Brevet FR2531147A1 — publié le 19840203

La sortie d'un moteur à courant continu à faible vitesse est généralement supposée constante Cependant, le couple réel oscille souvent de manière mesurable au-delà et en-deçà d'une valeur de couple moyenne Ceci est générale- ment dû à la commutation du commutateur, mais parfois au couple de réluctance de l'induit L'ondulation du couple induite de cette manière est généralement un très faible pourcentage du couple de sortie nominal et ne crée généra- lement pas de problèmes. Cependant, lorsqu'un moteur à courant continu est utilisé pour entraîner un mécanisme tel qu'une pompe dans laquelle la charge varie dans des proportions élevées entre la partie d'admission à charge faible du cycle et la partie de compression, ou de mise en pression, du cycle, cette variation de la charge peut soumettre le moteur à courant continu à une ondulation de couple substantielle. Pour atteindre des pressions de pompage élevées, on a géné- ralement fait appel à des moteurs dont le courant de char- ge d'entrée est relativement élevé Un pourcentage substan- tiel de cette puissance d'entrée était utilisé pour compenser l'ondulation du couple induite par la charge, provoquée par l'accélération et la décélération de l'induit. Dans des applications dans lesquelles la taille de la pompe est un facteur important en particulier dans des applications à ensemble portable, dans lesquelles, une batterie ou un accumulateur et la pompe doivent tous deux être portés par une personne, un dissipateur d'énergie ou un récepteur nécessitant un accumulateur plus grand que nécessaire est tout à fait désavantageux On trouve une telle application d'une pompe entraînée par un moteur à courant continu dans les dispositifs ambulants de contrôle de la tension artérielle, dans lesquels le moteur actionne la pompe à membrane pour fournir la pression nécessaire à la mise sous pression du manchon utilisé pour le contrôle de la tension artérielle L'utilisation, selon la présente invention, d'un dispositif à ressort hélicoïdal diminue grandement la charge supportée par un accumulateur, et permet simultanément à la pompe d'engendrer des pressions de fonctionnement plus élevées que celles pouvant être obte- nues sans l'utilisation d'un ressort hélicoïdal. L'invention est décrite ci-dessous en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Fig 1 est une vue en perspective représen- tant un ensemble de pompe à membrane et de moteur à courant continu équipé d'un dispositif à ressort hélicoïdal selon la présente invention, et relié fonctionnellement à celui- ci, la Fig 2 est une vue de côté de la figure 1, partiellement en coupe selon les lignes 2-2 de la Fig 1, sur laquelle la partie de base de la pompe est représentée en coupe transversale, la Fig 3 est un graphique du courant de charge en fonction de la pression de pompage, qui illustre le fonctionnement de la pompe avec et sans le dispositif à ressort hélicoïdal, pour un moteur à courant continu d'une tension nominale de douze volts entraîné sous un courant continu de sept volts, et la Fig 4 représente les courbes du courant de charge en fonction de la pression de pompage du même moteur entraîné un courant continu de six volts avec et sans le ressort hélicoïdal. Sur la Fig 1 est représenté un ensemble 10 à moteur d'entraînement à courant continu et à pompe à membra- ne qui peut être utilisé pour des applications portables, comme par exemple les dispositifs ambulants de contrôle de la tension artérielle Le moteur 12 comporte un bloc d'ac- couplement 14 monté sur son arbre de sortie 16, bloc sur lequel est monté de façon excentrée un ergot 18 La pompe à membrane 20 est supportée par des pieds 22, et comporte un carter extérieur 24 qui recouvre et abrite la pompe Le moteur est porté par le support 26 qui s'étend vers le haut à partir de la surface supérieure 28 du carter de la pompe à membrane Les vis 32 supportent le moteur en porte- à-faux à partir de la surface arrière du support 26. La membrane 34 de la pompe est reliée par le raccord 36 à l'extrémité inférieure de la tige à mouvement alternatif 38, dont l'extrémité supérieure délimite un loge- ment 40 recevant l'ergot excentré 18 Ainsi, lors della rotation de l'arbre du moteur, la pompe est actionnée par le mouvement alternatif de la bielle 38 et, lorsque l'ergot excentré 18 est au point culminant de son déplacement, en A, le volume de la chambre 42 est à son maximum, et l'air atmos- phérique y est aspiré à travers le tube 46 ' et le clapet d'admission 46 A cet instant, le clapet de sortie 48 est fermé Pendant la course vers le haut de la bielle 38, di'. point B vers le point A, le moteur est soumis à une charge relativement fai Tle Si l'on définit une valeur de couple moyenne rour le cycle tout entier, alors la course vers le haut de la tige entre les points B et A correspond à un couple inférieur à la valeur moyenne Lors de la course vers le bas de la bielle 38, du point A vers le point B, la charge de couple sur le moteur à courant continu augmen- te de façon importante pour dépasser la valeur moyenne sur le cycle lorsque le piston est entraîné vers le-bas pour comprimer le gaz contenu dans la chambre 42 Le clapet de sortie 48 est alors ouvert pour permettre à l'air d'être mis en communication, à travers le tube 50, avec un appa- reil récepteur tel que le manchon à pression d'uln-disposi- tif ambulant de contrôle de la tension artérielle, dans lequel doit s'accumuler la pression Le c 1 a p ë t d'entrée 46 est alors fermé Antérieurement à la présente invention, ce fonctionnement cyclique de la pompe à membrane engendrait en fait une ondulation importante du couple, selon laquelle la charge de couple de charge était réduite lors de la course vers le haut de la bielle, et augmentait cjrandement lors de la course vers le bas Ceci provoquait une accéléras tion continue de l'induit du moteur pendant une moitié du cycle, et une décélération du moteur pendant l'autre moitié du cycle Les efforts engendrés par ces accélérations et décélérations répétées de l'induit provoquaient la perte d'une quantité substantielle de l'énergie fournie, de sorte que celle-ci ne contribuait pas à l'établissement de la pression souhaitée Le courant d'entrée est fourni au moteur à courant continu 12 par l'intermédiaire des fils 52 et 54, à partir d'un accumulateur Dans un dispositif ambulant de contrôle de la tension artérielle, il est souhaitable de maintenir aussi faibles que possible les dimensions de l'accumulateur et, en conséquence, il est souhaitable d'utiliser un accumulateur qui ne fonctionne pas à plus d'environ six, volts en courant continu pour fournir le courant d'alimentation par l'intermédiaire des fils 52 et 54. Un dispositif à moteur à courant continu et à pompe à membrane approprié pour fournir du fluide sous pression à un dispositif ambulant de contrôle de la ten- sion artérielle, qui ressemble sensiblement au dispositif à pompe et à moteur décrit en référence aux figures 1 et 2, peut tre acheté sans l'aménagement de la présente in- vention Un tel dispositif à moteur et pompe est vendu dans le commerce sous le nom de Roméqa, modèle 080 Dans un dis- positif ambulant de contrôle de la tension artérielle, il est souhaitable de maintenir la tension de l'accumulateur à une valeur faible, de l'ordre de 6 volts continus Un dispositif à moteur et pompe dont le moteur a une tension nominale de 6 volts sera donc classiquement utilisé avec un accumulateur de 6 volts En utilisant un moteur d'une tension nominale de 6 volts continus pour engendrer des pressions dépassant 200 mm de mercure dans un manchon de mesure de la tension artérielle, une consommation relati- vement élevée en courant sur l'accumulateur est nécessaire. Par exemple, avec le moteur et la pompe d'une tension nomi- nale de 6 volts continus Roméga, modèle 080, il faut une puissance de 4,5 watts pour engendrer une pression de 260 min de mercure Ce même dispositif à moteur et pompe consomme une puissance de 2,7 watts à la vitesse de ralenti Cette consommation au ralenti relativement élevée est nécessaire pour que le moteur puisse atteindre son couple de sortie de service sous la charge de la pompe pour atteindre la pression souhaitée. L'invention permet de diminuer la puissance au ralenti et de réduire la consommation en courant sur l'accumulateur, car ceci ne contribue pas au rendement de pompage du dispositif Pour réaliser ceci, on choisit un moteur à courant continu dont la tension de service est sensiblement supérieure à la tension de l'accumulateur. Par exemple, si l'on choisit un dispositif à moteur et pom- pe Romega, modèle 080, d'une tension nominale de 12 volts continus, alimenté sous une tension de 6 volts, la puissan- ce consommée au ralenti ne sera que de 0,6 watts Bien en- tendu, la vitesse de ralenti sera réduite, mais ceci est sans conséquence tant que la pression de service souhaitée est atteinte Le dispositif à moteur et pompe Romega, modè- le 080, d'une tension nominale de 12 volts continus alimen- té sous 6 volts, sans les aménagements d'assitance du cou- ple de la présente invention, peut engendrer une pression de 210 mm de mercure dans un manchon de dispositif portable de contrôle de la tension artérielle avec une dissipation de puissance de l'ordre de 2,4 watts Ainsi, lorsque les pressions de pompage souhaitées sont relativement faibles, l'utilisation d'un moteur à courant continu d'une tension nominale plus élevée pour entraîner la pompe à membrane diminuera sensiblement la dissipation de puissance et aug- mentera le rendement. Cependant, dans les dispositifs ambulants de contrôle de la tension artérielle, il est parfois souhai- table d'obtenir des pressions supérieures à environ 260 mm de mercure Par exemple, des pressions atteignant jusqu'à 500 à 600 mm de mercure peuvent 'être souhaitées Sans les aménagements d'assistance du couple de la présente inven- tion, un moteur Romega, modèle 080, d'une tension nominale de 12 volts continus ne sera pas capable de fonctionner sous 6 volts et d'engendrer encore une pression de service sensiblement supérieure à 300 mm de mercure, malgré la di- minution souhaitée de la dissipation de puissance qui résul- te de l'utilisation sous 6 volts continus d'un moteur de 12 volts continus Antérieurement à la présente invention, l'obtention de pressions de service élevées imposait l'uti- lisation d'un moteur dont la tension nominale était celle de l'accumulateur par exemple de 6 volts, malgré l'augmen- tation de sa dissipation de puissance en service, et la puissance de ralenti supérieure correspondante. Les aménagements d'assistance du couple de la présente invention sont fournis par le ressort hélicoïdal 56 qui est allongé et acquiert de l'énergie lorsque la bielle 38 est entraînée vers le haut, l'ergot excentré 18 - se déplaçant de la position B vers la position A Le ressort 56 libère ensuite son énergie pour participer au déplacement vers le bas de la bielle 38, alors que l'excentrique se dé- place de la position A vers la position B, lors de la cour- se de compression de la pompe L'extrémité inférieure du ressort comporte un crochet 58 qui s'engage sur une boucle située sur la partie recourbée 62 d'une tige allongée 64, qui est de préférence également constituée d'un maté- riau élastique Les extrémités 66 et 68 de la tige fixent celle-ci sur la surface supérieure 28 du carter au moyen d'écrous 70 et 72 vissés sur les vis filetées 71, 73 L'ex- trémité supérieure du ressort 56 comporte également un crochet 74 qui s'engage dans une boucle 76 située sur un organe de support 78 L'extrémité de l'organe de support 78 est fixée dans le logement 40 de la bielle 38, de ma- nière que ce ressort soit allongé et comprimé lors du dépla- cement de l'ergot 18. Le rôle de l'extension et de la compression du ressort-est d'accumuler de l'énergie lorsque la pompe est entraînée dans sa phase d'admission, ou d'expansion, du cycle, pour ainsi augmenter la charge pendant cette partie 253 'H 47. du cycle Le ressort libère alors son énergie lorsque la pompe est entraînée dans sa phase de compression, pour ainsi réduire le couple imposé au moteur pendant cette partie du cycle Le ressort 56 tend ainsi à réduire l'effet d'ondulation du couple sur le moteur 12, qui est induit par la charge lors du fonctionnement de la pompe 20 Avec un dispositif à moteur et pompe Romega, modèle 080, d'une tension nominale de 12 volts continus, on peut utiliser un ressort hélicoïdal d'une longueur l'état libre de 1,65 cm T avec un diamètre du fil élastique de 0,5 mm et un diamètre de l'enroulement de 0,47 cm Les Fig 3 et 4 illustrent les résultats de l'utilisation d'un tel ressort avec ce disposi- tif à moteur et pompe lorsque le ressort est allongé jusqu'à environ 2 cm quand l'ergot excentriaue 18 est au point B. le ressort étant alors sous une tension d'environ 0,5 kg, et le ressort ayant une longueur d'environ 2,4 cm quand l'ergot est au point A, le ressort étant alors sous une tension d'environ 0,77 kg Le rapport entre la tension maximale et la tension minimale est donc d'environ 1,5. Les Fig 3 et 4 montrent la comparaison entre les courants d'entrée en fonction des millimètres de mer- cure engendrés par la pompe 20,-pour des fonctionnements respectifs sous des tensions continues de 7 volts et de 6 volts Sur la Fig 3, la courbe 82 représente le fonc- tionnement sans le ressort 56 d'assistance du couple, tan- dis que la courbe 84 représente le fonctionnement avec le ressort Sur la Fig 4, la courbe 86 représente le fonctions nement sans le ressort et la courbe 88 représente le fonctionnement avec le ressort Comme le montrent ces f iqu- res, l'influence la plus importante du ressort a lieu au delà des points d'intersection 90 et 92, là ou la pression de pompage est d'au moins 200 mm de mercure Bien que la boucle 58 du ressort 56 soit représentée comme étant reliée en permanence à la boucle 60 de la tige 64 lorsque le res- sort est sous tension, il reste dans le cadre de la présen- te invention de déplacer la partie recourbée vers le haut, pour ainsi détendre le ressort lorsque la pompe fonctionne sous des pressions sitiées avant les points d'intersection , 92 Si la pompe a dépassé les pressions indiquées par ces points la rartie recourbée 62 peut être déplacée vers le bas pour augmenter la tension du ressort 56, suffisamment pour qu'il absorbe et libère alors son énergie de la manière décrite ci-dessus, pour supprimer l'effet indésirable d'ondu- lation du couple induit par la charge sur le moteur à courant continu. 2531147. REVENDICATIIONS 1 Perfectionnement à un dispositif à moteur à courant continu et à pompeà membrane du type comprenant une bielle ( 38) reliée à une extrémité à la membrane ( 34) de la pompe ( 20), et à son autre extrémité à un organe rotatif excentré ( 14) accouplé à l'arbre d'entraînement ( 16) du moteur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens élastiques ( 56) reliés par une première extrémité à un point fixe ( 60), et par une seconde extrémité audit organe rotatif excentré ( 14) de manière que lesdits moyens élastiques acquièrent de l'éner- gie pendant la phase d'expansion du cycle de fonctionnement de la pompe, et libèrent l'énergie acquise, pendant la pha- se de compression du cycle de fonctionnement de la pompe, afin de réduire l'effet d'ondulation du couple induit par la charge sur le moteur, provoqué par la pompe. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens élastiques consistent en un ressort hélicoîdal ( 56). 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le ressort hélicoïdal ( 56) a un rapport entre sa tension maximale et sa tension minimale d'environ 1,5 sur la totalité du cycle de fonctionnement de là pompe. 4 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'emplacement du point fixe ( 60) est régla- ble, de manière que le ressort ( 56) ne soit soumis à peu près à aucune tension avant que la pression de sortie de la pom- pe ait atteint une valeur prédéterminée. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on utilise un moteur ( 12) à courant continu alimenté sous une tension sensiblement inférieure à sa ten- sion nominale. 6 Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la tension d'alimentation continue du moteur ( 12) est égale à environ la moitié de sa tension continue nominale. 7 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la pompe alimente le manchon à pression d'un dispositif de contrôle de la tension artérielle. 8 Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce qu'un tel dispositif de contrôle de la ten- sion artérielle est portable, et que le moteur est entraîné par un accumulateur à courant continu d'une tension d'envi- ron 6 volts. 9 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'on utilise un moteur ( 12) à courant con- tinu d'une tension nominale de 12 volts.