DE102021104761B4 - Linearmotor für Linearpumpen und Linearkompressoren - Google Patents

Linearmotor für Linearpumpen und Linearkompressoren Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system

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Abstract

Linearpumpe oder -kompressor (100), umfassend:a. einen hin- und herbewegendem Linearmotor (102),b. einen Pumpen- oder Kompressorkopf (104, 105),c. ein Verbindungsstück (106, 107), das den Kopf (104, 105) und den Linearmotor (102 verbindet,d. eine Stützstruktur (108), die den Motor (102) und den Kopf (104, 105) verbindet,e. wobei der Linearmotor (102)i. einen Stator (110), einen Aktuator (112) und mindestens zwei Blattfedern (114, 115) umfasst, wobeiii. der Stator (110) und die Blattfedern (114, 115) mit der Stützstruktur (108) verbunden sind,iii. die zwei Blattfedern (114, 115) den Aktuator (112) so lagern, dass dieser relativ zum Stator (110) in der Bewegungsachse (A) oszillieren kann, wobeiiv. der Stator (110) einen Magnetkern (116) mit einer U-Form und mindestens zwei Spulen (118, 119) umfasst, wobei jede der Spulen (118, 119) auf einem der Beine (120, 121) der U-Form platziert ist,v. die Spulen (118, 119) elektrisch so verbunden sind, dass die magnetischen Pole, die an den Enden der Beine (120, 121) entstehen, sich voneinander unterscheiden, wenn ein elektrischer Strom an die Spulen (118, 119) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dassvi. der Aktuator (112) mindestens einen Permanentmagnet (122-128) und eine Brücke (132), die entlang der Bewegungsachse (A) des Aktuators (112) platziert ist, umfasst, wobeivii. der Magnetkern (116), die Spulen (118, 119), die Brücke (132) und der Permanentmagnet (122-128) einen magnetischen Kreis bilden,viii. undix. die Pole der Permanentmagnete (122-128) so angeordnet sind, dass die Ausrichtung des Nord-/Südpols entlang der Achse (B) der Spulen (118, 119) ist,f. wobei jede der Blattfedern (114, 115) asymmetrisch zu einer Ebene ist, welche die Achse (B) der Spulen (118, 119) beinhaltet und wobei eine Blattfeder (114) auf einer Seite des Aktuators (112) zur anderen Blattfeder (115) auf der anderen Seite des Aktuators (112) gespiegelt an einer Ebene, die die Bewegungsachse (A) und die Achse (B) der Spulen (118, 119) beinhaltet, ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1 Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linearpumpe oder einen Linearkompressor, umfassend einen hin- und herbewegenden Linearmotor, einem Pumpen- oder Kompressorkopf, einem Verbindungsstück, das den Kopf und den Motor verbindet und einer Stützstruktur, die den Motor und den Kopf verbindet.
  • 2 Beschreibung des Stands der Technik
  • Linearpumpen und Kompressoren, wie oben erwähnt, umfassen in der Regel eine Aktuator-/Stator-Konfiguration mit einer E-förmigen Magnetspulen-/Kernanordnung. Der Aktuator umfasst mehrere Permanentmagnete und bewegt sich hin und her über dem E-förmigen Magnetkern. Der Aktuator wird durch elastische Elemente wie Membranen oder Blattfedern befestigt, die eine oszillierende Bewegung zulassen. Eine Spule wird auf dem mittleren Bein des E-förmigen Magnetkerns platziert.
  • Ohne Spannung ist die Ausgangsposition der Permanentmagnete jeweils über einem Teil der Spule und teilweise über den Seiten des E-förmigen Magnetkerns. Die Magnete sind mit einem relativ großen Abstand zwischen ihnen am Aktuator befestigt, der in der Regel größer ist als die Breite eines der seitlichen Beine des E-förmigen Magnetkerns.
  • zeigt in einer Querschnittsansicht ein Beispiel einer bekannten Linearpumpe 1 mit zwei Membraneinheiten 3, 5. Die Linearpumpe 1 umfasst einen Linearmotor 7 mit einem Stator und einem Aktuator. Der Stator umfasst zwei E-förmige Magnetkerne 9, 10 mit seitlichen Beinen 11 und einem mittleren Bein 12. Um jedes der mittleren Beine 12 der E-förmigen Magnetkerne 9, 10 sind Spulen 13, 15 montiert. Die E-förmigen Magnetkerne 9, 11 und die Spulen 13, 15 bilden einen Stator 17. Der Aktuator 19 umfasst eine Brücke 21, an der Permanentmagnete 23, 25 angebracht sind. Die Brücke 21 ist über zwei Stäbe 27, 29 mit den Membraneinheiten 3, 5 verbunden. Die Brücke 21 kann sich entlang ihrer Längsachse A um einen bestimmten Abstand bewegen.
  • Die beiden Permanentmagnete 23, 25 sind entlang der Längsachse A mit einem Abstand zwischen ihnen ausgerichtet. Die Polaritätsachse der Permanentmagnete 23, 25 steht senkrecht zu die Längsachse A und die Polarität des ersten Permanentmagneten 23 liegt in entgegengesetzter Richtung zum zweiten Permanentmagneten 25. Das Zentrum jedes Permanentmagneten 23, 25 befindet sich über dem E-förmigen Magnetkern zwischen einem äußeren Bein 11 und dem mittleren Bein 12.
  • Die beiden Spulen 13, 15 sind so miteinander verbunden, dass die Pole im E-förmigen Magnetkern 9, 10 hinsichtlich der Längsachse A gespiegelt sind
  • Wenn ein Wechselstrom an die Spulen 13, 15 angelegt wird, bewegt sich der Aktor 19 hin und her entlang der Längsachse A.
  • In der beschriebenen Ausführung sowie in den meisten elektrischen Antrieben ist es das oberste Ziel, die Effektivität und die Effizienz des Antriebs zu verbessern.
  • Im Linearmotor 1, der , mit einem E-förmigen Magnetkern 9, 10, ist nur das innere Bein 12 von einer Spule 13, 15 umgeben und damit fließt fast der gesamte erzeugte magnetische Fluss durch, während ein Teil des magnetischen Flusses aufgrund von Streuflüssen für beide Außenbeine 11 verloren geht und daher weniger nützlich ist.
  • Während einer Phase, in der der Aktuator 19 fast vollständig in eine Richtung abgelenkt ist, leitet das gegenüberliegende äußere Bein 11 des E-förmigen Magnetkerns 9, 10 nur minimalen nutzbaren magnetischen Fluss, da es zu weit von den Permanentmagneten 23, 25 entfernt ist.
  • Die gattungsgemäße Druckschrift DE 1 157 691 A beschreibt einen elektromagnetischen Parallel-Schwingmotor.
  • Die Druckschrift CN 205 647 224 U beschreibt eine Membranpumpe mit einem Schwenkmotor.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Linearpumpe oder einen -kompressor mit einer höheren Effektivität und Effizienz im Vergleich zum bekannten Design.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Linearpumpe oder einen -kompressor nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den anhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Eine erfindungsgemäße Linearpumpe oder -kompressor umfasst einen hin- und herbewegenden Linearmotor, einen Pumpen- oder Kompressorkopf, einem Verbindungsstück, das den Kopf und den Linearmotor verbindet, eine Stützstruktur, die den Motor und den Kopf verbindet.
  • Der Linearmotor umfasst einen Stator, einen Aktuator und mindestens zwei Blattfedern, wobei der Stator und die Blattfedern mit der Tragstruktur verbunden sind, und die beiden Blattfedern den Aktuator so halten, dass er relativ zum Stator in einer linearen Bewegungsachse oszillieren kann. In bestimmten Ausführungen sind die Blattfedern auf den gegenüberliegenden Seiten des Aktuators, an denen sich die Bewegung des Aktuators umkehrt.
  • Der Stator umfasst einen Magnetkern mit einer U-Form und mindestens zwei Spulen, wobei jede der Spulen auf einem der Beine der U-Form angeordnet ist. Der Aktuator umfasst mindestens einen Permanentmagneten und eine, entlang der Bewegungsrichtung des Aktuators angeordnete, Brücke, wobei der Magnetkern, die Spulen, die Brücke und der Permanentmagnet einen magnetischen Kreis bilden.
  • Die Spulen sind elektrisch so verbunden, dass die Pole am Ende der beiden Beine unterschiedliche sind, wenn ein elektrischer Strom an die Spulen angelegt wird und die Pole der Permanentmagneten sind so angeordnet, dass die Polaritätsachse, d.h. die Nord-/Süd-Polorientierung, entlang der Ausrichtung der Spulen ist.
  • Die erfindungsgemäße Linearpumpe oder -kompressor hat den Vorteil, dass die Ausrichtung der Pole des Permanentmagneten entlang der Ausrichtung der Spulen zu einer besseren Überscheidung der Magnetfelder führen. Der Hauptteil des Magnetfeldes des Permanentmagneten ist parallel oder antiparallel zum Magnetfeld der Spulen angeordnet und hat somit eine bessere Wechselwirkung. Darüber hinaus bietet die Verwendung von zwei Spulen eine viel höhere Wechselwirkung der Magnetfelder insbesondere an den Umkehrpunkten des Aktuators. In allen Positionen des Aktuators, überlappen die Magnetfelder des Permanentmagneten und die jeweilige Spule zu einem großen Teil. Somit wird zu fast allen Zeiten die volle Magnetkraft zwischen dem Aktuator und dem Stator ausgeübt. Dies führt zu einer viel höheren Kraft (oder Effizienz), die auf den Aktuator ausgeübt wird. Auch in der Position, in der beide Blattfedern nicht belastet sind (d.h. in der Ausgangsposition) üben beide Spulen eine magnetische Kraft auf den Permanentmagneten aus. Somit ist die Kraft, die auf den Aktuator ausgeübt wird, gleichmäßig verteilt.
  • Aufgrund des symmetrischen Designs mit einer Spule über jedem Bein ist der Streufluss minimal und die Flussdichte der beiden magnetischen Pole, die am Ende der Beine entstehen, ist gleich groß.
  • Der U-förmige Magnetkern umfasst vorzugsweise laminiertes Elektroblech, kann aber auch andere magnetische Materialien wie Ferrit oder Pulvermetall umfassen.
  • Die Spulen können vorzugsweise eine Kupferwicklung umfassen, die um eine Spule gewickelt ist, aber können auch einer beliebigen isolierten Leiter, der auf einen Träger gewickelt wird oder direkt um das Bein des U-förmigen Magnetkerns gewickelt wird, umfassen.
  • Die Permanentmagnete können vorzugsweise Seltenerdmagnete sein, aber auch Kompositkeramik- oder Ferritmagnete für kostengünstige Ausführungen können verwendet werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst der Aktuator einen ersten Satz Permanentmagnete, die mindestens die beiden äußeren Permanentmagnete umfasst, deren Pole eine Nord/Süd-Ausrichtung aufweisen, die entlang der Spulen in eine erste Richtung ausgerichtet sind, und einen zweiten Satz Permanentmagnete, die mindestens einen Permanentmagnet umfasst, dessen Pole eine Nord/Süd-Ausrichtung aufweisen, die entlang der Spulen in eine zweite Richtung ausgerichtet sind, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung ist.
  • Insbesondere ist die Polachse der Permanentmagnete des Aktuators senkrecht zu der Bewegungsachse des Aktuators.
  • Die Polarität der inneren beiden Permanentmagnete ist in der gleichen Richtung und entgegengesetzt zu der Polarität der beiden äußeren Permanentmagnete, daher können in einigen Fällen die inneren beiden Permanentmagnete durch einen breiteren Permanentmagneten ersetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Permanentmagnete durch zusätzliche Permanentmagnete ergänzt, um zumindest einen Teil eines Halbach-Array zu bilden. Insbesondere die drei oder vier Magnete können durch kleinere Magnete mit einer rechtwinkligen Polarität ergänzt werden, um zwei Teile oder zwei vollständige Halbach-Arrays zu bilden, um das Magnetfeld in Richtung des U-förmigen Magnetkerns zu verstärken.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Stator ein weichmagnetisches Material, das hinsichtlich des Aktuators, auf der gegenüberliegenden Seite der Spulen angebracht ist. Vorzugsweise kann der Stator eine Brücke umfassen, die den magnetischen Kreis auf der Seite des Aktuators, gegenüber der Spulen schließt. Die Brücke oder ein Teil der Brücke kann aus einem weichmagnetischen Werkstoff sein. Die Brücke kann über dem Permanentmagnet(en) platziert sein, um den magnetischen Fluss zu schließen
  • Alternativ umfasst der Stator einen zweiten U-förmigen Magnetkern und einen korrespondierenden zweiten Satz Spulen, wobei der zweite Magnetkern mit den zugehörigen Spulen so angeordnet ist, dass die Orientierung der zweiten Spulen antiparallel zur Orientierung der ersten Spulen ist. Der zweite U-förmige Magnetkern mit den beiden Spulen kann an der Bewegungsachse des Aktuators gespiegelt, d.h. über den beiden Permanentmagneten angeordnet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Aktuator einen Magnetwerkstoff, der zur Unterstützung des magnetischen Rückflusses gedacht ist.
  • Die Linearpumpe oder -kompressor kann zwei Pumpen- oder Kompressorköpfe umfassen, aber kann auch einen einzelnen Pumpen- oder Kompressorkopf umfassen.
  • Der Pumpen- oder Kompressorkopf kann nach dem Kolben/Zylinder- oder dem Membranprinzip gestaltet sein.
  • Die Blattfedern können asymmetrisch in einer Ebene, die die Längsachse beinhaltet, geformt sein, d.h. zu einer Seite. Des Weiteren können die Blattfedern so angeordnet werden, dass die Blattfeder auf einer Seite des U-förmigen Magnetkerns an der Ebene, die die Längsachse beinhaltet, d.h. die Bewegungsachse, gespiegelt ist zur Feder an der anderen Seite des U-förmigen Magnetkerns.
  • Es können mehrere Blattfedern auf beiden Seiten verwendet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Verschiedene Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können leichter verstanden werden unter Bezugnahme der nachstehenden ausführlichen Beschreibungen in Verbindung mit den einhergehenden Zeichnungen:
    • ist eine Längsschnittansicht eines konventionellen Linearmotors mit zwei Membraneinheiten.
    • ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Linearpumpe oder
      • -kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung;
    • ist eine Seitenansicht der Ausführungsform aus mit einem Längsschnitt durch den elektrischen Teil;
    • ist eine Detailansicht der in gezeigten Ausführungsform;
    • ist eine weitere Detailansicht einer Seite des Linearmotors der Ausführungsform wie in gezeigt;
    • sind weitere Detailansichten von Ausführungsformen des Linearmotors in einer Detailansicht wie in ;
    • sind eine perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht mit einem Längsschnitt des elektrischen Teils einer weiteren Ausführungsform einer Linearpumpe oder
      • -kompressor mit einem einzigen Pumpen-/Kompressorkopf;
    • sind perspektivische Ansichten von Blattfedern der Ausführungsform aus .
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die sind Ansichten, die eine Ausführungsform einer Linearpumpe oder -kompressor 100 veranschaulichen. Die Linearpumpe oder -kompressor 100 umfasst einen hin- und hergehenden Linearmotor 102, ein Paar Pumpen- oder Kompressorköpfe 104, 105, ein Paar Verbindungsstücke 106, 107, die die Köpfe 104, 105 und dem Linearmotor 102 verbinden. Der Linearmotor 102 und die Köpfe 104, 105 sind außerdem verbunden durch eine Stützstruktur 108.
  • Ferner umfasst der Linearmotor 102 einen Stator 110, einen Aktuator 112 und zwei Blattfedern 114, 115. Der Stator 110 und die Blattfedern 114, 115 sind mit der Stützstruktur 108 verbunden.
  • Die beiden Blattfedern 114, 115 stützen den Aktuator 112 so, dass er relativ zum Stator 110 in einer linearer Bewegungsrichtung entlang seiner Längsachse A oszillieren kann.
  • Der Stator 110 umfasst einen Magnetkern 116 mit einer U-Form und zwei Spulen 118, 119. Jede der Spulen 118, 119 ist auf einem der Beine 120, 121 des U-förmigen Magnetkerns 116 platziert. In der Ausführungsform der sind die Spulen 118, 119 so angeordnet, dass die Längsachse jeder Spule senkrecht zur Längsachse A des Aktuators 112 steht.
  • Der Aktuator 112 umfasst eine Brücke 132 und mindestens einen Permanentmagneten. In der vorliegenden Ausführungsform der umfasst der Aktuator 112 vier Permanentmagnete 122-128 entlang der Brücke 132, die in Bewegungsrichtung A des Aktuators 112 angeordnet sind.
  • Der Magnetkern 116, die Spulen 118, 119, die Brücke 132 und die Permanentmagnete 122-128 bilden einen magnetischen Kreis.
  • Die Spulen 118, 119 sind elektrisch so verbunden, dass die magnetischen Pole, die sich am Ende der Beine 120, 121 bilden, sich voneinander unterscheiden, wenn ein elektrischer Strom an die Spulen 120, 121 angelegt wird.
  • Die Pole der Permanentmagnete 122-128 sind so angeordnet, dass die Orientierung der Nord/Süd-Pole entlang der Ausrichtung der Spulen 118, 119 ist.
  • Jede der Spulen 118, 119 ist um einen Spulenkörper 130, 131 gewickelt, die jeweils auf den Beinen 120, 121 des U-förmigen Magnetkerns 116 platziert werden.
  • Der Aktuator 112 wird durch die Blattfedern 114, 115 befestigt und ist für eine bestimmte Distanz beweglich entlang der Längsachse A aus . Der Aktuator 112 umfasst, wie bereits erwähnt, vier Permanentmagnete 122-128. Des Weiteren, umfasst der Aktuator 112 die Brücke 132, wobei die Brücke 132 mit jedem der Pumpen- oder Kompressorköpfe 104, 105 verbunden ist Die Brücke 132 kann ein Material mit hoher magnetischer Permeabilität umfassen, wie z.B. Eisen oder ferromagnetischen Stoffen wie Ferrit.
  • Die vier Permanentmagnete 122-128 sind entlang der Längsachse A angeordnet mit einem kleinen Spalt zwischen jedem der Permanentmagnete 122-128. Wie bereits erwähnt, ist die Polaritätsachse aller vier Permanentmagnete entlang der Längsachse der Spulen 118, 119 ausgerichtet. Weiterhin sind die Polaritäten der beiden äußeren Permanentmagnete 122, 128 in entgegengesetzter Richtung der beiden inneren Permanentmagnete 124, 126 ausgerichtet. Jeweils einer von den äußeren Permanentmagneten 122, 128 und jeweils einer der benachbarten inneren Permanentmagneten 124, 126 bilden ein Paar, das sicher über der Mitte von jeweils einem der Beine 120, 121 des U-förmigen Magnetkerns 116 befindet.
  • Die Blattfedern 114, 115 sind an der Stützstruktur 108 und am Antrieb 112 befestigt und ermöglichen eine Längsbewegung des Aktuators 112 in der Nähe der Pole des U-förmigen Magnetkerns 116.
  • Die beiden Spulen 118, 119 sind so miteinander verbunden, dass am Ende der von jedem der Beine 120, 121 des U-förmigen Magnetkerns 116 sich entgegengesetzte Pole bilden.
  • Wenn ein Wechselstrom an die Spulen 118, 119 angelegt wird, wechselwirkt ein alternierender magnetischer Fluss mit dem Magnetfeld der Permanentmagnete 122-128 und zieht und stößt abwechselnd die äußeren Permanentmagnete 122, 128 und die inneren Permanentmagnete 124, 126 an bzw. ab. Da die Pole am Ende der Beine 120, 121 des U-förmigen Magnetkerns 116 entgegengesetzt sind, ziehen und stoßen die Pole jeweils ein Paar der Permanentmagnete 122-128 in die gleiche Richtung, wodurch Kräfte entstehen, die sich aufaddieren.
  • Eine durch diese Kräfte erzeugte resultierende Kraft bewegt den Aktuator 112 und einen Teil der Pumpen- oder Kompressorköpfe 104, 105 entlang der Bewegungsrichtung A.
  • ist ein vergrößerter Teil von , der den zentralen Teil der Brücke 132, die daran befestigten Permanentmagnete 122-128, Teile der Spulen 118, 119 und Teile des Magnetkerns 116, insbesondere Teile der Beine 120, 121 zeigt.
  • Wie in zu sehen ist, ist ein Paar aus einem äußeren Permanentmagneten 122, 128 und einem inneren Permanentmagnet 124, 126 in der Ruheposition des Aktuators 112 zentriert - hier insbesondere die Brücke 132 - um die Längsachse B der entsprechenden Spule 118, 119. In ist dies für die Spule 118 dargestellt. Zwischen den Enden der Beine 120, 121 des Magnetkerns 116 und der Permanentmagnete 122-128 wird ein Luftspalt 133 gebildet.
  • ist eine vergrößerte Ansicht von und zeigt die Ausrichtung der Magnetpole. In Bezug auf ist das Ende des linken Beins 120 des U-förmigen Magnetkerns 116 gezeigt. Wenn Strom durch die Spulen 118, 119 in eine solche Richtung fließt, dass das magnetische Feld am Ende des Beines 120 als Nordpol orientiert ist, wird der äußere Permanentmagnet 122 angezogen und der innere Permanentmagnet 124 abgestoßen, entsprechend wird der Aktuator 112 nach rechts gedrückt.
  • Wenn der Strom umgekehrt wird, entsteht ein Südpol und der Aktuator 112 wird entsprechend nach links gedrückt.
  • zeigt eine alternative Ausführungsform zu . Hier und im Folgenden werden die gleichen Referenznummern für die gleichen oder für ähnliche Merkmale verwendet, die bereits in einer der bereits beschriebenen Ausführungsformen erwähnt wurden.
  • In der alternativen Ausführungsform der umfasst der Aktuator 112 zusätzlich kleinere Permanentmagnete 134, die zwischen und um die inneren und äußeren Permanentmagnete 122-128 hinzugefügt werden. Durch Auswahl der geeigneten magnetischen Orientierungen und magnetischen Flussdichten kann die resultierende Konfiguration als Halbach-Array betrieben werden. Das magnetische Feld einer solchen Konfiguration kann das Magnetfeld in Richtung der Spulen 120, 121 lenken und den nicht nutzbaren Teil des Magnetfelds reduzieren.
  • zeigt eine alternative Ausführungsform zu den . In der alternativen Ausführungsform der werden die inneren Permanentmagnete 124, 126 durch einen einzigen längeren Permanentmagnet 136 ersetzt. Die beiden inneren Permanentmagnete 124, 126 können durch einen einzelnen Permanentmagnet 136 ersetzt werden, da die Orientierung der Polarität der inneren Permanentmagnete 124, 126 die gleiche ist.
  • zeigt eine alternative Ausführungsform zu den . In der alternativen Ausführungsform der werden kleinere Permanentmagnete 134 links und rechts von den äußeren Permanentmagnete 122, 128 und zwischen den inneren und äußeren Permanentmagneten hinzugefügt. Dadurch ergibt sich ein Halbach-Array.
  • zeigt in einer vergrößerten Ansicht eine weitere alternative Ausführungsform zu den . In diese Ausführungsform ist der gesamte Stator 110 des Linearmotors 102 vertikal gespiegelt und über den Permanentmagneten 142-148 platziert. Die resultierenden vier Spulen 118, 119, 150, 151 des zweiten Stators 140 sind so angeschlossen, dass der Strom, der fließt, wenn eine Spannung aus einer Quelle an alle vier Spulen 118, 119, 150, 151 angelegt wird, einen magnetischen Fluss in die gleiche Richtung in den U-förmigen Magnetkernen erzeugt, wodurch gegenüberliegende Pole am Ende der Beine, einander zugewandt sind und nebeneinanderstehen. In dieser Ausführungsform fließt der magnetische Fluss durch beide U-förmigen Magnetkerne, anstatt über den Permanentmagneten 142-148 zurückgeleitet zu werden, daher wird der Aktuator 152 in der gleichen Ebene wie die Permanentmagnete 142-148 platziert, anstatt darauf platziert zu werden und ein zweiter Luftspalt 154 wird gebildet.
  • Die sind vergrößerte Ansichten, die alternative Ausführungsformen des Aktuators 112 veranschaulichen. In der Ausführungsform der 10 wird der Brücke 132 ein Bauteil aus weichmagnetischem Material 160 hinzugefügt, um die Funktion einer magnetischen Rückführung der Brücke 132 zu unterstützen. Das Bauteil 160 ist auf der Brücke 132 befestigt und bewegt sich somit auch während der Oszillationsbewegung mit. Die Permanentmagnete sind in einer dreifachen Kombination angeordnet ähnlich der Ausführungsform der .
  • In der Ausführungsform der ist das Bauteil 160 vollständig in die Brücke 132 integriert und steht damit in engerem Kontakt mit den Permanentmagneten. Die Permanentmagnete in dieser Ausführungsform sind in einer vierfachen Kombination ähnlich der 4 angeordnet.
  • zeigt in einer vergrößerten Ansicht eine weitere alternative Ausführungsform des Aktuators 112 entsprechend der . In der Ausführungsform der ist das Bauteil aus weichmagnetischem Material 162 an der Stützstruktur (in nicht explizit dargestellt) befestigt, was zu einem Luftspalt zwischen dem Bauteil 162 und dem beweglichen Aktuator 112 führt. Die zusätzliche magnetische Rückführung, die durch das Bauteil 162 bereitgestellt wird, ist in der Stützstruktur enthalten und sollte so nah wie möglich an den Permanentmagneten 122-128 platziert werden und bilden einen zweiten Luftspalt 164. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Masse des Aktuators 112 deutlich reduziert werden kann.
  • Die zeigen eine weitere alternative Ausführungsform einer Linearpumpe oder -kompressor 200 mit nur einem einzigen Pumpen- oder Kompressorkopf. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, ist Bezug auf die Beschreibung bezüglich der Ausführungsform der zu nehmen. In den sind die bereits in der Ausführungsform der verwendeten Bezugszeichen für die gleiche Funktionen durch Hinzufügen von 100 wiederverwendet worden.
  • Die zeigen unterschiedliche Ausführungsformen für die Blattfedern 114, 115 aus den . In allen Ausführungsformen der sind die Blattfedern unsymmetrisch zu einer Ebene bestehend aus der Längsachse A des Aktuators und der Längsachse B jeder Spule 118, 119 wie in den gezeigt.
  • zeigt eine erste Ausführungsform mit zwei einblättrigen Federn 114, 115, wie in den Ausführungsformen der gezeigt werden. In der Ausführungsform von umfasst jede Blattfeder 314, 315 mindestens zwei einblättrige Federelemente (hier drei Elemente pro Blattfeder 314, 315). In dieser Ausführungsform sind die einzelnen Elemente in ihrer Form identisch und sind so angeordnet, dass jedes Element direkt mit dem nächsten in Kontakt steht. Alternativ können die einzelnen Federelemente durch Abstandshalter wie Unterlegscheiben oder dergleichen getrennt werden.
  • Jede Blattfeder oder Federelement auf einer Seite des Aktuators ist/wird vorzugsweise gespiegelt gegenüber der Blattfeder oder Federelemente auf der anderen Seite des Aktuators in Bezug auf die oben genannte Ebene, die sowohl die Achse A als auch die Achse B beinhaltet.
  • Die Ausführungen der Blattfedern der können mit den Ausführungsformen kombiniert der wie oben beschrieben kombiniert werden.

Claims (8)

  1. Linearpumpe oder -kompressor (100), umfassend: a. einen hin- und herbewegendem Linearmotor (102), b. einen Pumpen- oder Kompressorkopf (104, 105), c. ein Verbindungsstück (106, 107), das den Kopf (104, 105) und den Linearmotor (102 verbindet, d. eine Stützstruktur (108), die den Motor (102) und den Kopf (104, 105) verbindet, e. wobei der Linearmotor (102) i. einen Stator (110), einen Aktuator (112) und mindestens zwei Blattfedern (114, 115) umfasst, wobei ii. der Stator (110) und die Blattfedern (114, 115) mit der Stützstruktur (108) verbunden sind, iii. die zwei Blattfedern (114, 115) den Aktuator (112) so lagern, dass dieser relativ zum Stator (110) in der Bewegungsachse (A) oszillieren kann, wobei iv. der Stator (110) einen Magnetkern (116) mit einer U-Form und mindestens zwei Spulen (118, 119) umfasst, wobei jede der Spulen (118, 119) auf einem der Beine (120, 121) der U-Form platziert ist, v. die Spulen (118, 119) elektrisch so verbunden sind, dass die magnetischen Pole, die an den Enden der Beine (120, 121) entstehen, sich voneinander unterscheiden, wenn ein elektrischer Strom an die Spulen (118, 119) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vi. der Aktuator (112) mindestens einen Permanentmagnet (122-128) und eine Brücke (132), die entlang der Bewegungsachse (A) des Aktuators (112) platziert ist, umfasst, wobei vii. der Magnetkern (116), die Spulen (118, 119), die Brücke (132) und der Permanentmagnet (122-128) einen magnetischen Kreis bilden, viii. und ix. die Pole der Permanentmagnete (122-128) so angeordnet sind, dass die Ausrichtung des Nord-/Südpols entlang der Achse (B) der Spulen (118, 119) ist, f. wobei jede der Blattfedern (114, 115) asymmetrisch zu einer Ebene ist, welche die Achse (B) der Spulen (118, 119) beinhaltet und wobei eine Blattfeder (114) auf einer Seite des Aktuators (112) zur anderen Blattfeder (115) auf der anderen Seite des Aktuators (112) gespiegelt an einer Ebene, die die Bewegungsachse (A) und die Achse (B) der Spulen (118, 119) beinhaltet, ist.
  2. Linearpumpe oder -kompressor nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (112) umfasst: a. einen ersten Satz Permanentmagnete (122, 128) mit mindestens zwei äußeren Permanentmagneten mit den Nord-/Südpolen ausgerichtet entlang der Spulen (118, 119) in einer ersten Richtung, und b. einen zweiten Satz Permanentmagnete (124, 126) mit mindestens einem Permanentmagneten mit dem Nord-/Südpol ausgerichtet entlang der Spulen (118, 119) in eine zweite Richtung, wobei die zweite Richtung entgegen der ersten Richtung liegt.
  3. Linearpumpe oder -kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausrichtung der Permanentmagnete (122-128) des Aktuators (112) senkrecht zur Bewegungsachse (A) des Aktuators (112) ist.
  4. Linearpumpe oder -kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Permanentmagnete (122-128) durch zusätzliche Permanentmagnete (134) so ergänzt werden, um zumindest teileweise ein Halbach-Array zu bilden.
  5. Linearpumpe oder -kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator (112) ein Bauteil aus weichmagnetischem Material (160) umfasst, das den magnetischen Rückfluss unterstützt.
  6. Linearpumpe oder -kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator (110) ein Bauteil aus weichmagnetischem Material (162) umfasst, das über dem Aktuator (112) in Bezug zu den Spulen (118, 119) platziert ist.
  7. Linearpumpe oder -kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stator (110) einen zweiten Magnetkern (140) mit einer U-Form und einem korrespondierendem zweiten Satz Spulen umfasst, wobei der zweite Magnetkern mit dem zweiten Satz Spulen so angeordnet ist, dass die Orientierung des zweiten Satzes Spulen antiparallel zu dem ersten Satz Spulen ist.
  8. Linearpumpe oder -kompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Blattfedern (314, 315) mindestens zwei Federelemente umfasst.
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