BRPI0902557B1

BRPI0902557B1 - Compressor linear

Info

Publication number: BRPI0902557B1
Application number: BRPI0902557-0A
Authority: BR
Inventors: Dietmar Erich Bernhard Lilie; Celso Kenzo Takemori; Paulo Rogério Carrara Couto; Egídio Berwanger
Original assignee: Embraco Indústria De Compressores E Soluções E Refrigeração Ltda.
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2020-03-10
Also published as: ES2711824T3; EP2452072A1; NZ597313A; WO2011003163A8; EP2452072B1; CN102472263A; BRPI0902557A2; CN102472263B; WO2011003163A1; CN105114286B; US20120177513A1; AU2010269080A1; JP2012532276A; KR20120066621A; US20150167658A1; CA2766411A1; US8998589B2; TR201901539T4; CN105114286A; US10221842B2

Abstract

compressor linear. a invenção refere-se a uma construção de compressor linear compreendendo uma carcaça (10) que fixa um cilindro (20) definindo uma câmara de compressão (21) em cujo interior é provido um pistão (30); um motor elétrico linear (40) tendo uma parte fixa (41) fixada à carcaça (10) e uma parte móvel (42) reciprocante em relação à parte fixa (41); um meio atuador (50) fixado à parte móvel (42) do motor elétrico linear (40), para ser por ela acionado; um meio de acoplamento (60), acoplando o meio atuador (50) ao pistão (30), de modo que estes sejam deslocados, em movimento reciprocante e em oposição de fase, durante a operação do compressor. o compressor da presente invenção compreende também um meio elástico mancalizador (70) conectando o meio atuador (50) à carcaça (10) e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre o conjunto definido pela dita parte móvel (42) e pelo meio atuador (50), de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre as partes móvel (42) e fixa (41) do motor elétrico linear (40), decorrentes dos efeitos das cargas laterais, o meio elástico mancalizador (70) apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamento do pistão (30) e do meio atuador (50).

Description

"COMPRESSOR LINEAR" Campo da Invenção A presente invenção refere-se a uma construção de compressor linear e, mais particularmente, a um arranjo de montagem para um compressor linear do tipo geralmente utilizado em pequenos sistemas de refrigeração, permitindo uma distribuição das forças transmitidas dos componentes do compressor à carcaça à qual é montado o compressor.------------- -----~.. . A presente invenção é também aplicável em compressores construídos para serem utilizados não só em sistemas de refrigeração de aparelhos de refrigeração em geral, como também no resfriamento de componentes em aparelhos eletrônicos compactos ou em outras aplicações que exijam miniaturização da unidade compressora. Técnica anterior Compressores lineares têm aplicação conhecida em sistemas de refrigeração, sendo sua construção objeto de pesquisas visando, geralmente, melhorias em sua eficiência. 0 compressor linear é basicamente uma máquina de alta vibração que compreende um pistão axialmente deslocável no interior de uma câmara de compressão, de modo a comprimir uma determinada massa de gás refrigerante do sistema de refrigeração, durante um ciclo de refrigeração deste sistema. _______________________________________________ Na construção ilustrada e descrita no documento WO07/118295, co-pendente e do mesmo depositante, é apresentado um compressor compacto e do tipo particularmente, mas não exclusivamente, utilizado para refrigeração de sistemas eletrônicos, dito compressor compreendendo, genericamente, uma carcaça 10, geralmente hermética, e que apresenta um formato tipicamente cilíndrico; um cilindro 20, fixado à carcaça 10 e definindo uma câmara de compressão 21 no interior da qual um pistão 30 é axialmente deslocado, em movimento reciprocante, durante a operação do compressor; um motor elétrico linear 40 montado à carcaça 10; um meio atuador 50 operativamente acoplando o pistão 30 ao motor elétrico linear 40, de modo a fazer com que este último desloque o pistão 30 em movimento reciprocante no interior da câmara de compressão 21, sendo que dito meio atuador 50 é acoplado ao pistão 30 por um meio de acoplamento 60, na forma de um meio elástico 60a, projetado de modo que o meio atuador 50 e o pistão 30 sejam deslocados em oposição de fase, durante a operação do compressor, conforme exposto adiante.

Esta configuração necessita de um mancai de deslizamento M para guiar a parte móvel do motor no interior da carcaça, durante operação do compressor, impedindo que movimentos laterais, de dita parte móvel do motor, provoquem desbalanceamentos na unidade compressora. Entretanto, este tipo de mancai gera atrito e tem uma vida limitada em função do seu desgaste, pois os compressores do tipo aqui considerado são projetados para não utilizarem óleo na lubrificação das partes em movimento relativo. Um outro problema relacionado ao uso de mancais de deslizamento é a geração de ruído; o mancai pode gerar ruído em casos onde exista contato entre as partes moveis.

Considerando-se as reduzidas dimensões disponíveis em compressores compactos, particularmente de aplicação em sistemas de refrigeração de equipamentos eletrônicos, passa a ser vantajoso prover-se uma solução construtiva que garanta a miniaturização da unidade compressora e, preferivelmente, a supressão dos mancais de deslizamento, minimizando a existência de partes com movimento relativo e em contato entre si no compressor, simplificando a construção deste, sem comprometer as limitações estabelecidas para o dimensionamento do compressor linear.

Sumário da Invenção Em função dos inconvenientes acima comentados e ainda de outras desvantagens das soluções construtivas conhecidas, é um dos objetivos da invenção prover um compressor linear que permita minimizar ou mesmo anular os efeitos das cargas laterais atuantes sobre as partes reciprocantes do compressor no interior da carcaça deste, evitando colisões dos componentes móveis da unidade compressora, particularmente do conjunto formado pelo atuador e pela parte móvel do motor, com a carcaça do compressor, sem o uso de mancais de deslizamento ou outros meios que impliquem no contato entre partes relativamente móveis do compressor.

Um outro objetivo da presente invenção é o de prover um compressor tal como acima citado e que não gere ruídos durante sua operação. É ainda um outro objetivo da presente invenção é prover um compressor tal como acima citado e que permita, de forma simples, a construção de um compressor linear compacto (tal como aquele do tipo descrito no pedido de patente WO07/118295) que anule, pelo menos em parte, os efeitos das cargas laterais atuantes sobre o pistão no interior da câmara de compressão, minimizando atrito entre ditas partes.

Um objetivo adicional da presente invenção é prover um compressor tal como acima citado e que permita, de forma simples, a construção de um compressor linear compacto, sem necessidade de uso de óleo lubrificante entre partes com movimento relativo. .

Um outro objetivo da presente invenção é o de prover um compressor linear tal como acima citado e cuja construção permita manter as dimensões da carcaça do compressor e também o peso total deste último em valores reduzidos. A presente invenção refere-se a um compressor linear do tipo que compreende uma carcaça que fixa, internamente, um cilindro definindo uma câmara de compressão em cujo interior é provido um pistão; um motor elétrico linear tendo uma parte fixa fixada internamente à carcaça e uma parte móvel reciprocante em relação à parte fixa; um meio atuador fixado à parte móvel do motor elétrico linear, para ser por ela acionado em movimento reciprocante; um meio de acoplamento, acoplando o meio atuador ao pistão, de modo que ditos meio atuador e pistão sejam deslocados, em movimento reciprocante, durante a operação do compressor.

De acordo com a invenção, o compressor compreende um meio elástico mancalizador conectando o meio atuador à carcaça e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre o conjunto definido pela parte móvel do motor elétrico linear e pelo meio atuador, de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre ditas partes móvel e fixa do motor elétrico linear, decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamento do pistão e do meio atuador.

De acordo com um aspecto particular da presente invenção, na qual o meio de acoplamento é um meio elástico que acopla o meio atuador ao pistão, o meio elástico mancalizador apresenta uma rigidez axial mínima, de modo a permitir um deslocamento reciprocante e em oposição de fase, do pistão e do meio atuador.

De acordo com um outro aspecto particular da presente invenção, para o qual o pistão é diretamente acoplado ao meio elástico, o compressor compreende um meio elástico mancalizador adicional conectando o pistão à carcaça e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre o pistão, de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre o pistão em relação à câmara de compressão, decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador adicional apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamento em oposição de fase do pistão e do meio atuador.

Em um outro aspecto da presente invenção, o compressor compreende um meio elástico mancalizador adicional conectando, à carcaça, uma porção extrema do meio elástico, adjacente ao pistão e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre dita porção extrema do meio elástico, de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre a porção extrema do meio elástico em relação à câmara de compressão, decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador adicional apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamento em oposição de fase do pistão e do meio atuador.

Um outro aspecto da presente invenção é prover um compressor linear tal como acima definido e no qual o pistão é rigidamente acoplado ao meio elástico, ou ainda dito pistão é acoplado ao meio elástico, por um meio de articulação.

Breve descrição dos desenhos A invenção será descrita a seguir, fazendo-se referência aos desenhos anexos, dados a título de exemplo de possíveis configurações da invenção em questão e nos quais: A figura 1 representa, esquematicamente, uma vista em corte longitudinal de uma construção de compressor linear, descrita e ilustrada no documento WO07/118295; A figura 2 representa, de modo simplificado e um tanto esquemático, uma vista em corte longitudinal de um compressor do tipo ilustrado na figura 1, mas apresentando uma primeira forma de realização da presente invenção para o meio elástico mancalizador; A figura 3 representa, esquematicamente, uma variante construtiva de montagem do pistão ao meio elástico, para a solução ilustrada na figura 2 utilizando um meio elástico mancalizador adicional; A figura 4 representa, esquematicamente, uma vista tal como aquela das figuras anteriores, para uma segunda opção construtiva de realização da presente invenção; A figura 5 representa, esquematicamente, uma variante construtiva de montagem do pistão ao meio elástico, para a solução ilustrada na figura 4; A figura β representa, esquematicamente, uma opção construtiva de meio elástico mancalizador da presente invenção, do tipo ilustrado nas figuras 2 a 5; A figura 7 representa, esquematicamente, uma vista tal como aquela das figuras 1 a 5 anteriores, para uma terceira opção construtiva de realização da presente invenção; A figura 8 representa, esquematicamente, uma vista lateral de uma segunda opção construtiva para o meio elástico mancalizador; A figura 9 representa, esquematicamente, uma construção de meio elástico mancalizador para a segunda opção construtiva ilustrada nas figuras 7 e 8; e A figura 10 representa, esquematicamente, uma vista tal como aquela da figura 8, para uma quarta opção construtiva de realização da presente invenção, indicando, em linhas contínuas, uma condição de expansão do meio elástico mancalizador e, em linhas tracejadas, uma condição de compressão deste último.

Descrição das configurações ilustradas Conforme ilustrado nas figuras 1, 2, 3, 4, 5 e 7, a presente invenção compreende um compressor para sistemas de refrigeração, por exemplo, um compressor compacto e do tipo particularmente, mas não exclusivamente, utilizado para refrigeração de sistemas eletrônicos, dito compressor compreendendo, genericamente, uma carcaça 10; um cilindro 20, fixado internamente à carcaça 10 e definindo uma câmara de compressão 21; um pistão 30 reciprocante no interior da câmara de compressão 21 durante a operação do compressor; um motor elétrico linear 40 tendo uma parte fixa 41 fixada internamente à carcaça 10 e uma parte móvel 42 reciprocante em relação à parte fixa 41; e um meio atuador 50 fixado à parte móvel 42 do motor elétrico linear 40, para ser por ela acionado em movimento reciprocante. O meio atuador 50 é acoplado ao pistão 30 por um meio de acoplamento 60, de modo que ditos meio atuador 50 e pistão 30 sejam deslocados, em movimento reciprocante durante a operação do compressor. O pistão 30, o meio atuador 50, a parte móvel 42 do motor elétrico linear 40 e o meio de acoplamento 60 definem um conjunto móvel ressonante do compressor.

Em uma construção particular de compressor, tal como aquela descrita no pedido de patente co-pendente WO07/118295, para a qual se aplica a presente invenção, o meio atuador 50 é acoplado ao pistão 30 por um meio de acoplamento 60 na forma de um meio elástico 60a, de modo que ditos meio atuador 50 e pistão 30 sejam deslocados, em movimento reciprocante e em oposição de fase, durante a operação do compressor.

Embora não ilustrado, a presente invenção é também aplicável a um compressor linear que apresente o meio atuador 50 e o pistão 30 construídos para serem acoplados entre si com um meio de acoplamento 60, por exemplo, na forma de uma haste, em peça única ou em um feixe, modo a serem conjuntamente deslocados, em fase, durante seu movimento reciprocante.

Nesta construção, ilustrada nos desenhos anexos e na qual o pistão 30 não é fixado direta e rigidamente ao meio atuador 50, mas por meio de um meio elástico 60a (implicando em um deslocamento reciprocante que não correspondente ao deslocamento reciprocante do meio atuador 50), o movimento reciprocante do pistão 40 é operativamente vinculado àquele determinado ao meio atuador 50 pelo motor elétrico linear 40, o que permite que dito pistão 30 apresente um deslocamento defasado ou ainda em anti-fase, ou seja, em sentido oposto àquele do meio atuador 50, dito deslocamento podendo apresentar também uma amplitude diferente daquela do deslocamento reciprocante do meio atuador 50. Esta liberdade de movimento entre o pistão 30 e o meio atuador 50 permite que os deslocamentos reciprocantes relativos sejam previamente definidos, de modo a anularem as vibrações, na direção do movimento reciprocante, causadas pelo deslocamento de cada uma de ditas partes. Neste tipo de construção, as amplitudes de deslocamento do pistão 30 são menores do que aquelas associadas ao meio atuador 50, em função das diferentes massas das duas partes associadas ao meio elástico 60a. 0 meio elástico 60a, que operativamente acopla o pistão 30 ao meio atuador 50 nas construções ilustradas, é definido de modo não só a garantir o acoplamento físico entre as partes de pistão 40 e de meio atuador 50, mas também determinar a transferência de movimento do motor elétrico linear 40 ao pistão 30, em uma determinada amplitude, freqüência e relação de fase com o movimento do meio atuador 50. O meio elástico 60a apresenta um eixo geométrico coaxial ao eixo geométrico de deslocamento do pistão 30 e é dimensionado em função das massas do pistão 30 e do meio atuador 50, e de amplitudes de deslocamento desejadas e pré-determinadas para tais partes de meio atuador 50 e de pistão 30. As amplitudes de deslocamento do pistão 30 e do meio atuador 50 são definidas em relação a um plano transversal P, ortogonal ao eixo geométrico do meio elástico 60a, definido a uma distância predeterminada em relação a um ponto de referência contido em uma das partes de cilindro 20 e de carcaça 10, sendo as referidas amplitudes calculadas para garantir uma determinada potência do motor elétrico linear 40 e uma determinada eficiência de bombeamento de gás pelo pistão 30. O meio elástico 60a, acoplado às partes de pistão 30 e de meio atuador 50, mantém estacionária sua região disposta sobre o referido plano transversal P, definindo um ponto zero da amplitude de operação do compressor, no qual a vibração causada pelo movimento de cada uma das partes de pistão 30 e de meio atuador 50 apresente resultante nula, independente da diferença entre as amplitudes em balanceamento. A determinação da amplitude dos cursos do pistão 30 e do meio atuador 50 é realizada a partir da determinação das massas e da constante de mola do meio elástico 60a.

Nas construções de compressor nas quais o curso do pistão 30 não é modificado, a amplitude de deslocamento do meio atuador 50 é definida de modo a ser superior àquela de deslocamento do pistão 30, permitindo a obtenção da desejada potência com um motor elétrico de dimensões reduzidas, por exemplo, de menor diâmetro, sem que, com isso, o necessário aumento de curso do meio atuador 50 provoque uma alteração no curso do pistão 30 e, consequentemente, na capacidade de bombeamento.

De acordo com uma forma construtiva do compressor em descrição, apresentada no documento WO07/11829, o meio atuador 50 geralmente compreende uma porção básica definida pela porção móvel 42 do motor elétrico linear 40, ditas porções básica e de carga sendo preferivelmente coaxiais entre si e ao eixo do pistão 30. Em uma forma de realização da presente invenção, a porção básica fixa a porção de carga por um meio convencional conhecido, tal como cola, rosca, interferência, etc, ou incorpora dita porção de carga em peça única. A porção de carga (parte móvel 42 do motor elétrico linear 40) carrega magnetos ou ímãs permanentes (não ilustrados) do motor elétrico linear 40.

Para a construção em descrição, o meio elástico 60a tem um extremo fixado ao pistão 30 e um extremo oposto fixado à porção básica do meio atuador 50. O meio elástico 60a pode ser definido por uma ou duas molas helicoidais ressonantes com mesmo sentido de desenvolvimento helicoidal e tendo seus extremos adjacentes angularmente distanciados entre si. 0 compressor em descrição pode compreender ou não um elemento posicionador (não ilustrado) acoplando a região do meio elástico 60a, situada sobre o referido plano transversal P, a uma das partes de cilindro 20 e de carcaça 10.

Para a construção de compressor em descrição, o meio elástico 60a compreende pelo menos uma mola helicoidal ressonante com um extremo acoplado ao pistão 30 e um extremo oposto acoplado ao meio atuador 50. Nas construções com meio elástico 60a compreendendo mais do que duas molas helicoidais ressonantes, estas apresentam uma distribuição angular definindo um plano de simetria (por exemplo, com espaçamento igual) para os extremos adjacentes de ditas molas helicoidais ressonantes.

Na construção ilustrada na figura 1, a carcaça 10 apresenta, internamente, um mancai de deslizamento M, que garante o alinhamento da parte móvel 42 do motor elétrico linear 40, durante operação do compressor, mas que apresenta as deficiências já discutidas anteriormente.

De acordo com a presente invenção, na qual o mancai de deslizamento não é mais utilizado, o compressor compreende um meio elástico mancalizador 70 conectando o meio atuador 50 à carcaça 10 e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre o conjunto definido pela parte móvel 42 do motor elétrico linear 40 e pelo meio atuador 50, de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre ditas partes móvel 42 e fixa 41 do motor elétrico linear 40, decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador 70 apresentando uma rigidez axial mínima de modo a permitir o desejado deslocamento em oposição de fase do pistão e do meio atuador. O compressor da presente invenção pode também compreender um meio elástico mancalizador adicional 80, acoplando uma das partes de pistão 30 e de meio elástico 60a à carcaça 10, na região em que dito meio elástico 60a é montado ao pistão 30.

As formas construtivas e o grau de rigidez radial e axial de cada uma das partes de meio elástico mancalizador 70 e de meio elástico mancalizador adicional 80 podem ou não ser iguais, sendo a forma e o grau de rigidez radial e axial, de cada um de ditos meios elásticos mancalizadores, definidos em função das massas envolvidas e da conveniência de se ter a anulação da resultante das forças que ditos meios elásticos mancalizadores 70, 80, exercem sobre o meio elástico 60a. O meio elástico mancalizador 70 e o meio elástico mancalizador adicional 80 podem ser projetados para apresentarem, cada um, uma respectiva rigidez axial definida de forma a anular, em conjunto com a rigidez axial do outro de ditos meios elásticos, as forças axiais sobre a carcaça 10, durante deslocamento reciprocante do pistão 30 e do conjunto formado pelo atuador 50 e pela parte móvel 42 do motor 40, quando da operação do compressor.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção, o meio elástico mancalizador 70 é definido por pelo menos uma mola 71 disposta em um plano ortogonal ao eixo geométrico da parte fixa 41 do motor elétrico 40. Em uma variante desta solução, não ilustrada, o meio elástico mancalizador 70 compreende pelo menos uma mola 71 tendo parte de sua extensão, por exemplo aquela de fixação à carcaça 10, disposta em um plano ortogonal ao eixo geométrico da parte fixa 41 do motor elétrico 40, sendo o restante de dita mola 71 disposta angularmente ao referido eixo geométrico da parte fixa 41 do motor elétrico linear 40, definindo um formato cônico à referida mola 71.

Na construção ilustrada nas figuras 2 a 6, o meio elástico mancalizador 70 é definido por uma única mola plana 71, por exemplo compreendendo duas porções anelares concêntricas 72a, 72b, interligadas por pluralidade de porções intermediárias 73, em arranjo espiral.

Esta configuração de mola plana 71 é definida de modo a apresentar baixa rigidez axial e alta rigidez radial, podendo ser confeccionada, de forma simples, por recorte ou estampagem, a partir de uma chapa plana. Uma outra vantagem desta configuração é o seu comprimento no sentido axial: por ser obtida a partir de uma chapa, a dimensão axial é bem reduzida.

De acordo com uma outra forma de realização da presente invenção, ilustrada nas figuras 7 a 10, o meio elástico mancalizador 70 é definido por pelo menos uma mola helicoidal cilíndrica 74, coaxial ao eixo geométrico da parte fixa 41 do motor elétrico linear 40 e tendo um extremo 74a acoplado ao meio atuador 40 e um extremo oposto 74b acoplado à carcaça 10. A mola helicoidal cilíndrica 74 pode ser montada em uma região extrema do meio elástico 60a, adjacente ao meio atuador 50, envolvendo dita região extrema do meio elástico 60a ou ainda sendo disposta internamente a dito meio elástico 60. Na configuração ilustrada na figura 7, a mola helicoidal cilíndrica 74 é montada envolvendo a dita região extrema do meio elástico 60a e tem seu extremo oposto 74b montado assentado contra uma porção de batente 10a internamente provido na carcaça 10.

Nesta configuração de meio elástico mancalizador 70 na forma de uma mola helicoidal cilíndrica 74, dito meio elástico mancalizador 70 pode ser definido por uma ou mais molas helicoidais, configuradas para apresentarem alta rigidez radial e baixa rigidez axial. A vantagem desta configuração é a sua dimensão radial, a qual permite diminuir as dimensões laterais do compressor, permitindo sua compactação.

Na construção de molas helicoidais, a mola helicoidal cilíndrica 74 pode ser obtida em peça única com a mola que define o meio elástico 60a (figura 10) ou ser provida em peça separada deste último.

De acordo com o ilustrado, a carcaça 10 compreende um corpo tubular alongado 11, geralmente em liga metálica e definindo, internamente, uma câmara hermética HC entre o motor elétrico linear 40 e o cilindro 20, dita câmara hermética HC sendo aberta para um primeiro extremo da câmara de compressão 21 e alojando o meio atuador 50 e o meio elástico 60a.

Uma placa de válvulas 12, de qualquer construção conhecida da técnica, é assentada e fixada contra um segundo extremo da câmara de compressão 21, de modo a fechá-lo.

Um cabeçote 13 é externamente assentado e retido contra a placa de válvulas 12, provendo comunicações fluidas seletivas entre a câmara de compressão 21 e linhas de sucção 13a e de descarga 13b, de um circuito de refrigeração, não ilustrado, ao qual o compressor é acoplado.

De acordo com a presente invenção, o cabeçote 13 (ou ainda uma tampa extrema fixada em torno de pelo menos parte da extensão longitudinal da adjacente porção de carcaça envolvendo a placa de válvulas 12) é fixado, por exemplo, por colagem ou por interferência mecânica, à carcaça 10. A placa de válvulas 12, onde são definidos orifícios de sucção 12a e de descarga 12b, seletivamente fechados por respectivas válvulas de sucção 12c e de descarga 12d, é assentada contra o segundo extremo da câmara de compressão 21, fechando esta última, dito segundo extremo da câmara de compressão 21 sendo oposto àquele por onde é montado o pistão 30.

Na construção de compressor apresentando uma carcaça 10, tal como ilustrado nos desenhos anexos, dito compressor apresenta as partes móveis entre si construídas de modo a dispensarem a necessidade de se prover óleo lubrificante no compressor, assim como um reservatório para dito óleo e meios de bombeamento deste às partes com movimento relativo. As partes do compressor, com movimento relativo entre si, são construídas em material auto-lubrificante, tal como, por exemplo, alguns plásticos; ou são construídas em material anti-fricção, ou ainda providas com um revestimento anti-desgaste e de baixo atrito.

Em particular o pistão 30 pode ser produzido em material auto-lubrificante, tal como, por exemplo, alguns plásticos de engenharia ou em materiais convencionais acrescidos de revestimento superficiais anti-desgaste e de baixo atrito. A câmara de compressão 21, no interior da qual desloca-se o pistão 30, pode também receber uma luva, com um revestimento tal como acima citado.

Além da diminuição de atrito entre as partes com movimento relativo entre si, a determinação do material de formação dos elementos constituintes do compressor da presente invenção considera questões de balanceamentos no compressor. Dentro deste conceito, o compressor em descrição apresenta, preferivelmente, seus constituintes formados em material de baixa densidade mássica, de modo a reduzir os esforços de desbalanceamento provenientes do movimento reciprocante do pistão 30. O compressor em descrição pode ser utilizado em uma ampla gama de rotações, por exemplo de 3.000rpm a 15.000rpm, em função de suas características.

Embora as construções aqui ilustradas apresentem uma comunicação fluida entre a câmara de compressão 21 e a linha de sucção através de um cabeçote 13, deve ser entendido que a presente invenção também se aplica a construções de compressor tais como aquelas descritas e ilustradas no documento WO07/118295.

Conforme ilustrado, o corpo tubular alongado 11 da carcaça 10 apresenta um primeiro extremo 11a, ao qual é fixado o cabeçote 13 e um segundo extremo 11b, fechado por uma tampa de motor 15. Na construção de técnica anterior ilustrada na figura 1, o motor elétrico linear 40 é montado adjacente ao segundo extremo 11b do corpo tubular alongado 11 da carcaça 10.

Deve ser entendido que para qualquer uma das construções de carcaça aqui descrita ou ainda para aquelas apresentadas no documento WO07/118295, pelo menos uma das partes de carcaça 10 e de tampa de motor 15 pode também ser provida, externamente, de aletas de troca térmica, as quais permitem a refrigeração do compressor em questão durante sua operação e a liberação de calor, gerado pelo motor e pela compressão de fluido refrigerante na câmara de compressão 21, para fora do compressor.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção, ilustrada nas figuras 2 e 3, a carcaça 10 é formada em pelo menos duas porções coaxiais e hermeticamente fixadas entre si, uma das quais definindo o corpo tubular alongado 11 da carcaça 10 e, a outra, a tampa de motor 15.

Para a construção de meio elástico mancalizador 70 na forma de uma mola plana 71, esta apresenta uma porção radialmente externa definida por uma porção anelar 72a, externa, fixada entre ditas duas porções de carcaça.

Nesta construção, o segundo extremo 11b do corpo tubular alongado 11 apresenta um flange periférico 11c a ser assentado contra uma aba periférica 15a de uma porção extrema aberta da tampa de motor 15, ensanduichando uma borda periférica da porção anelar 72a mais externa da mola plana 71, que define o meio elástico mancalizador 70 nesta construção, através de meios apropriados e utilizando juntas de vedação para garantir a hermeticidade do interior da carcaça 10.

Nas construções ilustradas nas figuras 2 a 5, a porção anelar 72b, mais interna da mola plana 71, compreende um cubo central 72c a ser montado, de forma justa, em torno de uma adjacente porção do meio atuador 50.

Nestas construções, a carcaça 10 apresenta um alargamento na região de fixação da tampa de motor 15, em função do diâmetro do meio elástico mancalizador 70. A mola plana 71 ilustrada nas figuras 2 a 5 tem suas porções anelares concêntricas 72a, 72b, interligadas por pluralidade de porções intermediárias 73a, em arranjo espiral, definidos entre rasgos 75 produzidos em um mesmo sentido de desenvolvimento espiral, ditos rasgos sendo dimensionados em função da rigidez desejada para esta construção de meio elástico mancalizador 70.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção, aplicável para as construções nas quais o pistão 30 é diretamente acoplado ao meio elástico 60a, o compressor em descrição compreende um meio elástico mancalizador adicional 80 conectando o pistão 30 à carcaça 10 e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre o pistão 30, de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre o pistão 30 em relação à câmara de compressão 21, decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador adicional 80 apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamento em oposição de fase do pistão e do meio atuador. Nesta construção, o meio elástico mancalizador adicional 80 minimiza a ocorrência, durante operação do compressor, de impactos e atritos entre o pistão 30 e a parede interna da câmara de compressão 21.

De acordo ainda com um outro aspecto da presente invenção, o compressor compreende um meio elástico mancalizador adicional 80 conectando, à carcaça 10, uma porção extrema 61 do meio elástico 60a, adjacente ao pistão 30 e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre dita porção extrema 61 do meio elástico 60a, de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre a porção extrema 61 do meio elástico 60a em relação à câmara de compressão 21, decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador adicional 80 apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamento em oposição de fase do pistão e do meio atuador.

Para esta construção, o pistão 30 pode ser rigidamente acoplado ao meio elástico 60a, tal como ilustrado nas figuras 2 e 4, ou ser acoplado ao meio elástico 60a por um meio de articulação 31, tal como ilustrado nas figuras 3, 5 e 7. A figura 10 ilustra uma construção utilizando um meio elástico mancalizador 70 e um meio elástico mancalizador adicional 80, ambos sendo providos como extensões de mola do meio elástico 60a, particularmente em peça única com este último, a partir da porção extrema 61 do meio elástico 60a e de uma porção extrema oposta 62 deste último, adjacente à parte móvel 42 do motor elétrico linear 40.

Nesta construção, cada meio elástico mancalizador 80 é acoplado à carcaça 10 através, respectivamente, da porção extrema 61 e da porção extrema oposta 62 do meio elástico 60a. Na construção ilustrada, em cada dita porção extrema 61 e extrema oposta 62 o meio de mola é provido de um furo 63, de fixação dos meios elásticos mancalizadores à carcaça 10.

Em função desta ligação ao meio elástico 60a, os meios elásticos mancalizadores, nesta construção, são também submetidos à movimentação de operação do meio elástico 60a. Para evitar que tais meios elásticos mancalizadores interfiram na operação do meio elástico 60a, a rigidez axial deste é calculada considerando a rigidez axial de cada dito meio elástico mancalizador. Os meios elásticos mancalizadores são construídos de modo a apresentam uma reduzida espessura do arame de mola, na direção axial, e uma maior espessura na direção radial, para que se possa obter um comportamento operacional desejado para o referido meio elástico mancalizador. Deve ser entendido que a rigidez radial e a rigidez axial dos meios elásticos mancalizador 70 e mancalizador adicional 80 são definidas em função das cargas a que o meio elástico mancalizador 70 ou mancalizador adicional 80 estará sendo submetido durante a operação do compressor. A provisão do meio de articulação 31 permite evitar que sejam transmitidos ao pistão 30, desvios do elemento elástico 60a em relação ao pistão, causados por vibrações radiais, decorrentes da operação de compressão e de sucção do compressor e ainda por possíveis desalinhamentos (imperfeições) de montagem do meio mancalizador adicional 80.

Na construção ilustrada nas figuras 3, 5 e 7, o meio de articulação 31 inclui uma haste 32 conectando uma porção de base 33 a uma porção de topo 34 do pistão 30, responsável pela compressão do gás na câmara de compressão 21, dita haste 32 sendo conectada entre a porção de base 33 e a porção de topo 34 através de respectivas articulações 35, 36, tal como, por exemplo, um meio de rótula ou ainda um meio de engate articulado. O meio elástico mancalizador adicional 80 pode apresentar as mesmas construções já descritas para o meio elástico mancalizador 70, ou seja, dito meio elástico mancalizador adicional 80 pode ser definido por pelo menos uma mola 81 ou parte dela disposta em um plano ortogonal ao eixo geométrico do pistão 30, dita mola 81 sendo, por exemplo, uma única mola plana 81 compreendendo duas porções anelares concêntricas 82a, 82b, interligadas por pluralidade de porções intermediárias 83, em arranjo espiral.

Tal como já descrito para o meio elástico mancalizador 70, para esta construção de meio elástico mancalizador adicional 80 a carcaça 10 é formada em pelo menos duas porções coaxiais e hermeticamente fixadas entre si, dita pelo menos uma mola 81 tendo uma de suas porções anelares 82a, radialmente externa, fixada entre ditas duas porções de carcaça.

Neste caso, a carcaça 10 apresenta três porções coaxiais e hermeticamente fixadas entre si, duas das quais já descritas e respectivamente definidas pelo corpo tubular alongado 11 e tampa de motor 15 e sendo a outra porção coaxial definida por uma porção extrema 16, de montagem do cilindro 20, dita porção extrema 16 sendo provida de uma borda periférica 17, alargada e definindo uma aba extrema 17a, de assentamento e montagem de uma porção de aba llf do primeiro extremo 11a do corpo tubular alongado 11 da carcaça 10. A construção e a montagem desta outra mola plana 81 segue as mesmas características daquela descrita para a mola plana 71, montada ao meio atuador 50, ou seja, dita outra mola plana 81 apresenta sua porção anelar 81a mais externa fixada entre as porções de carcaça definidas pelo corpo tubular alongado 11 e borda periférica 17 da porção extrema 16.

Nesta construção de meio elástico mancalizador adicional 80 a carcaça 10 apresenta, também, um alargamento de seu corpo tubular alongado 11, adjacente ao seu primeiro extremo 11a, na região de montagem da porção extrema 16. Seguindo o já descrito para o meio elástico mancalizador 70, o meio elástico mancalizador adicional 80 pode também ser definido por pelo menos uma mola helicoidal cilíndrica 84, coaxial ao eixo geométrico do pistão 30 e tendo um extremo acoplado a este último e um extremo oposto acoplado à carcaça 10.

Neste caso, a mola helicoidal cilíndrica 84 pode envolver uma região extrema do meio elástico 60a, adjacente ao meio atuador 50, ou ainda dita mola helicoidal cilíndrica 84 pode ser configurada para ser envolvida pela referida região extrema do meio elástico 60a. A mola helicoidal cilíndrica pode ser provida em peça separada ou ainda em peça única com o meio elástico 60a.

Deve ser entendido que, dentro do conceito da invenção aqui apresentado, são possíveis outras configurações de arranjos de meio elástico mancalizador 70 e de meio elástico mancalizador adicional 80, não ilustrados, e que não apresentem estes simultaneamente providos com uma mesma construção de mola, tal como apresentar uma de ditas partes de meio elástico mancalizador 70 e de meio elástico mancalizador adicional 80 na forma de uma mola plana enquanto que a outra de ditas partes ser em uma mola helicoidal.

De acordo com a opção construtiva ilustrada na figura 9 para a mola cilíndrica helicoidal, esta compreende espiras 76, 86, fixadas entre si através de elementos de mola helicoidais 77, 87. Nesta construção, a mola cilíndrica é formada por três anéis 76a, 86a, e uma pluralidade de tiras 77a, 87a engastadas em rasgos dos anéis. Os anéis externos são fixos e o central é o móvel. Na configuração onde é empregada apenas uma mola para definir o meio elástico mancalizador 70, o anel central 76, 76a, 86, 86a desta construção de mola helicoidal é fixado ao meio atuador 50, sendo que os dois anéis externos podem ser fixados à carcaça 10 do compressor. Da mesma forma este conjunto pode ser montado nos dois lados da mola ressoante sustentando completamente o mecanismo. A rigidez axial da construção apresentando o meio elástico mancalizador 70 e o meio elástico mancalizador 80 é usada para balancear a vibração do compressor. Como o pistão 30 se move na mesma direção e em sentido oposto ao motor elétrico linear 40, a força de reação de um dos meios elásticos mancalizador 70 e meio elástico mancalizador adicional 80 contra a carcaça 10 do compressor, é anulada pelo outro de ditos meios elásticos mancalizador 70 e mancalizador adicional 80 e que está operando no sentido contrario. Para esta neutralização de forças é necessário que o produto rigidez X curso do meio elástico mancalizador (ou mancalizador adicional) seja igual para os dois meios elásticos mancalizadores em operação. O uso dos meios elásticos mancalizadores pode afetar q sistema ressonante principal do compressor com a rigidez adicional nos extremos de ditos meios elásticos mancalizadores. Esta interferência deve ser limitada para não interferir na transferência de energia do motor para o pistão.

Os meios elásticos mancalizadores aqui descritos podem ser empregados apenas para sustentar o mecanismo do lado do motor elétrico linear 40 (meio elástico mancalizador 70), ou também pode ser empregado do lado do pistão 30 (meio elástico mancalizador adicional 80) suspendendo todo o mecanismo em molas. A construção de pistão 30 articulado pode ser utilizada em conjunto com os meios elásticos mancalizadores aqui descritos para evitar que desalinhamentos de montagem gerem forças, indesejadas, sobre o pistão 30. A vantagem de se utilizar meios elásticos mancalizadores é sua baixa perda energética, pois existe apenas uma perda muito pequena na deformação da estrutura da mola. Como não existe atrito entre componentes não é necessário o uso de óleo para o seu funcionamento, o que, além do aspecto ecológico envolvido, resulta em uma versatilidade de aplicação do compressor por permitir a sua operação em qualquer orientação.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1- Compressor linear compreendendo: - uma carcaça (10) que fixa, internamente, um cilindro (20) definindo uma câmara de compressão (21) em cujo interior é provido um pistão (30); - um motor elétrico linear (40) tendo uma parte fixa (41) fixada internamente à carcaça (10) e uma parte móvel (42) reciprocante em relação à parte fixa (41); - um meio atuador (50) fixado à parte móvel (42) do motor elétrico linear (40), para ser por ela acionado em movimento reciprocante; - um meio de acoplamento (60), acoplando o meio atuador (50) ao pistão (30), de modo que dito meio de acoplamento (60), ditos meio atuador (50) e pistão (30) sejam deslocados, como um conjunto móvel ressonante, em movimento reciprocante durante a operação do compressor; - um meio elástico mancalizador (70) conectando o meio atuador (50) à carcaça (10) e apresentando uma rigidez radial para suportar radialmente as cargas laterais atuantes sobre o conjunto definido pela parte móvel (42) do motor elétrico linear (40) e pelo meio atuador (50), e para compensar desalinhamentos axiais entre ditas partes móvel (42) e fixa (41) do motor elétrico linear (40), decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador (70) apresentando uma rigidez axial, adaptada para o desejado deslocamento do pistão (30) e do meio atuador (50); caracterizado pelo fato de: - o meio de acoplamento (60) ser um meio elástico (60a) e sendo que o meio elástico mancalizador (70), conectando o meio atuador (50) à carcaça (10), apresenta uma rigidez axial adaptada para que ditos meio atuador (50) e pistão (30) sejam deslocados, em movimento reciprocante e em oposição de fase durante a operação do compressor.

2- Compressor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador (70) ser definido por pelo menos uma mola (71) ou porção de mola, disposta em um plano ortogonal ao eixo geométrico da parte fixa (42) do motor elétrico (40).

3- Compressor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador (70) ser definido por uma única mola plana (71); compreendendo duas porções anelares concentricas (72a, 72b) , interligadas por pluralidade de porções intermediárias (73), em arranjo espiral.

4- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de a carcaça (10) ser formada em pelo menos duas porções coaxiais e hermeticamente fixadas entre si, dita pelo menos uma mola (71) tendo uma porção radialmente externa (72a) fixada entre ditas duas porções de carcaça.

5- Compressor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador (70) ser definido por pelo menos uma mola helicoidal cilindrica (74), coaxial ao eixo geométrico da parte fixa (42) do motor eletrico linear (40) e tendo um extremo (74a) acoplado ao meio atuador (40) e um extremo oposto (74b) acoplado à carcaça (10).

6- Compressor, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a mola helicoidal cilíndrica (74) envolver uma região extrema do meio de acoplamento (60), adjacente ao meio atuador (50).

7- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, e sendo o pistão (30) diretamente acoplado ao meio elástico (60a), caracterizado pelo fato de compreender um meio elástico mancalizador adicional (80) conectando o pistão (30) à carcaça (10) e apresentando uma rigidez radial para suportar radialmente as cargas laterais atuantes sobre o pistão (30), e para compensar desalinhamentos axiais entre o pistão (30) em relação à câmara de compressão (21), decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador adicional (80) apresentando uma rigidez axial adaptada para o desejado deslocamento em oposição de fase do pistão (30) e do meio atuador (50).

8- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender um meio elástico mancalizador adicional (80) conectando, a carcaça (10), uma porção extrema (61) do meio elástico (60a), adjacente ao pistão (30) e apresentando uma rigidez radial capaz de suportar as cargas laterais atuantes sobre dita porção extrema (61) do meio elástico (60a), de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre a porção extrema (61) do meio elástico (60a) em relação à câmara de compressão (21), decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizador adicional (80) apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamento em oposição de fase do pistão (30) e do meio atuador (50) .

9- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8 caracterizado pelo fato de o pistão (30) ser rigidamente acoplado ao meio elástico (60a).

10- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8 caracterizado pelo fato de o pistão (30) ser acoplado ao meio elástico (60a) por um meio de articulação (33).

11- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador (70) e de o meio elástico mancalizador adicional (80) apresentarem, cada um, uma respectiva rigidez axial definida para anular, em conjunto com a rigidez axial do outro de ditos meios elásticos, as forças axiais sobre a carcaça (10).

12- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador adicional (80) ser definido por pelo menos uma mola (81) disposta em um plano ortogonal ao eixo geométrico do pistão (30).

13- Compressor, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador adicional (80) ser definido por uma única mola (81) plana.

14- Compressor, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a mola plana (81) única compreender duas porções anelares concentricas (82a, 82b) , interligadas por pluralidade de porções intermediárias (83) em arranjo espiral.

15- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12, 13 ou 14, caracterizado pelo fato de a carcaça (10) ser formada em pelo menos duas porções coaxiais e hermeticamente fixadas entre si, dita pelo menos uma mola (81) tendo uma porção radialmente externa (82a) fixada entre ditas duas porções de carcaça.

16- Compressor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador adicional (80) ser definido por pelo menos uma mola helicoidal cilíndrica (84), coaxial ao eixo geométrico do pistão (30) e tendo um extremo acoplado a este último e um extremo oposto acoplado a carcaça (10).

17- Compressor, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de a mola helicoidal cilíndrica (84) envolver uma região extrema do meio elástico (60a), adjacente ao meio atuador (50).