-
ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
-
1. GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kolbenverdichter, und insbesondere
einen Kolbenverdichter, bei dem ein Ständer und ein Magnet an einem
Zylinder befestigt sind und der Zylinder bewegt wird.
-
2. BESCHREIBUNG DES STANDS
DER TECHNIK
-
Im
allgemeinen ist ein Kolbenverdichter eine Vorrichtung zum Saugen,
Verdichten und Ablassen eines Gases, wenn sich ein Kolben in einem
Zylinder linear hin- und herbewegt.
-
Wie
in 1 gezeigt, beinhaltet ein herkömmlicher Kolbenverdichter:
ein Gehäuse 10,
das mit einem Gassaugrohr 12 und einem Gasablassrohr 14 versehen
ist; einen Kolbenmotor 30, der in dem Gehäuse 10 angeordnet
ist, zum Erzeugen einer Antriebskraft; eine Verdichtungseinheit 40 zum
Saugen, Verdichten und Ablassen eines Gases durch die Antriebskraft
des Kolbenmotors 30; eine Resonanzfedereinheit 50 zum
Vorsehen einer Resonanzbewegung zu der Hin- und Herbewegung des
Kolbenmotors 30; und eine Rahmeneinheit 20 zum
Stützen
des Kolbenmotors 30, der Verdichtungseinheit 40 und
der Resonanzfedereinheit 50.
-
Wie
in 2 gezeigt, beinhaltet der Kolbenmotor 30:
einen äußeren Ständer 31,
der eine zylindrische Form aufweist, da mehrere Blechlamellen 31a radial
außerhalb
einer Wicklungsspule 31b lamelliert sind; einen inneren
Ständer 32,
der zum Beibehalten eines bestimmten Luftspalts von einem inneren
Umfang des äußeren Ständers 31 angeordnet
ist und eine zylindrische Form aufweist, da mehrere Blechlamellen 32a radial
lamelliert sind; und eine Bewegungsvorrichtung 33, die
zum Beibehalten eines bestimmten Abstands (A) von einem äußeren Umfang des
inneren Ständers 32 angeordnet
ist und sich linear hin- und
herbewegt.
-
Die
Bewegungsvorrichtung 33 beinhaltet: einen Magneten 33b,
der zwischen dem äußeren Ständer 31 und
dem inneren Ständer 32 angeordnet
ist; und einen Magnetrahmen 33a, an dem ein Magnet 33b befestigt
ist.
-
Die
Verdichtungseinheit 40 beinhaltet: einen Zylinder 41 mit
einem Innenraum; einen Kolben 42, der in dem Zylinder 41 angeordnet,
an die Bewegungsvorrichtung 33 des Kolbenmotors 30 angeschlossen
und linear hin- und herbewegt ist, um ein Volumen eines Verdichtungsraums
(P) in dem Zylinder 41 zu verändern; ein Saugventil 43,
das an einer Vorderseite des Kolbens 42 angebracht ist
(im folgenden wird eine Seite, an der Gas gesaugt wird, als Rückseite,
und eine Seite, an der Gas abgelassen wird, als Vorderseite bezeichnet)
und gemäß dem Druck
des Verdichtungsraums (P) betrieben ist, um so einen Saugdurchgang
(F) eines Gases zu öffnen oder
zu schließen;
ein Ablassventil 44, das an einer Vorderseite des Zylinders 41 eingerichtet
ist, zum Öffnen
oder Schließen
eines Ablassdurchgangs eines verdichteten Gases; eine Ventilfeder 45,
die das Ablassventil 44 elastisch stützt; und eine Ablassumkleidung 46,
die das Ablassventil 44 und die Ventilfeder 45 aufnimmt
und an das Gasablassrohr 14 angeschlossen ist.
-
Die
Rahmeneinheit 20 beinhaltet: einen ersten Rahmen 21,
der an der jeweiligen Vorderseite des Kolbenmotors 30 und
des Zylinders 41 angebracht ist; einen zweiten Rahmen 22,
der an den ersten Rahmen 21 angeschlossen ist, zum Stützen des äußeren Ständers 31 des
Kolbenmotors 30 zusammen mit dem ersten Rahmen 21;
und einen dritten Rahmen 23, der an den zweiten Rahmen 22 angeschlossen
ist, zum Stützen
der Resonanzfedereinheit 50 zusammen mit dem zweiten Rahmen 22.
-
Die
Resonanzfedereinheit 50 beinhaltet: ein Federblech 51,
das zwischen dem zweiten Rahmen 22 und dem dritten Rahmen 23 angeordnet
und an die Bewegungsvorrichtung 33 und den Kolben 42 angeschlossen
ist, um sich so linear hin- und herzubewegen; eine erste Feder 52,
die zwischen dem zweiten Rahmen 22 und dem Federblech 51 angeordnet ist
und zusammengedrückt
wird, wenn sich der Kolben 42 vorwärts bewegt, und auseinandergezogen wird,
wenn sich der Kolben 42 rückwärts bewegt; und eine zweite
Feder 53, die zwischen dem dritten Rahmen 23 und
dem Federblech 51 angeordnet ist und auseinandergezogen
wird, wenn sich der Kolben 42 vorwärts bewegt, und zusammengedrückt wird,
wenn sich der Kolben 42 rückwärts bewegt.
-
Wie
in 3 gezeigt, ist beim herkömmlichen Kolbenverdichter,
wenn Strom an die Wicklungsspule 31b des äußeren Ständers 31 angelegt ist,
ein Fluss zwischen dem äußeren Ständer 31 und dem
inneren Ständer 32 ausgebildet,
und die Bewegungsvorrichtung 33 bewegt sich in der Richtung
des Flusses linear hin- und her.
-
Dementsprechend ändert der
Kolben 42, der an die Bewegungsvorrichtung 33 angeschlossen
ist, das Volumen des Verdichtungsraums (P). Durch eine derartige
Volumenänderung
des Verdichtungsraums (P) wird ein Gas in den Verdichtungsraum (P)
gesaugt, darin verdichtet und daraus abgelassen. Dabei versehen
die erste und zweite Feder 52 und 53 den Kolben 42 mit
einer Resonanzbewegung, wodurch es dem Kolben 42 ermöglicht ist,
sich gleichmäßig hin-
und herzubewegen. Eine derartige Reihe von Vorgängen wird wiederholt ausgeführt.
-
Der
herkömmliche
Kolbenverdichter mit einem derartigen Bau ist jedoch dahingehend
nachteilig, dass seine Zusammenbauvorgänge kompliziert sind, da die
Bewegungsvorrichtung 33 zwischen dem äußeren Ständer 31 und dem inneren
Ständer 32 angeordnet
ist und die Bewegungsvorrichtung 33 an den Kolben 42 und
das Federblech 51 angeschlossen ist.
-
Zudem
ist, da die Bewegungsvorrichtung 33 mit einem Magnetrahmen 33a zum
Stützen
des Magneten 33b versehen sein sollte, die Anzahl der Bauteile
erhöht,
wodurch eine Kostensteigerung bewirkt ist.
-
Außerdem muss
ein bestimmter Abstand (A) zwischen der Bewegungsvorrichtung 33 und
dem inneren Ständer 32 beibehalten
sein, wobei jedoch ein derartiger Abstand (A) einen Magnetkraftverlust
zwischen dem äußeren Ständer 31 und
dem inneren Ständer 32 bewirkt,
wodurch eine Effizienz des Kolbenmotors 30 herabgesetzt
ist. Und Außendurchmesser
der Bewegungsvorrichtung 33 und des Verdichters werden
wegen des Abstands (A) zwischen der Bewegungsvorrichtung 33 und
dem inneren Ständer 32 groß, wodurch
Probleme wie die Zunahme im Gebrauch von Magneten 33b bewirkt
sind.
-
Die
WO 03/054390 A1 zeigt einen Kolbenverdichter, bei dem ein Zylinder
in einem Gehäuse angeordnet
ist und in dessen Zylinderraum ein Kolben beweglich gelagert ist.
In einem äußeren Ständer ist
ein innerer Ständer
vorgesehen, wobei um den inneren Ständer ein Magnet befestigt ist.
Der äußere Ständer ist
zum Beibehalten eines bestimmten Abstands von einem äußeren Umfang
des Magneten angeordnet. Dort ist der innere Ständer an einem Rahmen angebracht,
der wiederum mit dem hin und her bewegbaren Kolben in Verbindung
steht. Jedoch ist auch diese Anordnung nicht geeignet, die vorangehend
aufgeführten
Nachteile zu überwinden.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolbenverdichter
bereitzustellen, der imstande ist, die Anzahl von Bauteilen zu reduzieren
und die Bearbeitbarkeit bei der Fertigung zu verbessern.
-
Die
zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Kolbenverdichter, umfassend einen hin und her beweglichen
Zylinder, der in einem Gehäuse
eingerichtet ist, einen Kolben, der in dem Zylinder angeordnet ist,
einen inneren Ständer,
der an einem äußeren Umfang des
Zylinders befestigt ist, einen Magneten, der an einem äußeren Umfang
des inneren Ständers
befestigt ist zum Reduzieren einer Größe des Luftspalts zwischen
den Ständern,
und einen äußeren Ständer, der zum
Beibehalten eines bestimmten Abstands von einem äußeren Umfang des Magneten angeordnet
ist.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die
oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und
Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher hervor.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
beigefügten
Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verstehen der Erfindung
bereitzustellen, und die in der Beschreibung enthalten sind und
ein Bestandteil von ihr bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung
und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der
Erfindung zu erklären.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht, die den herkömmlichen
Kolbenverdichter zeigt;
-
2 eine
Schnittansicht entlang Linie II – II von 1;
-
3 eine
Schnittansicht, die einen Betriebszustand des Kolbenverdichters
von 1 zeigt;
-
4 eine
Schnittansicht, die einen Kolbenverdichter gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
5 eine
Schnittansicht entlang Linie V – V von 4;
-
6 eine
Schnittansicht, die ein anderes Beispiel eines Magneten zeigt, der
in dem Kolbenverdichter von 4 vorgesehen
ist;
-
7 eine
Schnittansicht, die einen Kolbenmotor zeigt, der in dem Kolbenverdichter
von 4 vorgesehen ist; und
-
8 und 9 Schnittansichten,
die einen Betriebszustand des Kolbenverdichters von 4 zeigen.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Es
wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft
dargestellt sind.
-
Wie
in 4 gezeigt, beinhaltet ein Kolbenverdichter gemäß der vorliegenden
Erfindung: ein Gehäuse 110,
das mit einem Gassaugrohr 112 und einem Gasablassrohr 114 versehen
ist; einen Kolbenmotor 130, der in dem Gehäuse 110 angeordnet ist,
zum Erzeugen einer Antriebskraft; eine Verdichtereinheit 140 zum
Saugen, Verdichten und Ablassen eines Gases durch die Antriebskraft
des Kolbenmotors 130; eine Resonanzfedereinheit 150 zum
Vorsehen einer Resonanzbewegung zu einer Hin- und Herbewegung, die
im Kolbenmotor 130 erzeugt ist; und eine Rahmeneinheit 120 zum
Stützen
des Kolbenmotors 130, der Verdichtungseinheit 140 und
der Resonanzfedereinheit 150.
-
Das
Gassaugrohr 112 ist direkt mit der Verdichtungseinheit 140 in
Verbindung, und das Gasablassrohr 114 ist mit einem Innenraum
des Gehäuses 110 in
Verbindung. Dementsprechend unterhält der Innenraum des Gehäuses 110 eine
Hochdruckatmosphäre.
-
Wie
in 5 gezeigt, beinhaltet der Kolbenmotor 130:
einen äußeren Ständer 131,
der eine zylindrische Form aufweist, da mehrere Blechlamellen 131a radial
außerhalb
einer Wicklungsspule 131b lamelliert sind; einen zylindrischen
inneren Ständer 132,
der zum Beibehalten eines bestimmten Luftspalts von einem inneren
Umfang des äußeren Ständers 131 angeordnet
ist; und einen Magneten 133, der an einem äußeren Umfang
des inneren Ständers 132 eingerichtet
ist.
-
Der äußere Ständer 131 ist
durch einen Vorgang des jeweiligen Lamellierens von nahezu L-förmigen Blechlamellen 131a entlang
eines Umfangs der Wicklungsspule 131b oder einen Vorgang
des Befestigens eines zylindrischen Kernblocks, der durch einstückige Lamellierung
mehrerer Blechlamellen 131a ausgebildet ist, an der Außenseite
der Wicklungsspule 131b ausgebildet.
-
Der
innere Ständer 132 ist
in zylindrischer Form auf derartige Art und Weise gefertigt, dass
eine weiche, magnetische Zusammensetzung, die mit einem Isolierbeschichtungsmittel
beschichtet ist, einer Strommetallurgie unterzogen wird, und er
an einem äußeren Umfang
des Zylinders 141 eingerichtet ist, wie weiter unten erläutert.
-
Der
Magnet 133 ist mehrfach in einer umfänglichen Richtung einer äußeren Umfangsfläche des
inneren Ständers 132 eingerichtet.
Dadurch jedoch nicht beschränkt
kann der Magnet 133, wie in 6 gezeigt,
zylinderförmig
ausgebildet und an einer äußeren Umfangsfläche des
inneren Ständers 132 eingerichtet
sein.
-
Indessen
ist, wie in 7 gezeigt, eine Breite (Wi)
in einer axialen Richtung des inneren Ständers 132, nämlich in
einer Hin- und Herbewegungsrichtung, vorzugsweise breiter als eine
Breite (Wo) in einer axialen Richtung des äußeren Ständers 131.
-
Zudem
ist eine Breite (Wi) in einer axialen Richtung des Magneten 133 breiter
als die Hälfte (Wo/2)
der Breite (Wo) in einer axialen Richtung des äußeren Ständers 131, was vorteilhaft
bei der Ausbildung einer effektiven Magnetkraftlinie ist.
-
Die
Verdichtungseinheit 140 beinhaltet: einen Zylinder 141,
der einen Verdichtungsraum (P) darin aufweist und einfügbar an
die Innenseite des inneren Ständers 132 gekoppelt
ist, um sich so linear hin- und herzubewegen; einen Kolben 142,
der in den Zylinder 141 eingeführt und an der Rahmeneinheit 120 befestigt
ist, wobei ein Saugdurchgang (F) zum Saugen eines Gases ausgebildet
ist; ein Saugventil 143, das an einer Vorderseite des Kolbens 142 angebracht
ist (im folgenden wird eine Seite, an der Gas gesaugt wird, als
Rückseite,
und eine Seite, an der Gas abgelassen wird, als Vorderseite bezeichnet) und
gemäß dem Druck
des Verdichtungsraums (P) betrieben ist, um so den Saugdurchgang
(F) des Gases zu öffnen
oder zu schließen;
eine Saugumkleidung 147, die an der Rückseite des Kolbens 142 eingerichtet
und mit dem Gassaugrohr 112 in Verbindung ist, zum Umkleiden
des Saugdurchgangs (F); ein Ablassventil 144, das an einer
Vorderseite des Zylinders 141 eingerichtet ist, zum Öffnen oder Schließen eines
Ablassdurchgangs eines verdichteten Gases; eine Ventilfeder 145 zum
elastischen Stützen
des Ablassventils 144; und eine Ablassumkleidung 146,
die das Ablassventil 144 und die Ventilfeder 145 aufnimmt
und eine Ablassöffnung 146a aufweist,
durch die das verdichtete Gas in das Gehäuse 110 abgelassen
wird.
-
Das
Ausbilden des Zylinders 141 aus einem nicht magnetischen
Körper
ist eine effektive Art und Weise, Magnetkraftverlust zu verhindern.
-
Die
Rahmeneinheit 120 beinhaltet: einen ersten Rahmen 121,
an den der Kolben 142 befestigt ist; einen zweiten Rahmen 122,
der an den ersten Rahmen 121 angeschlossen ist, zum Stützen des äußeren Ständers 131 des
Kolbenmotors 130 zusammen mit dem ersten Rahmen 121;
und einen dritten Rahmen 123, der an den zweiten Rahmen 122 angeschlossen
ist, zum Stützen
der Resonanzfedereinheit 150 zusammen mit dem zweiten Rahmen 122.
-
Die
Resonanzfedereinheit 150 beinhaltet: ein Federblech 151,
das zwischen dem zweiten Rahmen 122 und dem dritten Rahmen 123 angeordnet und
an den Zylinder 141 angeschlossen ist, um sich so linear
hin- und herzubewegen; eine erste Feder 152, die zwischen
dem zweiten Rahmen 122 und dem Federblech 151 angeordnet
ist und auseinandergezogen wird, wenn sich der Zylinder 141 vorwärts bewegt,
und zusammengedrückt
wird, wenn sich der Zylinder 141 rückwärts bewegt; und eine zweite
Feder 153, die zwischen dem dritten Rahmen 123 und
dem Federblech 151 angeordnet ist und zusammengedrückt wird,
wenn sich der Zylinder 141 vorwärts bewegt, und auseinandergezogen
wird, wenn sich der Zylinder 141 rückwärts bewegt.
-
Im
folgenden wird der Betrieb des Kolbenverdichters gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem derartigen Bau beschrieben.
-
Wie
in 8 und 9 gezeigt, ist, wenn Strom an
die Wicklungsspule 131b, die am äußeren Ständer 131 des Kolbenmotors 130 eingerichtet
ist, angelegt ist, ein Fluss zwischen dem äußeren Ständer 131 und dem inneren
Ständer 132 ausgebildet. Dementsprechend
bewegen sich der Magnet 133 und der innere Ständer 132 in
einer Richtung des Flusses linear hin und her. Dementsprechend bewegt sich
der Zylinder 141, der an den inneren Ständer 132 gekoppelt
ist, hin und her, wodurch er ein Volumen des Verdichtungsraums (P),
der durch den Zylinder 141 und den Kolben 142 gebildet
ist, ändert.
-
Dementsprechend
wird durch eine derartige Volumenänderung des Verdichtungsraums
(P) ein Gas in den Verdichtungsraum (P) gesaugt, darin verdichtet
und daraus abgelassen. Dabei ist durch die erste und zweite Feder 152 und 153 eine
Resonanzbewegung bereitgestellt, wodurch es dem Zylinder 141 ermöglicht ist,
sich gleichmäßig hin-
und herzubewegen.
-
Dabei
wird das Gas, da das Gassaugrohr 112 das Gehäuse 110 durchdringt
und direkt mit der Saugumkleidung 147 in Verbindung ist,
direkt in den Saugdurchgang (F) im Kolben 142 eingeleitet,
ohne in das Gehäuse 110 zu
laufen. Das Gas, das in dem Verdichtungsraum (P) im Zylinder 141 verdichtet
ist, wird durch eine Ablassöffnung 146a der Ablassumkleidung 146 in
das Gehäuse 110 abgelassen
und dann durch das Gasablassrohr 114 auf die Außenseite
des Verdichters abgelassen.
-
Bei
dem Kolbenverdichter der vorliegenden Erfindung, der wie oben gebaut
ist, ist der Magnet 133 an den inneren Ständer 132 gekoppelt,
welcher an den Zylinder 141 gekoppelt ist, wodurch ermöglicht ist,
dass Bauteile wie ein herkömmlicher
Magnetrahmen ausgenommen sind. Dementsprechend ist die Anzahl der
Bauteile reduziert, so dass Fertigungskosten wünschenswert reduziert sein
können.
-
Zudem
ist, da der Magnet 133 an den inneren Ständer 132 gekoppelt
ist, kein Abstand zwischen dem Magneten 133 und dem inneren
Ständer 132 erzeugt,
wodurch ein Luftspalt (T) zwischen dem äußeren Ständer 131 und dem inneren
Ständer 132 reduziert
ist. Daher ist der Magnetkraftverlust verhindert, so dass eine Leistung
des Verdichters verbessert sein kann.
-
Außerdem ist,
da ein Außendurchmesser (D),
der durch den Magneten 133 gebildet ist, aufgrund der Reduzierung
des Luftspalts zwischen dem äußeren Ständer 131 und
dem inneren Ständer 132 kleiner
wird, die Benutzung der Magneten 133 reduziert, und somit
können
Fertigungskosten reduziert sein.
-
Zudem
kann die Herstellung des inneren Ständers 132 aus einer
weichen, magnetischen Zusammensetzung die Verarbeitung erleichtern,
wodurch die Produktivität
erhöht
ist.
-
Da
die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt sein
kann, ohne von ihrer Wesensart oder wesentlichen ihrer Merkmale
abzuweichen, sollte es sich außerdem
verstehen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen, wenn nicht anders
angegeben, durch keine der Details der vorausgehenden Beschreibung
begrenzt sind, sondern eher allgemein innerhalb ihrer Wesensart
und ihres Anwendungsgebiets wie in den beigefügten Ansprüchen definiert aufgefasst werden
sollen, und daher sollen alle Änderungen
und Modifikationen innerhalb der Abgrenzungen der Ansprüche, oder Äquivalenten
dieser Abgrenzungen, durch die beigefügten Ansprüche umfasst sein.