ITTO20060589A1 - Compressore lineare, in particolare compressore di refrigerante. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Compressore lineare, in particolare compressore di refrigerante"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un compressore lineare, in particolare un compressore di refrigerante, con un gruppo di compressione comprendente un cilindro ed uno stantuffo che si muove con moto alternativo nel cilindro, ed un motore elettrico lineare comprendente uno statore esterno, uno statore interno ed un indotto disposto in un traferro formato tra lo statore esterno e lo statore interno, con l’indotto collegato allo stantuffo attraverso un'asta di stantuffo.

Un tale compressore lineare è noto, ad esempio, da US 6.565.332 B2. In questo documento, il cilindro è disposto radialmente all’interno dello statore interno. L'indotto, che è mobile tra lo statore interno e lo statore esterno, comprende dei magneti permanenti ed è collegato all'asta di stantuffo attraverso una disposizione a flangia radiale che trasmette il movimento dell'indotto allo stantuffo. La disposizione a flangia è situata assialmente tra il motore elettrico ed un sistema a molla risonante.

Un compressore lineare simile è noto da US 6.793.470 B2 . In questo documento, l’indotto non è collegato allo stantuffo attraverso un'asta di stantuffo ina attraverso un qualche tipo di tubo cilindrico avente approssimativamente lo stesso diametro esterno dello stantuffo. Inoltre in questo documento lo stantuffo si muove all'interno dello statore interno, il che fa sì che lo statore e quindi il compressore lineare debbano avere un diametro relativamente grande. Normalmente, un tale motore elettrico lineare sarà fatto funzionare in una posizione coricata. Ciò significa che, a causa del grande diametro del motore elettrico lineare, il motore elettrico lineare avrà un'altezza relativamente elevata. Quando il compressore lineare è utilizzato quale compressore di refrigerante in un apparecchio di raffreddamento domestico, ad esempio un frigorifero o un congelatore, l'altezza del compressore lineare riduce lo spazio disponibile per la camera di refrigerazione.

US 5.772.410 descrive un altro compressore lineare, in cui il cilindro è disposto su un prolungamento assiale del motore elettrico. In questo documento, lo statore interno è situato all'interno dello stantuffo e l’indotto è collegato direttamente al lato dello stantuffo dalla parte opposta alla testata. Ciò permette una struttura relativamente compatta, ma richiede una fabbricazione relativamente costosa ed un allineamento reciproco dei singoli componenti, poiché soltanto un’estremità dell'indotto e dello statore interno può essere fissata allo stantuffo o ad un supporto, rispettivamente.

L'invenzione è basata sull’obiettivo di fornire un compressore lineare avente una struttura semplice e le minime dimensioni possibili.

In un compressore lineare come menzionato nell'introduzione, questo obiettivo è raggiunto per il fatto che l'indotto è collegato all'asta di stantuffo all’interno della lunghezza assiale dello statore interno.

Così, un collegamento tra l'indotto e l'asta di stantuffo è guidato attraverso lo statore interno. Non è più richiesta una disposizione situata assialmente all'esterno del motore elettrico, attraverso la quale l'indotto possa essere collegato all'asta dì stantuffo. Il risultato è una struttura relativa-mente corta, che riduce lo spazio richiesto per il compressore. Ciò permette, ad esempio, un aumento dello spazio disponibile per la camera di refrigerazione in un apparecchio dì raffreddamento domestico avente dimensioni specifiche.

Dì preferenza, il gruppo di compressione è situato assialmente all'esterno del motore elettrico lineare. Così, il diametro del motore elettrico ed anche l'altezza di un compressore disposto in posizione orizzontale possono essere mantenuti limitati. Normalmente, è disponibile uno spazio sufficiente per un apparecchio di raffreddamento domestico nella direzione della larghezza. Il compressore può così avere una lunghezza assiale relativamente grande, con la conseguenza che il suo diametro e quindi la sua altezza sono ridotti.

Di preferenza, l'asta di stantuffo è guidata attraverso l'intera lunghezza assiale del motore elettrico lineare, con un sistema a molla risonante disposto su un lato del motore elettrico lineare dalla parte opposta al gruppo di compressione. Il sistema a molla risonante ha una frequenza di risonanza che è adattata alla frequenza di funzionamento del motore elettrico lineare. La frequenza di funzionamento è determinata dalla frequenza della corrente alimentata. Quando il compressore lineare è fatto funzionare nella regione di risonanza del sistema a molla risonante, esso assorbirà meno energia. Poiché l'asta di stantuffo può ora essere utilizzata per collegare il sistema a molla risonante allo stantuffo, il sistema a molla risonante può essere situato sul lato del motore elettrico lineare disposto in posizione opposta al gruppo di compressione. Questo disaccoppiamento semplifica la struttura. Il sistema a molla risonante non entrerà in conflitto con il movimento dello stantuffo.

Di preferenza, l'asta di stantuffo è guidata dallo stantuffo e dal sistema a molla risonante. Così, l'asta di stantuffo non ha nessun punto di contatto con il motore elettrico lineare. Così, l'asta di stantuffo può anche supportare l'indotto in modo che questo sia guidato praticamente senza contatto attraverso il traferro tra lo statore interno e lo statore esterno.

Di preferenza, il cilindro è mobile rispetto allo statore esterno durante il montaggio. Con riferimento ad un compressore a stantuffo, ha un certo significato il fatto che la camera dì compressione formata dallo stantuffo e dal cilindro abbia un volume minimo nel punto morto superiore dello stantuffo. Durante il montaggio, lo stantuffo può ora essere posizionato nel suo punto morto superiore, e quindi il cilindro può essere spostato rispetto allo statore esterno, e quindi anche rispetto allo stantuffo, in modo che la camera di compressione assuma il valore minimo ammissibile. Ad esempio, il cilindro può essere spostato in un pezzo intermedio di forma tubolare. Quando è stata raggiunta la posizione desiderata, il cilindro è fissato nel pezzo intermedio, ad esempio per saldatura, brasatura o incollaggio .

Di preferenza, l’indotto e l'asta di stantuffo sono collegati tra loro attraverso almeno un elemento di collegamento, che è guidato attraverso almeno due cave nello statore interno. Così, l'indotto e l'asta di stantuffo sono collegati tra loro in due posizioni nella direzione circonferenziale, il che aumenta la stabilità del gruppo formato dall'asta di stantuffo e dall'indotto. Le cave nello statore interno sono di importanza secondaria per il comportamento magnetico dell'intero statore. Nello statore interno, il campo magnetico si estende principalmente nella direzione assiale, e non nella direzione circonferenziale, per cui il campo magnetico non è molto disturbato dalle cave estendentisi assialmente.

Si preferisce che le cave siano realizzate in modo da attraversare l'intera lunghezza assiale dello statore interno. Ciò significa che lo statore interno può essere costituito da diversi segmenti. Ciò semplifica la fabbricazione.

Di preferenza, l'elemento di collegamento comprende un anello interno, che è collegato all'asta di stantuffo. Così, l'anello interno assicura il posizionamento radiale dell'elemento di collegamento rispetto all'asta di stantuffo.

Sì preferisce che l'anello interno appoggi con una pressione predeterminata su una superficie di appoggio circonferenziale dell'asta di stantuffo. Così, l’anello interno assicura anche il posizionamento assiale dell'elemento di collegamento rispetto all'asta di stantuffo e quindi la posizione dell'asta di stantuffo e dell'indotto l'una rispetto all'altro.

Di preferenza, l'elemento di collegamento comprende un anello esterno, che è collegato all'indotto. In questa forma di attuazione, l’indotto è supportato anularmente, in modo da assicurare anche la sua posizione radiale rispetto all'asta di stantuffo.

Di preferenza, l'anello interno e l'anello esterno sono collegati l'uno con l'altro per mezzo di almeno due bracci estendentisi in direzione radiale. Questi bracci possono essere guidati attraverso le cave nello statore interno. Essi si estendono di preferenza in direzione radiale.

Di preferenza, l'indotto è formato da un sistema di magneti permanenti di forma tubolare cilindrica, il cui asse longitudinale coincide con l'asse dell'asta di stantuffo. I magneti permanenti formanti il sistema di magneti permanenti sono magnetizzati radialmente, ossia tutte le loro superfici radialmente esterne hanno la stessa polarità magnetica. In modo semplice, questo sistema di magneti permanenti può essere trattenuto insieme dall'anello esterno .

Di preferenza, l'asta di stantuffo è collegata all'indotto in almeno due posizioni, che hanno una certa distanza nella direzione assiale. Ciò assicura che l'indotto non possa inclinarsi rispetto all'asta di stantuffo, e viceversa. Il posizionamento del-1 'indotto e dello statore può essere mantenuto in modo molto preciso, il che permette di ottenere parametri di funzionamento favorevoli. In particolare, il traferro, che è formato tra lo statore interno e lo statore esterno, può essere fissato ad una larghezza minima, poiché il rischio che l'indotto tocchi lo statore è praticamente inesistente.

Di preferenza, le posizioni assiali e radiali dell'indotto rispetto all'asta di stantuffo sono controllate dall'elemento di collegamento. L'indotto e l'asta di stantuffo formano così un gruppo, in cui tutti gli elementi hanno un posizionamento fisso l'uno rispetto all'altro.

Di preferenza, l'indotto è sospeso assialmente tra due elementi di collegamento. Questa forma di attuazione presenta due vantaggi. In primo luogo, l'indotto è bloccato nella direzione assiale. In secondo luogo, è sufficiente permettere che due arresti dell'asta di stantuffo agiscano sugli elementi di collegamento dal lato radialmente esterno. L'indotto è bloccato per mezzo del montaggio degli elementi di collegamento sull'asta dì stantuffo e del serraggio degli elementi di collegamento sull'asta di stantuffo.

Di preferenza, almeno un elemento di collegamento presenta una sporgenza disposta radialmente all’interno dell'indotto, con l'indotto che appoggia dal lato radialmente esterno sulla sporgenza suddet-ta. Questa sporgenza fissa anche l'indotto in direzione radiale.

Si preferisce che la sporgenza sia situata nel-l'area dei bracci. In questo caso, l'elemento di collegamento presenta la massima forza resistente, per cui neppure forze maggiori provocheranno un mo-vimento radiale dell'indotto rispetto all'elemento di collegamento .

Nel seguito, l'invenzione è descritta sulla ba-se di una forma di attuazione preferita con riferimento ai disegni, che mostrano:

la figura 1, una vista in sezione longitudinale schematica di un compressore lineare,

la figura 2, una vista dall'alto di un gruppo di componenti comprendente uno stantuffo, un'asta di stantuffo ed un indotto, e

la figura 3, una vista in sezione lungo la linea III - III nella figura 2.

La figura 1 mostra un compressore lineare 1, che è disposto in un involucro a chiusura ermetica 2.

Il compressore lineare 1 comprende una sezione di compressione 3, una sezione dì comando 4 ed un sistema a molla risonante 5. Il gruppo formato dalla sezione di compressione 3, dalla sezione di comando 4 e dal sistema a molla risonante 5 è sospeso nel-1’involucro 2 per mezzo di due molle anulari piane 6, Ί , ciascuna delle quali ha la forma di una spira-le con una sola spira. Le molle anulari 6, 7 sono fissate sulla sezione di comando 4.

La sezione di compressione 3 comprende un cilindro 8, un cui primo lato frontale è coperto da una testata 9. Il cilindro 8 e la testata 9 sono collegati in un involucro 10 in modo simile ad una cartuccia. Un silenziatore di aspirazione 11 ed un silenziatore di mandata 12 sono fissati sulla testata 9. Il silenziatore di aspirazione 11 è collegato ad un'apertura di aspirazione 13 ed il silenziatore di mandata 12 è collegato ad un'apertura di mandata 14 nella testata.

L'involucro 10 è inserito in un anello intermedio 15, che è collegato alla sezione di comando 4. Durante il montaggio, l'involucro 10, e quindi il cilindro 8, possono essere spostati rispetto all'anello intermedio 15 entro certi limiti nella direzione assiale del cilindro. Quando, durante il montaggio, è stata raggiunta una posizione predeterminata del cilindro rispetto alla sezione di comando 4, l'involucro 10 è fissato nell'anello intermedio, ad esempio per saldatura, brasatura o incollaggio. Nel cilindro 8 è disposto uno stantuffo 16, che limita una camera di compressione 17 insieme con il cilindro 8 e la testata 9. Prima che il cilindro con l'involucro 10 sia fissato nel pezzo intermedio 15, lo stantuffo 16 è spostato nel suo punto morto supe-riore, ed il cilindro 8 è fatto muovere finché la camera di compressione 17 non ha raggiunto il suo minimo volume ammissibile.

La sezione di comando 4 comprende un motore elettrico lineare. Il motore elettrico lineare comprende uno statore esterno 18 con una cava 19 per un avvolgimento, non illustrato in dettaglio, ed uno statore interno 20. Tra lo statore esterno 18 e lo statore interno 20 vi è un traferro anulare 21, in cui è mobile un indotto 22. L'indotto porta dei magneti permanenti 23, che sono collegati l'uno all'altro per mezzo di due anelli esterni 24, 25. Gli anelli esterni 24, 25 possono, ad esempio, essere realizzati in una materia plastica. Gli anelli esterni 24, 25 sono collegati ad anelli interni 26, 27 attraverso dei bracci illustrati nelle figure 2 e 3 e guidati attraverso delle cave nello statore interno 20.

Gli anelli interni 26, 27 sono collegati ad un'asta di stantuffo 28, che a sua volta è collegata allo stantuffo 16.

Lo statore esterno 18 e lo statore interno 20 sono collegati l'uno con l'altro attraverso dei co-perchi del motore 29, 30, che sono fissati l'uno all’altro per mezzo di bulloni 31. I bulloni si esten-dono parallelamente alla direzione di movimento del-l'asta di stantuffo 28.

L'anello intermedio 15 è collegato al coperchio del motore 30 lato cilindro, ad esempio per saldatura, incollaggio o brasatura.

Il sistema a molla risonante 5, che è situato ad un’estremità della sezione dì comando 4 che si trova dall'altra parte della sezione di compressione 3, comprende un pacco molle 32 costituito da diverse molle a lamina 33. Il pacco molle 32 è collegato all'asta di stantuffo 28 in un'area centrale 34. Una sezione esterna 35 del pacco molle 32 è collegata attraverso bulloni 36 ad un alloggiamento di arresto 37, che forma un arresto per il pacco molle 32.

All’estremità sporgente dal pacco molle 32, l'asta di stantuffo 28 è collegata ad un sistema di pompa dell’olio 38 che è immerso in una coppa dell'olio, non illustrata in dettaglio, che è formata nella parte inferiore dell'involucro 2.

Quando 1'avvolgimento disposto nella cava 19 è alimentato, l'indotto 22 si muove in una direzione trascinando l'asta di stantuffo 28 in questa dire-zione. Quando la direzione della corrente si inver-te, l'indotto 22 con l'asta di stantuffo 28 si muove nella direzione opposta, facendo cosi muovere anche lo stantuffo 16 nella direzione opposta. Ciò aumen-terà e ridurrà periodicamente il volume della camera di compressione 17. Il sistema a molla risonante 5 è adattato alla frequenza della corrente, in modo che la parte mobile del compressore lineare 1, che è formata dall'indotto 22, dall'asta di stantuffo 28, dallo stantuffo 16, dal sistema di pompa dell'olio 38 e dalla parte mobile del sistema a molla risonante 5, oscilli in risonanza.

Le figure 2 e 3 mostrano ora il posizionamento dell'asta di stantuffo 28 e dell'indotto 2 più in dettaglio.

Nell’area dell'estremità lato stantuffo, l'asta di stantuffo 28 presenta una sporgenza circonferenziale 41, su cui l'anello interno 47 appoggia dal lato situato dall'altra parte dello stantuffo 16. Sul lato opposto della sporgenza 41 appoggia un elemento di collegamento 42, per mezzo del quale l'asta di stantuffo 28 è collegata allo stantuffo 16.

Il fissaggio assiale dell'anello interno 27 ri-spetto all'asta di stantuffo 28 assicura anche il fissaggio assiale dell'anello esterno 25. Ciò forma un arresto assiale per ì magneti permanenti 23.

Il secondo anello interno 26 è anche spinto sull'asta di stantuffo 28. Così, il secondo anello esterno 24 viene ad appoggiare sul lato frontale assiale opposto dei magneti permanenti 23, che sono allora fissati tra i due anelli esterni 24, 25. Il secondo anello interno 26 è fissato da un pezzo di estremità 43 avvitato sull'asta di stantuffo 28. Il pezzo di estremità 43 può anche essere collegato all'asta di stantuffo 28 in altri modi. Il fatto che, nella direzione assiale, i due anelli interni 26, 27 siano premuti l'uno contro l'altro fa si che i magneti permanenti 23 siano fissati tra gli anelli esterni 24, 25 nella direzione assiale.

Un anello esterno 24, 25, un anello interno 26, 27 e, nella presente forma di attuazione, tre bracci 40, formano un elemento di collegamento 39. Naturalmente, il numero di bracci 40 può anche essere selezionato ad un valore differente. Tuttavia, sono previsti almeno due bracci. Gli elementi di collegamento 39 possono essere costituiti da una materia plastica.

Ciascun braccio 40 presenta una sporgenza as-siale 44, su cui i magneti permanenti 23 appoggiano dall'esterno. Poiché i magneti permanenti 23 formano un cilindro cavo, le sporgenze 44 sono sufficienti per fissare in modo affidabile i magneti permanenti 23 tra i due elementi di collegamento 39 nella dire-zione radiale. Così, i magneti permanenti 23 sono fissati rispetto all’asta di stantuffo 28 in due po-sizioni, che hanno una certa distanza assiale l'una dall'altra, in modo che i magneti permanenti 23 non possano inclinarsi rispetto all'asta di stantuffo 28. Al contrario, essi sono guidati parallelamente all'asta di stantuffo 28 con una precisione relativamente elevata. L'asta dì stantuffo è semplicemente supportata attraverso lo stantuffo nella sezione di compressione 3 e nel pacco molle 32 nel sistema a molla risonante 5. Così, essa può essere guidata at-traverso lo statore interno senza contatto. Di conseguenza, l'indotto 22 può anche essere supportato nel traferro anulare 21 senza contatto, riducendo le perdite per attrito. L’asta di stantuffo 28 può anche essere guidata attraverso i coperchi del motore 29, 30 senza contatto.

Il gruppo di compressione comprendente il cilindro 8 e lo stantuffo 16 è posizionato assialmente all'esterno del motore elettrico lineare, ossia del-la sezione di comando 4. Di conseguenza, il gruppo di compressione 3 non'deve essere considerato con riferimento al diametro. Il motore elettrico lineare può pertanto essere costruito con un diametro relativamente limitato. L'asta dì stantuffo è guidata attraverso tutta la lunghezza assiale del motore elettrico lineare. Ad un'estremità, essa è provvista del sistema di pompa dell'olio 38, in modo che l'olio utilizzato per lubrificare la sezione di compressione 3 possa anche essere utilizzato per dissipare una certa quantità di calore dalla sezione dì comando 4.

Le cave richieste per i bracci 40 nello statore interno 20 sono di importanza secondaria con riferimento alle proprietà magnetiche dello statore. Nello statore interno 20, il campo magnetico è diretto principalmente in direzione assiale. Soltanto all'estremità assiale, il campo magnetico è deviato nella direzione radiale. Invece, il campo magnetico non ha praticamente nessuna componente nella direzione circonferenziale, per cui i traferri formati dalle cave non generano disturbi significativi.

La guida dell'indotto 22, insieme con l'asta di stantuffo 28 ed il sistema di pompa dell'olio collegato 38, per mezzo dei bracci 40 nello statore interno 20 impedisce che l'indotto possa ruotare nella direzione circonferenziale . Ciò assicura che il sistema di pompa dell'olio sia sempre immerso nella coppa dell’olio .

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Compressore lineare, in particolare compressore di refrigerante, con un gruppo di compressione avente un cilindro ed uno stantuffo che si muove con moto alternativo nel cilindro, ed un motore elettrico lineare avente uno statore esterno, uno statore interno ed un indotto disposto in un traferro formato tra lo statore esterno e lo statore interno, in cui l'indotto è collegato allo stantuffo attraverso un'asta di stantuffo, caratterizzato dal fatto che l'indotto (22) è collegato all'asta di stantuffo (28) all'interno della lunghezza assiale dello statore interno (20).
2. 2. Compressore lineare secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il gruppo di compressione (3) è situato assialmente all'esterno del motore elettrico lineare (4).
3. 3. Compressore lineare secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che l'asta di stantuffo (28) è guidata attraverso l'intera lunghezza assiale del motore elettrico lineare (4), con un sistema a molla risonante (5) posizionato su un lato del motore elettrico lineare (4) rivolto dall'altra parte del gruppo di compressione (3).
4. 4. Compressore lineare secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'asta di stantuffo (28) è guidata dallo stantuffo (16) e dal sistema a molla risonante (5).
5. 5. Compressore lineare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che il cilindro (8) è mobile rispetto allo statore esterno (18) durante il montaggio.
6. 6. Compressore lineare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che l'indotto (22) e l'asta di stantuffo (28) sono collegati tra loro attraverso almeno un elemento di collegamento (39), che è guidato attraverso almeno due cave nello statore interno (20).
7. 7. Compressore lineare secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che le cave sono realizzate in modo da attraversare tutta la lunghezza assiale dello statore interno (20).
8. 8. Compressore lineare secondo la rivendicazione 6 oppure 7, caratterizzato dal fatto che l'elemento di collegamento (39) comprende un anello interno (26, 27), che è collegato all'asta di stantuffo (28).
9. 9. Compressore lineare secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che l'anello interno (26, 27) appoggia con una pressione predeterminata su una superficie di appoggio circonferenziale (41) dell'asta di stantuffo (28).
10. 10. Compressore lineare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9, caratterizzato dal fatto che l'elemento di collegamento (39) comprende un anello esterno (24, 25), che è collegato all'indotto (22) .
11. 11. Compressore lineare secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l'anello interno (26, 27) e l'anello esterno (24, 25) sono collegati tra loro per mezzo di almeno due bracci estendentisi in direzione radiale (40).
12. 12. Compressore lineare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ad 11, caratterizzato dal fatto che l'indotto (22) è formato da un sistema di magneti permanenti di forma tubolare cilindrica (23), il cui asse longitudinale coincide con 1'asse dell'asta di stantuffo (28).
13. 13. Compressore lineare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che l'asta di stantuffo (28) è collegata all'indotto (22) in almeno due posizioni , che presentano una certa distanza nella direzione assiale.
14. 14. Compressore lineare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13, caratterizzato dal fatto che le posizioni assiali e radiali dell'indotto (22) rispetto all'asta di stantuffo (28) sono controllate dall'elemento di collegamento (39).
15. 15. Compressore lineare secondo la rivendicazione 13 oppure 14, caratterizzato dal fatto che l'indotto (22) è sospeso assialmente tra due elementi di collegamento (39) .
16. 16. Compressore lineare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 15, caratterizzato dal fatto che almeno un elemento di collegamento (39) presenta una sporgenza (44) situata radialmente all'interno dell 'indotto (22), con 1'indotto (22) che appoggia dal lato radialmente esterno sulla sporgenza suddetta (44).
17. 17. Compressore lineare secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che la sporgenza (44) è situata nell'area dei bracci (40).