Brevet FR2557641A1 — publié le 19850705

Pompe à air La présente invention se rapporte à une pompe à air, et plus pré- cisément à une pompe à air destinée à équiper un aquarium d'intérieur dans lequel des poissons et des plantes aquatiques sont élevés à des fins orne- mentales et dans un but d'agrément. A ce jour, de nombreux types de pompes à air ont été proposés en vue de cette application et l'une d'elles est décrite dans le modèle d'u- tilité japonais publié sous le no 47(1972)-26002. Cette pompe connue est pourvue d'un diaphragme fixé à un vibrateur qui est solidaire d'un aimant permanent. L'aimant permanent est placé dans un champ magnétique. Ainsi, après branchement de la pompe sur le réseau alternatif, l'aimant permanent est excité et, par suite, le diaphragme est mis en vibration sous l'effet du mouvement du vibrateur. Dans ce cas, le vibrateur est fixé au bottier i5 de la pompe ce qui provoque inévitablement une mise en vibration de ce bottier, avec pour résultat une génération de bruits. De surcroît, une force antagoniste s'oppose au mouvement du vibrateur au niveau de sa liaison avec le boîtier, ce qui conduit à une perte d'énergie. Par ailleurs, il est difficile de disposer les composants en ligne et, notamment en raison de l'utilisation d'un noyau de fer en forme de U, les dimensions globales de la pompe sont relativement importantes. Or, pour l'utilisation précitée, les pompes doivent avoir des dimensions aussi réduites que possible. Pour remédier au problème de la perte d'énergie et faire dis- parattre les bruits stridents, diverses propositions ont été faites. Le modèle d'utilité japonais (non examiné) publié sous le n 53(1978)-140906 décrit l'une de ces propositions. La pompe conforme à cette proposition est conçue pour que le diaphragme soit mis en vibration directement au moyen d'un aimant permanent de façon à prévenir toute perte d'énergie. A cette fin, la pompe est pourvue d'un axe d'entraînement solidaire d'un aimant permanent, l'axe d'entraînement etant relié à un diaphragme. Deux électro-aim.ants sont en outre disposés de part et d'autre de l'aimant per- manent. S'il est vrai que cet arrangement a permis de résoudre les pro- blièmes du bruit et de la perte d'énergie, il en a résulté en contrepartie une augmentation importante des dimensions de la pompe en raison de la présence des deux électro-aimants qui sont nécessaires pour équilibrer l'axe d'entraînement. D'autres solutions ont été proposées par les modèles d'utilité japonais publiés sous les no 48(1973)-36247 et 47(1972)-26404. Les pompes décrites dans ces deux publications sont pourvues de diaphragmes fixés à des vibrateurs qui comportent des aimants permanents positionnés de part et d'autre de noyaux de fer appartenant à des électro-aimants. Ces pompes sont également équipées de noyaux de fer en forme de U ce qui se traduit par une augmentation de leurs dimensions globales. De plus, le bruit engendré par la vibration est très intense. La présente invention vise à résoudre les problèmes exposés ci- dessus à propos des pompes à air de l'état antérieur de la technique, et a pour but la conception d'une pompe à air perfectionnée de dimensions relative- ment réduites et pouvant faire l'objet d'une fabrication en grandes séries. Un autre but de la présente invention est de procurer une pompe à air perfectionnée capable de réduire à un minimum la perte d'énergie et la génération de bruits. Pour ce faire, la présente invention propose une pompe à air qui se caractérise en ce qu'elle comprend: - un électro-aimant comportant un noyau de fer intérieur, un bobinage disposé autour du noyau de fer intérieur, et un noyau de fer extérieur cylin- drique disposé autour du bobinage, et - une unité à soufflet comportant un aimant permanent dont le pôle magnétique est dirigé vers le noyau de fer intérieur, mais se trouve à dis- tance de celui-ci, ainsi qu'un diaphragme soumis à l'action de l'aimant per- manent. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description d'un mode de réalisation de celle-ci, qui est faite ci-après, uniquement à titre d'exemple nonlimitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une pompe à air conforme à ce mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la pompe à air de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée de la pompe à air de la figure 1; - les figures 4(a), 4(b) et 4(c) sont des vues illustrant les dif- férentes phases du fonctionnement de la pompe à air de la figure 1; - la figure 5 est une vue en perspective représentant une variante du mode de réalisation précédent; et - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la pompe à air de la figure 5. La pompe à air représentée sur les figures 1 à 4 comprend un électro- aimant 1, une unité à soufflet 2, un boîtier 3 et des couvercles 4,5. L'électro-aimant 1 se compose d'un noyau de fer cylindrique inté- rieur 6, d'un bobinage 9 enroulé autour du noyau de fer intérieur 6, un noyau de fer cylindrique extérieur 10 disposé autour du bobinage 9; par ailleurs, les références numériques 11 et 12 désignent des noyaux de fer annulaires d'extrémité situés aux extrémités opposées du noyau de fer extérieur 10. Le noyau de fer d'extrémité 11 est pourvu d'une ouverture 13 à travers laquelle un aimant permanent 17 est inséré. Le second noyau de fer d'extrémité 12 et le noyau de fer intérieur 6 présentent respectivement une ouverture 15 et un alésage 14, dans lesquels une tige de guidage 18 solidaire de l'aimant permanent 17 est insérée. Comme le montre la figure 2, le noyau de fer d'extrémité de droite 12 est maintenu au contact du noyau de fer intérieur 6 et du noyau de fer extérieur 10, tandis que le noyau de fer d'extrémité de gauche 11 est en con- tact avec le noyau de fer extérieur 10, mais non pas avec le noyau de fer intérieur 6, définissant ainsi un trajet magnétique à travers l'électro- aimant 1. Les noyaux de fer 6, 10, 11 et 12 sont réalisés à partir d'acier doux, de sorte qu'ils peuvent être facilement fabriqués. Pour réduire à un minimum les pertes par courant de Foucault lors d'un fonctionnement en cou- rant alternatif, les noyaux de fer sont réalisés sous la forme de feuille- tages en un matériau ferro-magnétique, isolés les uns des autres. Afin de renforcer l'effet magnétique, on peut utiliser de l'acier au silicium. Le bobinage est formé par enroulement de conducteurs 8 autour d'une bobine cylindrique 7 en matière plastique. L'électro-aimant 1 est logé dans le boîtier 3 qui est en matière plastique et les couvercles 5 sont fixés au boîtier au moyen de vis 19. Les conducteurs 8 du bobinage'9 se prolongent à travers un évidement 16 ménagé dans le noyau de fer d'extrémité de droite 12 et une ouverturae 20 réalisée dans le couvercle 5, afin de pouvoir être connectés à une source de courant alternatif non représentée. L'unité à soufflet 2 comprend un diaphragme 21 en caoutchouc, une unité de pompage 22 en matière plastique et une garniture d'acbéité 23 en caoutchouc. En son centre, le diaphragme 21 est solidarisé à lai- mant permanent cylindrique 17. La tige de guidage 18 est fixée à lVaimmt permanent 17 de telle façon à s'étendre dans sa position d'insertin à travers l'alésage 14 et l'ouverture 15. Comme on le voit mieux sur la figure 2, l'unité de pompage 22 est inserée dans le diaphragme 21, la garniture 23 étant interposée entre elle et le couvercle 4 sur le cté opposé au diaphragme. La garniture 23 est fixée à l'unité de pomge 22 au moyen d'une vis 24. L'unité à soufflet 2 est logée dans le bottier 3 et est fixée à celui-ci conjointement avec le couvercle 4 par des vis 25. La pompe ainsi assemblée est représentée sur la figure 2. En examinant cette figure, on observera que la tige de guidage 18 est insérée dans le noyau de fer extérieur 10, le noyau de fer d'extrémité 11, le noyau de fer intë- rieur 6 et le second noyau de fer d'extrémité 12, tandis que l'aimEant permanent 17 s'étend en direction du noyau de fer intérieur 6, a l'une de ses extrémités et fait saillie à travers l'ouverture 13 par smn aune extrémité. L'ouverture 13 est dimensionnée de façon à permettre à l'aimant permanent 17 d'être espacé de son bord intérieur 11a. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'unité de pompage 22 com- prend une chambre délimitée par une paroi intérieure 26, cette chambre étant divisée en trois compartiments, à savoir un premier compartiment 27, un deuxième compartiment 28 et un troisième compartiment 29. La ràifrenoe numérique 30 désigne une cloison qui subdivise la chambre. Les premier et deuxième compartiments 27 et 28 communiquent entre eux à travers In per- çage 31 qui est fermé par un clapet anti-retour d'aspiration 32-vis-à-vis du deuxième compartiment 28, tandis que les deuxième et troisième cnmparti- ments 28, 29 communiquent entre eux à travers un second perçage 33 qui est fermé par un clapet anti-retour de refoulement 34 vis-à-vis du troisième compartiment 29. L'intérieur du troisième compartiment 29 commuique avec l'extérieur à travers un raccord de sortie 35 venu de matière avec la paroi intérieure 26. De la même façon, il est prévu un orifice d'entrée 36 qui fait communiquer le premier compartiment 27 avec l'extérieur. Comme le montrent les figures 1 à 3, le couvercle 4 est pourvu, dans sa surface périphérique 38, d'un évidement 37 à travers lequel le raccord de sortie 35 fait saillie vers l'extérieur. L'évidement 37 est dimensionné de façon à être d'un diamètre légèrement plus grand que celui du raccord de sortie 35, pour permettre à de l'air extérieur de pénétrer dans le premier compartiment 27 à travers l'interstice ainsi ménagé. De l'air extérieur s'introduit également dans le premier compartiment par l'orifice d'entrée 36. Un exemple typique de fonctionnement de cette pompe va maintenant être décrit. En supposant que l'aimant permanent 17 présente la polarité re- présentée sur la figure 4 (a), l'électro-aimant 1 est énergétisé. Un cou- rant électrique circule dans le bobinage 9, et engendre le phénomène magné- tique illustré par la figure 4(b), selon lequel une première extrémité du noyau de fer intérieur 6 s'aimante en devenant le pâle magnétique sud, tandis que le bord intérieur lla de l'ouverture 13 du noyau de fer d'extré- mité de gauche 1l s'aimante en devenant le pôle magnétique nord. Ainsi, le pâle magnétique sud de l'électro-aimant 1 attire le pôle magnétique nord de l'aimant permanent 17 et, en même temps, le pôle magnétique nord de l'électro-aimant 1 attire le p3le magnétique sud de l'aimant permanent 17. Dans cette situation, le diaphragme 21 est détendu, comme représenté sur la figure 4(b), en augmentant ainsi le volume du deuxième compartiment 28 dans lequel la pression s'abaisse en conséquence. Etant donné que la pression diminue à l'intérieur du deuxième compartiment, le clapet antiretour d'aspiration 32 s'ouvre et permet ainsi à l'air de pénétrer dans le deuxième compartiment 28 à travers l'orifice d'entrée 36, le premier compartiment 27 et le pergage 31. Ensuite, quand la polarité de la source de courant alter- natif (non représentée) change, un courant circule en sens inverse dans le bobinage 9. Comme le montre la figure 4(c), la première extrémité du noyau de fer intérieur 6 devient le pôle magnétique nord, tandis que le bord intérieur 11a de l'ouverture 13 du noyau de fer d'extrémité de gauche de- vient le p6le magnétique sud. Ainsi, le pêle magnétique nord de l'électro- aimant 1 repousse le pôle magnétique nord de l'aimant permanent 17. De mSême, le pôle magnétique sud de l'électro-aimant 1 repousse le pôle magnéti- que sud de l'aimant permanent 17, ce qui force le diaphragme 21 à se con- tracter. Il s'ensuit que le volume du deuxième compartiment 28 diminue, ce qui provoque une élévation de la pression intérieure de ce dernier qui a pour effet d'ouvrir le clapet anti-retour de refoulement 34. De la sorte, l'air présent à l'intérieur du deuxième compartiment 28 est refoulé à tra- vers le perçage 33, le troisième compartiment 29 et le raccord de sortie 35. Le processus susmentionné se répète à chaque fois que la polarité de la source de courant alternatif s'inverse, ce qui permet à l'air d'être refoulé à travers le raccord de sortie 35. Si la polarité de l'aimant permanent est inversée, le même processus se répétera. La tige de guidage 18 est prévue pour permettre à l'aimant permanent 17 de rester à distance du noyau de fer d'extrémité 11 et de la surface intérieure de la bobine 7, mais en raison de la symétrie du phémonène magnétique, c'est-à-dire de l'attraction et de la répulsion, par rapport à l'axe de l'aimant permanent 17, la tige de guidage 18 n'est pas toujours nécessaire. Il est souhaitable que l'aimant permanent 17 soit d'un poids suffisant pour être en résonance avec l'électro-aimant 1, afin d'assurer une mise en vibration efficace. En se référant aux figures 5 et 6, on va maintenant décrire une variante de réalisation de la pompe des figures 1 à 3. La pompe à air conforme à cette variante de réalisation comporte deux raccords de sortie 35 et deux unités à soufflet 2' et 2" sur les côtés opposés du bottier 3, les unités à soufflet étant disposées coaxialement au bobinage 9' et en symétrie mutuelle par rapport au plan vertical médian du boîtier 3. Les diaphragmes 21 sont respectivement soumis à l'action d'aimants permanents 17' et 17" qui sont magnétisés par un noyau de fer intérieur commun 6'. Les aimants permanents 17' et 17" présentent des polarités magnétiques opposées comme le montre la figure 6. Quand un aimant permanent donné 17' ou 17" est magnétisé, l'autre est simultanément magnétisé en sens inverse. Pour le reste la structure et les composants de la pompe des figures 5 et 6 sont les mêmes que dans la pompe conforme au mode de réalisa- tion des figures 1 à 3. Les composants et les éléments identiques sont sur l'ensemble de ces figures, désignés par les mêmes références numériques et on s'abstiendra de les décrire une nouvelle fois pour des raisons de simplicité. Dans la pompe conforme à la variante de réalisation représentée sur les figures 5 et 6, les deux aimants permanents sont mis en vibration, dans des directions opposées, le long de leur axe commun. Il s'ensuit que les deux vibrations s'équilibrent et réduisent ainsi le bruit qu'elles engendrent. Comme cela ressort de la figure 6, Ies deux unités à soufflet sont logéessous forme compacte dans le boîtier 3, ce qui conduit à une simplification de l'aspect d'ensemble extérieur, comme le montre la fi- gure 5. Dans les exemples illustrés, le boîtier 3, les électro-aimants, les aimants permanents, les unités à soufflet et les couvercles présentent tous une section transversale circulaire. Mais bien entendu, il est tout à fait possible de faire en sorte qu'ils aient une section transversale polygonale. Un boîtier polygonal présente en particulier l'avantage de ne pouvoir rouler sur l'aquarium. Grâce à la présente invention, les avantages suivants sont obtenus 1) L'aimant permanent est directement fixé au diaphragme, sans utilisation d'éléments intermédiaires tels qu'un vibrateur, ce qui supprime la source du bruit due à la vibration du boîtier; 2) Eh raison de la transmission directe des vibrations entre l'aimant permanent et le diaphragme, le problème de la perte d'énergie est résolu; 3) Le noyau de fer extérieur étant cylindrique, la dimension de l'électro-aimant est fortement réduite par rapport à ce qu'elle est lors- qu'on utilise un noyau de fer classique en forme de U. De plus, l'effet de rayonnement magnétique est accru en raison de la surface libre relative- ment grande de ce noyau cylindrique; 4) Le flux magnétique se propage selon un trajet centripète depuis l'extrémité du noyau de fer extérieur, pour atteindre l'extrémité du noyau de fer intérieur, et quand les polarités sont inversées, il quitte radia- lement l'extrémité du noyau de fer intérieur et pénètre dans l'extrémité du noyau de fer extérieur. Etant donné que le pale de l'aimant permanent est placé à proximité d'un point o le flux magnétique est concentre, l'ai- mant permanent est mis en vibration d'une façon efficace; et ) l'unité de pompage, le diaphragme et l'aimant permanent sont disposés er ligne le long de l'axe du bobinage ce qui se traduit par une réduction maximum des dimensions de la pompe à air. A l'heure actuelle, la demande en pompes à air de dimensions minimales est très forte. REVENDICATIONS 1. Pompe à air, destinée notamment à équiper un aquarium d'intérieur, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un électro-aimant (1) comportant un noyau de fer intérieur (6), un bobinage (9) disposé autour du noyau de fer intérieur (6), et un noyau de fer extérieur cylindrique (10) disposé autour du bobinage (9), et - une unité à soufflet (2) comportant un aimant permanent (17) dont le pôle magnétique est dirigé vers le noyau de fer intérieur (6), mais se trouve à distance de celui-ci, ainsi qu'un diaphragme (21) soumis à l'action de l'aimant permanent (17). - 2. Pompe à air selon la revendication 1, caractériséeen ce qu'elle comprend en outre un noyau de fer d'extrémité (12) placé à la fois au con- tact des extrémités des noyaux de fer extérieur (10) et intérieur (6), qui sont situées d'un même côté de l'électro-aimant. 3. Pompe à air selon la revendication 2, caractériséeen ce qu'elle comprend un second noyau de fer d'extrémité (11) placé au contact de la seconde extrémité du ncyau de fer extérieur (10)et percé en son centre d'une ouverture (13) destinée à recevoir l'aimant permanent (17). 4. Pompe à air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséeen.ce que les noyaux de fer (6, 10, 11, 12) sont réalisés en acier doux. 5. Pompe à air selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les noyaux de fer (6, 10, 11, 12) sont réalisés en acier au silicium. 6. Pompe à air selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les noyaux de fer (6, 10, 11, 121 sont formés de feuilletages en un matériau ferro-magnétique, isolés les uns des autres. 7. Pompe à air selon la revendication 1,-caractériséeen ce qu'elle comprend en outre une seconde unité à soufflet (2") disposée en symétrie avec la première unité à soufflet (2'), les deux unités à soufflet étant positionnées coaxialement au bobinage (9'). 8. Pompe à air selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend deux noyaux de fer d'extrémité (11', 11") comportant chacun en leur centre une ouverture apte à recevoir un aimant permanent respectif (17', 17"), les deux noyaux de fer d'extrémité (11', 11") étant placés en contact avec les extrémités respectives du noyau de fer extérieur (10).