KR20200100275A

KR20200100275A - 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기

Info

Publication number: KR20200100275A
Application number: KR1020190018320A
Authority: KR
Inventors: 김재범
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-02-18
Filing date: 2019-02-18
Publication date: 2020-08-26

Abstract

본 발명에 의한 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기는, 왕복방향 양단에 각각 폴부를 갖는 고정자; 상기 고정자의 양단에 사이에 구비되는 권선코일; 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 가동자; 및 상기 복수 개의 공극에 각각 위치하도록 상기 고정자의 폴부에 각각 결합되는 복수 개의 마그네트;를 포함하고, 상기 고정자는, 상기 폴부에서 상기 가동자를 향하는 방향으로 연장되는 고정측 코어돌부가 형성되며, 상기 고정측 코어돌부의 축방향 일측에 상기 마그네트가 결합됨으로써, 가동자 코어에 대한 복원력이 감소되는 대신 추력이 증가하여 모터 출력을 높일 수 있다. 또, 2공극 모터에 적용함에 따라 가동자 코어의 제어가 용이하고 마그네트에 대한 조립작업과 착자작업이 용이할 수 있다.

Description

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

본 발명은 가동자가 직선 왕복운동을 하는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기에 관한 것이다.

리니어 모터는 가동자가 고정자와의 상호 작용에 의해 직선으로 왕복운동을 하는 모터이고, 리니어 압축기는 이 리니어 모터를 채용하여 가동자에 피스톤을 결합한 압축기이다. 따라서, 리니어 압축기는 가동자에 결합된 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 하사점(Bottom Dead Center: BDC)까지 이동하는 흡입행정을, 상사점(Top Dead Center:TDC)까지 이동하는 압축행정을 실시하게 된다.

리니어 모터는 자속이 흐르는 코어와, 전류가 인가되는 권선코일, 그리고 이들과 함께 자기회로를 이루는 마그네트를 포함한다. 코어는 원통형으로 각각 형성된 내측 코어와 외측 코어가 공극(Air Gap)을 두고 내측과 외측에 각각 구비된다. 권선코일은 내측 코어 또는 외측 코어에 구비되고, 마그네트는 가동자에 결합되거나 또는 코어에 결합된다.

리니어 모터는 코어에 구비되는 공극의 개수에 따라 2공극 모터 또는 1공극 모터로 구분할 수 있다. 2공극 모터는 특허문헌1(한국공개특허 제10-2016-0132665 A호)에, 1공극 모터는 특허문헌2(한국공개특허 제10-2018-0088121 A호)에 각각 개시되어 있다.

2공극 모터는 내측 코어와 외측 코어의 양단이 서로 이격되어 두 개의 공극을 형성하게 된다. 양쪽 공극에 마그네트가 각각 구비되어, 코어에 형성되는 자속에 의해 가동자가 왕복운동을 하게 된다.

1공극 모터는 내측 코어와 외측 코어의 일단이 연결되고 타단은 서로 이격되어 한 개의 공극을 이루게 된다. 이 공극에 마그네트가 구비되어, 코어에 형성되는 자속에 의해 가동자가 왕복운동을 하게 된다.

상기와 같은 리니어 모터는 가동자가 왕복운동을 하게 되므로, 가동자의 무게가 모터의 효율과 밀접한 관련이 있다. 마그네트가 가동자에 결합되는 구조에서는 고자력의 Nd 마그네트를 주로 적용하고 있다. Nd 마그네트는 자력이 높은 대신 가격이 높아 모터 및 압축기의 제조원가가 상승하게 된다. 이에, 저자력의 페라이트(ferrite) 마그네트를 적용하고 있다. 페라이트 마그네트는 가격이 낮은 대신 자력이 약해 상대적으로 많은 양의 자석이 필요하게 되어, 가동자의 무게를 가중시키게 된다. 따라서, 페라이트 마그네트를 적용하는 경우에는 마그네트를 고정자를 이루는 코어에 결합하고 가동자에는 자성체로 된 가동자 코어를 구비하여 가동자의 무게를 낮추고 있다. 특허문헌2는 1공극 모터에서 고정자를 이루는 외측 코어에 서로 다른 방향으로 자화된 복수 개의 페라이트 마그네트가 적용된 예를 개시하고 있다.

그러나, 상기와 같이 고정자를 이루는 외측 코어에 페라이트 마그네트가 적용된 경우에는, 복수 개의 마그네트가 서로 다른 방향으로 자화됨에 따라, 가동자를 자로 중심으로 복원시키려는 복원력(centering force)이 증가하게 되게 된다. 이는 가동자를 상사점 또는 하사점 방향으로 밀어내는 추력이 약화되어 이 모터가 결합된 압축기의 성능이 저하되는 문제가 있었다.

또, 종래의 리니어 모터는, 코어의 내주면에 마그네트가 장착되어 마그네트에 대한 착자작업이 곤란하게 되는 문제가 있었다. 특히, 복수 개의 마그네트를 서로 다른 방향으로 자화시킴에 따라 앞서 설명한 마그네트에 대한 착자작업이 더욱 곤란하게 되는 문제가 있었다.

공개특허공보 KR10-2016-0132665 A (2016.11.21. 공개) 공개특허공보 KR10-2018-0088121 A (2018.08.03. 공개)

본 발명의 목적은, 추력을 높여 마그네트의 사용량을 줄이면서도 모터 효율을 향상시킬 수 있는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

나아가, 본 발명은 고정자의 축방향을 따라 복수 개의 마그네트를 고정하되 그 마그네트의 주변에 형성되는 복원력을 낮춰 가동자에 대한 추력을 높일 수 있는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

더 나아가, 본 발명은 복수 개의 마그네트를 같은 방향으로 자화시켜 추력을 높이는 동시에 복수 개의 마그네트 사이에 자성체로 된 코어를 구비하여 마그네트의 사용량을 줄이면서도 모터 출력을 높일 수 있는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은, 고정자에 마그네트를 용이하게 결합하는 동시에 그 마그네트를 용이하게 자화시킬 수 있는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하는 있다.

나아가, 본 발명은 마그네트를 고정자의 외주면에 결합시켜 그 마그네트에 대한 결합작업과 착자작업을 용이하게 할 수 있는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하는데 있다.

더 나아가, 본 발명은 두 개 이상의 마그네트를 고정자의 외주면에 결합시키되, 양쪽 마그네트 사이를 이격시켜 결합작업과 착자작업을 용이하게 할 수 있는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 권선코일이 구비된 고정자에 복수 개의 마그네트가 결합되고, 가동자에는 영구자석이 아닌 자성체로 된 가동자 코어가 구비되며, 상기 복수 개의 마그네트는 동일한 방향으로 자화되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 마그네트는 페라이트 마그네트로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 마그네트는 상기 고정자의 내주면에 삽입되어 구비될 수 있다.

그리고, 상기 고정자에는 가동자를 향해 돌출되는 코어부가 연장되며, 상기 코어부의 축방향 측면에 상기 복수 개의 마그네트가 각각 위치할 수 있다.

그리고, 상기 가동자 코어는 상기 마그네트와 코어부의 접점과 중첩되는 위치에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 고정자는 상기 권선코일을 중심으로 축방향 양쪽에 공극이 각각 위치하도록 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 왕복방향 양단에 각각 폴부를 갖는 고정자; 상기 고정자의 양단에 사이에 구비되는 권선코일; 상기 고정자와의 사이에 축방향으로 이격된 복수 개의 공극이 구비되도록 상기 고정자로부터 반경방향으로 이격되어 구비되며, 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하도록 가동자 코어를 가지는 가동자; 및 상기 복수 개의 공극에 각각 위치하도록 상기 고정자의 폴부에 각각 결합되는 복수 개의 마그네트;를 포함하고, 상기 고정자는, 상기 폴부에서 상기 가동자를 향하는 방향으로 연장되는 고정측 코어돌부가 형성되고, 상기 고정측 코어돌부의 축방향 일측에 상기 마그네트가 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 복수 개의 마그네트는 반경방향으로 서로 동일한 극성을 가지도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 고정측 코어돌부의 축방향 길이는 상기 마그네트의 축방향보다 크거나 같게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 고정측 코어돌부는 상기 폴부의 양단중에서 고정자 중심쪽으로 편심지게 형성되며, 상기 복수 개의 마그네트는 각각 상기 고정측 코어돌부의 바깥쪽 측면에 지지되도록 결합될 수 있다.

여기서, 상기 고정자 중심을 기준으로 양쪽에 각각 위치하는 상기 고정측 코어돌부와 마그네트의 축방향 길이의 합은 서로 동일하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 마그네트는 축방향 길이가 서로 동일하게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 마그네는 축방향 길이가 서로 상이하게 형성될 수 있다.

여기서, 상기 가동자 코어의 축방향 길이는 상기 복수 개의 마그네트와 그 복수 개의 마그네트가 각각 마주보는 각 고정측 코어돌부와의 접점들 사이의 길이보다 크게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 가동자 코어는 상기 고정자와 함께 자로를 형성하는 내측 축방향 요크부와, 상기 내측 축방향 요크부에서 축방향으로 간격을 두고 구비되며 상기 고정자를 향해 연장되는 복수 개의 가동측 코어돌부로 이루어지고, 상기 복수 개의 가동측 코어돌부는 각각 상기 접점과 반경방향으로 중첩되도록 형성될 수 있다.

그리고, 상기 가동측 코어돌부는 상기 고정측 코어돌부와 축방향 길이가 같거나 크게 형성될 수 있다.

또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부공간을 가지는 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에 배치되고, 가동자가 왕복운동을 하는 리니어 모터; 상기 리니어 모터의 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 리니어 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 피스톤의 왕복방향 일측에는 그 피스톤을 왕복방향으로 탄력 지지하는 탄성부재가 더 구비될 수 있다.

본 발명에 의한 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기는, 고정자에 복수 개의 마그네트를 고정 결합하되, 복수 개의 마그네트를 동일한 방향으로 자화시킴으로써, 왕복운동을 하는 가동자 코어에 대한 복원력이 감소되는 대신 추력이 증가하여 모터 출력을 높일 수 있다. 이에 따라, 동일한 모터출력 대비 마그네트의 사용량을 줄일 수 있어 페라이트 마그네트를 사용할 경우 모터의 크기를 확대하지 않고도 원하는 정도의 모터출력을 얻을 수 있다. 또, Nd 마그네트를 사용할 경우 모터의 사용량을 줄여 재료 비용을 절감할 수 있다.

또, 본 발명은, 마그네트가 고정자의 내주면에 삽입되어 결합됨에 따라, 마그네트의 조립작업과 착자작업을 용이하게 할 수 있다. 나아가, 고정측 코어돌부를 사이에 두고 복수 개의 마그네트를 동일한 방향으로 자화시킴에 따라 마그네트에 대한 착자작업을 더욱 용이하게 할 수 있으며, 가동자의 길이를 줄여 모터의 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일실시예를 보인 종단면도,
도 2는 본 실시예에 따른 리니어 모터를 파단하여 보인 사시도,
도 3은 도 2에서 "Ⅴ-Ⅴ"선 단면도,
도 4는 본 실시예에 따른 리니어 모터에서 측면에서 보인 개략도,
도 5은 본 실시예에 따른 리니어 모터에서 마그네트와 중심코어 사이의 결합관계를 보인 확대도,
도 6a 및 도 6b는 본 실시예에서 고정자에서의 자속의 방향에 따른 가동자의 동작을 구분하여 보인 개략도들,
도 7은 본 실시예에 따른 리니어 모터의 복원력을 종래와 비교하여 보인 그래프,
도 8은 본 실시예에 따른 리니어 모터의 역기전력을 종래와 비교하여 보인 그래프.

이하, 본 발명에 관련된 리니어 압축기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 서로 다른 실시예라고 하더라도, 앞선 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일하거나·유사한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또, 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예들을 쉽게 이해할 수 있도록 도시된 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. 또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

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

도 1은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일실시예를 보인 종단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 리니어 압축기(100)는, 케이싱(110), 프레임(120), 구동유닛(130) 및 압축유닛(140)을 포함한다.

케이싱(110)은 밀폐된 공간을 형성할 수 있다. 밀폐된 공간은 흡입되는 냉매가 채워지는 흡입공간(101)이 될 수 있다. 케이싱(110)에는 흡입구(114)가 형성되고, 흡입구(114)에는 흡입배관(SP)이 연결될 수 있다. 또, 케이싱(110)에는 토출구(115)가 형성되고, 토출구(115)에는 토출배관(DP)이 연결될 수 있다.

프레임(120)은 구동유닛(130) 및 압축유닛(140)을 지지하기 위하여 케이싱(110) 내부에 구비될 수 있다. 프레임(120)은 케이싱(110)에 일단부가 고정되도록 위치되는 지지스프링(151)(152)의 타단부에 연결 및 지지될 수 있다. 지지스프링(151)(152)은 도시된 것과 같이 판스프링으로 이루어질 수 있고, 또는 코일스프링으로 이루어질 수도 있다.

구동유닛(130)은 본 실시예에 따른 리니어 압축기(100)의 왕복운동을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 구동유닛(130)은 고정자(131) 및 가동자(132)를 포함할 수 있다.

고정자(131)는 프레임(120)과 후술할 백커버(146) 사이에 결합될 수 있다. 고정자(131)의 내측에 가동자(132)가 위치될 수 있다.

고정자(131)에는 권선코일(133)과 마그네트가 장착될 수 있고, 가동자(132)는 연결프레임(1321)에 자성체로 된 가동자 코어(1322)를 구비할 수 있다. 가동자 코어(1322)는 영구자석을 의미하는 마그네트가 아니며, 권선코일(133)에 의해 고정자(131)와 함께 자기회로를 이루도록 강자성체로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 구동유닛(130)에서는 영구자석인 마그네트(1351)(1352)가 가동자(132)가 아니라 고정자(131)에 결합되는 것으로, 마그네트의 결합구조에 대하여는 나중에 설명한다.

가동자(132)는, 앞서 설명한 바와 같이, 연결프레임(1321) 및 가동자 코어(1322)로 이루어질 수 있다. 연결프레임(1321)은 비자성체 된 금속으로 형성되거나 또는 수지 재질로 형성될 수 있고, 가동자 코어는 강자성체 된 소재를 소결하여 형성되거나 또는 낱장으로 된 전기강판을 적층하여 형성될 수 있다.

또, 연결프레임(1321)은 원통 형상으로 형성되어 피스톤의 후방단에 결합될 수 있다. 이에 따라, 연결프레임(1321)은 피스톤과 함께 왕복운동을 하게 된다.

또, 가동자 코어는 한 개의 링 형상으로 형성되어 연결프레임(1321)에 삽입되거나 또는 원호 형상으로 형성되어 연결프레임(1321)의 원주방향을 따라 배열할 수도 있다.

한편, 압축유닛(140)은 흡입공간(101) 내의 냉매를 흡입하여, 압축 및 토출하도록 이루어진다. 압축유닛(140)은 가동자(132)의 내측으로 케이싱(110)의 중심부에 위치될 수 있고, 실린더(141) 및 피스톤(142)을 포함한다. 실린더(141)는 프레임(120)에 의해 지지되고, 내부에 압축실(P)을 형성할 수 있다.

실린더(141)는 내부에 냉매 및 피스톤(142)을 수용하도록 원통형으로 이루어질 수 있고, 양단이 개방되도록 형성될 수 있다. 실린더(141)의 일단에는 토출밸브(1411)에 의해 폐쇄될 수 있고, 토출밸브(1411)의 외측에는 토출커버(143)가 장착될 수 있다.

토출밸브(1411)와 토출커버(143) 사이에는 토출공간(102)이 형성될 수 있다. 즉, 토출밸브(1411)에 의해 압축실(P)과 토출커버(143)가 서로 분리된 공간을 형성할 수 있다. 아울러 케이싱(110) 내부에는 토출구(115)와 토출공간(102)을 서로 연통시키도록 연장되는 루프파이프(144)가 설치될 수 있다.

한편, 실린더(141)에는 토출공간(102)으로 토출된 냉매의 일부가 유입되어 실린더(141)의 내주면과 피스톤(142)의 외주면 사이를 윤활하는 가스베어링(145)이 형성될 수 있다. 가스베어링(145)의 입구를 이루는 베어링입구(1451)는 프레임(120)을 관통하여 형성되고, 가스베어링을 이루는 베어링통로(1452)는 프레임(120)의 내주면과 실린더(142)의 외주면 사이에 형성되며, 가스베어링을 이루는 베어링구멍((1453)은 실린더의 외주면에서 내주면으로 관통하여 형성될 수 있다.

피스톤(142)은 실린더(141)의 개방된 타단으로 삽입되어, 압축실(P)을 밀폐하도록 이루어질 수 있다. 피스톤(142)은 앞서 설명한 가동자(132)과 연결되어 가동자(132)와 함께 왕복 운동될 수 있다. 가동자(132)와 피스톤(142) 사이에는 프레임(120) 및 실린더(141)가 위치될 수 있다. 따라서, 가동자(132)와 피스톤(142)은 실린더(141)와 프레임(120)을 우회하도록 구비되는 별도의 연결프레임(1321)에 의해 서로 결합될 수 있다. 연결프레임(1321)에 앞서 설명한 가동자 코어(1322)가 내부에 삽입되어 결합되거나 외표면에 부착되어 결합될 수 있다.

피스톤(142)의 내부공간과 압축실(P)은 흡입포트(1421)에 의해 연통될 수 있다. 즉, 흡입공간(101)으로부터 피스톤(142) 내부공간으로 유입되는 냉매가 흡입포트(1421)를 통하여 흐르고, 흡입포트(1421)를 개폐하는 흡입밸브(1421)가 냉매의 압력에 의해 개방될 때 냉매가 압축실(P)로 흡입될 수 있다.

한편, 피스톤은 구동유닛(120)인 리니어 모터의 전자기력에 의해 형성되는 추력과 복원력에 의해 축방향(왕복방향)으로 공진운동을 할 수도 있지만, 본 실시예와 같이 기계적 공진스프링(1471)(1472)에 의해 축방향으로 공진운동을 할 수도 있다. 기계적 공진스프링(이하, 공진스프링으로 약칭한다)(1471)(1472)은 압축코일스프링으로 이루어지고, 연결프레임(1321)의 축방향 양쪽에 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 공진스프링(1471)은 연결프레임(1321)과 백커버(146)의 사이에, 제2 공진스프링(1472)은 연결프레임(1321)과 프레임(120)의 사이에 각각 구비될 수 있다. 하지만, 경우에 따라 공진스프링은 연결프레임(1321)을 기준으로 한 쪽에만 구비될 수도 있다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 리니어 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 구동유닛(130)을 이루는 권선코일(133)에 전류가 시계방향 또는 반시계방향으로 인가되면 고정자(131)에 교번자속이 형성되어 가동자(132)가 직선으로 왕복운동을 하게 된다. 그러면, 가동자(132)에 연결된 피스톤(142)이 실린더(141)의 내부에서 왕복 운동을 하면서 압축실(P)의 체적을 증가 및 감소시키게 된다.

예를 들어, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 증가시키면서 이동될 때에는 압축실(P)에서는 흡입행정이 실시된다. 이때, 압축실(P)의 내부 압력은 감소하게 되어 피스톤(142)에 구비된 흡입밸브(141b)가 개방되고, 흡입공간(101)에 머무르던 냉매가 압축실(P)로 흡입된다.

반면, 피스톤(142)이 압축실(P)의 체적을 감소시키면서 이동될 때에는 압축실(P)에서는 압축행정이 실시된다. 이때, 압축실(P)의 내부 압력은 상승하여 기설정된 압력에 도달하면, 실린더(141)에 장착되는 토출밸브(1411)가 개방되어 냉매가 토출공간(102)으로 토출된다.

상기와 같은 피스톤(142)의 흡입행정과 압축행정이 반복되면서, 냉매가 흡입배관(SP)을 통해 흡입공간(101)으로 유입되고, 이 냉매는 압축실(P)로 흡입되어 압축되며, 토출공간(102), 루프파이프(144) 및 토출배관(DP)을 거쳐 압축기의 외부로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기에서 피스톤을 포함한 가동자가 고속으로 왕복운동을 하기 위해서는 그 가동자의 무게가 가벼울수록 유리하다. 하지만, 가동자에 영구자석인 마그네트가 구비되면 가동자의 무게가 증가하게 되고, 이에 따라 가동자를 고속으로 운동시키는데 한계가 있다. 더욱이, 자속량이 낮은 페라이트 마그네트가 사용된 경우에는 자속량을 확보하기 위해 마그네트의 사용량이 증가하게 되고, 이로 인해 가동자의 무게가 더욱 증가하게 되어 리니어 모터 및 리니어 압축기의 효율이 저하될 수 있다.

하지만, 앞서도 설명하였듯이 상대적으로 자속량이 높은 Nd 마그네트를 사용하게 되면, 마그네트의 사용량을 낮춰 가동자의 무게를 경감시킬 수는 있지만 페라이트 마그네트에 비해 10배 이상 비싼 가격으로 인해 가동자의 무게 경감 효과에 비해 리니어 모터 및 리니어 압축기의 제조 비용이 크게 증가할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 페라이트 마그네트와 같이 상대적으로 저렴한 마그네트를 사용하되, 가동자의 무게를 낮출 수 있도록 마그네트가 고정자에 결합될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 마그네트에 대한 재료비용을 낮추면서도 마그네트의 표면적을 확대하여 자속량을 확보할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 리니어 모터 및 이를 구비한 리니어 압축기는 가동자(또는 피스톤)의 공진운동을 유도하기 위해 압축코일스프링으로 된 기계적 공진스프링이 적용될 수 있다. 하지만, 본 실시예의 리니어 압축기에 적용된 리니어 모터는 그 특성상 고정자와 가동자 사이에서 일정 정도의 자기적 공진스프링 효과가 발생하게 된다. 따라서, 리니어 압축기는 압축코일스프링으로 된 기계적 공진스프링이 적용되어 강한 추력이 발생되더라도 자기적 공진스프링으로 인한 복원력이 함께 발생하게 된다. 이 복원력은 추력을 감소시키는 요인으로 작용하게 되므로 추력을 높이기 위해서는 복원력을 낮추는 것이 효과적일 수 있다. 이는 리니어 모터의 왕복운동을 최적화되도록 제어하는 측면에서도 효과적일 수 있다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이, 구동유닛의 권선코일에 전류가 인가되면 고정자에는 자속(magnetic flux)이 형성되고, 전류 인가에 의해 형성되는 자속과 마그네트에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해 가동자가 왕복운동을 할 수 있는 힘이 발생될 수 있다. 다시 말해, 고정자에서는 가동자를 상사점과 하사점으로 밀어내는 추력(Thrust)과 밀려난 가동자를 자로의 중심방향으로 당기는 복원력(centering force)이 발생하게 된다. 추력과 복원력은 서로 상반되는 힘으로서, 복원력이 증가하면 추력이 감소할 수 있고, 복원력이 증가하면 추력이 감소할 수 있다. 특히 기계적 공진스프링이 구비된 리니어 모터 및 리니어 압축기의 측면에서 보면 복원력이 과도하게 높게 설정되는 경우에는 가동자가 상사점과 하사점까지 이동하는 추력이 낮아져 전체적으로 모터의 출력이 저하될 수 있다.

이에, 본 실시예에서는 기계적 공진스프링을 적용하여 모터의 출력을 높이는 동시에 마그네트를 재배치하여 가동자에 대한 모터의 추력을 높임으로써 모터의 출력을 높이는 것이다. 여기서, 마그네트는 반드시 페라이트 계열로 한정되는 것도 아니고, 마그네트가 가동자에 전혀 사용되지 않는 것으로 한정되는 것도 아니다.

도 2는 본 실시예에 따른 리니어 모터를 파단하여 보인 사시도이고, 도 3은 도 2에서 "Ⅴ-Ⅴ"선 단면도이며, 도 4는 본 실시예에 따른 리니어 모터에서 측면에서 보인 개략도이고, 도 5은 본 실시예에 따른 리니어 모터에서 마그네트와 중심코어 사이의 결합관계를 보인 확대도이다.

다시 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 고정자(131)는 가동자(132)의 축방향 측면이 프레임(120)에 결합되고, 고정자(131)의 내주면과 프레임(120)의 외주면 사이에는 가동자(132)가 왕복운동을 할 수 있도록 배치될 수 있다. 여기서, 축방향은 가동자가 왕복운동을 하는 방향이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 고정자(131)와 가동자(132)는 축방향 양단이 서로 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 고정자(131)의 축방향 양단에는 가동자(132)가 왕복운동을 하는 공간인 공극(air gap)(1341)(1342)을 형성하게 된다. 공극(1341)(1342)은 후술할 권선코일(133)을 사이에 두고 축방향 양측에 각각 형성된다. 여기서, 축방향은 가동자가 왕복운동을 하는 방향이다.

도 4를 참조하면, 고정자(131)는 앞서 설명한 바와 같이, 고정자(131)는 낱장으로 된 고정자 시트(미부호)를 방사상으로 적층하여 원통 모양으로 형성할 수도 있고, 도 2 및 도 3에서와 같이 낱장으로 된 고정자 시트를 두께방향으로 적층하여서 된 복수 개의 고정자 블록(미부호)을 방사상으로 적층하여 원통 모양으로 형성할 수도 있다.

고정자(131)는 축방향 중간에 권선코일(133)이 안착되어 '∩'자 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 고정자(131)는 중간에 권선코일홈(133a)이 형성되고, 권선코일홈(133a)의 양쪽에 앞서 설명한 공극(1341)(1342)이 각각 형성될 수 있다.

그리고 고정자(131)는 권선코일홈(133a)의 외주면을 이루는 외측 축방향 요크부(1311a), 외측 축방향 요크부(1311a)의 양단에 연결되며 권선코일홈(133a)의 축방향 양쪽 측면을 이루는 복수 개의 반경방향 요크부(이하, 제1 반경방향 요크부 및 제2 반경방향 요크부)(1311b)(1311c)로 이루어질 수 있다.

외측 축방향 요크부(1311a)는 축방향(가동자의 운동방향 또는 왕복방향)으로 길게 형성되어, 외측 축방향 요크부(1311a)의 축방향 길이(L11)가 반경방향(가동자의 운동방향에 대한 직교방향) 길이(L12)에 비해 길게 형성된다. 제1 반경방향 요크부(1311b)와 제2 반경방향 요크부(1311c)는 반경방향으로 길게 형성되어 각각 반경방향 길이(L13)가 축방향 길이(L14)에 비해 길게 형성될 수 있다.

그리고 외측 축방향 요크부(1311a)의 반경방향 길이(L11)는 제1 반경방향 요크부(1311b) 또는 제2 반경방향 요크부(1311c)의 축방향 길이(L13)와 대략 동일하게 형성되고, 제1 반경방향 요크부(1311b) 또는 제2 반경방향 요크부(1311c)의 축방향 길이(L13)는 권선코일홈(133a)의 축방향 길이(L15)보다는 작게 형성될 수 있다. 제1 반경방향 요크부(1311b)와 제2 반경방향 요크부(1311c)는 코일권선홈(133a)을 기준으로 대칭되게 형성될 수 있다.

한편, 제1 반경방향 요크부(1311b)와 제2 반경방향 요크부(1311c)의 각 내주측 단부에는 극성을 이루는 제1 폴부(1311d)와 제2 폴부(1311e)가 각각 연장되어 형성될 수 있다. 다시 말해, 제1 반경방향 요크부(1311b)에는 제1 폴부(1311d)가 연장되어 형성되고, 제2 반경방향 요크부(1311c)에는 제2 폴부(1311e)가 연장되어 형성될 수 있다.

제1 폴부(1311d)는 제1 반경방향 요크부(1311b)의 내주측 단부에서 자로중심(Cm)을 향해 축방향으로 연장되어 형성되고, 제2 폴부(1311e)는 제2 반경방향 요크부(1311c)의 내주측 단부에서 자로중심(Cm)을 향해 축방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 폴부(1311d)와 제2 폴부(1311e)는 서로를 향하는 방향으로 연장되어 근접되도록 형성되고, 제1 폴부(1311d)와 제2 폴부(1311e)의 사이는 고정자 공극(stator airgap)(1311f)을 이루도록 이격되어 형성된다.

고정자 공극(1311f)의 중심은 모터(또는 압축기)의 정지시 후술할 가동자 코어(1322)의 리세스부(1322d)의 중심을 반경방향으로 마주보도록 고정자(131)의 축방향 중심, 즉 자로중심(Cm)에 형성될 수 있다. 또, 고정자 공극(1311f)의 축방향 길이(L16)는 리세스부(1322d)의 축방향 길이(L24)보다 짧게 형성될 수 있다.

제1 폴부(1311d)는 그 제1 폴부(1311d)에서 가동자(132)를 향하는 방향으로 연장되는 제1 고정측 코어돌부(1311d1)가 형성되고, 제1 고정측 코어돌부(1311d1)의 축방향 일측에는 후술할 제1 마그네트가 결합될 수 있다.

제1 고정측 코어돌부(1311d1)의 축방향 길이는 제1 마그네트의 축방향보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 이에 따라, 마그네트의 사용량을 줄이면서도 복원력을 낮추 추력을 높일 수 있다. 하지만, 경우에 따라서는 제1 고정측 코어돌부(1311d1)의 축방향 길이는 제1 마그네트의 축방향보다 작게 형성될 수도 있다.

또, 제1 고정측 코어돌부(1311d1)는 제1 폴부(1311d)의 양단 중에서 고정자 중심(Cm)쪽으로 편심지게 형성되며, 제1 마그네트(1351)는 제1 고정자코어(1311d1)의 바깥쪽 측면에 지지되도록 결합될 수 있다.

또, 제1 고정측 코어돌부(1311d1)의 축방향 길이(L17)와 제1 마그네트(1351)의 축방향 길이(L18)를 합한 길이는 제2 고정측 코어돌부(1311e1)의 축방향 길이(L17')와 제2 마그네트의 축방향 길이(L18')를 합한 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 마그네트(1351)의 축방향 길이(L18)와 제2 마그네트(1352)의 축방향 길이(L18')는 동일하게 형성될 수 있다.

여기서, 제2 폴부(1311e)의 기본적인 구조는 고정자 중심(Cm)을 기준으로 하여 제1 폴부(1311d)와 대략 대칭되게 형성되므로, 제2 폴부(1311e)에 대하여는 제1 폴부(1311d)에 대한 설명으로 대신한다.

한편, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)는 환형으로 형성될 수도 있고, 원호 형상으로 형성될 수도 있다. 마그네트가 환형으로 형성되는 경우에는 고정자(131)의 내주면에 삽입하여 결합할 수 있고, 원호형으로 형성되는 경우에는 고정자(131)의 내주면에 부착하여 결합할 수 있다. 이에 따라, 마그네트(1351)(1352)가 고정자(131)의 내주면에 삽입되어 결합됨에 따라, 마그네트의 조립작업을 용이하게 할 수 있다. 나아가, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)를 동일한 방향으로 자화시킴에 따라 마그네트에 대한 착자작업을 용이하게 할 수 있다. 더 나아가, 제1 폴부(1311d)와 제2 폴부(1311e)가 일종의 마그네트 역할을 함에 따라, 출력 대비 마그네트(1351)(1352)의 축방향 길이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 마그네트의 사용량을 줄여 재료비용을 더욱 낮출 수 있다. 또, 가동자의 길이를 줄여 모터의 효율을 높일 수 있다.

또, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)가 고정자(131)에 결합한 후에 축방향으로 이탈하지 않도록 지지될 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같이, 축방향으로 각각의 고정측 코어돌부(1311d1)(1311e1)를 향하는 방향은 그 고정측 코어돌부(1311d1)(1311e1)의 양쪽 측면에 밀착되어 지지될 수 있다. 하지만, 도 5와 같이, 고정측 코어돌부(1311d1)(1311e1)의 양쪽 측면에 지지면부(1311d11)(1311e11)를 단차지게 형성하여, 그 지지면부(1311d11)(1311e11)에 각각의 마그네트의 일측면을 밀착시켜 고정할 수 있다. 이 경우에는 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)의 일부가 고정측 코어돌부(1311d1)(1311e1)의 양쪽 측면으로부터 이격될 수 있다.

또, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)의 반대쪽 측면은 고정자(131)에 결합된 각각의 고정부재(1315)에 의해 축방향으로 지지될 수 있다. 고정부재는 씨링(C-ring) 형상으로 형성되고, 고정자(131)의 양단 내주면에는 환형으로 된 고정홈(1315a)이 각각 형성되며, 각각의 고정부재(1315)가 각각의 고정홈(1315a)에 삽입되어 결합된다.

다시 도 4를 참조하면, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)는 동일한 방향으로 자화될 수 있다. 이에 따라, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)는 반경방향으로 서로 동일한 극성을 가지게 된다. 예를 들어, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)는 내주면에서 외주면 방향으로 자기력선이 형성될 수 있도록 제1 마그네트(1351)의 내주면과 제2 마그네트(1352)의 내주면은 N극으로, 외주면은 S극으로 자화될 수 있다. 이에 따라, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352) 주변에서의 가동자 코어(1322)에 대한 복원력을 제거하거나 최소화함으로써 가동자 코어(1322)에 대한 추력만 발생하도록 하거나 최대화할 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

또, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)는 축방향 길이(L18)(L18')가 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 가동자 코어(1322)가 자로중심(Cm)에서 동일한 거리만큼 왕복운동을 하게 된다.

하지만, 경우에 따라서는 제1 마그네트(1351)의 축방향 길이(L18)와 제2 마그네트(1352)의 축방향 길이(L18')는 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 리니어 모터가 한 개의 압축실을 갖는 리니어 압축기에 적용되는 경우에는 피스톤(142)이 압축실(P)의 압력에 의해 밀리는 것을 고려하여 압축실(P)에 근접한 제2 마그네트(1352)의 축방향 길이(L18')가 제1 마그네트(1351)의 축방향 길이(L18)보다 길게 형성될 수 있다. 또는, 제2 마그네트(1352)가 자로중심(Cm)을 기준으로 압축실쪽으로 더 근접하게 배치될 수도 있다. 이에 따라, 가동자 코어에 연결된 피스톤이 압축실쪽으로 더 큰 추력을 발생시킬 수 있다.

한편, 가동자 코어(1322)는 고정자(131)와 함께 자로를 형성하는 내측 축방향 요크부(1322a)와, 내측 축방향 요크부(1322a)의 양단에서 축방향으로 간격을 두고 고정자(131)를 향해 각각 연장되는 제1 가동측 코어돌부(1322b) 및 제2 가동측 코어돌부(1322c)로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 가동측 코어돌부(1322b)와 제2 가동측 코어돌부(1322c)의 사이에는 기설정된 깊이만큼 함몰된 리세스부(1322d)가 형성된다.

여기서, 가동자 코어(1322)는, 앞서 설명한 바와 같이, 영구자석을 의미하는 마그네트가 아니며, 전기강판과 같이 권선코일(133)에 의해 고정자(131)와 함께 자기회로를 이룰 수 있는 자성체이면 족하다.

내측 축방향 요크부(1322a)는 축방향으로 길게 형성된다. 이에 따라, 내측 축방향 요크부(1322a)의 축방향 길이(L21)는 고정자(131)의 외측 축방향 요크부(1311)의 축방향 길이(L11)보다는 작게 형성된다. 예를 들어, 내측 축방향 요크부(1322a)의 축방향 길이(L21)는 복수 개의 마그네트(1351)(1352)와 그 복수 개의 마그네트(1351)(1352)가 각각 마주보는 고정측 코어돌부(1311d1)(1311e1)와의 각 접점 사이의 길이(L17)보다 크게 형성될 수 있다.

또, 내측 축방향 요크부(1322a)의 반경방향 길이(두께)(L22)는 고정자(131)의 외측 축방향 요크부(1311)의 반경방향 길이(L12)와 대략 동일하게 형성된다. 여기서, 내측 축방향 요크부(1322a)의 축방향 길이(L21)는 가동자 코어(1322)의 축방향 전체 길이로 정의된다.

또, 제1 가동측 코어돌부(1322b)의 축방향 길이(L23)는 제1 고정측 코어돌부(1311d1)와 축방향 길이(L17)가 같거나 크게 형성되고, 제2 가동측 코어돌부(1322c)의 축방향 길이(L23')는 제2 고정측 코어돌부(1311e1)의 축방향 길이(L17')와 같거나 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 내측 리니어 모터가 정지된 상태에서는 양쪽 가동측 코어돌부(1322a)(1322b)의 중심이 각각의 접점과 반경방향으로 대략 일직선 상에 위치하도록 형성될 수 있다. 그러면 모터의 기동시 신속하게 왕복운동을 할 수 있다.

이렇게 하여, 가동자 코어(1322)는 고정자에 형성되는 자속의 방향에 따라 왕복운동을 하게 된다. 다만, 가동자 코어(1322)의 길이에 따라 유효 스트로크의 시작지점과 끝나는 지점이 변경되어 알파값 역시 변경된다. 예를 들어, 가동자 코어의 길이가 짧아질수록 유효스트로크의 범위가 좁아지는 반면 가동자 코어의 길이가 길어질수록 유효스트로크의 범위가 넓어지게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 따른 리니어 모터는, 고정자에 형성되는 자속의 방향에 따라 가동자가 왕복운동을 하게 된다. 도 6a 및 도 6b는 본 실시예에서 고정자에서의 자속의 방향에 따른 가동자의 동작을 구분하여 보인 개략도들이다.

도 6a는 자속이 반시계방향으로 형성되는 것으로, 이 경우 가동자 코어(1322)는 도면의 우측인 하사점 방향으로 이동을 하게 된다. 이때, 고정자(131)에 형성되는 자속은 외측 축방향 요크부(1311a)와 제1 반경방향 요크부(1311c) 그리고 제2 폴부(1311e)를 통해 제2 가동측 코어돌부(1322c)로 이동하게 되고, 이 제2 가동측 코어돌부(1322c)로 이동하는 자속은 내측 축방향 요크부(1322a)를 통해 제1 가동측 코어돌부(1322b)로 이동하며, 제1 가동측 코어돌부(1322b)에서 제1 마그네트(1351)를 통해 제1 폴부(1311d)로 이동하는 폐루프를 형성하면서 가동자 코어(1322)에 대한 추력을 높이게 된다. 이에 따라, 가동자 코어(1322)는 자로중심(Cm)으로 정의되는 고정자 중심에서 도면의 우측방향으로 멀어지는 하사점으로 이동하게 된다.

도 6b는 자속이 시계방향으로 형성되는 것으로, 이 경우 가동자 코어(1322)는 도면의 좌측인 상사점 방향으로 이동을 하게 된다. 이때, 고정자(131)에 형성되는 자속은 외측 축방향 요크부(1311a)와 제1 반경방향 요크부(1311b) 그리고 제1 폴부(1311d)를 통해 제1 가동측 코어돌부(1322b)로 이동하게 되고, 이 제1 가동측 코어돌부(1322b)로 이동하는 자속은 내측 축방향 요크부(1322a)를 통해 제2 가동측 코어돌부(1322c)로 이동하며, 제2 가동측 코어돌부(1322c)에서 제2 마그네트(1352)를 통해 제2 폴부(1311e)로 이동하는 폐루프를 형성하면서 가동자 코어(1322)에 대한 추력을 높이게 된다. 이에 따라, 가동자 코어(1322)는 자로중심(Cm)으로 정의되는 고정자 중심에서 도면의 좌측방향으로 멀어지는 상사점으로 이동하게 된다.

여기서, 도 6a 및 도 6b와 같이, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)는 각각 내주면에서 외주면 방향으로 자속이 형성된다. 그리고 제1 마그네트(1351)의 축방향 일측과 제2 마그네트(1352)의 축방향 일측에는 제1 폴부(1311d)에 연장되는 제1 고정자코어(1311d1)와 제2 폴부(1311e)에서 연장되는 제2 고정자코어(1311e1)가 형성될 뿐이다. 이에 따라, 고정자(131)의 제1 폴부(1311d)와 이를 마주보는 제1 마그네트(및 제1 가동측 코어돌부)(1351), 제2 폴부(1311e)와 이를 마주보는 제2 마그네트(및 제2 가동측 코어돌부)(1352)의 사이에는 각각 맴돌이 자속이 형성되지 않거나 약하게 형성된다. 그러면, 하사점으로 이동한 가동자 코어(1322) 또는 상사점으로 이동한 가동자 코어(1322)에 대한 복원력(centering force)이 약하게 발생되어, 가동자 코어는 앞서 설명한 바와 같이 하사점 또는 상사점까지 원활하게 이동할 수 있게 된다. 즉, 가동자 코어에 대한 복원력은 감소하는 반면 추력이 증가하게 되어 동일한 마그네트의 표면적 대비 모터출력이 향상될 수 있다. 이는 반대로 동일한 모터출력 대비 마그네트의 사용량을 줄일 수 있어 페라이트 마그네트를 사용할 경우 모터의 크기를 확대하지 않고도 원하는 정도의 모터출력을 얻을 수 있다. 또, Nd 마그네트를 사용할 경우 모터의 사용량을 줄여 재료 비용을 절감할 수 있다.

도 7은 본 실시예에 따른 리니어 모터의 복원력을 종래와 비교하여 보인 그래프이다. 종래의 리니어 모터는 앞서 설명한 1공극 리니어 모터를 예로 들어 비교한 것이다.

도 7을 참조하면, 상사점에서의 복원력은 종래에는 32N 정도가 된다. 하지만, 본 실시예는 14N 정도로 감소되는 것을 볼 수 있다. 그리고 하사점도 복원력은 종래에는 32N, 본 실시예는 14N 정도가 되는 것을 볼 수 있다. 이에 따라, 복원력은 종래 대비 본 실시예에서 대략 57% 정도 감소되는 것을 알 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 리니어 모터에서의 복원력은 추력과 반대가 되므로 복원력이 57% 감소되는 것은 추력이 57% 개선되는 것을 의미하게 된다. 그러면, 본 실시예의 경우 종래에 비해 추력이 크게 향상되면서 가동자 코어(또는 가동자)(1322)가 상사점 또는 하사점으로 원활하게 이동할 수 있게 되어 모터 효율이 크게 향상될 수 있다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)가 동일한 방향으로 자화됨에 따라, 맴돌이 자속이 형성되지 않거나 매우 낮게 형성되기 때문이다.

또, 본 실시예는 권선코일(133)을 중심으로 양쪽에 제1 폴부(1311d)와 제2 폴부(1311e)가 구비되고, 제1 폴부(1311d)와 제2 폴부(1311e)에는 서로 동일한 방향으로 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)가 배치되며, 제1 마그네트(1351)와 제2 마그네트(1352)의 축방향 측면에는 제1 고정자코어(1311d1)와 제2 고정자코어(1311e1)가 각각 형성된다. 이에 따라, 모터의 알파 파형이 자로중심을 기준으로 대칭적으로 형성되게 되어 유효 스트로크 구간이 길어지게 된다. 그러면 가동자 코어를 더욱 정확하게 제어할 수 있게 되어 모터 성능이 향상될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 실시예는 역기전력이 증가하게 되어 그만큼 모터 출력이 향상될 수 있다. 도 8은 본 실시예에 따른 리니어 모터의 역기전력을 종래와 비교하여 보인 그래프이다. 여기서도, 종래의 리니어 모터는 앞서 설명한 1공극 리니어 모터를 예로 들어 비교한 것이다.

도 8을 참조하면, 종래의 역기전력(Bemf)은 대략 36.5 정도가 된다. 하지만, 본 실시예의 역기전력은 대략 45.5 정도가 되어 종래 대비 대략 24% 정도 역기전력이 향상되는 것을 볼 수 있다. 이에 따라, 역기전력에 비례하는 모터출력이 향상될 수 있다.

한편, 이상에서는 리니어 모터를 예로 들어 설명하였다. 따라서, 리니어 압축기에 앞서 설명한 리니어 모터가 적용되게 되면 리니어 압축기에서도 리니어 모터에서 얻은 효과를 동일하게 기대할 수 있다. 따라서, 리니어 압축기에 대하여는 리니어 모터에 대한 설명을 준용한다.

Claims

왕복방향 양단에 각각 폴부를 갖는 고정자;
상기 고정자의 양단에 사이에 구비되는 권선코일;
상기 고정자와의 사이에 축방향으로 이격된 복수 개의 공극이 구비되도록 상기 고정자로부터 반경방향으로 이격되어 구비되며, 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하도록 가동자 코어를 가지는 가동자; 및
상기 복수 개의 공극에 각각 위치하도록 상기 고정자의 폴부에 각각 결합되는 복수 개의 마그네트;를 포함하고,
상기 고정자는, 상기 폴부에서 상기 가동자를 향하는 방향으로 연장되는 고정측 코어돌부가 형성되며, 상기 고정측 코어돌부의 축방향 일측에 상기 마그네트가 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 마그네트는 반경방향으로 서로 동일한 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제2항에 있어서,
상기 고정측 코어돌부의 축방향 길이는 상기 마그네트의 축방향보다 크거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 고정측 코어돌부는 상기 폴부의 양단중에서 고정자 중심쪽으로 편심지게 형성되며,
상기 복수 개의 마그네트는 각각 상기 고정측 코어돌부의 바깥쪽 측면에 지지되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
제4항에 있어서,
상기 고정자 중심을 기준으로 양쪽에 각각 위치하는 상기 고정측 코어돌부와 마그네트의 축방향 길이의 합은 서로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제5항에 있어서,
상기 복수 개의 마그네트는 축방향 길이가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제5항에 있어서,
상기 복수 개의 마그네는 축방향 길이가 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제1항에 있어서,
상기 가동자 코어의 축방향 길이는 상기 복수 개의 마그네트와 그 복수 개의 마그네트가 각각 마주보는 각 고정측 코어돌부와의 접점들 사이의 길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제8항에 있어서,
상기 가동자 코어는 상기 고정자와 함께 자로를 형성하는 내측 축방향 요크부와, 상기 내측 축방향 요크부에서 축방향으로 간격을 두고 구비되며 상기 고정자를 향해 연장되는 복수 개의 가동측 코어돌부로 이루어지고,
상기 복수 개의 가동측 코어돌부는 각각 상기 접점과 반경방향으로 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
제9항에 있어서,
상기 가동자 코어는 상기 고정측 코어돌부와 축방향 길이가 같거나 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
내부공간을 가지는 케이싱;
상기 케이싱의 내부공간에 배치되고, 가동자가 왕복운동을 하는 리니어 모터;
상기 리니어 모터의 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 제10항 중 어느 한 항의 리니어 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
제11항에 있어서,
상기 피스톤의 왕복방향 일측에는 그 피스톤을 왕복방향으로 탄력 지지하는 탄성부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.