DESCRIPTION

POMPE A EAU

L'invention concerne une pompe à eau selon le préambule de la revendication 1.

Les pompes à eau servent notamment dans l'industrie automobile pour faire circuler l'eau du circuit de refroidissement des véhicules. Elles sont mises en mouvement par une courroie qui entraîne une poulie. Initialement, la poulie était directement emmanchée sur l'arbre de transmission et le roulement à billes se trouvait à l'intérieur du corps de pompe. La poulie peut également être montée à l'extérieur de la pompe sur un roulement à billes placé sur un palier du boîtier de la pompe. La courroie est raccordée au moteur de sorte que tant que celui-ci tourne, la courroie entraîne la pompe en rotation, qu'il soit ou non nécessaire de faire circuler le liquide de refroidissement. Il s'en suit une perte importante d'énergie et une usure accrue des pièces de la pompe.

Le document WO 2005/028 901 A1 propose d'intercaler entre la poulie et l'arbre un embrayage à friction commandé par une bague de réglage. Cette bague est munie de plans inclinés qui coopèrent avec une denture correspondante réalisée sur le boîtier de la pompe. Selon son orientation, la bague de réglage déplace plus ou moins le plateau de l'embrayage solidaire de la poulie. Dans un premier mode de réalisation, la poulie est déplacée en même temps que le disque d'embrayage dont elle est solidaire. Dans un deuxième mode de réalisation, ce disque d'embrayage est remplacé par des segments d'embrayage formés sur un disque mobile, les segments d'embrayage passant dans des ouvertures formées à cet effet dans la poulie de sorte que la poulie n'est pas déplacée en translation. Ce deuxième mode de réalisation est donc particulièrement compliqué. De plus, ces pompes sont sujettes à une usure rapide en raison du frottement des deux disques d'embrayage l'un sur l'autre.

On connaît également par exemple de DE 100 13 252 A1 des pompes munies d'un moyen de désaccouplement. En fonctionnement normal, une plaque de pression solidaire de la poulie est plaquée par un ressort Belleville contre un disque d'entraînement solidaire de l'arbre d'entraînement. En cas de besoin, un électroaimant placé dans le boîtier de la pompe est mis sous tension. Celui-ci, plus fort que le ressort Belleville, attire la plaque de pression vers l'âme de la poulie. La poulie et l'arbre d'entraînement ne sont plus en contact et la

pompe est en position débrayée. Pour renforcer le plaquage de la plaque de pression contre le disque d'entraînement ou contre l'âme de la poulie, on a prévu deux aimants permanents annulaires qui n'ont aucune fonction pour l'entraînement de l'arbre par la poulie.

On connaît du document WO 2004/007 923 A1 et une pompe à eau munie d'une part d'un viscocoupleur pour les faibles vitesses de pompage et d'un couplage par friction pour les grandes vitesses de pompage. Le couplage par friction est composé d'une part d'un électroaimant placé sur le boîtier de la pompe et entouré d'un anneau guide de flux magnétique solidaire de la poulie et d'autre part d'une ancre magnétique placée par le biais d'un ressort à lame sur un disque d'entraînement solidaire de l'axe d'entraînement. En fonctionnement simple, le ressort à lame retient l'ancre magnétique écartée du guide de flux magnétique et la pompe est entraînée par le viscocoupleur. En cas de besoin, l'électroaimant est mis sous tension et attire l'ancre magnétique qui vient se plaquer contre le guide de flux magnétique. La pompe est alors entraînée de façon synchrone avec la poulie. Le couplage par friction est semblable à celui décrit précédemment dans le document DE 100 13 252 A1 , l'électroaimant ayant pour fonction ici non pas d'écarter la plaque de pression, mais au contraire de l'attirer contre l'élément d'entraînement. Dans ces deux documents, l'entraînement de l'arbre ne se fait pas par couplage magnétique à distance, mais par friction de deux éléments plaqués l'un contre l'autre soit par la force d'un ressort soit par celle d'un électroaimant.

Dans le document EP 1 353 051 A2, on connaît une pompe semblable à celle de WO 2004/007 923 A1 dans laquelle le viscocoupleur est remplacé par un couplage magnétique. En fonctionnement normal, un aimant permanent solidaire de la poulie entraîne suite à la formation de courants de Foucault, un élément magnétisable placé sur un support mobile axialement solidaire en rotation de l'arbre d'entraînement. Si le débit est insuffisant, un électroaimant est mis sous tension. Celui-ci attire, contre l'effet d'un ressort, le support mobile qui vient se plaquer contre le rotor de la poulie.

Dans les documents DE 100 12 252 A1 , WO 2004/007 923 A1 et EP 1 353 051 A2 il est donc possible de placer la pompe dans deux régimes différents. Le premier correspond à un couplage complet par friction de sorte que la poulie et la pompe tournent de façon synchrone, l'autre correspond à une position totalement découplée ou à un couplage partiel par viscocouplage ou par couplage magnétique. La régulation de ces pompes nécessite une alimentation en énergie pour alimenter les électroaimants.

Pour contourner le problème des fuites dites cosmétiques, il a été proposé de réaliser un couplage magnétique entre la poulie et l'arbre de transmission à l'aide de paliers magnétiques. Les documents WO 03/074 881 A, US 2002/054 820 A1 et WO 99/10 655 A par exemple proposent de munir la poulie d'une part et l'axe de transmission de la pompe d'autre part d'un élément magnétique, les deux éléments magnétiques étant coaxiaux et l'un étant situé à l'intérieur de l'autre. Un capot vissé sur le corps de la pompe est placé entre les deux éléments magnétiques pour assurer l'étanchéité de la pompe. Cependant, ces pompes ne permettent pas de réguler le débit de la pompe en fonction des besoins réels.

L'objectif de la présente invention est de développer une pompe à eau selon le préambule qui permette de ne faire circuler l'eau que lorsque la température le justifie de sorte à faire des économies d'énergie. La régulation du couplage ne doit pas nécessiter d'apport en énergie. La régulation de la pompe devra de préférence être simple et robuste.

Cet objectif est atteint conformément à l'invention avec une pompe présentant les caractéristiques de la revendication 1. Ainsi, les moyens d'entraînement pourront être en fonctionnement sans pour autant entraîner la pompe. L'accouplement ne se fera que lorsque des paramètres prédéfinis seront atteints. Le couplage magnétique entre le premier et le deuxième élément magnétique n'est pas sujet à usure. Les moyens de déplacement étant autonomes, ils ne nécessitent pas d'alimentation en énergie.

Conformément à l'invention, les moyens de déplacement comprennent des moyens de commande par élévation de température, notamment en fonction de la température de l'eau régnant dans le circuit raccordé à la pompe, en particulier en fonction de la température de l'eau au niveau de la roue à aubes.

Dans un mode de réalisation privilégié de l'invention, ces moyens de commande par élévation de température comprennent un élément pouvant se dilater sous l'effet de la chaleur, notamment un élément en cire ou en acier à ressort ou encore un bilame, et disposé de sorte à pouvoir déplacer l'un des éléments magnétiques, quand il se dilate, en direction de l'autre élément magnétique. Ce type de moyens de déplacement est particulièrement simple et robuste et n'est pas sujet à l'usure. Comme cela a été dit précédemment, ils sont autonomes et ne nécessitent pas d'alimentation en énergie extérieure, seule la chaleur provenant de l'eau de la pompe suffit.

L'arbre de transmission est de préférence muni d'un flasque de commande solidaire en rotation avec lui et qui porte le premier élément magnétique. Le flasque de commande peut être déplacé en direction du deuxième élément magnétique par les moyens de déplacement.

Pour faciliter la rotation, l'arbre de transmission est de préférence solidaire de la cage extérieure d'un premier roulement.

Le dispositif de couplage peut comprendre un boîtier tournant solidaire en rotation des moyens d'entraînement et sur lequel est fixé le second élément magnétique, le boîtier tournant étant de préférence solidaire en rotation de la cage extérieure d'un second roulement. Le boîtier tournant peut être déplacé axialement en direction du premier élément magnétique par les moyens de déplacement.

Dans la pratique la pompe à eau selon l'invention présente les caractéristiques suivantes :

• l'arbre de transmission se prolonge du côté opposé à la roue à aubes par un boîtier radial solidaire de la cage extérieure d'un premier roulement dont la cage intérieure est fixée sur le corps de pompe, • un flasque de commande solidaire en rotation avec l'arbre de transmission est monté sur celui-ci, de préférence au niveau du boîtier radial, tout en pouvant se déplacer en translation parallèlement à l'axe de rotation de l'arbre de transmission sous l'effet des moyens de déplacement,

• le flasque de commande est muni du premier élément magnétique, • les moyens d'entraînement sont munis d'un boîtier tournant portant le second élément magnétique, ledit boîtier tournant étant solidaire de la cage extérieure d'un second roulement dont la cage intérieure est de préférence solidaire de la cage extérieure du premier roulement.

Les moyens d'entraînement peuvent comprendre une surface de contact, de préférence solidaire de la cage du second roulement, notamment de la cage extérieure.

Conformément à l'invention, les éléments magnétiques sont constitués chacun d'une pluralité d'aimants permanents disposés en couronne à distance régulière les uns des autres, les deux couronnes étant espacées axialement l'une de l'autre.

Dans un premier mode de réalisation, les aimants permanents sont constitués par des pastilles aimantées, les pastilles aimantées formant le premier élément magnétique étant disposées avec la même orientation et celles formant le deuxième élément magnétique étant disposées avec la même orientation, identique ou opposée à celle du premier élément magnétique.

Dans un second mode de réalisation, les aimants permanents sont constitués par des aimants en coin, les aimants formant le premier élément magnétique étant disposées tous avec la même orientation et ceux formant le deuxième élément magnétique étant disposées tous avec la même orientation, identique ou opposée à celle du premier élément magnétique, l'inclinaison de la face biseautée des aimants formant le premier élément magnétique étant de préférence différente de l'inclinaison de la face biseautée des aimants formant le deuxième élément magnétique

L'invention va être présentée à l'aide d'un exemple de réalisation présenté sur les figures qui montrent :

Figure 1 une coupe partielle à travers une pompe conforme à l'invention ; Figure 2 de façon schématique les faces du flasque de commande et du boîtier tournant qui se font face selon un premier exemple de réalisation ;

Figure 3 de façon schématique (a) vue de face et (b) vue de dessus, la face du flasque de commande qui fait face au boîtier tournant selon un deuxième exemple de réalisation, ainsi que (c) un aimant en coin correspondant.

La pompe (1 ) est composée d'un boîtier (2) dans lequel se trouve une roue à aubes (3) montée sur un arbre de transmission (4). Des moyens d'entraînement sont prévus pour entraîner l'arbre (4) en rotation.

Le boîtier (2) est muni d'un palier (5) sur lequel est emmanchée la cage intérieure (6',) d'un premier roulement à billes (6).

L'arbre de transmission (4) est solidaire de la cage extérieure (6") de ce même premier roulement (6). Pour cela, l'arbre de transmission se prolonge par un boîtier radial (7) qui se termine par une couronne (8) s'étendant axialement. Cette couronne (8) est emmanchée sur la cage extérieure (6") du premier roulement (6). Il va de soi qu'il serait également possible

de solidariser directement le boîtier radial (7) avec la cage extérieure (6") du premier roulement (6) sans faire appel à la couronne (8).

Un second roulement (9) est emmanché sur la couronne (8). La cage intérieure (9') de ce second roulement (9) est donc solidaire de l'arbre de transmission (4), tandis que la cage extérieure (9") sert de poulie pour une courroie d'entraînement non représentée. Il est également possible de placer une poulie sur la cage extérieure (9") de ce second roulement

(9).

Un joint dynamique (10) est placé entre le boîtier (2) et l'arbre de transmission (4) pour étancher la pompe (1 ) au niveau du dispositif d'entraînement.

La cage extérieure (9") du second roulement (9) est fermée latéralement par un boîtier tournant (1 1 ). Un premier élément magnétique (12) est placé sur le boîtier radial (7), tandis qu'un deuxième élément magnétique (13) est placé sur le boîtier tournant (1 1 ).

Telle quelle, la pompe ne peut pas fonctionner, car les éléments magnétiques (12, 13) sont trop éloignés l'un de l'autre. Les frottements subis par la roue à aubes dans la pompe sont trop importants pour que la rotation de la cage extérieure (9") du second roulement (9) puisse entraîner de façon significative la cage intérieure (9') et donc l'arbre de transmission (4). De plus, les éléments magnétiques (12, 13) sont trop éloignés pour assurer un couplage magnétique suffisant pour surmonter les frottements subis par la roue à aubes.

Le dispositif de couplage est donc muni de moyens de déplacement autonomes pour rapprocher ou éloigner l'un de l'autre les éléments magnétiques en fonction de paramètres prédéfinis. Ces moyens de déplacement sont placés entre l'arbre de transmission (4) et la cage extérieure (9") du second roulement (9) pour accoupler ou désaccoupler ces deux éléments en fonction de paramètres prédéfinis.

Ce dispositif de déplacement est commandé en fonction de la température de l'eau dans la pompe, notamment de la température au niveau de la roue à aubes. Un flasque de commande (14), parallèle au boîtier radial (7) de l'arbre de transmission (4), est monté sur ce boîtier radial (7) par l'intermédiaire d'arrêts en rotation (15). Ces arrêts en rotation (15) peuvent être fixés sur le boîtier radial (7), le flasque de commande (14) coulissant dessus,

ou bien être fixés sur le flasque de commande (14), les arrêts en rotation (15) coulissant alors dans le boîtier radial (7).

Des moyens de déplacement (16, 17, 18) sont donc prévus pour déplacer le flasque de commande (14) en direction du second élément magnétique (13). Ces moyens de commande sont constitués d'un élément dilatable (16), d'un ressort de rappel (17) et d'une butée (18) sur laquelle le ressort de rappel peut prendre appui. L'élément dilatable (16) se termine par une tige (16') qui est solidaire du flasque de commande (14) et qui passe à travers la butée (18). Ainsi, lorsque l'eau de refroidissement est froide, l'élément dilatable est contracté et le ressort tend à tirer la tige (16') vers l'intérieur de la pompe (vers la gauche sur la figure) en entraînant avec elle le flasque de commande (14). Les éléments magnétiques sont alors trop éloignés l'un de l'autre pour coopérer et la roue à aubes n'est pas entraînée, même si les moyens d'entraînement (9") sont en marche.

Si la température de l'eau augmente, l'élément dilatable (16) se dilate provoquant la compression du ressort de rappel (17) et le déplacement vers l'extérieur de la pompe (vers la droite sur la figure) de la tige (16'). Celle-ci entraîne avec elle le flasque de commande (14) qui se rapproche du boîtier tournant (1 1 ). Lorsque les éléments magnétiques (12, 13) sont suffisamment proches l'un de l'autre, ils coopèrent ensemble et la rotation du boîtier tournant (1 1 ), solidaire des moyens d'entraînement (9"), provoque la rotation du flasque de commande (14) et donc du boîtier radial (7) solidaire de l'arbre de transmission (4). La pompe à eau est alors en marche et l'eau de refroidissement est mise en circulation. Dès que la température diminue, l'élément dilatable (16) se rétracte provoquant l'éloignement des éléments magnétiques (12, 13), le ralentissement puis l'arrêt de la roue à aubes (3).

La dilatation de l'élément dilatable (16) peut se faire brusquement de sorte que la pompe n'a que deux positions. Il s'agit sensiblement d'un fonctionnement tout ou rien. Il est également possible que cette dilatation de fasse progressivement de sorte que la pompe peut prendre une infinité de positions entre les deux positions extrêmes.

L'élément dilatable (16) sert non seulement de moyens de commande par élévation de température, mais également de bouchon pour séparer l'intérieur de la pompe du dispositif d'accouplement (7, 12, 13, 14) et du dispositif d'entraînement (9").

Cet élément dilatable (16) peut être un élément en cire qui se dilate lorsque la température augmente et provoque ainsi le déplacement axial de la tige (16'). Ce peut être également un élément qui se déforme sous l'effet de la chaleur, tel qu'un élément en acier à ressort ou un bilame.

Les éléments magnétiques (12, 13) peuvent être de différentes natures. L'un des deux au moins est constitué d'un ou plusieurs aimants permanents. L'autre peut également être constitué d'un ou plusieurs éléments magnétisables.

Ces éléments magnétiques (12, 13) peuvent aussi prendre différentes formes. Ces éléments magnétiques peuvent être constitués de deux éléments annulaires ou au contraire d'une pluralité d'éléments répartis à intervalles réguliers. Il est préférable que les aimants ou les éléments magnétisables soient disposés sur deux cercles concentriques à l'axe de rotation de l'arbre de transmission (4) et se faisant face. Dans ce cas, et contrairement aux dispositions connus par exemple de DE 100 12 252 A1 par exemple, les deux couronnes d'aimants ne sont pas disposées l'une dans l'autre, mais l'une en face de l'autre, à distance axiale l'une de l'autre.

Les aimants peuvent être formés par exemple par deux fois huit pastilles réparties régulièrement d'une part sur le flasque de commande (14) et d'autre part sur le boîtier tournant (1 1 ). La figure 2 montre les faces du flasque de commande (14) et du boîtier tournant (1 1 ) qui, à l'état monté, se font face. Toutes les pastilles du flasque de commande

(14) sont orientées de la même manière, par exemple pôle Nord orienté vers le boîtier tournant (1 1 ), de même que toutes les pastilles du boîtier tournant, par exemple avec leur pôle Sud orienté vers le flasque de commande (14). Il également possible que les pôles qui se font face soient identiques (N/N ou S/S). Dans ce cas, les deux séries d'aimants, à vitesse synchrone, ne se feront pas face, mais seront décalées d'un demi-intervalle. Avec une telle disposition, l'arbre de transmission peut être entraîné jusqu'à être synchrone avec la poulie. Il va de soi que le nombre de pastilles, huit ici, peut être supérieur ou inférieur à cette valeur donnée uniquement à titre d'exemple.

Dans un autre mode de réalisation, les aimants ne sont plus constitués par des pastilles, mais par des cubes biseautés sur une face comme le montre la figure 3.

L'inclinaison (i) du biseau n'est pas la même pour les aimants du flasque de commande (14) que pour ceux du boîtier tournant (1 1 ). Les aimants des deux couronnes seront tous orientés

de la même manière de sorte qu'ils se feront face avec le même pôle. Lorsque les deux couronnes seront suffisamment proches l'une de l'autre, le champ de repoussage deviendra plus important que le champ d'attirance, et il sera alors possible d'obtenir une vitesse de rotation de l'arbre de transmission supérieure à la vitesse de rotation de la poulie. Pour des raisons de simplification, seuls les aimants situés à 3h, 6h, 9h et 12h sur la figure 3a sont représentés sur la figure 3b.

Dans l'exemple présenté sur la figure 1 , les moyens de déplacement (16, 17, 18) provoquent la translation du premier élément magnétique (12) en direction du second élément magnétique (13), qui, lui, est bloqué en translation. Cependant, on pourrait envisager de déplacer le second élément magnétique (13) en direction du premier élément magnétique (12) qui serait alors bloqué en translation. Cela pourrait être réalisé par exemple en solidarisant le flasque de commande (14) non pas sur le boîtier radial (7) solidaire de l'arbre de transmission (4), mais sur la cage extérieure (9") du second roulement (9), notamment sur le boîtier tournant (1 1 ) dont elle est solidaire. Le ressort (17) aurait alors pour fonction de repousser vers l'extérieur le flasque de commande (14). Il serait également possible de combiner les deux solutions.

Le déplacement du premier élément magnétique (12) en direction du second (13), ou vice et versa, peut se faire par une translation parallèle à l'axe de rotation de l'arbre de transmission (4), comme dans l'exemple présenté ici. Cependant, on peut également envisager un déplacement radial provoqué par des moyens de déplacement appropriés, les éléments magnétiques étant alors de préférence orientés, non pas radialement, mais parallèlement à l'axe de l'arbre de transmission (4).

II va de soi que, comme dans l'état de la technique, le premier roulement servant à la rotation de l'arbre de transmission peut être à l'intérieur du boîtier. Il en va de même du second roulement. De même, le deuxième roulement ne doit pas impérativement être situé autour du premier.

La courroie d'entraînement peut coopérer soit directement avec la cage extérieure (9") soit avec une poulie rendue solidaire de la cage extérieure (9") du second roulement.

La régulation peut se faire de manière instantanée lorsqu'une certaine valeur seuil est atteinte, ou au contraire de façon progressive selon les besoins.

Liste des références:

I Pompe à eau 2 Boîtier de la pompe

3 Roue à aubes

4 Arbre de transmission de la roue à aubes

5 Palier sur le boîtier pour le premier roulement

6 Premier roulement 6' Cage intérieure du premier roulement

6" Cage extérieure du premier roulement

7 Boîtier solidaire de l'arbre de transmission

8 Couronne du boîtier de l'arbre de transmission

9 Second roulement 9' Cage intérieure du second roulement

9" Cage extérieure du second roulement

10 Joint dynamique

I 1 Boîtier tournant

12 1 ^er élément magnétique 13 2 ^eme élément magnétique

14 Flasque de commande

15 Arrêts en rotation

16 élément dilatable 16' Tige 17 Ressort de rappel

18 Butée

i Inclinaison d'une face de l'aimant permanent par rapport à l'autre