FR3053082A1 - MOTORIZED FLUID PUMP - Google Patents
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Abstract
L'invention présente une pompe à fluide motorisée (1) comprenant un corps de pompe (3), un rotor interne de pompe, un moteur électrique formé d'un ensemble statorique (2) bobiné et d'un rotor externe entrainé par l'ensemble statorique (2) 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. L'ensemble statorique (2) est surmoulé dans une matière plastique formant une première cavité de guidage du rotor interne et une première cavité de guidage du rotor externe.The invention presents a motorized fluid pump (1) comprising a pump body (3), an internal pump rotor, an electric motor formed of a wound stator assembly (2) and an external rotor driven by the coiled stator assembly (2), said inner pump rotor being rotatable within the volume of the outer rotor, said inner rotor being driven by the outer rotor. The stator assembly (2) is overmolded in a plastic material forming a first guide cavity of the inner rotor and a first guide cavity of the outer rotor.
Description
POMPE A FLUIDE MOTORISEE DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONMOTORIZED FLUID PUMP TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
[0001] 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.The invention relates to the field of electric pumps for managing the flow of fluid. More particularly, it relates to motorized pumps in which the active pumping device, for example a vane pump or an internal gear pump, is located inside the rotor of the electric motor.
[0002] De manière préférentielle mais non limitative, la présente invention concerne plus particulièrement le domaine des pompes à vide automobile.Preferably, but not limited to, the present invention relates more particularly to the field of automotive vacuum pumps.
[0003] 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 entraînée 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.Automobiles require the presence of a vacuum pump, in particular to allow the operation of organs such as the brake booster or different gas circulation valves (turbo for example). This vacuum pump remains in most cases continuously driven by the engine of explosion of the automobile. This has the disadvantage of continuous energy loss at the motor, even when this vacuum pump is not in use.
[0004] Dans le but de diminuer ces pertes d’énergie en continu, afin de diminuer notamment les émissions C02 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.In order to reduce these energy losses continuously, in order to reduce the C02 emissions associated therewith, it may be advantageous to operate this vacuum pump discontinuously depending on the need, the energy balance. thus finding it improved. In addition, the increasingly frequent use of hybrid vehicles, not having a continuous rotation of the drive motor of the vehicle, necessarily implies autonomous training. To do this, the use of a controlled electric motor is thus particularly suitable.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
[0005] 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.These vacuum pumps are often pumps of the vane type where the pumping member is rotated, eccentric with respect to the pump body.
[0006] 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.There are already vacuum pumps or motorized fluid that allow the drive of the pumping member by an electric motor. For example, the document WO2015198224 presents such a pump whose external rotor, that of the electric motor, drives an eccentric inner rotor, that of the pumping member, via the clever intermediate of a pivoting shaft connected to the two rotors, in order to to allow the operation of the vane pump.
[0007] On retrouve le même type de pompes motorisées dans les documents DE102006058980, W02009121517 ou WO2010096924, cités à titre d’exemples non limitatifs.We find the same type of motorized pumps in DE102006058980, W02009121517 or WO2010096924, cited by way of non-limiting examples.
[0008] 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.Pumps of this type always have the challenge of ensuring good sealing and good compression efficiency by the respect of fine axial mechanical tolerances between the rotating elements and the guiding elements.
[0009] 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.To do this, all the documents of the prior art always has an electric motor stator, an external rotor (that of the electric motor), an internal rotor (that of the pumping element) and flanges guide ensuring, with respect to the rotating elements, the tightness and the good compression efficiency.
[0010] 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.However, we can make several criticisms of this assembly. First, the number of different components is important which requires a large assembly and cost of implementation. In addition, for economic and mechanical reasons, the choice of materials imposes metal rotors, generally made of alloy steel, and aluminum flanges. The rotor elements rotating in the aluminum flanges impose, by poor coefficients of intrinsic friction, a lubricant, most often oil.
EXPOSE DE L’INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
[0011] 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.It is in the object of the invention to provide a simplified motorized fluid pump, limiting the number of necessary elements and promoting a limitation of friction forces.
[0012] Il est ainsi proposé la possibilité de réaliser un surmoulage du stator du moteur électrique incluant les guidages des rotors interne et externe.It is thus proposed the possibility of a molding of the stator of the electric motor including the guides of the inner and outer rotors.
[0013] 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.It is also within the object of the invention to provide the possibility of making the pump body in said overmolding to achieve an even more compact and limiting the number of components required.
[0014] 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 entraîné 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 entraîné par le rotor externe caractérisée en ce que l’ensemble statorique est surmoulé dans une matière plastique formant une première cavité de guidage du rotor interne et une première cavité de guidage du rotor externe.More particularly, the object of the invention is to provide a motorized fluid pump comprising a pump body, an internal pump rotor, an electric motor formed of a coiled stator assembly and an external rotor driven. by the coiled stator assembly, said inner pump rotor being rotatable within the volume of the outer rotor, said inner rotor being driven by the outer rotor characterized in that the stator assembly is overmolded in a plastic material forming a first guide cavity of the inner rotor and a first guide cavity of the outer rotor.
[0015] 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.According to a first variant, the pump body has an inlet and a fluid outlet as well as channels for circulating said fluid and is produced in the overmolding of the stator assembly. This solution makes it possible to limit the number of parts necessary for the pump.
[0016] 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.In this case, the pump comprises a cover which has a second guide cavity of the inner rotor and a second guide cavity of the outer rotor.
[0017] 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.According to a second variant, the pump body has an inlet and a fluid outlet as well as channels for circulating said fluid and is an element attached to the stator assembly. It then has a second guide cavity of the inner rotor and a second guide cavity of the outer rotor.
[0018] 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.Rotors may be guided by guide bearings inserted in at least one of said cavities to provide a sliding surface cooperating with a sliding surface, respectively, of the inner rotor and / or the outer rotor. It can also be realized inside said guiding cavities of the inner rotor and guiding the outer rotor through sliding surfaces cooperating with sliding surfaces, respectively, of the inner rotor and the outer rotor.
[0019] 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.When the pump body is made in the overmoulding, the cover may be plastic and welded to the overmolded assembly, ensuring the sealing of the pump.
[0020] 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.When the pump body is attached to the stator assembly, a seal is disposed at the interface of the pump body and the overmoulded stator. In this embodiment, the overmoulding may advantageously have at least one indexing lug of the pump body on the overmoulded stator.
[0021] 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.Generically and preferentially, the overmolding includes a set of electrical connection tracks connecting the wound stator to a connector opening on the outside of the overmoulding.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0022] 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 : [0023] la figure 1, une vue de face d’un dispositif selon un premier mode de réalisation de l’invention, [0024] la figure 2, une vue de côté isolée du corps de la pompe selon le premier mode de réalisation, [0025] la figure 3, une vue en coupe de l’ensemble statorique surmoulé, selon le premier mode de réalisation, [0026] 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, [0027] les figures 5a et 5b, des vues des dispositifs des figures 4a et 4b assemblés dans le stator surmoulé de la figure 3, [0028] la figure 6, une vue en coupe du dispositif de la figure 1.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following reading of detailed embodiments, with reference to the accompanying figures which respectively show: FIG. 1, a front view of a device according to a first embodiment of the invention, [0024] Figure 2, an isolated side view of the pump body according to the first embodiment, [0025] Figure 3, a sectional view of the assembly. FIG. 4a and 4b, insulated side views of the outer and inner rotor of the pump in exemplary embodiments, respectively, according to a first embodiment, in a pallet embodiment for FIG. 4a and FIG. 4b, 5a and 5b, views of the devices of FIGS. 4a and 4b assembled in the overmoulded stator of FIG. 3, FIG. 6, a sectional view of the FIG. Figure 1.
[0029] 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.Figure 7 is a sectional view of an alternative embodiment of the pump where the overmoulding of the stator portion includes the pump body.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATIONDETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT
[0030] 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).Figure 1 shows an external view of the pump (1) according to an exemplary embodiment. The pump (1) consists, viewed from the outside, of an overmoulded stator assembly (2) assembled on a pump body (3). The pump (1) comprises a connector (21) which extends out of the volume defined by the pump body (3), as well as fixing holes (22), typically three in number, to ensure the attachment of the pump on the external interface (not shown) receiving the pump (1).
[0031] 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).Figure 2 shows the body of the pump (3) which comprises the inlet channels (4) and outlet (5) of the fluid and the circulation channels of said fluid (not shown). The pump body (3) also has a first guide cavity of the inner rotor (6) and a first guide cavity of the outer rotor (7), the cavities being cylindrical and the first guiding cavity of the outer rotor (7) being a diameter generally greater than that of the first guide cavity of the inner rotor (6), and a groove (8) for placement of an O-ring type seal (9) to ensure the seal between the pump body (3) and the overmolded stator assembly (2). Two housings (10), opening on the surface in contact with the overmolded stator assembly (2), accommodate positioning pins (11) present on the overmoulded stator assembly (2) in order to guarantee precise indexing of the pump body (3) with the stator assembly (2) overmolded. Accurate indexing can also be achieved by a single lug (11) and the pump body (3).
[0032] 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.FIG. 3 represents a sectional view of the overmolded stator assembly (2), of which its components are distinguished: the electrical coils (12), the magnetic circuit plates (13), the electrical connection tracks (14). as well as the connector (21). The overmoulding comprises at its center a second guiding cavity of the inner rotor (15) and a second guiding cavity of the outer rotor (16), the cavities being cylindrical and the second guiding cavity of the outer rotor (16) being one diameter generally greater than that of the second guide cavity of the inner rotor (15). It also comprises two indexing lugs (11) made directly with the overmoulding material, or alternatively with additional parts added.
[0033] 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 entraîne le rotor interne (20).Figures 4a and 4b show two possible embodiments of rotor depending on the type of pumping element chosen. The first variant (Figure 4a) shows an embodiment employing a vane pump formed of an outer rotor (17) on which is assembled the magnet (18) of the engine. The outer rotor (17) is provided with a notch (25) in which there is a pallet (19) which drives the inner rotor (20).
[0034] 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).The second variant (Figure 4b) shows an embodiment employing an internal gear pumping element formed of an outer rotor (17) provided with an internal toothing on which is assembled the magnet (18) of the engine. The inner rotor (20) has a toothing which meshes with the internal toothing of the outer rotor (17).
[0035] 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, entraînant en rotation le rotor interne (20).In all conceivable embodiments, the inner rotor (20) is the rotor serving directly to compress the fluid, and the outer rotor (17) is the rotor of the electric motor, rotating the inner rotor (20). ).
[0036] 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).Figures 5a and 5b show the two pump variants described above, respectively with vanes and internal gear, integrated into the stator assembly (2) overmolded. As is appreciated in FIG. 6, taking the example of an embodiment of a vane pump, the inner rotor (20) is guided by the first and second guide cavities (6 and 15), the outer rotor (17) being guided by the first and second guiding cavities (7 and 16). The integrally bonded stator assembly (2) and the pump body (3) are formed by screws (24). The seal is ensured by the crushing of the seal (9) during assembly. In order to ensure an optimized guidance, suitable manufacturing tolerances must be ensured between the overmolded stator assembly (2) and the pump body (3).
[0037] 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.FIG. 7 shows an economical and compact alternative embodiment in which the pump body (3), which comprises the inlet (4) and outlet (5) channels of the fluid as well as the circulation channels of said fluid, is directly included in the extended overmolding of the stator. In addition, the entirely overmoulded embodiment 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 inner (20) and outer (17) rotor. In this case, the use of a seal is not necessary.
[0038] 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.In the previous figures, the guide of the inner (20) and outer (17) rotors is formed by the guide cavities (6, 7, 15, 16) at the interface of the respective cylindrical sliding surfaces. It may be envisaged to use bearings (not shown) reported inside the guiding cavities (6, 7, 15, 16) to possibly improve the guiding function by limiting the friction during rotations.
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