BRPI0902557A2 - compressor linear - Google Patents

Abstract

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

Description

"COMPRESSOR LINEAR"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma construção decompressor linear e, mais particularmente, a um arranjode montagem para um compressor linear do tipo geralmenteutilizado em pequenos sistemas de refrigeração,permitindo uma distribuição das forças transmitidas doscomponentes do compressor à carcaça à qual é montado ocompressor.

A presente invenção é também aplicável em compressoresconstruídos para serem utilizados não só em sistemas derefrigeração de aparelhos de refrigeração em geral, comotambém no resfriamento de componentes em aparelhoseletrônicos compactos ou em outras aplicações que exijamminiaturização da unidade compressora.

Técnica anterior

Compressores lineares têm aplicação conhecida em sistemasde refrigeração, sendo sua construção objeto de pesquisasvisando, geralmente, melhorias em sua eficiência. 0compressor linear é basicamente uma máquina de altavibração que compreende um pistão axialmente deslocávelno interior de uma câmara de compressão, de modo acomprimir uma determinada massa de gás refrigerante dosistema de refrigeração, durante um ciclo de refrigeraçãodeste sistema.

Na construção ilustrada e descrita no documentoW007/118295, co-pendente e do mesmo depositante, éapresentado um compressor compacto e do tipoparticularmente, mas não exclusivamente, utilizado pararefrigeração de sistemas eletrônicos, dito compressorcompreendendo, genericamente, uma carcaça 10, geralmentehermética, e que apresenta um formato tipicamentecilíndrico; um cilindro 20, fixado à carcaça 10 edefinindo uma câmara de compressão 21 no interior da qualum pistão 30 é axialmente deslocado, em movimentoreciprocante, durante a operação do compressor; um motorelétrico linear 40 montado à carcaça 10; um meio atuador50 operativamente acoplando o pistão 30 ao motor elétricolinear 40, de modo a fazer com que este último desloque opistão 30 em movimento reciprocante no interior da câmarade compressão 21, sendo que dito meio atuador 50 éacoplado ao pistão 30 por um meio de acoplamento 60, naforma de um meio elástico 60a, projetado de modo que omeio atuador 50 e o pistão 30 sejam deslocados emoposição de fase, durante a operação do compressor,conforme exposto adiante.

Esta configuração necessita de um mancai de deslizamentoM para guiar a parte móvel do motor no interior dacarcaça, durante operação do compressor, impedindo quemovimentos laterais, de dita parte móvel do motor,provoquem desbalanceamentos na unidade compressora.

Entretanto, este tipo de mancai gera atrito e tem umavida limitada em função do seu desgaste, pois oscompressores do tipo aqui considerado são projetados paranão utilizarem óleo na lubrificação das partes emmovimento relativo. Um outro problema relacionado ao usode mancais de deslizamento é a geração de ruido; o mancaipode gerar ruido em casos onde exista contato entre aspartes moveis.

Considerando-se as reduzidas dimensões disponíveis emcompressores compactos, particularmente de aplicação emsistemas de refrigeração de equipamentos eletrônicos,passa a ser vantajoso prover-se uma solução construtivaque garanta a miniaturização da unidade compressora e,preferivelmente, a supressão dos mancais de deslizamento,minimizando a existência de partes com movimento relativoe em contato entre si no compressor, simplificando aconstrução deste, sem comprometer as limitaçõesestabelecidas para o dimensionamento do compressorlinear.

Sumário da Invenção

Em função dos inconvenientes acima comentados e ainda deoutras desvantagens das soluções construtivas conhecidas,é um dos objetivos da invenção prover um compressorlinear que permita minimizar ou mesmo anular os efeitosdas cargas laterais atuantes sobre as partesreciprocantes do compressor no interior da carcaça deste,evitando colisões dos componentes móveis da unidadecompressora, particularmente do conjunto formado peloatuador e pela parte móvel do motor, com a carcaça docompressor, sem o uso de mancais de deslizamento ououtros meios que impliquem no contato entre partesrelativamente móveis do compressor.

Um outro objetivo da presente invenção é o de prover umcompressor tal como acima citado e que não gere ruidosdurante sua operação.

É ainda um outro objetivo da presente invenção é proverum compressor tal como acima citado e que permita, deforma simples, a construção de um compressor linearcompacto (tal como aquele do tipo descrito no pedido depatente W007/118295) que anule, pelo menos em parte, osefeitos das cargas laterais atuantes sobre o pistão nointerior da câmara de compressão, minimizando atritoentre ditas partes.

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

Um outro objetivo da presente invenção é o de prover umcompressor linear tal como acima citado e cuja construçãopermita manter as dimensões da carcaça do compressor etambém o peso total deste último em valores reduzidos.

A presente invenção refere-se a um compressor linear dotipo que compreende uma carcaça que fixa, internamente,um cilindro definindo uma câmara de compressão em cujointerior é provido um pistão; um motor elétrico lineartendo uma parte fixa fixada internamente à carcaça e umaparte móvel reciprocante em relação à parte fixa; um meioatuador fixado à parte móvel do motor elétrico linear,para ser por ela acionado em movimento reciprocante; ummeio de acoplamento, acoplando o meio atuador ao pistão,de modo que ditos meio atuador e pistão sejam deslocados,em movimento reciprocante, durante ' a operação docompressor.

De acordo com a invenção, o compressor compreende um meioelást ico mancalizador conectando o meio atuador a carcaçae apresentando uma rigidez radial capaz de suportar ascargas laterais atuantes sobre o conjunto definido pelaparte móvel do motor elétrico linear e pelo meio atuador,de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre ditaspartes móvel e fixa do motor elétrico linear, decorrentesdos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elásticomancalizador apresentando uma rigidez axial minima, demodo a permitir o desejado deslocamento do pistão e domeio atuador.

De acordo com um aspecto particular da presente invenção,na qual o meio de acoplamento é um meio elástico queacopla o meio atuador ao pistão, o meio elásticomancalizador apresenta uma rigidez axial minima, de modoa permitir um deslocamento reciprocante e em oposição defase, do pistão e do meio atuador.

De acordo com um outro aspecto particular da presenteinvenção, para o qual o pistão é diretamente acoplado aomeio elástico, o compressor compreende um meio elásticomancalizador adicional conectando o pistão à carcaça eapresentando uma rigidez radial capaz de suportar ascargas laterais atuantes sobre o pistão, de modo aminimizar desalinhamentos axiais entre o pistão emrelação à câmara de compressão, decorrentes dos efeitosde ditas cargas laterais, dito meio elástico mancalizadoradicional apresentando uma rigidez axial minima, de modoa permitir o desejado deslocamento em oposição de fase dopistão e do meio atuador.

Em um outro aspecto da presente invenção, o compressorcompreende um meio elástico mancalizador adicionalconectando, à carcaça, uma porção extrema do meioelástico, adjacente ao pistão e apresentando uma rigidezradial capaz de suportar as cargas laterais atuantessobre dita porção extrema do meio elástico, de modo aminimizar desalinhamentos axiais entre a porção extremado meio elástico em relação à câmara de compressão,decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, ditomeio elástico mancalizador adicional apresentando umarigidez axial minima, de modo a permitir o desejadodeslocamento em oposição de fase do pistão e do meioatuador.

Um outro aspecto da presente invenção é prover umcompressor linear tal como acima definido e no qual opistão é rigidamente acoplado ao meio elástico, ou aindadito pistão é acoplado ao meio elástico, por um meio dearticulação.

Breve descrição dos desenhos

A invenção será descrita a seguir, fazendo-se referênciaaos desenhos anexos, dados a titulo de exemplo depossíveis configurações da invenção em questão e nosquais:

A figura 1 representa, esquematicamente, uma vista emcorte longitudinal de uma construção de compressorlinear, descrita e ilustrada no documento W007/118295;

A figura 2 representa, de modo simplificado e um tantoesquemático, uma vista em corte longitudinal de umcompressor do tipo ilustrado na figura 1, masapresentando uma primeira forma de realização da presenteinvenção para o meio elástico mancalizador;

A figura 3 representa, esquematicamente, uma varianteconstrutiva de montagem do pistão ao meio elástico, paraa solução ilustrada na figura 2 utilizando um meioelástico mancalizador adicional;

A figura 4 representa, esquematicamente, uma vista talcomo aquela das figuras anteriores, para uma segundaopção construtiva de realização da presente invenção;

A figura 5 representa, esquematicamente, uma varianteconstrutiva de montagem do pistão ao meio elástico, paraa solução ilustrada na figura 4;A figura 6 representa, esquematicamente, uma opçãoconstrutiva de meio elástico mancalizador da presenteinvenção, do tipo ilustrado nas figuras 2 a 5;

A figura 7 representa, esquematicamente, uma vista talcomo aquela das figuras 1 a 5 anteriores, para umaterceira opção construtiva de realização da presenteinvenção;

A figura 8 representa, esquematicamente, uma vistalateral de uma segunda opção construtiva para o meioelástico mancalizador;

A figura 9 representa, esquematicamente, uma construçãode meio elástico mancalizador para a segunda opçãoconstrutiva ilustrada nas figuras 7 e 8; e

A figura 10 representa, esquematicamente, uma vista talcomo aquela da figura 8, para uma quarta opçãoconstrutiva de realização da presente invenção,indicando, em linhas continuas, uma condição de expansãodo meio elástico mancalizador e, em linhas tracejadas,uma condição de compressão deste último.

Descrição das configurações ilustradas

Conforme ilustrado nas figuras 1, 2, 3, 4, 5 e 7, apresente invenção compreende um compressor para sistemasde refrigeração, por exemplo, um compressor compacto e dotipo particularmente, mas não exclusivamente, utilizadopara refrigeração de sistemas eletrônicos, ditocompressor compreendendo, genericamente, uma carcaça 10;um cilindro 20, fixado internamente à carcaça 10 edefinindo uma câmara de compressão 21; um pistão 30reciprocante no interior da câmara de compressão 21durante a operação do compressor; um motor elétricolinear 40 tendo uma parte fixa 41 fixada internamente àcarcaça 10 e uma parte móvel 42 reciprocante em relação àparte fixa 41; e um meio atuador 50 fixado à parte móvel42 do motor elétrico linear 40, para ser por ela acionadoem movimento reciprocante.

O meio atuador 50 é acoplado ao pistão 30 por um meio deacoplamento 60, de modo que ditos meio atuador 50 epistão 30 sejam deslocados, em movimento reciprocantedurante a operação do compressor.

O pistão 30, o meio atuador 50, a parte móvel 42 do motorelétrico linear 40 e o meio de acoplamento 60 definem umconjunto móvel ressonante do compressor.

Em uma construção particular de compressor, tal comoaquela descrita no pedido de patente co-pendenteW007/118295, para a qual se aplica a presente invenção, omeio atuador 50 é acoplado ao pistão 30 por um meio deacoplamento 60 na forma de um meio elástico 60a, de modoque ditos meio atuador 50 e pistão 30 sejam deslocados,em movimento reciprocante e em oposição de fase, durantea operação do compressor.

Embora não ilustrado, a presente invenção é tambémaplicável a um compressor linear que apresente o meioatuador 50 e o pistão 30 construídos para serem acopladosentre si com um meio de acoplamento 60, por exemplo, naforma de uma haste, em peça única ou em um feixe, modo aserem conjuntamente deslocados, em fase, durante seumovimento reciprocante.

Nesta construção, ilustrada nos desenhos anexos e na qualo pistão 30 não é fixado direta e rigidamente ao meioatuador 50, mas por meio de um meio elástico 60a(implicando em um deslocamento reciprocante que nãocorrespondente ao deslocamento reciprocante do meioatuador 50), o movimento reciprocante do pistão 40 éoperativamente vinculado àquele determinado ao meioatuador 50 pelo motor elétrico linear 40, o que permiteque dito pistão 30 apresente um deslocamento defasado ouainda em anti-fase, ou seja, em sentido oposto àquele domeio atuador 50, dito deslocamento podendo apresentartambém uma amplitude diferente daquela do deslocamentoreciprocante do meio atuador 50. Esta liberdade demovimento entre o pistão 30 e o meio atuador 50 permiteque os deslocamentos reciprocantes relativos sejampreviamente definidos, de modo a anularem as vibrações,na direção do movimento reciprocante, causadas pelodeslocamento de cada uma de ditas partes. Neste tipo deconstrução, as amplitudes de deslocamento do pistão 30são menores do que aquelas associadas ao meio atuador 50,em função das diferentes massas das duas partesassociadas ao meio elástico 60a.

O meio elástico 60a, que operativamente acopla o pistão30 ao meio atuador 50 nas construções ilustradas, édefinido de modo não só a garantir o acoplamento fisicoentre as partes de pistão 40 e de meio atuador 50, mastambém determinar a transferência de movimento do motorelétrico linear 40 ao pistão 30, em uma determinadaamplitude, freqüência e relação de fase com o movimentodo meio atuador 50.

O meio elástico 60a apresenta um eixo geométrico coaxialao eixo geométrico de deslocamento do pistão 30 e édimensionado em função das massas do pistão 30 e do meioatuador 50, e de amplitudes de deslocamento desejadas epré-determinadas para tais partes de meio atuador 50 e depistão 30. As amplitudes de deslocamento do pistão 30 edo meio atuador 50 são definidas em relação a um planotransversal P, ortogonal ao eixo geométrico do meioelástico 60a, definido a uma distância predeterminada emrelação a um ponto de referência contido em uma daspartes de cilindro 20 e de carcaça 10, sendo as referidasamplitudes calculadas para garantir uma determinadapotência do motor elétrico linear 40 e uma determinadaeficiência de bombeamento de gás pelo pistão 30.

O meio elástico 60a, acoplado às partes de pistão 30 e demeio atuador 50, mantém estacionária sua região dispostasobre o referido plano transversal P, definindo um pontozero da amplitude de operação do compressor, no qual avibração causada pelo movimento de cada uma das partes depistão 30 e de meio atuador 50 apresente resultante nula,independente da diferença entre as amplitudes embalanceamento.

A determinação da amplitude dos cursos do pistão 30 e domeio atuador 50 é realizada a partir da determinação dasmassas e da constante de mola do meio elástico 60a.Nas construções de compressor nas quais o curso do pistão30 não é modificado, a amplitude de deslocamento do meioatuador 50 é definida de modo a ser superior àquela dedeslocamento do pistão 30, permitindo a obtenção dadesejada potência com um motor elétrico de dimensõesreduzidas, por exemplo, de menor diâmetro, sem que, comisso, o necessário aumento de curso do meio atuador 50provoque uma alteração no curso do pistão 30 e,conseqüentemente, na capacidade de bombeamento.

De acordo com uma forma construtiva do compressor emdescrição, apresentada no documento W007/11829, o meioatuador 50 geralmente compreende uma porção básicadefinida pela porção móvel 42 do motor elétrico linear40, ditas porções básica e de carga sendo preferivelmentecoaxiais entre si e ao eixo do pistão 30. Em uma forma derealização da presente invenção, a porção básica fixa aporção de carga por um meio convencional conhecido, talcomo cola, rosca, interferência, etc, ou incorpora ditaporção de carga em peça única. A porção de carga (partemóvel 42 do motor elétrico linear 40) carrega magnetos ouimãs permanentes (não ilustrados) do motor elétricolinear 40.

Para a construção em descrição, o meio elástico 60a temum extremo fixado ao pistão 30 e um extremo oposto fixadoà porção básica do meio atuador 50. 0 meio elástico 60apode ser definido por uma ou duas molas helicoidaisressonantes com mesmo sentido de desenvolvimentohelicoidal e tendo seus extremos adjacentes angularmentedistanciados entre si.

0 compressor em descrição pode compreender ou não umelemento posicionador (não ilustrado) acoplando a regiãodo meio elástico 60a, situada sobre o referido planotransversal P, a uma das partes de cilindro 20 e decarcaça 10.

Para a construção de compressor em descrição, o meioelástico 60a compreende pelo menos uma mola helicoidalressonante com um extremo acoplado ao pistão 30 e umextremo oposto acoplado ao meio atuador 50. Nasconstruções com meio elástico 60a compreendendo mais doque duas molas helicoidais ressonantes, estas apresentamuma distribuição angular definindo um plano de simetria(por exemplo, com espaçamento igual) para os extremosadjacentes de ditas molas helicoidais ressonantes.

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

De acordo com a presente invenção, na qual o mancai dedeslizamento não é mais utilizado, o compressorcompreende um meio elástico mancalizador 70 conectando omeio atuador 50 à carcaça 10 e apresentando uma rigidezradial capaz de suportar as cargas laterais atuantessobre o conjunto definido pela parte móvel 42 do motorelétrico linear 40 e pelo meio atuador 50, de modo aminimizar desalinhamentos axiais entre ditas partes móvel42 e fixa 41 do motor elétrico linear 40, decorrentes dosefeitos de ditas cargas laterais, dito meio elásticomancalizador 70 apresentando uma rigidez axial minima demodo a permitir o desejado deslocamento em oposição defase do pistão e do meio atuador.

O compressor da presente invenção pode também compreenderum meio elástico mancalizador adicional 80, acoplando umadas partes de pistão 30 e de meio elástico 60a à carcaça10, na região em que dito meio elástico 60a é montado aopistão 30.

As formas construtivas e o grau de rigidez radial e axialde cada uma das partes de meio elástico mancalizador 70 ede meio elástico mancalizador adicional 80 podem ou nãoser iguais, sendo a forma e o grau de rigidez radial eaxial, de cada um de ditos meios elásticosmancalizadores, definidos em função das massas envolvidase da conveniência de se ter a anulação da resultante dasforças que ditos meios elásticos mancalizadores 70, 80,exercem sobre o meio elástico 60a.

O meio elástico mancalizador 70 e o meio elásticomancalizador adicional 80 podem ser projetados para apre-sentarem, cada um, uma respectiva rigidez axial definidade forma a anular, em conjunto com a rigidez axial dooutro de ditos meios elásticos, as forças axiais sobre acarcaça 10, durante deslocamento reciprocante do pistão30 e do conjunto formado pelo atuador 50 e pela partemóvel 42 do motor 40, quando da operação do compressor.

De acordo com uma forma de realização da presenteinvenção, o meio elástico mancalizador 70 é definido porpelo menos uma mola 71 disposta em um plano ortogonal aoeixo geométrico da parte fixa 41 do motor elétrico 40. Emuma variante desta solução, não ilustrada, o meioelástico mancalizador 70 compreende pelo menos uma mola71 tendo parte de sua extensão, por exemplo aquela defixação à carcaça 10, disposta em um plano ortogonal aoeixo geométrico da parte fixa 41 do motor elétrico 40,sendo o restante de dita mola 71 disposta angularmente aoreferido eixo geométrico da parte fixa 41 do motorelétrico linear 40, definindo um formato cônico àreferida mola 71.

Na construção ilustrada nas figuras 2 a 6, o meioelásti co mancalizador 70 é definido por uma única molaplana 71, por exemplo compreendendo duas porções anelaresconcêntricas 72a, 72b, interligadas por pluralidade deporções intermediárias 73, em arranjo espiral.Esta configuração de mola plana 71 é definida de modo aapresentar baixa rigidez axial e alta rigidez radial,podendo ser confeccionada, de forma simples, por recorteou estampagem, a partir de uma chapa plana. Uma outravantagem desta configuração é o seu comprimento nosentido axial: por ser obtida a partir de uma chapa, adimensão axial é bem reduzida.

De acordo com uma outra forma de realização da presenteinvenção, ilustrada nas figuras 7 a 10, o meio elásticomancalizador 70 é definido por pelo menos uma molahelicoidal cilíndrica 74, coaxial ao eixo geométrico daparte fixa 41 do motor elétrico linear 40 e tendo umextremo 74a acoplado ao meio atuador 40 e um extremooposto 74b acoplado à carcaça 10. A mola helicoidalcilíndrica 7 4 pode ser montada em uma região extrema domeio elástico 60a, adjacente ao meio atuador 50,envolvendo dita região extrema do meio elástico 60a ouainda sendo disposta internamente a dito meio elástico60. Na configuração ilustrada na figura 7, a molahelicoidal cilíndrica 74 é montada envolvendo a ditaregião extrema do meio elástico 60a e tem seu extremooposto 74b montado assentado contra uma porção de batente10a internamente provido na carcaça 10.

Nesta configuração de meio elástico mancalizador 70 naforma de uma mola helicoidal cilíndrica 74, dito meioelástico mancalizador 70 pode ser definido por uma oumais molas helicoidais, configuradas para apresentaremalta rigidez radial e baixa rigidez axial. A vantagemdesta configuração é a sua dimensão radial, a qualpermite diminuir as dimensões laterais do compressor,permitindo sua compactação.

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

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

Uma placa de válvulas 12, de qualquer construçãoconhecida da técnica, é assentada e fixada contra umsegundo extremo da câmara de compressão 21, de modo afechá-lo.Um cabeçote 13 é externamente assentado e retido contra aplaca de válvulas 12, provendo comunicações fluidasseletivas entre a câmara de compressão 21 e linhas desucção 13a e de descarga 13b, de um circuito derefrigeração, não ilustrado, ao qual o compressor éacoplado.

De acordo com a presente invenção, o cabeçote 13 (ouainda uma tampa extrema fixada em torno de pelo menosparte da extensão longitudinal da adjacente porção decarcaça envolvendo a placa de válvulas 12) é fixado, porexemplo, por colagem ou por interferência mecânica, àcarcaça 10.

A placa de válvulas 12, onde são definidos orificios desucção 12a e de descarga 12b, seletivamente fechados porrespectivas válvulas de sucção 12c e de descarga 12d, éassentada contra o segundo extremo da câmara decompressão 21, fechando esta última, dito segundo extremoda câmara de compressão 21 sendo oposto àquele por onde émontado o pistão 30.

Na construção de compressor apresentando uma carcaça 10,tal como ilustrado nos desenhos anexos, dito compressorapresenta as partes móveis entre si construídas de modo adispensarem a necessidade de se prover óleo lubrificanteno compressor, assim como um reservatório para dito óleoe meios de bombeamento deste às partes com movimentorelativo. As partes do compressor, com movimento relativoentre si, são construídas em material auto-lubrificante,tal como, por exemplo, alguns plásticos; ou sãoconstruídas em material anti-fricção, ou ainda providascom um revestimento anti-desgaste e de baixo atrito.

Em particular o pistão 30 pode ser produzido em materialauto-lubrificante, tal como, por exemplo, algunsplásticos de engenharia ou em materiais convencionaisacrescidos de revestimento superficiais anti-desgaste ede baixo atrito. A câmara de compressão 21, no interiorda qual desloca-se o pistão 30, pode também receber umaluva, com um revestimento tal como acima citado.Além da diminuição de atrito entre as partes commovimento relativo entre si, a determinação do materialde formação dos elementos constituintes do compressor dapresente invenção considera questões de balanceamentos nocompressor. Dentro deste conceito, o compressor emdescrição apresenta, preferivelmente, seus constituintesformados em material de baixa densidade mássica, de modoa reduzir os esforços de desbalanceamento provenientes domovimento reciprocante do pistão 30.

O compressor em descrição pode ser utilizado em uma amplagama de rotações, por exemplo de 3.OOOrpm a 15.000rpm, emfunção de suas características.

Embora as construções aqui ilustradas apresentem umacomunicação fluida entre a câmara de compressão 21 e alinha de sucção através de um cabeçote 13, deve serentendido que a presente invenção também se aplica aconstruções de compressor tais como aquelas descritas eilustradas no documento W007/118295.

Conforme ilustrado, o corpo tubular alongado 11 dacarcaça 10 apresenta um primeiro extremo 11a, ao qual éfixado o cabeçote 13 e um segundo extremo 11b, fechadopor uma tampa de motor 15. Na construção de técnicaanterior ilustrada na figura 1, o motor elétrico linear40 é montado adjacente ao segundo extremo Ilb do corpotubular alongado 11 da carcaça 10.

Deve ser entendido que para qualquer uma das construçõesde carcaça aqui descrita ou ainda para aquelasapresentadas no documento W007/118295, pelo menos uma daspartes de carcaça 10 e de tampa de motor 15 pode tambémser provida, externamente, de aletas de troca térmica, asquais permitem a refrigeração do compressor em questãodurante sua operação e a liberação de calor, gerado pelomotor e pela compressão de fluido refrigerante na câmarade compressão 21, para fora do compressor.

De acordo com uma forma de realização da presenteinvenção, ilustrada nas figuras 2 e 3, a carcaça 10 éformada em pelo menos duas porções coaxiais ehermeticamente fixadas entre si, uma das quais definindoo corpo tubular alongado 11 da carcaça 10 e, a outra, atampa de motor 15.

Para a construção de meio elástico mancalizador 70 naforma de uma mola plana 71, esta apresenta uma porçãoradialmente externa definida por uma porção anelar 72a,externa, fixada entre ditas duas porções de carcaça.Nesta construção, o segundo extremo Ilb do corpo tubularalongado 11 apresenta um flange periférico Ilc a serassentado contra uma aba periférica 15a de uma porçãoextrema aberta da tampa de motor 15, ensanduichando umaborda periférica da porção anelar 72a mais externa damola plana 71, que define o meio elástico mancalizador 70nesta construção, através de meios apropriados eutilizando juntas de vedação para garantir ahermeticidade do interior da carcaça 10.

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

Nestas construções, a carcaça 10 apresenta um alargamentona região de fixação da tampa de motor 15, em função dodiâmetro do meio elástico mancalizador 70.

A mola plana 71 ilustrada nas figuras 2 a 5 tem suasporções anelares concêntricas 72a, 72b, interligadas porpluralidade de porções intermediárias 73a, em arranjoespiral, definidos entre rasgos 75 produzidos em um mesmosentido de desenvolvimento espiral, ditos rasgos sendodimensionados em função da rigidez desejada para estaconstrução de meio elástico mancalizador 70.

De acordo com um outro aspecto da presente invenção,aplicável para as construções nas quais o pistão 30 édiretamente acoplado ao meio elástico 60a, o compressorem descrição compreende um meio elástico mancalizadoradicional 80 conectando o pistão 30 à carcaça 10 eapresentando uma rigidez radial capaz de suportar ascargas laterais atuantes sobre o pistão 30, de modo aminimizar desalinhamentos axiais entre o pistão 30 emrelação à câmara de compressão 21, decorrentes dosefeitos de ditas cargas laterais, dito meio elásticomancalizador adicional 80 apresentando uma rigidez axialminima, de modo a permitir o desejado deslocamento emoposição de fase do pistão e do meio atuador. Nestaconstrução, o meio elástico mancalizador adicional 80minimiza a ocorrência, durante operação do compressor, deimpactos e atritos entre o pistão 30 e a parede internada câmara de compressão 21.

De acordo ainda com um outro aspecto da presenteinvenção, o compressor compreende um meio elásticomancalizador adicional 80 conectando, à carcaça 10, umaporção extrema 61 do meio elástico 60a, adjacente aopistão 30 e apresentando uma rigidez radial capaz desuportar as cargas laterais atuantes sobre dita porçãoextrema 61 do meio elástico 60a, de modo a minimizardesalinhamentos axiais entre a porção extrema 61 do meioelástico 60a em relação à câmara de compressão 21,decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais, ditomeio elástico mancalizador adicional 80 apresentando umarigidez axial minima, de modo a permitir o desejadodeslocamento em oposição de fase do pistão e do meioatuador.

Para esta construção, o pistão 30 pode ser rigidamenteacoplado ao meio elástico 60a, tal como ilustrado nasfiguras 2 e 4, ou ser acoplado ao meio elástico 60a porum meio de articulação 31, tal como ilustrado nas figuras3, 5 e 7.

A figura 10 ilustra uma construção utilizando um meioelástico mancalizador 70 e um meio elástico mancalizadoradicional 80, ambos sendo providos como extensões de molado meio elástico 60a, particularmente em peça única comeste último, a partir da porção extrema 61 do meioelástico 60a e de uma porção extrema oposta 62 desteúltimo, adjacente à parte móvel 42 do motor elétricolinear 40.Nesta construção, cada meio elástico mancalizador 80 éacoplado à carcaça 10 através, respectivamente, da porçãoextrema 61 e da porção extrema oposta 62 do meio elástico60a. Na construção ilustrada, em cada dita porção extrema61 e extrema oposta 62 o meio de mola é provido de umfuro 63, de fixação dos meios elásticos mancalizadores àcarcaça 10.

Em função desta ligação ao meio elástico 60a, os meioselásticos mancalizadores, nesta construção, são tambémsubmetidos à movimentação de operação do meio elástico60a. Para evitar que tais meios elásticos mancalizadoresinterfiram na operação do meio elástico 60a, a rigidezaxial deste é calculada considerando a rigidez axial decada dito meio elástico mancalizador. Os meios elásticosmancalizadores são construídos de modo a apresentam umareduzida espessura do arame de mola, na direção axial, euma maior espessura na direção radial, para que se possaobter um comportamento operacional desejado para oreferido meio elástico mancalizador. Deve ser entendidoque a rigidez radial e a rigidez axial dos meioselásticos mancalizador 70 e mancalizador adicional 80são definidas em função das cargas a que o meio elásticomancalizador 70 ou mancalizador adicional 80 estará sendosubmetido durante a operação do compressor.

A provisão do meio de articulação 31 permite evitar quesejam transmitidos ao pistão 30, desvios do elementoelástico 60a em relação ao pistão, causados por vibraçõesradiais, decorrentes da operação de compressão e desucção do compressor e ainda por possiveisdesalinhamentos (imperfeições) de montagem do meiomancalizador adicional 80.

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

Tal como já descrito para o meio elástico mancalizador70, para esta construção de meio elástico mancalizadoradicional 80 a carcaça 10 é formada em pelo menos duasporções coaxiais e hermeticamente fixadas entre si, ditapelo menos uma mola 81 tendo uma de suas porções anelares82a, radialmente externa, fixada entre ditas duas porçõesde carcaça.

Neste caso, a carcaça 10 apresenta três porções coaxiaise hermeticamente fixadas entre si, duas das quais jádescritas e respectivamente definidas pelo corpo tubularalongado 11 e tampa de motor 15 e sendo a outra porçãocoaxial definida por uma porção extrema 16, de montagemdo cilindro 20, dita porção extrema 16 sendo provida deuma borda periférica 17, alargada e definindo uma abaextrema 17a, de assentamento e montagem de uma porção deaba Ilf do primeiro extremo lia do corpo tubular alongado11 da carcaça 10. A construção e a montagem desta outramola plana 81 segue as mesmas características daqueladescrita para a mola plana 71, montada ao meio atuador50, ou seja, dita outra mola plana 81 apresenta suaporção anelar 81a mais externa fixada entre as porções decarcaça definidas pelo corpo tubular alongado 11 e bordaperiférica 17 da porção extrema 16.

Nesta construção de meio elástico mancalizador adicional80 a carcaça 10 apresenta, também, um alargamento de seucorpo tubular alongado 11, adjacente ao seu primeiroextremo 11a, na região de montagem da porção extrema 16.Seguindo o já descrito para o meio elástico mancalizador70, o meio elástico mancalizador adicional 80 pode tambémser definido por pelo menos uma mola helicoidalcilíndrica 84, coaxial ao eixo geométrico do pistão 30 etendo um extremo acoplado a este último e um extremooposto acoplado à carcaça 10.

Neste caso, a mola helicoidal cilíndrica 84 pode envolveruma região extrema do meio elástico 60a, adjacente aomeio atuador 50, ou ainda dita mola helicoidal cilíndrica84 pode ser configurada para ser envolvida pela referidaregião extrema do meio elástico 60a. A mola helicoidalcilíndrica pode ser provida em peça separada ou ainda empeça única com o meio elástico 60a.

Deve ser entendido que, dentro do conceito da invençãoaqui apresentado, são possíveis outras configurações dearranjos de meio elástico mancalizador 70 e de meioelástico mancalizador adicional 80, não ilustrados, e quenão apresentem estes simultaneamente providos com umamesma construção de mola, tal como apresentar uma deditas partes de meio elástico mancalizador 70 e de meioelástico mancalizador adicional 80 na forma de uma molaplana enquanto que a outra de ditas partes ser em umamola helicoidal.

De acordo com a opção construtiva ilustrada na figura 9para a mola cilíndrica helicoidal, esta compreendeespiras 76, 86, fixadas entre si através de elementos demola helicoidais 77, 87. Nesta construção, a molacilíndrica é formada por três anéis 76a, 86a, e umapluralidade de tiras 77a, 87a engastadas em rasgos dosanéis. Os anéis externos são fixos e o central é o móvel.Na confi guração onde é empregada apenas uma mola paradefinir o meio elástico mancalizador 70, o anel central76, 76a, 86, 86a desta construção de mola helicoidal éfixado ao meio atuador 50, sendo que os dois anéisexternos podem ser fixados à carcaça 10 do compressor. Damesma forma este conjunto pode ser montado nos dois ladosda mola ressoante sustentando completamente o mecanismo.

A rigidez axial da construção apresentando o meioelástico mancalizador 70 e o meio elástico mancalizador80 é usada para balancear a vibração do compressor. Comoo pistão 30 se move na mesma direção e em sentido opostoao motor elétrico linear 40, a força de reação de um dosmeios elásticos mancalizador 70 e meio elásticomancalizador adicional 80 contra a carcaça 10 docompressor, é anulada pelo outro de ditos meios elásticosmancalizador 70 e mancalizador adicional 80 e que estáoperando no sentido contrario. Para esta neutralização deforças é necessário que o produto rigidez X curso do meioelástico mancalizador (ou mancalizador adicional) sejaigual para os dois meios elásticos mancalizadores emoperação.

O uso dos meios elásticos mancalizadores pode afetar osistema ressonante principal do compressor com a rigidezadicional nos extremos de ditos meios elásticosmancalizadores. Esta interferência deve ser limitada paranão interferir na transferência de energia do motor parao pistão.

Os meios elásticos mancalizadores aqui descritos podemser empregados apenas para sustentar o mecanismo do ladodo motor elétrico linear 40 (meio elástico mancalizador70) , ou também pode ser empregado do lado do pistão 30(meio elástico mancalizador adicional 80) suspendendotodo o mecanismo em molas.

A construção de pistão 30 articulado pode ser utilizadaem conjunto com os meios elásticos mancalizadores aquidescritos para evitar que desalinhamentos de montagemgerem forças, indesejadas, sobre o pistão 30.A vantagem de se utilizar meios elásticos mancalizadoresé sua baixa perda energética, pois existe apenas umaperda muito pequena na deformação da estrutura da mola.Como não existe atrito entre componentes não é necessárioo uso de óleo para o seu funcionamento, o que, além doaspecto ecológico envolvido, resulta em uma versatilidadede aplicação do compressor por permitir a sua operação emqualquer orientação.

Claims (19)

1.- Compressor linear compreendendo uma carcaça (10) quefixa, internamente, um cilindro (20) definindo uma câmarade compressão (21) em cujo interior é provido um pistão(30);- um motor elétrico linear (40) tendo uma parte fixa (41)fixada internamente à carcaça (10) e uma parte móvel (42)reciprocante em relação à parte fixa (41);- um meio atuador (50) fixado à parte móvel (42) do motorelétrico linear (40), para ser por ela acionado emmovimento reciprocante;- um meio de acoplamento (60), acoplando o meio atuador(50) ao pistão (30) , de modo que ditos meio atuador (50)e pistão (30) sejam deslocados, em movimento reciprocantedurante a operação do compressor, sendo estecaracterizado pelo fato de compreender um meio elásticomancalizador (70) conectando o meio atuador (50) àcarcaça (10) e apresentando uma rigidez radial capaz desuportar as cargas laterais atuantes sobre o conjuntodefinido pela parte móvel (42) do motor elétrico linear(40) e pelo meio atuador (50) , de modo a minimizardesalinhamentos axiais entre ditas partes móvel (42) efixa (41) do motor elétrico linear (40), decorrentes dosefeitos de ditas cargas laterais, dito meio elásticomancalizador (70) apresentando uma rigidez axial minima,de modo a permitir o desejado deslocamento do pistão (30)e do meio atuador (50).

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

3.- Compressor, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizador(70) ser definido por uma única mola plana (71).

4.- Compressor, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de a mola plana (71) únicacompreender duas porções anelares concêntricas (72a,72b) , interligadas por pluralidade de porçõesintermediárias (73), em arranjo espiral.

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

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

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

8. - Compressor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de o meiode acoplamento (60) ser um meio elástico (60a) e sendoque o meio elástico mancalizador (70), conectando o meioatuador (50) à carcaça (10), apresenta uma rigidez axialmínima, de modo a permitir que ditos meio atuador (50) epistão (30) sejam deslocados, em movimento reciprocante eem oposição durante a operação do compressor.

9. - Compressor, de acordo com a reivindicação 8, e sendo opistão (30) diretamente acoplado ao meio elástico (60a),caracterizado pelo fato de compreender um meio elásticomancalizador adicional (80) conectando o pistão (30) àcarcaça (10) e apresentando uma rigidez radial capaz desuportar as cargas laterais atuantes sobre o pistão (30),de modo a minimizar desalinhamentos axiais entre o pistão(30) em relação à câmara de compressão (21), decorrentesdos efeitos de ditas cargas laterais, dito meio elásticomancalizador adicional (80) apresentando uma rigidezaxial mínima, de modo a permitir o desejado deslocamentoem oposição de fase do pistão (30) e do meio atuador(50).

10.- Compressor, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de compreender um meio elásticomancalizador adicional (80) conectando, à carcaça (10),uma porção extrema (61) do meio elástico (60a), adjacenteao pistão (30) e apresentando uma rigidez radial capaz desuportar as cargas laterais atuantes sobre dita porçãoextrema (61) do meio elástico (60a), de modo a minimizardesalinhamentos axiais entre a porção extrema (61) domeio elástico (60a) em relação à câmara de compressão(21), decorrentes dos efeitos de ditas cargas laterais,dito meio elástico mancalizador adicional (80)apresentando uma rigidez axial mínima, de modo a permitiro desejado deslocamento em oposição de fase do pistão(30) e do meio atuador (50).

11.- Compressor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9 ou 10 caracterizado pelo fato de opistão (30) ser rigidamente acoplado ao meio elástico(60a).

12.- Compressor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9 ou 10 caracterizado pelo fato de opistão (30) ser acoplado ao meio elástico (60a) por ummeio de articulação (33).

13.- Compressor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de o meioelástico mancalizador (70) e de o meio elásticomancalizador adicional (80) apresentarem, cada um, umarespectiva rigidez axial definida de forma a anular, emconjunto com a rigidez axial do outro de ditos meioselásticos, as forças axiais sobre a carcaça (10).

14.- Compressor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizado pelofato de o meio elástico mancalizador adicional (80) serdefinido por pelo menos uma mola (81) disposta em umplano ortogonal ao eixo geométrico do pistão (30).

15. - Compressor, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de o meio elástico mancalizadoradicional (80) ser definido por uma única mola (81)plana.

16. - Compressor, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de a mola plana (81) únicacompreender duas porções anelares concêntricas (82a,- 82b), interligadas por pluralidade de porçõesintermediárias (83) em arranjo espiral.

17. - Compressor, de acordo com qualguer uma dasreivindicações 14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato de acarcaça (10) ser formada em pelo menos duas porçõescoaxiais e hermeticamente fixadas entre si, dita pelomenos uma mola (81) tendo uma porção radialmente externa(82a) fixada entre ditas duas porções de carcaça.

18. - Compressor, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9, 10, 11, 12 ou 13, caracterizado pelofato de o meio elástico mancalizador adicional (80) serdefinido por pelo menos uma mola helicoidal cilíndrica(84), coaxial ao eixo geométrico do pistão (30) e tendoum extremo acoplado a este último e um extremo opostoacoplado à carcaça (10).

19. - Compressor, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de a mola helicoidal cilíndrica(84) envolver uma região extrema do meio elástico (60a),adjacente ao meio atuador (50).