BR112020006042A2 - acionamento elétrico de bomba, uso do mesmo, bomba de deslocamento, método para movimentar um pistão e método de controle para uma bomba - Google Patents

Abstract

A invenção diz respeito a um acionamento elétrico de bomba para bombas de deslocamento positivo com pistões de movimento oscilante. O acionamento elétrico de bomba se caracteriza por compreender um imã rotativo (3) que possui pelo menos um eletroímã (30; 30a, 30b) e uma armadura (32) que pode girar em torno de um eixo e que, é alternadamente pivotável entre dois pontos de trabalho por meio da excitação do pelo menos um eletroímã (30; 30a, 30b); em que a armadura (32) é configurada para acoplamento a um pistão (2) que é movido de maneira oscilante.

Description

ACIONAMENTO ELÉTRICO DE BOMBA PARA UMA BOMBA DE DESLOCAMENTO, BOMBA DE DESLOCAMENTO E MÉTODO PARA A MESMA

[001] A invenção diz respeito a um acionamento elétrico de bomba para bombas de deslocamento com pistão que é movido de maneira oscilante, uma bomba de deslocamento com dito pistão e um método correspondente para movimentar de maneira oscilante um pistão de uma bomba de deslocamento.

[002] No estado da técnica, são conhecidas bombas de deslocamento, compressores e bombas de vácuo que, ao contrário de um tipo de bombas de deslocamento rotatório como, por exemplo, bombas de palhetas, realizam um movimento descontínuo, particularmente recíproco, dos componentes de bomba. Tais bombas de deslocamento acionam pistões de deslocamento que oscilam entre dois pontos de retorno e, assim, realizam ciclos de trabalho nos quais uma mudança de carga de um fluido transportado para dentro ou para fora é realizada em uma câmara de bomba.

[003] Dentre essas, são conhecidas as chamadas bombas de ação dupla, as quais produzem simultaneamente duas mudanças de carga na câmara de bomba em ambas as direções do movimento de um pistão, ou seja, um fluxo de entrada em um lado do pistão e um fluxo de saída no outro lado do pistão. Além disso, bombas de deslocamento desse tipo diferem em diferentes amplitudes, particularmente lineares e arqueadas, do movimento oscilante do pistão.

[004] De acordo com o ensinamento técnico anterior no estado da técnica, as peças com movimento oscilante nas bombas de deslocamento são acionadas exclusivamente por meio de máquinas elétricas rotativas nos projetos conhecidos de motores elétricos ou por meio de outras fontes de acionamento mecânico com uma haste de acionamento rotativo, que são acoplados, por exemplo, por meio de um acionamento por correia ou por uma engrenagem de transmissão. Além disso, um mecanismo de ajuste mecânico permanece sempre acoplado entre uma montagem de bomba e uma haste de acionamento, o qual por meio de uma biela, um pino de manivela e um orifício alongado, um comando por cames, um came de comando ou afins, cria uma ligação excêntrica das partes móveis em relação a haste de acionamento.

[005] Em geral, a cinemática de um tal sistema mecânico consiste em converter o movimento de acionamento rotativo em um movimento linear ou recíproco direcionado para o curso de operação do pistão. Isso resulta em uma dinâmica desbalanceada que se manifesta no fato de que, para converter uma força contínua rotativa em forças alternadamente aceleradoras, os pontos mortos precisam ser superados.

[006] Na prática, o desbalanceamento dinâmico traz consigo várias desvantagens. Por exemplo, durante a partida de uma bomba de deslocamento, é necessário um alto torque de acionamento para superar o primeiro ponto morto. Isso é particularmente verdade no caso de uma partida a frio de um sistema no qual é transportado um fluido com viscosidade sensível à temperatura, como por exemplo, um óleo lubrificante. Para se assegurar a operacionalidade, isso implica a desvantagem econômica da necessidade de se prover um acionamento dimensionado de maneira relativamente grande em relação à potência nominal. Além disso, um mecanismo de ajuste excêntrico deve, em princípio, ser provido, o qual, a depender da área de aplicação da bomba, deve ser projetado de acordo com os requisitos de resistência ao desgaste, espaço de instalação e custos. Com base nessa abordagem, há espaço para melhorias em diferentes aspectos.

[007] A presente invenção tem como objetivo criar um acionamento de bomba alternado para bombas de deslocamento com pistões que são movidos de maneira oscilante.

[008] De acordo com a invenção, o objetivo é alcançado por meio das características do acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 1, da bomba de deslocamento positivo de acordo com a reivindicação 15 e do método de acordo com a reivindicação 17.

[009] O acionamento elétrico de bomba de acordo com a invenção se caracteriza particularmente por compreender um solenoide rotativo que possui pelo menos um eletroímã e uma armadura pivotável em torno de um eixo e que, por meio da excitação do pelo menos um eletroímã, pode ser alternadamente pivotada entre dois pontos de trabalho, em que a armadura é adaptada para acoplamento com um pistão que se move de maneira oscilante.

[010] Assim, a bomba de deslocamento com um pistão que se move de maneira oscilante entre dois pontos de retorno de acordo com a invenção se caracteriza, particularmente, pelo fato de que um acionamento elétrico de bomba compreende um solenoide rotativo que possui pelo menos um eletroímã e uma armadura pivotável em torno de um eixo e que, por meio da excitação do pelo menos um eletroímã, pode ser alternadamente pivotada entre dois pontos de trabalho, em que a armadura é acoplada ao pistão de modo que os pontos de retorno do movimento oscilante do pistão sejam alcançados nos pontos de trabalho da armadura.

[011] Da mesma forma, o método de acordo com a invenção para o movimento de maneira oscilante de um pistão de uma bomba de deslocamento entre dois pontos de retorno por meio de um solenoide rotativo se caracteriza pelas etapas de: gerar um campo magnético por meio de um eletroímã, o qual exerce um torque sobre a armadura em uma direção pivotante até o pistão atingir um ponto de retorno, e suspender a geração do campo magnético por meio do eletroímã e/ou gerar um campo magnético de polaridade oposta por meio de um eletroímã, o qual exerce um torque sobre a armadura na direção pivotante oposta até o pistão atingir o outro ponto de retorno.

[012] Por conseguinte, a invenção propõe, pela primeira vez, o uso de um solenoide rotativo como fonte de acionamento de um acionamento de bomba para uma bomba de deslocamento não-rotativa.

[013] A presente invenção, em sua forma mais geral, se baseia no conhecimento de que um acionamento de bomba que é otimizado para a aceleração alternada de um pistão de deslocamento já produz, idealmente, um torque eletrodinâmico também reciprocamente alternado com intensidade em forma de amplitudes. De acordo com a invenção, um tal torque adequado para a finalidade, tanto em sua intensidade dinâmica como também em sua orientação cinemática, é provido por meio de um solenoide rotativo. Isso representa um afastamento fundamental do conceito de acionamento de um torque contínuo de uma força de acionamento orientada rotativamente e uma conversão cinemática do movimento de acionamento.

[014] No âmbito da presente invenção, os solenoides rotativos de acordo com a definição diferem das máquinas elétricas rotativas, particularmente na medida em que o movimento que pode exercido pela armadura de um solenoide rotativo é limitado a um ângulo de rotação entre dois pontos de trabalho, que não pode realizar uma rotação completa. Ao contrário do estator de um motor elétrico com uma pluralidade de bobinas de excitação para gerar um campo magnético circular, o solenoide rotativo é equipado apenas com um ou dois eletroímãs, a depender do projeto. Em formas especiais para projetos de torque particularmente alto, o solenoide rotativo pode ter um arranjo simétrico de 4 ou 6 eletroímãs, por meio do qual o ângulo de rotação que pode ser alcançado é reduzido geometricamente para uma fração do fator.

[015] Os solenoides rotativos, também chamados de imãs rotativos são atuadores conhecidos, por exemplo, a partir dos conhecimentos em engenharia de instalações e construção, por exemplo, para se operar um interruptor em uma linha de fornecimento ou um chamado obturador, tal como um defletor em uma linha de classificação entre duas posições de uma bifurcação ou junção.

[016] Em geral, é feita uma distinção entre solenoides rotativos proporcionais ou ímãs rotativos com uma mola de retorno e solenoides rotativos biestáveis com um eletroímã com polaridade alternadamente invertida ou dois eletroímãs alternadamente excitados. De maneira análoga ao projeto de um motor elétrico, a transmissão de potência pode ser estabelecida por meio de uma polaridade entre o ímã permanente da armadura e o eletroímã estacionário, ou pode ser estabelecida por meio do princípio de relutância entre os polos da armadura e as sapatas polares de um circuito magnético de um eletroímã estacionário, por exemplo, por meio de um anel polar. Além disso, os solenoides rotativos conhecidos também diferem em seu projeto , por exemplo, por um arranjo radial ou axial entre a armadura e o eletroímã, por meio do qual é gerado um torque de um movimento relativo rotativo, ou um arranjo axial com sulcos ou superfícies em formato de cunha e elementos rotativos entre a armadura e o eletroímã, por meio do qual um torque gerado axialmente é convertido em um movimento relativo helicoidal. Tais vários tipos e projetos e outros tipos e projetos conhecidos de ímãs rotativos ou solenoides rotativos serão entendidos no sentido da presente divulgação sob a descrição coletiva de um solenoide rotativo e são adequados para a modalidade da invenção e providos opcionalmente.

[017] Para o aprimoramento de um acionamento elétrico de bomba para bombas de deslocamento em vista às desvantagens mencionadas no estado da técnica e em outros aspectos, a invenção provê numerosas vantagens, que são explicadas abaixo.

[018] Com um solenoide rotativo, a força magnética pode ser aumentada por uma breve superexcitação do eletroímã, com a qual pode-se alcançar torques muito elevados. Com um controle adequado, há um alto torque particularmente no início de um movimento pivotante da armadura de um ponto de trabalho para outro, que diminui à medida que se aproxima do outro ponto de trabalho, por meio de que é possível cobrir a demanda de torque de uma aceleração oscilante. Além disso, um solenoide rotativo oferece tempos de resposta rápidos e permanece na posição final de um ponto de trabalho sem energização. Isso reduz o consumo de energia e a perda de calor.

[019] Em comparação com um motor elétrico, um solenoide rotativo possuindo as mesmas dimensões alcança um enrolamento de bobina de excitação maior e, consequentemente, um consumo de potência maior ou uma força eletrodinâmica maior dentro do campo de ação da bobina, ou seja, da seção de trabalho da armadura, o que atende aos requisitos de partida a frio de diferentes aplicações. Do mesmo modo, o número de bobinas, fios, polos e outros elementos estruturais é menor, de modo que é implementada uma estrutura compacta e altamente integrada, com poucas peças individuais e custos de fabricação mais baixos.

[020] Em comparação aos motores de corrente contínua sem escova, que exigem uma ECU (electronic control unit = unidade de controle eletrônica) e uma eletrônica de potência relativamente complexos, os requisitos técnicos para o controle do solenoide rotativo permitem simplificações e economia de custos no cabeamento da fonte de potência.

[021] Além disso, o espaço de instalação e os custos de um sistema mecânico, bem como o risco de desgaste e quebra, a depender do tipo de montagem da bomba, são completamente eliminados ou reduzidos.

[022] Modalidades vantajosas da presente invenção são descritas nas reivindicações dependentes.

[023] De acordo com um aspecto da invenção, um eletroímã do solenoide rotativo pode ser excitado para movimento pivotante alternado da armadura por meio de uma polaridade de corrente alternada. Com isso, a mudança de direção da armadura é implementada puramente por tecnologia de controle.

[024] Por conseguinte, uma construção simples do solenoide rotativo é alcançada com poucos componentes elétricos, o que torna possível prover um acionamento elétrico de bomba de baixo custo para uma bomba de deslocamento.

[025] De acordo com um aspecto da invenção, o solenoide rotativo compreende, adicionalmente, uma mola de retorno para a armadura, e o eletroímã pode ser excitado para movimento pivotante da armadura contra uma força de reação da mola de retorno. Assim, uma mudança de direção do solenoide rotativo é implementada apenas ao se ligar e desligar a fonte de potência.

[026] Por conseguinte, uma construção simples do cabeamento de controle é alcançada o que torna possível prover um controle do acionamento elétrico de bomba de baixo custo para uma bomba de deslocamento.

[027] De acordo com um aspecto da invenção, o solenoide rotativo pode ter pelo menos dois eletroímãs, em que os pelo menos dois eletroímãs podem ser excitados alternadamente para movimento pivotante alternado da armadura.

[028] Por conseguinte, são evitadas uma perda de potência devido à inversão da polaridade de um único eletroímã e uma geração de calor correspondente. Além disso, a geração de calor é ainda mais reduzida por meio da divisão da energização ou fonte de potência entre dois eletroímãs como componentes separados.

[029] De acordo com um aspecto da invenção, a armadura do solenoide rotativo pode compreender pelo menos um ímã permanente. Com isso, um movimento pivotante da armadura de um ponto de trabalho para outro segue uma força repulsiva e/ou atrativa da polaridade magnética entre o ímã permanente e o eletroímã.

[030] Por conseguinte, provê-se uma construção estruturalmente simples do solenoide rotativo, o que permite que um alto torque na armadura seja alcançado através de forças magnéticas entre os polos magnéticos. Isso permite o provimento de um acionamento de bomba elétrico para bombas de deslocamento com uma boa relação de alto desempenho para dimensões compactas.

[031] De acordo com um aspecto da invenção, a armadura do solenoide rotativo pode compreender um corpo de armadura ferromagnético com polos de armadura pronunciados, e os polos de armadura podem ser associados a sapatas polares dispostas de forma estacionária em um ponto de trabalho da armadura. Um movimento pivotante da armadura de um ponto de trabalho para o outro ponto de trabalho segue a força de relutância, para que seja formado o menor entreferro de ar no circuito magnético de um eletroímã.

[032] Por conseguinte, alcança-se uma construção do solenoide rotativo sem ímãs permanentes que possui um perfil de consumo de potência vantajosa na faixa de carga parcial que pode ser comparada com um motor de relutância. Isso provê um acionamento elétrico de bomba de baixo custo para bombas de deslocamento sem o uso de terras raras para ligas de imãs permanentes. Além disso, a orientação de um circuito magnético por meio de sapatas polares permite, do mesmo modo, uma definição do ângulo de rotação do solenoide rotativo.

[033] De acordo com um aspecto da invenção, a armadura do solenoide rotativo pode compreender um corpo de armadura com polos de armadura ferromagnéticos que possuem uma permeabilidade magnética mais elevada do que outras seções do corpo de armadura, e os polos de armadura são associados a sapatas polares dispostas de forma estacionária em um ponto de trabalho da armadura. Assim, um movimento pivotante da armadura a partir de um ponto de trabalho para outro ponto de trabalho segue a força de relutância para receber a menor relutância magnética por meio do corpo de armadura no circuito magnético de um eletroímã.

[034] Por conseguinte, provê-se uma construção alternativa do ímã solenoide com as vantagens supramencionadas do princípio da relutância, como um acionamento elétrico de bomba de baixo custo para bombas de deslocamento sem o uso de terras raras.

[035] De acordo com um aspecto da invenção, o solenoide rotativo pode compreender meios limitadores que limitem um movimento pivotante da armadura nos dois pontos de trabalho.

[036] Os pontos de trabalho de qualquer solenoide rotativo podem ser especificados em qualquer solenoide rotativo com mais precisão, particularmente naqueles com ímãs permanentes. Além disso, caso desejado para aplicações específicas, pode-se gerar um breve torque de retenção contra um tal batente mecânico. Contrariamente, caso desejado para aplicações específicas, pode-se gerar também um ricochete da armadura no batente mecânico, que pode ocorrer antes de um pistão encostar contra uma parede da câmara na montagem de bomba.

[037] De acordo com um aspecto da invenção, o eletroímã e a armadura podem ser dispostos de modo que um entreferro de ar entre os polos da armadura e as sapatas polares corra radialmente em relação ao eixo da armadura.

[038] Assim, provê-se uma forma construtiva do eletroímã que permite uma dimensão axial curta do acionamento da bomba elétrico na montagem de bomba.

[039] De acordo com um aspecto da invenção, o eletroímã e a armadura podem ser dispostos de modo que um entreferro de ar entre os polos da armadura e as sapatas polares corra axialmente em relação ao eixo da armadura.

[040] Assim, provê-se uma forma construtiva do eletroímã que permite uma dimensão radial estreita do acionamento de bomba elétrico na montagem de bomba.

[041] De acordo com um aspecto da invenção, um jugo de um eletroímã no qual as sapatas polares são formadas pode ser configurado como um anel polar que é disposto concentricamente em torno da armadura ou axialmente em relação à armadura.

[042] Uma introdução eficiente da densidade de fluxo magnético de um circuito magnético sobre os polos da armadura pode ser realizada com um arranjo estrutural favorável coaxial da bobina do eletroímã, por meio do qual um acionamento elétrico de bomba é provido para bombas de deslocamento com uma pequena dimensão axial.

[043] De acordo com um aspecto da invenção, o acionamento de bomba elétrico pode compreender, também, um dispositivo de detecção para uma posição da armadura.

[044] Dessa forma, provê-se opcionalmente um retorno para regular um controle ou alimentação de potência do acionamento de bomba elétrico para bombas de deslocamento, o qual pode ser realizado por meio de um sensor de posicionamento ou, de maneira ainda mais econômica, por meio de contatos nos pontos de trabalho para detectar pelo menos duas posições da armadura.

[045] De acordo com um aspecto da invenção, o acionamento elétrico de bomba pode compreender, também, uma unidade de controle que controla uma fonte de potência elétrica para um eletroímã em relação a uma temporização e/ou em relação a uma polaridade de corrente da potência fornecida.

[046] Tais funções de controle podem ser realizadas por meio de um modulador de largura de pulso e por meio de um amplificador bipolar na forma de componentes elétricos padronizados, o que torna possível prover um controle de um acionamento elétrico de bomba de baixo custo para bombas de deslocamento. Isso se aplica particularmente em comparação a componentes eletrônicos de potência necessários para um motor de corrente contínua sem escovas que é costumeiramente usado como acionamento de bomba.

[047] De acordo com um aspecto da invenção, o acionamento de bomba elétrico com um solenoide rotativo pode acionar uma bomba de deslocamento com uma montagem de bomba configurada como bomba de pistão oscilante, cujo pistão possui duas seções de deslocamento que se estendem diametralmente, as quais são delimitadas, respectivamente, por uma câmara de trabalho com formato setorizado.

[048] Em combinação com uma montagem de bomba chamada de bomba de pistão oscilante ou bomba de pistão pendular, a cinemática do movimento oscilante do pistão corresponde à da armadura, ou seja, as trajetórias podem ser projetadas para serem exatamente congruentes entre si. Isso permite uma estrutura de bomba que omite um mecanismo entre o acionamento elétrico de bomba e a montagem de bomba e alcança uma integração compacta, enquanto o eixo pivotante da armadura e o eixo pivotante do pistão são formados por uma haste.

[049] De acordo com um aspecto da invenção, um método de controle do acionamento de bomba elétrico para uma bomba de deslocamento na forma da bomba de pistão oscilante supramencionada pode compreender um interruptor de ligar e desligar e/ou inverter uma polaridade de corrente de uma fonte de potência elétrica para o pelo menos um eletroímã em função de um número predeterminado de ciclos de movimento do pistão por unidade de tempo.

[050] Com esse projeto, a amplitude do movimento pivotante da armadura corresponde à amplitude do movimento pivotante do pistão. Por se tratar de uma bomba de deslocamento, também existe uma relação fixa entre um curso de pistão e a taxa de fluxo volumétrico bombeado. Dessa maneira, pode-se inferir de maneira simples sobre um fluxo volumétrico fixo por meio de um número de ciclos do movimento do pistão, ou essa relação pode ser usada para controlar uma taxa volumétrica de bombeamento exata. Como resultado, em comparação com as bombas de deslocamento rotativo, um controle mais simples pode ser implementado, por exemplo, pode ser dispensado um medidor de fluxo.

[051] De acordo com um aspecto da invenção, o método de controle pode compreender, também, o aumento de uma voltagem da fonte de potência elétrica para o pelo menos um eletroímã até que seja detectado, por meio de um dispositivo de detecção, que o movimento pivotante da armadura alcança os pontos de trabalho.

[052] Assim, pode-se implementar um controle simples, o que determina e fornece a potência elétrica mínima necessária sobre a premissa de uma taxa volumétrica de bombeamento predeterminada.

[053] A seguir, a invenção é descrita em detalhes usando uma bomba de pistão oscilante como uma bomba de deslocamento exemplar, que é equipada com uma modalidade do acionamento de bomba elétrico, com referência às figuras. Além disso, outras formas de projetar o acionamento de bomba elétrico que são cobertas pela invenção serão agora descritas com referência às figuras, baseado nas representações de diferentes projetos de um solenoide rotativo. As figuras mostram:

A Fig. 1 mostra uma seção transversal através da bomba de pistão oscilante exemplar para ilustrar o uso do acionamento de bomba elétrico de acordo com a invenção. A Fig. 2 mostra uma seção longitudinal através de uma bomba de pistão oscilante exemplar com uma modalidade do acionamento elétrico de bomba de acordo com a invenção, o qual é projetado como uma disposição dupla de um solenoide rotativo que compreende dois eletroímãs axialmente adjacentes e dois corpos de armadura; A Fig. 3 mostra uma vista em perspectiva, de um lado associado ao pistão, de um corpo de armadura da modalidade do acionamento de bomba elétrico de acordo com a invenção; A Fig. 4 mostra uma vista em perspectiva do outro corpo de armadura da modalidade do acionamento de bomba elétrico de acordo com a invenção do lado oposto à Fig. 3; A Fig. 5 mostra uma vista explodida detalhada para ilustrar uma forma alternativa para o projeto do acionamento elétrico de bomba de acordo com a invenção; e A Fig. 6 é uma vista explodida básica para ilustrar uma outra forma alternativa para o projeto do acionamento elétrico de bomba de acordo com a invenção.

[054] Primeiramente, com referência à Fig. 1, é descrita a construção de uma bomba de pistão oscilante exemplar para uso como bomba de óleo em um sistema de lubrificante de baixa pressão, em que é equipada com uma modalidade do acionamento elétrico de bomba de acordo com a invenção. Essa bomba de pistão oscilante também é o objeto e é descrita em mais detalhes em um pedido de patente contemporâneo do mesmo requerente do presente pedido de patente.

[055] A Fig. 1 mostra duas câmaras de trabalho 10 diametralmente opostas e em formato setorizado no canto superior esquerdo e inferior direito a partir de um eixo pivotante 12, que se estendem no compartimento de bomba 1 em um plano em relação ao movimento pivotante do pistão oscilante 2. Os lados das câmaras de trabalho 10 formam superfícies de deslizamento para o pistão oscilante 2.

[056] Mostradas a partir do eixo giratório 12 no canto superior direito e inferior esquerdo, são dispostas duas regiões de uma saída da bomba 14 entre as câmaras de trabalho 10, as quais são conectadas na carcaça da bomba 1 através de um canal arqueado. Entre as câmaras de trabalho 10 e a saída da bomba 14, são formadas válvulas de escape (clasp-like oulet valves) 4 da bomba de pistão oscilante, em formato de fecho, nas superfícies de deslizamento das câmaras de trabalho 10.

[057] O pistão oscilante 2 é fixado no eixo pivotante 12, que é simultaneamente uma haste do acionamento elétrico compreendendo um solenoide rotativo 3. O pistão oscilante 2 compreende duas seções de deslocamento 20, as quais são pivotadas alternadamente na câmara de trabalho 10 sobre um ângulo de rotação de aproximadamente 90°, como mostrado pela seta dupla. No interior, o pistão oscilante 2 é separado como um corpo oco e aberto em relação ao lado do observador da figura, por meio de que uma cavidade 25 é formada. A cavidade 25 envolve um apoio do eixo pivotante 12 e corre para as seções de deslocamento 20.

[058] Nos flancos das seções de deslocamento positivo 20, as quais são pivotadas em direção as superfícies de deslizamento das câmaras de trabalho 10, são dispostas válvulas de admissão 5 da bomba de pistão oscilante. As válvulas de admissão 5 permitem a entrega de um fluxo, que é sugado através de uma entrada de bomba 15 central, passe através da cavidade 25 para uma câmara de trabalho 10, e bloqueiam na direção oposta de uma câmara de bomba 10 para a cavidade 25.

[059] Quando o pistão oscilante 2 se move no sentido anti-horário a partir da posição inicial mostrada na Fig. 1, um volume do fluido é deslocado ou empurrado para fora da câmara de trabalho 10 a montante do pistão oscilante

2. Por meio disso, as válvulas de escape 4 são abertas para a saída da bomba 14 no lado de pressão do pistão oscilante 2 na carcaça da bomba 1, enquanto as válvulas de admissão 5 bloqueiam uma passagem para a cavidade 25 no lado de pressão frontal do pistão oscilante 2.

[060] Simultaneamente, um vácuo é criado na seção da câmara de trabalho 10 na parte traseira do pistão oscilante 2, de modo que um volume do fluido que é sugado através da entrada de bomba 15 flua para a câmara de trabalho 10. Onde, as válvulas de admissão 5 são abertas pelo fluxo entregue no lado de sucção traseiro do pistão oscilante 2 e o fluxo bombeado na cavidade 25 fluem para a câmara de trabalho 10, enquanto as válvulas de escape 4 bloqueiam a câmara de bomba 10 para a saída da bomba 14. Em um movimento pivotante inverso de retorno à posição inicial do pistão oscilante 2 na Fig. 1, ocorre a mesma operação. A bomba de pistão oscilante é, portanto, um tipo de bomba de ação dupla.

[061] Como mostrado na Fig. 3, a carcaça da bomba 1 compreende, adicionalmente, uma porção de flange orientada na direção das câmaras de trabalho 10, na qual é acomodada uma modalidade do acionamento elétrico com um solenoide rotativo 3. Em um lado da carcaça da bomba 1 mostrado à direita, é formada uma outra seção de flange fechada por uma tampa, na qual é acomodada uma conexão de controle 39 do acionamento 3 elétrico. As conexões de linhas de fornecimento, que levam aos eletroímãs 30 do solenoide rotativo 3, saem da carcaça da bomba 1 por meio de uma peça de conexão mostrada direcionada para cima.

[062] O acionamento elétrico mostrado é configurado como um arranjo duplo de um solenoide rotativo 3 que compreende dois eletroímãs 30a, 30b axialmente adjacentes e dois corpos de armadura 32a, 32b e, portanto, forma um chamado tipo de solenoide rotativo 3 biestável.

[063] Os eletroímãs 30a, 30b em formato de anel são axialmente separados entre si e permanecem em contato com dois anéis polares 31a, 31b também axialmente separados, que formam um sistema de polo unilateral com fluxo de retorno através de um núcleo de ferrita 33 comum ou jugo. No núcleo de ferrita 33 é apoiado o eixo pivotante 12, no qual a armadura 32 pode ser disposta de forma a pivotar. A armadura 32 possui dois corpos de armadura 32a, 32, que possuem uma extensão diametralmente mais longa na direção radial, e cada um dos quais possui uma extensão diametralmente mais curta e em 90°.

[064] Como pode ser visto nas Figuras 4 e 5, os corpos de armadura 32a, 32b possuem o contorno de uma superfície circular na qual dois segmentos arqueados opostos com recessos para dentro são formados. As seções entre os recessos, que possuem a maior extensão diametral na direção radial, formam polos de armadura 34 que se pronunciam radialmente para fora. Os corpos de armadura 32a, 32b são segurados em um recesso central de um anel polar 31a, 31b de forma que possam ser pivotados juntos. Os recessos dos anéis polares 31a, 31b compreendem duas sapatas polares 35 opostas que se pronunciam radialmente para dentro. Os dois corpos de armadura 32a, 32b, ou seja, particularmente seus polos de armadura 34, são deslocados em 90° entre si. Alternativamente, no entanto, as sapatas polares 35 dos dois anéis polares 31a, 31b também podem ser configuradas para serem 90° entre si.

[065] Isso resulta no seguinte modo de operação da modalidade ilustrada do acionamento de bomba de acordo com a invenção. Quando um eletroímã 30a é fornecido com corrente, a armadura 32 pivota através da força de relutância para uma posição na qual o corpo de armadura 32a correspondente se orienta com os polos da armadura 34 às sapatas polares 35 do recesso no anel polar 31a correspondente, para reduzir o entreferro de ar e, assim, a relutância magnética em um circuito magnético, o qual é gerado pelo eletroímã 30a no anel polar 31a, no corpo da armadura 32a e no retorno de fluxo através do núcleo de ferrita 33.

[066] Quando os dois eletroímãs 30a, 30b são alternadamente fornecidos com potência por meio do circuito de controle 39, um movimento pivotante alternado do eixo pivotante 12 por 90° é gerado devido ao arranjo deslocado dos polos da armadura 34 e das sapatas polares 35, por meio do que o pistão oscilante 2 é acionado no modo de operação da bomba de pistão oscilante anteriormente descrito.

[067] Mais geralmente formulado, o princípio de um solenoide rotativo 3 desta modalidade corresponde às seguintes etapas do processo: excitar o primeiro eletroímã 30a com a fonte de potência elétrica, de modo que a armadura 32 seja pivotada do primeiro ponto de trabalho para o segundo ponto de trabalho por meio de um campo magnético do primeiro eletroímã 30a; e excitar o segundo eletroímã 30b com a fonte de potência elétrica, de modo que a armadura 32 seja pivotada do segundo ponto de trabalho para o primeiro ponto de trabalho por meio de um campo magnético do segundo eletroímã 30b.

[068] Como mostrado na Fig. 5 como uma vista explodida, uma forma adicional para implementar outra modalidade do acionamento elétrico de bomba de acordo com a invenção consiste em uma forma projetada de um solenoide rotativo 3 conhecida a partir do estado da técnica, que compreende apenas um eletroímã 30 e, além disso, uma mola de retorno 36 em espiral. Essa forma projetada mostrada como uma variante alternativa do solenoide rotativo 3 do acionamento elétrico de bomba, possui , também , os elementos de batente

37 como meios limitadores mecânicos e rolamentos de esferas 38 para o suporte independente do eixo pivotante 12 dentro do acionamento elétrico de bomba, um interruptor para a fonte de potência como parte integrante do circuito de controle 39 e outras peças pequenas, como uma manga espaçadora, um anel de travamento e afins. Os polos de armadura 34 da armadura 32 são axialmente pronunciados e são associados correspondendo sapatas polares 35 que se pronunciam axialmente em uma placa de núcleo de ferrita 33 como jugo, que estabelece uma caminho de retorno do circuito magnético para o anel polar 31 através do eixo pivotante 12 e uma gaiola de mola, que é gerada pelo eletroímã

30.

[069] Como pode ser visto na ilustração na Fig. 5, tal possível modalidade do acionamento de bomba elétrico possui seguinte modo de operação. Quando o eletroímã 30 é excitado pelo interruptor do circuito de controle 39 com uma fonte de potência elétrica, a armadura 32 pivota por meio da força de relutância de um primeiro ponto de trabalho para um segundo ponto de trabalho no qual os polos da armadura 34 se sobrepõem às sapatas polares 35 e reduzem um entreferro de ar do circuito magnético. A armadura 32 bate nos elementos de batente 37 e é parada no segundo ponto de trabalho. Durante o movimento pivotante, a mola de retorno 36, fixada entre a armadura 32 e o anel polar 31, é pré-tensionada ao mesmo tempo. Após o fim da excitação do eletroímã 30, que gera um torque de retenção contra o batente, a armadura 32 é pivotada de volta por meio da mola de retorno 36 do segundo ponto de trabalho para o primeiro ponto de trabalho até que seja parada nos elementos de batente 37. Como resultado, tal projeto do acionamento de bomba elétrico de acordo com a invenção aciona o pistão oscilante 2 no modo de operação da bomba de pistão oscilante descrito anteriormente.

[070] Mais geralmente formulado, o princípio de um solenoide rotativo 3 desse possível projeto corresponde às seguintes etapas do processo: excitar o eletroímã com a fonte de potência elétrica, de modo que a armadura 32 seja pivotada do primeiro ponto de trabalho para o segundo ponto de trabalho por meio de um campo magnético do eletroímã 30; e interromper a excitação do eletroímã 30 com a fonte de potência elétrica, de modo que a armadura 32 seja pivotada do segundo ponto de trabalho para o primeiro ponto de trabalho por meio da força de reação da mola de retorno 36 pré-tensionada.

[071] Outra possibilidade para implementar outra modalidade do acionamento de bomba elétrico de acordo com a invenção se baseia em um projeto de um solenoide rotativo 3 conhecida a partir do estado da técnica, que é mostrada na Fig. 6. De forma semelhante à modalidade supramencionada, esse solenoide rotativo 3 compreende uma bobina de excitação bipolar ou dois eletroímãs 30a, 30b, que são dispostos na forma de enrolamentos em formato de rim em ambos os lados do eixo pivotante 12, cada um possuindo um núcleo de ferrita 33a, 33b ou jugo. Axialmente adjacente aos eletroímãs 30a, 30b, uma armadura 32 em formato de disco é disposta sobre o eixo pivotante 32, o qual conduz dois ímãs permanentes 34m semicirculares como polos de armadura 34. Os ímãs permanentes 34m são magnetizados em sua extensão longitudinal e aplicados em direções opostas na armadura 32. O limite de polarização é simétrico em relação aos polos dos eletroímãs 30a, 30b. A região de transição entre os polos N/S contribui substancialmente para a transmissão de força.

[072] O modo de operação é semelhante ao de um motor elétrico com excitação permanentemente e segue a eletrodinâmica entre a fonte de potência elétrica e as polaridades magnéticas resultantes. Quando os eletroímãs 30a 30b são excitados, a armadura 32 sofre um torque de deflexão, em que a direção de rotação é determinada por meio da polaridade dos eletroímãs 30a, 30b. A armadura 32 é pivotada para frente e para trás entre dois pontos de trabalho,

que são preferencialmente definidos por limitações mecânicas, por meio de uma excitação e interrupção alternadas de cada eletroímã 30a, 30b ou por meio de uma excitação alternada com polaridade alternada. Como resultado, tal um projeto do acionamento elétrico de bomba de acordo com a invenção aciona o pistão oscilante 2 no modo de operação da bomba de pistão oscilante descrito anteriormente.

[073] Além disso, é possível conceber uma variante na qual seja disposto apenas um eletroímã 30, o qual exerce um campo magnético correspondente com polaridade alternada na armadura 32 devido à fonte de potência elétrica com polaridade de corrente alternada.

[074] Mais geralmente formulado, o princípio de um solenoide rotativo 3 desse possível projeto corresponde às seguintes etapas do processo: excitar o eletroímã 30 ou os eletroímãs 30a, 30b com a fonte de potência elétrica, de modo que a armadura 32 seja pivotada por meio de um campo magnético do eletroímã 30a, 30b do primeiro ponto de trabalho para o segundo ponto de trabalho; e excitar o eletroímã 30 ou os eletroímãs 30a, 30b com a fonte de potência elétrica com polaridade de corrente invertida, de modo que a armadura 32 seja pivotada por meio de um campo magnético invertido do eletroímã 30 ou dos eletroímãs 30a, 30b do segundo ponto de trabalho para o primeiro ponto de trabalho.

[075] É verdade que de todas as modalidades do solenoide rotativo 3 que foram ilustradas e mencionadas que, com um número maior de polos o ângulo de rotação diminui e o torque gerado aumenta.

[076] Além disso, entende-se que o acionamento de bomba de acordo com a invenção pode ser usado com montagens de bomba de tipos de bombas de deslocamento diferentes da bomba de pistão oscilante descrita. Por meio de uma conexão por acionamento modificada mecanicamente, o acionamento de bomba de acordo com a invenção também pode ser usado em bombas de deslocamento nas quais é realizado um movimento de pistão recíproco linear como, por exemplo, em uma câmara de bomba cilíndrica.

Ambos os conjuntos de bomba com um pistão de ação bidirecional e, por exemplo, também com dois pistões articulados separadamente e projetos de construção com ou sem um princípio de curso duplo, são adequados para o acionamento de bomba de acordo com a invenção.

Claims (19)

REIVINDICAÇÕES

1. Acionamento elétrico de bomba para bombas de deslocamento com pistões que são movidos de maneira oscilante; caracterizado pelo fato de que o acionamento elétrico de bomba compreende um solenoide rotativo (3) que possui pelo menos um eletroímã (30; 30a, 30b) e uma armadura (32) que é pivotável em torno de um eixo, e que a armadura é alternadamente pivotável entre dois pontos de trabalho por meio da excitação do pelo menos um eletroímã (30; 30a, 30b); em que a armadura (32) é adaptada para acoplamento com um pistão (2) que é movido de maneira oscilante.

2. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 1, em que um eletroímã (30; 30a, 30b) do solenoide rotativo (3) é excitável por meio de uma polaridade de corrente alternada para o movimento pivotante alternado da armadura (32).

3. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 1, em que o solenoide rotativo (3) possui, adicionalmente, uma mola de retorno (36) para a armadura (32), e o eletroímã (30) é excitável para movimento pivotante da armadura (32) contra uma força de restauração da mola de retorno (36).

4. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 1, em que o solenoide rotativo (3) possui pelo menos dois eletroímãs (30a, 30b), e em que os pelo menos dois eletroímãs (30a, 30b) podem ser excitados alternadamente para o movimento pivotante alternado da armadura (32).

5. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 2, em que a armadura (32) compreende pelo menos um ímã permanente (34m).

6. Acionamento elétrico de bomba de acordo com as reivindicações 3 ou 4, em que a armadura (32) compreende um corpo de armadura ferromagnética (32a, 32b) com polos de armadura (34) pronunciados , e os polos de armadura (34) são associados a sapatas polares (35) dispostas de maneira estacionária em um ponto de trabalho da armadura.

7. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 3 ou 4, em que a armadura (32) compreende um corpo de armadura (32a, 32b) com polos de armadura (34) ferromagnéticos que possuem uma permeabilidade magnética mais elevada do que outras seções do corpo de armadura (32a, 32b), e os polos de armadura (34) são associados a sapatas polares (35) dispostas de maneira estacionária em um ponto de trabalho da armadura (32).

8. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 6 ou 7, em que o eletroímã (30, 30a, 30b) e a armadura (32) são posicionados de modo que um entreferro de ar entre os polos da armadura (34) e as sapatas polares (35) corram radialmente para o eixo da armadura (32)

9. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 6 ou 7, em que o eletroímã (30, 30a, 30b) e a armadura (32) são dispostas de modo que um entreferro de ar entre os polos da armadura (34) e as sapatas polares (35) corram axialmente para o eixo da armadura (32)

10. Acionamento elétrico de bomba de acordo com a reivindicação 9, em que um jugo de um eletroímã (30, 30a, 30b), no qual as sapatas polares (35) são formadas , é configurado como um anel polar (31, 31a, 31b) que é disposto concentricamente em torno da armadura (32).

11. Acionamento elétrico de bomba de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, em que o solenoide rotativo (3) possui meios limitadores (37) que limitam um movimento pivotante da armadura (32) nos dois pontos de trabalho.

12. Acionamento elétrico de bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, possuindo, adicionalmente, um dispositivo de detecção para detectar uma posição da armadura (32).

13. Acionamento elétrico de bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, possuindo , adicionalmente, uma unidade de controle (39), que controla uma fonte de potência elétrica para um eletroímã (30, 30a, 30b) em relação a um ciclo de tempo e/ou em relação a uma polaridade de corrente da potência que é fornecida.

14. Uso do acionamento elétrico de bomba com um solenoide rotativo (3) de acordo com das reivindicações anteriores, para acionar uma bomba de deslocamento com um pistão (2) que é movido de maneira oscilante entre dois pontos de retorno.

15. Bomba de deslocamento para fluidos gasosos e líquidos, possuindo: uma montagem de bomba com uma câmara de trabalho (10), uma entrada (15), uma saída (14) e um pistão (2) que é movido de maneira oscilante na câmara de trabalho (10) entre dois pontos de retorno, caracterizado pelo fato de que um acionamento elétrico de bomba compreende um solenoide rotativo (3) que possui pelo menos um eletroímã (30, 30a, 30b) e uma armadura (32) que é pivotável em torno de um eixo, e que é alternadamente pivotável entre dois pontos de trabalho por meio da excitação do pelo menos um eletroímã (30, 30a, 30b); em que a armadura (32) é acoplada ao pistão de modo que os pontos de retorno do movimento oscilante do pistão (2) sejam alcançados nos pontos de trabalho da armadura.

16. Bomba de deslocamento de acordo com a reivindicação 15, em que a montagem de bomba é configurada como bomba de pistão oscilante, cujo pistão (2) possui duas seções de deslocamento (20) que se estendem diametralmente, as quais são contidas, respectivamente, em uma câmara de trabalho (10) com formato setorizado.

17. Método para movimentar um pistão (2) de uma bomba de deslocamento de maneira oscilante entre dois pontos de retorno por meio de um solenoide rotativo (3), em que: o solenoide rotativo (3) possui pelo menos um eletroímã (30, 30a, 30b) e uma armadura (32) que é pivotável em torno de um eixo, e que a armadura é alternadamente pivotável entre dois pontos de trabalho por meio da excitação do pelo menos um eletroímã (30; 30a, 30b); e a armadura (32) é acoplada ao pistão (2) de modo que os pontos de retorno do movimento oscilante do pistão (2) sejam alcançados nos pontos de trabalho da armadura; em que o método inclui: gerar um campo magnético por meio de um eletroímã (30; 30a), em que o campo magnético exerce um torque sobre a armadura (32) em uma direção pivotante até o pistão (2) atingir um ponto de retorno; e interromper a geração do campo magnético por meio do eletroímã (30) e/ou gerar um campo magnético de polaridade oposta por meio de um eletroímã (30; 30b), em que o campo magnético de polaridade oposta exerce um torque sobre a armadura (32) na direção pivotante oposta até o pistão (2) alcançar o outro ponto de retorno.

18. Método de controle para uma bomba de deslocamento para fluidos gasosos e líquidos de acordo com a reivindicação 15 ou 16, com a etapa de: ligar e desligar e/ou inverter uma polaridade da corrente de uma fonte de potência elétrica para o pelo menos um eletroímã (30, 30a, 30b) em função de um número de ciclos de movimentos do pistão predeterminados por unidade de tempo.

19. Método de controle de acordo com a reivindicação 18, em que o acionamento elétrico de bomba da bomba de deslocamento compreende, adicionalmente, um dispositivo de detecção para detectar uma posição da armadura (32); também incluindo a etapa de: aumentar uma voltagem da fonte de potência elétrica para o pelo menos um eletroímã (30, 30a, 30b) até que seja detectado por meio do dispositivo de detecção, que o movimento pivotante da armadura (32) alcance os pontos de trabalho.