WO2016175375A1 - 병렬 인버터 회로를 적용한 전자기식 공기 압축기 - Google Patents

병렬 인버터 회로를 적용한 전자기식 공기 압축기 Download PDF

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WO2016175375A1
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임주생
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임주생
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    • 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
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    • F04B49/06—Control using electricity

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic air compressor that compresses air to generate high-pressure compressed air.
  • an electromagnetic coil is arranged in parallel, and then inverter circuits are connected in parallel to deliver electric power for driving them. .
  • a compressor is divided into a refrigerant compressor that compresses a predetermined refrigerant to form high temperature and high pressure, and an air compressor that compresses air in the atmosphere to form compressed air.
  • the air compressor is configured as a compressor main body of a system that stores the generated compressed air at a high pneumatic pressure and supplies it to the corresponding actuator as needed.
  • the system stores the compressed compressor body and the generated compressed air. It is configured to include air tanks and is used in various fields such as factories and vehicles that use air systems.
  • air compressors come in a variety of varieties, typically rotary and piston types.
  • the rotary type air compressor is configured to transport air by rotating the rotor without a valve for intake and delivery of air, and is suitable for use when low flow and high pressure lift is required, and the structure is simple. Easy to handle
  • the piston-type air compressor is configured to suck and discharge air by the reciprocating motion of the piston, and generates compressed air in the order of suction, compression, and exhaust, and is relatively superior to other air compressors.
  • the conventional rotary type and piston type air compressors use oil to prevent mechanical friction and improve airtight performance. There is a problem in that compressed air discharged by the oil is mixed with oil dust to reduce air cleanliness.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by periodically changing the polarity of the center rod electromagnetically to generate compressed air by alternately repeatedly forming the attraction and repulsive force acting between the piston and the center rod, It is an object of the present invention to provide an electromagnetic air compressor which improves the efficiency of an electromagnet by changing the electromagnet shape and arranging it in parallel and utilizing a parallel inverter circuit.
  • the present invention includes a hollow first cylinder 11 and a second cylinder 12 arranged side by side in the axial direction; A first piston (13) and a second piston (14) having magnets (15, 16) of different polarities and installed in a linearly movable manner in contact with the cylinders (11, 12), respectively; A first center body (21) and a second center body (22) which are hermetically inserted to face each other between the first and second cylinders (11, 12); It is inserted coaxially between the first and second center body (21, 22), when the power is supplied to form a magnetic force between the magnet (15, 16), between the magnet (15, 16) Electromagnet portion 32 is located; including, the electromagnet portion is made of a center bush 35 and the conductive wire 34 wound around the center bush, the center bush 35, one end is bent in the c-shape In a state configured in parallel with each other in parallel with each other, the electromagnetic air compressor is characterized in that the piston reciprocates along the inner wall of the cylinder to generate compressed air by
  • Inverter circuit portion for parallel control of the current flowing in the conducting wire of the center bush arranged in parallel is further provided.
  • the electromagnetic air compressor according to the present invention has the following advantages.
  • the present invention while generating the air pressure from low pressure to high pressure through the efficient use of the attraction force and repulsive force formed between the piston and the center rod, can produce a high-pressure air over multiple stages, the electromagnet arranged in parallel and parallel inverter circuit By increasing the efficiency of the electromagnet, it is possible to increase the energy conversion efficiency compared to the conventional through the miniaturization and optimization of the air system thereby.
  • the present invention improves air cleanliness by not using a lubricant used to prevent mechanical friction in a conventional air compressor, and thus does not require a separate filtering system.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electromagnetic air compressor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the II-II portion of FIG.
  • FIG. 3 and 4 are views showing the operating state of the electromagnetic air compressor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a partial configuration showing only the electromagnet and the permanent magnet of the electromagnetic air compressor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an enlarged view of a center bush that is part of an electromagnet of a compressor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a system including an electromagnetic air compressor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing the principle of the coil gun applicable to the electromagnetic air compressor according to the embodiment of the present invention
  • Electromagnetic air compressor is a piston-type reciprocating air compressor, by using an inverter to achieve a change in the polarity of the electromagnet through the change of the current circuit and to use the attraction and repulsion generated by the difference in polarity with the permanent magnet It generates high load power and compresses air with this power source to generate high pressure compressed air, and is configured to generate compressed air of various pressures from low pressure to high pressure.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electromagnetic air compressor according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view of the II-II portion of FIG.
  • the electromagnetic air compressor 10 comprises a hollow first cylinder 11 and the second cylinder 12; A first piston 13 and a second piston 14 which are internally inscribed into the first and second cylinders 11 and 12 so as to be linearly inserted and installed therein; A first center body 21 and a second center body 22 which are installed to be airtightly facing each other between the first and second cylinders 11 and 12; An electromagnet portion 32 which is coaxially hermetically inserted between the first and second center bodies 21 and 22; And a first side cover 41 and a second side cover 42 hermetically installed at outer ends of the first and second cylinders 11 and 12.
  • the first and second cylinders 11 and 12 are formed in a cylindrical shape using a nonmagnetic material such as aluminum, and are arranged side by side with the center bodies 21 and 22 therebetween in the axial direction as shown in FIG. 5. do.
  • the first and second pistons 13 and 14 include magnets 15 and 16 formed of permanent magnets having different polarities, and piston snap rings 17 and 18 to prevent the magnets 15 and 16 from being separated. This is installed.
  • piston o-rings 19 and 20 are installed on the outer circumferential surfaces of the pistons 13 and 14.
  • the piston o-rings 19, 20 increase the airtight performance between the pistons 13, 14 and the cylinders 11, 12.
  • the electromagnet part 32 is composed of a cylindrical core 33 made of a ferromagnetic material and a conductive wire 34 wound around the core 33. A magnetic field is formed when a current flows in the conductive wire 34 wound in a cylindrical shape. As a result, the core 33 is magnetized to act as a magnet.
  • the electromagnet part 32 is supported between the first and second center bodies 21 and 22, which are hermetically sandwiched between the first and second cylinders 11 and 12, and is supported in a built-in form to support the first and second cylinders. It is configured to be fixed between (11, 12), and the attraction force and repulsive force is formed between the magnets (15, 16) of the piston (13, 14) as the current flows through the conductive wire (34), the core 33 is magnetized Done.
  • the electromagnet part 32 is connected to and installed with an inverter 52 which transmits and supplies DC power supplied from the DC power source 51 to AC power.
  • the electromagnet portion 32 periodically changes the polarity of the core 33 due to the alternating current power supplied to the conductive wire through the inverter 52 and attracts the magnets between the magnets 15 and 16 of the pistons 13 and 14. And the repulsive force is alternately formed, so that the first and second pistons 13 and 14 reciprocate along the inner walls of the cylinders 11 and 12 as shown in FIGS. 3 and 4. Compressed air is generated by compressing the internal air.
  • the inverter 52 serves to periodically change the polarity of the core 33 of the electromagnet portion 32 as a result.
  • the compressed air generated in the cylinders 11 and 12 is stored in the air tank 56 via the air separator 54 and the air filter 55 as shown in FIG. 7, and is supplied to the actuator as necessary.
  • the actuator operates the machine by performing mechanical work using the supplied compressed air.
  • the inverter 52 is controlled by the controller 53 connected to change the frequency of the alternating power output, and by controlling the polarity change period of the core 33 to vary the air pressure from low to high pressure It allows the creation of compressed air having
  • the electromagnet portion 32 includes a center bush 35 disposed between the conductive wire 34 and the core 33 to insulate the conductive wire 34 from the core 33.
  • the center bush 35 of the present invention has a c-shape in which one end is bent inward, and the center bushes are adjacent to each other in parallel.
  • the center bush is a U-shaped, it is provided with a portion bent upward from the bottom end.
  • the conductive wire 34 is wound inside the center bush to form an electromagnet.
  • the center bush is formed in two parallel to increase the efficiency of the electromagnet.
  • the first and second pistons 13 and 14 are integrally connected by a center rod 38 that penetrates the core 33 of the electromagnet portion 32 in the axial direction. It is composed.
  • Both ends of the center rod 38 are press-fitted to the upper ends of the first and second pistons 13 and 14 so as to integrally connect the first and second pistons 13 and 14, and the first and second pistons.
  • Support (13,14) for stable linear movement.
  • the first and second center bodies 21 and 22 have inlets 23 and 25 and outlets 24 for inlet and outlet air of the first and second cylinders 11 and 12, respectively. , 26 are formed.
  • the inlets 23 and 25 and the outlets 24 and 26 are provided with check valves 27 and 28 capable of fluid flow in only one direction (for convenience of illustration, the check valves are not shown in the outlets 24 and 26).
  • the check valves are not shown in the outlets 24 and 26.
  • the air discharged from the outlets 24 and 26 is re-supplied to the pressure-compression space through the air passages P1 and P2, where it is subjected to a process of being compressed again to high pressure.
  • the air compressed at high pressure in the pressure-increasing compression space is discharged to the outside through the discharge port (50).
  • the first and second center bodies 21 and 22 are formed to have stepped ends so as to be inserted into respective cylinders, and have a structure in which a central portion thereof is axially drilled.
  • the first and second center bodies 21 and 22 are formed in a shape in which a stepped portion is hermetically inserted into one end of each cylinder 11 and 12 and the other end faces face each other, and coaxially with the center portion thereof.
  • the opposite ends of the first and second cylinders 11 and 12 are sealed together with the electromagnet portion 32 and the center rod 38 penetrating the electromagnet portion 32.
  • a center body o-ring for increasing the airtight performance ( 31) and the electromagnet portion O-ring 37 is mounted.
  • the other ends of the cylinders 11 and 12 that is, the outer ends of the first and second cylinders 11 and 12 arranged in a line, are sealed by the first and second side covers 41 and 42.
  • One end of the first and second side covers 41 and 42 is hermetically inserted into the other end of each cylinder 11 and 12, and is coupled by a fastening member 39 such as a long bolt.
  • the fastening member 39 penetrates the center bodies 21 and 22 from the outside of the cylinders 11 and 12 to couple the first and second side covers 41 and 42, and thereby the first and second sides.
  • the center bodies 21 and 22 assembled between the cylinders 11 and 12 are supported and fixed.
  • first and second side covers 41 and 42 are provided with damper members 43 to 46 for mitigating impact when the pistons 13 and 14 collide.
  • damper members 43 to 46 rubber dampers 43 and 44 made of urethane and magnetic dampers 45 and 46 made of permanent magnets are used, and the magnetic dampers 45 and 46 are formed of pistons 13 and 14. It has the same polarity as the magnets 15 and 16.
  • the magnetic dampers 45 and 46 are inserted into one end of the side covers 41 and 42, and the cover snap rings 47 and 46 are inserted into the side covers 41 and 42 to prevent the magnetic dampers 45 and 46 from being separated. 48) are assembled.
  • the side covers 41 and 42 have an inner space (particularly, a space between the side cover and the piston) of the cylinders 11 and 12 through the side covers 41 and 42 when the pistons 13 and 14 are linearly moved.
  • An air filter is installed for filtration of incoming and outgoing air.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing the principle of a coil gun applicable to an electromagnetic air compressor according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic force is inversely proportional to the square of the distance due to the characteristics of the electromagnetic compressor using the relation between the electromagnet and the permanent magnet. Design is necessary.
  • the method of arranging the electromagnets in parallel by applying the principle of the coil gun is considered, and the electromagnet of the air compressor according to the present invention may be arranged in parallel by applying the principle of the coil gun shown in FIG. 8.
  • the coil diameter of the electromagnet 3mm, 5mm, 5x7mm
  • the outer diameter of the electromagnet 100mm, 150mm, 200mm
  • the cylinder size 30mm, 50mm, 70mm

Abstract

본 발명은, 축선방향으로 나란하게 배치되는 중공형의 제1실린더(11)와 제2실린더(12); 서로 다른 극성의 마그넷(15,16)을 가지며, 상기 실린더(11,12)에 각각 내접하여 선형이동가능하게 설치되는 제1피스톤(13)과 제2피스톤(14); 상기 제1 및 제2실린더(11,12) 사이에 마주 접하여 기밀하게 삽입되는 제1센터바디(21)와 제2센터바디(22); 상기 제1 및 제2센터바디(21,22) 사이에 동축으로 삽입되고, 전력이 공급되면 상기 마그넷(15,16)과의 사이에 자기력을 형성하며, 상기 마그넷(15,16)의 사이에 위치하는 전자석부(32);를 포함하며, 상기 전자석부는 센터부쉬(35)와 센터부쉬에 감긴 도선(34)으로 이루어지고, 상기 센터부쉬(35)는, 일측단이 내측으로 절곡된 ㄷ자 형상이 서로 이웃하게 병렬로 구성된 상태로, 상기 마그넷과 전자석부 사이의 자기력에 의해 피스톤이 실린더의 내벽을 따라 왕복 운동하여 압축공기를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자기식 공기 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 피스톤과 센터로드 사이에 형성되는 인력 및 척력의 효율적인 이용을 통하여 저압부터 고압까지 공기압력을 생성하되, 다단에 걸쳐서 고압의 공기를 생산할 수 있으며, 전자석을 병렬로 배치하고 병렬 인버터 회로부를 활용함으로써 전자석의 효율성을 높이고, 이에 의한 에어 시스템의 소형화 및 최적화를 통해 종래 대비 에너지 변환 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

병렬 인버터 회로를 적용한 전자기식 공기 압축기
본 발명은 공기를 압축하여 고압의 압축공기를 생성하는 전자기식 공기 압축기에 관한 것이며, 구체적으로는 전자석 코일부를 병렬로 배치한 후 이들을 구동하는 전력을 전달하기 위해 인버터회로를 병렬로 연결한 것이다.
일반적으로 압축기는 소정의 냉매를 압축하여 고온 및 고압의 상태를 형성하는 냉매 압축기와, 대기중의 공기를 압축하여 압축공기를 형성하는 공기 압축기로 대분된다.
이 중 공기 압축기는 생성한 압축공기를 높은 공압으로 저장하였다가 필요에 따라서 해당 액추에이터에 공급해주는 시스템의 압축기 본체로서 구성되며, 상기 시스템은 압축공기를 생성하는 압축기 본체와 생성한 압축공기를 저장해두는 공기탱크를 포함하여 구성되고, 에어 시스템을 적용하고 있는 공장이나 차량 등의 여러 분야에 사용된다.
알려진 바와 같이, 공기 압축기는 다양한 종류가 있으며, 대표적으로 로터리 타입과 피스톤 타입이 있다.
로터리 타입의 공기 압축기는 공기의 흡입 및 송출을 위한 밸브 없이 회전자의 회전에 의해 공기를 운송할 수 있게 구성되며, 적은 유량과 고압의 양정을 요구하는 경우에 사용하기 적당하고, 구조가 간단하며 취급이 용이하다.
그리고, 피스톤 타입의 공기 압축기는 피스톤의 왕복운동으로 공기를 흡입 및 배출할 수 있게 구성되고, 흡입, 압축, 배기 순으로 압축공기를 생성하며, 다른 공기 압축기 대비 비교적 성능이 우수하다.
이러한 종래의 로터리 타입 및 피스톤 타입의 공기 압축기는 기계식 마찰을 막고 기밀성능을 높이기 위해 오일을 사용하는데, 이 오일로 인해 배출되는 압축공기에 오일분진이 섞여 공기 청정도를 저하시키는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 출원인은 출원공개번호 10-2013-0134345호를 출원한 바 있으나, 전자석의 효율성을 더 높여서 소형으로 압축력을 배가할 수 있는 방법이 필요하였다.
본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 전자기식으로 센터로드의 극성을 주기적으로 변화시켜 피스톤과 센터로드 사이에 작용하는 인력과 척력을 번갈아 반복적으로 형성함으로써 압축공기를 생성하되, 전자석 형상을 변경하여 병렬로 배치하고, 병렬 인버터 회로부를 활용함으로써 전자석의 효율성을 높인 전자기식 공기 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 축선방향으로 나란하게 배치되는 중공형의 제1실린더(11)와 제2실린더(12); 서로 다른 극성의 마그넷(15,16)을 가지며, 상기 실린더(11,12)에 각각 내접하여 선형이동가능하게 설치되는 제1피스톤(13)과 제2피스톤(14); 상기 제1 및 제2실린더(11,12) 사이에 마주 접하여 기밀하게 삽입되는 제1센터바디(21)와 제2센터바디(22); 상기 제1 및 제2센터바디(21,22) 사이에 동축으로 삽입되고, 전력이 공급되면 상기 마그넷(15,16)과의 사이에 자기력을 형성하며, 상기 마그넷(15,16)의 사이에 위치하는 전자석부(32);를 포함하며, 상기 전자석부는 센터부쉬(35)와 센터부쉬에 감긴 도선(34)으로 이루어지고, 상기 센터부쉬(35)는, 일측단이 내측으로 절곡된 ㄷ자 형상이 서로 이웃하게 병렬로 구성된 상태로, 상기 마그넷과 전자석부 사이의 자기력에 의해 피스톤이 실린더의 내벽을 따라 왕복 운동하여 압축공기를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자기식 공기 압축기를 제공한다.
상기 병렬로 배치되는 센터부쉬의 도선에 흐르는 전류를 병렬제어하는 인버터 회로부를 더 구비한다.
본 발명에 따른 전자기식 공기 압축기는 다음과 같은 이점이 있다.
본 발명은, 피스톤과 센터로드 사이에 형성되는 인력 및 척력의 효율적인 이용을 통하여 저압부터 고압까지 공기압력을 생성하되, 다단에 걸쳐서 고압의 공기를 생산할 수 있으며, 전자석을 병렬로 배치하고 병렬 인버터 회로부를 활용함으로써 전자석의 효율성을 높이고, 이에 의한 에어 시스템의 소형화 및 최적화를 통해 종래 대비 에너지 변환 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 공기 압축기에서 기계식 마찰을 방지하기 위해 사용한 윤활유를 사용하지 않음으로 공기 청정도가 개선되고, 이에 별도의 필터링 시스템이 필요치 않다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기의 사시도
도 2는 도 1의 II-II부분의 단면도
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기의 작동상태를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기의 전자석과 영구자석만을 도시한 일부 구성의 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압축기의 전자석의 일부인 센터부쉬의 확대도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기를 포함하는 시스템을 나타낸 회로 구성도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기에 적용가능한 코일건의 원리를 보여주는 개념도
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 전자기식 공기 압축기는 피스톤 타입의 왕복형 공기 압축기로서, 인버터를 이용하여 전류회로의 변화를 통한 전자석의 극성 변화를 도모하고 영구자석과의 극성의 차이로 발생하는 인력과 척력을 이용하여 고하중의 동력을 발생시키고 이 동력원으로 공기를 압축하여 고압의 압축공기를 생성하게 되는바, 저압에서 고압까지 다양한 압력의 압축공기를 생성할 수 있도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기의 사시도이며, 도 2는 도 1의 II-II부분의 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기(10)는 중공형의 제1실린더(11)와 제2실린더(12); 상기 제1 및 제2실린더(11,12)에 각각 내접하여 선형이동가능하게 삽입 설치되는 제1피스톤(13)과 제2피스톤(14); 상기 제1 및 제2실린더(11,12) 사이에 마주 접하여 기밀하게 설치되는 제1센터바디(21)와 제2센터바디(22); 상기 제1 및 제2센터바디(21,22) 사이에 동축으로 기밀하게 삽입되는 전자석부(32); 및 상기 제1 및 제2실린더(11,12)의 외측 단부에 기밀하게 설치되는 제1사이드 커버(41)와 제2사이드 커버(42);를 포함하여 구성된다.
상기 제1 및 제2실린더(11,12)는 알루미늄과 같은 비자성체를 이용하여 원통형으로 형성되며, 도 5에 도시된 바와 같이 축선방향으로 센터바디(21,22)를 사이에 두고 나란하게 배치된다. 상기 제1 및 제2피스톤(13,14)에는 서로 다른 극성의 영구자석으로 형성된 마그넷(15,16)이 내장되어 있고, 마그넷(15,16)의 이탈 방지를 위해 피스톤 스냅링(17,18)이 설치된다.
그리고, 상기 피스톤(13,14)의 외주면에는 피스톤 오링(19,20)이 설치된다. 상기 피스톤 오링(19,20)은 피스톤(13,14)과 실린더(11,12) 사이에 기밀 성능을 증대시킨다.
상기 전자석부(32)는 강자성체로 이루어진 원통형의 코어(33)와 상기 코어(33)에 감긴 도선(34)으로 구성되며, 원통형으로 감긴 도선(34)에 전류를 흘리면 자기장이 형성되고 그 자기장에 의해 코어(33)가 자화되어 자석 역할을 하게 된다.
이러한 전자석부(32)는 제1 및 제2실린더(11,12) 사이에 기밀하게 끼움되는 제1 및 제2센터바디(21,22) 사이에 내장된 형태로 지지되어 제1 및 제2실린더(11,12) 사이에 고정되게 구성되며, 도선(34)에 전류가 흘러 코어(33)가 자화됨에 따라 피스톤(13,14)의 마그넷(15,16)과의 사이에 인력 및 척력을 형성하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전자석부(32)에는 직류전원(51)에서 공급하는 직류 전력을 교류 전력으로 변경하여 전달 및 공급하는 인버터(52)가 연결 설치된다.
이에 전자석부(32)는 인버터(52)를 통해 도선에 공급되는 교류 전력에 의해 코어(33)의 극성이 주기적으로 변화되어 피스톤(13,14)의 마그넷(15,16)과의 사이에 인력 및 척력이 번갈아가며 반복적으로 형성하게 되고, 이에 제1 및 제2피스톤(13,14)은 도 3 및 도 4와 같이 각 실린더(11,12)의 내벽을 따라 왕복 운동하여 실린더(11,12)의 내부공기를 압축함으로써 압축공기를 생성하게 된다.
즉, 상기 인버터(52)는 결과적으로 전자석부(32)의 코어(33)의 극성을 주기적으로 바꾸어주는 역할을 한다.
상기 실린더(11,12)에서 생성된 압축공기는 도 7과 같이 공기 분리기(54)와 공기 필터(55)를 거쳐 공기 탱크(56)에 저장되며, 필요에 따라서 해당 액추에이터에 공급된다. 상기 액추에이터는 공급된 압축공기를 이용하여 기계적인 작업을 수행하여 해당 기계를 작동시킨다.
또한, 상기 인버터(52)는 연결되어 있는 제어기(53)에 의해 제어되어 출력하는 교류 전력의 주파수를 변경 조절할 수 있으며, 이에 코어(33)의 극성 변경 주기를 제어함으로써 저압에서 고압까지 다양한 공기압력을 갖는 압축공기의 생성을 가능하게 한다.
아울러, 상기 전자석부(32)는 도선(34)과 코어(33) 사이에 배치되어 도선(34)과 코어(33) 사이를 절연하는 센터부쉬(35)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 센터부쉬(35)의 형상은 일측단이 내측으로 절곡된 ㄷ자 형상이며, 센타부쉬가 병렬로 서로 이웃하게 구성된 것이 특징이다. 상기 센터부쉬는 ㄷ자 형상이되, 아래쪽의 끝단에서 상측으로 절곡된 부위가 구비된다. 상기 도선(34)은 센터부쉬의 내측에 감겨서 전자석을 형성하게 된다. 본 발명에서는 센터부쉬가 두개로 병렬로 형성되어 전자석의 효율성을 높인 것이 특징이다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2피스톤(13,14)은 전자석부(32)의 코어(33)를 축선방향으로 관통하는 센터로드(38)에 의해 일체로 연결되게 구성된다.
상기 센터로드(38)는 양단부가 제1 및 제2피스톤(13,14)의 상단부에 압입되어 결합됨으로써 제1 및 제2피스톤(13,14)을 일체로 연결해주며, 제1 및 제2피스톤(13,14)이 안정적으로 선형이동하도록 지지해준다.
또한, 상기 센터로드(38)는 피스톤(13,14)과 함께 선형이동할 시 코어(33)의 내벽면에 설치된 코어 오링(36)에 의해 실린더(11,12)의 기밀을 유지하며 이동하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2센터바디(21,22)에는 각각 제1 및 제2실린더(11,12)의 공기 유입 및 배출을 위한 유입구(23,25)와 배출구(24,26)가 형성되어 있다.
상기 유입구(23,25)와 배출구(24,26)에는 일방향으로만 유체 유동이 가능한 체크밸브(27,28)가 설치되어 있다(그림의 편의상 배출구(24,26)에는 체크밸브가 도시되지 않았음). 이에 상기 유입구(23,25)로는 실린더(11,12) 내부로 공급되는 공기만 유입되고, 배출구(24,26)로는 실린더(11,12) 내부에서 생성된 압축공기만 배출되며, 유입구(23,25)로의 공기 배출 및 배출구(24,26)로의 공기 유입을 방지할 수 있다.
본 발명에서는 상기 배출구(24,26)에서 배출된 공기는 공기 통로(P1,P2)를 통해서 증압 압축공간으로 재 공급되며, 이곳에서 재차 고압으로 압축되는 과정을 거치게 된다. 본 발명은 이렇게 공기 압축기 자체에서 별도의 압축공간을 한번 더 구비함으로써 다단 압축을 실현하여 고압으로 공기를 압축하게 된다. 그리고, 증압 압축공간에서 고압으로 압축된 공기가 배출구(50)를 통해서 외부로 배출된다.
상기 제1 및 제2센터바디(21,22)는 일단면이 각 실린더에 삽입가능하게 단차지게 형성되며, 중앙부가 축선방향으로 천공된 구조를 갖는다.
이러한 제1 및 제2센터바디(21,22)는 단차진 부위가 각 실린더(11,12)의 일단부에 기밀하게 삽입되고 타단면이 서로 마주하여 접한 형태로 구성되며, 그 중앙부에 동축으로 삽입되는 전자석부(32) 및 전자석부(32)를 관통하는 센터로드(38)와 더불어 제1 및 제2실린더(11,12)의 마주하는 일단부를 밀폐하게 된다.
아울러, 상기 센터바디(21,22)와 실린더(11,12) 사이 및 센터바디(21,22)와 전자석부(32)의 코어(33) 사이에는 각각 기밀 성능을 증대하기 위한 센터바디 오링(31) 및 전자석부 오링(37)이 장착된다.
한편, 각 실린더(11,12)의 타단부 즉, 일렬로 배치된 제1 및 제2실린더(11,12)의 외측 단부는 제1 및 제2사이드 커버(41,42)에 의해 밀폐된다.
상기 제1 및 제2사이드 커버(41,42)는 단차진 일단면이 각 실린더(11,12)의 타단부에 기밀하게 삽입되고, 장볼트 등의 체결부재(39)에 의해 결합된다.
이때 상기 체결부재(39)는 실린더(11,12)의 외측에서 센터바디(21,22)를 관통하여 제1 및 제2사이드 커버(41,42)를 결합해주고, 이를 통해 제1 및 제2실린더(11,12) 사이에 조립되어 있는 센터바디(21,22)를 지지 및 고정해주게 된다.
또한, 상기 제1 및 제2사이드 커버(41,42)에는 피스톤(13,14)의 충돌시 충격을 완화하기 위한 댐퍼부재(43~46)가 설치되어 있다.
상기 댐퍼부재(43~46)로는 우레탄 소재로 이루어진 고무댐퍼(43,44)와 영구자석으로 이루어진 자석댐퍼(45,46)가 사용되고, 자석댐퍼(45,46)는 피스톤(13,14)의 마그넷(15,16)과 동일 극성을 갖는다.
상기 자석댐퍼(45,46)는 사이드 커버(41,42)의 일단면에 삽입 설치되고, 이에 사이드 커버(41,42)에는 자석댐퍼(45,46)의 이탈 방지를 위해 커버 스냅링(47,48)이 조립된다.
또한, 상기 사이드 커버(41,42)에는 피스톤(13,14)의 선형이동시 사이드 커버(41,42)를 통하여 실린더(11,12)의 내부공간(특히, 사이드 커버와 피스톤 사이의 공간)을 출입하는 공기 여과를 위한 에어필터가 설치된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자기식 공기 압축기에 적용가능한 코일건의 원리를 보여주는 개념도를 도시하고 있다.
전자기식 공기압축기에서는 전자석과 영구자석의 상호관계를 이용하는 전자기식 압축기의 특성상 자력의 세기는 거리의 제곱에 반비례하기 때문에 전자석과 영구자석의 배치에 따른 거리와 전자석과 영구자석의 최외경에 대한 최적설계가 필요하다.
또한, 마그네토미터를 이용하여 강자석중의 하나인 Nd재질의 영구자석과 전자석의 자기력의 세기를 측정한 결과, 동일 크기에서 약 10~20배 정도 영구자석의 세기가 강하다는 것을 발견하였으며, 이를 토대로 전자석의 세기를 증대할 수 있는 수단을 발견하였다. 현재 Nd계열 영구자석 50 x 10mm의 원통형 크기 영구자석을 이용하여 원리시험을 해 본 결과로는 전자석의 철심 크기, 코일의 직경 및 감아진 횟수, 인버터에서 공급되는 전류의 세기 등이 조합되어 전자석의 세기를 최대한 영구자석의 자기장의 세기에 맞추거나, 단방향으로 왕복운동하는 방안들을 고려할 수 있다.
또한 코일 건의 원리를 응용하여 전자석을 병렬로 배열하는 방안을 고려하였으며, 본 발명에 따른 공기 압축기의 전자석을 도 8에서 도시한 이러한 코일 건의 원리를 응용하여 병렬로 배치할 수 있을 것이다. 구체적인 크기는 실험 결과 전자석의 코일경(3mm, 5mm, 5x7mm)과 전자석의 외경(100mm, 150mm, 200mm), 실린더 크기(30mm, 50mm, 70mm)로 하는 것이 바람직하다.

Claims (3)

  1. 축선방향으로 나란하게 배치되는 중공형의 제1실린더(11)와 제2실린더(12);
    서로 다른 극성의 마그넷(15,16)을 가지며, 상기 실린더(11,12)에 각각 내접하여 선형이동가능하게 설치되는 제1피스톤(13)과 제2피스톤(14);
    상기 제1 및 제2실린더(11,12) 사이에 마주 접하여 기밀하게 삽입되는 제1센터바디(21)와 제2센터바디(22);
    상기 제1 및 제2센터바디(21,22) 사이에 동축으로 삽입되고, 전력이 공급되면 상기 마그넷(15,16)과의 사이에 자기력을 형성하며, 상기 마그넷(15,16)의 사이에 위치하는 전자석부(32);를 포함하며,
    상기 전자석부는 센터부쉬(35)와 센터부쉬에 감긴 도선(34)으로 이루어지고,
    상기 센터부쉬(35)는, 일측단이 내측으로 절곡된 ㄷ자 형상이 서로 이웃하게 병렬로 구성된 상태로, 상기 마그넷과 전자석부 사이의 자기력에 의해 피스톤이 실린더의 내벽을 따라 왕복 운동하여 압축공기를 생성하는 것을 특징으로 하는 전자기식 공기 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 병렬로 배치되는 센터부쉬의 도선에 흐르는 전류를 병렬제어하는 인버터 회로부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전자기식 공기 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 사이드 커버(41,42)에는, 상기 마그넷(15,16)과 대향하도록 사이드 커버의 중앙부에 설치되는 자석댐퍼(45,46)와, 상기 자석 댐퍼의 외측에 설치되는 고무댐퍼(43,44)가 구비되어, 상기 피스톤의 충돌 충격을 완화하는 것을 특징으로 하는 전자기식 공기 압축기.
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