DE2906335A1

DE2906335A1 - Einrichtung zum erzeugen einer linearbewegung

Info

Publication number: DE2906335A1
Application number: DE19792906335
Authority: DE
Inventors: Shmuel Dr Shtrikman
Original assignee: Yeda Research and Development Co Ltd
Current assignee: Yeda Research and Development Co Ltd
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1979-09-13
Also published as: US4455497A; DE2906335C2; IL54107A; IL54107A0; US4346318A

Description

KRAUS & WEiSERT

PATENTANWÄLTE /*/V "73

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL-ING. FACHRICHTUNG CHEMlt IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 ■ TELEX O5-2I2156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2093 JS/jyfY

YEDA RESEARCH AND DEVELOPMENT CO« LTD« Rehovot_s Israel

Einrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Antriebseinrichtung, und zwar betrifft die Erfindung im einzelnen eine elektromagnetische Einrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung.

Nach dem Stand der Technik sind die verschiedensten Arten von Linearmotoren bekannt, und diese Linearmotoren werden für solche unterschiedlichen Funktionen, wie den Antrieb des Drehtisches eines Plattenspielers und den Betrieb eines Kompressors, verwendet. In der österreichischen Patentschrift 195 558 und in einem Artikel von G. Perronne, dessen Titel in deutscher Übersetzung "Elektromagnetische oszillierende Kompressoren'" lautet und der in dem Bulletin Annexe (Suppl. 2) des Internationalen Kälteinstituts, 1958, Band 2, Seiten 267-278, erschienen ist, wird ein Kompressor gezeigt, in dem ein Paar entgegengesetzt magnetisierter Permanentmagnete verwendet wird, das innerhalb des Spalts eines Wechselstromelektromagneten vorgesehen ist. Die Magnete sind längs einer Achse, die sich durch den Spalt erstreckt, im Abstand voneinander angeordnet und bewegen sich in einer hin- und hergehenden Bewegung längs dieser Achse. Obwohl sich aus den vorgenannten Druckschriften keine Informationen über den Wirkungsgrad solcher Kompressoren entnehmen lassen, dürften sie verhältnismäßig unwirtschaftlich sein und verhältnismäßig hohe elektrische Eingangsleistungen erfordern.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Linearmotor von relativ hohem Wirkungsgrad, hoher Leistungsfähigkeit und hoher Wirtschaftlichkeit zur Verfügung gestellt werden, der zur Ausrüstung eines weiten Umfangs an Einrichtungen mit einem Motor geeignet ist, wobei er nur relativ kleine Leistungsbeträge benötigt.

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ρ,

Weiterhin wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Einrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung zur Verfügung gestellt, die folgendes aufweists eine Spule, die ein elektromagnetisches Feld quer durch einen Spalt definiert bzw«, erzeugt; und einen Permanentmagneten, der innerhalb des magnetischen Felds in dem Spalt vorgesehen und so angeordnet ist, daß er durch das magnetische Feld einen Bewegungsantrieb erhält, wobei der Permanentmagnet so ausgebildet ist, daß seine Magnetisierungsachse längs seiner kleinsten Abmessung verläuft»

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Permanentmagnet einen ersten und zweiten Abschnitt bzw» erste und zweite Abschnitte ₉ die in jeweils entgegengesetzten,Richtungen magnetisiert und fest miteinander verbunden sind, so daß sie einen einzigen Körper definieren bzw« bilden oder von einem einheitlichen Element gebildet werden., Die relative Ausrichtung der beiden entgegengesetzt magnetisierten Abschnitte bestimmt die Bewegungsachse des Permanentmagneten in einer Ebene_s die senkrecht zur Achse des elektromagnetischen Flusses quer durch den Spalt verläuftο Indem man eine Wechselstromquell© für den Permanentmagneten vorsieht, wird bewirkt ₉ daß der Permanentmagnet eine Sehwingungsbewegung~ ausführte

Eine Schwingungsbewegung mit einer Amplitude, die

größer als die Abmessungen der entgegengesetzt magnetisiert ■fcen Abschnitte des Permanentmagneten Istj, kann mittels einer Anordnung von miteinander verbundenen!, entgegengesetzt magnetisiertan Abschnitten, die In Verbindung mit einer Mehrzahl von ortsfesten Elektromagneten in einer gewünschten außerphasigen Anordnung vorgesehen sindj, erzielt werden« Eine geeignete Konrautatoreinrlchtungj, wie ζ .B. photodiodenbetrieben© Relais« zum Umschalten der Feldrichtungen ist hierbei erforderlich«

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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in der ein einziger magnetisierter Abschnitt angewandt wird, können Vibrations- bzw. Schwingungssysteme realisiert werden, die eine parametrische Erregung, Anregung, Ansteuerung" oder dergl. aufweisen.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein merklich höherer Wirkungsgrad gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann, als das bei Einrichtungen nach dem Stand der Technik der Fall ist, wie sie in den obengenannten Druckschriften beschrieben sind, und zwar als Ergebnis der Betrachtung des Streuflusses. Diese Betrachtung, die in den Druckschriften zum Stand der Technik überhaupt nicht angestellt wird, führt zu einer optimalen Beziehung zwischen der Spalttrennung bzw. dem Spaltabstand und der Dicke des Permanentmagneten längs der Achse seiner Magnetisierung.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, näheren Beschreibung einiger bevorzugter AusfUhrungsbeispiele der Erfindung, die in den Fig. 1 bis 16B der Zeichnung im Prinzip dargestellt sind; es zeigen:

Fig'. 1 eine schematische Veranschaulichung eines Teils eines Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Linearbewegungsmechanismus der gleichen Art wie in Fig. 1 veranschaulicht;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird;

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Fig» 4 eine schematische Darstellung eines Linearbewegungsmechanismus mit ausbalanciertem Schwerpunkt, der gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird?

Fig« 5 eine schematische Darstellung eines Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wirdj

Fig» 6 eine schematische Veranschaulichung eines Linearbewegungsmechanismus mit ausbalanciertem Schwerpunkt, der gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist?

Fig» 7a eine Darstellung eines allgemein kreisförmig gestalteten Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

Fig» 7b eine Yeranschaulichung eines Teils des Linearbewegungsmechanismus der Figo 7a?

Fig. 8a und 8b zwei Abwandlungsformen von geschichteten Permanentmagneten« die in den Linearbewegungsmechanismen nach der vorliegenden Erfindimg verwendbar sindf

Fig» 9a eine schematische Aufsicht auf einen Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar istι

Fig., 9b eine Schnitt ansicht eines Teils des Mechanismus der Fig.» 9a längs der Linien A-A?

Fig« 10 eine schematische Darstellung eines Linearbewegungsmechanismus , der gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar istι

Fig. 11 eine schematische ¥eranschaulichung eines Linearbewegungsmechanismus „ der gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer vergrößerten Ausführungsform eines Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

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Fig. 13 eine schematische Veranschaulichung von vier Stufen im Betrieb eines eine große Amplitude aufweisenden Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem elften Ausführungsbeispiel nach der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Teils eines Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel nach der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist;

Fig. 15 eine schematische Veranschaulichung eines vergrößerten Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist; und

Fig. 16a und 16b eine seitliche Schnittansicht und eine End- bzw. Stirnansicht eines Kompressors, der gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist.

Zur näheren Erläuterung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung sei nun zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein Linearbewegungsmechanismus, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist, mit unterschiedlichen Graden an Verallgemeinerung dargestellt ist.

Es sei zunächst ganz allgemein darauf hingewiesen, daß die Erfindung zwar unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wird, die als Linearantriebseinrichtungen betreibbar sind, daß aber die Erfindung insofern genügend allgemein ist, als sie auch Generatoren umfaßt, die einen elektrischen Strom in Ansprechung auf eine angewandte Linearverschiebung bzw. -bewegung eines Permanentmagneten erzeugen. Die Bezeichnungen "Linearbewegungseinrichtung" bzw. "Einrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung" und "Linerarbewegungsmechanismus" werden daher im

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Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche sowohl zur Bezeichnung von Generatoren als auch von Motoren verwendet»

Ss sei nun wieder auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen,, in denen ein Spalt 10 von einem konventionellen Wechselstrommagneten 12 begrenzt wird. Mittels des Elektromagneten wird ein magnetischer Fluß quer durch den Spalt 10 längs einer Achse 13 erzeugt. Der Elektromagnet 12 umfaßt einen Eisenkern 15, um den Spulen 17 herumgewickelt sind. Die Spulen sind über einen Kondensator 21, der zur Erhöhung des Leistungsfaktors der Einrichtung vorgesehen ist, an eine Wechselstromquelle 19 angekoppelt. Die Spulen können auch über einen Widerstand 23 an eine Gleichstromquelle angekoppelt werden» Der Eisenkern 15 ist vorzugsweise aus einer Mehrzahl von relativ dünnen Schichten ausgebildet, die zusammengeschichtet sind«. Die Schichten können längs Achsen übereinandergeschichtet sein* welche senkrecht zum Yerlauf des magnetischen Flusses sindj, so daß die Wirkungen von Wirbelströmen vermindert werden«, Eine Anordnung von geschichteten bzwο übereinandergestapelten Schichten ist in Fig. 1 veranschaulicht, während"eine.andere mögliche Anordnung in Fig. 3 gezeigt istο

In dem Spalt 10 ist ein Permanentmagnet 14 zur Bewegung längs einer Achse 11, die senkrecht zur Achse 13 des magnetischen Flusses verläuft, angeordnet»"In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Magnet 14 allgemein flächig» wie z.B. plattenförmig, streifenförmig, scheibenförmig oder dergl«, ausgebildet,, und er ist längs einer Achse magnetisiert, die senkrecht zu seiner Ebene bzw, zu der Ebene seiner flächigen Erstreckung verläuft» Der Permanentmagnet 14 ist aus entgegengesetzt magnetisierten ersten und zweiten Teilen 16 und 18 ausgebildet, die entweder aus einem integralen bzw, einstückigea feil von.ferromagnetischem Material " ausgebil-

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det sind oder die alternativ mittels eines Klebstoffs, Kitts oder dergl. miteinander verbunden sind. Die beiden Teile können sich in Berührungseingriff befinden oder sie können alternativ um einen gewünschten Abstandsbetrag im Abstand voneinander angeordnet sein. Eine zusätzliche strukturelle Festigkeit kann man dadurch erzielen, daß man eine Kunststoffplatte bzw. -folie 20 auf beide planare bzw. ebene Oberflächen des Permanentmagneten schichtet bzw. aufbringt, wie in Fig. 1 dargestellt, bzw. den Permanentmagneten mit einer Kunststoffumhüllung 20 versieht.

Wie man aus Fig. 2 ersieht, ist der Permanentmagnet 14 so dimensioniert, daß er sich über den Spalt 10 hinaus erstreckt, so daß die Notwendigkeit eines Ausbalancierens der darauf einwirkenden magnetischen Kräfte vermieden wird. Der Permanentmagnet 14 kann mittels Federn 22 auf einem Träger 24 angebracht sein, der seinerseits auf dem Elektromagneten 2 montiert ist. Die Federn 22 und der·Träger 24 sind so angeordnet, daß sie eine Ankopplung einer Antriebswelle auf bzw. mit dem Permanentmagneten 14 zum Antriebseingriff mit demselben ermöglichen.

Es sei darauf hingewiesen, daß sich der Permanentmagnet so bewegt, daß seine Magnetisierungsrichtung zu jeder gegebenen Zeit mit der Richtung des magnetischen Flusses in Übereinstimmung kommt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bewegt sich der Permanentmagnet 14 längs der Achse 11 in einer solchen Richtung, daß die Überlappung zwischen dem magnetischen Fluß und dem Teil des Permanentmagneten, der in gleicher Richtung wie der magnetische Fluß magnetisiert ist, ein Maximum wird.

Während des Wechselstrombetriebs des Elektromagneten, während dessen sich die Richtung des magnetischen Flusses längs der Achse 13 ändert, erfährt der Permanentmagnet eine

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periodische, hin- und hergehende Beifegung längs der Achse 11₁ da abwechselnd sein erster und zweiter Teil in Übereinstimmung mit dem magnetischen Fluß kommen« Die Richtungen der Magnetisierung des ersten und zweiten Teils sind durch Pfeile 25 bzw» 27 angedeutet«

Es sei darauf hingewiesen, daß dann_f wenn der Permanentmagnet 14 durch Verdrehung um 90° in seiner Ebene in eine neue Position gebracht wird₉ so daß die Teile 16 und 18 nebeneinander angeordnet sind anstatt daß sie, wie in den Fig» 1 und 2 veranschaulicht ist, übereinanderliegen bzw« in Aufwärtsrichtung orientiert sind„ die Bewegungsachse dieser beiden Teile ebenfalls um 90° zur Achse 28 verdreht wird, so daß sie sowohl zur Achse 11 als auch zur Achse 13 senkrecht verläuft» Diese alternative Ausrichtung der Teile des Permanentmagneten hat den Vorteil, daß die Bewegungsamplitude des Permanentmagneten nicht durch die Nähe des Bodenteils des U-förmigen Elektromagneten 12 beschränkt wird» Die Ausrichtung der Teile des Permanentmagneten nebeneinander beinhaltet gewisse Komplikationen, wenn sie auf eine Mehrzahl von gleichartigen Elektromagneten angewandt werden soll,, die nebeneinander in einer vergrößerten Ausführungsform vorgesehen sind«, Eine solche Ausführungsform wird weiter unten in näheren Einzelheiten erläutert.

Der Permanentmagnet 14 sollte vom orientierten bzw. ausgerichteten Typ sein» und er muß ©ine hohe Koerzitivkraft JL, haben_f und zwar typischerweise oberhalb von 3000 Oersted, und er muß eine hohe Remanenz haben* typischerweise oberhalb von 3000 Gauss. Vorzugsweise sollte der Hysteresisverlust, der mit der kleinen Schleife verbunden ist, die von dem Material während des Wechselstrombetriebs durchlaufen wird, klein sein* Ein Beispiel eines Materials, das für den Aufbau des Permanentmagneten besonders geeignet ist, ist das unter der Handelsbezeichnung RAECO-16 bekanntePermanentmagnetmaterial, das von der Raytheon Corp® in USA hergestellt wird»

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Obwohl der Permanentmagnet 14 normalerweise zentriert ist, wobei sich die Teilungsstelle bzw. der Übergang zwischen dem ersten und zweiten Teil 16 und 18 in der Mitte des Spalts 10 befindet, kann er alternativ auch dadurch außermittig gehalten werden, daß man eine geeignete Eingangs-Gleichspannung für den Elektromagneten wählt. Diese Einstellbarkeit kann insbesondere in den Fällen nützlich sein, in denen die Linearbewegungseinrichtung dazu verwendet wird, Ausrüstungen, Apparate, Einrichtungen oder dergl. mit einem Motor auszurüsten, in welchen Ausrüstungen, Apparaten, Einrichtungen und dergl. die mittlere Position oder die Spitzen- bzw. Extremposition des sich bewegenden Teils einstellbar sein sollte.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine Linearbewegungseinrichtung dargestellt ist, die in allen relevanten Hinsichten gleichartig bzw. ähnlich wie die in Fig. 2 dargestellte Linearbewegungseinrichtung ist, jedoch mit der Ausnahme, daß sie einen mittels einer Feder montierten Permanentmagneten 29 aufweist, der gleichförmig in einer gleichen Richtung magnetisiert ist. Während des Wechselstrombetriebs des Elektromagneten 31 bewegt sich der Permanentmagnet 29 in einer hin- und hergehenden Bewegung längs einer Achse 33» die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Permanentmagneten verläuft, welche ihrerseits durch den Pfeil 35 angedeutet ist. Die Linearbewegungseinrichtung arbeitet in einem parametrischen Erregungssystem bzw. Steuersystem in Periodizitäten, die Vielfache der Hälfte der Erregungsfrequenz sind. Die Feder ist so ausgewählt, daß die Resonanzfrequenz des Schwingungssystems eine der obigen Vielfachen ist.

Wirbelstromverluste in dem Permanentmagneten können durch die Verwendung von laminierten Bauweisen für den Permanentmagneten vermindert werden.

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Es sei nun auf die Fig. 8a und 8b Bezug genommen, in denen zwei alternative Abwandlungen bzw«, Ausführungsformen von Permanentmagneten dargestellt sind, die durch !aminierung oder anderweitiges Mitelnanderverbinden bzw. Zusammenfügen von einer Mehrzahl von Schichten aus magnetischem Material, wie z.B. RAECO-16, ausgebildet sind. In beiden Fällen, sowie in allen Fällen von laminierten Magneten, die hier von Interesse sind, sind die Schichten längs Achsen übereinandergestapelt, welche senkrecht zur Achse des magnetischen Flusses des Elektromagneten verlaufen, längs dessen die Magnetisierungsrichtungen der Teile der Permanentmagnete verlaufen, die durch Pfeile 30 bzw. 32 angedeutet sind. Es sei darauf hingewiesen, daß das in Fig» 8b veranschau lichte Ausführungsbeispiel ein besonders vorteilhafter Aufbau von Permanentmagneten ist, die entgegengesetzt magnetisierte Teile haben_o In diesem Ausführungsbeispiel kann die Verbindungsstelle zwischen den entgegengesetzt magnetisierten Teilen mittels einer einfachen oder möglicherweise verstärkten Schicht realisiert werden.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, das besonders für Anwendungsfälle geeignet ist, In denen eine koordinierte Bexfegung eines Paars von Teilen erforderlich ist, wie das bei elektrisch angetriebenen Scheren oder Beißbzw. Schneidzangen der Fall Ist_s ist in Fig. 4 veranschaulicht» Ein konventioneller Wechselstrom-Elektromagnet 40, der in allen wesentlichen Hinsichten gleichartig bzw. ähnlich wie der Elektromagnet 12 Ist, begrenzt einen Spalt 42. Innerhalb des Spalts 42 Ist ein erster und zweiter Permanentmagnet 44 und 46 vorgesehen^ die beide In der gleichen Richtung magnetisiert sind, wie durch die Pfeile 48 und 50 angedeutet ist ο BIe Permanentmagnete 44 und. 46 sind gesondert mittels einer entsprechenden Yorrichtung (nicht gezeigt) an eine angetrieben© Einrichtung angekoppelt„ wie ZoB. gegenüberliegende Messer, Klingen _t Schenkel safer dergl» eines Scheren- oder Beiß- bzw«, Schneidzangenmechanisimas.

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Während des Wechselstrombetriebs des Elektromagneten 40 bewegen sich, wenn die Richtung des magnetischen Flusses längs der Pfeile 48 und 50 verläuft, die Permanentmagnete 44 und 46 gemeinsam nach der Mitte des Spalts zu. Wenn die Richtung des magnetischen Flusses entgegengesetzt zu der durch die Pfeile 48 und 50 angedeuteten Richtung ist, dann bewegen sich die beiden Permanentmagnete 44 und 46 voneinander weg. Die Achsen der Hin- und Herbewegung der Permanentmagnete 44 und 46 verlaufen senkrecht zur Achse des magnetischen Flusses und sind durch Pfeile 52 angedeutet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Bewegung der Permanentmagnete 44 und 46 derart ist, daß ihr Massenzentrum bzw. Schwerpunkt im wesentlichen stationär bleibt.

Es sei nun auf Fig. 5 Bezug genommen, in der ein Linearbewegungsmechanismus veranschaulicht ist, der so aufgebaut ist, daß die Bewegung des Permanentmagneten nicht durch das Vorhandensein des Eisenkerns des Elektromagneten begrenzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Permanentmagnet 60, der aus entgegengesetzt magnetisierten Teilen 62 und 64 ausgebildet und in allen relevanten Hinsichten gleichartig bzw. ähnlich wie der Permanentmagnet 14 der Fig. 1 und 2 ist, innerhalb eines Spalts 66 angeordnet, der zwischen den mittigen Armen bzw. Schenkeln 68 eines Wechselstromelektromagneten 70 vorgesehen ist bzw. von diesen Armen bzw. Schenkeln begrenzt wird. In dem in Fig. 5 dargestellten, exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Elektromagnet einen Kern in der allgemeinen Form eines geschlossenen Rechtecks oder Quadrats auf, das mittige Arme bzw. Schenkel hat, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Spulen 72, von denen aus Gründen der klareren Darstellung in Fig. 5 nur eine gezeigt ist, sind um die mittigen Arme bzw. Schenkel 68 herumgewickelt und an Stromquellen in einer gleichartigen bzw. ähnlichen Weise, wie es die Verbindung bzw. Schaltung des Elektromagneten 12 ist, die in

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Verbindung mit Fig. 2 weiter oben näher erläutert wurde, angekoppelt«

Während des Wechselstrombetriebs des Elektromagneten wird ein magnetischer Fluß quer durch den Spalt 66 längs einer Achse 74 erzeugt, längs deren die Magnetisierung der Teile 62 und 64 des Permanentmagneten 60 verläuft. Die Richtungsänderungen des magnetischen Flusses bewirken, daß der Permanentmagnet 60 eine periodische, hin™ und hergehende Bewegung längs einer Achse 76 ausführt,, die senkrecht zur Achse 74 verläuft.

Es sei darauf hingewiesen^ daß die Ausrichtung der Teile 62 und 64 des Permanentmagneten 60 nebeneinander zu einer Bewegung führt, die nicht durch die Geometrie des Elektromagnetkerns begrenzt wird_f da der Lauf-bzw. Bewegungsweg des Permanentmagneten längs der Achse 76 die Elektromagnetstruktur nirgends schneidet» Das Ausführungsbeispiel nach Fig» 5 zeichnet sich außerdem durch das Vorhandensein von nur relativ kleinen Saum- bzw» Randfeldern aus, so daß auf diese Weise im Vergleich zum Stand der Technik die elektromagnetische Kompatibilität verbessert und der magnetische Wirkungsgrad erhöht wird. Das Ausführungsbeispiel nach Fig» 5 weist außerdem eine größere bauliche Starrheit und einen größeren baulichen Widerstand gegen Ermüdung auf, als das bei den Ausführungsbeispielen mit C-förmigen Kernen der Fall ist, von denen beispielsweise eines in Fig. 3 veranschaulicht ist.

Es sei nun auf Fig. 6 Bezug genommen, aus der ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Linearbewegungsmechanismus mit stationärem Schwerpunkt ersichtlich ist, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Ein Paar allgemein C-förmiger Elektromagnete 80 und 82 ist in fester räumlicher Beziehung mittels Befesti-

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gungsteilen 84 und 86 miteinander verbunden. Jeder der Elektromagnete 80 und 82 ist aus einem C-förmigen Weicheisenkern ausgebildet, der einen Spalt 88 begrenzt. In der Nähe des Spalts sind Spulen 90 und 92 angeordnet. Die Spulen 90 und 92 sind parallel und in Phase mit einer Wechselstromquelle verbunden, derart, daß die Elektromagnete 80 und 82 identisch und in Phase arbeiten.

In dem Spalt 88 des Elektromagneten 80 ist ein Permanentmagnet 94 angeordnet, der entgegengesetzt magnetisierte Teile 96 und 98 aufweist und sich über den Permanentmagneten 94 hinaus erstreckt. In gleichartiger Weise ist in dem Spalt 88 des Elektromagneten 82 ein Permanentmagnet 100 angeordnet, der entgegengesetzt magnetisierte Teile 102 und 104 auf v/eist und sich über den Permanentmagneten 100 hinaus erstreckt. Die benachbarten Teile 98 und 102 der jeweiligen Permanentmagnete 94 und 100 sind in der gleichen Richtung magnetisiert, die durch Pfeile 106 angedeutet ist, und die äußeren Teile 96 und 104 der jeweiligen Permanentmagnete 94 und 100 sind auch in einer gleichen bzw. identischen Richtung magnetisiert, die durch Pfeile 108 angedeutet und entgegengesetzt zu der durch die Pfeile 106 angedeuteten Richtung verläuft.

Die Permanentmagnete 94 und 100 sind auf jeweiligen Federn 110 und 112 angebracht, die ihrerseits an den Kernen der .jeweiligen Elektromagnete 80 und 82 befestigt sind.

Es sei darauf hingewiesen, daß während des in gleicher Phase erfolgenden Betriebs der Elektromagnete 80 und 82 die jeweiligen Permanentmagnete 94 und 100 eine periodisch hin- und hergehende Bewegung entweder aufeinander zu oder voneinander weg ausführen sowie derart, daß der Schwerpunkt der Permanentmagnete im wesentlichen stationär bleibt; hierbei kann die Bewegungsamplitude so gewählt sein, daß die Permanentmagnete periodisch bei ihrer hin- und hergehenden Bewegung miteinander in Eingriff treten.

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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel und in dem Ausführungsbeispiel der Fig« 2 ist es wünschenswert, daß die Federn, welche die Permanentmagnete tragen bzw. halten, so gewählt sind, daß sie bei der gewünschten Betriebsfrequenz ihren Resonanzpunkt erreichen bzw. in Resonanz sindj» und daß normalerweise der jeweilige Permanentmagnet im Spalt zentriert ist.

Es sei nun auf die Figo 7a und 7b Bezug genommen, in denen ein Linearbewegungsmechanismus veranschaulicht ist, der gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist und in dem ein gekrümmter Permanentmagnet verwendet wird«, Ein allgemein scheibenförmiger Elektromagnet 120 ist in diesen Figuren perspektivisch sowie im Schnitt dargestellt, und dieser Elektromagnet begrenzt einen allgemein kreisförmigen Spalt 122, in dem ein Permanentmagnet 124 von allgemein kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist_o

Der Permanentmagnet 124 ist aus einem ersten und zweiten zylindrischen Teil ausgebildet,, die in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert und so angeordnet sind, daß sie einen oberen und unteren Ring 126 und 128 definieren bzw. bilden^ .deren Magnetisierungsrichtungen durch jeweilige Pfeile 130 und 132 angedeutet sind* Innere und äußere Spulen 134 und 136 sind in einer allgemein ringförmigen Ausnehmung vorgesehen _s die mittig bzw. zentrisch unterhalb des Spalts 122 angeordnet ist, und die Spulen 134 und 136 sind mittels einer nicht dargestellten Einrichtung an eine Wechselstromquelle angekoppelt. Die Konfiguration des Elektromagneten 120 wird durch einen allgemein ringförmigen Kern definiert bzw. bestimmt ₉ der seinerseits wünschenswerterweise aus einem Transformatoreisenmaterial von hohem spezifischen Wider« stand und geringem Yerlust oder aus einem gleichartigen bzw« ähnlichen Material ausgebildet ist.

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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Kern durch Schichtung einer Mehrzahl dünner Segmente 140, der Art, wie in Fig. 7 dargestellt, jedoch nicht notwendigerweise in Übereinstimmung mit dem dargestellten Maßstab, ausgebildet. Es sei darauf hingewiesen, daß der geschichtete Aufbau in diesem und in anderen, hier veranschaulichten Ausführungsbeispielen dazu dient, die Wirkungen von Wirbelströmen in hohem Umfang zu vermindern.

Während des Wechselstrombetriebs des Elektromagneten 120 bewegt sich der Permanentmagnet in einer periodischen, hin- und hergehenden Bewegung längs einer Achse 142, die sich senkrecht zu den quer durch den Spalt verlaufenden, magnetischen Flußlinien erstreckt.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung des in den Fig. 7a und 7b veranschaulichten Ausführungsbeispiels darstellt, kann ein Elektromagnet so ausgebildet sein, daß er einen allgemein konischen Spalt begrenzt, und es kann ein geeignet geformter Permanentmagnet, der entgegengesetzt magnetisierte Teile hat, in diesem Spalt zum Zwecke einer Bewegung relativ zu diesem Spalt vorgesehen sein.

Es sei darauf hingewiesen, daß das in den Fig. 7a und 7b gezeigte Ausführungsbeispiel den Endpunkt einer Generalisierung bzw. Verallgemeinerung der Linearbewegungsmechanismen der Erfindung zu Mehr- bzw. Viel-Spalt-Ausführungsformen hin darstellt. Anstatt daß man einen kreisförmigen Spalt und einen kreisförmigen, zylindrischen Permanentmagneten vorsieht, wie das in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7a der Fall ist, kann man auch einen rechteckigen oder quadratischen, zylindrischen Permanentmagneten und vier gesonderte Elektromagnete verwenden. Als weitere Alternative ist es auch möglich, eine Mehrzahl von gesonderten Permanent-

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magneten zu verwenden, die zum Zwecke einer gemeinsamen Bewegung von jedem dieser Permanentmagnete relativ zu einem entsprechenden Elektromagneten entweder leitend oder isolierend miteinander verbunden sind. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 9a und 9b veranschaulicht.

Es sei nun auf die Fig» 9a und 9b Bezug genommen, aus denen ersichtlich ist, daß vier Elektromagnete 150 vorgesehen sind, und zwar in einem Abstand von 90° voneinander, so daß sie eine allgemein rechteckige bzw. quadratische Anordnung definieren bzw. bilden. Die Elektromagnete können konventionelle Elektromagnete von der Art sein, wie in Fig. 2 veranschaulicht, und sie sind in einer Art und Weise, welche gleichartig bzw. ähnlich wie die Ankopplung des Elektromagneten in Fig. 2 an seine Stromquelle ist, an eine Wechselstromquelle angekoppelt, sowie derart, daß alle Elektromagnete 150 in Phase miteinander arbeiten bzw. betrieben werden.

Jeder der Elektromagnete 150 begrenzt einen Spalt 152, in dem ein Permanentmagnet 154 vorgesehen ist, der entgegengesetzt magnetisierte Teile 156 und 158 hat, wie speziell in Figa 9b angedeutet ist. Während des Wechselstrombetriebs der Elektromagnete 150 erfahren die Permanentmagnete 154, die mittels Kupplungsteilen 160 starr miteinander verbunden sind, eine periodische, hin- und hergehende Bewegung längs einer Achse 162.

Die Fig. 10, auf die nun Bezug genommen wird, veranschaulicht eine Linearbewegungseinrichtung, die einen allgemein ringförmigen Elektromagneten 170 aufweist, der eine mittig vorgesehene Spule 172 hat und einen allgemein zylindrischen Spalt 174 begrenzt, durch den die magnetischen Flußlinien längs einer Achse 176 hindurch verlaufen. Ein allgemein langgestreckter Permanentmagnet 178, der, wie darge-

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stellt, zylindrisch sein kann, oder der irgendeine andere, geeignete Konfiguration haben kann, ist innerhalb eines axialen Durchgangs vorgesehen, der in der Mitte des Elektromagneten 170 definiert bzw. ausgebildet ist.

Der Permanentmagnet 178 weist ein erstes und zweites magnetisiertes Teil 180 und 182 auf, die entgegengesetzt zueinander magnetisiert sind und aus einem ferromagnetischen Material hoher Remanenz ausgebildet sein können, wie z.B. aus dem unter der Handelsbezexchnung RAECO-16 verfügbaren, ferromagnetischen Material. Es sei darauf hingewiesen, daß die Teile 180 und 182 längs der Achse 176 in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert sind, wie durch die Pfeile 184 und 186 angedeutet ist.

Die Spule 172 ist an eine Wechselstromquelle angekoppelt, und zwar vorzugsweise über einen Kondensator, der nicht dargestellt ist, sowie in einer Art und Weise, die gleichartig bzw. ähnlich wie die Ankopplung des Elektromagneten 12 der Fig. 2 ist. Wenn der Elektromagnet 170 mit Wechselstrom betrieben wird, dann bewegt sich der Permanentmagnet 178 in einer periodischen, hin- und hergehenden Bewegung längs der Achse 176.

Es sei nun auf Fig. 11 Bezug genommen, in der eine alternative Ausführungsform der in Fig. 5 veranschaulichten Linearbewegungseinrichtung dargestellt ist. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 5 ist hier ein Permanentmagnet 190 in einem Spalt 192 vorgesehen und bezüglich des Elektromagnetkerns 194 derart angeordnet, daß die Bewegung des Permanentmagneten längs einer Achse 196 erfolgt und in ihrer Amplitude durch die Nähe des Kerns 194 begrenzt ist.

In Fig. 11 sind zwei Wege der Ankopplung des bewegbaren Permanentmagneten an ein äußeres Teil zum Antrieb des-

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selben gezeigt« Eine Antriebswelle 198„ die an den Permanentmagneten 190 angekoppelt ist, kann sich durch einen Durchgang erstrecken^ der in dem Kern 194 ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Antriebswelle 200 an die Seite des Permanentmagneten 190 angekoppelt sein und sich seitlich von derselben aus erstrecken.,

Die in Fig. 11 gezeigte Spulenanordnung repräsentiert eine Alternativausführung zu der in Fig« 5 gezeigten Anordnung«

In Fig* 12, auf die nun Bezug genommen wird_? ist ein vibrierender bzw. schwingender Oberflächenmeehanismus veranschaulicht_f der gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Eine Mehrzahl von individuellen Linearbewegungsmechanismen 210 ist auf einer Basis bzw. Grundplatte 212 angeordnet« Jeder der einzelnen Linearbewegungsmechanismen kann in allen relevanten Hinsichten gleichartig bzw. ähnlich aufgebaut sein wie der Linearbewegungsmechanismus, der in Fig. 2 dargestellt und weiter oben beschrieben worden ist.

Jeder Linearbewegungsmechanismus 210 weist einen Elektromagneten 214, einen Permanentmagneten 216 _s der ein oberen und ein unteres Teil hat, die entgegengesetzt zueinander magnetisiert sind, und eine an den Permanentmagneten angekoppelte Antriebswelle 218 auf. Die Antriebswellen 218 der Mehrzahl von Linearbewegungsmechanismen sind alle an eine obere Oberfläche 220 angekoppelt. Die einzelnen Elektromagnete sind in einer Art und Weise an eine Wechselstromquelle angekoppelt, die gleichartig bzw. ähnlich wie die in Fig_o 2 dargestellte Ankopplung ist, sowie derart„ daß alle Elektromagnete 214 im wesentlichen in Phase arbeiten. Wenn die Elektromagnete 214 mit Wechselstrom betrieben werden, dann wird bewirkt, daß die Oberfläche 220, z.B. eine Platte, relativ zu der Oberfläche bzw. Grundplatte 212 schwingtbzw. vibriert»

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-χ-

Es sei nun auf Fig. 13 Bezug genommen, die eine Linearbewegungseinrichtung mit einer großen Amplitude veranschaulicht, welche gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Ein Permanentmagnet 230, der eine Mehrzahl von abwechselnden ersten und zweiten, gleichförmig entgegengesetzt magnetisieren Teilen 232 und 234 umfaßt, die in Nebeneinanderanordnung fest miteinander verbunden und in einer Ebene angeordnet sind, ist längs einer Achse 236 vorgesehen. Wenigstens zwei Elektromagnete 238 und 240 sind so angeordnet, daß sie jeweilige Spalte 242 und 244 längs der Achse 236 begrenzen. Die Elektromagnete 238 und 240 sind längs der Achse 236 im Abstand voneinander angeordnet, so daß sie um die halbe Länge eines Teils (nämlich eines Teils 232 bzw. 234) "außer Phase" angeordnet sind. Infolgedessen ist, wie man aus dem in Fig. 13 dargestellten Zustand a ersieht, jeweils die Hälfte von benachbarten Teilen 234 und 236 in Übereinstimmung mit dem Spalt 244 angeordnet, wenn ein Teil 244 vollständig mit dem Spalt 242 übereinstimmt bzw. fluchtet.

Die Elektromagnete 238 und 240 sind an eine Stromquelle 250 angekoppelt, wie z.B. eine Gleichstromquelle, und der Betrieb dieser Stromquelle wird durch eine Logikschaltung 25^, z.B. einen Kommutatorschalter, gesteuert, und diese Logikschaltung 252 wird ihrerseits durch einen Fühler 254, z.B. einen optischen oder magnetischen Fühler, gesteuert. Die Elektromagnete 238 und 240 werden abwechselnd bzw. aufeinanderfolgend betrieben. Ihr Betrieb läßt sich durch Betrachtung der Aufeinanderfolge von Zuständen a bis d, die in Fig. 13 dargestellt sind, verstehen.

Es sei zunächst auf Zustand a Bezug genommen, in dem, wie man sieht, die Verbindung zwischen zwei Teilen 232 und 234 im Spalt 244 zentriert ist. Dann wird der Elektromagnet 240 betrieben, so daß sich ein magnetischer Fluß in ei-

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- η-

ner durch den Pfeil 256 angedeuteten Richtung ergibt, der bewirkt, daß das Teil 234, dessen Flußrichtung mit dieser magnetischen Flußrichtung übereinstimmt, in dem Spalt 244 zentriert wird, was zu einer Effektivbewegung in der durch den Pfeil 258 angedeuteten Richtung um die Hälfte eines Teils (nämlich eines Teils 232 bzw. 234) führt. Der Permanentmagnet 230 ist nun in der Position, die durch den Zustand b veranschaulicht wird. Es sei darauf hingewiesen, daß durch die Einrichtung nach Fig. 13 ein schrittweiser Betrieb durchgeführt werden kann.

Der Fühler 254 fühlt die Verschiebung der Position des Permanentmagneten um die halbe Länge eines Teils und beendet, nachdem diese Positionsveränderung erfolgt ist, die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten 240. Wie oben bereits angedeutet , kann der Fühler 254 ein optischer Fühler sein, der auf eine optische Codierung, die sich auf den Teilen des Permanentmagneten befindet, anspricht. Alternativ kann er die Position dadurch bestimmen, daß er die Richtung und Stärke der Magnetisierung des benachbarten Teils des Permanentmagneten bestimmt.

Wenn der Permanentmagnet einmal in dem Zustand b ists dann bewirkt die logische Schaltung, daß die Stromquelle 250 den Elektromagneten 238 erregt, und zwar so, daß ein magnetischer Fluß in der durch den Pfeil 260 angedeuteten Richtung erzeugt wird, wodurch bewirkt wird, daß das zur Hälfte in diesem Spalt befindliche Teil 232 in Übereinstimmung mit den Spalt 242 gelangt, also vollständig in den Spalt 242 hineingezogen wird, wodurch eine Effektivbewegung des Permanentmagneten in der durch den Pfeil 258 angedeuteten Richtung um eine halbe Länge eines Teils erzeugt wird»

Der Permanentmagnet ist nun im Stadium c angeordnet , und die logische Schaltung 252 bewirkt in Ansprechung

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auf das Ausgangssignal des Fühlers 254, daß die Stromquelle den Elektromagneten 238 entregt und den Elektromagneten 240 erregt, so daß ein magnetischer Fluß in der durch den Pfeil 262 angedeuteten Richtung in letzterem erzeugt wird, der bewirkt, daß sich der Permanentmagnet in der Richtung des Pfeils 258 um eine weitere halbe Länge eines Teils in das Stadium d bewegt.

Im Stadium d entregt die logische Schaltung den Elektromagneten 240, und außerdem erregt sie den Elektromagneten 238 in der Richtung 264, so daß bewirkt wird, daß sich der Permanentmagnet um eine weitere halbe Länge eines Teils nach vorwärts bewegt und in Bezug auf die Elektromagnete in einer Anordnung positioniert wird, die analog dem Zustand a ist. Eine fortgesetzte Vorwärtsbewegung des Permanentmagneten in der durch den Pfeil 258 angedeuteten Richtung findet in im wesentlichen der gleichen Aufeinanderfolge statt, wie vorstehend beschrieben.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Amplitude der Bewegung nur durch die Länge des Pfeils (nämlich des Pfeils 232 bzw. 234) und die Anzahl von Teilen, die in einem gegebenen Permanentmagneten enthalten bzw. vorgesehen sind, begrenzt ist. Die Richtung der Bewegung kann dadurch umgekehrt werden, daß man die Richtung des magnetischen Flusses, die von den Elektromagneten erzeugt wird, in jedem Zustand bzw. Stadium umkehrt.

In Fig. 14, auf die nun näher eingegangen wird, ist ein Linearbewegungsmechanismus mit ausbalanciertem Schwerpunkt dargestellt, der gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Ein Elektromagnet 270 begrenzt einen Spalt 272. In dem Spalt 272 ist ein erster Permanentmagnet 274 angeordnet, der entgegengesetzt magnetisierte Teile 276 und 278 hat. Auf beiden Seiten

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des Permanentmagneten 274 ist Je ein zweiter Permanentmagnet 280 und 282 vorgesehen, von denen jeder ein Paar entgegengesetzt magnetisierte Teile 284 und 286 aufweist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Magnetisierungsrichtungen von benachbarten Teilen 276 und 284 entgegengesetzt sind„ wie auch die Magnetisierungseinrichtungen von benachbarten Teilen 278 und 286 entgegengesetzt verlaufen. Die zweiten Permanentmagnete 280 und 282 sind zum Zwecke einer gemeinsamen Bewegung mittels eines Verbindungsteils starr aneinander angekoppelt«

Die hier dargestellte, spezielle Anordnung verhindert , daß die Permanentmagnete an den einen oder den anderen Pol des Elektromagneten angezogen werden und mit demselben in Reibungskontakt in Eingriff treten» Ein solcher Kontakt würde den Betrieb der Linearbewegungseinrichtung stark beeinträchtigen.

Wenn der Elektromagnet 270 zum Zwecke des Wechselstrombetriebs an eine Wechselstromquelle angekoppelt wird, bewegen sich der erste Permanentmagnet und der zweite Permanentmagnet in einer wechselseitigen bzw» hin- und hergehenden,, periodischen Bewegung in entgegengesetzten Richtungen längs einer Achse 290 sowie derart, daß der Schwerpunkt der Permanentmagnete im wesentlichen stationär bleibt.

Es sei nun auf Fig« 15 Bezug genommen* in der ein vergrößerter Linearbewegungsmechanismus gezeigt ist» der gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Ein konventioneller C-förmiger Elektromagnet 300 begrenzt eine Mehrzahl von im wesentlichen identischen» im Abstand voneinander angeordneten Spalten 302» Ein Permanentmagnet 304» der eine Mehrzahl von entgegengesetzt magnetisierten Teilen 306 und 308 aufweist,

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die in einer abwechselnden Anordnung in einer geraden Linie angeordnet sind, ist längs einer Achse 310 vorgesehen, die sich längs der Spalte 302 erstreckt.

Die mittlere Position des Permanentmagneten mit Bezug auf die Spalte 302 ist in Fig. 15 dargestellt, und es sei darauf hingewiesen, daß der Permanentmagnet und die Spalte so bemessen und angeordnet sind, daß jede zweite Verbindungsstelle zwischen benachbarten Teilen 306 und 308 in einem Spalt 302 zentriert bzw. mittig angeordnet ist. Alternativ kann, worauf hier hingewiesen sei, jeder Spalt auf eine Verbindungsstelle zwischen einem Teil 306 auf einer ersten Seite und einem Teil 308 auf einer zweiten Seite zentriert sein. Es ist wesentlich, daß ein identisch magnetisiertes Teil stets auf ein und der gleichen Seite jedes Spalts ist.

Der Elektromagnet ist mit einer Wechselstromquelle in einer Art und Weise verbunden, die in allen relevanten Hinsichten gleichartig bzw. ähnlich wie die Verbindung des Elektromagneten in Fig. 2 ist. Während des Wechselstrombetriebs bewegt sich der Permanentmagnet in einer wechselweisen bzw. hin- und hergehenden, periodischen Bewegung längs der Achse 310, und zwar mit einer Amplitude (Spitze zu Spitze), die gleich der Länge eines Teils 306 oder 308 entlang der Achse 310 ist.

Schließlich sei auf die Fig. 16a und 16b eingegangen, die einen Gaskompressor veranschaulichen, der gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betreibbar ist. Der Kompressor weist eine Basis bzw. Grundplatte 320 auf, die ein Kompressorrohr 322 hält. In dem Kompressorrohr sind zwei zylindrische Magnete 324 und 326 angeordnet, von denen jeder mit einem mittigen, langgestreckten Durchgang versehen ist, durch den

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-Si-

sich ein hohles Gasströmungsrohr 328 erstreckt.

Die Magnete 324 und 326 sind in einer Nebeneinanderanordnung vorgesehen und so angeordnet, daß ihre Jeweiligen Magnetisierungsachsen 330 und 332 entgegengesetzte Richtungen haben und senkrecht zur Längsachse des Kompressorrohrs 322 verlaufen. Der Außendurchmesser der zylindrischen Magnete 324 und 326 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Kompressorrohrs 322. Die Magnete sind aneinander befestigt sowie an Längslagern 334 und 336, die typischerweise z.B. aus Rulon ausgebildet sein können und deren Außendurchmesser etwas größer als derjenige der Magnete 324 und 326 ist, so daß die Magnete über die Längslager 334 und 336 im Gleiteingriff mit dem Inneren des Rohrs 322 stehen, der einen geringen Reibungswiderstand hat.

Das Gasströmungsrohr 328 schraubt die Lager 334 und 336 sowie die Magnete 324 und 326 effektiv zusammen, und es ist mit einem Gewindeende 338 versehen, auf das eine Mutter 340 aufgeschraubt ist. Das entgegengesetzte Ende des Gasströmungsrohrs 328 ist mit einem Flansch 342 versehen, der es gegen das Lager 334 sichert bzw. am Lager 334 befestigte

In der Nähe des mit Gewinde versehenen Endes 338 ist eine Feder 344 vorgesehen, die, wenn sie durch eine auf sie zu erfolgende Magnetbewegung zusammengedrückt wird, die Magnete in eine Mittelposition zurückdrückt. Es ist ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Feder 344 weder am Ende 338 noch am Gaseinlaß 346, der an einem Ende des Kompressorrohrs 322 in abgedichtetem Eingriff mit demselben, z.B. mittels eines Dichtungsrings 348, vorgesehen ist und der als eine feste Federanbringung dient, angebracht ist.

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An dem Ende des Gasströmungsrohrs 328, das entgegengesetzt zum Ende 338 liegt, ist ein Einwegventil 350 vorgesehen, das nur eine Gasströmung aus dem Gasrohr heraus ermöglicht.

Das Kompressorrohr 322 endet in einem zweiten Einwegventil 352, das mittels eines Gasauslaßgehäuses 354 auf der Basis 320 angebracht ist und nur eine Gasströmung vom Kompressorrohr 322 in das Auslaßgehäuse ermöglicht. Eine Feder 356, die in dem Gehäuse 354 angeordnet ist, bildet einen Teil des Ventils 352 und ermöglicht eine an ihr vorbeigehende Gasströmung, die weiter über einen Kanal 358 zu einem Auslaß 360 verläuft.

Ein Wechselstromelektromagnet 362, der einen Kern 364 aufweist, gewickelte Spulen 366 und äußere Befestigungsarme 368, ist auf der Basis 320 mittels Abstandhaltern 370 und Verbindungsschrauben 372 angebracht. Der Elektromagnet 362 begrenzt einen Spalt 374, durch den ein magnetisches Feld längs einer Achse 376 erzeugt wird, und zwar mit wechselnder Richtung. Dieses magnetische Feld bewirkt eine Hin- und Herbewegung der Permanentmagnete 324 und 326 längs der Achse des Kompressorrohrs, so daß auf diese Weise der Kompressor betrieben wird.

Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung können die beiden Permanentmagnete 324 und 326 durch einen einzigen Permanentmagneten ersetzt werden, der eine Magnetisierungsrichtung hat, die senkrecht zur Achse des Kompressorrohrs 322 verläuft. In diesem Falle muß jedoch die Feder 344 an der sich bewegenden Magnetanordnung und an dem festen Federhalter befestigt werden, da sie den Magneten in seine Startposition zurückziehen muß.

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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf
die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränktj, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung sowie des allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfältiger Weise verwirklichen» Obwohl z.B» Elektromagnete mit Eisenkernen dargestellt und beschrieben worden sind, umfaßt die Erfindung auch kernlose Elektromagnete .

Ende der Beschreibung,

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Le^eite

Claims

KRAUS & WEISERT

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8000 MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX 05-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2093

Patentansprüche

1 J Einrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung, gekennzeichnet durch eine Spule (17„72,90,92„134„136„172,366), die ein elektromagnetisches Feld durch einen bzw. in einem Spalt (10,42,66,88,122,15.2,174,192,242,244,272,302,374) definiert bzw. erzeugt; und einen Permanentmagneten (14„29*44,46, 60,94,100,124,154,178,190,216,230,274,280,282,304;324,326), der innerhalb des magnetischen Feldes in dem Spalt vorgesehen und so angeordnet ist, daß er durch das magnetische Feld einen Bewegungsantrieb erhält, wobei der Permanentmagnet so konfiguriert bzw«, ausgebildet ist, daß seine Magnetisierungsachse (25,27;30_f32;35i48,50;106,108|130,1325i84_!,186;330,332) längs seiner kleinsten Dimension verläuft bzw. ausgerichtet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14;44,46;6O,94,100,124,154,178,190, 216,230,274,280!,282,304;324,326) einen ersten und zweiten Abschnitt bzw- erste und zweite Abschnitte (16,18;62,64;96, 98; 102,104; 126,128; 156,158; 180,1.82; 232,234;276,278; 284,286; 306ρ308;324j,326) aufweist, die in jeweiligen entgegengesetzten Richtungen (25,27;30,32;106,108y130,132;184,.186;.330,332) magnetisiert sind«

3' Einrichtung nach Anspruch 2_$ dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Abschnitt bzw. die ersten und zweiten Abschnitte (i6_i18;62₉64;96_f98;102,104?126,128|156,158; 180,182;232,234;276,278;280,286;306,308;324,326) fest miteinander verbunden sind, so daß sie einen einzigen, starren Körper definieren bzw. bilden.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Abschnitt bzw. die ersten und zweiten Abschnitte (16,18;62,64;96,98;1O2,1O4;126,128;156,-158;180,182;232,234;276,278;280,286;306,308;324,326) aus einem einheitlichen Element ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (17,72,90,92,134,136, 172,366) zur Aufnahme einer Wechselstromleistung und zum Erzeugen eines magnetischen Wechselstromfeldes durch bzw. in dem Spalt geeignet ist, so daß sie eine Schwingungsbewegung des Permanentmagneten (14,29,44,46,60,94,100,124,154,178, 190,216,230,274,280,282,304,-324,326) erzeugt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie insbesondere für einen schrittweisen Betrieb geeignet ist und die Spule eine Mehrzahl von Spalten (242,244) definiert bzw. in diesen Spalten ein elektromagnetisches Feld erzeugt; und daß der Permanentmagnet (230) eine Mehrzahl von entgegengesetzt magnetisieren Abschnitten (232,234) aufweist, die in außerphasiger Beziehung in den Spalten vorgesehen sind, und daß die Einrichtung außerdem eine Kommutatoreinrichtung (252) sum Umschalten der Richtung des durch die Spulen erzeugten Feldes umfaßt.

7· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet mittels einer oder mehrerer Federn (22,110, 112,344) angebracht ist, so daß er in parametrischer Erregungssteuerung arbeitet.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14,29,44,46, 60,94,100,124,154,178,190,216,230,274,280,304;324,326) zur

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Verminderung von Wirbelstromwirkungen einen laminierten bzw. geschichteten Aufbau hat.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (17,72,90,92,134,136, 172,366) um einen Eisenkern (15,194,364) herum ausgebildet bzw. gewickelt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern (15,194,364) zur Verminderung von Wirbelstromwirkungen einen laminierten bzw. geschichteten Aufbau hat.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durchweine an den Permanentmagneten (14,29,100, 124) angekoppelte Feder (22,110,112).

12 ο Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14,29,44,46, 60,94,100,124,154,178,190,216,230,274,280,282,304;324,326) eine hohe Koerzitivkraft hat.

13» Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (14,29,44,46, 60,94,100_f124,154,178,190,216,230,274,280,282,304;324,326) eine hohe Remanenz hat.

14«. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekeimzeichnet, daß der Permanentmagnet (14,29,44,46, 60»94₉100,124,154,ΐ78,190,2ΐ6,230,274,280,282,304ί324,326) so vorgesehen ist, daß er sich in seiner mittleren Position über den Spalt (10,42,66,88*122,152,174,192,242,244,272,302, 374) hinaus erstreckt.

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15· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (17,72,90,92,134,136,172,366) außerdem an eine Gleichstromquelle angekoppelt ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (17,72,90,92,134,136,172,366) über einen Kondensator (21) an die Wechselstromquelle angekoppelt ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5 oder einem der Ansprüche 7 bis 16, gekennzeichnet durch ein Paar identisch magnetisierte Permanentmagnete (44,46), die benachbart entgegengesetzten Rändern des Spalts (42) vorgesehen sind, und zwar für eine außerphasige Bewegung relativ zueinander, derart, daß ihr Schwerpunkt im wesentlichen stationär bleibt.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (17) um einen allgemein C-förmigen Kern (15) herum gewickelt ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (178) eine allgemein zylindrische Konfiguration bzw. Form hat.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Spulen (90, 92) umfaßt, die in einer ortsfesten Beziehung miteinander verbunden sind, sowie eine Mehrzahl von Elektromagneten (80, 82), von denen jeder mittels einer Spule (90,92) betrieben wird und die in einer ortsfesten Beziehung miteinander verbunden sind.

21. Einrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet

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durch eine Spule (17,72,90,92,13.4,136,172,366), die ein elektromagnetisches Feld durch einen bzw. in einem Spalt (10, 66,88,122,152,174,192,242,244,272,302,374) definiert bzw. begrenzt; und einen Permanentmagneten (14;44,46;60,94, 100,124,154,178,190,216,230,274,280,282,304;324,326), der innerhalb des magnetischen Feldes in dem Spalt vorgesehen und so angeordnet ist, daß er durch das magnetische Feld einen Bewegungsantrieb erhält, wobei der Permanentmagnet aus einem ersten und zweiten Abschnitt bzw. ersten und zweiten Abschnitten (16,18;62,64;96,98;1O2,1O4;126,128;156,158; 180,182;232_f234;276,278;284,286;306,308;324,326) ausgebildet ist, die in jeweiligen entgegengesetzten Richtungen (25,27; 30,32;106,108;130_f132;184,186;330,332) längs der Achse magnetisiert sind, welche durch die Richtung des magnetischen Feldes definiert ist»

22« Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie ©inen ersten und zweiten bzw«, erst© und zweite Permanentmagnete (280,282) hat, von denen jeder ein Paar entgegengesetzt magnetisierter Abschnitte (284,286) hat, wobei der erste und zweite Permanentmagnet bzw« die ersten und zweiten Permanentmagnete starr und parallel Im Abstand voneinander befindlich zu einer gemeinsamen Bewegung in dem Spalt (272) aneinander angekoppelt sind; und einen dritten Permanentmagneten (274), der ein Paar entgegengesetzt magnetisierter Abschnitte (276, 278) hat und zwischen dem ersten und zweiten bzw«, den ersten und zweiten Permanentmagneten In dem Spalt vorgesehen Ist, wobei der dritte Permanentmagnet zu einer außerphasigen. Bewegung relativ zu dem ersten und zweiten Permanentmagneten bzw. den. ersten und zweiten Peraanentmagneten angeordnet Ist. ' -

23« Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch, gekennzeichnet* daß der Permanentmagnet eines, zylindri-

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sehen Permanentmagneten umfaßt bzw. ein zylindrischer Permanentmagnet ist, der einen ersten und zweiten Abschnitt (324,326) bzw. erste und zweite Abschnitte hat, die in jeweils entgegengesetzten Richtungen (330,332) magnetisiert sind.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Permanentmagnet (324,326) mit einem sich durch denselben hindurcherstreckenden, langgestreckten Längsdurchgang versehen ist.

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