Brevet FR3106164A1 — publié le 20210716

Titre de l’invention Micro-soufflante à roue à ailettes désordonnées pour ventilateur médical L’invention concerne une micro-soufflante (1) motorisée pour ventilateur médical (100) comprenant une roue à ailette (5) de section circulaire comprenant une face supérieure (5a) portant des ailettes (5) formées de parois curvilignes (23) agencées en parallèles. Les ailettes (20) comprennent des ailettes longues (24) et des ailettes courtes (25) disposées en plusieurs paires d’ailettes (24, 25) symétriques par rapport à l’axe central (AA). Ventilateur médical (100) comprenant telle une micro-soufflante motorisée (1) comprenant une roue à ailettes longues (24) et courtes (25). Figure de l’abrégé : Fig. 4 Micro-soufflante à roue à ailettes désordonnées pour ventilateur médical L’invention porte sur une micro-soufflante pour ventilateur médical comprenant une roue à ailettes, aussi appelée roue à pâles, désordonnées, et sur un ventilateur médical équipé d’une telle micro-soufflante. Dans un hôpital ou à domicile, le traitement d’un patient en insuffisance respiratoire peut s’effectuer à l’aide d’un appareil d’assistance respiratoire, aussi appelé appareil de ventilation artificielle ou plus simplement ventilateur médical, servant à fournir un gaz respiratoire, typiquement de l’air ou un mélange air/oxygène au patient, via une interface respiratoire, tel un masque ou analogue, reliée fluidiquement et alimenté par le ventilateur médical via un conduit flexible. Le flux de gaz respiratoire est délivré par une micro-soufflante motorisée, aussi appelée turbine ou compresseur, qui est piloté par des moyens de pilotage de sorte que le gaz respiratoire soit envoyé pendant les phases inspiratoires du patient, alors qu’il est stoppé ou diminué pendant ses phases expiratoires. Le ventilateur médical doit pouvoir fonctionner sans perturber le patient pendant son traitement, de jour comme de nuit, en particulier pendant son sommeil. Or, un ventilateur médical est amené à émettre du bruit et une certaine tonalité pendant son fonctionnement, de par sa construction électromécanique, en particulier du fait de la présence de la micro-soufflante motorisée, engendrant des nuisances sonores pouvant gêner le patient ou son conjoint et pouvant même, dans certains cas, le ou les empêcher de dormir. Le problème qui se pose est donc de pouvoir limiter les bruits et autres nuisances sonores générés par un ventilateur médical lors de son fonctionnement afin d’assurer un certain confort pour le patient, voire son conjoint. La solution de l’invention concerne alors une micro-soufflante motorisée pour ventilateur médical comprenant une roue à ailettes de section circulaire comprenant une face supérieure portant des ailettes formées de parois curvilignes agencées en parallèles les unes des autres, un axe central (AA) et un rebord périphérique, et dans laquelle : les parois curvilignes () des ailettes s’étendent chacune entre une extrémité proximale située à proximité de l’axe central (AA) et une extrémité distale située à proximité du rebord périphérique, et les ailettes comprenant des ailettes dites longues ayant des parois curvilignes de longueur (L1) et des ailettes dites courtes ayant des parois curvilignes () de longueur (L2), telles que L1>L2, caractérisée en ce que : les ailettes longues et les ailettes courtes sont disposées en plusieurs paires d’ailettes symétriques par rapport à l’axe central (AA), chaque paire d’ailettes comprenant une ailette longue et une ailette courte, l’angle A1 formé entre l’extrémité distale de l’ailette longue d’une paire d’ailettes donnée, l’axe central (AA), et l’extrémité distale de l’ailette courte de la paire d’ailettes adjacente à la paire d’ailettes considérée est fixe, et l’angle A2 formé entre l’extrémité distale de l’ailette longue d’une paire d’ailettes donnée, l’axe central (AA), et l’extrémité distale de l’ailette longue de la paire d’ailettes adjacente à la paire d’ailettes considérée est variable. Selon le mode de réalisation considéré, la micro-soufflante motorisée pour ventilateur médical selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : la roue à ailettes est de section circulaire et a une forme générale de disque. les ailettes sont agencées radialement entre l’axe central (AA) et le rebord périphérique de la roue à ailettes. les parois curvilignes sont en arcs de cercle. l’angle A1 est fixe, c'est-à-dire égal à une valeur constante. les angles A2 successifs formés entre plusieurs paires d’ailettes, successives et adjacentes les unes autres, sont croissants. les angles A2 successifs sont compris entre 30° et 50°. les angles A2 successifs sont par exemple égaux à 30°, 31°, 34°, 35° et 50°. l’angle A1 est compris entre 15° et 25°, de préférence entre 16° et 21°. l’angle A1 est égal à environ 18°. les ailettes longues ont des parois curvilignes de longueur (L1) comprises entre 15 et 25 mm, de préférence entre 20 et 22 mm. les ailettes courtes ont des parois curvilignes de longueur (L2) comprises entre 12 et 20 mm, de préférence entre 13 et 15 mm. les ailettes longues et les ailettes courtes sont disposées de manière alternée sur la surface supérieure de la roue à ailettes. elle a un diamètre compris entre 20 et 100 mm, de préférence entre 25 et 50 mm, par exemple de l’ordre de 35 mm. elle comprend un moteur électrique comprenant un arbre-moteur rotatif portant la roue à ailettes, ledit arbre-moteur étant coaxial à l’axe central (AA) de la roue à ailettes. la micro-soufflante comprend un moteur électrique agencé dans un carter. une volute comprenant un compartiment interne est agencée de manière à surmonter le moteur électrique. la roue à ailettes est agencé dans le compartiment interne de la volute. le moteur électrique est de type sans balai (brushless en anglais). 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. la roue à ailettes est formée d’un matériau polymère, de préférence fabriqué par injection thermoplastique. la roue a une épaisseur de roue comprise entre 0,3 et 1,5 mm, l’épaisseur étant la distance entre les surfaces des première et deuxième faces de la roue à ailettes. le carter du moteur électrique forme une carcasse ou coque rigide entourant le rotor et le stator du moteur. le carter du moteur est en métal ou en alliage métallique, de préférence en alliage d’aluminium ou en acier. le moteur électrique comprend des câbles ou fils électriques servant à son raccordement électrique à une source de courant électrique l’alimentant en courant électrique. durant son fonctionnement, le moteur électrique entraîne la roue à ailettes en rotation. la volute comprend une entrée de gaz. l’entrée de gaz de la volute est située au-dessus de la volute, c'est-à-dire à l’opposé du moteur. la roue à ailettes est agencée mobile en rotation au sein du compartiment interne de la volute. la volute comprend un orifice de sortie de gaz. l’orifice de sortie de gaz est porté par un conduit de sortie en communication fluidique avec le compartiment interne de la volute. la roue à ailettes comporte de 10 à 60 ailettes, typiquement de 10 à 30 ailettes environ. les ailettes sont agencées sur l’une des faces de la roue, c'est-à-dire sur la face supérieure qui est en regard de l’entrée de gaz de la volute. L’invention porte aussi sur un ventilateur médical comprenant une micro-soufflante comprenant roue à ailette selon l'invention, c'est-à-dire un appareil d’assistance respiratoire servant à traiter des pathologies respiratoires chez l’être humain. L’invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : est une vue de dessus d’une roue à ailettes pour une micro-soufflante motorisée pour ventilateur médical selon un mode de réalisation de l’invention, schématise les ondes sonores générées par une roue ordonnée (en haut) selon l’art antérieur et une roue désordonnée (en bas) selon l’invention, est un schéma en coupe d’une micro-soufflante pour ventilateur médical incluant une roue à ailettes selon la [Fig. 1], est un schéma en coupe d’un ventilateur médical incluant la micro-soufflante de la [Fig. 3], et schématise des ailettes de la roue à ailettes selon la [Fig. 1]. schématise une micro-soufflante 1 motorisée selon l’invention pour un ventilateur médical 100, comprenant une volute 2 surmontant un moteur électrique 3 agencé dans un carter rigide 4, de forme générale cylindrique, servant à protéger le moteur 3, c'est-à-dire typiquement le stator et le rotor du moteur. Le carter rigide 4 est de préférence en métal, par exemple en acier ou en aluminium. Le moteur électrique 3 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 3 en courant électrique, pour permettre son fonctionnement, se fait de manière classique au moyen d’une connectique électrique adaptée, par exemple au moyen de connecteurs, de prises, de fils ou de câbles électriques… permettant le raccordement du ventilateur médical 100 et/ou de la micro-soufflante 1 au réseau électrique ou à une (ou plusieurs) batteries d’alimentation électrique. Pendant son fonctionnement, le moteur de la micro-soufflante 1 entraîne en rotation, un arbre-moteur 10, aussi appelé ‘axe’, portant une roue à ailettes 5, aussi appelée ‘roue à pales’, comme illustrée en , ayant une section circulaire de diamètre compris entre 20 et 80 mm, par exemple de l’ordre de 35 mm. La roue à ailettes 5 comporte généralement des ailettes 30 ou pâles, typiquement de 10 à 30 ailettes 20, agencées radialement sur la face supérieure de la roue 5a qui est en regard de l’entrée 6 de gaz de la volute 2. La roue à ailettes 5 est agencée de manière à être mobile en rotation au sein du compartiment interne 9 de la volute 2 surmontant le moteur électrique 3 et le carter 4, de manière à générer un flux d’air à une pression supérieure à la pression atmosphérique (> 1 atm). Préférentiellement, la roue à ailettes 5 et la volute 2 sont en matériau(x) polymère(s), par exemple un plastique de type Acrylonitrile Butadiène Styrène ou ABS, Polycarbonate ou PC ou Polyether Ether Ketone dit PEEK. La volute 2 a typiquement une section circulaire. L’entrée 6 de gaz de la volute 2 communique fluidiquement avec le compartiment interne 9 de la volute 2 de manière à l’alimenter en gaz, typiquement en air ou en mélange air/O 2 . Le gaz, est aspiré dans le compartiment interne 9, lors des rotations de la roue 5 qui est entraînée en rotation par l’arbre-moteur 10. Un orifice de sortie de gaz 7 assure une sortie du flux de gaz généré dans le compartiment interne 9 de la volute 2, lors des rotations de la roue 5. L’orifice de sortie de gaz 7 est portée par un conduit de sortie 8 en communication fluidique avec le compartiment interne 9 de la volute 2. Le conduit de sortie 8 est préférentiellement formé d’une pièce, par exemple par moulage-injection ou analogue, avec la volute 2. Comme illustré en , la micro-soufflante 1 motorisée est agencée dans un compartiment-turbine 103 du ventilateur médical 100. Le flux gazeux qu’elle génère est ensuite envoyé vers le patient via un circuit de gaz 101 agencé dans le ventilateur 100, lequel est en communication fluidique avec, d’une part, le conduit de sortie d’air 8 de sorte de convoyer le gaz provenant du conduit de sortie d’air 8 et, d’autre part, avec une conduite flexible (non représentée) ou analogue venant se raccorder (en 102) au ventilateur 100 et permettant d’acheminer le gaz jusqu’à une interface respiratoire, tel un masque respiratoire ou analogue (non représenté) servant à délivrer le gaz au patient. La micro-soufflante 1 motorisée est pilotée par des moyens de commande (non montrés), telle une carte électronique à microprocesseur, typiquement microcontrôleur, qui pilote les phases d’accélération et de freinage/ralentissement de la micro-soufflante 1 motorisée durant lesquelles du gaz est envoyé ou non, respectivement, vers le patient, en fonction de ses phases respiratoires, i.e. inspiratoire et expiratoire. Selon la présente invention, comme schématisé en , la roue à ailette 5, qui est de section circulaire (e.g. environ 35 mm de diamètre), porte sur sa face supérieure 5a des ailettes 20 formées de parois curvilignes 23 agencées en parallèles les unes des autres, entre l’axe central (AA) et le rebord périphérique 11 de la roue 5, c'est-à-dire radialement sur la surface supérieure 5a de la roue 5. Plus précisément, les parois curvilignes 23 des ailettes 20 s’étendent chacune entre une extrémité proximale 21 située à proximité de l’axe central (AA) et une extrémité distale 22 située à proximité du rebord périphérique 11 de la roue 5. Comme illustré en , les ailettes 5 comprennent des ailettes dites longues, ou ailettes longues 24, ayant des parois curvilignes 23 de longueur (L1) et des ailettes dites courtes, ou ailettes courtes 25, ayant des parois curvilignes 23 de longueur (L2), telles que L1>L2. Les ailettes longues 24 et courtes 25 de la roue 5 à ailettes sont disposées en plusieurs paires d’ailettes 24, 25 symétriques par rapport à l’axe central (AA), chaque paire d’ailettes 24, 25 comprenant une ailette longue 24 et une ailette courte 25. Par exemple, les ailettes longues 24 ont des parois curvilignes 23 de longueur (L1) comprises entre 15 et 25 mm, de préférence entre 20 et 22 mm, les ailettes courtes 25 ont des parois curvilignes 23 de longueur (L2) comprises entre 12 et 20 mm, de préférence entre 13 et 15 mm. Par ailleurs, l’angle A1 formé entre l’extrémité distale 22 de l’ailette longue 24 d’une paire d’ailettes 24, 25 donnée, l’axe central (AA), et l’extrémité distale 22 de l’ailette courte 25 de la paire d’ailettes 24, 25 adjacente à la paire d’ailettes 24, 25 considérée de la roue à ailettes 5 est fixe, c'est-à-dire égale à une valeur constante, par exemple A1 est égal à 18° sur la . Par contre, l’angle A2 formé entre l’extrémité distale 22 de l’ailette longue 24 d’une paire d’ailettes 24, 25 donnée, l’axe central (AA), et l’extrémité distale 22 de l’ailette longue 24 de la paire d’ailettes 24, 25 adjacente à la paire d’ailettes 24, 25 considérée de la roue à ailettes 5 est variable, c'est-à-dire non constante d’une paire d’ailettes 24, 25 à une autre paire d’ailettes 24, 25 située immédiatement à côté de la paire d’ailettes 24, 25 considérée, c'est-à-dire immédiatement adjacente à celle-ci, par exemple A2 est égal aux valeurs de 30°, 31°, 34°, 35° et 50° sur la . Une roue à ailettes 5 présentant une telle configuration comprenant des angles A2 variables et des angles A1 fixes, est appelée roue à ailettes ou à pales désordonnées. Comme illustré en , les ailettes longues 24 et les ailettes courtes 25 sont disposées de manière alternée sur la surface supérieure 5a de la roue à ailettes 5, c'est-à-dire selon une succession de type une ailette courte 25, une ailette longue 24, une ailette courte 25, une ailette longue 24, une ailette courte 25… En , la roue 5 tourne dans le sens horaire, c'est-à-dire le sens de celui des aiguilles d’une montre. La roue à ailettes 5 désordonnées selon la présente invention permet de réduire les niveaux de bruit et la tonalité générés par la micro-soufflante 1 motorisée, pendant son fonctionnement, c'est-à-dire lorsque le moteur 3 entraîne la roue à ailettes 5 en rotation, comme illustré en . Plus précisément, en acoustique, la source principale de tonalité est l’harmonique principale liée à la vitesse de rotation du moteur 3, de l’arbre-moteur 10 et de la roue 5. La tonalité est la différence entre un ou plusieurs pics acoustiques émergeant dans un bruit à large bande fréquentielle. Cette tonalité peut être dérangeante ou être facilement discernable dans un bruit de fond, telle une voix aigüe dans un brouhaha. Une roue à ailettes 5 simple et ordonnée, c'est-à-dire classique, comme présentée (figure du haut) sur la , génère une harmonique principale, i.e. un pic émergeant, liée à la vitesse de rotation des ailettes 20 passant devant une entrée ou une sortie d’un chemin de gaz et de manière répétée, c'est-à-dire cyclique. L’harmonique principale est représentée par la flèche ondulante en [Fig. 2]. Dans ce cas, l’onde principale générée conduit à un ton élevé, donc à un niveau de bruit acoustique important. Lorsque les ailettes 20 de la roue 5 sont positionnées de manière désordonnée, comme selon la présente invention, plusieurs harmoniques sont générées. Le pic harmonique est donc atténué et décomposé en plusieurs pics réduisant ainsi la tonalité émise, comme représentée (figure du bas) par les flèches ondulantes en . Dans ce cas, les ondes générées conduisent à plusieurs tons, donc à un niveau de bruit acoustique réduit. Une telle configuration désordonnée des ailettes 20 de la roue à ailettes 5 permet dès lors de limiter les nuisances sonores générées par le ventilateur médical 100, lors de son fonctionnement, assurant ainsi un meilleur confort pour le patient et, le cas échéant, pour son conjoint, en particulier un meilleur sommeil durant la nuit. Il est à préciser que les extrémités libres des ailettes 20 de la roue à ailettes 5 pourraient aussi être conformées de manière à réduire encore plus les harmoniques, par exemple biseautées. Micro-soufflante (1) motorisée pour ventilateur médical (100) comprenant une roue à ailette (5) de section circulaire comprenant une face supérieure (5a) portant des ailettes (5) formées de parois curvilignes (23) agencées en parallèles les unes des autres, un axe central (AA) et un rebord périphérique (11), et dans laquelle : les parois curvilignes (23) des ailettes (20) s’étendent chacune entre une extrémité proximale (21) située à proximité de l’axe central (AA) et une extrémité distale (22) située à proximité du rebord périphérique (11), et les ailettes (20) comprenant des ailettes longues (24) ayant des parois curvilignes (23) de longueur (L1) et des ailettes courtes (25) ayant des parois curvilignes (23) de longueur (L2), telles que L1>L2, caractérisé en ce que : les ailettes (24) longues et les ailettes (25) courtes de la roue à ailettes (5) sont disposées en plusieurs paires d’ailettes (24, 25) symétriques par rapport à l’axe central (AA), chaque paire d’ailettes (24, 25) comprenant une ailette longue (24) et une ailette courte (25), l’angle A1 formé entre l’extrémité distale (22) de l’ailette longue (24) d’une paire d’ailettes (24, 25) donnée, l’axe central (AA), et l’extrémité distale (22) de l’ailette courte (25) de la paire d’ailettes (24, 25) adjacente à la paire d’ailettes (24, 25) considérée de la roue à ailettes (5) est fixe, et l’angle A2 formé entre l’extrémité distale (22) de l’ailette longue (24) d’une paire d’ailettes (24, 25) donnée, l’axe central (AA), et l’extrémité distale (22) de l’ailette longue (24) de la paire d’ailettes (24, 25) adjacente à la paire d’ailettes (24, 25) considérée de la roue à ailettes (5) est variable. Micro-soufflante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les angles A2 successifs formés entre plusieurs paires d’ailettes (24, 25), successives et adjacentes les unes des autres, de la roue à ailettes (5) sont croissants. Micro-soufflante selon la revendication 2, caractérisée en ce que les angles A2 successifs de la roue à ailettes (5) sont compris entre 30° et 50°. Micro-soufflante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’angle A1 est compris entre 15 et 25°, de préférence entre 16 et 21°. Micro-soufflante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ailettes longues (24) ont des parois curvilignes (23) de longueur (L1) comprises entre entre 15 et 25 mm, de préférence entre 20 et 22 mm. Micro-soufflante selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ailettes courtes (25) ont des parois curvilignes (23) de longueur (L2) comprises entre 12 et 20 mm, de préférence entre 13 et 15 mm. Micro-soufflante selon les revendications 1 ou 5 et 6, caractérisée en ce que les ailettes longues (24) et les ailettes courtes (25) sont disposées de manière alternée sur la surface supérieure (5a) de la roue à ailettes (5). Micro-soufflante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la roue à ailettes (5) a un diamètre compris entre 20 et 100 mm, de préférence entre 25 et 50 mm. Micro-soufflante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend un moteur électrique (3) comprenant un arbre-moteur rotatif (10) portant la roue à ailettes (5), ledit arbre-moteur (10) étant coaxial à l’axe central (AA) de la roue à ailettes (5). Ventilateur médical (100) comprenant une micro-soufflante (1) comprenant une roue à ailettes (5) selon l'une des revendications précédentes.