KR20080024230A - 리니어 압축기의 클램핑 고정자 부품 - Google Patents

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KR20080024230A
KR20080024230A KR1020087002653A KR20087002653A KR20080024230A KR 20080024230 A KR20080024230 A KR 20080024230A KR 1020087002653 A KR1020087002653 A KR 1020087002653A KR 20087002653 A KR20087002653 A KR 20087002653A KR 20080024230 A KR20080024230 A KR 20080024230A
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stator
piston
clamp
air gap
cylinder part
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KR1020087002653A
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우페쉬 파텔
고든 카메론 오테
Original Assignee
피셔 앤 페이켈 어플라이언스 리미티드
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Abstract

리니어 압축기는 실린더 보어를 갖춘 실린더 부품을 포함하고 있다. 피스톤이 보어 내에 배치되어 보어 내에서 슬라이딩이 가능하다. 메인 스프링이 실린더 부품을 피스톤에 연결한다. 연결 부재가 메인 스프링과 피스톤 사이를 연결한다. 연결부재는 리니어 전기 모터의 고정자의 공기 갭을 통과한다. 전기 모터의 하나 이상의 전기자 전극이 연결 부재를 따라 위치되어있다. 고정자는 공기 갭을 가로질러 서로 대향하는 다수의 고정자 부품을 포함하고 있다. 실린더 부품은 각각의 고정자 부품을 위한 테이퍼형 클램프를 포함하고 있다. 테이퍼형 클램프는 공기 갭으로부터 바깥쪽으로 점점 넓어진다. 각각의 고정자 부품은 매치하는 테이퍼부를 가지고 있어 테이퍼형 클램프와 맞물린다.
Figure 112008008257464-PCT00001
리니어 압축기, 실린더, 피스톤, 리이너 전기 모터, 고정자, 전기자, 테이퍼부, 테이퍼형 클램프

Description

리니어 압축기의 클램핑 고정자 부품{CLAMPING STATOR PARTS IN LINEAR COMPRESSORS}
본 발명은 리니어 압축기에 관한 것이고, 보다 상세하게는 증기 압축 냉각 시스템에 사용하기 적절한 형태의 리니어 압축기에 관한 것이다.
증기 압축 냉각 시스템에 사용하는 형태의 리니어 압축기의 관련 기록들이 종래 기술에 있다. 이러한 기록 중 하나는 특허출원중인 PCT 특허출원번호 PCT/NZ2004/000108호가 있다. 그 명세서는 리니어 압축기에 대한 특정 적용장치를 가지고 있는 압축기에 관한 여러 개발을 설명하고 있다. 본 발명은 상기 특허 출원서에 설명된 바와 같은 압축기의 실시예에 대한 한층 더한 개선에 관한 것이고, 상기 출원서는 본 발명이 적용될 수 있는 압축기의 일반적인 예시를 제공하고 있다. 하지만 본 원은 상기 출원서에 개시된 리니어 압축기의 특정 실시에의 기술범위를 넘어 적용될 수도 있다. 여기에서 당업자는 종래 기술에서 알려진 바와 같은 리니어 압축기의 다른 실시예에 대한 본 고안의 일반적인 적용을 이해할 것이다.
본 발명의 목적은 리니어 압축기에 관하여 개량된 산물을 제공하거나 또는 적어도 유용한 선택범위를 산업에 제공하는 것이다.
제1 구성에서, 본 발명은,
실린더 보어를 포함하는 실린더 부품,
상기 보어 내에 배치되어 슬라이딩 가능한 피스톤,
상기 실린더 부품을 상기 피스톤에 연결하는 메인 스프링,
상기 메인 스프링과 상기 피스톤 사이를 연결하는 연결 부재,
상기 연결 부재가 통과하는 공기 갭을 가지고 있는 리이너 전기 모터의 고정자, 및
상기 연결 부재를 따라 위치된 상기 리이너 전기 모터의 하나 이상의 전기자 전극을 포함하고 있고,
상기 고정자는 상기 공기 갭을 가로질러 대향하는 다수의 고정자 부품을 포함하고, 상기 실린더 부품은 각각의 상기 고정자 부품을 위한 테이퍼형 클램프를 포함하고, 상기 테이퍼형 클램프는 상기 공기 갭으로부터 바깥쪽으로 점점 넓어지고,
각각의 상기 고정자 부품은 매치하는 테이퍼부를 가지고 있어 상기 테이퍼형 클램프와 맞물리는 리니어 압축기로 구성되어있다.
다른 구성에 따라, 상기 하나 이상의 전기자 전극은, 블럭의 넓은 면이 고정자를 향하는 상태로 상기 연결 부재에 고정되고 상기 전기자 전극을 형성하도록 자성을 가지고 있는 실질적으로 편평한 하나 이상의 영구 자석 재료의 블럭을 포함하고 있다.
다른 구성에 따라, 상기 테이퍼형 클램프는, 상기 실린더에 대한 상기 피스톤의 왕복운동과 실질적으로 평행한 방향으로 서로를 향하고 있고 상기 공기 갭에 인접한 한 쌍 이상의 대향하는 면을 포함하고 있다.
다른 구성에 따라, 상기 고정자 부품은 레미네이션 스택을 포함하고 있고, 상기 레미네이션 스택의 각각의 레미네이션은 면과 에지를 가지고 있고, 상기 레미네이션 스택은 상응하는 면과 에지를 가지고 있고, 상기 레미네이션 스택은 상기 테이퍼형 클램프의 상기 한 쌍 이상의 대향하는 면이 상기 스택의 에지와 맞닿는 상태로 상기 클램프 내에 있다.
다른 구성에 따라, 상기 대향하는 면은 대략 3도의 테이퍼각으로 수렴한다.
다른 구성에 따라, 상기 면 중의 하나는 상기 왕복운동 축선과 실질적으로 직각을 이루고, 다른 하나는 상기 테이퍼부를 형성하도록 상기 직각을 이룬 수직선에 대해 기울어져 있다.
다른 구성에 따라, 상기 레미네이션 스택의 상기 레미네이션은 상기 공기 갭과 접하는 에지와 각각의 클램프 면과 인접한 에지를 가지고 있고, 상기 클램프 면 측 에지 중의 하나는 상기 공기 갭과 실질적으로 직각을 이루고, 다른 하나는 외향 플레어 부분을 포함한다.
다른 구성에 따라, 상기 외향 플레어 에지 부분은 상기 공기 갭의 에지에 대해 대략 93도 기울어져 있다.
다른 구성에서, 본 발명은,
의도된 공기 갭으로부터 바깥쪽으로 멀어질수록 넓어지는 일체형의 테이퍼형 클램프를 포함하는 실린더 부품을 마련하는 단계,
상기 피스톤 로드 상의 전기자가 상기 공기 갭 내에 있어 측방향으로 지지되어있도록 피스톤과 커넥팅 로드 어셈블리를 설치하는 단계, 및
상기 테이퍼형 클램프의 테이퍼부에 대해 상응하는 테이퍼부를 가지는 고정자 부품을 상기 테이퍼형 클램프 내로 가압하는 단계를 포함하고 있는 리니어 압축기의 제조 방법으로 구성되어있다.
다른 구성에 따라, 상기 실린더 부품, 상기 테이퍼형 클램프 및/또는 상기 고정자 부품은 상기 단락들 중 하나를 따라 구성된다.
상기 단락에서 설명한 본 발명에 관하여, 상기 메인 스프링은, 예를 들면 코일 스프링의 조합체, 코일 스프링과 평면 스프링의 조합체 또는 평면 스프링의 조합체를 포함할 수 있다. 코일 스프링은 얇은 벽으로 된 실린더 자재(stock)로부터 기계가공된 적절한 높은 피로강도의 와이어 또는 스프링으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 조합체는 높은 측방향 강성을 제공하는 하나 이상의 평면 스프링을 포함하고 있다. 가장 바람직하게는, 조합체는 하나 이상의 스프링과 하나 이상의 코일 스프링을 포함하고 있다.
상기 실린더 부품과, 상기 영구 자석 재료와 상기 피스톤의 중간 위치에 있는 상기 연결 부재 사이에서 작동하고, 상기 연결 로드의 축방향 이동을 허용하지만, 측방향 하중을 상기 실린더 부품에 전달하는 측방향 지지부가 있을 수 있다.
상기 단락에서 설명한 본 발명에 관하여, 상기 메인 스프링은 하나의 스프링 요소 또는 서로 평행하게 작동하는 다수의 스프링 요소의 조합체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 메인 스프링은 또한 상기 실린더 부품과 상기 연결 부재 사이에서 작동하는 측방향 지지부를 제공하고 있고, 이 연결 부재는, 상기 모터의 전기자의 한 단부가 메인 스프링에 의해 지지되고 다른 단부가 측방향 지지부에 의해 지지되어있도록 위치된 상기 측방향 지지부와 메인 스프링 위치 사이에 상기 전기자 전극 또는 전극들이 있는 위치에 있다.
측방향 지지부는, 예를 들면 시트 재료로부터 절단되거나 평면 내에서 스프링 라인으로 구부려진 스프링 와이어로 형성되는 하나 이상의 평면 스프링을 포함할 수 있다. 다르게는, 상기 반경방향 지지부는 연결 부재 상에서 작동하는 하나 이상의 슬라이딩 베어링을 포함할 수 있다.
측방향 지지부와 피스톤 사이의 연결 부재의 영역에서, 연결 부재는, 축방향 힘을 유효하게 전달하지만 연결 부재의 왕복운동 축선에 대한 피스톤의 측방향 및 각방향의 컴플라이언스를 가지도록, 측방향의 가요성을 가질 수 있거나 하나의 (바람직하게는 두 개의)가요성 부분을 포함할 수 있다.
실린더 부품은, 작동시 피스톤을 지지하는 실린더 보어를 따라 주위에 이격되어있는 다수의 베어링 포트를 통해 압축 가스를 수용하고 공급하는 공기정역학의 가스 베어링을 포함할 수 있다. 하지만 전기자의 양단부가 반경방향으로(즉 측방향으로) 지지되어있고, 측방향 지지부와 피스톤 사이의 연결 부재에서 컴플라이언스를 가지고 있어, 압축 가스의 소비에 의해 가스 베어링의 이점과 마찰 감소가 가스 베어링의 것보다 뛰어날 수 있을 것으로 본 발명자는 기대할 수 있다.
첨부된 청구항으로 정의된 본 발명의 청구범위로부터 벗어남 없이 본 발명의 실시예와 적용례에 많은 변경과 변형이 있을 수 있음은 당업자에게 자명하다. 여기에 개시된 설명은 단지 예시적일 뿐이고 한정하는 의미로 의도되지 않는다.
도 1은 제1 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면의 평면도이다. 제1 실시예는 평면 스프링과 코일 스프링의 조합체를 포함하는 메인 스프링을 가지고 있다. 편평한 모터 전기자의 한 단부는 메인 스프링에 의해 반경방향으로 지지되어있고 다른 단부는 피스톤에 의해 반경방향으로 지지되어있다. 도 1은 도 2의 선 D-D를 따라 취한 단면도이다.
도 2는 도 1의 선C-C를 따라 취한, 도 1의 실시예의 단면의 정면도이다.
도 3은 제2 실시예를 따른 리니어 압축기의 단면의 평면도이다. 제2 실시예는 평면 스프링의 스택을 포함하는 메인 스프링을 가지고 있다. 편평한 모터 전기자의 한 단부는 메인 스프링에 의해 반경방향으로 지지되어있고 다른 단부는 또 다른 평면 스프링에 의해 반경방향으로 지지되어있다. 피스톤에 대한 탄성 연결부가 있다. 도 3은 도 4의 선 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 3의 선 B-B를 따라 취한, 도 2의 실시예의 단면의 정면도이다.
도 5는 제3 실시예에 따른 리니어 압축기의 단면의 평면도이다. 제3 실시예는 평면 스프링과 코일 스프링의 조합체를 포함하는 메인 스프링을 가지고 있다. 편평한 모터 전기자의 한 단부는 메인 스프링에 의해 반경방향으로 지지되어있고 다른 단부는 슬라이딩 베어링에 의해 반경방향으로 지지되어있다. 피스톤에 대한 탄성 연결부가 있다. 도 5는 도 6의 선 F-F를 따라 취한 단면도이다.
도 6은 도 5의 선 A-A를 따라 취한, 도 5의 실시예의 단면의 정면도이다.
도 7은 실시예의 각각에 포함되는 본 발명에 따른 일체형의 고정자 장착 클램프 및 관련 고정자 부품의 확대도이다.
제1 구성에서, 본 발명은,
실린더 보어를 포함하는 실린더 부품,
상기 보어 내에 배치되어 슬라이딩 가능한 피스톤,
상기 실린더 부품을 상기 피스톤에 연결하는 메인 스프링,
상기 메인 스프링과 상기 피스톤 사이를 연결하는 연결 부재,
상기 연결 부재가 통과하는 공기 갭을 가지고 있는 리이너 전기 모터의 고정자, 및
상기 연결 부재를 따라 위치된 상기 리이너 전기 모터의 하나 이상의 전기자 전극을 포함하고 있고,
상기 고정자는 상기 공기 갭을 가로질러 대향하는 다수의 고정자 부품을 포함하고, 상기 실린더 부품은 각각의 상기 고정자 부품을 위한 테이퍼형 클램프를 포함하고, 상기 테이퍼형 클램프는 상기 공기 갭으로부터 바깥쪽으로 점점 넓어지고,
각각의 상기 고정자 부품은 매치하는 테이퍼부를 가지고 있어 상기 테이퍼형 클램프와 맞물리는 리니어 압축기로 구성되어있다.
다른 구성에 따라, 상기 하나 이상의 전기자 전극은, 블럭의 넓은 면이 고정자를 향하는 상태로 상기 연결 부재에 고정되고 상기 전기자 전극을 형성하도록 자 성을 가지고 있는 실질적으로 편평한 하나 이상의 영구 자석 재료의 블럭을 포함하고 있다.
다른 구성에 따라, 상기 테이퍼형 클램프는, 상기 실린더에 대한 상기 피스톤의 왕복운동과 실질적으로 평행한 방향으로 서로를 향하고 있고 상기 공기 갭에 인접한 한 쌍 이상의 대향하는 면을 포함하고 있다.
다른 구성에 따라, 상기 고정자 부품은 레미네이션 스택을 포함하고 있고, 상기 레미네이션 스택의 각각의 레미네이션은 면과 에지를 가지고 있고, 상기 레미네이션 스택은 상응하는 면과 에지를 가지고 있고, 상기 레미네이션 스택은 상기 테이퍼형 클램프의 상기 한 쌍 이상의 대향하는 면이 상기 스택의 에지와 맞닿는 상태로 상기 클램프 내에 있다.
다른 구성에 따라, 상기 대향하는 면은 대략 3도의 테이퍼각으로 수렴한다.
다른 구성에 따라, 상기 면 중의 하나는 상기 왕복운동 축선과 실질적으로 직각을 이루고, 다른 하나는 상기 테이퍼부를 형성하도록 상기 직각을 이룬 수직선에 대해 기울어져 있다.
다른 구성에 따라, 상기 레미네이션 스택의 상기 레미네이션은 상기 공기 갭과 접하는 에지와 각각의 클램프 면과 인접한 (불연속적인)에지를 가지고 있고, 상기 클램프 면 측 에지 중의 하나는 상기 공기 갭과 실질적으로 직각을 이루고, 다른 하나는 외향 테이퍼(플레어) 부분을 포함한다.
다른 구성에 따라, 상기 외향 플레어 에지 부분은 상기 공기 갭의 에지에 대해 대략 93도 기울어져 있다.
다른 구성에서, 본 발명은,
의도된 공기 갭으로부터 바깥쪽으로 멀어질수록 넓어지는 일체형의 테이퍼형 클램프를 포함하는 실린더 부품을 마련하는 단계,
상기 피스톤 로드 상의 전기자가 상기 공기 갭 내에 있어 측방향으로 지지되어있도록 피스톤과 커넥팅 로드 어셈블리를 설치하는 단계, 및
상기 테이퍼형 클램프의 테이퍼부에 대해 상응하는 테이퍼부를 가지는 고정자 부품을 상기 테이퍼형 클램프 내로 가압하는 단계를 포함하고 있는 리니어 압축기의 제조 방법으로 구성되어있다.
다른 구성에 따라, 상기 실린더 부품, 상기 테이퍼형 클램프 및/또는 상기 고정자 부품은 상기 단락들 중 하나를 따라 구성된다.
상기 단락에서 설명한 본 발명에 관하여, 상기 메인 스프링은, 예를 들면 코일 스프링의 조합체, 코일 스프링과 평면 스프링의 조합체 또는 평면 스프링의 조합체를 포함할 수 있다. 코일 스프링은 얇은 벽으로 된 실린더 자재로부터 기계가공된 적절한 높은 피로강도의 와이어 또는 스프링으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 조합체는 높은 측방향 강성을 제공하는 하나 이상의 평면 스프링을 포함하고 있다. 가장 바람직하게는, 조합체는 하나 이상의 스프링과 하나 이상의 코일 스프링을 포함하고 있다.
상기 실린더 부품과, 상기 영구 자석 재료와 상기 피스톤의 중간 위치에 있는 상기 연결 부재 사이에서 작동하고, 상기 연결 로드의 축방향 이동을 허용하지만, 측방향 하중을 상기 실린더 부품에 전달하는 측방향 지지부가 있을 수 있다.
상기 단락에서 설명한 본 발명에 관하여, 상기 메인 스프링은 하나의 스프링 요소 또는 서로 평행하게 작동하는 다수의 스프링 요소의 조합체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 메인 스프링은 또한 상기 실린더 부품과 상기 연결 부재 사이에서 작동하는 측방향 지지부를 제공하고 있고, 이 연결 부재는, 상기 모터의 전기자의 한 단부가 메인 스프링에 의해 지지되고 다른 단부가 측방향 지지부에 의해 지지되어있도록 위치된 상기 측방향 지지부와 메인 스프링 위치 사이에 상기 전기자 전극 또는 전극들이 있는 위치에 있다.
측방향 지지부는, 예를 들면 시트 재료로부터 절단되거나 평면 내에서 스프링 라인으로 구부려진 스프링 와이어로 형성되는 하나 이상의 평면 스프링을 포함할 수 있다. 다르게는, 상기 반경방향 지지부는 연결 부재 상에서 작동하는 하나 이상의 슬라이딩 베어링을 포함할 수 있다.
측방향 지지부와 피스톤 사이의 연결 부재의 영역에서, 연결 부재는, 축방향 힘을 유효하게 전달하지만 연결 부재의 왕복운동 축선에 대한 피스톤의 측방향 및 각방향의 컴플라이언스를 가지도록, 측방향의 가요성을 가질 수 있거나 하나의 (바람직하게는 두 개의)가요성 부분을 포함할 수 있다.
실린더 부품은, 작동시 피스톤을 지지하는 실린더 보어를 따라 주위에 이격되어있는 다수의 베어링 포트를 통해 압축 가스를 수용하고 공급하는 공기정역학의 가스 베어링을 포함할 수도 있다. 하지만 전기자의 양단부가 반경방향으로(즉 측방향으로) 지지되어있고, 측방향 지지부와 피스톤 사이의 연결 부재에서 컴플라이언스를 가지고 있어, 압축 가스의 소비에 의해 가스 베어링의 이점과 마찰 감소가 가스 베어링의 것보다 뛰어날 수 있을 것으로 본 발명자는 기대할 수 있다.
도 1~6을 참조하면, 증기 압축 냉각 시스템을 위한 압축기는 하우징(2)의 안에 지지되어있는 리니어 압축기(1)를 포함하고 있다. 전형적으로 하우징(2)은 기밀 폐쇄되어있고 가스 입구(3)와 압축 가스 출구(4)를 포함하고 있다. 압축되지않은 가스가 하우징의 내부에서 압축기(1)의 주위로 흐른다. 이러한 압축되지않은 가스는 흡입 스크로크 동안 압축기 내로 빨려들어가, 압축 스트로크 시 피스톤 크라운(14)과 밸브 플레이트(5) 사이에서 압축되고 송출 밸브(6)를 통하여 압축 가스 매니폴드(7) 내로 배출된다. 압축 가스는 매니폴드(7)로부터 가요성 있는 튜브(8)를 통하여 셸의 출구(4)로 빠져나간다. 송출 튜브(8)의 강성 영향을 줄이기 위해, 튜브는 압축기의 왕복운동 축선을 가로지르는 루프 즉 나선으로 배열되는 것이 바람직하다. 압축실로의 흡입은 (크라운에 구멍과 밸브가 있는)피스톤을 통하여, 또는 흡입 및 송출 매니폴드와 밸브가 나뉘어있는 헤드를 통하여 이루어질 수 있다. 예시된 압축기는 흡입 매니폴드(13)와 흡입 밸브(29)를 갖춘 헤드를 통하여 흡입을 한다.
대체로, 예시된 리니어 압축기(1)는 실린더 부품 및 메인 스프링에 의해 연결된 피스톤 부품을 가지고 있다. 실린더 부품은 실린더 하우징(10), 실린더 헤드(11), 밸브 플레이트(5) 및 실린더(12)를 포함하고 있다. 실린더 부품은 또한 리니어 전기 모터를 위한 고정자 부품(15)을 포함하고 있다. 헤드(11)로부터 먼 측인 실린더 부품의 단부(18)에는 실린더 부품에 대한 메인 스프링이 장착되어있다. 도 1 및 2에 예시된 실시예와 도 5 및 6에 예시된 실시예에서, 메인 스프링은 코일 스프링(19)과 평면 스프링(20)의 조합으로 형성된다. 도 3 및 4에 예시된 실시예에서, 메인 스프링은 다수의 평면 스프링(16)의 스택을 포함하고 있다.
피스톤 부품은 측벽(24)과 크라운(14)이 있는 공동 피스톤(22)을 포함하고 있다. 크라운(14)과, 리니어 모터 전기자(17)를 위한 지지 보디(30) 사이에 로드(26)가 연결되어있다. 리니어 모터 전기자(17)는 실린더 라이너 내부의 피스톤의 왕복운동 축선을 가로지르는 방향의 전극을 하나 이상 제공하도록 자성을 가지는 (페라이트 또는 네오디뮴과 같은)영구 자성 재료의 보디를 포함하고 있다. 피스톤(22)으로부터 먼 측인 전기자 지지부(30)의 단부(32)는 메인 스프링과 연결되어있다.
도 1 및 2의 실시예에서 로드(26)는 공동 피스톤(22)의 대략 중앙에 위치된 가요성 부분(28)을 가지고 있다. 도 3 및 4의 실시예와 도 5 및 6의 실시예에서 로드(21)는 그 전체 길이에 걸쳐 폭이 좁다.
리니어 압축기(1)는 셸로부터 압축기를 격리시키기 위해 셸(2) 내부에서 다수의 완충 스프링 상에 장착되어있다. 리니어 압축기의 큰 외측 보디를 사용함에 있어서, 실린더 부품은 피스톤 부품이 실린더 부품 내에서 왕복운동하는 축선을 따라 진동할 것이다. 바람직한 압축기에서, 실린더 부품의 진동이 피스톤 부품과 실린더 부품 간의 상대 운동에 비해 작도록 피스톤 부품은 실린더 부품에 비교하여 고의로 매우 가볍게 되어있다. 예시된 형태에서 리니어 압축기는 대체로 압축기의 주변 둘레에 배치된 4개가 한 세트인 완충 스프링(31) 상에 장착되어있다. 다른 완충 스프링의 배열구성이 PCT/NZ2004/000108호에 예시되어있다. 각 완충 스프링 의 양단부는, 각 스프링의 한 단부 측에서 리니어 압축기(1)와 연결되고 각 스프링의 다른 단부 측에서 압축기 셸(2)과 연결된 엘라스토머의 완충기(snubber) 상에 끼워진다.
도 1 및 2의 압축기 실시예를 참조하면, 이는 특허 출원 PCT/NZ2000/000201호에 개시된 형태의 압축기의 변형 형태를 예시하고 있다. 상기 출원서에는 실질적으로 편평한 영구 자석 전기자를 갖춘 리니어 모터를 포함하는 압축기가 개시되어있고, 이 영구 자석 전기자는 실린더 부품에 의해 수반된 고정자의 에어 갭 내에서 작동한다. 편평한 전기자는 고정자의 한 측인 피스톤으로부터 고정자의 다른 측인 메인 스프링으로 뻗어있는 연결 부재를 따르는 진로 중에 위치되어있다. 그에 의해 리니어 전기 모터에 의해 측방향 힘이 가해지는 연결 부재는 한 단부가 실린더 내부의 피스톤에 의해 지지되고 다른 단부가 메인 스프링의 측방향 강성에 의해 지지되어 측방향으로 지지되어있다.
이전 PCT 출원에서, 높은 피로 강도를 가진 굵은(heavy gauge) 강철 와이어로 된 이중 나선 루프를 포함하는 실질적인 단독 구성의 메인 스프링을 개시하였다. 이 메인 스프링은 하나의 본질적인 단일 요소로 충분한 측방향 강성과 적당한 축방향 강성을 제공하고, 본 발명에서 적절한 또 다른 예의 스프링이다.
메인 스프링의 다른 변형 형태는 조합을 이루어 작동하는 다수의 별개의 스프링 요소를 포함하고 있다. 예를 들면, 도 1 및 2의 실시예와 도 5 및 6의 실시예에서, 메인 스프링은 코일 스프링(19)과 평면 스프링(20)의 조합체를 포함하고 있다. 평면 스프링(20)은 측방향 강성을 제공하고 있는 한편, 코일 스프링(19)은 소정의 추가의 축방향 강성을 더할 수 있다. 평면 스프링(20)은, 예를 들면 스프링 강 시트로부터 절단된 종래의 형태로 구성될 수도 있고, 이전의 특허 출원 PCT/NZ2000/000202호에 예시된 바와 같은 형태로 구성될 수도 있다.
모두 동시에 작동하는 4개의 평면 스프링(16)의 스택을 메인 스프링이 포함하고 있는 또 다른 실시예가 도 3 및 4를 참조로 개시되어있다. 이 경우에 평면 스프링의 각각은 측방향 강성과 축방향 강성 둘 다를 제공한다. 평면 스프링의 측방향 강성은 그 축방향 강성에 비해 대체로 매우 높고, 소정의 축방향 강성이 압축기의 소정의 작동 속도에 따라 좌우할 것임을 알지만, 도 3 및 4에 예시된 실시예는 대개는 적절한 축방향 강성을 얻기 위해 불필요하게 높은 측방향 강성을 보일 것이다.
도 3 및 4와 도 5 및 6의 실시예는 또 다른 변형 형태를 예시하고 있다. 도 1 및 2의 압축기의 실시예와 전술한 특허 출원 PCT/NZ2000/000201호에서, 전기자(17)를 지닌 피스톤 로드는 한 단부가 메인 스프링에 의해 지지되고 다른 단부가 피스톤을 통해 지지되어 측방향 하중에 대항하여 지지되어있다. 소형화되고 단순화된다는 점에서 바람직하지만, 실린더 보어 내부의 피스톤의 측방향 하중이 증가하는 것을 초래한다. 이 추가의 측방향 하중은, 예를 들면 여기에서의 도 1 및 2의 실시예를 포함하여 이전 특허 출원에서 주어진 처리 방법으로 조정될 수 있다.
하지만, 여기에서의 도 3~6의 실시예는 편평한 영구 자석 리니어 모터로부터 초래되는 측방향 힘을 다루는 또 다른 접근법을 포함하고 있고, 이 리니어 모터는 메인 스프링과 피스톤 사이에서 연결된 부재 상에 위치되어있다.
이 접근법에 따라, 반경방향 즉 측방향 지지부가 실린더 부품(10)과, 전기자 자석과 피스톤 사이에 위치된 연결 부재 사이에서 작동하도록 제공되어있다. 이 지지부는 측방향 하중을 연결 부재로부터 실린더 부품(10)으로 직접 전달한다.
도 3 및 4의 실시예에서, 측방향 지지부는 외측 에지(41)가 실린더 부품(10)에 연결되고 허브(43)가 전기자 지지 보디(30)의 단부(45)에 연결된 평면 스프링(40)을 포함하고 있다. 평면 스프링(40)은 실질적인 측방향 강성을 제공하고 전기자 지지 보디(30)는 실질적으로 강체로 이루어져 있다. 따라서, 한 단부가 평면 스프링(40)에 의해 지지되어있고 다른 단부가 또 다른 평면 스프링(16)을 포함하는 메인 스프링에 의해 지지되어있는 편평한 영구 자석 리니어 모터로부터의 측방향 하중은 실질적인 것으로 매우 낮을 수 있다. 평면 스프링(40)은 실린더 부품(10)의 환형 링 부분(42)의 내부에 장착될 수 있다.
도 5 및 6에 예시된 또 다른 실시예에서, 측방향 지지부가 축방향 슬라이딩 베어링에 의해 제공되어있다. 전기자 지지 부재(30)의 단부(50)는 실질적으로 일정한 직경의 실린더 샤프트를 제공하도록 형성되어있다. 이 샤프트 부분은 실린더 부품(10)의 일부분을 형성하는 슬라이딩 베어링(52)을 통과한다. 슬라이딩 베어링(52)은, 예를 들면 적절한 저마찰 내구성 재료의 부시를 포함할 수 있다. 부시는, 예를 들면 내부가 구형인 적절한 하우징 내에 보유되는 PTFE 플라스틱 재료(또는 유사 재료)의 구형 부시로 구성될 수 있다. 이 배열구성은 또한 실린더 부품(10)에 대한 전기자 지지 부재(30)의 약간의 오정렬을 고려할 것이다.
어느 경우에나 전기자의 근처에서 적당한 가스 흐름이 유지되는 것이 바람 직하다. 그에 따라, 실린더 부품(10)에 대하여 측방향 지지부(예를 들면 평면 스프링 또는 슬라이딩 베어링)를 지지하도록 도 4 및 5에 예시된 바와 같은 개방 프레임 구조가 사용된다. 다르게는, 실린더 부품 하우징의 영역과 리니어 전기 모터를 연통시키고, 실린더 부품 하우징의 영역과 실린더 및 피스톤 둘 다를 연통시키는, 도 5 및 6의 개구부(56)와 같은 다수의 창 또는 구멍이 제공된다. 이러한 실린더 부품(10)의 내부로의 가스 흐름 특성은 또한 피스톤(22)의 배면 상의 가스 압력 효과를 줄이고, 흡입 가스 흐름이 압축기 헤드가 아닌 피스톤의 크라운을 통해 제공되는 실시예에서 피스톤의 배면에 가스 흐름 통로를 제공하는 데에 유용하다.
전기자 지지 부재(30)가 측방향 하중에 대항하여 완전히 지지되어있는 도 3~6의 실시예에서, 전기자 지지 부재(30)와 피스톤(22) 사이의 바람직한 연결부는 축방향 강성을 보유하는 동시에 상당한 측방향 컴플라이언스를 가지고 있다. 적절한 링크 장치는 한 단부가 전기자 지지 부재(30)의 단부에 끼워 넣어지고 다른 단부가 피스톤 크라운(14)에 끼워 넣어진 폭이 좁은 금속 로드를 포함할 수 있다. 얇은 로드(21)는 피스톤(22)의 배향이 전기자 지지 부재(30)와 실린더(12) 사이의 오정렬에 순응되도록 충분한 컴플라이언스를 가져야하고, 작동시 압축기의 압축 스트로크 동안에 리니어 모터와 스프링이 피스톤을 실린더 헤드를 향하여 구동시킬 때 휘어지지 않을 충분한 축방향 강성을 가져야한다.
편평한 영구 자석 전기자가 완전히 지지되어있는 이러한 실시예에 따른 압축기는 실린더(12)와 피스톤(22) 사이에서 작동하는 공기정역학의 가스 베어링을 더 제공할 수 있는 동시에, 피스톤(22)으로부터 실린더(12)로의 측방향 하중이 매우 낮을 것이라고 기대된다. 현대의 금속기구 및 코팅과 함께, 배열구성은 윤활유나 공기정역학의 베어링 없이 충분한 수명을 가지고 유효하게 작동할 수 있다.
도 1 및 2, 도 3 및 4 또는 도 5 및 6의 실시예의 각각에서, 실린더 부품은 각 고정자 부품(15)을 위한 일체형 고정자 클램프(100)를 포함하고 있다. 고정자 클램프 및 관련 고정자 부품이 도 7에 좀더 상세하게 예시되어있다. 일체형 고정자 클램프(100)는 대향하는 한 쌍의 클램프 면(101, 102)을 포함하고 있다. 클램프 면은 압축기의 축선에 대해 축선방향으로 이격되어있고, 각각의 고정자 부품이 클램프의 양면 사이에 설비된다. 양면의 평면은 피스톤의 왕복운동 축선과 대체로 직각을 이루지만, 공기 갭이 있는 압축기 어셈블리의 외측으로부터 점점 작아지는 개구를 양면 사이에 형성한다. 이 테이퍼 각도는 바람직하게는 대략 3도이다. 각각의 고정자 부품은 그 양단부(105, 106) 사이에 상응하는 테이퍼부를 포함하고 있다. 고정자 부품은 클램프 면(101, 102) 사이의 개구 내로 끼워져 이 경계면과 영구 자석 모터 전기자에 대한 인력에 기초하여 완전히 적소에 유지된다.
클램프 면이 3도로 기울어져 수렴하는 것은 실린더 부품 및 고정자 부품의 재료와 실린더 부품의 강성에 좌우된다. 바람직하게는, 이 테이퍼 각도는, 예를 들면 클램프 면(101)인 클램프 면 중의 하나, 이와 대응하게 예를 들면 단부(105)인 고정자 단부 중의 하나에 제공된다. 이 형태에서, 클램프 면(102)과 고정자 부품 단부(106)는 왕복운동 축선과 정밀하게 직각을 이룬다.
고정자 부품은 권선 코일을 지닌 개개의 래미네이션 스택을 가지고 있다. 이 개개의 레미네이션은 예를 들어 레미네이션이 리벳에 의해 쌓아져 서로 고정된, 예를 들면 문자E 형태로 구성될 수 있고, 코일이 문자E의 중앙 다리부분 둘레로 감긴다. 코일은 문자E의 중앙 다리부분 상에 끼워진 절연 보빈에 감길 수도 있다. 고정자 레미네이션은 면과 에지를 가지고 있고, 레미네이션 스택은 상응하는 면과 에지를 가지고 있다. 각 레미네이션 스택의 한 (불연속)에지는 공기 갭과 접한다. 레미네이션 스택의 두 에지(105, 106)는 클램프 면(101, 102)에 접하여 끼워 고정된다. 이들의 나머지의 에지는 공기 갭으로부터 떨어져 있다.
에지(105, 106)는 바람직하게는 각각의 굴곡부(knee)(110, 111)를 포함하고 있다. 굴곡부(110, 111)는 실린더 부품의 어깨부(114, 115)와 접하고, 고정자 부품이 일체형 클램프 안으로 삽입되는 깊이를 한정한다.

Claims (13)

  1. 실린더 보어를 포함하는 실린더 부품,
    상기 보어 내에 배치되어 슬라이딩 가능한 피스톤,
    상기 실린더 부품을 상기 피스톤에 연결하는 메인 스프링,
    상기 메인 스프링과 상기 피스톤 사이를 연결하는 연결 부재,
    상기 연결 부재가 통과하는 공기 갭을 가지고 있는 리이너 전기 모터의 고정자, 및
    상기 연결 부재를 따라 위치된 상기 리이너 전기 모터의 하나 이상의 전기자 전극을 포함하고 있고,
    상기 고정자는 상기 공기 갭을 가로질러 대향하는 다수의 고정자 부품을 포함하고, 상기 실린더 부품은 각각의 상기 고정자 부품을 위한 테이퍼형 클램프를 포함하고, 상기 테이퍼형 클램프는 상기 공기 갭으로부터 바깥쪽으로 점점 넓어지고,
    각각의 상기 고정자 부품은 매치하는 테이퍼부를 가지고 있어 상기 테이퍼형 클램프와 맞물리는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기자 전극은, 블럭의 넓은 면이 고정자를 향하는 상태로 상기 연결 부재에 고정되고 상기 전기자 전극을 형성하도록 자성을 가지고 있는 실질적으로 편평한 하나 이상의 영구 자석 재료의 블럭을 포함하 고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 테이퍼형 클램프는, 상기 실린더에 대한 상기 피스톤의 왕복운동과 실질적으로 평행한 방향으로 서로를 향하고 있고 상기 공기 갭에 인접한 한 쌍 이상의 대향하는 면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고정자 부품은 레미네이션 스택을 포함하고 있고, 상기 레미네이션 스택의 각각의 레미네이션은 면과 에지를 가지고 있고, 상기 레미네이션 스택은 상응하는 면과 에지를 가지고 있고, 상기 레미네이션 스택은 상기 테이퍼형 클램프의 상기 한 쌍 이상의 대향하는 면이 상기 스택의 에지와 맞닿는 상태로 상기 클램프 내에 있는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 대향하는 면은 대략 3도의 테이퍼각으로 수렴하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 면 중의 하나는 상기 왕복운동 축선과 실질적으로 직각을 이루고, 다른 하나는 상기 테이퍼부를 형성하도록 상기 직각을 이룬 수직선에 대해 기울어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 레미네이션 스택의 상기 레미네이션은 상기 공기 갭과 접하는 에지와 각각의 클램프 면과 인접한 에지를 가지고 있고, 상기 클램프 면 측 에지 중의 하나는 상기 공기 갭과 실질적으로 직각을 이루고, 다른 하나는 외향 플레어 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 외향 플레어 에지 부분은 상기 공기 갭의 에지에 대해 대략 93도 기울어진 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정자를 상기 실린더 부품에 고정하기 위한 추가적인 수단이 없는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더 부품은 하나 이상의 바깥쪽을 향한 어깨부를 포함하고 있고, 상기 고정자 부품은 상기 실린더 부품의 상기 바깥쪽을 향한 어깨부와 접하는 하나 이상의 돌출한 굴곡부(knee)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
  11. 의도된 공기 갭으로부터 바깥쪽으로 멀어질수록 넓어지는 일체형의 테이퍼형 클램프를 포함하는 실린더 부품을 마련하는 단계,
    상기 피스톤 로드 상의 전기자가 상기 공기 갭 내에 있어 측방향으로 지지되 어있도록 피스톤과 커넥팅 로드 어셈블리를 설치하는 단계, 및
    상기 테이퍼형 클램프의 테이퍼부에 대해 상응하는 테이퍼부를 가지는 고정자 부품을 상기 테이퍼형 클램프 내로 가압하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제조하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 고정자를 상기 실린더 부품에 고정하는 추가의 단계가 더 없는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제조하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 고정자 부품은 상기 고정자 부품의 굴곡부가 상기 실린더 부품의 어깨부와 접할 때까지 상기 테이퍼형 클램프 내로 가압되는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기를 제조하는 방법.
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