너 코어(131b)를 우회하도록 형성되는 별도의 무빙 프레임(145)에 의해 서로 결합될 수 있다.

피스톤(142)에는, 압축실(P)을 밀폐하는 일 단부에 흡입포트(142a)가 관통되도록 형성된다. 본 실시예에서 피스톤(142)은 그 내부 공간을 통하여 흡입공간(101)의 냉매가 흘러, 흡입포트(142a)를 통과하여 피스톤(142)과 실린더(141) 사이의 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 또한, 압축실(P)과 인접한 피스톤(142)의 일 단부면에는 흡입포트(142a)를 개폐하는 흡입밸브(142b)가 장착될 수 있다. 흡입밸브(142b)는 탄성 변형에 의해 동작될 수 있다. 즉, 흡입밸브(142b)는 흡입포트(142a)를 통과하여 압축실(P) 쪽으로 흐르는 냉매의 압력에 의하여 흡입포트(142a)를 개방하도록 탄성 변형될 수 있다.

한편, 앞서 설명한 구동 유닛(130) 및 압축 유닛(140)은 지지 스프링(150)과 공진 스프링(160)에 의해 지지될 수 있다. 지지 스프링(150)은, 구동 및 압축 유닛(130, 140)을 케이싱(110)에 탄성 지지하는 역할을 수행한다. 지지 스프링(150)은, 구동 및 압축 유닛(130, 140)을 피스톤(142)의 왕복 운동 방향으로 양 단부에서 지지하도록 이루어질 수 있고, 판 스프링으로 이루어질 수 있다.

일 단부의 지지를 위하여, 토출공간(102)을 형성하는 토출 커버(144)의 일 단부에서 돌출되도록 연결부재(146)가 결합될 수 있다. 연결부재(146)는 판 스프링인 지지 스프링(150)의 중심부에 고정될 수 있고, 아울러, 지지 스프링(150)의 외주부는 케이싱(110)의 내벽에 고정되도록 이루어질 수 있다.

타 단부의 지지를 위한 지지 스프링(150)은, 흡입구(114)에서 케이싱(110) 내부로 돌출되게 형성되는 흡입가이드(112)에 그 중심부가 고정될 수 있고, 그 외주부는 후방 프레임(122)과 결합되는 커버부재(123)에 고정될 수 있다.

공진 스프링(160)은 후방 프레임(122)과 커버부재(123) 사이에 위치될 수 있다. 도시된 것과 같이, 공진 스프링(160)은 코일 스프링으로 이루어질 수 있다. 공진 스프링(160)의 양 단부는 고정체와 진동체에 각각 연결될 수 있다. 예를 들면, 공진 스프링(160)의 일 단부는 무빙 프레임(145)에 연결되고, 타 단부는 커버부재(123)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 일 단부에서 진동되는 진동체와, 타 단부에서 고정된 고정체 사이에서 탄성 변형될 수 있다. 공진 스프링(160)의 고유 진동수는 압축기 운전 시 무버 및 피스톤(142)의 공진 주파수와 일치되도록 설계되어, 피스톤(142)의 왕복 운동을 증폭시킬 수 있다. 다만, 여기서 고정체는 케이싱(110)과는 지지 스프링(150)에 의해 탄성 지지되므로, 압축기 운전 시 엄밀하게 고정되어 있는 것은 아닐 수 있다.

이상에서 설명한 리니어 압축기(100)는 다음과 같이 동작된다.

먼저, 구동 유닛(130)에 전류가 인가되면 권선코일(133)에 흐르는 전류에 의해 스테이터(131)에 자속이 형성될 수 있다. 스테이터(131)에 형성되는 자속에 의해 발생되는 전자기력에 의해, 영구자석을 구비하는 무버(132)가 직선 왕복 운동될 수 있다. 이러한 전자기력은, 압축 행정 시에는 피스톤(142)이 상사점(TDC, Top Dead Center)을 향하는 방향으로 발생되고, 흡입 행정 시에는 피스톤(142)이 하사점(BDC, Bottom Dead Center)을 향하는 방향으로 번갈아가며 발생할 수 있다. 즉, 구동 유닛(130)은 무버(132) 및 피스톤(142)을 이동 방향으로 미는 힘인 추력(推力)을 발생시킬 수 있다.

실린더(141) 내부에서 왕복 운동되는 피스톤(142)은, 압축실(P)의 체적을 증가 및 감소시키는 운동을 반복하게 된다. 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 증가시키면서 이동될 때, 압축실(P) 내부의 압력은 감소한다. 이에, 피스톤(142)에 장착되는 흡입밸브(142b)가 개방되고, 흡입공간(101)에 머무르던 냉매가 압축실(P)로 흡입될 수 있다. 이러한 흡입 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 최대로 증가시켜 하사점에 위치될 때까지 진행된다.

하사점에 도달한 피스톤(142)은 운동 방향이 전환되어 압축실(P)의 체적을 감소시키면서 압축 행정을 수행한다. 압축 행정은, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적이 최소가 되도록 감소시키는 상사점까지 이동되는 동안 수행된다. 압축 행정 시에는, 압축실(P) 내부의 압력이 증가되어 흡입된 냉매가 압축될 수 있다. 압축실(P)의 압력이 기설정된 압력에 도달하면, 압축실(P)의 압력에 의해 토출밸브(143)가 밀려 실린더(141)와 이격되면서 개방되어 냉매가 토출공간(102)으로 토출된다.

피스톤(142)의 흡입 및 압축 행정이 반복되면서, 흡입구(114)로 유입된 흡입공간(101)의 냉매가 압축실(P)로 흡입되어 압축되고, 토출공간(102), 토출 튜브(111) 및 토출구를 거쳐 압축기의 외부로 토출되는 냉매 흐름이 형성될 수 있다.

이때, 흡입구(114) 및 흡입가이드(112)를 통과한 냉매는 머플러(170)를 경유하여 압축실(P)로 유입될 수 있다. 머플러(170)는 냉매를 압축실(P)로 가이드하면서, 피스톤(142)의 왕복 운동에 따른 진동 및 소음을 저감하도록 이루어질 수 있다. 머플러(170)는, 흡입가이드(112)와 나란하게 배치되고 서로 결합되어 피스톤(142)의 단부에 고정되는 외측 몸체부(171) 및 내측 몸체부(172)와, 피스톤 내측으로 삽입되도록 연장되는 파이프부(173)를 구비할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 개략적인 구조 및 동작 과정에 대하여 설명하였다. 이하에서는 코어 손실을 저감할 수 있도록 이루어지는 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 스테이터(131)에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 스테이터(131)의 단면을 보인 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 스테이터(131)는, 권선코일(133)에 의해 형성되는 자속의 경로 상에 배치되고, 특히 자화용이방향(easy direction of magnetization)이 균일하게 분포되도록 형성되는 방향성 코어부(131c)를 적어도 하나 구비한다.

자화용이방향(磁化容易方向)이란, 물질이 자기장 속에서 자화(磁化)될 때 특히 자화되기 쉬운 방향을 의미한다. 동일한 전력이 입력될 때, 스테이터(131)에 형성되는 자속의 방향과 자화용이방향이 일치되는 경우에는 그렇지 않은 경우보다 전자기력이 더 크게 발생될 수 있다. 따라서, 자화용이방향과 자속의 방향이 서로 일치되면, 자기장에 의해 스테이터(131)가 자화되는 과정에서의 에너지 손실인 코어 손실(core loss)이 더 감소될 수 있다.

이와 같은 방향성 코어부(131c)는 스테이터(131)의 제작 시 방향성 전기강판(grain-oriented electrical steel)으로 형성될 수 있다. 종래 스테이터(131)의 철심의 재료가 되는 무방향성 전기강판(non-oriented electrical steel)은 압연되는 방향이나 그밖에 방향과 관계없이 균일한 자기 특성이 형성된다. 이와 다르게, 방향성 전기강판은 결정의 자화용이방향이 강판이 압연되는 방향에 나란하게 형성되는 특징을 나타내며, 압연 방향으로 자화될 때 코어 손실이 작은 장점이 있다.

이처럼 스테이터(131)의 일부가 방향성 코어부(131c)로 이루어짐으로써 코어 손실이 감소하게 되면, 전기 에너지를 회전력으로 전환시키는 구동 유닛(130)의 효율이 향상될 수 있다. 구동 유닛(130)의 효율 향상에 의해, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 전체 효율이 향상될 수 있다.

이하에서는 도 2를 참조하여, 방향성 코어부(131c)의 구체적인 형상 및 배치 등에 대해 설명한다.

앞서 설명한 것과 같이, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 스테이터(131)는 이너 코어(131b) 및 아우터 코어(131a)를 포함할 수 있고, 이너 코어(131b)와 아우터 코어(131a) 사이에 공극(G)이 형성된다. 여기서, 본 실시예의 방향성 코어부(131c)는 아우터 코어(131a)를 형성할 수 있다.

구체적으로, 방향성 코어부(131c)는 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)과 왕복방향 코어부분(131c2)을 구비할 수 있다. 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)은 권선코일(133)을 사이에 두고 서로 이격되도록 배치되고, 실린더(141)의 반경 방향으로 연장되도록 형성된다. 그리고, 반경방향 코어부분(131c1)의 자화용이방향은 실린더(141)의 반경 방향(도 2의 상하 방향)과 나란하게 형성될 수 있다. 이때, 서로 이격된 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1) 사이의 공간은 권선코일(133)이 장착되는 코일 수용부(131e)가 될 수 있다.

아울러, 왕복방향 코어부분(131c2)은 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)을 피스톤(142)의 왕복 운동 방향으로 서로 연결하도록 이루어질 수 있다. 즉, 왕복방향 코어부분(131c2)의 양 단부는 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)의 외주 측 단부에 각각 연결될 수 있다. 특히, 왕복방향 코어부분(131c2)의 자화용이방향은 피스톤(142)의 왕복 방향(도 2의 좌우 방향)과 나란하게 형성될 수 있다. 여기서, 왕복방향 코어부분(131c2)은 권선코일(133)의 외주 측을 감싸도록 형성될 수 있다.

결과적으로, 코일 수용부(131e)를 형성하는 아우터 코어(131a)에서는, 자화용이방향이 권선코일(133)과 인접한 외주 측과 피스톤(142)의 왕복 방향 양 단부를 따라 연장되도록 분포될 수 있다.

도 3a 및 3b는 무버(132)의 위치에 따라 도 2에 도시된 스테이터(131)에 형성되는 자속의 경로를 도시한 도면들이다. 도 3a 및 3b를 참조하면, 무버(132)의 이동 방향에 따라 아우터 코어(131a)에 형성되는 자속 경로가 변화됨을 확인할 수 있다. 다만, 아우터 코어(131a) 중에서 반경방향 코어부분(131c1) 및 왕복방향 코어부분(131c2)에서는, 자속의 방향이 서로 반대 방향으로만 번갈아가며 변화되는 분포를 보인다.

즉, 이너 코어(131b)와 이격되어 공극(G)을 형성하는 부분의 자속 분포는 무버(132)의 위치에 따라 다양한 각도로 변화되는 것과 다르게, 반경방향 및 왕복방향 코어부분(131c1, 131c2)에서는 권선코일(133)을 중심으로 시계 방향 및 반시계 방향으로 번갈아가며 자속의 방향이 서로 반대로 변화될 수 있다.

여기서, 이너 코어(131b)와 나란하게 이격되는 공극 형성부(131a1)는, 자속의 방향이 다양한 각도로 변화되는 부분이고, 권선코일(133)을 사이에 두고 왕복방향 코어부분(131c2)과 나란하게 이격될 수 있다. 공극 형성부(131a1)는 종래의 재료인 무방향성 전기강판으로 형성될 수 있다. 즉, 공극 형성부(131a1)는 그 결정들이 서로 불규칙한 자화용이방향을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

도 2, 3a 및 3b에 도시된 것과 같이 아우터 코어(131a) 중 일부분에 방향성 코어부(131c)가 적용됨으로써, 반복적으로 스테이터(131)가 자화되는 과정에서 발생되는 코어 손실이 효과적으로 절감될 수 있다. 특히, 아우터 코어(131a) 중에서도 공극 형성부(131a1)를 회피하여 규칙적인 자화용이방향이 부여됨에 따라, 방향성 코어부(131c) 적용에 따른 코어 손실 저감 효과가 극대화될 수 있다.

한편, 이하에서는 반경방향 코어부분(131c1)과 왕복방향 코어부분(131c2)이 서로 결합되는 부분에 대한 구조에 대해 설명한다.

본 실시예에서는 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)은, 그 외주 측 단부(도 2에서 상 측 단부)에 서로 마주보도록 서로 반대 방향으로 경사지게 형성되는 한 쌍의 경사면(131c1')을 구비할 수 있다. 즉, 한 쌍의 경사면(131c1')은 반경방향 코어부분(131c1)의 자화용이방향과 경사지게 형성될 수 있다.

이에 대응하여, 왕복방향 코어부분(131c2)은 경사 결합면(131c2')을 구비할 수 있다. 경사 결합면(131c2')은 반경방향 코어부분(131c1)의 한 쌍의 경사면(131c1')에 각각 면 접촉되도록 왕복방향 코어부분(131c2)의 양 단부에 경사지게 형성될 수 있다.

한 쌍의 경사면(131c1')과 이에 결합되는 경사 결합면(131c2')이 형성됨으로써, 왕복방향 코어부분(131c2)과 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)이 서로 연결되는 부분에서 자화용이방향이 급격하게 변화되는 것이 억제되어, 코어 손실이 감소될 수 있다. 나아가, 반경방향 및 왕복방향 코어부분(131c1, 131c2) 간의 결합에 있어 그 결합면의 단면적이 넓게 확보될 수 있어 결합의 내구성이 더욱 보장될 수 있다.

다른 한편으로, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이터(231)의 단면을 보인 도면이다. 도 4는 방향성 코어부(231c)가 더 세분화되는 실시예를 보이고 있다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에서는, 한 쌍의 반경방향 코어부분(231c1)의 외주 측 단부는 서로 나란하게 실린더(141)의 반경 방향을 바라보는 면으로 이루어질 수 있다. 다만, 방향성 코어부(231c)는 한 쌍의 연결 코어부분(231c3)을 더 구비할 수 있다. 한 쌍의 연결 코어부분(231c3)은 한 쌍의 반경방향 코어부분(231c1)의 외주 측 단부에 각각 결합될 수 있고, 자화용이방향이 경사지게 형성될 수 있다. 구체적으로, 한 쌍의 연결 코어부분(231c3)의 자화용이방향은 한 쌍의 반경방향 코어부분(231c1)의 자화용이방향에 대해 서로 반대 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

아울러, 본 실시예의 한 쌍의 연결 코어부분(231c3) 사이에는 왕복방향 코어부분(231c2)이 연결될 수 있다. 즉, 왕복방향 코어부분(231c2)의 양 단부에 연결 코어부분(231c3)이 결합될 수 있다.

도 4의 다른 실시예에 의하면, 아우터 코어(231a)에서 권선코일(133)을 감싸는 코너 부분에서 자화용이방향이 자속 분포와 더 일치될 수 있다. 이에 따라, 코어 손실이 앞선 실시예보다 더 저감될 수 있는 여지가 있게 된다. 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예는, 아우터 코어(231a)에 접합 구조가 추가될 때 강도에 미치는 영향과 코어 손실 저감 수준을 서로 비교하여 설계에 활용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 스테이터(131)가 전기 강판을 적층하여 형성되는 경우, 스테이터(131)는 무방향성 전기강판으로 이루어지는 무방향성 코어부(131d)와, 방향성 전기강판으로 이루어지는 방향성 코어부(131c)로 이루어질 수 있다.

무방향성 코어부(131d)는 앞서 설명한 아우터 코어(131a)의 공극 형성부(131a1)와 이너 코어(131b)를 형성할 수 있다. 공극 형성부(131a1)와 이너 코어(131b)는 서로 평행하게 이격되어 공극(G)을 형성할 수 있다. 무방향성 코어부(131d)는 무버(132)의 위치 및 추력의 방향에 따라 자속의 분포가 다양하게 변화될 수 있는 영역에 해당된다.

방향성 코어부(131c)는 앞서 설명한 것과 같이, 아우터 코어(131a) 중 반경방향 및 왕복방향 코어부분(131c1, 131c2)을 형성할 수 있다. 방향성 코어부(131c)는 권선코일(133)을 둘러싸도록 수용하는 코일 수용부(131e)를 형성할 수 있고, 자속의 방향이 서로 반대로 번갈아가면서 변화되는 영역에 해당될 수 있다.

부연하면, 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)은 권선코일(133)을 사이에 두고 서로 이격되고 무방향성 코어부(131d)로부터 실린더(141)의 반경 방향으로 연장될 수 있다. 반경방향 코어부분(131c1)은, 압연 방향이 실린더(141)의 반경 방향과 나란하게 형성되도록 제작되는 방향성 전기강판이 적층되어 이루어질 수 있다.

또한, 왕복방향 코어부분(131c2)은 한 쌍의 반경방향 코어부분(131c1)을 피스톤(142)의 왕복 방향으로 서로 연결하도록 연장되고, 피스톤(142)의 왕복 방향과 나란하게 압연 방향이 형성되도록 제작되는 방향성 전기강판이 적층되어 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 리니어 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 리니어 압축기 101: 흡입공간
102: 토출공간 110: 케이싱
111: 토출 튜브 112: 흡입가이드
114: 흡입구 121: 전방 프레임
122: 후방 프레임 123: 커버부재
130: 구동 유닛 131: 스테이터
131a: 아우터 코어 131a1: 공극 형성부
131b: 이너 코어 131c: 방향성 코어부
131c1: 반경방향 코어부 131c2: 왕복방향 코어부
131d: 무방향성 코어부 131e: 코일 수용부
132: 무버 133: 권선코일
140: 압축 유닛 141: 실린더
142: 피스톤 142a: 흡입포트
142b: 흡입밸브 143: 토출밸브
144: 토출 커버 145: 무빙 프레임
146: 연결부재 150: 지지 스프링
160: 공진 스프링 170: 머플러
171: 외측 몸체부 172: 내측 몸체부
173: 파이프부

Claims (9)

1. 케이싱;
   상기 케이싱 내에서 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하도록 상기 왕복 운동 방향으로 전자기력을 발생시키는 스테이터 및 권선코일을 구비하는 구동 유닛; 및
   상기 케이싱 내부에 수용되는 실린더와, 상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되어 상기 실린더 내의 유체를 압축하도록 이루어지는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
   상기 스테이터는, 자화용이방향(easy direction of magnetization)이 균일하게 분포되도록 형성되어 상기 권선코일에 의해 형성되는 자속의 경로 상에 배치되는 방향성 코어부를 적어도 하나 구비하는 리니어 압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방향성 코어부는 방향성 전기강판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 스테이터는,
   상기 실린더의 외주면에 고정되는 이너 코어; 및
   상기 무버를 수용하는 공극을 형성하도록 상기 이너 코어와 상기 실린더의 반경 방향으로 이격되고, 상기 방향성 코어부를 구비하는 아우터 코어를 포함하는 리니어 압축기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 방향성 코어부는, 상기 권선코일을 사이에 두고 서로 이격되어 상기 실린더의 반경 방향으로 연장되고 자화용이방향이 상기 실린더의 반경 방향과 나란하게 형성되는 한 쌍의 반경방향 코어부분을 구비하는 리니어 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 방향성 코어부는, 상기 한 쌍의 반경방향 코어부분을 상기 피스톤의 왕복 방향으로 서로 연결하도록 연장되고 자화용이방향이 상기 피스톤의 왕복 방향과 나란하게 형성되는 왕복방향 코어부분을 더 구비하는 리니어 압축기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 한 쌍의 반경방향 코어부분은, 외주 측 단부에서 서로 마주보도록 서로 반대 방향으로 경사진 한 쌍의 경사면을 구비하고,
   상기 왕복방향 코어부분은, 상기 한 쌍의 경사면에 면 접촉되어 결합되도록 양 단부에 형성되는 경사 결합면을 구비하는 리니어 압축기.
7. 제4항에 있어서,
   상기 방향성 코어부는,
   상기 한 쌍의 반경방향 코어부분의 외주 측 단부에 결합되고, 자화용이방향이 상기 한 쌍의 반경방향 코어부분의 자화용이방향에 대해 서로 반대 방향으로 경사지게 형성되는 한 쌍의 연결 코어부분; 및
   상기 한 쌍의 연결 코어부분을 상기 피스톤의 왕복 방향으로 서로 연결하도록 연장되고 자화용이방향이 상기 피스톤의 왕복 방향과 나란하게 형성되는 왕복방향 코어부분을 더 구비하는 리니어 압축기.
8. 케이싱;
   상기 케이싱 내에서 왕복 운동되는 무버와, 상기 무버를 구동하도록 상기 왕복 운동 방향으로 전자기력을 발생시키는 스테이터 및 권선코일을 구비하는 구동 유닛; 및
   상기 케이싱 내부에 수용되는 실린더와, 상기 무버에 의해 상기 실린더 내에서 왕복 운동되어 상기 실린더 내의 유체를 압축하도록 이루어지는 피스톤을 구비하는 압축 유닛을 포함하며,
   상기 스테이터는,
   상기 실린더의 반경 방향으로 서로 이격되어 상기 무버를 수용하는 공극을 형성하고, 무방향성 전기강판으로 이루어지는 무방향성 코어부; 및
   상기 무방향성 전기강판과 연결되어 상기 권선코일을 수용하는 코일 수용부를 형성하고, 방향성 전기강판으로 이루어지는 방향성 코어부를 구비하는 리니어 압축기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 방향성 코어부는,
   상기 권선코일을 사이에 두고 서로 이격되어 상기 무방향성 코어부로부터 상기 실린더의 반경 방향으로 연장되고, 상기 반경 방향과 나란하게 압연 방향이 형성되는 한 쌍의 반경방향 코어부분; 및
   상기 한 쌍의 반경방향 코어부분을 상기 피스톤의 왕복 방향으로 서로 연결하도록 연장되고, 상기 피스톤의 왕복 방향과 나란하게 압연 방향이 형성되는 왕복방향 코어부분을 구비하는 리니어 압축기.

Images