DE974416C - Electromagnetic, self-regulating compressor, especially for refrigeration machines - Google Patents
Electromagnetic, self-regulating compressor, especially for refrigeration machinesInfo
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Description
Elektromagnetischer, selbstregelnder Verdichter, insbesondere für Kältemaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen, selbstregelnden Verdichter, insbesondere für Kältemaschinen, bei dem die Masse der beweglichen Teile der Wirkung von Federn unterworfen ist, derart, daß die Frequenz ihrer Eigenschwingung im Leerlauf unterhalb der ihr vom periodischen Speisestrorn aufgezwungenen Frequenz liegt.Electromagnetic, self-regulating compressor, especially for Refrigerating machines The invention relates to an electromagnetic, self-regulating Compressors, especially for refrigeration machines, in which the mass of the moving parts the action of springs is subject to such that the frequency of their natural oscillation when idling, below the frequency imposed on it by the periodic supply current lies.
Es sind schon elektromagnetisch arbeitende Verdichter mit einem Kolben bekanntgeworden, bei denen erstrebt wurde, die Aniplitude der einem Verdichterrnechanismus erteilten Schwingbewegung unabhängig von dessen Ladung konstant zu halten, und zwar indem man den schädlichen Raum zwischen dem Kolbenboden und dem Zylinderboden soweit wie möglich verkleinerte. Bei diesen bekannten Einrichtungen muß man bei der Wahl der Eigenschwingungsfrequenz des Ganzen von der Tatsache ausgehen, daß eine Auswuchtung unmöglich ist. Das Gehäuse des Verdichters ist Schwingungen gleicher Frequenz unterworfen, wie der Verdichtermechanismus, deren Amplitude man Rechnung tragen muß. Das stellt bei der praktischen Ausführung sehr schwierig zu lösende Aufgaben, besonders wegen der Bruchgefahr an den Verbindungsstellen zwischen dem Verdichter und den Zu- und Abführungsleitungen.There are already electromagnetically working compressors with a piston became known, in which the aim was to reduce the amplitude of a compressor mechanism given oscillating movement to keep constant regardless of its charge, namely by removing the harmful space between the piston head and the cylinder head so far scaled down as possible. With these known devices, one has to make a choice the natural frequency of oscillation of the whole is based on the fact that a balance is impossible. The housing of the compressor is subject to vibrations of the same frequency, like the compression mechanism, the amplitude of which must be taken into account. That poses Tasks that are very difficult to solve in practice, especially because of the risk of breakage at the connection points between the compressor and the inlet and Discharge lines.
Es ist auch bereits bekannt, zwei vollständige elektromagnetische Verdichtereinrichtungen spiegelbildlich miteinander zu verbinden. Hierbei ist eine vollständige Auswuchtung möglich, wie immer, wenn eine schwingende Vorrichtung mit einer anderen, gleichartigen, die mit gleicher Frequenz in entgegengesetzter Phase schwingt, gekoppelt wird. Hieraus ist aber keine Lehre zu entnehmen, wie eine einzige, einfache Vorrichtung in sich ausgewuchtet aufgebaut werden khmite. Überdies hat bei der bekannten Bauart jede der gekoppelten Verdichtereinrichtungen ihren eigenen elektrischen Teil, wobei die beiden elektrischen Teile gegenphasig betrieben werden. Die Leerlauffrequenz ist nicht unter die Lastfrequenz gelegt, wie es bei der obengenannten bekannten Verdichterart der Fall ist, auf die sich die Erfindung bezieht. Schließlich ist die bei der bekannten Bauart verwendete Zentrierspinne nicht diejenige Feder, welche die die Eigenschwingungszahl wesentlich bestimmende Elastizität liefert; hierfür sind vielmehr besondere Wendelfedern vorgesehen. Weiter ist es bei derartigen Verdichtern bereits bekannt, die durch ihre Elastizität die Eigenschwin-13,ungszahl wesentlich bestimmenden Federn als Lamellen auszubilden, und zwar als Lamellen, welche die Gestalt von Kreisflächensektoren haben, die aber nicht dazu benutzt werden, Elemente des elektromagnetischen Antriebes frei zu tragen. Bei Anordnungen mit spiegelbildlich gegeneinandergesetzten Verdichtereinrichtungen ist es auch bekannt, zwei zwischen Federn symmetrisch angeordnete Kolben in Zylindern zu führen, die an den beiden Enden eines unbeweglich angebrachten, eine Druckkammer bildenden Mittelstücks angeordnet sind und die durch Einwirkung zweier von dem periodischen Strom erregter Feldmagnete auf zwei Anker gegeneinander beweglich sind, oder Kolben und Zylinder jeweils an den äußeren Enden der Gesamtanordnung anzubringen und einen Feldmagnet auf zwei in der Mitte zwischen den Federn angeordnete Anker einwirken zu lassen.It is also already known two complete electromagnetic To connect compressor devices in mirror image. Here is one full balancing possible, as always when using a vibrating device one other, similar, which vibrates with the same frequency in opposite phase, is coupled. From this, however, no teaching can be inferred such as a single, simple one Device to be built in a balanced manner. In addition, the well-known Does each of the coupled compressor devices build its own electrical part, whereby the two electrical parts are operated in phase opposition. The idle frequency is not placed below the load frequency, as is known in the case of the above Type of compressor is the case to which the invention relates. Finally is the spider used in the known design is not the spring which which supplies the elasticity, which essentially determines the natural frequency; therefor rather, special helical springs are provided. The same applies to such compressors already known, which, due to their elasticity, significantly increases the eigenfrequency to form determining springs as lamellae, namely as lamellae, which the Have the shape of circular area sectors, but which are not used for this purpose, elements of the electromagnetic drive to carry freely. For arrangements with mirror image Opposed compressor devices, it is also known to have two between Springs guide symmetrically arranged pistons in cylinders that attach to the two Arranged ends of an immovably attached, a pressure chamber forming middle piece and which are caused by the action of two field magnets excited by the periodic current on two anchors are movable against each other, or piston and cylinder each on the outer ends of the overall assembly and a field magnet on two to allow anchors arranged in the middle between the springs to act.
IM Gegensatz zu den bekannten Bauarten besteht die Erfindung in der Verbindung folgender Merkmale bei Verdichtern der obengenannten Gattung: a) Die Federn, welche den wesentlichen Teil der die Eigenschwingungszahl mitbestimmenden Elastizität liefern, sind zwei sich wie die Arme einer Stimmgabel gegenüberliegende, im Gegentakt arbeitende Federlamellen.In contrast to the known types, the invention consists in the combination of the following features in compressors of the above-mentioned type: a) The springs, which provide the essential part of the elasticity that co-determines the natural frequency, are two spring lamellae that oppose each other like the arms of a tuning fork and work in push-pull .
b) Die Federlamellen tragen symmetrisch angeordnete, in ein und demselben Zylinder gegeneinander bewegliche Kolben. Der Zylinder ist zwischen den Federlamellen ortsfest angebracht. b) The spring lamellas carry symmetrically arranged pistons that can move against one another in one and the same cylinder. The cylinder is fixed in place between the spring slats.
c) An den Federlamellen sind außer den Kolben auch die Anker oder die von dem periodischen Speisestrom erregten Feldmagnete des aus diesen Teilen bestehendenAntriebssysterns der Federlamellen frei tragend gehalten, während der jeweils andere Teil ortsfest ist.c) In addition to the pistons, there are also anchors or on the spring lamellas the field magnets from these parts excited by the periodic supply current existing drive system of the spring slats held in a cantilevered manner, during the each other part is stationary.
Zu den wesentlichen Vorteilen der Bauart nach der Erfindung gehört es, daß Reibung nur zwischen den Kolben und dem Zylinder auftritt, weil die Federlamellen die zum magnetischen Antrieb gehörenden Teile frei tragen. Besondere Maßnahmen wegen der Phasenlage des Speisestromes sind nicht erforderlich. Obwohl es sich nur um ein einzelnes Gerät handelt, bleibt die vollständige Auswuchtung möglich. Der Kolbenhub kann im Gegensatz zu den bekannten Bauarten sehr groß werden, z. B. bis ZU 2 CM. One of the main advantages of the design according to the invention is that friction only occurs between the piston and the cylinder because the spring lamellas freely carry the parts belonging to the magnetic drive. Special measures due to the phase position of the supply current are not required. Although it is only a single device, full balancing is still possible. In contrast to the known types, the piston stroke can be very large, e.g. B. to TO 2 CM.
Bei derVerwendung des erfindungsgemäßenVerdichters an Kältemaschinen ergibt sich folgender Sachverhalt: Wenn die Unigebungstemperatur verhältnismäßig niedrig ist, wird der Druck am Kondensator niedrig, und der Verdichtungsgrad und infolgedessen die Antriebsamplitude sind klein woraus sich eine geringe Abnutzung und eine Ersparnis an Speisestrom ergibt. Mit der Erhöhung der Umgebungstemperatur nehmen Verdichtungsgrad und Amplitude zu. Die Masse ist dabei so bemessen, daß die größte Amplitude bei der vorgesehenen höchsten Umgebungsternperattir auftritt. ZD ZD Daß die Federlamellen die Elemente des magnetischen Antriebs frei tragen, läßt eine Reihe baulicher Ausführungsmöglichkeiten zu, die dem Konstrukteur große Freiheit geben.When using the compressor according to the invention on refrigerating machines the following situation arises: If the uni-temperature is proportionate is low, the pressure on the condenser becomes low, and the degree of compression and as a result, the drive amplitudes are small, resulting in little wear and results in a saving in supply current. With the increase in the ambient temperature the degree of compression and amplitude increase. The mass is so dimensioned that the greatest amplitude occurs at the intended highest ambient star performance. ZD ZD That the spring lamellas carry the elements of the magnetic drive freely, allows a number of structural design options that give the designer great freedom give.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Vorschlag tragen zwei Federlamellen je zwei Dauermagnete, deren magnetische Achsen parallel und entgegengesetzt sind und welche nacheinander bei jeder Halbperiode in den magnetischen Feldkreis eintreten.According to a further proposal according to the invention, two spring lamellae each carry two permanent magnets, the magnetic axes of which are parallel and opposite and which enter the magnetic field circuit one after the other at each half cycle.
Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, weil hierbei in den Spulen besonders große elektromagnetische Kräfte induziert werden. Der Verdichter arbeitet dann mit besonders gutem Wirkungsgrad. Bei geringer elektrischer Leistungsaufnahme läßt sich eine hohe Verdichterleistung erzielen.This solution is particularly advantageous because it is in the coils particularly large electromagnetic forces are induced. The compressor is working then with particularly good efficiency. With low electrical power consumption a high compressor capacity can be achieved.
In den Zeichnungen sind als Beispiel verschiedene Ausführungsformen dargestellt.In the drawings are various embodiments as an example shown.
Fig. 1, 2 und 3 sind Seitenansicht, Vorderansicht und Grundriß der ersten Ausführungsform; Fig. 4 und 5 sind Grundrisse von zwei Abwandlungen; Fig. 6, 7 und 8 sind Seitenansicht, Vorderansicht und Grundriß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform; Fig. 9 ist eine Seitenansicht eines selbstregelnden Verdichters gemäß einer Abwandlung; Fig. io ist ein entsprechender Grundriß.Figs. 1, 2 and 3 are side, front and plan views of the first embodiment; Figures 4 and 5 are plan views of two modifications; 6, 7 and 8 are side, front and plan views of a modification of the first embodiment; 9 is a side view of a self-regulating compressor according to a modification; Fig. 10 is a corresponding plan.
Nach Fig. 1, .2 und 3 enthält der Verdichter eine Grundplatte ii, auf welcher zwei elastische Lamellen i und zwei Winkelstücke 7, welche je einen lamellierten Feldmagnet 5 tragen, befestigt sind. jeder Feldmagnet besitzt eine Spule 6, tragende Schenkel 5 und einen Luftspalt, in welchen teilweise an den elastischen Lamellen i befestigte bewegliche Dauermagnetanker 2 eintreten.According to Fig. 1, .2 and 3 , the compressor contains a base plate ii, on which two elastic lamellae i and two angle pieces 7, which each carry a lamellar field magnet 5 , are attached. Each field magnet has a coil 6, supporting legs 5 and an air gap, in which movable permanent magnet armatures 2 partially attached to the elastic lamellae i enter.
An den Feldmagneten 5 befestigte Winkelstücke tragen einen Zylinder 8, der zwei Kolben 3 enthält, deren jeder symmetrisch durch einen nachgiebigen Lenker 4 mit einer der beiden elastischen Lamellen i verbunden ist. In seiner Mitte besitzt der Zylinder 8 ein Ansaugeventil 9 und ein Förderventil io. Die Massen 12 sind so geeicht, daß die Eigenfrequenz der Lamellen und der Massen niedriger als die ihnen durch den magnetischen Kreis aufgezwungene Frequenz ist. Die Spulen 6 werden mit Wechselstrom erregt, so daß die Anker:2 in jeder Periode des Stromes eine Anziehung und eine Abstoßung erfahren und eine Wechselbewegung ausführen, welche auf die Kolben des Verdichters übertragen wird, so daß das Fluidum durch das Ventil 9 angesaugt und durch das Ventil io gefördert wird.Angle pieces attached to the field magnet 5 carry a cylinder 8 which contains two pistons 3 , each of which is symmetrically connected by a flexible link 4 to one of the two elastic lamellae i. In its center, the cylinder 8 has a suction valve 9 and a delivery valve io. The masses 12 are calibrated so that the natural frequency of the lamellae and the masses is lower than the frequency imposed on them by the magnetic circuit. The coils 6 are excited with alternating current, so that the armatures: 2 experience an attraction and a repulsion in each period of the current and perform an alternating movement which is transmitted to the pistons of the compressor, so that the fluid is sucked in through the valve 9 and through the valve io is promoted.
Da die Eigenfrequenz der elastischen Lamellen und der Massen niedriger als die Frequenz des Speisestromes ist, bleibt die Amplitude klein, nimmt jedoch nach Maßgabe der Vergrößerung des Verdichtungsgrades zu, wie oben ausgeführt.Because the natural frequency of the elastic lamellae and the masses are lower than the frequency of the supply current, the amplitude remains small, but increases according to the increase in the degree of compression, as stated above.
Man kann die Magnetanker 2 durch Massen aus Weicheisen ersetzen. Diese werden dann zweimal je Periode angezogen, und die Schwingung hat die doppelte Frequenz wie der Speisestrom, wobei die Selbstregelung in der gleichen Weise erfolgt.You can replace the armature 2 by masses made of soft iron. These are then attracted twice per period, and the oscillation has twice the frequency as the supply current, with self-regulation taking place in the same way.
Nach Fig. 4 sind die Dauerrnagnete durch gewickelte Elektromagnete :2a ersetzt, welche mit Gleichstrom oder gleichgerichtetem Wechselstrom gespeist werden. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie mit Dauermagneten.According to Fig. 4, the permanent magnets are wound electromagnets : 2a replaces, which are fed with direct current or rectified alternating current will. The way it works is the same as with permanent magnets.
Nach Fig. 5 sind zwei getrennte Feldmagnetpaare 5 vorgesehen, welche je auf einen Anker einwirken, der sich im Ruhezustand vollständig in dem Luftspalt befindet. Diese Anker können mit einer Kurzschlußwicklung 25 versehen sein und wie ein Repulsionsmotor arbeiten, wobei die Anker eine vollständige Schwingung je Periode des Wechselstromes ausführen. Zur Ermöglichung-des Anlaufs werden parallel zu den Ankern außerhalb ihrer Achse zwei kleine Dauermagnete 21, 22 angeordnet.According to FIG. 5 , two separate pairs of field magnets 5 are provided, each of which acts on an armature which is completely in the air gap in the rest state. These armatures can be provided with a short-circuit winding 25 and work like a repulsion motor, the armature executing one complete oscillation per period of the alternating current. To enable the start-up, two small permanent magnets 21, 22 are arranged parallel to the armatures outside their axis.
Diese Spulen können mit Gleichstrom oder einem gleichgerichteten Strom gespeist werden, oder, was auf dasselbe hinausläuft, die Anker können durch Dauermagnete ersetzt werden. In diesem Fall arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen: jede Periode des Stromes bewirkt nur eine Halbschwingung der Anker, wobei die Schwingungsfrequenz gleich der halben Frequenz des Speisestromes ist, wobei die Massen 12 so bemessen sein müssen, daß die Eigenfrequenz der Lamellen kleiner als die halbe Frequenz des Speisestromes ist.These coils can operate with direct current or a rectified current be fed, or what amounts to the same thing, the anchors can be powered by permanent magnets be replaced. In this case the device works as follows: every period of the current causes only a half oscillation of the armature, whereby the oscillation frequency is equal to half the frequency of the supply current, the masses 12 being so dimensioned must be that the natural frequency of the slats is less than half the frequency of the Feed stream is.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine andere Abwandlung der ersten Ausführungsform. Der Anker wird durch einen Dauermagnet 13 gebildet, zwischen dessen Polen die beweglichen Feldmagnete 14 angeordnet sind, welche an den Enden der beiden biegsamen, schwingungsfähigen Lamellen 15 befestigt sind. jeder Feldmagnet 14 trägt eine Spule 16 zur Aufnahme des periodischen Speisestromes. Der Zvlinder und die beiden Kolben sind wie in der ersten Ausführungsform angeordnet, wobei die Kolben mit den Enden der biegsamen Lamellen 15 verbunden sind.Figs. 6, 7 and 8 show another modification of the first embodiment. The armature is formed by a permanent magnet 13, between the poles of which the movable field magnets 14 are arranged, which are fastened to the ends of the two flexible, vibratory lamellae 15. each field magnet 14 carries a coil 16 for receiving the periodic feed current. The cylinder and the two pistons are arranged as in the first embodiment, the pistons being connected to the ends of the flexible lamellae 15.
Bei der Anordnung nach Fig. i treten die als be- wegliche Anker dienenden Dauermagnete infolge der Schwingungsbewegung mehr oder weniger in den die Speisespule tragenden Magnetkreis ein. Wenn die Magnete am Ende der Bewegung am weitesten in den Kreis eingetreten sind, erzeugen sie in dem Magnetkreis eine gewisse Induktion, welche in dem Maße abnimmt, wie die Magnete sich in der nächsten Halbperiode entfernen. Der Fluß hat jedoch stets die gleiche Richtung, so daß seine Änderung in den Spulen und infolgedessen die induzierte elektromotorische Kraft verhältnismäßig klein bleiben.In the arrangement of Fig. I serving as any moving armature carrying permanent magnets magnetic circuit occur as a result of the oscillatory movement more or less in the power coil. When the magnets have entered the circle furthest at the end of the movement, they generate a certain induction in the magnetic circuit, which decreases as the magnets move away in the next half-cycle. However, the flow always has the same direction, so that its change in the coils and, consequently, the induced electromotive force remain relatively small.
Fig. 9 und i D stellen eine Anordnung dar, die bezweckt, eine Umkehrung der Richtung des durch die Magnete erzeugten Induktionsflusses zu bewirken und so eine möglichst große induzierte elektromotorische Kraft zu erhalten. Hierfür sind zwei elastische Lamellen vorgesehen, deren jede zwei Dauermagnete trägt, deren magnetische Achsen parallel, aber entgegengesetzt gerichtet sind und die nacheinander in jeder Halbperiode in den Magnetkreis des Feldmagnets eintreten. 9 and i D show an arrangement which aims to reverse the direction of the induction flux generated by the magnets and thus to obtain the greatest possible induced electromotive force. For this purpose, two elastic lamellae are provided, each of which has two permanent magnets, the magnetic axes of which are parallel but oppositely directed, and which enter the magnetic circuit of the field magnet one after the other in every half cycle.
Jede der elastischen Lamellen 21 trägt an ihrem Ende zwei Dauermagnete:22 und 23, deren Achsen parallel, aber entgegengesetzt gerichtet sind. Der Magnetkreis 24 ist so angeordnet, daß die beiden Magnete 22 gleichzeitig in den Magnetkreis eintreten, worauf in der folgenden Halbperiode die beiden Magnete 23 in ihn eintreten. Da die magnetischen Achsen dieser Magnete entgegengesetzt gerichtet sind, kehrt sich der Fluß durch die Spulen um, wodurch die Induzierung einer hohen elektromotorische Kraft zu erhalten. Hierfür sind Leistung und des Wirkungsgrades des Apparates erzielt werden.Each of the elastic lamellas 21 has two permanent magnets at its end: 22 and 23, the axes of which are parallel but opposite. The magnetic circuit 24 is arranged so that the two magnets 22 enter the magnetic circuit at the same time, whereupon the two magnets 23 enter it in the following half-cycle. Since the magnetic axes of these magnets are oppositely directed, the flux through the coils is reversed, thereby inducing a high electromotive force. For this, the power and the efficiency of the apparatus are to be achieved.
Ein weiterer praktischer Vorteil besteht darin daß die Magnete stets in einem solchen Sinn angetrieben werden, daß der durch die Spulen erzeugte Fluß den sie durchdringenden Fluß zu vergrößern sucht, d. h. ihre Magnetisierung zu vergrößern sucht. Die Entmagnetisierung durch einen zufälligen Überstrom in den Feldspulen ist also unmöglich.Another practical advantage is that the magnets are always driven in such a way that the flux generated by the coils tends to increase the flux passing through them, i.e. H. seeks to increase its magnetization. Demagnetization through an accidental overcurrent in the field coils is therefore impossible.
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