KR100414114B1 - 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치 - Google Patents

왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치에 관한 것으로, 본 발명은 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하고 그 내부에 암나사부를 형성하는 피스톤과, 가동자와 피스톤 사이에 끼워져 고정하고 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하기 위한 공진스프링을 지지하는 스프링 지지대와, 가동자의 내측면에 압착하는 머리부를 구비하고 그 가동자와 스프링 지지대를 연이어 통과한 후 피스톤에 나사 결합하는 나사부를 구비한 체결부재로 구성함으로써, 마그네트 프레임과 피스톤을 결합하기 위한 부품수의 감축과 아울러 조립공수의 감축, 그리고 볼트자리와 같은 별도의 여유면적을 줄여 압축기를 소형화 할 수 있다. 또, 마그네트 프레임과 피스톤을 한 개의 볼트부재로 체결함에 따라 가공오차와 조립오차를 줄일 수 있어 마그네트 프레임과 피스톤의 동심도를 용이하게 일치시킬 수 있다.

Description

왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치{APPARATUS FOR FIXING PISTON OF RECIPROCATING COMPRESSOR}
본 발명은 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치에 관한 것으로, 특히 왕복동식 모터의 가동자와 피스톤을 용이하면서도 동심을 맞춰 결합할 수 있는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치에 관한 것이다.
일반적인 왕복동식 압축기(Linear Compressor)는 회전식 모터에 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 결합하거나 또는 왕복동식 모터에 피스톤이 직선으로 왕복운동을 하도록 결합하여 유체를 흡입 압축한 후 토출하는 것으로, 특히 왕복동식 모터에 피스톤을 결합하는 경우에는 두 부재의 동심도는 물론 그 두 부재의 공진운동을 유도하는 스프링도 함께 동심도를 유지하여야 압축기가 원활하게 동작하게 된다.
이러한 왕복동식 모터를 이용하는 왕복동식 압축기에서 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이 대향형 왕복동식 압축기를 그 일례로 들어 살펴본다.
이에 도시한 바와 같이 대향형 왕복동식 압축기는, 복수 개의 흡입관(SP)(SP)과 한 개의 토출관(DP)을 구비한 케이싱(10)와, 케이싱(10)의 내부 양측에 각각 장착하는 왕복동식 모터(20)(20)와, 양쪽 왕복동식 모터(20)(20)의 사이에 장착하는 실린더(30)와, 실린더(30)에 미끄러지게 삽입하고 상기한 왕복동식 모터(20)(20)의 가동자(23)(23)에 결합하여 압축공간(S)을 형성하는 피스톤(40)(40)과, 양쪽 피스톤(40)(40)의 선단면에 장착하는 흡입밸브조립체(50)(50)와, 양쪽 피스톤(40)(40) 사이의 압축공간(S)을 개폐 가능하게 장착하는 토출밸브 조립체(60)(60)와, 왕복동식 모터(20)(20)의 가동자(23)(23)와 피스톤(40)(40)을 탄력적으로 지지하여 공진운동을 유도하는 스프링 조립체(70)(70)를 포함하고 있다.
왕복동식 모터(20)(20)는 각각 원통형으로 형성하여 케이싱(10)에 고정하도록 외측 고정자(21)(21) 및 내측 고정자(22)(22)와, 그 외측 고정자(21)(21)와 내측 고정자(22)(22) 사이에 개재하여 좌우로 직진 왕복운동을 하는 가동자(23)(23)로 이루어져 있다.
가동자(23)(23)는 피스톤(40)(40)에 결합하여 외측 고정자(21)(21)와 내측 고정자(22)(22) 사이에 위치하는 마그네트 프레임(23A)(23A)과, 마그네트 프레임(23A)(23A)의 외주면에 장착하여 유도자기를 유도하는 다수 개의 마그네트(23B)(23B)로 이루어져 있다.
마그네트 프레임(23A)(23A)은 도 2에 도시한 바와 같이 그 일단에 피스톤(40)(40)과 스프링 지지대(71)(71) 사이에 밀착하는 고정부(23a)(23a)를 절곡 형성하고, 고정부(23a)(23a)의 중앙에는 피스톤 몸체(41)(41)가 관통하는 피스톤 관통구멍(23b)(23b)을 형성하며, 고정부(23a)(23a)의 가장자리에는 체결볼트(B)(B)가 관통하는 볼트 관통구멍(23c)(23c)을 형성하고 있다.
피스톤(40)(40)은 마그네트 프레임(23A)(23A)의 고정부(23a)(23a) 내측면에 밀착하도록 피스톤 몸체(41)(41)의 후방단에 플랜지부(42)(42)를 형성하고, 플랜지부(42)(42)의 적당개소에는 마그네트 프레임(23A)(23A)을 사이에 두고 스프링 지지대(71)(71)을 통과한 체결볼트(B)(B)가 나사 결합하는 볼트 체결구멍(42a)(42a)을 형성하고 있다.
스프링 조립체(70)(70)는 마그네트 프레임(23A)(23A)의 고정부(23a)(23a) 외측면에 밀착하여 체결볼트(B)(B)로 피스톤(40)(40)에 결합하는 스프링 지지대(71)(71)와, 스프링 지지대(71)(71)의 양 측면과 이에 대응하는 양쪽 외측 고정자(21)(21)의 일 측면에 양단이 각각 지지되는 수 개의 공진 스프링(72)(72)으로 이루어져 있다.
스프링 지지대(71)(71)는 원판형 또는 원판형에서 변형한 모양으로 형성하여 그 중앙에 체결볼트(B)(B)의 머리부가 삽입하는 볼트 삽입홈부(71a)(71a)를 마그네트 프레임(23A)(23A)쪽으로 함몰지게 형성하고, 볼트 삽입홈부(71a)(71a)의 중앙에는 피스톤 몸체(41)(41)가 통과하는 피스톤 관통구멍(71b)(71b)을 형성하며, 피스톤 관통구멍(71b)(71b)의 바깥쪽에는 체결볼트(B)(B)가 통과하는 볼트 관통구멍(71c)(71c)을 다수 개 형성하고 있다.
도면중 미설명 부호인 F는 피스톤의 흡입유로이다.
상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는 다음과 같이 동작한다.
즉, 양쪽 왕복동식 모터(20)(20)에 전원을 인가하면, 각각의 피스톤(40)(40)이 실린더(30)의 내부에서 서로 반대방향으로 직선 왕복운동을 하고, 이와 동시에 냉매가스가 흡입관(SP)(SP)을 통해 케이싱(10)의 내부로 흡입되며, 이후 피스톤(40)(40)의 지속적인 왕복운동에 의해 냉매가스가 실린더(30)의 압축공간(S)으로 유입되어 압축되었다가 토출관(DP)을 통해 케이싱(10) 외부의 시스템으로 토출되는 일련의 과정을 반복한다.
여기서, 마그네트 프레임과 피스톤 그리고 스프링 지지대는 도 2에 도시한 바와 같이 조립한다.
먼저, 왕복동식 모터(20)(20)의 마그네트 프레임(23A)(23A)과 이 마그네트 프레임(23A)(23A)의 고정부(23a)(23a) 바깥면에 스프링 지지대(71)(71)의 볼트 삽입홈부(71b)(71b)의 볼록면이 밀착하도록 한다.
이후, 피스톤 몸체(41)(41)가 마그네트 프레임(23A)(23A)의 피스톤 관통구멍(23b)(23b)과 스프링 지지대(71)(71)의 피스톤 관통구멍(71b)(71b)을 연이어 통과하도록 상기한 피스톤 몸체(41)(41)를 마그네트 프레임(23A)(23A)의 안쪽에서 바깥쪽으로 삽입하면서 피스톤(40)(40)의 플랜지부(42)(42)를 마그네트 프레임(23A)(23A)의 고정부(23a)(23a) 안쪽면에 밀착한다.
이후, 체결볼트(B)(B)를 스프링 지지대(71)(71)의 볼트 삽입홈부(71a)(71a)의 오목면쪽에서 마그네트 프레임(23A)(23A)을 통과하여 피스톤(40)(40)에 체결한다. 이때, 스프링 지지대(71)(71)의 볼트 관통구멍(71c)(71c)과 마그네트 프레임(23A)(23A)의 볼트 관통구멍(23c)(23c) 그리고 피스톤(40)(40)의 플랜지부(42)(42)에 구비한 볼트 체결구멍(42a)(42a)을 동일축선상에 일치시킨 후에 스프링 지지대(71)(71)의 바깥면에서 피스톤(40)(40)쪽으로 체결볼트(B)(B)를 통과시켜 그 피스톤(40)(40)의 볼트 체결구멍(42a)(42a)에 나사 결합하도록 하는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기는, 전술한 바와 같이 마그네트프레임(23A)(23A)과 스프링 지지대(71)(71)와 피스톤(40)(40)을 체결볼트(B)(B)로 체결함에 따라 각 부재에는 볼트자리를 마련하여야 하므로 그 볼트자리 만큼 각 부품의 직경이 커지고 이로 인해 압축기의 크기가 증가하는 문제점이 있었다.
또, 마그네트 프레임(23A)(23A)과 스프링 지지대(71)(71)와 피스톤(40)(40)을 체결볼트(B)(B)로 체결할 때 각 부재 사이에 틀어짐이 발생하여 동심도를 일치시키기 어렵다는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 각 마그네트 프레임과 스프링 지지대와 피스톤을 작고 조립이 용이하도록 형성하여 압축기의 소형화는 물론 각 부재들 사이의 동심도를 쉽게 일치시킬 수 있는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 종래 대향형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.
도 2는 종래 대향형 왕복동식 압축기에서 피스톤 결합 구조를 분해하여 보인 종단면도.
도 3은 본 발명 대향형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도.
도 4는 본 발명 대향형 왕복동식 압축기에서 피스톤 결합 구조를 분해하여 보인 종단면도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
110 : 케이싱 120 : 왕복동식 모터
123 : 가동자 123A : 마그네트 프레임
123a : 고정부 123b : 볼트 관통구멍
140 : 피스톤 141 : 피스톤 몸체
141a : 암나사부 142 : 지지플랜지부
150 : 흡입밸브 조립체 160 : 토출밸브 조립체
170 : 스프링 조립체 171 : 스프링 지지대
171a : 피스톤 장착부 171b : 볼트 관통구멍
171c : 프레임 장착돌부 200 : 체결부재
210 : 머리부 220 : 수나사부
230 : 가스통구 S : 압축공간
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와, 왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하고 그 내부에 암나사부를 형성하는 피스톤과, 가동자와 피스톤 사이에 끼워져 고정하고 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하기 위한 공진스프링을 지지하는 스프링 지지대와, 가동자의 내측면에 압착하는 머리부를 구비하고 그 가동자와 스프링 지지대를 연이어 통과한 후 피스톤에 나사 결합하는 나사부를 구비한 체결부재로 된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치를 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명 대향형 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 대향형 왕복동식 압축기에서 피스톤 결합 구조를 분해하여 보인 종단면도이다.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 피스톤 고정 장치를 구비한 대향형 왕복동식 압축기는, 케이싱(110)의 내부에 설치하여 그 가동자(123)(123)가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터(120)(120)와, 왕복동식 모터(120)(120)의 가동자(123)(123)에 압입하여 실린더(130)의 관통구멍(131)에 미끄러지게 삽입하는 피스톤(140)(140)과, 왕복동식 모터(120)(120)의 가동자(123)(123)와 피스톤(140)(140)을 나사 체결하는 볼트부재(200)와, 양쪽 피스톤(140)(140)의 선단면에 장착하는 흡입밸브 조립체(150)(150)와, 양쪽 피스톤(140)(140) 사이의 압축공간(S)을 개폐 가능하게 장착하는 토출밸브 조립체(160)(160)와, 왕복동식 모터(120)(120)의 가동자(123)(123)에 나사 결합하여 그 가동자(123)(123)와 피스톤(140)(140)의 공진운동을 유도하는 공진스프링 조립체(170)(170)를 포함한다.
왕복동식 모터(120)(120)의 가동자(123)는 외측 고정자(121)와 내측 고정자(122) 사이에 삽입하여 직선으로 왕복운동을 하는 마그네트 프레임(123A)(123A)과, 외측 고정자(121)의 권선코일(미부호)에 대응하도록 마그네트 프레임(123A)(123A)의 외주면에 장착하는 다수 개의 마그네트(123B)(123B)로 이루어진다.
마그네트 프레임(123A)(123A)은 엔지니어 플라스틱과 같이 비전도성이고 비자성체인 재질을 이용하여 원통형으로 형성하고, 그 전방측에는 바깥면이 후술할 스프링 지지대(171)(171)에 밀착하는 반면 안쪽면에 상기한 볼트부재(200)(200)의 머리부(210)(210)가 걸리는 고정부(123a)(123a)를 절곡 형성하며, 그 고정부(123a)(123a)의 중앙에는 볼트부재(200)(200)의 나사부(220)(220)가 통과하도록 볼트 관통구멍(123b)(123b)을 형성한다.
피스톤(140)(140)은 실린더(130)와의 마찰시 마모나 윤활을 고려하여 스테인레스나 알루미늄 재질로 하여 전방측이 막힌 원통형으로 형성하고, 그 후방측 내주면에는 후술할 볼트부재(200)(200)의 수나사부(220)(220)에 치합하도록 암나사부(141a)(141a)를 흡입유로(F)의 입구측에 형성한다.
볼트부재(200)는 일 단은 상기한 마그네트 프레임(123A)(123A)의 고정부(123a)(123a) 내측면에 걸리도록 머리부(210)(210)를 형성하는 반면 타 단은 마그네트 프레임(123A)(123A)의 관통구멍(123b)(123b)을 통과하여 피스톤(140)(140)의 암나사부(141a)(141a)에 치합하도록 수나사부(220)(220)를 형성한다. 볼트부재(200)(200)는 흡입밸브 조립체(150)(150)를 피스톤(140)(140)의 전방측에 장착하는 경우 냉매가스의 흡입유로(F)(F)를 감안하여 그 중앙부를 관통하여 냉매통구(230)를 형성할 수 있다.
스프링 조립체(170)(170)는 왕복동식 모터(120)(120)의 마그네트 프레임(123A)(123A)에 체결하는 스프링 지지대(171)(171)와, 스프링 지지대(171)(171)의 양측면에 지지하여 그 마그네트 프레임(123A)(123A)과피스톤(140)(140)을 함께 직선으로 왕복 운동시키는 다수 개의 공진스프링(172)(172)으로 이루어진다.
스프링 지지대(171)(171)는 일측면에 피스톤(140)(140)의 지지플랜지부(142)(142)를 맞춰끼우는 피스톤 장착부(171a)(171a)를 마그네트 프레임(123A)(123A)쪽으로 함몰지게 형성하고, 피스톤 장착부(171a)(171a)의 중앙에는 체결부재(200)(200)의 나사부(220)(220)가 통과하는 볼트 관통구멍(171b)(171b)을 형성하며, 피스톤 장착부(171a)(171a)의 주벽에서 마그네트 프레임(123A)(123A)쪽으로 연장하여 프레임 장착돌부(171c)(171c)를 형성한다.
도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.
도면중 미설명 부호인 141은 피스톤 몸체이다.
상기와 같은 본 발명 대향형 왕복동식 압축기의 피스톤 고정장치를 이용하여 마그네트 프레임과 피스톤 그리고 스프링 지지대를 조립하는 과정은 다음과 같다.
먼저, 마그네트 프레임(123A)(123A)의 전방 측면에 스프링 지지대(171)(171)를 대고 그 스프링 지지대(171)(171)의 프레임 장착돌부(171c)(171c)에 마그네트 프레임(123A)(123A)을 끼워맞춤으로 결합하고, 이와 동시에 스프링 지지대(171)(171)의 피스톤 장착부(171a)(171a)에 피스톤(140)(140)의 지지플랜지부(142)(142)를 끼워 맞춰 삽입한다.
이때, 마그네트 프레임(123A)(123A)의 외주면에는 수나사부(미도시)를 형성하고 스프링 지지대(171)(171)의 프레임 장착돌부(171c)(171c) 내주면에는 암나사부(미도시)를 형성하여 스프링 지지대(171)(171)를 돌려 결합할 수도 있다.
다음, 마그네트 프레임(123A)(123A)의 고정부(123a)(123a) 바깥면에 스프링 지지대(171)(171)의 피스톤 장착부(171a)(171a)를 사이에 둔 상태에서 피스톤(140)(140)의 지지플랜지부(142)(142)을 대고 볼트부재(200)를 마그네트 프레임(123A)(123A)의 안쪽에서 바깥쪽으로 삽입한다.
이때, 피스톤(140)(140)의 지지플랜지부(142)(142)가 스프링 지지대(171)(171)의 피스톤 장착부(171a)(171a)에 삽입되어 고정되므로 피스톤(140)(140)의 결합력이 한층 배가됨과 아울러 상기한 스프링 지지대(171)(171)의 프레임 장착돌부(171c)(171c)에 마그네트 프레임(123A)(123A)을 끼워 고정하므로 그 마그네트 프레임(123A)(123A)의 결합력도 한층 배가된다.
또, 마그네트 프레임(123A)(123A)의 고정부(123a)(123a) 내측면에는 볼트부재(200)(200)의 머리부(210)(210)가 걸리는 한편 피스톤 몸체(141)의 암나사부(141a)에는 볼트부재(200)(200)의 수나사부(220)(220)가 치합하므로 볼트부재(200)(200)를 조이면 조일수록 마그네트 프레임(123A)(123A)과 피스톤(140)(140)이 서로 옥죄여 두 부재 사이에 낀 스프링 지지대(171)(171)를 더욱 견고하게 고정할 수 있다.
이렇게, 스프링 지지대를 사이에 두고 마그네트 프레임과 피스톤을 한 개의 볼트부재로 압착하여 체결함으로써 여러 개의 볼트를 사용하여 마그네트 프레임과 피스톤 그리고 스프링 지지대를 체결하던 것에 비해 부품수의 감축과 조립공수의 감축, 그리고 볼트자리와 같은 별도의 여유면적을 줄여 압축기를 소형화 할 수 있다.
또, 마그네트 프레임과 피스톤을 한 개의 볼트부재로 체결함에 따라 가공오차와 조립오차를 줄일 수 있어 마그네트 프레임과 피스톤의 동심도를 용이하게 일치시킬 수 있다.
본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치는, 상기 피스톤의 내부에 암나사부를 형성하여 왕복동식 모터의 가동자 바깥면에 밀착하고, 상기 피스톤의 암나사부에 치합하도록 수나사부를 구비한 볼트부재를 왕복동식 모터의 가동자 안쪽면에 걸려 바깥쪽으로 관통하여 상기한 가동자와 피스톤을 결합함으로써, 마그네트 프레임과 피스톤을 결합하기 위한 부품수의 감축과 아울러 조립공수의 감축, 그리고 볼트자리와 같은 별도의 여유면적을 줄여 압축기를 소형화 할 수 있다.
또, 마그네트 프레임과 피스톤을 한 개의 볼트부재로 체결함에 따라 가공오차와 조립오차를 줄일 수 있어 마그네트 프레임과 피스톤의 동심도를 용이하게 일치시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 왕복동식 모터와,
    왕복동식 모터의 가동자에 결합하여 실린더에서 직선으로 왕복운동을 하고 그 내부에 암나사부를 형성하는 피스톤과,
    가동자와 피스톤 사이에 끼워져 고정하고 상기 가동자와 피스톤의 공진운동을 유도하기 위한 공진스프링을 지지하는 스프링 지지대와,
    가동자의 내측면에 압착하는 머리부를 구비하고 그 가동자와 스프링 지지대를 연이어 통과한 후 피스톤에 나사 결합하는 나사부를 구비한 체결부재로 된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    피스톤은 유체가 유동하는 흡입유로를 피스톤 운동 방향으로 관통 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    피스톤의 흡입유로 일 측 내주면에 상기한 암나사부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    체결부재는 머리부에서 나사부까지 피스톤의 흡입유로와 연통하도록 가스통구를 관통하여 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    스프링 지지대의 일 측면에는 피스톤의 일 단이 삽입하여 결합하도록 피스톤 장착부를 함몰지게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    스프링 지지대의 피스톤 장착부에 삽입하는 피스톤의 끝단에는 그 피스톤 장착부의 주면에 거의 대응하도록 지지플랜지부를 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    스프링 지지대의 타 측면에는 가동자의 대응단을 삽입하는 프레임 장착돌부를 양각지게 형성하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    프레임 장착돌부의 내주면과 이에 대응하는 가동자의 외주면에는 각각 나사부를 형성하여 나사 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 피스톤 고정장치.
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