EP2084808A1 - Linear drive and linear compressor - Google Patents

Linear drive and linear compressor

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Publication number
EP2084808A1
EP2084808A1 EP07821439A EP07821439A EP2084808A1 EP 2084808 A1 EP2084808 A1 EP 2084808A1 EP 07821439 A EP07821439 A EP 07821439A EP 07821439 A EP07821439 A EP 07821439A EP 2084808 A1 EP2084808 A1 EP 2084808A1
Authority
EP
European Patent Office
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magnetic field
armature
linear drive
piston
field sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07821439A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Sascha DÜRR
Christian Krknjak
Christian Mayershofer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2084808A1 publication Critical patent/EP2084808A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

Definitions

  • an inlet port 19 and an outlet 20 for a medium to be compressed are provided with a (not shown) valve to drain out of medium from the compression chamber 17 via the inlet port 19 and an inflow of Medium over the outlet port 20 to prevent.
  • a movement of the armature 10 to the left in Fig. 1 medium is sucked into the compression chamber 17 at the inlet port 19 and ejected by a movement to the right via the outlet port 20 again.
  • the piston 16 On the one hand to ensure a complete displacement of the compressed medium from the chamber 17 and on the other hand to prevent damage to the compressor chamber 17 during operation, the piston 16 must come as close as possible to an upper reversal point of its movement of the end face 18 without touching it.
  • Cutting plane repel the poles of the yokes 1 and the anchor 10 of the same name, instead, the two middle arms 4 attract the two left poles 6a, 6c of the armature 10, while the two right poles 6b, 6d of the armature 10 from the right arms 5 are attracted.
  • a driving force acts to the right.
  • the opposing magnetic fields of the yoke 1 and the armature 10 cancel each other at the location of the magnetic field sensor 21; so that the magnetic field strength detected by the sensor 21 is small.
  • poles of the yokes 1 and of the armature 10 which are opposite each other are located in the sectional plane N-II.
  • the resulting field configuration is shown in FIG.

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Abstract

A reversing linear drive comprises at least one excitation coil (8) that can be applied with current for generating an alternating magnetic field, a magnetic armature (10) movable in the alternating field between a first and a second reversing point, a magnetic field sensor (21, 22) exposed to a magnetic field of the armature (10), and a control circuit (9) for controlling an excitation current fed into the excitation coil (8) by means of a magnetic field strength detected by the magnetic field sensor (21, 22).

Description

Linearantrieb und Linearverdichter Linear drive and linear compressor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen reversierenden Linearantrieb sowie einen Verdichter, in dem ein solcher Linearantrieb eingesetzt wird.The present invention relates to a reversing linear drive and a compressor in which such a linear drive is used.
Ein solcher Linearantrieb und ein Verdichter sind aus DE 10 2004 010 403 A1 bekannt.Such a linear drive and a compressor are known from DE 10 2004 010 403 A1.
Der Linearantrieb umfasst herkömmlicherweise wenigstens eine zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes mit Strom beaufschlagbare Erregerwicklung und einen in dem Wechselfeld der Spule zwischen einem ersten und einem zweiten Umkehrpunkt beweglichen magnetischen Anker. Derartige Linearantriebe sind als Antriebe für Verdichter besonders interessant, da sie die reversierende Bewegung des Kolbens eines solchen Verdichters in einem einfachen Aufbau direkt antreiben können, während bei Verwendung eines rotatorischen Antriebs eine Mechanik, die zum Beispiel eine Kurbelwelle und eine daran angelenkte Kolbenstange umfasst, benötigt wird, um die Drehbewegung des Antriebs in die gewünschte reversierende Bewegung des Kolbens umzusetzen. Diese Mechanik verursacht Fertigungskosten und führt zu Reibungsverlusten. Während jedoch ein Aufbau mit Kurbelwelle und Kolbenstange die Bewegungsamplitude eines Verdichterkolbens exakt vorgibt, ist die Bewegungsamplitude eines Linearantriebs im allgemeinen nicht fest, sondern in Abhängigkeit von der elektrischen Leistung, mit der die Erregerspule beaufschlagt wird, variabel. Eine geringe Amplitude des von einem solchen Linearantrieb angetriebenen Kolbens führt dazu, dass am oberen Umkehrpunkt der Kolbenbewegung das Totvolumen groß und der erzeugte Überdruck gering ist. Um einen guten Wirkungsgrad des Verdichters zu erzielen, muss das Totvolumen am oberen Umkehrpunkt so klein wie möglich gehalten werden, das heißt der Kolben muss an seinem oberen Umkehrpunkt einer Stirnseite der Verdichterkammer so nahe kommen wie möglich. Gleichzeitig darf er aber auch nicht an die Stirnseite der Verdichterkammer anschlagen, denn dies würde zu einem schnellen Verschleiß beziehungsweise zur Zerstörung des Verdichters führen.The linear drive conventionally comprises at least one exciting coil which can be acted upon by current for generating an alternating magnetic field and a magnetic armature which is movable in the alternating field of the coil between a first and a second reversal point. Such linear drives are particularly interesting as drives for compressors, since they can drive the reversing movement of the piston of such a compressor in a simple structure directly, while using a rotary drive, a mechanism that includes, for example, a crankshaft and a hinged thereto piston rod needs is to convert the rotational movement of the drive in the desired reversing movement of the piston. This mechanism causes manufacturing costs and leads to friction losses. However, while a construction with crankshaft and piston rod exactly predetermines the amplitude of movement of a compressor piston, the amplitude of movement of a linear drive is generally not fixed, but variable depending on the electrical power supplied to the exciter coil. A small amplitude of the piston driven by such a linear drive causes the dead volume at the upper reversal point of the piston movement to be large and the overpressure generated to be low. In order to achieve a good efficiency of the compressor, the dead volume at the upper reversal point must be kept as small as possible, that is, the piston must come as close as possible to an upper end of the compression chamber at its upper reversal point. At the same time, however, it must not strike against the end face of the compression chamber, since this would lead to rapid wear or destruction of the compressor.
Es ist daher erforderlich, die Amplitude des Linearantriebs im Betrieb zu überwachen und sie so zu regeln, dass das Totvolumen des Verdichters möglichst klein wird, gleichzeitig aber ein Anschlagen des Kolbens an die Stirnwand der Verdichterkammer mit Sicherheit ausgeschlossen ist.It is therefore necessary to monitor the amplitude of the linear drive during operation and to regulate it so that the dead volume of the compressor is as small as possible, at the same time but a striking of the piston to the end wall of the compression chamber is excluded with certainty.
Die bereits erwähnte DE 10 2004 010 403 A1 schlägt zu diesem Zweck vor, Position und Geschwindigkeit des Ankers mit Hilfe einer Lichtschranke und eines mit dem Anker beweglichen, von der Lichtschranke durchstrahlten Maßstabs zu verfolgen. Dieser Ansatz erfordert eine präzise und dementsprechend zeitaufwändige Positionierung der Lichtschranke und des Maßstabs in Bezug aufeinander. Außerdem ist es nicht ohne weiteres möglich, einen blockierten Zustand des Ankers, in welchem der Maßstab kein Licht zum Sensor der Lichtschranke durchlässt, von einem Zustand zu unterscheiden, in welchem die Lichtquelle der Lichtschranke ausgefallen ist. Eine Fehlregelung bei ausgefallener Lichtschranke kann jedoch zum Anschlagen des Kolbens und damit zur Zerstörung des Verdichters führen.For this purpose, the already mentioned DE 10 2004 010 403 A1 proposes to track the position and speed of the armature with the aid of a light barrier and a scale movable with the armature and illuminated by the light barrier. This approach requires a precise and therefore time-consuming positioning of the light barrier and the scale in relation to each other. In addition, it is not easily possible to distinguish a locked state of the armature, in which the scale does not transmit light to the sensor of the light barrier, from a state in which the light source of the light barrier has failed. However, a faulty control in the event of a failed light barrier can lead to striking the piston and thus to the destruction of the compressor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Linearantrieb beziehungsweise einen mit einem solchen Linearantrieb ausgestatteten Linearverdichter zu schaffen, die es erlauben, eine hohe Verdichtung zu erreichen und gleichzeitig ein Anschlagen des Kolbens mit hoher Zuverlässigkeit zu verhindern.The object of the present invention is to provide a linear drive or a linear compressor equipped with such a linear drive, which makes it possible to achieve a high degree of compression and at the same time to prevent a striking of the piston with high reliability.
Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch einen reversierenden Linearantrieb mit wenigstens einer zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes mit Strom beaufschlagbaren Erregerwicklung und einem in dem magnetischen Wechselfeld zwischen einem ersten und einem zweiten Umkehrpunkt beweglichen Anker, bei dem einThe object is achieved on the one hand by a reversing linear drive with at least one for generating an alternating magnetic field can be acted upon by current exciter winding and in the magnetic alternating field between a first and a second reversal point movable armature, wherein a
Magnetfeldsensor dem Magnetfeld des Ankers ausgesetzt ist und eine Steuerschaltung einen in die Erregerspule eingespeisten Erregerstrom anhand einer von dem Magnetfeldsensor erfassten Magnetfeldstärke steuert. Da bei dem Magnetismus desMagnetic field sensor is exposed to the magnetic field of the armature and a control circuit controls a fed into the excitation coil exciting current based on a magnetic field detected by the magnetic field strength. Because with the magnetism of the
Ankers anders als bei der Lichtquelle einer Lichtschranke kein Ausfallrisiko besteht, kann aus der Tatsache, dass eine auf eine Bewegung des Ankers hindeutendeAnkers, unlike the light source of a photoelectric sensor is not a risk of failure, may be due to the fact that one suggestive of a movement of the armature
Magnetfeldänderung nicht erfasst wird, mit Sicherheit geschlossen werden, dass die betreffende Bewegung nicht erfolgt, und der Erregerstrom kann anhand dieses Ergebnisses gesteuert werden, ohne dass die Gefahr einer übermäßigen Amplitude derMagnetic field change is not detected, it can be concluded with certainty that the movement in question is not carried out, and the excitation current can be controlled by this result, without the risk of excessive amplitude of the
Bewegung des Ankers besteht. Um mit dem Magnetfeldsensor im Laufe der Ankerbewegung eine möglichst starke Magnetfeldänderung erfassen zu können, ist vorzugsweise an dem ersten Umkehrpunkt der Ankerbewegung der Magnetfeldsensor einem ersten Magnetpol des Magnetfelds des Ankers näher benachbart als einem zweiten Magnetpol, während an dem zweiten Umkehrpunkt der Magnetfeldsensor dem zweiten Magnetpol näher benachbart ist als dem ersten.Movement of the anchor exists. In order to be able to detect the strongest possible magnetic field change with the magnetic field sensor in the course of the armature movement, the magnetic field sensor is preferably closer to a first magnetic pole of the magnetic field of the armature than to a second magnetic pole, while at the second reversal point the magnetic field sensor is the second magnetic pole is closer than the first.
Die Steuerschaltung ist vorzugsweise eingerichtet, den Erregerstrom abzubrechen, wenn die von dem Magnetfeldsensor erfasste Magnetfeldstärke eine Schwelle überquert. Da in einem den Linearantrieb verwendenden Verdichter derjenigen Ankerbewegung, die zu einem Anschlagen des Kolbens an der Stirnseite der Verdichterkammer führen kann, eine Gegenkraft durch den Druck des in der Verdichterkammer verdichteten Mediums entgegenwirkt, führt der Abbruch des Erregerstroms sofort zu einer starken Verzögerung des Ankers und einer anschließenden Richtungsumkehr.The control circuit is preferably set up to stop the excitation current when the magnetic field strength detected by the magnetic field sensor crosses a threshold. Since in an actuator using the linear drive that armature movement, which can lead to a striking of the piston on the end face of the compression chamber counteracting a counterforce by the pressure of the compressed in the compression chamber medium, the termination of the excitation current immediately leads to a strong delay of the armature and a subsequent change of direction.
Indem der Sensor in Bewegungsrichtung des Ankers justierbar gemacht ist, können auch die Umkehrpunkte der Ankerbewegung verstellt werden, und insbesondere ist es möglich, den Abstand zwischen dem Kolben und der Stirnseite der Verdichterkammer am oberen Umkehrpunkt des Kolbens auf einen sehr kleinen Wert einzustellen, der soeben noch ausreicht, um ein Anschlagen des Kolbens an die Stirnwand sicher zu verhindern.By making the sensor adjustable in the direction of movement of the armature, the reversal points of the armature movement can also be adjusted, and in particular it is possible to set the distance between the piston and the end face of the compression chamber at the upper reversal point of the piston to a very small value just is still sufficient to safely prevent a striking of the piston to the end wall.
Die Erregerwicklung kann an einem Jochkörper mit wenigstens drei Polschuhen angebracht sein, der entlang des Weges des Ankers angeordnet ist, um auf diesen eine magnetische Antriebskraft in alternierenden Richtungen auszuüben.The exciter winding may be attached to a yoke body having at least three pole pieces disposed along the path of the armature for imparting thereto a magnetic driving force in alternating directions.
In diesem Fall ist es zweckmäßig, dass der Magnetfeldsensor in Höhe des mittleren der drei Polschuhe angeordnet ist, damit er im Laufe der Bewegung des Ankers einer möglichst starken Änderung von dessen Magnetfeld ausgesetzt ist.In this case, it is expedient that the magnetic field sensor is arranged at the level of the middle of the three pole pieces, so that it is exposed during the movement of the armature of the strongest possible change in the magnetic field.
Insbesondere kann der Magnetfeldsensor zwischen einem Polschuh und einem dem Polschuh zugewandten Magnetpol des Ankers angeordnet sein, so dass er, wenn die Polung des Polschuhs gleichnamig mit dem Magnetpol des Ankers ist, einem schwachen und bei Ungleichnamigkeit einem starken Magnetfeld ausgesetzt ist. Wenn besagter Jochkörper und ein zweiter Jochkörper einen Spalt begrenzen, der sich in der Bewegungsrichtung des Ankers und einer dazu orthogonalen Richtung erstreckt und in dem der Anker beweglich ist, kann der Magnetfeldsensor auch in dem Spalt in der orthogonalen Richtung dem Anker benachbart angeordnet sein; in diesem Fall ist er einem starken Feld ausgesetzt, wenn sich jeweils gleichnamige Pole des Ankers und der Polschuhe gegenüberliegen, während bei Ungleichnamigkeit de Pole der Magnetfeldsensor ein schwaches Feld erfasst.In particular, the magnetic field sensor between a pole piece and a pole piece facing the magnetic pole of the armature can be arranged so that it, if the polarity of the pole piece is the same name with the magnetic pole of the armature, a weak and Ungleichnamigkeit is exposed to a strong magnetic field. If said yoke body and a second yoke body define a gap which extends in the direction of movement of the armature and an orthogonal direction and in which the armature is movable, the magnetic field sensor may also be disposed adjacent to the armature in the gap in the orthogonal direction; in this case it is exposed to a strong field, if in each case the same pole of the armature and the pole pieces face each other, while unequal name de Pole the magnetic field sensor detects a weak field.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Linearverdichter mit wenigstens einem in einer Verdichterkammer reversierend beweglichen Kolben, der durch einen Linearantrieb wie oben definiert angetrieben ist.The invention further relates to a linear compressor with at least one in a compression chamber reversibly movable piston which is driven by a linear drive as defined above.
Bei einem solchen Linearverdichter ist die Steuerschaltung vorzugsweise eingerichtet, den Erregerstrom abzubrechen, wenn die Entfernung des Kolbens von einer Stirnseite der Verdichterkammer einen Grenzwert unterschreitet, wobei diese Grenzwertunterschreitung aus dem von dem Magnetfeldsensor erfassten Magnetfeld erkennbar ist.In the case of such a linear compressor, the control circuit is preferably set up to break off the exciter current if the distance of the piston from a front side of the compressor chamber falls below a limiting value, wherein this limit value undershoot can be recognized from the magnetic field detected by the magnetic field sensor.
Die Steuerung der Ankerbewegung mit Hilfe des Magnetfeldsensors ermöglicht es, ein Anschlagen des Kolbens an die Stirnseite der Verdichterkammer zuverlässig zu vermeiden, auch wenn der Abstand zwischen Kolben und Stirnseite am oberen Umkehrpunkt der Kolbenbewegung sehr gering ist. So kann die Entfernung des Kolbens von Stirnseite am oberen Wendepunkt auf weniger als 0,2 Millimeter, vorzugsweise sogar weniger als 0,1 Millimeter, eingestellt werden.The control of the armature movement by means of the magnetic field sensor makes it possible to reliably prevent the piston from striking the end face of the compression chamber, even if the distance between the piston and the end face at the upper reversal point of the piston movement is very small. Thus, the distance of the piston from the front side at the upper turning point to less than 0.2 millimeters, preferably even less than 0.1 millimeters, can be adjusted.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearverdichters;Fig. 1 is a schematic representation of a linear compressor according to the invention;
Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Linearantrieb des in Fig. 1 gezeigten Verdichters entlang der Linie N-Il sowie eine Verteilung des Magnetfelds im Luftspalt des Linearantriebs, kurz bevor dessen Anker seinen oberen Umkehrpunkt erreicht; und Fig. 3 einen zu Fig. 2 analogen Teilschnitt, der die Feldverteilung am oberen Umkehrpunkt zeigt.2 shows a partial section through the linear drive of the compressor shown in Figure 1 along the line N-II and a distribution of the magnetic field in the air gap of the linear drive, just before the armature reaches its upper reversal point. and Fig. 3 is a partial section analogous to FIG. 2, showing the field distribution at the upper reversal point.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Linearverdichter, der beispielsweise als Verdichter für Kältemittel in einem Kältegerät wie etwa einem Kühlschrank, einem Gefrierschrank oder dergleichen anwendbar ist. Ein Linearantrieb dieses Verdichters umfasst zwei E-förmige Joche 1 mit je drei sich paarweise gegenüberliegenden Armen 3, 4, 5. Die einander zugewandten Enden der Arme 3, 4 5 bilden jeweils einen Luftspalt 2 begrenzende Polschuhe 7. Um die mittleren Arme 4 herum ist jeweils eine Erregerwicklung 8 angebracht. Die Erregerwicklungen 8 sind durch eine Steuerschaltung 9 mit Strom beaufschlagbar, wobei die Stromrichtung in den beiden Erregerwicklungen 8 jeweils so festgelegt ist, dass die Polschuhe 7 der mittleren Arme 4 ungleichnamige Magnetpole bilden. Die Polschuhe der äußeren Arme 3 und 5 bilden jeweils zum mittleren Arm 4 ungleichnamige Magnetpole.1 shows a schematic longitudinal section through a linear compressor according to the invention, which is applicable, for example, as a compressor for refrigerants in a refrigeration appliance such as a refrigerator, a freezer or the like. A linear drive of this compressor comprises two E-shaped yokes 1, each with three pairs opposite arms 3, 4, 5. The mutually facing ends of the arms 3, 4 5 each form an air gap 2 limiting pole pieces 7. To the middle arms 4 is around in each case a field winding 8 attached. The exciter windings 8 can be acted upon by a control circuit 9 with current, wherein the current direction in the two excitation windings 8 is in each case determined so that the pole pieces 7 of the middle arms form 4 unlike magnetic poles. The pole pieces of the outer arms 3 and 5 each form the middle arm 4 unlike magnetic poles.
In dem Luftspalt 2 ist ein Anker 10 an zwei Federn 11 zwischen einem oberen und einem unteren Umkehrpunkt reversierend beweglich aufgehängt. Die Stellung des Ankers 10 am oberen Umkehrpunkt ist mit durchgezogenen Linien, sie am unteren Umkehrpunkt gestrichelt dargestellt. Die Federn 1 1 sind jeweils aus einem Blechstück ausgestanzte Blattfedern mit mehreren zickzackförmig verlaufenden Armen 12. Die Arme 12 einer Feder 11 erstrecken sich jeweils spiegelbildlich zueinander von einem zentralen Angriffspunkt an dem Anker 10 zu Aufhängungspunkten 13 an einem nicht dargestellten starren Gestell, an dem auch die Joche 1 verankert sind. Durch diese Gestaltung sind die Federn 1 1 in Längsrichtung des Ankers 10 leicht und in jeder dazu orthogonalen Richtung schwer verformbar, so dass sie den Anker 10 in seiner Längsrichtung reversierbar führen.In the air gap 2, an armature 10 is suspended on two springs 11 reversibly movable suspended between an upper and a lower reversal point. The position of the armature 10 at the upper reversal point is shown by solid lines, dashed lines at the lower reversal point. The springs 1 1 are each stamped from a piece of sheet metal leaf springs with a plurality of zigzag extending arms 12. The arms 12 of a spring 11 each extend mirror images of each other from a central point on the armature 10 to suspension points 13 on a rigid frame, not shown, to which also the yokes 1 are anchored. By this configuration, the springs 1 1 in the longitudinal direction of the armature 10 are slightly and in any orthogonal direction difficult to deform, so that they perform the armature 10 reversible in its longitudinal direction.
Der im wesentlichen stabförmige Anker 10 umfasst in seinem mittleren Bereich einen Permanentmagneten 14 mit vier Polen 6a, 6b, 6c, 6d. Während in einer entspannten Stellung der Federn 11 , in der die Arme 12 jeder Feder 11 im wesentlichen in einer gleichen Ebene liegen, der Magnet 14 zentral in dem Luftspalt 2 platziert ist und eine Grenzlinie 15 zwischen seinen in Fig. 1 linken und rechten Polen 6a, 6c bzw. 6b, 6d mittig durch die mittleren Arme 4 verläuft, wird durch Beaufschlagen der Wicklungen 8 mit einem Strom der Anker 10 je nach Stromrichtung nach links oder nach rechts ausgelenkt. Dabei treibt der Anker 10 einen Kolben 16 in einer ebenfalls an dem nicht dargestellten Gestell befestigten Verdichterkammer 17 an. An einer Stirnseite 18 der Verdichterkammer befinden sich ein Einlassstutzen 19 und ein Auslassstutzen 20 für ein zu verdichtendes Medium, die jeweils mit einem (nicht dargestellten) Ventil versehen sind, um einen Abfluss von Medium aus der Verdichterkammer 17 über den Einlassstutzen 19 beziehungsweise einen Zufluss von Medium über den Auslassstutzen 20 zu verhindern. So wird durch eine Bewegung des Ankers 10 nach links in Fig. 1 Medium in die Verdichterkammer 17 am Einlassstutzen 19 eingesogen und durch eine Bewegung nach rechts über den Auslassstutzen 20 wieder ausgestoßen. Um einerseits eine vollständige Verdrängung des verdichteten Mediums aus der Kammer 17 zu gewährleisten und andererseits eine Beschädigung der Verdichterkammer 17 im Betrieb zu vermeiden, muss der Kolben 16 an einem oberen Umkehrpunkt seiner Bewegung der Stirnseite 18 so nah wie möglich kommen, ohne sie zu berühren.The substantially rod-shaped armature 10 comprises in its middle region a permanent magnet 14 with four poles 6a, 6b, 6c, 6d. While in a relaxed position of the springs 11 in which the arms 12 of each spring 11 lie substantially in a same plane, the magnet 14 is placed centrally in the air gap 2 and a boundary line 15 between its in Fig. 1 left and right poles 6a , 6c and 6b, 6d extends centrally through the middle arms 4, the armature 10 is deflected by energizing the windings 8 with a current to the left or to the right depending on the current direction. In this case, the armature 10 drives a piston 16 in a likewise attached to the frame, not shown, compressor chamber 17. On an end face 18 of the compression chamber are an inlet port 19 and an outlet 20 for a medium to be compressed, each provided with a (not shown) valve to drain out of medium from the compression chamber 17 via the inlet port 19 and an inflow of Medium over the outlet port 20 to prevent. Thus, by a movement of the armature 10 to the left in Fig. 1 medium is sucked into the compression chamber 17 at the inlet port 19 and ejected by a movement to the right via the outlet port 20 again. On the one hand to ensure a complete displacement of the compressed medium from the chamber 17 and on the other hand to prevent damage to the compressor chamber 17 during operation, the piston 16 must come as close as possible to an upper reversal point of its movement of the end face 18 without touching it.
Zu diesem Zweck ist im Luftspalt 2 in Höhe der mittleren Arme 4 ein Magnetfeldsensor 21 , zum Beispiel eine Hall-Sonde platziert, die an die Steuerschaltung 9 gekoppelt ist, um den Strom, mit dem die Erregerwicklungen 8 beaufschlagt werden, zu steuern.For this purpose, in the air gap 2 at the level of the middle arms 4, a magnetic field sensor 21, for example a Hall probe is placed, which is coupled to the control circuit 9 in order to control the current with which the exciter windings 8 are acted upon.
Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen die Magnetfelder, denen der Magnetfeldsensor 21 in verschiedenen Phasen der Bewegung des Ankers 10 ausgesetzt ist. Bei der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration liegen sich in der in Fig. 1 mit N-Il bezeichneten, durch denFIGS. 2 and 3 illustrate the magnetic fields to which the magnetic field sensor 21 is subjected in various phases of the movement of the armature 10. In the configuration shown in Fig. 2 are in the designated in Fig. 1 with N-Il, by the
Magnetfeldsensor 21 verlaufenden Schnittebene jeweils gleichnamige Pole der Joche 1 und des Ankers 10 gegenüber. Diese Konfiguration ist über einen großen Teil derMagnetic field sensor 21 extending cutting plane respectively identically poles of the yokes 1 and the armature 10 opposite. This configuration is over a large part of
Ankerbewegung hinweg gegeben, solange sich die Grenzlinie 15 auf einer von der Verdichterkammer 17 abgewandten Seite des Magnetfeldsensors 21 befindet. In derAnkerbewegung given, as long as the boundary line 15 is located on a side facing away from the compression chamber 17 side of the magnetic field sensor 21. In the
Schnittebene stoßen sich die gleichnamigen Pole der Joche 1 und des Ankers 10 ab, statt dessen ziehen die zwei mittleren Arme 4 die zwei linken Pole 6a, 6c des Ankers 10 an, während die zwei rechten Pole 6b, 6d des Ankers 10 von den rechten Armen 5 angezogen werden. Auf den Anker 10 wirkt eine Antriebskraft nach rechts. Die einander entgegengesetzten Magnetfelder des Jochs 1 und des Ankers 10 heben sich gegenseitig am Ort des Magnetfeldsensors 21 auf; so dass die von dem Sensor 21 erfasste magnetische Feldstärke gering ist. Sobald die Grenzlinie 15 die Schnittebene N-Il passiert hat, liegen sich in der Schnittebene N-Il jeweils ungleichnamige Pole der Joche 1 und des Ankers 10 gegenüber. Die resultierende Feldkonfiguration ist in Fig. 3 gezeigt. Die Felder des Jochs 1 und des Ankers 10 überlagern sich gleichsinnig am Ort des Magnetfeldsensors 21 , so dass dieser eine hohe magnetische Feldstärke erfasst. Dieser Sachverhalt wird ausgenutzt, indem die Steuerschaltung 9 den Erregerstrom für die Wicklungen 8 mit zunehmender am Sensor 21 erfasster Feldstärke abwärts regelt oder einfach den Erregerstrom unterbricht, wenn die vom Sensor 21 erfasste Feldstärke einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.Cutting plane repel the poles of the yokes 1 and the anchor 10 of the same name, instead, the two middle arms 4 attract the two left poles 6a, 6c of the armature 10, while the two right poles 6b, 6d of the armature 10 from the right arms 5 are attracted. On the armature 10, a driving force acts to the right. The opposing magnetic fields of the yoke 1 and the armature 10 cancel each other at the location of the magnetic field sensor 21; so that the magnetic field strength detected by the sensor 21 is small. As soon as the boundary line 15 has passed the section plane N-II, poles of the yokes 1 and of the armature 10 which are opposite each other are located in the sectional plane N-II. The resulting field configuration is shown in FIG. The fields of the yoke 1 and the armature 10 are superimposed in the same direction at the location of the magnetic field sensor 21 so that it detects a high magnetic field strength. This situation is exploited in that the control circuit 9 regulates the field current for the windings 8 with increasing field strength detected at the sensor 21 or simply interrupts the field current when the field strength detected by the sensor 21 exceeds a predetermined limit value.
Wenn der Erregerstrom ausgeschaltet ist, wirkt keine magnetische Antriebskraft auf den Anker 10 mehr, und der Kolben 16 wird durch den Druck des in der Verdichterkammer 17 komprimierten Mediums stark verzögert. Der Weg, um den sich der Kolben 16 nach Abschalten des Erregerstroms noch weiter bewegt, hängt von einer Reihe von Parametern wie etwa der kinetischen Energie von Kolben und Anker bei Abschaltung des Erregerstroms, Rückstellkraft der Federn 11 , Querschnittsfläche des Kolbens 16 und Druck des in der Kammer 17 verdichteten Mediums ab, die sich unter praktischen Einsatzbedingungen nicht oder nicht wesentlich ändern, so dass der Weg, um den sich der Kolben nach Ausschalten des Erregerstroms noch weiter bewegt, in einer gegebenen Anwendung als praktisch konstant angesehen werden kann. Indem der Magnetfeldsensor 21 in Bewegungsrichtung des Ankers 10 justierbar, z.B. an einer (nicht dargestellten) Stellschraube, aufgehängt ist, wie durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet, kann die Ankerstellung, an der die Stromabschaltung erfolgt, mit hoher Genauigkeit so eingestellt werden, dass der obere Umkehrpunkt des Kolbens 16 sehr nah an der Stirnseite 18 liegt, ohne dass diese berührt wird. Eine mittlere Entfernung des oberen Umkehrpunkts des Kolbens von der Stirnseite 18 von 0,2 Millimeter oder gar 0,1 Millimeter und weniger ist auf diese Weise realisierbar.When the excitation current is off, no magnetic driving force acts on the armature 10 more, and the piston 16 is greatly delayed by the pressure of the compressed in the compression chamber 17 medium. The path by which the piston 16 still moves after the energizing current has been cut off depends on a number of parameters, such as the kinetic energy of the piston and armature when the excitation current is switched off, the restoring force of the springs 11, the cross-sectional area of the piston 16 and the pressure in the piston of the chamber 17 compressed medium, which do not or not significantly change in practical conditions, so that the way by which the piston moves after turning off the excitation current, in a given application can be considered to be practically constant. By adjusting the magnetic field sensor 21 in the direction of movement of the armature 10, e.g. is attached to a (not shown) adjusting screw, as indicated by arrows in Fig. 1, the armature position at which the power is cut off, can be adjusted with high accuracy so that the upper reversal point of the piston 16 very close to the end face 18th lies without being touched. An average distance of the upper reversal point of the piston from the end face 18 of 0.2 millimeters or even 0.1 millimeters and less can be realized in this way.
Abweichend von der in Fig. 2 und 3 gezeigten Platzierung des Magnetfeldsensors 21 zwischen einem der Polschuhe 7 und dem Anker 10 kommt auch eine Positionierung zwischen den sich gegenüber liegenden Polschuhen 7 der zwei Joche 1 , neben dem Anker 10, in Betracht, wie in Fig. 2 und 3 durch den gestrichelten Umriss eines Magnetfeldsensors 22 angedeutet. Bei dieser Ausgestaltung überlagern sich in der Ankerstellung der Fig. 2 die Magnetfelder der Joche 1 und des Ankers 10 am Ort des Magnetfeldsensors 22 gleichsinnig, während sie sich in der Stellung der Fig. 3 gegensinnig überlagern. Das heißt, wenn sich der Anker 10 dem oberen Umkehrpunkt nähert, nimmt die vom Sensor 22 erfasste Feldstärke ab, so dass bei dieser Ausgestaltung die Steuerschaltung 9 den Erregerstrom mit abnehmender Feldstärke reduziert oder ihn ganz ausschaltet, wenn die vom Sensor 22 erfasste Feldstärke einen Grenzwert unterschreitet. Deviating from the placement of the magnetic field sensor 21 between one of the pole shoes 7 and the armature 10 shown in FIGS. 2 and 3, a positioning between the opposing pole shoes 7 of the two yokes 1, in addition to the armature 10, comes into consideration, as shown in FIG 2 and 3 are indicated by the dashed outline of a magnetic field sensor 22. 2, the magnetic fields of the yokes 1 and of the armature 10 are superimposed in the same direction at the location of the magnetic field sensor 22, while they are in the position of FIG. 3 overlay in opposite directions. That is, when the armature 10 approaches the upper reversal point, the field strength detected by the sensor 22 decreases, so that in this embodiment, the control circuit 9 reduces the exciting current with decreasing field strength or completely turns it off when the field strength detected by the sensor 22 is a limit below.

Claims

Patentansprüche claims
1. Reversierender Linearantrieb mit wenigstens einer zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes mit Strom beaufschlagbaren Erregerwicklung (8) und einem in dem Wechselfeld zwischen einem ersten und einem zweiten1. Reversing linear drive with at least one for generating an alternating magnetic field can be acted upon by current exciter winding (8) and one in the alternating field between a first and a second
Umkehrpunkt beweglichen magnetischen Anker (10), gekennzeichnet durch einen Magnetfeldsensor (21 , 22), der einem Magnetfeld des Ankers (10) ausgesetzt ist, und eine Steuerschaltung (9) zum Steuern eines in die Erregerwicklung (8) eingespeisten Erregerstroms anhand einer von dem Magnetfeldsensor (21 , 22) erfassten Magnetfeldstärke.Reversal point movable magnetic armature (10), characterized by a magnetic field sensor (21, 22) which is exposed to a magnetic field of the armature (10), and a control circuit (9) for controlling an exciting current fed into the exciter winding (8) using one of the Magnetic field sensor (21, 22) detected magnetic field strength.
2. Linearantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Umkehrpunkt der Magnetfeldsensor (21 , 22) einem ersten Magnetpol (6a, 6c) des Magnetfelds näher benachbart ist als einem zweiten Magnetpol (6b, 6d) und an dem zweiten Umkehrpunkt der Magnetfeldsensor (21 , 22) dem zweiten2. Linear drive according to claim 1, characterized in that at the first reversal point of the magnetic field sensor (21, 22) is closer to a first magnetic pole (6a, 6c) of the magnetic field closer than a second magnetic pole (6b, 6d) and at the second reversal point of Magnetic field sensor (21, 22) the second
Magnetpol (6b, 6d) näher benachbart ist als dem ersten Magnetpol (6a, 6c).Magnetic pole (6b, 6d) is closer to the first magnetic pole (6a, 6c).
3. Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (9) eingerichtet ist, den Erregerstrom abzubrechen, wenn die von dem Magnetfeldsensor (21 , 22) erfasste Magnetfeldstärke eine Schwelle überquert.3. Linear drive according to claim 1 or 2, characterized in that the control circuit (9) is arranged to cancel the exciter current when the magnetic field strength detected by the magnetic field sensor (21, 22) crosses a threshold.
4. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (21 , 22) in Bewegungsrichtung des Ankers (10) justierbar ist.4. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (21, 22) in the direction of movement of the armature (10) is adjustable.
5. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerwicklung (8) an einem Jochkörper (1 ) mit wenigstens drei Polschuhen (7) angebracht ist, der entlang des Weges des Ankers (10) angeordnet ist. 5. Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the exciter winding (8) on a yoke body (1) with at least three pole pieces (7) is mounted, which is arranged along the path of the armature (10).
6. Linearantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (21 , 22) in Höhe des mittleren der drei Polschuhe (7) angeordnet ist.6. Linear drive according to claim 5, characterized in that the magnetic field sensor (21, 22) in the amount of the middle of the three pole pieces (7) is arranged.
7. Linearantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (21 ) zwischen einem Polschuh (7) und einem dem Polschuh (7) zugewandten Magnetpol des Ankers (10) angeordnet ist.7. Linear drive according to claim 5 or 6, characterized in that the magnetic field sensor (21) between a pole piece (7) and a pole piece (7) facing the magnetic pole of the armature (10) is arranged.
8. Linearantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Jochkörper (1 ) und ein zweiter Jochkörper (1 ) einen Spalt (2) begrenzen, der sich in der Bewegungsrichtung des Ankers (10) und einer dazu orthogonalen Richtung erstreckt und in dem der Anker (10) beweglich ist, und dass der8. Linear drive according to claim 5 or 6, characterized in that the one yoke body (1) and a second yoke body (1) define a gap (2) which extends in the direction of movement of the armature (10) and an orthogonal direction thereto and in which the armature (10) is movable, and that the
Magnetfeldsensor (22) in dem Spalt (2) in der orthogonalen Richtung dem Anker (10) benachbart angeordnet ist.Magnetic field sensor (22) in the gap (2) in the orthogonal direction adjacent to the armature (10) is arranged.
9. Linearverdichter mit wenigstens einem in einer Verdichterkammer (17) rever- sierend beweglichen Kolben (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) durch einen Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche angetrieben ist.9. linear compressor with at least one in a compression chamber (17) rever- sierend movable piston (16), characterized in that the piston (16) is driven by a linear drive according to one of the preceding claims.
10. Linearverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- Schaltung (9) eingerichtet ist, den Erregerstrom abzubrechen, wenn die10. A linear compressor according to claim 9, characterized in that the control circuit (9) is adapted to cancel the excitation current when the
Entfernung des Kolbens (16) von einer Stirnseite (18) der Verdichterkammer (17) einen Grenzwert unterschreitet.Removal of the piston (16) from an end face (18) of the compression chamber (17) falls below a limit.
11. Linearverdichter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung des Kolbens (16) von der Stirnseite (18) an einem oberen11. A linear compressor according to claim 9 or 10, characterized in that the removal of the piston (16) from the end face (18) at an upper
Umkehrpunkt der Kolbenbewegung kleiner als 0,2 mm ist. Reversal point of piston movement is less than 0.2 mm.
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