Compresor de gas accionado mediante un motor lineal y que tiene un detector de impacto entre un cilindro y un pistón, procedimiento de detección.

Procedimiento para detectar un impacto entre un cilindro (2) y un pistón (1) accionado por un motor lineal,

quecomprende las etapas de:

i) obtención de una señal de referencia (Sr) asociada a una salida eléctrica del motor lineal;

ii) obtención de una señal de detección (Sd) asociada a dicha salida eléctrica del motor lineal;

iii) comparación entre la señal de referencia (Sr) y la señal de detección (Sd); y

iv) registro de la existencia de impacto cuando el resultado de la comparación de la etapa iii indica quela señal de detección (Sd) presenta una variación derivada de un impacto entre el cilindro (2) y elpistón (1) teniendo en cuenta una tolerancia preestablecida,

estando el procedimiento caracterizado por el hecho de que

la señal de referencia (Sr) se obtiene durante un intervalo de tiempo de referencia (Δtr) transcurridoentre un primer instante (t1) y un segundo instante (t2), en el que el segundo instante (t2) se producedespués del primer instante (t1), y el segundo instante (t2) corresponde al instante en el que el pistón(1) alcanza el punto muerto superior; y

la señal de detección (Sd) se obtiene durante un intervalo de tiempo de detección (Δtd) transcurridoentre un segundo instante (t2) y un tercer instante (t3), en el que el tercer instante (t3) se producedespués del segundo instante (t2).

Compresor de gas accionado mediante un motor lineal y que tiene un detector de impacto entre un cilindro y un pistón, procedimiento de detección”

La presente invención describe un procedimiento capaz de detectar si se produce un impacto o una colisión entre un cilindro y un pistón, accionado por un motor lineal, en un compresor de gas.

La presente invención también describe un dispositivo electrónico capaz de detectar si se produce un impacto o una colisión entre un cilindro y un pistón, accionado por un motor lineal, en un compresor de gas.

La presente invención también describe un compresor de gas que comprende el dispositivo mencionado anteriormente.

La presente invención describe, además, un sistema de control para un conjunto de cilindro y pistón, accionado por un motor lineal que comprende el dispositivo mencionado anteriormente.

Descripción de la técnica anterior

Actualmente, es común el uso de conjuntos de pistón y cilindro accionados por motores lineales. Este tipo de conjunto se aplica ventajosamente, por ejemplo, a compresores lineales en sistemas de refrigeración, tales como frigoríficos y aparatos de aire acondicionado. Los compresores lineales presentan un bajo consumo de energía y, por lo tanto, son muy eficientes para la aplicación en cuestión.

El compresor lineal normalmente comprende un pistón que se desplaza dentro de un cilindro. La culata de este cilindro normalmente aloja unas válvulas de aspiración de gas y unas válvulas de descarga de gas, que regulan la entrada de gas a baja presión y la salida de gas a alta presión desde el interior del cilindro. El desplazamiento axial del pistón dentro del cilindro del compresor lineal comprime el gas que ha entrado por la válvula de aspiración, aumentando la presión del mismo, y descargándolo por la válvula de descarga a una zona de alta presión. Alternativamente, existen configuraciones de compresores lineales en los que la válvula de aspiración va colocada en el pistón, o en los que la placa de la válvula puede no existir, en cuyo caso la válvula de descarga cubre toda la parte superior del cilindro.

El compresor lineal debe ser capaz de controlar el desplazamiento del pistón dentro del cilindro para evitar que el pistón choque con la culata del cilindro o con otros componentes dispuestos en el otro extremo de la trayectoria de pistón, lo que provoca un ruido fuerte y desagradable, además de desgaste y rasgaduras del equipo. Sin embargo, con el fin de optimizar la eficiencia y el rendimiento del compresor lineal y minimizar el consumo de energía del compresor, es deseable que el pistón se desplace tanto como sea posible en el interior del cilindro, aproximándose tanto como sea posible a la culata del pistón sin chocar con ésta.

Normalmente, dicho control del desplazamiento del pistón se realiza mediante unos sensores capaces de identificar la posición del pistón. En este caso, la amplitud de desplazamiento del cilindro cuando el compresor está en funcionamiento debe conocerse con precisión, y cuanto mayor sea el error estimado de esta amplitud, mayor será la distancia de seguridad que tenga que existir entre el punto de desplazamiento máximo del pistón y la culata del cilindro para evitar la colisión de los mismos. Esta distancia de seguridad supone una pérdida de eficacia del compresor.

Ciertos mecanismos y sistemas que controlan el desplazamiento axial del pistón dentro del cilindro de un compresorlineal son ya conocidos en el estado de la técnica. Éstos incluyen el documento JP 11336661, que describe una unidad de control de la posición del pistón que utiliza señales de posición discretas medidas por un sensor de posición y posteriormente las interpola para determinar la posición de avance máximo del pistón. Con esta solución, es posible alcanzar un alto grado de precisión de la amplitud del desplazamiento del pistón. Sin embargo, la medición de la amplitud del desplazamiento del pistón no se realiza en el sitio de interés que mide la distancia entreel pistón y la culata del cilindro. Ésta es la razón por la que el sistema descrito en este documento está sometido a tolerancias en la posición del conjunto del sensor de posición.

El documento BR 0001404-4 describe un sensor de posición particularmente aplicable para la detección de la posición de un compresor axialmente desplazable. El compresor comprende una compuerta de válvula que queda dispuesta entre la culata y un cuerpo hueco donde se desplaza el pistón. El sensor comprende una sonda conectada eléctricamente a un circuito de control, pudiendo la sonda capturar el paso del pistón por un punto del cuerpo hueco y comunicarse con el circuito de control. Este sistema, por lo tanto, es capaz de medir la distancia entre el pistón y la culata del cilindro, pero la arquitectura del circuito eléctrico utilizado como transductor de posición del cilindro genera un ruido eléctrico indeseable, debido a los fallos de contacto eléctrico, lo que genera lecturas inexactas.

El documento BR 0203724-6 propone otra manera de detectar la posición del pistón en un compresor lineal para evitar que éste choque con la placa de transferencia de fluido cuando se producen variaciones en las condiciones de funcionamiento del compresor o incluso en la tensión de alimentación. La solución propuesta en este documento mide la distancia entre el pistón y la placa de fluido directamente en la parte superior del pistón, y por lo tanto se trata de una solución muy precisa. Sin embargo, esta arquitectura necesita espacio para instalar el sensor de la placa de la válvula y es más costoso.

Los documentos del estado de la técnica mencionados anteriormente describen soluciones basadas en la medición directa de la posición y el desplazamiento del pistón por medio de sensores específicos y, aparentemente, no son capaces de casar con precisión un buen control con un bajo coste. Además, dichas soluciones implican una cierta complejidad de implementación, lo que dificulta el proceso de producción, ya que se requiere una alta precisión de montaje. Además, el uso de un sensor de posición o de desplazamiento requiere la asignación de espacio adicional en el compresor, lo cual es indeseable ya que dificulta el desarrollo de un producto compacto que ocupe un espacio optimizado.

El documento US 5342176 propone un procedimiento para predecir la amplitud de funcionamiento del pistón mediante el control de las variables del motor, tales como la corriente y la tensión aplicada al motor lineal de imanes permanentes. En otras palabras, el propio motor lineal es el transductor de posición del pistón. Esta solución presenta la ventaja de prescindir del uso de un transductor adicional, tal como un sensor, en el interior del compresor. Sin embargo, el procedimiento propuesto presenta el gran inconveniente de tener una precisión muy baja, lo que provoca una pérdida de rendimiento considerable para el compresor, ya que requiere una gran distancia de seguridad entre el pistón y la culata del cilindro con el fin de evitar la colisión. El documento US 2003/0161734 describe un aparato y un procedimiento para controlar un compresor lineal, que comprende las características técnicas definidas en los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 11. El aparato incluye una unidad de detección de corriente para detectar corriente, una unidad de control para determinar si se produce una colisión entre un pistón y una válvula y controlar una carrera del compresor lineal, y una unidad de accionamiento del compresor para realizar la regulación de la carrera del compresor lineal. El procedimiento incluye preestablecer una carrera máxima y un punto de colisión de acuerdo a una carga, aumentar y reducir selectivamente una carrera del compresor lineal de acuerdo con una variación de la carga, y controlar de la carrera. Para este fin, el procedimiento compara la corriente máxima del motor medida antes de que el pistón se encuentre en el punto muerto superior con la corriente medida cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior. Después de eso, el procedimiento compara el resultado de esta comparación con la primera corriente medida en el instante en que el pistón experimenta un impacto.

Objetivos de la invención Un primer objetivo de la invención consiste en disponer una metodología para detectar un impacto entre un cilindro y un pistón accionado por un motor lineal que prescinda de la utilización de un sensor.

Un segundo objetivo de la invención consiste en disponer un detector de impacto entre un cilindro y un pistón accionado por un motor lineal, que tenga un bajo coste y prescinda del uso de un sensor.

Un tercer objetivo de la invención consiste en disponer un compresor... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para detectar un impacto entre un cilindro (2) y un pistón (1) accionado por un motor lineal, que comprende las etapas de:

i) obtención de una señal de referencia (Sr) asociada a una salida eléctrica del motor lineal; ii) obtención de una señal de detección (Sd) asociada a dicha salida eléctrica del motor lineal; iii) comparación entre la señal de referencia (Sr) y la señal de detección (Sd) ; y iv) registro de la existencia de impacto cuando el resultado de la comparación de la etapa iii indica que la señal de detección (Sd) presenta una variación derivada de un impacto entre el cilindro (2) y el pistón (1) teniendo en cuenta una tolerancia preestablecida,

estando el procedimiento caracterizado por el hecho de que

la señal de referencia (Sr) se obtiene durante un intervalo de tiempo de referencia (Ltr) transcurrido entre un primer instante (t1) y un segundo instante (t2) , en el que el segundo instante (t2) se produce después del primer instante (t1) , y el segundo instante (t2) corresponde al instante en el que el pistón

(1) alcanza el punto muerto superior; y

la señal de detección (Sd) se obtiene durante un intervalo de tiempo de detección (Ltd) transcurrido entre un segundo instante (t2) y un tercer instante (t3) , en el que el tercer instante (t3) se produce después del segundo instante (t2) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la señal de referencia (Sr) de la etapa i y la señal de detección (Sd) de la etapa ii son señales filtradas a partir de la salida eléctrica del motor, y dichas señales contienen componentes de altas frecuencias de la salida eléctrica del motor.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que:

- en la etapa i se obtiene un valor de referencia (Vr) de la señal de referencia (Sr) ;

- en la etapa ii se obtiene un valor pico (Vp) de la señal de detección (Sd) ;

- en la etapa iii se calcula la diferencia entre el valor pico (Vp) y el valor de referencia (Vr) ; y

- en la etapa iv se registra la existencia de impacto cuando el resultado del cálculo de la etapa iii) es mayor que un valor de tolerancia preestablecido 8.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el tiempo de referencia (Ltr) transcurrido entre el primer instante (t1) y el segundo instante (t2) está preestablecido.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el tiempo de detección (Ltd) transcurrido entre el segundo instante (t2) y el tercer instante (t3) está preestablecido.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en la etapa i, el valor de referencia (Vr) del motor se obtiene en el primer instante (t1) o en el segundo instante (t2) .

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que en la etapa i, el valor de referencia (Vr) del motor corresponde al valor máximo de la señal de referencia (Sr) .

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la etapa ii comprende las siguientes sub-etapas:

iia) realizar un muestreo de un número finito de valores de comparación (Vc) de la señal de referencia (Sr) ; iib) calcular el módulo de la diferencia entre cada valor de comparación (Vc) y los valores de la señal de detección (Sd) , iic) realizar una comparación entre todos los valores calculados en la sub-etapa iib) ; iid) seleccionar el valor mayor obtenido en la sub-etapa iic; y iie) atribuir el valor obtenido en la sub-etapa iid como valor pico (Vp) .

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la detección de impacto en la etapa iv permite ajustar con precisión un sensor para medir la posición del pistón (1) en el interior del cilindro (2) , o permite ajustar con precisión un dispositivo capaz de estimar la posición del pistón (1) en el interior del cilindro (2) .

10. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que en la etapa ii, el valor pico (Vp) que se produjo en el instante de detección se utiliza para ajustar con precisión los sensores de posición del pistón (1) en el interior del cilindro (2) , y el valor pico (Vp) corresponde a la posición máxima que alcanza el pistón (1) en el interior del cilindro (2) .

11. Detector de impacto entre un cilindro (2) y un pistón (1) accionado por un motor lineal que comprende por lo menos un circuito de acondicionamiento (200) conectado eléctricamente al motor lineal,

en el que el circuito de acondicionamiento (200) comprende por lo menos:

- un filtro (201) configurado para seleccionar una gama de altas frecuencias de una señal eléctrica que proviene del motor;

- un medio comparador (202) conectado eléctricamente al filtro (201) , siendo capaz el medio comparador (202) de comparar una señal de referencia (Sr) que proviene del filtro (201) con una señal de detección (Sd) , y el medio comparador está configurado para:

- obtener la señal de referencia (Sr) ; y - obtener la señal de detección (Sd) ; y

- un medio de control (203) de la señal eléctrica asociada a la salida del medio comparador (202) ,

en el que el medio de control (203) está configurado para detectar un impacto cuando el medio comparador (202) indica que la señal de detección (Sd) presenta una variación respecto a la señal de referencia (Sr) , considerando un margen de tolerancia preestablecido,

estando el detector de impacto caracterizado por el hecho de que la señal de referencia (Sr) se obtiene durante un intervalo de tiempo de referencia (Ltr) transcurrido entre un primer instante (t1) y un segundo instante (t2) , en el que el segundo instante (t2) se produce después del primer instante (t1) , y el segundo instante (t2) corresponde al instante en el que el pistón (1) alcanza el punto muerto superior; y

la señal de detección (Sd) se obtiene durante un intervalo de tiempo de detección (Ltd) transcurrido entre el segundo instante (t2) y un tercer instante (t3) , en el que el tercer instante (t3) se produce después del segundo instante (t2) .

12. Detector de impacto según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el medio comparador (202) está configurado para restar un valor de referencia (Vr) de la señal de detección (Sd) , en el que el valor de referencia (Vr) corresponde a un valor obtenido de la señal de referencia (Sr) , y el medio de control (203) está configurado para detectar el impacto cuando el nivel de la señal de detección (Sd) supera el valor de referencia (Vr) más un valor de tolerancia preestablecido (8) .

13. Compresor de gas (100) que comprende por lo menos un cilindro (2) y un pistón (1) accionado por un motor lineal, estando caracterizado el compresor de gas (100) por el hecho de que comprende por lo menos un detector de impacto entre el cilindro (2) y el pistón (1) , estando el detector conectado eléctricamente al motor, siendo el detector según se define en las reivindicaciones 11 y 12.

14. Sistema de control para un conjunto de cilindro (2) y pistón (1) accionado por un motor lineal, comprendiendo el sistema de control por lo menos un controlador conectado operativamente al motor, estando caracterizado el sistema de control por el hecho de que comprende también por lo menos un detector de impacto entre el cilindro (2) y el pistón (1) , estando el detector conectado eléctricamente al controlador, siendo el detector según se define en las reivindicaciones 11 y 12.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para la comodidad del lector. No forma parte del 5 documento de la patente europea. A pesar del cuidado tenido en la recopilación de las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la EPO niega toda responsabilidad en este sentido.

Documentos de patentes citados en la descripción

•JP 11336661 B •US 5342176 A

•BR 00014044 • US 20030161734 A

• BR 02037246