DE2541725C3

DE2541725C3 - Stator für einen Schwingankermotor und Verfahren zur Herstellung seines Magnetkerns

Info

Publication number: DE2541725C3
Application number: DE19752541725
Authority: DE
Inventors: Richard Arthur Ann Arbor Mich. Stuber
Original assignee: Tecumseh Products Co
Current assignee: Tecumseh Products Co
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1982-03-11
Also published as: GB1527137A; JPS5158609A; ES453255A1; IT1047546B; ES453256A1; AU8474475A; BR7505997A; DK419275A; GB1527138A; GB1527139A; DE2541725A1; FR2301954A1; ES441072A1; FR2301951A1; FR2301707A1; DE2541725B2; CA1043843A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stator für einen Schwingankermotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem Schwingankermotor dieser Art (US-PS 35 42 495) besteht tfer Magnetkern aus aufeinandergeschichteten Blechen, deren Lamellenebene quer zur Achse ausgerichtet ist. d. h., die einzelnen Blechlagen sind in Achsrichtung aufeinandergestapelt. Bei Betrieb des Schwingankermotors treten Kräfte auf, welche den Anker hin- und herbewegen und somit ebenfalls in dem Magnetkern quer zu den Lamellenebenen wirksam sind. Die Steifigkeit des Blechpaketes ist aber quer zu den Lamellenebenen am geringsten.

Der bekannte Kompressor mit Schwingankermotor (US-PS 35 42 495) weist einen zylindrischen Anker auf, der von einer Schraubenfeder beim Kompressionshub gnnz aus dem zylindrischen Ankerraum herausbewegt wird. Die Anzugskraft des Schwingankermotor¹; wird also zur Überwindung der Massenträgheit im Saughub und zur Zusammenpressung der Feder benutzt, nicht jedoch zur Überwindung des bei der Komprimierung steigenden Gasdruckes der Gascnimpe. Der Schwjng des Ankers und des damit verbundenen Kolbens erzeugt die erforderliche KoniDression. ind wenn deren (von

Ventilen abhängige) Sollgröße nicht eingehalten ist, verändert sich die Hublänge in unerwünschter Weise.

Bei Elektromaschinen mit sich drehendem Anker sind bereits gewickelte Magnetkerne verwendet worden (BE-PS 6 67 900, FR-PS 4 18 011, US-PS 12 55 606). Bei -, derartigen Maschinen treten Drehmomente auf, d. h., die hauptsächlichen Kräfte sind tangential zur Achsrichtung angeordnet und somit nicht vergleichbar mit den bei einem Schwingankermotor auftretenden Kräften und Mitteln zu ihrer Bewältigung. κι

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingankermotor der oberbegrifflichen Art so zu konzipieren, daß der Magnetkern im Hinblick auf die Anforderungen im Kompressor besonders stabil ist, daß er einfach und wirtschaftlich (geringer Abfall) herstell- i-i bar und in den Kompressor einzubauen ist

Die gestellte Aufgabe wird auf Grund der Bauart und mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. auf Grund des Anspruchs 10 gelöst

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Kompressor, teilweise längs ge:~hnitten,

Fig.2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,

F i g. 3 einen einzelnen Magnetkern, 2ί

Fig.4 eine Einzelheit bei der Herstellung des Ankerraumes des Magnetkerns,

Fig.5 eine perspektivische Darstellung des Ankerraumes bei seiner Fertigstellung,

Fig.6 und 7 je eine grafische Darstellung zur jo Erläuterung der Wirkungsweise des Magnetkerns.

F i g. 1 zeigt einen Kompressor 20, der in einem nicht dargestellten Kapselgehäuse federnd sitzt und aus einem Schwingankermotor 30 und einer Gaspumpe 39 besteht Diese Gaspumpe 39 ist in einer Gehäuseseite 38 j j untergebracht Der Schwingankermotor 30 enthält einen Magnetkern 120, einen konischen Anker 40 und Rückholfedern 110, 112. Der Magnetkern 120 ist zwischen der Gehäuseseite 38 und einer weiteren Gehäuseseiu 100 mittels Schraubbolzen 35, 36 einge- w spannt. Die Gehäuseseite 100 ist bügeiförmig ausgebildet und weist Klemmen 106, 108 zur Aufnahme der äußeren Enden 110a, 112a der Rückholfedern 110, 112 auf. Die anderen Enden 110i>, 1126 der Rückholfedern 110, 112 sitzen in einer Klemmplatte 50, die an dem Anker 40 befestigt ist. Die Klemmet. 106, 108 weisen einen schlüssellochartigen Schlitz 106a, 108a auf, der jeweils durch eine Schraube 114 bzw. 116 verengt werden kann.

Fig.3 zeigt den Magnetkern 120 aus der Richtung des Pfeiles II in Fig. 1. Es sind zwei spiralförmige Bandwickel 122, 124 voi gesehen, die durch sine gemeinsame, umhüllende Wickellage 132 zusammengehalten werden. Die Bandwickel 122, 124 sind entlang ihrer Berührungsebene 129 flachgedrückt und in 5i Fortsetzung dieser Berührungsebene liegen Zwickelräume 131, 133, die von der gemeinsamen Wickellage 132 umspannt werden. Die Zwickelräume 131, 133 dienen zum Durchtritt der Schraubbolzen 35, 36. Die sich berührenden Schenkel der Bandwickel 122,124 sind durch eine hineingefräste Aussparung aufgetrennl, welche einen Ankerraum 134 bildet. Die Herstellung des Ankerraumes 134 wird an Hand Fi g. 4 und 5 erläutert.

Der Ankerraum 134 ist im großen und ganzen kegelstumpfförmig ausgebildet und weist demgemäß (^r) einen großen und einen kleinen Basisdurchmesser auf. Der kleine Basisdurchi/esser ist im dargestellten Ausführungsbeispiel kleiner als die Breite der zukünftigen Pole 136, 138 (Fig.4), so daß diese Pole 136, 138 über seitliche Brücken 140, 142 zunächst miteinander verbunden sind. Diese Brücken werden in einem weiteren Verfahrensgang weggefräst, wie in Fig.5 dargestellt. Der Ankerraum 134 wird demnach zusätzlich durch zwei Ebenen XYbegrenzt, die senkrecht zur Ebene 129 und symmetrisch zur Kegelachse angeordnet sind. Die Polflächen zeigen demnach kegelförmig gekrümmte Bereiche 137, 139 und dreieckförmige, gerade Bereiche 140*, 142*bzw. 14Oy, 142y.

Durchgeführte Versuche haben ergeben, daß der Abstand der Ebenen XY voneinander für das Betriebsverhalten des Kompressors bedeutsam ist, wie es sich aus F i g. 7 ergibt. In diesem Diagramm ist die Leistung in BTU/Hr über der Verdampfungstemperatur aufgetragen. Die gestrichelte Charakteristik 150 bezieht sich auf eine Spaltweite von 9,52 πτ_τι, während die Charakteristik 152 für eine Spaltweiie von 2032 mm zwischen den Ebenen X und Y gemessen wurde. Wie ersichtlich, ist die Kurve 152 für den T'-mperaturbereich oberhalb von 0° besser als die Kurve 150, während in dem Betriebsbereich unterhalb 0⁰C beide Kurven etwa gleich gut sind.

In Fig.6 sind über der Zeit als Abszisse diverse Größen des Schwingankermotors aufgetragen, und zwar mit Kurvenzug 60 die an den Wicklungen angelegte Spannung, mit 61 der darin fließende Strom, mit 62 der Kraftfluß im Magnetkern, mit 63 die Ankerverschiebung, mit 64 die auf den Anker ausgeübte magnetische Kraft, mit 65 die Federkraft und mit 66 der Gasdruck. Die Zeitachse ist in Winkelgrade des Spannungszyklus' unterteilt Der Betrag der Ankerverschiebung ist Null, wenn der Anker 40 am Magnetkern 120 anliegt, was freilich im praktischen Betrieb nicht vorkommt, weil es durch die Gaspumpe verhindert wird. Kräfte, die den Anker 40 in F i g. 1 nach rechts zu schieben versuchen, gelten als positiv, und nach links wirkende Kräfte als negativ.

Bei der Zykluszeit 0° bewegt sich der Anker 40 nach rechts, d. h., die Kurve 63 steigt noch an, bis etwa 90° Zykluszeit erreicht ist. Während dieser Phase werden die Federn 110, 112 gespannt, d. h„ der absolute Betrag der Kurve 65 nimmt zu. In der darauffolgenden Phase zwischen 90° und 208° entspannen sich die Rückholfedern 110, 112, d.h., die Federkraft gehe bis auf Null zurück, wie die Kurve 65 zeigt. Gleichzeitig nimmt die magnetische Kraft zu und überschreitet ihren Kulminationspunkt bei etwa 190°. Der Anker bewegt sich in F i g. 1 nach links, wobei der Luftspalt sich immer weiter verengt und der Anker nach Erreichen der Zykluszeit 180° mit seiner k/eineren Basisfläche bündig zur Außenfläche des Magnetkerns 120 ist. Der Anker 40 wird durch die Trägheitskräfte und die weiterhin wirkende magnetische Kraft 64 entgegen dem Gasdruck 66 und, ab d°r Zykluszeit 208°, entgegen der Federkraft bewegt. Bei etwa 265° Zykluszeit ist die Ankerverschiebung nach links beendet und es beginnt der Rückhub. Der Umkehrzeitpunkt hängt nicht allein von dem Schwankungen unterliegenden Gasdruck, sondern auch von der Federkraft ab, die entsprechend der Ankerverschiebung zunimmt, so daß s'cheres Abbremsen des Ankers 40 erzielt wird, chne daß die Pumpe 39 gegen den Anschlag fährt oder der Anker 40 an den Polflächen auftrifft. In der darauffolgenden Phase nach 265° Zykluszeit beginnt der Rückhub, wobei der Anker 40 durch den Gasdruck und die Federkraft in F i g. I nach rechts angetrieben wird.

Das Diagramm nach F i g. 6 zeigt, daß die magneti-

sehe Kraft 64 während des Konipressionshubcs (zwischen 90" und 265° Zykluszeit) ihre höchsten Werte erreicht, wie es erwünscht ist. Die Federkraft 65 weist an den Umkehrpunkten 90° und 265° jeweils eine maximale Amplitude auf, d. h.. die Federn 110. 112 wirken doppelseitig.

Obzwar auch Schraubenfedern doppelseitig wirken können, ist die in Fig. I und 2 dargestellte Bügelfeder besonders geeignet und nimmt wenig Raum ein bzw. nutzt den vorhandenen Raum günstig aus. Die Bügelfedern 110, 112 weisen Bögen auf. die etwa 0.92 steigungslose Schraubwindungen darstellen. Wie ersichtlich, lassen sich solche Bügelfedern leicht ineinanderfügen, ohne sich bei der Ankerbewegung zu behindern. Der vorhandene Raum innerhalb des Umrisses des Schwingankermotors 30 wird günstig ausgenutzt, ohne eine relativ große Baulänge erforderlich zu machen. Dies ist auch im Hinblick auf das elliptische Kapselgehäuse de! Kompressors günstig, welches zur Herabsetzung des nach außen dringenden Lärms normalerweise vorgesehen ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stator für einen Schwingankermotor mit folgender Bauart: eine Gehäuseseite ist zur Aufnah- ϊ me einer Gaspumpe ausgebildet, deren Pumpenkammer in Achsrichtung des Schwingankermotors ausgerichtet ist; ein Magnetkern ist mit einer Befestigungseinrichtung in Achsrichtung in dem Gehäuse eingespannt; der Magnetkern weist einen m Ankerraum auf, dessen Achse mit der Achse der Pumpenkammer zusammenfällt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Magnetkern (120) enthält mindestens einen spiralförmigen, einseitig aufgetrennten Band- ü wickel (122,124), dessen einzelne Lagen (126) in Richtung quer zur Motorachse aufeinanderfolgen;

b) die Einspannrichtung des Magnetkerns (120) verläüii parallel zu den Lameilenebenen der einzelnen Lagen (126);

c) der Ankerraum (134) liegt an der Auftrennstelle des oder der spiralförmigen Bandwickel (122, 124) und ist im Sinne von sich gegenüberliegenden Polflächen ausgebildet y,

2. Stator nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zwei entlang einer Berührungsebene (129) benachbarte Bandwickel (122, 124) vorgesehen und dicht aneinander gehalter, sind, und daß der Ankerraum (134) im Bereich der Berührungsebene jo als Aussparung in den beiden Bandwickeln ausgebildet ist.

3. Stator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandwickel (132,124) an ihrem äußeren Umfang zusammengehalten sir. J, wobei im Bereich j5 ihrer Berührungsebene (129) überspannte Zwickelräume (131, 133) vorgesehen sind.

4. Stator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhalt der beiden Bandwickel (122, 124) durch eine gemeinsame umhüllende Wickellage (132) gebildet ist.

5. Stator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung (35, 36) des Magnetkerns durch die Zwickelräume (131,133) hindurchreicht. »5

6. Stator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerraum (134) durch zwei im Abstand voneinander angeordnete Pole (136,138) begrenzt ist, deren Oberflächen einen konischen Anteil und einen ebenen Anteil (14Ox --..·) 140.K, 142a-, \42y) aufweisen, wobei die Konusachse mit der Motoracnse zusammenfällt und die Oberflächenanteile senkrecht auf der Polachse stehen und gleichen Abstand zu der Achse aufweisen.

7. Stator nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der ebenen Oberflächenanteile (140*. i40y, 142x, i42y) voneinander kleiner ist als der größere Durchmesser des Konus, auf dem die konischen Oberflächenanteile liegen, und daß die ebenen Oberflächenanteile zueinander parallel sind, fio

8. Stator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in mm gemessene Abstand der ebenen Oberflächenanteile voneinander größer ist als 0.167 χ dem Zahlcnwert in mm² der Quersehnittsfläche der Pole (136.138). <-,;

9. Stator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der in mm gemessene Abstand der ebenen Oberflächenanteile voneinander 0.355 χ dem Zahlenwert in mm² der Querschnittsfläche der Pole (136,138) beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung des Magnetkerns nach einem der Ansprüche I bis 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) magnetisches, streifenförmiges Material wird spiralförmig zu zwei Bandwickeln gewickelt;

b) die beiden Bandwickel werden, sich berührend, auf einer Ebene senkrecht zur Wiocelachse aufgelegt und fest miteinander verbunden;

c) der Ankerraum wird in dem Berührungsbereich der beiden Bandwickel durch Auftrennen der inneren Schleifenseiten der Bandwickel hergestellt, wobei die Achse des Ankerraumes senkrecht zu der Auflageebene der Bandwickel steht

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftrennen der inneren Schleifenseiten folgende Einzelschritte umfaßt:

Ci) eine konische Bohrung wird koaxial zur mittleren Achse bzw. zur Bewegungsrichtung des Schwingankermotors gefräst;

C₂) die Bohrung wird durch Legen eines Schnittes durch die sich berührenden Schleifen des Bandwickels senkrecht zur Berührungsebene und parallel zur mittleren Achse erweitert;

Cj) ein zweiter Schnitt parallel zum ersten Schnitt, aber jenseits der mittleren Achse, wird hergestellt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Durchmesser der konischen Bohrung kleiner ist als die Dicke der beiden aneinander angrenzenden und zu durchtrennenden Schleifen des Bandwickels, gemessen senkrecht zur Berührungsebene.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung des ersten Schnittes von der mittleren Achse im wesentlichen gleich der Entfernung des zweitm Schnittes von der mittleren Achse ist.