KR101328349B1

KR101328349B1 - 리니어 압축기

Info

Publication number: KR101328349B1
Application number: KR1020070107373A
Authority: KR
Inventors: 김정해
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2013-11-11
Also published as: WO2009054639A2; US20100260628A1; CN101835983A; CN101835983B; US8876497B2; KR20090041719A; WO2009054639A3

Abstract

본 발명은 냉매의 압축 공간이 내부에 구비된 실린더; 실린더 내부에서 축방향으로 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축시키는 피스톤; 그리고, 실린더의 일단이 장착되는 장착홀이 구비되고, 실린더의 일단과 맞닿는 장착홀 둘레의 일부 구간에 변형 방지부가 구비된 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공하기 때문에 실린더의 크기가 커지는 반면, 프레임의 크기가 제한되더라도 실린더를 지탱할 수 있는 강도를 제공하여 체결 변형을 줄이고, 작동 신뢰성을 높일 수 있다.

리니어 압축기, 실린더, 피스톤, 프레임, 변형 방지부

Description

리니어 압축기 {LINEAR COMPRESSOR}

본 발명은 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 프레임의 크기가 한정되고, 실린더의 직경이 커지더라도 프레임의 강도를 유지할 수 있는 리니어 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 왕복동식 압축기는 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키도록 구성된다.

최근에는 왕복동식 압축기는 구동모터의 회전력을 피스톤의 왕복 직선 운동력으로 전환하기 위하여 크랭크 축 등과 같은 구성부품을 포함하기 때문에 운동전환에 의한 기계적인 손실이 크게 발생되는 문제점이 있는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 리니어 압축기가 많이 개발되고 있다.

이러한 리니어 압축기는 특히 피스톤이 왕복 직선 운동하는 리니어 모터에 직접 연결되도록 하여 운동전환에 의한 기계적인 손실이 없어 압축효율을 향상시킬 뿐 아니라 구조가 간단하고, 이러한 리니어 모터로 입력되는 전원을 제어하여 그 작동을 제어할 수 있기 때문에 다른 압축기에 비해 소음이 작아 실내에서 사용되는 냉장고 등과 같은 가전기기에 많이 적용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면이다.

종래의 리니어 압축기는 쉘(미도시) 내측에 프레임(1), 실린더(2), 피스톤(3), 흡입밸브(4), 토출밸브 어셈블리(5), 리니어 모터(6), 모터 커버(7), 서포터(8), 백 커버(9), 메인 스프링들(S1,S2), 머플러 어셈블리(10), 급유 장치(20)로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도록 설치된다.

실린더(2)가 프레임(1)에 끼움 고정되고, 토출밸브(5a), 토출캡(5b), 토출밸브 스프링(5c)으로 이루어진 토출밸브 어셈블리(5)가 실린더(2)의 일단을 막아주도록 설치되는 반면, 피스톤(3)이 실린더(2) 내측에 삽입되고, 박형의 흡입밸브(4)가 피스톤(2)의 출구(3a)를 개폐시키도록 설치된다.

리니어 모터(6)는 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 사이에 간극을 유지하면서 영구자석(6c)이 왕복 직선 운동 가능하도록 설치되되, 영구자석(6c)이 연결부재(6d)에 의해 피스톤(3)과 연결되도록 설치되고, 이너스테이터(6a)와 아우터스테이터(6b) 및 영구자석(6c) 사이에 상호 전자기력에 의해 영구자석(6c)이 왕복 직선 운동하면서 피스톤(3)을 작동시킨다.

모터 커버(7)는 아우터스테이터(6b)를 고정시키기 위하여 아우터스테이터(6b)를 축방향으로 지지하는 동시에 프레임(1)에 볼트 고정되고, 백 커버(9)는 모터 커버(7)에 결합되되, 모터 커버(7)와 백 커버(9) 사이에는 피스톤(3)의 다른 일단과 연결된 서포터(8)가 메인 스프링들(S1,S2)에 의해 축방향으로 탄성 지지되 도록 설치되고, 냉매를 흡입시키는 머플러 어셈블리(10) 역시 서포터(8)와 같이 체결된다.

이때, 메인 스프링들(S1,S2)은 서포터(8)를 기준으로 상하 및 좌우 대칭되는 위치에 4개의 전방 스프링(S1) 및 4개의 후방 스프링(S2)을 포함하되, 리니어 모터(6)가 작동됨에 따라 전방 스프링들(S1)과 후방 스프링들(S2)이 반대로 거동하면서 피스톤(3) 및 서포터(8)를 완충시킨다. 그 외에도 압축공간(P) 측의 냉매가 일종의 가스 스프링으로 작용하여 피스톤(3) 및 서포터(8)를 완충시킨다.

급유 장치(20)는 급유관(21), 오일 펌핑부(22), 오일 밸브 어셈블리(23)로 이루어지되, 프레임(1)에 형성된 오일순환유로(미도시)와 연통되도록 설치된다.

따라서, 리니어 모터(6)가 작동되면, 피스톤(3) 및 이와 연결된 머플러 어셈블리(10)가 왕복 직선 운동하게 되고, 압축공간(P)의 압력이 가변됨에 따라 흡입밸브(4) 및 토출밸브 어셈블리(5)의 작동이 자동적으로 조절되며, 이와 같은 작동에 의해 냉매가 쉘 측의 흡입관, 백 커버(9)의 개구부, 머플러 어셈블리(10), 피스톤(3)의 흡입구들(3a)을 지나 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(5b), 루프 파이프 및 쉘 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나간다.

이때, 피스톤(3)이 왕복 직선 운동함에 따라 발생되는 진동이 오일 펌핑부(22)로 전달되면, 오일 펌핑부(22)에 의해 압력차가 발생되고, 이와 같은 압력차에 의해 급유관(21)을 통하여 쉘 바닥면의 오일이 펌핑되며, 오일이 오일 밸브 어셈블리(23)를 통과하면서 오일 순환 유로(미도시)를 따라 순환된 다음, 다시 쉘 바닥면으로 회수된다. 이와 같이 순환되는 오일은 실린더(2)와 피스톤(3) 등과 같은 부품을 윤활/냉각시키는 작용을 한다.

도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 일예가 도시된 도면이다. 종래의 프레임(1) 및 실린더(2)는 인서트 다이캐스팅(Insert die- casting)되는데, 실린더(2)가 주물 제작된 다음, 실린더(2)를 금형에 삽입한 상태에서 프레임(1)을 알루미늄으로 주조하여 프레임(1)의 중심에 실린더(2)가 맞물리도록 제작하게 된다. 프레임(1)은 실린더(2)의 양측에 공기 저항을 저감시키기 위하여 한 쌍의 홀(1a)이 구비되고, 그 일측에 개방되도록 리니어 모터(6 : 도 1에 도시)와 연결된 전선이 통과하는 전선 인출홈(1b)이 구비되며, 하부 양측에 구조체를 탄성 지지하는 스프링들(미도시)이 지지되는 스프링 지지부(1c)가 돌출 형성된다. 그 외에도, 프레임(1)은 내부에 실린더(2)와 피스톤(3) 사이로 오일을 공급하는 오일 순환 유로(미도시)가 구비되고, 오일 순환 유로와 연통되도록 하부에 오일 급유관(21), 오일 펌핑부(22)가 일체로 형성될 수 있으며, 오일 밸브 어셈블리(23 : 도 1에 도시)는 별도로 볼트 체결될 수 있다.

도 4는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 체결 변형이 도시된 그래프이다. 도 2 내지 도 4를 참고하여 살펴보면, 종래의 프레임(1) 및 실린더(2)가 인서트 다이캐스팅 제작된 상태에서 실린더(2)의 중심으로부터 반경 방향으로 거리가 5.65, 10, 63, 68mm 로 멀어지는 위치에서 프레임(1)과 실린더(2)의 체결 변형량을 표시하되, 실린더(2)의 중심으로부터 반경 방향으로 거리가 멀어질수록 프레임(1)과 실린더(2)의 체결 변형량이 특정 방향 즉, 홀들(1a)과 전선 인출홈(1b)이 형성된 방향으로 커지게 되는 것을 알 수 있다.

따라서, 종래의 리니어 압축기는 프레임(1)의 크기가 제한된 범위 내에서 실린더(2)의 크기를 크게 하면, 프레임(1) 측에 실린더(2)가 설치된 부분과 근접한 위치에 홈들(1a)이 형성됨에 따라 구조적으로 실린더(2)의 크기에 비해 실린더(2)와 맞닿는 프레임(1)의 체결부(1in) 두께가 얇아지면서 프레임(1)의 강도를 떨어뜨리기 때문에 프레임(1)의 변형이 실린더(2)로 전달되어 체결 변형이 크게 발생되고, 피스톤(3 : 도 1에 도시)의 왕복 직선 운동 시 체결 변형으로 변형된 실린더(2)와 접촉하여 작동 신뢰성을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 프레임과 실린더의 체결 강도를 보강하여 체결 변형을 저감시킬 있는 리니어 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 냉매의 압축 공간이 내부에 구비된 실린더; 실린더 내부에서 축방향으로 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축시키는 피스톤; 그리고, 실린더의 일단이 장착되는 장착홀과, 피스톤이 왕복 직선 운동시 공기의 저항을 저감시키기 위하여 장착홀 주변에 형성된 저항 저감용 홀이 구비되고, 실린더의 일단과 맞닿는 장착홀 둘레의 일부 구간에, 장착홀로부터 저항 저감용 홀이 형성된 방향에 위치된 변형 방지부가 구비된 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제공한다.

또한, 본 발명의 리니어 압축기에서, 프레임은 피스톤의 왕복 직선 운동시 공기의 저항을 저감시키기 위하여 장착홀 주변에 형성된 저항 저감용 홀이 구비되 고, 변형 방지부는 장착홀로부터 저항 저감용 홀이 형성된 방향에 위치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 리니어 압축기에서, 변형 방지부는 축방향으로 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 리니어 압축기에서, 프레임과 실린더는 인서트 다이캐스팅으로 제작된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기는 실린더가 축방향으로 프레임에 결합되더라도 프레임 측에 실린더가 결합하는 부분을 구조적으로 축방향의 두께가 두껍게 형성하기 때문에 프레임의 크기가 제한된 범위 내에서 실린더가 커지더라도 프레임의 체결 강도를 보강할 수 있어 프레임 및 실린더의 체결 변형을 저감시키고, 실린더의 변형을 줄임으로 피스톤 작동 시 실린더와 피스톤 사이의 충돌을 줄임으로 작동 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면이다. 본 발명에 따른 리니어 압축기(100)의 일예는 밀폐 용기인 쉘(110) 내에 실린더(200), 피스톤(300), 이너스테이터(420)와 아우터스테이터(440) 및 영구자석(460)을 포함하는 리니어 모터(400), 급유 어셈블리(900)를 포함하되, 영구자석(460)이 이너스테이터(420) 및 아우터스테이터(440) 사이에서 상호 전자기력에 의해 직선 왕복 운동하 면, 영구자석(460)과 연결된 피스톤(300)이 영구자석(460)과 함께 직선 왕복 운동하게 되고, 피스톤(300)의 진동에 의해 급유 어셈블리(900)를 통하여 쉘(110) 바닥면에 저장된 오일이 펌핑/공급되면서 실린더(200)와 피스톤(300)을 윤활시키게 된다.

이너스테이터(420)는 실린더(200)의 외주에 고정되고, 아우터스테이터(440)는 축방향으로 프레임(520)과 모터 커버(540)에 의해 고정되되, 프레임(520)과 모터 커버(540)가 볼트와 같은 체결 부재에 의해 체결되어 서로 결합되어, 프레임(520)과 모터 커버(540) 사이에서 아우터스테이터(440)가 고정된다. 프레임(520)은 실린더(200)와 일체로 형성될 수도 있으며, 실린더(200)와 별도로 제조되어 실린더(200)와 결합될 수도 있다. 도 5에 도시된 실시예에서는 프레임(520)과 실린더(200)가 일체로 형성된 예가 도시되어 있다.

피스톤(300)의 후방에는 서포터(320)가 연결된다. 네 개의 전방 메인 스프링(820)은 서포터(320)와 모터 커버(540)에 의해 양단이 지지된다. 또한, 네 개의 후방 메인 스프링(840)은 서포터(320)와 백 커버(560)에 의해 양단이 지지되며, 백 커버(560)는 모터 커버(540)의 후방에 결합된다. 피스톤(300)의 후방에는 또한 흡입 머플러(700)가 구비되며, 흡입 머플러(700)를 통해 피스톤(300)으로 냉매가 유입되면서, 냉매 흡입시의 소음을 저감한다.

피스톤(300) 내부는 흡입 머플러(700)를 통해 유입된 냉매가 실린더(200)와 피스톤(300) 사이에 형성되는 압축 공간(P)로 유입되어 압축될 수 있도록 중공되어 있다. 피스톤(300)의 선단에는 흡입밸브(610)가 설치되어 있으며, 흡입밸브(610)는 냉매가 피스톤(300)에서 압축 공간(P)으로 유입되도록 개방되며, 압축 공간(P)에서 다시 피스톤(300)으로 유입되지 않도록 피스톤(300)의 선단을 폐쇄한다.

압축 공간(P)에서 피스톤(300)에 의해 냉매가 소정의 압력 이상으로 압축되면, 실린더(200)의 선단에 위치하는 토출밸브(620)가 개방된다. 토출밸브(620)는 실린더(200) 일단에 고정된 지지캡(640) 내측에 나선형의 토출밸브 스프링(630)에 의해 탄성 지지되도록 설치된다. 압축된 고압의 냉매는 지지캡(640)에 형성된 홀을 통해 토출캡(660) 내로 토출된 뒤, 루프 파이프(L)를 통해 리니어 압축기(100) 외부로 토출되어 냉동 사이클을 순환한다.

급유 어셈블리(900)는 키트(Kit) 형태로 제작되며, 프레임(520)과 모터 커버(540) 사이에서 축방향으로 지지되도록 설치되되, 프레임(520) 하부의 장착홈(524)에 끼워지도록 장착된다. 또한, 급유 어셈블리(900)가 장착되면, 실린더(200)와 피스톤(300) 사이로 오일을 공급해줄 수 있도록 프레임(520) 내부에 구비된 오일 순환 유로(미도시)와 연통되도록 설치된다. 따라서, 피스톤(300)이 왕복 직선 운동하면서 진동이 발생되면, 급유 어셈블리(900)에 전달된 진동에 의해 급유 어셈블리(900)가 작동되면서 쉘(110) 바닥면에 저장된 오일을 펌핑/순환시킨다.

상술한 리니어 압축기(100)의 각 부품들은, 조립된 상태에서 전방 지지 스프링(120) 및 후방 지지 스프링(140)에 의해 지지되며, 쉘(110)의 바닥으로부터 이격되어 있다. 쉘(110)의 바닥에 직접 접촉하고 있지 않으므로, 냉매를 압축하면서 압축기(100)의 각 부품들에서 발생한 진동이 쉘(110)로 직접 전달되지 않는다. 따라서 쉘(100)의 외부로 전달되는 진동 및 쉘(110)의 진동에 의해 발생하는 소음을 저 감할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 일예가 도시된 도면이다. 실린더(200)는 주물로 제작되고, 프레임(520)은 금형에 실린더(200)가 삽입된 상태에서 알루미늄으로 주조하여 프레임(520)의 중심에 실린더(200)가 고정되도록 일체로 제작한다. 이때, 프레임(520)은 실린더(200)가 장착되는 장착홀(미도시)의 양측에 피스톤(300 : 도 5에 도시)이 왕복 직선 운동하면서 발생되는 공기 저항을 줄이기 위하여 한 쌍의 저항 저감용 홀(521)이 구비되고, 그 일측에 리니어 모터(400 : 도 5에 도시)로 전원을 공급하는 전선(미도시)이 인출되는 전선 인출홀(522)이 구비되며, 하부 양측에 완충 스프링들(120,140 : 도 5에 도시)이 지지될 수 있는 한 쌍의 스프링 지지부들(523)이 구비되고, 그 하측에 급유 어셈블리(900 : 도 5에 도시)가 장착될 수 있는 장착홈이 구비된다. 물론, 프레임(520)은 외경이 모두 연결된 형상으로 전선 인출홀(522)을 제외한 모든 부분이 양측 방향으로 대칭되도록 형성된다.

특히, 프레임(520)은 저항 저감용 홀들(521) 내측 부분 즉, 실린더(200)와 맞닿는 프레임(520)의 체결부(520in)에 한 쌍의 변형 방지부(525)를 형성하되, 변형 방지부들(525)은 체결부(520in)의 다른 부분에 비해 축방향 길이가 더 길도록 축방향으로 더 돌출되게 형성하여 구조적으로 프레임(520)의 체결 변형을 방지하도록 한다. 이때, 프레임(520)은 급유 어셈블리(900 : 도 5에 도시)에 의해 급유되는 오일을 실린더(200)와 피스톤(300 : 도 5에 도시) 사이로 공급하는 오일 순환 유로(미도시)가 구비되고, 장착홀 둘레에 오일 순환 유로와 연통되는 홈(미도시)이 구비되되, 변형 방지부들(525)은 오일 순환 유로와 연통되는 홈이 형성되지 않은 구간에 형성된다.

따라서, 프레임(520)은 양측 방향으로 대칭 형상으로 형성되고, 저항 저감용 홀들(521) 및 전선 인출홀(522)이 구비되더라도 실린더(200)와 맞닿는 프레임(520)의 체결부(520in)에 축방향으로 더 돌출된 변형 방지부들(525)을 형성하여 저항 저감용 홀들(521) 및 전선 인출홀(522)이 형성된 방향으로 강도를 보강한다.

도 8은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 체결 변형이 도시된 그래프이다. 도 6 내지 도 8을 참고하여 살펴보면, 본 발명의 프레임(520) 및 실린더(200)가 인서트 다이캐스팅 제작된 상태에서 실린더(200)의 중심으로부터 반경 방향으로 거리가 5.65, 10, 63, 68mm 로 멀어지는 위치에서 프레임(520)과 실린더(200)의 체결 변형량을 표시하되, 실린더(200)의 중심으로부터 반경 방향으로 거리가 멀어질수록 프레임(520)과 실린더(200)의 체결 변형량이 모든 방향에 대해 균일한 것을 알 수 있으며, 본 발명에서 저항 저감용 홀들(521) 및 전선 인출홀(522)이 구비된 방향으로 체결 변형량이 종래 기술에 비해 크게 저감된 것을 알 수 있다.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면.

도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 일예가 도시된 도면.

도 4는 종래 기술에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 체결 변형이 도시된 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 리니어 압축기의 일예가 도시된 도면.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 일예가 도시된 도면.

도 8은 본 발명에 따른 리니어 압축기의 프레임 및 실린더 체결 변형이 도시된 그래프.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

200 : 실린더 520 : 프레임

521 : 저항 저감용 홀 522 : 전선 인출홀

525 : 변형 방지부

Claims

냉매의 압축 공간이 내부에 구비된 실린더;

실린더 내부에서 축방향으로 왕복 직선 운동하면서 냉매를 압축시키는 피스톤; 그리고,

실린더의 일단이 장착되는 장착홀과, 피스톤이 왕복 직선 운동시 공기의 저항을 저감시키기 위하여 장착홀 주변에 형성된 저항 저감용 홀이 구비되고, 실린더의 일단과 맞닿는 장착홀 둘레의 일부 구간에, 장착홀로부터 저항 저감용 홀이 형성된 방향에 위치된 변형 방지부가 구비된 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
삭제
제1항에 있어서,

변형 방지부는 축방향으로 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
제1항 또는 제3항에 있어서,

프레임과 실린더는 인서트 다이캐스팅으로 제작된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.