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COMPRESSEUR OSCILLANT SYNCHRONE, POUR COURANT ALTERNATIF.
La présente invention a pour objet un compresseur oscillant synchrone pour courant alternatif de petites puissances applicable notam- ment aux appareils frigorifiques ménagers.
Les dispositions adoptées dans le compresseur objet de l'in- vention ont pour but :
1 - d'assurer un rendement électro-mécanique et un facteur de puissance élevés;
2 - déviter la désaimantation des aimants permanents si le courant d'alimentation alternatif dépasse les valeurs prévues;
3 - de permettre de modifier au cours de la marche du compres- seur la fréquence.propre d'oscillation de l'équipage mobile, et donc de permettre de maintenir au moins approximativement, pour toutes les condi- tions de marche du compresseur cette fréquence propre égale à celle du courant d'alimentation alternatif :
4 - d'éviter la nécessité de placer le compresseur dans une chambre étanche, par le fait qu'aucune pièce mobile ne traverse une paroi séparant l'atmosphère d'une chambre contenant du gaz comprimé :
5 - de permettre à volonté de réaliser un ou deux étages de compression par simple mise en série ou en parallèle des deux cylindres de compression.-
6 - d'éviter que des phénomènes vibratoires parasites soient transmis aux organes de support du compresseur et/ ou aux canalisations auxquelles il est relié.
Ces divers buts sont atteints dans le compresseur objet,de l'invention par le fait qu'il comporte un circuit magnétique présentant deux branches formant un 0 fermé, une enveloppe cylindrique en un maté- riau non magnétique fermée à ses deux extrémités et traversant de part en
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part le circuit magnétique, un équipage mobile moteur comportant un noyau disposé à l'intérieur de l'enveloppe et déplaçable entre les deux pôles du circuit magnétique formés aux intersections de ce dernier avec l'en- veloppe, un enroulement d'excitation destiné à être alimenté en courant alternatif et engendrant un flux magnétique alternatif traversant le noyau et se fermant par les deux branches du circuit magnétique,
au moins deux aimants permanents disposés symétriquement de part et d'autre de l'enveloppe et engendrant des flux magnétiques se fermant à travers le noyau en créant aux deux extrémités de celui-ci des pôles de même nom et enfin des moyens de réglage permettant de modifier pendant -la marche du compresseur, la valeur de la fréquence propre d'oscillation de l'équipa- ge mobile.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le compres- seur est muni d'au moins un système élastique associé à au moins une masse et dont la fréquence d'oscillation propre est voisine de la fréquence d'os- cillation de l'équipage mobile.
Le dessin annexé montre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution de l'ensemble moteur-compresseur.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en plan, à plus petite échelle, d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue de côté*
La fig. 4 est une coupe-élévation schématique illustrant une autre forme de réalisation.
La fige 5 est une coupe-élévation schématique illustrant une variante de la fig. 4.
La fig. 6 est une élévation latérale, à plus grande échelle, d'une autre variante.
La fig. 7 est une élévation latérale analogue à la fig. 6 il- lustrant une modification.
Selon la forme d'exécution représentée à la fig. 1 du dessin annexé, l'ensemble moteur-compresseur comporte un moteur actionnant un com- presseur à deux étages.
Le moteur comporte un circuit magnétique présentant une partie fixe 1 en tôles dynamo empilées et un noyau ou navette 2. La partie fixe 1 du circuit magnétique présente deux branches formant 'un 0 fermé (fig.
1). Cette partie fixe comporte deux ouvertures circulaires 3 pratiquées suivant l'axe horizontal 4 du 0 et dans lesquelles est engagée une enve- loppe cylindrique 5 dont les parois très minces (quelques dixièmes de milli- mètres) sont en métal non magnétique et présentant une grande résistivité électrique ( de l'ordre de 80 micro-ohm-cm). Deux aimants permanents 6 sont disposés de part et d'autre de l'enveloppe 5 dans le plan de asymétrie 7 du 0 formé par le circuit magnétique, perpendiculaire à l'axe 4 de l'en- veloppe cylindrique 5. Leurs pôles S sont en contact avec les parois laté- rales de l'enveloppe 5 tandis que leurs pôles N sont en contact avec le circuit magnétique.
Le noyau ou navette 2 coulisse à l'intérieur de l'en- veloppe 5 et sa position axiale est définie par deux ressorts de rappel 8 prenant appui sur les parois d'extrémité 9 de l'enveloppe cylindrique 5. De plus, les flux magnétiques engendrés par les aimants permanents 6 se fermant suivant les chemins 10 et 11, le noyau prend automatiquement une position d'équilibre pour laquelle les résistances magnétiques des circuits 10 et 11 sont égales. Cette condition est obtenue lorsque le noyau occupe une position symétrique (fig. 1) par rapport à l'axe vertical 7 du 0 formé par le circuit magnétique fixe 1. Un enroulement 12 entourant l'enveloppe cylindrique 5 et logé de part et d'autre des aimants perma- nents 6, est relié par l'intermédiaire d'un interrupteur 13 à un réseau
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14 de distribution d'énergie électrique de courant alternatif.
Cet enrou- lement 12 engendre deux flux magnétiques alternatifs parcourant chacun l'une des moitiés du circuit magnétique suivant les chemins 15 et 16 et se fermant tous deux à travers le noyau 2.
Chaque extrémité du noyau 2 porte une tige 20, 30 coulissant dans un presse-étoupe 21, 31 et traversant chacune l'une des parois d'ex- trémité 9. Chaque tige 20, 30 porte un piston 22, 32 coulissant dans un cy- lindre de compression 23, 33 ouvert à ses deux extrémités et porté par une paroi 24, 34 fixée à un carter 25 , 35 porté par chaque paroi d'extrémité 9. Les extrémités des cylindres 23, 33, opposées au noyau 2, sont obturées chacune par une soupape 26, 36 soumise à l'action d'un ressort 27, 37 prenant appui sur le fond de chacun des carters 25, 35. La paroi 24 divise le carter 23 en deux chambres 2$ et 29 tandis que la paroi 34 divise le carter 35 en deux chambres 38 et 39.
La chambre 28 est en liaison, par un conduit d'aspiration 40, avec l'atmosphère ou comme indiqué en pointillé avec le circuit basse pres- sion 58 d'un appareil frigorifique. Les chambres 29 et 38 sont reliées l'une à l'autre par une conduite 41 et la chambre 39 est munie d'une con- duite 42 de refoulement. Cette dernière peut être, comme représenté en pointillé., reliée à un circuit haute pression 59 alimentant en air comprimé un récepteur, par exemple un détendeur ou un réfrigérateur 60 d'une armoire frigorifique.
Les extrémités des cylindres de compression 23 et 33 s'ou- vrant respectivement dans les chambres 28 et 38 présentent chacune une en- trée conique 43. Les chambres 44 de volume variable, délimitées par les faces frontales du noyau 2 et les parois d'extrémité 9 de l'enveloppe 5 sont reliées entre elles par un conduit de transfert 45 muni d'un disposi- tif de réglage 46 de son débit. Ce dispositif représenté schématiquement dans la fig. 1 est constitué, dans la forme d'exécution représentée, par une vanne électro-magnétique dont la position de l'organe d'obturation 47 peut être modifiée et fixée par variation de la tension d'alimentation de l'en- roulement d'excitation 48.
Dans la variante représentée à la fig. l, en pointillé, les chambres 44 peuvent être reliées par des conduites 61, 62, 63 et une vanne 64 à voies multiples, d'une part au circuit haute pression 59 alimentant le réfrigérateur 60 et d'autre part à la conduite basse pression 58.
Le fonctionnement du compresseur décrit ci-dessus en référence à la fige 1 est le suivant :
En position de repos, le noyau 2 occupe la position représentée à la fig. 1 pour laquelle les circuits magnétiques 10 et 11 présentent des résistances magnétiques égales entre elles. Lors de la fermeture de l'interrupteur 13, l'enroulement 12 est alimenté en courant alternatif.
En conséquence, pendant une première demi-période, l'enroulement 12 en- gendre un flux magnétique dans le noyau 2 qui se ferme à travers les deux 'branches du circuit magnétique suivant les chemins 15 et 16. Ce flux mag- nétique s'additionne par exemple dans l'entrefer 49 aux flux engendrés par les aimants permanents 6 et se soustrait de ces derniers dans l'entre- fer 50. Il s'ensuit un déséquilibre dans les forces d'attraction magnéti- ques agissant sur les extrémités du noyau 2 et un déplacement de celui-ci vers la droite de la fig. 1. Au cours de la demi-période suivante du cou- rant alternatif alimentant l'enroulement 12, le flux magnétique engendré par ce dernier s"inverse de sorte que le noyau 2 est attiré vers la gauche du dessin.
Ainsi le courant alternatif alimentant l'enroulement 12 tend à entraîner ce noyau 2 dans un mouvement oscillatoire rectiligne dont la fréquence est égale à celle dudit courant alternatif.
Lorsque le noyau est dans sa position extrême droite, le plan de la face 51 du piston 22 est situé dans l'entrée conique 43 du cylindre 23, de sorte que du gaz peut pénétrer à l'intérieur de ce dernier. Pen- dant le déplacement en sens inverse du noyau 2, jusque dans sa position extrême gauche, le piston 22 comprime le gaz introduit dans le cylindre 23. Sous l'action de la pression du gaz, la soupape 26 se soulève et le
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gaz est refoulé dans la chambre 38 par la conduite 41. Lorsque le noyau 2 est dans sa position extrême gauche, le plan de la face 52'du piston 32 est situé à l'intérieur de l'entrée conique .43 du cylindre 33.
Du gaz' pénètre donc dans ce dernier et pendant la course suivante du noyau 2 jusqu'à sa position extrême droite, le gaz est comprimé dans ce cylindre 33 une deuxième fois. Sous l'action de la pression du gaz, la soupape 36 se soulève et ce gaz comprimé est refoulé par la conduite 42.
Pour obtenir une amplitude importante du mouvement du noyau, il est nécessaire que la fréquence propre d'oscillation de tout l'équipage mobile comprenant le noyau 2, les tiges 20 et 30 ainsi que les pistons 22 et 32 soit approximativement égale à la fréquence que tend à imposer à cet équipage mobile le courant alternatif d'alimentation de l'enroulement 12. En effet, lorsque ces deux fréquences sont égales, l'équipage entre en résonance et le rendement électromécanique atteint un maximum, de même que le facteur de puissance.
De l'examen du dessin annexé, on voit que la fréquence propre de- cet équipage mobile est une fonction des volumes 4 si ceux-ci sont étanches, de la pression régnant dans ces volumes, des caractéristiques des ressorts 8 et des pressions régnant dans les cylindres 23 et 33'
En prévoyant un jeu suffisamment petit entre le noyau 2 et l'enveloppe cylindrique 5, il est aisé de réaliser une étanchéité suffi- sante de ces chambres 44 pour obtenir une compression élastique du gaz con- tenu dans celles-ci, de sorte que l'action de ce gaz sur le noyau s'addi- tionne à celle des ressorts.
Dès lors, les volumes de ces chambres 44 ainsi que les pressions moyennes régnant dans celles-ci influent sur la valeur de la fréquence propre d'oscillation de l'équipage mobile, et il est possible de modifier et fixer la valeur de cette fréquence par modifi- cation de la pression régnant dans ces chambres.
On obtient donc à volonté la fréquence propre désirée, en reliant les chambres 44 par l'intermédiaire des conduites 61, 62, 63 et de la vanne 64, soit à la basse pression de l'appareil, soit à la haute pression. On pourrait aussi relier ces chambres 44 à une partie du cir- cuit dans laquelle règne une pression intermédiaire.
Un autre moyen de réglage est fourni par la valve 46. En effet, si celle-ci est ouverte., aucune variation de pression ne peut se produire pendant le mouvement du noyau 2 dans les chambres 44, l'équili- bre des pressions s'établissant à travers la conduite de transfert 45.
La valeur de la fréquence propre de l'équipage mobile est alors au mini- mum. Au fur et à mesure que la valve 46 se ferme, le taux de compression augmente dans les chambres 44 et la fréquence propre de l'équipage mobile augmente jusqu'à une valeur optimum.
Ces deux méthodes de régulation, par variation de la pression moyenne dans les chambres 44, et par ouverture progressive de la valve 46 peuvent être employées séparément ou simultanément.
En branchant l'enroulement 48 en série avec l'enroulement 12, comme représenté à la fig. l, on obtient un réglage automatique de la fré- quence propre d'oscillation de l'équipage mobile. En effet, lorsque cette fréquence est plus petite que celle du courant alternatif, la puissance nécessaire au fonctionnement du compresseur est relativement grande et il s'ensuit que le courant parcourant l'enroulement 48 est relativement grand.
En conséquence, l'organe d'obturation 47 est attiré contre l'action de son ressort de rappel et tend à interrompre la liaison reliant les chambres 44.
De ce fait, la pression moyenne dans ces chambres augmente, ce qui provo- que une augmentation de la fréquence propre de l'équipage mobile. Lorsque la fréquence de ce dernier est accordée sur celle du réseau-d'alimentation, la puissance absorbée atteint un minimum et l'ouverture de la vanne élec- tro-magnétique un maximum Pour obtenir un réglage automatique stable il est avantageux de faire en sorte que la fréquence propre d'oscillation de l'équipage mobile ne puisse jamais atteindre la valeur de la fréquence du
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réseau d'alimentation, mais s'en approche suffisamment pour qu'en prati- que l'équipage mobile entre en résonance.
La commande de la vanne 46 peut être réalisée d'autre manière par exemple à l'aide d'un rhéostat actionné manuellement ou automatiquement
Dans la forme d'exécution selon les fig. 2 et 3,le compres- seur est de construction exactement semblable à celle décrite ci-dessus, sauf en ce qui concerne la forme et la disposition du circuit magnétique et des aimants permanents. Dans cette seconde forme d'exécution, le circuit magnétique est constitué par deux joues 54 en tôle feuilletée tra- versées par l'enveloppe cylindrique 5 et reliées par deux jougs 55. Les aimants permanents 6 en forme de fer à cheval, sont au nombre, de quatre et disposés de part et d'autre de l'enveloppe 5 symétriquement par rap-. port à un plan diamétral 56, lui-même perpendiculaire au plan diamétral 57 de symétrie du circuit magnétique.
Ces quatre aimants permanents sont placés en opposition les uns par rapport aux autres de manière à obtenir aux deux extrémités du noyau 2 des pôles de même nom comme décrit en réfé- rence à la fig. 1. Leurs quatre branches portant des pôles S sont situées dans le plan de symétrie du circuit magnétique perpendiculaire à l'axe de l'enveloppe cylindrique 5 et leurs quatre branches portant les pôles N sont situées dans les plans contenant les joues 54 du circuit magnétique.
De ce qui précède et de l'examen du dessin annexé, on peut aisément se rendre compte que la possibilité de modifier sur une très grande échelle la valeur de la fréquence propre d'oscillation de l'équi- page mobile du compresseur permet d'assurer un rendement électro-mécani- que et un facteur de puissance élevée.
On voit que le flux magnétique engendré par l'enroulement 12 ne traverse pas les aimants permanents mais se referme par les deux branches du circuit magnétique formant un 0. Ainsi il n'existe aucun ris- que de désaimantation de ces aimants permanents.
En outre, la construction décrite permet de réaliser un ensem- ble compact qui peut aisément être rendu étanche, ce qui évite la nécessité de prévoir encore une enveloppe étancheo L'étanchéité de l'ensemble est d'autant plus aisée à réaliser que les organes mobiles de celui-ci traver- sent uniquement des parois internes à l'enveloppe 5 ou aux carters 25 et.
35.
De plus, les deux cylindres de compression du compresseur dé- crit peuvent être reliés en série comme décrit en référence à la fig.
1 afin de réaliser un compresseur à deux étages, mais on peut également supprimer la conduite 41 et brancher les deux cylindres de compression en parallèle ou les faire alimenter chacun un circuit d'utilisation distinct.
Il est évidemment avantageux de réduire dans la mesure du pos- sible les frottements de l'équipage mobile. Dans ce but, les aimants per- manents 6 sont disposés de part et d'autre de l'enveloppe 5 suivant un même plan diamétral et sont choisis d'égale puissance de manière que les actions exercées par ceux-ci sur le noyau 2 s'annulent et que ce noyau reste flottant dans l'axe de l'enveloppe cylindrique 5.
Dans le but de réduire les vibrations transmises 'au bâti por- tant le compresseur on peut monter, sur un même bâti, deux compresseurs tels que décrits ci-dessus en les disposant suivant un même axe et en bran- chant leurs enroulements 12 de manière que leurs deux équipages mobiles os- cillent en opposition de phase., toutefois cette solution est onéreuse puis- qu'elle nécessite deux compresseurs identiques.
Les fig. 4 à 7 montrent à titre d'exemple un compresseur tel . que celui décrit ci-dessus comportant des moyens propres empêchant la transmission des vibrations à des organes extérieurs tels que les cana- lisations de départ et d'arrivée de fluide et/ou au support du compresseur.
Selon la fig. 4 du dessin annexé, le moteur oscillant porte une masse 65 attachée par l'intermédiaire d'un ressort 66 à l'une des ex-
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frémîtes de la protection cylindrique formée par l'enveloppe 5 et'les deux carters 25 et 35.
Lorsque le moteur fonctionne et que la navette 2 oscille à la fréquence du courant alternatif d'excitation, la masse 65 est entrainée - dans le mouvement oscillant de la navette.
Ainsi la masse 65 et son ressort 66 d'une part et l'équipage mobile soumis aux actions élastiques du gaz et de ses ressorts de rappel, d'autre part, se comportent comme les deux branches d'un diapason. En effet, un mouvement vibratoire imprimé à l'un des bras d'un diapason se communique instantanément à l'autre avec un déphasage de 180 et il se produit un équilibre de mouvement tel que sa partie médiane reste immo- bile. Dans le cas présent, la partie médiane reliant les deux systèmes oscillants est constituée par le corps ou partie stationnaire du moteur compresseur formé par l'enveloppe 5 portant les carters 25 et 35, les aimants 6 et les électro-aimants 1. En conséquence, le but recherché est atteint, puisque les tubes 42 et 40, reliés au circuit réfrigérant, ne sont plus entraînés dans le mouvement oscillant de la navette 2.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 5, le système élastique est constitué par un ressort - lame 72 dont la partie médiane est fixée à l'une des extrémités de la protection cylindrique formée par l'enveloppe 5 et les carters 25 et 35. Chaque extrémité de ce ressort
72 porte une masse 73. L'importance de ces masses et les caractéristiques élastiques des deux-parties du ressort 72 sont choisies de manière que cet ensemble, éléments -élastiques-masse? présente une fréquence d'oscillation propre voisine de celle du courant alternatif d'excitation des électro- aimants 1.
Le fonctionnement de cette forme d'exécution est en tous points semblable à celui décrit ci-dessus en référence à la fig. 4.
La fig. 6 illustre une variante d'exécution du compresseur re- présenté à la fig. 4, dans laquelle la tige 67 porte deux lames vibrantes
77 élastiques dont la fréquence d'oscillation, en tant que lames à extré- mités libres, est accordée sur, ou du moins voisine de la fréquence du cou- rant alternatif d'alimentation de l'électro-aimant 1. En regard des ex- trémités des lames vibrantes sont disposés des radiateurs ou condenseurs
74, 75 à ailettes, insérés dans le circuit de réfrigération. Le conden- seur 74, branché sur la conduite de refoulement, est relié au conden- seur 75 par un circuit de refroidissement 76 en contact métallique ou ther- mique avec la partie fixe du compresseur.
Lorsque le moteur est sous tension, le mouvement oscillant de la navette engendre une vibration des lames flexibles 77 qui peut avoir une très grande amplitude. Ces lames se comportent donc comme des ailes ou ' des éventails produisant un courant d'air. Ces courants d'air produits, traversent les condenseurs 74 et 75.
Le liquide condensé dans le condenseur
74 circule dans la conduite 76 en contact thermique avec les parties métal- liques fixes du compresseurô Les calories produites par la compression, les pertes joules et d'hystérésis, les courants de Foucault, etc. sont soutirés par évaporàtion du liquide circulant dans la conduite 76, de sor- te que toutes les parties du compresseur sont refroidies, de manière effica- ce pourvu que l'on prenne soin de relier thermiquement entre elles les di- verses parties du corps du compresseur. Après avoir traversé cette conduite 76 et refroidi énergiquement le compresseur., le fluide traverse le conden- seur 75 dans lequel il est liquéfié définitivement avant sa détente dans l'évaporateur 60 ,en vue de la production du froid.
La variante d'exécution représentée par la fig. 7 est semblable a celle décrite ci-dessus en référence à la fige 6, les lames vibrantes 77 sont portées par des masselottes 73 fixées aux extrémités de lames flexibles 72 semblables à celles décrites en référence à-la fig.5.
Suivant une autre variante non représentée, un ensemble, éléments élastiques-masselotte est attaché à chacune des extrémités du cylindre for-
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mé par l'enveloppe 5 munie de ses carters 25 et 35.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation dé- crits en détail, car diverses modifications peuvent y-être apportées sans sortir de son cadre. En particulier les ressorts et lames élastiques tels que les ressorts 66 ou les lames 72, 77 peuvent être remplacés par tout autre élément élastique équivalent.
REVENDICATIONS
1 - Compresseur oscillant synchrone pour courant alternatif comportant un circuit magnétique à champ alternatif, des aimants permanents, un équipage mobile moteur actionné par le champ magnétique et des cylindres de compression, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit magnétique présentant deux branches formant un 0 fermé, une enveloppe cylindrique en un matériau non magnétique fermée à ses deux extrémités et traversant de part en part le circuit magnétique,un équipage mobile moteur comportant un noyau disposé à l'intérieur de l'enveloppe et déplaçable entre les deux pôles du circuit magnétique formés aux intersections de ce dernier avec 1' enveloppe,
un enroulement d'excitation destiné à être alimenté en courant alternatif et engendrant un flux magnétique alternatif traversant le noyau et se fermant par les deux branches du circuit magnétique, au moins deux aimants permanents disposés symétriquement de part et d'autre de l'envelop- pe et engendrant des flux magnétiques se fermant à travers le noyau en cré- ant aux deux extrémités de celui-ci des pôles de même nom, des moyens de réglage permettant de modifier pendant la marche du compressèur, la va- leur de la fréquence propre d'oscillation de l'équipage mobile et enfin des moyens d'amortissement des vibrations engendrées dans l'enveloppe du com- presseur.
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SYNCHRONOUS OSCILLATING COMPRESSOR, FOR ALTERNATIVE CURRENT.
The present invention relates to a synchronous oscillating compressor for alternating current of small powers applicable in particular to household refrigerating appliances.
The provisions adopted in the compressor which is the subject of the invention are intended to:
1 - to ensure high electro-mechanical efficiency and a high power factor;
2 - avoid demagnetization of permanent magnets if the AC supply current exceeds the expected values;
3 - to allow the proper oscillation frequency of the moving equipment to be modified during operation of the compressor, and therefore to allow this frequency to be maintained at least approximately, for all operating conditions of the compressor own equal to that of the alternating supply current:
4 - avoid the need to place the compressor in a sealed chamber, by the fact that no moving part passes through a wall separating the atmosphere from a chamber containing compressed gas:
5 - to allow at will to achieve one or two compression stages by simply placing the two compression cylinders in series or in parallel.
6 - to prevent parasitic vibration phenomena from being transmitted to the compressor support members and / or to the pipes to which it is connected.
These various aims are achieved in the compressor object of the invention by the fact that it comprises a magnetic circuit having two branches forming a closed 0, a cylindrical envelope made of a non-magnetic material closed at its two ends and passing through leaves in
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apart from the magnetic circuit, a mobile motor assembly comprising a core arranged inside the casing and movable between the two poles of the magnetic circuit formed at the intersections of the latter with the casing, an excitation winding intended for be supplied with alternating current and generating an alternating magnetic flux passing through the core and closing by the two branches of the magnetic circuit,
at least two permanent magnets arranged symmetrically on either side of the envelope and generating magnetic fluxes closing through the core by creating at both ends of the latter poles of the same name and finally adjustment means allowing to modify the value of the natural oscillation frequency of the moving equipment while the compressor is running.
According to another characteristic of the invention, the compressor is provided with at least one elastic system associated with at least one mass and of which the proper oscillation frequency is close to the oscillation frequency of the crew. mobile.
The accompanying drawing shows schematically and by way of example an embodiment of the engine-compressor assembly.
Fig. 1 is an axial sectional view of a first embodiment.
Fig. 2 is a plan view, on a smaller scale, of a second embodiment.
Fig. 3 is a side view *
Fig. 4 is a schematic sectional elevation illustrating another embodiment.
Figure 5 is a schematic sectional elevation illustrating a variant of FIG. 4.
Fig. 6 is a side elevation, on a larger scale, of another variant.
Fig. 7 is a side elevation similar to FIG. 6 illustrating a modification.
According to the embodiment shown in FIG. 1 of the accompanying drawing, the motor-compressor assembly comprises a motor actuating a two-stage compressor.
The motor comprises a magnetic circuit having a fixed part 1 of stacked dynamo sheets and a core or shuttle 2. The fixed part 1 of the magnetic circuit has two branches forming a closed 0 (fig.
1). This fixed part has two circular openings 3 made along the horizontal axis 4 of 0 and in which is engaged a cylindrical casing 5 whose very thin walls (a few tenths of a millimeter) are made of non-magnetic metal and have a large electrical resistivity (of the order of 80 micro-ohm-cm). Two permanent magnets 6 are placed on either side of the casing 5 in the plane of asymmetry 7 of the 0 formed by the magnetic circuit, perpendicular to the axis 4 of the cylindrical casing 5. Their poles S are in contact with the side walls of the casing 5 while their N poles are in contact with the magnetic circuit.
The core or shuttle 2 slides inside the casing 5 and its axial position is defined by two return springs 8 bearing on the end walls 9 of the cylindrical casing 5. In addition, the flows magnetic generated by the permanent magnets 6 closing along paths 10 and 11, the core automatically assumes a position of equilibrium for which the magnetic resistances of circuits 10 and 11 are equal. This condition is obtained when the core occupies a symmetrical position (fig. 1) with respect to the vertical axis 7 of the 0 formed by the fixed magnetic circuit 1. A winding 12 surrounding the cylindrical casing 5 and housed on both sides. another of the permanent magnets 6, is connected via a switch 13 to a network
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14 for distribution of alternating current electric power.
This winding 12 generates two alternating magnetic fluxes each passing through one of the halves of the magnetic circuit following the paths 15 and 16 and both closing through the core 2.
Each end of the core 2 carries a rod 20, 30 sliding in a stuffing box 21, 31 and each passing through one of the end walls 9. Each rod 20, 30 carries a piston 22, 32 sliding in a cy - Compression liner 23, 33 open at both ends and carried by a wall 24, 34 fixed to a housing 25, 35 carried by each end wall 9. The ends of the cylinders 23, 33, opposite the core 2, are each closed by a valve 26, 36 subjected to the action of a spring 27, 37 bearing on the bottom of each of the casings 25, 35. The wall 24 divides the casing 23 into two chambers 2 $ and 29 while the wall 34 divides the casing 35 into two chambers 38 and 39.
The chamber 28 is connected, by a suction duct 40, with the atmosphere or as indicated in dotted lines with the low pressure circuit 58 of a refrigeration appliance. The chambers 29 and 38 are connected to each other by a pipe 41 and the chamber 39 is provided with a discharge pipe 42. The latter may be, as shown in dotted lines., Connected to a high pressure circuit 59 supplying compressed air to a receiver, for example a pressure reducing valve or a refrigerator 60 of a refrigerating cabinet.
The ends of the compression cylinders 23 and 33 opening respectively into the chambers 28 and 38 each have a conical inlet 43. The chambers 44 of variable volume, delimited by the front faces of the core 2 and the walls of end 9 of the casing 5 are interconnected by a transfer duct 45 provided with a device 46 for adjusting its flow rate. This device shown schematically in FIG. 1 is constituted, in the embodiment shown, by an electromagnetic valve whose position of the closure member 47 can be modified and fixed by varying the supply voltage of the winding. excitement 48.
In the variant shown in FIG. l, in dotted lines, the chambers 44 can be connected by pipes 61, 62, 63 and a multi-way valve 64, on the one hand to the high pressure circuit 59 supplying the refrigerator 60 and on the other hand to the low pressure pipe 58.
The operation of the compressor described above with reference to fig 1 is as follows:
In the rest position, the core 2 occupies the position shown in FIG. 1 for which the magnetic circuits 10 and 11 have magnetic resistances equal to each other. When the switch 13 is closed, the winding 12 is supplied with alternating current.
Consequently, during a first half-period, the winding 12 generates a magnetic flux in the core 2 which closes through the two branches of the magnetic circuit following the paths 15 and 16. This magnetic flux s' adds for example in the air gap 49 to the fluxes generated by the permanent magnets 6 and is subtracted from the latter in the air gap 50. This results in an imbalance in the magnetic forces of attraction acting on the ends of the magnet. core 2 and a displacement thereof to the right of FIG. 1. During the next half-period of the alternating current feeding winding 12, the magnetic flux generated by the latter reverses so that core 2 is attracted to the left of the drawing.
Thus the alternating current supplying the winding 12 tends to drive this core 2 in a rectilinear oscillatory movement, the frequency of which is equal to that of said alternating current.
When the core is in its extreme right position, the plane of the face 51 of the piston 22 is located in the conical inlet 43 of the cylinder 23, so that gas can penetrate inside the latter. During the movement in the opposite direction of the core 2, as far as its extreme left position, the piston 22 compresses the gas introduced into the cylinder 23. Under the action of the pressure of the gas, the valve 26 rises and the
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gas is discharged into chamber 38 through line 41. When core 2 is in its extreme left position, the plane of face 52 'of piston 32 is located inside the conical inlet 43 of cylinder 33.
Gas' therefore enters the latter and during the next stroke of the core 2 to its extreme right position, the gas is compressed in this cylinder 33 a second time. Under the action of the gas pressure, the valve 36 rises and this compressed gas is discharged through the line 42.
To obtain a large amplitude of the movement of the core, it is necessary that the natural frequency of oscillation of all the mobile equipment comprising the core 2, the rods 20 and 30 as well as the pistons 22 and 32 is approximately equal to the frequency that tends to impose on this mobile unit the alternating current for supplying winding 12. In fact, when these two frequencies are equal, the unit resonates and the electromechanical efficiency reaches a maximum, as does the power factor .
From an examination of the appended drawing, it can be seen that the natural frequency of this mobile unit is a function of the volumes 4 if they are sealed, of the pressure prevailing in these volumes, of the characteristics of the springs 8 and of the pressures prevailing in cylinders 23 and 33 '
By providing a sufficiently small clearance between the core 2 and the cylindrical casing 5, it is easy to achieve sufficient sealing of these chambers 44 to obtain elastic compression of the gas contained therein, so that the The action of this gas on the core is added to that of the springs.
Consequently, the volumes of these chambers 44 as well as the average pressures prevailing in them influence the value of the natural frequency of oscillation of the mobile unit, and it is possible to modify and fix the value of this frequency by change in the pressure in these chambers.
The desired natural frequency is therefore obtained at will, by connecting the chambers 44 by means of the conduits 61, 62, 63 and the valve 64, either at the low pressure of the apparatus, or at the high pressure. These chambers 44 could also be connected to a part of the circuit in which an intermediate pressure prevails.
Another means of adjustment is provided by the valve 46. In fact, if the latter is open, no pressure variation can occur during the movement of the core 2 in the chambers 44, the pressure balancing s 'establishing through the transfer line 45.
The value of the natural frequency of the moving equipment is then at the minimum. As the valve 46 closes, the compression ratio increases in the chambers 44 and the natural frequency of the moving part increases to an optimum value.
These two methods of regulation, by varying the average pressure in the chambers 44, and by gradually opening the valve 46 can be used separately or simultaneously.
By connecting the winding 48 in series with the winding 12, as shown in FIG. 1, an automatic adjustment of the inherent oscillation frequency of the moving unit is obtained. In fact, when this frequency is smaller than that of the alternating current, the power necessary for the operation of the compressor is relatively large and it follows that the current flowing through the winding 48 is relatively large.
Consequently, the closure member 47 is attracted against the action of its return spring and tends to interrupt the connection connecting the chambers 44.
As a result, the average pressure in these chambers increases, which causes an increase in the natural frequency of the moving element. When the frequency of the latter is tuned to that of the power supply network, the power absorbed reaches a minimum and the opening of the electromagnetic valve a maximum To obtain a stable automatic adjustment, it is advantageous to ensure that the natural oscillation frequency of the moving equipment can never reach the value of the frequency of the
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power supply network, but approach it sufficiently so that in practice the mobile unit resonates.
The valve 46 can be controlled in another way, for example using a rheostat actuated manually or automatically.
In the embodiment according to FIGS. 2 and 3, the compressor is of exactly similar construction to that described above, except for the shape and arrangement of the magnetic circuit and the permanent magnets. In this second embodiment, the magnetic circuit is constituted by two cheeks 54 of laminated sheet crossed by the cylindrical casing 5 and connected by two yokes 55. There are permanent magnets 6 in the form of a horseshoe. , four and arranged on either side of the casing 5 symmetrically with respect to. port to a diametral plane 56, itself perpendicular to the diametral plane 57 of symmetry of the magnetic circuit.
These four permanent magnets are placed in opposition to each other so as to obtain at the two ends of the core 2 poles of the same name as described with reference to FIG. 1. Their four branches carrying S poles are located in the plane of symmetry of the magnetic circuit perpendicular to the axis of the cylindrical casing 5 and their four branches carrying the N poles are located in the planes containing the cheeks 54 of the magnetic circuit .
From the foregoing and the examination of the appended drawing, it can easily be seen that the possibility of modifying on a very large scale the value of the natural frequency of oscillation of the mobile equipment of the compressor makes it possible to ensure electro-mechanical efficiency and a high power factor.
It can be seen that the magnetic flux generated by the winding 12 does not pass through the permanent magnets but is closed by the two branches of the magnetic circuit forming a 0. Thus there is no risk of demagnetization of these permanent magnets.
In addition, the construction described makes it possible to produce a compact assembly which can easily be made watertight, which avoids the need to further provide a sealed envelope. The tightness of the assembly is all the easier to achieve as movable thereof only pass through internal walls of the casing 5 or of the casings 25 and.
35.
In addition, the two compression cylinders of the described compressor can be connected in series as described with reference to fig.
1 in order to produce a two-stage compressor, but it is also possible to eliminate the line 41 and connect the two compression cylinders in parallel or have them each feed a separate utilization circuit.
It is obviously advantageous to reduce the friction of the moving assembly as far as possible. For this purpose, the permanent magnets 6 are arranged on either side of the casing 5 along the same diametral plane and are chosen to be of equal power so that the actions exerted by them on the core 2 s 'cancel and that this core remains floating in the axis of the cylindrical casing 5.
In order to reduce the vibrations transmitted to the frame supporting the compressor, it is possible to mount, on the same frame, two compressors as described above by arranging them along the same axis and by connecting their windings 12 in such a way. that their two mobile units oscillate in phase opposition., however this solution is expensive since it requires two identical compressors.
Figs. 4 to 7 show by way of example a compressor such. than that described above comprising its own means preventing the transmission of vibrations to external components such as the fluid inlet and inlet pipes and / or to the compressor support.
According to fig. 4 of the accompanying drawing, the oscillating motor carries a mass 65 attached by means of a spring 66 to one of the ex-
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shakes of the cylindrical protection formed by the casing 5 and the two casings 25 and 35.
When the motor is running and the shuttle 2 oscillates at the frequency of the excitation alternating current, the mass 65 is driven - in the oscillating movement of the shuttle.
Thus the mass 65 and its spring 66 on the one hand and the movable assembly subjected to the elastic actions of the gas and of its return springs, on the other hand, behave like the two branches of a tuning fork. In fact, a vibratory movement imparted to one of the arms of a tuning fork is instantaneously communicated to the other with a phase shift of 180 and there is a balance of movement such that its middle part remains immobile. In the present case, the middle part connecting the two oscillating systems is formed by the body or stationary part of the compressor motor formed by the casing 5 carrying the housings 25 and 35, the magnets 6 and the electromagnets 1. Consequently, the desired goal has been achieved, since the tubes 42 and 40, connected to the refrigerant circuit, are no longer driven in the oscillating movement of the shuttle 2.
In the embodiment shown in FIG. 5, the elastic system is constituted by a leaf spring 72, the middle part of which is fixed to one of the ends of the cylindrical protection formed by the casing 5 and the casings 25 and 35. Each end of this spring
72 carries a mass 73. The importance of these masses and the elastic characteristics of the two-parts of the spring 72 are chosen so that this set, elements -elastic-mass? has a specific oscillation frequency close to that of the alternating current for excitation of the electromagnets 1.
The operation of this embodiment is in all points similar to that described above with reference to FIG. 4.
Fig. 6 illustrates an alternative embodiment of the compressor shown in FIG. 4, in which the rod 67 carries two vibrating blades
77 rubber bands whose oscillation frequency, as blades with free ends, is tuned to, or at least close to, the frequency of the alternating current supplying electromagnet 1. With regard to ex - hoppers of the vibrating blades are arranged radiators or condensers
74, 75 with fins, inserted in the refrigeration circuit. The condenser 74, connected to the discharge pipe, is connected to the condenser 75 by a cooling circuit 76 in metallic or thermal contact with the fixed part of the compressor.
When the motor is energized, the oscillating movement of the shuttle generates a vibration of the flexible blades 77 which can have a very large amplitude. These blades therefore behave like wings or fans producing a current of air. These air currents produced pass through the condensers 74 and 75.
The condensed liquid in the condenser
74 circulates in the pipe 76 in thermal contact with the fixed metal parts of the compressor. The calories produced by the compression, the joules and hysteresis losses, the eddy currents, etc. are withdrawn by evaporation of the liquid circulating in the pipe 76, so that all the parts of the compressor are cooled, effectively provided that care is taken to thermally connect the various parts of the body of the compressor. compressor. After passing through this pipe 76 and energetically cooling the compressor, the fluid passes through the condenser 75 in which it is definitively liquefied before its expansion in the evaporator 60, with a view to producing cold.
The variant embodiment shown in FIG. 7 is similar to that described above with reference to fig 6, the vibrating blades 77 are carried by weights 73 fixed to the ends of flexible blades 72 similar to those described with reference to fig.5.
According to another variant not shown, a set of elastic elements-weight is attached to each of the ends of the cylinder for-
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me by the casing 5 provided with its casings 25 and 35.
The invention is not limited to the embodiments described in detail, since various modifications can be made to it without departing from its scope. In particular, the elastic springs and leaves such as the springs 66 or the leaves 72, 77 can be replaced by any other equivalent elastic element.
CLAIMS
1 - Synchronous oscillating compressor for alternating current comprising an alternating field magnetic circuit, permanent magnets, a mobile motor unit actuated by the magnetic field and compression cylinders, characterized in that it comprises a magnetic circuit having two branches forming a closed 0, a cylindrical casing made of a non-magnetic material closed at its two ends and passing right through the magnetic circuit, a movable motor assembly comprising a core arranged inside the casing and movable between the two poles of the magnetic circuit formed at the intersections of the latter with the envelope,
an excitation winding intended to be supplied with alternating current and generating an alternating magnetic flux passing through the core and closing by the two branches of the magnetic circuit, at least two permanent magnets arranged symmetrically on either side of the enclosure pe and generating magnetic fluxes closing through the core by creating poles of the same name at both ends of it, adjustment means allowing to modify during operation of the compressor, the value of the natural frequency oscillation of the moving assembly and finally means for damping the vibrations generated in the compressor casing.