DE2703041A1 - Schwingmotor mit einem intermittierend erregten, beweglichen spulensystem und feststehendem feldsystem - Google Patents

Schwingmotor mit einem intermittierend erregten, beweglichen spulensystem und feststehendem feldsystem

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DE2703041A1
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Werner Kern
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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
    • H02K33/18Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with coil systems moving upon intermittent or reversed energisation thereof by interaction with a fixed field system, e.g. permanent magnets
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
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Description

  • Schwingmotor mit einem intermittierend erregten,
  • beweglichen Spulen system und feststehendem Feldsystem Die Erfindung betrifft einen Schwingmotor mit einem intermittierend erregten Spulensystem, das sich durch Wechselwirkung mit einem feststehenden Feldsystem geradlinig hin- und herbewegt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und wirkungsvollen, insbesondere am Stromverteilungsnetz anschlie8-baren linearen Schwingmotor zu schaffen, um insbesondere kleinere Kolben- oder Membranpumpen antreiben zu können, wie sie für Handgeräte zum Spritzen oder Versprühen von Flüssigkeiten verwendet werden.
  • Ausgehend von einem SchwingmoLor der einleitend näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Feldsystem aus einem ringförmigen, axial oder radial magnetisierten Dauermagneten und zwei koaxial zueinander und zu dem Dauermagneten angeordneten weichmagnetischen Polkörpern besteht, die miteinander einen Ringspalt mit radialer Feldrichtung bilden, in den eine axial beweglich gelagerte, dem Einfluß einer Rückstellfederanordnung unterworfene zylindrische Spule eintaucht.
  • Ein Feldsystem in dieser im wesentlichen dreiteiligen Ausführungsform ist außergewöhnlich einfach herzustellen, zumal moderne, hochleistungsfähige Dauermagnete kleine Motorbauformen mit verhältnismäßig großer abgegebener Leistung ermöglichen. Sofern der Dauermagnet-Ring axial magnetisiert ist, kann der eine Polkörper einfach die Gestalt einer Ringscheibe und der andere Polkörper die Gestalt einer Ringscheibe mit einem sich ausschließenden Axialabschnitt haben. Die Polkörper brauchen nicht einteilig zu sein, zumal dann nicht, wenn sich der Axialabschnitt des einen Polkörpers innerhalb der Ringform des Dauermagneten befindet, was als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angesehen wird. Der Axialabschnitt kann dann beispielsweise ein zylindrischer Innenpol sein, der in eine im wesentlichen ebene Polringscheibe eingesetzt ist. Es kann aber auch der Dauermagnet des Feldsystems radial innen liegen und ein Polkörper topfförmig um diesen herumgeformt sein, wobei dann die Wand des Topfes als Axialabschnitt angesehen wird. In beiden Fällen liegen die Polkörper an den Stirnseiten des axial magnetisierten Dauermagneten an. Ist der Dauermagnet-Ring radial magnetisiert, so liegen die Polkörper auch radial an diesen an und erstrecken sich bis zu dem zwischen ihnen gebildeten Ringspalt im wesentlichen axial.
  • Wie auch die Konstruktion des Feldsystems im Rahmen der genannten Möglichkeiten im einzelnen ist, taucht in den vom Dauermagnetfeld radial durchsetzten Ringspalt eine eisenlose, zylindrische Spule ein. In Weiterbildung der Erfindung ist diese Spule mittels einer stirnseitigen Halteverbiiidung an einer sie koaxial durchsetzenden Tragstange befestigt, welche mit einem Ende in einem Polkörper und mit dem anderen Ende in einem Traggestell gelagert ist. Je länger die Tragstange ist, um so weniger wird die Genauigkeit der Längsführung durch das Lagerspiel beeinträchtigt, weil dieses eine um so geringere Kippbewegung der Spule um eine zur Tragstange senkrechte Achse ermöglicht. Die Lagerung in der Polscheibe kann eine einfache zentrale Bohrung sein. Das Traggestell kann als Kappe ausgebildet sein, die auf das Feldsystem aufgesteckt ist und somit die empfindlichen und beweglichen Teile des Schwingmotors verkapselt. Die Tragstange, welche die Schwingantriebsbewegung auf die angetriebene Pumpe überträgt, kann über das Traggestell und/oder über die an der entgegengesetzten Seite des Schwingmotors befindliche Polscheibe hinausragen.
  • Als Rückstellfederanordnung werden vorzugsweise zwei die Tragstangenabschnitte beiderseits der Halteverbindung umgebende, gegeneinander vorgespannte Wendelfedern vorgeschlagen. Verwendet man hierfür insbesondere Druckfedern, so brauchen diese bei der Montage des Schwingmotors einfach mit eingelegt zu werden.
  • Sie werden dann beim Aufsetzen des Traggestells komprimiert.
  • Durch die Auswahl der Federkonstanten und das Ausmaß der Vorspannung kann die Rückstellkraft und Rückstellcharakteristik der Federanordnung in weitem Umfang den jeweils vorhandenen Verhältnissen angepaßt werden.
  • Ein weiterer Vorschlag der Erfindung zielt auf eine möglichst einfache und zweckentsprechende Fertigung der Spulenanordnung hin. Er besteht darin, daß die Halteverbindung und von ihr ausgehende Tragstangenhälften einen einstückigen Schwingkörper aus einem Kunststoff, insbesondere ein Kunststoffspritzteil, bildet.
  • Um die Spule noch fester und einfacher mit einem solchen Schwingkörper zu verbinden, wird weiter vorgeschlagen, daß sie in den Schwingkörperwerkstoff eingebettet ist, d.h. also vor dem Spritzen des Kunststoffteils in die Form eingefügt ist, so daß der Tragkörperwerkstoff die Spule praktisch vollkommen einschließt.
  • Die Spule kann aber auch selbsttragend imprägniert und nur im stirnseitigen Bereich vom Schwingkörperwerkstoff umschlossen sein.
  • Die Stromzuführung zu der beweglichen Spule erfolgt vorzugsweise über lose hängende flexible isolierte Leitungen, wobei berücksichtigt ist, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Maximalhub der Spule nur etwa 5 mm beträgt.
  • Der Erregerstrom der Spule wird vorzugsweise aus dem normalen Stromverteilungsnetz bezogen, wobei vorgeschlagen wird, daß die Spule mit einem elektrischen Ventil, beispielsweise einer Diode in Reihe geschaltet ist und so mit einer Sinus-Halbwelle erregt wird. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Erregung jeweils mit dem Arbeitshub des Schwingmotors einhergeht und die federbetriebene Rückbewegung jeweils in das stromlose Intervall fällt.
  • Der erfindungsgemäße Schwingmotor zeichnet sich durch besondere Geräuscharmut aus. Das rührt unter anderem auch daher, daß die elektrodynamische Antriebskraft im Gegensatz zu Magnetsystemen mit Anker weitgehend sinusförmig ist, zumindest dann, wenn die Spule im Bereich des ringförmigen Polspalts homogen ist, d.h.
  • auf eine so große Länge gleichförmig zylindrisch ist, daß praktisch stets gleich viele und gleich geformte Windungen vom Dauermagnetfeld erfaßt werden.
  • Der vorgeschlagene Schwingmotor bietet aber auch die Möglichkeit, durch entsprechende Änderung der Spulenform, insbesondere durch eine bestimmte Bemessung der axialen Spulenlänge oder durch eine bestimmte Anordnung der in Ruhe befindlichen Spule innerhalb des Hubbereiches den zeitlichen Verlauf der Antriebskräfte innerhalb einer Netzperiode den gewünschten Antriebsbedingungen anzupassen. Ferner kann eine solche Anpassung durch andere elektrische Schaltelemente als eine einfache Gleichrichterdiode bewirkt werden, d.h. durch eine bewußte Gestaltung der Antriebsspannungskennlinie in Abweichung von der ganzen oder halben Sinuswelle. Vorgeschlagen wird diesbezüglich die Speisung der Spule mit einer Rechteck-Halbwelle über eine geeignete Halbleiter- oder Thyristor-Steuerung, insbesondere für Pumpenantriebe zum Versprühen verhältnismäßig dickflüssiger Medien.
  • Zwei schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt eines rotationssymetrisch ausgebildeten Schwingmotors, dessen Feldsystem einen innerhalb des Ringmagnets befindlichen Innenpol aufweist und Fig. 2 eine entsprechende Darstellung eines zweiten Schwingmotors mit anderem Feldsystem.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Schwingmotor besteht aus einem Dauermagneten 1, der die Form eines Ringes mit etwa quadratischem Querschnitt hat und in Achsrichtung, d.h. parallel zu der Mittelachse 2 der gezeigten Anordnung magnetisiert ist. An die obere Stirnfläche des Dauermagneten schließt sich ein Polkörper 3 von der Form einer Kreisringscheibe an, deren Außendurchmesser nahezu so groß wie der Außendurchmesser des Dauermagneten ist und die radial nach innen über den Dauermagneten 1 vorsteht. An der unteren Stirnfläche schließt sich ein zweiteiliger Polkörper 4 mit einer Ringscheibe 5 an, deren Innendurchmesser noch kleiner als der Innendurchmesser des Polkörpers 3 ist. In die Ringscheibe 5 ist, den Dauermagneten durchsetzend, ein im wesentlichen zylindrischer Innenpol 6 eingesetzt. Im Bereich des oberen Endes des Innenpols 6 bildet dessen Außenmantelfläche mit der Innenmantelfläche des Polkörpers 3 einen Ringspalt. Die Feldlinien des Dauermagneten schließen sich somit über die beiden Polkörper 3 und 4 und durchsetzen den Ringspalt im wesentlichen radial.
  • Ein mit Ausnahme einer Spule 7 einstückiger Schwingkörper ist insgesamt mit 8 bezeichnet. Er gliedert sich in einen hohlzylindrischen Spulenträger 9, eine Halteverbindung, bestehend aus einer Scheibe 10 mit nach oben ragende Nabe 11, und in zwei axial nach oben und unten abstehende Tragstangenhälften 12 und 13. Der Schwingkörper 8 ist aus einem Kunststoff gespritzt. In eine entsprechende Umfangsnut des Spulenträgers 9 ist die Spule 7 aus Kupferdraht eingewickelt und anschließend mit einer Vergußmasse verfestigt und mit dem Spulenträger 9 verbunden. Alternativ kann auf den Spulenträger 9 verzicllLet und eine selbsttragende Spule verwendet werden.
  • Der Schwingkörper kann sich in Richtung der Mittelachse 2 auf-und abbewegen. Die obere Tragstangenhälfte 12 ist zu diesem Zweck in einem Traggestell 14, das auf den Polkörper 3 aufgesetzt ist, und die untere Tragstangenhälfte 13 ist in einer zentralen Bohrung des Innenpols 6 gelagert. Das Traggestell 14 kann insbesondere auch eine geschlossene Haube sein.
  • Zwei Wendelfedern 15 und 16, welche die obere und untere Tragstangenhälfte 12 und 13 umgeben, klemmen die Halteverbindung 10, 11 des Schwingkörpers 8 zwischen sich ein. Die obere Wendelfeder 15 stützt sich dazu am Traggestell 14 und die untere Wendelfeder 16 am Innenpol 6 ab. Zur teilweisen Aufnahme der unteren Wendelfeder 16 hat der obere Abschnitt der Bohrung des Innenpols 6, welcher zur Lagerung der unteren Tragstangenhälfte 13 nicht benötigt wird, einen größeren Durchmesser. Die Spule 7 ist über in der Figur nicht gezeigte flexible, mit einem zähen Kunststoff isolierte Leitungen unter Zwischenschaltung einer Diode mit einem 50 Hz-Wechselstromnetz verbunden. Die Diode ist so geschaltet, daß der Arbeitshub des Schwingmotors mit dem Kompressionshub der angeschlossenen Pumpe bzw. dem kraftverzehrenden Hub einer sonstigen anzutreibenden Vorrichtung, zusammenfällt.
  • Ein praktisch ausgeführter Schwingmotor in der vorbeschriebenen Konstruktion, der in Wirklichkeit jedoch nur 2/3 der dargestellten Größe hat, wird im Rahmen einer sogenannten Heim-Mund-Dusche zum Antrieb einer kleinen Kolbenpumpe benutzt, welche aus einem Vorratsbehälter warmes Wasser über ein Mundstück ausspritzt.
  • Sofern hierbei die verwendete 50 Hz-Schwingfrequenz der Pumpe mangels Druckausgleichsbehälter anstelle eines gleichmäßigen einen leicht pulsierenden Waserstrahl erzeugt, ist dies infolge der erhöhten Massagewirkung des Wasserstrahls auf das Zahnfleisch nur von Vorteil. Der Schwingmotor kann aber, wie erwähnt, auch für andere Pumpen, insbesondere Membranpumpen, und zum Versprühen anderer Flüssigkeiten wie Farben, Haarpflegemitteln usw. verwendet werden.
  • Der Schwingmotor nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zeigt den gleichen Schwingkörper, jedoch ein anderes Feldsystem. Der gezeigte Dauermagnet 17 hat zwar auch eine Ringform, jedoch von wesentlich kleinerem Durchmesser. Ein oberer Polkörper 18, der ebenfalls die Form einer Ringscheibe hat, überragt den Dauermagneten 17 radial nach außen. Der untere Polkörper 19 hat die Form eines Topfes und gliedert sich in eine Wand 20 und einen Boden 21 sowie einen zentralen vom Boden nach innen ragenden Ansatz 22. Dieser Ansatz greift in das Loch des Dauermagneten 17 ein und hält diesen fest. Eine auf den topfförmigen Polkörper 19 aufgesetzte Kappe 23, die wie das Traggestell 14 nach dem ersten Ausführungsbeispiel aus einem nicht magnetischen Werkstoff besteht, führt den Schwingkörper am oberen Ende.

Claims (11)

  1. Ansprüche r 1. Schwingmotor mit einem intermittierend erregten Spulenterm, das sich durch Wechselwirkung mit einem feststehenden Feldsystem geradlinig hin- und herbewegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldsystem aus einem ringförmigen, axial oder radial magnetisierten Dauermagneten (1; 17) und zwei koaxial zueinander und zu dem Dauermagneten angeordneten weichmagnetischen Polkörpern (3, 4; 18, 19) besteht, die miteinander einen Ringspalt mit radialer Feldrichtung bilden, in den eine axial beweglich gelagerte, dem Einfluß einer Rückstellfederanordnung (15, 16) unterworfene zylindrische Spule (17) eintaucht.
  2. 2. Schwingmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Polkörper (3,; 18) die Form einer Ringscheibe und der andere Polkörper (4; 19) die Form einer Ringscheibe (5; 21) mit einem sich anschließenden Axialabschnitt (6; 20) hat.
  3. 3. Schwingmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dec Axialabschnitt (6) des einen Polkörpers (4) sich innerhalb der Ringform des Dauermagneten (1) befindet.
  4. 4. Schwingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7) mittels einer stirnseitigen Halteverbindung (10, 11) an einer sie koaxial durchsetzenden Tragstange (12, 13) befestigt ist, welche mit einem Ende in einem Polkörper (4) und mit dem anderen Ende in einem Traggestell (14; 23) gelagert ist.
  5. 5. Schwingmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellfederanordnune3 zwei die Tragstangenabschnitte (12, 13) beiderseits der Halteverbindung umgebende, gegeneinander vorgespannte Wendelfedern (15, 16) vorgesehen sind.
  6. 6. Schwingmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelfedern (15, 16! Druckfedern sind.
  7. 7. Schwingmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteverbindung (10, 11) und von dieser ausgehende Tragstangenhälften (12, 13) einen einstückigen Schwingkörper (8) aus einem Kunststoff bilden.
  8. 8. Schwingmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in den Schwingkörperwerkstoff eingebettet oder selbsttragend ausgebildet ist.
  9. 9. Schwingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß lose hängende flexible isolierte Leitungen die Stromzuführung zur Spule (7) bilden.
  10. 10. Schwingmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (7) mit einem elektrischen Ventil in Reihe geschaltet und an eine Sinus-Wechselspannungsquelle angeschlossen ist.
  11. 11. Verwendung eines Schwingmotors nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Handsprühgerät oder eine Munddusche.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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