Brevet FR2832770A1 — publié le 20030530

L'invention concerne les turbines motorisées destinées à la production d'un flux continu d'air et plus particulièrement les turbines équipant les dispositifs d'assistance respiratoire. Ces dispositifs d'assistance respiratoire peuvent être prévus pour traiter les troubles d'apnée du sommeil. Les patients souffrant de ces troubles sont susceptibles, durant leur temps de sommeil, de traverser des phases d'apnée durant lesquelles ils cessent de respirer, provoquant ainsi leur réveil. Pour remédier à ces troubles, il existe des dispositifs comprenant un masque respiratoire appliqué sur le nez et/ou la bouche d'un utilisateur pendant son sommeil ainsi qu'un boîtier fournissant de l'air en surpression à ce masque de manière à empêcher l'utilisateur d'entrer en phase d'apnée. Pour fournir l'air en surpression au masque respiratoire, les dispositifs d'assistance respiratoire connus proposent généralement de délivrer un flux continu, régulé ou non, d'air grâce à une turbine entraînée en rotation par un moteur électrique. Ce flux d'air est acheminé par un tuyau jusque dans le masque qui comporte par ailleurs un orifice de fuite calibré, la surpression désirée étant ainsi maintenue. Par exemple, le brevet FR 2 663 547 décrit un tel dispositif. Ce document fait référence à une installation de fourniture en continu de surpression de gaz respiratoire comprenant un masque respiratoire à orifice calibré et une unité de fourniture de gaz en surpression reliée par un tuyau au masque. Au sein de l'unité de fourniture de gaz en surpression, une turbine de type centrifuge actionnée par un moteur électrique est prévue pour générer un débit d'air. Ces dispositifs de l'art antérieur présentent un inconvénient en ce qui concerne leur encombrement. En effet, un dispositif d'assistance respiratoire est destiné, la plupart du temps, à une utilisation à domicile. Il doit donc être facilement transportable et peu encombrant afin d'être posé au pied du lit du patient ou sur une table de nuit. Les dispositifs antérieurs, au fil du temps, ont été rendus de plus en plus compacts suivant l'évolution technologique. Néanmoins, il semblerait qu'une limite soit actuellement atteinte en ce qui concerne les dispositifs d'assistance respiratoire comportant un agencement classique de leurs éléments, tels que décrit dans le brevet cité précédemment. Ceci tient en partie au fait que l'ensemble moteur-turbine occupe une place importante dans l'unité de fourniture de gaz en surpression de par sa structure en deux parties. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients de l'art antérieur en fournissant un ensemble moteur-turbine plus compact, permettant la réalisation de dispositifs d'assistance respiratoire d'encombrement réduit. A cet effet, l'invention a pour objet une turbine électrique comprenant un rotor de turbine, un stator de turbine, un organe moteur électrique destiné à entraîner le rotor en rotation par rapport au stator, ladite turbine présentant les caractéristiques suivantes : - le stator de turbine comprend un corps de stator définissant une chambre de compression généralement torique munie d'une ouverture annulaire ; - le rotor de turbine comprend un ensemble de pales s'étendant généralement radialement depuis une prise d'air centrale formée par un conduit d'admission annulaire vers l'ouverture annulaire de la chambre de compression du stator de turbine, cet ensemble de pales étant solidaire d'un arbre monté coaxialement rotatif dans le corps de stator de turbine ; - l'organe moteur électrique comprend un stator moteur torique logé et fixé dans un logement moteur du stator de turbine, au centre de la chambre de compression torique et un rotor moteur monté et fixé sur l'arbre de rotor de turbine, axialement en vis-à-vis du stator moteur. L'un des stator ou rotor moteur peut être un aimant permanent, de même qu'au moins un des stator ou rotor moteur peuvent être un bobinage torique. Par ailleurs, l'arbre de rotor de turbine peut-être monté sur au moins un palier coaxial au conduit d'admission annulaire ainsi que sur au moins un palier situé dans le logement moteur. Le corps de stator de la turbine peut comprendre deux parties coopérant entre elles et délimitant la chambre de compression torique. Les pales peuvent être portées par une roue surmoulée formant un manchon sur l'arbre de rotor de turbine, ledit manchon pouvant comprendre un épaulement destiné à l'appui axial du rotor moteur. Ladite roue portant les pales peut également être tronconique. Ces pales portées par la roue peuvent être formées d'une paroi plane fixée perpendiculairement à la surface de la roue, cette paroi ayant une forme généralement trapézoïdale et disposant d'une hauteur plus grande dans la partie centrale de la roue que dans sa partie périphérique. De plus, certaines desdites pales peuvent comprendre, dans leur partie disposée dans la partie centrale de la roue, un bec en saillie destiné à épouser la forme du conduit d'admission annulaire. Dans un mode de réalisation, une pale sur deux comprend un tel bec en saillie. Selon un autre mode de réalisation, certaines desdites pales forment un angle de 5 à 60 degrés avec le rayon de la roue passant par l'extrémité de la pale, au niveau de la périphérie de la roue. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après relative aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif : - la figure 1 est une vue en perspective, en coupe diamétrale, d'une turbine selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de face, en coupe diamétrale, de la turbine de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue éclatée de la turbine de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de côté de la roue de la turbine de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue en perspective de la roue de la figure 4. Dans la description suivante, les termes supérieur, inférieur, au-dessus, en dessous, vertical, horizontal font référence à la turbine dans la position où elle se trouve représentée dans les figures 1 à 3. La turbine 1 représentée sur les figures 1,2 et 3 comprend un corps supérieur 2 assemblé à un corps inférieur 3, définissant entre eux un volume dans lequel prennent place un arbre vertical 4 monté sur deux roulements 13,14, un aimant torique 5, une bobine torique 6, une roue 7 portant des pales. Le corps supérieur 2 a une forme de coupelle comprenant une jupe annulaire intérieure 16 (du côté du corps inférieur 3) coaxiale à ladite coupelle et destinée à former un logement moteur ainsi qu'une paroi demi-torique 22 située sur la périphérie de la coupelle. 0 Le corps inférieur 3 a une forme creuse délimitée par une première paroi annulaire 17 reliée à une seconde paroi conique 18 s'évasant vers le haut et reliée elle-même à une paroi 19 de raccordement à section en arc de cercle. La paroi annulaire 17 entoure un moyeu 20 destiné au montage du roulement 13, ledit moyeu 20 étant positionné de manière rigide coaxialement à la paroi annulaire 17 par trois pales fixes 21 reliant l'intérieur de la paroi annulaire à l'extérieur du moyeu et disposées à 1200 les unes des autres. Les corps supérieur 2 et inférieur 3 sont formés pour constituer, une fois assemblés, un volume interne caractéristique d'une turbine centrifuge, notamment, les parois 19,22 des corps supérieur 2 et inférieur 3 délimitent une chambre de compression torique 12. Cette chambre 12 est ouverte sur l'extérieur par l'intermédiaire d'un conduit tangentiel 25 sensiblement cylindrique (vers le masque de l'utilisateur) dont l'axe longitudinal est horizontal. L'assemblage des corps supérieur 2 et inférieur 3 est réalisé de manière étanche au niveau d'un plan de joint 8. Des tétons 9 émergeant du corps inférieur 3 au niveau du plan de joint 8 sont agencés pour s'introduire dans des orifices correspondants pratiqués dans le corps supérieur 2, assurant ainsi le positionnement rigoureux d'un corps par rapport à l'autre. Le maintien de l'assemblage est réalisé au moyen d'une série de vis 10 disposées régulièrement sur le pourtour du plan de joint. Tel qu'évoqué précédemment, le corps inférieur 3 comprend un moyeu 20 placé coaxialement à l'intérieur de la paroi annulaire 17 et ajusté pour qu'un premier roulement 13 destiné à supporter l'arbre vertical 4 s'y emmanche pour y être rigidement fixé. De même, le corps supérieur 2 comprend un logement similaire délimité par la jupe 16 et destiné à recevoir un second roulement 14 supportant l'arbre vertical 4 mais, à la différence du logement prévu pour le premier roulement 13, ce logement est ajusté pour immobiliser le second roulement 14 selon ses directions radiales et pour le laisser libre en translation selon la direction verticale. Un ressort 15 est prévu à l'intérieur du logement du second roulement 14 et exerce une force entre ce dernier et le corps supérieur 2 de façon à maintenir une pression vers le bas sur le roulement 14. L'arbre vertical 4, sur les extrémités duquel sont montés les deux roulements 13,14, prend donc place entre les corps supérieur 2 et inférieur 3 de manière à se trouver coaxial avec le conduit d'admission annulaire 11 et la chambre de compression torique 12 formée par l'assemblage des corps supérieur 2 et inférieur 3. La roue 7 portant des pales est également montée sur l'arbre vertical 4 de façon à être entraînée en rotation avec celui-ci. Elle peut-être par exemple surmoulée, collée ou emmanchée en force sur l'arbre 4. Dans la réalisation présentée, la roue 7 portant des pales a une forme sensiblement conique lui permettant d'épouser la forme interne des parois annulaire 17 et conique 18 du corps inférieur 3, les pales étant disposées sur la roue 7 de telle sorte à entraîner l'air pour le faire circuler entre le volume délimité par ladite paroi annulaire 17 et la chambre de compression torique 12, lors de la rotation de l'arbre vertical 4. D'autre part, la jupe annulaire 16 reçoit un plateau horizontal 23 rigidement fixé à sa paroi interne, ces deux éléments délimitant le logement moteur précédemment décrit. Le logement moteur est destiné à recevoir la bobine torique 6 et à la maintenir fixe par rapport audit corps 2. Ce logement est disposé de telle manière que la bobine 6, lorsqu'elle est en place par collage ou ajustement, soit positionnée comme suit : - pour ce qui est du positionnement suivant la direction verticale : entre le roulement supérieur 14 de l'arbre vertical 4 et la roue 7 portant des pales ; - pour ce qui est du positionnement dans le plan horizontal : la bobine 6 entoure coaxialement l'arbre vertical 4. L'arbre vertical 7 porte en outre l'aimant torique 5 rigidement fixé et positionné comme suit : - pour ce qui est du positionnement suivant la direction verticale : sensiblement en regard de la bobine 6, entouré par celle-ci ; - pour ce qui est du positionnement dans le plan horizontal l'aimant torique entoure coaxialement l'arbre vertical 4. L'aimant torique 5 peut être directement ajusté serré ou collé sur l'arbre vertical 4 ou bien, tel que représenté sur les figures 1 à 3, la roue 7 portant des pales peut s'ajuster serré ou être collée sur ledit axe 4 en l'enveloppant, l'aimant 5 étant alors ajusté serré ou collé sur cette enveloppe. Lorsque l'arbre vertical 4, la bobine 6 et l'aimant 5 sont en place dans le volume formé par les corps supérieur 2 et inférieur 3 assemblés, ces trois éléments sont coaxiaux et l'arbre 4 est apte à une rotation selon son axe longitudinal, lorsque l'aimant 5 est mis en rotation par rapport à la bobine 6. Le volume défini par les corps supérieurs 2 et inférieurs 3 ainsi que par la roue 7 comprend un conduit d'admission annulaire 11 ouvert sur l'extérieur, coaxial avec l'arbre vertical 4 et délimité par l'intérieur de la paroi annulaire 17 et par la paroi externe du moyeu 20. Ce conduit d'admission annulaire 11 communique sur toute sa circonférence avec un conduit de compression 24 délimité par l'intérieur de la paroi conique 18 et par la face de la roue 7 portant les pales. Ce conduit de compression 24 est donc un volume tronconique délimité par deux cônes coaxiaux s'évasant à partir du conduit d'admission 11. Le conduit de compression 24 est lui-même relié sur toute sa circonférence à la chambre de compression torique 12 évoquée précédemment. Cette chambre de compression torique 12 est délimitée par la paroi 22 et la saillie annulaire du corps supérieur 2, ainsi que par la paroi 19 du corps inférieur 3, ces éléments étant agencés pour constituer un volume interne torique comprenant une fente circulaire formant une ouverture annulaire permettant la communication avec'le conduit de compression 24. Lorsque la roue 7 est montée dans la turbine 1, les pales 26, 27 agissent sur l'air essentiellement au niveau du conduit de compression 24 et aussi partiellement au niveau du conduit d'admission annulaire 11. En effet, la roue 7 porte deux types de pales 26,27. Un premier type de pales 26 est formé d'une paroi plane fixée perpendiculairement à la surface de la roue, cette paroi ayant une forme généralement trapézoïdale et disposant d'une hauteur plus grande dans la partie centrale de la roue 7 que dans sa partie périphérique. Un second type de pales 27 est similaire au premier type 26 mais est plus longue de manière à aller plus loin dans la partie centrale de la roue 7. D'autre part, la partie de la pale disposée dans cette partie centrale de la roue 7 présente un bec en saillie destiné à épouser la forme de la jonction entre le conduit d'admission 11 et le conduit de compression 24. Ces deux types de pales sont par ailleurs disposés de façon à former un angle de 5 à 60 degrés avec le rayon de la roue 7 passant par l'extrémité de la pale, au niveau de la périphérie de la roue 7, chaque type de pale pouvant être disposé avec un angle différent de l'autre type. REVENDICATIONS 1. Turbine électrique 1 comprenant un rotor de turbine (4,7), un stator de turbine (2,3), un organe moteur électrique (5, 6) destiné à entraîner le rotor (4,7) en rotation par rapport au stator (2,3), caractérisé en ce que - le stator de turbine (2,3) comprend un corps de stator définissant une chambre de compression (12) généralement torique munie d'une ouverture annulaire ; - le rotor de turbine (4,7) comprend un ensemble de pales (26,27) s'étendant généralement radialement depuis une prise d'air centrale formée par un conduit d'admission annulaire (11) vers l'ouverture annulaire de la chambre de compression (12) du stator de turbine (2,3), cet ensemble de pales (26,27) étant solidaire d'un arbre (4) monté coaxialement rotatif dans le corps de stator de turbine ; - l'organe moteur électrique (5,6) comprend un stator moteur (6) torique logé et fixé dans un logement moteur (16,23) du stator de turbine (2,3), au centre de la chambre de compression torique (12) et un rotor moteur (5) monté et fixé sur l'arbre (4) de rotor de turbine, axialement en vis-à-vis du stator moteur (6). 2. Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un des stator (6) ou rotor (5) moteur est un aimant permanent. 3. Turbine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins un des stator (6) ou rotor (5) moteur est ou sont un bobinage torique. 4. Turbine selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'arbre (4) de rotor de turbine est monté sur au moins un palier coaxial (13,20) au conduit d'admission annulaire (11). 5. Turbine selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'arbre (4) de rotor de turbine est monté sur au moins un palier (14) situé dans le logement moteur. 6. Turbine selon les revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le corps de stator (2,3) comprend deux parties coopérant entre elles et délimitant la chambre de compression torique (12). 7. Turbine selon les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les pales (26,27) sont portées par une roue (7) surmoulée formant un manchon sur l'arbre (4) de rotor de turbine. 8. Turbine selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit manchon comprend un épaulement destiné à l'appui axial du rotor moteur (5). 9. Turbine selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les pales (26,27) sont portées par une roue (7) tronconique. 10. Turbine selon la revendication 9, caractérisée en ce que les pales (26,27) sont formées d'une paroi plane fixée perpendiculairement à la surface de la roue (7), cette paroi ayant une forme généralement trapézoïdale et disposant d'une hauteur plus grande dans la partie centrale de la roue (7) que dans sa partie périphérique. 11. Turbine selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'au moins certaines (27) desdites pales (26,27) comprennent, dans leur partie disposée dans la partie- centrale de la roue, un bec en saillie destiné à épouser la forme du conduit d'admission annulaire (11). 12. Turbine selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'une pale sur deux comprennent, dans leur partie disposée dans la partie centrale de la roue (7), un bec en saillie destiné à épouser la forme du conduit d'admission annulaire (11). 13. Turbine selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que certaines desdites pales (26,27) forment un angle de 5 à 60 degrés avec le rayon de la roue (7) passant par l'extrémité de la pale, au niveau de la périphérie de la roue (7).