Brevet FR2468005A1 — publié le 19810430

L'invention se rapporte à une pompe de carburant ou d'huile de lubrification et plus particulièrement à une pompe à aimant permanent ne comportant aucune alimentation en énergie électrique et destinée au pompage de carburant ou d'huile de lubrification d'un moteur à combustion interne ou d'un appareillage de combustion de combustible liquide. Dans les pompes classiques du type destiné à un fluide ou à un liquide et fonctionnant par une vibration imposée par un culbuteur ou une tige de poussoir à une membrane ou un diaphragme souple, il est nécessaire de séparer hermétiquement le compartiment à fluide pour le pompage de ce fluide ou du liquide au moyen d'un diaphragme mobile souple du compartiment dans lequel est produit le déplacement du diaphragme avec, pour conséquence, qu'il existe toujours un problème soulevé par la nécessité de prévoir une construction hermétique et par la durabilité du diaphragme souple. Dans d'autres pompes classiques du type dans lequel un piston plongeur est entraîné à vibrer par une force magnétomotrice, c'està-dire du type dénommé "pompe électromagnétique ou à solénoïde', il est possible d'éviter les problèmes soulevés par le diaphragme souple, mais une alimentation en énergie électrique est fondamentalement nécessaire pour la commande de la pompe avec, pour conséquence, des frais de fabrication élevés. L'invention a donc essentiellement pour objet une pompe à aimant permanent qui permet d'éliminer les inconvénients et les difficultés mentionnés des pompes classiques et qui permet de pomper un fluide ou un liquide sans alimentation en énergie électrique. Cette pompe ne comprend aucune membrane ni aucun diaphragme souple pour le pompage du fluide ou du liquide dans un montage absolument hermétique. La pompe de l'invention a une grande durabilité et son prix de revient est bas. Elle permet de pomper en permanence un liquide avec une grande fiabilité. L'inventioti va être décrite plus en détail en regard des dessins a4nexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesq4els la figure 1 est une vue en plan d'un mode de réalisation avantageux d'une pompe à aimant permanent conforme à l'invention; la figure 2 en est une coupe selon la ligne II-Il de la figure 1; la figure 3 en est une coupe selon la ligne III- III de la figure 1; la figure 4 est une coupe axiale d'une variante de réalisation; la figure 5 est une coupe axiale de la figure 4 effectuée de manière à en expliquer le fonctionnement; la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 1 et représente une autre variante avantageuse de réalisation; la figure 7 est une coupe axiale de la pompe de la figure 6; la figure 8 est une vue analogue à celle de la figure 1 et représente une autre variante encore de réalisation; et la figure 9 est une coupe axiale de la pompe de la figure 8 effectuée de manière à en expliquer le mode de fonctionnement. Les figures 1 à 3 représentent une pompe à aimant permanent dont le fonctionnement est assuré par un culbuteur. La pompe représentée plus particulièrement sur la figure 2 comprend un corps non magnétique 1, un aimant permanent cylindrique épais 2 qui est aimanté de manière à comprendre des pôles magnétiques opposés aux deux extrémités, ainsi que des culasses discordes 3, 4 de matière magnétique formant un circuit avec l'aimant permanent 2. L'une des faces latérales des culasses 3 et 4 est en contact étroit avec l'un des pôles formés par une surface de l'aimant permanent 2. La pompe comprend également un manchon mince non magnétique 5 disposé à l'une de ses extrémités à l'intérieur du trou interne de la culasse 4 et, à l'autre extrémité, à l'intérieur du trou interne réalisé à une extrémité du corps 1. Un trou de purge 3a est foré longitudinalement dans la culasse 3. La pompe comprend également une culasse cylindrique mobile et épaisse 6 de matière magnétique qui est montée coulissante par sa périphérie extérieure et qui forme un petit entrefer avec la périphérie interne de la culasse 3 à une extrémité, le reste de sa périphérie extérieure formant à l'autre extrémité une gorge 6a dans laquelle pénètre une fourche 7a d'un culbuteur 7. La pompe comprend également un piston plongeur 8 de matière magnétique qui est monté coulissant le long de la périphérie interne du manchon 5 et une soupape de retenue a est fixée au moyen d'un siège 10 à l'une de ses extrémités. La soupape de retenue a comprend un corps discorde 9 formé d'un diaphragme élastique mince, le siège mentionné 10 et un rivet 11 de fixation du corps 9 sur le siège 10 de manière à permettre à un fluide de ne circuler que dans un sens tel qu'indiqué par une flèche e. Le piston plongeur 8 comprend au centre un passage 8a pour le fluide et un ressort de butée 12 est fixé à l'autre extrémité du piston plongeur 8 de manière à en déterminer la position extrême de la course de refoulement du fluide. La pompe comprend également une soupape de retenue b fixée à une extrémité, c'est-à-dire à l'extrémité inférieure du manchon 5 au moyen d'un ressort 26 prenant appui à l'extrémité opposée contre la soupape de retenue a. La soupape de retenue b comprend un corps discorde 13 formé d'un diaphragme élastique mince, un siège 14, un support 15 et un rivet 16. Un couvercle 18 dans lequel débouche un tube d'aspiration 17 est fixé à une extrémité du corps 1. Un joint torique 22 est monté de manière à assurer la liaison hermétique entre le corps et le manchon 5 et entre ce corps 1 et le couvercle 18. La soupape de retenue b autorise la circulation du fluide uniquement dans le sens indiqué par une flèche c. Une chambre de pompage d est délimitée par les soupapes de retenue a et b à l'intérieur du manchon 5, le ressort 26 étant comprimé intérieurement entre ces soupapes. Un couvercle 21 dans lequel débouche un tube de refoulement 19 ainsi qu'un autre tube 20 est fixé à l'autre extrémité du corps 1 de manière à déterminer la position des culasses, de l'aimant permanent, du manchon et du piston plongeur. Un joint torique 24 assure la liaison hermétique entre le couvercle 21 et le manchon 5 et une garniture d'étanchéité 23 assure la liaison hermétique entre le couvercle 21 et le corps 1. Le tube 20 est destiné à contenir du fluide dans une chambre 1 de manière à absorber les pulsations du liquide du côté du refoulement lorsque le fluide en circulation est un liquide et il sert également à déterminer l'emplacement de la fin de la course de refoulement du fluide par le plongeur 8. Le culbuteur 7 pivote sur un axe 25 qui en forme le centre et l'une de ses extrémités est en prise avec la gorge 6a de la culasse mobile 6, tandis que son autre extrémité est appliquée par un ressort 27 contre une came à excentrique 28. L'axe 25 est fixé à ses deux extrémités sur le corps 1. Le principe du mode de fonctionnement de la pompe ainsi réalisée va être décrit en détail. La moitié de la pompe représentée à la droite de l'axe de symétrie sur la figure 3 en illustre l'état dans lequel la culasse mobile 6 est introduite par la fourche 7a du culbuteur 7 dans le circuit magnétique comprenant l'aimant permanent 2 en le bouclant. Ce circuit magnétique est formé par l'aimant permanent 2 - la culasse 3 - un entrefer h1 (l'entrefer formé entre la culasse 3 et la culasse mobile 6) - la culasse mobile 6 - un entrefer h2 (l'entrefer formé entre la culasse 6 et le piston plongeur 8) - un entrefer h3 (l'entrefer formé entre le piston plongeur 8 et la culasse 4) - la culasse 4 - l'aimant permanent 2. La moitié de la pompe représentée à la gauche de l'axe de symétrie longitudinal sur la figure 3 en montre l'état dans lequel la culasse mobile 6 a été extraite par la fourche 7a du culbuteur 7 du circuit magnétique comprenant l'aimant permanent 2 en l'ouvrant. Ce circuit magnétique est formé par l'aimant permanent 2 - la culasse 3 - un entrefer h4 (l'entrefer formé entre la culasse 3 et le piston plongeur 8) - le piston plongeur 8 - l'entrefer h3 - la culasse 4 - l'aimant permanent 2. La résistance magnétique ou réluctance R du circuit correspondant est proportionnelle à la largeur de l'entrefer formé dans le circuit magnétique. La largeur de l'entrefer est la suivante: h = h1 + h2 + h3 lorsque le circuit magnétique est bouclé; et h = h4 + h3 lorsque le circuit magnétique est ouvert. L'entrefer h4 étant beaucoup plus large que l'entrefer (h1 + h2), la résistance magnétique R est beaucoup plus grande lorsque le circuit magnétique est ouvert que lorsqu'il est bouclé ou fermé. Il existe une relation indiquée par la formule ci-dessous entre le flux magnétique 0 passant par le piston plongeur 8 et la force magnétomotrice U de l'aimant permanent 2: 'O U R Lorsque la résistance magnétique R subit une variation par l'introduction mécanique de la culasse mobile 6 au moyen du culbuteur 7 dans le circuit magnétique, puis lorsque cette culasse mobile est extraite de ce circuit, le degré d'aimantation, d'une part, du piston plongeur 8 et, d'autre part, de la culasse magnétique 6 subit une variation correspondante en modifiant la force d'attraction magnétique créée entre le piston plongeur 8 et la culasse mobile 6. La position du piston plongeur 8 étant fonction de l'équilibre entre la force magnétique d'attraction s'exerçant sur lui et la force de poussée du ressort 26, la variation de la force d'attraction provoque le déplacement du piston plongeur 8 en modifiant le volume de la chambre de pompage d. Les soupapes de retenue a et b sont disposées aux deux extrémités de la chambre de pompage d et lorsque le volume de cette dernière subit une réduction, la soupape a s'ouvre tandis que la soupape de retenue b se ferme en permettant au fluide se trouvant dans la chambre d de s'écouler dans le passage 8a du piston plongeur 8. Par ailleurs, lorsque le volume de la chambre de pompage d subit une augmentation, la soupape de retenue a se ferme, tandis que la soupape b s'ouvre en permettant l'admission du fluide dans la chambre d et en autorisant également son refoulement. Une chambre f formée à l'admission de cette pompe et la chambre 1 formée du côté de son refoulement sont disposées, respectivement, en amont de la soupape de retenue b et en aval de la soupape de retenue a et constituent ainsi des réservoirs à air destinés à absorber les pulsations du fluide par utilisation de la compressibilité du gaz ou de l'air de manière à provoquer l'écoulement permanent du liquide lorsque le fluide transporté est un liquide. Les figures 4 et 5 représentent une variante de réalisation de la pompe de l'invention, la figure 4 étant une coupe analogue à celle de la figure 2, mais représentant un mécanisme différent de formation du circuit magnétique, les mêmes références désignant les mêmes pièces ainsi que les mêmes matières et les mêmes fonctions que sur les figures 1 à 3. Un ressort de butée 12b est monté entre les soupapes de retenue a et b afin de régler la position de fin de course de refoulement du piston plongeur 8 lorsqu'il est à la compression maximale, c'est-à-dire lorsque ses spires sont jointives. Un tuyau 14b comporte un petit trou à l'extrémité inférieure de manière à former une chambre à gaz f. Le principe du mode de fonctionnement de la variante de réalisation de la pompe représentée sur la figure 4 va être expliqué en regard de la figure 5. La moitié de la pompe représentée à droite de l'axe de symétrie longitudinal sur la figure 5 est à l'état dans lequel le circuit magnétique est formé par l'aimant permanent 2 - la culasse 3 - l'entrefer h1 (l'entrefer formé entre la culasse 3 et la culasse mobile 6) - la culasse 6 - l'entrefer h2 (l'entrefer formé entre la culasse 6 et le piston plongeur 8) - le piston plongeur 8 - l'entrefer h3 (l'entrefer formé entre le piston plongeur 8 et la culasse 4) - la culasse 4 - l'aimant permanent 2; lorsque la pompe est à cet état, la fourche 7a du culbuteur 7 a écarté la culasse 6 de la culasse 4. La moitié de la pompe qui est à gauche de l'axe de symétrie longitudinal sur la figure 5 montre l'état dans lequel le circuit magnétique est formé par l'aimant permanent 2 - la culasse 3 - l'entrefer h - la culasse 6 - la culasse 4 - l'aimant permanent 2; lorsque la pompe est à cet état, la fourche 7a du culbuteur 7 a mis l'autre extrémité de la culasse 6 en contact étroit avec la culasse 4. Dans le premier état, c'est-à-dire celui dans lequel le circuit magnétique est bouclé par le piston plongeur 8, il existe la relation représentée par la formule ci-dessous entre le flux magnétique 0 passant par le piston plongeur 8 et la force magnétomotrice U de l'aimant permanent 2: 0 g U R relation dans laquelle R désigne la résistance magnétique ou réluctance. Ainsi, la force magnétique d'attraction est produite entre le piston plongeur 8 et la culasse 4 en provoquant le déplacement du premier jusqu'à ce que la force soit équilibrée par la force de poussée du ressort 26. Dans le deuxième état, c'est-à-dire celui dans lequel le circuit magnétique est bouclé sans le piston plongeur 8, le flux magnétique passant par ce dernier devient sensiblement nul (0.- 0). Le piston plongeur 8 n'étant ainsi pas aimanté, il est repoussé par le ressort 26 vers la position de fin de course de refoulement. Ainsi, lorsque la culasse 6 est amenée mécaniquement à effectuer un mouvement alternatif en modifiant le circuit magnétique, le piston plongeur 8 subit également un mouvement alternatif. Le pompage produit par le mouvement alternatif du piston plongeur 8 étant le même que celui qui est produit par la pompe de la figure 3, il ne sera pas expliqué plus en détail. Les figures 6 et 7 représentent une autre variante avantageuse de réalisation de la pompe de l'invention. La pompe à aimant permanent du mode de réalisation de la figure 7 comprend un corps non magnétique 1, un aimant permanent cylindrique 2 aimanté de manière à comporter des pôles magnétiques opposés à ses deux extrémités, des culasses discordes 3, 4 dont les surfaces en regard sont en contact étroit avec les surfaces des pôles magnétiques opposés de l'aimant permanent 2 et un manchon cylindrique mince non magnétique 5 sur la circonférence extérieure duquel les culasses 3 et 4 coulissent par leur trou interne. La pompe comprend également un cylindre non magnétique 6 qui assujettit l'aimant permanent 2 et les culasses 3 et 4, une des extrémités de ce cylindre comportant une gorge 6a dans laquelle est en prise la fourche d'un culbuteur 7 (la fourche n'est pas représentée mais est identique à la fourche 7a du culbuteur 7 des figures 3 et 4). La pompe comprend également à l'intérieur du manchon 5 un piston plongeur magnétique cylindrique 8, des soupapes de retenue a et b, un ressort 26 dont la force s'exerce sur le piston plongeur et un ressort de butée 12, le piston plongeur 8 coulissant par sa circonférence extérieure sur la circonférence interne du manchon 5. Le ressort 26 dispose d'un siège 15 situé dans la partie inférieure du manchon 5 et le ressort de butée 12 dispose d'un siège 12a dans le couvercle 12. Par ailleurs, des références identiques désignent les mêmes pièces que celles représentées sur les figures 1 à 5 et qui ne seront donc pas décrites plus en détail. Le principe du mode de fonctionnement de la pompe ainsi réalisée va être décrit en regard de la figure 7. La force d'attraction magnétique qui est produite axialement vers le bas entre le piston plongeur 8 et la culasse 3 est équilibrée par la force de poussée (axiale vers le haut) que le ressort 26 exerce sur le piston plongeur. Lorsque le culbuteur 7 pivote autour de l'axe 25 qui en constitue le centre de rotation, le circuit magnétique formé par l'aimant permanent 2 et les culasses 3 et 4 logées à l'intérieur du cylindre 6 subit un mouvement alternatif axial à la circonférence extérieure du manchon 5 et le piston plongeur 8 subit en conséquence un mouvement alternatif dans la direction de l'axe. Lorsque le cylindre 6 est déplacé vers le bas dans la représentation de la figure 7, le piston plongeur 8 est également déplacé vers le bas en comprimant le ressort 26 et en provoquant ainsi l'écoulement du fluide se trouvant dans la chambre de pompage d vers le passage 8b. Par contre, lorsque le cylindre 6 subit un déplacement vers le haut dans la représentation de la figure 7, le piston plongeur 8 est aussi déplacé vers le haut par la force de poussée du ressort 26 en provoquant de ce fait l'évacuation du fluide se trouvant dans la chambre de pompage d ainsi que l'admission de fluide dans cette dernière. Les figures 8 et 9 représentent une autre variante encore de réalisation de la pompe de l'invention. La pompe à aimant permanent du mode de réalisation de la figure 9 comprend un corps non magnétique 1, une culasse magnétique cylindrique 3 comportant à la circonférence extérieure une gorge 3b dans laquelle est en prise la fourche (non représentée, mais identique à la fourche 7a du culbuteur 7 des figures 3 ou 5) d'un culbuteur 7 et un manchon cylindrique non magnétique mince 5 sur la circonférence extérieure duquel la culasse 3 est montée coulissante par son trou interne. La pompe comprend également un piston plongeur cylindrique 8 formé d'un aimant permanent et dont la circonférence extérieure est montée coulissante sur la circonférence intérieure du manchon 5, ce piston plongeur comportant dans l'axe un passage 8a pour le fluide et étant aimanté de manière à comporter des pôles magnétiques opposés aux deux extrémités. La pompe comprend également à l'intérieur du manchon 5 des soupapes de retenue a et b, un ressort 26 dont la force s'exerce sur le piston plongeur, ainsi qu'un ressort de butée 12. Le ressort 26 dispose d'un siège 15 à l'intérieur de la partie inférieure du manchon 5 et le ressort 12 comporte un siège 12a réalisé dans le couvercle. Par ailleurs, les références identiques désignent les mêmes pièces que celles représentées sur les figures 1 à 5 et qui ne seront donc pas décrites plus en détail. Le principe du mode de fonctionnement de la pompe ainsi réalisée va être décrit en regard de la figure 9. La force d'attraction magnétique qui est produite axialement vers le bas entre le piston plongeur 8 et la culasse 3 est équilibrée par la force de poussée (axiale vers le haut) du ressort 26. Lorsque le culbuteur 7 pivote autour de l'axe 25 qui en forme le centre de rotation, la culasse 3 subit un mouvement alternatif axial à la circonférence extérieure du manchon 5 et le piston plongeur 8 constitué d'un aimant permanent subit un mouvement alternatif axial correspondant. Lorsque la culasse 3 est déplacée vers le bas dans la repré- sentation de la figure 9, le piston plongeur 8 l'est également en comprimant le ressort 26 et en faisant passer le fluide se trouvant dans la chambre de pompage d par la soupape de retenue a et vers le passage 8a. Lorsque, par contre, la culasse 3 subit un déplacement vers le haut dans la représentation de la figure 9, le piston plongeur 8 est également déplacé vers le haut par la force de poussée du ressort 26 en provoquant ainsi l'évacuation du fluide se trouvant dans la chambre de pompage d ainsi que l'admission de fluide dans cette dernière. Il doit donc être bien compris d'après la description qui précède que, dans la pompe de l'invention, le flux magnétique subissant des variations provoquées par les oscillations du culbuteur qui provoquent les mouvements alternatifs du piston plongeur pour le pompage, aucune source d'énergie électrique n'est nécessaire et le fluide est refoulé avec précision. Cette pompe ne comprenant aucune membrane ni aucun diaphragme souple, elle peut être fabriquée facilement et sa fiabilité est très grande. 246tOO5 il REVENDICATIONS 1. Pompe à aimant permanent, caractérisée en ce qu'elle comprend un manchon (5) disposé au centre d'un corps non magnétique (1), une sortie de fluide (21) et une admis- sion de fluide (18) étant disposées à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure dudit manchon (5), un piston plongeur magnétique (8) étant monté coulissant dans la cavité dudit manchon (5), au moins une culasse magnétique (3, 4) étant montée à l'extérieur dudit manchon et soit ledit piston plongeur (8), soit ladite culasse (3, 4) étant aimanté, le piston plongeur (8) comportant au centre un passage (8a) d'écoulement de fluide, des soupapes de retenue (a, b) étant disposées en des emplacements correspondant à la position supérieure et à la position inférieure dudit piston plongeur (8) à l'intérieur dudit manchon (5) et un culbuteur (7) monté à l'extérieur de ladite culasse (3, 4) étant destiné à actionner ledit piston plongeur par variation du flux magnétique. 2. Pompe à aimant permanent selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un piston plongeur magnétique (8) monté coulissant à l'intérieur dudit manchon non magnétique (5), une soupape de retenue (b) fixée audit manchon, une soupape de retenue (a) fixée sur ledit piston plongeur (8), un mécanisme de pompage au moyen du piston plongeur et consistant essentiellement en un ressort (26) destiné à repousser ledit piston plongeur (5) dans l'axe dudit manchon (5) dans un sens, un aimant permanent (2) étant disposé à l'extérieur dudit manchon et une culasse magnétique (3, 4, 6) étant destinée à conduire le flux magnétique dudit aimant permanent, de manière qu'un circuit magnétique soit formé par ledit aimant permanent, ladite culasse et ledit piston plongeur de telle manière qu'une partie (6) de ladite culasse soit mobile par rapport au circuit magnétique, ladite culasse mobile (6) étant déplacée mécaniquement par l'extérieur au moyen d'une force mécanique afin de provoquer la variation de la résistance magnétique ou réluctance dudit circuit magnétique en modifiant en conséquence le flux magnétique passant par ledit piston plongeur (8) de façon à faire varier ainsi la force d'attraction magnétique entre ce piston plongeur et ladite culasse (6), la force magnétique d'attraction étant équilibrée par la force que ledit ressort (26) exerce sur ledit piston plongeur, ce dernier effectuant ainsi un pompage. 3. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un piston plongeur magnétique cylindrique (8) qui est monté coulissant à l'intérieur dudit manchon non magnétique (5), une soupape de retenue (b) étant fixée audit manchon, une soupape de retenue (a) étant fixée audit piston plongeur, un mécanisme d'actionnement du piston plongeur consistant essentiellement en un ressort (26) destiné à repousser ce piston dans un sens dans l'axe du manchon, et un aimant permanent cylindrique (2) ayant des pôles magnétiques aux deux extrémités étant disposé à l'extérieur dudit manchon ou dudit aimant permanent (2) et une culasse magnétique discorde (6) qui est en contact avec ce dernier étant montée de manière que soit ledit aimant permanent, soit ladite culasse (6) soit coulissant à l'intérieur de la cavité interne de l'autre à la périphérie extérieure dudit manchon (5), de manière qu'un circuit magnétique soit formé par ledit aimant permanent (2), ledit piston plongeur (8) ou ledit aimant permanent (2) et ladite culasse (6) qui est en contact avec ce dernier, ledit piston plongeur produisant ainsi une force d'attraction magnétique entre lesdits éléments de façon que cette force magnétique d'attraction soit équilibrée par la force de poussée que ledit ressort (26) exerce sur ledit piston plongeur, ledit aimant permanent ou cet aimant permanent et ladite culasse qui est en contact avec lui subissant des mouvements alternatifs imposés par l'extérieur au moyen d'une force mécanique de façon que ledit piston plongeur (8) réponde à ce déplacement alternatif en produisant ainsi un pompage. 4. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un piston plongeur cylindrique constitué d'un aimant permanent (8) et monté coulissant à l'intérieur dudit manchon non magnétique (5) est aimanté de manière à comporter des pôles magnétiques opposés à ses deux extrémités, une soupape de retenue (a) étant fixée audit piston plongeur, une soupape de retenue (b) étant fixée à une extrémité dudit manchon (5), un mécanisme qui impose une action de pompage au piston plongeur se composant essentiellement d'un ressort (26) destiné à repousser ce piston plongeur dans un sens dans l'axe du manchon, et un cylindre magnétique (3) étant monté coulissant sur la surface extérieure dudit manchon (5) de manière qu'un circuit magnétique soit formé par ledit piston plongeur (8) et ledit cylindre (3) afin de produire ainsi une force d'attraction magnétique entre eux de telle façon que cette force magnétique d'attraction soit équilibrée par la force de poussée que ledit ressort (26) exerce sur ledit piston plongeur, une force mécanique imposant par l'extérieur un mouvement alternatif audit cylindre (3) de façon que le piston plongeur (8) réponde à ce mouvement alternatif en produisant un pompage. 5. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre formant un réservoir à air (f, 1) et destinée à amortir la pulsation que subit le fluide transporté par le pompage, cette chambre étant disposée dans l'axe dudit piston plongeur (8).