KR100707418B1 - 리니어 압축기의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전체 크기를 줄일 수 있어 비용을 저감시키거나 효율을 높일 수 있는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 실린더가 구비된 실린더 블록과; 상기 실린더의 내부로 직선 운동되도록 배치되고 냉매가 통과하는 냉매 관통로가 형성된 피스톤과; 상기 냉매 관통로를 개폐하는 흡입 밸브와; 상기 실린더 내부의 냉매 압력에 의해 상기 실린더의 내부를 개폐하도록 설치된 토출 밸브와; 상기 피스톤을 진퇴시키도록 설치된 마그네트와; 상기 실린더 블록에 설치된 아우터 코어와; 상기 아우터 코어와 일정 공극을 갖도록 설치된 이너 코어와; 상기 아우터 코어에 설치된 보빈과; 상기 마그네트를 진퇴시키도록 상기 보빈에 와인딩되고 굵기가 서로 다른 복수개의 코일군과; 상기 복수개의 코일군 중 최외단 코일군의 외둘레를 감싸는 절연부재와; 적정 전압이 인가되면, 굵기가 굵은 코일군에만 전압을 인가하고, 비정상적인 전압이 인가되면 복수개의 코일군 모두로 전압을 인가하도록 설치된 스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

모터, 압축기, 코일, 마그네트 프레임, 코일군, 고정자, 가동자

Description

리니어 압축기{Linear compressor}

도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기가 도시된 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기 일실시예가 도시된 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기 일실시예의 코일 어셈블리가 도시된 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

104: 밀폐용기 109: 실린더

110: 실린더 블록 120: 백 커버

130: 피스톤 140: 모터

141: 아우터 코어 142: 이너 코어

143: 코일 어셈블리 144: 보빈

145: 코일 146: 주 코일군

147: 보조 코일군 148: 절연부재

150: 마그네트 154: 마그네트 프레임

160: 흡입밸브 170: 토출밸브

본 발명은 냉매 가스등의 기체를 압축하는 리니어 압축기에 관한 것으로서, 특히 코일의 굵기가 서로 다른 복수개의 코일군을 와인딩한 리니어 압축기에 관한 것이다.

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도 1은 종래 기술에 따른 리니어 압축기가 도시된 개략 정면도이다.

종래의 리니어 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 밀폐용기(1)와, 가스 냉매를 압축시키는 피스톤(2) 및 실린더(3)로 구성된 압축부(4)와, 상기 피스톤(2)을 실린더(3) 내부로 직선 왕복시키는 고정자(5) 및 가동자(6)로 구성된 리니어 모터(10)로 구성된다.

상기 고정자(5)는 적층체로 이루어지는 아우터 코어(12)와, 그 아우터 코어(12)와 일정 공극을 갖도록 배치되는 적층체의 이너 코어(14)와, 상기 아우터 코어(12)에 장착된 코일 어셈블리(20)로 구성되고, 상기 가동자(6)는 상기 이너 코어(12)와 아우터 코어(14) 사이의 마그네트(42)와, 상기 마그네트(42)의 직선 운동이 상기 피스톤(2)으로 전달되도록 상기 마그네트(42) 및 피스톤(2)이 고정되는 마그네트 프레임(44)으로 구성된다.

상기 코일 어셈블리(20)는 보빈(24)과, 상기 보빈(24)에 권선되어 전압이 인가되면 자기장이 형성되는 코일(26)을 포함하여 구성되고, 상기 코일(26)은 통상적으로 2회 이상 감기게 된다.

상기와 같은 리니어 모터(10)는 코일(26)의 굵기가 굵을수록 효율이 높게 되고, 외부에서 인가되는 전압이 클수록 피스톤(2)의 왕복 운동거리인 스트로크가 크게 되며, 코일(26)의 턴수가 클수록 스트로크가 작게 되는 특성이 있다.

통상적으로 전력 공급원에서 공급되는 전기의 전압은 소정치(예를 들면, 220V)의 약 15% 내외의 편차를 갖고 코일(26)에 입력되게 되는데, 일정 수준 이상의 고전압이 코일(26)에 인가될 경우 피스톤(2)의 스트로크가 너무 커져서 피스톤(2)과 주변부품과 충돌이 발생될 수 있으므로, 비정상적인 고전압 인가시에만 연결되는 보조 코일(미도시)을 상기 코일(26)과 함께 구비하게 되면, 즉, 전체 코일의 턴수가 증대되면, 상기와 같은 충돌을 방지할 수 있게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 리니어 압축기는 한정적으로 발생되는 고전압 인가에 대비하여 상기 코일(26)의 턴수를 늘리게 되면, 코일 어셈블리(20) 및 리니어 모터의 크기를 증대시키고, 그에 따라 비용을 증대시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전체 크기를 줄일 수 있어 비용을 저감시키거나 효율을 높일 수 있고, 냉매가 코일로 침투되지 않게 하며, 비정상적인 전압 인가시 토출 밸브의 파손을 방지할 수 있는 리니어 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 리니어 압축기는 실린더가 구비된 실린더 블록과; 상기 실린더의 내부로 직선 운동되도록 배치되고 냉매가 통과하는 냉매 관통로가 형성된 피스톤과; 상기 냉매 관통로를 개폐하는 흡입 밸브와; 상기 실린더 내부의 냉매 압력에 의해 상기 실린더의 내부를 개폐하도록 설치된 토출 밸브와; 상기 피스톤을 진퇴시키도록 설치된 마그네트와; 상기 실린더 블록에 설치된 아우터 코어와; 상기 아우터 코어와 일정 공극을 갖도록 설치된 이너 코어와; 상기 아우터 코어에 설치된 보빈과; 상기 마그네트를 진퇴시키도록 상기 보빈에 와인딩되고 굵기가 서로 다른 복수개의 코일군과; 상기 복수개의 코일군 중 최외단 코일군의 외둘레를 감싸는 절연부재와; 적정 전압이 인가되면, 굵기가 굵은 코일군에만 전압을 인가하고, 비정상적인 전압이 인가되면 복수개의 코일군 모두로 전압을 인가하도록 설치된 스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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

도 2는 본 발명에 따른 리니어 압축기 일실시예가 도시된 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 리니어 압축기는 상면이 개방된 하부 용기(101)와 상기 하부 용기(101)를 덮는 상부 덮개(102)로 이루어진 밀폐용기(104)와, 상기 밀폐용기(104) 내부에 완충 가능하게 지지되고 실린더(109)가 구비된 실린더 블록(110)과, 상기 밀폐용기(104) 내부에 완충 가능하게 지지되고 냉 매 흡입로(120a)가 구비된 백 커버(120)와, 상기 실린더(109) 내부로 직선 왕복 가능하게 위치되고 상기 냉매 흡입로(120a)로 흡입된 냉매를 상기 실린더(109)의 내부로 통과시키는 냉매 관통로(130a)가 형성된 피스톤(130)과, 상기 피스톤(130)에 연결되어 상기 피스톤(130)을 직선 왕복 구동시키는 리니어 모터(140)와, 상기 피스톤(130)에 장착되어 가스 냉매에 의해 작동됨에 따라 상기 냉매 관통로(120a)를 개폐하는 흡입밸브(160)와, 상기 실린더 블록(110)에 장착되어 상기 실린더(109) 및 피스톤(130)과 압축실(C)을 형성하고 가스 냉매에 의해 작동되어 상기 실린더(109)를 개폐하는 토출밸브(170)를 포함하여 구성된다.

상기 피스톤(130)은 상기 모터(140)가 연결되기 위한 고정부(132)가 일단에 원주방향으로 돌출되고, 상기 고정부(132)의 일면과 실린더 블록(110)의 사이에 배치된 제 1 스프링(133)과, 상기 프레임 고정부(132)의 타면과 백 커버(120)의 사이에 배치된 제 2 스프링(134)에 의해 상기 실린더 블록(110)과 백 커버(120)에 완충 가능하게 지지된다.

상기 리니어 모터(140)는 고정자와 가동자로 이루어지고, 상기 가동자의 일측에 상기 피스톤(130)의 고정부(132)가 고정되며, 상기 고정자에 형성된 자기력에 의해 가동자가 직선 왕복되면 상기 피스톤(130)이 상기 실린더(109) 내부를 직선 왕복 운동하게 된다.

상기 고정자는 적층체로 이루어지는 아우터 코어(141)와, 상기 아우터 코어(141)와 일정 공극을 갖도록 배치되는 적층체로 이루어지는 이너 코어(142)와, 상기 아우터 코어(141)에 장착된 코일 어셈블리(143)로 구성된다.

상기 아우터 코어(141)는 상기 실린더 블록(110)과 백 커버(120)의 대향면 사이에 배치되어 상기 실린더 블록(110) 및 백 커버(120)와 체결부재 등의 체결수단으로 고정 결합된다.

상기 이너 코어(142)는 상기 실린더 블록(110)과 체결부재 등의 체결수단으로 고정 결합된다.

상기 코일 어셈블리(143)는 전압이 가해지면 자기장을 형성하는 코일(145)이 내부에 장착된다.

한편, 상기 가동자는 상기 아우터 코어(141)와 이너 코어(142)의 사이에 위치되는 마그네트(150)와, 상기 아우터 코어(141)와 이너 코어(142)의 사이에 진퇴 가능하게 배치되어 상기 마그네트(150)와 피스톤(130)이 고정되는 마그네트 프레임(154)으로 구성된다.

상기 토출 밸브(170)와 흡입 밸브(160)는 상기 피스톤(130)의 직선 왕복 운동과 함께 동작되어, 가스 냉매가 상기 밀폐용기(104)의 내부로 흡입되게 하고, 흡입된 가스 냉매가 상기 압축실(C)로 흡입되어 압축된 후 토출되게 한다.

그리고, 미설명부호 180은 상기 밀폐용기(104)의 일측에 연결되어 외부에서 냉매가 흡입되는 흡입 연결 파이프이고, 미설명부호 182는 상기 토출밸브(170)에 연결된 토출 파이프이고, 미설명부호 184는 상기 토출 파이프(182)에 일단이 연결된 루프 파이프이며, 미설명부호 186은 상기 루프 파이프(184)에 일단이 연결되고 상기 밀폐용기(104)를 관통하여 밀폐용기(100) 외부로 연장된 토출 연결 파이프이다.

도 3은 본 발명에 따른 리니어 압축기 일실시예의 코일 어셈블리가 도시된 확대 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 코일 어셈블리(143)는 보빈(144)과, 상기 보빈(144)에 와인딩되는 코일(145)을 포함하여 구성되고, 상기 코일(145)은 그 굵기가 서로 다른 복수개의 코일군(146,147)으로 이루어진다.

상기 보빈(144)은 중공된 원통 형상의 내주부와 상기 내주부의 양단에서 반경방향으로 외측으로 돌출된 양측부로 이루어진다.

상기 코일군(146,147)의 코일은 상기 보빈(144)의 양측부 사이에 위치되도록 상기 보빈(144)의 내주부에 와인딩(winding)되고, 상기 코일군(146,147)은 상기 보빈(144)의 외주방향으로 순차적으로 와인딩된다.

또한, 상기 리니어 모터는 상기 코일군(136,137)의 전부 혹은 일부에 전류가 선택적으로 흐르게 하는 스위치를 더 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 코일군(146,147)은 내측의 주 코일군(146)과, 상기 주 코일군(146) 둘레 외측의 보조 코일군(147)으로 구성되어, 정상 운전시에는 상기 주 코일군(146)의 코일에만 전압이 인가되게 하고, 고전압 운전시에는 상기 주 코일군(146)의 코일 뿐만 아니라 상기 보조 코일군(147)의 코일에도 전압이 인가되게 하면, 한정적으로 발생되는 고전압 인가시 코일의 전체 턴수가 크게 되어 피스톤의 과스트로크를 막게 된다.

한편, 상기 보조 코일군(147)의 코일은 상기 주 코일군(146)의 코일보다 그 굵기가 가늘게 이루어져 코일 어셈블리(143) 및 리니어 모터의 크기를 줄이게 된 다.

또한, 상기 리니어 모터는 상기 코일 어셈블리를 소정 크기로 한정하고, 상기 보빈(144)에 상기 주 코일군(146)의 굵은 코일과 보조 코일군(147)의 가는 코일을 와인딩하게 되면, 상기 보조 코일군(147)의 가는 코일에 의한 여유 공간 만큼 주 코일군(146)의 코일을 굵게 할 수 있므로, 그 효율을 높일 수 있게 된다.

미설명부호 148은 상기 복수개의 코일군(146,147) 중 최외단 코일군(147)의 외둘레를 감싸는 절연부재로서, 절연선이 와인딩되어 최외단 코일군(147)을 덮는 것도 가능하고, 별도의 플라스틱 사출물이 최외단 코일군(147)을 덮는 것도 가능함은 물론이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전원공급원으로부터 적정 전압(예를 들면, 220V±15%)이 인가되게 되면, 상기 보조 코일군(147)의 코일에는 전압이 인가되지 않고, 상기 주 코일군(146)의 코일에만 전압이 인가되게 되며, 상기 주 코일군(146)의 코일에는 전류가 흐르게 되어 그 주변에 자기장이 형성된다. 상기 마그네트(150)는 상기 주 코일군(146)의 코일 주변에 형성된 자기장에 의해 직선 왕복 운동되며, 상기 마그네트(150)의 직선 왕복 운동은 상기 마그네트 프레임(154)을 통해 피스톤(130)에 전달되어 피스톤(130)이 상기 실린더(109) 내부를 직선 왕복 운동하면서 상기 압축실(C) 내의 가스 냉매를 압축한다.

한편, 전원공급원으로부터 비정상적인 고전압이 인가되게 되면, 상기 주 코 일군(146)의 코일 뿐만 아니라 상기 보조 코일군(147)의 코일에도 전압이 인가되게 되고, 상기 주 코일군(146)의 코일과 보조 코일군(147)의 코일에는 전류가 흐르게 되어 그 주변에 자기장이 형성된다. 상기 마그네트(150)는 상기 주 코일군(146)의 코일과 보조 코일군(147)의 코일 주변에 형성된 자기장에 의해 직선 왕복 운동되고, 상기 마그네트(150)의 직선 왕복 운동은 상기 마그네트 프레임(154)을 통해 피스톤(130)에 전달되며, 상기 피스톤(130)은 상기 실린더(109) 내부를 직선 왕복 운동하면서, 상기 압축실(C) 내의 가스 냉매를 압축한다.

이때, 상기 실린더(109)는 고전압 인가의 경우 코일 전체 턴수가 크기 때문에, 그 스트로크가 필요이상으로 크지 않게 되고, 토출 밸브 등의 주변 부품과의 충돌이 방지되면서 냉매를 압축하게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 리니어 압축기는 굵기가 서로 다른 복수개의 코일군의 코일이 와인딩됨에 따라 비정상적인 고전압 인가시 피스톤의 과스트로크를 막고, 코일군 일부의 굵기가 가늘기 때문에 리니어 압축기 전체 크기를 줄일 수 있어, 비용이 저감되는 이점이 있다.

또한, 상기 리니어 압축기를 소정 크기로 한정하는 경우, 굵기가 상대적으로 가는 일부 코일군에 의한 여유 공간만큼 다른 코일군의 코일을 굵게 할 수 있으므로, 그 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 실린더가 구비된 실린더 블록과; 상기 실린더의 내부로 직선 운동되도록 배치되고 냉매가 통과하는 냉매 관통로가 형성된 피스톤과; 상기 냉매 관통로를 개폐하는 흡입 밸브와; 상기 실린더 내부의 냉매 압력에 의해 상기 실린더의 내부를 개폐하도록 설치된 토출 밸브와; 상기 피스톤을 진퇴시키도록 설치된 마그네트와; 상기 실린더 블록에 설치된 아우터 코어와; 상기 아우터 코어와 일정 공극을 갖도록 설치된 이너 코어와; 상기 아우터 코어에 설치된 보빈과; 상기 마그네트를 진퇴시키도록 상기 보빈에 와인딩되고 굵기가 서로 다른 복수개의 코일군과; 상기 복수개의 코일군 중 최외단 코일군의 외둘레를 감싸는 절연부재와; 적정 전압이 인가되면, 굵기가 굵은 코일군에만 전압을 인가하고, 비정상적인 전압이 인가되면 복수개의 코일군 모두로 전압을 인가하도록 설치된 스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수개의 코일군은 상기 보빈의 반경 방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수개의 코일군은 내측의 주 코일군과, 상기 주 코일군 둘레 외측의 보조 코일군으로 구성된 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 보조 코일군은 상기 주 코일군보다 코일의 굵기가 가는 것을 특징으로 하는 리니어 압축기.

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