KR101463833B1

KR101463833B1 - 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기

Info

Publication number: KR101463833B1
Application number: KR20090001229A
Authority: KR
Inventors: 조웅; 김경호; 김진국
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2014-11-20
Also published as: KR20100081820A; EP2376782B1; WO2010079885A3; EP2376782A2; CN102272452A; CN102272452B; EP2376782A4; US20110289960A1; WO2010079885A2

Abstract

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 실린더블록과 크랭크축의 대향면에 마그네트 베어링이 삽입되고 그 마그네트 베어링이 축방향과 반경방향으로 자력을 발생하도록 함으로써 상기 크랭크축과 실린더블록이 축방향과 반경방향으로 지지되어 상기 크랭크축의 편심하중에 의한 마찰손실이 감소될 수 있다. 또, 양쪽 마그네트가 서로 중첩되도록 배치함으로써 양쪽 마그네트 사이의 자력에 의한 입력부하가 증가하는 것을 방지하여 압축기의 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

왕복동식 압축기, 스러스트, 마그네트 베어링, 베어링삽입홈

Description

왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기{RECIPROCATING COMPRESSOR AND REFRIGERATING MACHINE HAVING THE SAME}

본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 실린더블록과 크랭크축 사이의 스러스트면에 마그네트 베어링이 설치되는 왕복동식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 밀폐된 용기의 내부에 동력을 발생하는 전동부와 그 전동부의 동력을 전달받아 작동하는 압축부가 함께 구비되는 압축기이다. 상기 밀폐형 압축기는 압축성 유체인 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 회전자리식, 베인식, 스크롤식 등으로 구분할 수 있다.

상기 왕복동식 압축기는 전동부의 회전자에 크랭크축이 결합되고, 그 크랭크축에 커넥팅로드가 결합되어 그 커넥팅로드에 결합된 피스톤이 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 방식이다.

상기 왕복동식 압축기는 실린더블록에 크랭크축의 축부가 삽입되어 반경방향으로 지지되는 동시에 편심질량부가 실린더블록에 얹혀 축방향으로도 지지된다. 따라서, 상기 크랭크축과 실린더블록 사이에는 저널베어링면과 스러스트베어링면이 형성됨에 따라 상기 저널베어링면과 스러스트베어링면에서의 마찰손실을 최소한으 로 줄이는 것이 압축기의 에너지효율을 향상시키는 중요한 요인으로 작용하게 된다. 이를 위해, 상기 크랭크축에는 오일유로가 형성되어 오일피더로부터 펌핑되는 오일이 상기 오일유로를 통해 각각의 베어링면으로 고르게 공급되도록 하고 있다.

하지만, 종래의 왕복동식 압축기는 스러스트면이 면접촉됨에 따라 마찰손실을 줄이는데 한계가 있고, 이를 감안하여 최근에는 상기 스러스트면에 마그네트를 설치하여 상기 스러스트면이 접촉되지 않도록 함으로써 마찰손실을 최소화하고자 하는 기술이 소개되고 있다.

그러나, 상기와 같이 스러스트면에 마그네트가 서로 척력을 갖도록 설치되는 왕복동식 압축기는 양쪽 스러스트면에 설치되는 마그네트의 직경이 거의 동일하게 형성되어 축방향으로 소정의 간격을 두고 서로 마주보도록 설치됨에 따라 축방향으로는 자력을 이용하여 마찰없이 지지할 수 있지만 반경방향으로는 자력을 이용하여 지지하지 못하는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 왕복동식 압축기가 가지는 한계를 해결한 것으로, 상기 스러스트면에 설치되는 마그네트의 자력을 이용하여 크랭크축을 축방향과 반경방향으로 지지할 수 있는 왕복동식 압축기 및 이를 구비한 냉동기기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 저널베어링면을 이루도록 축수구멍이 형성되는 실린더블록; 상기 실린더블록의 축수구멍에 삽입되도록 축부가 형성되고, 그 축부의 외주면에서 연장되어 상기 실린더블록의 축수구멍보다 넓게 판형연장부가 형성되는 크랭크축; 및 상기 실린더블록의 축수구멍 주변의 스러스트면에 설치되는 제1 마그네트와, 상기 실린더블록의 스러스트면에 대향하는 상기 크랭크축의 스러스트면에 설치되는 제2 마그네트로 된 마그네트 베어링;을 포함하고, 상기 마그네트 베어링은 축방향 척력과 반경방향 척력이 함께 발생되도록 마그네트가 배치되는 왕복동식 압축기가 제공된다.

또, 압축기; 상기 압축기의 토출측에 연결되는 응축기; 상기 응축기에 연결되는 팽창기; 및 상기 팽창기에 연결되고 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 증발기;를 포함하고, 상기 압축기는 실린더블록과 크랭크축 사이에 축방향과 반경방향을 지지하는 마그네트 베어링이 설치되는 냉동기기가 제공된다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기는, 상기 실린더블록과 크랭크축의 대향면에 마그네트 베어링이 삽입되고 그 마그네트 베어링이 축방향과 반경방향으로 자력을 발생하도록 함으로써 상기 크랭크축과 실린더블록이 축방향과 반경방향으로 지지되어 상기 크랭크축의 편심하중에 의한 마찰손실이 감소될 수 있다. 또, 양쪽 마그네트가 서로 중첩되도록 배치함으로써 양쪽 마그네트 사이의 자력에 의한 입력부하가 증가하는 것을 방지하여 압축기의 에너지 효율(EER)을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 이를 구비한 냉동기기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 밀폐용기(1)의 내부에 설치되어 회전운동을 하는 전동부(100)와, 상기 전동부(100)의 상측에 설치되어 그 전동부(100)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축부(200)로 구성된다.

상기 전동부(100)는 정회전만 하는 정속 모터가 사용되거나 또는 정회전과 역회전이 가능한 정속 모터가 사용되거나 또는 인버터 모터가 적용될 수도 있다. 그리고 상기 전동부(100)는 상기 밀폐용기(1)의 내부에서 후술할 실린더블록(210)으로 지지되어 탄력 설치되는 고정자(110)와, 상기 고정자(110)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(120)로 이루어진다.

상기 압축부(200)는 압축공간을 이루도록 실린더(211)를 갖고 상기 밀폐용기(1)에 탄력 지지되는 실린더블록(210)과, 상기 실린더블록(210)에 삽입되어 반경방향과 축방향으로 지지되고 상기 전동부(100)의 회전자(120)에 결합되어 회전력을 전달하는 크랭크축(220)과, 상기 크랭크축(220)에 회전 가능하게 결합되어 회전운동을 직선운동으로 전환하는 커넥팅로드(230)와, 상기 커넥팅로드(230)에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하는 피스톤(240)과, 상기 실린더블록(210)의 선단에 결합되어 흡입밸브와 토출밸브가 구비되는 밸브조립체(250)와, 상기 밸브조립체(250)의 흡입측에 결합되는 흡입머플러(260)와, 상기 밸브조립체(250)의 토출측을 수용하도록 결합되는 토출커버(270)와, 상기 토출커버(270)에 연통되어 토출되는 냉매의 토출소음을 감쇄시키는 토출머플러(280)로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명의 왕복동식 압축기는, 상기 전동부(100)의 고정자(110)에 전원이 인가되면, 그 고정자(110)와 회전자(120)의 상호작용력에 의해 상기 회전자(120)가 크랭크축(220)과 함께 회전을 하고, 상기 크랭크축(220)의 캠부(223)에 결합된 상기 커넥팅로드(230)가 선회운동을 하며, 상기 커넥팅로드(230)에 결합된 상기 피스톤(240)이 실린더(211)에서 직선으로 왕복운동을 하면서 냉매를 압축 하여 상기 토출커버(270)로 토출하고, 이 토출커버(270)로 토출되는 냉매는 토출머플러(280)를 거쳐 냉동사이클로 배출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

이와 동시에, 상기 크랭크축(220)이 반경방향과 축방향으로 지지되어 회전을 하면서 그 크랭크축(220)의 하단에 설치된 오일피더(O)가 상기 밀폐용기(1)의 저유부에 저장된 오일을 펌핑하게 되고, 이 오일은 상기 크랭크축(220)의 오일유로를 통해 흡상되어 각 베어링면에 공급되는 한편 일부는 상기 크랭크축(220)의 상단에서 비산되어 전동부(100)를 냉각하게 된다.

여기서, 상기 크랭크축(220)은 상기 실린더블록(210)의 축수구멍(212)에 삽입되어 반경방향으로 지지되는 동시에 상기 실린더블록(210)과 크랭크축(220)의 축방향 대향면에 각각 구비되는 마그네트들에 의해 축방향과 반경방향으로 지지되어 회전을 하게 된다. 이를 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 실린더블록(210)의 중앙에는 상기 크랭크축(220)이 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 저널베어링면을 이루는 축수구멍(212)이 형성된다. 그리고 상기 실린더블록(210)의 축수구멍(212) 주변과 이에 대향되는 상기 크랭크축(220)의 편심질량부(222) 저면 사이에는 자력에 의한 척력(repulsive force)에 의해 상기 크랭크축(220)이 실린더블록(210)에 대해 축방향 뿐만 아니라 반경방향으로도 지지되도록 마그네트 베어링(300)이 설치된다. 즉, 상기 실린더블록(210)의 상면에는 제1 마그네트(310)가 설치되는 반면 상기 크랭크축(220)의 편심질량부(222) 저면에는 상기 제1 마그네트(310)와 같은 극성이 대략 대각선 방향으로 마주보도록 제2 마그네트(320)가 설치된다.

이를 위해, 상기 실린더블록(210)의 축수구멍(212) 상단 주변에는 스러스트면을 이루는 동시에 상기 제1 마그네트(310)가 삽입되도록 베어링지지부(213)가 소정의 높이로 돌출 형성된다. 상기 베어링지지부(213)는 그 상면까지의 높이(H1), 즉 상기 제1 마그네트(310)가 안착될 마그네트 안착면(214)에서의 높이가 그 안착면(214)에서 상기 제1 마그네트(310)의 축방향 높이(H2), 즉 두께 보다 낮지 않게, 보다 바람직하게는 약간 높게 형성되는 것이 상기 제1 마그네트(310)가 상기 크랭크축(220)의 편심질량부(222)에 충돌되는 것을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다. 상기 베어링지지부(213)는 도면에서와 같이 환형으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 원주방향을 따라 등간격으로 돌출된 돌기모양으로 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 크랭크축(220)의 편심질량부(222)는 회전자(120)에 결합되는 축부(221)의 상단에 편심지게 형성되고, 상기 편심질량부(222)의 저면, 즉 상기 실린더블록(210)의 스러스트면에 대향되는 스러스트면에는 상기 제2 마그네트(320)가 삽입될 수 있도록 환형으로 된 마그네트 삽입홈(225)이 형성된다.

상기 마그네트 삽입홈(225)의 깊이는 상기 제2 마그네트(320)의 일부가 노출될 수 있는 높이, 즉 상기 제2 마그네트(320)가 제1 마그네트(310)와 중첩될 수 있지만 상기 실린더블록(210)과 크랭크축(220)의 스러스트면들이 서로 접촉될 때에도 상기 제1 마그네트(310)의 극성과 제2 마그네트(320)의 극성이 반경방향으로 동일한 극성을 가질 수 있는 깊이, 즉 도 4에서와 같이 제1 마그네트(310)의 상단과 제2 마그네트(320)의 중간 사이의 간격(t1)이 스러스트면 사이의 간격(t2) 보다 적어도 작지 않게 형성되는 것이 상기 마그네트 베어링(300)에서 인력(attractive force)이 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있어 바람직하다.

상기 제1 마그네트(310)는 소정의 직경, 즉 상기 실린더블록(210)의 베어링지지부(213) 외경(D1)보다 큰 내경(D2)을 가지도록 환형으로 형성되고, 축방향으로 극성이 형성된다. 즉 도 4에서와 같이 축방향 상측에 N극이 착자되는 경우에는 축방향 하측에 S극이 착자된다.

상기 제2 마그네트(320)는 그 제2 마그네트(320)가 상기 제1 마그네트(310)의 안쪽에 중첩될 수 있는 직경을 가지도록 환형으로 형성되고, 상기 1 마그네트(310)와 같은 극성이 마주보도록 축방향으로 극성이 형성된다. 즉, 상기 제2 마그네트(320)의 극성은 상기 제1 마그네트(310)의 극성과 대칭되는 반대 극성, 예를 들어 도 4에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)의 상측이 N극인 경우에는 상기 제2 마그네트(320)의 하측이 N극이 되고 상측이 S극이 되도록 착자된다.

그리고 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)는 축방향으로 소정의 높이만큼 중첩되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)의 상단이 제2 마그네트(320)의 하단보다 더 높게 위치하여 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)가 반경방향으로 중첩되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)의 중첩거리(t3)는 상기 제1 마그네트(310)가 제2 마그네트(320)의 중간높이 이상, 즉 상기 제1 마그네트(310)의 상측 극성이 제2 마그네트(320)의 상측 극성과 반경방향으로 대응되지 않는 높이, 예를 들어 도 4에서와 같이 중첩거리는 대략 0.4 ~ 1.0 mm 정도가 마그네트 간 척력을 최대로 할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)는 반경방향으로도 약간의 간격을 가지도록 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어 도 4에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)의 외경(D2)이 제2 마그네트(320)의 내경(D3)보다 작은 경우, 그 제1 마그네트(310)의 외경(D2)과 상기 제2 마그네트(320)의 내경(D2) 사이에는 소정의 간격, 즉 도 6에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320) 사이의 반경방향 간격(t4)은 대략 1.0mm이내가 되도록 하는 것이 마그네트 간 척력을 최대로 할 수 있어 바람직하다.

상기와 같은 구성에 의해, 상기 크랭크축(220)이 실린더블록(210)의 축수구멍(212)에 삽입되면, 그 실린더블록(210)과 크랭크축(220)의 스러스트면에 각각 설치되는 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320) 사이에 발생되는 척력에 의해 상기 크랭크축(220)이 실린더블록(210)으로부터 약간 들려진 상태가 된다.

즉, 도 7에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)가 서로 대각선 방향으로 대향되는 면에 같은 극성이 위치하도록 배치됨에 따라 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)는 서로 밀어내는 척력을 발생시켜 상기 크랭크축(220)이 실린더블록(210)에 대해 축방향으로 밀려 약간 들려진 상태가 되고 이로 인해 상기 크랭크축(220)의 축방향 하중에 의한 마찰손실이 감소될 수 있는 것이다.

이때, 도 8에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320) 사이에는 축방향(x방향)으로의 척력 뿐만 아니라 반경방향(y방향)으로의 척력도 발생되어 결국 대각선 방향으로의 척력이 만들어진다. 이에 따라 상기 크랭크축(220)과 실린 더블록(210)은 마그네트 베어링(300)에 의해 축방향으로 지지될 뿐만 아니라 반경방향으로도 지지되어 상기 크랭크축(230)의 편심하중에 의한 마찰손실이 감소될 수 있는 것이다.

특히, 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)가 일정 범위안에서, 즉 양쪽 마그네트의 같은 극성이 반경방향으로 대향되지 않는 범위에서 서로 중첩되도록 배치됨에 따라 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320) 사이의 자력에 의한 입력부하가 증가하는 것을 방지할 수 있고 이를 통해 압축기의 에너지 효율(EER)을 더욱 향상시킬 수 있다. 도 9는 본 발명에 따른 마그네트 베어링이 적용된 왕복동식 압축기를 종래의 미끄럼 접촉식 베어링이 적용된 왕복동식 압축기에 대해 입력과 냉력 그리고 효율을 비교 실험한 결과표이다. 이에 도시된 바와 같이, 동일용량의 왕복동식 압축기에서 마그네트 베어링을 본 발명과 같이 반경방향과 축방향으로 지지할 수 있도록 배치하는 경우의 입력이 125.2W인데 반해 종래의 미끄럼 베어링방식이 적용된 경우에는 126W로 입력면에서도 본 발명이 개선되었슴을 알 수 있다. 그리고 냉력에서도 본 발명이 233.08W인데 반해 종래는 229.4W에 불과했다. 결국, 압축기의 에너지 효율(EER)을 보면 본 발명의 경우 대략 6.4 정도가 되는데 반해, 종래에는 대략 6.25 정도임을 알 수 있다. 즉, 본 발명이 종래에 비해 에너지 효율이 대략 0.15 정도의 현저한 개선 효과가 있슴을 알 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 마그네트 베어링에서 그 마그네트 베어링을 이루는 제1 마그네트와 제2 마그네트의 형상에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 제1 마그네트와 제2 마그네트가 사각단면, 예를 들어 직사각형이나 정사각형 단면 형상으로 형성되는 것이었으나, 본 실시예에서는 도 10에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)가 경사면을 갖는 형상, 예를 들어 반사다리 단면 또는 마름모 단면 형상으로 형성될 수도 있다.

이 경우, 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)의 축방향 대향면이 서로 대칭되도록 경사지게 형성된다. 그리고 도 10의 (a)와 같이 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)의 축방향 대응면은 그 축방향 단면 중심이 서로 일치되도록 배치될 수도 있으나, 도 10의 (b)와 같이 상기 마그네트 베어링(300)이 축방향과 반경방향 척력이 발생되도록 하기 위해서는 양쪽 마그네트(310)(320)의 축방향 단면 중심이 소정의 간격(t)을 가지도록 배치되는 것이 더 바람직할 수 있다.

다만, 본 실시예에서는 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)의 축방향 대향면이 서로 경사지게 형성되고 축방향 단면 중심이 소정의 간격을 가지도록 배치됨에 따라 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)는 반경방향으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제1 마그네트(310)가 제2 마그네트(320)의 안쪽, 또는 그 반대로 삽입될 수 있도록 형성될 필요는 없다. 즉, 본 실시예는 상기 제1 마그네트(310)의 최상점과 제2 마그네트(320)의 최하점이 이미 반경방향으로 중첩되는 위치에 배치될 수 있으므로 상기 제1 마그네트(310)의 외경이 제2 마그네트(320)의 내경 보다 작게 형성할 필요가 없다. 이를 통해 상기 제2 마그네트(320)의 직경이 전술한 실시예와 동일한 경우라면 상기 제1 마그네트(310)의 직경을 전술한 실시예보다 더 크게 형성할 수 있어 베어링 효과를 더 높일 수 있다. 반대로 상기 제1 마그네트(310)의 직경이 전술한 실시예와 동일한 경우라면 상기 제2 마그네트(320)의 직경을 작게 하여 그만큼 마그네트에 대한 재료비용을 절감할 수 있다. 그 외의 구성과 그에 따른 작용효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 마그네트 베어링을 실린더블록의 스러스트면과 크랭크축의 스러스트면에 설치할 때 이에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 실린더블록(210)의 베어링지지부(213)가 축수구멍(212)의 주변에 형성되어 그 외주면에 상기 제1 마그네트(310)의 내주면이 접촉되도록 결합되는 것이었으나, 본 실시예는 도 11에서와 같이 상기 베어링지지부(213)가 상기 실린더블록(210)의 상면 가장자리쪽에 형성되어 그 내주면에 상기 제1 마그네트(310)의 외주면이 접촉되도록 삽입되어 결합되는 것이다.

이 경우에도, 상기 베어링지지부(213)의 높이는 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다. 그리고 상기 크랭크축(220)의 스러스트면에는 상기 마그네트 삽입홈(215)이 형성되고, 그 마그네트 삽입홈(215)에 상기 제2 마그네트(320)가 삽입되어 고정될 수 있다. 그외, 기본적인 구성과 이에 따른 작용 효과는 전술한 실시예와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예의 경우에는, 상기 베어링지지부(213)의 안쪽에 제1 마그네트(310)가 위치하게 되므로, 상기 제2 마그네트(320)가 제1 마그네트(310)의 안쪽, 즉 내경쪽에 위치하게 된다. 그리고 이로 인해, 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)의 직경이 작아지게 되어 그만큼 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)에 대한 재료비용이 전술한 실시예에 비해 상대적으로 절감될 수 있다.

또 다른 실시예로, 도 12에서와 같이, 상기 크랭크축(220)의 편심질량부(222)의 저면에 베어링지지부(226)가 형성되고, 그 베어링지지부(226)의 외주면에 상기 제2 마그네트(320)의 내주면이 접촉되도록 결합될 수도 있다. 이 경우, 상기 크랭크축(220)의 베어링지지부(226) 단면, 즉 상기 크랭크축(220)의 스러스트면에 대향되는 상기 실린더블록(210)의 스러스트면에는 상기 제1 마그네트(310)가 삽입될 수 있도록 환형으로 된 마그네트 삽입홈(215)이 형성될 수도 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 이 경우 상기 베어링지지부의 내주면에 제2 마그네트의 외주면이 결합되도록 할 수도 있다.

이들 경우에도, 상기 베어링지지부(226)의 높이 또는 상기 마그네트 삽입홈(215)의 깊이 등 기본적인 구성은 구성과 그에 따른 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 마그네트 베어링은 실린더블록의 하단면과 이에 대응하는 회전자의 상면에 설치될 수도 있다.

즉, 전술한 실시예에서는 상기 제1 마그네트가 실린더블록의 스러스트면에 설치되는 반면 상기 제2 마그네트는 크랭크축의 스러스트면에 설치되는 것이었으나, 본 실시예에서는 도 13에서와 같이 상기 제1 마그네트(310)가 실린더블록(210)의 하단면에 설치되는 반면 상기 제2 마그네트(320)는 상기 실린더블록(210)의 하 단면에 대응하는 상기 회전자(120)의 상면에 설치되는 것이다.

이 경우에도, 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)는 축방향 단면 중심이 소정의 간격만큼 벌어지도록 직경을 달리 형성하여 축방향으로도 소정의 간격만큼 이격되도록 배치하거나 또는 축방향으로 소정의 높이만큼 중첩되도록 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 마그네트 베어링(300)을 조립할 때 그 설치공간을 고려하면 상기 제2 마그네트(320)의 직경이 제1 마그네트(310)의 직경보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 이 경우에는 상기 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)가 서로 인력이 작용하도록 제1 마그네트(310)와 제2 마그네트(320)의 대응면이 서로 다른 극성을 갖도록 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 회전자(120)와 크랭크축(220)은 일체로 결합됨에 따라 상기 크랭크축(220)과 실린더블록(210) 사이에서의 마찰손실을 줄이기 위해서는 상기 크랭크축(220), 즉 회전자(120)가 실린더블록(210)쪽으로 당겨올려져야 하므로 상기 회전자(120)와 실린더블록(210) 사이에 마그네트 베어링(300)이 설치되는 경우에는 그 마그네트 베어링(300)이 인력을 발생시키도록 착자되어야 하는 것이다.

또 다른 실시예로, 상기 마그네트 베어링은 압축기의 구조에 따라 척력을 이용하거나 인력을 이용할 수 있도록 배치될 수 있다.

즉, 전술한 실시예들과 같이 상기 압축부(200)가 전동부(100)의 상측에 배치되는 경우에는, 상기 마그네트 베어링(300)이 상기 실린더블록(210)과 크랭크축(220) 사이에 설치되면 그 마그네트 베어링(300)은 마그네트 사이의 척력을 이용 하는 것이고, 상기 마그네트 베어링(300)이 회전자(120)와 실린더블록(210) 사이에 설치되면 그 마그네트 베어링(300)은 인력을 이용하는 것이다.

반면, 상기 압축부(200)가 전동부(100)의 하측에 배치되는 경우에는, 상기 마그네트 베어링(300)이 상기 실린더블록(210)과 크랭크축(220) 사이에 설치되면 그 마그네트 베어링(300)은 마그네트 사이의 인력을 이용하는 것이고, 상기 마그네트 베어링(300)이 회전자(120)와 실린더블록(210) 사이에 설치되면 그 마그네트 베어링(300)은 척력을 이용하는 것이다.

이에 따른 기본적인 구성과 작용효과는 전술한 실시예들과 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기가 냉동기기에 적용되는 경우, 그 냉동기기의 성능을 향상시킬 수 있다.

예컨대, 도 14에서와 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 상기와 같이 스러스트면에 마찰이 발생되지 않는 마그네트 베어링이 설치되는 왕복동식 압축기(C)가 연결된다. 그리고 상기 왕복동식 압축기(C)의 마그네트 베어링(300)은 대응되는 양쪽 마그네트가 축방향은 물론 반경방향으로도 힘을 발생시켜 크랭크축이 실린더블록에 대해 축방향은 물론 반경방향으로도 마찰손실을 저감시킬 수 있다. 이로써, 상기 냉동기기는 앞서 왕복동식 압축기에서 언급된 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 이 왕복동식 압축기가 적용된 냉동기기의 성능이 향상될 수 있다.

본 발명에 의한 왕복동식 압축기 및 이를 적용한 냉동기기는, 실린더가 한 개인 단식 왕복동식 압축기를 설명하였으나 경우에 따라서는 실린더가 복수 개인 다중 왕복동식 압축기와 이를 적용한 냉동기기에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 왕복동식 압축기에서 실린더블록과 크랭크축 그리고 볼베어링을 분해하여 보인 사시도,

도 3은 도 1에 따른 마그네트 베어링의 조립상태를 보인 종단면도,

도 4는 도 3에서 마그네트 베어링을 확대하여 보인 개략도,

도 5는 도 1에 따른 마그네트 베어링의 중첩거리에 대한 자력을 비교한 그래프,

도 6은 도 1에 따른 마그네트 베어링의 반경방향 간격에 대한 자력을 비교한 그래프,

도 7은 도 1에 따른 마그네트 베어링의 자력선분포도,

도 8은 도 7에 따른 마그네트 베어링의 자력성분을 설명하기 위해 보인 개략도,

도 9는 본 발명에 따른 마그네트 베어링이 적용된 왕복동식 압축기를 종래의 미끄럼 접촉식 베어링이 적용된 왕복동식 압축기에 대해 입력과 냉력 그리고 효율을 비교 실험한 표,

도 10은 도 1에 따른 마그네트 베어링에서 마그네트의 형상에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 11 및 도 12는 도 1에 따른 마그네트 베어링에서 마그네트의 배열위치에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 13은 도 1에 따른 마그네트 베어링에서 마그네트의 설치위치에 대한 다른 실시예를 보인 종단면도,

도 14는 본 발명의 왕복동식 압축기가 적용된 냉장고의 일례를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 밀폐용기 100 : 전동부

200 : 압축부 210 : 실린더블록

212 : 축수구멍 213 : 베어링지지부

214 : 베어링안착면 215 : 베어링삽입홈

220 : 크랭크축 221 : 축부

222 : 편심질량부 223 : 캠부

225 : 베어링삽입홈 226 : 베어링지지부

300 : 마그네트 베어링 310 : 제1 마그네트

320 : 제2 마그네트

Claims

밀폐된 내부공간을 갖는 케이싱;

상기 케이싱의 내부공간에 설치되는 구동모터;

상기 구동모터와 함께 상기 케이싱의 내부공간에 설치되고, 그 일측에 실린더가 형성되며, 그 실린더의 일측에는 저널베어링면을 이루도록 축수구멍이 형성되는 실린더블록;

상기 구동모터의 회전자에 결합되고 상기 실린더블록의 축수구멍에 삽입되는 축부와, 그 축부의 외주면에서 연장되어 상기 실린더블록의 축수구멍보다 넓게 형성되는 판형연장부를 갖는 크랭크축; 및

상기 실린더블록과 크랭크축의 사이에서 축방향 힘과 반경방향 힘이 함께 발생되도록 하여 상기 크랭크축이 실린더블록에 대해 축방향과 반경방향으로 지지되도록 하는 마그네트 베어링;을 포함하고,

상기 마그네트 베어링은 상기 실린더블록에 설치되는 제1 마그네트와, 그 제1 마그네트에 대응하도록 상기 크랭크축 또는 그 크랭크축이 결합된 상기 구동모터의 회전자에 설치되는 제2 마그네트로 이루어지며,

상기 제1 마그네트와 제2 마그네트는 각각 환형으로 형성되고, 어느 한 쪽 마그네트의 외경이 다른 쪽 마그네트의 내경 보다 작게 형성되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 제1 마그네트의 단면과 제2 마그네트의 단면은 그 축방향 중심이 소정의 간격을 갖도록 배치되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 제1 마그네트와 제2 마그네트는 반경방향으로 중첩되게 배치되는 왕복동식 압축기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1 마그네트와 제2 마그네트의 중첩높이는 상기 실린더블록의 스러스트면과 상기 크랭크축의 스러스트면 사이의 간격에 의해 조절되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 실린더블록의 스러스트면 또는 이에 대응하는 상기 크랭크축의 스러스트면 중에서 적어도 어느 한 쪽 스러스트면에는 상기 제1 마그네트 또는 제2 마그 네트가 삽입되도록 마그네트 삽입홈이 형성되는 왕복동식 압축기.
제6항에 있어서,

상기 마그네트 삽입홈의 깊이는 그 마그네트 삽입홈에 삽입되는 마그네트의 축방향 높이보다 얕거나 같게 형성되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 실린더블록의 축수구멍 둘레에는 소정의 높이로 돌출되어 그 상면이 스러스트면을 이루는 베어링지지부가 형성되고, 그 베어링지지부의 외주면에는 상기 제1 마그네트의 내주면이 접촉되어 고정되는 왕복동식 압축기.
제8항에 있어서,

상기 베어링지지부의 스러스트면이 상기 제1 마그네트의 상면 보다 높거나 같게 형성되는 왕복동식 압축기.
제8항에 있어서,

상기 크랭크축의 판형연장부의 스러스트면에는 상기 제2 마그네트가 삽입되도록 마그네트 삽입홈이 형성되고, 상기 마그네트 삽입홈의 깊이는 상기 제2 마그네트가 제1 마그네트와 반경방향으로 중첩될 수 있는 깊이로 형성되는 왕복동식 압축기.
제1항에 있어서,

상기 제1 마그네트와 제2 마그네트는 축방향을 따라 극성이 대칭되도록 착자되는 왕복동식 압축기.
제11항에 있어서,

상기 실린더블록의 스러스트면과 크랭크축의 스러스트면이 접촉되었을 때 상기 제1 마그네트와 제2 마그네트는 반경방향으로 서로 같은 극성이 위치하도록 배치되는 왕복동식 압축기.
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삭제
압축기;

상기 압축기의 토출측에 연결되는 응축기;

상기 응축기에 연결되는 팽창기; 및

상기 팽창기에 연결되고 상기 압축기의 흡입측에 연결되는 증발기;를 포함하고,

상기 압축기는 상기 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항의 압축기로 이루어지는 냉동기기.