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La présente invention a trait à un dispositif pour la compression de gaz et éventuellement le pompage de liquide, ce dispositif étant du type à fonc- tionnement vibratoire entretenu électromagnétiquement.
La réalisation particulière du dispositif suivant l'invention rend possible de le constituer d'une manière particulièrement peu encombrante, ce qui permet de l'utiliser notamment comme compresseur de fluide frigorigène dans des installations frigorifiques.
Un autre avantage du dispositif suivant l'invention réside dans le fait que sa construction est extrêmement simple.
Conformément à l'invention, le dispositif de compression et de pompage à commande électromagnétique comprend un circuit magnétique fixe et une armature polarisée mobile, associée à des organes élastiques lui conférant une fréquence de vibration inférieure à la fréquence d'un courant alternatif d'alimentation des bobinages du circuit magnétique relié rigidement à au moins un cylindre dans le- quel coulisse un piston commandé par l'armature de forme cylindrique qui est mon- tée sur un arbre relié aux organes élastiques et qui comprend un nombre d'aimants permanents égal à la moitié du nombre d'espaces délimités par les pôles du circuit magnétique,
pôles qui sont disposés en couronne autour de cette armature et re- liés magnétiquement deux à deux par les aimants de l'armature formant des shunts magnétiques dont le champ de polarisation induit, dans les bobinages des pôles successifs du circuit magnétique, des flux magnétiques s'inversant pendant chaque période du courant d'alimentation de leurs bobinages.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples, aux dessins annexés.
La fig. 1 est un plan, partiellement arraché, d'une forme d'exécution au dispositif de compression suivant l'invention.
La fig. 2 est une coupe prise suivant la ligne II-II de la fig, 1.
La fig. 3 est une coupe-élévation illustrant une autre forme d'exécu- tion du dispositif de compression.
La fig. 3a est une coupe prise suivant la ligne IIIa-IIIa de la fig.
1.
La fig. 4 est une coupe prise suivant la ligne IV-IV de la fig. 1.
La fig. 5 est une coupe prise suivant la ligne V-V de la fig. 3.
La fig. 6 est une coupe analogue à la fig. 5, mais illustrant une modification
La fig. 7 est une coupe-élévation, analogue à la fig. 1, d'une varian- te.
La fig. 7a est une coupe prise suivant la ligne VIIa-VIIa de la fig.
7.
Le dispositif représenté aux fig. 1 et 2 comporte un socle ou bâti 1 constitué par exemple par une pièce moulée, ce socle ou bâti formant des bords montants 2 et 3 sur lesquels sont fixés, au moyen de vis 4 par exemple, des pa- quets de tôles 5 et 6 destinés à constituer deux circuits magnétiques identiques.
Le socle ou 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 extrémité libre,par des pattes 8 formées ou rapportées à l'intérieur d'une cuve 9 destinée à contenir l'ensemble du dis- positif.
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Comme le montre la fig. 2, la cuve 9 est fermée, lorsque le disposi- tif est mis en place, par un couvercle 10 dont le bord. annulaire 11 est avanta- ' geusement conformé de manière qu'il soit emboîté dans la partie supérieure de la. cuve 9 à laquelle il est relié, de préférence au moyen d'un cordon de soudure 12.
Les paquets de tôles 5 et 6 qui constituent les deux circuits magné- tiques du dispositif sont conformés 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 respectivement par des bo- bines 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 realisé 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, 15a 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 socle ou bâti 1 présente une ouverture 17 dans laquelle est passé un pivot 18 qui forme une couronne 19 engagée dans un évi- dement correspondant du socle 1 et reliée à ce dernier par un organe de fixation constitué, dans l'exemple de réalisation représenté, par des vis 20.
21 désigne une bague en matière anti-friction qui est enfilée sur le pivot 18. Cette bague sert à relier le pivot à une pièce 22 en métal non magné- tique dans laquelle sont enrobés deux aimants permanents 23 et 24, disposés paral- lèlement l'un à l'autre et de manière que leurs polarités respectives soient op- posées.
Les aimants 23 et 24 supportent, à leurs extrémités qui font saillie de part et dautre de la pièce 22, des pièces polaires 25, 25a et 26, 26a.
La face extérieure des pièces polaires 25 à 26a est arrondie de ma- nière à présenter un rayon de courbure légèrement plus petit que le rayon de cour- bure de l'arb de cercle délimité par les extrémités des pôles 15, 15a - 13, 13a et 14, 14a.
Comme cela apparaît à la fig. 1 7 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 délimités par les deux circuits magnétiques, ces pièces polaires interceptant toutefois les bords terminaux en re- gard des pâles des circuits magnétiques afin que le champ permanent de polarisa- tion, issu des aimants, puisse se fermer par les pôles des circuits magnétiques lorsque l'appareil n'est pas en fonctionnement.
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 sensiblement la forme d'une spirale. L'extrémité libre de ce ressort
31 est fixée, comme le montre la fig. l, entre les branches d'une chape 32, dont le flasque 33 est relié au socle ou bâti 1 au moyen de vis 34.
Dans la position représentée au dessin, qui correspond à la position de repos de l'appareil, le ressort 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 position représentée @ 33 désigne un col de cygne fixé par des vis 36 sur l'un des côtés de la pièce 22, Ce col de cygne supporte, à son extrémité libre, une pièce de fixatic
37 de la tige 38 d'un piston 39 destiné à être déplacé dans une cavité 40.
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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 tra- jectoire 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 con- stituant une chemise engagée dans la culasse 41 qui délimite intérieurement une chambre 41 a. La culasse 41 est fixée sur le dessus du socle ou bâti 1 et comporte intérieurement une soupape 43 qui l'isole complètement de la cavité torique 40.
Cette soupape présente une forme complémentaire de celle du piston 39 et est munie, comme ce dernier, d'une garniture élastique 44, dont le bord périphérique aminci prend appui contre la paroi interne délimitant la cavité torique 40. La masse de l'équipage mobile constitué par la pièce 22, les aimants 23, 24 qu'elle enrobe, le col de cygne et le piston 39 est choisie en fonction des caractéristiques élas- tiques du ressort 31, de manière que sa fréquence propre de vibration soit, lorsque ,l'appareil fonctionne à vide ou sous faible charge, légèrement inférieure à la fré- quence du courant alternatif servant à l'alimentation des bobines 16, 16a.
Lorsque ces dernières 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 polarité Sud.
Les deux aimants permanents ayant leurs polarités opposées, il s'en- suit qu' ils tendent à venir dans une position pour laquelle l'aimant 23 est disposé endiagonaleentre le pole 13 et le pôle 15a,tandis que l'aimant 24 est disposé en dia- gonale entre le pôle 14 et le pôle 13a. 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 45. A la demi-alternance suivante du courant alternatif d'alimentation des bobines 16 et 16a, les polarités des pôles des circuits magnétiques sont oppo- sées à celles indiquées ci-dessus et, en conséquence, les aimants 23 et 24 sont amenés dans une position pour laquelle ils sont placés respectivement entre le pôle 15 et le pôle 13a et entre le pôle 13 et le pôle 14a.
Comme précédemment , ce déplacement est transmis au piston 39 qui ef- fectue ainsi sa course d'aspiration; 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 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 compression et/ou de refoulement.
Les extrémités des pôles des deux circuits magnétiques et les pièces polaires 25 à 26a dont sont munis les aimants étant conformées de manière corres- pondante, les entrefers, qui séparent ces pièces polaires des pôles, sont toujours faibles, ce qui a pour effet d'obtenir un bon rendement électromagnétique. En ou- tre, comme cela apparaît à la fig. l, 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 modes d'exécution suivant les fig. 3 à 7, le dispositif de compression est disposé dans une enveloppe 45 fermée par un couvercle 46 auquel ce dispositif est suspendu au moyen d'organes élastiques 47, par exemple au nom- bre de trois.
Le corps du dispositif de compression est constitué pour délimiter un carter 48, de forme annulaire, qui supporte à sa partie centrale des paliers 49,' 50 pouvant indifféremment être constitués par des bagues lisses ou des organes à aiguilles ou autres. Les paliers 49, 50 supportent un arbre 51 dont l'extrémité 51a est rendue solidaire d'une lame élastique 52 enroulée sensiblement suivant une spirale et fixée à son extrémité libre à une pièce d'ancrage 53 (fig. 4) por-
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tée par le carter 48 constituant le corps du dispositif.
L'autre extrémité 51b de l'arbre 51 est clavetée sur un levier 54 comportant de préférence deux branches 55, 56 dont les extrémités sont destinées à commander des tiges 57 reliées à des pistons 57a montés dans des cylindres 58 également portés par le carter 48. Les pistons 57a sont entraînés par les tiges 57 de manière à pouvoir coulisser dans les cylindres dont l'alésage est conformé à la manière d'un tore concentrique à l'arbre 51 (fig. 3a). Ces cylindres com- muniquent par une extrémité avec l'intérieur de l'enveloppe 45 et sont isolés de chambres de refoulement 58a formées dans le carter 58 par des clapets 57b consti- tués de façon semblable aux pistons 57a munis, ainsi que cesclapets, de garnitu- res souples déformables.
L'arbre 51 supporte à sa partie médiane une pièce cylin- drique 59 en métal non magnétique, mais conducteur du courant, dénommée 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 joues ou pièces polaires 64 en mé- tal 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 coopérer avec un circuit magnétique 65 supporté par le carter 48.
Suivant la fig. 5, le circuit magnétique comprend une-culasse 66 con- tinue constituée par exemple par des tôles magnétiques empilées, cette culasse dé- limitant des pôles principaux 67,68, 69 et 70 ainsi que des pôles secondaires 71, 72, 73 et 74 respectivement placés entre les pôles principaux et disposés de ma- nière qu'au repos les pièces polaires 64 des aimants 60 à 63 soient respective- ment placées de façon à recouvrir tout l'espace libre compris entre un pôle prin- cipal et un pôle secondaire. De cette manière, le champ magnétique permanent en- gendré 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 première demi-période du courant alternatif d'alimentation des bobines, tend évidemment à se fermer à tra- vers les aiments 60 à 63, de sorte que. ces derniers sont soumis à un déplacement faisant pivoter le rotor 59 dans le sens pour lequel lesdits aimants permanents 60 à 63 tendant 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 oscillant en- tretenu. 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 portas par cetarbre et la lame 52,de ma- nière que cette fréquence propre soit sensiblement inférieure à celle du courant alternatif d'alimentation des bobines, afin que le mouvement vibratoire obtenu, bien que synchrone avec le courant d'alimentation, ne soit pas en résonance.
Un fonctionnement plus proche de la résonance n'est atteint qu'en fonctionnement nor- mal, 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 ré- sultent sont suffisantes pour augmenter la fréquence propre de vibration de l'é- quipage mobile de façon que cette fréquence propre tende vers une valeur légère- ment inférieure à celle du courant alternatif d'alimentation des bobines. Comme'
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cela est facilement compréhensible en considérant la fig. 3a, l'un des pistons
57a effectue .Sa course d'aspiration pendant que l'autre effectue sa cour se de com- pression.
Il s'ensuit que les courses des deux pistons sont rigoureusement égales de part et d'autre de la position d'équilibre qu'ils occupent lorsque l'appareil est au repos.
La fig. 6 illustre une légère modification suivant laquelle les pôles secondaires 71 à 74 de la fig. 5 sont remplacés par des pôles principaux 71a,
72a, 73a et 74a munis de bobines 75a à 78a analogues aux bobines 75 à 78.
Pour la commodité d'exécution du circuit magnétique, il est préféra- ble suivant la fig. 6 de constituer la culasse 66a de ce circuit magnétique comme cela est représenté, c'est-à-dire à la manière d'un anneau.
Le fonctionnement suivant la modification de la fig. 6 est évidemment identique à ce qui est décrit ci-dessus en référence à la fig. 5, mais il devient possible, pour une même puissance fournie par le dispositif, de réduire les di- mensions extérieures de celui-ci et, en conséquence, l'encombrement total du dis- positif de compression, ce qui est avantageux dans de nombreux cas.
La fig. 7 illustre une variante faisant application indifféremment du circuit magnétique selon la fig. 5 ou selon la fig. 6.
Suivant cette variante, la lame élastique 52 est supprimée et rempla- cée 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 51 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 51 supporte, de plus et de la même manière que l'arbre 51 de la fig. 3, un levier 54a comportant deux branches 55a, 56a reliées à leurs extrémités à des tiges de piston 81, 81a et 82, 82a servant à l'entraînement de quatre pis- tons 57a ,respectivement disposés dans quatre cylindres 58 constitués exactement comme décrit ci-dessus en référence à la fig. 3a. Cette disposition à quatre cy- lindres permet d'équilibrer les efforts transmis aux pistons et, par suite, aucune réaction nuisible n'est appliquée à l'arbre creux 511, ce qui est particulièrement avantageux pour éviter toute usure du palier 50.
En outre, suivant cette disposi- tion il devient possible de construire un compresseur à plusieurs étages dans lequel les efforts transmis sont égalemenit complètement équilibrée.,
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sor- tir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif de compression et de pompage à commande électromagnéti- que, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit magnétique fixe et une armature polarisée mobile, associée à dès organes élastiques lui conférant une fréquence de vibration inférieure à la fréquence d'un courant alternatif d'alimentation des bobinages du circuit magnétique relié rigidement à au moins un cylindre dans lequel coulisse un piston commandé par l'armature (22, 59) de forme cylindrique qui est montée sur un arbre (18, 51, 54) relié aux organes élastiques (31, 52, 79) et qui comprend un nombre d'aimants permanents égal à la moitié du nombre d'espaces dé- limités par les pôles du circuit magnétique,
pôles qui sont disposés en couronne autour de cette armature et reliés magnétiquement deux à deux par les aimants de l'armature formant des shunts magnétiques dont le champ de polarisation induit, dans les bobinages des pôles successifs du circuit magnétique, des flux magnéti- ques s'inversant pendant chaque période du courant d'alimentation de leurs bobi- nages.