ITPD20090140A1

ITPD20090140A1 - Gruppo refrigerante

Info

Publication number: ITPD20090140A1
Application number: IT000140A
Authority: IT
Inventors: Ezio Bertotto; Davor Filipeti; Boris Karuzic
Original assignee: Reel S R L Unipersonale
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-11-16
Also published as: RU2011150885A; US20120139464A1; EP2430733A2; WO2010131233A3; WO2010131233A2

Description

D E S C R I Z I O N E

Campo di applicazione

La presente invenzione è generalmente applicabile al settore tecnico del condizionamento ambientale, ed ha particolarmente per oggetto un gruppo refrigerante.

Più in dettaglio, la presente invenzione si rivolge specialmente, ma non esclusivamente, al settore della refrigerazione per la conservazione degli alimenti.

Stato della Tecnica

I gruppi refrigeranti sono utilizzati in tutte le applicazioni che riguardano il condizionamento di un ambiente.

Che si tratti, infatti, di ambienti contenenti alimenti, composti chimici, farmaceutici o altro da conservare a basse temperature, o che si tratti di ambienti cui accedono utenti e nei quali mantenere una temperatura gradevole anche quando al temperatura esterna è alta, si rende necessario l’uso di gruppi refrigeranti.

Tuttavia, è noto che ne esistono numerose tipologie, ciascuna con caratteristiche peculiari che comportano una pluralità di vantaggi e svantaggi che ne rendono consigliabile l’uso in determinate applicazioni piuttosto che in altre.

Una tipologia di gruppi refrigeranti particolarmente utilizzata, ad esempio per la conservazione degli alimenti, sono i quelli a ciclo compressione/espansione.

Questi comprendono, generalmente, un compressore che comprime un fluido refrigerante, generalmente un gas, la cui temperatura aumenta a causa dell'attrito provocato dal passaggio del pistone all'interno della testata del compressore. Il fluido compresso viene spinto in una batteria condensativa ove viene sottratto il calore latente, ossia calore in eccesso, dopodiché viene inviato alla batteria evaporativa. Entrando nella batteria, il fluido incontra una valvola termostatica all'interno della quale c'è un ugello che lo nebulizza per poi farlo espandere. In questa fase il fluido assorbe calore dall’esterno, svolgendo quindi la funzione refrigerante del gruppo. Successivamente il fluido torna al compressore.

Questo principio è ampiamente utilizzato, ad esempio, nei frigoriferi e condizionatori domestici a causa della semplicità costruttiva e di impiego.

Il compressore è dotato di mezzi di motorizzazione per movimentarlo. La forma di esecuzione maggiormente diffusa secondo l’arte nota prevede l'utilizzo di un pistone mobile in un cilindro, analogamente ad un motore a scoppio, e movimentato da un motore mediante un albero a camme uscente dal suddetto motore. Nell’arte nota tale motore è del tipo asincrono poiché ritenuto energeticamente poco dispendioso.

Tuttavia, l’uso di motori asincroni comporta alcuni inconvenienti. Innanzitutto, essi presentano notoriamente perdite retoriche di scorrimento.

Inoltre, il controllo della velocità di rotazione non è agevole. È infatti noto che un compressore, durante il funzionamento, non lavora costantemente a regime. Quando infatti viene raggiunta, nell’ambiente di interesse, la temperatura desiderata, la potenza del compressore viene parzializzata. Tale parzializzazione si può ottenere usando più compressori che verranno attivati o disattivati singolarmente a seconda delle esigenze. Ciò si rivela oltremodo dispendioso in termini monetari e di spazio.

Un’altra modalità è quella di ridurre la velocità di rotazione del rotore. Ciò introduce, però, oscillazioni indesiderate sulla coppia sviluppata dal motore. Inoltre, per realizzare il controllo della velocità, al fine di ridurla, è necessario utilizzare un inverter il quale, inevitabilmente, introduce una perdita di efficienza quando il motore lavora alla massima potenza.

In quest’ottica, una tipologia di motori particolarmente efficiente in combinazione con un inverter, poiché presenta perdite di rotore trascurabili, è quella dei motori sincroni a magneti permanenti, Tuttavia, tali motori sono particolarmente costosi proprio a causa dei magneti permanenti in essi utilizzati.

Inoltre, è anche noto che il fluido refrigerante, in un gruppo refrigerante, viene fatto passare attraverso il motore del compressore per raffreddarlo. In tal caso, sul rotore vengono realizzati alcuni fori passanti per il passaggio del fluido. Nel caso di un motore sincrono a magneti permanenti, tali magneti presentano deperimenti quando a contatto per lungo tempo con il fluido refrigerante.

Il passaggio del fluido refrigerante attraverso il motore causa, inoltre, un’ulteriore perdita di efficienza del gruppo refrigerante. I fori passanti realizzati sul rotore, infatti, non potendo compromettere la massa del rotore stesso, non sono sufficienti ad assicurare un flusso regolare del fluido. In altre parole, essi costituiscono un 'collo di bottiglia’ nel circolo del fluido. Il circuito del fluido, quindi, presenta perdite rilevanti cui il compressore, e quindi il motore, deve sopperire con un maggior lavoro.

Presentazione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di superare almeno parzialmente gli inconvenienti sopra riscontrati, mettendo a disposizione un gruppo refrigerante a ciclo compressione/espansione con rendimento superiore ai gruppi refrigeranti noti.

Un altro scopo è di realizzare un gruppo refrigerante che presenti perdite rotoriche di scorrimento inferiori, se non nulle, rispetto all’arte nota.

Un ulteriore scopo che si vuole raggiungere è di realizzare un compressore con un controllo semplice, accurato e preciso della velocità di rotazione mediante la parzializzazione della potenza elettrica fornita.

Un altro scopo che si vuole raggiungere è di diminuire, rispetto all’arte nota, l’entità del 'collo di bottiglia’ costituito dal motore del compressore nel circuito del fluido refrigerante.

Tali scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un gruppo refrigerante a ciclo compressione/espansione in accordo con la rivendicazione principale.

In particolare, esso potrà comprendere almeno un compressore provvisto di mezzi di motorizzazione per comprimere un fluido refrigerante. I mezzi di motorizzazione potranno comprendere almeno un motore elettrico sincrono a riluttanza in cui si individua almeno un rotore del tipo a laminazione trasversale con un asse di rotazione longitudinale e provvisto di una pluralità di aperture passanti sostanzialmente longitudinali.

In altre parole, secondo un aspetto dell’invenzione il compressore presenta un motore sincrono, con ciò consentendo di usufruire dei vantaggi di tale tipologia di motori, ossia la facilità e precisione di controllo della velocità nonché le trascurabili perdite rotoriche.

Inoltre, il rotore a laminazione con aperture passanti è particolarmente leggero e tale da migliorare la resa del motore complessivo. Il miglioramento è tale da superare le perdite in resa, rispetto ad un motore asincrono, dovute alla presenza dell'inverter. Di fatto, quindi, si supera il preconcetto dei tecnici del settore riferito alla minore resa dei motori sincroni rispetto ai motori asincroni.

Si nota anche che i motori sincroni a riluttanza presentano lo stesso statore dei motori asincroni. Di conseguenza, il motore del compressore del gruppo refrigerante proposto è ottenibile da un motore di un gruppo refrigerante di tipo noto sostituendone il rotore originario con il rotore proposto.

Forme di realizzazione vantaggiose dell’invenzione sono definite in accordo con le rivendicazioni dipendenti.

Più in dettaglio, potranno essere fissate particolari relazioni tra caratteristiche costruttive dello statore e caratteristiche costruttive del rotore.

Considerando che lo statore è provvisto di almeno una coppia di poli e di una pluralità di scanalature per ciascuna di tali coppie, esso sarà provvisto di un numero complessivo di espansioni polari pari al numero di scanalature per il numero di coppie di poli. Per quanto concerne il rotore, invece, sono correlati il numero di aperture passanti con il numero di scanalature equivalenti in esso individuabili.

Considerando tali parametri, il motore sincrono a riluttanza potrà essere progettato in modo che la differenza tra il numero di scanalature di statore per ciascuna coppia di espansioni polari e il numero di scanalature equivalenti di rotore per ciascuna coppia di espansioni polari siano differenti da 0, 2 e -2.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, il numero di scanalature equivalenti di rotore per ciascuna coppia di espansioni polari è maggiore di 6.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il numero di scanalature di statore per ciascuna coppia di espansioni polari è diverso da un multiplo intero del numero di scanalature equivalenti di rotore per ciascuna coppia di espansioni polari.

Così facendo si realizza un motore sincrono a riluttanza le cui caratteristiche fisiche sono tali da migliorarne la resa e superare i motori asincroni attualmente utilizzati nell’arte nota.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, lo stesso motore sincrono comprende un dispositivo per il controllo della posizione e della velocità di rotazione del rotore del tipo senza sensori di posizione e di velocità. In tal modo, come noto, il controllo è più resistente perché non è soggetto ad usura. Inoltre gli errori di deriva assomigliano a normali offsets compensati dai controllori e, se la stima dell’angolo di orientamento è sufficientemente accurata, il sistema risulta autocontrollato e particolarmente stabile.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite ma non esclusive di un gruppo refrigerante a ciclo compressione/espansione secondo l’invenzione, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la FIG. 1 rappresenta schematicamente il gruppo refrigerante dell'invenzione;

le FIGG. da 2 a 4 rappresentano particolari del gruppo refrigerante dell’invenzione.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito Con riferimento alle figure citate, si descrive un gruppo refrigerante 1 a ciclo compressione/espansione. Come detto in precedenza, un tale gruppo refrigerante 1 generalmente comprende, come di osserva in FIG. 1 , almeno un compressore 2, che comprime un fluido refrigerante la cui temperatura aumenta, almeno una batteria condensativa 3, ove viene sottratto il calore latente al fluido refrigerante, e almeno una batteria evaporativa 4 in cui il fluido viene fatto espandere in modo da assorbire calore dall’esterno.

Il compressore 2 è provvisto di mezzi di motorizzazione 5, osservabili in FIG. 2, che agiscono su un pistone che comprime il fluido refrigerante.

Secondo un aspetto dell'invenzione, i mezzi di motorizzazione 5 comprendono almeno un motore elettrico sincrono a riluttanza 6. Tale tipologia di motore si contraddistingue per essere molto simile ai motori asincroni. In particolare, vantaggiosamente, essa presenta il medesimo statore 7 dei motori asincroni, mentre il rotore 8 ha una forma esecutiva differente.

Si nota che un motore sincrono a riluttanza 6 è suscettibile di essere controllato elettronicamente. In particolare, il controllo della velocità di rotazione avviene mediante un inverter 9 con il quale eseguire il controllo del vettore corrente elettrica di alimentazione. Opportunamente, l’inverter 9, facente parte del circuito di alimentazione 10 del motore 6, generalmente comprende interruttori di tipo IGBT per alimentare il motore 6 con una tensione avente un opportuno duty cycle. Tipicamente, gli interruttori IGBT sono comandati con una frequenza di commutazione compresa tra 2 KHz e 8 KHz, e preferibilmente pari a 4 KHz.

Se è pur vero che l’uso dell’inverter 9 tende a peggiorare la resa del gruppo refrigerante 1 rispetto a gruppi che non necessitano di esso, è anche vero che il motore sincrono 6 consente un controllo di velocità migliore di un motore asincrono. Poiché il gruppo refrigerante 1 può lavorare per lunghi periodi a velocità inferiori alla velocità massima, è evidente che un miglior controllo di velocità può compensare almeno parzialmente la suddetta perdita di resa.

Come noto, il motore sincrono a riluttanza 6 deve presentare un rotore 8 ad alta anisotropia. Ciò si può ottenere con metodologie differenti. Nel caso in esame, secondo un aspetto dell'invenzione, ciò si ottiene utilizzando un rotore a laminazione trasversale, ossia realizzato con una pluralità di lamierini assemblati tra loro. Il rotore 8 presenta un asse di rotazione longitudinale X.

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, lo stesso rotore 8, come si osserva nelle FIGG. 3, 4 e 5, è anche provvisto di una pluralità di aperture passanti 11 sostanzialmente longitudinali.

Tale forma di esecuzione consente innanzitutto di realizzare il rotore 8 con materiali di peso inferiore ai rotori dei motori asincroni. Inoltre, i fori passanti 11 contribuiscono ancor più ad abbassare il peso del rotore 8. È evidente che ciò si tramuta in una migliore efficienza del motore 6.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, la forma esecutiva del rotore 8 è particolare. Considerando che lo statore 7 è provvisto di almeno una coppia di espansioni polari 12 e di una pluralità di scanalature di statore 13 per ciascuna coppia, il rotore 8 è realizzato in modo che la differenza tra il numero di scanalature di statore 13 per ciascuna coppia di espansioni polari 12 e il numero di scanalature equivalenti di rotore per ciascuna coppia di espansioni polari 12 è diverso da 0, 2 e -2.

Più in dettaglio, nel rotore così realizzato si possono individuare una pluralità di punti di separazione 24 reali o equivalenti tra le aperture passanti 11 e le espansioni polari 12 dello statore 7. Tali punti di separazione sono in numero pari alle scanalature equivalenti di rotore. Orbene, secondo un altro aspetto dell’invenzione il numero di scanalature equivalenti di rotore per ciascuna coppia di espansioni polari 12 è maggiore di 6.

Ancora, secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione il numero di scanalature di statore 13 per ciascuna coppia di espansioni polari 12 è diverso da un multiplo intero del numero di scanalature equivalenti di rotore per ciascuna coppia di espansioni polari 12.

In altre parole, ciascun lamierino che compone il rotore 8 è realizzato con una pluralità di aperture passanti 11 in modo da soddisfare una o più delle suddette condizioni.

Tale forma di esecuzione innanzitutto consente di ridurre sensibilmente, se non eliminare, le perdite retoriche è le ondulazioni indesiderate del flusso magnetico durante il controllo della velocità del motore 6 così realizzato.

Oltre a tutto ciò, si nota che nei gruppi refrigeranti il fluido viene fatto passare attraverso il motore del compressore per raffreddarlo. A tal fine, nei rotori dei gruppi refrigeranti noti sono realizzate aperture passanti che consentono tale attraversamento. Tuttavia, l’integrità di tali rotori obbliga a contenere le dimensioni delle suddette aperture passanti. Ne consegue che l’attraversamento del rotore costituisce, per il flusso del fluido refrigerante, un collo di bottiglia.

Nella forma di esecuzione proposta del rotore 8, il numero e l’estensione di aperture passanti 11 sono tali per cui l’apertura complessiva risulta particolarmente ampia. Ciò lo distingue vantaggiosamente dai rotori noti.

Nel caso in esame, infatti, l’ampiezza delle aperture passanti 11 longitudinali è tale da consentire un miglioramento sensibile nel flusso del fluido refrigerante. È evidente che il motore 6 è raffreddato più correttamente e che il circuito del fluido nel passaggio attraverso il motore 6 presenta perdite inferiori all’arte nota, con ciò diminuendo il lavoro da parte del compressore 2, e quindi del motore 6, per sopperire a tali perdite. Ciò si traduce in un aumento di efficienza e resa del gruppo.

È evidente, inoltre, che un calo del lavoro che il motore 6 deve svolgere implica un minore riscaldamento dello stesso e quindi un minore innalzamento della temperatura del fluido refrigerante nel suo passaggio attraverso il motore 6.

In altre parole, l'utilizzo di un rotore 8 così progettato consente un aggiuntivo miglioramento della resa e dell’efficienza del gruppo refrigerante 1 proposto.

Si nota che, secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, anche l’inverter 9 potrà essere raffreddato dal fluido refrigerante.

È noto che un fattore importante dei motori è la loro manutenzione. In tale ottica, secondo un aspetto dell’invenzione il rotore 8 è accoppiato amovibilmente allo statore 7. In particolare, come si osserva nella sezione di FIG. 5, esso presenta un foro passante centrale 20 per il passaggio dell’albero del motore e, ad una sua estremità, un incavo 21 suscettibile di accogliere mezzi di fissaggio 22 del rotore 8 all’albero del motore 6. Tali mezzi di fissaggio 22, ad esempio, possono comprendere un dado 23 che ingrana su almeno una porzione filettata dell'albero. La realizzazione dell’incavo 21 consente al dado 23 di essere totalmente contenuto nello spazio di ingombro del rotore 8 a fissaggio avvenuto.

In FIG. 4 si osserva che l’estensione dell’incavo 21 obbliga a progettare e realizzare in modo appropriato le aperture passanti 11.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il gruppo refrigerante 1 comprende un dispositivo per il controllo della posizione e della velocità di rotazione del rotore 8 per consentire il controllo del motore 6. Come anticipato in precedenza, ciò è dovuto al fatto che, quando è raggiunta la temperatura desiderata all’interno dell’ambiente in cui il gruppo refrigerante 1 lavora, il compressore 2 può lavorare a regimi inferiori e per fare ciò è necessario abbassare la velocità del motore 6.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il dispositivo di controllo della posizione e della velocità di rotazione del rotore 8 è del tipo senza sensori di posizione e di velocità.

Come anticipato, in tal modo il controllo è più resistente perché non è soggetto ad usura. Inoltre gli errori di deriva assomigliano a normali offsets compensati dai controllori e, se la stima dell’angolo di orientamento è sufficientemente accurata, il sistema risulta autocontrollato e particolarmente stabile.

Tuttavia sono note numerose tipologie di dispositivi di controllo privi di sensori di posizione e velocità.

Un particolare dispositivo viene qui proposto per migliorare ancor più il gruppo refrigerante dell’invenzione consentendone un’ottima precisione di posizionamento lungo tutto il campo di funzionamento e, soprattutto, un funzionamento regolare anche in situazioni molto critiche, come nella transizione tra il funzionamento ad alta velocità ed il funzionamento a bassa velocità che, come visto, è un passaggio fondamentale per migliorare la resa del gruppo refrigerante 1.

Per raggiungere tali risultati, il dispositivo deve poter realizzare un metodo che comprende una prima fase nella quale viene eseguita la misura diretta o indiretta della tensione e della corrente di alimentazione del motore 6. In particolare, la tensione continua deN’inverter 9 fornita al motore 1 e le correnti di alimentazione trifase vengono misurate direttamente mediante mezzi di misura ad esempio costituiti da voltmetri e amperometri. Successivamente, utilizzando la trasformata di Clarke, si trasformano le grandezze agenti nel sistema trifase in un sistema bifase solidale allo statore 7, quindi fisso, più comodo da trattare. Tale trasformazione, come noto, ha il vantaggio di conservare le grandezze di fase e quindi è consigliabile per le implementazioni pratiche.

Nel caso delle tensioni, nella trasformazione di Clarke si utilizza, oltre alla tensione continua misurata, anche il duty cycle deN’inverter 9.

Successivamente, la corrente di alimentazione espressa nel sistema di riferimento fisso viene ricalcolata secondo un sistema di riferimento mobile e solidale al rotore 8. Il calcolo delle componenti delle correnti in questo ulteriore sistema di riferimento viene generalmente eseguito mediante l’altrettanto nota trasformazione di Park. Quest'ultima utilizza un valore di retroazione, calcolato in una fase di retroazione successiva, dell’angolo di posizione del rotore 8 rispetto allo statore 7.

In una seconda fase viene eseguita la stima del flusso magnetico del motore 6 mediante un modello del suo comportamento magnetico a partire dalla conoscenza delle correnti di alimentazione secondo il sistema di riferimento mobile. Più in dettaglio, il modello magnetico potrà essere di vario tipo, lineare o non lineare, e preferibilmente espresso mediante funzioni non lineari delle componenti della corrente nel sistema di riferimento mobile e dell’angolo di rotazione del rotore 8. Anche in questo caso il calcolo viene eseguito con un valore di retroazione, calcolato nella fase di retroazione successiva precedentemente citata, dell’angolo di rotazione.

In particolare, il calcolo viene eseguito in un opportuno stimatore di flusso mediante una look up table, che ad ogni coppia di valori di corrente associa una coppia di valori del flusso nel sistema di riferimento mobile. Successivamente, il flusso stimato nel sistema di riferimento mobile potrà essere espresso con le componenti nel sistema di riferimento fisso, mediante una trasformazione inversa di Park.

In una terza fase viene calcolato un flusso magnetico ideale ottenuto mediante integrazione nel tempo della tensione di alimentazione secondo il sistema di riferimento fisso diminuita delle perdite resistive nello statore 7.

Una quarta fase prevede la combinazione del flusso magnetico ideale e del flusso magnetico stimato per ottenere un flusso magnetico osservato. La terza fase e la quarta fase sono eseguite preferibilmente, ma non necessariamente, in modo congiunto da un unico osservatore di flusso.

In una successiva quinta fase viene eseguito il calcolo di un primo segnale d’errore a partire da una stima della posizione angolare del rotore 8 e da un valore di retroazione della stessa posizione angolare calcolato nella successiva fase di retroazione. Il valore stimato della posizione angolare potrà essere ottenuto mediante opportune relazioni trigonometriche a partire dal flusso osservato nel sistema di riferimento fisso e dal flusso stimato nel sistema di riferimento mobile solidale al rotore 8.

In particolare, dato il modulo λ del flusso magnetico, le sue componenti nel sistema di riferimento fisso potranno essere espresse dalle seguenti:

dove θ è l'angolo di posizione del rotore 8 rispetto allo statore 7 nel sistema di riferimento fisso, mentre δ è l’angolo di posizione del rotore 8 rispetto allo statore 7 nel sistema di riferimento mobile.

Analogamente, le componenti nel sistema di riferimento mobile sono

Ne consegue:

Da queste espressioni, utilizzando i valori calcolati del flusso e la notazione vettoriale con il flusso stimato nel sistema di riferimento mobile ^mobile= [λ'" λ""] e il f lusso osservato nel sistema di riferimento fisso XfjSSo = [λ' λ”], si ottengono le seguenti espressioni:

dove 0' è la stima della posizione angolare del rotore rispetto allo statore.

Dopo aver stimato i valori di cos(0’) e di sin(0’), il primo segnale d’errore viene calcolato filtrando opportunamente con un filtro passa basso la differenza ΔΘ tra il valore 0 ottenuto da un ramo di retroazione ed il valore stimato 0’. Inoltre, la differenza ΔΘ potrà essere calcolata con la seguente espressione trigonometrica:

Δθ = 0 - 0’ « sin(0 - 0’) = sin(0)cos(0’) - cos(0)sin(0’).

II valore di retroazione 0 potrà essere prelevato da un ramo di retroazione alimentato dalla posizione angolare 0 del rotore calcolata nella successiva fase di retroazione.

In modo analogo a quanto descritto sopra, anche il flusso osservato ÀfjSS0potrà essere convertito dal sistema di riferimento fisso al sistema di riferimento mobile mediante la trasformazione di Park.

In una sesta fase viene eseguito l'inserimento di una componente di flusso in frequenza ed il calcolo di un secondo segnale di errore eseguendo la differenza Δλ tra il flusso osservato ed il flusso stimato nel sistema di riferimento mobile e mediante demodulazione della componente in frequenza presente nella differenza Δλ. Più in dettaglio, la componente di flusso in frequenza potrà essere inserita lungo un primo asse coordinato del sistema di riferimento mobile solidale al rotore 8, mentre la differenza tra il flusso osservato ed il flusso stimato potrà essere eseguita solo tra le rispettive componenti di tali flussi lungo un secondo asse coordinato del sistema di riferimento mobile. In particolare, gli assi coordinati potranno essere fra loro sostanzialmente in quadratura e il primo potrà essere disposto lungo la direzione di minima riluttanza del rotore 8. In questo modo la differenza Δλ lungo il secondo asse è calcolabile e risulta proporzionale a [sin2(0 - 0’)]/2.

Vantaggiosamente, la componente in frequenza inserita nel flusso può avere una frequenza compresa tra 300 Hz e 800 Hz e preferibilmente pari a 400 Hz. L’utilizzo di una frequenza relativamente bassa, come ad esempio quella di 400 Hz, permette di contenere i valori d’induttanza nel circuito di alimentazione del motore 6 e, conseguentemente, di ridurre le cadute di tensione. Questa particolare scelta consente, inoltre, di avere una maggiore disponibilità di coppia del motore 6 e capacità di fronteggiare improvvise variazioni del carico meccanico sul motore 6 stesso, anche a velocità di rotazione intermedie del rotore 8.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il calcolo del secondo segnale d’errore può prevedere in serie il filtraggio con un filtro passa alto della differenza Δλ calcolata sul secondo asse coordinato, la demodulazione della componente in frequenza con un demodulatore del tipo ad eterodina, ed infine un ulteriore filtraggio con un filtro passa basso.

In una settima fase viene poi eseguita la combinazione del primo e del secondo segnale di errore in un circuito elettronico di miscelazione per ottenere un segnale d’errore unico. Ad esempio, la combinazione tra i due segnali di errore può essere realizzata moltiplicando ogni errore singolo per un corrispondente coefficiente moltiplicativo. Questi ultimi possono essere composti da rispettivi coefficienti costanti e da rispettivi coefficienti variabili in funzione della velocità di rotazione del rotore 8. I coefficienti variabili potranno incrementare il primo segnale di errore rispetto al secondo segnale di errore per velocità di rotazione relativamente elevate ed incrementare il secondo segnale di errore rispetto al primo segnale di errore per velocità relativamente contenute e prossime a zero.

La velocità di rotazione del rotore 8, utilizzata per determinare i coefficienti variabili, viene calcolata partendo dal flusso osservato nel sistema di riferimento fisso e dal flusso stimato nel sistema di riferimento mobile. Più in dettaglio, in modo analogo a quanto descritto sopra, viene calcolata la differenza ΔΘ, la quale viene successivamente filtrata per ottenere la velocità di rotazione del rotore 8.

La più volte citata fase di retroazione prevede l'introduzione del segnale d’errore unico in un controllore avente una coppia di integratori. In questo modo all'uscita del controllore si ottiene la posizione angolare del rotore 8, la quale viene utilizzata come segnale di retroazione in tutte le fasi precedenti che richiedono tale valore Θ della posizione angolare. La retroazione del valore Θ della posizione permette di ottenere un anello chiuso, il quale potrà essere eseguito iterativamente con una frequenza di ciclo predeterminata. In particolare, ad ogni ciclo di iterazione, nell’esecuzione dei calcoli delle fasi dalla prima a quella di retroazione potrà essere impiegato il valore Θ ottenuto al termine della fase di retroazione dell’iterazione precedente.

L’eseguire la combinazione del primo e del secondo segnale d’errore a monte di una doppia integrazione permette di ottenere un comportamento regolare in tutto il campo di variazione della velocità di rotazione del rotore 8, aumentando notevolmente l’efficienza e la resa del gruppo di refrigerazione 1 potendo diminuire la velocità del motore 6 senza introdurre elementi di disturbo indesiderati e malfunzionamenti propri dell’arte nota.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, è presente una ottava fase del metodo di controllo dove si utilizza, secondo modalità in sé note, la posizione angolare Θ ricavata nella fase di retroazione per controllare il motore 8 senza l’ausilio di sensori di posizione e di velocità.

In altre parole, grazie a questa particolare configurazione è possibile controllare il moto del rotore 8 in modo preciso e regolare su un ampio campo di variazione della velocità di rotazione anche senza l'ausilio di sensori di posizione e di velocità.

II metodo di controllo sopra descritto viene realizzato, come detto, da un dispositivo di controllo di posizione e di velocità del motore sincrono a riluttanza.

In particolare, il dispositivo di controllo comprende mezzi di misura della tensione e delle correnti di alimentazione dei mezzi di motorizzazione 5, ossia del motore 6. Esso comprende, inoltre, mezzi di elaborazione suscettibili di calcolare le stime del flusso magnetico e del flusso magnetico ideale per correlarle tra loro e determinare un flusso magnetico osservato. Gli stessi mezzi di elaborazione sono suscettibili di calcolare il primo segnale d'errore e di inserire la componente di flusso in frequenza per calcolare il secondo segnale di errore.

Opportunamente, il dispositivo di controllo comprende il controllore dei mezzi di motorizzazione 5 preferibilmente ma non necessariamente contenuto nei mezzi di elaborazione. Esso è suscettibile di ricevere dai mezzi di elaborazione un segnale d’errore unico ottenuto mediante la combinazione del primo e del secondo segnale di errore in funzione della velocità di rotazione del rotore 8.

In particolare, il controllore comprende la succitata coppia di integratori suscettibili di calcolare la posizione angolare del rotore 8 anche mediante il segnale di errore unico in modo da effettuare un controllo dei mezzi di motorizzazione 5 tale da consentire un comportamento regolare in tutto il campo di variazione della velocità di rotazione del rotore 8.

Da quanto sopra descritto, appare evidente che il gruppo refrigerante dell’invenzione supera almeno parzialmente gli inconvenienti deN’arte nota.

In particolare, esso supera i pregiudizi del tecnico del settore mettendo a disposizione un gruppo refrigerante a ciclo compressione/espansione che utilizza un motore sincrono a riluttanza con rendimento superiore ai gruppi refrigeranti noti.

Esso inoltre presenta perdite rotoriche di scorrimento inferiori, se non nulle, rispetto aN’arte nota.

Il controllo del motore del compressore sopra descritto risulta semplice, accurato e preciso.

Si nota anche che nel gruppo refrigerante proposto è diminuita, rispetto all’arte nota, l'entità del ‘collo di bottiglia’ costituito dal motore del compressore nel circolo del fluido refrigerante.

Il gruppo refrigerante secondo l’invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito del trovato.

Anche se il gruppo refrigerante è stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione aN'ambito di tutela rivendicato.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Un gruppo refrigerante a ciclo compressione/espansione comprendente almeno un compressore (2) provvisto di mezzi di motorizzazione (5) per comprimere un fluido refrigerante, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di motorizzazione (5) comprendono almeno un motore elettrico sincrono a riluttanza (6) in cui si individua almeno un rotore (8) del tipo a laminazione trasversale con un asse di rotazione longitudinale (X) e provvisto di una pluralità di aperture passanti (11) sostanzialmente longitudinali.
2. Gruppo refrigerante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in detto motore elettrico sincrono a riluttanza (6) comprende almeno uno statore (7) provvisto di almeno una coppia di espansioni polari (12) e di una pluralità scanalature di statore (13) per ciascuna detta coppia di espansioni polari (12).
3. Gruppo refrigerante secondo la rivendicazione 2, in cui: - la differenza tra il numero di dette scanalature di statore (13) per ciascuna detta coppia di espansioni polari (12) e il numero di scanalature equivalenti di rotore per ciascuna detta coppia di espansioni polari (12) è diverso da 0, 2 e -2; - il numero di dette scanalature equivalenti di rotore per ciascuna detta coppia di espansioni polari (12) è maggiore di 6; - il numero di dette scanalature di statore (13) per ciascuna detta coppia di espansioni polari (12) è diverso da un multiplo intero del numero di dette scanalature equivalenti di rotore per ciascuna detta coppia di espansioni polari (12).
4. Gruppo refrigerante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo per il controllo della posizione e della velocità di rotazione di detto rotore (8) per consentire il controllo di detti mezzi di motorizzazione (5) senza sensori di posizione e di velocità.
5. Gruppo refrigerante secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di misura della tensione e delle intensità di corrente di alimentazione di detti mezzi di motorizzazione (5).
6. Gruppo refrigerante secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un inverter (9) suscettibile di fornire detta tensione di alimentazione a detti mezzi di memorizzazione (5).
7. Gruppo refrigerante secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto inverter (9) è provvisto di interruttori per la sagomatura almeno di detta tensione di alimentazione per ottenere un opportuno duty cycle, detti interruttori essendo comandati con una frequenza di commutazione compresa tra 2 KHz e 8 KHz.
8. Gruppo refrigerante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di elaborazione suscettibili di: - calcolare una stima del flusso magnetico in detti mezzi di motorizzazione (5), mediante dette intensità di corrente di alimentazione misurate, e un flusso magnetico ideale, mediante integrazione nel tempo di detta tensione di alimentazione diminuita delle perdite resistive in detto statore (7), per correlarle tra loro e determinare un flusso magnetico osservato; - calcolare un primo segnale d’errore a partire da una stima della posizione angolare di detto rotore (8) e da un valore di retroazione di detta posizione angolare; - inserire una componente di flusso in frequenza e calcolare un secondo segnale di errore mediante differenza tra detto flusso osservato e detto flusso stimato e mediante demodulazione della componente in frequenza indotta in detti flussi osservato e stimato.
9. Gruppo refrigerante secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un controllore di detti mezzi di motorizzazione (5) suscettibile di ricevere da detti mezzi di elaborazione un segnale d’errore unico ottenuto mediante la combinazione di detto primo e di detto secondo segnale di errore in funzione della velocità di rotazione di detto rotore (8).
10. Gruppo refrigerante secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto controllore comprende almeno una coppia di integratori suscettibili di calcolare la posizione angolare di detto rotore (8) anche mediante detto segnale di errore unico in modo da effettuare un controllo di detti mezzi di motorizzazione (5) tale da consentire un comportamento regolare in tutto il campo di variazione della velocità di rotazione di detto rotore (8).