专利名称：真空泵的振动活塞式驱动装置及该驱动装置的运行方法
技术领域：
本发明涉及一种用于真空泵的振动活塞式驱动装置，它具有一个具有两个活塞段和一个配置有一个驱动磁铁的中间区域的活塞、一些为所述活塞段配备的圆柱段、一个设置在所述圆柱段之间的、处在一个中间磁轭高度上的环形凹槽，该凹槽构成了驱动磁铁的运动空间，以及一个围绕活塞的电磁驱动装置，它具有磁轭构件和位于中间磁轭侧向的线圈。此外，本发明还涉及用于该驱动装置的运行方法。
总体来说，在此涉及的发展和结构设计的目标就是改善一种真空泵的泵效率或泵效能(抽吸能力，压缩特性)，并且尽量地在保持相同、优选地为更小的结构体积和/或减少能量消耗的条件下。这一目标的意义还在于，在开发或设计一个所述类型的泵的过程中，所采取的必要措施不应该降低泵的效率。
发明内容
本发明的任务是提出一种振动活塞式驱动装置，该振动活塞式驱动装置减少了泵效率的降低。
根据本发明，这一任务是通过权利要求所述的特征来实现的。
从WO 00/63 556，图8中已知有一种上文所述类型的振动活塞式驱动装置。它具有一系列构件(线圈、极性构件、圆柱体等)，它们与驱动装置磁铁的运动空间邻接并且影响到泵的效率。因此存在有如下危险性，即运动空间通过在各构件或电流引线之间的缝隙与外界环境相连。空气经过这样的缝隙能侵入运动空间并提高了在泵运行期间在运动空间所形成的低压。密封这些缝隙的措施(比如粘接剂或密封材料层)可能降低电磁驱动装置的工作效率，因为它们增加了各构件间的相互距离。
在本发明任务的一个第一解决方案中建议，用一个缝隙管在外围形成所述凹槽的边界。一个在外围上形成驱动装置磁铁运动空间的边界的管段减少了汇入该运动空间中的缝隙数量，这样便进一步根除了在该空间中发生不希望的压力升高的危险性。管的壁厚可以很小，比如1mm以下，这样便可忽略对电磁驱动装置效率的不良影响。
缝隙管的适宜材料为那些具有良好滑动特性的材料，例如塑料、铝、优质钢等(非铁磁-或仅仅弱铁磁性的)。缝隙管也可替补性地由一种强铁磁材料制成，且其壁厚至少在中间磁轭之外的各段范围内这样来选择，使得驱动磁铁当它处于中间磁轭之外的范围中时能将各个段磁化到饱和为止。这种缝隙管的结构方式具有如下作用，即它成为了驱动装置的一个部分。各饱和了的段对于所属线圈的磁场实际上已不再存在。其作用效果起到对该线圈的一个气隙扩展并导致对该线圈电感的减少。于是当驱动磁铁位于该线圈范围内时，会在一个线圈中形成电流，亦即所属缝隙管段被饱和。因此较小的电感意味着在给定电压时能快速形成电流。用该电流产生的磁场，驱动磁铁现在便被从该线圈朝着轴向相对的线圈推斥。驱动磁铁对该缝隙管的饱和作用便消失了。由于电流现在具有所需的值，电感的增加便不会产生干扰。
这种作用原理的前提条件是，驱动磁铁的磁场要比线圈的磁场强。当不是这种情况时，那么线圈磁场实际上便“转让”给了缝隙管中驱动磁铁的磁场(两磁场方向是相反的)，且饱和的情况便马上被消除。但对于这种驱动装置所需的力却仅仅是采用足够强的诸如稀土磁铁那样的磁铁来实现的。在这些磁铁中始终能满足上述前提条件。
本发明的实施例使我们看到，适宜的做法是将对线圈的供电这样来控制，使得各自仅有一个线圈流有电流。由此当驱动磁铁位于一个线圈范围中时，便能精确建立起该线圈中的电流。
一种采用半导体开关来控制驱动装置的方法能避免进一步的损耗。为说明这种改善的情况，要重新从WO 00/63 556的图8所示的线性驱动装置说起。在这种线性驱动装置中，两线圈之一的磁场仅在活塞上产生一个力，条件是当所属活塞段处于该线圈范围内时。另外一个-流有电流的-线圈此时不起作用。在通常的电流同时流经两个线圈的情况下，会在线圈中产生较之力的产生所需的损失更多的损失。此外，电流同时流经两个线圈也意味着，控制电路必须处于这样的状况，即电流的两个极被接通或切断。这样不仅增加了功率损耗，也增加了控制电路的成本。
在本发明的一个第二个解决方案中建议每一个线圈仅配备一种电流极性，亦即一个线圈被配以正极性，而另一个被配以负极性。比如，可将50Hz电网交流电流的两个极性“分配”给两个线圈。这一情况可采用一个简单的闸流晶体管调节器来实现。每个半波的电流幅值可通过一个简单便宜的相位截止控制器来调节，比如象在钻床中已知的情况那样。
相位截止控制器的输入信号比如-针对一种泵应用情况(压力、电网电压、泵级数)预先给定，-由电网电压确定，-由一个用于确定活塞位置的传感器预先给定，或-由一个用于观察阀运动的传感器预先给定。
活塞的提升频率在所有情况下都由输入的交流电流的频率所决定。
该种措施的优点一方面在于线圈中的损耗被降低，因为此时仅有一个线圈有电流流过。另外，控制电路的结构较简单，因为不再需要电流共同流过两个线圈。
下面借助由图1-3所示的实施例对本发明其他的优点和细节加以说明。
附图中图1为一种具有本发明所述的驱动装置的一个活塞真空泵的剖视图；图2为在缝隙管高度上的一个局部剖视图；图3为一种本发明所述的一种泵的示意图，其中带有给驱动装置线圈供电的装置。
具体实施例方式
各图分别示出了一个带一个活塞2的活塞真空泵1。该活塞2具有活塞段3和4，它们的自由端面分别配有一个圆柱形汲取室5或6。活塞2和汲取室5、6位于一个壳体7中，该壳体7具有用于活塞段3、4的圆柱段8、9。圆柱滑动表面以及所属活塞表面的材料以本身熟知的方式这样选择，使得泵能够以干燥的方式，亦即无需润滑剂而被驱动。
活塞2配有一个线性驱动装置。它在活塞一侧包括一个永磁铁环11，该永磁铁环11将活塞2围绕在其中间区域中。永磁铁环11在一个环绕活塞2的环形空间(凹槽12)中运动。在定子一侧，活塞侧的永磁铁12还配有另外的永磁铁环13、14，它们分别构成了环形凹槽12的轴向边界。在这些永磁铁环的高度上还端接有圆柱段8、9。
线性驱动装置的定子一侧的组成部件还有线圈15、16。它们部分地为磁轭构件17、18所包围，并且与磁轭构件一起环绕圆柱段8或9。线圈15、16之间以及磁轭17、18之间具有一个环形中间磁轭19，其内表面朝向环形室12。线圈15、16中电流流过的方式为，由它们所产生的以及由磁轭构件17-19所产生的磁场与永磁铁环11、13和14的磁场以所需的方式实现交流作用。活塞2应该围绕其中间位置振动，这样活塞端面在该振动运动期间能够实现其泵吸功能。
为实现所需的泵吸作用，压缩室5、6分别配有一个入口阀和一个出口阀(仅在图1中示出)。每个入口阀具有一个入口孔21或22，它们分别位于一个外入口室23或24和各对应的汲取室5或6之间。入口孔21、22被设计成在各自的圆柱壁8或9上的槽缝式、径向伸展的通孔。活塞段3和4在当它们采取其两个死点位置(各自在圆柱段被拉回的位置)之一时释放各自的入口孔。出口阀26、27分别配置在端面侧。其闭锁件28、29将各自的压缩室5或6与一个出口室31、32隔开，直到它们被各自的活塞段3或4(在高的压差下且也被所产生的压力)所打开为止。闭锁件28、29被形成为在整个圆柱段3、4的截面上伸展的、柔性的圆盘，它们在中央固接在壳体7上并且在外围由所产生的压力或由活塞2的端面操纵。活塞端面为此被做成凹形。构成圆柱段8、9的构件的端面具有阀座的功能。
总共有两个压缩级。它们可以串联地或并联地运行。这方面的细节此处未作介绍。
在所有的图中均用数字34表示缝隙管。它环绕环形室或凹槽12，并伸展直至定子磁铁环13、14的区域中。
图2示出，缝隙管34具有两个侧向的带有较小壁厚的段35、36和一个较大壁厚的中间段。侧向段35、36的壁厚在1mm以下，优选地为0.7mm。在这种壁厚下，当驱动磁铁11位于段35、36附近时，通过该驱动磁铁产生了所需的饱和。在中间区的较大的壁厚只有当缝隙管必须具有一个足够的机械强度时才是必要的。
图3仅仅示意性地示出了带线性驱动装置的真空泵1。另外还示出一种用于根据本发明的对线圈15、16供电的实施形式。经接线41将交流电，优选地为50Hz电网电流输入给两个闸流晶体管调节器42、43，这两个闸流晶体管调节器的每个都与一个线圈15或16连接。调节器42仅让交流电的正半周通过，调节器43则仅让其负半周通过。两线圈的供电因此不再是同时的，而是交替地各自仅具有两电流极性之一。从分别在电流输入区域中和在调节器42、43和线圈15、16之间描述的电流/时间图44、45、46中可以看出根据本发明的对线圈的供电方式。线圈15、16适宜地被以下述方式接入到各自的供电回路中，使得它们把推斥力施加在驱动磁铁11上。活塞因此以输入交流电流的频率围绕其中央位置进行振动。
永磁铁13、14适宜地被如此极化，使得它们在驱动磁铁上施加一个推斥作用。这一解决方案的优点是，可以省略掉将活塞拉回至其中点的机械弹簧。
权利要求
1.一种用于真空泵(1)的振动活塞式驱动装置，它具有-一个活塞(2)，该活塞具有两个活塞段(3、4)和一个配备有一个驱动磁铁(11)的中间区域，-一些为所述活塞段(3、4)配备的圆柱段(8、9)，-一个设置在所述圆柱段(8、9)之间的、处在一个中间磁轭(19)高度上的环形凹槽(12)，该环形凹槽(12)构成了驱动磁铁(11)的运动空间，-一个环绕活塞(2)的电磁驱动装置，它具有磁轭构件(17、18、19)和位于中间磁轭侧向的线圈(15、16)，其特征为一个缝隙管(34)在外围形成所述凹槽(12)的边界。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征为缝隙管(34)由一种具有好的滑动特性的材料，诸如塑料、铝、优质钢等制成。
3.如权利要求1所述的驱动装置，其特征为缝隙管(34)由铁磁材料制成。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征为有定子永磁铁(13、14)在轴向并在中间磁轭区域之外形成凹槽(12)的边界，并且缝隙管(34)一直延伸到所述定子永磁铁(13、14)的区域内。
5.如权利要求4所述的驱动装置，其特征为定子永磁铁(13、14)被如此磁化，使得它们在驱动磁铁(11)上施加一个推斥力。
6.如权利要求3至5之一所述的驱动装置，其特征为缝隙管(34)的壁厚至少在中间磁轭区域之外这样选择，使得当驱动磁铁(11)位于中间磁轭(19)之外的区域中时，它将当时的缝隙管段(35、36)磁化至饱和为止。
7.如权利要求6所述的驱动装置，其特征为缝隙管(34)在中间磁轭(19)区域中具有一个较大的壁厚。
8.如上述权利要求之一所述的驱动装置，其特征为驱动磁铁(11)为一种稀土磁铁。
9.用于运行具有权利要求1的特征的振动活塞式驱动装置的方法，其特征为对线圈(15、16)的供电进行控制，使得分别只有一个线圈有电流流过。
10.用于运行真空泵(1)的振动活塞式驱动装置的方法，该真空泵(1)具有-一个活塞(2)，该活塞具有两个活塞段(3、4)和一个配备有一个驱动磁铁(11)的中间区域，-一些为所述活塞段(3、4)配备的圆柱段(8、9)，-一个设置在所述圆柱段(8、9)之间的、处在一个中间磁轭(19)高度上的环形凹槽(12)，该环形凹槽(12)形成了驱动磁铁(11)的运动空间，-一个环绕活塞(2)的电磁驱动装置，它具有磁轭构件(17、18、19)以及位于中间磁轭侧向的线圈(15、16)，其特征为对两个线圈(15、16)供以交流电，并且每个线圈仅输入一种电流极性。
11.如权利要求10所述的方法，其特征为如此地对线圈(15、16)供以电流，使得它们在驱动磁铁上施加推斥力。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征为采用闸流晶体管调节器(42、43)调节所需的电流幅值。
13.如权利要求12所述的方法，其特征为借助一个相位截止控制器调节电流幅值。
14.如权利要求13所述的方法，其特征为相位截止控制器的输入信号-针对一种泵应用情况(压力、电网电压、泵级数)预先给定，-由电网电压确定，-由一个用于确定活塞位置的传感器预先给定，或-由一个用于观察阀运动的传感器预先给定。
15.按权利要求13或14所述的方法运行的振动活塞式驱动装置，其特征为设置有闸流晶体管调节器(42、43)，以调节所需电流幅值。
全文摘要
本发明涉及一种用于真空泵(1)的振动活塞式驱动装置，它具有一个具有两个活塞段(3、4)和一个配置有一个驱动磁铁(11)的中间区域的活塞(2)、一些为所述活塞段(3、4)配备的圆柱段(8、9)、一个设置在所述圆柱段(8、9)之间的、处在一个中间磁轭(19)高度上的环形凹槽(12)，该凹槽(12)构成了驱动磁铁(11)的运动空间，并且振动活塞式驱动装置还具有一个环绕活塞(2)的电磁驱动装置，它具有磁轭构件(17、18、19)和位于中间磁轭侧向的线圈(15、16)；为减少泵功率的降低，建议一个缝隙管(34)在外围形成所述凹槽(12)的边界，或这样控制对线圈的供电，使得分别只有一个线圈有电流流过。
文档编号F04B35/00GK1564911SQ02819814
公开日2005年1月12日 申请日期2002年9月28日 优先权日2001年10月6日
发明者鲁道夫·巴内恩, 约瑟夫·霍达普 申请人:莱博尔德真空技术有限责任公司