DE1638439B2 - Durch einen vom Wechselstromnetz gespeisten Elektromotor angetriebener Kolbenkompressor - Google Patents

Description

a) Der Elektromotor ist ein kollektorloser Gleichstrommotor mit einer aus einem einzigen Wicklungsstrang (7) bestehenden Ständerwicklung, die in Abhängigkeit von einem die Läuferstellung umfassenden Drehstellungsdetektor (Hilfswicklung 8, 8') mittels eines steuerbaren Halbleiterschalters (Schalttransistor 9) über einen Gleichrichter (10)

stör (9) angelegt ist, dem im Augenblick des Anlaufes die Steuerspannung netzseitig zugeführt ist (Fig. 4).

an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ^a° ^ho£f Verluste erzeugt

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenkompressor der im Oberbegriff des Hauptanspruchs bezeichneten Art. Derartige Anordnungen sind allgemein bekannt.

Die Kapsel beansprucht einen erheblichen Einbau- ; raum, wobei vor allem die bisher zum Antrieb ver- _ wendeten Asynchronmotoren die Baugröße der Kapsel beeinflußten. Asynchronmotoren benötigen relativ viel Kupfer und Eisen. Sie weisen weit ausladende Wickelköpfe auf. Auch im Leerlauf werden relativ

ist.

b) Der Läufer des Elektromotors weist ein dauermagnetisches Polrad (4) auf, welches im Ruhezustand des Motors durch ein Kraftglied (Feder S) um einige Winkelgrade in den Drehwinkelbereich gedreht ist, in welchem der Motor ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen vermag.

c) Das Läuferpolrad ist im Ruhezustand um einen Winkel von bis zu 60° in Drehrichtung, ausgehend von der unteren Totpunktlage des Kompressorkolbens, gedreht.

d) Die Nenndrehzahl des kollektorlosen Gleichstrommotors ist größer als die Synchroi drehzahl des 2poligen Induktionsmotors.

2. Kolbenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsstrang (7) als das Ständerjoch umschließende Spule ein-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Baugröße der Kapsel zu verringern. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Kollektorlose Gleichstrommotoren mit einer aus einem einzigen Wicklungsstrang bestehenden Ständerwicklung, die in Abhängigkeit von einem die Lau-

einen Winkel von bis zu 60° in Drehrich- ³° ^ferstellung erfassenden Drehstel ungsdetektor mitte s

eines steuerbaren Halbleiterschalters an das Wechselspannungsnetz angeschlossen werden, sind an sich bekannt, beispielsweise nach »Feinwerktechnik«,

strommotors ist größer als die Synchron- f^eP^{tember 1958}' ^Ηί* ⁹'^S- 299 bis 309. Solche Mo-HrPh^hl ή** 9.nnlia«n TnHnttinnsmntn™ 35 toren weisen gegenüber Asynchronmotoren Vorteile

auf. Wegen des dauermagnetischen Polrades fließt in der Ständerwicklung praktisch kein Magnetisierungsstrom, so daß insbesondere bei geringer Belastung nur niedrige Verluste entstehen. Da ein elek-

seitig neben dem Raum des Läuferpolrades (4) 40 tronisch kommutierter Motor die Möglichkeit bietet, angeordnet ist. eine wesentlich höhere Nenndrehzahl zu wählen als

3. Kolbenkompressor nach Anspruch 1 oder 2, der synchronen Drehzahl eines zweipoligen Asyndadurch gekennzeichnet, daß als Drehstellungs- chronmotors entspricht, ergeben sich bei gleicher detektor eine Hilfswicklung (8, 8') verwendet ist Leistung kleinere Abmessungen. Bei erfindungsge- und daß dem als Schalttransistor (9) ausgeführ- 45 mäßer gegenseitiger Anpassung des bekannten elekten steuerbaren Halbleiterschalter im Augenblick tronisch kommutierten Gleichstrommotors und des des Anlaufes des kollektorlosen Gleichstrommo- Kolbenkompressors ergibt sich ein vorteilhafter Getors eine Steuerspannung zugeführt ist. samtaufbau.

4. Kolbenkompressor nach Anspruch 3, da- Da die zeitlich mittlere Verlustleistung des Motors durch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung im 50 geringer ist, kann im Hinblick auf die Wärmeabfuhr Augenblick des Anlaufes durch den Ladestrom- die Kapseloberfläche verkleinert werden. Das ist auch stoß eines Kondensators (11) hervorgerufen ist konstruktiv möglich, da der elektronisch kommu-(Fig. 2). tierte Motor kleinere Abmessungen als ein leistungs-

5. Kolbenkompressor nach Anspruch 3, da- gleicher Asynchronmotor aufweist. Die einsträngige durch gekennzeichnet, daß auf der Motorwelle 55 Ausführung der Ständerwicklung läßt eine besonders ein dauermagnetisches Kommutierungspolrad flache Bauart zu, so daß der Motor, Kompressor und (16) angeordnet ist, daß die Polweiten des Nord- die erforderlichen Hilfselemente in einer flachen und des direkt danebenliegenden Südpols des quaderförmigen Kapsel untergebracht werden kön-Kommutierungspolrades und auch die Weite der nen. Da bei einer einsträngigen Wicklung nur relativ von dem Kommutierungspolrad beeinflußten 60 wenig elektronische Bauteile erforderlich sind, ist der

36o° — r ,_., _._ erfindungsgemäß aufgebaute Antrieb mit geringem

Hilfswicklung (8') jeweils

betragen, wo-

Aufwand herstellbar.

bei τ der Drehwinkel ist, über welchem der Mo- Elektronisch kommutierte Motoren mit einsträngi-

tor ein Drehmoment erzeugt, und daß die in der ger Wicklung haben jedoch die Eigenart, daß sie nur Hilfswicklung (8') induzierte Spannung nach 65 über einen bestimmten Drehwinkelbereich des Läufers ein Drehmoment bilden. In an sich bekannter Weise wird durch eine Feder oder durch ein anderes Kraftglied dafür gesorgt, daß der Läufer bei ausge-

Gleichrichtung in einer eine Sperrung bewirkenden Polarität an den Steueranschluß des dem Wicklungsstrang (7) vorgeschalteten Schalttransi-

schaltetem Motor in eine Stellung gezogen wird, aus welcher er mit Sicherheit anläuft. Der Motor ist in der Weise dem Kompressor zugeordnet, daß der Drehwinkelbereich, in welchem der Motor ein Drehmoment bildet, praktisch mit dem Bereich übereinstimmt, in dem der Kompressor Drehmoment benötigt. Der Läufer überwindet ohne Schwierigkeiten die belastungsfreie Zone mit Hilfe der gespeicherten kinetischen Energie.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind an Hand der Zeichnung erläutert.

F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Kompressorantriebs gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt ein Prinzipschaltbild eines elektronisch kommutierten, einsträngigen Gleichstrommotors, welcher mittels einer im Motor angeordneten Hilfswicklung kommutiert wird;

F i g. 3 zeigt eine aus einem Kommutierungspolrad und einer gesehnten Hilfswicklung bestehende Kommutierungseinrichtung;

F i g. 4 zeigt eine Schaltung eines mit der Kommutierungseinrichtung nach F i g. 3 elektronisch kommutierten Gleichstrommotors.

Der im Zylinder 1 geführte Kolben 2 wird über die Pleuelstange 3 vom dauermagnetischen Läuferpolrad 4 angetrieben. Durch die Feder 5 ist die Polachse relativ zur Achse der im Ständer 6 angeordneten Ständerwicklung, welche aus einem einzigen Wicklungsstrang 7 besteht, um einige Winkelgrade gedreht, so daß bei Ansteuerung eines der Wicklung vorgeschalteten steuerbaren Halbleiterschalters ein Drehmoment erzeugt wird. In dieser Stellung hat der Kolben 2 bereits seine untere Totpunktlage verlassen. Es wird vorgeschlagen, daß sich bei der Haltestellung der Läufer um bis zu 60°, ausgehend von der unteren Totpunktlage des Kolbens, weiterbewegt hat, weil dann der Drehwinkelbereich, in dem der Motor Drehmoment erzeugt, vorteilhaft mit dem Drehwinkelbereich des vom Kolben herrührenden höchsten Drehmomentbedarfs übereinstimmt.

Eine besonders flache Kapsel wird ermöglicht, wenn der Wicklungsstrang 7 als das Ständerjoch umschließende Spule einseitig neben dem Raum des Läuferpolrades 4 angeordnet ist. In bekannter Weise können die Steuerimpulse zur Ansteuerung des steuerbaren Halbleiterschalters von einem Hallgenerator erzeugt werden. In den Zeichnungen ist jedoch eine schaltungstechnisch weniger aufwendige Lösung dargestellt. Die Ansteuerung, auch elektronische Kommutierung genannt, erfolgt durch die gleichachsig zur Ständerwicklung 7 gewickelte Hilfswicklung 8. Die in dieser induzierte Spannung wird der Basis des Schalttransistors 9 (F i g. 2) zugeführt. Der erste Ansteuerungsimpuls beim Einschalten des Motors wird durch den Ladestromstoß bewirkt, welcher durch den dem Gleichrichter 10 nachgeschalteten Kondensator 11 fließt. Dem Kondensator ist ein Widerstand 12 parallel geschaltet, welcher bei Abschaltung des Motors durch den Schalter 13 den Kondensator 11 entlädt, so daß beim erneuten Einschalten ein neuer Ladestromstoß erfolgen kann.

An den Stellen 14 und 15 sind die Leitungsdurch-. führungen durch die Gehäusewand der Kapsel angedeutet.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zur Erzielung eines selbsttätigen Anlaufs bei Verwendung nur einer Hilfswicklung zeigen die F i g. 3 und 4. Auf der Motorwelle ist das Kommutierungspolrad 16 befestigt. Dieses induziert in der Hilfswicklung 8' eine Wechselspannung über einen Winkelbereich τ. Diese wird gleichgerichtet und der von der Speisespannung erzeugten Basisspannung entgegengeschaltet, so daß der Schalttransistor 9 nur dann leitend wird, wenn die Spannung der Hilfswicklung 8' verschwindet. Bei Einschalten des Motors ist der Schalttransistor 9 stets leitend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Durch einen vom Wechselspannungsnetz gespeisten Elektromotor angetriebener Kolbenkompressor, insbesondere für eine Kältemaschine, bei welchem das aus Motor und Kompressor bestehende Antriebsaggregat in einer gasdicht geschlossenen Kapsel untergebracht ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: