KR20080065095A - 왕복동식 압축기의 리니어 모터 - Google Patents

왕복동식 압축기의 리니어 모터 Download PDF

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강양준
전영환
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉매를 압축시키기 위하여 고정부재 내측에 가동부재를 왕복 직선 운동시키는 왕복동식 압축기의 리니어 모터에 관한 것으로서, 특히 스테이터에 공차가 발생되더라도 관리 및 제작이 용이한 왕복동식 압축기의 리니어 모터에 관한 것이다.
본 발명은 한 쌍의 스테이터; 그리고, 스테이터들 사이에 간극을 유지하며, 상호 전자기력에 의해 왕복 직선 운동하는 영구자석;을 포함하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터에 있어서, 스테이터 중 하나는 원통 형상의 이너 코어(Inner core); 이너 코어의 양단에 조립되는 한 쌍의 체결부; 그리고, 이너 코어와 체결부들을 서로 조립하는 체결 바(Bar);를 포함하도록 구성되기 때문에 라미네이션들이 축방향으로 적층되어 치수 공차 및 형상 공차가 발생되더라도 관리 및 제작이 용이하다.

Description

왕복동식 압축기의 리니어 모터 {LINEAR MOTOR FOR RECIPROCATING COMPRESSOR}
도 1은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 이너스테이터 일예가 도시된 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 이너스테이터 일예가 도시된 도면.
도 6 및 도 7은 도 4에 적용된 이너 코어 및 체결부가 도시된 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
111 : 이너 코어(Inner core) 112,113 : 체결부
114 : 체결 바(Bar)
본 발명은 냉매를 압축시키기 위하여 고정부재 내측에 가동부재를 왕복 직선 운동시키는 왕복동식 압축기의 리니어 모터에 관한 것으로서, 특히 스테이터에 공차가 발생되더라도 관리 및 제작이 용이한 왕복동식 압축기의 리니어 모터에 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 왕복동식 압축기의 일예가 도시된 도면이고, 도 2 및 도 3은 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 이너스테이터 일예가 도시된 도면이다.
종래 기술에 따른 왕복동식 압축기의 일예인 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이 쉘(미도시) 내측에 프레임(1), 고정부재(2), 가동부재(3), 흡입밸브(4), 토출밸브 어셈블리(5), 머플러 어셈블리(6), 모터 커버(7), 서포터(8), 본체 커버(9), 완충 스프링(미도시), 리니어 모터(10)로 이루어진 구조체가 탄성 지지되도 록 설치된다.
보다 상세하게, 고정부재(2)는 양단이 개방된 중공 형상으로 일단이 프레임(1)에 끼움 고정되고, 토출밸브 어셈블리(5)가 고정부재(2)의 일단을 막아주도록 설치되되, 토출밸브 어셈블리(5)는 토출밸브(5a), 토출캡(5b) 및 토출밸브 스프링(5c)이 조립되도록 구성되며, 토출캡(5b)으로부터 토출된 냉매는 루프 파이프(미도시)를 통하여 진동 및 소음이 저감된 다음, 쉘 측의 유출관(미도시)을 통하여 외부로 빠져나가도록 한다.
다음, 가동부재(3)는 일단이 막힌 중공 형상으로 막힌 일단이 고정부재(2) 내측에 삽입되고, 고정부재(2)와 가동부재(3) 사이에 압축공간(P)을 형성하되, 가동부재(3)의 막힌 일단에 압축공간(P)으로 냉매가 흡입되는 복수개의 흡입구(3a)가 구비된다.
이때, 가동부재(3)의 막힌 일단에 흡입밸브(4)가 고정되되, 압축공간(P)의 압력 변화에 의해 가동부재(3)의 흡입구들(3a)을 개폐시키도록 설치된다.
다음, 머플러 어셈블리(6)는 가동부재(3)의 개방된 일단에 운동방향으로 길게 형성되되, 냉매가 유동되면서 압력 및 유동 속도가 변화되도록 하여 소음을 저감시킬 수 있도록 그 내부가 소정의 공간으로 다양하게 나눠지도록 구성된다.
다음, 모터 커버(7)가 리니어 모터(10)를 고정시키기 위하여 축방향으로 지지하는 동시에 프레임(1)에 볼트 고정되고, 본체 커버(9)가 모터 커버(7)에 축방향으로 연결된다.
물론, 본체 커버(9)는 쉘 측의 유입관으로부터 유입된 냉매가 통과할 수 있 도록 소정의 흡입구가 구비된다.
이때, 모터 커버(7) 및 이에 결합된 본체 커버(9) 사이에 서포터(8)가 설치되되, 서포터(8)는 가동부재(3)의 개방된 일단에 고정되고, 가동부재(3)가 왕복 직선 운동하면서 서포터(8)는 모터 커버(7) 및 본체 커버(9)에 완충 스프링들에 의해 축방향으로 탄성 지지되도록 설치된다.
다음, 리니어 모터(10)는 고정부재(2) 외측에 고정되는 원통형상의 이너스테이터(11), 반경방향으로 일정 간격을 두고 일단이 프레임(1)에 지지되는 동시에 다른 일단에 모터 커버(7)에 지지되는 아우터스테이터(12), 이너스테이터(11)와 아우터스테이터(12) 사이에 일정 간극을 두고 설치된 영구 자석(13), 가동부재(3)와 영구자석(13)을 연결해주는 연결부재(14)로 이루어진다.
이때, 이너스테이터(11)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 라미네이션(11a)이 원주방향으로 적층된 원통 형상으로 형성되되, 라미네이션들(11a)의 축방향 양단에 구비된 한 쌍의 홈(11h,11h')에 오-링(R,R')이 조립되며, 이와 같은 이너스테이터(11)는 단부가 C-링에 의해 지지되어 고정부재(2) 외주면에 고정된다.
또한, 아우터스테이터(12)는 코일 권선체에 원주방향으로 일정 간격을 두고 코어 블록들이 장착되되, 아우터스테이터(12)가 축방향으로 프레임(1)과 모터 커버(7) 사이에 지지되도록 고정된다.
따라서, 아우터스테이터(12)에 외부로부터 전원이 공급되면, 이너스테이터(11)와 아우터스테이터(12) 및 영구자석(13)이 상호 전자기력을 발생시키고, 영구자석(13) 및 이와 연결된 가동부재(3), 머플러 어셈블리(10)가 왕복 직선 운동하 게 된다.
물론, 압축공간(P)의 압력이 가변됨에 따라 흡입밸브(4) 및 토출밸브 어셈블리(5)의 작동이 자동적으로 조절되며, 이와 같은 작동에 의해 냉매가 쉘 측의 흡입관, 본체 커버(9)의 개구부, 머플러 어셈블리(6), 가동부재(3)의 흡입구들(3a)을 지나 압축공간(P)으로 흡입되어 압축된 다음, 토출캡(5b), 루프 파이프 및 쉘 측의 유출관을 통하여 외부로 빠져나간다.
그러나, 종래 기술에 따른 왕복동식 압축기는 라미네이션들이 원주방향으로 적층된 이너스테이터를 포함하기 때문에 라미네이션의 치수 공차/형상 공차 및 조립 공차가 작게 발생되더라도 복수개가 원주방향으로 적층됨에 따라 정확한 크기로 제작하기 어렵고, 이와 같은 이너스테이터가 영구자석과 간극을 유지하도록 조립하기 어려워 작동 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 라미네이션들을 원주방향으로 적층시키고, 오-링들을 압입하여 이너스테이터를 구성하기 때문에 조립 공정이 어려울 뿐 아니라 조립 시간이 늘어남에 따라 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 라미네이션들이 적층되더라도 스테이터의 공차를 줄일 수 있는 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 라미네이션들이 적층되더라도 스테이터를 손쉽게 조립할 수 있는 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 라미네이션들이 적층된 스테이터의 크기 변경이 용이한 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 한 쌍의 스테이터; 그리고, 스테이터들 사이에 간극을 유지하며, 상호 전자기력에 의해 왕복 직선 운동하는 영구자석;을 포함하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터에 있어서, 스테이터 중 하나는 원통 형상의 이너 코어(Inner core); 이너 코어의 양단에 조립되는 한 쌍의 체결부; 그리고, 이너 코어와 체결부들을 서로 조립하는 체결 바(Bar);를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공한다.
또한, 이너 코어는 링 형상의 라미네이션들이 축방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공한다.
또한, 체결부들은 내경보다 외경이 더 두껍게 형성된 링 형상인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공한다.
또한, 이너 코어와 체결부들은 전류 저항이 작은 마그네트인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공한다.
또한, 이너 코어와 체결부들은 서로 대응되는 위치에 축방향으로 관통되는 개구부들이 구비되고, 체결 바는 이너 코어와 체결부들의 개구부에 끼워져 리벳 고정된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 이너스테이터 일예가 도 시된 도면이고, 도 6 및 도 7은 도 4에 적용된 이너 코어 및 체결부가 도시된 도면이다.
본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 이너스테이터 일예는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 이너 코어(Inner core, 111)의 축방향 양단에 한 쌍의 체결부(112,113)가 지지되고, 이너 코어(111) 및 체결부들(112,113)을 축방향으로 결합하기 위하여 체결 바(114)가 축방향으로 리벳 체결된다.
보다 상세하게, 이너 코어(111)는 링 형상의 평평한 라미네이션들(111a)을 축방향으로 적층되어 원통 형상으로 형성되되, 각 라미네이션(111a)에는 원주방향으로 일정 간격을 두고 체결 바(114)가 설치될 수 있는 복수개의 개구부(111h)가 구비되며, 일예로 네 개의 개구부(111h)가 구비된다.
이때, 이너 코어(111)는 플럭스가 흐르더라도 저항이 작은 재질로 이루어지는 것이 바람직하되, 저렴한 페라이트 계열의 마그네트 재질의 라미네이션들(111a)로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
다음, 체결부들(112,113)은 이너 코어(111)의 축방향 양단을 지지하도록 설치되되, 이너 코어(111)도 마찬가지로 플럭스가 흐르더라도 저항이 작은 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 저렴한 페라이트 계열의 마그네트로 제작되는 것이 더욱 바람직하다.
이때, 체결부들(112,113)은 지지력을 확보하게 위하여 축방향으로 소정의 두께를 가진 링 형상으로 형성되되, 이너 코어(111)와 맞닿는 면은 수평하게 형성되더라도 그 반대방향의 면은 내경에서 외경으로 갈수록 두께가 두꺼워지도록 경사지 게 형성되며, 이와 같은 체결부들(112,113)이 이너 코어(111) 양단에 조립된 이너스테이터는 내경의 축방향 길이가 외경의 축방향 길이보다 더 짧게 형성되도록 한다.
물론, 체결부들(112,113)에는 역시 라미네이션들(111a)의 개구부들(111h)과 대응되도록 원주방향으로 일정 간격을 두고 개구부들(112h,113h)이 구비되되, 체결 바(114)의 양단이 안착될 수 있도록 개구부들(112h,113h)이 단차지게 형성될 수도 있다.
다음, 체결 바(114)는 일종의 리벳인데, 하나의 체결부(112), 이너 코어(111), 다른 체결부(113)가 축방향으로 겹쳐진 다음, 이너 코어(111)의 개구부들(111h) 및 체결부(112,113)의 개구부들(112h,113h)에 각각 설치되어 서로 연결되도록 한다.
물론, 체결 바(114)는 일단 머리가 하나의 체결부(112) 외측에 걸림되고, 다른 일단이 다른 체결부(113) 외측에 압입되어 고정되되, 체결 바(114)는 축방향으로만 체결력을 제공하여 회전되더라도 무방하다.
따라서, 라미네이션들(111a)의 개구부들(111h)이 일치하도록 라미네이션들(111a)이 축방향으로 적층시킨 이너 코어(111)를 만든 다음, 라미네이션들(111a)의 개구부들(111h)과 체결부들(112,113)의 개구부들(112h,113h)과 일치하도록 이너 코어(111)의 축방향 양단에 체결부들(112,113)이 장착된다.
다음, 하나의 체결부(112), 이너 코어(111), 다른 체결부(113)가 각 개구부들(111h,112h,113h)이 축방향으로 연통되도록 배열되고, 체결 바(114)의 일단 머리 가 하나의 체결부(112)의 개구부(112h) 외측에 걸림되고, 체결 바(114)의 나머지 부분이 이너 코어(111)의 개구부들(111h) 및 체결부들(112,113)의 개구부들(112h,113h)에 끼워지되, 체결 바(114)의 다른 일단이 다른 체결부(113)의 개구부(113h) 외측에 압입되어 고정된다.
상기와 같은 구성으로 이너 코어(111), 체결부들(112,113) 및 체결 바(114)로 조립된 이너스테이터를 구비한 리니어 모터는, 코일 및 권선체로 이루어진 아우터스테이터, 이너스테이터와 아우터스테이터 사이에 간극을 유지하는 영구자석을 포함하도록 구성된다.
이때, 이너스테이터와 아우터스테이터 및 영구자석과 사이에 상호 전자기력이 발생되어 플럭스가 흐르면, 이너스테이터에서 주로 내경을 따라 흐르게 되는데, 체결부들(112,113)이 이너 코어(111)에 결합된 이너스테이터는 내경의 축방향 길이가 외경의 축방향 길이보다 더 짧게 형성됨에 따라 플럭스의 손실을 방지할 수 있다.
반면, 상기와 같은 구성으로 이너 코어(111), 체결부들(112,113) 및 체결 바(114)로 조립된 아우터스테이터를 구비한 리니어 모터는, 코일 및 권선체로 이루어진 이너스테이터, 이너스테이터와 아우터스테이터 사이에 간극을 유지하는 영구자석을 포함하도록 구성될 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 의해 서만 제한될 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 리니어 모터는 링 형상의 라미네이션들이 축방향으로 적층되도록 스테이터를 구성하기 때문에 스테이터의 반경 방향으로 공차를 줄임으로 보다 정확한 크기로 제작할 수 있고, 스테이터를 영구자석과 간극을 유지하면서 설치할 수 있어 작동 신뢰성을 보다 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 리니어 모터는 라미네이션들을 축방향으로 적층된 이너 코어 및 그 양단에 체결부들을 맞닿게 한 다음, 서로 체결 바에 의해 축방향으로 연결시키기 때문에 조립 공정이 간단할 뿐 아니라 조립 시간이 단축되고, 그에 따라 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 왕복동식 압축기의 리니어 모터는 링 형상의 라미네이션 크기 및 축방향으로 적층 개수를 조절할 수 있기 때문에 관리가 용이할 뿐 아니라 제작성을 보다 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 한 쌍의 스테이터; 그리고,
    스테이터들 사이에 간극을 유지하며, 상호 전자기력에 의해 왕복 직선 운동하는 영구자석;을 포함하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터에 있어서,
    스테이터 중 하나는 원통 형상의 이너 코어(Inner core);
    이너 코어의 양단에 조립되는 한 쌍의 체결부; 그리고,
    이너 코어와 체결부들을 서로 조립하는 체결 바(Bar);를 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    이너 코어는 링 형상의 라미네이션들이 축방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    체결부들은 내경보다 외경이 더 두껍게 형성된 링 형상인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    이너 코어와 체결부들은 전류 저항이 작은 마그네트인 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    이너 코어와 체결부들은 서로 대응되는 위치에 축방향으로 관통되는 개구부들이 구비되고,
    체결 바는 이너 코어와 체결부들의 개구부에 끼워져 리벳 고정된 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 리니어 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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