WO2011115398A2 - 왕복동식 압축기 - Google Patents

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WO2011115398A2
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piston
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reciprocating
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조성만
박정식
박종찬
기성현
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엘지전자 주식회사
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/122—Cylinder block
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B39/12—Casings; Cylinders; Cylinder heads; Fluid connections
    • F04B39/127—Mounting of a cylinder block in a casing

Definitions

  • the present invention relates to a reciprocating compressor, and more particularly, to a reciprocating compressor that prevents shock transmission through a cylinder and blocks magnetic flux leakage.
  • a reciprocating compressor is a method in which a piston sucks and compresses a refrigerant while reciprocating in a straight line in a cylinder.
  • the reciprocating compressor may be classified into a connection type and a vibration type according to the piston driving method.
  • the connected reciprocating compressor is a method in which the piston is connected to the rotating shaft of the rotating motor by a connecting rod to compress the refrigerant while reciprocating in the cylinder.
  • the vibration-type reciprocating compressor is a method in which the piston is connected to the mover of the reciprocating motor to vibrate and compress the refrigerant by reciprocating in the cylinder.
  • the present invention relates to a vibration type reciprocating compressor, hereinafter referred to as a vibration type reciprocating compressor.
  • the reciprocating compressor repeats a series of processes of sucking, compressing and discharging the refrigerant while the piston and the cylinder move relative to each other along the direction of the magnet flux of the reciprocating motor.
  • the frame is made of a nonmagnetic material such as aluminum to prevent magnetic flux leakage and at the same time, the cylinder into which the inner stator is inserted is also formed integrally with the nonmagnetic frame to reduce iron loss.
  • the piston and the mover collide with the cylinder so that the cylinder may be crushed, and because the piston reciprocates with a small amount of magnetic flux,
  • the inner stator moves finely according to the reciprocating motion of the piston, which causes a problem that the fixing ring inserted into the cylinder to support the inner stator moves finely in conjunction with the movement of the inner stator.
  • Another object of the present invention is to provide a reciprocating compressor which can prevent the cylinder from being damaged by a fixing ring that supports the inner stator when the inner stator of the reciprocating motor is inserted into the cylinder.
  • the frame A reciprocating motor having a stator fixed to the frame and a mover reciprocating with respect to the stator; A piston coupled to the mover of the reciprocating motor to reciprocate; And a cylinder fixed to the frame, wherein the cylinder is inserted to reciprocate, wherein the frame includes a flange portion extending in a radial direction of the piston to support the stator in a direction of movement of the piston; It is formed in one side of the branch extending in the movement direction of the piston is inserted into the cylinder portion inserted into the outer circumferential surface of the cylinder, the end of the cylinder is to collide with the cylinder portion of the frame while the mover and the piston reciprocating
  • a reciprocating compressor in which an anti-collision portion is formed to prevent it.
  • the piston connecting portion is formed by inserting and engaging a cylinder in which the piston reciprocates the cylinder portion of the frame fixing the stator of the reciprocating motor, and forming an anti-collision portion so that the piston connecting portion collides with the cylinder. Even if overstroke is applied, the piston connection part can prevent the collision force from being transmitted to the frame having the cylinder part, thereby preventing the stacking state of the stator from being distorted, thereby preventing the efficiency of the motor from being deteriorated. Can increase.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a reciprocating compressor of the present invention
  • Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a cylinder and the cylinder portion in the reciprocating compressor according to Figure 1,
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view showing an enlarged collision avoidance in Figure 2
  • Figure 4 is a schematic diagram showing the transmission path of the impact when the piston connection part in the cylinder in Figure 2
  • FIG. 5 is a magnetic force line distribution around the reciprocating motor in the reciprocating compressor according to FIG.
  • Figure 6 is a longitudinal cross-sectional view showing another example of the fixed ring fixed structure in the reciprocating compressor according to Figure 1,
  • Figure 7 is a perspective view showing an example of a refrigerator to which the reciprocating compressor of the present invention is applied.
  • the reciprocating compressor includes a casing 100 in which a gas suction pipe SP and a gas discharge pipe DP communicate with each other, and a frame unit elastically supported inside the casing 100.
  • 200 and the reciprocating motor 300 which is supported by the frame unit 200 to be described later to reciprocate in a straight line, and the mover 33 of the reciprocating motor 300 will be described later.
  • the piston 420 is coupled to the compression unit 400 supported by the frame unit 200, the mover 330 of the reciprocating motor 300 and the piston 420 of the compression unit 400 in the movement direction It includes a plurality of resonance unit 500 to elastically support to induce a resonant movement.
  • the frame unit 200 is coupled to the first frame 210 and the first frame 210, the compression unit 400 is supported and supports the front side of the reciprocating motor 300, the reciprocating motor ( A second frame 220 supporting the rear side of the 300, and a third frame (not shown) coupled to the second frame 220 to support a plurality of second resonant springs 530 to be described later.
  • the first frame 210, the second frame 220, and the third frame 230 may all be formed of a nonmagnetic material such as aluminum to reduce iron loss.
  • first frame 210 extends in a radial direction with respect to the movement direction of the piston to form a frame portion 211 in the shape of an annular plate, the cylinder 410 to be described later is inserted in the center of the frame portion 211
  • the cylindrical cylinder portion 212 is formed integrally with the rear surface, that is, long in the reciprocating motor direction.
  • the frame part 211 has an outer diameter of the frame part 211 so as to support both the outer stator 310 and the inner stator 320 of the reciprocating motor 300 to be described later. It is preferably formed not less than at least smaller than the inner diameter of (310).
  • the first frame 210 may be formed of a nonmagnetic material such as aluminum to prevent magnetic loss.
  • the cylinder portion 212 may be integrally formed on the cylinder 410 to be described later by using an insert die casting method. However, the cylinder portion 212 may be assembled by screwing the cylinder 410 to the inner peripheral surface or forming a screw thread.
  • the cylinder portion 212 has a stepped surface or an inclined surface formed between the front inner circumferential surface and the rear inner circumferential surface such that the cylinder 410 coupled to the inner circumferential surface of the cylinder portion 212 may be supported in the piston direction. It may be desirable in terms of stability of the cylinder 410.
  • the reciprocating motor 300 is supported between the first frame 210 and the second frame 220 and the outer stator 310, the coil 311 is wound, and a predetermined interval inside the outer stator 310
  • the inner stator 320 coupled to the cylinder part 212 and the magnet 331 are provided to correspond to the coil 311 of the outer stator 310 so that the outer stator 310 and the inner stator are disposed. It consists of a mover 330 for reciprocating in a straight line along the magnetic flux direction between the (320).
  • the outer stator 310 and the inner stator 320 are formed by stacking a plurality of thin stator cores in a cylindrical shape by sheet or stacking a plurality of thin stator cores in a block shape to radially stack the stator blocks.
  • the compression unit 400 is coupled to the cylinder 410 integrally formed on the first frame 210 and the mover 330 of the reciprocating motor 300 to compress the space P of the cylinder 410.
  • Piston 420 to reciprocate in the) and the suction valve 430 is mounted to the front end of the piston 420 to control the suction of the refrigerant gas while opening and closing the suction passage 421 of the piston 420,
  • a discharge valve 440 mounted on the discharge side of the cylinder 410 to control the discharge of the compressed gas while opening and closing the compression space P of the cylinder 410, and a valve that elastically supports the discharge valve 440.
  • a discharge cover 460 fixed to the first frame 210 at the discharge side of the cylinder 410 to accommodate the spring 450 and the discharge valve 440 and the valve spring 450.
  • the cylinder 410 is formed in a cylindrical shape is inserted and coupled to the cylinder portion 212 of the first frame 210.
  • the cylinder 410 has a cast iron or at least a first frame 210, more precisely, a cylinder part in consideration of wear caused by the piston 420 as the inner circumferential surface forms a piston 420 made of cast iron and a bearing surface. It may be formed of a material higher than the hardness of 212).
  • the piston 420 is preferably formed of the same material as the material of the cylinder 410 or at least formed of a material having a similar hardness to reduce wear of the cylinder 410.
  • a suction passage 421 is formed in the piston 420 so that the refrigerant is sucked into the compression chamber P of the cylinder 410.
  • the resonator unit 500 includes a spring supporter 510 coupled to a connection between the mover 330 and the piston 420, and first resonant springs 520 supported at the front side of the spring supporter 510. And second resonant springs 530 supported on the rear side of the spring supporter 510.
  • reference numeral 422 denotes a piston connection part
  • 600 denotes an oil feeder
  • the reciprocating compressor according to the present invention as described above is operated as follows.
  • the gap between the outer stator 310 and the inner stator 320 lies in the gap.
  • the mover 330 is continuously reciprocated by the resonance unit 500 while moving in the direction of the magnetic flux.
  • the piston 420 moves backward in the cylinder 410, the refrigerant filled in the inner space of the casing 100 is sucked into the suction passage 421 of the piston 420 and the suction valve 430. And is sucked into the compression space P of the cylinder 410.
  • the piston 420 moves forward in the cylinder 410, the refrigerant gas sucked into the compression space P is compressed to repeat a series of processes of discharging while opening the discharge valve 440. do.
  • the magnetic flux generated in the reciprocating motor 300 is formed only between the outer stator 310 and the inner stator 320 of the reciprocating motor 300 can increase the efficiency of the motor, but the reciprocating compressor Due to its structural characteristics, the first frame 210, the second frame 220, the cylinder 410, and the like are positioned around the outer stator 310 and the inner stator 320. Therefore, in order to increase the efficiency of the reciprocating motor 300, the magnetic flux of the reciprocating motor 300 should be minimized to be leaked to the first frame 210, the second frame 220 and the cylinder 410. .
  • the first frame 210, the second frame 220 and the cylinder 410 may be formed of a non-magnetic aluminum material.
  • the parts of the cylinder 410 made of cast iron are in high sliding contact, and thus, the magnetic flux leakage may be reduced and the wear of the piston 420 may be prevented.
  • the cylinder 410 forming the bearing surface with the piston 420 is formed of a magnetic material or a material having high hardness to reduce wear of the piston 420 and at the same time contact with the inner stator.
  • the cylinder part 212 of the one frame 210 is formed of a nonmagnetic material, as shown in FIG. 5, the magnetic flux that leaks to the cylinder 410 is prevented to reduce iron loss of the motor to a minimum.
  • the rear end of the cylinder 410 having a relatively high hardness among the cylinder part 212 and the cylinder 410 is formed longer than the rear end of the cylinder part 212 so that the piston connection part ( 422 is prevented from directly impacting or impact the cylinder portion 212.
  • the collision preventing part 411 to prevent the mover 330 and the piston connecting portion 422 collide with the cylinder 410 Is formed.
  • the collision preventing part 411 has a rear end of the cylinder 410 longer than the rear end of the cylinder part 212 by the predetermined length L1 toward the piston connection part 422. That is, the anti-burst part 411 is longer than the rear end of the cylinder part 212 to prevent the piston connection part 422 from colliding with the cylinder part 212 when the piston 420 is overstroked. It is formed to protrude.
  • the outer circumferential surface of the anti-collision portion 411 protrudes to have a predetermined height so that the ring fixing portion 412 is formed so that the fixing ring 350 to be described later is coupled.
  • the ring fixing portion 412 is a fixed ring for the inner stator 320 is drawn by the piston 420 having a fine magnetic force during the reciprocating motion of the piston 420 to move in the front and rear direction (ie, the reciprocating direction of the piston) It is preferable that the inclined surface 413 is formed toward the rear side so that the 350 can block.
  • the lower end of the inclined surface 413 and the rear end surface of the cylinder portion 212 are spaced apart by a predetermined separation distance L2 so that the piston connecting portion 422 is connected to the end of the cylinder 410, that is, the ring fixing portion 412. Even if it collides, it is preferable that the shock absorbing portion S is formed so that the collision force is not transmitted to the cylinder portion 212 as shown in FIG. 4.
  • the piston connection part is formed by an anti-collision part to insert the cylinder in which the piston reciprocates and engage the cylinder part of the frame which fixes the stator of the reciprocating motor.
  • the connecting part may prevent the collision force from being transmitted to the frame having the cylinder part, thereby preventing the stacking state of the stator from being distorted, thereby preventing the efficiency of the motor from being lowered, thereby increasing the reliability and performance of the compressor.
  • a ring fixing part having a predetermined height is formed in the anti-collision part of the cylinder to fix the fixing ring.
  • the present embodiment is an anti-collision part of the cylinder 410 as shown in FIG.
  • the ring fixing groove 415 is formed without protruding the ring fixing portion.
  • the ring fixing groove 415 is formed to have an inclined surface as in the above-described embodiment can be more firmly fixed to the inner stator 320.
  • the reciprocating compressor according to the present invention when applied to a refrigerator, the efficiency of the refrigerator can be improved.
  • the main board 710 controls the overall operation of the refrigerator in the refrigerator 700.
  • the cylinder installed in the reciprocating compressor C and extending from the magnetic frame and the non-magnetic first frame as in the above-described embodiments. It can be formed in a double structure having.
  • the piston connecting part may prevent the collision with the cylinder part or the collision force to be transmitted to the frame, thereby increasing the reliability and performance of the compressor.
  • the reciprocating compressor of the present invention can be widely used in a refrigeration machine such as a refrigerator or an air conditioner.

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 왕복동모터의 고정자를 고정하는 프레임의 실린더부에 피스톤이 왕복운동을 하는 실린더를 삽입하여 결합하고 상기 실린더에 피스톤 연결부가 충돌하도록 충돌방지부를 형성함으로써, 상기 피스톤 연결부가 오버스트로크를 하더라도 그 피스톤 연결부가 상기 실린더부를 갖는 프레임에 충돌력이 전달되지 않도록 하여 상기 고정자의 적층상태가 틀어지는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 모터의 효율이 저하되는 것을 방지하여 압축기의 신뢰성과 성능을 높일 수 있다.

Description

왕복동식 압축기
본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 실린더를 통한 충격전달을 방지하는 동시에 자속누설을 차단하는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 방식이다. 상기 왕복동식 압축기는 피스톤의 구동방식에 따라 연결형과 진동형으로 구분할 수 있다.
상기 연결형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 회전모터의 회전축에 컨넥팅 로드로 연결되어 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다. 반면, 상기 진동형 왕복동식 압축기는 상기 피스톤이 왕복동모터의 가동자에 연결되어 진동하면서 실린더에서 왕복운동을 하여 냉매를 압축하는 방식이다. 본 발명은 진동형 왕복동식 압축기에 관한 것으로 이하에서는 진동형 왕복동식 압축기를 왕복동식 압축기라고 약칭한다.
상기 왕복동식 압축기는 상기 왕복동모터의 자속(magnet flux) 방향을 따라 상기 피스톤과 실린더가 상대 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입, 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.
상기와 같은 왕복동식 압축기에서는 프레임에 상기 왕복동모터의 외측고정자와 내측고정자가 고정됨에 따라 자속이 상기 프레임을 통해 상기 외측고정자와 내측고정자 사이를 흐르면서 자속누설을 야기시킬 수 있다. 따라서 종래에는 상기 프레임을 알루미늄과 같은 비자성물질로 제작하여 자속누설을 차단하는 동시에 상기 내측고정자가 삽입되는 실린더 역시 비자성체인 프레임과 일체로 형성하여 철손(iron loss)를 줄이는 기술이 알려져 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 왕복동식 압축기는, 상기 피스톤이 일정 범위 이상으로 왕복운동을 할 때 그 피스톤과 가동자가 결합된 부위가 상기 실린더의 후단면에 충돌하는 경우도 있다. 이 경우, 종래와 같이 프레임과 실린더를 일체로 형성하는 경우에는 상기 피스톤이 실린더에 부딪힐 때 발생되는 충격력이 실린더를 통해 프레임으로 전달되어 그 프레임에 결합된 외측고정자와 내측고정자의 적층상태를 훼손시킬 수 있고 이로 인해 압축기의 신뢰성과 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
또, 상기 실린더가 프레임과 같은 알루미늄 재질로 제작될 경우에는, 그 실린더에 상기 피스톤과 가동자가 부딪쳐 상기 실린더가 뭉개질 수 있을 뿐만 아니라, 상기 피스톤이 미량의 자속을 띠면서 왕복운동을 하기 때문에 상기 내측고정자가 피스톤의 왕복운동에 따라 미세하게 움직이게 되고 이로 인해 상기 내측고정자를 지지하기 위해 실린더에 삽입되는 고정링이 상기 내측고정자의 움직임에 연동되어 미세하게 움직이면서 상기 실린더를 마멸시키는 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은, 상기 피스톤과 가동자가 실린더에 부딪히더라도 그 충격력이 상기 외측고정자와 내측고정자로 전달되는 것을 방지하면서도 상기 왕복동모터의 철손을 줄일 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 왕복동모터의 내측고정자가 실린더에 삽입되는 경우 그 내측고정자를 지지하는 고정링에 의해 상기 실린더가 손상되는 것을 방지할 수 있는 왕복동식 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 프레임; 상기 프레임에 고정되는 고정자와, 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 가동자를 갖는 왕복동모터; 상기 왕복동모터의 가동자에 결합되어 왕복운동을 하는 피스톤; 및 상기 프레임에 고정되고, 상기 피스톤이 왕복운동을 하도록 삽입되는 실린더;를 포함하고, 상기 프레임은, 상기 피스톤의 반경방향으로 연장되어 상기 고정자를 피스톤의 운동방향으로 지지하는 플랜지부와, 상기 플랜지부의 일측면에서 상기 피스톤의 운동방향으로 연장 형성되어 상기 실린더의 외주면에 삽입되는 실린더부로 이루어지며, 상기 실린더의 끝단에는 상기 가동자와 피스톤이 왕복운동을 하면서 상기 프레임의 실린더부에 충돌하는 것을 방지하도록 충돌방지부가 형성되는 왕복동식 압축기가 제공된다.
본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 상기 왕복동모터의 고정자를 고정하는 프레임의 실린더부에 피스톤이 왕복운동을 하는 실린더를 삽입하여 결합하고 상기 실린더에 피스톤 연결부가 충돌하도록 충돌방지부를 형성함으로써 상기 피스톤 연결부가 오버스트로크를 하더라도 그 피스톤 연결부가 상기 실린더부를 갖는 프레임에 충돌력이 전달되지 않도록 하여 상기 고정자의 적층상태가 틀어지는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 모터의 효율이 저하되는 것을 방지하여 압축기의 신뢰성과 성능을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 왕복동식 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 실린더와 실린더부를 보인 종단면도,
도 3은 도 2에서 충돌방지부를 확대하여 보인 종단면도,
도 4는 도 2에에서 피스톤 연결부가 실린더에 충돌하는 경우 충격의 전달경로를 보인 개략도,
도 5는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 왕복동모터 주변의 자기력선 분포도,
도 6은 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 고정링 고정구조에 대한 다른 예를 보인 종단면도,
도 7은 본 발명의 왕복동식 압축기를 적용한 냉장고의 일례를 보인 사시도.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 냉동기기를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)이 연통되는 케이싱(100)과, 상기 케이싱(100)의 내부에 탄력 지지되는 프레임유닛(200)과, 상기 프레임유닛(200)에 지지되어 후술할 가동자(330)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동모터(300)와, 상기 왕복동모터(300)의 가동자(33)에 후술할 피스톤(420)이 결합되어 상기 프레임유닛(200)으로 지지되는 압축유닛(400)과, 상기 왕복동모터(300)의 가동자(330)와 상기 압축유닛(400)의 피스톤(420)을 운동방향으로 탄력 지지하여 공진운동을 유도하는 복수 개의 공진유닛(500)을 포함한다.
상기 프레임유닛(200)은 상기 압축유닛(400)이 지지되고 상기 왕복동모터(300)의 전방측을 지지하는 제1 프레임(210)과, 상기 제1 프레임(210)에 결합되어 상기 왕복동모터(300)의 후방측을 지지하는 제2 프레임(220)과, 상기 제2 프레임(220)에 결합되어 후술할 복수 개의 제2 공진스프링들(530)을 지지하는 제3 프레임(미도시)으로 이루어진다. 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 제3 프레임(230)은 모두 철손을 줄일 수 있도록 알루미늄과 같은 비자성체로 형성될 수 있다.
그리고 상기 제1 프레임(210)은 피스톤의 운동방향에 대해 반경방향으로 연장되어 환형 판체 모양으로 프레임부(211)가 형성되고, 상기 프레임부(211)의 중앙에는 후술할 실린더(410)가 삽입되도록 원통모양의 실린더부(212)가 후방면, 즉 왕복동모터 방향으로 길게 일체로 형성된다. 상기 프레임부(211)는 후술할 왕복동모터(300)의 외측고정자(310)와 내측고정자(320)를 모두 지지할 수 있도록 상기 프레임부(211)의 외경이 상기 왕복동모터(300)의 외측고정자(310)의 내경 보다는 적어도 작지 않게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제1 프레임(210)은 상기 실린더부(212)의 외주면에 상기 내측고정자(320)가 삽입되어 고정되므로 자력손실을 방지할 수 있도록 알루미늄과 같은 비자성체로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 실린더부(212)는 후술할 실린더(410)에 인서트 다이캐스팅 공법을 이용하여 일체로 형성될 수 있다. 하지만, 상기 실린더부(212)는 그 내주면에 상기 실린더(410)를 압입하거나 또는 나사산을 형성하여 나사 조립할 수도 있다. 그리고 상기 실린더부(212)는 그 전방측 내주면과 후방측 내주면 사이에 단차면 또는 경사면이 형성되어 상기 실린더부(212)의 내주면에 결합되는 상기 실린더(410)가 피스톤 방향으로 지지될 수 있도록 하는 것이 상기 실린더(410)의 안정성 측면에서 바람직할 수 있다.
상기 왕복동모터(300)는 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 사이에 지지되고 코일(311)이 권선되는 외측고정자(310)와, 상기 외측고정자(310)의 안쪽에 일정 간격을 두고 결합되어 상기 실린더부(212)에 삽입되는 내측고정자(320)와, 상기 외측고정자(310)의 코일(311)에 대응되도록 자석(331)이 구비되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에서 자속 방향을 따라 직선으로 왕복운동을 하는 가동자(330)로 이루어진다. 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 낱장씩 원통형으로 적층하거나 또는 다수 장의 얇은 스테이터코어를 블록모양으로 적층하여 그 스테이터블록을 방사상으로 적층하여 이루어진다.
상기 압축유닛(400)은 상기 제1 프레임(210)에 일체로 형성되는 실린더(410)와, 상기 왕복동모터(300)의 가동자(330)에 결합되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)에서 왕복운동을 하는 피스톤(420)과, 상기 피스톤(420)의 선단에 장착되어 그 피스톤(420)의 흡입유로(421)를 개폐하면서 냉매가스의 흡입을 조절하는 흡입밸브(430)와, 상기 실린더(410)의 토출측에 장착되어 상기 실린더(410)의 압축공간(P)을 개폐하면서 압축가스의 토출을 조절하는 토출밸브(440)와, 상기 토출밸브(440)를 탄력적으로 지지하는 밸브스프링(450)과, 상기 토출밸브(440)와 밸브스프링(450)을 수용하도록 상기 실린더(410)의 토출측에서 상기 제1 프레임(210)에 고정되는 토출커버(460)로 이루어진다.
상기 실린더(410)는 원통모양으로 형성되어 상기 제1 프레임(210)의 실린더부(212)에 삽입 결합된다.
상기 실린더(410)는 그 내주면이 주철로 된 피스톤(420)과 베어링면을 형성함에 따라 상기 피스톤(420)에 의한 마모를 고려하여 주철이나 적어도 제1 프레임(210), 보다 정확하게는 실린더부(212)의 경도보다 높은 재질로 형성될 수 있다.
상기 피스톤(420)은 상기 실린더(410)의 재질과 동일한 재질로 형성되거나 적어도 경도가 비슷한 재질로 형성되는 것이 상기 실린더(410)와의 마모를 줄일 수 있어 바람직하다. 그리고 상기 피스톤(420)의 내부에는 냉매가 상기 실린더(410)의 압축실(P)로 흡입되도록 흡입유로(421)가 관통 형성된다.
상기 공진유닛(500)은 상기 가동자(330)와 피스톤(420)의 연결부에 결합되는 스프링서포터(510)와, 상기 스프링서포터(510)의 전방측에 지지되는 제1 공진스프링들(520)과, 상기 스프링서포터(510)의 후방측에 지지되는 제2 공진스프링들(530)로 이루어진다.
도면중 미설명 부호인 422는 피스톤 연결부, 600은 오일피더이다.
상기와 같은 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작된다.
즉, 상기 왕복동모터(300)에 전원이 인가되어 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)의 사이에 자속이 형성되면, 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이의 공극에 놓인 상기 가동자(330)가 자속의 방향을 따라 움직이면서 상기 공진유닛(500)에 의해 지속적으로 왕복운동을 하게 된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 상기 실린더(410)의 내부에서 후진운동을 할 때 상기 케이싱(100)의 내부공간에 채워져 있던 냉매가 상기 피스톤(420)의 흡입유로(421)와 상기 흡입밸브(430)를 통과하여 상기 실린더(410)의 압축공간(P)으로 흡입된다. 그리고 상기 피스톤(420)이 실린더(410)의 내부에서 전진운동을 할 때 상기 압축공간(P)으로 흡입된 냉매가스가 압축되어 상기 토출밸브(440)를 열면서 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.
이때, 상기 왕복동모터(300)에서 발생되는 자속은 상기 왕복동모터(300)의 외측고정자(310)와 내측고정자(320) 사이에서만 형성되는 것이 모터의 효율을 가장 높일 수 있으나, 상기 왕복동식 압축기는 그 구조적인 특성상 상기 외측고정자(310)와 내측고정자(320)의 주변에 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 실린더(410) 등이 위치하게 된다. 따라서 상기 왕복동모터(300)의 효율을 높이기 위해서는 그 왕복동모터(300)의 자속이 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 실린더(410)로 누설되는 것을 최소화할 수 있도록 하여야 한다.
이를 위해, 상기 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220) 그리고 실린더(410)를 모두 비자성체인 알루미늄 재질로 형성할 수 있다. 하지만, 상기 실린더(410)의 경우 주철로 된 피스톤(420)과 미끄럼 접촉되어 마모될 위험이 많은 부위이므로 자속누설을 줄이는 것은 물론 상기 피스톤(420)과의 마모도 미연에 방지할 수 있어야 한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 피스톤(420)과 베어링면을 이루는 실린더(410)는 자성체이나 경도가 높은 재질로 형성하여 상기 피스톤(420)과의 마모를 줄일 수 있도록 하는 동시에 상기 내측고정자와 접촉되는 제1 프레임(210)의 실린더부(212)는 비자성체로 형성함에 따라 도 5에서와 같이 상기 실린더(410)로 누설되는 자속을 방지하여 모터의 철손을 최소한으로 줄이도록 하였다.
하지만, 이 경우 상기 제1 프레임(210)의 실린더부(212)와 상기 실린더(410)의 후방단이 동일하거나 또는 상기 실린더부(212)의 후방단이 상기 실린더(410)의 후방단과 밀착되면 상기 피스톤(420)이 가동자(330)와 연결되는 부위(이하, 피스톤 연결부로 약칭함)(422)가 상기 실린더(410)에 충돌할 때 그 충격이 상기 제1 프레임(210)의 실린더부(212)를 거쳐 상기 제1 프레임(210)의 플랜지부(211)로 전달되면서 상기 외측고정자(310) 또는 내측고정자(320)의 적층구조를 균열시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서 본 발명에서는 상기 실린더부(212)와 실린더(410) 중에서 상대적으로 높은 경도를 갖는 실린더(410)의 후방단이 상기 실린더부(212)의 후방단 보다 길게 형성함으로써 상기 피스톤 연결부(422)가 상기 실린더부(212)와 직접 충돌하거나 충격이 전달되는 것을 방지하도록 하였다.
이를 상세히 살펴보면, 도 2 및 도 3에서와 같이 상기 실린더(410)의 후방측에는 상기 가동자(330)와 피스톤 연결부(422)가 상기 실린더(410)와 충돌하는 것을 방지하도록 하는 충돌방지부(411)가 형성된다.
상기 충돌방지부(411)는 전술한 바와 같이 상기 실린더(410)의 후방단이 상기 실린더부(212)의 후방단 보다 상기 피스톤 연결부(422) 쪽으로 소정의 길이(L1)만큼 더 길게 형성된다. 즉, 상기 중돌방지부(411)는 상기 피스톤(420)이 오버스트로크 될 때 그 피스톤 연결부(422)가 상기 실린더부(212)와 충돌하는 것을 방지하도록 그 실린더부(212)의 후방단 보다 길게 돌출되도록 형성된다.
그리고 상기 충돌방지부(411)의 외주면에는 소정의 높이를 가지도록 돌출되어 후술할 고정링(350)이 결합되도록 링고정부(412)가 형성된다. 상기 링고정부(412)는 상기 내측고정자(320)가 피스톤(420)의 왕복운동시 미세한 자력을 갖는 피스톤(420)에 끌려 전후방향(즉, 피스톤의 왕복방향)으로 움직이려는 힘을 상기 고정링(350)이 저지할 수 있도록 후방측으로 갈수록 높게 경사면(413)이 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 경사면(413)의 최하단과 상기 실린더부(212)의 후단면은 소정의 이격거리(L2)만큼 이격되어 상기 실린더(410)의 끝단, 즉 링고정부(412)에 피스톤 연결부(422)가 충돌하더라도 도 4에서와 같이 그 충돌력이 상기 실린더부(212)에 전달되지 않도록 완충부(S)가 형성되는 것이 바람직하다.
이렇게, 상기 왕복동모터의 고정자를 고정하는 프레임의 실린더부에 피스톤이 왕복운동을 하는 실린더를 삽입하여 결합하고 상기 실린더에 피스톤 연결부가 충돌하도록 충돌방지부를 형성함으로써 상기 피스톤 연결부가 오버스트로크를 하더라도 그 피스톤 연결부가 상기 실린더부를 갖는 프레임에 충돌력이 전달되지 않도록 하여 상기 고정자의 적층상태가 틀어지는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 모터의 효율이 저하되는 것을 방지하여 압축기의 신뢰성과 성능을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 실린더의 링고정부에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.
즉, 전술한 실시예에서는 상기 고정링을 고정하기 위하여 상기 실린더의 충돌방지부에 소정 높이의 링고정부를 형성하는 것이나, 본 실시예는 도 6에서와 같이 상기 실린더(410)의 충돌방지부(411)에 링고정부를 돌출 형성하지 않고 링고정홈(415)을 형성하는 것이다. 이 경우 상기 링고정홈(415)은 전술한 실시예와 같이 경사면을 가지도록 형성하는 것이 내측고정자(320)를 더욱 견고하게 고정할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기가 냉동기기에 적용되는 경우에 그 냉동기기의 효율을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 도 7에서와 같이 압축기, 응축기, 팽창기 그리고 증발기를 포함한 냉매압축식 냉동사이클을 갖는 냉동기기(700)에서 그 냉동기기(700)의 내부에는 냉동기기의 운전 전반을 제어하는 메인기판(710)에 상기 왕복동식 압축기(C)를 연결하고, 그 왕복동식 압축기(C)의 내부에 설치되는 실린더를 전술한 실시예들과 같이 상기 자성체인 실린더와 비자성체인 제1 프레임에서 연장된 실린더부를 갖는 이중구조로 형성할 수 있다. 그리고 상기 실린더의 후방단에 충돌방지부를 형성하여 상기 피스톤 연결부가 상기 실린더부와 충돌하거나 충돌력이 프레임으로 전달되는 것을 방지하여 압축기의 신뢰성과 성능을 높일 수 있다.
이렇게 하여, 상기 압축기에서 실린더와 피스톤 사이의 마모를 방지하여 압축기의 신뢰성을 높이면서도 상기 왕복동모터에서 실린더로 자력이 누설되는 것을 방지하여 압축기의 효율을 향상킬 수 있고 이를 통해 상기 왕복동식 압축기를 적용한 냉동기기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 왕복동식 압축기는 냉장고 또는 에어콘과 같은 냉동기계에 폭넓게 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 프레임;
    상기 프레임에 고정되는 고정자와, 상기 고정자에 대해 왕복운동을 하는 가동자를 갖는 왕복동모터;
    상기 왕복동모터의 가동자에 결합되어 왕복운동을 하는 피스톤; 및
    상기 프레임에 고정되고, 상기 피스톤이 왕복운동을 하도록 삽입되는 실린더;를 포함하고, 상기 프레임은,
    상기 피스톤의 반경방향으로 연장되어 상기 고정자를 피스톤의 운동방향으로 지지하는 플랜지부와, 상기 플랜지부의 일측면에서 상기 피스톤의 운동방향으로 연장 형성되어 상기 실린더의 외주면에 삽입되는 실린더부로 이루어지며,
    상기 실린더의 끝단에는 상기 가동자와 피스톤이 왕복운동을 하면서 상기 프레임의 실린더부에 충돌하는 것을 방지하도록 충돌방지부가 형성되는 왕복동식 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충돌방지부는 상기 실린더부의 끝단보다 상기 피스톤이 가동자에 결합된 방향으로 더 길게 형성되어 이루어지는 왕복동식 압축기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충돌방지부의 외주면에는 상기 실린더부의 내경보다 큰 외경을 갖는 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부에 상기 고정자를 피스톤의 운동방향으로 지지하도록 지지부재가 결합되는 왕복동식 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출부의 측면과 상기 실린더부의 끝단면 사이에는 소정길이만큼 이격거리가 형성되는 왕복동식 압축기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 충돌방지부의 외주면에는 상기 고정자를 피스톤의 운동방향으로 지지하는 지지부재가 고정되도록 고정홈이 형성되는 왕복동식 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 프레임의 실린더부에 피스톤의 운동방향으로 삽입되어 결합되고, 상기 실린더부는 상기 프레임에 일체로 형성되는 왕복동식 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 프레임에 비해 강도가 큰 재질로 형성되는 왕복동식 압축기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프레임은 비자성체로 형성되는 왕복동식 압축기.
  9. 제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 고정자는 외측고정자와 내측고정자가 반경방향으로 소정의 간격을 두고 구비되며, 상기 외측고정자와 내측고정자의 사이에는 상기 가동자가 왕복운동을 하도록 구비되고,
    상기 프레임의 실린더부에는 상기 내측고정자가 삽입되어 고정되는 왕복동식 압축기.
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