линейный привод с уменьшенной осевой компонентой усилия, линейный компрессор и холодильный аппарат

Формула изобретения

1. Линейный привод (1), содержащий статор (2) и перемещающийся в нем возвратно-поступательно вдоль оси (3) ползун (7), причем статор (2) содержит намагничивающийся магнитопроводящий сердечник (4) с полюсами (5, 6), причем ползун (7) содержит множество попеременно противоположно поляризованных магнитов (22, 23), расположенных один за другим в направлении оси (3), причем статор (2) содержит, по меньшей мере, две приводных катушки (16, 20), расположенных друг напротив друга относительно ползуна (7), причем попеременно противоположно поляризованные магниты (22, 23) ползуна (7) имеют в направлении оси (3) длину (L2), которая по существу соответствует сумме ширины (В1) полюсов (5, 6) и расстояния (А1) между полюсами (5, 6).

2. Линейный привод по п.1, отличающийся тем, что опора (10, 33) внешнего полюса (6) на внешней стороне относительно направления оси (3) содержит скошенную поверхность (9), в частности, обе опоры (10, 33) внешних полюсов (6) содержат скошенную поверхность (9).

3. Линейный привод по п.2, отличающийся тем, что полюс (5, 6) содержит выступ (12, 13), который вытянут, по меньшей мере, к одному соседнему полюсу (5, 6), в частности полюс (5, 6) содержит два выступа (12, 13), каждый из которых вытянут к соседним полюсам (5, 6).

4. Линейный привод по п.3, отличающийся тем, что выступ (12) предусмотрен на опоре (8) лежащего внутри относительно направления оси (3) полюса (5).

5. Линейный привод по п.3, отличающийся тем, что выступ (12) предусмотрен на опоре (10) лежащего на внешней стороне относительно направления оси (3) полюса (6).

6. Линейный привод по одному из пп.3-5, отличающийся тем, что расстояние (А1) между полюсами (5, 6) вдоль оси (3) благодаря выступу (12, 13) уменьшается минимум на 15%, в особенности минимум на 20%, предпочтительно минимум на 25%.

7. Линейный привод по одному из пп.3-5, отличающийся тем, что выступ (12, 13) вдоль оси (3) в продольном разрезе выполнен трапецеидальным.

8. Линейный привод по одному из пп.2-5, отличающийся тем, что осевой продольный разрез скошенной поверхности (9) по существу соответствует осевому продольному разрезу выступа (12, 13).

9. Линейный привод по одному из пп.2-5, отличающийся тем, что скошенная поверхность (9) образована плоской поверхностью (14).

10. Линейный привод по п.9, отличающийся тем, что плоская поверхность (14) находится под наклоном к оси (3) и имеет угол ( ) к оси (3) в диапазоне от 20 до 70°, в особенности в диапазоне от 20 до 60°, предпочтительно в диапазоне от 40 до 50°.

11. Линейный привод по одному из пп.2-5, 10, отличающийся тем, что скошенная поверхность (9) содержит изогнутую поверхность (15), в особенности выпуклую изогнутую поверхность.

12. Линейный привод по п.1, отличающийся тем, что приводная катушка (16, 20) содержит ось (21) катушки, причем ось (21) катушки в области (11) опор полюсов (5, 6) по существу перпендикулярна оси (3).

13. Линейный привод по одному из пп.1-5, 10, 12, отличающийся тем, что ползун (7) содержит множество магнитов (22, 23), расположенных друг за другом и попеременно противоположно поляризованных в направлении, перпендикулярном оси (3).

14. Линейный привод по одному из пп.1-5, 10, 12, отличающийся тем, что максимальная сила, действующая вдоль оси (3) при рабочем ходе ползуна (7), меньше, чем на 30%, в особенности меньше чем на 20%, предпочтительно меньше чем на 10% максимальной силы, действующей вдоль оси при воздействии тока.

15. Линейный привод (1) по одному из пп.1-5, 10, 12, отличающийся, по меньшей мере, одним из следующих признаков с ( 1) по ( 7):

( 1) полюсы (5, 6) имеют в направлении оси (3) ширину (В1) в диапазоне от 10 до 40 мм, в особенности от 15 до 25 мм;

( 2) скошенная поверхность (9) имеет в направлении, перпендикулярном оси (3), высоту (H1) в диапазоне от 2,5 до 5,5 мм, в особенности в диапазоне от 3,5 до 4,5 мм;

( 3) скошенная поверхность (9) имеет в направлении оси (3) ширину (В2) в диапазоне от 1 до 3 мм, в особенности в диапазоне от 1,5 до 2,5 мм;

( 4) выступы (12, 13) имеют в направлении, перпендикулярно оси (3), высоту (Н2) в диапазоне от 2,5 до 5,5 мм, в особенности в диапазоне от 3,5 до 4,5 мм;

( 5) выступы (12, 13) имеют в направлении оси (3) ширину (В3) в диапазоне от 1 до 3 мм, в особенности в диапазоне от 1,5 до 2,5 мм;

( 6) ползун (7) имеет длину (L1) в направлении оси (3) в диапазоне от 30 до 100 мм, в особенности в диапазоне от 50 до 70 мм;

( 7) полюсы (5, 6) имеют в направлении оси (3) расстояние (А1) между ними в диапазоне от 5 до 20 мм, в особенности от 8 до 12 мм;

16. Линейный компрессор (17), содержащий поршневой блок (26), поршень (27) компрессора, двигающийся в поршневом блоке (26) возвратно-поступательно вдоль оси (3), а также линейный привод (1) для перемещения поршня (27) компрессора, заявленный в одном из пп.1-15.

17. Холодильный аппарат (18), в частности холодильник, и/или морозильник, или кондиционер, содержащий линейный компрессор, заявленный в п.16.

18. Способ охлаждения продуктов (19) и/или сжатия рабочей среды, отличающийся тем, что применяют холодильный аппарат, заявленный в п.17.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к линейному приводу со статором и с перемещающимся в нем возвратно-поступательно вдоль оси ползуном-якорем (далее - ползун), причем статор содержит намагничивающийся сердечник с полюсами, причем полюса вытянуты одной опорой по существу к ползуну. Также изобретение относится к линейному компрессору, к холодильному аппарату, особенно к холодильнику и/или морозильнику или к кондиционеру, а также к способу охлаждения продуктов и/или способу сжатия рабочей среды.

Уровень техники

Линейные приводы с постоянно возбужденными ползунами приводятся в движение направленно посредством соответствующего управления приводными катушками на статоре благодаря тому, что через приводные катушки подается соответствующий ток. Поля катушек проходят через намагничивающийся сердечник с полюсами и фокусируются на участке вокруг ползуна.

DE 699 015 86 Т2 раскрывает электромагнитный линейный приводной механизм, содержащий статорную конструкцию с двумя полюсами, которые возбуждены посредством по меньшей мере одной электрической обмотки. Подвижный узел содержит магнитную опору и намагничивающуюся часть, причем подвижный узел содержит один или два магнита, которые постоянно намагничены в направлении, перпендикулярном плоскости воздушного зазора, и вставлены в углубление подвижной магнитной опоры. При этом статорная часть выполнена из куска ферромагнитного материала, которая содержит полюса и опоры, выполненные в виде полярных утолщений.

В известных решениях возникает проблема, состоящая в том, что точная настройка ползуна затруднена, и особенно возвратно-поступательное движение ползуна не всегда может быть проконтролировано с желаемой точностью. Неточность возвратно-поступательного движения является недостатком, особенно в сочетании с линейными компрессорами, так как здесь требуется по возможности высокая точность позиционирования поршня компрессора, чтобы мертвый объем в поршневом блоке компрессора был как можно меньше. Причина этого в том, что при неконтролируемом движении поршня компрессора, поршень компрессора при очень маленьком безопасном расстоянии между поршневым блоком и поршнем компрессора последний ударяется в корпус поршня или в клапанную пластину, вследствие чего могут быть повреждены клапанная пластина, поршень компрессора и поршневой шток между ползуном и поршнем компрессора. Хотя эта проблема и может быть предотвращена тем, что безопасное расстояние между поршневым блоком и поршнем компрессора будет увеличено достаточным образом, но мертвый объем в корпусе поршня должен быть по возможности малым, чтобы не слишком сильно уменьшать коэффициент полезного действия линейного компрессора.

Известно решение, состоящее в том, чтобы неточности при возвратно-поступательном движении минимизировать посредством регулирования таким образом, что на ползуне располагаются датчики положения, а ползун своевременно тормозится благодаря соответствующей регулировки приводных катушек. Подобные процессы торможения хоть и могут эффективно предотвратить удар поршня компрессора, но являются недостатком для достижения по возможности высокого коэффициента полезного действия, так как энергия торможения теряется для системы.

Раскрытие изобретения

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать линейный привод, линейный компрессор, а также холодильный аппарат, в которых возвратно-поступательное движение подвижных частей может быть проконтролировано по возможности точно, а также создать способ, с помощью которого продукты могут быть охлаждены или рабочая среда может быть сжата особо эффективно и энергосберегающим образом.

Эта задача решается, согласно настоящему изобретению, посредством линейного привода, посредством линейного компрессора, посредством холодильного аппарата, а также посредством способа охлаждения продуктов и/или способа сжатия рабочей среды, как это сказано в независимых пунктах формулы изобретения. Другие преимущественные варианты реализации и развития, которые могут применяться по отдельности или в любой комбинации друг с другом, являются предметом соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.

Как было выяснено, основная часть неточности позиционирования ползуна складывается из взаимодействия ползуна со статором без протекания тока через приводные катушки. Силы между ползуном и статором вызываются тем, что края магнита постоянного тока на ползуне или смена намагничивания постоянного магнита на ползуне взаимодействует с углами полюсов на полюсах сердечника статора. В случае известных линейных приводов ползун, в зависимости от отклонения из своего 5 положения покоя надавливается или в направлении положения покоя, или в направлении от него, даже когда через приводные катушки не течет никакого тока. При симметричном расчете параметров ползуна или статора действие сил, обусловленное взаимодействием, будет центрально-симметричным вдоль продольной оси относительно положения покоя. Так как действие сил приводных катушек, по которым протекает ток, по возможности должно быть независимым от отклонения ползуна, это взаимодействие приводит к нежелательным искажениям характеристики «сила-путь», что приводит к описанным техническим проблемам управления.

В первом варианте реализации изобретения предложенный изобретением линейный привод содержит статор и двигающийся в нем возвратно-поступательно вдоль оси ползун, причем статор содержит намагничивающийся сердечник с полюсами, причем полюса одной опорой проходят по существу в направлении ползуна, и предусматривает, что по меньшей мере одна опора содержит скошенную поверхность. Скошенная поверхность может быть выполнена в виде фаски.

Во втором варианте предложенный изобретением линейный привод содержит статор и двигающийся в нем возвратно-поступательно вдоль оси ползун, причем статор содержит намагничивающийся сердечник с полюсами, причем полюса одной опорой проходят по существу в направлении ползуна, и предусматривает, что ползун содержит множество магнитов, расположенных один за другим в направлении оси, длина которых по существу соответствует сумме ширины и расстояния между полюсами вдоль оси.

В третьем варианте предложенный изобретением линейный привод содержит статор и двигающийся в нем возвратно-поступательно вдоль оси ползун, причем статор содержит намагничивающийся сердечник с полюсами, причем полюса одной опорой проходят по существу в направлении ползуна, причем ползун содержит множество магнитов, расположенных один за другим в направлении оси, и предусматривает, что соответствующая длина магнитов вдоль оси и/или соответствующая ширина полюсов вдоль оси и/или соответствующее расстояние между полюсами вдоль оси различные по той причине, что компоненты усилий магнитов вдоль оси в обесточенном состоянии линейного привода по существу компенсируют друг друга.

Таким образом, та часть силы, которая имеется и без воздействия тока, может быть ограничена до значения менее 30%, особенно до значения менее 20%, предпочтительно до значения менее 10% номинальной силы линейного привода при работе при неизменяющемся токе.

Посредством соответствующего выбора длины, ширины и расстояния, вклад силы, создаваемый взаимодействием первой опоры с первой кромкой первого магнита, по меньшей мере частично компенсируется компонентой усилия второй опоры со второй кромкой первого или второго магнита. Посредством согласования длин магнитов на ползуне с шириной полюсов и с расстоянием между полюсами вдоль оси, может быть согласована силовая компонента усилия ползуна, действующая вдоль оси ползуна в обесточенном состоянии линейного привода, причем, по меньшей мере, частично взаимно уничтожаются, в частности, вклады сил, созданные отдельными опорами или концами магнитов.

Преимущественно статор содержит по меньшей мере одну приводную катушку, с помощью которой может быть создано магнитное поле. Статор содержит намагничивающийся сердечник, который состоит особенно из множества многослойных листов, выполненных из магнитомягкого материала. Сердечник может быть выполнен в виде сердечника катушки, то есть он по меньшей мере частично окружен катушкой, которая под воздействием тока вызывает соответствующую намагниченность в сердечнике и приводит к соответствующей концентрации магнитного поля в области ползуна. Сердечник подает магнитное поле к ползуну и имеет для этого полюса, которые проходят в направлении ползуна. Полюса имеют на своем свободном конце, то есть на конце, указывающем на ползун, по одной опоре. Опора может содержать выпуклость, выступающую вдоль оси за полюс, или содержать выступ.

В альтернативном варианте реализации статор может быть оснащен постоянным магнитом и не иметь приводной катушки; в этом случае приводная катушка предусмотрена на ползуне.

Было выяснено, что нежелательная осевая компонента усилия, возникающая в результате взаимодействия между опорой и ползуном, может быть сокращена посредством того, что по меньшей мере одна опора содержит скошенную поверхность. Скошенная поверхность может быть образована посредством снятия фаски. Скошенная поверхность может быть как плоской, так и выпуклой, причем выпуклость может быть выпуклой или вогнутой. Предпочтительна выпуклая, то есть изогнутая наружу поверхность.

Эти три варианта могут применяться вместе или независимо друг от друга. Особо предпочтительна комбинация первого и второго вариантов, а также комбинация первого и третьего вариантов.

С помощью изобретения устраняется недостаток известных решений, состоящий в том, что вследствие взаимодействия полюсов или опор с ползуном возникают компоненты усилия, которые накладываются на собственную, производимую током катушки силу, и вызывают асимметричную форму характеристики «сила-путь» ползуна. Асимметрия существенно уменьшается, а управление ползуном существенно упрощается. Как следствие, линейный привод может работать точно и эффективно, то есть несмотря на высокую точность позиционирования работать с небольшим количеством торможений или без них. Тем самым достигается высокая надежность.

Преимущественно следует подвергнуть опору фасонной обработке, с учетом взаимодействие между опорой и ползуном также и в обесточенном состоянии приводной катушки.

Под нелинейными компонентами усилия понимаются те центрально-симметричные относительно точки симметрии компоненты усилия, которые могут быть представлены с помощью нелинейного полинома. Линейными силовыми компонентами являются те центрально-симметричные относительно точки симметрии компоненты усилия, которые могут быть представлены полиномом с исключительно линейными экспонентами. Посредством соответствующего выбора длины, расстояния и ширины относительно друг друга может быть уменьшена доля нелинейных компонентов усилий вдоль оси в общей силе вдоль оси или доля компонентов усилий, существующих без воздействия тока, вдоль оси в номинальной общей силе линейного привода вдоль оси под воздействием тока до значения менее 30%, особенно до значения менее 20%, предпочтительно до значения менее 10%.

Общая сила - это максимальная сила, которую испытывает на себе ползун, когда линейный привод эксплуатируется с сопоставленным ему неизменяющимся номинальным рабочим током.

Посредством различной длины, ширины и расстояния соответствующие магниты и опоры взаимодействуют друг с другом так, что уменьшается действие силы в осевом направлении в обесточенном состоянии. Уменьшение компонент усилий всегда относится к рабочей области ползуна, то есть касается только тех компонент усилий, которые возникают в течение рабочего хода ползуна. При этом компоненты усилий, лежащие вне рабочей области, не рассматриваются.

В различных вариантах реализации на взаимодействие ползуна с полюсами намагничивающегося сердечника на статоре влияние оказывается в той мере, что будут уменьшены нежелательные осевые компоненты усилий, имеющиеся уже в обесточенном состоянии линейного привода.

В одном из вариантов реализации опора на внешней стороне относительно направления оси имеет скошенную поверхность. В особенности обе внешних опоры содержат скошенную поверхность. С помощью скошенной поверхности уменьшается локальное искажение магнитного поля на внешней опоре, вследствие чего уменьшаются компоненты усилия, действующие в продольном направлении.

В другом варианте реализации опора содержит выступ, который вытянут по меньшей мере к одной соседней опоре. Особенно предусмотрено два выступа на опоре, которые вытянуты к соседним опорам. Посредством комбинации скошенной поверхности на опоре и выступа на той же самой и/или на другой опоре может оказываться влияние на компоненты усилий в продольном направлении. При этом выступы преимущественно предусмотрены на опорах, лежащих вдоль оси внутри, причем на опоре предусмотрено по два выступа.

На обеих внешних опорах предусмотрено преимущественно по одной скошенной поверхности и по одному выступу. Выступ может быть предусмотрен на внутренней опоре, лежащей внутри относительно направления оси.

Выступ может быть предусмотрен также на внешней опоре, лежащей снаружи относительно направления оси.

Благодаря выступу расстояние между обеими полюсами вдоль оси может быть уменьшено минимум на 15%, в особенности минимум на 20%, предпочтительно минимум на 25%. Тем самым расстояние между двумя соседними полюсами может быть сокращено более чем на 15%, в особенности более чем на 40% или более чем на 50%, если обе соседние полюса содержат выступ, указывающий на другой выступ.

Выступ может быть трапецеидальным вдоль оси в продольном разрезе. Преимущественно, осевой продольный разрез скошенной поверхности по существу соответствует осевому продольному разрезу выступа.

Скошенная поверхность может быть образована плоской поверхностью, которая расположена накпонно к оси и имеет угол наклона к оси в диапазоне от 20° до 70°, в особенности в диапазоне от 20° до 60°, предпочтительно в диапазоне от 40° до 50°. Скошенная поверхность может быть также изогнутой, в особенности выпуклой, то есть выступать наружу.

В другом варианте реализации предусмотрены один внутренний полюс и два полюса, соседние вдоль оси. Статор содержит преимущественно по меньшей мере две приводные катушки, направление витков которых по существу перпендикулярно оси, и причем катушки находятся на одной стороне оси. Магниты намагничены в направлении, перпендикулярном оси.

Статор может содержать по меньшей мере одну приводную катушку, особенно по меньшей мере две приводных катушки, расположенных друг напротив друга относительно ползуна. Приводная катушка содержит ось катушки, причем ось катушки в области опор полюсов по существу перпендикулярна оси.

Преимущественно ползун содержит множество расположенных вдоль оси один за другим, попеременно противоположно поляризованных магнитов, особенно множество магнитов, расположенных друг за другом и попеременно противоположно поляризованных в направлении перпендикулярно оси. Магнитное поле магнита составляет преимущественно на полюсах по меньшей мере 0,6 Тл, предпочтительно по меньшей мере 0,8 Тл.

В преимущественном варианте реализации ползун содержит множество магнитов, расположенных друг за другом в направлении оси, длины которых различны.

При этом, например, друг за другом может быть расположено три магнита, причем оба внешних магнита имеют одинаковую длину, которая отличается от длины внутреннего магнита, расположенного между обоими внешними магнитами. При этом магниты расположены симметрично, однако различные длины действуют так, что действующая вдоль направления оси сила, вызванная первым полюсом и первым магнитом, по меньшей мере, частично компенсируется действующей в противоположном направлении вдоль оси силой, вызванной вторым полюсом и вторым магнитом.

Подобным образом статор может содержать более трех полюсов, ширина которых различна. Далее, статор может содержать более трех полюсов, причем расстояния между полюсами вдоль оси различны. Также и благодаря расчету ширины и соответствующих расстояний между полюсами может быть достигнута взаимная компенсация сил в осевом направлении.

В предпочтительном варианте ползун имеет множество магнитов, расположенных друг за другом в направлении оси, длина которых относительно ширины и расстояния между полюсами вдоль оси рассчитаны так, что силы отдельных магнитов вдоль оси без воздействия тока приводной катушки взаимно компенсируются по меньшей мере частично, и особенно что посредством рабочего хода ползуна действующая вдоль оси максимальная сила меньше, чем 30%, особенно меньше чем 20%, предпочтительно меньше чем 10% максимальной силы, действующей вдоль оси при воздействии тока. Максимальная сила определяется на линейном приводе при неизменном максимальном номинальном токе внутри рабочей области. Посредством суперпозиции и накладывания отдельных сил существенно уменьшается нежелательная общая сила вдоль оси. Это упрощает регулирование линейного привода и, тем самым, улучшает управление возвратно-поступательным движением ползуна.

В специальном варианте реализации предложенный изобретением линейный привод содержит, по меньшей мере, один из следующих признаков с ( 1) по ( 8):

( 1) полюса (5, 6) имеют в направлении оси (3) ширину (В1) в диапазоне от 10 мм до 40 мм, в особенности от 15 мм до 25 мм;

( 2) скошенная поверхность (9) имеет в направлении перпендикулярно оси (3) высоту (Н1) в диапазоне от 2,5 мм до 5,5 мм, в особенности в диапазоне от 3,5 мм до 4,5 мм;

( 3) скошенная поверхность (9) имеет в направлении оси (3) ширину (В2) в диапазоне от 1 мм до 3 мм, в особенности в диапазоне от 1,5 мм до 2,5 мм;

( 4) выступы (12, 13) имеют в направлении перпендикулярно оси (3) высоту (Н2) в диапазоне от 2,5 мм до 5,5 мм, в особенности в диапазоне от 3,5 мм до 4,5 мм;

( 5) выступы (12, 13) имеют в направлении оси (3) ширину (В3) в диапазоне от 1 мм до 3 мм, в особенности в диапазоне от 1,5 мм до 2,5 мм;

( 6) ползун (7) имеет длину (L1) в направлении оси (3) в диапазоне от 30 мм до 100 мм, в особенности в диапазоне от 50 мм до 70 мм;

( 7) полюса (5, 6) имеют в направлении оси (3) расстояние (А1) в диапазоне от 5 мм до 20 мм, в особенности от 8 мм до 12 мм;

( 8) предусмотрено множество магнитов (22, 23) и множество полюсов (5, 6), и длина (L2) магнитов (22, 23) в направлении оси (3) соответствует по существу сумме ширины (В1) и расстояния (А1) между полюсами (5, 6) вдоль оси (3).

При этом признаки с ( 1) по ( 8) могут применяться отдельно или в любой комбинации друг с другом. Особенно преимущественной является комбинация признаков с ( 1) по ( 8).

В специальном варианте реализации по меньшей мере одна опора линейного привода содержит скошенную поверхность, а ползун содержит множество магнитов, расположенных друг за другом в направлении оси, длина которых по существу соответствует сумме ширины и расстояния между полюсами вдоль оси.

Предложенный изобретением линейный компрессор содержит поршневой блок, а также поршень компрессора, двигающийся в поршневом блоке возвратно-поступательно вдоль оси, а также предложенный изобретением линейный привод. Преимущества предложенного изобретением линейного привода переносятся на линейный компрессор таким образом, что движение поршня компрессора может регулироваться особо точно, вследствие чего поршень компрессора может направляться особенно близко к клапанной пластине в поршневом блоке, и, таким образом, мертвый объем может сохраняться особенно небольшим. Тем самым, коэффициент полезного действия линейного компрессора увеличивается, и сжатие рабочей среды, особенно хладагента, может быть достигнуто эффективно и энергосберегающим образом.

Холодильный аппарат, особенно холодильник и/или морозильник или кондиционер, содержит предложенный изобретением линейный привод и/или предложенный изобретением линейный компрессор. По причине улучшенной возможности регулирования или возможности управления движением поршня компрессора холодильный аппарат может эксплуатироваться точнее, надежнее, эффективнее и с большей экономией энергии.

Предложенный изобретением способ охлаждения продуктов и/или сжатия рабочей среды применяет предложенный изобретением линейный привод, предложенный изобретением линейный компрессор и/или предложенный изобретением холодильный аппарат. Благодаря эффективной, надежной и энергосберегающей работе линейного привода, линейного компрессора и/или холодильного аппарата делается возможным эффективное, надежное и энергосберегающее охлаждение продуктов или сжатие рабочих сред. Тем самым, возможно особо эффективное охлаждение продуктов.

Поршень компрессора опирается бесконтактно преимущественно с помощью газовой подушки, то есть с помощью стенки корпуса, имеющей отверстия, причем через отверстия нагнетается рабочая среда, которая образует газовую подушку между поршнем компрессора и стенкой корпуса.

Краткое описание чертежей

Другие преимущественные подробности и особые варианты реализации поясняются далее с помощью следующих чертежей, которые не ограничивают настоящее изобретение, а только иллюстрируют его в качестве примера. На них схематично показано следующее.

Фиг.1: предложенный изобретением линейный компрессор в продольном разрезе вдоль оси движения.

Фиг.2: предложенный изобретением линейный компрессор в продольном разрезе вдоль оси движения.

Фиг.3: предложенный изобретением холодильный аппарат с применением предложенного изобретением линейного компрессора по фиг.2.

Фиг.4: график, который показывает воздействие отдельных компонент силы на ползун при постоянном токе для известных решений.

Фиг.5: график, который показывает воздействие отдельных компонент силы на ползун при постоянном токе для предложенного изобретением линейного привода.

Осуществление изобретения

Фиг.1 показывает предложенный изобретением линейный привод 1 в продольном разрезе вдоль оси 3 движения и вдоль оси 21 приводной катушки 16, 20 на статоре 2. Линейный привод 1 содержит статор 2 и ползун 7, причем ползун 7 осциллирующим образом движется возвратно-поступательно вдоль оси 3 между двумя точками возврата. Статор 2 содержит магнитопроводящий сердечник 4 с внутренним полюсом 5 и двумя внешними полюсами 6, каждый из которых содержит опоры 8, 33, проходящие по существу в направлении ползуна 7. На внутреннем полюсе 5 расположена внутренняя опора 8, а на внешнем полюсе 6 расположена внешняя опора 10, 33. Опоры 8, 10, 33 содержат скошенную поверхность 9 и/или выступ 12, 13. Скошенная поверхность 9 может быть выполнена в виде плоской поверхности 14 или в виде выпуклой изогнутой поверхности 15. Внутренняя опора 8 имеет первый выступ 12 и второй выступ 13, которые направлены соответственно к соседним внешним опорам 10, 33. Выступы 12, 13 вдоль оси 3 в продольном разрезе являются трапециевидными. Ползун 7 содержит первый магнит 22 и второй магнит 23, которые намагничены в направлении перпендикулярно оси 3 и имеют разную полярность. Магниты 22, 23 намагничены параллельно друг другу. Магниты 22, 23 взаимодействуют с опорами 8, 10, 33. Статор 2 содержит расположенные друг напротив друга относительно ползуна 7 приводные катушки 16, 20, ось 21 катушек которых расположена перпендикулярно оси 3. Посредством выступов 12, 13 и скошенных поверхностей 9 осевые компоненты сил на ползуне 7, которые воздействуют на ползун 7 даже без протекания тока через приводные катушки 16, 20, существенно уменьшаются, особенно уменьшается нелинейная силовая компонента ползуна 7 вдоль оси 3. Расстояние А1 между полюсами 5, 6 вдоль оси 3 составляет 10 мм. Ширина В1 полюсов 5, 6 в направлении вдоль оси 3 составляет 20 мм. Ширина В2 скошенной поверхности 9 в направлении вдоль оси 3 составляет 2 мм. Ширина В3 выступов 12, 13 в направлении вдоль оси 3 составляет 2 мм. Длина L1 ползуна 7 вдоль оси составляет 60 мм. Длина L2 магнитов 22, 23 ползуна 7 составляет 30 мм. Высота Н1 скошенной поверхности 9 в направлении перпендикулярно оси 3 составляет 4 мм. Высота Н2 выступов 12, 13 в 10 направлении перпендикулярно оси 3 составляет 4 мм. Угол составляет примерно 45°, длина D1 составляет 15 мм, длина D2 составляет 35 мм, длина D3 составляет 4,1 мм, длина D4 составляет 6 мм.

Фиг.2 показывает предложенный изобретением линейный компрессор 17 с предложенным изобретением линейным приводом 1 в разрезе, причем ползун 7 линейного привода 1 двигается возвратно-поступательно вдоль оси 3. Ползун 7 передает силу через поршневой шток 28 на поршень 27 компрессора, причем поршень 27 компрессора бесконтактно опирается в поршневом блоке 26 с помощью стенки 30, содержащей отверстия 29, посредством рабочей среды, подаваемой через ввод 32 и протекающей через отверстия 29. Поршневой шток 28 имеет два узких участка 31. С помощью узких участков 31 могут восприниматься изгибающие усилия и предотвращаться перекашивания, что особо важно особенно для поршня 27 компрессора, опирающегося с помощью газовой подушки. Благодаря этому делается возможным скольжение поршня 27 компрессора вдоль стенки 30 с малыми потерями на трение. Поршневой блок 26 содержит клапанную пластину 34, а также всасывающее подключение 35 и напорное подключение 36 соответственно. Посредством равномерного распределения сил вдоль оси 3 упрощается контроль движения ползуна 7, и достигается улучшенная точность движения поршня 27 компрессора. Это делает возможным большее приближение поршня 27 к клапанной пластине 34 на поршневом блоке 26, и, таким образом, может быть уменьшен мертвый объем, находящийся перед клапанной пластиной 34, и при этом поршень 27 компрессора не ударяет о клапанную пластину 34.

Фиг.3 показывает предложенный изобретением холодильный аппарат 18, выполненный в виде холодильника, при помощи которого продукты 18 могут эффективно, надежно и плавно охлаждаться. Холодильный аппарат 18 содержит предложенный изобретением линейный компрессор 17.

Фиг.4 показывает график, который представляет силовые компоненты в направлении оси 3 при постоянном номинальном токе катушки в известном линейном приводе. Сплошная линия 38 показывает полную силу, действующую на ползун 7. Пунктирная линия 40 показывает нелинейную составляющую, соответствующую силе, когда через приводные катушки 16, 20 не протекает ток. Пунктирная линия 39 показывает линейную составляющую, которая возникает, когда через приводные катушки 16, 20 протекает номинальный ток катушки. Как можно видеть, в известном линейном приводе нелинейная составляющая 40 приводит к существенной асимметрии общей действующей силы 38, и, таким образом, управление ползуном 7 должно происходить в зависимости от хода Х перемещения, что делает регулирование или управление линейным приводом 1 существенно сложнее.

Фиг.5 показывает график, который воспроизводит различные составляющие силовых воздействий для предложенного изобретением линейного компрессора 1 в зависимости от хода перемещения ползуна 7 из его центрального положения. Видно, 15 что нелинейная составляющая силовой компоненты вдоль оси 3 существенно уменьшена, и, таким образом, общая сила в следующем диапазоне от -11 мм до +10 мм примерно постоянная. В обесточенном состоянии приводных катушек 16, 20 на ползун 7 действует существенно уменьшенная сила.

Изобретение относится к линейному приводу 1, содержащему статор 2 и ось 3, а также двигающийся возвратно-поступательно ползун 7, причем статор 2 содержит намагничивающийся магнитопроводящий сердечник 4 с полюсами 5, 6, причем полюса 5, 6 направлены одной опорой 8, 10 по существу к ползуну 7, причем, по меньшей мере, одна опора 8, 10 содержит скошенную поверхность 9, или ползун содержит множество магнитов 22, 23, расположенных один за другим в направлении оси 3, причем соответствующие длины L2 магнитов 22, 23 вдоль оси 3 и соответствующие ширины В1 полюсов 5, 6 вдоль оси 3 и/или расстояния А1 между полюсами 5, 6 вдоль оси 3 выполнены различными таким образом, что компоненты усилий на ползуне 7 вдоль оси 3 в обесточенном состоянии линейного привода 1 уменьшаются. Изобретение относится также к линейному компрессору, к холодильному аппарату и к способу охлаждения и, соответственно, к способу сжатия рабочей среды. Изобретение отличается тем, что посредством того, что опоры 8, 10 содержат скошенную поверхность 9 или посредством соответствующего выбора длин, ширин и расстояний между полюсами 5, 6 уменьшаются нежелательные компоненты усилий вдоль оси 3, и, таким образом, достигается улучшенная возможность управления или регулирования возвратно-поступательным движением ползуна 7.