Brevet FR3082897A1 — publié le 20191227

. L'invention porte sur une micro-soufflante, c'est-à-dire une turbine ou compresseur, pour appareil d'assistance respiratoire, aussi appelé 'appareil de ventilation' ou plus simplement 'ventilateur médical', servant à traiter des pathologies respiratoires chez l'être humain. Afin d'assister certains patients dans leur fonction respiratoire, on utilise habituellement des appareils d'assistance respiratoire, souvent appelés « ventilateurs médicaux », délivrant un gaz respiratoire, tel de l'air, à débit non nul et/ou à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm). L'air peut être additionné d'oxygène supplémentaire, notamment lorsque le patient doit recevoir, dans le cadre de son traitement, une proportion d'oxygène supérieure à 21% en volume. Pour ce faire, certains appareils d'assistance respiratoire mettent en oeuvre une micro-soufflante, aussi appelée « compresseur » ou « turbine », servant à aspirer l'air ambiant et à le délivrer à une pression donnée aux patients. L'aspiration de l'air par la micro-soufflante se fait grâce à une ou plusieurs roues à ailettes agencées sur un arbre ou axe rotatif entraîné en rotation par un moteur électrique, la (ou les) roue(s) à ailettes étant mobile(s) en rotation dans le compartiment interne d'une volute. En général, les ailettes ou pales de la (des) roue à ailette comprennent des structures agencées radialement et espacées les unes des autres, de forme plus ou moins complexe, faisant saillie verticalement sur au moins une surface de la roue, typiquement des petites parois. Typiquement, les ailettes prennent naissance dans la région du centre de la roue traversée par l'axe du moteur et s'étendent jusqu'au bord périphérique de ladite roue, au niveau duquel elles présentent des extrémités libres à rebord droit. Les documents EP-A-2165078, EP-A-2102504, VVO-A-2012/139681, US-A2008/304986 et VVO-A-2013/020167décrivent des micro-soufflantes de ce type et des appareils d'assistance respiratoire équipés de telles micro-soufflantes. 2 Toutefois, les micro-soufflantes génèrent des turbulences de flux et des nuisances sonores, plus ou moins importantes, pendant leur fonctionnement, c'est-à-dire pendant les rotations de la roue à ailettes. Au vu de cela, le problème qui se pose est proposer une micro-soufflante améliorée de sorte d'éviter ou réduire les inconvénients susmentionnés, en particulier qui permet de réduire l'amplitude des turbulences aérauliques et le niveau sonore (bruit) qu'elle génère durant son fonctionnement. L'invention porte sur une micro-soufflante pour appareil d'assistance respiratoire équipée d'un moteur électrique entrainant en rotation un arbre portant une 113 roue à ailettes, ladite roue à ailettes comprenant une première face, aussi appelée face supérieure, portant des ailettes, aussi appelées 'pales', lesdites ailettes étant agencées radialement, espacées (distance E) les unes des autres, et faisant saillie sur la surface de la première face de la roue, les ailettes prenant naissance dans la région du centre de la roue et s'étendent jusqu'au bord périphérique de ladite roue, au niveau 15 duquel elles présentent des extrémités libres avec des rebords, caractérisée en ce que les rebords des extrémités libres des ailettes sont conformés pour présenter au moins une échancrures. Selon le cas, la micro-soufflante de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : 20 - les rebord des extrémités libres sont conformés pour présenter plusieurs échancrures agencées côté à côte. - les rebord des extrémités libres présentent typiquement 2 à 5 échancrures agencées côté à côte. - les rebord des extrémités libres portant les échancrures présentent des 25 profils en « pics » et « vallées », c'est-à-dire schématiquement des profils ou sections en « V », « U » ou de «W ». - les échancrures 12 comprennent des angles d'ouverture 0 inférieurs à 1000 , par exemple de 50° à 90°. - les échancrures peuvent être formées par moulage ou par enlèvement de 30 matière, ou toute autre technique. 3 - les ailettes sont formées d'une seule pièce avec la première face de la roue à ailettes, c'est-à-dire sa face supérieure. - les ailettes sont incurvées. - la roue comprend un passage central traversant axialement la roue de sorte 5 de joindre la première face de la roue à ailettes à la deuxième face de la roue à ailettes. - le passage central traverse la roue en son centre. - le passage central a un diamètre compris entre 2 et 6 mm, par exemple 3 mm - l'axe rotatif traverse le passage central. - la roue comprend une protubérance agencée au centre de la première face de 10 la roue, et un passage central traversant axialement la roue et ladite protubérance, l'arbre rotatif du moteur étant logé dans ledit passage central. - les ailettes prennent naissance au niveau de la protubérance agencée au centre de la roue, de préférence au niveau de la base de ladite protubérance. - la protubérance a une forme de « volcan » ou de « cratère », c'est-à-dire 15 qu'elle comprend un sommet s'évasant vers sa base. - les ailettes comprennent des parois incurvées espacées les unes des autres d'une distance E, par exemple une distance E comprise entre 2 et 5 mm. - la roue à ailettes comprend de 10 à 30 ailettes ou pales, typiquement de 15 à 25 ailettes ou pales. 20 - la roue à ailettes a un diamètre compris entre 20 et 80 mm, de préférence entre 30 et 60 mm. - la roue à ailettes est entraînée par le moteur à une vitesse allant jusqu'à 70 000 tr/min, typiquement jusqu'à 40 000 tr/min. - les ailettes forment des parois incurvées, c'est-à-dire non-rectilignes. 25 - la roue à ailettes est formée d'un matériau polymère, de préférence fabriqué par injection. 4 - la roue a une épaisseur de roue (ER) comprise entre 0,5 et 1,5 mm, l'épaisseur étant la distance entre les surfaces des première et deuxième faces de la roue à ailettes. - les ailettes comprennent des structures sensiblement en triangle ou en trapèze, c'est-à-dire que les parois espacées sont configurées de sorte de présenter des portions de forme générale (quasi) triangulaire ou (quasi) trapézoïdale. - le moteur électrique comprend un carter externe, c'est-à-dire une carcasse ou coque rigide entourant le rotor et le stator du moteur. - le moteur électrique comprend des câbles ou fils électriques servant à son 10 raccordement électrique à une source de courant électrique l'alimentant en courant électrique. - la deuxième face, aussi appelée face inférieure, de la roue est dépourvue d'ailettes et est plane. - la deuxième face de la roue est située en regard du moteur. 15 - durant son fonctionnement, le moteur électrique entraîne la roue à ailettes en rotation. - le moteur électrique est de type sans balai (« brushless » en anglais). L'invention porte aussi sur un appareil d'assistance respiratoire, c'est-à-dire un ventilateur médical, comprenant une micro-soufflante selon l'invention. 20 Selon le cas, l'appareil d'assistance respiratoire selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - il comprend une volute délimitant un compartiment interne, ladite volute surmontant le moteur électrique et la roue à ailettes étant agencée mobile en rotation au sein du compartiment interne. 25 - la volute comprend un orifice de sortie de gaz et un orifice d'entrée de gaz. - l'orifice de sortie de gaz est porté par un conduit de sortie d'air en communication fluidique avec le compartiment interne de la volute. 5 - la volute comprend une demi-volute supérieure et une demi-volute inférieure fixée l'une à l'autre, de préférence de manière étanche, par exemple par collage et/ou avec interposition d'un joint d'étanchéité. - la deuxième face dépourvue d'ailettes fait face à la demi-volute inférieure. 5 - la première face à ailettes fait face à la demi-volute supérieure. - l'orifice d'entrée de gaz est agencée dans la demi-volute supérieure. - le moteur électrique est agencé dans un compartiment-moteur de l'appareil. - le carter du moteur, c'est-à-dire sa surface périphérique, est espacé de la paroi interne du compartiment-moteur. 10 - l'espacement entre le carter du moteur et la paroi interne du compartiment- moteur forme un passage pour le gaz, notamment de l'air. Le gaz aspiré par la roue à ailettes, durant ses rotations, circule en étant guidé au sein dudit passage de gaz de manière à venir balayer, c'est-à-dire « lécher, la surface externe du carter et à le refroidir en captant une partie des calories générées par le moteur, durant son 15 fonctionnement. L'appareil d'assistance respiratoire de l'invention est de type à pression continue (CPAP) ou du type à deux niveaux de pression (BiPAP). L'appareil est conçu pour délivrer un flux d'air ou d'air enrichi en oxygène. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée 20 suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 représente un mode de réalisation d'une roue à ailette d'une micro-soufflante pour appareil d'assistance respiratoire selon l'invention, - la Figure 2 est une vue latérale de la roue à ailette de la Figure 1, 25 - la Figure 3 compare les ondes acoustiques générées par les turbulences de flux de la roue à ailettes de la Figure 1 (en bas) selon l'invention et une roue de l'art antérieur AE (en haut), - la Figure 4 compare le bruit généré par les roues de la Figure 3, 6 - la Figure 5 représente un mode de réalisation d'une micro-soufflante pour appareil d'assistance respiratoire selon l'invention incorporant la roue à ailette des Figures 1 et 2, et - la Figure 6 schématise un mode de réalisation d'un appareil d'assistance respiratoire comprenant une micro-soufflante selon l'invention, et - la Figure 7 est une vue agrandie des échancrures portées par les ailettes de la roue à ailette des Figures 1 et 2. Les Figures 1 et 2 représentent une roue à ailettes 4 selon l'invention destinée à équiper une micro-soufflante 1, c'est-à-dire une turbine ou compresseur, d'un 10 appareil d'assistance respiratoire 21 (cf. Fig. 6), typiquement un ventilateur médical délivrant du gaz à un ou plusieurs niveaux de pression, c'est-à-dire de type CPAP ou BPAP, par exemple la micro-soufflante 1 de la Figure 5 et le ventilateur médical de la Figure 6. La micro-soufflante 1 de la Figure 5 est équipée d'un moteur électrique 2 agencé 15 dans un carter rigide 2a servant à protéger le moteur 2, c'est-à-dire typiquement le stator et le rotor du moteur. Le moteur électrique 2 est préférentiellement sans balai ('brushless' en anglais) et/ou est conçu pour atteindre une vitesse de rotation allant jusqu'à 70 000 tr/min, typiquement jusqu'à 40 000 tr/min. L'alimentation du moteur 2 en courant électrique, 20 pour permettre son fonctionnement, se fait de manière classique au moyen d'une connectique adaptée, par exemple au moyen de connecteurs, de prises, de fils ou de câbles électriques.., permettant le raccordement de l'appareil et/ou micro-soufflante 1 au réseau électrique ou à une (ou plusieurs) batteries d'alimentation électrique. Pendant son fonctionnement, le moteur 2 de la micro-soufflante 1 entraine en 25 rotation, un arbre 3 rotatif, ainsi appelé 'axe', portant une roue à ailettes 4, aussi appelée 'roue à pales'. Cette roue à ailettes 4 a une section circulaire de diamètre compris entre 20 et 80 mm, typiquement entre 30 et 60 mm. Comme illustré sur les Figures 1 et 2, la roue à ailettes 4 comprend une première face 4a ou face supérieure portant des ailettes 5, aussi appelées 'pales' et 7 une deuxième face 4b ou face inférieure dépourvue d'ailettes 5, c'est-à-dire généralement plane De préférence, la première face 4a porte de 10 à 50 ailettes 5, typiquement de 10 à 30 ailettes 5, qui sont de petites parois longilignes, de préférence incurvées, agencées radialement sur la première face 4a de la roue à ailettes 4. Les ailettes 5 sont formées d'une seule pièce avec la première face 4a de la roue à ailettes 4. Par ailleurs, les ailettes 5 ont ici des formes de petites parois longilignes portant des structures 13 en triangle, en trapèze ou analogue, et ayant une hauteur variable comprise entre 1,5 et 6 mm. 113 Comme illustré en Figure 5, la roue à ailettes 4 est agencée de manière à être mobile en rotation au sein du compartiment interne 15 d'une volute 17, 18 surmontant le moteur électrique 2, de manière à générer un flux d'air à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm). Préférentiellement, la roue à ailettes 4 et la volute 17, 18 sont en matériau(x) 15 polymère(s), par exemple un plastique de type Acrylonitrile Butadiène Styrène ou ABS, Polycarbonate ou PC ou Polyether Ether Ketone dit PEEK. La volute 17, 18 est formée ici de deux demi-volutes, à savoir une demi-volute inférieure 18 et une demi-volute supérieure 17 assemblées et fixées de manière solidaire, par exemple par collage ou autre, et étanche l'une à l'autre. Un joint 20 d'étanchéité peut être interposé entre ces demi-volutes 17, 18. La volute 17, 18 a une section circulaire et comprend en outre un orifice d'entrée de gaz 19 par lequel le gaz, tel de l'air, est aspiré le compartiment interne 15, lors des rotations de la roue 4, et un orifice de sortie de gaz 16 par lequel le flux de gaz généré dans le compartiment interne, lors des rotations de la roue 4, ressort de la micro- 25 soufflante 1 par un conduit de sortie d'air 20 en communication fluidique avec le compartiment interne 15, avant d'être envoyé ensuite vers le patient via un circuit interne de gaz 23 agencé dans le ventilateur 21. Le circuit interne de gaz 23 est en communication fluidique avec, d'une part, le conduit de sortie d'air 20 de sorte de convoyer le gaz provenant dudit conduit de sortie d'air 20 et, d'autre part, avec une 30 conduite flexible (non représentée) ou analogue venant se raccorder au ventilateur 21 8 et permettant d'acheminer le gaz jusqu'à une interface respiratoire, tel un masque respiratoire ou analogue (non représenté) servant à fournir le gaz au patient. L'orifice de sortie de gaz 16 est porté par le conduit de sortie d'air 20 en communication fluidique avec le compartiment interne 15 de la volute 17, 18, alors que l'orifice d'entrée de gaz 19 est quant à lui aménagé dans la demi-volute supérieure 17 et est traversé par l'arbre rotatif 3 du moteur 2. La première face 4a de la roue à ailettes 4 qui porte les ailettes 5, est orientée face l'orifice d'entrée de gaz 19, alors que la seconde face 4b est dépourvue d'ailettes est située du côté du moteur électrique 2 Le moteur électrique 2 est agencé dans le carter 2a qui est lui-même inséré 113 dans un compartiment-moteur 22 agencé au sein du ventilateur 21 (cf. Fig. 6) Le carter 2a du moteur 2, c'est-à-dire sa surface périphérique, est espacé de la paroi interne du compartiment-moteur. En d'autres termes, le compartiment-moteur 22 forme un manchon autour du carter 2a du moteur 2. L'espacement entre la surface externe du carter 2a et la paroi interne du compartiment-moteur 22 forme alors un passage 24 15 pour le gaz, notamment de l'air. Préférentiellement, le passage pour le gaz 24 a une forme annulaire, lorsque le carter 2a et le compartiment-moteur 22 ont l'un et l'autre une section circulaire, c'est-à-dire des formes tridimensionnelles cylindriques. Le gaz aspiré par la roue à ailettes 4, durant ses rotations, circule en étant guidé au sein dudit passage 24 de manière à venir balayer, c'est-à-dire « lécher, la surface externe du 20 carter 2a et à le refroidir en captant une partie des calories générées par le moteur 2, durant son fonctionnement. Selon la présente invention, afin de réduire le bruit et les perturbations du flux générées par la micro-soufflante 1, pendant son fonctionnement, on prévoit une ou des échancrures 12 dans les rebords 11 des extrémités libres 5a des ailettes 5. 25 Plus précisément, les ailettes, préférentiellement de forme incurvée, sont agencées radialement, en étant espacées les unes des autres (e.g. espacement E de 2 à 5 mm), et font saillie sur la surface de la première face 4a ou face supérieure de la roue 4, comme illustré en Figures 1 et 2. Les ailettes 5 sont formées d'une seule pièce avec la première face 4a de la 30 roue à ailettes 4. Elles comprennent en outre des structures sensiblement en triangle ou trapèze 13, visibles sur les Figures 1 et 2. 9 Par ailleurs, les ailettes 5 prennent naissance dans la région du centre 8 de la roue 4 et s'étendent jusqu'au bord périphérique 9 de ladite roue 4, au niveau duquel elles présentent des extrémités libres 5a avec des rebords 11. La roue 4 comprend ici une protubérance 14, ayant une forme générale de volcan ou de cratère, c'est-à-dire s'évasent depuis son sommet jusqu'à sa base, agencée au centre 8 de la première face 4a de la roue 4 avec un passage central 10 traversant axialement la roue 4 et ladite protubérance 14. L'arbre 3 rotatif du moteur 2 vient se loger dans ce passage central 10 et y est solidarisé, par exemple par emmanchement à la presse et/ou surmoulage, 113 Comme visible sur les Figures 1 et 2, les ailettes 5 prennent naissance au niveau de la protubérance 14, donc dans la région du centre 8 de la roue 4, de préférence au niveau de la base 14a de ladite protubérance 14. Selon l'invention, les rebords 11 des ailettes 5 sont conformés pour présenter préférentiellement plusieurs échancrures 12, agencées côte à côte les unes par 15 rapport aux autres. Plus précisément, ces échancrures 12 présentent des profils en pics 12a et vallées 12b, comme schématisé en Figure 7, c'est-à-dire des profils schématiquement en « V », « U » ou « W » par exemple. Typiquement, la profondeur P des échancrures, c'est-à-dire la hauteur entre le 20 fond d'une vallée 12b et des sommets des pics 12a situés de part et d'autre de celle-ci est de l'ordre de 0,2 mm à 0,6 mm (cf. Fig. 2 et 7). Par ailleurs, les échancrures 12 comprennent des angles d'ouverture 0 inférieurs à 1000, par exemple de 50° à 90°. Les échancrures 12 peuvent être réalisées lors du moulage de la roue ou après 25 coup, par enlèvement de matière par exemple. A titre d'exemple illustratif, la Figure 2 propose une roue à ailette 4 de 35 mm de diamètre, où la profondeur P est comprise entre 0,3 et 0,4 mm, l'angle 0 est compris entre 70° et 90°, et les arrondis (congés / rayons pour casser les angles vifs) 12a et 12 b sont compris entre 0,1 et 0,3 mm. 10 Cette roue à ailettes 4 selon l'invention a été comparée avec une roue selon l'art antérieur, c'est-à-dire une roue en tout point identique mais ne comprenant pas les échancrures 12 dans les rebords 11 de ses extrémités libres. Les essais et résultats obtenus sont schématisés sur la Figure 3 qui illustre le 5 comportement des deux roues testées d'un point de vue des turbulences (effets acoustiques) qui sont générées pendant leur fonctionnement au sein d'une micro-soufflante 1 fonctionnant à un régime stationaire d'environ 22 000 tr/min pour un débit de gaz de 24 L/m in et une pression de 10 hPa en sortie d'un circuit pneumatique (condition d'essai décrite dans la norme ISO 17510). 10 On peut voir sur la Figure 3 que la roue 4 comprenant des échancrures 12 selon l'invention (en bas sur Fig. 3) génère des turbulences T de plus faible amplitude que la roue AE selon l'art antérieur (en haut sur Fig. 3), laquelle comprend des rebords lisses, c'est-à-dire sans échancrures. Ces essais démontrent que modifier la géométrie des rebords 11 des extrémités 15 5a des ailettes 5 ou pales de la roue d'une micro-soufflante 1 modifie le comportement aéraulique en bout d'ailette 5, c'est-à-dire là où la pression et les turbulences sont les plus importantes. Ceci a pour effet une réduction par fractionnement de l'amplitude A des turbulences générées, c'est-à-dire que les « grandes » turbulences et leurs effets acoustiques obtenus avec une roue classique AE selon l'art antérieur sont, avec une 20 roue 4 selon l'invention, fractionnées en plus « petites » turbulences et donc en plus « petites » ondes acoustiques. Comme illustré en Figure 5, ce fractionnement des turbulences T s'accompagne d'une réduction du bruit produit pendant les rotations de la roue de la micro-soufflante, c'est-à-dire des ondes sonores audibles par l'oreille humaine et de leur qualité en 25 terme psycho-acoustique, à savoir la pression ou puissance acoustique pouvant être mesurée et/ou étudiée par l'utilisation de critères de tonalité, i.e. l'émergence d'un ton dans un bruit de fond. En effet, la Figure 5 montre clairement qu'une roue 4 selon l'invention (courbe du bas sur Fig. 5) conduit à une réduction d'environ 2 à 5 dB(A) de puissance 30 acoustique notée LwA, par rapport à une roue AE selon l'art antérieur (courbe du haut 11 sur Fig. 5), ainsi qu'une diminution des pics harmoniques en jouant sur la tonalité émise par le compresseur. La géométrie particulière de la roue 4 de l'invention, c'est-à-dire avec échancrures 12 aménagées dans les rebords 11 des ailettes 5, permet en fait de distribuer l'énergie acoustique sur l'ensemble du spectre audible, donc sur une plage de fréquences plus importante, ce qui est mieux perçu par l'utilisateur final, c'est-à-dire le patient. Les performances aérauliques de la micro-soufflante 1 équipée d'une telle roue 4 ne sont pas dégradées. D'autres géométries peuvent être ajoutées dans la zone 4a entre pales, telles 113 que des micro-gorges ou micro-canaux. De façon générale, un appareil d'assistance respiratoire équipé d'une micro-soufflante selon l'invention est destiné à traiter des pathologies respiratoires de tout type, en particulier apnée du sommeil, broncho-pneumopathie chronique obstructive ou BPCO, troubles liés à l'obésité... chez des patients humains, adultes et/ou REVENDICATIONS1. Micro-soufflante (1) pour appareil d'assistance respiratoire (21) équipée d'un moteur électrique (2) entrainant en rotation un arbre (3) portant une roue à ailettes (4), ladite roue à ailettes (4) comprenant une première face (4a) portant des ailettes (5), lesdites ailettes (5) étant agencées radialement, espacées (E) les unes des autres, et faisant saillie sur la surface de la première face (4a) de la roue (4), les ailettes (5) prenant naissance dans la région du centre (8) de la roue et s'étendent jusqu'au bord périphérique (9) de ladite roue (4), au niveau duquel elles présentent des extrémités libres (5a) avec des rebords (11), caractérisée en ce que les rebords 10 (11) des extrémités libres (5a) des ailettes (5) sont conformés pour présenter au moins une échancrure (12). 2. Micro-soufflante (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les rebord (11) des extrémités libres (5a) sont conformés pour présenter plusieurs échancrures (12) agencées côté à côte. 15 3. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les rebord (11) des extrémités libres (5a) portant les échancrures (12) présentent des profils en pics (12a) et vallées (12b). 4. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes (5) sont formées d'une seule pièce avec la 20 première face (4a) de la roue à ailettes (4). 5. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes (5) sont incurvées et/ou comprennent des structures sensiblement en triangle ou trapèze (13). 6. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisée en ce que la roue (4) comprend une protubérance (14) agencée au centre (8) de la première face (4a) de la roue (4), et un passage central (10) traversant axialement la roue (4) et ladite protubérance (14), l'arbre (3) rotatif du moteur (2) étant logé dans ledit passage central (10). 7. Micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisée en ce que les ailettes (5) prennent naissance au niveau de la 13 protubérance (14) agencée au centre (8) de la roue (4), de préférence au niveau de la base (14a) de ladite protubérance (14). 8. Appareil d'assistance respiratoire (21) comprenant une micro-soufflante (1) selon l'une des revendications précédentes. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une volute (17, 18) délimitant un compartiment interne (15), ladite volute (17, 18) surmontant le moteur électrique (2), et la roue à ailettes (4) étant agencée mobile en rotation au sein du compartiment interne (15). 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la volute (17, 10 18) comprend un orifice de sortie de gaz (16) et un orifice d'entrée de gaz (19), de préférence l'orifice de sortie de gaz (16) est porté par un conduit de sortie d'air (20) en communication fluidique avec le compartiment interne (15) de la volute (17, 18).