BRPI0419016B1

BRPI0419016B1 - Compressor linear

Info

Publication number: BRPI0419016B1
Application number: BRPI0419016-5A
Authority: BR
Inventors: Choi Bong-Jun; Kim Hyun; Shin Jong-Min; Jang Chang-Yong; Park Shin-Hyun; Jeon Young-Hoan; Roh Chul-Gi
Original assignee: Lg Electronics Inc.
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2018-02-14
Also published as: DE112004002958B4; BRPI0419016A; CN101014769A; US20090232666A1; DE112004002958T5; CN100549414C; WO2006025620A1; JP2008511792A

Abstract

compressor linear a presente invenção divulga um compressor linear no qual um pistão (6) é acionado por um motor linear (10) e alternado linearmente do lado de dentro de um cilindro (4) para succionar, comprimir e descarregar refrigerantes. embora o carregamento varie, o compressor linear executa a operação em um estado de ressonância, estimando a freqüência natural do pistão (6), e sincronizando a freqüência de operação do motor linear (10) com a freqüência natural do pistão (6), e manipula eficientemente o carregamento, variando a capacidade de compressão, mudando o curso (5) do pistão (6).

Description

(54) Título: COMPRESSOR LINEAR (51) Int.CI.: F04B 35/04; H02K 33/02 (73) Titular(es): LG ELECTRONICS INC.

(72) Inventor(es): BONG-JUN CHOI; HYUN KIM; JONG-MIN SHIN; CHANG-YONG JANG; SHINHYUN PARK; YOUNG-HOAN JEON; CHUL-GI ROH

COMPRESSOR LINEAR

II

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CAMPO TÉCNICO

A presente invenção diz respeito a um compressor linear que pode rapidamente superar o carregamento e melho5 rar a eficiência de compressão, sincronizando uma freqüência de operação de um motor linear com uma freqüência natural de um elemento móvel que varia pelo carregamento, e variando o curso do elemento móvel de acordo com o carregamento.

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FUNDAMENTOS DA TECNOLOGIA

Em geral, um compressor, que é um aparelho mecânico para aumentar a pressão, recebendo energia de um sistema de unidade de energia tais como um motor elétrico ou uma turbina e, comprimindo ar, refrigerantes ou vários outros gases de operação, tem sido amplamente usado para aplicações domésticas tais como um refrigerador e um ar condicionado ou na totalidade dos campos industriais.

Os compressores são grosseiramente divididos em um compressor de ação alternada que tem um espaço de compressão através do qual os gases de operação são succionados ou des20 carregados entre um pistão e um cilindro para que o pistão possa ser alternado linearmente no cilindro para comprimir refrigerantes, um compressor rotativo que tem um espaço de compressão através do qual os gases de operação são succionados ou descarregados entre um rolo excentricamente rota25 cionado, e um cilindro para que o rolo possa ser excentricamente rotacionado nas paredes internas do cilindro para comprimir refrigerantes, e um compressor espiral que tem um espaço de compressão através do qual os gases de operação são

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succionados ou descarregados entre uma espiral orbitante e uma espiral fixa para que a espiral orbitante possa ser rotacionada com a espiral fixa para comprimir refrigerantes.

Recentemente, entre os compressores recíprocos, um 5 compressor linear tem sido produzido em massa em virtude de que ele tem alta eficiência de compressão e estrutura simples, removendoperda mecânica pela conversão de movimento, conectando diretamente um pistão em um motor de acionamento que realiza alternação linear.

Em geral, o compressor linear que succiona, comprime e descarrega refrigerantes, usando uma força de acionamento linear do motor, inclui uma unidade de compressão que consiste em um cilindro e um pistão para comprimir gases refrigerantes e uma unidade de acionamento que consistem em um motor linear para fornecer uma força de acionamento para a unidade de compressão.

Em detalhe, no compressor linear, o cilindro é fixamente instalado em um recipiente fechado, e o pistão é instalado em um cilindro para executar alternação linear.

Quando o pistão alterna linearmente no lado de dentro do cilindro, refrigerantes são succionados para um espaço de compressão no cilindro, comprimidos e descarregados. Um conjunto de válvula de sucção e um conjunto de válvula de descarga são instalados no espaço de compressão para controlar a suc2 5 ção e a descarga dos refrigerantes de acordo com a pressão interna do espaço de compressão.

Além do mais, o motor linear para gerar uma força motriz linear para o pistão é instalado para ser conectado no pistão. Um estator interno e um estator externo formados empilhando uma pluralidade de laminações na periferia do cilindro na direção circunferencial são instalados no motor linear com uma folga predeterminada. Uma bobina é bobinada no lado de dentro do estator interno ou do estator externo, e um ímã permanente é instalado na folga entre o estator interno e o estator externo a ser conectados no pistão.

Aqui, o ímã permanente é instalado para ser móvel na direção de movimento do pistão, e alternado linearmente na direção de movimento do pistão por uma força eletromagnética gerada quando a corrente passa através da bobina. Normalmente, o motor linear é operado em uma freqüência de operação constante f_c, e o pistão alterna linearmente por um curso S predeterminado.

Por outro lado, várias molas são instaladas para suportar elasticamente o pistão na direção de movimento embora o pistão seja alternado linearmente pelo motor linear. Em detalhe, uma mola helicoidal, que é um tipo de mola mecânica, é instalada para ser elasticamente suportada pelo recipiente fechado e pelo cilindro na direção de movimento do pistão. Também, os refrigerantes succionados para o espaço de compressão servem como uma mola a gás.

A mola helicoidal tem uma constante elástica mecânica constante K_m, e a mola a gás tem uma constante elástica a gás Kg, que varia pelo carregamento. Uma freqüência natural f_n do pistão (ou compressor linear) é calculada em consideração da constante elástica mecânica K_m e da constante elástica a gás Kg.

A freqüência natural f_n do pistão desta maneira calculada determina a freqüência de operação f_c do motor linear. 0 motor linear melhora a eficiência igualando sua freqüência de operação f_c com a freqüência natural f_n do pistão, isto é, operando no estado de ressonância.

Conseqüentemente, no compressor linear, quando uma corrente é aplicada no motor linear, a corrente passa através da bobina para gerar uma força eletromagnética por interações com o estator externo e o estator interno, e o ímã permanente e o pistão conectado no ímã permanente são alternados linearmente pela força eletromagnética.

Aqui, o motor linear é operado na freqüência de operação constante f_c. A freqüência de operação f_c do motor linear é igualada com a freqüência natural f_n do pistão, para que o motor linear possa ser operado no estado de ressonância para maximizar a eficiência.

Conforme supradescrito, quando o pistão alterna linearmente no lado de dentro do cilindro, a pressão interna do espaço de compressão muda. Os refrigerantes são succionados para o espaço de compressão, comprimidos e descarregados de acordo com as mudanças da pressão interna do espaço de compressão.

O compressor linear é formado para ser operado na freqüência de operação f_c idêntica à freqüência natural f_ndo pistão, calculada pela constante elástica mecânica K_m da mola helicoidal e pela constante elástica a gás Kg da mola a gás sob o carregamento considerado no motor linear na época do projeto. Portanto, o motor linear é operado no estado de ·· ·*4 ·· ♦ « «· ·· · ·« « · · * > ··· · · ··«« '« · ♦ ····· » · « ♦ · « « · • 4 ··« · · · · · · ··· ·· · ··· ·· ·· ··· ·* /2ressonância meramente sob o carregamento considerado no projeto para melhorar a eficiência.

Entretanto, uma vez que o carregamento real do compressor linear varia, a constante elástica a gás Kg da mola a gás e a freqüência natural f_n do pistão calculadas pela constante elástica a gás Kg mudam.

Em detalhe, conforme ilustrado na Figura IA, a freqüência de operação f_c do motor linear é determinada para ser idêntica à freqüência natural f_n do pistão em uma área de carregamento média na época do projeto. Mesmo se o carregamento variar, o motor linear é operado em uma freqüência de operação constante f_c. Mas, conforme o carregamento aumenta, a freqüência natural f_n do pistão aumenta.

Fórmula 1

Aqui, f_n representa a freqüência natural do pistão, K_m e Kg representam a constante elástica mecânica e a constante elástica a gás, respectivamente, e M representa a massa do pistão.

Em geral, uma vez que a constante elástica a gás Kg tem uma pequena taxa na constante elástica total K_t, a constante elástica a gás Kg é ignorada ou ajustada para ser um valor constante. A massa M do pistão e a constante elástica mecânica K_m também são ajustadas para ser valores constantes. Portanto, a freqüência natural f_n do pistão é calculada como um valor constante pela fórmula 1 anterior.

Entretanto, quanto mais o carregamento real aumenta, tanto mais a pressão e a temperatura dos refrigerantes no espaço restrito aumentam. Conseqüentemente, uma força elástica da própria mola a gás aumenta para aumentar a cons5 tante elástica a gás Kg. Também, a freqüência natural f_n do pistão calculada em proporção à constante elástica a gás Kg aumenta.

Em referência às Figuras IA e 1B, a freqüência de operação f_c do motor linear e a freqüência natural f_n do pistão são idênticas na área de carregamento média para que o pistão possa ser operado para alcançar um centro morto de topo (TDC), desse modo, executando a compressão de forma estável . Além do mais, o motor linear é operado no estado de ressonância para maximizar a eficiência do compressor line15 ar.

Entretanto, a freqüência natural f_n do pistão fica menor que a freqüência de operação f_c do motor linear em uma área de baixo carregamento e, assim, o pistão é transferido sobre o TDC para aplicar uma força de compressão excessiva.

Além disso, o pistão e cilindro são desgastados por atrito. Desde que o motor linear não seja operado no estado de ressonância, a eficiência do compressor linear é reduzida.

Além do mais, a freqüência natural f_n do pistão se torna maior que a freqüência de operação f_c do motor linear

5 em uma área de alto carregamento, e assim o pistão não alcança o TDC para reduzir a força de compressão. O motor linear não é operado no estado de ressonância, desse modo reduzindo a eficiência do compressor linear.

• 4 «····« · ·· ·· ·» 4 t · ···· · ··· · · • 4 · · · · · · · »♦· 44 · ··· ·· ·· ·

Em decorrência disto, no compressor linear convencional, quando o carregamento varia, a freqüência natural f_ndo pistão varia, mas a freqüência de operação f_c do motor linear é constante. Portanto, o motor linear não é operado no estado de ressonância, o que resulta em baixa eficiência. Além disso, o compressor linear não pode lidar ativamente e superar rapidamente o carregamento.

Por outro lado, a fim de rapidamente superar o carregamento, conforme mostrado na Figura 2, o compressor linear convencional permite que o pistão 6 seja operado no lado de dentro do cilindro 4 em um modo de alta ou baixa refrigeração, ajustando uma quantidade de corrente aplicada no motor linear. O curso S do pistão 6 varia de acordo com os modos de operação, para mudar a capacidade de compressão.

O compressor linear é operado no modo de alta refrigeração em um estado em que o carregamento é relativamente grande. No modo de alta refrigeração, a freqüência de operação f_c do motor linear é igualada à freqüência natural f_n do pistão 6 para que o pistão 6 possa ser operado para alcançar o TDC com um curso Sl predeterminado.

Além do mais, o compressor linear é operado no modo de baixa refrigeração em um estado em que o carregamento é relativamente pequeno. No modo de baixa refrigeração, a capacidade de compressão pode ser reduzida, reduzindo a freqüência de operação f_c do motor linear, reduzindo a corrente aplicada no motor linear. Entretanto, em um estado em que o pistão 6 é elasticamente suportado na direção de movimento pela força elástica da mola mecânica e da mola a gás, o cur25 ··· /ζ so S2 do pistão 6 é reduzido. Conseqüentemente, o pistão 6 não pode alcançar o TDC, o que resulta em baixa eficiência e força de compressão do compressor linear.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

A finalidade da presente invenção é resolver os problemas supramencionados. Um objetivo da presente invenção é prover um compressor linear que pode eficientemente variar a capacidade de compressão de acordo com o carregamento, controlando a freqüência de operação do motor linear e o curso do pistão, mesmo se a freqüência natural do pistão variar pelo carregamento.

A fim de alcançar o objetivo supradescrito da invenção, é provido um compressor linear que inclui: um elemento fixo que tem um espaço de compressão interno; um elemento móvel alternado linearmente no elemento fixo na direção axial para comprimir refrigerantes succionados para o espaço de compressão; uma ou mais molas instaladas para suportar elasticamente o elemento móvel na direção de movimento do elemento móvel, cujas constantes de mola variam pelo carregamento; e um motor linear instalado para ser conectado no elemento móvel, para alternar linearmente o elemento móvel na direção axial, a freqüência de operação e o curso variando pelo carregamento.

Preferivelmente, o compressor linear é instalado em um ciclo de refrigeração / condicionamento de ar, e o carregamento é calculado em proporção à diferença entre a pressão de refrigerantes de condensação (pressão de condensação) e a pressão de refrigerantes de evaporação (pressão de evaporação) no ciclo de refrigeração / condicionamento de ar. Mais preferivelmente, o carregamento é adicionalmente calculado em proporção à pressão que é uma média da pressão de condensação e da pressão de evaporação (pressão média).

Preferivelmente, o motor linear é operado em um estado de ressonância, sincronizando sua freqüência de operação com uma freqüência natural do elemento móvel que variou em proporção ao carregamento.

Preferivelmente, embora o curso varie pelo carregamento, o motor linear mantém a eficiência do compressor linear e a força de compressão dos refrigerantes, alternando linearmente o elemento móvel para alcançar o centro morto de topo.

Preferivelmente, o motor linear inclui: um estator interno formado empilhando uma pluralidade de laminações na direção circunferencial para cobrir a periferia do elemento fixo; um estator externo disposto fora do estator interno em um intervalo predeterminado, e formado empilhando uma pluralidade de laminações na direção circunferencial; um corpo de bobina enrolada, instalado em qualquer um do estator interno ou o estator externo, para gerar uma força eletromagnética entre o estator interno e o estator externo de acordo com o fluxo de corrente; e um ímã permanente posicionado na folga entre o estator interno e o estator externo, conectado no elemento móvel, e alternado linearmente por interações com a força eletromagnética do corpo de bobina enrolada.

Aqui, o corpo de bobina enrolada é dividido em duas ou mais seções de bobina enrolada na direção axial; e o

•·· ·· ·· ··· ·· motor linear inclui um dispositivo de derivação para selecionar uma ou mais seções de bobina enrolada e aplicar uma corrente de entrada nas seções de bobina enrolada selecionadas, e um dispositivo de controle para controlar o dispositivo de derivação de acordo com o carregamento.

Preferivelmente, o dispositivo de derivação seleciona dois de ambos pontos de extremidade do corpo de bobina enrolada e pontos de conexão entre as seções de bobina enrolada, e aplica a corrente de entrada nos pontos selecionados. Mais preferivelmente, o dispositivo de derivação seleciona o ponto adjacente ao centro morto de topo entre ambos pontos de extremidade do corpo de bobina enrolada.

Conseqüentemente, quando o motor linear aplica a corrente no corpo de bobina enrolada, a força eletromagnética é sempre gerada no ponto do corpo de bobina enrolada adjacente ao centro morto de topo, e o ímã permanente alterna linearmente pelas interações com a força eletromagnética do corpo de bobina enrolada para que o pistão possa alcançar o centro morto de topo para melhorar a eficiência do compressor linear e a força de compressão dos refrigerantes.

curso é controlado em proporção ao comprimento da direção axial das seções de bobina enrolada nas quais a corrente é aplicada, e as seções de bobina enrolada do corpo de bobina enrolada têm diferentes indutâncias. Em cada uma das seções de bobina enrolada, um número de bobina enrolada é diferente ou um diâmetro diferente de bobinas são enroladas .

Por exemplo, o corpo de bobina enrolada é dividido em primeira e segunda seções de bobina enrolada a partir do centro morto de topo, e o comprimento da direção axial da primeira seção de bobina enrolada é preferivelmente 30 a 80% do comprimento da direção axial do corpo de bobina enrolada a fim de alcançar a eficiência ideal em baixo carregamento.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

A presente invenção será mais bem entendida com referência aos desenhos anexos que são dados somente a título de ilustração e, assim, não são limitativos da presente invenção, em que:

A Figura IA é um gráfico que mostra o curso pelo carregamento em um compressor linear convencional;

A Figura 1B é um gráfico que mostra a eficiência pelo carregamento no compressor linear convencional;

A Figura 2 é uma vista estrutural que ilustra o curso em modo de operação do compressor linear convencional;

A Figura 3 é uma vista seccional transversal que ilustra um compressor linear de acordo com a presente invenção;

A Figura 4A é um gráfico que mostra um curso pelo carregamento no compressor linear de acordo com a presente invenção;

A Figura 4B é um gráfico que mostra a eficiência pelo carregamento no compressor linear de acordo com a presente invenção;

12.

A Figura 5 é um gráfico que mostra as mudanças de uma constante elástica a gás pelo carregamento no compressor linear de acordo com a presente invenção;

A Figura 6 é uma vista estrutural que ilustra o motor linear da Figura 3;

A Figura 7A é uma vista de estado operacional que ilustra o estado operacional do compressor linear em um modo de baixa refrigeração de acordo com a presente invenção; e

A Figura 7B é uma vista de estado operacional que ilustra o estado operacional do compressor linear em um modo de alta refrigeração de acordo com a presente invenção.

MELHOR MODO PARA EXECUTAR A INVENÇÃO

Compressor linear, de acordo com modalidades preferidas da presente invenção, será agora descrito em detalhes com referência aos desenhos anexos.

Conforme mostrado na Figura 3, no compressor linear, um tubo de entrada 2a e um tubo de saída 2b através dos quais refrigerantes são succionados e descarregados são instalados em um lado de um recipiente fechado 2, um cilindro 4 é fixamente instalado no lado de dentro do recipiente fechado 2, um pistão 6 é instalado do lado de dentro do cilindro 4 para ser alternado linearmente para comprimir os refrigerantes succionados para o espaço de compressão P no cilindro 4, e várias molas são instaladas para ser elasticamente suportadas na direção de movimento do pistão 6. Aqui, o pistão 6 é conectado no motor linear 10 para gerar uma força de acionamento de alternação linear. Conforme representado nas Figuras 4A e 4B, mesmo se uma freqüência natural f_n do pis-

tão 6 varia pelo carregamento, o motor linear 10 controla sua frequência de operação f_c para ser sincronizada com a frequência natural f_n do pistão 6, e também controla um curso S do pistão 6 para variar a capacidade de compressão.

Além do mais, uma válvula de sucção 22 é instalada em uma extremidade do pistão 6 fazendo contato com o espaço de compressão P, e um conjunto de válvula de descarga 24 é instalado em uma extremidade do cilindro 4 fazendo contato com o espaço de compressão P. A válvula de sucção 22 e o conjunto de válvula de descarga 24 são automaticamente controlados para ser abertos ou fechados de acordo com a pressão interna do espaço de compressão P, respectivamente.

As carcaças superior e inferior do recipiente fechado 2 são acopladas para selar hermeticamente o recipiente fechado 2. O tubo de entrada 2a através do qual os refrigerantes são succionados e um tubo de saída 2b através do qual os refrigerantes são descarregados são instalados em um lado do recipiente fechado 2. O pistão 6 é instalado no lado de dentro do cilindro 4 para ser elasticamente suportado na direção de movimento para executar a alternação linear. O motor linear 10 é conectado a uma estrutura 18 do lado de fora do cilindro 4 para compor uma montagem. A montagem é instalada na superfície interna inferior do recipiente fechado 2 para ser elasticamente suportado pela mola de suporte 29.

A superfície interna inferior do recipiente fechado 2 contém óleo, um dispositivo de suprimento de óleo 30 para bombear o óleo é instalado na extremidade inferior da montagem, e um tubo de suprimento de óleo 18a para suprir o

óleo entre o pistão 6 e o cilindro 4 é formado no lado de dentro da estrutura 18 no lado inferior da montagem. Conseqüentemente, o dispositivo de suprimento de óleo 30 é operado por vibrações geradas pela alternação linear do pistão 6, para bombear o óleo, e o óleo é suprido para a folga entre o pistão 6 e o cilindro 4 ao longo do tubo de suprimento de óleo 18a, para resfriamento e lubrificação.

O cilindro 4 é formado em uma forma oca para que o pistão 6 possa executar a alternação linear, e tenha o espa10 ço de compressão P em um dos seus lados. Preferivelmente, o cilindro 4 é instalado na mesma linha reta com o tubo de entrada 2a em um estado em que uma extremidade do cilindro 4 é adjacente à parte interna do tubo de entrada 2a.

O pistão 6 é instalado do lado de dentro de uma 15 extremidade do cilindro 4 adjacente ao tubo de entrada 2a para executar alternação linear, e o conjunto de válvula de descarga 24 é instalado em uma extremidade do cilindro 4 na direção oposta ao tubo de entrada 2a.

Aqui, o conjunto de válvula de descarga 24 inclui 20 uma tampa de descarga 24a para formar um espaço de descarga predeterminado em uma extremidade do cilindro 4, uma válvula de descarga 24b para abrir ou fechar uma extremidade do cilindro 4 próxima ao espaço de compressão P, e uma mola de válvula 24c que é um tipo de mola helicoidal para aplicar uma força elástica entre a tampa de descarga 24a e a válvula de descarga 24b na direção axial. Um anel de vedação R é inserido sobre o interior da superfície circunferencial de uma extremidade do cilindro 4 para que a válvula de descarga 24a ι5 ϊ : :

~» · · ·· ····· · ···· · ·· · • ····· · ······ • ··· ·· · ··· ·· ·· ··· ·· possa ser estritamente presa a uma extremidade do cilindro .

Um cano de laço entalhado 28 é instalado entre um lado da tampa de descarga 24a e o tubo de saída 2b, para guiar os refrigerantes comprimidos para ser externamente descarregados, e prevenir que as vibrações geradas pelas interações do cilindro 4, do pistão 6 e do motor linear 10 sejam aplicadas em todo o recipiente fechado 2.

Portanto, quando o pistão 6 alterna linearmente no lado de dentro do cilindro 4, se a pressão do espaço de compressão P está acima de uma pressão de descarga predeterminada, a mola de válvula 24c é comprimida para abrir a válvula de descarga 24b, e os refrigerantes são descarregados provenientes do espaço de compressão P, e então externamente descarregados ao longo do cano de laço 28 e do tubo de saída

2b.

Uma passagem de refrigerante 6a através da qual os refrigerantes supridos a partir do tubo de entrada 2a fluem é formada no centro do pistão 6. 0 motor linear 10 é diretamente conectado a uma extremidade do pistão 6 adjacente ao tubo de entrada 2a por um elemento de conexão 17, e a válvula de sucção 22 é instalada em uma extremidade do pistão 6 na direção oposta ao tubo de entrada 2a. O pistão 6 é elasticamente suportado na direção de movimento por várias molas .

A válvula de sucção 22 é formada como uma chapa fina. 0 centro da válvula de sucção 22 é parcialmente cortado para abrir ou fechar a passagem de refrigerante 6a do

pistão 6, e um lado da válvula de sucção 22 é fixado em uma extremidade do pistão 6a por parafusos.

Conseqüentemente, quando o pistão 6 alterna linearmente no lado de dentro do cilindro 4, se a pressão do espaço de compressão P estiver abaixo da pressão de sucção predeterminada menor que a pressão de descarga, a válvula de sucção 22 é aberta para que os refrigerantes possam ser succionados para um espaço de compressão P e, se a pressão do espaço de compressão P estiver acima da pressão de sucção predeterminada, os refrigerantes do espaço de compressão P são comprimidos no estado fechado da válvula de sucção 22.

Especialmente, o pistão 6 é instalado para ser elasticamente suportado na direção de movimento. Em detalhe, um flange de pistão 6b projetado na direção radial de uma extremidade do pistão 6 adjacente ao tubo de entrada 2a é elasticamente suportado na direção de movimento do pistão 6 por molas mecânicas 8a e 8b tais como molas de helicoidais. Os refrigerantes incluídos no espaço de compressão P na direção oposta ao tubo de entrada 2a são operados como molas a gás em função de uma força elástica, desse modo suportando elasticamente o pistão 6.

Aqui, as molas mecânicas 8a e 8b têm constantes de mola mecânica constante K_m independente do carregamento, e são preferivelmente instaladas lado a lado com uma estrutura de suporte 26 fixada no motor linear 10 e um cilindro 4 na direção axial a partir do flange de pistão 6b. Também, preferivelmente, a mola mecânica 8a suportada pela estrutura de • « ·· ····· « ···· · · · · • ····· · 9 · 9 · 9 « • ··· ·· · 999 99 9· 999 99 suporte 26 e a mola mecânica 8a instalada no cilindro 4 têm as mesmas constantes de mola mecânica K_m.

Entretanto, a mola a gás tem uma constante elástica a gás Kg que varia pelo carregamento. Quando a temperatura ambiente aumenta, a pressão dos refrigerantes aumenta, e assim a força elástica dos gases no espaço de compressão P aumenta. Em decorrência disto, quanto mais o carregamento aumenta, maior é a constante elástica a gás Kg da mola a gás.

Embora a constante elástica mecânica K_m seja constante, a constante elástica a gás Kg varia pelo carregamento. Portanto, a constante elástica total também varia pelo carregamento, e a freqüência natural f_n do pistão 6 varia pela constante elástica k_g na fórmula 1 supramencionada.

Mesmo se o carregamento variar, a constante elástica mecânica k_m e a massa M do pistão 6 são constantes, mas a constante elástica a gás Kg varia. Assim, a freqüência natural f_n do pistão 6 é notadamente influenciada por uma constante elástica a gás Kg que varia pelo carregamento. No caso em que o algoritmo de variação da freqüência natural f_ndo pistão 6 pelo carregamento é obtido e a freqüência de operação f_c do motor linear 10 é sincronizada com a freqüência natural f_n do pistão 6, a eficiência do compressor linear pode ser melhorada e o carregamento pode ser rapidamente superado.

carregamento pode ser medido de várias maneiras. Uma vez que o compressor linear é instalado em um ciclo de refrigeração / condicionamento de ar para comprimir, conden-

sar, evaporar e expandir refrigerantes, o carregamento pode ser definido como a diferença entre a pressão de condensação que é a pressão dos refrigerantes de condensação e a pressão de evaporação que é a pressão de refrigerantes de evaporação. A fim de melhorar a precisão, o carregamento é determinado em consideração da pressão média da pressão de condensação e da pressão de evaporação.

Isto é, o carregamento é calculado em proporção à diferença entre a pressão de condensação e a pressão de evaporação e a pressão média. Quanto mais o carregamento aumenta, maior é a constante elástica a gás Kg. Por exemplo, se a diferença entre a pressão de condensação e a pressão de evaporação aumenta, o carregamento aumenta. Embora a diferença entre a pressão de condensação e a pressão de evaporação não mude, se a pressão média aumenta, o carregamento aumenta. A constante elástica a gás Kg aumenta de acordo com o carregamento .

Conforme ilustrado na Figura 5, uma temperatura de condensação proporcional â pressão de condensação e uma temperatura de evaporação proporcional à pressão de evaporação são medidas, e o carregamento é calculado em proporção à diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura de evaporação e a uma temperatura média.

Em detalhe, a constante elástica mecânica K_m e a constante elástica a gás Kg podem ser determinadas por várias experiências. De acordo com a presente invenção, as molas mecânicas 8a e 8b do compressor linear têm uma constante elástica mecânica K_m menor que as molas mecânicas do com« ·« ····· c · · · · ♦ « · · ····· · ·«· 9 » · •9· 99 9 99 9 9 9 9 9 999 99 pressor linear convencional, o que aumenta a razão da constante elástica a gás Κθ para a constante elástica total K_t. Portanto, a freqüência natural f_n do pistão 6 varia pelo carregamento em uma faixa relativamente grande, e a freqüência de operação f_c do motor linear 10 é facilmente sincronizada com a freqüência natural f_n do pistão 6 que varia pelo carregamento.

Em referência à Figura 6, o motor linear 10 inclui em estator interno 12 formado empilhando uma pluralidade de laminações 12a na direção circunferencial, e fixamente instalado do lado de fora do cilindro 4 pela estrutura 18, um estator externo 14 formado empilhando uma pluralidade de laminações 14b na periferia de um corpo de bobina enrolada 14a na direção circunferencial, e instalado do lado de fora do cilindro 4 pela estrutura 18 com uma folga predeterminada a partir do estator interno 12, e um ímã permanente 16 posicionado na folga entre o estator interno 12 e o estator externo 14, e conectado no pistão 6 pelo elemento de conexão 17. Aqui, o corpo de bobina enrolada 14a pode ser fixamente instalado do lado de fora do estator interno 12.

Especialmente, o motor linear 10 pode mudar de forma variada o curso S do pistão 6. Preferivelmente, o corpo de bobina enrolada 14a é dividido em duas ou mais seções de bobina enrolada Cl e C2 na direção de movimento do pistão 6, e o motor linear 10 aplica a corrente a uma ou mais seções de bobina enrolada Cl e C2 para gerar uma força eletromagnética .

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O motor linear 10 inclui adicionalmente um dispositivo de derivação 15 para selecionar uma ou mais seções de bobina enrolada Cl e C2 e aplicar uma corrente externamente inserida nas seções de bobina enrolada selecionadas Cl e C2, e um dispositivo de controle 18 para controlar o dispositivo de derivação 15 de acordo com o carregamento.

Aqui, o corpo de bobina enrolada 14a é dividido para que o comprimento das seções de bobina enrolada Cl e C2 possa ser proporcional ao curso S do pistão 6 que varia pelo carregamento. Cada uma das seções de bobina enrolada Cl e C2 tem indutâncias L diferentes. Por exemplo, um número de bobina enrolada e/ou um diâmetro de bobina pode variar nas seções de bobina enrolada Cl e C2.

O dispositivo de derivação 15 inclui terminais de conexão 15a, 15b e 15c conectados nos pontos de extremidade do corpo de bobina enrolada 14a e um ponto de conexão entre as seções de bobina enrolada Cl e C2, e uma chave 15d para selecionar dois dos terminais de conexão 15a, 15b e 15c para aplicar a corrente nos terminais de conexão selecionados.

dispositivo de controle 18 recebe a temperatura de condensação e a temperatura de evaporação dos refrigerantes, decide o carregamento, e controla a operação do dispositivo de derivação 15 de acordo com o carregamento. À medida em que o carregamento aumenta, o dispositivo de controle 18 controla a corrente a ser aplicada em mais seções de bobina enrolada Cl e C2.

Preferivelmente, mesmo se o curso S do pistão 6 varia, o motor linear 10 permite que o pistão 6 execute a • ·· «·« ··· · · • · « ·· ·· » ··

compressão para alcançar o TDC. Em detalhe, no dispositivo de derivação 15, o terminal de conexão 15a derivado do ponto adjacente para o TDC entre ambos pontos de extremidade do corpo de bobina enrolada 14a é sempre conectado na corrente de entrada, e um dos outros terminais de conexão 15b e 15c é seletivamente conectado pela chave 15d.

Por exemplo, no motor linear 10, o corpo de bobina enrolada 14a é dividido em primeira e segunda seções de bobina enrolada Cl e C2 a partir do TDC, os mesmos diâmetros de bobinas são enrolados na primeira e segunda seções de bobina enrolada Cl e C2, e o comprimento de direção axial da primeira seção de bobina enrolada Cl é 30 a 80% do comprimento de direção axial do corpo de bobina enrolada 14a.

Conseqüentemente, quando a alta refrigeração é necessária em função do carregamento relativamente grande, o motor linear 10 aplica a corrente na primeira e segunda seções de bobina enrolada Cl e C2, para que a força eletromagnética possa ser operada em todo o comprimento da direção axial do corpo de bobina enrolada 14a. No caso em que a baixa refrigeração é exigida em função do carregamento relativamente pequeno, o motor linear 10 aplica a corrente meramente na primeira seção de bobina enrolada Cl para que a força eletromecânica possa ser operada em parte do comprimento da direção axial do corpo de bobina enrolada 14a.

A operação do motor linear 10 pelo carregamento será agora explicada.

Conforme ilustrado na Figura 7a, quando a alta refrigeração é necessária, o motor linear 10 é operado no modo de alta refrigeração. Uma vez que o curso S do pistão 6 aumente em função do grande carregamento, a capacidade de compressão aumenta para rapidamente lidar com o carregamento.

Aqui, o dispositivo de controle 18 recebe a temperatura de condensação e a temperatura de evaporação, decide o carregamento, e controla o dispositivo de derivação 15 de acordo com o resultado da decisão. A chave 15d é conectada no terminal de conexão 15b derivado de uma extremidade do corpo de bobina enrolada 14a, para aplicar a corrente nas primeira e segunda seções de bobina enrolada Cl e C2. A força eletromagnética gerada na periferia das bobinas nas primeira e segunda seções de bobina enrolada Cl e C2 e a força magnética do ímã permanente 16 interagem uma com a outra. Em decorrência disto, o ímã permanente 16 alterna linearmente para alcançar o TDC com o curso SI do modo de alta refrigeração, para comprimir os refrigerantes, desse modo aumentando a capacidade de compressão.

À medida em que o carregamento aumenta, a constante elástica a gás Kg aumenta e a freqüência natural f_n do pistão 6 aumenta ao mesmo tempo. A freqüência de operação f_cdo motor linear 10 é sincronizada com a freqüência natural f_n do pistão 6 pelo algoritmo de estimativa de freqüência. Portanto, o compressor linear é operado em um estado de ressonância para melhorar a eficiência de compressão.

Por outro lado, conforme descrito na Figura 7B, quando a baixa refrigeração é exigida, o motor linear 10 é operado no modo de baixa refrigeração. Uma vez que o curso S do pistão 6 diminui em função do pequeno carregamento, a ca23 pacidade de compressão diminui para eficientemente lidar com o carregamento.

Aqui, o dispositivo de controle 18 recebe a temperatura de condensação e a temperatura de evaporação, decide o carregamento, e controla o dispositivo de derivação 15 de acordo com o resultado da decisão. A chave 15d é conectada ao terminal de conexão 15c derivado das primeira e segunda seções de bobina enrolada Cl e C2, para aplicar a corrente na primeira seção de bobina enrolada Cl. A força eletromagnética gerada na periferia da bobina na primeira seção de bobina enrolada Cl e a força magnética do ímã permanente 16 interagem uma com a outra. Conseqüentemente, o imã permanente 16 alterna linearmente para alcançar o TDC com o curso S2 do modo de baixa refrigeração, para comprimir refrigerantes, desse modo diminuindo a capacidade de compressão.

À medida em que o carregamento diminui, a constante elástica a gás Kg diminui e a freqüência natural f_n do pistão 6 diminui ao mesmo tempo. A freqüência natural f_n do pistão 6 é estimada pelo algoritmo de estimativa de freqüência usando os dados da mola a gás mostrados na Figura 5, e a freqüência de operação f_c do motor linear 10 é sincronizada com a freqüência natural f_n estimada. Em decorrência disto, o compressor linear é operado no estado de ressonância para melhorar a eficiência de compressão.

Conforme supradescrito, variações na constante elástica a gás Kg e na freqüência natural f_n pelo carregamento são estimadas pelo algoritmo de estimativa de freqüência, e a freqüência de operação f_c do motor linear 10 é sincronizada com a freqüência natural f_n para que o motor linear possa ser operado em um estado de ressonância para maximizar a eficiência da compressão.

Uma vez que o corpo de bobina enrolada 14a do mo5 tor linear 10 é dividido em duas ou mais seções de bobina enrolada na direção de movimento do pistão 6 e a corrente é aplicada a uma ou mais seções de bobina enrolada, o curso S do pistão 6 é ajustado controlando as regiões nas quais a força eletromagnética é gerada na periferia do corpo de bo10 bina enrolada 14a. Conseqüentemente, o compressor linear pode lidar ativamente e superar rapidamente o carregamento, e reduzir o consumo de energia.

O compressor linear no qual o motor linear tipo ímã móvel é operado e o pistão conectado no motor linear al15 terna linearmente do lado de dentro do cilindro para succionar, comprimir e descarregar os refrigerantes foi explicado em detalhes com base nas modalidades preferidas e desenhos anexos. Entretanto, apesar das modalidades preferidas da presente invenção terem sido descritas, entende-se que a presente invenção não deve se limitar a estas modalidades preferidas, mas várias mudanças e modificações podem ser feitas por algum versado na técnica no espírito e escopo da presente invenção doravante reivindicada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Compressor linear, compreendendo:

um elemento fixo (4) que tem um espaço de compressão interno (P);

um elemento móvel (6) alternado linearmente no elemento fixo (4) na direção axial, para comprimir refrigerantes succionados para o espaço de compressão (P);

uma ou mais molas instaladas para suportar elasticamente o elemento móvel (6) na direção de movimento do elemento móvel(6), cujas constantes de mola variam pelo carregamento; e um motor linear (10) instalado para ser conectado no elemento móvel (6), para alternar linearmente o elemento móvel (6) na direção axial;

CARACTERIZADO pelo fato de que as constantes de mola incluem uma constante de mola mecânica constante (Km) e uma constante de mola a gas (Kg) variável de acordo com o carregamento, em que uma frequência natural (fn) do elemento móvel (6) é calculada considerando a constante de mola mecânica (Km) e a constante de mola a gas (Kg); e o motor linear (10) sincroniza suas frequências de operação (fc) com a frequência natural (fn) variada do elemento móvel (6) e o motor linear (10) varia o curso do elemento móvel (6) a partir do carregamento.
2. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 1, que é instalado em um ciclo de refrigeração / condicionamento de ar, CARACTERIZADO pelo fato de que o carregade 10/11/2017, pág. 7/13 mento é calculado em proporção à diferença entre uma pressão de condensação de refrigerantes de condensação e uma pressão de evaporação de refrigerantes de evaporação no ciclo de refrigeração / condicionamento de ar.
3. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o carregamento é adicionalmente calculado em proporção à uma pressão média que é uma média da pressão de condensação e da pressão de evaporação.
4. Compressor linear, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que embora o curso varie pelo carregamento, o motor linear (10) alterna linearmente o elemento móvel (6) para alcançar o centro morto de topo (TDC).
5. Compressor linear, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o motor linear (10) compreende:

um estator interno (12) formado empilhando uma pluralidade de laminações na direção circunferencial para cobrir a periferia do elemento fixo (4);

um estator externo (14) disposto do lado de fora do estator interno (12) em um intervalo predeterminado, e formado empilhando uma pluralidade de laminações na direção circunferencial;

um corpo de bobina enrolada (14a) instalado em qualquer um do estator interno (12) e do estator externo (14), para gerar uma força eletromagnética entre o estator de 10/11/2017, pág. 8/13 interno (12) e o estator externo (14) de acordo com o fluxo de corrente; e um ímã permanente (16) posicionado na folga entre o estator interno (12) e o estator externo (14), conectado a um elemento móvel (6), e alternado linearmente por interações com a força eletromagnética do corpo de bobina enrolada (14a).
6. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo de bobina enrolada (14a) é dividido em duas ou mais seções de bobina enrolada na direção axial, e o motor linear (10) compreende um dispositivo de derivação (15) para selecionar uma ou mais seções de bobina enrolada (C1, C2) e aplicar uma corrente de entrada nas seções de bobina enrolada selecionadas, e um dispositivo de controle (18) para controlar o dispositivo de derivação (15) de acordo com o carregamento.
7. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de derivação seleciona dois de ambos pontos de extremidade do corpo de bobina enrolada (14a) e pontos de conexão entre as seções de bobina enrolada (C1, C2), e aplica a corrente de entrada nos pontos selecionados.
8. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o dispositivo de derivação (15) sempre seleciona o ponto adjacente ao centro morto de topo (TDC) entre ambos pontos de extremidade do corpo de bobina enrolada (14a).

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9. Compressor linear, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o curso (S) é proporcional ao comprimento da direção axial das seções de bobina enrolada (C1, C2) nas quais a corrente é aplicada.
10. Compressor linear, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que as seções de bobina enrolada (C1, C2) do corpo de bobina enrolada (14a) têm indutâncias diferentes.
11. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que um número de bobina enrolada é diferente em cada uma das seções de bobina enrolada (C1, C2) do corpo de bobina enrolada (14a).
12. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que um diâmetro diferente de bobinas é enrolado em cada uma das seções de bobina enrolada (C1, C2) do corpo de bobina enrolada (14a).
13. Compressor linear, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo de bobina enrolada (14a) é dividido em primeira e segunda seções de bobina enrolada (C1, C2) a partir do centro morto de topo (TDC).
14. Compressor linear, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o comprimento da direção axial da primeira seção de bobina enrolada (C1) é 30 a 80% do comprimento da direção axial do corpo de bobina enrolada (14a).

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