ES2606556T3

ES2606556T3 - Sistema y método para controlar la carrera y el funcionamiento a la frecuencia de resonancia de un motor lineal resonante

Info

Publication number: ES2606556T3
Application number: ES12769001.4T
Authority: ES
Inventors: Douglas Pereira da SILVA; Paulo Sérgio DAINEZ; Renê Adriano WEISE
Original assignee: Whirlpool SA
Current assignee: Whirlpool SA
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2017-03-24
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: WO2013026115A1; BRPI1103776B1; AR087592A1; BRPI1103776A2; SG2014013668A; TW201329348A; EP2745013B1; EP2745013A1; CN103827489A; WO2013026115A4; JP2014527593A; US9306486B2; US20140340003A1; KR20140053273A; CN103827489B

Abstract

Un compresor alternativo que tiene un motor lineal (4) que comprende un estator (9) y un desplazador lineal (3), cooperando el motor (4) con un muelle resonante (2) que es accionado por el desplazador lineal (3) en uno de los extremos del muelle resonante, con el extremo opuesto del muelle resonante cooperando con el elemento de accionamiento mecánico (1), comprendiendo adicionalmente el compresor un sistema de control de carrera y de operación a frecuencia resonante, estando el compresor caracterizado por que dicho sistema comprende: un sensor (5) de variación de flujo magnético que coopera con el muelle resonante (2) y dicho sensor (5) de variación de flujo magnético que comprende una parte fija (7) y una parte móvil (6), la parte móvil (6) acoplada al extremo del muelle resonante (2) opuesto al extremo del muelle resonante que coopera con el desplazador lineal (3), en el que el sensor (5) de variación de flujo magnético es el único medio requerido para determinar la amplitud de desplazamiento y la frecuencia de oscilación del desplazador lineal (3) del motor lineal (4).

Description

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DESCRIPCION

Sistema y metodo para controlar la carrera y el funcionamiento a la frecuencia de resonancia de un motor lineal resonante

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un sistema y un metodo para controlar la carrera de un motor lineal resonante de cualquier tipo y en particular los utilizados en sistemas de compresion de vapor utilizados en equipos de refrigeracion o bombas de calor.

Antecedentes de la invencion

Como es sabido en la tecnica y con referencia a la adjunta Figura 9, que ilustra un compresor segun el estado actual de la tecnica, los compresores alternativos de piston generan presion comprimiendo un gas dentro de un cilindro 30 a traves del movimiento axial de un piston 29, y el gas del lado de baja presion (presion de aspiracion o de evaporacion) entra al interior del cilindro a traves de una valvula de aspiracion 32, es comprimido dentro del cilindro 30 por el movimiento del piston 29 y luego sale del cilindro por una valvula de descarga 33, pasando al lado de alta presion (presion de descarga o de condensacion).

En el caso de los compresores lineales resonantes, el piston es accionado por un actuador lineal formado por un soporte 34 y unos imanes 35 (que pueden ser accionados por una o mas bobinas 36), y uno o mas muelles 38, 39 que conectan la parte movil (pistones, soportes e imanes) a la parte fija (cilindro, estator 44, bobina, culata 31 y estructura 45). Las piezas moviles y los muelles forman el conjunto resonante del compresor.

Entonces, el conjunto resonante accionado por el motor lineal tiene la funcion de desarrollar un movimiento lineal alternativo, haciendo que el movimiento del piston dentro del cilindro ejerza una accion de compresion del gas admitido por la valvula de aspiracion, hasta el punto en que pueda ser descargado en el lado de alta presion a traves de la valvula de descarga.

La amplitud de la operacion del compresor lineal es regulada por el equilibrio entre la potencia generada por el motor y la potencia consumida por el mecanismo de compresion, mas las perdidas generadas en este proceso. Para conseguir la maxima eficiencia termodinamica y la capacidad maxima de enfriamiento, es necesario que el desplazamiento maximo del piston se acerque lo mas posible al final de carrera (culata), reduciendo asf el volumen muerto de gas en el proceso de compresion.

Para que exista este proceso, es necesario conocer con gran precision la carrera del piston para evitar el riesgo de impacto del piston con el final de la carrera (culata 31), ya que este impacto puede generar desde ruido acustico y perdida de eficiencia hasta un fallo del compresor. Por lo tanto, cuanto mayor sea el error de estimacion o medida de la posicion del piston, mayor sera el coeficiente de seguridad necesario entre el desplazamiento maximo y el final de la carrera para poder operar con seguridad el compresor - lo cual conduce a una perdida de rendimiento del producto.

Sin embargo, si es necesario reducir la capacidad de refrigeracion del compresor debido a una menor necesidad del sistema de refrigeracion, es posible reducir la carrera maxima de la operacion del piston y, por consiguiente, reducir la potencia suministrada al compresor - por lo tanto, es posible controlar la capacidad del compresor de refrigeracion, obteniendose una capacidad variable.

Otra caractenstica importante de los compresores lineales resonantes es la frecuencia de excitacion. Estos sistemas estan disenados para funcionar a la frecuencia resonante de la masa o del muelle del sistema, una condicion en la que la eficiencia es maxima, donde la masa (m) es la suma de la masa de los componentes de la parte movil (piston, soporte e imanes), y la elasticidad equivalente (KT) es la suma de la elasticidad resonante del sistema (KML) y la elasticidad del gas generada por la fuerza de compresion del gas (KG), que tiene un comportamiento similar a un muelle variable y no lineal, y que depende de la presion de evaporacion y condensacion del sistema de refrigeracion y tambien del gas utilizado en el sistema.

Debido a la parte de elasticidad del gas (KG) - que es desconocida, no lineal y variable a lo largo de la operacion - no es posible calcular la frecuencia de resonancia con la precision necesaria para optimizar la eficiencia del compresor. En otra forma alternativa de ajustar la frecuencia resonante, se aplica una variacion de la frecuencia de excitacion hasta que llegue al punto de potencia maxima para una corriente constante. Este metodo es simple y facil de implementar, pero su inconveniente reside en que es necesario alterar el sistema periodicamente para detectar la frecuencia resonante.

Cuando el sistema opera a frecuencia resonante, la corriente del motor esta en cuadratura con el desplazamiento, o la corriente del motor esta en fase con la fuerza contraelectromotriz (FCEM) del motor, ya que la FCEM es proporcional a la derivada del desplazamiento. Este metodo es mas preciso, pero requiere la medicion de la fase de

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la corriente y la fase de desplazamiento o de la FCEM, con la desventaja de requerir la instalacion de sensores de posicion o velocidad.

Una construccion alternativa para el compresor lineal resonante es la propuesta en la solicitud de patente PI 0601645-6 cuyo objetivo es reducir la vibracion del compresor y tambien el tamano y el peso, en cuya construccion el piston esta conectado al actuador por el muelle resonante generando dos partes moviles en relacion con la estructura del compresor, lo que aumenta la dificultad de controlar el motor mecanico debido a la necesidad de monitorizar y controlar dos partes moviles. Sin embargo, tambien en este compresor con dos partes moviles es necesario monitorizar la fase de la velocidad del actuador en relacion con la fase de la corriente y la carrera maxima del piston.

Otras soluciones propuestas para obtener la carrera del compresor implican el uso de sensores de posicion, tales como los descritos en los siguientes documentos:

• PI 0001404-4 (EMBRACO) - describe un sensor de impulsion, que tiene las desventajas de la dificultad de aislamiento y el ruido del contacto electrico;

• PI 0203724-6 (EMBRACO) - describe un sensor inductivo montado en la placa de valvulas, lo que permite medir la distancia piston/placa directamente encima del piston. Es una solucion de alta precision, pero requiere un espacio para instalar el sensor en la placa de valvulas y, por otra parte, tiene un mayor coste y requiere una calibracion precisa;

• PI 0301969-1 (EMBRACO) - proporciona el uso de un sensor PZT, que opera similar a un acelerometro; tiene una buena sensibilidad para la deteccion de impacto, pero tiene un mayor error en la medicion de la posicion;

• PI 0704947-1 y PI 0705049-6 (ambos de EMBRACO) - proporciona una bobina instalada dentro del motor para controlar el movimiento del iman del actuador lineal; necesita un tiempo sin corriente en el motor, en la region de medicion de la carrera maxima, lo cual limita por tanto la potencia maxima y la flexibilidad de control del equipo.

• US 5.897.296 (Matsushita) y JP 1.336.661 (Sanyo) - usa sensor, convertidor A/D y senal discreta/digital, y luego interpola para determinar la maxima posicion adelantada del piston. Con esta solucion, es posible lograr un alto grado de precision, pero la medicion no se realiza en el lugar de interes (distancia piston/placa), por lo que existe la necesidad de considerar las tolerancias de la posicion de montaje del transductor y la posible necesidad de calibracion. Tambien tiene el inconveniente de presentar un alto costo;

• US 5.897.296 (Matsushita) - realiza el control con sensor de posicion, presenta la posible necesidad de calibracion y alto costo.

Todas las soluciones anteriores han sido desarrolladas para un sistema con una parte movil y usando el sensor de posicion y por lo tanto no son adecuadas para el compresor con dos partes moviles.

Otras soluciones que no utilizan el sensor de posicion se describen en los documentos:

• US 5.342.176, US 5.496.153, US 4.642.547 (Sunpower) y US 6.176.683, KR 96-79125 y KR 96-15062 (LG) - Llevan a cabo el calculo de la velocidad a partir de la ecuacion electrica, y con la velocidad se calcula la carrera; este metodo no es exacto porque considera la dinamica del compresor y no estima la compensacion de la carrera;

• WO 00079671 (F & P) - el lfmite de funcionamiento se calcula a partir de una tabla entre la frecuencia de resonancia y la temperatura de evaporacion; como desventaja, este metodo no tiene una buena precision y requiere un sensor de temperatura o presion.

• WO 03044365 (F & P) - el lfmite de funcionamiento se obtiene detectando el impacto y variando la frecuencia de resonancia del compresor, este metodo tiene la desventaja de generar ruido acustico y oscilacion de la carrera a maxima capacidad.

Las anteriores soluciones sin sensor de posicion tambien han sido disenadas para un sistema con una parte movil, y por lo tanto no son adecuadas para el compresor con dos partes moviles.

Las soluciones al problema de la frecuencia de excitacion estan sugeridas en los documentos indicados a continuacion:

• WO 00079671A1 (F & P) - utiliza la deteccion de la fuerza contraelectromotriz del motor para ajustar la frecuencia de resonancia. Esta tecnica tiene la desventaja de necesitar un tiempo mmimo sin corriente para detectar el cruce por cero de la FCEM; afectando asf a la maxima potencia y la eficiencia por la distorsion de la forma de onda de la corriente.

• US 5.897.296 (Matsushita) - Control con sensor de posicion y control de frecuencia para minimizar la corriente. Esta tecnica tiene la desventaja de tener que perturbar el sistema periodicamente para ajustar la frecuencia de excitacion - lo que puede perjudicar el rendimiento del producto.

• US 6832898 (Matsushita) - Control de la frecuencia de operacion por la potencia maxima para una corriente constante. Esta tecnica utiliza el mismo principio de la cita anterior, por lo que tiene la misma desventaja de tener que perturbar el sistema periodicamente.

• US 5.980.211 (Sanyo) - Control con sensor y control de frecuencia por la fase con la posicion. Este metodo tiene la desventaja de necesitar un sensor de posicion.

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En resumen, en el estado actual de la tecnica, es necesario usar dos sensores de posicion para controlar el compresor con dos partes moviles, y no se han desarrollado tecnicas de control sin sensores para este tipo de compresor.

Objetivos de la invencion

Es por lo tanto un objetivo de la presente invencion proporcionar un metodo y un dispositivo para controlar un actuador lineal resonante con dos partes moviles que permita el uso de un unico sensor para controlar simultaneamente la amplitud de la carrera de operacion de una parte movil (que esta acoplada a un desplazador lineal a traves de un muelle resonante) y la frecuencia de operacion del desplazador (que es la otra parte movil) en fase con la corriente aplicada al motor del actuador lineal, resultando en un accionamiento que permite el funcionamiento de este sistema a la frecuencia de resonancia mecanica.

Ademas, se debe aclarar que uno de los objetivos de la presente invencion es proporcionar un metodo y un aparato para controlar un actuador lineal resonante cuyo sensor realiza la deteccion de movimiento del piston del equipo y no de su desplazador lineal - como ocurre en las tecnicas similares conocidas en el estado actual de la tecnica.

Sumario de la invencion

Los objetivos anteriores se alcanzan por medio de un sistema de control de la carrera y el funcionamiento a frecuencia de resonancia de un motor lineal resonante, y comprendiendo dicho motor lineal un estator y un desplazador lineal, siendo cooperante el motor con un muelle resonante que es accionado por el desplazador lineal en uno de los extremos, siendo el extremo opuesto cooperante con el elemento de accionamiento mecanico, comprendiendo dicho sistema: un sensor de variacion de flujo magnetico que coopera con el muelle resonante, en el que el sensor de variacion de flujo magnetico se compone de una parte fija y una parte movil, y una porcion movil acoplada al extremo del muelle resonante opuesto al extremo que coopera con el desplazador lineal, y medios para permitir que un sensor de variacion de flujo magnetico sea el unico medio necesario para determinar la amplitud de desplazamiento y la frecuencia de oscilacion de un desplazador de motor lineal.

Preferiblemente, el sensor de variacion de flujo magnetico comprende una bobina soportada por una base soporte y un iman que coopera con la bobina, y dicho iman genera una tension inducida en la bobina.

Tambien de acuerdo con una realizacion preferida de la invencion, la parte movil del sensor de variacion de flujo magnetico comprende un iman unido a uno de los extremos de una varilla cuyo extremo opuesto esta fijado a un medio de sujecion que interconecta el muelle resonante con el elemento de accionamiento mecanico.

El sistema de la presente invencion tambien puede efectuar el control de la carrera del elemento de funcionamiento mecanico usando la senal del sensor de variacion del flujo magnetico inducido, y el elemento de accionamiento puede ser un piston.

La presente invencion tambien contempla un metodo para controlar la carrera y el funcionamiento a frecuencia resonante de un motor lineal resonante, que comprende efectuar las siguientes etapas:

- generacion por el desplazador lineal de una fuerza sobre el extremo del muelle resonante con el que coopera el desplazador lineal, de modo que cuando el muelle resonante tenga desplazado en una direccion el extremo que coopera con el desplazador lineal, su extremo opuesto se mueva hacia la direccion opuesta;

- recibir la senal de un sensor de variacion de flujo magnetico que tiene su parte movil acoplada al muelle resonante en el extremo opuesto del desplazador lineal;

- efectuar la lectura de la corriente del motor lineal;

- controlar el funcionamiento a frecuencia resonante mecanica a partir de la senal generada por el sensor de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal;

- controlar la carrera del actuador lineal a partir de la senal generada por el sensor de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal, controlando simultaneamente el funcionamiento a frecuencia resonante mecanica;

Comprendiendo este metodo de control una evaluacion del retraso entre la senal del sensor de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal.

Dicho metodo de control, basado en la evaluacion del retraso de las senales del sensor de variacion de flujo magnetico y de la corriente del motor lineal, puede tambien comprender la variacion de la frecuencia de accionamiento de la corriente del motor lineal hasta que la senal del sensor de variacion de flujo magnetico se ponga en fase con la senal de la corriente del motor lineal - de preferencia, hasta que las senales esten idealmente retrasadas 0 o 180 grados, o cerca de estos valores.

Este metodo tambien se caracteriza por el hecho de que, de acuerdo con una ley de ajuste, realimenta informacion a la frecuencia de funcionamiento para ajustar la informacion de la carrera a varias frecuencias de funcionamiento, ya que cambiando la frecuencia de funcionamiento por medios de control se puede realimentar el sistema y alcanzar

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una nueva informacion de carrera sobre la anterior corrigiendo el tiempo de oscilacion.

El metodo de control tambien puede comprender la generacion de una senal digital que esta relacionada con el desplazamiento de la fase electrica entre la senal del sensor de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal, o el uso de procesadores con una alta tasa de adquisicion y de conversion analogico-digital para establecer referencias de comparacion de las fases, o cualquier otro medio para evaluar el desplazamiento de la fase electrica entre la senal de un sensor de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal.

Breve descripcion de los dibujos

La presente invencion sera descrita a continuacion mas detalladamente basandose en los dibujos. Las figuras muestran:

Figura 1 - un ejemplo de una construccion mecanica de un dispositivo de accionamiento lineal de acuerdo con la solicitud de patente PI 0601645-6, en la que el elemento de accionamiento mecanico de interes es una parte movil acoplada a traves de un muelle resonante a un desplazador lineal que es otra parte movil del conjunto. Figura 2 - una imagen en seccion de un ejemplo de sensor de variacion del flujo magnetico como el propuesto en la solicitud de patente presentada el 06.06.2011 con el numero de protocolo n ° 018110021310, y por el que se puede hacer el control de la resonancia y la carrera de una construccion de un actuador lineal de acuerdo con la Figura 1.

Figura 3 - un diagrama de bloques del sistema de control de carrera y resonancia construido de acuerdo con una realizacion preferida de la presente invencion.

Figura 4 - un ejemplo de un algoritmo para controlar la carrera y la resonancia de un actuador lineal como se muestra en Figura 1.

Figura 5 - un ejemplo de realizacion de un circuito para analizar el retardo entre las senales de corriente del sensor de variacion de flujo magnetico.

Figura 6 - un grafico que ilustra las formas de onda tfpicas de la corriente del motor del actuador lineal y del sensor de variacion de flujo magnetico operando fuera de la frecuencia resonante en la misma base de tiempo. Figura 7 - un grafico que ilustra las formas de onda tfpicas de la corriente del motor del actuador lineal y del sensor de variacion de flujo magnetico operando a la frecuencia resonante en la misma base de tiempo.

Figura 8 - un ejemplo grafico de la actuacion del ejemplo de realizacion del circuito para el analisis del retardo de las senales mostradas en la Figura 5 junto con las formas de onda mostradas en la Figura 7.

Figura 9 - una seccion transversal de un compresor lineal del estado actual de la tecnica, que permite la visualizacion detallada de todos sus componentes internos.

Descripcion detallada de la invencion

El sistema y el metodo propuestos en este documento tienen caracter novedoso e inventivo cuando se aplican a una construccion de motor lineal resonante como se describe en la solicitud de patente PI 0601645-6, que ha demostrado ser muy ventajosa - ya que en este tipo de construccion (mostrado en la Figura 1 adjunta) el piston 1 o elemento de accionamiento mecanico de interes esta acoplado a un muelle resonante 2 que esta acoplado al desplazador 3 del motor lineal 4, formando dos partes moviles que oscilan a la misma frecuencia, mostrando un retardo exacto o casi exacto de 180° entre los movimientos.

La invencion utiliza un sensor 5 de variacion de flujo magnetico, como el propuesto en otra solicitud de patente del titular (presentada el 06.06.2011 con el numero de protocolo 018110021310), como unico medio para determinar simultaneamente la amplitud de desplazamiento y la frecuencia de oscilacion del desplazador, usando la caractenstica del tipo de construccion aplicable, lo que se traduce en un elemento de control eficaz - ya que permite a la vez el control de la carrera exacta de oscilacion de una parte movil que no tiene ningun acoplamiento directo con la parte movil del motor, y por lo tanto permite que la parte movil del motor funcione en el punto de resonancia mecanica.

Ademas, una de las ventajas de la invencion propuesta en el presente documento se traduce por el uso del sensor 5 de variacion de flujo acoplado al elemento de accionamiento 1, que es el mismo sensor que se puede utilizar tambien para detectar impactos, ya que esta acoplado ngidamente a la parte movil impactada. Esta tecnica se puede ver en dicha solicitud de patente 018110021310 anteriormente citada en esta memoria descriptiva.

El sensor 5 de variacion de flujo magnetico tiene, de hecho, como salida directa, una senal proporcional a la velocidad del eje del actuador. La construccion de interes que se menciona en la solicitud 018110021310 tiene un pequeno iman 6 acoplado al elemento final 1 de interes y una bobina fija 7 que, a traves de la ley de induccion magnetica de Faraday-Lenz, se excita, produciendo una senal electrica. Operando a una frecuencia fija conocida, se tiene que la senal de velocidad es directamente proporcional a la carrera, ya que su amplitud depende de tres parametros: la duracion de oscilacion y la induccion del iman (que son fijas) y la amplitud de oscilacion (que es variable).

Cambiando la frecuencia de operacion por medios de control, se puede realimentar el sistema y alcanzar una nueva

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informacion de carrera sobre la anterior, corrigiendo el tiempo de oscilacion.

Ademas, a partir de las ensenanzas anteriores a la invencion, es sabido que el funcionamiento optimo de este tipo de motor se produce en el punto de resonancia mecanica, y que se puede comprobar cuando esta la corriente del motor circulando en fase con la fuerza contraelectromotriz generada en el motor 4 - que esta en cuadratura con la posicion del desplazador 3 o en fase con la velocidad del mismo.

La actuacion de control es efectuada por un sistema de control 8 y, por tanto, la estrategia es la lectura de la senal de salida inducida en la medicion de la amplitud de esta senal, y comparar la misma senal en el tiempo con la senal de corriente del motor. Mediante la lectura y la interpretacion de estas senales, el resultado del sistema de control 8 es la variacion de la frecuencia de la corriente de excitacion por el sistema de control hasta el punto de operacion, en donde las dos senales estan en fase.

El sistema y el metodo de control de acuerdo con la presente invencion se aplican por tanto ventajosamente a un actuador lineal, de acuerdo con la Figura 1, que comprende un motor lineal 4 que a su vez consta de un estator 9 y un desplazador lineal 3. Este desplazador lineal 3 esta acoplado a un muelle resonante 2 por un medio de fijacion 10. Este muelle resonante 2, segun se describe en la solicitud de patente PI 0601645-6, tiene un punto de fijacion central 29 y puede estar sujeto por otro tipo de muelle o cualquier otro elemento similar.

Este muelle resonante 2 se mueve debido a la fuerza generada por el motor lineal 4 a traves del acoplamiento mencionado anteriormente y, gracias a su construccion, los extremos de este muelle resonante 2 se mueven en oposicion de fase. Es decir, cuando el motor 4 empuja el muelle 2 hacia la derecha, considerando la direccion en la Figura 1 mostrada, el extremo opuesto se mueve hacia la izquierda llevando con el el elemento de accionamiento de interes que, en el caso de la Figura 1, se compone de un piston 1 que esta sujeto al muelle resonante 2 por los medios de fijacion 12.

Un eje 13, que sirve como base para un iman 6, esta acoplado por su extremo al piston 1 o a su elemento de fijacion 12 que aparece en la Figura 1 de forma simplificada - aunque puede ser mas complejo. El iman 6 se mueve en la misma fase del piston 1 y proximalmente a una bobina 7, soportada por una base o soporte 14, que induce un voltaje electrico por la Ley de Induccion de Faraday-Lenz.

Todo este conjunto que incluye la varilla 13, el iman 6, la bobina 7 y el soporte 14 mencionados esta representado en una posible forma constructiva - y objeto de la solicitud de patente presentada el 06/06/2011 con el numero de protocolo 018110021310 - en la Figura 2, identificado como sensor 5 de variacion de flujo magnetico, y los elementos de este sensor estan identificados por los mismos numeros de referencia anteriormente mencionados para facilitar la comprension de sus elementos constitutivos.

La senal generada en la bobina 7 del sensor 5 de variacion de flujo es, por lo tanto, proporcional a la variacion de flujo magnetico que concatena el mismo. En las Figuras 6 y 7 se muestran las formas de onda de la senal, indicadas respectivamente por 19 y 21. Los puntos del maximo de la senal son los puntos en los que el iman 6 del sensor 5 tiene una velocidad mayor - como consecuencia, en los que el piston 1 tiene una velocidad mayor - y los cruces por cero representan los puntos muertos superior e inferior, es decir, el final de la carrera del muelle resonante 2.

El sistema de control 8 mostrado en la Figura 3 recibe esta senal desde el sensor 5 de variacion de flujo magnetico ilustrado en la misma figura. El mismo sistema de control 8 lee la corriente del motor lineal 4, tambien mostrado en la Figura 3. La senal de corriente lefda por el sistema de control 8 tambien se muestra en las Figuras 6 y 7.

A partir de estas dos senales recibidas por el sistema de control 8 y de una posible realizacion (pero no la unica) del circuito mostrado en la Figura 4, es posible generar una senal digital que este relacionada con el desplazamiento de la fase electrica entre la senal de sensor inducida y la senal de corriente del motor.

Refiriendose a la Figura 5, esta realizacion tiene algunas ventajas, por ejemplo, para proporcionar senales digitales de forma inequvoca por el desplazamiento entre el nivel analogico y uno logico. Una minima variacion entre las referencias de comparacion permite crear senales asimetricas para facilitar aun mas la generacion de la senal de comparacion.

Paralelamente a esta tecnica, pueden utilizarse otras, por ejemplo, la utilizacion de procesadores con una alta tasa de adquisicion y conversion analogico-digital o convertidores dedicados, y la lectura directa de las senales para establecer referencias para la comparacion de las fases. Las posibles tecnicas no se limitan a estas, y todas ellas tienen el mismo proposito - que es evaluar el desplazamiento de la fase electrica entre las dos senales.

Para ejemplificar adicionalmente el metodo de control de la resonancia, las Figuras 6 y 7 muestran dos situaciones de funcionamiento del actuador lineal con caractensticas que justifican la solicitud de patente. En la Figura 6 se observa facilmente que la senal 20 de corriente y la senal 19 del sensor de variacion de flujo estan retrasadas electricamente, identificando que los cruces por cero de ambas senales periodicas, que estan en la misma base de tiempo, se producen en diferentes momentos. Esto significa que en este punto el actuador lineal esta operando a

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una frecuencia diferente de la frecuencia resonante y que por lo tanto no opera en la region de maxima eficiencia.

En la Figura 7, las mismas senales 20 de corriente y 19 del sensor de variacion de flujo se presentan en fase electrica como resultado de la accion de control del sistema de control 8. Como ejemplo del metodo de control y, basandose en la realizacion del circuito mostrado en la Figura 5, la Figura 8 muestra graficamente las cantidades de interes que se usan dentro del algoritmo de control de carrera y resonancia que se muestra en la Figura 4.

En la Figura 8 (y tambien en la Figura 5) se puede observar la forma de onda de la senal de salida 47 del comparador de corriente 25 del motor y, similarmente, de la senal de salida 46 del comparador de senal del sensor 26 cuando el actuador opera en resonancia.

Estas senales, que tienen cierta asimetna entre sf, con el proposito de mejorar el proceso de revision, son todo el tiempo comparadas de nuevo por otro comparador 27 que genera una nueva senal pulsada en la que reside el nivel logico. Estos pulsos son analizados por un procesador 28 del sistema de control que busca centralizar el mismo resultado final. Una vez centralizados estos pulsos, se alcanza la frecuencia de resonancia. Las flechas 48 y 49 representan graficamente como se produce el fenomeno, es decir, una de las senales es adelantada o retrasada con respecto a la otra hasta que queden centradas.

El sistema de control 8 tiene pues la accion principal en el motor lineal 4 para variar la frecuencia de la corriente de excitacion del motor 4, de acuerdo con una ley de control predeterminada, a fin de adelantar o retrasar la senal del sensor 5 de variacion de flujo y ponerla en fase con la senal 25 de corriente.

Como ya se ha mencionado, la presente invencion es ventajosa en este tipo de construccion, ya que permite controlar con precision el desplazamiento del elemento de accionamiento mecanico de interes, en este caso un piston 1, ya que el componente variable del sensor 5 de variacion de flujo esta acoplado ngidamente al mismo piston 1 por medio de una varilla 13.

Este control de la carrera, como se informo anteriormente, se logra por analisis directo del sensor 5 de variacion de flujo por parte del sistema de control 8. La amplitud de esta senal da una informacion indirecta, pero proporcional y exacta de la amplitud de la carrera para una frecuencia fija. Como la senal es proporcional a la variacion del flujo, esto significa que el pico de la senal se mide proporcionalmente a la velocidad maxima de oscilacion del sensor; asf que, para un mismo tiempo de oscilacion la velocidad maxima solo puede aumentar si aumento la distancia recorrida, lo que significa que el desplazamiento del piston 46 (vease la Figura 8) ha aumentado.

Sin embargo, esta amplitud es variable en funcion de la misma carrera si la frecuencia vana, porque entre ella y la misma carrera habra un tiempo diferente para completar un mismo desplazamiento. Puesto que el muelle trabaja en una region de operacion elastica, por lo tanto lineal, y la activacion se produce con muy pequenas variaciones de frecuencia ya que la frecuencia resonante depende mas de las caractensticas constructivas del muelle que de la carga y la masa que lo acciona, se puede deducir facilmente una ley de ajuste y la retroalimentacion de control para una normalizacion de esta senal y, a continuacion, operar con una magnitud que corresponda efectivamente a la carrera del piston.

Se puede concluir de lo anterior que la presente invencion proporciona un metodo y un sistema que permite un control eficaz y concomitante de la carrera y la resonancia de un actuador lineal del tipo de la solicitud de patente PI 0601645-6 usando el sensor de la solicitud de patente de protocolo 018110021310.

Por lo tanto, otro merito de esta invencion es el hecho de que todos los beneficios de la solicitud de patente presentada el 06.06.2011 con el numero de protocolo 018110021310, que se refiere a la deteccion de impacto, se pueden aplicar de manera efectiva a un producto real y tendnan como gran ventaja el uso de un solo sensor. Por lo tanto, un producto que utiliza los beneficios de esta solicitud de patente y de la solicitud de patente de protocolo 018110021310, tendna el control de carrera, el funcionamiento en resonancia y la deteccion de impacto obtenidos a partir de un unico sensor de variacion de flujo en un actuador lineal de la solicitud de patente presentada el 06.06.2011 con el numero de protocolo 018110021310.

Es de destacar que, aunque se han mostrado unas formas constructivas preferidas de la presente invencion, se entiende que un tecnico experto en la materia puede hacer eventuales omisiones, sustituciones y alteraciones constructivas, sin apartarse del esprntu y alcance de proteccion requerido. Tambien se afirma expresamente que todas las combinaciones de los elementos que efectuen la misma funcion, sustancialmente de la misma manera, para lograr los mismos resultados estan dentro del alcance de la invencion. Las sustituciones de elementos de una realizacion descrita por otros tambien estan totalmente previstas y contempladas.

No obstante, debe entenderse que la descripcion dada en base a las figuras anteriores se refiere unicamente a algunas de las posibles realizaciones para el sistema de la presente invencion, y que el alcance real de la presente invencion esta expuesto en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Un compresor alternativo que tiene un motor lineal (4) que comprende un estator (9) y un desplazador lineal (3), cooperando el motor (4) con un muelle resonante (2) que es accionado por el desplazador lineal (3) en uno de los extremos del muelle resonante, con el extremo opuesto del muelle resonante cooperando con el elemento de accionamiento mecanico (1), comprendiendo adicionalmente el compresor un sistema de control de carrera y de operacion a frecuencia resonante, estando el compresor caracterizado por que dicho sistema comprende:

un sensor (5) de variacion de flujo magnetico que coopera con el muelle resonante (2) y dicho sensor (5) de variacion de flujo magnetico que comprende una parte fija (7) y una parte movil (6), la parte movil (6) acoplada al extremo del muelle resonante (2) opuesto al extremo del muelle resonante que coopera con el desplazador lineal

(3),

en el que el sensor (5) de variacion de flujo magnetico es el unico medio requerido para determinar la amplitud de desplazamiento y la frecuencia de oscilacion del desplazador lineal (3) del motor lineal (4).
2. El compresor de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el sensor (5) de variacion de flujo magnetico comprende una bobina (7) soportada por una base soporte (14) y un iman (6) que coopera con la bobina (7), en el que dicho iman (6) genera una tension inducida en la bobina (7).
3. El compresor de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que la parte movil del sensor (5) de variacion de flujo magnetico comprende un iman (6) integral con un extremo de una varilla (13) cuyo extremo opuesto esta fijado a un medio de fijacion (12) que conecta el muelle resonante (2) con el elemento de accionamiento mecanico (1).
4. El compresor de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por efectuar el control de la carrera del elemento de accionamiento mecanico (1) usando la senal del sensor (5) de variacion del flujo magnetico inducido.
5. El compresor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el elemento de accionamiento mecanico (1) comprende un piston.
6. Metodo para el control de la carrera y la operacion a la frecuencia resonante de un motor lineal resonante, comprendiendo dicho motor lineal (4) un estator (9) y un desplazador lineal (3), cooperando el motor (4) con un muelle resonante (2) que es accionado por el desplazador lineal (3) en uno de los extremos del muelle resonante, que tiene el extremo opuesto del muelle resonante cooperando con un elemento de accionamiento mecanico (1), caracterizado por comprender la realizacion de las siguientes etapas:

- generar, por parte de dicho desplazador lineal (3), una fuerza sobre el extremo del muelle resonante (2) con el que coopera el desplazador lineal (3), de manera que cuando el muelle resonante (2) tiene el extremo que coopera con el desplazador lineal (3) desplazado en una direccion, su extremo opuesto se mueve en la direccion opuesta;

- recibir la senal de un sensor (5) de variacion de flujo magnetico que comprende una parte fija (7) y una parte movil (6), teniendo la parte movil (6) acoplada al muelle resonante (2) en el extremo opuesto al desplazador lineal

(3);

- efectuar la lectura de la corriente del motor lineal (4);

- controlar la operacion de la frecuencia de resonancia mecanica a partir de la senal generada por el sensor (5) de variacion de flujo magnetico y de la senal de corriente del motor lineal (4);

- controlar la carrera del actuador lineal a partir de la senal generada por el sensor (5) de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal (4) simultaneamente al control de la operacion a la frecuencia de resonancia mecanica.
7. Metodo de control de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que comprende, ademas, una evaluacion del retardo entre la senal del sensor (5) de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal (4).
8. Metodo de control de acuerdo con las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado por que a partir de la evaluacion del retardo de las senales del sensor (5) de variacion de flujo magnetico y de la corriente del motor lineal (4) esta comprendida la variacion de la frecuencia de la corriente del motor lineal (4) hasta que la senal del cambio de variacion del sensor (5) de variacion de flujo magnetico se encuentre en fase con la senal de corriente del motor lineal (4).
9. Metodo de control de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que comprende la variacion de la frecuencia de excitacion de la corriente del motor lineal (4) hasta que las senales esten retrasadas 0 o 180 grados, o cerca de estos valores.
10. Metodo de control de acuerdo con las reivindicaciones 6, 7 y 8, caracterizado por que, de acuerdo con una ley de ajuste, realimenta informacion de la frecuencia de operacion para ajustar la informacion de la carrera para diversas frecuencias de operacion.
11. Metodo de control de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que comprende la generacion de una senal digital que esta relacionada con el desplazamiento de fase de la fase electrica entre la senal (5) del sensor de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal (4).

5 12. Metodo de control de acuerdo con la reivindicacion 6, caracterizado por que comprende medios para evaluar el

desplazamiento de la fase electrica entre la senal de un sensor (5) de variacion de flujo magnetico y la senal de corriente del motor lineal (4).