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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.