EP3475572B1 - Pompe a fluide motorisee - Google Patents

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EP3475572B1
EP3475572B1 EP17731173.5A EP17731173A EP3475572B1 EP 3475572 B1 EP3475572 B1 EP 3475572B1 EP 17731173 A EP17731173 A EP 17731173A EP 3475572 B1 EP3475572 B1 EP 3475572B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
guiding
stator assembly
pump
cavity
Prior art date
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Active
Application number
EP17731173.5A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3475572A1 (fr
Inventor
Jonas Monnin
Daniel Sigg
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Sonceboz Automotive SA
Original Assignee
Sonceboz Automotive SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Sonceboz Automotive SA filed Critical Sonceboz Automotive SA
Publication of EP3475572A1 publication Critical patent/EP3475572A1/fr
Application granted granted Critical
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Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/30—Casings or housings

Definitions

  • the invention relates to the field of electric pumps intended to manage the flow of fluid. More particularly, it relates to motorized pumps whose active pumping member, for example vane pump or internal gear pump, is located inside the rotor of the electric motor.
  • active pumping member for example vane pump or internal gear pump
  • the present invention relates more particularly to the field of automotive vacuum pumps.
  • Automobiles require the presence of a vacuum pump, in particular to enable the operation of components such as the brake booster or various gas circulation valves (turbo for example). In the majority of cases, this vacuum pump remains continuously driven by the automobile's internal combustion engine. This has the disadvantage of a continuous loss of energy at the motor level, even when this vacuum pump is not used.
  • vacuum pumps are often vane type pumps where the pumping member is rotating, eccentric in relation to the pump body.
  • EP1566545A2 discloses a motorized fluid pump according to the preamble of claim 1.
  • the object of the invention is to propose a motorized fluid pump comprising a pump body, an internal pump rotor, an electric motor formed of a wound stator assembly and an external rotor driven by the wound stator assembly, said internal pump rotor being movable in rotation inside the volume of the external rotor, said internal rotor being driven by the external rotor characterized in that the stator assembly is overmolded in a plastic material forming a first cavity for axial and radial guidance of the internal rotor and a first cavity for axial and radial guidance of the external rotor.
  • the pump body has a fluid inlet and outlet as well as circulation channels for said fluid and it is produced in the overmolding of the stator assembly.
  • the pump comprises a cover which has a second cavity for guiding the internal rotor and a second cavity for guiding the external rotor.
  • the pump body has a fluid inlet and outlet as well as circulation channels for said fluid and it is an element attached to the stator assembly. It then has a second cavity for guiding the internal rotor and a second cavity for guiding the external rotor.
  • the rotors can be guided by guide bearings inserted in at least one of said cavities to ensure a sliding surface cooperating with a sliding surface, respectively, of the internal rotor and/or of the external rotor. It can also be produced inside said cavities for guiding the internal rotor and guiding the external rotor by means of sliding surfaces cooperating with sliding surfaces, respectively, of the internal rotor and the external rotor.
  • the cover can be made of plastic material and welded to the overmolded assembly, ensuring the sealing of the pump.
  • the overmolding can advantageously present at least one lug for indexing the pump body on the overmolded stator.
  • the overmolding includes a set of electrical connection tracks connecting the wound stator to a connector opening onto the exterior of the overmolding.
  • FIG. 1 represents an external view of the pump (1) according to an exemplary embodiment.
  • the pump (1) consists, seen from the outside, of a molded stator assembly (2) assembled on a pump body (3).
  • the pump (1) comprises a connector (21) which extends outside the volume defined by the pump body (3), as well as fixing holes (22), typically three in number, to ensure the fixing of the pump on the external interface (not shown) receiving the pump (1).
  • FIG 2 represents the body of the pump (3) which includes the fluid inlet (4) and outlet (5) channels as well as circulation channels for said fluid (not shown).
  • the pump body (3) also comprises a first inner rotor guide cavity (6) and a first outer rotor guide cavity (7), the cavities being cylindrical and the first outer rotor guide cavity (7) being of a diameter generally greater than that of the first guide cavity of the internal rotor (6), as well as a groove (8) for placing an O-ring type seal (9) used to guarantee sealing between the pump body (3) and the overmolded stator assembly (2).
  • FIG. 3 represents a sectional view of the overmolded stator assembly (2) from which its constituents can be distinguished: the electrical coils (12), the sheets (13) of the magnetic circuit, the electrical connection tracks (14) as well as the connector (21 ).
  • the overmolding comprises in its center a second cavity for guiding the internal rotor (15) and a second cavity for guiding the external rotor (16), the cavities being cylindrical and the second cavity for guiding the external rotor (16) being of a diameter generally greater than that of the second guide cavity of the internal rotor (15). It also includes two indexing lugs (11) made directly with the overmolding material, or alternatively by additional attached parts.
  • FIGS. 4a and 4b represent two possible rotor execution variants depending on the type of pumping element chosen.
  • the first variant ( figure 4a ) represents an execution using a vane pump formed by an external rotor (17) on which the magnet (18) of the motor is assembled.
  • the outer rotor (17) is provided with a notch (25) in which there is a vane (19) which drives the inner rotor (20).
  • the second variant ( figure 4b ) represents an execution using a pumping element with internal gearing formed of an external rotor (17) provided with internal teeth on which the magnet (18) of the motor is assembled.
  • the internal rotor (20) has teeth which mesh with the internal teeth of the external rotor (17).
  • the internal rotor (20) is the rotor used directly for compressing the fluid
  • the external rotor (17) is the rotor of the electric motor, rotating the internal rotor (20).
  • THE figures 5a and 5b show the two variants of pumps described previously, respectively with vanes and with internal gearing, integrated into the overmolded stator assembly (2).
  • the internal rotor (20) is guided by the first and second guide cavities (6 and 15), the external rotor (17) being guided by the first and second cavities guide (7 and 16).
  • the overmolded stator assembly (2) and the pump body (3) are joined by screws (24). Sealing is ensured by crushing the seal (9) during assembly. In order to ensure optimized guidance, suitable production tolerances must be ensured between the overmolded stator assembly (2) and the pump body (3).
  • FIG. 7 presents an economical and compact alternative embodiment in which the pump body (3), which includes the fluid inlet (4) and outlet (5) channels as well as circulation channels for said fluid, is directly included in the overmolding extended from the stator.
  • the entirely overmolded construction thus formed makes it possible to envisage closing the pump by a simple cover (23) welded to the overmolded stator assembly (2), cover (23) comprising the second cavities (15, 16) of guiding the internal (20) and external (17) rotor. In this case, the use of a seal is not necessary.
  • the guidance of the internal (20) and external (17) rotors is carried out by the guide cavities (6, 7, 15, 16) at the interface of the respective cylindrical sliding surfaces. It may be considered to use bearings (not shown) attached inside the guide cavities (6, 7, 15, 16) to possibly improve the guide function by limiting friction during rotations.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Rotary Pumps (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • L'invention se rapporte au domaine des pompes électriques destinées à gérer le flux de fluide. Plus particulièrement, elle se rapporte aux pompes motorisées dont l'organe de pompage actif, par exemple pompe à palettes ou pompe à engrenage interne, est situé à l'intérieur du rotor du moteur électrique.
  • De manière préférentielle mais non limitative, la présente invention concerne plus particulièrement le domaine des pompes à vide automobile.
  • Les automobiles nécessitent la présence d'une pompe à vide, notamment pour permettre le fonctionnement d'organes tels que le servofrein ou différentes vannes de circulation de gaz (turbo par exemple). Cette pompe à vide reste dans la majorité des cas entrainée en continu par le moteur à explosion de l'automobile. Cela présente le désavantage d'une perte d'énergie continue au niveau du moteur, même quand cette pompe à vide n'est pas utilisée.
  • Dans le but de diminuer ces pertes d'énergie en continu, afin de diminuer notamment les émissions CO2 qui y sont liés, il peut être intéressant d'actionner cette pompe à vide de manière discontinue en fonction du besoin, le bilan énergétique s'en trouvant ainsi amélioré. De plus, l'utilisation de plus en plus fréquente de véhicules hybrides, ne présentant pas de rotation continue du moteur d'entrainement du véhicule, implique nécessairement un entrainement autonome. Pour ce faire, l'utilisation d'un moteur électrique commandé est ainsi particulièrement adaptée.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
  • Ces pompes à vide sont souvent des pompes de type à palettes où l'organe de pompage est en rotation, excentré par rapport au corps de pompe.
  • Il existe déjà des pompes à vide ou fluide motorisées qui permettent l'entrainement de l'organe de pompage par un moteur électrique. Par exemple, le document WO2015198224 présente une telle pompe dont le rotor extérieur, celui du moteur électrique, entraîne un rotor intérieur excentré, celui de l'organe de pompage, par l'intermédiaire astucieux d'un arbre pivotant lié aux deux rotors, afin de permettre le fonctionnement de la pompe à palettes.
  • On retrouve le même type de pompes motorisées dans les documents DE102006058980 , WO2009121517 ou WO2010096924 , cités à titre d'exemples non limitatifs.
  • Le document EP1566545A2 divulgue une pompe à fluide motorisée selon le préambule de la revendication 1.
  • Les pompes de ce type présentent toujours le challenge d'assurer une bonne étanchéité et une bonne efficacité de compression par le respect de tolérances mécaniques axiales fines entre les éléments tournants et les éléments guidants.
  • Pour ce faire, l'ensemble des documents de l'art antérieur présente toujours un stator de moteur électrique, un rotor externe (celui du moteur électrique), un rotor interne (celui de l'élément de pompage) et des flasques de guidage assurant, en regard avec les éléments en rotation, l'étanchéité et la bonne efficacité de compression.
  • Néanmoins, on peut formuler plusieurs critiques sur cet assemblage. Tout d'abord, le nombre de composants différents est important ce qui nécessite un assemblage et un coût de réalisation importants. De plus, pour des raisons économiques et mécaniques, le choix des matériaux impose des rotors métalliques, généralement en acier allié, et des flasques en aluminium. Les éléments rotoriques tournant dans les flasques aluminiums imposent, par de mauvais coefficients de frottement intrinsèque, un lubrifiant, le plus souvent de l'huile.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Il est dans l'objet de l'invention que de proposer une pompe à fluide motorisée simplifiée, limitant le nombre d'éléments nécessaires et favorisant une limitation des efforts de frottement.
  • Il est ainsi proposé la possibilité de réaliser un surmoulage du stator du moteur électrique incluant les guidages des rotors interne et externe.
  • Il est aussi dans l'objet de l'invention de proposer la possibilité de réaliser le corps de pompe dans ledit surmoulage afin de réaliser un ensemble encore plus compact et limitant d'autant le nombre de composants nécessaires.
  • Plus particulièrement, l'objet de l'invention est de proposer une pompe à fluide motorisée comprenant un corps de pompe, un rotor interne de pompe, un moteur électrique formé d'un ensemble statorique bobiné et d'un rotor externe entrainé par l'ensemble statorique bobiné, ledit rotor interne de pompe étant mobile en rotation à l'intérieur du volume du rotor externe, ledit rotor interne étant entrainé par le rotor externe caractérisée en ce que l'ensemble statorique est surmoulé dans une matière plastique formant une première cavité de guidage axial et radial du rotor interne et une première cavité de guidage axial et radial du rotor externe.
  • Selon une première variante, le corps de pompe présente une entrée et une sortie de fluide ainsi que des canaux de circulation dudit fluide et il est réalisé dans le surmoulage de l'ensemble statorique. Cette solution permet de limiter le nombre de pièces nécessaires à la pompe.
  • Dans ce cas, la pompe comprend un couvercle qui présente une deuxième cavité de guidage du rotor interne et une deuxième cavité de guidage du rotor externe.
  • Selon une deuxième variante, le corps de pompe présente une entrée et une sortie de fluide ainsi que des canaux de circulation dudit fluide et il est un élément rapporté sur l'ensemble statorique. Il présente alors une deuxième cavité de guidage du rotor interne et une deuxième cavité de guidage du rotor externe.
  • Le guidage des rotors peut être réalisé par des paliers de guidage insérés dans au moins une desdites cavités pour assurer une surface de glissement coopérant avec une surface de glissement, respectivement, du rotor interne et/ou du rotor externe. Il peut aussi être réalisé à l'intérieur desdites cavités de guidage du rotor interne et de guidage du rotor externe par le biais de surfaces de glissement coopérant avec des surfaces de glissement, respectivement, du rotor interne et du rotor externe.
  • Lorsque le corps de pompe est réalisé dans le surmoulage, le couvercle peut être en matière plastique et soudé à l'ensemble surmoulé, assurant l'étanchéité de la pompe.
  • Lorsque le corps de pompe est rapporté sur l'ensemble statorique, un joint d'étanchéité est disposé à l'interface du corps de pompe et du stator surmoulé. Dans ce mode de réalisation rapporté, le surmoulage peut avantageusement présenter au moins un ergot d'indexation du corps de pompe sur le stator surmoulé.
  • De manière générique et préférentielle, le surmoulage englobe un ensemble de pistes de connexion électrique reliant le stator bobiné à un connecteur débouchant sur l'extérieur du surmoulage.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture qui suit d'exemples de réalisation détaillés, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement :
    • la figure 1, une vue de face d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 2, une vue de côté isolée du corps de la pompe selon le premier mode de réalisation,
    • la figure 3, une vue en coupe de l'ensemble statorique surmoulé, selon le premier mode de réalisation,
    • les figures 4a et 4b, des vues de côté isolées du rotor extérieur et intérieur de la pompe dans des exemples de réalisation, respectivement, selon une réalisation à palettes pour la figure 4a et à engrenage interne pour la figure 4b,
    • les figures 5a et 5b, des vues des dispositifs des figures 4a et 4b assemblés dans le stator surmoulé de la figure 3,
    • la figure 6, une vue en coupe du dispositif de la figure 1.
    • la figure 7, une vue en coupe d'une variante d'exécution de la pompe où le surmoulage de la partie statorique englobe le corps de pompe.
    DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
  • La figure 1 représente une vue externe de la pompe (1) selon un exemple de réalisation. La pompe (1) est constituée, vue de l'extérieur, d'un ensemble statorique (2) surmoulé assemblé sur un corps de pompe (3). La pompe (1) comprend un connecteur (21) qui s'étend hors du volume défini par le corps de pompe (3), ainsi que des trous de fixation (22), typiquement au nombre de trois, pour assurer la fixation de la pompe sur l'interface extérieure (non montrée) recevant la pompe (1).
  • La figure 2 représente le corps de la pompe (3) qui comporte les canaux d'entrée (4) et de sortie (5) du fluide ainsi que des canaux de circulation dudit fluide (non montrés). Le corps de pompe (3) comporte également une première cavité de guidage du rotor interne (6) et une première cavité de guidage du rotor externe (7), les cavités étant cylindriques et la première cavité de guidage du rotor externe (7) étant d'un diamètre généralement supérieur à celui de la première cavité de guidage du rotor interne (6), ainsi qu'une gorge (8) de placement pour un joint de type O-ring (9) servant à garantir l'étanchéité entre le corps de pompe (3) et l'ensemble statorique (2) surmoulé. Deux logements (10), débouchants à la surface en contact avec l'ensemble statorique (2) surmoulé, permettent d'accueillir des ergots (11) de positionnement présents sur l'ensemble statorique (2) surmoulé afin de garantir une indexation précise du corps de pompe (3) avec l'ensemble statorique (2) surmoulé. L'indexation précise peut aussi être réalisée par un seul ergot (11) et par le corps de pompe (3).
  • La figure 3 représente une vue en coupe de l'ensemble statorique (2) surmoulé dont on distingue ses constituants : les bobines électriques (12), les tôles (13) du circuit magnétique, les pistes de connexion électriques (14) ainsi que le connecteur (21). Le surmoulage comporte en son centre une seconde cavité de guidage du rotor interne (15) et une seconde cavité de guidage du rotor externe (16), les cavités étant cylindriques et la seconde cavité de guidage du rotor externe (16) étant d'un diamètre généralement supérieur à celui de la seconde cavité de guidage du rotor interne (15). Il comporte également deux ergots (11) d'indexation réalisés directement avec la matière du surmoulage, ou alternativement par des pièces additionnelles rapportées.
  • Les figures 4a et 4b représentent deux variantes d'exécution possible de rotor selon le type de l'élément de pompage choisi. La première variante (figure 4a) représente une exécution employant une pompe à palettes formée d'un rotor externe (17) sur lequel est assemblé l'aimant (18) du moteur. Le rotor extérieur (17) est muni d'une encoche (25) dans laquelle se trouve une palette (19) qui entraine le rotor interne (20).
  • La seconde variante (figure 4b) représente une exécution employant un élément de pompage à engrenage interne formé d'un rotor externe (17) muni d'une denture intérieure sur lequel est assemblé l'aimant (18) du moteur. Le rotor interne (20) comporte une denture qui engrène avec la denture intérieure du rotor externe (17).
  • Dans tous les cas de réalisation envisageables, le rotor interne (20) est le rotor servant directement à la compression du fluide, et le rotor externe (17) est le rotor du moteur électrique, entrainant en rotation le rotor interne (20).
  • Les figures 5a et 5b montrent les deux variantes de pompes décrites précédemment, respectivement à palettes et à engrenage interne, intégrés dans l'ensemble statorique (2) surmoulé. Comme on l'apprécie sur la figure 6, prenant l'exemple d'une réalisation d'une pompe à palettes, le rotor interne (20) est guidé par les première et seconde cavités de guidage (6 et 15), le rotor externe (17) étant guidé par les première et seconde cavités de guidage (7 et 16). La solidarisation de l'ensemble statorique (2) surmoulé et du corps de pompe (3) est réalisé par des vis (24). L'étanchéité est assurée par l'écrasement du joint (9) lors de l'assemblage. Afin d'assurer un guidage optimisé, il convient d'assurer des tolérances de réalisation adaptées entre l'ensemble statorique (2) surmoulé et le corps de pompe (3).
  • La figure 7 présente une réalisation alternative économique et compacte dans laquelle le corps de pompe (3), qui comporte les canaux d'entrée (4) et de sortie (5) du fluide ainsi que des canaux de circulation dudit fluide, est directement inclut dans le surmoulage étendu du stator. De plus, la réalisation entièrement surmoulée ainsi formée permet d'envisager une fermeture de la pompe par un simple couvercle (23) soudé à l'ensemble statorique (2) surmoulé, couvercle (23) comprenant les secondes cavités (15, 16) de guidage du rotor interne (20) et externe (17). Dans ce cas, l'utilisation d'un joint d'étanchéité n'est alors pas nécessaire.
  • Dans les figures précédentes, le guidage des rotors interne (20) et externe (17) est réalisé par les cavités de guidage (6, 7, 15, 16) à l'interface des surfaces de glissement cylindriques respectives. Il peut être envisagé d'utiliser des paliers (non montrés) rapportés à l'intérieur des cavités de guidage (6, 7, 15, 16) pour éventuellement améliorer la fonction de guidage en limitant le frottement lors des rotations.

Claims (10)

  1. Pompe à fluide motorisée (1) comprenant un corps de pompe (3), un rotor interne (20) de pompe, un moteur électrique formé d'un ensemble statorique (2) bobiné et d'un rotor externe (17) entrainé par l'ensemble statorique (2) bobiné, ledit rotor interne (20) de pompe étant mobile en rotation à l'intérieur du volume du rotor externe (17), ledit rotor interne (20) étant entrainé par le rotor externe (17) caractérisée en ce qu'un surmoulage de l'ensemble statorique (2) est réalisé dans une matière plastique formant une première cavité de guidage axial et radial du rotor interne (6) et une première cavité de guidage axial et radial du rotor externe (7).
  2. Pompe à fluide motorisé selon la revendication 1 caractérisée en ce que le corps de pompe (3) présente une entrée (4) et une sortie (5) de fluide ainsi que des canaux de circulation dudit fluide et en ce qu'il est réalisé dans le surmoulage de l'ensemble statorique (2).
  3. Pompe à fluide motorisé selon la revendication 1 caractérisée en ce que le corps de pompe (3) présente une entrée (4) et une sortie de fluide (5) ainsi que des canaux de circulation dudit fluide, en ce qu'il est un élément rapporté sur l'ensemble statorique (2) et en ce qu'il présente une deuxième cavité de guidage du rotor interne (15) et une deuxième cavité de guidage du rotor externe (16).
  4. Pompe à fluide motorisé selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle comprend un couvercle (23) qui présente une deuxième cavité de guidage du rotor interne (15) et une deuxième cavité de guidage du rotor externe (16).
  5. Pompe à fluide motorisé selon l'une des revendications 3 ou 4 caractérisée en ce que des paliers de guidage sont insérés dans au moins une desdites cavités (6, 7, 15, 16) pour assurer une surface de glissement coopérant avec une surface de glissement, respectivement, du rotor interne (20) et/ou du rotor externe (17).
  6. Pompe à fluide motorisé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 caractérisée en ce que lesdites cavités de guidage du rotor interne (6, 15) et de guidage du rotor externe (7, 16) présentent des surfaces de glissement coopérant avec des surfaces de glissement, respectivement, du rotor interne (20) et du rotor externe (17).
  7. Pompe à fluide motorisé selon la revendication 4 caractérisée en ce que le couvercle (23) en matière plastique est soudé à l'ensemble surmoulé, assurant l'étanchéité de la pompe (1).
  8. Pompe à fluide motorisé selon la revendication 3 caractérisée en ce qu'un joint d'étanchéité (9) est disposé à l'interface du corps de pompe (3) et de l'ensemble statorique (2) dans une gorge (8).
  9. Pompe à fluide motorisé selon la revendication 3 caractérisée en ce que le surmoulage présente au moins un ergot d'indexation (11) du corps de pompe (3) sur l'ensemble statorique (2).
  10. Pompe à fluide motorisé selon la revendication 1 caractérisée en ce que le surmoulage englobe un ensemble de pistes de connexion électrique (14) reliant l'ensemble statorique (2) à un connecteur (21) débouchant sur l'extérieur du surmoulage.
EP17731173.5A 2016-06-27 2017-06-22 Pompe a fluide motorisee Active EP3475572B1 (fr)

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