BRPI1103776B1

BRPI1103776B1 - sistema e método de controle de curso e operação em frequência de ressonância de um motor linear rossonante

Info

Publication number: BRPI1103776B1
Application number: BRPI1103776A
Authority: BR
Inventors: Pereira Da Silva Douglas; Sérgio Dainez Paulo; Adriano Weise Renê
Original assignee: Whirlpool Sa
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2018-12-04
Also published as: WO2013026115A4; CN103827489B; ES2606556T3; BRPI1103776A2; EP2745013B1; JP2014527593A; CN103827489A; KR20140053273A; AR087592A1; EP2745013A1; US9306486B2; WO2013026115A1; SG2014013668A; US20140340003A1; TW201329348A

Abstract

sistema e método de controle de curso e operação em frequência de ressonância de um motor linear ressonante. a presente invenção se refere a um sistema e método de controle de curso de um motor linear ressonante, que foi desenvolvido para permitir que um único sensor de variação de fluxo magnético (5) controle, simultaneamente, a amplitude de operação de uma parte móvel acoplada a um deslocador (3) por meio de uma mola ressonante (2), e a frequência de operação do deslocador (3), resultando em um acionamento que permite a operação do sistema na frequência de ressonância mecânica do equipamento.

Description

(54) Título: SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE CURSO E OPERAÇÃO EM FREQUÊNCIA DE RESSONÂNCIA DE UM MOTOR LINEAR ROSSONANTE (73) Titular: WHIRLPOOL S.A.. CGC/CPF: 59105999000186. Endereço: Av Nações Unidas, 12.995 - 32° Andar, Brooklin Novo, São Paulo, SP, BRASIL(BR) (72) Inventor: DOUGLAS PEREIRA DA SILVA; RENÊ ADRIANO WEISE; PAULO SÉRGIO DAINEZ.

Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 19/08/2011, observadas as condições legais

Expedida em: 04/12/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados / 11

Relatório Descritivo da Patente de invenção para SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE CURSO E OPERAÇÃO EM FREQUÊNCIA DE RESSONÂNCIA DE UM MOTOR LINEAR RESSONANTE

Campo da invenção

A presente invenção se refere a um sistema e método de controle de curso de um motor linear ressonante de qualquer natureza e, em especial, aqueles utilizados em sistemas de compressão de vapor aplicados em equipamentos de refrigeração ou bombas de calor.

Fundamentos da Invenção

Conforme é do conhecimento da técnica e fazendo-se referência à Figura 9 anexa que ilustra um compressor do atual estado da técnica, compressores de pistão alternativos geram pressão ao comprimir um gás no interior de um cilindro 30 através do movimento axial de um pistão 29, sendo que o gás do lado de baixa pressão (pressão de sucção ou evaporação) entra no interior do cilindro através de uma válvula de sucção 32, é comprimido dentro do cilindro 30 pelo movimento do pistão 29 e, em seguida, sai do cilindro por uma válvula de descarga 33, indo para o lado de alta pressão (pressão de descarga ou condensação).

No caso de compressores lineares ressonantes, o pistão é acionado por um atuadorjinear formado por um suporte 34 e ímãs 35 (que podem ser acionados por uma ou mais bobinas 36), sendo que uma ou mais molas 38, 39 conectam a parte móvel (pistão, suporte e imãs) à parte fixa (cilindro, estator 44, bobina, cabeçote 31 e estrutura 45). As partes móveis e as molas formam o conjunto ressonante do compressor.

Então o conjunto ressonante acionado pelo motor linear, tem a função de desenvolver um movimento alternativo linear, fazendo com que o movimento do pistão no interior do cilindro exerça uma ação de compressão do gás admitido pela válvula de sucção, até o ponto em que ele pode ser descarregado, através da válvula de descarga, para o lado de alta pressão.

A amplitude de operação do compressor linear é regulada pelo equilíbrio entre a potência gerada pelo motor e a potência consumida pelo mecanismo na compressão, mais as perdas geradas neste processo. Para atingir a máxima eficiência termodinâmica e a máxima capacidade de refrigeração, é necessário que o deslocamento máximo do pistão se aproxime o máximo possível do final do curso (cabeçote), desta forma reduzindo o volume morto de gás no processo de compressão.

Para viabilizar este processo, é necessário que o curso do pistão seja conhecido com grande precisão, para evitar o risco de um impacto do pistão com o final do curso (cabeçote 31), posto que esse impacto pode gerar desde ruído acústico e perda de eficiência até a quebra do compressor. Desta forma, quanto maior o erro na

2/11 estimativa/medição da posição do pistão, maior será o coeficiente de segurança necessário entre o deslocamento máximo e o final do curso, para que seja possível operar o compressor com segurança - o que leva à perda de desempenho do produto.

Porém caso seja necessário reduzir a capacidade de refrigeração do compressor devido a uma menor necessidade do sistema de refrigeração, é possível reduzir o curso máximo de operação do pistão que, consequentemente, reduz a potência fornecida ao compressor - deste modo é possível controlar a capacidade de refrigeração do compressor, obtendo uma capacidade variável.

Outra característica importante dos compressores lineares ressonantes é a frequência de acionamento. Estes sistemas são projetados para funcionar na frequência de ressonância do sistema massa/mola, condição na qual a eficiência é máxima, onde a massa (m) é a soma da massa dos componentes da parte móvel (pistão, suporte e imãs), e a mola equivalente (KT) é a soma da mola ressonante do sistema (KML) com a mola gás gerada pela força de compressão do gás (KG), que tem um comportamento similar a uma mola variável e não linear, que depende das pressões de evaporação e condensação do sistema de refrigeração, e também do gás usado no sistema. A frequência de ressonância (fR) pode ser calculada pelas equações (1) e (2) indicadas a seguir:

Devido à parcela de mola gás (KG) - que é desconhecida, não linear e variável ao longo da operação - não é possível calcular a frequência de ressonância com a precisão necessária para otimizar a eficiência do compressor. Em outro modo alternativo de ajustar a frequência de ressonância, aplica-se uma variação na frequência de acionamento até que se encontre o ponto de máximo da potência para uma corrente constante. Este método é simples e de fácil implementação, mas sua desvantagem está no fato de ser necessário perturbar o sistema periodicamente para detectar a frequência de ressonância.

Quando o sistema opera na frequência de ressonância, a corrente do motor está em quadratura com o deslocamento, ou a corrente do motor está em fase com a força contra-eletromotriz do motor (FCEM), pois FCEM é proporcional à derivada do deslocamento. Este método é mais preciso, porém demanda a medição da fase da corrente e da fase do deslocamento ou da FCEM, tendo como desvantagem a necessidade de instalação de sensores de posição ou de velocidade.

Uma construção alternativa para o compressor linear ressonante é proposta no pedido de patente PI0601645-6 que tem como objetivo reduzir a vibração do compressor e também seu tamanho e peso, sendo que nesta construção o pistão é conectado ao atuador através da mola ressonante, gerando duas partes móveis em relação à estrutura do

3/11 compressor aumentando, assim, a dificuldade de controle do mecanismo mecânico, devido à necessidade de monitorar e controlar duas partes móveis. No entanto, também para este compressor com duas partes moveis é necessário monitorar a fase da velocidade do atuador em relação à fase da corrente e o curso máximo do pistão.

Outras soluções propostas para se obter o curso do compressor envolvem a utilização de sensores de posição, como os descritos nos seguintes documentos:

• PI 0001404-4 (EMBRACO) - descreve um sensor impeller, que tem como desvantagens a dificuldade de isolação e o ruído de contato elétrico;

• PI 0203724-6 (EMBRACO) - descreve um sensor indutivo montado na placa de válvulas, que permite medir a distância pistão / placa diretamente no topo do pistão. É uma solução de alta precisão, mas necessita de um espaço para a instalação do sensor na placa de válvulas e, além disso, tem um custo mais elevado e precisa de calibração;

• PI 0301969-1 (EMBRACO) - prevê a utilização de sensor PZT, de funcionamento similar a um acelerômetro; tem uma boa sensibilidade para detecção de impacto, porém apresenta um erro maior para a medida da posição;

• PI 0704947-1 e PI 0705049-6 (ambos da EMBRACO) - prevê uma bobina instalada dentro do motor para monitorar o movimento do imã do atuador linear; necessita de um tempo sem corrente no motor, na região de medição do curso máximo, que, desta forma, limita a potência máxima e a flexibilidade de controle do equipamento.

• US 5.897.296 e JP 1336661 (Sanyo) - Usa sensor, conversor A/D e sinal discreto/digital, e posteriormente os interpola para determinar a posição de avanço máximo do pistão. Com esta solução é possível atingir um grau elevado de precisão, mas a medição não é feita no local de interesse (distância pistão/placa), necessitando considerar as tolerâncias da posição de montagem do transdutor e possível necessidade de calibração. Tem também a desvantagem de apresentar custo elevado;

• US 5.897.269 (Matsushita) - Realiza o controle com sensor de posição, porém apresenta possível necessidade de calibração e custo elevado.

Todas as soluções acima foram desenvolvidas para um sistema com uma parte móvel e com o uso de sensor de posição e, desta forma, não são adequados para o compressor com duas partes móveis.

Outras soluções que não utilizam sensor de posição são descritos nos documentos:

• US 5.342.176, US 5.496.153, US 4.642.547 (Sunpower) e US 6.176.683, KR 9679125 e KR 96-15062 (LG) - Realizam o cálculo da velocidade a partir da equação elétrica, e com a velocidade se calcula o curso; este método não tem precisão pois não considera toda a dinâmica do compressor e não estima o offset do curso;

• WO 00079671 (F&P) - O limite de operação é calculado a partir de uma tabela entre a frequência de ressonância e a temperatura de evaporação; como desvantagem, este

4/11 método não possui boa precisão e necessita de um sensor de temperatura ou de pressão.

• WO 03044365 (F&P) - O limite de operação é obtido pela detecção de impacto, através da variação da frequência de ressonância do compressor; este método tem a desvantagem de gerar ruído acústico e oscilação do curso na capacidade máxima.

As soluções acima, sem sensor de posição, também foram desenvolvidas para um sistema com uma parte móvel, e desta forma não são adequados para o compressor com duas partes móveis.

Soluções para o problema da frequência de acionamento são sugeridas nos documentos indicados a seguir:

• WO 00079671A1 (F&P) - Usa a detecção da força contra-eletromotriz do motor para ajustar a frequência de ressonância. Esta técnica tem a desvantagem de precisar de um tempo mínimo sem corrente para poder detectar o cruzamento por zero da FCEM; assim prejudica a potência máxima e a eficiência pela distorção na forma de onda da corrente.

• US 5.897.296 (Matsushita) - Controle com sensor de posição e controle de frequência para minimizar a corrente. Esta técnica tem a desvantagem de precisar perturbar periodicamente o sistema para o ajuste da frequência de acionamento - o que pode prejudicara performance do produto.

• US 6.832.898 (Matsushita) - Controle da frequência de operação pelo máximo da potência, para uma corrente constante. Esta técnica usa o mesmo princípio da citação anterior, logo tem a mesma desvantagem de precisar perturbar o sistema periodicamente.

• US 5.980.211 (Sanyo) - Controle com sensor e controle de frequência pela fase com a posição. Este método tem a desvantagem de precisar de um sensor de posição.

Em suma, no estado atual da técnica é necessário o uso de dois sensores de posição para controlar o compressor com duas partes móveis, e as técnicas de controle sem sensor não foram desenvolvidas para este tipo de compressor.

Objetivos da invenção

Portanto, é um dos objetivos da presente invenção prover um método e um dispositivo de controle de um atuador linear ressonante com duas partes móveis que permite, com a utilização de apenas um único sensor, controlar simultaneamente a amplitude do curso de operação de uma parte móvel (que é acoplada a um deslocador linear através de uma mola ressonante) e a frequência de operação deste deslocador (que é a outra parte móvel) em fase com a corrente aplicada ao motor do atuador linear, resultando num acionamento que permite a operação deste sistema na frequência de ressonância mecânica.

Adicionalmente, cabe esclarecer que é um dos objetivos da presente invenção prover um método e dispositivo de controle de um atuador linear ressonante cujo sensor realize a detecção da movimentação do pistão do equipamento, e não do seu deslocador

5/11 linear - conforme ocorre nos similares conhecidos no atual estado da técnica.

Sumário da Invenção

Os objetivos acima são atingidos por meio de um sistema de controle de curso e operação em frequência de ressonância de um motor linear ressonante, sendo dito motor linear constituído por um estator e um deslocador linear, o motor sendo cooperante com uma mola ressonante que é acionada pelo deslocador linear em uma das extremidades tendo a extremidade oposta cooperante com elemento de atuação mecânica, o referido sistema compreendendo: um sensor de variação de fluxo magnético cooperante com a mola ressonante, sendo tal sensor de variação de fluxo magnético compreendido por uma parte fixa e uma parte móvel, sendo sua parte móvel acoplada à extremidade da mola ressonante oposta à extremidade cooperante com o deslocador linear, e meios para permitir que um sensor de variação de fluxo magnético seja o único meio necessário para determinar a amplitude de deslocamento e a frequência de oscilação de um deslocador de motor linear.

Preferencialmente o sensor de variação de fluxo magnético compreende uma bobina suportada por uma base de sustentação, e um magneto cooperante com a bobina, sendo que o referido magneto gera uma tensão induzida na bobina.

Também segundo uma concretização preferencial da invenção, a parte móvel do sensor de variação de fluxo magnético compreende um magneto solidário a uma das extremidades de uma haste cuja extremidade oposta é fixa a um meio de fixação que interliga a mola ressonante ao elemento de atuação mecânica.

O sistema da presente invenção pode, ainda, realizar o controle do curso do elemento de atuação mecânica por meio da utilização do sinal do sensor de variação de fluxo magnético induzido, sendo que o elemento de atuação mecânica pode ser um pistão.

A presente invenção contempla também um método de controle de curso e operação em frequência de ressonância de um motor linear ressonante, que compreende a realização das seguintes etapas:

- geração, pelo deslocador linear, de uma força sobre a extremidade da mola ressonante com a qual o deslocador linear coopera, fazendo com que quando a mola ressonante tem a extremidade cooperante com o deslocador linear deslocada num sentido, sua extremidade oposta se desloca no sentido oposto;

- recepção do sinal proveniente de um sensor de variação de fluxo magnético que tem sua parte móvel acoplada à mola ressonante, na extremidade oposta do deslocador linear;

- realização da leitura da corrente do motor linear;

- controle da operação em frequência de ressonância mecânica, a partir do sinal gerado pelo sensor de variação de fluxo magnético e do sinal de corrente do motor linear;

- controle do curso do atuador linear a partir do sinal gerado pelo sensor de

6/11 variação de fluxo magnético e do sinal de corrente do motor linear, de forma simultânea ao controle de operação em frequência de ressonância mecânica;

Tal método de controle de curso compreende uma avaliação da defasagem entre o sinal do sensor de variação de fluxo magnético e o sinal de corrente do motor linear.

Dito método de controle, a partir da avaliação da defasagem dos sinais do sensor de variação de fluxo magnético e da corrente do motor linear, pode compreender também a variação da frequência de acionamento da corrente do motor linear até que o sinal do sensor de variação de fluxo magnético encontre-se em fase com o sinal da corrente do motor linear - de modo preferencial, até que os sinais se encontrem com defasagem ideal de 0 ou 180 graus, ou valores próximos destes.

O referido método caracteriza-se também pelo fato de que, segundo uma lei de ajuste, retroalimenta a informação da frequência de operação para ajustar a informação de curso para várias frequências de operação, posto que alterando-se a frequência de operação por meios de controle, pode-se retroalimentar o sistema e chegar a uma nova informação de curso relativa à anterior corrigindo-se o tempo de oscilação.

O método de controle pode compreender, também, a geração de um sinal digital que tem relação com o deslocamento de fase elétrica entre o sinal do sensor de variação de fluxo magnético e o sinal da corrente do motor linear, ou a utilização de processadores com alta taxa de aquisição e conversão analógico-digital para estabelecer referências de comparação das fases, ou quaisquer outros meios para avaliar o deslocamento de fase elétrica entre o sinal proveniente de um sensor de variação de fluxo magnético e o sinal de corrente do motor linear.

Descrição Resumida dos Desenhos

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base nos desenhos. As figuras mostram:

Figura 1 - um exemplo de construção mecânica de um atuador linear conforme pedido de patente PI0601645-6, no qual o elemento de atuação mecânica de interesse é uma parte móvel acoplada através de uma mola ressonante a um deslocador linear que é outra parte móvel do conjunto.

Figura 2 - uma imagem em corte de um exemplo de sensor de variação de fluxo magnético como o proposto no pedido de patente depositado em 06/06/2011 sob o número de protocolo 018110021310, e pelo qual se pode realizar o controle de ressonância e curso de uma construção de atuador linear conforme Figura 1.

Figura 3 - um diagrama de blocos do sistema de controle de curso e ressonância construído segundo uma concretização preferencial da presente invenção.

Figura 4 - um exemplo de algoritmo para controle de curso e ressonância de um atuador linear conforme Figura 1.

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Figura 5 - um exemplo de concretização de um circuito para análise da defasagem entre os sinais de corrente do sensor de variação de fluxo magnético

Figura 6 - um gráfico demonstrando formas de onda típicas da corrente do motor do atuador linear e do sensor de variação de fluxo magnético operando fora da frequência de ressonância em uma mesma base de tempo.

Figura 7 - um gráfico demonstrando formas de onda típicas da corrente do motor do atuador linear e do sensor de variação de fluxo magnético operando na frequência de ressonância em uma mesma base de tempo.

Figura 8 - exemplo gráfico da atuação do exemplo de concretização do circuito de análise da defasagem de sinais exposto na Figura 5, juntamente com as formas de onda apresentadas na figura 7.

Figura 9 - um corte transversal de um compressor linear do atual estado da técnica, permitindo a visualização detalhada de todos os seus componentes internos.

Descrição Detalhada da Invenção

O sistema e método aqui propostos têm caráter inventivo e inovador quando aplicados a uma construção de motor linear ressonante como a descrita no pedido de patente PI0601645-6, mostrando-se muito vantajosos - já que neste tipo de construção (representada pela Figura 1 anexa) o pistão ou elemento de atuação mecânica de interesse 1 encontra-se acoplado a uma mola ressonante 2 que está acoplada ao deslocador 3 do motor linear 4, constituindo duas partes móveis que oscilam na mesma frequência, exibindo defasagem exata ou quase exata de 180° entre os movimentos.

A invenção em questão utiliza um sensor de variação de fluxo magnético 5 como o proposto em outro pedido de patente de seu titular (depositado em 06/06/2011 sob o número de protocolo 018110021310), como único meio para determinar, simultaneamente, a amplitude de deslocamento e a frequência de oscilação do deslocador, valendo-se da característica do tipo de construção a que se aplica, que se traduz num efetivo elemento de controle - já que ao mesmo tempo permite o controle do curso de oscilação exato de uma parte móvel que não possui acoplamento direto à parte móvel do motor e, por consequência, permite que a parte móvel do motor opere no ponto de ressonância mecânica.

Ainda como uma das vantagens da invenção aqui proposta e que se traduz pela utilização do sensor de variação de fluxo 5 acoplado ao elemento de atuação 1, é que o mesmo sensor ainda pode ser utilizado para a detecção de impactos, já que se encontra rigidamente acoplado à parte móvel que sofre o impacto. Esta técnica pode ser vista no referido pedido de patente 018110021310 já citado neste relatório.

O sensor de variação de fluxo magnético 5 tem, de fato, como saída direta, um sinal proporcional à velocidade do eixo atuador. A construção de interesse que é mencionada no pedido 018110021310 possui um pequeno magneto 6 acoplado ao elemento

8/11 final de interesse 1 e uma bobina fixa 7 que, através da lei da indução magnética de Faraday-Lenz, é excitada produzindo um sinal elétrico. Operando em uma frequência conhecida fixa, tem-se que o sinal de velocidade é diretamente proporcional ao curso, já que sua amplitude depende de três parâmetros: tempo de oscilação e indução do magneto (que são fixos) e amplitude da oscilação (que é variável).

Alterando-se a frequência de operação por meios de controle, pode-se retroalimentar o sistema e chegar a uma nova informação de curso relativa à anterior, corrigindo-se o tempo de oscilação.

Também pelos ensinamentos anteriores à invenção sabe-se que a operação ideal de tal tipo de motor se dá no ponto de ressonância mecânica, e que o mesmo pode ser verificado quando se tem a corrente do motor circulando em fase com a força contraeletromotriz gerada no motor 4 - a qual se encontra em quadratura com a posição do deslocador 3 ou em fase com a velocidade do mesmo.

A atuação de controle é realizada por um sistema de controle 8 sendo que a estratégia reside, portanto, na leitura do sinal de saída do induzido, na medida da amplitude deste sinal, e na comparação do mesmo sinal no tempo com o sinal de corrente do motor. A partir da leitura e interpretação destes sinais, o resultado do sistema de controle 8 é a variação da frequência da corrente de acionamento pelo sistema de controle até o ponto de operação, onde ambos os sinais estejam em fase.

O sistema e método de controle de acordo com a presente invenção são, portanto, vantajosamente aplicados em um atuador linear de acordo com a Figura 1, composto por um motor linear 4 que por sua vez é constituído de um estator 9 e um deslocador linear 3. Este deslocador linear 3 é acoplado a uma mola ressonante 2 por um meio de fixação 10. Esta mola ressonante 2, como prega o pedido de patente PI0601645-6, tem um ponto de fixação central 29 e pode ser presa por outro tipo de mola ou qualquer outro elemento similar.

Esta mola ressonante 2 movimenta-se a partir da força gerada pelo motor linear 4 através do acoplamento supra mencionado, e a partir de sua construção tem-se que as extremidades desta mola ressonante 2 movimentam-se em oposição de fase. Isto é, quando o motor 4 empurra a mola 2 para a direita, considerando-se o sentido da Figura 1 apresentada, a extremidade oposta movimenta-se para a esquerda levando consigo o elemento de atuação de interesse 1 que, no caso da Figura 1, é compreendido por um pistão 1 que está preso à mola ressonante 2 pelo meio de fixação 12.

Ao pistão 1 ou ao seu elemento de fixação 12 que está na Figura 1 representado de forma simplista - podendo, porém, ser bem mais complexos - está acoplada uma haste 13 que serve de base para um magneto 6 que está alocado na extremidade da mesma. Este magneto 6 movimenta-se na mesma fase do pistão 1 e proximamente a uma bobina 7

9/11 sustentada por uma base ou suporte 14, induzindo pela Lei da indução de Faraday-Lenz uma tensão elétrica.

Todo esse conjunto que envolve a haste 13, magneto 6, bobina 7 e suporte 14 mencionados estão representados numa forma construtiva possível - e objeto do pedido de patente depositado em 06/06/2011 sob o número de protocolo 018110021310 - na Figura 2, chamada de sensor de variação de fluxo magnético 5 e os elementos deste sensor são identificados pelas mesmas referências numéricas já citadas para facilitar a compreensão de seus elementos constituintes.

O sinal gerado na bobina 7 do sensor de variação de fluxo 5 é, portanto, proporcional à variação do fluxo magnético que se concatena na mesma. Nas Figuras 6 e 7 estão apresentadas as formas de onda deste sinal, respectivamente indicadas por 19 e 21. Os pontos de máximo do sinal são os pontos onde o magneto 6 do sensor 5 possui maior velocidade - por consequência, onde o pistão 1 possui maior velocidade - e os cruzamentos por zero representam os pontos mortos superior e inferior, isto é, o final do curso da mola ressonante 2.

O sistema de controle 8 representado na Figura 3 recebe este sinal do sensor de variação de fluxo magnético 5 ilustrado na mesma Figura. O mesmo sistema de controle 8 faz a leitura da corrente do motor linear 4, também representado na Figura 3. O sinal de corrente lido pelo sistema de controle 8 é apresentado também nas Figuras 6 e 7.

A partir destes dois sinais recebidos pelo sistema de controle 8 e a partir de uma concretização possível (mas não única) de circuito apresentada na Figura 4, é possível gerar um sinal digital que tem relação com o deslocamento de fase elétrica entre o sinal do sensor induzido e o sinal de corrente do motor.

Relativamente à Figura 5, esta concretização tem algumas vantagens como, por exemplo, a de prover sinais digitais sem ambigüidade através dos deslocamentos do nível analógico dos zero e um lógicos. Pequena variação entre as referências de comparação permitem criar sinais assimétricos que facilitam ainda mais a geração do sinal de comparação.

Paralelamente a esta técnica, outras podem ser utilizadas como, por exemplo, a utilização de processadores com alta taxa de aquisição e conversão analógico-digital ou conversores dedicados, e a partir da leitura direta dos sinais estabelecer referências de comparação das fases. As técnicas possíveis não se esgotam aqui e todas elas têm a mesma finalidade - que é avaliar o deslocamento de fase elétrica entre os dois sinais.

Exemplificando ainda a metodologia de controle de ressonância, as Figuras 6 e 7 apresentam duas situações de funcionamento do atuador linear que têm características que justificam o presente pedido de patente. Na Figura 6 é facilmente observável que o sinal de corrente 20 e o sinal do sensor de variação de fluxo 19 estão defasados eletricamente,

10/11 identificando que os cruzamentos por zero de ambos os sinais periódicos, que estão sob uma mesma base de tempo, ocorrem em momentos distintos. Isto significa que neste momento o atuador linear está operando em frequência diferente da frequência de ressonância e, por conseguinte, não operando na região de máxima eficiência.

Na Figura 7, estes mesmos sinais de corrente 20 e do sensor de variação de fluxo 19 apresentam-se em fase elétrica como resultado da ação de controle do sistema de controle 8. Como exemplo da metodologia de controle e, baseado na concretização de circuito apresentada na Figura 5, a Figura 8 apresenta graficamente as grandezas de interesse que são utilizadas dentro do algoritmo de controle de curso e ressonância que é apresentado na Figura 4.

A partir da Figura 8 (e também da Figura 5) é possível observar a forma de onda do sinal de saída 47 do comparador de corrente 25 do motor e, da mesma forma, do sinal de saída 46 do comparador do sinal do sensor 26 quando o atuador opera na ressonância.

Estes sinais, que possuem certa assimetria, proposital para melhorar o processo de análise, entre si são a todo tempo comparados novamente por outro comparador 27 gerando um novo sinal pulsado no qual interessa o nível lógico. Estes pulsos são analisados por um processador 28 do sistema de controle, que busca como resultado final centralizar os mesmos. Uma vez estes pulos centralizados, encontrou-se a frequência de ressonância. As setas 48 e 49 representam graficamente como o fenômeno acontece, isto é, um dos sinais é avançado ou atrasado em relação ao outro até que enfim sejam centralizados.

O sistema de controle 8 tem então como principal ação no motor linear 4 variar a frequência da corrente de acionamento do motor 4 segundo uma lei de controle predeterminada de forma a avançar ou atrasar o sinal do sensor de variação de fluxo 5 e colocá-lo em fase com o sinal de corrente 25.

Como também já foi mencionada, a presente invenção é vantajosa neste tipo de construção, pois permite controlar com exatidão o deslocamento do elemento de atuação mecânica de interesse, neste caso um pistão 1, já que o elemento móvel do sensor de variação de fluxo 5 se encontra rigidamente acoplado a este mesmo pistão 1 através de uma haste 13.

Este controle de curso, como já previamente relatado, se dá pela análise direta do sensor de variação de fluxo 5 pelo sistema de controle 8. A amplitude deste sinal dá uma informação indireta, mas proporcional e exata da amplitude do curso para uma frequência fixa. Como o sinal é proporcional à variação de fluxo, isto significa que o pico do sinal é medida proporcional da velocidade máxima de oscilação do sensor; sendo assim para um mesmo tempo de oscilação, a velocidade máxima só pode ter aumentado se a distância percorrida aumentou, o que quer dizer que o deslocamento do pistão 46 (vide Figura 8) aumentou.

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Contudo, esta amplitude é variável em função de um mesmo curso caso a frequência varie, pois daí para um mesmo curso ter-se-á um tempo diferente para se completar um mesmo deslocamento. Como a mola opera em uma região elástica de funcionamento, portanto linear, e o acionamento se dá com variações bem pequenas de frequência, já que a frequência de ressonância é mais dependente das características construtivas da mola do que da carga e massa que ela aciona, facilmente se pode derivar uma lei de ajuste e retroalimentar no controle para uma normalização deste sinal e, daí sim, operar com uma grandeza que corresponde efetivamente ao curso do pistão.

Pode-se concluir do exposto que a presente invenção provê um método e sistema que permite o controle eficaz e concomitante do curso e ressonância de um atuador linear do tipo do pedido de patente PI0601645-6 utilizando o sensor do pedido de patente de protocolo 018110021310.

Sendo assim, outro mérito da presente invenção está no fato de que todos os benefícios do pedido de patente depositado em 06/06/2011 sob o número de protocolo 018110021310, que diz respeito à detecção de impacto, podem ser aplicados de forma efetiva em um produto real e que teria como grande vantagem a utilização de um único sensor. Portanto, um produto que se utilizasse dos benefícios do presente pedido de patente e do pedido de patente de protocolo 018110021310, teria o controle de curso, operação em ressonância e detecção de impacto obtidos a partir de um único sensor de variação de fluxo em um atuador linear do tipo do pedido de patente depositado em 06/06/2011 sob o número de protocolo 018110021310.

Vale ressaltar que embora tenham sido mostradas formas construtivas preferenciais da presente invenção, fica entendido que eventuais omissões, substituições e alterações construtivas podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da proteção requerida. É também expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita por outros são também totalmente pretendidos e contemplados.

Deve, no entanto, ser entendido que a descrição fornecida com base nas figuras acima se refere apenas a algumas das concretizações possíveis para o sistema da presente invenção, sendo que o real escopo da presente invenção encontra-se previsto nas reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de controle de curso e operação em frequência de ressonância de um compressor recíproco compreendendo um motor linear, sendo dito motor linear (4) constituído por um estator (9) e um deslocador linear (3), o motor (4) sendo cooperante com uma mola

5 ressonante (2) que é acionada pelo deslocador linear (3) em uma das extremidades tendo a extremidade oposta cooperante com elemento de atuação mecânica (1), CARACTERIZADO pelo fato de que o referido sistema compreende:

um sensor de variação de fluxo magnético (5) cooperante com a mola ressonante (2), sendo tal sensor de variação de fluxo magnético (5) compreendido por uma parte fixa e uma

10 parte móvel, sendo sua parte móvel acoplada à extremidade da mola ressonante (2) oposta à extremidade cooperante com o deslocador linear (3), em que o sensor de variação de fluxo magnético (5) é o único meio necessário para determinar a amplitude de deslocamento e a frequência de oscilação de um deslocador (3) de motor linear (4).

15 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de variação de fluxo magnético (5) compreende uma bobina (7) suportada por uma base de sustentação (14), e um magneto (6) cooperante com a bobina (7), sendo que o referido magneto (6) gera uma tensão induzida na bobina (7).

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a parte

20 móvel do sensor de variação de fluxo magnético (5) compreende um magneto (6) solidário a uma das extremidades de uma haste (13) cuja extremidade oposta é fixa a um meio de fixação (12) que interliga a mola ressonante (2) ao elemento de atuação mecânica (1).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de realizar o controle do curso do elemento de atuação mecânica (1) por meio da utilização do sinal do sensor

25 de variação de fluxo magnético (5) induzido.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento de atuação mecânica (1) compreende um pistão.

6. Método de controle de curso e operação em frequência de ressonância de um motor linear ressonante, sendo dito motor linear (4) constituído por um estator (9) e um deslocador

30 linear (3), o motor (4) sendo cooperante com uma mola ressonante (2) que é acionada pelo deslocador linear (3) em uma das extremidades tendo a extremidade oposta cooperante com elemento de atuação mecânica (1), CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

- geração, pelo referido deslocador linear (3), de uma força sobre a extremidade da mola ressonante (2) com a qual o deslocador linear (3) coopera, fazendo com que quando a mola

35 ressonante (2) tem a extremidade cooperante com o deslocador linear (3) deslocada num sentido, sua extremidade oposta se desloca no sentido oposto;

- recepção do sinal proveniente de um sensor de variação de fluxo magnético (5) que tem sua parte móvel acoplada à mola ressonante (2), na extremidade oposta do deslocador linear (3);

40 - realização da leitura da corrente do motor linear (4);

- controle da operação em frequência de ressonância mecânica, a partir do sinal gerado pelo sensor de variação de fluxo magnético (5) e do sinal de corrente do motor linear (4); e

- controle do curso do atuador linear a partir do sinal gerado pelo sensor de variação de fluxo magnético (5) e do sinal de corrente do motor linear (4), de forma simultânea ao controle

45 de operação em frequência de ressonância mecânica.

7. Método de controle, de acordo a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente avaliar, através de uma avaliação, a defasagem entre o sinal do sensor de variação de fluxo magnético (5) e o sinal de corrente do motor linear (4).

Petição 870180051640, de 15/06/2018, pág. 39/45
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8. Método de controle, de acordo a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que, a partir da avaliação da defasagem dos sinais do sensor de variação de fluxo magnético (5) e da corrente do motor linear (4), compreende a variação da frequência de acionamento da corrente do motor linear (5) até que o sinal do sensor de variação de fluxo magnético (5) encontre-se em
5 fase com o sinal da corrente do motor linear (5).
9. Método de controle, de acordo a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a variação da frequência de acionamento da corrente do motor linear (5) até que os sinais se encontrem com defasagem de 0 ou 180 graus, ou valores próximos a esses.
10. Método de controle, de acordo a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que, 10 segundo uma lei de ajuste, retroalimenta a informação da frequência de operação para ajustar a informação de curso para várias frequências de operação.
11. Método de controle, de acordo a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a geração de um sinal digital que tem relação com o deslocamento de fase elétrica entre o sinal do sensor de variação de fluxo magnético (5) e o sinal da corrente do motor linear

15 (4).
12. Método de controle, de acordo a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de compreender avaliar o deslocamento de fase elétrica entre o sinal proveniente de um sensor de variação de fluxo magnético (5) e o sinal de corrente do motor linear (4).

Petição 870180051640, de 15/06/2018, pág. 40/45

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