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COMPRESSEUR A PISTON A COMMANDE ELECTROMAGNETIQUE.
L'invention concerne un compresseur à piston, à commande élec- tromagnétique, destiné par exemple aux machines frigorifiques de faiblé puis- sance. Ce compresseur est essentiellement caractérisé en ce qu'il est muni d'un système mécanique susceptible d'effectuer librement un mouvement de va- et-vient suivant l'axe de son piston, ledit système étant constitué par ledit piston et une armature magnétique solidaire de celui-ci, la commande dudit système étant réalisée par coopération de l'armature magnétique avec un noyau magnétique comportant un enroulement alimenté., en vue de la commande, par ex- emple avec des impulsions de courant provenant d'un courant alternatif re- dressé, ledit système mécanique étant soumis, pendant le fonctionnement du compresseur, non seulement à la force de commande électromagnétique,
mais aussi à deux forces agissant suivant l'axe du piston du compresseur, mais en sens'opposé, de telle façon que, lors d'une variation de l'amplitude de la course du système mécanique, le point d'inversion du mouvement du pis- ton du compresseur, à la position extrême de compression, soit maintenu constamment dans la même position axiale, ou sensiblement dans la même po- sition axiale.
Suivant l'invention, l'une des forces précitées est exercée, de préférence, par un ressort hélicoïdal contribuant au cycle de travail du compresseur pendant le fonctionnement de celui-ci, en absorbant et en resti- tuant alternativement de l'énergie mécanique, au rythme du mouvement du sys- tème mécanique, tandis que l'autre force est exercée sur l'armature mécanique, et ceci grâce au fait que l'enroulement du noyau magnétique, ou un autre en- roulement disposé sur ce noyau, est alimenté avec un courant d'aimantation préalable approprié, dont le champ agit sur l'armature magnétique.
Le fait que, dans le compresseur à piston suivant l'invention, les poids d'inversion du mouvement du piston à la position extrême de com- pression, conservent toujours la même position, existe également, comme on
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sait, dans les compresseurs à piston commandés par une manivelle. Toutefois, dans les compresseurs à piston à commande électromagnétique connus jusqu'ici, la propriété précitée n'existe que lorsque toutes les conditions de fonction- nement restent entièrement constantes.
Lorsque, dans ces constructions connues. une ou plusieurs conditions de fonctionnement, telles que la tension d'alimen- tation de l'électro-aimant ou la pression de compression demandée, varient, la position de ce point d'inversion du mouvement ne reste pas inchangée, ce qui modifie la course ou l'amplitude du mouvement du piston du compresseur et ainsi l'espace nuisible dans le cylindre du compresseur, ce qui a pour effet de réduire le rendement du compresseur d'une façon correspondante et de limi- ter son domaine d'application. Le compresseur à piston suivant l'invention ne présente pas ces inconvénients.
On a déjà proposé certains dispositifs de réglage électriques et mécaniques permettant de réduire., dans un certain degré, les inconvénients précités des compresseurs à piston à commande électromagnétique connus. Tou- tefois, ces dispositifs de réglage sont très complexes et annulent ainsi les avantages présentés par ailleurs par les compresseurs à piston à commande électrique, grâce à leur simplicité et à leur sûreté de fonctionnement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples non limitatifs, une forme de réalisation du compresseur, objet de l'invention.
Figure 1 montre, en coupe longitudinale, ce compresseur à pis- ton, à commande électromagnétique.
Figures 2 à 5 représentent les diagrammes du mouvement d'un point du piston du compresseur pendant la marche en fonction du temps, montrent la différence entre le fonctionnement des compresseurs à piston à commande électromagnétique connus et celui du compresseur à piston, objet de l'inven- tion, les diagrammes des figures 2 et 4 montrent cette fonction lors d'un ac- croissement de l'amplitude de la course du piston, respectivement dans le cas d'un compresseur classique et dans le cas du compresseur, objet de l'inven- tion, tandis que figures 3 et 5 montrent, d'une façon correspondante, la fonc- tion en question pour une amplitude décroissante de la course du piston.
Figures 6 à 8 montrent différentes dispositions destinées à la production de l'aimantation préalable utilisée dans le compresseur à piston, objet de l'invention.
La ligne moyenne du mouvement alternatif du piston et la fonc- tion précitée sont désignées respectivement par 9 et 10 aux figures 2 à 5.
L'ordonnée de'la ligne moyenne 9 reste inchangée aux figures 2 et 3, ce qui signifie que la position moyenne du mouvement du piston est indépendante de l'amplitude de ce mouvement. Comme il ressort de la figure 2, l'espace nuisi- ble 11, c'est-à-dire l'espace entre la position extrême de compression du pis- ton et le fond du cylindre diminue progressivement, dans un compresseur à piston à commande magnétique fonctionnant de cette façon, lorsque l'amplitude augmente ; et lorsqu'une valeur déterminée de l'amplitude est dépassée, le pis- ton entre même en contact avec le fond du cylindre. Dans le cas représenté à la figure 3, cas correspondant à une diminution de l'amplitude, l'espace nuisible s'accroît, au contraire, ce qui a pour effet de réduire le rendement et le pouvoir de compression du compresseur.
Par contre, comme il ressort des figu- res 4 et 5, l'ordonnée de la ligne moyenne 9 du compresseur à piston, suivant l'invention, n'est pas invariable dans le temps, ce qui signifie que la posi- tion moyenne de la course du piston dépend de l'amplitude de cette course.
Suivant l'invention, cette relation est déterminée de telle façon que le point d'inversion du mouvement du piston du compresseur, à la position extrême de compression (point désigné par 12 aux figures 4 et 5), soit maintenu constam- ment dans la même position, ou sensiblement dans la même position, sur l'axe de déplacement du piston, et ceci même lors d'une variation de l'amplitude de-la course du piston. Il en résulte que l'espace nuisible 11, dont le volu- me doit, bien entendu, être toujours aussi faible que possible, conserve une valeur constante.
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Il est ci-après décrit, en référence au mode de réalisation re- présenté à la figure 1;, comment la disposition suivant l'invention, permet de réaliser le principe avantageux suivant lequel le point d'inversion du mouve- ment du piston du compresseur, à la position extrême de compression, conser- ve sa position, même lors d'une variation de l'amplitude de la course du pis- ton.
Dans ce mode de réalisation, le compresseur à piston comporte un élément cylindrique 28 muni d'une bride et contenant un cylindre 20 destiné à recevoir un piston de compresseur 14.
Cet élément cylindrique 28 est fixé sur 1'électro-aimant du compresseur à pis- ton. A l'aide d'une pièce de raccordement 32 munie d'un filet extérieur, le piston 14 est rendu solidaire d'une armature magnétique 13 et forme, avec cel- le-ci, un système mécanique susceptible d'effectuer librement un mouvement de va-et-vient suivant l'axe du piston 14. L'armature magnétique 13 a une fôr- me cylindrique. L'enroulement de l'électro-aimant est exécuté sous forme d'un bobinage cylindrique 15, l'armature 13 étant librement mobile dans l'alésage cylindrique de ce bobinage.
Le noyau magnétique de l'électro-aimant est constitué par un élément 16 embrassant l'enveloppe et les faces terminales du bobinage 15; il est en fer ou en un autre métal magnétique approprié. Ce noyau est fixé, dans l'exemple représenté, sur la bride de l'élément cylindrique 28. à l'aide d'un assem- blage à vis. Les extrémités du noyau 16 comportent des pièces polaires tour- nées vers la trajectoire de l'armature 13 et coopérent avec celle-ci. -
Sur la pièce de raccordement 32 est vissé un organe 24 en forme de plateau fixé ainsi que le système mécanique mobile, de façon à pouvoir être déplacé dans le sens axial.
Entre l'organe 24 et le noyau 16 est disposé un ressort hélicoïdal 31 fonctionnant comme ressort de compression et sollici- tant le système mécanique constamment vers la position extrême de compres- sion du piston 14, comme représenté au dessin. On peut régler la tension ini- tiale du ressort 31 à l'aide de l'organe 24, ce qui permet d'établir une ten- sion initiale du ressort qui, correspondant aux conditions de fonctionnement considérées, est la plus favorable pour remplir la condition que le point d' inversion du mouvement du piston 14, à la position extrême de compression, soit maintenu constamment à la même position axiale.
Comme il ressort de la figure 1. l'armature magnétique 13 pré- sente des fentes s'étendant dans le sens axial, pour réduire les pertes par courants de Foucault dans l'armature.
Pour la même raison, le noyau 16 comporte, de préférence. des fentes axiales.
Cette armature 13 peut avantageusement être munie d'un enroulement de court- circuitage (non représenté sur le dessin), qui peut avoir, par exemple, la forme d'une bague de court-circuitage.
Dans le compresseur à piston de la figure 1, le système mécani- que peut se déplacer, dans le sens longitudinal, dans deux paliers, dont l'un est constitué par le piston 14 et le cylindre 20 du compresseur. En vue de la formation de l'autre palier, l'armature 13 est munie d'un alésage axial 17, dans lequel s'engage un tourillon 18 faisant corps avec une plaque 19 vissée sur le noyau 16. Le tourillon 18 de l'armature 13 comporte des alésages axiaux 21 recevant une valve d'aspiration à bille 22 et une valve de refoulement à bille 23. Lors du mouvement de l'armature 13. le tourillon 18 fait fonction de pompe à huile et conduit de l'huile de graissage. à travers les alésages 21 de l'armature, aux portées du piston 14.
Le noyau 16 de l'électro-aimant est monté dans un carter 26, muni de nervures de refroidissement 25 et hermétiquement fermé par une pla- que 27 et la bride de l'élément cylindrique 28.
Sur l'élément cylindrique 28 est fixé, d'une façon amovible, un couvercle 17 dont la face tournée vers le cylindre 20 et formant le fond de ce- lui-ci, est munie d'une valve d'aspiration 29 et d'une valve de refoulement 30.
Ces valves communiquent, par des conduites non représentées avec le disposi-
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tif utilisant le fluide sous pression et destiné à être alimenté par le com- presseur; ce dispositif peut, par exemple: être constitué par un système de re- froidissementoisposé dans une armoire frigorifique pour usage domestique et fonctionnant avec un milieu gazeux condensable.
La force mécanique exercée, dans le compresseur à piston sui- vant figure 1, par le ressort 31 sur le système mécanique mobile, doit être combinée avec une autre force, ne serait-ce que pour empêcher que le piston n'entre en contact avec le fond du cylindre en marche normale, cette force agissant sur le système mécanique en sens inverse de celle dùdit ressort.
Dans le mode de réalisation décrit, cette autre force est obtenue en alimen- tant le bobinage 15 avec un courant d'aimantation approprié, dont le champ exerce sur l'armature 13 une force, dont le sens est opposé à celui de la force exercée par le ressort 31, et dont la valeur est choisie de telle fa- çon qu'on obtienne le résultat désiré.
Un tel courant d'aimantation, qui sera appelé, dans ce qui va suivre, courant d'aimantation préalable pour désigner son but, peut être produit et amené de différentes façons.
Comme représenté à la figure 6, le courant d'aimantation préalable peut être fourni par une source de courant continu et peut être amené à un bobinage faisant partie de la bobine 15, mais séparé du bobinage destiné à recevoir le courant de travail du compresseur. La figure 7 montre une variante dans laquelle le courant d'aimantation préalable est fourni par une source de courant continu et est amené à une partie de la bobine 15, comportant ici un bobinage seulement, dont la totalité est parcourue par les impulsions de courant constituant le courant de travail du compresseur.
La variante repré- sentée à la figure 8 se distingue de celle de la figure 7, en ce que la sour- ce des impulsions du courant de travail est une source de courant alternatif. tandis qu'un redresseur, alimenté par ladite source de courant alternatif, constitue la source de courant continu. Dans ce mode de réalisation, le bobi- nage peut être considéré comme un auto-transformateur. Aux variations de la tension de la source de courant alternatif correspondent alors les variations de .La tension du courant d'aimantation préalable.
Dans un grand nombre de cas, on obtient une disposition avanta- geuse en branchant la bobine 15 sur une source de courant alternatif, en série avec un redresseur redressant une alternance. Dans ce montage, la bobine 15 reçoit les impulsions de courant, nécessaires pour la commande du compresseur à piston, sous forme des alternances du courant alternatif traversant le re- dresseur. En même temps, on obtient le courant d'aimantation préalable, grâce au filtrage du courant redressé provoqué par l'inductance de la bobine de l' électro-aimant. Dans cette disposition, le courant redressé équivaut à une composante courant continu, à laquelle sont superposées les impulsions d'un courant circulant dans le même sens et ayant une intensité plus grande.
Dans cette disposition, on obtient également, lors d'une variation de la tension de la source de courant alternatif d'alimentation, une variation correspondante du courant d'aimantation préalable.
L'ensemble d'alimentation en courant, constitué par la bobine et le redresseur à une alternance branché en série, a nettement la propriété de commander le piston du compresseur avec une fréquence identique à la fré- quence du courant alternatif d'alimentation. Cette disposition a également la propriété d'être tout à fait indépendante des variations de fréquence, dans les limites se produisant pratiquement dans les réseaux de distribution élec- triques à courant alternatif.
A l'aide de l'aimantation préalable, le système mécanique est retiré du fond du cylindre, pendant le fonctionnement du compresseur à piston, avec une force telle que le système mécanique puisse effectuer son mouvement de va-et-vient dans le sens axial, sans entrer en contact avec le fond du cylin- dre.
Pendant la partie de cette période de mouvement, pendant laquelle le système est écarté du fond du cylindre, la force motrice pour le mouvement est produi-
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te du fait que l'énergie électrique de l'impulsion de courant amenée en vue de la commande est transformée à l'aide de l'électro-aimant, en une force d' attraction exercée sur l'armature, dans le sens du mouvement.
Lors de ce mouvement, le ressort 31 est comprimé, ce qui provoque l'absorp- tion et l'emmagasinage d'une partie correspondante de l'énergie admise-à 1' aide de l'électro-aimant. Lorsque le système est rapproché du fond du cy- lindre pendant le reste de la période du mouvement, reste constituant la cour- se de compression, l'énergie pour ce mouvement est prélevé essentiellement sur l'énergie emmagasinée dans le ressort 31, une partie de cette énergie emmaga- sinée étant transformée en énergie de mouvement du système mécanique qui exé- cute ainsi la course de compression, en transformant cette partie d'énergie en travail de compression, tandis qu'une autre partie de la quantité d'ener- gie emmagasinée du ressort est transformée directement en travail de compres- sion,
par l'intermédiaire du système mécanique. Pendant la course de compres= sion, il 'faut encore surmonter la force permanente provenant de l'aimantation préalable.
La réalisation de la condition du maintien d'une position axiale invariable du point d'inversion du mouvement du piston à la position extrême de compression, malgré la variation des valeurs d'amplitude de la course du piston, est obtenue, dans le mode de réalisation décrit, par une conformation et une adaptation appropriées des éléments, coopérant pour assurer la commande du compresseur.
Suivant une caractéristique de cette conformation et de cette adaptation, lorsque le système mécanique se trouve dans la position extrême de compression du piston, l'armature magnétique 13 est écartée de la pièce po- laire du noyau la plus éloignée du piston, d'une distance telle qu'un entrefer relativement grand et ainsi une résistance magnétique correspondante existent entre l'armature magnétique et la dite pièce polaireo En outre, l'ensemble est agencé de telle façon que la résistance magnétique de cet entrefer varie, lors d'un déplacement continu du système mécanique à partir de la position extrême de compression, suivant une fonction déterminée adaptée aux forces agissant lors de la commande, de telle façon que soit remplie la condition précitée du maintien de la position invariable du point d'inversion du mou- vement.
Pour mieux faire comprendre les considérations ci-dessus, sont ci-après exposées, à titre d'exemple., les conditions de fonctionnement, lors d'un accroissement de l'amplitude de la course du piston. Comme déjà exposé ci-dessus, un tel accroissement de l'amplitude peut être provoqué, par exem- ple, par le fait que la pression de compression doit être augmentée, étant donné qu'une pression accrue s'établit dans le dispositif alimenté par le compresseur, phénomène qui se produit souvent notamment dans les armatoires frigorifiques.
Un accroissement de la pression qui doit être surmontée par le compresseur signifie que le piston se trouvant à la position extrême de compression., ou sur le retour à partir de cette position, est soumis à une pression exercée par la quantité de gaz résiduelle dans l'espace nuisible, cette pression ayant une valeur plus élevée à cause de l'accroissement de la pression. Ceci a pour effet que le système mécanique est, lors de la course de retour, repoussé plus loin du fond du cylindre qu'avant la formation de l'accroissement de la pression. L'armature magnétique pénètre alors plus loin qu'avant dans la pièce polaire inférieure.
L'armature magnétique atteint ain- si une position, dans laquelle la résistance magnétique entre l'armature et cette pièce polaire et ainsi la résistance magnétique du circuit magnétique entier de l'électro-aimant sont plus faibles qu'auparavant. Ceci permet au courant d'aimantation préalable d'exercer sur l'armature magnétique une for- ce plus grande qu'avant, ce qui a pour effet de produire un accroissement de l'écart de l'armature magnétique du fond du cylindre, correspondant à l' accroissement de la force exercée. Il est évident qu'on peut réaliser, par exemple par des essais, une variation de la résistance magnétique de l'en- trefer considéré, le long de la.distance du déplacement assurant, dans chaque cas, la loi désirée pour cette variation et ainsi l'accomplissement de la condition recherchée.
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Une considération correspondante montre que, lorsque l'accrois- sement de la pression est suivi d'une diminution ramenant la pression à la valeur initiale de la pression de compression, le système mécanique adopte" une valeur correspondante plus faible pour son amplitude, sans modification de la'position'du'point d'inversion dut mouvement du pistonna la position ex= trême de compression.