ES2323573T3 - Compresor lineal. - Google Patents

Abstract

Un compresor lineal montado dentro de una carcasa hermética (8) y que incluye: un conjunto de referencia formado por elementos que incluyen un bloque que define un cilindro (2); un conjunto resonante formado por elementos que incluyen un accionador (4) que lleva un pistón (1); y un motor eléctrico lineal que incluye un miembro de imán (5) y una bobina (6) para dirigir el accionador que hace moverse alternativamente al pistón (1) dentro del cilindro (2) caracterizado por que comprende: un primer elemento elástico (20) montado entre el conjunto resonante (1, 4, 5) y un extremo de la carcasa (8); un segundo elemento elástico (21) montado entre el conjunto de referencia (2) y el otro extremo de la carcasa (8); y un tercer elemento elástico (22) montado entre el conjunto de referencia (2) y el conjunto resonante (4), reduciendo dichos elementos elásticos las vibraciones transmitidas a la carcasa (8) de dichos elementos del conjunto resonante y del conjunto de referencia respectivamente que tienen una masa Ma y una masa Mb, y dicho primer y segundo elementos elásticos (21, 22) respectivamente tienen constantes elásticas (Ka y Kb), que están dimensionadas de manera que se obtiene la relación Ma/Mb = Kb/Ka.

Description

Compresor lineal.

Campo de la invención

La invención se refiere a un compresor lineal y, más particularmente, a una disposición de montaje para un compresor lineal del tipo usado generalmente en sistemas de refrigeración pequeños para distribuir las fuerzas transmitidas por los componentes del compresor a la carcasa hermética, dentro de la cual se monta el compresor.

Antecedentes de la invención

Los motores lineales son dispositivos muy conocidos, por ejemplo, como se describe en el documento US-A-5772410, en el que uno de un elemento de bobina o de imán se monta en un miembro fijo y el otro elemento en un miembro que se va a mover. Se aplica una corriente eléctrica a la bobina, que genera líneas magnéticas de fuerza para interaccionar con el imán para producir el movimiento lineal del miembro móvil. Dichos motores lineales generalmente se usan en compresores de refrigeración, en los que el miembro móvil se define mediante el pistón del compresor y el imán se monta en dicho pistón. La bobina se monta de forma fija a una parte externa de la estructura del compresor que forma el cilindro dentro del cual el pistón tiene un movimiento alternativo.

En un compresor lineal de un tipo conocido, tal como el que se muestra en la Figura 1, la compresión del gas resulta del movimiento axial de un pistón 1 dentro de un cilindro 2 que tiene un bloque externo 2a con una pared vertical 2b. El cilindro se cierra mediante una cabeza de cilindro 3 sobre la cual se monta una placa de válvula 3d sobre la que se sitúa una válvula de aspiración 3a y una válvula de descarga 3b. Las válvulas de aspiración y descarga regulan la entrada y salida del gas comprimido en el cilindro 2. Todos estos elementos se proporcionan dentro de una carcasa hermética 8 que típicamente es de forma cilíndrica. Hay un conducto de entrada 31 que forma un pasaje a través de la carcasa 3 para
el gas a baja presión dirigido a la válvula de aspiración 3a, y un conducto de salida 32 que forma un pasaje a través de la carcasa 8 para el gas comprimido que viene de la válvula de descarga 3b y que se dirige a la salida de la carcasa 8.

El pistón 1 está accionado por un motor eléctrico lineal formado por un accionador con forma de anillo 4 que está unido a un reborde de la base 1a del pistón 1. El extremo superior del accionador 4 soporta un miembro de imán 5, de forma toroidal y normalmente formado por una pluralidad de imanes permanentes. Una bobina 6 de forma toroidal y hecha de alambre se monta de forma fija al laminado interior 6a de un apilamiento de laminado del estator del motor lineal. Se suministra una corriente eléctrica a la bobina 6 para producir líneas magnéticas de fuerza para interaccionar con el miembro de imán 5 y producir un movimiento alternativo lineal del accionador 4 y el pistón 1, moviéndose el miembro de imán 5 entre la bobina 6 y un laminado externo 6b de la pila de laminado del estator del motor lineal.

El pistón 1 tiene su reborde base 1a que incorpora una proyección axial 1b conectada al centro de un conjunto de resortes planos 7 y los bordes del conjunto de resortes 7 se montan rígidamente mediante conectores adecuados 10 a la pared vertical 2b del cilindro. Los resortes planos 7 están hechos de láminas de acero y se mueven hacia arriba y hacia abajo a medida que el pistón 1 se mueve en un movimiento alternativo lineal dirigido por el motor lineal.

El pistón 1, el accionador 4, el miembro de imán 5 y el conjunto de resortes planos 7 forman juntos un conjunto de compresor resonante o móvil. Es decir, dicho conjunto se mueve respecto al cilindro 2. El cilindro 2, el bloque de cilindro 2a y los elementos fijados al mismo, tales como la cabeza 3, son estacionarios. Estos elementos se denominan, en lo sucesivo en este documento, el conjunto de referencia o estacionario.

Los elementos del conjunto de referencia soportan los elementos del conjunto resonante, de manera que el compresor puede montarse en la carcasa. Como se ilustra, todos los elementos operativos del compresor se montan en la pared inferior de la carcasa 8 mediante una pluralidad de elementos de suspensión elásticos, mostrados en forma de resortes 9 de tipo helicoidal. Puede haber tantos resorte 9 como sea necesario y estos se dimensionan adecuadamente en relación con el peso o la masa de los diversos elementos del compresor y las fuerzas que generan estos elementos. Los resortes 9 pueden ser de cualquier forma adecuada para absorber las fuerzas a medida que el compresor trabaja con el pistón moviéndose de forma alternativa. Como puede observarse en el compresor mostrado en la Figura 1, todas las fuerzas producidas durante el funcionamiento se trasmiten en gran medida a un extremo de la carcasa en el que están montados los resortes 9.

La Figura 2 es un diagrama esquemático de los elementos de compresor de la Figura 1. Los elementos se designan mediante:

Ma

= masa del conjunto resonante (elementos 1, 4, 5, 7)

Mb

= masa del conjunto de referencia (elementos 2, 2a, 2b, 3)

Kr

= constante elástica del conjunto de resortes planos (7) del conjunto resonante.

Ks

= constante elástica del conjunto de resortes de suspensión (9).

En el compresor de la Figura 1, los resortes de suspensión 9 que montan el conjunto completo de elementos del compresor a la carcasa 8 tienen la constante elástica Ks. La función de los resortes de compresión 9 es minimizar la transmisión de la vibración desde el propio compresor (actuando el pistón móvil como una bomba de compresión) a la carcasa hermética 8. La constante elástica Kr del conjunto de resortes 7 está relacionada con la proporción de compresión del compresor. La constante elástica Ks del conjunto de resortes de suspensión 9 normalmente es varias veces menor que la constante elástica Kr del conjunto de resortes planos 7, para que los elementos del compresor no influyan en la frecuencia de resonancia mecánica de las masas Ma y Mb.

Durante el funcionamiento del compresor, el motor lineal desplaza el conjunto de elementos resonantes que tiene la masa Ma con respecto al conjunto de elementos de referencia que tiene la masa Mb. Debido al principio de acción/reacción, el conjunto de referencia tendrá un desplazamiento sobre el conjunto de resortes de suspensión 9 que es proporcional a la proporción de las masas Ma y Mb de los conjuntos resonante y de referencia. El desplazamiento del conjunto de referencia, soportado por los resortes de suspensión 9, trasmite una fuerza a la carcasa 8 del compresor a medida que el conjunto resonante se mueve alternativamente, provocando que la carcasa 8 vibre. Dicha vibración es indeseable para este tipo de compresor, especialmente cuando se usa en sistemas de refrigeración residenciales. Por consiguiente, sería deseable proporcionar una disposición de montaje para dicho compresor lineal que reduzca la cantidad de vibración y que sea sencilla y barata de construir y montar.

Objetos de la invención

Un objeto de la invención es proporcionar un compresor lineal dentro de una carcasa hermética que tenga una disposición de montaje elástica para distribuir las fuerzas a extremos opuestos de la carcasa a medida que funciona el compresor, para reducir la vibración global del compresor.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un compresor lineal en el que un compresor se monta dentro de una carcasa, con un resorte entre cada extremo del compresor y un extremo correspondiente de la carcasa, y un resorte entre el conjunto de referencia de los elementos del compresor y el conjunto resonante de los elementos del compresor.

Otro objeto más de la invención es proporcionar un compresor lineal montado verticalmente en una carcasa que tiene un resorte en cada uno de sus extremos superior e inferior que conecta con extremos opuestos de la carcasa y un resorte que actúa entre los elementos fijos y móviles del compresor, para reducir las vibraciones trasmitidas a la carcasa.

Sumario de la invención

De acuerdo con la invención, un compresor lineal tiene una carcasa hermética dentro de la cual se montan los elementos del compresor. El compresor tiene un conjunto de elementos de referencia o estacionario que incluyen un bloque que forma un cilindro. Hay también un conjunto de elementos resonante o móvil que incluye un accionador accionado por un motor lineal que hace que un pistón se mueva alternativamente dentro del cilindro. El accionador lleva los imanes permanentes del motor lineal. Un primer elemento elástico tal como un resorte helicoidal se monta entre una parte tal como el accionador del conjunto resonante en un extremo del compresor y un extremo de la carcasa. Un segundo elemento elástico, que puede ser también un resorte helicoidal, se monta entre una parte del conjunto de referencia tal como el bloque de cilindro, en el otro extremo del compresor y el otro extremo de la carcasa. Un tercer elemento elástico, también preferiblemente un resorte helicoidal, se monta entre el conjunto de referencia y el conjunto resonante. En una realización preferida, el montaje del tercer elemento se consigue conectando un extremo del tercer elemento elástico con un extremo del cilindro, y el otro extremo de dicho elemento elástico al accionador.

A medida que el pistón es dirigido por el motor lineal en un movimiento alternativo dentro del cilindro, se generan fuerzas, a las que el primer y segundo elementos elásticos reaccionan opuestamente. En otras palabras, cuando un elemento elástico en un extremo de la carcasa se comprime, el elemento elástico en el otro elemento se comprime también. De esta manera, las fuerzas producidas durante el funcionamiento se transmiten simultáneamente a ambos extremos de la carcasa en direcciones opuestas.

El conjunto de referencia de una masa Mb, el conjunto resonante tiene una masa Ma, y el primer y segundo elementos elásticos respectivamente tienen constantes elásticas Ka y Kb seleccionadas de manera que Ma/Mb=Kb/Ka. La constante elástica Kc del tercer elemento elástico se selecciona para que anule o al menos reduzca las vibraciones en el sistema.

Breve descripción de los dibujos

Otros objetos y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes tras hacer referencia a la siguiente memoria descriptiva y los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una alzado en sección transversal de un tipo de compresión lineal de la técnica anterior;

La Figura 2 es un diagrama esquemático del compresor de la Figura 1 que ilustra las masas y constantes elásticas de los elementos del compresor y su interacción;

La Figura 3 es una vista en alzado en sección transversal de un compresor lineal hecho de acuerdo con una realización preferida de la invención;

La Figura 4 es un diagrama esquemático del compresor de la Figura 3 que ilustra las masas y las constantes elásticas de los elementos del compresor y su interacción.

Descripción detallada de la invención

Las Figuras 3 y 4 muestran una realización preferida del compresor hecho de acuerdo con la invención, donde se usan los mismos números de referencia para los mismos elementos mostrados en las Figuras 1 y 2. La compresión de la Figura 3 difiere de la Figura 1 en que el cilindro, en el que se desliza el pistón 1, tiene un inserto anular 2c en su extremo inferior. En la realización ilustrada, el hueco anular 2c se define mediante una sección respectiva de diámetro reducido en el extremo inferior del cilindro 2.

En la Figura 3, hay un primer elemento elástico 20 que se monta entre el accionador 4 del conjunto resonante y la carcasa 8 del compresor. El primer elemento elástico 20 puede estar en forma de un resorte helicoidal del tamaño necesario que tiene una constante elástica deseada Ka dimensionada de acuerdo con la masa del conjunto resonante. Este primer elemento elástico 20 se mueve hacia arriba y hacia abajo a medida que el pistón 1 se mueve alternativamente. Se proporciona adicionalmente un segundo elemento elástico 21, que puede ser también un resorte helicoidal, montado entre la cabeza del cilindro 3 del conjunto de referencia y la carcasa 8 que tiene una constante elástica Kb que se dimensiona como una función de la masa del conjunto de referencia. El segundo elemento elástico 21 se mueve también hacia arriba y hacia abajo a medida que el pistón se mueve alternativamente dentro del cilindro. En general, los resortes en ambos extremos del compresor se comprimen y se expanden simultáneamente tras el movimiento alternativo del pistón.

Aún de acuerdo con la presente solución, se proporciona un tercer elemento elástico 22 que se muestra también como un resorte helicoidal que tiene su extremo superior situado en el hueco anular 2c en el extremo inferior del cilindro 2 del conjunto de referencia. El extremo inferior del tercer elemento elástico 22 recubre el extremo inferior del pistón 1 y descansa sobre el interior del accionador 4 del conjunto resonante. El tercer elemento elástico 22 tiene una constante elástica deseada Kc que define una transición entre los conjuntos resonante y de referencia del compresor y se comprime a medida que el pistón 1 se mueve hacia fuera del cilindro 2 y se expande a medida que el pistón se mueve en el cilindro para comprimir el gas.

La Figura 4 muestra el compresor de la Figura 3 en forma esquemática, que ilustra un sistema resonante mecánico formado por dos masas Ma y Mb. La masa Ma incluye el pistón 1, el accionador 4 y el miembro de imán 5 del conjunto resonante. La masa Mb incluye el cilindro 2, el bloque de cilindro 2a y la cabeza del cilindro 3 del conjunto de referencia. Los tres elementos elásticos 20, 21, 22 con las constantes elásticas Ka, Kb y Kc tienen una participación en la frecuencia de resonancia del sistema resonante mecánico, es decir, los tres elementos elásticos 20, 21, 22 se mueven simultáneamente a medida que el pistón se mueve alternativamente.

En el compresor de las Figuras 3 y 4, cuando el pistón 1 dirigido por el motor lineal se mueve hacia abajo, el primer elemento elástico 20 transmite una fuerza, en la dirección hacia abajo, a la carcasa 8 y el segundo elemento elástico 21 transmite una fuerza, en la dirección hacia arriba, a la carcasa 8. Durante los movimientos del pistón en direcciones opuestas, las fuerzas que se producen simultáneamente mediante el primer y segundo elementos elásticos tienen sus direcciones invertidas.

En la Figura 4:

Ma = masa del conjunto resonante (elementos 1, 4, 5)

Mb= masa del conjunto de referencia (elementos 2, 2a, 2b, 3)

Ka = constante elástica del primer elemento elástico 20 que actúa entre el conjunto resonante y el extremo inferior de la carcasa 8.

Kb = constante elástica del segundo elemento elástico 21 que actúa entre el conjunto de referencia y el extremo superior de la carcasa 8.

Kc = constante elástica del tercer elemento elástico 22 que actúa entre el conjunto resonante y el conjunto de referencia.

El compresor, con el sistema de montaje de las Figuras 3 y 4, tiene una frecuencia mecánica natural y el primer y segundo elementos elásticos 20 y 21 anula las fuerzas aplicadas a la carcasa 8, ya que se comprime simultáneamente y se expande mediante las masas respectivas Ma y Mb, en respuesta al desplazamiento del pistón 1.

El objeto de la construcción ilustrada en las Figuras 3 y 4 es equilibrar las fuerzas transmitidas a los extremos opuestos de la carcasa 8 para reducir y minimizar la vibración. Para conseguir esto, se determina la relación
Ma/Mb = Ka/Kb entre las masas y las constantes elásticas. El valor de Kc para el tercer elemento elástico 22 se selecciona de acuerdo con el diseño particular de los elementos del compresor, para que funcione como el resorte elástico del compresor lineal.

Para un funcionamiento apropiado, con el compresor en una orientación vertical, los elementos elásticos 20, 21 y 22 deben tener suficiente resistencia y tenacidad para mantener el compresor suspendido dentro de la carcasa, teniendo en cuenta el peso (masa) de los diversos componentes del compresor.

La invención proporciona la ventaja de distribuir las fuerzas transmitidas en la carcasa de una manera más equilibrada. Hay una posible desventaja en el sistema resultante de un aumento de la transmisión de ruido desde el compresor a la carcasa debido a los componentes elásticos más grandes. Sin embargo, esto se puede resolver proporcionando elementos absorbedores del ruido entre la carcasa 8 y cada uno del primer y segundo elementos elásticos 20, 21.

Las características específicas de la invención se muestran en uno o más de los dibujos sólo por comodidad, puesto que cada característica puede combinarse con otras características de acuerdo con la invención. Los especialistas en la técnica reconocerán las realizaciones alternativas y se pretende incluirlas dentro del alcance de las reivindicaciones. Por consiguiente, la descripción anterior debe considerarse como que ilustra y no que limita el alcance de la invención según se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (5)

1. Un compresor lineal montado dentro de una carcasa hermética (8) y que incluye: un conjunto de referencia formado por elementos que incluyen un bloque que define un cilindro (2); un conjunto resonante formado por elementos que incluyen un accionador (4) que lleva un pistón (1); y un motor eléctrico lineal que incluye un miembro de imán (5) y una bobina (6) para dirigir el accionador que hace moverse alternativamente al pistón (1) dentro del cilindro (2) caracterizado por que comprende: un primer elemento elástico (20) montado entre el conjunto resonante (1, 4, 5) y un extremo de la carcasa (8); un segundo elemento elástico (21) montado entre el conjunto de referencia (2) y el otro extremo de la carcasa (8); y un tercer elemento elástico (22) montado entre el conjunto de referencia (2) y el conjunto resonante (4), reduciendo dichos elementos elásticos las vibraciones transmitidas a la carcasa (8) de dichos elementos del conjunto resonante y del conjunto de referencia respectivamente que tienen una masa Ma y una masa Mb, y dicho primer y segundo elementos elásticos (21, 22) respectivamente tienen constantes elásticas (Ka y Kb), que están dimensionadas de manera que se obtiene la relación Ma/Mb = Kb/Ka.

2. Un compresor lineal, como se indica en la reivindicación 1, caracterizado por que cada uno de dicho primer, segundo y tercer elementos elásticos (20, 21, 22) está en forma de un resorte helicoidal.

3. Un compresor lineal, como se indica en la reivindicación 2, caracterizado por que el cilindro (2) tiene un hueco anular (2c) en su extremo inferior y el tercer elemento elástico (22) tiene un extremo asentado en dicho hueco anular (2c), mientras que el otro extremo está asentado en el interior del accionador (4).

4. Un compresor lineal, como se indica en la reivindicación 3, caracterizado por que el inserto anular (2c) se define mediante una sección respectiva de diámetro reducido en el extremo inferior del cilindro (2).

5. Un compresor lineal, como se indica en la reivindicación 1, caracterizado por que el tercer elemento elástico (22) se define mediante al menos un resorte plano que flexiona en la dirección de movimiento del pistón (1).