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Elektromagnetischer Schwingankerantrieb Die Erfindung bezieht sich
auf einen elektromagnetischen, mit einem in seine Ruhelage elastisch zurückgeführten
Anker versehenen Schwingankerantrieb mit Frequenzabstimmung, bei welchem zwei gegenüberliegende,
einander entsprechende Anordnungen elektromagnetischer Pole einen Luftspalt oder
Laufkanal für einen hin- und herbeweglichen Teil abgrenzen, der zwei quer zur Achse
dieses Kanals und mit entgegengesetzter Polung parallel zueinander angeordnete Permanentmagnete
besitzt.
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Bei einer bekannten Bauart eines solchen Antriebs schwingen die beiden
Permanentmagnete zwischen je einem elektromagnetischen Pol auf der einen und auf
der anderen Seite hin und her. Dabei gerät abwechselnd der eine oder der andere
Permanentmagnet in das elektromagnetische Kraftfeld. Bezeichnet man den von einem
Permanentmagnet herrührenden magnetischen Fluß mit 0, so ergibt sich während einer
vollen Schwingung des beweglichen Teils eine Schwankung des die Spulen des Elektromagnets
durchsetzenden Flusses innerhalb der Grenzen -L-und Die Erfindung stellt sich die
Aufgabe, diese bekannte Bauart zu verbessern. Gemäß der Erfindung weist jede der
Anordnungen elektromagnetischer Pole zwei gleichnamige Hauptpole und einen dazwischen
befindlichen ungleichnamigen Hauptpol auf. Weiterhin sind zwischen je zwei benachbarten
dieser bewickelten Hauptpole nicht bewickelte Hilfspole angeordnet, die, gleich
den benachbarten Hauptpolen, in der Achsrichtung einen ebenso großen Abstand voneinander
haben wie die Achsen der Permanentmagnete, die in der Ruhelage des beweglichen Teils
den Hilfspolen gegenüberliegen.
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Bei dieser Konstruktion geraten im Gegensatz zur obenerwähnten bekannten
Bauart in der einen Halbwelle des Speisestromes beide Permanentmagnete ins Kraftfeld
je eines Elektromagnets. Entsprechendes gilt für die andere Halbwelle des Speisestromes.
Der gesamte, die elektromagnetischen Spulen durchsetzende, von den Permanentmagneten
herrührende Fluß schwankt damit zwischen den Grenzen -i-2 und -2 0. Es ergibt sich
also trotz Verwendung eines beweglichen Teils von gleicher Masse eine doppelt so
große Kraftwirkung. Im übrigen läßt sich auch ein besonders breiter Laufweg für
den beweglichen Teil erzielen, was insbesondere bei der Verwendung für den Antrieb
eines Kühlaggregats vorteilhaft ist.
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Ein weiterer Vorteil besteht noch darin, daß durch die Verwendung
mehrerer Hauptpole die Permanentmagnete des beweglichen Teils viel länger im Bereich
der Polschuhe dieser Hauptpole sind als bei der bekannten Vorrichtung. Die Kraftlinien
der Permanentmagnete sind also längere Zeit als sonst geschlossen, und eine schädliche
Entmagnetisierung ist damit weitgehend verhindert. Durch die Verwendung der nicht
bewickelten Hilfspole wird diese Wirkung noch unterstützt. Insbesondere können sich
nämlich in der Ruhelage des beweglichen Teils die Kraftlinien der beiden Permanentmagnete
über Eisenteile schließen.
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Die neue Konstruktion unterscheidet sich auch vorteilhaft von einer
anderen bekannten Bauart, bei welcher ebenfalls jeder der beiden Permanentmagnete
abwechselnd in das Kraftfeld des einen oder anderen von zwei Elektromagneten gerät.
Dieser Antrieb ist aber aufwendiger als derjenige nach der Erfindung, da insgesamt
acht elektromagnetische Spulen notwendig sind, so daß auf jeden Permanentmagnet
vier Spulen kommen. Die Anordnung nach der, Erfindung erfordert demgegenüber nur
insgesamt sechs Magnetspulen, da von den drei Spulen auf jeder Seite des Laufkanals
die mittlere sowohl in der einen Schwingungsrichtung mit dem einen Permanentmagnet
als auch bei der anderen Schwingungsrichtung mit dem anderen Permanentmagnet zusammenarbeitet.
Bei gleichem Netzeffekt bedeutet dies eine erhebliche Materialeinsparung.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
elektromagnetischen Antriebsvorrichtung;
Fig. 2 ist ein Schnitt
längs der Linie II-11 der Fig.1; Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III
der Fig. 1; . . .
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Fig. 4 bis 6 sind Schaubilder zur Erläuterung der besonderen Arbeitsweise
des erfindungsgemäßen Motors; Fig. 7 bis 10 sind Kurven zur Erläuterung gewisser
Eigenheiten der Erfindung.
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Fig. 1 bis 3 zeigen eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
elektromagnetischen Schwingankerantriebs..
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Die Vorrichtung weist ein nur teilweise dargestelltes Gestell 1 auf,
welches aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff besteht.
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Bei dem dargestellten Beispiel ist der Motor zum Antrieb eines Verdichters
bestimmt, von welchem ein Zylinder bei 2 dargestellt ist, welcher mit dem Gestell
1 durch einen Flansch 3 verbunden ist.
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4 und 5 bezeichnen Hülsen, welche die Zylinder teilweise umgeben und
von diesen mit Hilfe von nicht dargestellten Lagern gehalten werden, welche insbesondere
durch mit Kugeln ausgerüstete Laufbahnen gebildet werden können.
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Die Hülsen 4 und 5 halten und führen einen beweglichen Teil 6, welcher
mit diesen Hülsen fest verbunden ist und in der Längsrichtung eine hin- und hergehende
Bewegung ausführt.
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Der bewegliche Teil 6 weist zwei Dauermagnete 7 und 8 auf, welche
parallel zueinander und außerdem so angeordnet sind, daß ihre Polaritäten einander
entgegengesetzt sind. Diese Polaritäten sind in der Zeichnung durch die Buchstaben
N und S bezeichnet, welche die Nord- und Südpole der beiden Magnete 7 und 8 bedeuten.
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In der Ruhestellung wird der bewegliche Teil 6 in dem mittleren Teil
seines Hubes durch Federn 9 und 10 gehalten, deren Kenngrößen im übrigen so gewählt
sind, daß sie diesem Teil 6 unter Berücksichtigung seiner Masse eine bestimmte Eigenfrequenz
erteilen, welche in bekannter Weise grundsätzlich etwas kleiner als die Frequenz
des Wechselstromes ist, welcher die weiter unten näher beschriebenen Wicklungen
speist.
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Der bewegliche Teil 6 besteht vorzugsweise aus einem leitenden, aber
nicht magnetisierbaren Metall und bildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
Arme 6 a und 6 b, mit welchen in den Zylindern der Maschine arbeitende Kolben 11
verbunden sind.
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Die Polflächen der beiden Magnete 7 und 8 sind durch einen sehr kleinen
Luftspalt von Polen getrennt, welche zwei Magnetkreise 12, 13 bilden, welche untereinander
in gleicher Weise ausgebildet sind und von dem Gestell 1 so getragen werden, daß
ihre entsprechenden Pole einander gegenüberliegen. Die beiden Magnetkreise 12, 13
werden zweckmäßig durch die Vereinigung von Magnetblechen gebildet, welche voneinander
isoliert sind und Nuten 14, 14 a, 15, 15 a, 16, 16 a sowie 141, 14
a1, 15l, 15 a1, 16, und 16 a1 bilden.
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Die Stellung der Nuten 14,14 a einerseits sowie der Nuten 141, 14
a1 andererseits ist so gewählt, daß in dem mittleren Teil der beiden Magnetkreise
12, 13 einander gegenüberliegende Pole 17 und 18 entstehen, welche zwischen den
beiden Dauermagneten des beweglichen Teils 6 liegen, wenn sich dieser in der Ruhestellung
befindet (in der Zeichnung dargestellte Stellung). Die Breite und der Abstand der
Nuten 14, 14a, 141, 14 a1 sind so gewählt, daß beiderseits dieser Nuten- Zähne 19,
19a, 191, 19a, entstehen, deren Achsen etwa mit den Achsen der Magnete 7, 8 zusammenfallen,
wenn sich diese in der Ruhestellung befinden. Diese Zähne gestatten den aus den
Magneten kommenden Kraftlinien, sich auf dem gestrichelt dargestellten Weg zu schließen.
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Die verschiedenen Pole des bewickelten Magnetkreises werden von mit
A, B und C bzw. Al, B1, Cl bezeichneten Spulen umgeben, welche in der in
der Zeichnung angegebenen Weise in den verschiedenen Nuten angeordnet sind und durch
in Keilnuten der verschiedenen Pole eingeführte Nutenverschlußkeile 24 aus nicht
magnetisierbarem Material an Ort und Stelle gehalten werden.
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Wie dies aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Breite der Nuten, in
welchen die Wicklungen liegen, kleiner oder höchstens gleich der Breite der Magnete
7, 8 oder der Polschuhe, mit welchen diese versehen sein können, so daß die Magnete
stets wenigstens teilweise einem Polteil der Magnetkreise gegenüberliegen.
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Dieses Merkmal ist sehr wichtig, da sich dann die aus den Spulen kommenden
Kraftlinien stets über die Polschuhe 7 a, 7 b und 8 a, 8 b schließen können,
was die Gefahr einer Entmagnetisierung beträchtlich verringert.
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Der Wicklungssinn der Spulen A, B, C und Al, B1, Cl ist so gewählt,
daß bei Speisung derselben mit dem Wechselstrom üblicher Frequenz zu einem Zeitpunkt
t entgegengesetzte Polaritäten an den Polen 17, 18 entstehen.
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Außerdem sollen die Pole 20 und 22 im gleichen Augenblick gleiche,
aber der Polarität des Pols 17 entgegengesetzte Polaritäten haben.
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Ebenso haben die Pole 21 und 23 die gleiche der Polarität des Pols
18 entgegengesetzte Polarität. Wenn z. B. zu dem betrachteten Zeitpunkt t der Pol
17 ein Südpol ist, wie in Fig. 1 durch den Buchstaben S angegeben, ist der Pol
18 ein Nordpol, der Pol 20 ein Nordpol, der Pol 21 ein Südpol, der Pol 22
ein Nordpol und der Pol 23 ein Südpol.
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Bei der nächsten Halbwelle des die Spulen speisenden Wechselstromes
haben die obigen Polaritäten das entgegengesetzte Zeichen.
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Unter der Annahme, daß der obige Motor arbeitet und daß sich die Magnete
7, 8 zu Beginn der Verstellung in Richtung des Pfeiles f1 in der in Fig. 4 dargestellten
Stellung befinden, sieht man, daß der von der Spule A ausgehende und auf den Magnet
7 einwirkende Fluß von -[- $ nach 0 geht, während der Magnet 7 aus der in Fig. 4
dargestellten Stellung in die in Fig. 5 dargestellte Stellung übergeht. Diese Flußänderung
ist durch die Kurve der Fig. 7 dargestellt.
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Gleichzeitig verändert während der Bewegung des Magnets 8 sich aus
der in Fig. 4 dargestellten Stellung in die in Fig. 5 dargestellte Stellung der
Wert des durch die Spule B induzierten Flusses ebenfalls von -I- 0 bis auf 0, wie
dies vollausgezogen durch die Kurve der Fig. 8 dargestellt ist. Bei der Bewegung
der Magnete aus der in Fig. 5 dargestellten Stellung in die in Fig. 6 dargestellte
Stellung geht der durch die Spule B erzeugte Fluß von 0 in - 0 über, wie dies gestrichelt
in Fig. 8 dargestellt ist. Gleichzeitig nimmt der durch die Spule C erzeugte Fluß
von dem Wert 0 den Wert - 0 an, wie dies Fig. 9 zeigt.
Aus dem Obigen
geht hervor, daß die gesamte Flußänderung in den Spulen während der einer Halbwelle
des Stromes entsprechenden Zeit in der in Fig. 10 dargestellten Weise zwischen den
Werten +20 und -2e schwankt. Ferner werden die Dauermagnete 7, 8 während der ganzen
Dauer einer Vollschwingung ausgenutzt, im Gegensatz zu den in Magnetkreisen vieler
bekannter Vorrichtungen ähnlicher Art verlaufenden Vorgängen. Da außerdem die Flußänderung
in den Spulen sehr groß ist, ist das zur Herstellung einer bestimmten Leistung aufzuwendende
Kupfergewicht erheblich kleiner als bei einem Magnetkreis, in welchem der Fluß sich
nur z. B. zwischen 0 und 0 ändert.
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Ein weiterer Vorteil des obigen Motors besteht noch darin, daß die
aus den Dauermagneten kommenden Kraftlinien stets eine solche Richtung haben, daß
sie sich über den ruhenden Teil des Magnetkreises schließen können. Dies ist insbesondere
der Fall, wenn sich die Magnete in der in Fig. 5 dargestellten Stellung befinden,
in welcher kein Fluß in den Spulen induziert wird.
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Die Anordnung nach der Erfindung gestattet außerdem, eine sehr große
Bewegungsamplitude des beweglichen Teils zu erhalten.