專利名稱：線性驅動裝置以及線性壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種反向線性驅動裝置，并且還涉及一種使用了這種線性 驅動裝置的壓縮機。
背景技術：
從DE 10 2004 010 403 Al中獲知這種線性驅動裝置和壓縮機。 線性驅動裝置通常包括至少一個勵磁線圈和磁電樞，其中能夠將電流 施加至所述勵磁線圈，以便生成交變磁場，所述磁電樞能夠在第一和第二 反向點之間、在所述線圈的交變磁場中自由移動。因為這種類型的線性驅 動裝置采用簡單的結構就能夠直接驅動這種壓縮機的活塞的反向移動，所 以它們尤其適合作為壓縮機的驅動裝置。然而當使用旋轉驅動裝置時，為 了將驅動裝置的旋轉運動轉換為活塞的期望的反向運動，需要一種(例如) 包括連接至其上的曲軸和活塞桿的機構。這種機構使得制作成本增加并且 導致摩擦損失。然而具有曲軸和活塞桿的結構精確地預先確定了壓縮機活 塞移動的幅值，但是線性驅動裝置的移動的幅值通常不是固定的，而是隨 著施加至勵磁線圈的電功率而發生變化。由這種線性驅動裝置進行驅動的 活塞的小幅值導致這樣的事實在活塞行程的上反向點處，死體積(dead volume)很大而所產生的過壓很小。為了實現壓縮機的高效率，在上反向 點處的死體積必須保持盡可能的小，換句話說，在其上反向點處，活塞必 須盡可能的接近壓縮機腔體的正面。同時，由于活塞與壓縮機腔體的正面 接觸將導致迅速的磨損或者損壞壓縮機，所以還應使得活塞不與壓縮機腔 體的正面接觸。
因此，在操作期間需要監控線性驅動裝置的幅值，并且調節其幅值使 得壓縮機的死體積變得盡可能的小，但是同時要可靠地排除活塞接觸壓縮 機腔體的正面的可能性。 '
為此，上述的DE 10 2004 010 403 Al提出在擋光板(light barrier)和刻度尺(scale)的輔助下跟蹤電樞的位置和速度，其中所述刻度尺能夠與 電樞一起自由移動并且由擋光板透射。該方法要求對擋光板和刻度尺互相 進行精確并且相應地耗時的定位。另外，很難在電樞的被阻擋狀態和擋光 板的光源發生故障的狀態之間進行區分，其中在電樞的被阻擋狀態下，刻 度尺不允許任何光通過并到達擋光板的傳感器。然而在擋光板發生故障的 情況下不正確的調整可能導致活塞接觸壓縮機，并因此損壞壓縮機。
發明內容
本發明的目的是制造一個線性驅動裝置以及裝備有該線性驅動裝置的 線性壓縮機，這能夠實現高壓并同時高度可靠地阻止活塞接觸。
所述目的一方面通過反向線性驅動裝置來實現，所述反向線性驅動裝 置包括至少一個勵磁線圈和磁電樞，其中能夠將電流施加至所述勵磁線圈， 以生成交變磁場，所述電樞能夠在第一和第二反向點之間、在所述交變磁 場中自由移動，其中磁場傳感器暴露至所述電樞的磁場，且所述控制電路 參考由所述磁場傳感器檢測到的磁場強度來控制提供給所述勵磁線圈的勵 磁電流。由于電樞的磁性沒有失效的風險，與擋光板的光源的情況不一樣， 從表明電樞的移動的磁場中沒有檢測到改變的事實中可以可靠地得出所述 移動未發生的結論，并且能夠利用該結果來控制所述勵磁電流，而不存在 所述電樞的移動超過幅值的危險。
為了能夠在電樞移動過程期間利用磁場傳感器檢測到磁場中盡可能大 的改變，在電樞移動的第一反向點處，優選磁場傳感器距電樞的磁場的第 一磁極比距第二磁極更近，而在第二反向點處，磁場傳感器距第二磁極比 距第一磁極更近。
優選設置控制電路，以便在由磁場傳感器檢測到的磁場強度超過閾值 時，終止勵磁電流。由于在使用線性驅動裝置的壓縮機中，由壓縮在所述 壓縮機腔體中的介質的壓力產生的反作用力抑制能夠導致活塞接觸壓縮機 腔體的正面的特定電樞移動，所以勵磁電流的終止將立即導致電樞的強烈 減速以及隨后的方向反轉。
通過使傳感器在電樞的移動方向上可調，還可以調整電樞移動的反向 點，并且尤其可以在活塞的上反向點處將活塞和壓縮機腔體的正面之間的距離設置成非常小但仍然剛好足夠的值，以便可靠地阻止活塞接觸所述正 面。
利用至少三個極靴能夠將勵磁線圈安裝在沿著電樞的路徑布置的磁軛 體上，以便將磁驅動力沿著交變方向施加至電樞上，
在這種情況下，為了在電樞移動過程中將磁場傳感器暴露至三個極靴 的磁場中的盡可能大的改變，將磁場傳感器布置成與三個極靴中的中間的 那個平齊是有利的。
特別地，能夠將磁場傳感器布置在極靴和電樞的面對所述極靴的磁極 之間，利用這種方式，當極靴的極性與電樞的磁極的極性相同時，磁場傳 感器暴露至弱磁場，而當極靴的極性與電樞的磁擇的極性不相同時，其暴 露至強磁場。
如果所述磁軛體和第二磁軛體劃定了在電樞的移動方向以及垂直于該 方向的方向上延伸的間隙的界限，所述電樞能夠在所述間隙中自由移動。 還能夠在所述間隙內沿著所述垂直方向將磁場傳感器布置成與所述電樞相 鄰；在這種情況下，如果在任意一時間將相同的電樞的磁極和極靴的磁極 設置成彼此相對，則磁場傳感器暴露至強場，而在不同的磁極的情況下， 磁場傳感器將檢測到弱場。
本發明的目的還在于一種線性壓縮機，其包括至少一個能夠以反向的 方式在壓縮機腔體中自由移動的活塞，所述線性壓縮機由如上所定義的線 性驅動裝置來驅動。 '
關于這種線性壓縮機，優選設置控制電路，以便在活塞與壓縮機腔體 的正面之間的距離減小到小于極限值時，終止勵磁電流，由此能夠從磁場 傳感器所檢測到的磁場來識別所述距離沒有到達所述極限值。
即使在活塞行程的上反向點處活塞和正面之間的間距非常小的情況 下，在磁場傳感器的輔助下，對電樞移動的控制也使得可靠地避免活塞接 觸壓縮機腔體的正面成為可能。在上反向點處能夠將活塞與正面之間的距 離設置成小于0.2毫米，優選甚至小于0.1毫米。
參考附圖，在伴隨著示范性實施例的描述中闡述了本發明的其他特征和優點。在附圖中
圖1示出了根據本發明的線性壓縮機的示意性圖示；
圖2示出了在圖1中所示的壓縮機的線性驅動裝置的電樞到達該線性 驅動裝置的上反向點之前不久的沿著線II-II穿過該線性驅動裝置的部分截 面圖，以及該線性驅動裝置的空氣間隙中的磁場分布；
圖3示出了與圖2類似的部分截面圖，其示出了在上反向點處的場分布。
具體實施例方式
圖1示出了穿過根據本發明的線性壓縮機的示意性縱向截面，所述壓 縮機例如能夠在諸如冰箱、冷凍機等的制冷設備中用作用于制冷劑的壓縮 機。該壓縮機的線性驅動裝置包括兩個各具有三個臂3、 4、 5的E形磁軛1， 所述三個臂成對地相對設置。在所有情況下，互相面對的臂3、 4、 5的端 部形成劃定空氣間隙2的界限的極靴7。將勵磁線圈8安裝至各中央臂4的 周圍。利用控制電路9能夠將電流施加至勵磁繞組8，其中將所述兩個勵磁 繞組8中的電流方向定義成使得在所有情況下中央臂4的極靴7形成不同 的磁極。在所有情況下，外部臂3和5的極靴形成與中央臂4不同的磁極。
在空氣間隙2中，將電樞IO懸掛在上反向點和下反向點之間的兩個彈 簧11上，從而能夠以反向方式自由移動。利用實線來表示在上反向點處電 樞10的位置，而利用虛線來表示在下反向點處電樞10的位置。在所有情 況下彈簧11是具有多個形成Z字形的臂12的、由金屬片材沖出的板簧。 每個彈簧11的臂12從電樞10上的中央工作點相互鏡像地延伸至磁軛1也 固定至其上的剛性支架(未示出)上的懸掛點13。作為這種布置的結果， 彈簧能夠很容易在電樞10的縱向上發生變形而很難在垂直于電樞10的任 意方向上發生變形，使得彈簧在其縱向上以可反轉的方式引導電樞10。
基本上是桿狀的電樞10在其中央區域包括具有四個磁極6a、 6b、 6c 和6d的永磁體14。其中當彈簧ll處于松弛狀態時，通過對繞組8施加電 流，電樞10根據電流的方向轉向至左邊或者右邊，在彈簧11的松弛狀態 中，各彈簧ll的臂12基本上位于同一個平面內，'磁體14置于空氣間隙2 的中央，并且分別在圖1中的左邊磁極6a、 6c和右邊磁極6b、 6d之間的邊界線15從中央穿過中央臂4。
在這種情況下，電樞10驅動壓縮機腔體17中的活塞16，腔體17也連 接至未示出的支架。用于待壓縮的介質的入口 19和出口 20設置在壓縮機 腔體的正面18上，為了防止介質通過入口 19流出壓縮機腔體17或者介質 通過出口20流入，所述入口 19和出口 20各設置有閥門(未示出)。因此， 通過電樞10移動至圖1中的左邊，在入口 19處將介質吸入壓縮機腔體17， 并且通過移動至右邊而利用出口 20再次排出。在操作期間一方面為了確保 經壓縮的介質從腔體17中完全排出并另一方面避免對壓縮機腔體17的造 成任何損壞，在活塞移動的上反向點處活塞16必須盡可能地靠近正面18， 而不接觸它。
為此，將例如Hall探針的磁場傳感器21與中央臂4平齊地置于空氣間 隙2中，所述磁場傳感器21連接至控制電路9，以便控制施加至勵磁繞組 8的電流。
圖2和圖3示出了在電樞10的不同移動狀態下將磁場傳感器21暴露 至磁場。關于圖2所示的結構，在圖1中以II-II表示的、穿過磁場傳感器 21的截面中，磁軛1和電樞10的相同磁極在所有情況下均彼此相對設置。 只要邊界線15位于磁場傳感器21的面向遠離壓縮機腔體17的一側，大部 分電樞移動給出這種結構。在截面中，磁軛l的和電樞10的相同磁極互相 排斥，兩個中央臂4吸引電樞10的兩個左邊磁極6a、 6c而通過右邊臂5 吸引電樞10的兩個右邊磁極6b、 6d。向右的驅動力作用在電樞10上。在 磁場傳感器21的位置，磁軛1和電樞10的相反磁場互相抵消，結果由傳 感器21檢測到的磁場強度很低。
一旦邊界線15通過了截面II-II，截面II-II中磁軛1和電樞10的不同 磁極在所有情況下均彼此相對設置。最終的場結構如圖3所示。在磁場傳 感器21的位置，磁軛1和電樞10的場沿著相同的方向疊加，結果，磁場 傳感器21檢測到高磁場強度。這樣利用這種情況當傳感器21檢測到的 磁場強度增加時控制電路9為繞組8向下調整勵磁電流，或者如果由傳感 器21檢測到的磁場強度超過了預定的極限值則簡單地終止勵磁電流。
如果將勵磁電流切斷，將不再有磁場驅動力作用于電樞10上，并且壓 縮在壓縮機腔體17中的介質的壓力使活塞大大地減速。在勵磁電流終止之后活塞16進一步移動的路徑取決于一系列參數，諸如勵磁電流停止后活塞 和電樞的動能、彈簧11的復原力、活塞16的截面面積以及壓縮在腔體17 中的介質的壓力，所述這些參數在實際操作狀態下不改變或者基本不改變， 因此在給定的應用中可以認為勵磁電流終止之后活塞進一步移動的路徑幾 乎是常數。由于將磁場傳感器21懸掛，從而其在沿著電樞10移動的方向 上是可調的，例如在圖1中以箭頭表示的調節螺母(未示出)上，因此能 夠以高精度來設置電流終止發生處的電樞位置，使得活塞16的上反向點非 常接近于正面18而不接觸它。采用這種方式能夠將活塞的上反向點與正面 18的平均距離實現為0.2毫米、甚至0.1毫米或更少。
作為如圖2和圖3中所示的將磁場傳感器21置于極靴7之一和電樞10 之間的變型，將磁場傳感器定位于兩個磁軛1的彼此相對設置的極靴7之 間、電樞10旁邊也是可能的，如圖2和圖3中以虛線輪廓所示的磁場傳感 器22。關于這種結構，在圖2中所示的電樞位置，磁軛1和電樞10的磁場 在磁場傳感器22的位置沿著相同的方向疊加，而在圖3中所示的位置，它 們沿著相反的方向疊加。這意味著當電樞接近上反向點時，由傳感器22檢 測到的場強度降低，因此在該結構中，在場強度降低時控制電路9降低勵 磁電流，或者如果由傳感器22檢測到的場強度降低到低于極限值時則完全 終止勵磁電流。
權利要求
1、一種反向線性驅動裝置，包括至少一個勵磁線圈(8)和磁電樞(10)，其中能夠將電流施加至所述勵磁線圈(8)以生成交變磁場，所述電樞(10)能夠在第一和第二反向點之間、在所述交變磁場中自由移動，其特征在于磁場傳感器(21，22)以及控制電路(9)，其中所述磁場傳感器(21，22)暴露于所述電樞(10)的磁場，所述控制電路(9)用于參考由所述磁場傳感器(21，22)檢測到的磁場強度來控制饋入到所述勵磁線圈(8)的勵磁電流。
2、 如權利要求1所述的線性驅動裝置，其特征在于，在所述第一反向 點處所述磁場傳感器(21， 22)距所述磁場的第一磁極(6a， 6c)比距第二 磁極(6b， 6d)更近，并且在所述第二反向點處所述磁場傳感器(21， 22) 距所述第二磁極(6b， 6d)比距所述第一磁極(6a, 6c)更近。
3、 如權利要求l或2所述的線性驅動裝置，其特征在于，設置所述控刺屯蹄、"，以使仕出尸丌處敝吻傳恐益"i， 22;>恆測到的尸;r還磁吻強反 超過閾值時，終止所述勵磁電流。
4、 如前述權利要求中的一項所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述傳感器(21， 22)在所述電樞(10)的移動方向上是可調的。
5、 如前述權利要求中的一項所述的線性驅動裝置，其特征在于，利用 至少三個極靴(7)將所述勵磁線圈(8)安裝在沿著所述電樞(10)的路 徑布置的磁軛體(1)上。
6、 如權利要求5所述的線性驅動裝置，其特征在于，將所述磁場傳感 器(21， 22)布置成與所述三個極靴(7)中的中間的那個平齊。
7、 如權利要求5或6所述的線性驅動裝置，其特征在于，將所述磁場傳感器(21)布置在極靴(7)和所述電樞(10)的面對所述極靴(7)的 磁極之間。
8、 如權利要求5或6所述的線性驅動裝置，其特征在于，所述一個磁 軛體(1)和第二磁軛體(1)劃定了在所述電樞(10)的所述移動方向上 以及垂直于所述電樞(10)的所述移動方向的方向上延伸的間隙(2)的界 限，所述電樞(10)能夠在所述間隙(2)中自由移動，并且其特征還在于， 所述磁場傳感器(22)在所述間隙(2)中沿著所述垂直方向設置成與所述 電樞(10)相鄰。
9、 一種線性壓縮機，包括至少一個能夠以反向的方式在壓縮機腔體 (17)中自由移動的活塞(16)，其特征在于，通過如前述權利要求中的一項所述的線性驅動裝置來驅動所述活塞(16)。
10、 如權利要求9所述的壓縮機，其特征在于，設置所述控制電路(9)， 以便在所述活塞(16)與所述壓縮機腔體(17)的正面(18)之間的所述 距離減小到低于極限值時，終止所述勵磁電流。
11、 如權利要求9或10所述的線性壓縮機，其特征在于，在所述活塞 行程的上反向點處所述活塞(16)與所述正面(18)之間的所述距離小于 0.2mm。
全文摘要
一種線性驅動裝置，包括至少一個可以施加用于產生交變磁場的電流的勵磁線圈(8)、在所述交變場的第一和第二反向點之間可移動的磁電樞(10)、暴露至所述電樞(10)的磁場的磁場傳感器(21，22)以及用于利用所述磁場傳感器(21，22)所檢測到的磁場強度來控制饋入到所述勵磁線圈(8)的勵磁電流的控制電路(9)。
文檔編號H02K33/02GK101529701SQ200780038733
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月17日 優先權日2006年10月19日
發明者C·克爾克恩杰克, C·邁爾斯霍菲爾, S·迪爾 申請人:Bsh博世和西門子家用器具有限公司