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DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT EN UN MOUVEMENT OSCILLATOIRE UTILISABLE NOTAMMENT DANS LES MACHINES FRIGORIFIQUES DE PETITES DIMENSIONS.
La présente invention concerne un dispositif d'entraînement en un mouvement oscillatoire, convenant en particulier pour les machines frigorifiques de petites dimensions ou de faible capacité et comprenant un élément entraîné électriquement en un mouvement de va-et-vient avec les éléments à commander,en résonance avec la fréquence d'excitation ou sensiblement à cette fréquence. Le montage électrique correspond de préférence à celui des dispositifs d'entraînement en oscillation électro-dynamiques constitués par une bobine à air ne comportant pas de noyau de fer doux et fonctionnant éventuellement sur un support en matière électriquement isolante dans l'entrefer d'un champ magnétique uniforme et permanent.
Dans ces sortes d'appareils, le mouvement de va-et-vient est généralement produit., en ce qui concerne la partie mécanique, par des ressorts destinés à produire les conditions de résonance nécessaires. Ces ressorts constituent, avec les masses participant au mouvement, un système mécanique oscillant dont la fréquence propre est égale à la fréquence du réseau d'excitation ou est voisine de cette fréquence dans le cas où il s'agit de dispositifs d'entraînement en oscillation polarisée, par exemple électro-dynamiques, ou dont la fréquence propre est égale au double ou presque au double de la fréquence du réseau d'excitation lorsqu'il s'agit de dispositifs d'entraînement en oscillation non polarisés, par exemple de dispositifs magnétiques.
Or, pour obtenir un fonctionnement parfait des dispositifs d'entrainement de ce type;, il est indispensable que la masse totale des ressorts ne représente pas plus du quart environ de la totalité des masses participant au mouvement. Si la masse du ressort excède le quart de la masse totale, les irrégularités telles que discontinuités, vibrations non harmoniques,
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ondes harmoniques, ondes stationnaires, etc..., présentes dans les oscillations, augmentent avec la masse du ressort. Ces irrégularités ont pour résultat, outre les bruits désagréables, de provoquer de fortes fluctuations dans la puissance des appareils.
En outre, l'énergie dépensée pour la déformation du ressort augmente également avec la masse de ce ressort, ce qui a une in- fluence extrêmement défavorable sur le rendement des appareils. Enfin, de telles irrégularités réduisent considérablement la durée du ressort.
En tenant compte de ces considérations, notamment que la masse, du ressort ne doit pas être supérieure à 1/4 de la masse oscillante, ainsi que de l'effort maximum pouvant être supporté par la matière dont est constitué le ressort, la longueur de course qu'il est possible d'atteindre est, dans ces appareils, limitée, c'est-à-dire qu'elle est généralement fixée au maximum à 1,5 cm de course totale, distance qu'il n'est pas possible de dépasser avec les moyens existant jusqu'à présent, ce qui naturellement restreint considérablement le domaine d'application des appareils de ce genre et abaisse leur puissance.
S'il fallait malgré tout augmenter la puissance, on serait amené à construire des appareils de dimensions telles, surtout à cause du circuit magnétique, qu'ils ne seraient pratiquement pas réalisables d'un point de vue économique.
Dans ces dispositifs d'entraînement, dont on doit beaucoup exiger au point de vue durée et sécurité, il faut voir dans ce ressort une source de dérangements qui rend difficile en pratique l'utilisation de ces appareils et qui l'a empêchée jusqu'à présent, précisément dans le domaine des machines frigorifiques. Si l'on ne tient pas compte de ce fait, il faut prendre son parti d'une diminution du rendement, due aux circonstances dans lesquelles travaille le ressort.
De plus, les dispositifs d'entraînement de ce type présentent cet inconvénient que les forces absorbées par les masses et qu'il faut produire constamment, sont trop importantes par rapport aux forces utiles à produire, de sorte que la courbe de résonance du système mécanique oscillant présente une crête très accentuée qui entraîne des perturbations pour la moindre fluctuation de la fréquence d'excitation. Etant donné que la fréquence propre du système mécanique oscillant n'est pas une constante mais est influencée par les changements de température, les variations survenant dans la force utile, etc.09 il se produit également dans ces appareils, précisément à cause de la crête de la courbe de résonance, des perturbations (par exemple une perte totale de la cadence) même lorsque la fréquence d'excitation demeure constante.
L'invention repose donc sur ce principe que des dispositifs oscillants présentant un rendement satisfaisant, une grande sécurité de fonctionnement, des dimensions raisonnables, etc... ne sont possibles que si les masses élastiques représentent environ le quart des masses totales en oscillation et, de plus, si la courbe de résonance du système oscillant présente un profil aplati, déterminé et favorable.
L'un des buts de l'invention est de permettre la réalisation d'un dispositif d'entraînement de ce type (de préférence électro-dynamique) permettant d'obtenir une réduction ou une compensation parfaite de la puissance absorbée par les masses en mouvement, sans devoir accepter une construction mécanique compliquée (ressort subissant de fortes contraintes), une course limitée, de grandes dimensions de l'ensemble (système magnétique), etc..., et dans lequel le système mécanique oscillant est amené plus ou moins en résonance avec la fréquence du réseau, comme cela est le cas par exemple jusqu'à présent.
Un autre but de l'invention est de prévoir des organes donnant la possibilité de réduire dans de très grandes proportionsles forces élastiques utilisées ou de les supprimer complètement, en vue d'augmenter sensiblement la sécurité de fonctionnement, le degré d'efficacité, etc..., pour des dimensions et des charges identiques du dispositif d'entraînement et avant tout du circuit magnétique. Dans les dispositifs d'entraînement électro-magnétiques les condensateurs spéciaux montés dans le circuit électrique et servant à com-
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penser la réactance effective due à l'inductance de l'enroulement d'excita- tion, doivent être simplifiés ou complètement supprimés.
L'invention envisage donc, en vue de réduire ou de compenser les forces absorbées par les masses en mouvement de la partie mécanique et la puissance réactive de la partie électrique, due à l'inductance de l'enroule- ment d'excitation,d'utiliser essentiellement la capacité électrique utile produite par les masses oscillantes, 1?induction magnétique, la longueur de l'enroulement d'excitation,etc...
Suivant une variante de l'objet de l'in- vention, cette capacité électrique utile doit être calculée, grâce à un choix judicieux de la longueur des conducteurs de la masse oscillante, et de l'in- duction, de telle sorte que les forces absorbées par les masses en mouvement et la puissance réactive électrique soient compensées le plus possible, et qu'il soit possible soit de supprimer complètement le ressort, soit de n'u- tiliser tout au plus qu'un petit ressort mécanique et (ou) une faible réac- tance électrique. Cette réactance électrique est fournie généralement par un condensateur, mais il y a également des cas où elle peut être fournie par une bobine de self. Enfin, on peut également prévoir un couplage par trans- formateur entre l'enroulement d'excitation et la source de tension d'excitation (réseau de lumière).
Dans les modes de réalisation qui seront décrits plus loin, il ne sera cependant question, pour des raisons de simplification, que d'un condensateur électrique, ce qui n'exclut pas les possibilités autres que celles qui seront décrites.
Il résulterait donc de ce qui vient d'être dit que, conformément à l'invention, le ressort utilisé jusqu'à présent dans le système mécanique oscillant pour déterminer la résonance et le condensateur électrique ne sont plus absolument indispensables.
Selon une autre particularité essentielle de l'invention, l'induc- tance L de l'enroulement d'excitation devant être alimenté avec le courant alternatif d'excitation Ie et la capacité effective Cm, déterminée essentiellement par induction magnétique, par l'importance des masses oscillantes et par la longueur de l'enroulement d'excitation, sont calculées l'une par rapport à l'autre, en faisant intervenir éventuellement un faible ressort mécanique F et (ou) un condensateur électrique C, de telle sorte que la fréquence propre fo de l'ensemble du système L, CmF, C soit égale ou sensiblement égale à la fréquence fe du courant d'excitation Ie.
Cette détermination peut toutefois être réalisée de préférence de telle sorte que, lors du fonctionnement à vide, la fréquence propre fo soit plus élevée que la fréquence d'excitation fe et qu'avec la charge nominale de la fréquence propre fo soit à peu près égale à la fréquence d'excitation fe.
Cette dernière caractéristique tendrait à fournir une course constante pour une charge utile variable. Par un choix approprié de la courbe de résonance (en général cette courbe doit avoir un profil très aplati),on arrive à obtenir une course pratiquement constante entre le fonctionnement à vide et le fonctionnement sous la charge nominale. Dans les cas où il est avantageux de travailler sur une partie déterminée de la courbe de résonance le point de résonance peut être situé dans la zone de travail ou bien légèrement au-dessus ou en dessous de cette zone.
Le raisonnement suivant montrera la grande importance qu'il y a lieu d'attribuer à un faible mouvement de retour ou affaissement se produisant, lors du travail de déformation du ou des ressorts du système oscillant.
Supposons que cet affaissement lors de la déformation du ressort passe de 5 à 3% pour 3 kg de force utile,alors qu'il ne se produit qu'une très faible surtension égale à 1 :6, valeur au-dessous de laquelle il n'est pratiquement guère possible de descendre. Il en résulterait dans ce cas une force élastique de 18 kg environ, c'est-à-dire que la force de déformation réelle tomberait de 0,9 kg pour 5% à 0,54 kg pour 3%, ce qui, au premier abord, ne paraît pas énorme. Mais il en est tout autrement si l'on considère que ces pertes doivent toujours être ramenées à la force utile de 3 kg. or, ces pertes représentent déjà 30% pour un affaissement de 5% et encore 18% pour un affaissement de 3%.
Ce calcul permet d'apprécier de façon indiscutable l'importance
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considérable de l'invention, grâce à laquelle il est possible de réduire les dimensions des ressorts et même de les supprimer complètement.
La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs,permettra de mieux comprendre l'invention.
La figure 1 montre un schéma de dispositif d'entraînement en oscillation conforme à la technique employée jusqu'à présent.
La figure 2 montre une variante.
La figure 3 montre un schéma de dispositif d'entraînement en oscillation réalisé suivant le principe de l'invention.
Le détail des figures 4 à 12, montrant quelques modes de réalisation possibles de l'objet de l'invention, sera donné plus loin.
Le principe de la technique antérieure est illustré par le schéma représenté par la figure 1, qui montre un dispositif d'entraînement comportant une bobine télescopique sans fer, c'est-à-dire une bobine à air montée éventuellement sur un support isolant. Dans ce schéma, L désigne l'inductance de la bobine télescopique, qui est alimentée directement en courant alternatif I ou par l'intermédiaire d'un condensateur C. La fréquence propre de ce système électrique est égale à la fréquence d'excitation. Les éléments à actionner, par exemple le piston d'un compresseur, la suspension, les ressorts, etc... sont rendus solidaires de la bobine.
Toutes les masses participant aux oscillations, y compris la bobine télescopique et la partie du ressort qui y participe également, sont désignées par la référence M. Les forces de rappel, fournies par le ressort, sont désignées par F, tandis que le travail utile à fournir, qui est représenté par un amortisseur, est désigné par A. Ce système mécanique est calculé de telle sorte que la fréquence propre du système F, M soit égale à la fréquence d'excitation ou voisine de cette fréquence.
Ces dispositifs d'entraînement fonctionnent aussi bien électriquement que mécaniquement en résonance avec la fréquence d'excitation, c'est-à-dire qu'on a essayé de compenser le plus possible les composantes réactives, et iln'est plus possible d'obtenir une augmentation plus importante du degré d'efficacité, en particulier par suite du travail de déformation inévitable qui s'effectue dans le fort ressort F.
Ces considérations demeurent également inchangées si l'on entreprend de traduire ce système oscillant mécanique en un schéma électrique équivalent des éléments entraînés, en utilisant des symboles électriques pour améliorer encore le calcul. Il en résulterait la situation illustrée par la figure 2, la force K, produite par la bobine télescopique, formant source de tension pour un circuit résonnant en série représenté par la masse M, représentée par l'inductance Lm, le ressort F, représenté par la capacité'Cf, et le travail utile A, représenté par la résistance Rs. La vitesse d'oscillation des éléments à entraîner pourrait alors, dans ce circuit, être représentée par le courant I.
On voit par là que la vitesse d'oscillation est effecti- vement maximum lorsque la résistance du montage en série Lm - Cf devient nulle, c'est-à-dire lorsque les conditions de résonance sont remplies, Etant donné que jusqu'à présent il n'a pas été tenu compte du travail de déformation du ressort F, il y aurait lieu de l'intégrer également dans cet exposé et de le représenter par une autre résistance Rfs. Ceci montre clairement qu'il est absolument impossible de renoncer aux formes de ressorts compliquées utilisées jusqu'à présent.
Si l'on ne tenait pas compte du ressort ou si on le supprimait complètement, il en résulterait simplement une augmentation des composantes réactives et la force K ne serait plus en mesure de fournir la puissance nominale, de sorte que l'on se trouve simplement en présence d'un oscillateur massique.
C'est maintenant qu'intervient l'idée de l'invention. Celle-ci peut être également représentée à l'aide d'un schéma équivalent, quoique maintenant purement électrique, ainsi que le montre la figure 3. Dans ce schéma,
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U est la source de tension fournissant le courant d excitation Ie. La bobine oscillante est montée dans le circuit avec son inductance L,sa résistance
R et son condensateur auxiliaire C. La puissance utile est représentée par la résistance Rpo Le ressort est monté en parallèle avec cette résistance.
Il est maintenant représenté électriquement, non plus sous forme d'un con- densateur mais d'une inductance Lf, avec son travail de déformation Rfp com- me résistance. De plus,toutes les masses mobiles.,montées en parallèle, sont représentées par un condensateur Cm, car elles agissent comme telles, et el- les ne doivent plus être considérées mécaniquement comme une inductance Lm comme sur la figure 2.
Conformément à l'invention, le condensateur C et le montage en parallèle Lf-Rfp, c'est-à-dire le ressort, peuvent alors être complètement négligés ou supprimés pour autant que l'inductance de la bobine oscillante
L et le condensateur Cm sont réglés l'un sur l'autre, c'est-à-dire calculés l'un par rapport à l'autre de telle sorte que la fréquence propre de ce sys- tème soit égale ou sensiblement égale à la fréquence du réseau U. Indépen- damment des insuffisances des forces élastiques utilisées jusqu'à présent, il est maintenant possible de ne plus produire de travail de déformation, 0 est dire d'énergie produite en pure perte, puisque Rfp diminue en même temps que le ressort ou disparaît avec sa suppression.
On peut donc affirmer qu'il est maintenant possible, pour la première fois, de réaliser un dispo- sitif d'entraînement en oscillation par pure résonance, capable de fonction- ner également sans aucun ressort, donc sans l'intervention de forces élasti- ques.
Il va de soi que les possibilités offertes par l'invention ne sont pas épuisées par cet exposé et qu'il est naturellement possible de pré- voir par exemple dans la réalisation purement électrique de la figure 3, des solutions qui, retraduites en valeurs mécaniques, modifient l'appareil dans un sens ou dans l'autre conformément à l'invention.
On pourrait par exemple, dans le cas où ce serait souhaitable du point de vue mécanique, intercaler entre la bobine télescopique et la machine à entraîner un dispositif de mul- tiplication ou de démultiplication quelconque, formé par des leviers ou par un dispositif ou un ressort d'accouplement spécial et, toujours en considé- rant la nature purement électrique de la réalisation, fixer à cet appareil, conformément à l'invention, les dimensions se révèlent les plus avantageuses sans nuire au rendement de l'ensemble.
Compte tenu des constatations auxquelles aboutit l'invention, on en arrive donc finalement à cette conclusion qu'il est possible, dans un grand nombre de cas, de supprimer tout ressort et (ou) condensateur auxiliai- re, si l'équilibrage correct des valeurs correspondantes est réalisé confor- mément à l'esprit de l'invention dans la partie électro-mécanique. La voie ainsi tracée conduit sans aucun doute à des résultats nouveaux et surprenants et permet d'obtenir, même en utilisant des forces élastiques assez faibles, se situant nettement dans le rapport 1 :4 ou au-dessous de ce rapport entre le poids du ressort et le poids des masses oscillantes, des contraintes per- manentes différentes et une bien plus grande sécurité pour les appareils de ce type.
Suivant une autre particularité de l'invention, il est possible d'augmenter sensiblement la course totale, limitée jusqu'à présent par les propriétés des ressorts jusqu'à une valeur supérieure à 1,5 cm, ce qui pour les dispositifs d'entraînement en oscillation, en particulier pour les com- presseurs, correspond à une augmentation de puissance considérable pour des dimensions équivalentes de l'appareil,étant donné que, selon une particula,.- rité importante la puissance n'augmente pas avec la course suivant une pro- gression linéaire mais proportionnellement à son carré.La possibilité ainsi obtenue d'augmenter la course totale au delà de 1,5 cm constitue donc une par- ticularité essentielle et importante de l'invention.
Si par ailleurs on tire également parti de cette autre constata- tion, résultant des recherches qui ont abouti à l'invention, qu'il n'y a au- cun inconvénient à utiliser, pour l'enroulement d'excitation de dispositifs
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d'entraînement en oscillation fonctionnant avec une bobine à air, une densité de courant supérieure à 6 ampères/mm2 et pouvant même aller jusqu'à 60 am- pères/mm2, sans que l'échauffement de la bobine à air oscillante devienne inacceptable, ce qui n'est d'ailleurs le cas d'aucune autre machine électrique, il en résulte encore une augmentation de la puissance mécanique, les dimensions des appareils restant les mêmes, auquel cas il est d'ailleurs possible de prévoir un dispositif spécial pour le refroidissement des appareils.
Lorsqu'il s'agit de dispositifs d'entraînement de compresseurs, il est recommandé, afin que la bobine télescopique conserve exactement sa position médiane pendant le fonctionnement, de disposer l'un en face de l'autre deux compresseurs sur un organe de liaison commun, et de fixer la bobine télescopique au milieu.
Les détails de réalisation de l'objet de l'invention seront décrits plus avant en regard des figures 4 à 12, données à titre non limitatif.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale de l'appareil.
Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe partielle montrant l'agencement des soupapes.
La figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation.
La figure 8 montre en coupe longitudinale un montage en opposition.
La figure 9 montre un dispositif comportant des organes spéciaux de multiplication.
Les figures 10 et 11 montrent des modes de réalisation comportant un électro-aimant.
La figure 12 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation.
Le principe de l'invention est montré à titre d'exemple sur la figure 4 dans son application à un dispositif d'entrainement pour machine frigorifique de petites dimensions utilisant un dispositif électrodynamique à bobine télescopique. Suivant ce mode de réalisation, on calcule la partie mécanique oscillante de l'appareil et les éléments électriques de manière telle qu'il soit encore prévu dans l'appareil un ressort hélicoïdal de force réduite.
La bobine télescopique 1, utilisée dans ce mode de réalisation, comprend un seul enroulement sans fer, monté sur le support 6. L'enroulement est alimenté en courant par l'intermédiaire des cosses 3 14 et du ressort de contact 2. de forme conique, dont la section en direction axiale est supérieure à sa section radiale, afin d'obtenir un faible moment d'inertie axial lors du passage d'un courant intense. Dans le cas où la mise à la masse ne peut pas être assurée par la masse même de l'appareil, on peut prévoir d'au- tres cosses 2, et d'autres ressorts de contact 2. On peut également, pour la transmission du courant des cosses de contact 3 à la partie mobile de la bobine télescopique, prévoir des contacts coulissants ou des contacts en forme de collecteurs.
Le support de bobine est de préférence fixé par emboîtement sur un couvercle 13 et est en matière électriquement isolante. Un logement 5prévu dans le support de bobine sert à la réception de bagues de contact parti- culières 1 auxquelles sont raccordés, d'une part, le conducteur d'alimentation etd'autre part, l'extrémité de l'enroulement de la bobine. Ces bagues de contact ont pour but de rendre plus favorable la transmission du courant, donc la section en ces points de jonction, afin qu'aucune charge inacceptable ne soit appliquée aux points de contact. Il est possible bien entendu de prévoir également des bagues de contact de ce type pour le départ du courant, ou bien de subdiviser de manière convenable la bague de contact 4.
La bobine télescopique 1 remplit l'entrefer du champ magnétique à aimantation permanente et peut coulisser longitudinalement dans celui-ci sans venir en contact avec les parois, en étant montée dans un guide particulier. Ce guide peut ê-
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tre constitué par un alésage 21 du noyau en fer 19, dans lequel la tige 16 est guidée de préférence à coulissement par un élément rapporté 46 en un ma- tériau convenable formant palier. Ce matériau peut être constitué par une mas- se de matière synthétique comprimée, mélangée d'une manière convenable à une matière de glissement, formée par exemple par du graphite.
On peut prévoir en outre dans le noyau de fer 19 un logement annu- laire 24 dont la périphérie va de préférence en croissant en direction du fond.
Selon sa forme, ce logement a pour but, le cas échéant par l'adjonction de fentes radiales, de réduire les pertes par courants de Foucault. Le retour externe du champ magnétique est assuré par l'intermédiaire du carter 23, par la partie annulaire 22 usinée dans le carter 23 ou fixée après emboitement.
Ce carter 23 peut être constitué par une pièce de forge fermée ou par un tronçon de tube également fermé, dont le fond a été rapporté ultérieurement.
Entre le fond du carter 23 et le noyau en fer 19 est logé l'élément 25 for- mant aimant, qui est constitué par exemple par une pièce à profil fermé. Cet aimant est fixé sur des faces lisses correspondantes par des vis de montage spéciales, de sorte qu'il est interchangeable, sans présenter pour cela des orifices ou trous de fixation quelconques.
Pour améliorer encore le rendement du système magnétique 25 c'est- à-dire pour obtenir un rendement allant jusqu'à 80% environ, l'agencement peut, comme visible sur les figures 10 et 11, être tel que la périphérie rac- cordée à l'arête des surfaces par lesquelles sortent les lignes de force ma- gnétiques ne soit jamais en retrait par rapport aux éléments en fer et forme partout un angle libre d'au plus 1800 avec la périphérie de l'aimant 25. De cette manière, le courant magnétique formé par les lignes de force vient agir directement dans sa totalité dans l'intervalle annulaire 8, sans pertes par dispersion.
Sur la figure 10, l'aimant 25 est monté de manière telle dans le carter en fer 23 que cet aimant 25 forme avec les parties voisines en fer un angle de 90 , donc au total un angle de 1800 et l'élément en fer 19 a alors une forme telle que l'entrefer 8, soit ménagé entre les éléments en fer 19 et 23 (voir également la figure 4). On peut encore aller plus loin et, comme visible sur la figure 11, donner à l'élément en fer 19 et à l'élément de carter 23 une forme sensiblement annulaire, de manière telle que des angles supérieurs à 1800 soient formés entre l'aimant 25 et l'élément en fer 19,le courant de lignes de force magnétiques étant alors circulaire et sans pertes, l'entrefer magnétique 8. se trouvant placé à l'intérieur du cercle.
Grâce à ces surfaces de sortie des lignes de force magnétiques dans l'entrefer annulaire 8., qui forme une partie du carter annulaire 23, 19, ces surfaces de sortie sont disposées dans la même direction axiale que l'aimant 25, et on obtient ainsi une utilisation maximum de l'aimant, étant donné que les lignes de force sont ab- solument symétriques par rapport à l'entrefer annulaire.
La fixation du support de bobine 6 et de son couvercle 13 sur la tige de commande 16 est assurée par un collet 15 prenant appui sur un disque 18 qui est engagé par une fente dans un évidement approprié de la tige 16.
Un collier !il assure la fixation du collet 15 et ce collier est maintenu serré par des vis 48., en étant ainsi bloqué sur la tige 16. Le collet 15 et le disque rapporté 18 peuvent être conformés en outre de manière telle que la fixation du ressort puisse en même temps être assurée entre ces éléments.
Le ressort est logé de préférence à l'intérieur de la cavité du support de bobine 6 et peut avoir une forme hélicoïdale, ses spires ayant dans la direction du champ magnétique (en particulier la dernière spire) un diamètre croissant. Cet accroissement du diamètre (de préférence de la dernière spire 17) a pour but de maintenir, au moins sur une partie de la périphérie de ces spires, le ressort 12 dans le noyau ],9, de préférence par l'intermédiaire d'un élément de serrage 20 en forme de cuvette.
Le carter 23 présente des flasques 50 pour la fixation de la bride 28, ces flasques formant avec cette bride 28 une pièce de moulage autonome. Des fenêtres 51, prévues sur la périphérie du carter, permettent le mon- tage et la surveillance des éléments du mécanisme d'entraînement, qui peuvent être enfermés dans une douille 29, de préférence montée par emboîtement. L'é-
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lément mené est fixé sur la bride de montage 28, cet élément étant constitué dans le cas présent par un compresseur à piston à un seul étage. Ce disposi- tif d'entraînement avec compresseur à piston convient particulièrement bien dans le cas d'installations frigorifiques de petites dimensions.
Le compresseur comprend un cylindre 27, par exemple en forme de manchon, pouvant être entouré d'un élément de carter 30 muni de nervures ou d'ailettes de refroidissement. Il est également possible de relier le carter 3Q au manchon 27 en fabriquant ce cartsr par moulage par injection ou sous pression. Le piston 2. est guidé dans le manchon. Il est de préférence soli- daire de la tige 16, les diamètres du piston et de cette tige étant identi- ques, de sorte qu'une seule opération d'usinage est nécessaire pour la fabri- cation de ce piston et de cette tige.
Pour des raisons de poids, le piston et la tige de guidage sont creux, Comme visible sur les figures 5 et 6, on a usiné dans le carter 30 une surface 39 sur laquelle est fixé un carter de soupapes particulier 36,de préférence par l'intermédiaire d'organes d'étan- chéité. Ce carter de soupapes 36 est muni d'orifices d'adduction et de refou- lement 37, 38, disposés de préférence dans la direction longitudinale du pis- ton.
Il est prévu dans le carter de soupapes 36 un évidement 41 pour la sou- pape d'échappement 35,de préférence en forme de clapet, tandis qu'un évide- ment identique 24 du carte-. 30 est utilisé pour la soupape d'admission 34, montée en sens inverse., La face de fixation 39 du carter de soupapes est ju- dicieusement plus grande que le diamètre du compresseur, et ce carter de sou- papes comporte avec le carter 30 plusieurs canaux d'admission et d'échappe- ment 40, afin de réduire au maximum les pertes par écoulement. Ces canaux 40 peuvent être commandés simultanément en fonction des soupapes comme visible sur les figures 5 et 6.
Les soupapes 34, 35 sont montées dans le compresseur suivant l'in- vention de manière telle, par rapport à la course du piston, qu'un matelas d'air assurant un freinage demeure dans le cylindre du compresseur en cas de marche à vide. Ceci peut être obtenu de préférence par déplacement de la sou- pape de refoulement vers le bas. Pour réduire les pertes de rendement volumé- trique, on peut déporter également vers le bas la soupape d'admission, sensi- blement jusqu'au milieu de la course totale. Il en résulte que, lors de la course descendante du piston, le fluide comprimé dans la chambre de vapori- sation est détendu lorsqu'il atteint la soupape d'admission sensiblement jus- qu'à la pression d'aspiration, de sorte que le rendement de l'appareil est également accru.
Le carter 30 se prolonge par une face de montage en forme de bri- de,recevant un organe de montage 31 en forme de culasse, qui peut également recouvrir le cylindre 27 du compresseur. Dans le mode de réalisation considéré, il est judicieux d'assurer cette obturation du compresseur par l'intermédiaire d'éléments rapportés particuliers 32 pénétrant plus ou moins par un bossage cylindrique 33 dans le compresseur, selon les dimensions de ce bossage.
Grâce à ces éléments rapportés particuliers interchangeables, il est possible de mo- difier, d'une part, la pression de compression finale et, d'autre part, le matelas d'air, par un déport convenable de la soupape de refoulement 35 par rapport à l'arête supérieure du piston, afin de faire varier la position de la bobine télescopique en particulier quand on doit supprimer tout ressort selon le principe de 1 invention.
Il est évidemment possible de permettre dans une certaine mesure le réglage du bossage 33 au moyen d'un seul élément rapporté 32 et de garni- tures convenables. On peut également prévoir entre l'organe de fixation ou de montage 11 et l'élément rapporté 32 un organe élastique, et monter ce bos- sage 33 à coulissement longitudinal dans le cylindre 27. De cette fagon, on peut entre certaines limites, par suite de l'amortissement additionnel du bossage mobile 33 soumis à la sollicitation d'un ressort, compenser les va- riations d'amplitude de la bobine télescopique 1 dues aux oscillations du ré- seau et, le cas échéant, aux variations de charge, de manière telle qu'il ne se forme pratiquement pas d'intervalle nuisible dans le cylindre du compres- seur.
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L'orifice d'admission 37 du carter de soupapes est relié au carter 23, de préférence par la bride 28, et cette liaison doit, si possible, présenter une certaine élasticité. On peut parvenir à ce résultat en reliant un élément tubulaire 43 rabattable,de fagon étanche aux gaz,avec la cham- bre de soupapes. Il est alors possible de constituer l'élément tubulaire 43 par deux trongons de diamètres différents emboîtés l'un dans l'autre, qui sont soudés par exemple à leurs extrémités par un arrondi ou congé de taille convenable.
L'ensemble est rendu étanche,de manière telle que le fluide à com- primer soit aspiré par exemple par l'embout 45à travers l'intérieur du dis- positif de commande du compresseur ,en vue d'assurer un refroidissement dans l'entrefer 8, et quitte le compresseur par l'orifice de sortie 38. Les em- bouts sont reliés de préférence au carter ou aux éléments 23,36 du compres- seur, le cas échéant par vissage, de manière telle que cette liaison se prolonge par un élément mobile élastique 44, de préférence en matière synthéti- que comprimée ou en une masse obtenue par injection, ou bien en caoutchouc, par exemple en "Perbunan", auquel se raccordent alors les autres conduits.
Ce raccordement par interposition d'éléments intermédiaires annulaires élastiques 44 est assuré aux points de raccordement par collage, et présente l'avantage d'être absolument étanche aux gaz et de pouvoir servir également de suspension grâce à un calcul convenable des sections des éléments élastiques.
Ainsi, les organes de fixation de l'appareil peuvent également être prévus sur ces éléments intermédiaires élastiques 44.
Pour compenser les déports d'axes entre le cylindre ?2 et le guide 26, on peut prévoir dans la tige 16, de préférence dans sa partie médiane, des évidements ou entailles alternées permettant une déformation élastique de cette tige.
Le circuit magnétique formé par le noyau en fer 19 et l'aimant 25 et comprenant le trajet de retour magnétique formé par le carter 23 peut être magnétisé en montant d'abord tous les éléments essentiels de l'appareil et en munissant ce dernier de tous ses éléments de raccordement, principalement du point de vue électriqueo On nettoie alors l'appareil sans difficultés étant donné que tous les éléments 25, 23, 19 ne sont pas encore magnétisés. Ce nettoyage relativement aisé présenterait autrement de grandes difficultés, car des particules métalliques demeureraient inévitablement dans le champ magnétique et seraient la cause de perturbations dans l'entrefer .
Une fois le nettoyage effectué, on soumet l'appareil, par l'intermédiaire de l'enroulement de la bobine télescopique 1. et pendant un court laps de temps, à une tension en courant continu d'intensité convenable, et on effectue de cette manière directement la magnétisation de l'aimant 25 par l'intermédiaire de la bobine télescopique. Etant donné la conformation.de la bobine télescopique 1 et sa course importante, elle entoure pratiquement la totalité du circuit magnétique et il est ainsi.possible, par un choix convenable de la tension en courant continu et du temps d'action, d'effectuer la magnétisation complète de l'aimant 25. Ceci constitue un avantage décisif de l'agencement que concerne l'invention.
On a déjà indiqué que l'intensité du courant dans la bobine télescopique oscillante 1 est supérieure à 6 amp/mm2. Ceci constitue une charge notablement supérieure à celle qui est acceptable dans les dispositifs de commande électriques de ce type, mais qui est rendue possible suivant l'invention car, dans le cas présent, l'échauffement limite admissible ne se produit que pour 60 amp/mm2 environ. Ceci est dû principalement à ce que, par suite du refroidissement satisfaisant de la bobine à air et du support de bobine 6. agissant à la manière d'une pompe (et dont la conformation peut, le cas échéant, être calculée à cet effet), on peut assurer un refroidissement pleinement suffisant en veillant à ce que le fluide de refroidissement soit aspiré par l'entrefer magnétique.
Avec l'agencement suivant l'invention, on peut également réduire la section des fils de la bobine àair, ce qui aboutit à une utilisation meilleure de la place disponible pour l'enroulement et entraîne également une réduction du poids. Il est en outre possible de faciliter encore l'effet de refroidissement, comme montré en particulier sur la figure 7.
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Dans ce cas, il est prévu des deux côtés de l'entrefer 8, pour l'évacuation de la chaleur, une bague 9, 9' en matériau bon conducteur de la chaleur et amagnétique, par exemple en aluminium ou en cuivre. Cette bague peut être munie en outre de nervures de refroidissement particulières et, pour éviter la formation de courants de Foucault, elle peut être interrompue par une ou plusieurs fentes 10,par exemple.
Dans ce mode de réalisation,la bobine télescopique 1 est reliée à la tige 16 sans interposition de ressort et, pour que cette bobine 1 conserve avec précision une position médiane, la tige 16 est reliée, à ses ex- trémités9 à des compresseurs 2, dont l'agencement peut être celui représenté sur la figure 4, et qui présentent en outre des matelas d'air convenables obtenus par un choix approprié de la position des soupapes 36, Dans ce cas encore 9 le dispositif d'entraînement est entièrement clos et les conduits d'adduction et de refoulement 37 et 38 du compresseur peuvent, le cas échéant, être guidés à travers le carter 23, afin de réaliser en même temps le montage élastique 44 pour l'ensemble de l'appareil, ces éléments élastiques 44 pouvant également être disposés dans la direction de contrainte principale,
par exemple dans l'axe longitudinal de l'appareil.
Il est en outre possiblecomme visible sur la figure 8, de prévoir deux blocs d'entraînement indépendants à l'intérieur d'un carter 23, ceux-ci travaillant, par leurs bobines télescopiques 1, l'et leurs pistons 2, dans un cylindre médian 27 comprenant des conduits d'adduction et de refoulement 37 et 38 et les chambres de soupapes convenables.
Suivant une autre variante encore de l'invention, il est possible de faire travailler plusieurs dispositifs à deux pistons, de préférence par paires, dans une chambre de compresseur 11 commune, un montage en étoile convenant alors particulièrement bien dans ce cas pour ne pas compliquer l'adduction et le re- foulement. Un agencement de ce type présente l'avantage d'un fonctionnement particulièrement régulier et compensé, indépendamment du fait que les pressions finales peuvent être notablement supérieures, et en outre cet autre avantage que, par la mise en circuitou hors circuit de l'un des blocs doubles, on peut, suivant les besoins,éliminer les variations de charge, ce qui est important, en particulier pour les installations de refroidissement.
On obtient de cette manière un dispositif de commande particulièrement économique pour machine frigorifiques.
Il est naturellement possible d'interposer entre l'élément mené formé par exemple par le piston 2. et la bobine télescopique 1 des organes de multiplication ou de réduction mécaniques, se présentant de préférence sous la forme de ressorts ou de mécanismes d'accouplement, par exemple de systèmes de leviers. On a représenté sur la figure 9 l'une de ces possibilités, en partant ici du principe consistant à relier la bobine télescopique 1 à un ressort 12 par l'intermédiaire de sa tige 16, ce ressort étant fixé par exemple sur le noyau en fer 19.
Ce ressort 12 est subdivisé ici en deux parties et l'élément devant être entraîné formé de préférence par le piston de compresseur 2, est simplement raccordé en 49 à l'une de ces parties du ressort 12, Il est possible, par un choix convenable du point de raccordement !il et par la détermination de la longueur du ressort à chaque moment, d'obtenir tout rapport de multiplication ou de réduction désiré, et on peut ainsi, en particulier avec un agencement de ce type, obtenir pour la bobine télescopique une amplitude d'oscillations aussi grande que possible, et de préférence une course totale dépassant 1,5 cm par exemple pour une course de piston plus faible.
Ceci présente l'avantage d'un rendement plus favorable pour le dispositif d'entraînement,et il en résulte la possibilité d'utiliser par exemple un aimant plus petite pour une même puissance.
L'appareil représenté en coupe longitudinale sur la figure 12 correspond,d'une façon générale, en ce qui concerne son agencement magnétique, aux modes de réalisation que montre la figure 4 ou 10. La conformation du carter est simplement telle que la bride de montage 28 forme avec les éléments du carter et de préférence avec l'élément de carter 23 un ensemble monobloc.
Dans le mode de réalisation considéré, ce carter est encore subdivisé et l'assemblage est réalisé par des vis de serrage particulières. La bride de mon-
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tage 28 est alors munie de deux bossages 53 délimitant avec l'alésage 52 le cylindre du compresseur, dans lequel travaille le piston 37. De préférence, la partie médiane du carter 23 comporte un guide particulier, le cas échéant sous forme d'entretoises de guidage ou d'une paroi 54, qui assure le guidage de la partie médiane de la tige 16 du piston,cette paroi pouvant comporter également les cosses de fixation 14 du ressort de contact 7.
La soupape d'admission 34 est montée sur le bossage interne 53 et la soupape de refoulement sur le bossage externe@^1, en formant un carter de soupapes 36,plusieurs canaux 40 pouvant être prévus comme dans le cas de la figure 4. Le cylindre de compresseur 52 est, comme sur la figure 4, fermé par l'intermédiaire du bossage 33, qui peut également présenter vers l'exté- rieure des nervures de refroidissement particulières.
Le ressort 12 est interposé maintenant entre la paroi 54 et le compresseur, et sa fixation est assurée par sa plus grande périphérie' 17, par l'intermédiaire de la cuvette 20 comme montré sur la figure 4, tandis que la fixation sur la tige de piston 16 est assurée maintenant par deux dis- ques fendus 18, 18' pouvant être engagés dans les deux évidements 55, 56 de la tige de piston Des organes de serrage particuliers sont prévus sur la tige de piston 16, entre ces disques 18, 18', ces organes appliquant le ressort contre ces disques.. Ces organes de serrage peuvent se présenter sous la forme d'une douille pouvant être engagée sur la tige de piston et munie d'un collet 57. Il est prévu sur la douille un écrou 58 pouvant être déplacé vers le disque 18.
Lors de l'utilisation de l'appareil suivant les modes de réalisa- tion représentés sur les figures 4 et 12 comme dispositif d'entraînement pour machines frigorifiques, on effectue le montage verticalement dans la direc- tion de la tige de piston 16, le système magnétique formant la partie infé- rieure de l'appareil, l'admission du fluide de refroidissement se trouvant à la partie inférieure et le refoulement à la partie supérieure. Simultanément, l'espace ménagé entre l'aimant 25 et l'élément de carter 23 est utilisé com- me chambre collectrice d'huile, ce qui assure la lubrification de la partie supérieure de l'appareil par les particules d'huile entraînées avec le fluide de refroidissement.
Dans le cas où le silence au cours du fonctionnement doit être poussé aussi loin que possible, la suspension de-l'appareil peut encore être améliorée, cet appareil étant monté extérieurement dans un autre élément de carter plus ou moins élastique et étant rendu solidaire de ce carter au voi- sinage du centre de gravité. Ce second carter peut avoir la forme d'un res- sort tubulaire servant de suspension empêchant les oscillations mécaniques et peut former en même temps écran sonore et dispositif d'étanchéité ou d'i- solation empêchant les pertes de frigories.
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DRIVE DEVICE IN AN OSCILLATORY MOVEMENT USED IN PARTICULAR IN SMALL-DIMENSIONAL REFRIGERATION MACHINES.
The present invention relates to a device for driving in an oscillatory movement, suitable in particular for refrigerating machines of small dimensions or of low capacity and comprising an element driven electrically in a reciprocating movement with the elements to be controlled, in resonance with or substantially at the excitation frequency. The electrical assembly preferably corresponds to that of the devices for driving in electro-dynamic oscillation constituted by an air coil not comprising a soft iron core and possibly operating on a support of electrically insulating material in the air gap of a field. uniform and permanent magnetic.
In these kinds of apparatus, the reciprocating motion is generally produced, as regards the mechanical part, by springs intended to produce the necessary resonance conditions. These springs constitute, with the masses participating in the movement, an oscillating mechanical system whose natural frequency is equal to the frequency of the excitation network or is close to this frequency in the case where they are devices for driving in oscillation. polarized, for example electro-dynamic, or the natural frequency of which is equal to twice or almost twice the frequency of the excitation network in the case of non-polarized oscillation drives, for example magnetic devices .
Now, to obtain perfect operation of drive devices of this type, it is essential that the total mass of the springs does not represent more than about a quarter of the totality of the masses participating in the movement. If the mass of the spring exceeds a quarter of the total mass, irregularities such as discontinuities, non-harmonic vibrations,
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harmonic waves, standing waves, etc., present in the oscillations, increase with the mass of the spring. These irregularities have the result, besides the unpleasant noises, of causing strong fluctuations in the power of the devices.
In addition, the energy expended for the deformation of the spring also increases with the mass of this spring, which has an extremely unfavorable influence on the efficiency of the apparatus. Finally, such irregularities considerably reduce the duration of the spring.
Taking into account these considerations, in particular that the mass of the spring must not be greater than 1/4 of the oscillating mass, as well as the maximum force that can be supported by the material of which the spring is made, the length of stroke that it is possible to reach is, in these devices, limited, that is to say it is generally fixed at the maximum to 1.5 cm of total stroke, distance which is not possible to exceed with the means existing until now, which naturally considerably restricts the field of application of devices of this kind and lowers their power.
If, despite everything, it was necessary to increase the power, we would have to build devices of such dimensions, above all because of the magnetic circuit, that they would hardly be feasible from an economic point of view.
In these training devices, of which a great deal must be demanded from the point of view of duration and safety, we must see in this spring a source of disturbances which makes the use of these devices difficult in practice and which has prevented it until present, precisely in the field of refrigeration machines. If this fact is not taken into account, it is necessary to take its side of a reduction in output, due to the circumstances in which the spring works.
In addition, drive devices of this type have the drawback that the forces absorbed by the masses and which must be produced constantly, are too great compared to the useful forces to be produced, so that the resonance curve of the mechanical system oscillator has a very accentuated peak which causes disturbances for the slightest fluctuation in the excitation frequency. Since the natural frequency of the oscillating mechanical system is not a constant but is influenced by changes in temperature, variations occurring in the useful force, etc. 09 it also occurs in these devices, precisely because of the peak of the resonance curve, disturbances (eg total loss of cadence) even when the excitation frequency remains constant.
The invention is therefore based on the principle that oscillating devices exhibiting satisfactory efficiency, high operating safety, reasonable dimensions, etc., are only possible if the elastic masses represent approximately a quarter of the total oscillating masses and, moreover, if the resonance curve of the oscillating system presents a flattened, determined and favorable profile.
One of the aims of the invention is to allow the production of a drive device of this type (preferably electro-dynamic) making it possible to obtain a perfect reduction or compensation of the power absorbed by the moving masses. , without having to accept a complicated mechanical construction (spring undergoing strong stresses), a limited stroke, large dimensions of the assembly (magnetic system), etc ..., and in which the oscillating mechanical system is brought more or less into resonance with the mains frequency, as has been the case for example so far.
Another object of the invention is to provide members giving the possibility of reducing in very large proportions the elastic forces used or of eliminating them completely, with a view to substantially increasing the operational safety, the degree of efficiency, etc. .., for identical dimensions and loads of the drive device and above all of the magnetic circuit. In electromagnetic drive devices, the special capacitors mounted in the electrical circuit and used to com-
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think the effective reactance due to the inductance of the excitation winding, should be simplified or completely removed.
The invention therefore envisages, with a view to reducing or compensating for the forces absorbed by the moving masses of the mechanical part and the reactive power of the electrical part, due to the inductance of the excitation winding, d 'use essentially the useful electrical capacity produced by the oscillating masses, the magnetic induction, the length of the excitation winding, etc.
According to a variant of the object of the invention, this useful electric capacitance must be calculated, thanks to a judicious choice of the length of the conductors of the oscillating mass, and of the induction, so that the forces absorbed by the moving masses and the electric reactive power are compensated as much as possible, and it is possible either to completely eliminate the spring, or to use at most only a small mechanical spring and (or ) low electrical reactance. This electrical reactance is usually supplied by a capacitor, but there are also cases where it can be supplied by a choke coil. Finally, a transformer coupling can also be provided between the excitation winding and the excitation voltage source (light network).
In the embodiments which will be described below, however, for reasons of simplification, only an electric capacitor will be considered, which does not exclude possibilities other than those which will be described.
It would therefore result from what has just been said that, in accordance with the invention, the spring used until now in the oscillating mechanical system to determine the resonance and the electric capacitor are no longer absolutely essential.
According to another essential feature of the invention, the inductance L of the excitation winding to be supplied with the alternating excitation current Ie and the effective capacitance Cm, determined essentially by magnetic induction, by the magnitude oscillating masses and by the length of the excitation winding, are calculated with respect to each other, possibly involving a weak mechanical spring F and (or) an electric capacitor C, so that the natural frequency fo of the entire system L, CmF, C is equal or substantially equal to the frequency fe of the excitation current Ie.
This determination can, however, be preferably carried out so that, during no-load operation, the natural frequency fo is higher than the excitation frequency fe and with the nominal load of the natural frequency fo is approximately equal. at the excitation frequency fe.
The latter characteristic would tend to provide a constant stroke for a varying payload. By an appropriate choice of the resonance curve (in general this curve must have a very flattened profile), it is possible to obtain a practically constant stroke between the operation at no load and the operation under the nominal load. In cases where it is advantageous to work on a determined part of the resonance curve, the resonance point can be located in the working zone or else slightly above or below this zone.
The following reasoning will show the great importance which must be attributed to a weak return movement or sagging occurring during the work of deformation of the spring (s) of the oscillating system.
Suppose that this sag during the deformation of the spring passes from 5 to 3% for 3 kg of useful force, while there is only a very small overvoltage equal to 1: 6, a value below which it n It is hardly possible to descend. This would result in an elastic force of about 18 kg, that is, the actual deformation force would drop from 0.9 kg for 5% to 0.54 kg for 3%, which at first at first, doesn't seem huge. But it is quite different if we consider that these losses must always be reduced to the useful force of 3 kg. however, these losses already represent 30% for a sag of 5% and another 18% for a sag of 3%.
This calculation makes it possible to assess indisputably the importance
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considerable scope of the invention, thanks to which it is possible to reduce the dimensions of the springs and even to eliminate them completely.
The description which follows, given with reference to the appended drawings, given by way of non-limiting examples, will make it possible to better understand the invention.
Fig. 1 shows a schematic of an oscillation drive device according to the technique employed heretofore.
Figure 2 shows a variant.
FIG. 3 shows a diagram of an oscillation drive device produced according to the principle of the invention.
The detail of FIGS. 4 to 12, showing some possible embodiments of the object of the invention, will be given below.
The principle of the prior art is illustrated by the diagram represented by FIG. 1, which shows a drive device comprising a telescopic coil without iron, that is to say an air coil possibly mounted on an insulating support. In this diagram, L designates the inductance of the telescopic coil, which is supplied directly with alternating current I or via a capacitor C. The natural frequency of this electrical system is equal to the excitation frequency. The elements to be actuated, for example the piston of a compressor, the suspension, the springs, etc., are made integral with the coil.
All the masses participating in the oscillations, including the telescopic coil and the part of the spring which also participates in it, are designated by the reference M. The return forces, supplied by the spring, are designated by F, while the work useful to supply, which is represented by a damper, is designated by A. This mechanical system is calculated such that the natural frequency of the system F, M is equal to the excitation frequency or close to this frequency.
These drive devices operate both electrically and mechanically in resonance with the excitation frequency, that is to say that we have tried to compensate as much as possible the reactive components, and it is no longer possible to obtain a greater increase in the degree of efficiency, in particular as a result of the inevitable work of deformation which takes place in the strong spring F.
These considerations also remain unchanged if one undertakes to translate this mechanical oscillating system into an equivalent electrical diagram of the driven elements, using electrical symbols to further improve the calculation. This would result in the situation illustrated by FIG. 2, the force K, produced by the telescopic coil, forming a voltage source for a series resonant circuit represented by the mass M, represented by the inductance Lm, the spring F, represented by the capacitance 'Cf, and the useful work A, represented by the resistance Rs. The speed of oscillation of the elements to be driven could then, in this circuit, be represented by the current I.
It can be seen by this that the oscillation speed is effectively maximum when the resistance of the series connection Lm - Cf becomes zero, that is to say when the resonance conditions are fulfilled, Since until now it was not taken into account the work of deformation of the spring F, it would be necessary to also integrate it in this presentation and to represent it by another resistance Rfs. This clearly shows that it is absolutely impossible to do without the complicated forms of springs used until now.
If one ignored the spring or removed it altogether, it would simply result in an increase in the reactive components and the force K would no longer be able to provide the nominal power, so that one is simply in the presence of a mass oscillator.
Now comes the idea of invention. This can also be represented using an equivalent diagram, although now purely electrical, as shown in Figure 3. In this diagram,
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U is the voltage source providing the excitation current Ie. The oscillating coil is mounted in the circuit with its inductance L, its resistance
R and its auxiliary capacitor C. The useful power is represented by the resistor Rpo The spring is mounted in parallel with this resistor.
It is now represented electrically, no longer in the form of a capacitor but of an inductance Lf, with its deformation work Rfp as resistance. In addition, all the moving masses, mounted in parallel, are represented by a capacitor Cm, because they act as such, and they should no longer be considered mechanically as an inductance Lm as in figure 2.
According to the invention, the capacitor C and the parallel connection Lf-Rfp, that is to say the spring, can then be completely neglected or eliminated as long as the inductance of the oscillating coil
L and the capacitor Cm are adjusted one on the other, that is to say calculated with respect to each other such that the natural frequency of this system is equal or substantially equal to the frequency of the network U. Regardless of the insufficiencies of the elastic forces used until now, it is now possible to no longer produce deformation work, 0 is to say of energy produced in pure loss, since Rfp decreases at the same time as the spring or disappears with its removal.
It can therefore be said that it is now possible, for the first time, to produce a device for driving in oscillation by pure resonance, capable of functioning also without any spring, therefore without the intervention of elastic forces. ques.
It goes without saying that the possibilities offered by the invention are not exhausted by this description and that it is naturally possible to foresee, for example in the purely electrical embodiment of FIG. 3, solutions which, translated back into mechanical values. , modify the apparatus in one direction or the other in accordance with the invention.
For example, in the event that this would be desirable from a mechanical point of view, interpose between the telescopic reel and the machine to drive any multiplication or reduction device, formed by levers or by a device or a spring. of special coupling and, still considering the purely electrical nature of the embodiment, fixing to this apparatus, according to the invention, the dimensions prove to be the most advantageous without adversely affecting the efficiency of the assembly.
Taking into account the findings to which the invention leads, we therefore finally come to the conclusion that it is possible, in a large number of cases, to eliminate any auxiliary spring and (or) capacitor, if the correct balancing of the corresponding values is carried out in accordance with the spirit of the invention in the electro-mechanical part. The path thus traced undoubtedly leads to new and surprising results and makes it possible to obtain, even by using rather weak elastic forces, lying clearly in the ratio 1: 4 or below this ratio between the weight of the spring and the weight of the oscillating masses, different permanent stresses and a much greater safety for devices of this type.
According to another feature of the invention, it is possible to substantially increase the total stroke, limited until now by the properties of the springs up to a value greater than 1.5 cm, which for drive devices in oscillation, in particular for the compressors, corresponds to a considerable increase in power for equivalent dimensions of the apparatus, given that, according to an important feature, the power does not increase with the stroke following a linear progression but in proportion to its square. The possibility thus obtained of increasing the total stroke beyond 1.5 cm therefore constitutes an essential and important feature of the invention.
If, moreover, advantage is also taken of this other finding, resulting from the research which led to the invention, that there is no disadvantage to use, for the excitation winding of devices.
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oscillation drive operating with an air coil, a current density greater than 6 amps / mm2 and even up to 60 amps / mm2, without the heating of the oscillating air coil becoming unacceptable, which is not the case with any other electrical machine, the result is still an increase in mechanical power, the dimensions of the devices remaining the same, in which case it is moreover possible to provide a special device for cooling devices.
In the case of compressor drive devices, it is recommended, so that the telescopic coil maintains its exact central position during operation, to place two compressors opposite each other on a connecting member. common, and fix the telescopic spool in the middle.
The details of the embodiment of the object of the invention will be described further with reference to FIGS. 4 to 12, given without limitation.
Figure 4 is a longitudinal sectional view of the apparatus.
Figures 5 and 6 are partial sectional views showing the arrangement of the valves.
Figure 7 is a longitudinal sectional view of another embodiment.
FIG. 8 shows in longitudinal section an assembly in opposition.
FIG. 9 shows a device comprising special multiplication organs.
Figures 10 and 11 show embodiments comprising an electromagnet.
Figure 12 is a sectional view of another embodiment.
The principle of the invention is shown by way of example in FIG. 4 in its application to a drive device for a refrigerating machine of small dimensions using an electrodynamic device with a telescopic coil. According to this embodiment, the oscillating mechanical part of the device and the electrical elements are calculated in such a way that a helical spring of reduced force is still provided in the device.
The telescopic coil 1, used in this embodiment, comprises a single coil without iron, mounted on the support 6. The coil is supplied with current through the terminals 3 14 and the contact spring 2. of conical shape. , whose section in the axial direction is greater than its radial section, in order to obtain a low axial moment of inertia during the passage of an intense current. In the event that the grounding cannot be ensured by the mass of the device itself, it is possible to provide other terminals 2, and other contact springs 2. It is also possible, for the transmission current from the contact terminals 3 to the moving part of the telescopic coil, provide sliding contacts or contacts in the form of collectors.
The coil support is preferably fixed by interlocking on a cover 13 and is made of an electrically insulating material. A housing 5 provided in the spool holder serves to receive special contact rings 1 to which are connected, on the one hand, the supply conductor and, on the other hand, the end of the coil winding. The purpose of these contact rings is to make the current transmission, and therefore the section at these junction points, more favorable, so that no unacceptable load is applied to the contact points. It is of course possible to also provide contact rings of this type for the departure of the current, or else to suitably subdivide the contact ring 4.
The telescopic coil 1 fills the air gap with the permanent magnet magnetic field and can slide longitudinally therein without coming into contact with the walls, by being mounted in a special guide. This guide can be
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be constituted by a bore 21 of the iron core 19, in which the rod 16 is preferably guided to slide by an insert 46 made of a suitable material forming a bearing. This material may consist of a mass of compressed synthetic material mixed in a suitable manner with a sliding material, for example formed by graphite.
An annular housing 24 may also be provided in the iron core 19, the periphery of which preferably grows towards the bottom.
Depending on its shape, the purpose of this housing, where appropriate by adding radial slots, is to reduce eddy current losses. The external return of the magnetic field is provided by the intermediary of the casing 23, by the annular part 22 machined in the casing 23 or fixed after fitting.
This casing 23 may be constituted by a closed forging part or by a section of tube also closed, the bottom of which was added later.
Between the bottom of the housing 23 and the iron core 19 is housed the element 25 forming the magnet, which consists for example of a part with a closed profile. This magnet is fixed on corresponding smooth faces by special mounting screws, so that it is interchangeable, without presenting any holes or fixing holes for this.
In order to further improve the efficiency of the magnetic system 25, that is to say to obtain an efficiency of up to about 80%, the arrangement may, as shown in Figures 10 and 11, be such that the periphery connected. at the edge of the surfaces through which the magnetic lines of force emerge is never set back from the iron elements and everywhere forms a free angle of at most 1800 with the periphery of the magnet 25. In this way , the magnetic current formed by the lines of force acts directly in its entirety in the annular gap 8, without losses by dispersion.
In FIG. 10, the magnet 25 is mounted in such a way in the iron casing 23 that this magnet 25 forms with the neighboring iron parts an angle of 90, so in total an angle of 1800 and the iron element 19 then has a shape such that the air gap 8 is formed between the iron elements 19 and 23 (see also FIG. 4). It is still possible to go further and, as can be seen in FIG. 11, to give the iron element 19 and the casing element 23 a substantially annular shape, so that angles greater than 1800 are formed between the magnet 25 and the iron element 19, the current of magnetic lines of force then being circular and without losses, the magnetic air gap 8 being placed inside the circle.
Thanks to these output surfaces of the magnetic lines of force in the annular air gap 8, which forms a part of the annular casing 23, 19, these output surfaces are arranged in the same axial direction as the magnet 25, and one obtains thus maximum use of the magnet, given that the lines of force are absolutely symmetrical with respect to the annular air gap.
The fixing of the spool support 6 and of its cover 13 on the control rod 16 is ensured by a collar 15 bearing on a disc 18 which is engaged by a slot in a suitable recess of the rod 16.
A collar! It secures the collar 15 and this collar is held tight by screws 48., thus being locked on the rod 16. The collar 15 and the insert disc 18 can be further shaped in such a way that the attachment spring can at the same time be secured between these elements.
The spring is preferably housed inside the cavity of the coil support 6 and may have a helical shape, its turns having in the direction of the magnetic field (in particular the last turn) an increasing diameter. The purpose of this increase in diameter (preferably of the last turn 17) is to maintain, at least over a part of the periphery of these turns, the spring 12 in the core], 9, preferably by means of a clamping element 20 in the form of a cup.
The casing 23 has flanges 50 for fixing the flange 28, these flanges forming with this flange 28 an independent molding part. Windows 51, provided on the periphery of the casing, allow the mounting and monitoring of the elements of the drive mechanism, which can be enclosed in a socket 29, preferably mounted by interlocking. The-
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the driven element is fixed to the mounting flange 28, this element being constituted in this case by a single-stage piston compressor. This drive unit with piston compressor is particularly suitable for small refrigeration systems.
The compressor comprises a cylinder 27, for example in the form of a sleeve, which can be surrounded by a housing element 30 provided with ribs or cooling fins. It is also possible to connect the casing 3Q to the sleeve 27 by manufacturing this casing by injection or pressure molding. The piston 2. is guided in the sleeve. It is preferably integral with the rod 16, the diameters of the piston and of this rod being identical, so that only one machining operation is necessary for the manufacture of this piston and this rod.
For reasons of weight, the piston and the guide rod are hollow, As can be seen in Figures 5 and 6, a surface 39 has been machined in the housing 30 on which is fixed a particular valve housing 36, preferably by the intermediary of sealing bodies. This valve housing 36 is provided with supply and discharge ports 37, 38, preferably arranged in the longitudinal direction of the piston.
In the valve housing 36 there is provided a recess 41 for the exhaust valve 35, preferably in the form of a valve, while an identical recess 24 of the card. 30 is used for the inlet valve 34, mounted in reverse order., The mounting face 39 of the valve housing is suitably larger than the diameter of the compressor, and this valve housing has with the housing 30 several intake and exhaust channels 40, in order to minimize flow losses. These channels 40 can be controlled simultaneously as a function of the valves as can be seen in Figures 5 and 6.
The valves 34, 35 are mounted in the compressor according to the invention in such a way, with respect to the stroke of the piston, that an air mattress providing braking remains in the cylinder of the compressor in the event of idling. . This can preferably be achieved by moving the discharge valve downward. To reduce losses in volumetric efficiency, the inlet valve can also be moved downwards, substantially up to the middle of the total stroke. As a result, on the downward stroke of the piston, the compressed fluid in the vaporization chamber is expanded upon reaching the inlet valve substantially to the suction pressure, so that the performance of the device is also increased.
The housing 30 is extended by a mounting face in the form of a brick, receiving a mounting member 31 in the form of a cylinder head, which may also cover the cylinder 27 of the compressor. In the embodiment considered, it is judicious to ensure this sealing of the compressor by means of specific added elements 32 penetrating more or less by a cylindrical boss 33 in the compressor, according to the dimensions of this boss.
Thanks to these special interchangeable inserts, it is possible to modify, on the one hand, the final compression pressure and, on the other hand, the air mattress, by a suitable offset of the discharge valve 35 by in relation to the upper edge of the piston, in order to vary the position of the telescopic coil, in particular when any spring has to be removed according to the principle of the invention.
It is of course possible to allow some adjustment of the boss 33 by means of a single insert 32 and suitable gaskets. It is also possible to provide between the fixing or mounting member 11 and the insert 32 an elastic member, and this bearing 33 to slide longitudinally in the cylinder 27. In this way, it is possible, between certain limits, for example. following the additional damping of the movable boss 33 subjected to the stress of a spring, compensate for the variations in amplitude of the telescopic coil 1 due to the oscillations of the network and, where appropriate, to the variations in load, so that practically no harmful gap forms in the cylinder of the compressor.
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The intake port 37 of the valve housing is connected to the housing 23, preferably by the flange 28, and this connection should, if possible, have a certain elasticity. This can be achieved by connecting a hinged tubular member 43 in a gas-tight manner with the valve chamber. It is then possible to constitute the tubular element 43 by two sections of different diameters nested one inside the other, which are welded for example at their ends by a rounding or fillet of suitable size.
The assembly is sealed, so that the fluid to be compressed is sucked for example by the nozzle 45 through the interior of the control device of the compressor, in order to ensure cooling in the air gap. 8, and leaves the compressor through the outlet port 38. The end pieces are preferably connected to the casing or to the elements 23, 36 of the compressor, where appropriate by screwing, so that this connection is extended by an elastic movable element 44, preferably of compressed synthetic material or of a mass obtained by injection, or else of rubber, for example of "Perbunan", to which the other conduits are then connected.
This connection by interposing elastic annular intermediate elements 44 is provided at the connection points by gluing, and has the advantage of being absolutely gas-tight and of being able also to serve as a suspension thanks to a suitable calculation of the sections of the elastic elements.
Thus, the fixing members of the apparatus can also be provided on these elastic intermediate elements 44.
To compensate for the axis offset between the cylinder 2 and the guide 26, it is possible to provide in the rod 16, preferably in its middle part, recesses or alternating notches allowing an elastic deformation of this rod.
The magnetic circuit formed by the iron core 19 and the magnet 25 and including the magnetic return path formed by the casing 23 can be magnetized by first mounting all the essential elements of the apparatus and providing the latter with all its connection elements, mainly from the electrical point of view. The apparatus is then cleaned without difficulty since all the elements 25, 23, 19 are not yet magnetized. This relatively easy cleaning would otherwise present great difficulties, since metallic particles would inevitably remain in the magnetic field and would be the cause of disturbances in the air gap.
Once the cleaning has been carried out, the apparatus is subjected, by means of the winding of the telescopic coil 1. and for a short time, to a direct current voltage of suitable intensity, and this is carried out. direct magnetization of the magnet 25 via the telescopic coil. Given the conformation of the telescopic coil 1 and its long stroke, it surrounds practically the whole of the magnetic circuit and it is thus possible, by a suitable choice of the DC voltage and the action time, to perform the complete magnetization of the magnet 25. This constitutes a decisive advantage of the arrangement to which the invention relates.
It has already been indicated that the intensity of the current in the oscillating telescopic coil 1 is greater than 6 amp / mm2. This constitutes a considerably higher load than that which is acceptable in electrical control devices of this type, but which is made possible according to the invention because, in the present case, the permissible limit temperature rise only occurs for 60 amps. mm2 approximately. This is mainly due to the fact that, as a result of the satisfactory cooling of the air coil and the coil support 6. acting like a pump (and whose conformation can, if necessary, be calculated for this purpose) fully sufficient cooling can be achieved by ensuring that the coolant is sucked through the magnetic air gap.
With the arrangement according to the invention, it is also possible to reduce the cross section of the wires of the air reel, which results in a better use of the space available for the winding and also results in a reduction in weight. It is furthermore possible to further facilitate the cooling effect, as shown in particular in Fig. 7.
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In this case, there is provided on both sides of the air gap 8, for the heat removal, a ring 9, 9 'made of a material which is a good heat conductor and non-magnetic, for example aluminum or copper. This ring can also be provided with special cooling ribs and, to avoid the formation of eddy currents, it can be interrupted by one or more slots 10, for example.
In this embodiment, the telescopic coil 1 is connected to the rod 16 without the interposition of a spring and, so that this coil 1 accurately maintains a central position, the rod 16 is connected, at its ends9 to compressors 2, the arrangement of which may be that shown in FIG. 4, and which furthermore have suitable air mattresses obtained by an appropriate choice of the position of the valves 36, in this case again 9 the drive device is completely closed and the supply and discharge conduits 37 and 38 of the compressor can, if necessary, be guided through the casing 23, in order to achieve at the same time the elastic assembly 44 for the whole of the apparatus, these elastic elements 44 can also be arranged in the direction of principal stress,
for example in the longitudinal axis of the device.
It is also possible, as can be seen in FIG. 8, to provide two independent drive units inside a housing 23, these working, by their telescopic coils 1, and their pistons 2, in a cylinder. median 27 comprising supply and discharge conduits 37 and 38 and the suitable valve chambers.
According to yet another variant of the invention, it is possible to make several devices with two pistons, preferably in pairs, work in a common compressor chamber 11, a star arrangement then being particularly suitable in this case in order not to complicate adduction and repression. An arrangement of this type has the advantage of a particularly smooth and compensated operation, regardless of the fact that the final pressures can be significantly higher, and in addition this other advantage that, by switching on or off one of the double blocks, it is possible, as required, to eliminate load variations, which is important, in particular for cooling installations.
In this way, a particularly economical control device for refrigeration machines is obtained.
It is naturally possible to interpose between the driven element formed for example by the piston 2 and the telescopic coil 1 of the mechanical multiplication or reduction members, preferably in the form of springs or of coupling mechanisms, for example lever systems. One of these possibilities has been shown in FIG. 9, starting here from the principle consisting in connecting the telescopic coil 1 to a spring 12 via its rod 16, this spring being fixed for example on the iron core. 19.
This spring 12 is here subdivided into two parts and the element to be driven, preferably formed by the compressor piston 2, is simply connected at 49 to one of these parts of the spring 12. It is possible, by a suitable choice from the connection point! it and by determining the length of the spring at each moment, to obtain any desired multiplication or reduction ratio, and it is thus possible, in particular with an arrangement of this type, to obtain for the telescopic coil as large an oscillation amplitude as possible, and preferably a total stroke exceeding 1.5 cm, for example for a shorter piston stroke.
This has the advantage of a more favorable efficiency for the drive device, and the result is the possibility of using, for example, a smaller magnet for the same power.
The apparatus shown in longitudinal section in Figure 12 corresponds, in general, as regards its magnetic arrangement, to the embodiments shown in Figure 4 or 10. The conformation of the housing is simply such that the flange of assembly 28 forms with the elements of the casing and preferably with the casing element 23 a one-piece assembly.
In the embodiment considered, this casing is further subdivided and the assembly is carried out by special tightening screws. The bridle of my-
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stage 28 is then provided with two bosses 53 delimiting with the bore 52 the compressor cylinder, in which the piston 37 works. Preferably, the middle part of the housing 23 comprises a particular guide, where appropriate in the form of spacers. guide or a wall 54, which ensures the guidance of the median part of the rod 16 of the piston, this wall possibly also comprising the fixing lugs 14 of the contact spring 7.
The inlet valve 34 is mounted on the inner boss 53 and the discharge valve on the outer boss @ ^ 1, forming a valve housing 36, several channels 40 being provided as in the case of figure 4. The compressor cylinder 52 is, as in FIG. 4, closed by means of the boss 33, which may also present outwardly special cooling ribs.
The spring 12 is now interposed between the wall 54 and the compressor, and its fixing is ensured by its greater periphery '17, by means of the cup 20 as shown in FIG. 4, while the fixing on the rod of piston 16 is now provided by two slotted discs 18, 18 'which can be engaged in the two recesses 55, 56 of the piston rod. Special clamping members are provided on the piston rod 16, between these discs 18, 18 ', these members applying the spring against these discs. These clamping members may be in the form of a sleeve which can be engaged on the piston rod and provided with a collar 57. A nut is provided on the sleeve. 58 movable to disc 18.
When using the apparatus according to the embodiments shown in Figures 4 and 12 as a drive device for refrigerating machines, the mounting is carried out vertically in the direction of the piston rod 16, the magnetic system forming the lower part of the apparatus, the inlet of the cooling fluid being at the lower part and the discharge at the upper part. At the same time, the space formed between the magnet 25 and the housing element 23 is used as an oil collecting chamber, which ensures the lubrication of the upper part of the apparatus by the oil particles entrained with it. the coolant.
In the event that the silence during operation must be pushed as far as possible, the suspension of the apparatus can be further improved, this apparatus being mounted externally in another more or less elastic casing element and being made integral with this casing in the vicinity of the center of gravity. This second casing may have the shape of a tubular spring serving as a suspension preventing mechanical oscillations and may at the same time form a sound screen and a sealing or isolation device preventing the loss of frigories.