Dispositif électromagnétique pour la compression ou le pompage d'un fluide La présente invention a pour objet un dispositif électromagnétique pour la compression ou le pom page d'un fluide, par exemple d'un gaz ou d'un liquide, à fonctionnement vibratoire entretenu élec- tromagnétiquement.
Le dispositif suivant l'invention présente l'avan tage d'être peu encombrant, ce qui permet de l'uti liser notamment comme compresseur de fluide fri gorigène dans des installations frigorifiques.
Un autre avantage du dispositif suivant l'inven tion réside dans le fait que sa construction est extrê mement simple.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit magnétique fixe pourvu de bobinages et une armature polarisée mobile, asso ciée à un organe élastique lui conférant une fré quence de vibration inférieure à la fréquence d'un courant alternatif d'alimentation des bobinages du circuit magnétique, ce dernier étant relié rigidement à au moins un cylindre dans lequel coulisse un piston actionné par l'armature qui présente une forme cylindrique,
qui est montée sur un arbre relié audit organe élastique et qui comprend un nombre d'aimants permanents égal à la moitié du nombre d'espaces délimités par les pôles du circuit magné tique, pôles qui sont disposés en couronne autour de cette armature et qui, lorsque le dispositif fonctionne, sont reliés magnétiquement deux à deux par les ai mants de l'armature formant des shunts magnétiques dont le champ de polarisation induit, dans les bobi nages des pôles du circuit magnétique, des flux ma gnétiques s'inversant pendant chaque période du courant d'alimentation.
Des formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples, aux dessins annexés.
La fig. 1 est une vue en plan, partiellement en coupe, d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe prise suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe verticale d'une autre forme d'exécution.
La fig. 3a est une coupe prise suivant la ligne IIIa-IIIa de la fig. 3.
La fig. 4 est une coupe prise suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 est une coupe prise suivant la ligne V-V de la fig. 3.
La fig. 6 est une coupe analogue de la fig. 5, mais illustrant une variante.
La fig. 7 est une coupe verticale, analogue à la fig. 3, d'une variante.
La fig. 7a est une coupe prise suivant la ligne VIIa-VIla de la fig. 7.
Le dispositif représenté aux fig. 1 et 2 com porte un bâti 1 constitué par exemple par une pièce moulée, ce bâti formant des bords montants 2 et 3 sur lesquels sont fixés, au moyen de vis 4, des pa quets de tôles 5 et 6 destinés à constituer deux circuits magnétiques identiques.
Le bâti 1 présente, près de sa périphérie, des pattes, non apparentes au dessin; servant à le relier à l'une des extrémités de ressorts de suspension 7 qui sont maintenus, à leur autre extrémité, par des pattes 8 formées ou rapportées à l'intérieur d'une cuve 9 constituant l'enveloppe du dispositif.
Comme le montre la fig. 2, la cuve 9 est fermée, lorsque le bâti est mis en place, par un couvercle 10 dont le bord annulaire 11 est conformé de ma nière qu'il soit emboué dans la partie supérieure de la cuve 9 à laquelle il est relié au moyen d'un cor don de soudure 12.
Les paquets de tôles 5 et 6 qui constituent les deux circuits magnétiques du dispositif sont confor més de manière à présenter respectivement des pôles médians 13, 13a et des pôles latéraux 14, 14a et 15, 15a, ces pôles étant disposés en regard les uns des autres, comme cela apparaît à la fig. 1.
Les pôles médians 13 et 13a sont entourés res pectivement par des bobines 16 et 16a. Ces bobines, qui sont par exemple reliées en série l'une avec l'autre, sont destinées à être alimentées directement en courant alternatif. Leur branchement est réalisé de façon qu'à chaque instant les pôles médians 13 et 13a aient la même polarité.
Du fait de la forme particulière des deux circuits magnétiques que constituent les paquets de tôles 5 et 6, lorsque la polarité des pôles médians 13 et 13a est par exemple Sud, la polarité des pôles latéraux 14, 14a et 15,<I>15a</I> est Nord. De même, lorsque la polarité des pôles médians 13 et 13a est Nord, celle des pôles latéraux 14, 14a et 15, 15a est Sud.
A sa partie médiane, le bâti 1 présente une ou verture 17 dans laquelle est passé un pivot 18 qui présente une couronne 19 engagée dans un évide ment correspondant du bâti 1 et reliée à ce dernier par des organes de fixation constitués, dans l'exem ple représenté, par des vis 20.
21 désigne une bague en matière antifriction qui est enfilée sur le pivot 18. Cette bague sert à relier le pivot à une pièce 22 en métal non magnétique dans laquelle sont enrobés deux aimants permanents 23 et 24, disposés parallèlement l'un à l'autre et de manière que leurs polarités respectives soient oppo sées.
Les aimants 23 et 24 supportent, à leurs extrér mités qui font saillie de part et d'autre de la pièce 22, des pièces polaires 25, 25a et 26, 26a.
Les faces extérieures des pièces polaires 25 à 26a sont arrondies de manière à présenter un rayon de courbure légèrement plus petit que le rayon de courbure de l'arc de cercle délimité par les extré mités des pôles 15, 15a - 13, 13a et 14, 14a.
Comme cela apparaît à la fig. 1, la largeur des pièces polaires 25 à 26a est choisie de manière qu'au repos, c'est-à-dire dans la position représentée, ces pièces polaires soient placées entre les pôles des deux circuits magnétiques, les bords de ces pièces polaires étant situées très près des bords terminaux en regard des pôles des circuits magnétiques afin que le champ permanent de polarisation, issu des aimants, puisse se fermer par les pôles des circuits magnétiques lorsque le dispositif n'est pas en fonc tionnement.
La pièce 22, dans laquelle les aimants 23, 24 sont enrobés, supporte, sur son dessus, un flasque 27 d'une chape 28 dont les branches sont serrées au moyen d'une vis et d'un écrou 29 pour maintenir l'extrémité 30 d'un ressort 31 présentant sensible ment la forme d'une spirale. L'extrémité libre de ce ressort 31 est fixée, comme le montre la fig. 1, entre les branches d'une chape 32 dont le flasque 33 est relié au bâti 1 au moyen d'une vis 34.
Dans la position représentée au dessin, qui cor respond à la position de repos du dispositif, le res sort 31 n'est soumis à aucune contrainte, de sorte qu'il tend toujours à ramener la pièce 22 et les aimants 23, 24 qui constituent l'armature mobile pouvant tourner autour du pivot 18, dans la posi tion représentée.
35 désigne un levier fixé par des vis 36 sur l'un des côtés de la pièce 22. Ce levier supporte, à son extrémité libre, une pièce de fixation 37 de la tige 38 d'un piston 39 destiné à être déplacé dans une cavité 40.
Comme cela apparaît au dessin, la cavité 40 présente la forme d'une portion de tore de rayon de courbure correspondant au rayon de courbure de la trajectoire naturelle que suit le piston 39 lorsque la pièce 22 tourne sur son pivot 18.
La cavité 40 peut être percée directement, par un usinage approprié, dans une culasse 41, ou bien cette cavité peut être délimitée par un tube 42 cons tituant une chemise engagée dans la culasse 41 qui délimite intérieurement une chambre 41a. La cu lasse 41 est fixée sur le dessus du bâti 1 et com porte intérieurement une soupape 43 qui isole com plètement la chambre 41a de la cavité torique 40. Cette soupape présente une forme complémentaire de celle du piston 39 et est munie, comme ce der nier, d'une garniture élastique 44, dont le bord péri phérique aminci prend appui contre la paroi interne délimitant la cavité torique 40.
La masse de l'équi page mobile constitué par la pièce 22, les aimants 23, 24 qu'elle enrobe, le levier 35 et le piston 39 est choisie en fonction des caractéristiques élastiques du ressort 31, de manière que sa fréquence propre de vibration soit, lorsque le dispositif fonctionne à vide ou sous faible charge, sensiblement inférieure à la fréquence du courant alternatif servant à l'ali mentation des bobines 16, 16a. Lorsque ces der nières sont alimentées à un instant déterminé, les pôles 13, 13a ont, par exemple, une polarité Nord et les pôles latéraux 14, 14a et 15, 15a une pola rité Sud.
Les deux aimants permanents ayant leurs pola rités opposées, il s'ensuit qu'ils tendent à venir dans une position pour laquelle l'aimant 23 est disposé en diagonale entre le pôle 13 et le pôle 15a, tandis que l'aimant 24 est disposé en diagonale entre le pôle 14 et le pôle<I>13a.</I> Ce mouvement de la pièce 22 est transmis au piston 39 qui comprime et/ou refoule le fluide contenu dans la cavité 40 vers la chambre 41a.
A la demi-alternance suivante du courant alternatif d'alimentation des bobines 16 et 16a, les polarités des pôles des circuits magnétiques sont opposées à celles indiquées ci-dessus et, en conséquence, les aimants 23 et 24 sont amenés dans une position pour laquelle ils sont placés respecti vement entre le pôle 15 et le pôle 13a et entre le pôle 13 et le pôle 14a.
Comme précédemment, ce déplacement est trans mis au piston 39 qui effectue ainsi sa course d'as piration ; la garniture élastique 44 dont il est muni tend à s'écarter de la paroi délimitant la cavité 40 pour permettre à une certaine quantité de fluide d'entrer dans cette cavité.
Etant donné que le rayon de courbure de la cavité 40 est égal à celui de la trajectoire du piston, la garniture souple de ce dernier est peu déformée et de manière régulière sur toute sa périphérie, ce qui favorise le bon remplissage de la cavité de com pression et/ou de refoulement.
Les extrémités des pôles des deux circuits ma gnétiques et les pièces polaires 25<I>à 26a</I> dont sont munis les aimants étant conformées de manière cor respondante, les entrefers, qui séparent ces pièces polaires des pôles, sont toujours faibles, ce qui a pour effet d'obtenir un bon rendement électromagné tique. En outre, comme cela apparaît à la fig. 1, les bords terminaux des pôles 14, 15 et 14a, 15a présentent une dépouille 46, ce qui réduit les pertes dans l'air en fin de course.
Dans les formes d'exécution suivant les fig. 3 à 7, le dispositif de compression est disposé dans une enveloppe 45 fermée par un couvercle 46 au quel le bâti de ce dispositif est suspendu au moyen d'organes élastiques 47, par exemple au nombre de trois.
Le bâti du dispositif de compression est cons titué par un carter 48, de forme annulaire, qui sup porte à sa partie centrale des paliers 49, 50 pouvant indifféremment être constitués par des bagues lisses ou des roulements à aiguilles ou autres. Les paliers 49, 50 supportent un arbre 51 dont l'extrémité 51a est rendue solidaire d'une lame élastique 52 enrou lée sensiblement suivant une spirale et fixée à son extrémité libre à une pièce d'ancrage 53 (fig. 4) portée sur le carter 48 constituant le bâti du dis positif.
Sur l'autre extrémité 51b de l'arbre 51 est cla- veté un levier 54 comportant deux branches 55, 56 dont les extrémités sont destinées à commander des tiges 57 reliées à des pistons<I>57a</I> montés dans des cylindres 58 également portés par le carter 48. Les pistons 57a sont entraînés par les tiges 57 de ma nière à pouvoir coulisser dans les cylindres dont l'alésage est conformé à la manière d'un tore con centrique à l'arbre 51 (fig. 3a).
Ces cylindres com muniquent par une extrémité avec l'intérieur de l'en veloppe 45 et sont isolés de chambres de refoule ment 58a formées dans les carters 58 par des cla- pets 57b constitués de façon semblable aux pistons 57a munis, ainsi que ces clapets, de garnitures sou ples déformables. L'arbre 51 supporte à sa partie médiane une pièce cylindrique 59 en métal non magnétique, mais conducteur du courant, dénom mée ci-après rotor, dans laquelle sont noyés des aimants permanents 60, 61, 62 et 63 conformés sensiblement en arc de cercle, comme cela apparaît notamment aux fig. 5 et 6.
Le rotor 59 supporte, en outre, des pièces po laires 64 en métal magnétique, qui sont placées de manière à recouvrir les extrémités de chacun des aimants 60 à 63 et à faire saillie légèrement en dehors de la périphérie du rotor 59.
Comme le montre le dessin, la paroi externe des pièces polaires 64 est également conformée en arc de cercle concentrique à celui du rotor 59. Les aimants 60 à 63 ainsi que leurs pièces polaires constituent une armature polarisée, destinée à coopé rer- avec un circuit magnétique 65 supporté par le carter 48.
Suivant la fig. 5, le circuit magnétique comprend une culasse 66 continue constituée par exemple par des tôles magnétiques empilées, cette culasse délimi tant des pôles principaux 67, 68, 69 et 70 ainsi que des pôles secondaires 71, 72, 73 et 74 respective ment placés entre les pôles principaux et disposés de manière qu'au repos les pièces polaires 64 des aimants 60 à 63 soient respectivement placées de façon à recouvrir tout l'espace libre compris entre un pôle principal et un pôle secondaire. De cette manière, le champ magnétique permanent engendré par les différents aimants peut se fermer à travers le circuit magnétique.
A titre d'exemple, les lignes de force issues de l'aimant 60 peuvent passer en partie par le pôle principal 70 et en partie par les pôles secondaires 73 et 74 en suivant évidemment les trajets de plus faible réluctance.
Les pôles principaux 67 à 70 sont respectivement munis de bobines 75, 76, 77 et 78 destinées à être alimentées directement en courant alternatif.
Le champ magnétique, engendré lors d'une pre mière demi-période du courant alternatif d'alimen tation des bobines, tend évidemment à se fermer à travers les aimants 60 à 63, de sorte que ces der niers sont soumis à un déplacement faisant pivoter le rotor 59 dans le sens pour lequel lesdits aimants permanents 60 à 63 tendent à venir occuper une position pour laquelle le flux est maximum.
A la demi-alternance suivante, le déplacement du rotor est évidemment inversé, de sorte que ce rotor est ainsi entraîné dans un mouvement oscil lant entretenu. La lame élastique 52, reliée à l'arbre 51 et en conséquence au rotor, est donc sollicitée en vibration par ce dernier.
On s'arrange, de manière connue en soi, pour choisir la fréquence ' propre à vide de l'équipage mobile constitué par le rotor 59, l'arbre 51, les différents organes portés par cet arbre et la lame 52, de manière que cette fréquence propre soit sensiblement inférieure à celle du courant alter natif d'alimentation des bobines lorsque le dispositif fonctionne à vide, afin que le mouvement vibratoire obtenu, bien que synchrone avec le courant d'ali mentation, ne soit pas en résonance.
Un fonction nement plus proche de la résonance n'est atteint qu'en fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque le fluide comprimé par les pistons 57a coulissant dans les cylindres 58 se trouve dans un état tel que les forces élastiques qui en résultent sont suffisantes pour augmenter la fréquence propre de vibration de l'équipage mobile de façon que cette fréquence pro pre tende vers une valeur légèrement inférieure à celle du courant alternatif d'alimentation des bobi nes.
Comme cela est facilement compréhensible en considérant la fila. 3a, l'un des pistons 57a effectue sa course d'aspiration pendant que l'autre effectue sa course de compression. Il s'ensuit que les cour ses des deux pistons sont rigoureusement égales de part et d'autre de la position d'équilibre qu'ils occu pent lorsque le dispositif est au repos.
La fila. 6 illustre une variante suivant laquelle les pôles secondaires 71 à 74 de la fila. 5 sont rem placés par des pôles principaux 71a,<I>72a,</I> 73a et<I>74a</I> munis de bobines 75a à 78a analogues aux bobines 75 à 78.
Pour la commodité d'exécution du circuit magné tique, il est préférable, comme le montre la fila. 6, de constituer la culasse 66a de ce circuit magnétique par un anneau.
Le fonctionnement de la variante de la fila. 6 est évidemment identique à ce qui est décrit ci-dessus en référence à la fila. 5, mais il devient possible, pour une même puissance fournie par le dispositif, de réduire les dimensions extérieures de celui-ci et, en conséquence, l'encombrement total du dispositif de compression, ce qui est avantageux dans de nom breux cas.
La fila. 7 illustre une variante qui peut com prendre indifféremment un circuit magnétique selon la fila. 5 ou selon la fila. 6.
Suivant cette variante, la lame élastique 52 est supprimée et remplacée par une barre de torsion 79 dont l'extrémité 79a est ancrée dans un support rigide 80 lui-même porté par la partie du carter 48 qui comprend le palier 49 dans lequel tourne un arbre creux 511 supportant le rotor 59.
Cet arbre creux 511 est, en outre, guidé dans le palier 50 et fait saillie en dessous du carter 48 de manière qu'il soit calé sur l'extrémité libre 79b de la barre de torsion 79.
Cet arbre creux 511 supporte, de plus et de la même manière que l'arbre 51 de la fila. 3, un levier 54a comportant deux branches 55a, 56a reliées à leurs extrémités à des tiges de piston 81, 81a et 82 et 82a servant à l'entraînement de quatre pistons 57a respectivement disposés dans quatre cy lindres 58 constitués exactement comme décrit ci- dessus en référence à la fila. 3a. Cette disposition à quatre cylindres permet d'équilibrer les efforts trans mis aux pistons, et, par suite, aucune réaction nuisi ble n'est appliquée à l'arbre creux 511, ce qui est particulièrement avantageux pour éviter toute usure du palier 50.
En outre, suivant cette disposition, il devient possible de construire un compresseur à plu sieurs étages dans lequel les efforts transmis sont également complètement équilibrés.