FR3106065A1

FR3106065A1 - Micro-soufflante à montage radial pour ventilateur médical

Info

Publication number: FR3106065A1
Application number: FR2000197A
Authority: FR
Inventors: Romain Davoine
Original assignee: Air Liquide Medical Systems SA
Current assignee: Air Liquide Medical Systems SA
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-07-16

Abstract

Titre de l’invention Micro-soufflante à montage radial pour ventilateur médical L’invention concerne une micro-soufflante (1) pour ventilateur médical (100) comprenant un moteur électrique (3) agencé dans un carter (4) et une volute (2) agencée de manière à surmonter le moteur électrique (3). Le moteur (3) comprend un arbre-moteur (15) rotatif portant une roue à ailettes (5). La volute (2) comprend un compartiment interne (9) contenant la roue à ailettes (5). La volute (2) comprend une jupe (10) formant manchon autour du carter (4) et solidarisée audit carter (4). Ventilateur médical (100) comprenant une telle micro-soufflante (1). Figure de l’abrégé : Fig. 3

Description

Micro-soufflante à montage radial pour ventilateur médical

L’invention concerne une micro-soufflante motorisée pour ventilateur médical, c'est-à-dire un appareil d’assistance respiratoire, servant à traiter des pathologies respiratoires chez l’être humain, et un ventilateur médical équipé d’une telle micro-soufflante motorisée.

Afin d’assister certains patients dans leur fonction respiratoire, on utilise des appareils d’assistance respiratoire ou de ventilation assistée, souvent appelés «ventilateurs médicaux» ou encore «appareils de ventilation», délivrant un gaz respiratoire, tel de l’air, à débit non nul et/ou à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm).

Pour ce faire, un ventilateur médical met en œuvre une micro-soufflante, aussi appelée «compresseur» ou «turbine», servant à aspirer l’air ambiant et à le délivrer à une pression donnée aux patients. L’air peut être additionné d’oxygène supplémentaire, notamment lorsque le patient doit recevoir, dans le cadre de son traitement, une proportion d’oxygène supérieure à 21% en volume.

L’aspiration de l’air par la micro-soufflante motorisée se fait grâce à une (ou plusieurs) roue à ailettes agencée sur un arbre ou axe rotatif entraîné en rotation par un moteur électrique, la roue à ailettes étant agencée mobile en rotation dans le compartiment interne d’une volute surmontant le bloc moteur, c'est-à-dire le moteur entouré de son carter périphérique.

Les documents EP-A-2165078, EP-A-2102504, WO-A-2012/139681, US-A-2008/304986 et WO-A-2013/020167décrivent des micro-soufflantes de ce type et des appareils d’assistance respiratoire équipés de telles micro-soufflantes.

Un problème récurrent est lié à la complexité de montage des composants de la micro-soufflante et de sa répétabilité en production, qui nuit notamment à obtenir les performances attendues de la micro-soufflante, du fait notamment d’un montage imparfait engendrant des jeux non-maîtrisés entre roue et volute notamment.

La présente invention vise à résoudre ce problème en proposant une micro-soufflante améliorée, dans laquelle on peut assurer un bon montage de la volute autour de la roue à ailettes de la micro-soufflante, notamment en contrôlant mieux les jeux existants entre elles, afin de garantir les performances attendues de la micro-soufflante.

La solution de l’invention concerne alors une micro-soufflante pour ventilateur médical comprenantun moteur électrique agencé dans un carter et une volute agencée de manière à surmonter le moteur électrique, dans laquellele moteur électrique comprend un arbre-moteur rotatif portant une roue à ailettes, et la volute comprend un compartiment interne contenant la roue à ailettes, caractérisée en ce quela volute comprend une jupe formant manchon autour du carter et solidarisée audit carter.

Selon le mode de réalisation considéré, la micro-soufflante de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

la jupe de la volute est agencée à la base de la volute.
la jupe de la volute est formée d’une seule pièce avec le reste de la volute.
la jupe de la volute est formée d’un matériau présentant une flexibilité, en particulier un polymère.
la jupe de la volute comprend plusieurs languettes axiales, de préférence au moins trois languettes axiales afin d’assurer un bon maintien en position de la volute sur le carter du moteur
la jupe a une forme générale cylindrique.
la jupe de la volute comprend plusieurs languettes axiales traversées par un orifice à vis, de préférence chaque languette axiale comprend un orifice à vis.
les languettes axiales sont formées de découpes longitudinales réalisées par paire dans la paroi de la jupe.
la jupe de la volute se projette en éloignement axial (axe AA) par rapport à la partie supérieure de la volute délimitant le compartiment interne.
la jupe de la volute est conformée pour permettre son emmanchement autour du carter du moteur lorsque la roue à ailettes est portée par l’arbre-moteur, c'est-à-dire sans avoir à démonter la roue à ailettes.
la jupe est fixée au carter par des vis (ou analogue) traversant les orifices à vis portés par les languettes axiales.
le carter du moteur comprend des logements taraudés dans lesquels viennent se visser les vis (ou analogue) traversant les orifices à vis portés par les languettes axiales.
le carter du moteur a une forme générale cylindrique.
le diamètre interne de la jupe est supérieur au diamètre de la roue à ailettes de manière à permettre un emmanchement axial de la jupe autour du carter du moteur lorsque l’arbre-moteur porte la roue à ailettes.
le diamètre interne de la jupe correspond au diamètre externe du carter du moteur, c'est-à-dire qu’ils sont approximativement égaux de manière à permettre un emmanchement axial de la jupe autour du carter du moteur.
le diamètre externe du carter du moteur est supérieur ou égal au diamètre de la roue à ailettes.
la paroi intérieure de la jupe de la volute vient épouser la paroi externe du carter du moteur lorsque la jupe est agencée, i.e. emmanchée axialement, autour du carter, c'est-à-dire que le profil de la paroi intérieure de la jupe de la volute et (approximativement) complémentaire du profil de la paroi externe du carter du moteur.
au moins un joint annulaire est agencé autour du carter du moteur, c'est-à-dire autour de son périmètre ou périphérie externe, ledit joint annulaire assurant une étanchéité fluidique.
le joint annulaire est en élastomère.
une zone annulaire striée présentant des motifs ou formes en relief est agencée autour du carter du moteur, c'est-à-dire autour de tout ou partie de son périmètre ou périphérie externe.
la zone annulaire striée comprend des motifs ou formes en relief comprenant une alternance de «pics» et de «vallées».
les languettes axiales et la jupe sont formées d’un matériau flexible, tel un plastique.
les languettes axiales sont configurées pour se déformer légèrement sous l’effet de la force de serrage des vis.
les languettes axiales comprennent chacune une extrémité libre venant appuyer sur la paroi externe périphérique du carter au niveau de la zone annulaire striée, c'est-à-dire que les languettes axiales de la jupe comprennent chacune une extrémité libre venant appuyer sur la zone annulaire striée du carter.
la surface des extrémités libres des languettes axiales en contact avec la zone annulaire striée est configurée pour se déformer en épousant les motifs en relief de manière à obtenir une solidarisation forte entre jupe et carter.
la déformation de la surface des extrémités libres est fonction de la force de serrage des vis.
la volute (y compris la jupe), le carter du moteur et la roue à ailettes sont coaxiaux, c'est-à-dire agencés de manière coaxiale (axe AA).
la roue à ailettes comprend un passage central traversant axialement la roue en son centre.
l’arbre-moteur rotatif traverse le passage central de la roue à ailettes.
la roue à ailettes est entraînée par le moteur à une vitesse allant jusqu’à 70000 tr/min, typiquement jusqu’à 40000 tr/min.
la roue à ailettes est formée d’un matériau polymère, de préférence fabriqué par injection.
la roue a une épaisseur de roue comprise entre 0,5 et 1,5 mm, l’épaisseur étant la distance entre les surfaces des première et deuxième faces de la roue à ailettes.
le carter du moteur électrique forme une carcasse ou coque rigide entourant le rotor et le stator du moteur.
le carter du moteur est en métal ou en alliage métallique, de préférence en alliage d’aluminium ou en acier.
le moteur électrique comprend des câbles ou fils électriques servant à son raccordement électrique à une source de courant électrique l’alimentant en courant électrique.
durant son fonctionnement, le moteur électrique entraîne la roue à ailettes en rotation.
le moteur électrique est de type sans balai («brushless» en anglais).
la volute comprend une entrée de gaz.
l’entrée de gaz de la volute est située au-dessus de la volute, c'est-à-dire à l’opposé du moteur.
la volute surmonte le moteur électrique;
la roue à ailettes est agencée mobile en rotation au sein du compartiment interne de la volute.
la volute comprend un orifice de sortie de gaz.
l’orifice de sortie de gaz est porté par un conduit de sortie en communication fluidique avec le compartiment interne de la volute.

L’invention concerne aussi un ventilateur médical comprenant une micro-soufflante selon l'invention, c'est-à-dire un appareil d’assistance respiratoire servant à traiter des pathologies respiratoires chez l’être humain.

L’invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

est une vue schématique externe d’une micro-soufflante selon l’invention,

est une vue de côté d’une micro-soufflante selon l’invention,

schématise l’emmanchement de la volute sur le carter d’une micro-soufflante selon l’invention,

montre la volute sur le carter après emmanchement,

est une vue schématique en coupe des régions de la volute et du carter en contact après emmanchement, et

est une vue schématique en coupe d’un ventilateur médical intégrant une micro-soufflante selon l’invention.

et [Fig. 2] schématisent une micro-soufflante 1 motorisée selon l’invention pour un ventilateur médical 100, comprenant une volute 2 surmontant un moteur électrique 3 agencé dans un carter rigide 4, de forme générale cylindrique, servant à protéger le moteur 3, c'est-à-dire typiquement le stator et le rotor du moteur. Le carter rigide 4 est de préférence en métal, par exemple en acier ou en aluminium.

Le moteur électrique 3 est préférentiellement sans balai (‘brushless’ en anglais) et/ou est conçu pour atteindre une vitesse de rotation allant jusqu’à 70000 tr/min, typiquement jusqu’à 40000 tr/min. L’alimentation du moteur 3 en courant électrique, pour permettre son fonctionnement, se fait de manière classique au moyen d’une connectique électrique adaptée, par exemple au moyen de connecteurs, de prises, de fils ou de câbles électriques… permettant le raccordement du ventilateur médical et/ou de la micro-soufflante 1 au réseau électrique ou à une (ou plusieurs) batteries d’alimentation électrique.

Pendant son fonctionnement, le moteur de la micro-soufflante 1 entraine en rotation, un arbre-moteur 15, aussi appelé ‘axe’, portant une roue à ailettes 5, aussi appelée ‘roue à pales’, (voir et Fig. 4]) ayant une section circulaire de diamètre compris entre 20 et 80 mm, typiquement entre 30 et 60 mm.

La roue à ailettes 5 comporte généralement de 10 à 60 ailettes, typiquement de 10 à 30 ailettes environ, agencées radialement sur l’une des faces de la roue 5, i.e. sa face supérieure qui est en regard de l’entrée 6 de gaz de la volute 2.

La roue à ailettes 5 est agencée de manière à être mobile en rotation au sein du compartiment interne 9 de la volute 2 surmontant le moteur électrique 3 et le carter 4, de manière à générer un flux d’air à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm).

Préférentiellement, la roue à ailettes 5 et la volute 2 sont en matériau(x) polymère(s), par exemple un plastique de type Acrylonitrile Butadiène Styrène ou ABS, Polycarbonate ou PC ou Polyether Ether Ketone dit PEEK.

La volute 2 a typiquement une section circulaire. L’entrée 6 de gaz de la volute 2 communique fluidiquement avec le compartiment interne 9 de la volute 2 de manière à l’alimenter en gaz, typiquement en air ou en mélange air/O₂. Le gaz, est aspiré dans le compartiment interne 9, lors des rotations de la roue 5 qui est entrainée en rotation par l’arbre-moteur 15. Un orifice de sortie de gaz 7 assure une sortie du flux de gaz généré dans le compartiment interne 9 de la volute 2, lors des rotations de la roue 5. L’orifice de sortie de gaz 7 est portée par un conduit de sortie 8 en communication fluidique avec le compartiment interne de la volute 2. Le conduit de sortie 8 est préférentiellement formé d’une pièce, par exemple par moulage-injection ou analogue, avec la volute 2.

Le flux gazeux est ensuite envoyé vers le patient via un circuit de gaz agencé dans le ventilateur, lequel est en communication fluidique avec, d’une part, le conduit de sortie d’air 8 de sorte de convoyer le gaz provenant du conduit de sortie d’air 8 et, d’autre part, avec une conduite flexible (non représentée) ou analogue venant se raccorder au ventilateur et permettant d’acheminer le gaz jusqu’à une interface respiratoire, tel un masque respiratoire ou analogue (non représenté) servant à délivrer le gaz au patient.

Selon la présente invention, la volute 2 comprend, à sa base 11, c'est-à-dire du côté de sa portion inférieure, une jupe 10 formant manchon autour du carter 4, lorsque la volute 2 est agencée sur le carter 4 de sorte de surmonter le carter 4 et le moteur 3. En d’autres termes, la paroi inférieure de la volute 2 est conformée en une jupe 10 venant ceinturer, i.e. entourer, le périmètre du carter 4.

La volute 2 et la jupe 10 sont avantageusement formé d’une seule pièce, par exemple par moulage-injection ou autre. Toutefois, elles pourraient être aussi formées de plusieurs pièces fixées les unes aux autres.

La jupe 10 a une forme générale cylindrique, c'est-à-dire une section circulaire. Le diamètre interne de la jupe 10 et le diamètre externe du carter 4 sont approximativement égaux de manière à pouvoir emmancher axialement (axe AA) la jupe 10 de la volute 2 autour du carter 4, c'est-à-dire que le profil interne de la jupe 10 correspond au profil externe du carter 4 de manière à venir l’épouser lorsque la jupe 10 est agencée autour du carter 4, comme montré en [Fig. 4].

Comme illustré en [Fig. 5], après emmanchement de la jupe 10 autour du carter 4 du moteur 3, la volute 2, le carter 3 et la roue 5 à ailettes sont coaxiaux d’axe AA, c'est-à-dire agencés de manière coaxiale.

La volute 2 est maintenue solidaire du carter 4 via des moyens de fixation, de préférence par vissage, par exemple des vis 12, boulons ou analogue. Plus précisément, la jupe 10 comprend une ou plusieurs, de préférence plusieurs, languettes 13 axiales, telles des découpes, formées au travers de la paroi de la jupe 10 et présentant chacune un orifice à vis 14 au travers duquel passe une vis 12, laquelle vis 12 vient ensuite se visser dans la paroi du carter 4, par exemple dans un logement taraudé 16.

Préférentiellement, la jupe 10 comporte (au moins) trois languettes axiales 13 également angulairement réparties autour de la périphérie de la jupe 10 et comprenant chacune un orifice à vis 14 et le carter 4 du moteur 3 comprend quant à lui trois logements taraudés 16 recevant les vis 12 ou analogue traversant les trois orifices à vis 14 percés au travers des 3 languettes axiales 13.

Les languettes axiales 13 sont formées de découpes longitudinales 18 réalisées par paire dans la paroi de la jupe 10, comme illustré en et [Fig. 4].

Les languettes axiales 13 sont réalisées dans le même matériau que la jupe 10, de préférence un plastique légèrement flexible, tel un polymère de type ABS, PC ou PEEK, de manière à présenter une flexibilité leur permettant de se déformer/plier légèrement sous l’effet d’un serrage des moyens de fixation, notamment d’un vissage des vis 12 dans les orifices 13 et les logements taraudés 16.

Par ailleurs, afin d’améliorer l’accroche des languettes axiales 13 autour du carter 4 du moteur 3, on aménage autour de la périphérie du carter 4, au moins une zone annulaire striée 19, comme illustré en et [Fig. 4], formant une bande d’accroche tout autour du carter 4.

Plus précisément, comme schématisé en , lorsque la volute 2 est emmanchée autour du carter 4 du moteur 3, la jupe 10 vient former un manchon autour du carter 4 en écrasant le joint d’étanchéité 17 afin d’assurer une étanchéité fluidique (i.e. gazeuse) entre jupe 10 et carter 4.

Par ailleurs, les languettes axiales 13 qui sont formées d’un matériau légèrement flexible, tel un plastique, se déforment sous l’effet de la force de serrage des vis 12. Les extrémités libres 13a des languettes axiales 13 viennent alors appuyer sur la paroi externe périphérique du carter 4 au niveau de la zone annulaire striée 19 qui présente des motifs ou formes en relief, comme une alternance de «pics» et de «vallées». La surface des extrémités libres 13a des languettes axiales 13 en contact avec la zone annulaire striée 19 se déforme alors en épousant les motifs en relief, ce qui permet d’obtenir une solidarisation forte entre jupe 10 et carter 4. La déformation de la surface des extrémités libres 13a est plus ou moins importante selon la force de serrage des vis 12.

Par ailleurs, on prévoit aussi un (ou plusieurs) joint annulaire 17 agencé autour du carter 4 du moteur 3, c'est-à-dire autour de sa périphérie externe. Comme visible sur la , le joint annulaire 17 est situé entre la zone annulaire striée 19 et la roue à ailette 5. Le joint annulaire 17 et la zone annulaire striée 19 s’inscrivent dans des plans parallèles l’un à l’autre et perpendiculaires à l’axe AA.

Comme illustré en , une fois le moteur 3 chapeauté, c'est-à-dire dès que la volute 2 est installée sur le carter 4, un réglage du jeu J est possible dans l’axe AA du moteur 3. Le maintien en position est fait temporairement par un posage, puis c’est le serrage des vis 12 qui verrouille la position de la volute 2 sur le carter 4.

Claims

Micro-soufflante (1) pour ventilateur médical (100) comprenantun moteur électrique (3) agencé dans un carter (4) et une volute (2) agencée de manière à surmonter le moteur électrique (3), dans laquellele moteur électrique (3) comprend un arbre-moteur (15) rotatif portant une roue à ailettes (5), et la volute (2) comprend un compartiment interne (9) contenant la roue à ailettes (5), caractérisée en ce quela volute (2) comprend une jupe (10) formant manchon autour du carter (4) et solidarisée audit carter (4).
Micro-soufflante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la jupe (10) est agencée à la base (11) de la volute (2).
Micro-soufflante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la jupe (10) est formée d’une seule pièce avec la volute (2), de préférence la jupe (10) a une forme générale cylindrique.
Micro-soufflante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la jupe (10) est formée d’un matériau présentant une flexibilité, en particulier un polymère.
Micro-soufflante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la jupe (10) comprend plusieurs languettes axiales (13).
Micro-soufflante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la jupe (10) comprend plusieurs languettes axiales (13) traversées par un orifice à vis (14), et la jupe (10) est fixée au carter (4) par des vis (12) traversant les orifices à vis (14) portés par les languettes axiales (13).
Micro-soufflante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une zone annulaire striée (19) présentant des motifs en relief est agencée autour du carter (4) du moteur (3).
Micro-soufflante selon la revendication 7, caractérisée en ce que les languettes axiales (13) de la jupe (10) comprennent chacune une extrémité libre (13a) venant appuyer sur la zone annulaire striée (19) du carter (4).
Micro-soufflante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au moins un joint annulaire (17) est agencé autour du carter (4) du moteur (3).
Ventilateur médical (100) comprenant une micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes.