Brevet FR3138170A1 — publié le 20240126

L’invention concerne une pompe (10) à flux axial comprenant : un corps de pompe (12) possédant un alésage central (13) s’étendant le long d’une direction axiale (X) entre une première extrémité (15a), dite extrémité d’entrée, et une deuxième extrémité (15b), dite extrémité de sortie, un rotor (17) disposé à l’intérieur de l’alésage central (13) du corps de pompe (12), le rotor (17) comprenant un moyeu central (171) monté rotatif autour d’un axe (X) et une couronne périphérique externe (173), disposée de manière coaxiale au moyeu central (171) et possédant une rainure annulaire (174) dans laquelle est logé au moins un aimant permanent (18), un stator (19) comprenant au moins une bobine (191) adaptée pour interagir avec l’au moins un aimant permanent (18) du rotor (17) de manière à entraîner la rotation du rotor (17) autour de son axe (X), une hélice (20) solidaire du rotor (17), l’hélice étant formée d’une pluralité de pales (21) s’étendant radialement entre le moyeu central (171) et la couronne périphérique externe (173). Figure 3 Pompe destinée à équiper un système de refroidissement et/ou de réchauffage mis en œuvre au sein d’un véhicule automobile La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de refroidissement et/ou de réchauffage pouvant être mis en œuvre au sein des véhicules automobiles. En particulier, l’invention concerne une pompe destinée à équiper un système de refroidissement et/ou de réchauffage mis en œuvre au sein d’un véhicule automobile. Les véhicules automobiles comportent des systèmes de refroidissement et/ou de réchauffage qui permettent la régulation thermique des composants nécessaires au fonctionnement du véhicule automobile, en particulier les moteurs thermiques, électriques ou hybrides, l’électronique de puissance, le turbo, la boîte de vitesse, la climatisation de l’habitacle, les batteries ou encore les modules de stockage d’énergie c’est-à-dire tout ce qui concerne le thermo-management au sein d’un véhicule automobile. Ces systèmes de refroidissement et/ou de réchauffage assurent, par l’intermédiaire d’un flux de fluide les traversant, un transfert thermique avec le composant du véhicule auquel ils sont associés. Ces systèmes utilisent généralement des pompes centrifuges pour réaliser la circulation du fluide à l’intérieur du véhicule. Les pompes centrifuges présentent toutefois l’inconvénient de posséder une entrée de fluide et une sortie de fluide qui ne sont pas sur le même axe. Il en résulte un encombrement relativement élevé de ces pompes centrifuges. Par ailleurs, du fait que les pompes centrifuges ne fonctionnent que selon un seul sens de circulation, il est nécessaire de prévoir deux pompes centrifuges si le fluide doit circuler selon deux sens de fonctionnement opposés. L’utilisation actuelle de pompes centrifuges dans les systèmes de refroidissement et/ou de réchauffage limite les possibilités de compacter le volume occupé par ces systèmes, et, par voie de conséquence, empêche la réduction dimensionnelle ou la miniaturisation de certains organes du véhicule automobile. Le but de la présente invention est donc de palier à l’inconvénient cité ci-dessus en concevant une pompe pouvant être utilisée au sein des systèmes de refroidissement et/ou de réchauffage des véhicules automobiles, la pompe présentant une meilleure compacité que les pompes centrifuges et permettant de réaliser une circulation de fluide selon deux sens de fonctionnement opposés. A cet effet, l’invention porte sur une pompe à flux axial comprenant : - un corps de pompe possédant un alésage central s’étendant le long d’une direction axiale entre une première extrémité, dite extrémité d’entrée, et une deuxième extrémité, dite extrémité de sortie, - un rotor disposé à l’intérieur de l’alésage central du corps de pompe, le rotor comprenant un moyeu central monté rotatif autour d’un axe et une couronne périphérique externe, disposée de manière coaxiale au moyeu central et possédant une rainure annulaire dans laquelle est logé au moins un aimant permanent, - un stator comprenant au moins une bobine adaptée pour interagir avec l’au moins un aimant permanent du rotor de manière à entraîner la rotation du rotor autour de son axe, - une hélice solidaire du rotor, l’hélice étant formée d’une pluralité de pales s’étendant radialement entre le moyeu central et la couronne périphérique externe, dans laquelle chaque pale possède un bord d’attaque et un bord de fuite qui sont symétriques par rapport à un axe de symétrie de telle sorte que l’hélice est configurée pour définir un premier sens de circulation de fluide dirigé de l’extrémité d’entrée à l’extrémité de sortie lorsque le rotor tourne selon un premier sens de rotation et pour définir un deuxième sens de circulation de fluide dirigé de l’extrémité de sortie à l’extrémité d’entrée lorsque le rotor tourne selon un deuxième sens de rotation qui est opposé au premier sens de rotation. Ainsi configurée, la pompe de l’invention permettra de réaliser une circulation de fluide selon deux sens de fonctionnement opposés au moyen d’une unique hélice, améliorant ainsi la compacité de la pompe par rapport aux pompes de l’art antérieur. La pompe de l’invention pourra également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - chaque pale est définie par une ligne de cambrure et par une ligne de corde et est configurée de telle sorte que sa ligne de cambrure est confondue avec sa ligne de corde. - chaque pale possède un angle de calage variable le long d’une direction parallèle à l’axe de symétrie, l’angle de calage correspondant à l’angle que forme la ligne de corde avec un plan perpendiculaire à l’axe du rotor, l’angle de calage étant notamment compris entre 0° et 30°. - l’au moins un aimant permanent est surmoulé avec le rotor. - l’au moins un aimant permanent est obtenu par frittage de particules possédant des propriétés magnétiques. - l’au moins un aimant permanent est formé d’une matrice en matière plastique incorporant des particules possédant des propriétés magnétiques. - le stator intègre une carte électronique destinée au contrôle des bobines. - le corps de pompe comporte une tubulure d’entrée en communication fluidique avec l’extrémité d’entrée de l’alésage central et une tubulure de sortie en communication fluidique avec l’extrémité de sortie de l’alésage central. - le corps de pompe est munie d’une cavité annulaire périphérique destinée à loger au moins partiellement le stator, ladite cavité étant fermée par une plaque d’extrémité solidaire du stator. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’un mode particulier de réalisation de l’invention, donné à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés d’autre part, dans lesquels : est une vue générale en perspective d’une pompe selon l’invention ; est une vue en perspective d’une coupe en plan de la pompe de la ; est une vue éclatée de la pompe de la ; est une vue axiale du rotor équipant la pompe de la ; est une vue en coupe selon le contour C du rotor de la ; est une vue schématique d’une section transversale d’une pale pouvant équiper une pompe conventionnelle, non conforme à l’invention ; est une vue schématique d’une section transversale d’une pale pouvant équiper une pompe conforme à l’invention. En référence aux figures 1 à 3, une pompe 10 selon un mode de réalisation de l’invention comprend un corps de pompe 12 formée d’une première partie 12a, dénommée par la suite partie d’entrée 12a, et d’une deuxième partie 12b, dénommée par la suite partie de sortie 12b, les parties d’entrée et de sortie étant reliées l’une à l’autre par tout moyen envisageable, en particulier par clipsage. Chacune des parties d’entrée et de sortie 12a, 12b est munie d’une tubulure, respectivement une tubulure d’entrée 14a et une tubulure de sortie 14b, destinée à être mise en communication fluidique avec un conduit de circulation de fluide. Selon le sens de circulation de fluide à l’intérieur de la pompe, ces tubulures d’entrée et de sortie 14a, 14b pourront recevoir soit un flux de fluide entrant, soit un flux de fluide sortant. Comme représentée sur la , la partie d’entrée 12a, représentée en écorché, comprend notamment une embase 15 creuse de forme globalement cylindrique s’étendant entre une première extrémité 15a, dénommée par la suite extrémité d’entrée 15a, et une deuxième extrémité 15b, dénommée par la suite extrémité de sortie 15b, les extrémités d’entrée et de sortie 15a, 15b étant alignée le long d’une direction axiale X. L’embase 15 est traversée par un alésage central 13 à travers lequel peut circuler le fluide en provenance de la tubulure d’entrée 14a ou de sortie 14b. L’alésage central 13 est délimité par deux portions cylindriques contiguës de l’embase 15, respectivement une première portion cylindrique 151, qui forme un seul bloc avec la tubulure d’entrée 14a, et une deuxième portion cylindrique 152, sur laquelle vient se fixer la tubulure de sortie 14b. Les première et deuxième portions 151, 152 sont centrées sur l’axe X, la première portion 151 possédant un diamètre moindre que la deuxième portion 152. La première portion 151 est munie de rayons 154 s’étendant radialement depuis sa périphérie interne, les rayons 154 supportant un arbre 155 aligné avec l’axe X. L’embase 15 comprend en outre une jupe cylindrique 153 qui entoure les première et deuxième portions 151, 152 et forme avec celles-ci une cavité annulaire 16 dont le rôle sera précisé plus loin. La pompe 10 comprend en outre un rotor 17 monté sur l’arbre 155 du corps de pompe 12 de sorte qu’il peut se mouvoir en rotation autour de l’axe X. Le rotor 17 est logé à l’intérieur de l’alésage central 13 de l’embase 15. Comme représenté sur les figures 4 et 5, le rotor 17 comprend un moyeu central 171 muni en son centre d’un palier lisse 172 destiné à recevoir l’arbre 155. Le rotor 17 comprend en outre une couronne périphérique externe 173 qui est disposée de manière coaxiale au moyeu central 171. La couronne périphérique externe 173 possède une rainure annulaire 174 dans laquelle sont logés plusieurs aimants permanents 18 (non représentés sur la ). Les aimants permanents 18 pourront avantageusement être surmoulés avec le rotor 17. Ils pourront être obtenus par frittage de particules possédant des propriétés magnétiques ou être formés d’une matrice en matière plastique incorporant des particules possédant des propriétés magnétiques. Le rotor 17 comprend également plusieurs pales 21 s’étendant radialement entre le moyeu central 171 et la couronne périphérique externe 173 et formant une seule pièce avec ceux-ci. Ces pales 21 sont configurées pour former une hélice 20, ou un élément de propulsion de fluide, qui, lorsque le rotor 17 est en rotation autour de l’axe X, génère un déplacement du fluide à travers l’alésage central 13. Selon le sens de rotation du rotor 17, le fluide pourra circuler soit de l’extrémité d’entrée 15a vers l’extrémité de sortie 15b, soit, inversement, de l’extrémité de sortie 15b vers l’extrémité d’entrée 15a. La forme spécifique des pales 21 permettant d’obtenir ce flux à double sens sera précisée dans les paragraphes qui suivent. Toutes les pales 21 du rotor 17 possèdent avantageusement le même profil géométrique afin d’assurer un flux de fluide homogène à l’intérieur de la pompe 10. Ce profil géométrique se caractérise notamment par un angle de calage α variable le long d’une direction principale D qui s’étend radialement entre une extrémité proximale 21a de la pale 21, qui jouxte le moyeu central 171 du rotor 17, et une extrémité distale 21b de la pale 21, qui jouxte la couronne périphérique externe 173 du rotor 17. Cet angle de calage α correspond à l’angle que forme la ligne de corde de la pale 21 avec un plan perpendiculaire à l’axe de rotation X du rotor 17. La notion de « ligne de corde » est connue de l’homme du métier, mais, dans un souci de clarté, il est fourni ci-dessous, et en lien avec la , un bref récapitulatif des termes généralement utilisés pour caractériser un profil de pale d’hélice. Cet angle de calage α pourra notamment être compris entre 0° et 30°. La pompe 10 comprend par ailleurs un stator 19 représenté notamment sur la . Ce stator 19 comprend un bobinage électromagnétique formé de plusieurs bobines 191, le bobinage électromagnétique étant relié électriquement à une carte électronique 193 via un circuit électrique 192. La carte électronique 193 est supportée par une plaque d’extrémité 194 qui, dans la position montée de la pompe, représentée sur la , vient fermer la cavité annulaire périphérique 16 du corps de pompe 12. Dans cette position montée, les bobines 191, le circuit électrique 192, et la carte électronique 193 sont positionnés intégralement à l’intérieur de la cavité annulaire périphérique 16. Dans cette position, les bobines 191 sont radialement alignées avec les aimants permanents 18 du rotor 17. La carte électronique 193 est alimentée en courant électrique via un connecteur 195 fixée sur la face externe de la plaque d’extrémité 194 et connectée électriquement à un dispositif de commande (non représenté) extérieur. De ce fait, lorsque les bobines 191 sont alimentées en courant électrique au moyen de la carte électronique 193, elles génèrent un champ magnétique qui, en coopération avec les aimants permanents 18 du rotor 17, produit une rotation du rotor 17 autour de l’axe de rotation X. La vitesse et le sens de rotation du rotor 17 pourront être contrôlés par la carte électronique 193. Du fait de la rotation du rotor 17, l’hélice 20 constituée des pales 21 génère un flux de fluide à l’intérieur de l’alésage central 13, soit dans le sens allant de l’extrémité d’entrée 15a à l’extrémité de sortie 15b, soit dans le sens allant de l’extrémité de sortie 15b à l’extrémité d’entrée 15a. Ce double sens de circulation de fluide est possible du fait de la configuration bien spécifique de chacune des pales 21 de l’hélice, comme expliqué en détail ci-dessous. La représente une section transversale d’une pale 11 d’une hélice conventionnelle. Cette section transversale est obtenue en coupant la pale par une surface cylindrique de révolution autour de l’axe de rotation de l’hélice, et en déroulant à plat cette surface cylindrique. La pale 11 présente ainsi un profil conformé en forme d’aile d’avion. Ce profil est délimité par une ligne intérieure 110, ou intrados, de forme incurvée et par une ligne extérieure 112, ou extrados, de forme incurvée, ces deux lignes se rejoignant en un bord d’attaque 114 et un bord de fuite 116. Le bord d’attaque 114 et le bord de fuite 116 sont opposés, le bord d’attaque 114 se situant en amont par rapport au bord de fuite 116 selon le sens de rotation de l’hélice. Autrement dit, le bord d’attaque 114 entre en premier en contact avec le flux de fluide lors de la rotation de l’hélice. De ce fait, dans le cas d’une hélice à double sens de rotation, comme dans l’invention, le bord d’attaque et le bord de fuite peut s’inverser en cas de changement du sens de rotation de l’hélice. Une distance entre l’intrados 110 et l’extrados 112 correspond à une épaisseur E de la pale 11. Le segment de droite reliant les bords d’attaque 114 et de fuite 116 de la pale 11 est dénommé ligne de corde 111. La longueur de la ligne de corde 111 peut être identique sur toute la longueur de la pale 11 ou peut varier selon la distance de la ligne de corde 111 au moyeu de l’hélice. Une ligne reliant les points équidistants de l’intrados 110 et de l’extrados 112 est dénommée ligne de cambrure 113. Une valeur maximale d’une distance entre la ligne de corde 111 et la ligne de cambrure 113 correspond à une cambrure Kp de la pale 11. La , qui représente une section transversale d’une pale 21 pouvant équiper une pompe conforme à l’invention, permet de constater plusieurs différences entre cette pale et celle représentée sur la . D’une part, sa ligne de cambrure 213 est confondue avec sa ligne de corde 211. D’autre part, son bord d’attaque 214 et son bord de fuite 216 sont symétriques par rapport à un axe de symétrie S. Cette symétrie confère une réversibilité à la pompe 10. En effet, en inversant le sens de rotation du rotor 17, le fluide sera entrainé à l’intérieur de la pompe 10 selon une sens de circulation inversé, et, si la vitesse de rotation du rotor 17 est la même dans les deux sens, selon un profil de flux identique dans les deux sens. Dans l’exemple spécifique représenté, chacun des bords d’attaque 214 et de fuite 216 est sensiblement aligné selon un plan qui est faiblement incliné par rapport à l’axe de rotation du rotor 17, et, en particulier, incliné à 5° par rapport à l’axe de rotation du rotor 17. La pompe 10 ainsi configurée permet donc de réaliser une circulation de fluide selon deux sens de fonctionnement opposés, tout en présentant un encombrement réduit, notamment dans le sens axial, par rapport aux pompes de l’art antérieur. L’invention n’est évidemment pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. En particulier, le nombre d’aimants permanents et de bobines pourra dépendre de paramètres physiques liés au fluide circulant dans la pompe et/ou liés à la pompe elle-même. Ainsi, dans un mode de réalisation envisageable, la pompe pourra être munie d’un unique aimant permanent et d’une unique bobine. Pompe (10) à flux axial comprenant : un corps de pompe (12) possédant un alésage central (13) s’étendant le long d’une direction axiale (X) entre une première extrémité (15a), dite extrémité d’entrée, et une deuxième extrémité (15b), dite extrémité de sortie, un rotor (17) disposé à l’intérieur de l’alésage central (13) du corps de pompe (12), le rotor (17) comprenant un moyeu central (171) monté rotatif autour d’un axe (X) et une couronne périphérique externe (173), disposée de manière coaxiale au moyeu central (171) et possédant une rainure annulaire (174) dans laquelle est logé au moins un aimant permanent (18), un stator (19) comprenant au moins une bobine (191) adaptée pour interagir avec l’au moins un aimant permanent (18) du rotor (17) de manière à entraîner la rotation du rotor (17) autour de son axe (X), une hélice (20) solidaire du rotor (17), l’hélice étant formée d’une pluralité de pales (21) s’étendant radialement entre le moyeu central (171) et la couronne périphérique externe (173), caractérisée en ce que chaque pale (21) possède un bord d’attaque (214) et un bord de fuite (216) qui sont symétriques par rapport à un axe de symétrie (S) de telle sorte que l’hélice (20) est configurée pour définir un premier sens de circulation de fluide dirigé de l’extrémité d’entrée (15a) à l’extrémité de sortie (15b) lorsque le rotor (17) tourne selon un premier sens de rotation et pour définir un deuxième sens de circulation de fluide dirigé de l’extrémité de sortie (15b) à l’extrémité d’entrée (15a) lorsque le rotor (17) tourne selon un deuxième sens de rotation qui est opposé au premier sens de rotation. Pompe (10) à flux axial selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque pale (21) est définie par une ligne de cambrure (213) et par une ligne de corde (211) et est configurée de telle sorte que sa ligne de cambrure (213) est confondue avec sa ligne de corde (211). Pompe (10) à flux axial selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque pale (21) possède un angle de calage (α) variable le long d’une direction parallèle à l’axe de symétrie (S), l’angle de calage (α) correspondant à l’angle que forme la ligne de corde (211) avec un plan perpendiculaire à l’axe de rotation (X) du rotor (17), et en ce que l’angle de calage (α) est compris entre 0° et 30°. Pompe (10) à flux axial selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’au moins un aimant permanent (18) est surmoulé avec le rotor (17). Pompe (10) à flux axial selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’au moins un aimant permanent (18) est obtenu par frittage de particules possédant des propriétés magnétiques. Pompe (10) à flux axial selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l’au moins un aimant permanent (18) est formé d’une matrice en matière plastique incorporant des particules possédant des propriétés magnétiques. Pompe (10) à flux axial selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator (19) intègre une carte électronique (193) destinée au contrôle de l’au moins une bobine (191). Pompe (10) à flux axial selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de pompe (12) comporte une tubulure d’entrée (14a) en communication fluidique avec l’extrémité d’entrée (15a) de l’alésage central (13) et une tubulure de sortie (14b) en communication fluidique avec l’extrémité de sortie (15b) de l’alésage central (13). Pompe (10) à flux axial selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de pompe (12) est munie d’une cavité annulaire (16) périphérique destinée à loger au moins partiellement le stator (19), ladite cavité annulaire (16) étant fermée par une plaque d’extrémité (194) solidaire du stator (19).