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REVENDICATIONS
1. Pompe rotative à pistons différentiels, comprenant une conduite dont la forme intérieure est une boucle, et qui est pourvue d'une entrée et d'une sortie qui délimitent deux branches composant la boucle, caractérisée en ce que les deux branches ont des volumes différents, de façon que l'effet de pompage soit obtenu par différence des volumes déplacés par deux pistons qui empruntent successivement les deux branches.
2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pistons sont déformables et réalisés à partir d'un liquide contenant des particules d'un matériau ferromagnétique en suspension.
3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que la boucle de forme pratiquement circulaire a une section de surface constante et que la différence de volume de ses deux branches provient de leur longueur inégale.
4. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux branches sont de longueur égale, la différence de leur volume provenant de leur section différente.
5. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que les pistons sont mus par action magnétique à distance produite par un système à aimant(s) tournant le long de la conduite.
6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'axe de rotation du systéme magnétique est perpendiculaire au plan de la boucle et passe au voisinage immédiat de la ligne joignant les orifices d'entrée et de sortie.
7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le système magnétique est situé d'un côté du plan équatorial de la boucle et que, de l'autre côté de ce plan, se trouve un support réalisé en matériau ferromagnétique.
8. Procédé de fabrication de la pompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux branches sont réalisées en creusant des canaux sur une surface plane et en les couvrant ensuite par une piéce assurant l'étanchéité.
9. Procédé de fabrication de la pompe selon la revendication 8, caractérisé en ce que les canaux sont creusés par attaque photolithographique.
La présente invention a pour objet une pompe rotative à pistons différentiels.
Les pompes rotatives classiques ont l'avantage d'une certaine simplicité et leur entraînement par moteur est facile. Malheureusement, elles se prêtent mal à un dosage volumétrique précis.
La pompe à piston classique permet le dosage précis mais l'entraînement mécanique du piston est moins simple.
L'invention a pour but d'allier à la simplicité de la pompe rotative la précision de la pompe à piston.
La pompe selon l'invention, comprenant une conduite dont la forme intérieure est une boucle, et qui est pourvue d'une entrée et d'une sortie qui délimitent deux branches composant la boucle, est caractérisée en ce que les deux branches ont des volumes différents, de façon que l'effet de pompage soit obtenu par différence des volumes déplacés par deux pistons qui empruntent successivement les deux branches.
Ces pistons peuvent être mus par action magnétique à distance d'un ou de plusieurs aimants fixés sur un support tournant, de façon que deux zones limitées, où le champ magnétique a une valeur élevée, se déplacent le long de la conduite, entraînant ainsi les pistons réalisés en matériau ferromagnétique.
Dans un mode d'exécution préféré, les pistons sont déformables et réalisés à partir d'un liquide contenant de petites particules d'un matériau ferromagnétique en suspension. Cette solution présente l'avantage d'un faible frottement des pistons dans la conduite. Cela est particuliérement intéressant pour les petites pompes où, du fait des faibles dimensions, les forces de frottement deviennent relativement importantes par rapport aux forces motrices. Par ailleurs, des pistons solides de petites dimensions sont difficiles à fabriquer et à mettre en place. Ce problème n'existe pas avec des pistons liquides.
La solution pistons liquides semble même être la seule concevable pour des sections de l'ordre du millimètre carré ou moins. L'utilisation de liquide à particules ferromagnétiques se justifie par la possibilité de s'en procurer sur le marché. Il existe plusieurs fournisseurs et les propriétés de ces liquides sont connues de l'homme de métier.
Pour fabriquer cette pompe, une méthode possible consiste à creuser des canaux à la surface d'une pièce plane et à les recouvrir ensuite par une deuxième pièce présentant une surface plane en regard des canaux.
Pour assurer l'étanchéité de ce montage, une solution simple peut être de coller les pièces entre elles. Cette méthode a l'avantage qu'il est relativement facile de travailler des surfaces planes et que l'on peut donner ainsi aux canaux des formes très diverses.
Pour obtenir un fonctionnement correct de la pompe selon l'invention, il faut que les pistons arrivent toujours simultanément au niveau des orifices respectivement d'entrée et de sortie. Cela s'obtient en disposant le système à aimant(s) tournant de façon que les centres des zones à champ élevé (centres des pistons) et l'axe dudit système soient dans un même plan, et qu'en outre cet axe coupe la ligne joignant les centres des orifices d'entrée et de sortie.
Dans la pratique, il suffit qu'il passe à son voisinage.
Afin de renforcer le champ, un support plan en matériau ferromagnétique peut être placé contre la pièce plane où sont creusés les canaux, du côté opposé au système d'aimant(s) tournant. Ce support peut être d'un côté ou de l'autre de la plaque. Selon les cas, il peut être utilisé pour fermer les canaux.
Afin d'obtenir un débit régulier exempt de pulsations, il suffit que les volumes déplacés par les pistons soient proportionnels à l'angle de rotation du support d'aimant. Dans la forme d'exécution préférée précitée, cela s'obtient par une conduite circulaire dont les branches sont de longueur égale et de sections constantes, mais différentes, et dont le centre est sur l'axe de rotation du support d'aimant.
Il y a deux moyens simples de réaliser des branches de sections constantes, mais différentes: dans la forme d'exécution préférée, les canaux sont de même profondeur, mais de largeur différente, ce qui permet de les réaliser en une seule opération soit par fraisage, soit par photolithographie.
Dans une autre forme d'exécution, leur largeur est identique, les profondeurs diffèrent. Cela nécessite une opération de plus, mais est un peu plus rapide par fraisage.
Enfin, une autre forme d'exécution est facile à réaliser par fraisage ou photolithographie: branches de sections constantes et égales, mais de longueur inégale. L'inconvénient de cette exécution est une fluctuation de débit. Toutefois, cette fluctuation est tolérable si la différence des longueurs est faible, ce qui rend cette forme intéressante pour les petits débits.
Ces trois dernières formes d'exécution peuvent être réalisées par photolithographie, ce qui les rend particulièrement intéressantes pour les très faibles débits. On peut ainsi arriver à 0,01 mm3 par tour.
La technique de la photolithographie étant connue, nous ne la décrivons pas.
Les figures des dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de l'invention:
la fig. 1 est une coupe schématique à travers la conduite d'une forme d'exécution à pistons déformables ou indéformables;
la fig. 2 est une coupe schématique à travers la conduite d'une exécution préférée;
la fig. 3 est une autre coupe de la conduite représentée à la fig. 2;
la fig. 4 est un dessin schématique d'ensemble de la forme d'exécution préférée;
la fig. 5 montre en coupe une autre forme d'exécution de la conduite;
la fig. 6 représente de façon schématique le système d'aimants tournant et la conduite d'une forme d'exécution préférée;
la fig. 7 précise la position des aimants de la fig. 6;
la fig. 8 montre une autre forme d'exécution du système à aimant tournant réalisée à partir d'un aimant unique;
la fig. 9 montre un autre positionnement des orifices d'entrée et de sortie.
Les figures montrent la conduite 1 en forme de boucle avec son entrée 2 et sa sortie 3 et ses deux branches 4, 5 de volumes différents parcourues par les pistons 6.
Lorsque les pistons 6 se déplacent dans le sens indiqué sur la fig. 1, le piston qui est dans la branche 5 refoule le volume V5 de cette branche. Le piston qui est dans la branche 4 refoule, lui, le volume V4 de cette dernière. La différence V5-V4 des volumes est aspirée à l'entrée 2 et refoulée à la sortie 3.
Continuant leur déplacement, les pistons changent de branche, et ainsi de suite.
Le volume pompé V5-V4 est d'autant plus faible que les volumes des branches sont voisins. A la limite, si les branches ont même volume, le débit est nul. On voit ici l'avantage de ce mode de pompage qui permet des débits très faibles, même avec des pistons volumineux.
Les pistons 6 sont entraînés par le champ magnétique du système à aimant(s) 9 qui tourne le long de la conduite 1. Ce système 9 peut fonctionner avec, par exemple, deux aimants disposés comme le montrent les fig. 6 et 7. Les aimants 10 sont ici au voisinage immédiat de la conduite.
Le système peut également fonctionner avec un seul aimant 10, placé par exemple comme le montre la fig. 8. Dans ce dernier cas, le support d'aimant est en un matériau ferromagnétique et il conduit le flux magnétique.
Lorsque les branches 4, 5 sont de section différente, comme représenté sur la fig. 2, les pistons 6 peuvent se déformer pour passer d'une branche à l'autre. Cette déformation peut être plus ou moins importante selon les cas et, à cet effet, les pistons peuvent être partiellement ou totalement en liquide ferromagnétique.
La pièce 8 assurant la fermeture des canaux qui est visible sur la fig. 3 peut être réalisée en un matériau ferromagnétique.
Enfin, le support 13 visible sur la fig. 4 peut aussi être en un matériau ferromagnétique. La fig. 4 montre aussi le moteur 12 d'entraînement et son arbre 11 qui fait tourner le système à aimant(s) 9.
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CLAIMS
1. Rotary differential piston pump, comprising a pipe whose internal shape is a loop, and which is provided with an inlet and an outlet which delimit two branches making up the loop, characterized in that the two branches have volumes different, so that the pumping effect is obtained by difference of the volumes moved by two pistons which successively pass through the two branches.
2. Pump according to claim 1, characterized in that the pistons are deformable and produced from a liquid containing particles of a ferromagnetic material in suspension.
3. Pump according to claim 2, characterized in that the loop of substantially circular shape has a constant surface section and that the difference in volume of its two branches comes from their unequal length.
4. Pump according to claim 2, characterized in that the two branches are of equal length, the difference in their volume coming from their different section.
5. Pump according to claim 2, characterized in that the pistons are driven by remote magnetic action produced by a magnet system (s) rotating along the pipe.
6. Pump according to claim 5, characterized in that the axis of rotation of the magnetic system is perpendicular to the plane of the loop and passes in the immediate vicinity of the line joining the inlet and outlet orifices.
7. Pump according to claim 6, characterized in that the magnetic system is located on one side of the equatorial plane of the loop and that, on the other side of this plane, is a support made of ferromagnetic material.
8. A method of manufacturing the pump according to claim 1, characterized in that the two branches are produced by digging channels on a flat surface and then covering them with a piece ensuring sealing.
9. A method of manufacturing the pump according to claim 8, characterized in that the channels are dug by photolithographic attack.
The present invention relates to a rotary pump with differential pistons.
Conventional rotary pumps have the advantage of a certain simplicity and their motor drive is easy. Unfortunately, they do not lend themselves to precise volumetric dosing.
The classic piston pump allows precise dosing but the mechanical drive of the piston is less simple.
The invention aims to combine the simplicity of the rotary pump with the precision of the piston pump.
The pump according to the invention, comprising a pipe whose internal shape is a loop, and which is provided with an inlet and an outlet which delimit two branches making up the loop, is characterized in that the two branches have volumes different, so that the pumping effect is obtained by difference of the volumes moved by two pistons which successively pass through the two branches.
These pistons can be moved by magnetic action at a distance from one or more magnets fixed on a rotating support, so that two limited zones, where the magnetic field has a high value, move along the pipe, thus causing the pistons made of ferromagnetic material.
In a preferred embodiment, the pistons are deformable and produced from a liquid containing small particles of a ferromagnetic material in suspension. This solution has the advantage of low friction of the pistons in the pipe. This is particularly advantageous for small pumps where, due to the small dimensions, the friction forces become relatively large compared to the driving forces. In addition, small, solid pistons are difficult to manufacture and install. This problem does not exist with liquid pistons.
The liquid pistons solution even seems to be the only conceivable for sections of the order of a square millimeter or less. The use of ferromagnetic liquid is justified by the possibility of obtaining it on the market. There are several suppliers and the properties of these liquids are known to those skilled in the art.
To make this pump, one possible method consists in digging channels on the surface of a flat part and then covering them with a second part having a flat surface opposite the channels.
To ensure the tightness of this assembly, a simple solution may be to glue the parts together. This method has the advantage that it is relatively easy to work with flat surfaces and that the channels can thus be given very diverse shapes.
To obtain correct operation of the pump according to the invention, the pistons must always arrive simultaneously at the level of the inlet and outlet orifices respectively. This is achieved by arranging the magnet system (s) rotating so that the centers of the high field areas (centers of the pistons) and the axis of said system are in the same plane, and that in addition this axis cuts the line joining the centers of the inlet and outlet ports.
In practice, it is sufficient for it to pass to its vicinity.
In order to strengthen the field, a flat support made of ferromagnetic material can be placed against the flat part where the channels are dug, on the side opposite the rotating magnet (s) system. This support can be on one side or the other of the plate. Depending on the case, it can be used to close the channels.
In order to obtain a regular flow free of pulsations, it suffices that the volumes displaced by the pistons are proportional to the angle of rotation of the magnet support. In the aforementioned preferred embodiment, this is obtained by a circular pipe whose branches are of equal length and of constant, but different sections, and whose center is on the axis of rotation of the magnet support.
There are two simple ways of making branches of constant but different sections: in the preferred embodiment, the channels are of the same depth, but of different width, which allows them to be made in a single operation either by milling , or by photolithography.
In another embodiment, their width is identical, the depths differ. This requires one more operation, but is a little faster by milling.
Finally, another embodiment is easy to produce by milling or photolithography: branches of constant and equal sections, but of unequal length. The disadvantage of this execution is a fluctuation in flow. However, this fluctuation is tolerable if the length difference is small, which makes this form interesting for small flows.
These last three embodiments can be produced by photolithography, which makes them particularly advantageous for very low flow rates. We can thus arrive at 0.01 mm3 per revolution.
The photolithography technique being known, we do not describe it.
The figures of the accompanying drawings relate to exemplary embodiments of the invention:
fig. 1 is a schematic section through the pipe of an embodiment with deformable or undeformable pistons;
fig. 2 is a schematic section through the conduct of a preferred embodiment;
fig. 3 is another section of the pipe shown in FIG. 2;
fig. 4 is an overall schematic drawing of the preferred embodiment;
fig. 5 shows in section another embodiment of the pipe;
fig. 6 shows schematically the rotating magnet system and the conduct of a preferred embodiment;
fig. 7 specifies the position of the magnets in FIG. 6;
fig. 8 shows another embodiment of the rotating magnet system produced from a single magnet;
fig. 9 shows another positioning of the inlet and outlet ports.
The figures show the pipe 1 in the form of a loop with its inlet 2 and its outlet 3 and its two branches 4, 5 of different volumes traversed by the pistons 6.
When the pistons 6 move in the direction indicated in fig. 1, the piston which is in the branch 5 drives back the volume V5 of this branch. The piston which is in the branch 4 drives back the volume V4 of the latter. The difference V5-V4 in volumes is sucked in at inlet 2 and discharged at outlet 3.
Continuing their movement, the pistons change branch, and so on.
The pumped volume V5-V4 is all the lower the closer the volumes of the branches are. Ultimately, if the branches have the same volume, the flow is zero. We see here the advantage of this pumping mode which allows very low flow rates, even with large pistons.
The pistons 6 are driven by the magnetic field of the magnet system (s) 9 which rotates along the pipe 1. This system 9 can operate with, for example, two magnets arranged as shown in FIGS. 6 and 7. The magnets 10 are here in the immediate vicinity of the pipe.
The system can also operate with a single magnet 10, placed for example as shown in FIG. 8. In the latter case, the magnet support is made of a ferromagnetic material and it conducts the magnetic flux.
When the branches 4, 5 are of different section, as shown in FIG. 2, the pistons 6 can deform to pass from one branch to another. This deformation can be more or less significant depending on the case and, for this purpose, the pistons can be partially or completely in ferromagnetic liquid.
The part 8 ensuring the closing of the channels which is visible in FIG. 3 can be made of a ferromagnetic material.
Finally, the support 13 visible in FIG. 4 can also be made of a ferromagnetic material. Fig. 4 also shows the drive motor 12 and its shaft 11 which rotates the magnet system (s) 9.