FR2803184A1 - Generateur centrifuge de depression pour aspirateur - Google Patents

Abstract

Ce générateur centrifuge de dépression pour aspirateur comprend une roue à aubes (1-2) munie d'une pluralité d'aubes en spirales (2) disposées sur un disque (1, 4), centré autour d'un axe de rotation et des moyens d'entraînement pour entraîner cette roue à aubes (1-2) autour dudit axe de rotation, cette roue à aubes (1-2) étant logée dans une bâche (B) présentant une ouverture d'admission axiale (3a) et ménageant à sa périphérie une zone annulaire pour collecter l'air centrifugé par ladite roue à aubes (1-2). Avantageusement, un second disque (4, 1) définit, avec le disque (1, 4) une zone annulaire dans laquelle sont disposées les aubes (2). Cette roue à aubes (1-2) est constituée au moins partiellement de matière plastique et les moyens d'entraînement de ladite roue à aubes (1-2) sont connectés à un organe d'asservissement de sa vitesse de rotation en fonction de la température de la roue à aubes ou d'un paramètre P, cause ou effet de ladite variation. Dans une variante de réalisation, le générateur comporte une soupape d'entrée d'air asservie à la température de la roue à aubes et/ ou asservie au paramètre.

Description

GENERATEUR <B>CENTRIFUGE DE</B> DEPRESSION <B>POUR ASPIRATEUR</B> La présente invention est relative â un générateur centrifuge de dépression pour aspirateur, susceptible de créer une dépression supérieure à 20 kPa, comportant une roue à aubes munie d'une pluralité d'aubes en spirales disposées sur un disque, centrée autour d'un axe de rotation et des moyens d'entraînement pour entraîner cette roue à aubes autour dudit axe de rotation, cette roue à aubes étant logée dans une bâche présentant une ouverture d'admission axiale et ménageant à sa périphérie une zone pour collecter l'air centrifugé par ladite roue à aubes.

Les générateurs centrifuges de dépression de ce type entraînés par les moteurs d'aspirateurs sont en aluminium et sont fixés au bout d'un arbre d'entraînement. Le choix du métal et en particulier de l'aluminium est dicté par l'échauffement résultant des grandes vitesses de rotation des aubes lorsque le débit de l'air diminue, par exemple par obstruction partielle de l'entrée d'air.

Ces générateurs sont de ce fait relativement coûteux à fabriquer étant donné qu'ils sont constitués par l'assemblage de nombreuses pièces, comprenant une pluralité d'aubes en spirales fixées entre deux disques logés dans une bâche ménageant une ouverture centrale d'admission et recueillant l'air centrifugé dans une zone périphérique annulaire. Pour permettre une bonne transmission du couple de l'arbre d'entraînement et un calage perpendiculaire de la turbine sur cet arbre, le montage nécessite l'utilisation de différentes pièces d'ajustement intermédiaires.

Compte tenu de la température qui peut être atteinte dans un tel générateur centrifuge, l'utilisation de matières plastiques, notamment de matières thermoplastiques aisément injectables, voire moulables a jusqu'ici été exclue, de sorte que le coût de cette roue à aubes ne peut pratiquement pas être réduit et l'optimisation de sa forme et des épaisseurs est difficile à réaliser. Le but de la présente invention est de permettre de simplifier la fabrication et le montage d'un tel générateur sans réduire les performances globales d'aspiration, voire en les optimisant de préférence.

A cet effet, cette invention a pour objet un générateur centrifuge pour aspirateur du type susmentionné, caractérisé en ce que ladite roue à aubes est constituée au moins partiellement de matière plastique et en ce qu'il comporte des moyens pour limiter la température de ladite roue au-dessous du seuil de ramollissement de ladite matière plastique.

Les moyens de limitation de la température de ce générateur centrifuge de dépression permettent de limiter l'échauffement et d'éviter des déformations de la roue à aubes au moins partiellement en matière plastique. Le fait que les aubes soient en matière plastique permet non seulement de réduire sensiblement les coûts de fabrication, mais les formes et les épaisseurs données au générateur peuvent être mieux adaptées aux caractéristiques désirées qu'avec de la tôle d'aluminium, les techniques de moulage ou d'injection offrant une plus grande souplesse à cet égard que l'assemblage de pièces multiples en tôle d'aluminium selon l'état de la technique.

En effet, selon une variante de réalisation de l'invention, l'épaisseur des aubes est variable afin de favoriser l'écoulement d'air. Plusieurs configurations sont envisageables comme par exemple un profil en aile d'avion, c'est à dire une épaisseur plus importante en périphérie de la roue qu'au centre de celle-ci, l'augmentation de l'épaisseur du centre de la roue vers la périphérie étant réalisée progressivement, de manière continue. De telles configurations sont assez simples à réaliser par des techniques de moulage ou d'injection qu'utilise la mise en forme de matières plastiques.

Selon l'une des formes de réalisation de l'invention, la roue à aubes comporte un second disque, centré sur le premier et définissant, avec ce dernier, une zone annulaire dans laquelle sont disposées les aubes en spirales. Cette configuration permet une meilleure canalisation du flux d'air aspiré, une plus grande protection des aubes, ainsi qu'un renfort mécanique des aubes, réduisant le risque de déformation de ces dernières.

Selon une des formes de réalisation, les moyens d'entraînement de ladite roue à aubes sont connectés à des moyens d'asservissement de sa vitesse de rotation en fonction de la variation de la température de la roue à aubes ou d'un paramètre P, représentatifs de cause(s) ou d'effet(s) de ladite variation.

Selon cette forme de réalisation, la régulation de la température de la roue est réalisée par diminution de sa vitesse de rotation, engendrant ainsi un échauffement plus faible, ce qui a pour effet de limiter voire diminuer la température de la roue. La diminution de la vitesse de rotation de la turbine est un moyen simple pour diminuer l'échauffement et donc la température de la roue, tout en offrant une grande souplesse d'utilisation.

Selon une autre forme de réalisation ou en complément de la forme d'exécution précédente, le générateur centrifuge comporte une soupape d'entrée d'air dont l'ouverture est reliée à des moyens d'asservissement en fonction de la variation de la température de la roue à aubes ou d'un paramètre P, représentatifs de cause(s) ou d'effet(s) de ladite variation.

Selon cette forme d'exécution, la régulation de la température de la roue à aubes est assurée par un refroidissement réalisé par une soupape permettant une entrée d'air extérieur, le débit étant asservi à la température de la roue ou à un paramètre P lié à cette température. Cette forme de réalisation peut être utilisée comme unique moyen de régulation de la température de la roue ou en complément de la forme d'exécution précédemment décrite.

Selon l'une ou l'autre des réalisations, le paramètre P est une mesure directe ou indirecte d'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - le débit d'air dans le circuit d'aspiration, - la température de sortie d'air au niveau du moteur, - la vitesse de rotation de la roue à aubes ou l'augmentation de ladite vitesse, - la dépression d'aspiration - le courant d'appel ou la température au niveau de l'électronique de commande.

En effet, la température de la roue à aubes augmente lorsque le débit d'air aspiré diminue, suite, par exemple, à un bouchage partiel dans le circuit d'aspiration, puisqu'alors l'air se fait plus rare pour évacuer l'énergie développée notamment par frottement des aubes dans l'air. La mesure du débit peut donc donner des renseignements sur la montée potentielle possible de la température de la roue. Ce débit faible entraîne également une augmentation de la dépression d'aspiration et une augmentation de la vitesse de rotation de la roue à aubes. Cette augmentation de la vitesse est source d'un courant plus important dans l'électronique de commande et donc d'un échauffement des composants. Cette augmentation de la température peut également être déterminée par la température de sortie d'air au niveau du moteur.

Toutes ces variables peuvent être utilisées, via des capteurs appropriés, pour quantifier une augmentation potentielle ou réelle de la température de la roue à aubes.

Avantageusement, un desdits disques de ladite roue à aubes présente la forme d'un disque métallique plat dont une face porte lesdites aubes en spirales en plastique et dont l'autre face porte des aimants permanents et sert de rotor associé à un stator d'un moteur électrique axial d'entraînement de ladite roue à aubes.

Cette variante permet de réaliser une intégration du générateur à son moteur d'entraînement. De plus, le disque métallique auquel sont associées les aubes en plastique constitue un support pour les aubes en plastique réduisant les risques de déformation et permet de réduire l'échauffement du générateur en évacuant une certaine proportion de la chaleur par conduction à travers le disque métallique. Ce disque métallique faisant partie du moteur d'entraînement des aubes, il remplit simultanément deux fonctions et permet de réduire le nombre de pièces. De préférence, lesdites aubes sont surmoulées sur ledit disque métallique. Selon cette variante, non seulement le disque métallique du rotor du moteur d'entraînement sert à faciliter l'évacuation de chaleur du générateur centrifuge, mais il forme un support non déformable auquel les aubes en plastique sont intégrées.

Avantageusement, ladite matière plastique dont est constituée au moins en partie ladite roue à aubes est une matière thermoplastique.

L'utilisation de matière thermoplastique est avantageuse pour des questions de mise en oeuvre plus facile et plus rapide que les plastiques thermodurcissables. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques formes d'exécutions du générateur centrifuge pour aspirateur objet de la présente invention, décrites ci- après, à titre d'exemple nullement limitatif et illustrées schématiquement dans les figures annexées dans lesquelles - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une première forme d'exécution, - la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'une deuxième forme d'exécution, - la figure 3 est une vue en perspective éclatée d'un générateur selon l'une des formes d'exécutions précédentes avec le rotor d'un moteur d'entraînement, - la figure 4 est une vue en perspective du rotor d'un moteur d'entraînement avec une autre forme d'exécution du générateur centrifuge, - la figure 5 est une vue en perspective d'une autre variante, - la figure 6 est un schéma-bloc du système d'asservissement, - la figure 7 est une vue en coupe d'une roue à aubes selon une réalisation avantageuse de l'invention.

Toutes les formes d'exécutions du générateur centrifuge de dépression illustrées, comportent essentiellement une roue à aubes comprenant un disque de base plat 1, des aubes en spirales 2, disposées en anneau sur ce disque de base 1 et ménageant au centre un espace circulaire libre. Selon une forme d'exécution de l'invention, la roue comporte un deuxième disque sous la forme d'un chapeau 4 recouvrant les aubes en spirales 2 et traversé par une ouverture axiale 3 dont le diamètre correspond à celui de l'espace circulaire libre du disque de base 1. Selon cette configuration, la forme de ce chapeau 4 épouse celle des aubes en spirales 2 qui sont avantageusement plus hautes au centre qu'à leur périphérie.

La roue à aubes est logée dans une bâche B dont le rôle est d'admettre l'air par une ouverture d'admission 3a côincidant avec l'ouverture axiale 3 du chapeau 4 et/ou l'espace circulaire libre du disque de base 1 et de recueillir l'air centrifugé sortant à la périphérie de la roue à aubes, dans une zone annulaire séparant ladite roue à aubes de la périphérie de la bâche B.

Selon l'invention, les aubes en spirales 2 sont en matière plastique, avantageusement en matière thermoplastique, et sont moulées ou injectées avec le disque de base 1 lorsque la roue ne dispose pas d'un deuxième disque sous la forme d'un chapeau 4.

Lorsqu'un chapeau est présent, les aubes sont, soit moulées ou injectées avec le disque 1 (cf. figure 1), soit moulées ou injectées avec le disque 4 (cf. figure 2).

On considèrera, pour la suite, une roue à aubes dans sa forme de réalisation comprenant un chapeau 4.

Pour son entraînement, le disque de base plat 1 de cette roue à aubes 1-4 est avantageusement fixé, par exemple par collage ou tout autre moyen approprié, au dos d'un disque rotorique 5 d'un moteur, dans cet exemple un moteur axial dont seul ce disque rotorique 5 est représenté. Celui-ci porte sur sa face opposée à celle fixée au générateur centrifuge 1-4, une couronne 6, dans laquelle sont répartis équiangulairement, des aimants permanents destinés à coopérer avec des enroulements statoriques (non représentés) du moteur d'entraînement. Si ce type de moteur présente des avantages évidents du point de vue de l'intégration de la roue à aubes au rotor d'un tel moteur axial, l'invention n'est cependant pas limitée à son association avec un tel moteur. Selon la variante illustrée par la figure 4, les aubes en spirales 2 sont en matière plastique, de préférence en matière thermoplastique, directement surmoulée au dos du disque rotorique 5 et qui, dans ce cas, remplace le disque 1. Le chapeau 4 est ensuite fixé par soudage, notamment soudage aux ultrasons, collage ou autre moyen approprié aux extrémités libres des aubes en spirales 2 qui ont une hauteur décroissante en allant vers la périphérie de la roue à aubes, ce chapeau 4 épouse cette forme et a donc un profil galbé.

La variante de la figure 5 montre les aubes en spirales 2 en matière plastique, notamment en matière thermoplastique, moulées ou injectées d'une pièce avec le chapeau 4. Cette pièce est alors directement fixée par collage par exemple, au dos du disque rotorique 5, sans le disque de base 1 utilisé dans la variante précédente, le disque rotorique 5 jouant alors le rôle de support. Ces variantes dans lesquelles le disque rotorique 5 constitue un des deux disques de la roue à aubes, permet de favoriser l'évacuation de chaleur par conduction, par rapport à un disque en matière plastique.

Dans toutes les formes d'exécutions et variantes décrites ci-dessus, le générateur centrifuge de dépression 1-4 est totalement ou partiellement en matière plastique, notamment en matière thermoplastique. Ceci n'est possible en réalité que si la température du générateur n'atteint pas la température de ramollissement de la matière plastique. Or, dans les aspirateurs, les vitesses de rotation d'un tel générateur de dépression centrifuge sont très élevées et les températures dues à l'échauffement qui en résulte sont en équilibre fragile avec l'air entrant. Si le conduit d'aspiration vient à se boucher, diminuant le flux d'air entrant, la turbine voit sa température augmenter. Un asservissement est alors nécessaire pour, soit limiter l'échauffement, en faisant tourner la roue plus lentement, soit créer une entrée d'air complémentaire pour améliorer le refroidissement, les deux actions pouvant être envisagées. Ceci est nécessaire et d'autant plus critique que la turbine est en plastique, afin d'éviter d'atteindre des températures de déformation (ramollissement) de la matière plastique.

Pour éviter que cet échauffement n'atteigne une telle température, le générateur centrifuge 1-4 selon l'invention comporte un système d'asservissement destiné à limiter la vitesse de ce générateur et/ou à commander l'ouverture d'une soupape, en fonction de son échauffement ou d'un paramètre traduisant un échauffement potentiel ou réel. Cet asservissement devra agir rapidement et suffisamment tôt, voire anticiper l'échauffement de la roue à aubes.

Ce système d'asservissement comporte au moins un capteur 7 (figure 6) qui mesure au moins une grandeur liée au fonctionnement du générateur centrifuge de dépression, pouvant être la température au niveau des aubes, la température de sortie d'air du moteur, la pression en différents points du circuit d'aspiration, le débit d'air, le courant d'appel sur l'électronique de commande ou la température au niveau de la carte électronique de commande, l'emplacement du ou des capteur(s) dépendant du type de mesure choisi et, dans les formes d'exécutions où la roue à aubes est fortement intégrée au moteur d'entraînement, comme en particulier dans le cas des figures 4 et 5, pouvant être placé dans le moteur, par exemple sur une partie fixe solidaire du stator (non représenté).

La sortie de ce capteur 7 est reliée à l'entrée d'un organe d'asservissement 8 qui délivre à sa sortie un signal qui est soit analogique, si on opte pour un asservissement en continu, soit tout ou rien lorsqu'un seuil de la variable ou des variables utilisée(s) est franchi. Cet asservissement permet par exemple de ralentir le moteur à une certaine vitesse jusqu'à ce que la température redescende au-dessous de ce seuil déterminé. Ce signal est envoyé à l'entrée d'un régulateur 9 destiné à moduler la puissance du courant d'alimentation fourni aux enroulements du moteur d'entraînement 10 du générateur centrifuge, dont seul le disque rotorique 5 a été représenté sur les figures 3 à 5, afin d'abaisser sa vitesse et de réduire la température des aubes 2 due à l'échauffement consécutif à la vitesse de rotation.

Cet asservissement peut également être utilisé, en complément ou en variante de la réalisation précédente, pour commander l'ouverture d'une soupape permettant d'augmenter le débit d'air afin d'augmenter le refroidissement du moteur. II est à noter que l'ouverture de la soupape peut être commandée électroniquement par le système d'asservissement ou de façon mécanique, notamment lorsque le paramètre utilisé est la dépression qui peut, par elle- même, permettre d'ouvrir la soupape d'entrée d'air. Ce système présente l'avantage d'être simple et automatique.

Cette régulation est évidemment adaptée à la matière plastique utilisée pour les aubes en spirales 2 du générateur centrifuge de dépression. Comme on l'a mentionné précédemment, la forme des aubes en plastique, moulées ou injectées, peut être choisie en fonction des caractéristiques recherchées avec plus de précision et de souplesse que dans le cas d'aubes métalliques rapportées sur un disque, de sorte que l'optimisation de cette forme peut aussi mieux prendre en compte la question de l'échauffement. En effet jusqu'ici, avec les aubes métalliques, ce paramètre n'entrait pas en ligne de compte puisque le métal a justement été choisi pour sa résistance à la température consécutive à l'échauffement de la roue à aubes.

De préférence, la matière plastique pour réaliser les aubes est une matière thermoplastique comme, par exemple, un polyamide ou un PBT (polybutylènetéréphtalate), de préférence chargé de fibres de verre. Les techniques de moulage et d'injection qui peuvent être utilisées avec les matières plastiques permettent notamment de former des aubes avec des épaisseurs de parois variables. A priori ces variations sont souhaitables, car elles permettent de donner des profils aérodynamiques à ces aubes, ce que ne permettaient pas les aubes en tôle d'aluminium.

Ainsi, à titre d'exemple, la figure 7 présente, dans une vue en coupe, le profil des aubes dont l'épaisseur de paroi e est variable en augmentant progressivement du centre vers la périphérie de la roue. Ce profil est du type "aile d'avion" et permet un meilleur écoulement d'air.

Claims (10)

<B>REVENDICATIONS</B>

1. Générateur centrifuge de dépression pour aspirateur, susceptible de créer une dépression > 20 kPa, comprenant une roue à aubes (1-2) munie d'une pluralité d'aubes en spirales (2) disposées sur un disque (1, 4), centré autour d'un axe de rotation et des moyens d'entraînement (5, 6, 10) pour entraîner cette roue à aubes (1 -2) autour dudit axe de rotation, cette roue à aubes (1 2) étant logée dans une bâche (B) présentant une ouverture d'admission axiale (3a) et ménageant à sa périphérie une zone annulaire pour collecter l'air centrifugé par ladite roue à aubes (1-2), caractérisé en ce que ladite roue à aubes (1-2) est constituée au moins partiellement de matière plastique et en ce qu'il comporte des moyens pour limiter la température de ladite roue au-dessous du seuil de ramolisssement de ladite matière plastique.

2. Générateur centrifuge selon la revendication 1, caractérisé en ce que un second disque (4, 1) définit, avec le disque (1, 4) une zone annulaire dans laquelle sont disposées les aubes (2).

3. Générateur centrifuge selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (5, 6, 10) de ladite roue à aubes sont connectés à des moyens d'asservissement (8) de sa vitesse de rotation en fonction de la variation de la température de la roue à aubes ou d'un paramètre P, représentatifs de cause(s) ou d'effet(s) de ladite variation.

4. Générateur centrifuge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une soupape d'entrée d'air dont l'ouverture est reliée à des moyens d'asservissement (8) en fonction de la variation de la température de la roue à aubes ou d'un paramètre P, représentatifs de cause(s) ou d'effet(s) de ladite variation

5. Générateur centrifuge selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le paramètre P est une mesure directe ou indirecte d'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - le débit d'air dans le circuit d'aspiration, - la température de sortie d'air au niveau du moteur, - la vitesse de rotation de la roue à aubes ou l'augmentation de ladite vitesse, - la dépression d'aspiration - le courant d'appel ou la température au niveau de l'électronique de commande.

6. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que un desdits disques de ladite roue à aubes (1-4) présente la forme d'un disque métallique plat (5) dont une face porte lesdites aubes en spirales (2) en plastique et dont l'autre face porte des aimants permanents (6) et sert simultanément de rotor associé à un stator d'un moteur électrique (10) axial d'entraînement de ladite roue à aubes (1-4).

7. Générateur selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites aubes en spirales (2) en plastique sont surmoulées sur une face dudit disque métallique (5).

8. Générateur selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdites aubes en spirales (2) ont des hauteurs progressivement décroissantes en allant vers la périphérie de la roue à aubes (1-4), caractérisées en ce qu'elles forment une seule et même pièce en matière plastique avec le disque (4) solidaire des bords de hauteurs décroissantes desdites aubes en spirales (2).

9. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite matière plastique dont est constituée au moins en partie ladite roue à aubes (1 -4) est une matière thermoplastique.

10. Générateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi e des aubes est variable en augmentant progressivement du centre vers la périphérie de la roue.