ITCO20120027A1 - Attuatore elettromagnetico e dispositivo di conservazione d¿inerzia per un compressore alternativo - Google Patents

Description

TITLE / TITOLO

ELECTROMAGNETIC ACTUATOR AND INERTIA CONSERVATION DEVICE FOR A RECIPROCATI NG COMPRESSOR / ATTUATORE ELETTROMAGNETICO E DISPOSITIVO DI CONSERVAZIONE D'INERZIA PER UN COMPRESSORE ALTERNATIVO

DESCRIZIONE DETTAGLIATA PRECEDENTI DELL'INVENZIONE

L'oggetto di seguito divulgato riguarda i compressori di gas. Più particolarmente, l'oggetto di seguito divulgato riguarda compressori alternativi di gas aventi una funzione di conservazione d'inerzia.

I compressori di gas possono essere classificati a grandi linee come compressori volumetrici o dinamici. I compressori di tipo volumetrico incrementando la pressione del gas riducendo il volume occupato dal gas. I compressori di gas volumetrici operando confinando una quantità fissa di gas in una camera di compressione, riducendo meccanicamente il volume occupato dal gas comprimendo perciò il gas, e trasferendo il gas compresso in una rete di distribuzione. L'incremento della pressione del gas corrisponde alla riduzione di volume dello spazio occupato dalla quantità di gas. Come viene utilizzato nel presente documento, il termine gas include sostanze allo stato gassoso, sostanze allo stato liquido, e miscele composte da sostanze aventi uno stato liquido e uno stato gassoso.

I compressori volumetrici riducono meccanicamente il volume occupato dal gas utilizzando un pistone a moto alternativo oppure un componente rotatorio. I compressori alternativi comprimono successivamente volumi di gas azionando ripetutamente un pistone di compressione in una camera di compressione in una prima direzione, ritirando il pistone dalla camera di compressione in una seconda direzione, e consentendo a un volume di gas di essere compresso per occupare la camera. Ogni volta che il pistone si muove nella camera di compressione, esso spazza una porzione della camera riducendo perciò il volume della camera occupato dal gas e incrementando la pressione al suo interno. Il gas compresso esce quindi dalla camera, il pistone si ritira dalla camera, e una seconda carica di gas entra nella camera per un successivo movimento alternativo del pistone.

I compressori alternativi possono essere ad azione singola oppure a doppia azione. I compressori ad azione singola, come descritto precedentemente, effettuano la compressione soltanto quando azionano il pistone nella prima direzione. I compressori a doppia azione includono camere di compressione associate con la faccia anteriore e la faccia posteriore del pistone di compressione, effettuando perciò la compressione con il movimento del pistone sia nella prima, sia nella seconda direzione.

I compressori alternativi possono anche essere monostadio oppure multistadio. Nei compressori monostadio, il compressore comprime il volume di gas in una singola operazione meccanica - come nel primo movimento del pistone descritto precedentemente. Nei compressori multistadio, il compressore comprime il volume di gas in più di una operazione meccanica - come comprimendo il gas con la faccia anteriore del pistone nel primo movimento descritto precedentemente, trasferendo il gas compresso alla camera associata con la faccia posteriore del pistone, e comprimendo ulteriormente il gas con la faccia posteriore del pistone nel secondo movimento descritto precedentemente. Ancora altri compressori multistadio includono una pluralità di pistoni di compressione predisposti per comprimere il gas con una pluralità di operazioni di compressione.

I compressori alternativi che utilizzano pistoni per la compressione presentano numerosi svantaggi. Per esempio, le forze inerziali associate con i componenti a moto alternativo sono elevate nei compressori muniti di pistoni. Durante i successivi movimenti alternativi, l'azionamento del compressore accelera il pistone in una direzione, lo ferma, e quindi lo accelera nella direzione opposta. Quanto più elevata è la massa del gruppo pistone, tanto maggiore è la forza che l'azionamento deve erogare per accelerare e decelerare il gruppo. E poiché l'energia cinetica del gruppo viene generalmente dissipata (e non conservata) alla fine della corsa, il compressore è intrinsecamente meno efficiente. Tale perdita di energia può essere particolarmente grave nei compressori aventi corse comparativamente brevi, laddove i carichi inerziali associati con l'accelerazione del gruppo pistone costituiscono il carico massimo imposto sul gruppo di azionamento. Di conseguenza, la maggior parte della forza prodotta dall'azionamento del compressore non viene impiegata per comprimere il gas, ma piuttosto per accelerare successivamente il gruppo pistone. Nelle applicazioni di gas naturale ad alta pressione, i compressori sono generalmente azionati in maniera rotatoria. Gli azionamenti rotatori, a loro volta, hanno una connessione meccanica tra l'azionamento rotante e il pistone che converte la rotazione dell'albero dell'azionamento nella traslazione lineare del pistone -tipicamente tramite l'uso di una biella. Le bielle limitano l'operazione di compressione di modo che la porzione della camera di compressione spazzata dal pistone sia costante. Quindi, al fine di variare il volume di gas compresso senza alterare la velocità dell'albero del azionamento, i compressori muniti di pistoni includono undispositivo di turndown. Il dispositivo di turndown altera il volume della camera di compressione in misura pari al volume della camera entro cui il pistone compie il suo movimento alternativo - alterando perciò la compressione che il gas subisce nella camera durante ciascuna corsa. I dispositivi di turndown presentano dei loro svantaggi, come il fatto di richiedere lunghe regolazioni nonché di rendere necessario che il compressore venga posto fuori linea in modo da consentire a un operatore di azionare fisicamente una manovella per modificare il volume della camera di compressione.

Un'alternativa che fornisce un compressore a capacità regolabile è un compressore azionato da un motore elettrico lineare. Un simile compressore stato proposto nel documento Advanced Reciprocating Compression Technology Final Report (Relazione finale sulla tecnologia avanzata di compressione a moto alternativo), Progetto SwRI N. 18.11052 redatto nell'ambito dell'iniziativa DOE Award N. DE-FC26-04NT42269, Deffenbaugh et al. (di seguito, la "relazione ARCT”), datato dicembre 2005. Tuttavia, come si conclude nella relazione ARCT, sebbene un motore elettrico lineare possa essere utilizzato per azionare un compressore alternativo, La tecnologia attuale dei motori elettrici lineari limitata di compressione di a cilindri di diametro minore, operanti a velocità minori e con lunghezze della corsa relativamente lunghe - a 20 pertanto minore capacità ed essendo inadatti per i sistemi convenzionali di distribuzione del gas naturale. Queste limitazioni sono dovute in parte alla limitata quantità di forza ottenibili attraverso l'esistente tecnologia dei motori elettrici lineari e in parte dovute ai suddetti requisiti di carico inerziale del carico delle bielle.

Conseguentemente, esiste l'esigenza di un compressore alternativo, laddove il requisito di forza di azionamento sia determinato dalla forza richiesta per comprimere il gas nella camera di compressione piuttosto che dalla forza inerziale richiesta per accelerare il pistone di compressione. Esiste inoltre l'esigenza di un compressore alternativo avente un diametro di alesaggio elevato con un requisito di forza di azionamento associato che rientri nelle capacità della esistente tecnologia dei motori elettrici lineari. Infine, esiste l'esigenza di un compressore alternativo avente una lunghezza della corsa ridotta con un requisito di forza di azionamento associato che rientri nelle capacità della esistente tecnologia dei motori elettrici lineari.

BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Varie altre caratteristiche, obiettivi e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti a coloro che sono esperti nella tecnica dai disegni allegati e dalla descrizione dettagliata dei medesimi.

In una realizzazione, viene fornito un compressore alternativo. Il compressore alternativo comprende un pistone disposto alternativamente nel cilindro compressione; un gruppo traslabile connesso al pistone; un azionamento elettromagnetico avente uno statore fisso e un'anima collegata al gruppo traslabile, laddove l'azionamento è configurato per azionare alternativamente il gruppo traslabile nella camera di compressione; e un accumulatore collegato al gruppo traslabile, laddove l'accumulatore è configurato per immagazzinare l'energia cinetica residente nel moto di un movimento del gruppo traslabile in una prima direzione, laddove l'accumulatore è configurato per impartire l'energia cinetica residente nel moto di un movimento del gruppo traslabile in una seconda direzione.

In un'altra realizzazione, viene fornito un metodo di utilizzo per moto alternativo comprendente un gruppo traslabile, un accumulatore collegato al gruppo traslabile, e un azionamento elettromagnetico collegato al gruppo traslabile. II metodo comprende accelerare il gruppo traslabile in una prima direzione di movimento applicando una forza a un gruppo traslabile con l'azionamento elettromagnetico; decelerare il gruppo traslabile nella prima direzione di movimento immagazzinando l'energia cinetica residente nel gruppo traslabile nell'accumulatore; e accelerare il gruppo traslabile in una seconda direzione di movimento generando forza dall'energia immagazzinata nell'accumulatore.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Queste e altre caratteristiche, aspetti e vantaggi della presente invenzione saranno meglio compresi leggendo la seguente descrizione dettagliata, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui caratteri simili rappresentano parti simili in tutti i disegni, laddove:

La FIG. 1 mostra un compressore alternativo della tecnica anteriore configurato per essere azionato elettromagneticamente mediante un motore elettrico lineare, essendo il compressore predisposto in una posizione di punto morto inferiore;

la FIG. 2 mostra il compressore della FIG. 1 , essendo il compressore ulteriormente predisposto in una posizione di punto morto superiore;

la FIG. 3 mostra il compressore della FIG. 1 e le forze che influiscono sul gruppo traslabile nel corso del movimento dal punto morto inferiore al punto morto superiore; la FIG. 4 mostra il compressore della FIG. 1 e le forze che influiscono sul gruppo traslabile nel corso del movimento dal punto morto superiore al punto morto inferiore; la FIG. 5 mostra il compressore della FIG. 1 , laddove la camera di compressione è suddivisa illustrativamente in tre regioni, essendo ciascuna regione associata con una diversa accelerazione del gruppo traslabile;

la FIG. 6 mostra un grafico illustrante comparativamente la correlazione tra la velocità e la forza in funzione del tempo quando il compressore mostrato nelle figure 1-5 si muove dal punto morto superiore al punto morto inferiore;

la FIG. 7 mostra una realizzazione esemplificativa di un compressore alternativo azionato con un motore elettrico lineare e le forze che influiscono sul gruppo traslabìle durante il movimento dal punto morto inferiore al punto morto superiore; la FIG. 8 mostra il compressore della FIG. 7 e le forze che influiscono sul gruppo traslabile nel corso del movimento dal punto morto superiore al punto morto inferiore; la FIG. 9 mostra una realizzazione di un accumulatore variabile configurato per l'uso su un compressore alternativo;

la FIG. 10 mostra il compressore della FIG. 7, laddove la camera di compressione è suddivisa illustrativamente in tre regioni, essendo ciascuna regione associata con una diversa accelerazione del gruppo traslabile

la FIG. 11 mostra un grafico illustrante comparativamente la correlazione tra la velocità e la forza in funzione del tempo quando il compressore mostrato nelle figure 7, 8 e 10 si muove dal punto morto superiore al punto morto inferiore;

la FIG. 12 mostra una realizzazione di un compressore azionato mediante un motore elettrico lineare con riduttore magnetico;

Le FIGG. 13-17 mostrano realizzazioni di azionamenti con riduttore magnetico configurati per l'uso con un compressore alternativo;

la FIG. 18 mostra una realizzazione di un compressore azionato mediante un azionamento elettromagnetico;

la FIG. 19 mostra una realizzazione di un compressore avente due gruppi di compressione e un'azionamento a motore elettrico lineare; e

la FIG. 20 mostra una realizzazione di un compressore avente due gruppi di compressione e un attuatore elettromagnetico.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI REALIZZAZIONI ESEMPLIFICATIVE DELL’INVENZIONE

La seguente descrizione dettagliata fa riferimento ai disegni allegati che costituiscono parte della domanda e che illustrano certe realizzazioni dell'invenzione. Queste realizzazioni sono descritte in dettaglio sufficiente a consentire a coloro che sono esperti nella tecnica di mettere in atto le realizzazioni, e va compreso che altre realizzazioni possono essere utilizzate e che modifiche logiche, meccaniche, elettriche e di altra natura possono essere apportate senza esulare dall'ambito dell'invenzione. La seguente descrizione dettagliata non deve pertanto essere intesa come limitante l'ambito dell'invenzione.

La FIG. 1 e la FIG. 2 mostrano un compressore alternativo 10. Il compressore 10 include un pistone 12 disposto scorrevolmente in un cilindro (alloggiamento) 14. Il pistone ha una prima faccia orientata verso l'estremità di testa 16 e una seconda faccia orientata verso l'estremità di manovella 18. Come utilizzata nel presente documento, l'espressione “estremità di testa” si riferisce all'estremità del gruppo di compressione più lontana dal gruppo di azionamento. Come utilizzata anche nel presente documento, l'espressione "estremità di manovella" si riferisce all'estremità del gruppo di compressione più vicina al gruppo di azionamento. Assieme, il pistone 12 e il cilindro 14 definiscono congiuntamente una prima e una seconda camera di compressione a volume variabile (20,22), essendo ciascuna camera (20,22) in comunicazione pneumatica selettivamente con una mandata del gas (non mostrata) attraverso una pluralità di ingressi (24,26). Ciascuna camera (20,22) è in comunicazione pneumatica selettivamente con un sistema di distribuzione/trasmissione del gas (non mostrato) attraverso una pluralità di uscite (28,30). Il compressore 10 include anche un azionamento elettromagnetico 32, l'azionamento 32 avente uno statore 34 e un'anima 36. Una biella 38 connette l'anima dell'azionamento 36 al pistone 12. Collettivamente, il pistone 12, la biella 38, e l'anima 36 costituiscono un gruppo traslabile 40 configurato per essere azionato in maniera alternativa lungo un asse di traslazione 42.

Secondo la convenzione adottata in tutti i disegni del presente documento, gli elementi/gruppi contrassegnati da simboli di castelletto a 45 gradi sono fissi rispetto agli elementi/gruppi privi di tale contrassegno. Conseguentemente, come mostrato nella FIG. 1 e nella FIG. 2, lo statore 34 e il cilindro (alloggiamento) 14 sono fissi rispetto al gruppo traslabile 40. All'azionamento, lo statore 34 e l'anima 36 operano in modo che una forza assiale venga applicata al gruppo traslabile 40, inducendo pertanto il gruppo 40 a traslare lungo l'asse 42. L'azionamento 32 è configurato in modo che la forza assiale sia reversibile, impartendo perciò un moto alternativo al gruppo traslabile 40 avanti indietro lungo l'asse 42.

Come utilizzata nel presente documento, l'espressione “punto morto inferiore” si riferisce a una disposizione posizionale laddove il pistone è posizionato nel gruppo di compressione a un'estremità adiacente al gruppo di azionamento. Come utilizzata nel presente documento, l'espressione "punto morto superiore” si riferisce a una disposizione posizionale laddove il pistone è posizionato nel gruppo di compressione a un'estremità opposta al gruppo di azionamento. Come utilizzato nel presente documento, l'espressione "movimento alternativo” si riferisce a movimenti alternativi successivi del gruppo traslabile che azionano un pistone verso l'estremità di testa e quindi verso l'estremità di manovella a lungo un asse di traslazione.

La FIG. 1 mostra il pistone 12 posizionato al punto morto inferiore. La FIG. 2 mostra 11 pistone 12 posizionato al punto morto superiore. Per spostare il pistone 12 dalla posizione di punto morto inferiore mostrata nella FIG. 1 alla posizione di punto morto superiore mostrata nella FIG. 2, l'azionamento 32 applica una forza diretta verso l'estremità di testa 44 al gruppo 40. La forza 44 aziona il gruppo 40 lungo l'asse 42, muovendo perciò il pistone 12 verso l'estremità di testa del gruppo di compressione, dalla posizione mostrata nella FIG. 1 alla posizione mostrata nella FIG. 2

Durante la traslazione del pistone 12 dal punto morto inferiore al punto morto superiore, la prima faccia del pistone 16 applica una forza a un gas che occupa la camera 20, pressurizzando così il gas. Allo stesso tempo, la traslazione del pistone 12 incrementa anche il volume della camera 22. Come mostrato nella FIG. 2 dalla freccia di flusso 46, il gas compresso dal pistone 12 fluisce fuori dalla camera 20 e nel sistema di distribuzione/trasmissione del gas (non mostrato). Similmente, come mostrato nella FIG. 2 da una freccia di flusso 48, un gas da comprimere fluisce nella camera 22 dalla mandata di gas (non mostrata). Il pistone, quindi, decelera, si ferma al punto morto superiore, inverte la direzione, e accelera nella direzione dell'estremità di manovella, traslando assialmente lungo l'asse 42 verso l'azionamento 12, per cui si verifica una sequenza di eventi.

La FIG. 3 e la FIG. 4 mostrano le forze agenti sul gruppo traslabile 40 durante la traslazione alternata. La FIG. 3 illustra le forze disposte durante la testé discussa traslazione del gruppo 40 lungo l'asse 42. L'azionamento 32 applica la discussa forza di azionamento orientata verso l'estremità di testa 44, contrassegnata nella FIG.

3 come “F Azionamento” e avente un entità sufficiente a neutralizzare una forza esercitata sulla prima faccia del pistone 16, contrassegnata come “F Faccia pistone”· La forza di azionamento 44 è anche di un'entità sufficiente ad accelerare la massa del gruppo traslabile 40, essendo la massa contrassegnata come “M Gruppo traslabile” nella FIG. 3. In maniera simile, la Fig. 4 illustra le forze agenti sul gruppo traslabile 40 durante una traslazione del gruppo 40 lungo l'asse 42 per cui il pistone viene azionato verso l'estremità di manovella del gruppo di compressione. Nella FIG. 4, “F Azionamento” ha un'entità sufficiente a neutralizzare una forza esercitata sulla seconda faccia del pistone 18, contrassegnata come F Faccia pistone”· La forza di azionamento 44 è anche di entità sufficiente ad accelerare la massa del gruppo traslabile 40, essendo la massa contrassegnata come "M Gruppo traslabile” nella FIG. 4. In ciascuna FIG. 3 e FIG.

4, la forza prodotta dall'azionamento 32 deve soddisfare l'equazione:

F Azionamento<—>(M Gruppo traslabile) * Q<+>F Faccia pistone (Equazione 1)

laddove a è un'accelerazione del gruppo traslabile 40. Il termine “(M Gruppo traslabile) * a“ rappresenta la forza inerziale che deve essere neutralizzata per accelerare la massa alternante del gruppo traslabile 40 quando viene sottoposto all'accelerazione. La FIG. 5 illustra una traslazione del pistone esemplificativa segmentando il cilindro in segmenti, ciascun segmento di cilindro avente accelerazioni di pistone diverse. La FIG. 6 illustra graficamente l'accelerazione del pistone in funzione del tempo nei segmenti di cilindro mostrati nella FIG. 5, e include inoltre un'illustrazione grafica dell'entità relativa della forza di azionamento in funzione del tempo richiesta in ciascun segmento di cilindro su un asse del tempo comune.

La FIG. 5 mostra il cilindro del compressore 14 suddiviso in tre sezioni (A,B,C) da quattro linee di sezionamento del cilindro (50,52,54,56). Le linee di sezionamento 50 e 52 definiscono la sezione di camera A, le linee di sezionamento 54 e 56 definiscono la sezione di camera C, e le linee di sezionamento 52 e 54 definiscono la sezione di camera B. Come mostrato nella FIG. 6 e in relazione all'Equazione 1 , quando il pistone 12 si trova al punto morto inferiore nella sezione di cilindro A, l'azionamento 32 applica una forza orientata verso l'estremità di testa sufficiente neutralizzare sia (a) la forza del gas applicata sulla prima faccia del pistone 16, sia (b) incrementare la forza inerziale residente nel gruppo traslabile 40, accelerando così il gruppo traslabile 40. Quando il pistone 12 entra nella sezione B, il requisito di forza diminuisce, l'azionamento 32 eroga una forza sufficiente soltanto a neutralizzare (a) la forza del gas applicata sulla prima faccia del pistone 16. L'inerzia del gruppo traslabile 40 è costante nella sezione di cilindro B. Quando il pistone 12 entra nella sezione C, l'azionamento 32 eroga ancora una volta una quantità di forza incrementata, sufficiente a neutralizzare sia (a) la forza del gas applicata sulla prima faccia del pistone 16, sia (b) rimuovere la forza inerziale residente nel gruppo traslabile 40, decelerando perciò la traslazione del gruppo 40, inducendo il gruppo a fermarsi per lasciare il pistone nella sua posizione di punto morto superiore.

La FIG. 6 illustra graficamente le variazioni di velocità e forza della discussione di cui sopra. La FIG. 6 rappresenta graficamente velocità e forza in funzione del tempo, laddove il tempo è rappresentato dall'asse x, la velocità è rappresentata dall'asse y sinistro e la forza è rappresentata dall'asse y destro. Quattro linee di sezionamento del grafico (50,52,54,56) corrispondenti alle linee di sezionamento del cilindro (50,52,54,56) dividono il grafico in tre sezioni (A,B,C), ciascuna sezione avente una velocità di accelerazione del gruppo traslabile e un livello di forza di azionamento comuni. In maniera simile alla FIG. 5, nella FIG. 6 le linee di sezionamento 50 e 52 definiscono una prima porzione del grafico "A” illustrante l'applicazione della forza e l'accelerazione del pistone nella sezione di camera A, le linee di sezionamento 52 e 54 definiscono una seconda porzione del grafico “B” illustrante dell'applicazione della forza e l'accelerazione del pistone nella sezione di camera B, e le linee di sezionamento 54 e 56 definiscono una terza porzione del grafico “C” illustrante l'applicazione della forza e l'accelerazione del pistone nella sezione di camera C. La linea continua contrassegnata “velocità” mostra una traccia di velocità del pistone 58 durante il movimento dal punto morto inferiore al punto morto superiore, mentre la linea tratteggiata con segni triangolari contrassegnata “Forza” mostra la traccia di applicazione della forza di azionamento 60 durante il movimento dal punto morto inferiore al punto morto superiore.

Come risulta evidente dalla FIG. 6, i requisiti di forza di azionamento sono ai valori massimi quando il gruppo di azionamento deve accelerare/decelerare il gruppo traslabile 40. Ciò è illustrato dai valori relativamente estremi della traccia di forza nella porzione “A” e nella porzione “C" mostrate nel grafico laddove l'accelerazione subisce una variazione. Di conseguenza, si verificano due cose. Prima di tutto, la forza richiesta per accelerare il gruppo traslabile determina il requisito di forza del gruppo di azionamento, e le limitazioni della tecnologia del gruppo di azionamento disponibile limitano perciò la dimensione di costruzione del compressore di gas azionato elettromagneticamente. In secondo luogo, per qualsiasi compressore azionato elettromagneticamente regolato dall'Equazione 1 , se il carico della forza di picco può essere ridotto, la dimensione del compressore può essere aumentata senza dover fornire un attuatore elettromagnetico più potente.

Ogni volta che il compressore cambia direzione di traslazione, l'azionamento deve (a) decelerare il gruppo traslabile in movimento fino ad arrestarlo, neutralizzando perciò la forza inerziale residente nel gruppo traslabile in movimento, e (b) accelerare nella direzione opposta il gruppo traslabile arrestato, impartendo perciò una forza inerziale nel gruppo traslabile. Pertanto, sarebbe vantaggioso incorporare un meccanismo nel compressore 10 che conservi la forza inerziale residente in un primo movimento per l'utilizzo in un secondo movimento.

La FIG. 7 e la FIG. 8 mostrano un'esempio non limitante di un compressore 100 configurato per conservare la forza inerziale residente nel gruppo traslabile 140, avendo perciò vantaggiosamente un carico di picco di accelerazione della biella ridotto rispetto al carico di velocità costante.

La FIG. 7 mostra un compressore avente un accumulatore 174. L'accumulatore 174 comprende una biella 138 che definisce una prima flangia mobile 162 e una seconda flangia mobile 172. L'accumulatore 174 comprende inoltre un montante 166 avente un'apertura 168, essendo la biella 138 ricevuta in maniera scorrevole nel montante 166. L'accumulatore 174 comprende inoltre un primo elemento resiliente 164 e un secondo elemento resiliente 170. Come mostrato nella FIG. 7, l'elemento resiliente 164 è disposto tra la prima flangia mobile 162 e il montante fisso 166. Similmente, l'elemento resiliente 170 è disposto tra la seconda flangia mobile 172. Gli elementi resilienti sono configurati in modo che, quando il gruppo traslabile 140 è in fase di accelerazione, gli elementi resilienti (164,170) applicano una forza diretta sostanzialmente nella stessa direzione di quella de azionamento 132 sul gruppo 140, riducendo pertanto la forza che il gruppo di azionamento dovrebbe altrimenti applicare al fine di accelerare il gruppo 140. Di elementi resilienti applicano tale forza ritornando alle loro rispettive condizioni rilassate, come illustrate nella realizzazione esemplificativa rispettivamente come una molla compressa 164 e una molla estesa 170.

In maniera simile, gli elementi resilienti sono configurati in modo che, quando il gruppo traslabile 140 è in fase di decelerazione, gli elementi resilienti (164,170) applicare una forza uguale diretta in una direzione sostanzialmente opposta a quella del movimento del gruppo traslabile 140, decelerando perciò la velocità del gruppo 140 e riducendo la forza che il gruppo di azionamento 132 dovrebbe altrimenti applicare al gruppo 140 allo scopo di decelerare il gruppo 140. Gli elementi resilienti applicano tale forza per effetto della deformazione che subiscono partendo dalle loro rispettive condizioni rilassate (non mostrate). Pertanto, l'accumulatore 174 ha l'effetto tecnico di 'immagazzinare' l'inerzia residente nel gruppo traslabile in movimento 140 durante un primo movimento del gruppo decelerando il gruppo, e restituire tale inerzia al gruppo 140 accelerando il gruppo in un secondo movimento del gruppo.

Durante un intervallo quando l'azionamento 132 accelera il gruppo traslabile 140 lungo l'asse 142, l'accumulatore 174 applica vantaggiosamente la forza in concerto con l'azionamento 132, aiutando perciò l'azionamento 132 sia (a) a neutralizzare la forza del gas applicata sulla prima faccia del pistone116, sia (b) ad aumentare la forza inerziale residente nel gruppo traslabile 140. Durante tale intervallo di accelerazione, la forza prodotta dall'azionamento 132 deve soddisfare l'equazione: F Azionamento<=>(M Gruppo traslabile) C( F Faccia pistone ~ F Accumulatore (Equazione 2) Durante un intervallo quando l'azionamento 132 decelera il gruppo traslabile lungo l'asse 142, l'accumulatore 174 applica vantaggiosamente la forza in concerto con l'azionamento 132, aiutando perciò l'azionamento 132 a rimuovere la forza inerziale residente nel gruppo traslabile 140, decelerando così il gruppo 140 nella direzione dell'estremità di testa. Durante tale intervallo di decelerazione, la forza prodotta dall'azionamento 132 soddisfa l'equazione:

q

Come mostrato nell'Equazione 2 e nell'Equazione 3, l'accumulatore 174 ha l'effetto tecnico di ridurre la forza che l'azionamento 132 deve produrre per accelerare il gruppo traslabile 140. Espandendo il termine “F Accumulatore” dell'Equazione 2 e dell'Equazione 3 per un accumulatore comprendente una singola molla, la forza prodotta dall'azionamento soddisfa l'equazione:

F Azionamento<->(M Gruppo traslabile) * ( " α)<+>F Faccia pistone<+>(k * X) (Equazione 4)

Laddove k è una costante elastica, e X è lo spostamento dell'estremità della molla connessa all'elemento traslabile a partire dalla sua posizione di equilibrio. Le molle (164,170) mostrate nella FIG. 7 e nella FIG. 8 sono soltanto illustrative, e altri dispositivi di immagazzinamento della forza rientrano nell'ambito della presente invenzione. Per esempio, in una realizzazione un condensatore (non mostrato) avente un primo conduttore (non mostrato) fisso e un secondo conduttore (non mostrato) fissato al gruppo traslabile sono separati da un dielettrico, la distanza occupata dal dielettrico tra i due conduttori varia con la traslazione del gruppo traslabile. Tale accumulatore immagazzina una carica elettrica variabile corrispondente al movimento del gruppo traslabile, per cui il condensatore immagazzina l'energia inerziale del gruppo ed è configurato per erogare la carica per alimentare una successiva traslazione del gruppo traslabile.

Vantaggiosamente, in realizzazioni aventi elementi resilienti comprendenti una molla, la molla può essere configurato in modo che l'azionamento azioni il gruppo traslabile in modo da energizzare il gruppo traslabile a una frequenza di risonanza della molla. La molla, a sua volta, può essere progettata in modo da far coincidere il periodo di risonanza con un tempo di azionamento desiderato. Alternativamente, la molla può essere progettata in modo da far coincidere un'armonica del periodo di risonanza con il tempo di azionamento desiderato.

La FIG. 9 mostra una realizzazione di un accumulatore variabile configurato per variare la capacità del compressore incrementando la corsa e mantenendo il tempo di azionamento, consentendo perciò di ottimizzare la posizione del magnete. In una maniera illustrativa, l'accumulatore illustrato 174 comprende un elemento resiliente 164 avente una pluralità di molle parallele selezionabili (101 ,102,103,104,105,106,107,108,109). Il numero di molle utilizzato in una corsa può variare, consentendo perciò di alterare la costante elastica k mostrata nell'Equazione 4, variando così la lunghezza della corsa e ottimizzando la posizione del magnete.

La FIG. 10 e la FIG. 11 mostrano un effetto tecnico vantaggioso del compressore 100 rispetto al compressore 10 per quanto concerne la forza di picco necessaria per ottenere un determinato profilo di velocità.

La FIG. 10 mostra il cilindro del compressore 114 suddiviso in tre sezioni (AA,BB,CC) da quattro linee di sezionamento del cilindro (150,152,154,156). Le linee di sezionamento 150 e 152 definiscono la sezione di camera AA, le linee di sezionamento 152 e 154 definiscono la sezione di camera BB, e le linee di sezionamento 154 e 156 definiscono la sezione di camera CC. Come mostrato nella FIG. 9 in relazione all'Equazione 2, quando il pistone 112 sì trova al punto morto inferiore nella sezione di cilindro AA, l'azionamento 132 applica una forza orientata verso l'estremità di testa sufficiente a neutralizzare sia (a) la forza del gas applicata sulla prima faccia del pistone 116, e (b) incrementare la forza inerziale residente nel gruppo traslabile 40, accelerando così il gruppo traslabile 140 nella direzione dell'estremità di testa. Quando il pistone 112 entra nella sezione BB, il requisito di forza diminuisce, l'azionamento 132 eroga una forza sufficiente soltanto a neutralizzare (a) la forza del gas applicata sulla prima faccia del pistone 116. L'inerzia del gruppo traslabile 140 è costante nella sezione di cilindro BB. Quando il pistone 112 entra nella sezione CC, l'azionamento 132 eroga di nuovo una quantità di forza incrementata, regolata dall'Equazione 3, sufficiente a neutralizzare sia (a) la forza del gas applicata sulla prima faccia del pistone 116, e (b) rimuovere la forza inerziale residente nel gruppo traslabile 140, decelerando così la traslazione del gruppo 140, inducendo il gruppo a fermarsi e lasciare il pistone nella sua posizione di punto morto superiore.

La FIG. 11 illustra graficamente le variazioni di velocità e forza della discussione di cui sopra. La FIG. 11 rappresenta graficamente velocità e forza in funzione del tempo, laddove il tempo è rappresentato dall'asse x, la velocità è rappresentata dall'asse y sinistro e la forza è rappresentata dall'asse y destro. Quattro linee di sezionamento del grafico (150,152,154,156) corrispondenti alle linee di sezionamento del cilindro (150,152,154,156) dividono il grafico in tre sezioni (AA,BB,CC), ciascuna sezione avente una velocità di accelerazione del gruppo traslabile e un livello di forza di azionamento comuni. In maniera simile alla FIG.10, le linee di sezionamento 150 e 152 nella FIG. 11 definiscono una prima porzione del grafico “AA” illustrante l'applicazione della forza e l'accelerazione del pistone nella sezione di camera AA, le linee di sezionamento 152 e 154 definiscono una seconda porzione del grafico “BB” illustrante l'applicazione della forza e l'accelerazione del pistone nella sezione di camera BB, e le linee di sezionamento 154 e 156 definiscono una terza porzione del grafico “CC” illustrante l'applicazione della forza e l'accelerazione del pistone nella sezione di camera CC. Una linea continua contrassegnata "velocità” mostra una traccia di velocità del pistone durante il movimento dal punto morto inferiore al punto morto superiore, comune a ciascun compressore 10 e compressore 100. La linea tratteggiata con segni triangolari contrassegnata “Forza 10” mostra l'applicazione della forza di azionamento da parte dell'azionamento 32 del compressore 10 durante il movimento dal punto morto inferiore al punto morto superiore, mentre una linea tratteggiata con segni circolari contrassegnata “Forza 100” mostra l'applicazione della forza di azionamento da parte dell'azionamento 132 del compressore 100 durante il movimento del pistone 112 dal punto morto inferiore al punto morto superiore. Vantaggiosamente, il requisito di forza di picco è minore per il compressore 100 rispetto al compressore 10 in entrambe le regioni AA e CC, come illustrato nel grafico laddove la traccia “Forza -io” diverge dalla traccia “Forza100”, essendo il divario contrassegnato come “Forza ridotta.” Il requisito di forza vantaggioso mostrato nella FIG. 11 è illustrativo e non limitante; i segmenti di accelerazione/decelerazione e velocità costante della corsa del pistone possono variare in realizzazioni diverse dell'invenzione qui descritte.

Un ulteriore effetto vantaggioso del compressore 100 è che l'esistente tecnologia dei motori elettrici lineari può essere adattata per costruire macchinari aventi una capacità commercialmente utile.

Per esempio, in una prima realizzazione non limitante, il compressore 100 comprende un gruppo di azionamento elettromagnetico 132 avente un motore elettrico lineare sincrono. In questa realizzazione, lo statore 134 comprende una pluralità di avvolgimenti conduttori e l'anima 136 comprende un magnete permanente. La pluralità di elementi conduttori è disposta coassialmente e parallela rispetto all'asse 142. Operativamente, un avvolgimento nella pluralità di avvolgimenti può essere energizzato individualmente, generando così una forza motrice magnetica che spinge contro l'anima 136, azionando perciò alternatamente il gruppo traslabile 140 lungo l'asse 142.

Alternativamente, in una seconda realizzazione non limitante, il compressore 100 comprende un gruppo di azionamento elettromagnetico 132 avente un motore elettrico lineare asincrono. In questa realizzazione, lo statore 134 comprende una pluralità di avvolgimenti conduttori e l'anima 136 comprendente una piastra di reazione costruita in un materiale conduttore, come rame o alluminio. La pluralità di avvolgimenti conduttori è disposta sostanzialmente in maniera coassiale o parallela rispetto all'asse 142. La pluralità di avvolgimenti si connette a un'alimentazione elettrica C.A. trifase (non mostrata) ed è configurate in modo che, quando viene energizzata, viene indotta una corrente elettrica nella piastra di reazione. La corrente indotta produce un campo magnetico che interagisce con gli avvolgimenti generando così una forza motrice che spinge l'anima 136, azionando così alternatamente il gruppo traslabile 140 lungo l'asse 142.

Le figure dalla FIG. 12 alla FIG. 17 mostrano realizzazioni di compressori azionati elettromagneticamente da un azionamento con riduttore magnetico.

La FIG. 12 mostra un azionamento con riduttore magnetico 232 in conformità con una realizzazione dell'invenzione. L'azionamento con riduttore magnetico 232 è collegato a una biella 238 e configurato in modo da traslare alternatamente il pistone 212 disposto nel cilindro (alloggiamento) 214 in risposta a segnali provenienti da sensori (non mostrati) oppure da un sistema di controllo (non mostrato), o combinazioni dei medesimi. L'azionamento con riduttore magnetico 232 include un'anima 236 disposta tra un primo statore e un secondo statore, essendo gli statori collettivamente identificati nella FIG. 11 come statore 234. L'anima 236 è collegata alla biella 238, e l'anima 236, la biella 238, e il pistone 212 comprende un gruppo traslabile 240.

La FIG. 13 mostra un azionamento esemplificativo 332 adatto per i compressori qui descritti. Nella realizzazione di azionamento illustrata, l'azionamento 332 include un'anima mobile 336 e uno statore 334. Nella realizzazione mostrata, l'anima 336 è disposta verso l'esterno rispetto allo statore 334. L'anima 336 include una porzione della biella del compressore 338, e comprende inoltre una pluralità di magneti permanenti 376 di orientamento alternato (indicato dalle frecce) formata su una superficie 378 della biella 338. Lo statore 334 include una base 380 e una pluralità di avvolgimenti 382 collegata alla base 380. Il numero di magneti permanenti 376 presenti sulla biella 338 e il numero di avvolgimenti 382 presenti sulla base 380 possono variare a seconda dell'applicazione del compressore. Vantaggiosamente, la densità di coppia fornita dalla configurazione esemplificativa consente una riduzione significativa della dimensione del compressore, il che si traduce in risparmi di costo e di massa, riducendo perciò vantaggiosamente i requisiti di forza di picco mediante la riduzione della massa del gruppo traslabile 340 (non mostrato). Come indicato precedentemente, una base esterna/interna comprendente una porzione della biella 338 è una possibile configurazione del compressore 300 (non mostrato) con riduttore magnetico integrato. Questa è una configurazione non limitante. In un'altra realizzazione esemplificativa, l'azionamento 332 include una base magnetica permanente esterna e avvolgimenti disposti su una porzione della biella. In tale realizzazione, la pluralità di magneti permanenti 376 è disposta sulla superficie interna della base 380.

La FIG. 14 mostra un azionamento con riduttore magnetico 432 in conformità con un'altra realizzazione esemplificativa dell'invenzione. Nella realizzazione illustrata, l'anima 436 comprende una porzione della biella 438 e una pluralità di magneti permanenti 476 di orientamento alternato (mostrato dalle frecce) formata su una superficie interna 478 della porzione della biella 438. Lo statore 434 include una base 480 e una pluralità di avvolgimenti 482 collegata alla base 480. Una pluralità di espansioni polari magnetiche statiche 484 è disposta in un traferro 486 formato tra la pluralità di magneti dell'anima 476 e gli avvolgimenti dello statore 482. A seconda dei requisiti del compressore 400 (non mostrato), le espansioni polari 484 possono essere montate alla base 480 (ad esempio, ricavandole per stampaggio dallo stesso foglio di laminazione del materiale dell'anima dello statore) oppure possono essere montate separatamente. In una realizzazione, può essere presente un traferro tra la base 480 e le espansioni polari 484. In un'altra realizzazione, un materiale amagnetico può essere inserito tra la base 480 e le espansioni polari 484. Le espansioni polari statiche 484 facilitano la trasmissione della coppia tra il campo magnetico energizzato dall'anima magnetica permanente 436 e il campo magnetico energizzato dagli avvolgimenti statici 482. Il numero di magneti permanenti 476, degli avvolgimenti di statore 482 e delle espansioni polari 484 può essere variato a seconda dell'applicazione del compressore.

La FIG. 15 mostra un azionamento con riduttore magnetico 532 in conformità con un'altra realizzazione esemplificativa dell'invenzione. Nella realizzazione illustrata, l'anima 536 comprende una porzione della biella 538 e una pluralità di magneti permanenti 576 di orientamento alternato (mostrato dalle frecce) formata su una superficie interna 578 della biella 538. Lo statore 534 include una base 580 e una pluralità di avvolgimenti dello statore 582 collegata alla base 580. Una pluralità di espansioni polari magnetiche statiche 584 è disposta nel traferro 586 formato tra i magneti dell'anima 576 e gli avvolgimenti dello statore 582. Nella realizzazione illustrata, le espansioni polari 584 sono integrate nella base dello statore 580. Come discusso nella realizzazione precedente, le espansioni polari statiche 584 facilitano la trasmissione della coppia tra il campo magnetico energizzato dall'anima magnetica permanente 536 e il campo magnetico energizzato dagli avvolgimenti statici 582.

La FIG. 16 mostra un azionamento con riduttore magnetico 632 in conformità con un'altra realizzazione esemplificativa dell'invenzione. Nella realizzazione illustrata, l'azionamento 632 include un'anima mobile 638 disposta tra un primo statore 636 e un secondo statore 696. L'anima 638 comprende una pluralità di magneti permanenti 676 integrata con una porzione della biella 638. Ciascuno statore include una base (680,688) e una pluralità di awolgimenti dello statore (682,690) collegata alla rispettiva base. Nella realizzazione illustrata, una prima serie di espansioni polari magnetiche statiche 684 è disposta in un traferro 686 formato tra i magneti dell'anima 678 e gli awolgimenti dello statore 682. Una seconda serie di espansione polari magnetiche statiche 692 è disposta in un traferro 694 formato tra i magneti dell'anima 678 e gli avvolgimenti 690. In maniera simile alla realizzazione illustrata nella FIG. 15, la prima serie di espansioni polari magnetiche statiche 684 può essere integrata nella prima base fissa dello statore 680. La seconda serie di espansioni polari magnetiche statiche 692 può essere integrata nella seconda base fissa dello statore 688.

La FIG. 17 mostra un azionamento con riduttore magnetico 732 in conformità con un'altra realizzazione esemplificativa dell'invenzione. Nella realizzazione illustrata, l'azionamento 732 include un'anima mobile 736 disposta tra un primo statore 734 e un secondo statore 796. L'anima 736 comprende una porzione della biella 738, una prima serie di magneti permanenti 776 presente su una superficie 778 della biella, e una seconda serie di magneti permanenti 798 presente sulla superficie 778 della biella. Il primo statore 734 include una prima base fissa 780 e una pluralità di awolgimenti dello statore 782 collegata alla prima base fissa 780. Il secondo statore 796 include una seconda base fìssa 796 e una pluralità di avvolgimenti dello statore 790 collegata alla seconda base fissa 788. In maniera simile alla realizzazione illustrata nella FIG. 15 e nella FIG. 16, le espansioni polari magnetiche statiche (non mostrate nella FIG. 17) possono essere disposte tra i magneti del motore e gli avvolgimenti dello statore o integrate nelle anime dello statore.

Nelle varie realizzazioni di azionamento con riduttore magnetico illustrate precedentemente, Le anime dei compressori sono realizzate con anime a magneti permanenti. Tuttavia, è anche previsto che il riduttore magnetico integrato possa essere anche realizzato tramite l'uso di anime aventi un campo avvolto, una gabbia di scoiattolo o poli a riluttanza commutata. In altre parole, il campo magnetico dell'anima può essere implementato attraverso elettromagneti alimentati a C.C., al posto di magneti permanenti. Inoltre, per quanto riguarda le espansioni polari statiche che fungono da dispositivi di modulazione del flusso, la forma di tali elementi può essere realizzata mediante altre forme di inserti in aggiunta agli inserti quadrati, come per esempio forme ovali o trapezoidali. Le configurazioni illustrate nelle realizzazioni suddette sono mostrate come includenti avvolgimenti trifase ai fini dell'esempio. Va anche compreso che potrebbe essere utilizzato anche un numero diverso di fasi.

Vantaggiosamente, le realizzazioni mostrate nelle figure dalla FIG. 12 alla FIG. 17 consentono di variare la velocità e/o il volume spazzato dal pistone del compressore modificando la fasatura e/o il numero di avvolgimenti energizzati durante un movimento del gruppo traslabile. Ciò evita la necessità di riconfigurare fisicamente il volume della camera di compressione (vale a dire, mediante il turndown). Queste macchine controllano la capacità spostando meccanicamente l'estremità di testa del cilindro di compressione con una manovella azionato manualmente, una funzionalità che è più difficile da adattare a un controllore programmato con una serie di istruzioni registrate su un supporto dati leggibile a macchina non transitorio. In certe realizzazioni della presente invenzione, queste istruzioni inducono il controllore a (a) selezionare un sotto-insieme di avvolgimenti da energizzare in una traslazione del gruppo traslabile, (b) energizzare in maniera sequenziale gli avvolgimenti in modo da traslare il gruppo traslabile a una velocità target. In una realizzazione, la velocità di traslazione è ulteriormente selezionata in modo che il compressore operi a una frequenza sostanzialmente uguale alla frequenza risonante dell'elemento resiliente dell'accumulatore, inducendo perciò l'elemento resiliente ad accumulare/scaricare rapidamente l'energia inerziale dell'elemento traslabile. In un'altra realizzazione, il compressore opera a un'armonica della frequenza risonante dell'elemento resiliente, accumulando così una maggiore quantità di frequenza inerziale, sebbene inferiore a quella che verrebbe accumulata alla frequenza risonante dell'elemento resiliente. La FIG. 18 mostra una realizzazione di un compressore azionato elettromagneticamente 800 avente un azionamento elettromagnetico 832.

La FIG. 18 mostra un compressore esemplificativo 800 avente un azionamento elettromagnetico bidirezionale (design BDE) 832. L'azionamento 832 include due anime, una prima anima 802 avente un'apertura 806 e una seconda anima 804 avente un'apertura 808. Le anime possono essere fatte di ferro o di qualsivoglia altre lamiere metalliche con buone proprietà magnetiche per ridurre le dimensioni e il peso dell'azionamento. In una realizzazione, le anime sono fatte di leghe di ferro-cobalto. L'azionamento esemplificativo 832 include la prima anima 802 e la seconda anima 804 avente una forma a "E". In alcune altre realizzazioni, le anime possono avere qualsiasi altra forma adatta inclusa, ma non solo, una forma a "U". L'azionamento 832 include inoltre una piastra 801 definita dal gruppo traslabile 840, essendo il gruppo traslabile 140 ricevuto scorrevolmente dall'apertura 806 e dall'apertura 808. In alcune realizzazioni, l'azionamento può includere quattro anime. La prima anima 802 include una serie di due avvolgimenti 810 disposti nella prima anima 802. La seconda anima 804 include un'altra serie di due avvolgimenti 803 disposti nella seconda anima 804. In alcune realizzazioni, le anime possono includere più di due avvolgimenti. Il compressore 800 include inoltre un accumulatore 874 avente un primo elemento resiliente 864 e un secondo elemento resiliente 870 configurato come descritto precedentemente per fornire forze atte ad assistere il movimento del gruppo traslabile 840 lungo l'asse di traslazione 842. L'azionamento bidirezionale 832 impegna in maniera azionabile il gruppo traslabile 840, azionando perciò alternatamente il pistone 812 nel cilindro (alloggiamento) 814 come spiegato precedentemente.

Come discusso nelle sezioni precedenti, la forma dell'anima dell'azionamento qui descritta può essere, per esempio, una forma a "E" oppure una forma a "U". Per generare nell'anima una forza elettromagnetica elevata in un arco di tempo molto breve, l'anima del solenoidi nonché la piastra sono ricavate tipicamente da lamiere metalliche per evitare gli effetti delle correnti parassite, poiché una corrente parassita che si sviluppi nell'anima potrebbe ridurre il flusso magnetico prodotto dalla forza elettromagnetica. Al fine di agevolare una ragionevole facilità di fabbricazione dell'anima da lamiere metalliche, va utilizzata una configurazione di design adeguata. Le anime a forma di "E" oppure a forma di "U" esemplificative qui descritte possono essere facilmente ricavate da lamiere metalliche come una lamiera di ferro. Inoltre l'anima a forma di "E" fornisce una vasta area per i poli sviluppati nell'anima, una volta che gli avvolgimenti sono energizzati. Poiché lo stantuffo è allineato attraverso il centro dell'anima a forma di "E", la forza magnetica generata viene distribuita uniformemente su entrambi i lati dello stantuffo (a causa dell'ubicazione uniforme degli avvolgimenti rispetto al centro dell'anima "E") e il movimento dello stantuffo dovuto alla forza elettromagnetica può essere bilanciato adeguatamente.

Operativamente, il pistone 812 assume la posizione di punto morto inferiore (mostrata nella FIG. 18) quando viene inserita la corrente attraverso gli avvolgimenti 803 nella seconda anima 804. Una volta che gli avvolgimenti 803 sono energizzati, il gruppo traslabile 104 viene attirato verso la seconda anima 804 (mostrata dalla freccia 805) comprimendo perciò il secondo elemento resiliente 864. Ciò è illustrato nella FIG. 18. Alternativamente, il pistone 812 assume la posizione di punto morto superiore (non mostrata) quando la corrente attraverso gli avvolgimenti 803 viene disinserita, e la corrente attraverso gli avvolgimenti 810 nella prima anima 802 viene inserita. Di conseguenza, il gruppo traslabile 840 viene spinto verso la prima anima 802 guidato dal primo elemento resiliente 864, e il pistone 812 viene traslato fino alla posizione di punto morto superiore. Vantaggiosamente, il design bidirezionale dell'azionamento può coprire corse più lunghe rispetto ai design unidirezionali e fornisce una forza maggiore durante la fase iniziale della corsa rispetto ai motori elettrici lineari convenzionali. Questa maggiore forza è dovuto al fatto che in entrambe le posizioni terminali (punto morto inferiore oppure punto morto superiore) della corsa, gli elementi resilienti compressi precaricati 864 o 870 forniscono una forza iniziale elevata, la quale forza spinge il gruppo traslabile 804 e la piastra 802 verso l'anima opposta. Quindi la forza elastica viene vantaggiosamente aggiunta alle deboli forze magnetiche, presenti all'inizio della corsa a causa del grande traferro tra la piastra 802 e le anime di ferro 802 e 804 e accentua la forza iniziale.

In una realizzazione di azionamento elettromagnetico (non mostrata), una o entrambe le anime possono essere traslabili indipendentemente lungo l'asse di traslazione. Tale regolabilità consente vantaggiosamente di regolare la distanza della corsa del pistone tra la posizione di punto morto inferiore la posizione di punto morto superiore, regolando così la capacità del compressore. In un'altra realizzazione, la frequenza e la velocità di traslazione possono essere regolate compensando la configurazione dell'accumulatore come descritto precedentemente.

Sebbene siano state qui illustrate e descritte soltanto certe caratteristiche dell'invenzione, molte modifiche e alterazioni potranno essere intuite da coloro che sono esperti nella tecnica. Per esempio, la FIG. 19 mostra una realizzazione dell'invenzione laddove un compressore 601 comprende inoltre un secondo cilindro (alloggiamento) 603, un gruppo traslabile 611 avente un secondo pistone 605, e un primo accumulatore 607 e un secondo accumulatore su ciascun lato dell'azionamento 632. Il dispositivo funziona come descritto precedentemente, e vantaggiosamente raddoppia lo spazio del cilindro di compressione incorporando i vantaggi descritti precedentemente. Similmente, la FIG. 20 mostra una realizzazione dell'invenzione laddove un compressore 801 comprende inoltre un secondo cilindro (alloggiamento) 803, un gruppo traslabile 811 avente un secondo pistone 805, e un primo accumulatore 807 e un secondo accumulatore su ciascun lato dell'azionamento 832. Il dispositivo opera come descritto precedentemente, e vantaggiosamente raddoppia 10 spazio del cilindro di compressione, incorporando i vantaggi descritti qui sopra. Pertanto, va compreso che le rivendicazioni allegate intendono includere tutte quelle modifiche e alterazioni che rientrano nello spirito autentico dell'invenzione.

In una realizzazione dell'invenzione, un metodo di azionamento di un compressore alternativo comprende accelerare un gruppo traslabile in una prima direzione. L'accelerazione comprende, da una condizione sostanzialmente immobile, applicare forza al gruppo traslabile in modo che esso acquisisca una qualche velocità desiderata. Una volta che viene raggiunta la velocità target, viene applicata una forza per neutralizzare sostanzialmente la forza applicata alla faccia del pistone del gruppo traslabile dal gas che occupa la camera di compressione del compressore alternativo. Accelerare il gruppo traslabile impartisce inerzia al gruppo traslabile e incrementa l'energia cinetica residente nel gruppo traslabile.

11 metodo comprende inoltre decelerare il gruppo traslabile mentre esso si muove nella prima direzione. La decelerazione del gruppo traslabile viene ottenuta spostando una porzione dell'inerzia residente nel gruppo traslabile nell'accumulatore, come mediante la deformazione dell'elemento resilienti discusso precedentemente. Decelerare il gruppo traslabile riduce l'inerzia residente nel gruppo traslabile e riduce l'energia cinetica associata con il gruppo durante il suo movimento nella prima direzione.

Il metodo comprende inoltre accelerare il gruppo traslabile in una seconda direzione usando l'energia immagazzinata nell'accumulatore. In una realizzazione, un elemento resiliente, deformato durante il primo movimento del gruppo traslabile, si rilassa e ritorna alla sua condizione originale, applicando così una forza al gruppo traslabile e accelerando il gruppo durante il suo secondo movimento.

Verrà compreso da coloro che sono esperti della tecnica che varie modifiche possono essere apportate e componenti equivalenti possono essere sostituiti senza esulare dall'ambito dell'invenzione. Inoltre, molte modifiche possono essere apportate per adattare una particolare situazione o materiale agli insegnamenti dell'invenzione senza esulare dalla sua portata. Pertanto, è inteso che l'invenzione non sia limitata alla particolare realizzazione descritta, ma che l'invenzione includerà tutte le realizzazioni che rientrano nell'ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (17)

1. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. Un compressore alternativo, comprendente: un pistone disposto alternatamente nel cilindro di compressione; un gruppo traslabile connesso al pistone; un azionamento elettromagnetico avente uno statore fisso e un'anima collegata al gruppo traslabile, l'azionamento configurato per azionare alternatamente il gruppo traslabile; e un accumulatore collegato al gruppo traslabile, laddove l'accumulatore è configurato per immagazzinare l'energia cinetica residente nel moto di un movimento del gruppo traslabile in una prima direzione, e laddove l'accumulatore è configurato per impartire l'energia cinetica residente nel moto di un movimento del gruppo traslabile in una seconda direzione. 2. Il compressore alternativo della rivendicazione 1, laddove l'accumulatore include almeno una molla avente una prima estremità collegata al gruppo traslabile e una seconda estremità fissata rispetto al gruppo traslabile. 3. Il compressore alternativo della rivendicazione 2, laddove una costante elastica della almeno una molla è regolabile. 4. Il compressore alternativo delia rivendicazione 2, laddove la biella è configurata per muoversi con moto alternativo a una frequenza sostanzialmente pari a una tra la frequenza di risonanza della molla e un'armonica della frequenza di risonanza della molla. 5. Il compressore alternativo della rivendicazione 1, laddove l'accumulatore include almeno un condensatore avente un primo materiale conduttore collegato al gruppo traslabile e un secondo materiale conduttore fissato rispetto al gruppo traslabile. 6. Il compressore alternativo della rivendicazione 5, laddove il condensatore è un condensatore variabile. 7. Il compressore alternativo della rivendicazione 1 , l'azionamento elettromagnetico comprendente: una prima anima con almeno un avvolgimento disposto in essa, laddove la prima anima è fissata rispetto al gruppo traslabile; una seconda anima avente almeno un avvolgimento disposto in essa, laddove la seconda anima è fissata rispetto al gruppo traslabile; e una piastra definita dal gruppo traslabile; laddove la piastra viene attirata verso la prima anima o la seconda anima quando viene applicata corrente elettrica ad almeno un avvolgimento in essa disposto. 8. Il compressore alternativo della rivendicazione 7, laddove una distanza assiale tra la prima anima e la seconda anima è regolabile. 9. Il compressore alternativo della rivendicazione 1 , l'azionamento elettromagnetico comprendente: uno statore fissato rispetto al gruppo traslabile; e un'anima connessa al gruppo traslabile. 10. Il compressore alternativo della rivendicazione 1, l'azionamento elettromagnetico ulteriormente comprendente una pluralità di espansioni polari magnetiche disposte tra lo statore e l'anima. 11. Il compressore alternativo della rivendicazione 1 , l'azionamento elettromagnetico comprendente: uno statore fissato rispetto al gruppo traslabile, lo statore avente una pluralità di avvolgimenti; e un'anima connessa al gruppo traslabile, laddove il compressore è configurato per variare la distanza di traslazione del gruppo traslabile selezionando dalla pluralità di avvolgimenti, un avvolgimento da energizzare. 12. Il compressore alternativo della rivendicazione 1 , laddove il pistone definisce una prima faccia del pistone e una seconda faccia del pistone, laddove il cilindro e la prima faccia del pistone definiscono cooperativamente una prima camera di compressione, essendo la prima camera di compressione in comunicazione pneumatica con una mandata del gas e una rete di trasmissione del gas; e laddove il cilindro e la seconda faccia del pistone definiscono cooperativamente una seconda camera di compressione, essendo la seconda camera di compressione in comunicazione pneumatica con la mandata del gas e la rete di trasmissione del gas. 13. Un metodo di azionamento di un compressore alternativo comprendente un gruppo traslabile, un accumulatore collegato al gruppo traslabile, e un azionamento elettromagnetico collegato al gruppo traslabile, il metodo comprendente: accelerare il gruppo traslabile in una prima direzione di movimento applicando una forza al gruppo traslabile con l'azionamento elettromagnetico; decelerare il gruppo traslabile nella prima direzione di movimento immagazzinando nell'accumulatore l'energia cinetica residente nel gruppo traslabile; e accelerare il gruppo traslabile in una seconda direzione di movimento generando una forza dall'energia immagazzinata nell'accumulatore. 14. Il metodo della rivendicazione 13, ulteriormente comprendente decelerare il gruppo traslabile nella prima direzione di movimento immagazzinando nell'accumulatore l'energia cinetica residente nel gruppo traslabile. 15. Il metodo della rivendicazione 13, ulteriormente comprendente selezionare una prima distanza di movimento; il selezionare una seconda distanza di movimento diversa da quella della seconda distanza di movimento. 16. Il metodo della rivendicazione 15, laddove l'accumulatore è un accumulatore variabile, il metodo ulteriormente comprendente configurare l'accumulatore per immagazzinare una quantità desiderata di energia durante il movimento del gruppo traslabile. 17. Il metodo della rivendicazione 15, laddove l'accumulatore è un accumulatore variabile, Il metodo ulteriormente comprendente azionare l'attuatore elettromagnetico per variare una delle distanze di movimento prima o seconda e mantenere il tempo di attuazione. CLAIMS / RIVENDICAZIONI 1. A reciprocating compressor, comprising: a piston reciprocatably disposed in compression cylinder; a translatable assembly connected to the piston; an electromagnetic drive having a fixed stator and a core coupled to the translatable assembly, the drive configured to reciprocatably drive the translatable assembly; and an accumulator coupled to the translatable assembly, wherein the accumulator is configured to store kinetic energy resident in the motion of a movement of the translatable assembly in a first direction, and wherein the accumulator is configured to impart kinetic energy resident in the motion of a movement of the translatable assembly in a second direction.
2. 2. The reciprocating compressor of claim 1 , wherein the accumulator includes at least one spring having a first end coupled to the translatable assembly and a second end fixed with respect to the translatable assembly.
3. 3. The reciprocating compressor of claim 2, wherein a spring constant of the at least one spring is adjustable.
4. 4. The reciprocating compressor of claim 2, wherein the connecting rod is configured to reciprocate at a frequency substantially matched to one of a resonance frequency of the spring and a harmonic of the resonance frequency of the spring.
5. 5. The reciprocating compressor of claim 1, wherein the accumulator includes at least one capacitor having a first conductive material coupled to the translatable assembly and a second conductive material fixed with respect to the translatable assembly.
6. 6. The reciprocating compressor of claim 5, wherein the capacitor is a variable capacitor.
7. 7. The reciprocating compressor of claim 1 , the electromagnetic drive comprising: a first core with at least one coil disposed therein, wherein the first core is fixed with respect to the translatable assembly; a second core having at least one coil disposed therein, wherein the second core is fixed with respect to the translatable assembly; and a plate defined by the translatable assembly; w wherein the plate is drawn to the first core or the second core upon electrification of the at least one coil disposed therein.
8. 8. The reciprocating compressor of claim 7, wherein an axial distance between the first core and the second core is adjustable.
9. 9. The reciprocating compressor of claim 1 , the electromagnetic drive comprising: a stator fixed with respect to the translatable assembly; and a core connected to the translatable assembly.
10. 10. The reciprocating compressor of claim 1, the electromagnetic drive further comprising a plurality of magnetic pole pieces disposed between the stator and the core.
11. 11. The reciprocating compressor of claim 1 , the electromagnetic drive comprising: a stator fixed with respect to the translatable assembly, stator having a plurality of coils; and a core connected to the translatable assembly, wherein the compressor is configured to vary the translatable assembly translation distance by selecting a coil to be electrified from the plurality of coils.
12. 12. The reciprocating compressor of claim 1, wherein the piston defines a first piston face and a second piston face, wherein the cylinder and the first piston face cooperatively define a first compression chamber, the first compression chamber pneumatically communicative with a gas supply and a gas transmission network; and wherein the cylinder and the second piston face cooperatively define a second compression chamber, the second compression chamber pneumatically communicative with the gas supply and the gas transmission network.
13. 13. A method of operating a reciprocating compressor comprising a translatable assembly, an accumulator coupled to the translatable assembly, and an electromagnetic drive coupled to the translatable assembly, the method comprising: accelerating the translatable assembly in a first movement direction by applying a force to the translatable assembly with the electromagnetic drive; decelerating the translatable assembly in the first movement direction by storing kinetic energy resident in the translatable assembly in the accumulator; and accelerating the translatable assembly in a second movement direction by generating force from the accumulator stored energy.
14. 14. The method of claim 13, further comprising decelerating the translatable assembly in the first movement direction by storing kinetic energy resident in the translatable assembly in the accumulator.
15. 15. The method of claim 13, further comprising selecting a first movement distance; and selecting a second movement distance different than that of the second movement distance.
16. 16. The method of claim 15, wherein the accumulator is a variable accumulator, the method further comprising configuring the accumulator to store a desired amount of energy during the movement of the translatable assembly.
17. 17. The method of claim 15, wherein the accumulator is a variable accumulator, the method further comprising actuating the electromagnetic actuator to change one of the first or second movement distances and maintain the actuation time.