DE1038074B

DE1038074B - Electromagnetic compressor fed from the AC network and oscillating at half the network frequency, especially for small refrigeration machines

Info

Publication number: DE1038074B
Application number: DEB38284A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Bayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-10-15
Filing date: 1954-10-15
Publication date: 1958-09-04

Description

Aus dem Wechselstromnetz gespeister und mit halber Netzfrequenz schwingender elektromagnetischer Kompressor, insbesondere für Kleinkältemaschinen Es sind verschiedene Ausführungen von Schwingkompressoren mit hin- und hergehendem Kolben, vorzugsweise für Kleinkältemaschinen, bekannt, die elektromagnetisch oder elektrodynamisch angetrieben werden. Bei den bis jetzt bekanntgewordenen Ausführungen ist eine der größten Schwierigkeiten bei direktem Anschluß an das Wechselstromnetz die hohe Kolbengeschwindigkeit, die davon herrührt, daß die bekannten Schwingkompressoren alle mit einer erzwungenen Schwingzahl von 50 oder 100 Schwingungen je Sekunde arbeiten, was bei Kolbenkompressoren normaler Bauart einer Drehzahl von 3000 bzw. 6000 Umdrehungen je Minute entspricht.Supplied from the AC network and oscillating at half the network frequency electromagnetic compressor, especially for small refrigeration machines. There are several Versions of swing compressors with reciprocating piston, preferably for small refrigeration machines, known that are driven electromagnetically or electrodynamically will. One of the greatest difficulties is with the designs that have become known up to now with direct connection to the alternating current network, the high piston speed, the comes from the fact that the known swing compressors all with a forced Oscillation rate of 50 or 100 oscillations per second work, which is what piston compressors do normal design corresponds to a speed of 3000 or 6000 revolutions per minute.

Die hohe Kolbengeschwindigkeit macht Schwierigkeiten bei der hinreichenden Dimensionierung der Ventilquerschnitte und der Schwingfedern, mit denen (las schwingende System etwa auf Resonanzfrequenz abgestimmt werden muß. Außerdem wird die Lebenslauer durch die hohe Kolbengeschwindigkeit ungünstig beeinflußt. Es ist bereits bekannt, daß man bei elektrodynamischen Schwingantrieben, bei denen auf Grund der Gleichstromvormagnetisierung die Schwingfrequenz gleich der Erregerfrequenz ist, diese Schwingfrequenz auf die Hälfte herabsetzen kann, bei Erregung mit 50-Hz-Wechselstrom also auf 25 Hz, indem man den Schwingantrieb so baut, daß das die wechselstromgespeiste Ankerwicklung durchsetzende Magnetfeld zu beiden Seiten der Mittelstellung des Schwingankers entgegengesetzte Richtung hat. Elektrodynamische Schwingantriebe haben jedoch den Nachteil, daß für ihren Betrieb zwei Stromquellen benötigt werden und daß der Aufwand an Wicklungen verhältnismäßig groß ist.The high piston speed makes it difficult to achieve sufficient Dimensioning of the valve cross-sections and the oscillating springs with which (las oscillating System must be tuned to about the resonance frequency. In addition, the Lebenslauer will adversely affected by the high piston speed. It is already known that with electrodynamic vibratory drives, where due to the direct current bias the oscillation frequency is equal to the excitation frequency, this oscillation frequency to the Half, when excited with 50 Hz alternating current, so to 25 Hz by the vibratory drive is built in such a way that the alternating current-fed armature winding is used penetrating magnetic field opposite on both sides of the central position of the oscillating armature Has direction. However, electrodynamic vibratory drives have the disadvantage that for their operation requires two power sources and that the cost of windings is relatively large.

Bei elektromagnetischen Schwingantrieben ist es bekannt, durch Anwendung einer Vormagnetisierung oder durch Verwendung permanentmagnetischer Anker die mechanische Schwingfrequenz gleich der Netzfrequenz zu machen, eine weitere Herabsetzung der Schwingfrequenz ist bei dieser Anordnung nicht möglich. Eine solche Herabsetzung der mechanischen Schwingfrequenz auf die Frequenz des speisenden Wechselstromes wird auch durch eine gezahnte Ausbildung des Ankers und/oder der Magnetpole erreicht. Das schwingende System ist hierbei auf die Frequenz des Wechselstromes abgestimmt, und in der Ausgangslage stehen die Ankerzähne auf Lücke der Ständerpolzähne. Der Anker wird bei der ersten Halbwelle beispielsweise nach links und bei der zweiten Halbwelle dann entgegengesetzt nach rechts bewegt.In electromagnetic vibratory drives, it is known by application a premagnetization or by using permanent magnetic armature the mechanical To make the oscillation frequency equal to the mains frequency, a further reduction of the Oscillation frequency is not possible with this arrangement. Such a belittling the mechanical oscillation frequency to the frequency of the feeding alternating current is also achieved by a toothed design of the armature and / or the magnetic poles. The oscillating system is tuned to the frequency of the alternating current, and in the starting position the armature teeth are on the gap between the stator pole teeth. Of the In the first half-wave, the anchor is, for example, to the left and in the second Half-wave then moved in the opposite direction to the right.

Es ist ferner bekannt, durch Einweggleichrichtung ebenfalls eine Schwingfrequenz gleich der Netzfrequenz zu erzielen. Um auch bei solchen elektromagnetischen Schwingantrieben die Schwingfrequenz weiter herabzusetzen, ist ein Vorschlag bekanntgeworden, der dies auf rein elektrischem Wege erreicht, indem außer der Gleichrichtung des Speisewechselstromes noch Zeitkreise bzw. Stromtore angewendet werden, die eine Löschung überzähliger Halbwellen des speisenden Wechselstromes bewirken und damit Schwingfrequenzen erzeugen, die Subharmonische des Netzwechselstromes sind. Diese rein elektrische Methode der Herabsetzung der Schwingfrequenz hat aber erhebliche Nachteile. Zunächst ist für die Löschung der überzähligen Halbwellen ein beträchtlicher Aufwand an zusätzlichen Schaltmitteln erforderlich, und außerdem ist dadurch, daß jeweils nur ein Bruchteil der zugeführten elektrischen Energie im Erregermagneten selbst nutzbar gemacht wird, ein außerordentlich schlechter Wirkungsgrad vorhanden.It is also known to produce an oscillation frequency by means of one-way rectification equal to the line frequency. To also with such electromagnetic vibratory drives To further reduce the oscillation frequency, a proposal has become known that this is achieved in a purely electrical way, in addition to the rectification of the alternating feed current Time circuits or power gates are still used, which delete superfluous Cause half waves of the feeding alternating current and thus generate oscillation frequencies, are the subharmonics of the mains alternating current. This purely electrical method of However, reducing the oscillation frequency has considerable disadvantages. First is for the deletion of the surplus half-waves a considerable effort in additional Switching means required, and in addition is that only a fraction of each the supplied electrical energy is made usable in the exciter magnet itself, an extremely poor degree of efficiency.

An sich ist auch bereits eine mit halber Frequenz des speisenden Wechselstromes schwingende elektromagnetische Vorrichtung bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Schlagwerkzeug mit einem frei schwingenden Anker, der während; der positiven Wellen aufeinanderfolgender Vollperioden des speisenden Wechselstromes im Rhythmus der Periodenzahl dieses Stromes in wechselnder Richtung in den Kraftfluß einer Erregerspule gezogen wird. Der schwingende Anker muß so abgestimmt sein, daß die positive Erregerwelle gegen Null geht, wenn er gerade durch die Spule fliegt, so daß er in eine solche Endlage gelangen kann, daß er bei der nächsten positiven Welle von der Spule wieder zurückgezogen wird. Die ist erforderlich, da die zur Umkehr des Ankers erforderliche Kraft vom Magnetsystem selbst geleistet werden muß. Für einen Kompressor ist dieses System nicht brauchbar, da mit steigendem Gegendruck der frei schwingende Anker nicht mehr aus dem Bereich der Spule gelangen könnte und in dieser festkleben würde.In itself there is already one at half the frequency of the feeding alternating current vibrating electromagnetic device known. It is a Striking tool with a freely oscillating armature, which during; of positive waves successive full periods of the feeding alternating current in the rhythm of the Number of periods of this current in alternating direction in the power flow of an excitation coil is pulled. The oscillating armature must be tuned so that the positive exciter wave goes to zero when it just flies through the coil, so that it is in such a Can reach the end position that he again with the next positive wave from the coil is withdrawn. This is necessary because the one required to reverse the anchor Force must be provided by the magnet system itself. For a compressor, this is The system cannot be used, since the freely oscillating one with increasing counterpressure anchor could no longer get out of the area of the coil and stick in it.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei elektromagnetischen Schwingkompressoren, insbesondere für Kleinkältemaschinen, einen einfacheren Weg zur Herabsetzung der Kolbengeschwindigkeit, d. h. der mechanischen Schwingfrequenz, zu finden.The invention is based on the problem of electromagnetic Swing compressors, especially for small refrigeration machines, an easier way to reduce the piston speed, d. H. the mechanical vibration frequency, to find.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß bei einem aus dem Wechselstromnetz gespeisten elektromagnetischen Kompressor die bekannte Halbwellensteuerung mit dem ebenfalls bekannten, aus einem gezahnten Anker und/oder gezahnten Magnetpolen bestehenden elektromagnetischen System kombiniert und gleichzeitig die Resonanzabstimmung des schwingenden Systems mit Hilfe von Federn auf 25 Hz vorgenommen ist.The solution to this problem is according to the invention that in a The known electromagnetic compressor fed from the AC network Half-wave control with the also known, from a toothed armature and / or Toothed magnetic poles existing electromagnetic system combined and at the same time the resonance tuning of the oscillating system was carried out with the help of springs to 25 Hz is.

Durch diese gemeinsame Anwendung eines rein elektrischen Merkmals mit konstruktiven Merkmalen ist es gelungen, die erwünschte niedrigere Schwingfrequenz praktisch ohne zusätzlichen Aufwand zu realisieren. Es werden außer dem Einweggleichrichter außerhalb des Magnetsystems keinerlei zusätzliche Schaltelemente wie bei der rein elektrischen Methode benötigt, und auch das Magnetsystem erfordert keine zusätzlichen Wicklungen für eine Vorerregung od. dgl., sondern kommt mit einer einzigen Erregerwicklung aus. Auch die Energieverluste sind nicht größer als bei über Einweggleichrichter gespeisten und mit Netzfrequenz schwingenden Schwingantrieben.Through this joint application of a purely electrical feature with design features it has been possible to achieve the desired lower oscillation frequency to be implemented with practically no additional effort. There are except for the half-wave rectifier outside of the magnet system, there are no additional switching elements as with the pure electrical method is required, and the magnet system does not require any additional Windings for a pre-excitation or the like, but comes with a single excitation winding the end. The energy losses are also no greater than with half-wave rectifiers powered vibratory drives that oscillate at mains frequency.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles eines elektromagnetischen Schwingkompressors beschrieben werden. Die Abbildung zeigt diese Anordnung. Der Schwingkompressor besteht danach aus einem Magnetgestell l mit geteilten Polen 2, 3 bzw. 2', 3', aus einem Anker 4 und einer aus zwei Teilwicklungen 5, 6 bestehenden Erregerwicklung. Diese ist über einen nicht dargestellten Einweggleichrichter, der beispielsweise die negativen Halbwellen unterdrücken möge, an das Netz geschaltet. Mit dem Anker starr verbunden ist der Kolben 8 eines Kompressors, der in einem Zylinder 10 geführt ist. Der konstruktive Aufbau des Zylinders ist so getroffen, daß der Zylinderraum durch ein vom Kolben bei größeren Schwingweiten vor sich her schiebbares Zwischenventil 11 unterteilt ist, wobei der abgetrennte Raum auf der Druckseite als Vorkammerraum dient. der seinerseits durch ein Druckventil 15 im Zylinderdeckel 9 gegen die Druckleitung abgeschlossen ist. Dieser Kompressorteil hat mit der eigentlichen Erfindung an sich nichts zu tun, er wurde nur zum Verständnis der Abbildung kurz beschrieben.In the following, the invention is based on an exemplary embodiment an electromagnetic vibration compressor are described. The figure shows this arrangement. The vibration compressor then consists of a magnetic frame l with split poles 2, 3 or 2 ', 3', from an armature 4 and one from two partial windings 5, 6 existing excitation winding. This is via a half-wave rectifier, not shown, that may suppress the negative half-waves, for example, is connected to the grid. The piston 8 of a compressor, which is in a cylinder, is rigidly connected to the armature 10 is performed. The structural design of the cylinder is made so that the Cylinder space by a piston that can be pushed in front of it in the case of larger oscillation amplitudes Intermediate valve 11 is divided, the separated space on the pressure side serves as an antechamber. which in turn by a pressure valve 15 in the cylinder cover 9 is completed against the pressure line. This compressor part has to do with the actual Invention to do nothing in itself, he was just short for understanding the figure described.

Die Wirkungsweise der dargestellten Anordnung ist nun folgende: Während einer Halbwelle werde nun beispielsweise das Schwingerblechpaket 4 von den Polschuhen 2 und 2' des Ständerblechpaketes 1 angezogen, so wird während der Strompause, die durch die Unterdrükkung der negativen Halbwelle entsteht, der Schwinger in seine Ruhelage zurückschwingen. Während der nächste@ positiven Stromhalbwelle wird das Schwingerblechpaket 4 von den Polschuhen 3 und 3' angezogen werden. Während der nächsten Strompause schwingt das System wieder in die Ruhelage zurück und hat nunmehr eine vollständige Schwingung ausgeführt. Während dieser Zeit hat aber die speisende Wechselspannung schon zwei Perioden durchlaufen. Das bedeutet, daß z. B. beim Anschluß an das übliche 50-Hz-Wechselstromnetz der Schwingkompressor 25 Schwingungen je Sekunde, also 1500 Hübe je Minute ausführt. Die Ruhelage des schwingenden Systems ist durch Federn festgelegt, und zwar so, daß in der Ruhelage das Schwingerblechpaket zwischen den Ständerblechpaketen steht. Die Eigenfrequenz des Systems muß zur Erzielung großer Schwingungshübe etwa bei der Hälfte der Netzfrequenz, also normalerweise bei 25 Hz liegen. Eine genaue Abstimmung ist aber nicht erforderlich, weshalb die im Netz vorkommenden Frequenzschwankungen keinen schädlichen Einfluß auf die Arbeitsweise des Kompressors haben. Durch die Verwendung des an sich bekannten Schubankers können unabhängig von der Schwingungsweite die voneinander angezogenen Teile des magnetischen Kreises nicht aneinander stoßen.The mode of operation of the arrangement shown is now as follows: During a half-wave will now, for example, the vibrating plate package 4 from the pole pieces 2 and 2 'of the stator core 1 is tightened, then during the power break, the the suppression of the negative half-wave creates the oscillator in his Swing back the rest position. During the next @ positive current half-wave this will be Oscillating plate pack 4 are attracted to the pole pieces 3 and 3 '. During the the next power break, the system swings back into the rest position and has now carried out a full oscillation. During this time, however, the dining room has AC voltage has already passed through two periods. This means that z. B. when connecting to the usual 50 Hz alternating current network of the vibration compressor 25 vibrations per second, thus executes 1500 strokes per minute. The rest position of the oscillating system is through Springs set, in such a way that in the rest position the vibrating plate pack between the stator core. The natural frequency of the system must be large to achieve Oscillation strokes at around half the mains frequency, i.e. usually at 25 Hz. However, precise coordination is not required, which is why they are online Occurring frequency fluctuations do not have a detrimental effect on the operation of the compressor. By using the thrust armature known per se, you can regardless of the oscillation amplitude, the mutually attracted parts of the magnetic Circle do not touch each other.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Supplied from the AC network and with half Mains frequency oscillating electromagnetic compressor, especially for small refrigeration machines, with resonance tuning of the oscillating mechanical system, characterized in that that the well-known half-wave control with the also known, from a toothed Armature and / or toothed magnetic poles combined existing electromagnetic system and at the same time the resonance tuning of the oscillating system with the help of springs is made to 25 Hz.

2. Electromagnetic vibrating compressor according to claim 1, characterized in that the magnet system is designed so that the of the current half-waves resulting force impulses of the same type rigid with the piston Alternately pull the connected anchor into one and the other end position.

3. Electromagnetic Oscillating compressor according to Claims 1 and 2, characterized. that for mutual Movement utilization of the force impulses the oscillating plate package two stator pole shoes are assigned, which are arranged approximately symmetrically in the rest position to the vibrating plate package are, or that corresponding to a stator pole shoe two approximately symmetrical in the rest position associated oscillating plate stacks are assigned to this. Considered publications: German Patent Nos. 503 524, 912 481; U.S. Patent No. 2,554,538.