CN101529701B - 线性驱动装置以及线性压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种线性驱动装置，包括至少一个可以施加用于产生交变磁场的电流的励磁线圈(8)、在所述交变场的第一和第二反向点之间可移动的磁电枢(10)、暴露至所述电枢(10)的磁场的磁场传感器(21，22)以及用于利用所述磁场传感器(21，22)所检测到的磁场强度来控制馈入到所述励磁线圈(8)的励磁电流的控制电路(9)。

Description

线性驱动装置以及线性压缩机
技术领域
本发明涉及一种反向线性驱动装置，并且还涉及一种使用了这种线性驱动装置的压缩机。
背景技术
从DE 10 2004 010 403 A1中获知这种线性驱动装置和压缩机。
线性驱动装置通常包括至少一个励磁线圈和磁电枢，其中能够将电流施加至所述励磁线圈，以便生成交变磁场，所述磁电枢能够在第一和第二反向点之间、在所述线圈的交变磁场中自由移动。因为这种类型的线性驱动装置采用简单的结构就能够直接驱动这种压缩机的活塞的反向移动，所以它们尤其适合作为压缩机的驱动装置。然而当使用旋转驱动装置时，为了将驱动装置的旋转运动转换为活塞的期望的反向运动，需要一种(例如)包括连接至其上的曲轴和活塞杆的机构。这种机构使得制作成本增加并且导致摩擦损失。然而具有曲轴和活塞杆的结构精确地预先确定了压缩机活塞移动的幅值，但是线性驱动装置的移动的幅值通常不是固定的，而是随着施加至励磁线圈的电功率而发生变化。由这种线性驱动装置进行驱动的活塞的小幅值导致这样的事实：在活塞行程的上反向点处，死体积(deadvolume)很大而所产生的过压很小。为了实现压缩机的高效率，在上反向点处的死体积必须保持尽可能的小，换句话说，在其上反向点处，活塞必须尽可能的接近压缩机腔体的正面。同时，由于活塞与压缩机腔体的正面接触将导致迅速的磨损或者损坏压缩机，所以还应使得活塞不与压缩机腔体的正面接触。
因此，在操作期间需要监控线性驱动装置的幅值，并且调节其幅值使得压缩机的死体积变得尽可能的小，但是同时要可靠地排除活塞接触压缩机腔体的正面的可能性。
为此，上述的DE 10 2004 010 403 A1提出在挡光板(light barrier)和刻度尺(scale)的辅助下跟踪电枢的位置和速度，其中所述刻度尺能够与电枢一起自由移动并且由挡光板透射。该方法要求对挡光板和刻度尺互相进行精确并且相应地耗时的定位。另外，很难在电枢的被阻挡状态和挡光板的光源发生故障的状态之间进行区分，其中在电枢的被阻挡状态下，刻度尺不允许任何光通过并到达挡光板的传感器。然而在挡光板发生故障的情况下不正确的调整可能导致活塞接触压缩机，并因此损坏压缩机。
发明内容
本发明的目的是制造一个线性驱动装置以及装备有该线性驱动装置的线性压缩机，这能够实现高压并同时高度可靠地阻止活塞接触。
所述目的一方面通过反向线性驱动装置来实现，所述反向线性驱动装置包括至少一个励磁线圈和磁电枢，其中能够将电流施加至所述励磁线圈，以生成交变磁场，所述电枢能够在第一和第二反向点之间、在所述交变磁场中自由移动，其中磁场传感器暴露至所述电枢的磁场，且所述控制电路参考由所述磁场传感器检测到的磁场强度来控制提供给所述励磁线圈的励磁电流。由于电枢的磁性没有失效的风险，与挡光板的光源的情况不一样，从表明电枢的移动的磁场中没有检测到改变的事实中可以可靠地得出所述移动未发生的结论，并且能够利用该结果来控制所述励磁电流，而不存在所述电枢的移动超过幅值的危险。
为了能够在电枢移动过程期间利用磁场传感器检测到磁场中尽可能大的改变，在电枢移动的第一反向点处，优选磁场传感器距电枢的磁场的第一磁极比距第二磁极更近，而在第二反向点处，磁场传感器距第二磁极比距第一磁极更近。
优选设置控制电路，以便在由磁场传感器检测到的磁场强度超过阈值时，终止励磁电流。由于在使用线性驱动装置的压缩机中，由压缩在所述压缩机腔体中的介质的压力产生的反作用力抑制能够导致活塞接触压缩机腔体的正面的特定电枢移动，所以励磁电流的终止将立即导致电枢的强烈减速以及随后的方向反转。
通过使传感器在电枢的移动方向上可调，还可以调整电枢移动的反向点，并且尤其可以在活塞的上反向点处将活塞和压缩机腔体的正面之间的距离设置成非常小但仍然刚好足够的值，以便可靠地阻止活塞接触所述正面。
利用至少三个极靴能够将励磁线圈安装在沿着电枢的路径布置的磁轭体上，以便将磁驱动力沿着交变方向施加至电枢上，
在这种情况下，为了在电枢移动过程中将磁场传感器暴露至三个极靴的磁场中的尽可能大的改变，将磁场传感器布置成与三个极靴中的中间的那个平齐是有利的。
特别地，能够将磁场传感器布置在极靴和电枢的面对所述极靴的磁极之间，利用这种方式，当极靴的极性与电枢的磁极的极性相同时，磁场传感器暴露至弱磁场，而当极靴的极性与电枢的磁极的极性不相同时，其暴露至强磁场。
如果所述磁轭体和第二磁轭体划定了在电枢的移动方向以及垂直于该方向的方向上延伸的间隙的界限，所述电枢能够在所述间隙中自由移动。还能够在所述间隙内沿着所述垂直方向将磁场传感器布置成与所述电枢相邻；在这种情况下，如果在任意一时间将相同的电枢的磁极和极靴的磁极设置成彼此相对，则磁场传感器暴露至强场，而在不同的磁极的情况下，磁场传感器将检测到弱场。
本发明的目的还在于一种线性压缩机，其包括至少一个能够以反向的方式在压缩机腔体中自由移动的活塞，所述线性压缩机由如上所定义的线性驱动装置来驱动。
关于这种线性压缩机，优选设置控制电路，以便在活塞与压缩机腔体的正面之间的距离减小到小于极限值时，终止励磁电流，由此能够从磁场传感器所检测到的磁场来识别所述距离没有到达所述极限值。
即使在活塞行程的上反向点处活塞和正面之间的间距非常小的情况下，在磁场传感器的辅助下，对电枢移动的控制也使得可靠地避免活塞接触压缩机腔体的正面成为可能。在上反向点处能够将活塞与正面之间的距离设置成小于0.2毫米，优选甚至小于0.1毫米。
附图说明
参考附图，在伴随着示范性实施例的描述中阐述了本发明的其他特征和优点。在附图中：
图1示出了根据本发明的线性压缩机的示意性图示；
图2示出了在图1中所示的压缩机的线性驱动装置的电枢到达该线性驱动装置的上反向点之前不久的沿着线II-II穿过该线性驱动装置的部分截面图，以及该线性驱动装置的空气间隙中的磁场分布；
图3示出了与图2类似的部分截面图，其示出了在上反向点处的场分布。
具体实施方式
图1示出了穿过根据本发明的线性压缩机的示意性纵向截面，所述压缩机例如能够在诸如冰箱、冷冻机等的制冷设备中用作用于制冷剂的压缩机。该压缩机的线性驱动装置包括两个各具有三个臂3、4、5的E形磁轭1，所述三个臂成对地相对设置。在所有情况下，互相面对的臂3、4、5的端部形成划定空气间隙2的界限的极靴7。将励磁线圈8安装至各中央臂4的周围。利用控制电路9能够将电流施加至励磁绕组8，其中将所述两个励磁绕组8中的电流方向定义成使得在所有情况下中央臂4的极靴7形成不同的磁极。在所有情况下，外部臂3和5的极靴形成与中央臂4不同的磁极。
在空气间隙2中，将电枢10悬挂在上反向点和下反向点之间的两个弹簧11上，从而能够以反向方式自由移动。利用实线来表示在上反向点处电枢10的位置，而利用虚线来表示在下反向点处电枢10的位置。在所有情况下弹簧11是具有多个形成Z字形的臂12的、由金属片材冲出的板簧。每个弹簧11的臂12从电枢10上的中央工作点相互镜像地延伸至磁轭1也固定至其上的刚性支架(未示出)上的悬挂点13。作为这种布置的结果，弹簧能够很容易在电枢10的纵向上发生变形而很难在垂直于电枢10的任意方向上发生变形，使得弹簧在其纵向上以可反转的方式引导电枢10。
基本上是杆状的电枢10在其中央区域包括具有四个磁极6a、6b、6c和6d的永磁体14。其中当弹簧11处于松弛状态时，通过对绕组8施加电流，电枢10根据电流的方向转向至左边或者右边，在弹簧11的松弛状态中，各弹簧11的臂12基本上位于同一个平面内，磁体14置于空气间隙2的中央，并且分别在图1中的左边磁极6a、6c和右边磁极6b、6d之间的边界线15从中央穿过中央臂4。
在这种情况下，电枢10驱动压缩机腔体17中的活塞16，腔体17也连接至未示出的支架。用于待压缩的介质的入口19和出口20设置在压缩机腔体的正面18上，为了防止介质通过入口19流出压缩机腔体17或者介质通过出口20流入，所述入口19和出口20各设置有阀门(未示出)。因此，通过电枢10移动至图1中的左边，在入口19处将介质吸入压缩机腔体17，并且通过移动至右边而利用出口20再次排出。在操作期间一方面为了确保经压缩的介质从腔体17中完全排出并另一方面避免对压缩机腔体17的造成任何损坏，在活塞移动的上反向点处活塞16必须尽可能地靠近正面18，而不接触它。
为此，将例如Hall探针的磁场传感器21与中央臂4平齐地置于空气间隙2中，所述磁场传感器21连接至控制电路9，以便控制施加至励磁绕组8的电流。
图2和图3示出了在电枢10的不同移动状态下将磁场传感器21暴露至磁场。关于图2所示的结构，在图1中以II-II表示的、穿过磁场传感器21的截面中，磁轭1和电枢10的相同磁极在所有情况下均彼此相对设置。只要边界线15位于磁场传感器21的面向远离压缩机腔体17的一侧，大部分电枢移动给出这种结构。在截面中，磁轭1的和电枢10的相同磁极互相排斥，两个中央臂4吸引电枢10的两个左边磁极6a、6c而通过右边臂5吸引电枢10的两个右边磁极6b、6d。向右的驱动力作用在电枢10上。在磁场传感器21的位置，磁轭1和电枢10的相反磁场互相抵消，结果由传感器21检测到的磁场强度很低。
一旦边界线15通过了截面II-II，截面II-II中磁轭1和电枢10的不同磁极在所有情况下均彼此相对设置。最终的场结构如图3所示。在磁场传感器21的位置，磁轭1和电枢10的场沿着相同的方向叠加，结果，磁场传感器21检测到高磁场强度。这样利用这种情况：当传感器21检测到的磁场强度增加时控制电路9为绕组8向下调整励磁电流，或者如果由传感器21检测到的磁场强度超过了预定的极限值则简单地终止励磁电流。
如果将励磁电流切断，将不再有磁场驱动力作用于电枢10上，并且压缩在压缩机腔体17中的介质的压力使活塞大大地减速。在励磁电流终止之后活塞16进一步移动的路径取决于一系列参数，诸如励磁电流停止后活塞和电枢的动能、弹簧11的复原力、活塞16的截面面积以及压缩在腔体17中的介质的压力，所述这些参数在实际操作状态下不改变或者基本不改变，因此在给定的应用中可以认为励磁电流终止之后活塞进一步移动的路径几乎是常数。由于将磁场传感器21悬挂，从而其在沿着电枢10移动的方向上是可调的，例如在图1中以箭头表示的调节螺母(未示出)上，因此能够以高精度来设置电流终止发生处的电枢位置，使得活塞16的上反向点非常接近于正面18而不接触它。采用这种方式能够将活塞的上反向点与正面18的平均距离实现为0.2毫米、甚至0.1毫米或更少。
作为如图2和图3中所示的将磁场传感器21置于极靴7之一和电枢10之间的变型，将磁场传感器定位于两个磁轭1的彼此相对设置的极靴7之间、电枢10旁边也是可能的，如图2和图3中以虚线轮廓所示的磁场传感器22。关于这种结构，在图2中所示的电枢位置，磁轭1和电枢10的磁场在磁场传感器22的位置沿着相同的方向叠加，而在图3中所示的位置，它们沿着相反的方向叠加。这意味着当电枢接近上反向点时，由传感器22检测到的场强度降低，因此在该结构中，在场强度降低时控制电路9降低励磁电流，或者如果由传感器22检测到的场强度降低到低于极限值时则完全终止励磁电流。

Claims (17)

1.一种反向线性驱动装置，包括至少一个励磁线圈(8)和磁电枢(10)，其中能够将电流施加至所述励磁线圈(8)以生成交变磁场，所述电枢(10)能够在第一和第二反向点之间、在所述交变磁场中自由移动，其特征在于磁场传感器(21，22)以及控制电路(9)，其中所述磁场传感器(21，22)暴露于所述电枢(10)的磁场，所述控制电路(9)用于参考由所述磁场传感器(21，22)检测到的磁场强度来控制馈入到所述励磁线圈(8)的励磁电流。
2.如权利要求1所述的线性驱动装置，其特征在于，在所述第一反向点处所述磁场传感器(21，22)距所述磁场的第一磁极(6a，6c)比距第二磁极(6b，6d)更近，并且在所述第二反向点处所述磁场传感器(21，22)距所述第二磁极(6b，6d)比距所述第一磁极(6a，6c)更近。
3.如权利要求1所述的线性驱动装置，其特征在于，设置所述控制电路(9)，以便在由所述磁场传感器(21，22)检测到的所述磁场强度超过阈值时，终止所述励磁电流。
4.如权利要求2所述的线性驱动装置，其特征在于，设置所述控制电路(9)，以便在由所述磁场传感器(21，22)检测到的所述磁场强度超过阈值时，终止所述励磁电流。
5.如权利要求1所述的线性驱动装置，其特征在于，所述传感器(21，22)在所述电枢(10)的移动方向上是可调的。
6.如权利要求2所述的线性驱动装置，其特征在于，所述传感器(21，22)在所述电枢(10)的移动方向上是可调的。
7.如权利要求3所述的线性驱动装置，其特征在于，所述传感器(21，22)在所述电枢(10)的移动方向上是可调的。
8.如权利要求4所述的线性驱动装置，其特征在于，所述传感器(21，22)在所述电枢(10)的移动方向上是可调的。
9.如前述权利要求中的一项所述的线性驱动装置，其特征在于，利用至少三个极靴(7)将所述励磁线圈(8)安装在沿着所述电枢(10)的路径布置的磁轭体(1)上。
10.如权利要求9所述的线性驱动装置，其特征在于，将所述磁场传感器(21，22)布置成与所述三个极靴(7)中的中间的那个平齐。
11.如权利要求9所述的线性驱动装置，其特征在于，将所述磁场传感器(21)布置在极靴(7)和所述电枢(10)的面对所述极靴(7)的磁极之间。
12.如权利要求10所述的线性驱动装置，其特征在于，将所述磁场传感器(21)布置在极靴(7)和所述电枢(10)的面对所述极靴(7)的磁极之间。
13.如权利要求9所述的线性驱动装置，其特征在于，所述一个磁轭体(1)和第二磁轭体(1)划定了在所述电枢(10)的所述移动方向上以及垂直于所述电枢(10)的所述移动方向的方向上延伸的间隙(2)的界限，所述电枢(10)能够在所述间隙(2)中自由移动，并且其特征还在于，所述磁场传感器(22)在所述间隙(2)中沿着所述垂直方向设置成与所述电枢(10)相邻。
14.如权利要求10所述的线性驱动装置，其特征在于，所述一个磁轭体(1)和第二磁轭体(1)划定了在所述电枢(10)的所述移动方向上以及垂直于所述电枢(10)的所述移动方向的方向上延伸的间隙(2)的界限，所述电枢(10)能够在所述间隙(2)中自由移动，并且其特征还在于，所述磁场传感器(22)在所述间隙(2)中沿着所述垂直方向设置成与所述电枢(10)相邻。
15.一种线性压缩机，包括至少一个能够以反向的方式在压缩机腔体(17)中自由移动的活塞(16)，其特征在于，通过如前述权利要求中的一项所述的线性驱动装置来驱动所述活塞(16)。
16.如权利要求15所述的压缩机，其特征在于，设置所述控制电路(9)，以便在所述活塞(16)与所述压缩机腔体(17)的正面(18)之间的所述距离减小到低于极限值时，终止所述励磁电流。
17.如权利要求15或16所述的线性压缩机，其特征在于，在所述活塞行程的上反向点处所述活塞(16)与所述正面(18)之间的所述距离小于0.2mm。
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