Brevet FR3016294A1 — publié le 20150717

PROCÉDÉ D'OPTIMISATION THERMIQUE ET PHONIQUE D'UN MOTEUR DE PRODUCTION RÉGULÉ DE GAZ, ET APPAREIL D'ASSISTANCE RESPIRATOIRE CORRESPONDANT DESCRIPTION DOMAINE DE L'INVENTION ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE [0001] La présente invention se rapporte à l'optimisation des conditions d'absorption thermique et phonique, de la chaleur et du bruit générés par les roulements d'un moteur dans un appareil de production régulée de gaz, ainsi qu'à un appareil d'assistance respiratoire équipé en conséquence. [0002]Les appareils de production régulée de gaz, en particulier les appareils dédiés à l'assistance respiratoire, comportent notamment un ventilateur composé essentiellement d'un moteur couplé à une roue à ailettes, cette roue entraînée par le moteur fournissant le gaz dans des conditions de pression et de débit régulées. Le ventilateur est en général agencé dans deux demi-logements complémentaires formant par assemblage un logement qui définit un espace d'écoulement de gaz de refroidissement autour du ventilateur et d'alimentation de la roue à ailettes. Les demi-logements complémentaires sont formés dans deux demi-boîtiers, les demi-boîtiers étant obtenus par moulage et assemblés pour former le boîtier externe de l'appareil. De tels appareils sont décrits par exemple dans les documents de brevet FR 2 908 482 ou FR 2 953 142 au nom du présent déposant. [0003]Le type de moteur de ventilateur et la vitesse de rotation élevée de ce moteur peuvent provoquer un échauffement important, des roulements de guidage du moteur, en particulier à faible débit du ventilateur. De plus, le ventilateur génère des vibrations et donc du bruit qu'il convient de filtrer. [0004] Le domaine de l'invention concerne ce double aspect, à savoir l'évacuation de la chaleur générée au sein des roulements pour permettre un bon fonctionnement du moteur et de la production régulée de gaz, ainsi que les solution d'isolation phonique par filtrage des vibrations générées par les pièces du ventilateur en rotation. [0005]Dans les solutions actuellement mises en oeuvre, les roulements peuvent être montés sur le carter du moteur de manière souple par l'intermédiaire de joints toriques ou équivalents. Dans ce cas, l'évacuation thermique de la chaleur née au coeur des roulements n'est pas assurée et la chaleur reste concentrée au niveau des roulements, en particulier dans leurs bagues extérieures. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0006] L'invention vise à permettre à la fois une évacuation efficace de la chaleur dégagée par les roulements du moteur de l'appareil, et un filtrage également efficace du bruit généré par les vibrations de ce moteur. Pour ce faire, l'invention prévoit de découpler le ou les roulements de guidage de l'arbre moteur du carter via une pièce intermédiaire favorisant l'évacuation thermique et le filtrage des vibrations transversales par un montage souple. [0007]A ce titre, la présente invention a pour objet un procédé d'optimisation d'évacuation thermique et d'isolation phonique respectivement de la chaleur et du bruit générés par les roulements dans un appareil de production régulée de gaz, en particulier un appareil d'assistance respiratoire. Un tel appareil est équipé d'un ventilateur comportant une roue à ailettes couplée à un moteur comprenant notamment un rotor logé dans un carter et un arbre monté par au moins un roulement de guidage. Une entrée et des sorties de gaz dans l'appareil permettent de former, des écoulements de flux de gaz dans un environnement d'échange thermique autour du carter. [0008] Dans ce procédé, le ou chaque roulement de guidage de l'arbre du moteur est assemblé au carter via au moins une liaison conductrice de la chaleur formant à la fois une interface de transmission de la chaleur dans des brassages de flux de gaz dans l'environnement autour du moteur générés par la rotation de la roue à ailettes, et dans l'espace interne du moteur via des brassages d'air générés par la rotation du rotor, et une interface de filtrage vibratoire par découplage mécanique souple entre ladite ou chaque liaison et le carter. [0009]L'invention se rapporte également à un appareil d'assistance respiratoire 30 comportant un boîtier d'enveloppe externe qui possède au moins une entrée et des sorties d'air et qui forme en interne un logement d'accueil d'un ventilateur composé essentiellement d'un moteur d'axe longitudinal délimité par un carter à paroi tubulaire, le carter définissant un espace interne au moteur, et d'une roue à ailettes logée dans une volute, ladite roue étant entraînée par le moteur via un arbre moteur traversant le carter à chaque extrémité. Le boîtier définit un environnement d'écoulements de flux d'air autour du moteur. L'arbre moteur est monté sur au moins une parois d'extrémité tubulaire du carter par au moins un roulement de guidage agencé sur une ou chaque extrémité d'arbre. [0010]Dans cet appareil, le ou chaque roulement de guidage est monté sur la paroi tubulaire du carter via au moins une pièce intermédiaire annulaire conductrice de la chaleur présentant deux faces axiales, interne et externe, de brassages d'air respectivement avec l'espace interne du moteur et avec l'environnement autour du moteur, et deux faces annulaires axiales, respectivement interne et externe. La face annulaire interne de la pièce intermédiaire est montée ajustée contre une bague extérieure du ou de chaque roulement de guidage, et sa face annulaire externe est montée dans une face annulaire interne d'une paroi tubulaire d'extrémité du carter via au moins une garniture souple. [0011]Dans ces conditions, la pièce intermédiaire permet d'évacuer la chaleur dégagée par les roulements dans les espaces interne et externe au moteur, et permet également de filtrer les vibrations et le bruit générés par le rotor du moteur. [0012]Selon des modes de réalisation préférés : - au moins un roulement de guidage est agencé à chaque extrémité de l'arbre moteur ; - la ou chaque pièce intermédiaire est constituée en un matériau présentant un coefficient de dilation sensiblement égale à celui du roulement, ce matériau étant choisi entre un acier, un alliage d'aluminium et un alliage de cuivre; - la ou les garnitures souples sont agencées dans des logements formés sur les faces annulaires respectivement interne de la paroi d'extrémité de carter et/ou externe de la pièce intermédiaire disposées en vis-à-vis ; - de la graisse conductrice thermique peut être présente entre la pièce intermédiaire et la paroi d'extrémité de carter en vis-à-vis, de part et d'autre et entre les garnitures souples; - la ou les garnitures souples sont constituées par une masse annulaire d'axe coïncidant avec celui de l'arbre moteur et choisi entre un joint en matériau souple, un ressort à spires hélicoïdales et une lame élastique ; - lorsque la garniture souple est un joint, le matériau du joint est choisi entre un matériau élastomère, en particulier un silicone thermiquement conducteur, et un polymère thermoplastique chargé ; - au moins l'une des faces axiales de la pièce intermédiaire se prolonge par une paroi d'extension radiale sur le roulement de guidage, afin de consolider mécaniquement le montage et d'augmenter les échanges thermiques PRÉSENTATION DES FIGURES [0013]D'autres avantages et caractéristiques de l'invention pourront apparaître lors de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, une vue globale éclatée d'un exemple d'appareil d'assistance respiratoire selon l'invention ; - les figures 2a et 2b, deux vues partielles en coupe d'exemples de montage selon l'invention du moteur de l'appareil d'assistance respiratoire sur un carter de logement ; et - la figure 3, une vue en coupe globale du moteur, intégrant l'exemple de montage selon la figure 2b, en couplage d'entraînement de la roue à ailettes. DESCRIPTION DETAILLEE [0014] Sur les figures, les mêmes signes de référence renvoient aux mêmes éléments. Les termes « externe » et « interne» qualifient, dans le présent texte, les faces d'un même élément tournées respectivement vers l'environnement externe du moteur et vers l'espace interne de ce moteur. De plus, le qualificatif « axiales » se rapporte aux faces vues dans l'axe longitudinal du moteur ou, en d'autres termes, s'étendant perpendiculairement à cet axe. [0015]En référence à la vue globale en perspective éclatée de la figure 1, un appareil d'assistance à la respiration 1 selon l'invention comporte : - un ventilateur 2 composé globalement d'un moteur 3 présentant un carter à paroi tubulaire 31, une suspension de base 39, et d'une volute 4 logeant une roue à ailettes 5 entraînée en rotation par le moteur ; - deux demi-boîtiers 6, avantageusement recouverts d'un revêtement d'insonorisation boîtier et assemblés par vissage pour former le boîtier externe de l'appareil, chaque demi-boîtier 6 intégrant un demi-logement 7 pour loger le moulage le ventilateur 2 et la suspension de base 39, et - des joints d'installation 41 et d'étanchéité 42 respectivement pour une avancée cylindrique 43 et une pièce conique de sortie d'air régulé 44 de la volute 4, les joints 41 et 42 étant logés dans des extensions 71 et 72 correspondantes 15 des demi-logements 7. [0016] Les entrées et sorties d'air sont indiquées par des flèches en traits pointillés. Les demi-boîtiers 6 ont une ouverture d'entrée d'air 61 et une ouverture 62 de sortie d'air dédiée à l'assistance respiratoire. De plus, les demi-logements 7 ont une ouverture 73 définie par la structure 74 d'assemblage de la suspension de 20 base 39. Cette ouverture 73 permet la sortie d'air chaud qui a contribué au refroidissement du moteur 3 par échange thermique. En outre, les demi-boîtiers 6 comportent également des demi-canaux 63 d'évacuation de cet air chaud, ces demi-canaux formant un canal lors de l'assemblage par vissage des demi-boîtiers 6. 25 [0017]La vue partielle en coupe de la figure 2a illustre plus précisément le montage du moteur 3 de l'appareil d'assistance respiratoire 1 de la figure 1 comprenant le carter 31 d'enveloppe de ce moteur 3. Le boîtier 6 (figure 1) définit un environnement El d'écoulements de flux d'air F1 autour du moteur 3 pour refroidir le carter 31. Dans le carter 31, le moteur comporte un rotor 32 entraînant 30 un arbre longitudinal 30, d'axe de rotation coïncidant avec l'axe )(X du carter 31, et un stator 33 monté sur la face tubulaire interne 31i du carter 31. La roue à ailettes 5 est montée à l'extrémité de l'arbre 30 pour être entraînée en rotation par cet arbre (cf. figure 3). [0018]A l'extrémité du carter 31, la liaison de l'arbre longitudinal 30 est réalisé sur la paroi d'extrémité tubulaire 31A du carter 31, à partir d'un roulement de guidage 9A à billes 8, via une pièce intermédiaire annulaire 10A. La face interne 10j de la pièce intermédiaire 10A - qui résulte de l'alésage de cette pièce - est montée ajustée contre la bague extérieure 91 du roulement 9A et en couplage souple sur la paroi d'extrémité de carter 31 par un joint torique 11A. [0019]La pièce intermédiaire annulaire 10A est usinée dans un matériau présentant un bon coefficient de conduction thermique : ici un acier, de coefficient de dilatation sensiblement égale à celui du roulement 9A. Ainsi, la pièce intermédiaire 10A réalise une interface de transmission de la chaleur dégagée par le roulement 9A vers les espaces interne et externe au moteur 3, plus précisément à partir des faces axiales interne 10i et externe 10e de la pièce intermédiaire 10A: l'espace E3 interne de brassage de flux d'air généré par le rotor 32 (flèches F3) et l'environnement E2 de brassage entre le moteur et la roue à ailettes 5 (flèches F2). [0020]Dans l'exemple, la face axiale externe 10e de la pièce intermédiaire 10A présente une extension radiale de paroi 10t. L'extension de paroi 10t vient envelopper partiellement le roulement de guidage 9A, à partir de la bague extérieure 91 de ce roulement 9A, afin d'augmenter la surface d'échange thermique avec l'environnement E2 et de rigidifier mécaniquement le montage. [0021]De plus, la pièce intermédiaire 10A est couplée mécaniquement à l'extrémité de carter 31 par le joint torique souple 11A en élastomère. Le joint 11A est logé dans un espace restreint défini par deux épaulements courbes 10k et 3k, formés respectivement sur les faces annulaires ayant pour axe central de symétrie l'axe XX du moteur 3) 10f et 3f en vis-à-vis, respectivement de la pièce intermédiaire 10A et de la paroi d'extrémité de carter 31A. [0022] De cette façon, les vibrations provenant du rotor 32 et de l'arbre 30 - via l'extrémité conique 32C en contact direct avec la bague intérieure 93 du roulement de guidage 9A et l'arbre 30 lui-même fixé axialement sur cette bague intérieure 93 - sont transmises au roulement de guidage 9A puis à la pièce intermédiaire 10A. Dans ces conditions, le couplage mécanique souple, opéré par le joint 11A entre la pièce intermédiaire 10A et la paroi d'extrémité de carter 31A, réalise une interface d'isolation phonique des vibrations générée par le moteur 3, en particulier du fait du balourd du rotor 32 en rotation à vitesse élevée. [0023]Avantageusement, les fentes annulaires formées entre les faces axiales 10f et 3f - de part et d'autre du joint 11A - sont remplies d'une graisse thermique, afin de conserver l'élasticité du joint tout en conduisant la chaleur générée par le roulement 9A. [0024]Cette isolation phonique est également réalisée lorsque la pièce intermédiaire 10A est couplée à la paroi d'extrémité de carter 31A par plus d'un joint, par exemple par deux joints toriques souples 12A et 13A, comme illustré par la vue de montage de la figure 2b, qui reprend la figure 2a avec deux joints toriques souples au lieu d'un seul: - le joint 12A, agencé dans une gorge annulaire 34A formée dans la face annulaire 3f de la paroi d'extrémité de carter 31A, et - le joint 13A, disposé dans un logement formé entre deux épaulements droits 10d et 3d - respectivement agencés sur les faces axiales 3f et 10f de l'extrémité de carter 31A et de la pièce intermédiaire 10A - de manière correspondante aux épaulements courbes 10k et 3k du montage de la figure 2a. [0025]Les fentes annulaires formées entre la pièce intermédiaire 10A et l'extrémité de carter 31 - de part et d'autre joints 12A et 13A et entre ces joints - sont remplies de graisse thermique. [0026] Une vue en coupe globale du moteur 3 en couplage avec la roue à ailettes 5 et intégrant la vue partielle de l'exemple de montage selon la figure 2b, est illustrée à la figure 3. Sur cette figure, l'extrémité 30A de l'arbre longitudinal 30 est fixée dans le moyeu central 51 de la roue à ailettes 5. La roue à ailettes 5 est alors entraînée en rotation par l'arbre 30 lorsqu'il est lui-même entraîné par le rotor 32. [0027]La figure 3 illustre le montage de l'arbre longitudinal 30 sur les extrémités 31A et 31B du carter 31. Le montage sur l'extrémité de carter 31A reprend à l'identique le montage de la figure 2b, et le montage sur l'extrémité de carter 31 B se déduit de celui de la première extrémité de carter 31A selon une symétrie de type « miroir » : l'arbre 30 est monté sur la paroi d'extrémité tubulaire du carter 31B par un roulement de guidage 9B via une pièce intermédiaire annulaire 10B, identique à la pièce intermédiaire 10A et montée de la même manière, à savoir ajustée sur le roulement 9B et souple sur l'extrémité de carter 31B. [0028]Ainsi, la pièce intermédiaire 10B est couplée à la paroi d"extrémité de carter 31B par deux joints toriques souples 12B et 13B, de manière identique au couplage des joints toriques 12A et 13A à la paroi d'extrémité de carter 31A. [0029]Par ailleurs, un ressort hélicoïdal 15 est disposé en compression entre la paroi axiale 32B du rotor 32 disposée du côté de l'extrémité 30B de l'arbre 30, et la bague intérieure 93' du roulement 9B de sorte à pré-charger les roulements 9A et 9B qui sont, dans ce cas, collés sur l'arbre 30 après assemblage des constituants du moteur 3. Les fentes annulaires entre les pièces intermédiaires 10A, 10B et le carter 31 - de part et d'autre et entre les joints 12A, 13A, 12B, 13B - sont remplies de graisse thermique. [0030] Par symétrie « miroir » et de manière équivalente au montage de l'arbre 30 sur la paroi d'extrémité de carter 31A : - une extension transversale 10t' de la pièce intermédiaire 10B vient coiffer transversalement le roulement de guidage 9B, à partir de la bague extérieure 91' de ce roulement 9B ; - le joint 12B est agencé dans une gorge annulaire 34B formée sur la face annulaire 3f' de la paroi d'extrémité de carter 31B, et - le joint 13B est disposé dans un logement agencé entre deux épaulements droits 10d' et 3d', formés respectivement sur les faces annulaires en vis-à-vis 10f' et 3f' de la pièce intermédiaire 10B et de la paroi d'extrémité de carter 31B, de manière correspondante aux épaulements courbes 10k et 3k du montage sur la paroi d'extrémité de carter 31A. [0031]L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Il est par exemple possible de ne prévoir qu'une seule pièce intermédiaire pour le montage de l'arbre moteur sur le carter. Dans ce cas, l'arbre peut être monté directement sur le carter via un roulement ou son extrémité libre monté dans un logement, les montages étant réalisés par des roulements. [0032]Par ailleurs, tout type de roulement peut être utilisé: à billes, à aiguilles et/ou à rouleaux, ou équivalent. [0033]En outre, les joints peuvent être toriques ou d'autres formes appropriées (coniques, etc.) obtenues par moulage. [0034]En l'absence de ressort 15, la pré-charge des roulements peut être maitrisée par la souplesse des joints. REVENDICATIONS1. Procédé d'optimisation d'évacuation thermique et d'isolation phonique, respectivement de la chaleur et du bruit générés par les roulements dans un appareil de production régulée de gaz (1), en particulier un appareil d'assistance respiratoire, équipé d'un ventilateur (2) comportant une roue à ailettes (5) couplée à un moteur (3) comprenant notamment un rotor (32) logé dans un carter (31) et un arbre (30) monté sur au moins un roulement de guidage (9A ; 9B), une entrée (61) et des sorties (62, 63) de gaz dans l'appareil (1) permettant de former des écoulements (F1) de flux de gaz dans un environnement d'échange thermique (El) autour du carter (31), le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à assembler le ou chaque roulement de guidage (9A ; 9B) de l'arbre (30) du moteur (3) au carter (31) via au moins une liaison conductrice de la chaleur (10A ; 10B) formant à la fois une interface de transmission de la chaleur dans l'environnement (E2) via des brassages de flux de gaz (F2) autour du moteur (3) générés par la rotation de la roue à ailettes (5) et dans l'espace interne (E3) du moteur (3) via des brassages d'air (F3) générés par la rotation du rotor (32), et une interface de filtrage vibratoire par découplage mécanique souple (11A ; 12A, 13A ; 12B, 13B) entre ladite ou chaque liaison (10A ; 10B) et le carter (3). 2. Appareil d'assistance respiratoire (1) comportant un boîtier d'enveloppe externe (6) qui possède au moins une entrée (61) et des sorties d'air (62, 63) et qui forme en interne un logement d'accueil (7) d'un ventilateur (2), composé essentiellement d'un moteur (3) d'axe longitudinal (XX) délimité par un carter à paroi tubulaire (31), le carter (31) définissant un espace interne (E2) au moteur (3), et d'une roue à ailettes (5) logée dans une volute (4), ladite roue (5) étant entraînée par le moteur (3) via un arbre moteur (30) traversant le carter (3) à chaque extrémité (30A, 30B), le boîtier (6) définissant un environnement (El) ) d'écoulements de flux d'air (F1) autour du moteur (3), l'appareil (1) est caractérisé en ce que, l'arbre moteur (30) étant monté sur au moins une paroi d'extrémité tubulaire (31A, 31B) du carter (31) par au moins un roulement de guidage (9A ; 9B) agencé sur une ou chaque extrémité d'arbre (30A, 30B), le ou chaque roulement de guidage (9A ; 9B) est monté sur la paroi tubulaire (31A, 31B) ducarter (31) via au moins une pièce annulaire intermédiaire (10A ; 10B) conductrice de la chaleur, présentant deux faces axiales interne (10i) et externe (10e), de brassages d'air (F3 ; F2) respectivement avec l'espace interne (E3) du moteur (3) et avec l'environnement (E2) autour du moteur (3), et deux faces annulaires, respectivement interne (10j) et externe (10f), et en ce que la face annulaire interne (10j) de la pièce intermédiaire (10A, 10B) est montée ajustée contre une bague extérieure (91) du ou de chaque roulement de guidage (9A, 9B), et sa face annulaire externe (10f) est montée dans une face annulaire interne (3f) d'une paroi tubulaire d'extrémité (31A, 31B) du carter (31) via au moins une garniture souple (11A ; 12A, 13A ; 12B, 13B). 3. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication 2, dans lequel au moins un roulement de guidage (9A ; 9B) est agencé à chaque extrémité (30A, 30B) de l'arbre moteur (30). 4. Appareil d'assistance respiratoire selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel la ou chaque pièce intermédiaire (10A ; 10B) est constituée en un matériau présentant un coefficient de dilation sensiblement égale à celui du roulement (9A ; 9B) ce matériau étant choisi entre un acier, un alliage d'aluminium et un alliage de cuivre. 5. Appareil d'assistance respiratoire selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la ou les garnitures souples 11A, 12A, 13A; 12B, 13B) sont agencés dans des logements (34A, 34B ; 3k, 10k ; 3d, 10d) formés sur les faces annulaires respectivement interne (3f ; 3f') de la paroi d'extrémité de carter (31A, 31B) et/ou externe (10f ; 10f') de la pièce intermédiaire (10A ; 10B) disposées en vis-à-vis. 6. Appareil d'assistance respiratoire selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel de la graisse conductrice thermique est présente entre la pièce intermédiaire (10A ; 10B) et la paroi d'extrémité de carter (31A, 31B) en vis-à-vis, de part et d'autre et entre les garnitures souples (11A; 12A, 13A; 12B, 13B). 7. Appareil d'assistance respiratoire selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel la ou les garnitures souples (11A; 12A, 13A; 12B, 13B) sont constituées par une masse annulaire d'axe coïncidant avec celui(XX) de l'arbre moteur (30) et choisi entre un joint en matériau souple, un ressort à spires hélicoïdales et une lame élastique. 8. Appareil d'assistance respiratoire selon la revendication précédente dans lequel, lorsque la garniture souple est un joint (11A ; 12A, 13A ; 12B, 13B), le matériau du joint est choisi entre un matériau élastomère, en particulier un silicone conducteur de la chaleur et un polymère thermoplastique chargé. 9. Appareil d'assistance respiratoire selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel au moins l'une des faces axiales (10e, 10i) de la pièce intermédiaire (10A ; 10B) se prolonge par une paroi d'extension radiale (10t ; 10t') sur le roulement de guidage (9A ; 9B).