BR112014028373A2

BR112014028373A2 - compressor alternativo e método para operar um compressor alternativo

Info

Publication number: BR112014028373A2
Application number: BR112014028373-7A
Authority: BR
Inventors: Riccardo BAGAGLI; Alessio Capanni; Leonardo Tognarelli; Massimo Bargiacchi
Original assignee: Nuovo Pignone Srl
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2020-08-18
Also published as: JP6190452B2; RU2635755C2; US10184464B2; CA2873483A1; US20150139819A1; ITCO20120027A1; BR112014028373B1; MX2014013966A; WO2013171126A3; WO2013171126A2; CN104884801B; CA2873483C; RU2014144649A; CN104884801A; KR102133325B1; KR20150017353A; EP2864634B1; BR112014028373B8; JP2015532959A; EP2864634A2

Abstract

COMPRESSOR ALTERNATIVO E MÉTODO PARA OPERAR UM COMPRESSOR ALTERNATIVO. A presente invenção refere-se a compressores a gás. Mais particularmente, a presente invenção se refere a compressores a gás alternativos que têm um recurso de conservação de inércia. O compressor alternativo compreende um pistão (116) disposto de forma alternável no cilindro de compressão; um conjunto transladável (140) conectado ao pistão (116); um acionador (132) eletromagnético que tem um estator fixo e um núcleo acoplados ao conjunto transladável, sendo que o acionador é configurado para acionar em alternância o conjunto transladável; e um acumulador (174) acoplado ao conjunto transladável (140), em que o acumulador (174) é configurado para armazenar a energia cinética residente na moção de um movimento do conjunto transladável (140) em uma primeira direção, e em que o acumulador (174) é configurado para conferir a energia cinética residente na moção de um movimento do conjunto transladável (140) em uma segunda direção.

Description

“COMPRESSOR ALTERNATIVO E MÉTODO PARA OPERAR UM COMPRESSOR ALTERNATIVO” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a compressores a gás. Mais particularmente, a presente invenção se refere a compressores a gás alternativos que têm um recurso de conservação de inércia.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Podem-se agrupar amplamente os compressores a gás ou como compressores a gás dinâmicos ou de deslocamento positivo. Os compressores do tipo deslocamento positivo aumentam a pressão do gás através da redução do volume ocupado pelo gás. Esses compressores a gás de deslocamento positivo operam confinando-se uma quantidade fixa de gás em uma câmara compressora, o que reduz mecanicamente o volume ocupado pelo gás o que, dessa forma, comprime o gás e passa o gás comprimido para uma rede de distribuição. O aumento da pressão do gás corresponde à redução de volume do espaço ocupado pela quantidade de gás. Conforme usado no presente documento, o termo gás inclui substâncias em um estado gasoso, substâncias em um estado líquido e misturas compostas de substâncias que apresentam tanto um estado líquido quanto um estado gasoso.

[003] Os compressores de deslocamento positivo reduzem mecanicamente o volume ocupado pelo gás com um uso de um pistão alternativo ou de um componente rotatório. Os compressores alternativos comprimem sucessivamente os volumes de gás acionando-se repetitivamente um pistão compressor dentro de uma câmara compressora em uma primeira direção, recolhendo-se o pistão da câmara compressora em uma segunda direção e permitindo-se a compressão de um volume de gás para que o mesmo ocupe a câmara. Cada vez que o pistão se move na câmara compressora, o mesmo varre uma porção da câmara, o que reduz o volume de câmara ocupado pelo gás e eleva a pressão dentro da mesma. O gás comprimido então deixa a câmara, o pistão se recolhe da câmara e uma segunda carga de gás entra na câmara para uma alternação subsequente do pistão.

[004] Os compressores alternativos podem ser de simples efeito ou de duplo efeito. Os compressores de simples efeito, conforme descrito acima, efetuam a compressão somente quando o pistão é acionado na primeira direção. Os compressores de duplo efeito incluem câmeras de compressão associadas tanto à face frontal quanto à face traseira do pistão compressor, o que efetua, dessa forma, a compressão com o movimento do pistão tanto na primeira quanto na segunda direção.

[005] Os compressores alternativos também podem ser tanto de um estágio quanto de múltiplos estágios. Em compressores de um estágio, o compressor comprime o volume de gás em uma operação mecânica única - tal como no primeiro movimento do pistão descrito acima. Em compressores de múltiplos estágios, o compressor comprime o volume de gás em mais do que uma operação mecânica - tal como comprimindo-se o gás com a face frontal do pistão no primeiro movimento descrito acima, movendo-se o gás comprimido à câmara associada à face traseira do pistão e comprimindo-se adicionalmente o gás com a face traseira do pistão no segundo movimento descrito acima. Ademais, outros compressores de múltiplos estágios incluem uma pluralidade de pistões de compressão dispostos para comprimir o gás com uma pluralidade de operações de compressão.

[006] Os compressores alternativos que usam pistões para a compressão apresentam diversas desvantagens. Por exemplo, as forças de inércia associadas aos componentes alternativos são altas em compressores equipados com pistão. Durante alternâncias sucessivas, o acionador de compressor acelera o pistão em uma direção, para o mesmo e então acelera o mesmo na direção oposta. Quanto maior o conjunto de pistão, maior a força que precisa ser suprida pelo acionador para acelerar e desacelerar o conjunto. E visto que a energia cinética do conjunto é tipicamente dissipada (e não conservada), ao final de um curso, o compressor é naturalmente menos eficiente. Tal perda energética pode ser particularmente grave em compressores que têm cursos comparativamente curtos, nos quais as cargas inertes associadas à aceleração do conjunto de pistão são o pico de carga aplicado ao conjunto de acionamento. Como um resultado, a maior parte da força produzida pelo acionador de compressor não é usada na compressão do gás, mas sim na aceleração sucessiva do conjunto de pistão.

[007] Em aplicações de gás natural de alta pressão, os compressores são tipicamente acionados em giro. Os acionadores giratórios têm, em contrapartida, uma conexão mecânica entre o acionador de giro e o pistão que converte o giro da haste acionadora em translação linear para o pistão - tipicamente através de uma haste de conexão. As hastes de conexão restringem a operação de compressão de forma que a porção da câmara compressora varrida pelo pistão seja constante. Portanto, para os propósitos de variação do volume de gás comprimido sem alterações na velocidade da haste de acionamento, os compressores equipados com pistão incluem um modulador. O modulador altera o volume da câmara compressora pelo volume da câmara dentro da qual o pistão efetua a alternação - o que, dessa forma, altera a compressão que o gás dentro da câmara sofre durante cada curso. Esses moduladores apresentam desvantagens próprias, tal como precisarem de bastante tempo para serem ajustados e, até mesmo, exigirem o desligamento do compressor de forma que um operador possa operar fisicamente uma manivela para alterar o volume da câmara compressora.

[008] Uma alternativa que fornece um compressor de capacidade ajustável é um compressor linear acionado por motor. Tal compressor foi proposto no Relatório Final de Tecnologia de Alternação Avançada, Projeto SwRI nº 18.11052 preparado sob a concessão nº DE-FC26-04NT42269 do DOE, Detffenbaugh et al. (o “Relatório ARCT"), de dezembro de 2005. Entretanto, conforme concluiu-se no Relatório ARCT, embora um motor linear possa ser usado para acionar um compressor alternativo, a tecnologia atual de motores lineares limita tais compressores a cilindros de diâmetros pequenos, operáveis a velocidades menores e com comprimentos relativamente longos do curso - portanto, de menor capacidade energética e inadequados para sistemas de distribuição convencionais de gás natural. Essas limitações se devem, em parte, à quantidade limitada de força que pode ser alcançada através da tecnologia existente de motores lineares e, em parte, devido aos requisitos de cargas de inércia da carga da haste descrita acima.

[009] Em conformidade, há uma necessidade de um compressor alternativo em que o requisito de força de acionamento venha da força necessária para comprimir o gás na câmara compressora em vez de vir da força de inércia necessária para acelerar o pistão compressor. Há também uma necessidade de um compressor alternativo que tenha um diâmetro de curso largo com um requisito de força de acionamento associado que esteja dentro das capacidades da tecnologia existente de motor linear. Finalmente, há uma necessidade de um compressor alternativo que tenha um comprimento curto do curso com um requisito associado da força de acionamento que esteja dentro das capacidades da tecnologia de motor linear existente.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[010] Vários outros recursos, objetivos e vantagens da invenção se tornarão evidentes para um técnico no assunto a partir dos desenhos anexos e da descrição detalhada dos mesmos.

[011] Em uma realização, um compressor alternativo é fornecido. O compressor alternativo compreende um pistão disposto de forma alternável no cilindro de compressão; um conjunto transladável conectado ao pistão; um acionador eletromagnético que tem um estator fixo e um núcleo acoplado ao conjunto transladável, em que o acionador é configurado para acionar em alternância o conjunto transladável dentro da câmara compressora; e um acumulador acoplado ao conjunto transladável, em que o acumulador é configurado para armazenar a energia cinética residente na moção de um movimento do conjunto transladável em uma primeira direção e em que o acumulador é configurado para conferir a energia cinética residente na moção de um movimento do conjunto transladável em uma segunda direção.

[012] Em outra realização, um método de uso para a alternância que compreende um conjunto transladável, um acumulador acoplado ao conjunto transladável e um acionador eletromagnético acoplado ao conjunto transladável é fornecidos. O método compreende acelerar o conjunto transladável em uma primeira direção de movimento aplicando-se uma força ao conjunto transladável com o acionador eletromagnético; desacelerando-se o conjunto transladável na primeira direção de movimento armazenando-se a energia cinética residente no conjunto transladável no acumulador; e acelerando-se o conjunto transladável em uma segunda direção de movimento gerando-se uma força a partir da energia armazenada do acumulador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[013] Esses e outros aspectos, características, e vantagens da presente invenção se tornarão mais bem compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos que a acompanham, nos quais caracteres semelhantes representam peças semelhantes através de desenhos, nos quais: - A Figura 1 mostra um compressor alternativo do estado da técnica configurado para ser atuado de forma eletromagnética por um motor linear, sendo que o compressor é disposto em uma posição de ponto morto do fundo;

- A Figura 2 mostra o compressor da Figura 1, sendo que o compressor é adicionalmente disposto em uma posição de ponto morto de topo;

- A Figura 3 mostra o compressor da Figura | e as forças que influenciam o conjunto transladável durante o movimento do ponto morto do fundo ao ponto morto de topo;

- A Figura 4 mostra o compressor da Figura | e as forças que influenciam o conjunto transladável durante o movimento do ponto morto de topo ao ponto morto do fundo;

- A Figura 5 mostra o compressor da Figura 1, em que a câmara compressora é dividida ilustrativamente em três regiões, sendo que cada região está associada a uma aceleração diferente do conjunto transladável;

- A Figura 6 mostra um gráfico que ilustra comparativamente a relação entre velocidade e força e o tempo quando o compressor mostrado nas Figuras de 1 a 5 se move do ponto morto de topo ao ponto morto de fundo;

- A Figura 7 mostra uma realização exemplificativa de um compressor alternativo atuado com um motor linear e as forças que influenciam o conjunto transladável durante o movimento do ponto morto de fundo ao ponto morto de topo;

- A Figura 8 mostra o compressor da Figura 7 e as forças que influenciam o conjunto transladável durante o movimento do ponto morto de topo ao ponto morto do fundo;

- A Figura 9 mostra uma realização de um acumulador variável configurado para o uso em um compressor alternativo;

- A Figura 10 mostra o compressor da Figura 7, em que a câmara compressora é dividida ilustrativamente em três regiões, sendo que cada região está associada a uma aceleração diferente do conjunto transladável; - A Figura 11 mostra um gráfico que ilustra comparativamente a relação entre velocidade e força e o tempo quando o compressor mostrado nas Figuras de 7, 8 e 10 se move do ponto morto de topo ao ponto morto de fundo; - A Figura 12 mostra uma realização de um compressor acionado por um motor linear de engrenagem magnética; - As Figuras 13 a 17 mostram realizações de acionador de engrenagem magnética configurado para o uso com um compressor alternativo; - A Figura 18 mostra uma realização de um compressor acionado por um acionador solenoide; - A Figura 19 mostra uma realização de um compressor que tem dois conjuntos de compressão e um acionador de motor linear; e - A Figura 20 mostra uma realização de um compressor que tem dois conjuntos de compressão e um atuador solenoide.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[014] A seguinte descrição detalhada faz referência aos desenhos anexos, os quais formam uma parte do pedido e ilustram determinadas realizações da invenção. Essas realizações são descritas em detalhes suficientes para possibilitar que um técnico no assunto as pratiquem e deve ser compreendido que outras realizações podem ser utilizadas e que alterações lógicas, mecânicas e elétricas, entre outras, podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção. A descrição detalhada a seguir, portanto, não deve ser tomada como limitante ao escopo da invenção.

[015] A Figura 1 e a Figura 2 mostram um compressor alternativo

10. O compressor 10 inclui um pistão 12 disposto de forma deslizável em um cilindro (alojamento) 14. O pistão tem uma primeira face voltada para a extremidade de cabeça 16 e uma segunda face voltada para a extremidade de manivela 18. Conforme usado no presente documento, “extremidade de cabeça” se refere à extremidade do conjunto de compressão que fica mais longe do conjunto de acionamento. Conforme também usado no presente documento, “extremidade de manivela” se refere à extremidade do conjunto de compressão mais próxima ao conjunto de acionamento. Juntos, pistão 12 e cilindro 14 definem cooperativamente uma primeira e segunda câmara compressora de volume variável (20,22), sendo que cada câmara (20,22) é comunicativa de forma pneumática seletiva com um suprimento de gás (não mostrado) através de uma pluralidade de entradas (24,26). Cada câmara (20,22) é comunicativa de forma pneumática seletiva com um sistema de distribuição e transmissão de gás (não mostrado) através de uma pluralidade de saídas (28,80) O compressor 10 também inclui um acionador eletromagnético 32, sendo que o acionador 32 tem um estator 34 e um núcleo

36. Uma haste de conexão 38 anexa o acionador núcleo 36 ao pistão 12. Coletivamente, o pistão 12, a haste de conexão 38 e o núcleo 36 compreendem um conjunto transladável 40 configurada para ser acionada de forma alternável ao longo de um eixo geométrico de translação 42.

[016] Como será a norma pelo decorrer dos desenhos no presente documento, os elementos/conjuntos têm cerquilhas de 45 graus são fixas em relação a elementos e conjuntos sem tal identificação. Em conformidade, conforme mostrado na Figura | e a Figura 2, o estator 34 e o cilindro (alojamento) 14 são fixos em relação ao conjunto transladável 40. Mediante a atuação, o estator 34 e núcleo 36 cooperam de forma que uma força axial seja aplicada ao conjunto transladável 40, o que faz assim com que o conjunto 40 translade ao longo do eixo geométrico 42. O acionador 32 é configurado de forma que a força axial seja reversível, o que alterna assim o conjunto transladável 40 para frente e para trás ao longo do eixo geométrico

42.

[017] Conforme usado no presente documento, o termo “ponto morto de fundo” se refere a um conjunto posicional em que o pistão é posicionado dentro do conjunto de compressão em uma extremidade adjacente ao conjunto de acionamento. Conforme usado no presente documento, o termo “ponto morto de topo” se refere a um conjunto posicional em que o pistão é posicionado dentro do conjunto de compressão em uma extremidade oposta ao conjunto de acionamento. Conforme usado no presente documento, o termo “alternação” se refere a movimentos sucessivos e alternados do conjunto transladável que aciona um pistão na direção da extremidade de cabeça e, então, na direção da extremidade de manivela ao longo de um eixo geométrico de translação.

[018] A Figura 1 mostra o pistão 12 posicionado no ponto morto de fundo. A Figura 2 mostra o pistão 12 posicionado no ponto morto de topo. Para mover o pistão 12 da posição de ponto morto do fundo mostrado na Figura 1 à posição de ponto morto de topo mostrada na Figura 2, o acionador 32 aplica uma força direcionada à extremidade de cabeça 44 ao conjunto 40. À força 44 aciona o conjunto 40 ao longo do eixo geométrico 42, o que move desse modo o pistão 12 na direção da extremidade de cabeça do conjunto de compressão, a partir da posição mostrada na Figura 1, à posição mostrada na Figura 2.

[019] Durante a translação de pistão 12 do ponto morto de fundo ao ponto morto de topo, a primeira face de pistão 16 aplica uma força a um gás que ocupa a câmara 20, oque dessa forma pressuriza o gás. Ao mesmo tempo, a translação de pistão 12 também aumenta o volume de câmara 22. Conforme mostrado na Figura 2 pela seta de fluxo 46, o gás comprimido pelo pistão 12 flui para fora de câmara 20 e para dentro do sistema de distribuição e transmissão de gás (não mostrado). De maneira similar, conforme mostrado na Figura 2 por uma seta de fluxo 48, um gás a ser comprimido flui para dentro da câmara 22 do suprimento de gás (não mostrado). O pistão então desacelera, para no ponto morto de topo, reverte a direção e acelera na direção da extremidade de manivela, transladando axialmente ao longo do eixo geométrico 42 na direção do acionador 12, a partir do que ocorre uma sequência de eventos similar.

[020] A Figura 3 e a Figura 4 mostram as forças em ação no conjunto transladável 40 durante a translação alternada. A Figura 3 ilustra as forças dispostas durante a translação discutida acima do conjunto 40 ao longo do eixo geométrico 42. O acionador 32 aplica a força de acionamento voltada à extremidade de cabeça 44, identificada na Figura 3 como “F acionamento E de magnitude suficiente para sobrepujar uma força exercida na primeira face de pistão 16, identificada como “F Face de pistão - A força de acionamento 44 é também de magnitude suficiente para acelerar a massa do conjunto transladável 40, sendo que a massa é identificada como “M conjunto transladável” NA Figura 3. De maneira similar, a Figura 4 ilustra as forças que agem no conjunto transladável 40 durante uma translação do conjunto 40 ao longo do eixo geométrico 42, através do que o pistão é acionado na direção da extremidade de manivela do conjunto de compressão. Na Figura 4, “F acionamento É de magnitude suficiente para sobrepujar uma força exercida na segunda face de pistão 18, identificada como “F Face de pistão - A força de acionamento 44 é também de magnitude suficiente para acelerar a massa do conjunto transladável 40, sendo que a massa é identificada como “M conjunto transladável” NA Figura 4. Em cada uma das Figuras 3 e 4, a força produzida pelo acionador 32 deve satisfazer a equação: F Acionamento = (M conjunto transladável) * A + F Face de pistão (Equação 1) em que a é uma aceleração do conjunto transladável 40. O termo

“(M conjunto transladávei) * 0” representa a força de inércia que deve ser sobrepujada para acelerar a massa alternante do conjunto transladável 40 quando em aceleração.

[021] A Figura 5 ilustra uma translação de pistão exemplificativa segmentando-se o cilindro em segmentos, sendo que cada segmento de cilindro tem diferentes acelerações de pistão. A Figura 6 ilustra graficamente a aceleração do pistão contra o tempo nos segmentos de cilindro mostrados na Figura 5 e inclui adicionalmente uma ilustração gráfica da magnitude relativa da força de acionamento contra o tempo necessário em cada segmento de cilindro em um eixo de tempo comum.

[022] A Figura 5 mostra o cilindro compressor 14 dividido em três seções (A, B, C) por quatro linhas seccionadoras de cilindro (50, 52, 54, 56). As linhas seccionadoras 50 e 52 definem a seção de câmara A, as linhas seccionadoras 54 e 56 definem a seção de câmara C e as linhas seccionadoras 52 e 54 definem a seção de câmara B. Conforme mostrado na Figura 6 e em relação à Equação 1, em que o pistão 12 está no ponto morto de fundo na seção de cilindro A, o acionador 32 aplica uma força voltada para a extremidade de cabeça suficiente tanto para (a) sobrepujar a força de gás aplicada na primeira face de pistão 16, quanto para (b) aumentar a força de inércia residente no conjunto transladável 40, o que acelera dessa forma o conjunto transladável 40. Quando o pistão 12 entra na seção B, o requisito de força cai e o acionador 32 supre somente força suficiente para sobrepujar (a) a força de gás aplicada na primeira face de pistão 16. A inércia do conjunto transladável 40 é constante na seção B do cilindro. Quando o pistão 12 entra na seção C, o acionador 32 supre novamente uma quantidade aumentada de força, suficiente tanto para (A) sobrepujar a força de gás aplicada na primeira face de pistão 16 quanto para (b) remover a força de inércia residente no conjunto transladável 40, o que desacelera desse modo a translação do conjunto 40 e faz com que o conjunto pare e deixe o pistão em sua posição de ponto morto de topo.

[023] A Figura 6 ilustra graficamente as alterações de velocidade e força da discussão acima. A Figura 6 mostra um gráfico da velocidade e força contra o tempo, sendo que o tempo aparece no eixo geométrico x, a velocidade aparece no eixo geométrico y da esquerda e a força aparece no eixo geométrico y da direita. Quatro linhas seccionadoras de gráfico (50, 52, 54 e 56) que correspondem às linhas seccionadoras de cilindro (50, 52, 54 e 56) dividem o gráfico em três seções (A, B, OC), sendo que cada seção tem um nível de força de acionamento e uma taxa de aceleração do conjunto transladável comuns. De maneira similar à Figura 5, na Figura 6, as linhas seccionadoras 50 e 52 definem uma primeira porção do gráfico “A” que ilustra a aplicação de força e a aceleração de pistão na seção de câmara A, as linhas seccionadoras 52 e 54 definem uma segunda porção de o gráfico “B” que ilustra a aplicação de força e a aceleração de pistão na seção de câmara B e as linhas seccionadoras 54 e 56 que definem uma terceira porção do gráfico “C” que ilustra a aplicação da força de acionamento e a aceleração do pistão na seção de câmara C. A linha contínua identificada como “velocidade” mostra um traço de velocidade do pistão 58 durante o movimento do ponto morto de fundo ao ponto morto de topo, enquanto a linha tracejada que tem marcadores triangulares identificados como “Força” mostra o traço de aplicação da força de acionamento 60 durante o movimento do ponto morto de fundo à posição de ponto morto de topo.

[024] Conforme fica claro na Figura 6, os requisitos da força de acionamento são os mais altos quando o conjunto de acionamento deve acelerar/desacelerar o conjunto transladável 40. Isso é ilustrado por valores de traço de força relativamente extremos na porção “A” e na porção “C” mostradas no gráfico em que a aceleração está em alteração. Consequentemente,

seguem-se duas coisas. Em primeiro lugar, a força necessária para acelerar o conjunto transladável determina o requisito da força do conjunto de acionamento e as limitações na tecnologia disponível do conjunto de acionamento limitam, dessa forma, o tamanho da construção de compressor a gás atuado de maneira eletromagnética. Em segundo lugar, para qualquer compressor atuado de maneira eletromagnética governado pela Equação 1, se o pico de carga de força puder ser reduzido, o tamanho do compressor pode ser aumentado sem a necessidade de fornecer um atuador eletromagnético mais potente.

[025] Cada vez que o compressor altera a direção de translação, o acionador deve (A) desacelerar o conjunto transladável em movimento até a mesma parar e, assim, sobrepujar a força de inércia residente no conjunto transladável em movimento e (b) acelerar o conjunto transladável parada na direção oposta e, assim, conferir uma força de inércia ao conjunto transladável. Sendo assim, pode ser vantajoso incorporar um mecanismo no compressor 10 que conserve a força de inércia residente em um primeiro movimento para uso em um segundo movimento.

[026] As Figuras 7 e 8 mostram um exemplo não limitante de um compressor 100 configurado para conservar a força de inércia residente no conjunto transladável 140, tendo vantajosamente, desse modo, a carga de pico de aceleração da haste reduzida em relação ao carregamento de velocidade constante.

[027] A Figura 7 mostra um compressor que tem um acumulador

174. O acumulador 174 compreende uma haste de conexão 138 que define um primeiro flange móvel 162 e um segundo flange móvel 172. O acumulador 174 compreende adicionalmente um pilar 166 que tem uma abertura 168, sendo que a haste de conexão 138 é recebida de forma deslizável dentro do pilar 166. O acumulador 174 compreende adicionalmente um primeiro membro resistente

164 e um segundo membro resistente 170. Conforme mostrado na Figura 7, o membro resistente 164 é disposto entre o primeiro flange móvel 162 e o pilar fixo 166. De maneira similar, o membro resistente 170 é disposto entre o segundo flange móvel 172. Os membros resistentes são configurados de forma que, quando o conjunto transladável 140 está em aceleração, os membros resistentes (164,170) apliquem uma força direcionada substancialmente na mesma direção que aquela do acionador 132 no conjunto 140, o que reduz, desse modo, a força que o conjunto de acionamento precisaria aplicar, do contrário, a fim de acelerar o conjunto 140. Os membros resistentes aplicam tal força mediante o retorno aos respectivos estados relaxados dos mesmos, conforme ilustrado na realização exemplificativa respectivamente como uma mola comprimida 164 e uma mola estendida 170.

[028] De maneira similar, os membros resistentes são configurados de forma que, quando o conjunto transladável 140 está em desaceleração, os membros resistentes (164,170) apliquem uma força direcionada substancialmente na mesma direção oposta à da moção do conjunto transladável 140, o que desacelera, desse modo, a velocidade do conjunto 140 e reduz a força que o conjunto de acionamento 132 precisaria aplicar, do contrário, no conjunto 140 a fim de desacelerar o conjunto 140. Os membros resistentes aplicam tal força mediante a deformação dos respectivos estados relaxados dos mesmos (não mostrados). Sendo assim, o acumulador 174 tem o efeito técnico de “guardar” a inércia residente no conjunto transladável 140 em movimento durante um primeiro movimento do conjunto desacelerando-se o conjunto e devolvendo-se essa inércia ao conjunto 140 por aceleração do conjunto em um segundo movimento de conjunto.

[029] Durante um intervalo em que o acionador 132 acelera o conjunto transladável 140 ao longo do eixo geométrico 142, o acumulador 174 aplica vantajosamente a força juntamente com o acionador 132, o que auxilia desse modo o acionador 132 tanto em (A) sobrepujar a força de gás aplicada na primeira face de pistão 116, quanto em (b) aumentar a força de inércia residente no conjunto transladável 140. Durante tal intervalo de aceleração, a força produzida pelo acionador 132 deve satisfazer a equação: F Acionamento = (M Conjunto transiadável) * CU + F face de pistão - F Acumulador (Equação 2)

[030] Durante um intervalo em que o acionador 132 desacelera o conjunto transladável ao longo do eixo geométrico 142, o acumulador 174 aplica vantajosamente a força juntamente com o acionador 132, o que auxilia desse modo na remoção, pelo acionador 132, da força de inércia residente no conjunto transladável 140, desacelerando, desse modo, o conjunto 140 na direção da extremidade de cabeça. Durante tal intervalo de desaceleração, a força produzida pelo acionador 132 satisfaz a equação: F acionamento = (M Conjunto transladável) * (- O) + F Face do pistão + F Acumulador (Equação 3)

[031] Conforme mostrado na Equação 2 e na Equação 3, o acumulador 174 tem o efeito técnico de reduzir a força que o acionador 132 precisa produzir a fim de acelerar o conjunto transladável 140. Ao expandir o termo “F acumulador da Equação 2 e da Equação 3 para um acumulador que compreende uma única mola, a força produzida pelo acionador satisfaz a equação: F acionamento = (M conjunto transladável) * (- a) + F face de pistão + (Kk* X) (Equação 4) em que k é uma constante de mola e X é o deslocamento da extremidade de mola conectada ao membro transladável a partir de sua posição de equilíbrio. As molas (164, 170) mostradas na Figura 7 e 8 são somente ilustrativas e outros dispositivos com capacidade para guardar força estão dentro do escopo da invenção.

[032] Por exemplo, em uma realização, um capacitor (não mostrado) que tem um primeiro condutor (não mostrado) fixo e um segundo condutor (não mostrado) que é fixado ao conjunto transladável são separados por um dielétrico (por exemplo, ar); dessa forma, o capacitor tem placas móveis (a título de precisão, uma placa se move em relação à outra placa) e, portanto, tem uma capacitância variável. De acordo com uma variante dessa realização, a distância ocupada pelo dielétrico entre as duas placas condutoras varia com a translação do conjunto transladável. O primeiro e o segundo condutores podem ser carregados de uma única vez e deixados isolados durante a operação do compressor, podem ser carregados de maneira diferente e deixados isolados durante períodos operacionais distintos dos compressores, podem ser conectados permanentemente a um gerador de voltagem constante durante a operação do compressor ou podem ser conectados permanentemente a um gerador de voltagem variável durante a operação do compressor (tipicamente, a voltagem do gerador é variada lentamente em relação ao período de oscilação do conjunto transladável). Tal acumulador armazena uma carga elétrica alterável que corresponde ao movimento do conjunto transladável, sendo que o capacitor guarda, desse modo, a energia inercial do conjunto e é configurado para suprir a carga para alimentar uma translação subsequente do conjunto transladável. O uso de um ou mais capacitores pode ser combinado com o uso de uma ou mais molas que podem ter uma constante ou uma constante variável de mola.

[033] Vantajosamente, em realizações que têm membros resistentes que compreendem uma mola, a mola pode ser configurada de forma que o acionador atue o conjunto transladável de forma a excitar o conjunto transladável em uma frequência de ressonância da mola. Em contrapartida, a mola pode ser projetada para tornar o período de ressonância coincidente com um tempo de atuação desejado. Alternativamente, a mola pode ser projetada para tornar um harmônico do período de ressonância coincidente com um tempo de atuação desejado.

[034] É importante notar que as molas das realizações da presente invenção podem ter uma constante de mola que é constante em relação ao tempo e ao espaço que corresponde ao caso mais comum para molas helicoidais; alternativamente, a constante de mola pode variar com o tempo e/ou a posição, em particular ao longo do comprimento da mesma (isto é, depende do grau de compressão da mola).

[035] A Figura 9 mostra uma realização de um acumulador variável configurado para variar a capacidade do compressor aumentando-se o curso e mantendo-se o tempo de atuação, o que possibilita desse modo que a posição do ímã seja otimizada. De maneira ilustrativa, o acumulador ilustrado 174 compreende um membro resistente 164 que tem uma pluralidade de molas paralelas selecionáveis (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 e 109). À quantidade de molas usadas em um curso pode ser alterada, o que altera desse modo a constante de mola k mostrada na Equação 4, variando desse modo o comprimento do curso e otimizando a posição do ímã.

[036] De forma mais geral, pode-se dizer que o acumulador da realização da Figura 9 compreende um conjunto de mola que tem uma primeira extremidade acoplada ao conjunto transladável e uma segunda extremidade fixa em relação ao conjunto transladável. Esse conjunto de mola compreende uma pluralidade de molas e a constante de mola desse conjunto de mola é ajustável; na verdade, as molas apresentam constante de mola diferente e são dispostas em paraleo de forma a serem seletivamente eficazes. Alternativamente, um conjunto de mola pode compreender uma pluralidade de molas que têm comprimentos diferentes e que são dispostas em paralelo de forma que tenham comprimentos cursos eficazes diferentes (isto é, em uma primeira faixa de deslocamento do conjunto transladável, um primeiro conjunto de molas está ativo no conjunto transladável, em uma segunda faixa de deslocamento, um segundo conjunto de molas está ativo, em uma terceira faixa de deslocamento, um terceiro conjunto de molas está ativo, ...). A expressão “disposta(o) em paralelo” deve ser interpretada a partir do ponto de vista funcional; na verdade, os eixos geométricos das molas podem ser paralelos uns aos outros (até mesmo coincidentes em um caso extremo) ou inclinados uns em relação aos outros.

[037] As Figuras 10 e 11 mostram um efeito técnico vantajoso do compressor 100 sobre o compressor 10 em relação à força máxima necessária para alcançar um dado perfil de velocidade.

[038] A Figura 10 mostra cilindro compressor 114 dividido em três seções (AA, BB, CC) por quatro linhas seccionadoras de cilindro (150, 152, 154, 156). As linhas seccionadoras 150 e 152 definem a seção de câmara AA, as linhas seccionadoras 152 e 154 definem a seção de câmara BB e as linhas seccionadoras 154 e 156 definem a seção de câmara CC. Conforme mostrado na Figura 9 e em relação à Equação 2, em que o pistão 12 está no ponto morto de fundo na seção de cilindro AA, o acionador 132 aplica uma força voltada para a extremidade de cabeça suficiente tanto para (a) sobrepujar a força de gás aplicada na primeira face de pistão 116 quanto para (b) aumentar a força de inércia residente no conjunto transladável 40, o que acelera desse modo o conjunto transladável 40 na direção da extremidade de cabeça. Quando o pistão 112 entra na seção BB, o requisito de força cai, sendo que o acionador 132 supre somente a força suficiente para sobrepujar (A) a força de gás aplicada na primeira face de pistão 116. A inércia do conjunto transladável 140 é constante na seção de cilindro BB. Quando o pistão 112 entra na seção CC, o acionador 132 supre novamente uma quantidade aumentada de força sob o governo da Equação 3, suficiente tanto para (A) sobrepujar a força de gás aplicada na primeira face de pistão 116 quanto para (b) remover a força de inércia residente no conjunto transladável 140, o que desacelera desse modo a translação do conjunto 140 e faz com que o conjunto pare e deixe o pistão na posição de ponto morto de topo do mesmo.

[039] A Figura 11 ilustra graficamente as alterações de velocidade e força da discussão acima. A Figura 11 mostra um gráfico da velocidade e força contra o tempo, sendo que o tempo aparece no eixo geométrico x, a velocidade aparece no eixo geométrico y da esquerda e a força aparece no eixo geométrico y da direita. Quatro linhas seccionadoras de gráfico (150, 152, 154 e 156) que correspondem às linhas seccionadoras de cilindro (150, 152, 154 e 156) dividem o gráfico em três seções (AA, BB e CC), sendo que cada seção tem um nível de força de acionamento e uma taxa de aceleração do conjunto transladável comuns. De maneira similar à Figura 10, as linhas seccionadoras 150 e 152 na Figura 11 definem uma primeira porção do gráfico “AA” que ilustra a aplicação da força e da aceleração de pistão na seção de câmara AA, as linhas seccionadoras 152 e 154 definem uma segunda porção do gráfico “BB” que ilustra a aplicação da força e da aceleração de pistão na seção de câmara BB e as linhas seccionadoras 154 e 156 definem uma terceira porção do gráfico “CC” que ilustra a aplicação da força de acionamento e da aceleração de pistão na seção de câmara CC. Uma linha contínua identificada como “velocidade” mostra um traço da velocidade do pistão durante o movimento do ponto morto de fundo ao ponto morto de topo comum a cada compressor 10 e cada compressor 100. A linha tracejada que tem marcadores triangulares identificados como “Força 9” mostra a aplicação da força de acionamento pelo acionador 32 do compressor 10 durante o movimento do ponto morto de fundo à posição de ponto morto de topo, enquanto uma linha tracejada que tem marcadores circulares identificada como “Força 109” mostra a aplicação da força de acionamento pelo acionador 132 do compressor 100 durante o movimento de pistão 112 do ponto morto de fundo à posição de ponto morto de topo. Vantajosamente, o requisito de força máxima é mais baixo para o compressor 100 do que para o compressor 10 em ambas as regiões AA e CC, conforme ilustrado no gráfico em que o traço “Força 19” difere da progressão de “Força 109”, sendo que o intervalo é identificado como “Força Reduzida”. O requisito de força vantajoso mostrado na Figura 11 é ilustrativo e não limitante; os segmentos de aceleração/desaceleração e de velocidade constante do percurso do pistão podem variar em realizações diferentes da invenção revelada no presente documento.

[040] Um efeito vantajoso adicional do compressor 100 é que a tecnologia de motor linear existente pode ser adaptada para a construção de maquinaria que tem capacidade comercialmente útil.

[041] Por exemplo, em uma primeira realização não limitante, o compressor 100 compreende um conjunto de acionamento eletromagnético 132 que tem um motor linear síncrono. Nessa realização, o estator 134 compreende uma pluralidade de bobinas condutoras e o núcleo 136 compreende um ímã permanente. A pluralidade de bobinas condutoras é disposta de maneira coaxial e paralela em relação ao eixo geométrico 142. Operativamente, uma bobina dentro da pluralidade de bobinas pode ser energizada individualmente, o que gera desse modo uma força motora magnética que empurra o núcleo 136, acionando de forma alternável, desse modo, o conjunto transladável 140 ao longo do eixo geométrico 142.

[042] Alternativamente, em uma segunda realização não limitante, o compressor 100 compreende um conjunto de acionamento eletromagnético 132 que tem um motor linear indutor assíncrono. Nessa realização, o estator 134 compreende uma pluralidade de bobinas condutoras e o núcleo 136 que compreende uma placa reativa construída de um material condutor, tal como cobre ou alumínio. A pluralidade de bobinas condutoras é disposta de maneira substancialmente coaxial ou paralela em relação ao eixo geométrico 142. A pluralidade de bobinas se conecta a uma fonte de alimentação trifásica CA (não mostrada) e é configurada de forma que, mediante a energização, uma corrente elétrica seja induzida na placa reativa. A corrente induzida produz um campo magnético que interage com as bobinas, o que produz desse modo uma força motora que empurra o núcleo 136, acionando de forma alternável, desse modo, o conjunto transladável 140 ao longo do eixo geométrico 142.

[043] As Figuras 12 a 17 mostram realizações de compressores acionados de maneira eletromagnética por um acionador engrenado magneticamente.

[044] A Figura 12 mostra um acionador engrenado magneticamente 232 de acordo com uma realização da invenção. O acionador engrenado magneticamente 232 é acoplado a uma haste de conexão 238 e configurado para transladar de forma alternável o pistão 212 disposto dentro do cilindro (alojamento) 214 em resposta a sinais originados pelos sensores (não mostrados), por um sistema de controle (não mostrado) ou por combinações dos mesmos. O acionador engrenado magneticamente 232 inclui um núcleo 236 disposto entre um primeiro estator e um segundo estator, sendo que os estatores são coletivamente identificados na Figura 11 como o estator 234. O núcleo 236 é acoplado à haste de conexão 238 e o núcleo 236, a haste de conexão 238 e o pistão 212 compreendem um conjunto transladável 240.

[045] A Figura 13 mostra um acionador 332 exemplificativo adequado para os compressores revelados no presente documento. Na realização ilustrada de acionador, o acionador 332 inclui um núcleo móvel 336 e um estator 334. Na realização mostrada, o núcleo 336 é disposto voltado para fora em relação ao estator 334. O núcleo 336 inclui uma porção da haste de conexão de compressor 338 e compreende adicionalmente uma pluralidade de ímãs permanentes 376 de orientação alternada (indicada por setas) formados em uma superfície 378 da haste de conexão 338. O estator 334 inclui uma base 380 e uma pluralidade de enrolamentos 382 acoplados à base 380. A quantidade de ímãs permanentes 376 fornecidos na haste de conexão 338 e a quantidade de enrolamentos 382 fornecidos na base 380 podem variar dependendo da aplicação do compressor. Vantajosamente, a densidade de torque fornecida pela configuração exemplificativa torna possível uma redução significativa no tamanho do compressor, o que resulta em economias de custo e de massa e reduz vantajosamente, desse modo, os requisitos de força máxima reduzindo-se a massa do conjunto transladável 340 (não mostrado). Conforme indicado acima, uma base externa e interna que compreende uma porção da haste de conexão 338 é uma possível configuração para o compressor 300 (não mostrado) com engrenagem magnética integrada. Essa é uma configuração não limitante. Em outra realização exemplificativa, o acionador 332 inclui uma base de ímã permanente exterior e enrolamentos dispostos em uma porção da haste de conexão. Em tal realização, a Pluralidade de ímãs permanentes 376 é fornecida em uma superfície interna da base 380.

[046] A Figura 14 mostra um acionador engrenado magneticamente 432 de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção. Na realização ilustrada, o núcleo 436 compreende uma porção da haste de conexão 438 e uma pluralidade de ímãs permanentes 476 de orientação alternada (mostrados por setas) formados em uma superfície interna 478 da porção da haste de conexão 438. O estator 434 inclui uma base 480 e uma pluralidade de enrolamentos 482 acoplados à base 480. Uma pluralidade de peças de polo magnético estacionárias 484 é disposta dentro de um espaço de ar 486 formado entre a pluralidade de ímãs de núcleo 476 e os enrolamentos de estator 482. Dependendo dos requisitos do compressor 400 (não mostrado), as peças de polo 484 podem ser montadas à base 480 (por exemplo, por estampagem da mesma folha de laminação do material de núcleo de estator) ou podem ser montadas separadamente. Em uma realização, um espaço de ar pode estar presente entre a base 480 e as peças de polo 484. Em outra realização, um material não magnético pode ser inserido entre a base 480 e as peças de polo 484. As peças de polo estacionárias 484 facilitam a transmissão do torque entre o campo magnético excitado pelo ímã de núcleo permanente 436 e o campo magnético excitado pelos enrolamentos estacionários 482. A quantidade de ímãs permanentes 476, de enrolamentos de estator 482 e de peças de polo 484 pode ser variada dependendo da aplicação do compressor.

[047] A Figura 15 mostra um acionador engrenado magneticamente 532 de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção. Na realização ilustrada, o núcleo 586 compreende uma porção da haste de conexão 538 e uma pluralidade de ímãs permanentes 576 de orientação alternada (mostrados por setas) formados em uma superfície interna 578 da haste de conexão 538. O estator 534 inclui uma base 580 e uma Pluralidade de enrolamentos de estator 582 acoplados à base 580. Uma Pluralidade de peças de polo magnético estacionárias 584 é disposta dentro do espaço de ar 586 formado entre os ímãs de núcleo 576 e os enrolamentos de estator 582. Na realização ilustrada, as peças de polo 584 são integradas ao estator base 580. Conforme discutido na realização anterior, as peças de polo estacionárias 584 facilitam a transmissão do torque entre o campo magnético excitado pelo ímã de núcleo permanente 536 e o campo magnético excitado pelos enrolamentos estacionários 582.

[048] A Figura 16 mostra um acionador engrenado magneticamente 632 de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção. Na realização ilustrada, o acionador 632 inclui um núcleo móvel 638 disposto entre um primeiro estator 636 e um segundo estator 696. O núcleo 638 compreende uma pluralidade de ímãs permanentes 676 integrados a uma porção da haste de conexão 638. Cada estator inclui uma base (680,688) e uma pluralidade de enrolamentos de estator (682,690) acoplado à sua respectiva base. Na realização ilustrada, um primeiro conjunto de peças de polo magnético estacionárias 684 é disposto dentro de um espaço de ar 686 formado entre os ímãs de núcleo 678 e os enrolamentos de estator 682. Um segundo conjunto de peças de polo magnético estacionárias 692 é disposto com um espaço de ar 694 formado entre os ímãs de núcleo 678 e os enrolamentos 690. De maneira similar à realização ilustrada na Figura 15, o primeiro conjunto de peças de polo magnético estacionárias 684 pode ser integrado à primeira base fixa de estator 680. O segundo conjunto de peças de polo magnético estacionárias 692 pode ser integrado à segunda base fixa de estator 688.

[049] A Figura 17 mostra um acionador engrenado magneticamente 732 de acordo com outra realização exemplificativa da presente invenção. Na realização ilustrada, o acionador 732 inclui um núcleo móvel 736 disposto entre um primeiro estator 734 e um segundo estator 796. O núcleo 736 compreende uma porção da haste de conexão 738, um primeiro conjunto de ímãs permanentes 776 fornecidos em uma superfície 778 da haste de conexão e um segundo conjunto de ímãs permanentes 798 fornecidos na superfície 778 da haste de conexão. O primeiro estator 734 inclui uma primeira base fixa 780 e uma pluralidade de enrolamentos de estator 782 acoplados à primeira base fixa 780. O segundo estator 796 inclui uma segunda base fixa 796 e uma pluralidade de enrolamentos de estator 790 acoplados à segunda base fixa 788. De maneira similar à realização ilustrada na Figura 15 e 16, as peças de polo magnético estacionárias (não mostradas na Figura 17) podem ser dispostas entre os ímãs de rotor e os enrolamentos de estator ou integradas aos núcleos do estator.

[050] Nas várias realizações do acionador engrenado magneticamente representadas acima, os núcleos dos compressores são implantados com ímãs de núcleo permanentes. Entretanto, contempla-se também que a engrenagem magnética integrada pode também ser alcançada através do uso de núcleos que têm polos de campo enrolado, do tipo gaiola de esquilo ou de relutância variada. Em outras palavras, o campo magnético do núcleo pode ser implantado através de eletroímãs acionados por CC em vez de ímãs permanentes. Ademais, a respeito das peças de polo estacionárias que servem como dispositivos moduladores de fluxo, o formato de tais peças pode ser incorporado por outros formatos de inserção além das inserções quadradas, tais como formatos ovais ou de trapézio, por exemplo. As configurações ilustradas nas realizações acima são mostradas como incluindo enrolamentos trifásicos para propósitos exemplificativos. Deve-se compreender também que um número diferente de fases também pode ser usado.

[051] Vantajosamente, as realizações mostradas da Figura 12 a 17 possibilitam variar a velocidade e/ou o volume varrido pelo pistão compressor alterando-se a temporização e/ou o número de enrolamentos energizados durante um movimento do conjunto transladável. Isso evita a necessidade de reconfiguração física do volume da câmara compressora (isto é, por diminuição). Essas máquinas controlam a capacidade através do deslocamento mecânico da extremidade de cabeça do cilindro de compressão com uma manivela operada manualmente, um recurso mais difícil de adaptar do que um controlador programado com um conjunto de instruções gravadas ou com um meio legível por máquina não transitório. Em determinadas realizações da presente invenção, essas instruções instruem o controlador a (a) selecionar um subconjunto de enrolamentos para energizar em uma translação do conjunto transladável e (b) energizar sequencialmente os enrolamentos de forma a transladar o conjunto transladável a uma velocidade-

alvo. Em uma realização, a velocidade de translação é selecionada adicionalmente de forma que o compressor opere a uma frequência substancialmente igual à frequência de ressonância do membro resistente do acumulador, o que faz com que o membro resistente rapidamente acumule e descarregue, desse modo, a energia inercial do membro transladável. Em outra realização, o compressor opera a um harmônico da frequência de ressonância do membro resistente, acumulando desse modo uma maior quantidade de frequência inercial, apesar de menor do que pode ser o caso da frequência de ressonância do membro resistente.

[052] A Figura 18 mostra uma realização de um compressor de acionamento eletromagnético 800 que tem um acionador solenoide 832.

[053] A Figura 18 mostra um compressor 800 exemplificativo que tem um acionador eletromagnético bidirecional (ou do tipo BDE). O acionador 832 inclui dois núcleos, um primeiro núcleo 802 que tem uma abertura 806 e um segundo núcleo 804 que tem uma abertura 808. O núcleo pode ser feito de ferro ou de outras folhas de metal com propriedades magnéticas satisfatórias para diminuir o tamanho e o peso do acionador. Em uma realização, os núcleos são feitos de ligas de ferro com cobalto. O acionador exemplificativo 832 inclui o primeiro núcleo 802 e o segundo núcleo 804 tem um formato de “E”. Em algumas outras realizações, o núcleo pode ter qualquer formato adequado, o que inclui, mas sem limitação, o formato de “U”. O acionador 832 inclui adicionalmente uma placa 801 definida pelo conjunto transladável 840, sendo que o conjunto transladável 140 é recebido de forma deslizável pela abertura 806 e pela abertura 808. Em algumas realizações, o acionador pode incluir quatro núcleos. O primeiro núcleo 802 inclui um conjunto de duas bobinas 810 dispostas dentro do primeiro núcleo 802. O segundo núcleo 804 inclui outro conjunto de duas bobinas 803 dispostas dentro do segundo núcleo 804. Em algumas realizações, os núcleos podem incluir mais do que duas bobinas. O compressor 800 inclui adicionalmente um acumulador 874 que tem um primeiro membro resistente 864 e um segundo membro resistente 870 configurado conforme descrito acima para fornecer forças para auxiliar o movimento do conjunto transladável 840 ao longo do eixo geométrico de translação 842. O acionador bidirecional 832 se engata de maneira acionável ao conjunto transladável 840, acionando de forma alternável, desse modo, o pistão 812 dentro do cilindro (alojamento) 814 conforme explicado acima.

[054] Conforme discutido nas seções anteriores, o formato do núcleo do acionador descrito no presente documento pode ser, por exemplo, um formato de “E” ou de “U”. Para gerar uma força eletromagnética alta no núcleo em um período bastante curto de tempo, o núcleo do solenoide, assim como a placa, são fabricados tipicamente de folhas metálicas para evitar efeitos de corrente de Foucault, visto que uma corrente de Foucault em desenvolvimento no núcleo pode reduzir o fluxo magnético produzido pela força eletromagnética. A fim de proporcionar uma facilidade razoável à fabricação do núcleo a partir de folhas metálicas, recomenda-se usar uma configuração de projeto adequada. O núcleo exemplificativo de formato de “E” ou de formato de “U” descrito no presente documento pode ser fabricado facilmente a partir de folhas metálicas, tal como uma folha de ferro. Ademais, o núcleo com formato de “E” também fornece uma grande área para os polos desenvolvidos no núcleo uma vez que as bobinas tenham sido energizadas. Visto que o êmbolo é alinhado através do centro do núcleo de formato de “E”, a força magnética gerada é distribuída de maneira uniforme em ambos os lados do êmbolo (devido à localização uniforme das bobinas em relação ao centro do núcleo “E” e ao movimento do êmbolo devido à força eletromagnética poder ser equilibrado de maneira adequada).

[055] Operacionalmente, o pistão 812 assume a posição de ponto morto do fundo (mostrada na Figura 18) em que a corrente através das bobinas 803 no segundo núcleo 804 é ligada. Uma vez que as bobinas 803 tenham sido energizadas, o conjunto transladável 104 é puxado na direção do segundo núcleo 804 (mostrado pela seta 805), comprimindo, desse modo, o segundo membro resistente 864. |sso é ilusttado na Figura 18. Alternativamente, o pistão 812 assume a posição de ponto morto de topo (não mostrada) em que a corrente através das bobinas 803 é desligada e a corrente através das bobinas 810 no primeiro núcleo 802 é ligada. Consequentemente, o conjunto transladável 840 é empurrado na direção do primeiro núcleo 802 guiado pelo primeiro membro resistente 864 e o pistão 812 translada até a posição de ponto morto de topo. Vantajosamente, o projeto bidirecional do acionador pode incluir movimentos mais longos de pistão em comparação aos projetos unidirecionais e fornece uma força mais alta durante o estágio inicial do curso do que os motores lineares convencionais. Essa força mais alta é devido ao fato de que em ambas as posições de extremidade (tanto o ponto morto de fundo quanto o ponto morto de topo) do curso, os membros resistentes comprimidos pré-carregados 864 ou 870 fornecem uma força inicial alta, sendo que essa força empurra o conjunto transladável 804 e a placa 802 na direção do núcleo oposto. Portanto, a força da mola é adicionada vantajosamente às forças magnéticas fracas, presentes no começo do curso devido ao grande espaço de ar entre a placa 802 e os núcleos de ferro 802 e 804, e acentua a força inicial.

[056] Em uma realização de acionador solenoide (não mostrada), um ou ambos os núcleos podem ser transladáveis independentemente ao longo do eixo geométrico de translação. Tal ajustabilidade possibilita vantajosamente o ajuste de distância de percurso de pistão entre a posição de ponto morto do fundo e a posição de ponto morto de topo, ajustando desse modo a capacidade do compressor. Em outra realização, a frequência e a velocidade de translação podem ser ajustadas compensando-se a configuração do acumulador conforme descrito acima.

[057] Embora somente determinados recursos da invenção tenham sido ilustrados e descritos no presente documento, muitas modificações e alterações serão consideradas por um técnico no assunto. Por exemplo, a Figura 19 mostra uma realização da invenção em que um compressor 601 compreende adicionalmente um segundo cilindro (alojamento) 603, um conjunto transladável 611 que tem um segundo pistão 605 e o primeiro acumulador e o segundo acumulador em ambos os lados do acionador 632. O dispositivo opera conforme descrito acima e dobra vantajosamente o espaço da compressão do cilindro, incorporando as vantagens descritas acima. De modo semelhante, a Figura 20 mostra uma realização da invenção em que um compressor 801 compreende adicionalmente um segundo cilindro (alojamento) 803, um conjunto transladável 811 que tem um segundo pistão 805 e o primeiro acumulador 807 e o segundo acumulador em ambos os lados do acionador

832. O dispositivo opera conforme descrito acima e dobra vantajosamente o espaço da compressão do cilindro, incorporando as vantagens descritas acima. Portanto, deve-se compreender que as reivindicações anexas se destinam a englobar todas tais modificações e alterações como abrangidas pelo espírito verdadeiro da invenção.

[058] Em uma realização da invenção, um método para operar um compressor alternativo compreende acelerar um conjunto transladável em uma primeira direção. A aceleração compreende aplicar força, a partir de um estado substancialmente sem movimento, ao conjunto transladável de forma que o mesmo alcance alguma velocidade desejada. Uma vez que a velocidade- alvo tenha sido alcançada, a força é aplicada para sobrepujar substancialmente a força aplicada à face de pistão do conjunto transladável pelo gás que ocupa a câmara compressora do compressor alternativo. A aceleração do conjunto transladável confere inércia ao conjunto transladável e aumenta a energia cinética residente no conjunto transladável.

[059] O método compreende adicionalmente desacelerar o conjunto transladável enquanto o mesmo percorre a primeira direção. À desaceleração do conjunto transladável é alcançada desviando-se uma porção da inércia residente no conjunto transladável para dentro do acumulador, tal como por deformação do membro resistente discutido acima. A desaceleração do conjunto transladável reduz a inércia residente no conjunto transladável e reduz a energia cinética associada ao conjunto durante o movimento do mesmo na primeira direção.

[060] O método compreende adicionalmente acelerar o conjunto transladável em uma segunda direção com o uso da energia armazenada no acumulador. Em uma realização, um membro resistente, deformado durante o primeiro movimento do conjunto transladável, relaxa e retorna ao estado original do mesmo, aplicando força, desse modo, ao conjunto transladável e acelerando o conjunto durante o segundo movimento do mesmo.

[061] Será entendido um técnico no assunto que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material específico aos ensinamentos da invenção sem se afastar de escopo da mesma. Portanto, destina-se que a invenção não seja limitada a qualquer realização particular revelada, mas que a invenção incluirá todas as realizações abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES 1 COMPRESSOR ALTERNATIVO, caracterizado por compreender: um pistão (116) disposto de forma alternável no cilindro de compressão; um conjunto transladável (140) conectado ao pistão (116); um acionador (132) eletromagnético que tem um estator fixo e um núcleo acoplados ao conjunto transladável, sendo que o acionador é configurado para acionar em alternância o conjunto transladável; e um acumulador (174) acoplado ao conjunto transladável (140), em que o acumulador (174) é configurado para armazenar a energia cinética residente na moção de um movimento do conjunto transladável (140) em uma primeira direção, e em que o acumulador (174) é configurado para conferir a energia cinética residente na moção de um movimento do conjunto transladável (140) em uma segunda direção.
2. COMPRESSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acumulador (174) compreende um conjunto de mola (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109) que tem uma primeira extremidade acoplada ao conjunto transladável (140) e uma segunda extremidade fixa em relação ao conjunto transladável (140), em que o dito conjunto de mola compreende uma ou mais molas, em que uma constante de mola do conjunto de mola é ajustável.
3. COMPRESSOR, de acordo com a reivindicação | ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma mola do conjunto de mola (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109) tem uma constante de mola variável ao longo do seu comprimento.
4. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o conjunto de mola (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109) compreende uma pluralidade de molas que têm diferentes comprimentos e que são dispostas em paralelo de forma a terem diferentes cursos efetivos.
5. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações | a 4, caracterizado pelo fato de que o conjunto de mola (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109) compreende uma pluralidade de molas que têm diferentes constantes de mola e que são dispostas em paralelo de forma a serem seletivamente eficazes.
6. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que uma haste de conexão (138) é configurada para alternar a uma frequência combinada a um dentre a frequência de ressonância da mola e um harmônico da frequência de ressonância da mola.
7. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações | a 6, caracterizado pelo fato de que o acumulador (174) inclui pelo menos um capacitor que tem um primeiro material condutor acoplado ao conjunto transladável (140) e um segundo material condutor fixo em relação ao conjunto transladável, através do que o dito pelo menos um capacitor tem placas móveis e tem uma capacitância variável.
8. COMPRESSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acionador eletromagnético (832) compreende: um primeiro núcleo (802) com pelo menos uma bobina disposta dentro do mesmo, em que o primeiro núcleo (802) é fixo em relação ao conjunto transladável (840); um segundo núcleo (804) que tem pelo menos uma bobina disposta dentro do mesmo, em que o segundo núcleo (804) é fixo em relação ao conjunto transladável (840); e uma placa (801) definida pelo conjunto transladável (840); em que a placa (801) é atraída pelo primeiro núcleo (802) ou pelo segundo núcleo (804) mediante a eletrificação da pelo menos uma bobina disposta dentro do mesmo.
9. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma distância axial entre o primeiro núcleo (802) e o segundo núcleo (804) é ajustável.
10. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o acionador eletromagnético compreende: um estator fixo em relação ao conjunto transladável (140); e um núcleo conectado ao conjunto transladável (140).
11. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações | a 10, caracterizado pelo fato de que o acionador eletromagnético (432) compreende adicionalmente uma pluralidade de peças de polos magnéticos (484) dispostos entre o estator e o núcleo.
12. COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações | a 11, caracterizado pelo fato de que o acionador eletromagnético (132) compreende: um estator fixo em relação ao conjunto transladável (140), sendo que o estator tem uma pluralidade de bobinas; e um núcleo conectado ao conjunto transladável (140), em que o compressor é configurado para variar a distância de translação do conjunto transladável selecionando-se uma bobina a ser eletrificada a partir da pluralidade de bobinas.
13. “COMPRESSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o pistão (116) define uma primeira face de pistão e uma segunda face de pistão, que o cilindro e a primeira face de pistão (116) definem cooperativamente uma primeira câmara compressora, sendo que a primeira câmara compressora é pneumaticamente comunicativa com um suprimento de gás e uma rede de transmissão de gás; e que o cilindro e a segunda face de pistão (116) definem cooperativamente uma segunda câmara compressora, sendo que a segunda câmara compressora é pneumaticamente comunicativa com o suprimento de gás e a rede de transmissão de gás.
14. MÉTODO PARA OPERAR UM COMPRESSOR ALTERNATIVO, caracterizado por um conjunto transladável (140), um acumulador (174) acoplado ao conjunto transladável e um acionador eletromagnético (132) acoplado ao conjunto transladável, sendo que o método compreende as etapas de: - acelerar o conjunto transladável (140) em uma primeira direção de movimento aplicando-se uma força ao conjunto transladável com o acionador eletromagnético; - desacelerar o conjunto transladável (140) na primeira direção de movimento armazenando a energia cinética residente no conjunto transladável no acumulador; e - acelerar o conjunto transladável (140) em uma segunda direção de movimento gerando-se uma força a partir da energia armazenada pelo acumulador.
15. — MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de desacelerar o conjunto transladável (140) na primeira direção de movimento armazenando a energia cinética residente no conjunto transladável no acumulador.