EP0551370B1

EP0551370B1 - Motopompe centrifuge

Info

Publication number: EP0551370B1
Application number: EP91917782A
Authority: EP
Inventors: Laurent Bourdelain; Joel Cousin
Original assignee: ELECTROMECANIQUE DU NIVERNAIS - SELNI Ste
Current assignee: ELECTROMECANIQUE DU NIVERNAIS - SELNI Ste
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1995-03-15
Anticipated expiration: 2011-10-04
Also published as: DE69108250T2; FR2667653A1; FR2667653B1; ES2069310T3; EP0551370A1; ATE119973T1; DE69108250D1; WO1992006300A1

Description

La présente invention concerne une motopompe centrifuge.
Dans un appareil électroménager, une motopompe centrifuge sert souvent de pompe de circulation de liquide telle qu'une pompe de vidange. Une motopompe centrifuge comprend habituellement une pompe centrifuge et un moteur électrique d'entraînement. Ce moteur électrique peut être un moteur synchrone, asynchrone, universel ou un moteur électrique d'un autre type connu. Quand ce moteur électrique est un moteur synchrone tel que celui à aiment permanent, son couple de démarrage est relativement faible ou pratiquement insignifiant et une pompe centrifuge entraîneé par un tel moteur ne peut pas en général démarrer en charge même si cette charge est relativement faible. Pour cette raison, dans une motopompe centrifuge entraînée par un moteur électrique synchrone la roue à aubes de la pompe est habituellement montée, mobile en rotation, dans des limites fixes sur une extrémité de l'arbre de ce moteur synchrone d'entraînement afin de permettre à ce moteur de démarrer librement sans charge et d'acquérir un certain couple moteur avant d'accrocher au passage la roue à aubes de la pompe et de l'entraîner.
Certaines motopompes centrifuges connues comprennent un embout cylindrique pourvu d un ergot terminal axial, solidement fixé sur une extrémité de l'arbre de leur moteur synchrone d'entraînement et un moyeu de leur roue à aubes monté mobile sur cet embout cylindrique de manière que son creux toroïdal interrompu par une butée coiffe l'ergot de cet embout.
Lors d'un démarrage de ces motopompes, l'ergot terminal de l'embout porté par l'arbre de leur moteur d'entraînement tourne librement dans le creux toroïdal du moyeu, rencontre sur son trajet la butée et entraîne avec lui en rotation la roue à aubes. Le choc entre l'ergot et la butée est souvent violent. Un tel système est décrit dans la demande de brevet Européenne 320 060 de Philips dans lequel l'ergot est de très petite taille.
Pour éviter à cet ergot une trop grande fragilité on peut augmenter la section transversale de celui-ci en l'élargissant angulairement. Cependant, plus on élargit angulairement l'ergot, plus on raccourcit le trajet libre de cet ergot dans le creux toroïdal du moyeu et plus on réduit le temps laissé à l'arbre de leur moteur pour acquérir un couple moteur d'entraînement suffisant, étant donné que par structure, l'ergot terminal se trouvant à proximité de l'axe de rotation de l'arbre du moteur, le bras de levier d'entraînement par cet ergot est petit, ce qui est défavorable pour obtenir rapidement un bon couple moteur, et que le creux toroïdal se trouvant également tout près de l'axe de la roue à aubes, ne peut pas avoir une relative grande longueur procurant un long trajet libre pour cet ergot lors d'un démarrage de leur moteur. Il en ressort que dans ces motopompes connues, l'ergot d'entraînement de leur roue à aubes est fragile et le démarrage de leur moteur d'entraînement reste aléatoire ou peu fiable même pour une charge insignifiante. Un tel système est décrit dans la demande Européenne 287 984 d'Askoll.
Pour rendre moins bruyant le fonctionnement de ces motopompes connues, un lubrifiant amortisseur est souvent introduit dans l'espace disponible entre le creux toroïdal du moyeu de leur roue à aubes et l'ergot terminal de l'embout cylindrique fixé sur l'arbre de leur moteur d'entraînement.
Etant donné que le débattement libre de l'ergot dans le creux toroïdal est faible, le parcours d'amortissement par le lubrifiant des chocs entre cet ergot et une des extrémités de ce creux est court et entraîne un amortissement insignifiant ou peu efficace.
Dans ces motopompes connues, un joint annulaire d'étanchéité empêchant une fuite de ce lubrifiant amortisseur est souvent monté entre cet embout cylindrique central et le moyeu creux de la roue à aubes. Ce joint d'étanchéité est plus grand qu'un joint d'arbre et s'use plus rapidement que ne le fait ce dernier.
Selon une autre réalisation connue, les motopompes centrifuges comprennent d'une part dans sa roue à aubes un moyeu pourvu à son extrémité orientée vers le moteur d'entraînement, d'un rebord axial cylindrique formant un creux cylindrique plat et d'une saillie radiale dans la périphérie de ce creux adjacente à ce rebord et servant de butée, et d'autre part sur la partie de l'arbre de son moteur d'entraînement recevant ce moyeu et entourée par ce creux, une came centrale plate fixe qui coopère avec la butée dans le creux de ce moyeu pour définir des limites d'une rotation libre de l'arbre du moteur d'entraînement dans le creux de ce moyeu. Lors d'un démarrage de la motopompe, le choc entre cette came centrale plate et cette butée est habituellement violent. Aucun moyen n'est cependant prévu dans ces pompes pour amortir ce choc. Un tel système est décrit dans la demande européenne 207 430 de Easthorpe.
Le fonctionnement de ces motopompes est de ce fait bruyant.
La présente invention visant à éviter les inconvénients rappelés ci-dessus permet de réaliser une motopompe centrifuge économique, silencieuse dans son fonctionnement et présentant au démarrage un bon couple moteur rendant fiable le fonctionnement de la motopompe notamment quand son moteur d'entraînement est un moteur électrique synchrone.
Plus précisément, l'invention a pour objet une motopompe telle que définie par la revendication 1.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on en décrit ci-après un exemple de réalisation illustré par des dessins ci-annexés dont :

la figure 1 représente une vue schématique, partielle, en coupe d'une motopompe centrifuge montrant une pompe centrifuge dont la roue à aubes est entraînée par un moteur électrique synchrone à aimants permanents ;
la figure 2 représente une vue schématique partielle, en coupe transversale suivant un plan II-II de la motopompe de la figure 1 montrant un système à retard de transmission de mouvement entre l'arbre du moteur d'entraînement et la roue a aubes de la pompe ;
la figure 3 représente une vue d'en bout schématique de la roue à aubes de motopompe de la figure 1 ;
la figure 4 représente une vue partielle schématique en coupe suivant un plan IV-IV de la roue à aubes de la figure 3 ;
la figure 5 représente une vue d'en bout schématique d'un volant circulaire d'entraînement de la roue à aubes de la figure 3 destiné à être monté sur une extrémité de l'arbre du moteur d'entraînement de la motopompe de la figure 1,
la figure 6 représente une vue schématique partielle du volant circulaire d'entraînement de la figure 5, en coupe suivant un plan VI-VI ;
la figure 7 représente une vue schématique en coupe axiale d'un couvercle de fermeture du moyeu de la roue à aubes de la figure 3, et
la figure 8 représente une vue schématique en coupe axiale d'un support-palier étanche de l'arbre du moteur d'entraînement de la motopompe de la figure 1, adjacent à la pompe.

Dans l'exemple de réalisation de l'invention illustré à la figure 1, une motopompe centrifuge 1 comprend une pompe centrifuge 2, un moteur électrique d'entraînement 3 et un boîtier commun 4 formé de deux éléments à savoir, d'une part, un corps creux 5 formant une chambre à rotor 6 du moteur d'entraînement 3 et une platine de pompe 7, et d'autre part un couvercle 9 formant une chambre de pompe 10 munie d'une buse d'entrée 11, d'une buse de sortie 12 et d'un joint d'étanchéité 13.
Le moteur électrique d'entraînement 3 est un moteur synchrone pourvu d'un rotor à aimants permanents 15, logé à l'intérieur de la chambre à rotor 6 et d'un stator 16 fixé autour de cette chambre à rotor 6 et protégé par un capot 17. L'arbre 20 du rotor 15 est maintenu libre en rotation par deux supports-paliers, un support-palier arrière 21 fixé dans le fond de la chambre à rotor et un support-palier avant 24 adjacent à la pompe, servant également d'une cloison mitoyenne de séparation étanche entre la chambre à rotor 6 et la chambre de pompe 10.
Une des extrémités 25 de l'arbre 20 du rotor 15 traversant le support-palier avant 24, porte une roue à aubes 27 de la pompe centrifuge 2 et l'entraîne en rotation dans la chambre de pompe 10. La roue à aubes 27 est montée à mobilité limitée en rotation autour de l'extrémité 25 de l'arbre 20 du rotor 15.
Selon l'invention, une motopompe centrifuge munie d'une roue à aubes de pompe montée à mobilité limitée en rotation sur une extrémité d'un arbre du rotor d'un moteur électrique d'entraînement comprend entre l'arbre du rotor du moteur d'entraînement et la roue à aubes un système à retard de transmission de mouvement comportant d'une part un volant circulaire d'entraînement fixé sur une extrémité de cet arbre du rotor, et d'autre part un maneton axial solidaire d'un moyeu de cette roue à aubes s'articulant sur une zone à grand rayon de ce volant circulaire et réalisant une course libre, avant un embrayage avec ce volant.
Dans l'exemple de réalisation illustré, la motopompe centrifuge 1 comprend entre l'arbre 20 du rotor 15 du moteur d'entraînement 3 et la roue à aubes 27, un système à retard de transmission de mouvement 30 comportant d une part un volant circulaire d'entraînement 31 fixé sur l'extrémité 25 de cet arbre 20 du rotor, et d'autre part un maneton axial 36 solidaire d'un moyeu 37 de la roue à aubes 27.
Le volant circulaire d'entraînement 31 comprend (figures 1, 5, 6) un disque circulaire à trou central 32 surmonté d'un collet tubulaire cylindrique concentrique 33 et pourvu dans une zone radiale à grand rayon de sa surface, d'une rainure axiale concentrique 34 à rayon moyen R et à extrémité non jointives séparées par une nervure radiale 35. Le volant circulaire d'entraînement 31, est monté sur l'extrémité 25 de l'arbre 20 du rotor 15 et y est fixé par vissage par emmanchement à force, par sertissage, par soudage ou par tout autre moyen de fixation connu.
La roue à aubes 27 comprend (figures 1, 3, 4) un moyeu creux 37 ayant sur son pourtour des aubes 38 et dans son creux 39 qui a un profil analogue à celui du volant circulaire d'entraînement 31 un maneton sectoriel axial 36 situé dans une zone espacée de l'axe 40 de ce moyeu 37 d'une distance radiale moyenne R qui est égale au rayon moyen R de la rainure axiale concentrique 34 du volant circulaire d'entraînement 31.
Dans la motopompe 1, le volant circulaire d'entraînement 31 est disposé mobile à l'intérieur du creux 39 du moyeu 37 de la roue à aubes 27, le maneton 36 du moyeu 37 est libre en déplacement dans la rainure circulaire 34. Les dimensions du volant circulaire 31 et de sa rainure axiale concentrique 34, et celles du creux 39 du moyeu 37 de la roue à aubes 27 et de son maneton sectoriel axial 36 sont respectivement prédéterminées pour obtenir un coulissement doux dans leur mouvement relatif.
Lors d'un démarrage de la motopompe 1, le volant circulaire 31 porté par l'extrémité 25 de l'arbre 15 du moteur d'entraînement tourne librement à l'intérieur du creux 39 du moyeu 37 de la roue à aubes 27 sans être soumis à aucune charge (figures 1 et 2) jusqu'à ce que la nervure radiale 35 qui coupe transversalement la rainure axiale concentrique 34, rencontre sur son trajet le maneton axial 36 du moyeu 37 de la roue à aubes 27, et à partir de ce moment, le volant circulaire 31 et l'arbre 20 du moteur d'entraînement 3 doivent fournir un couple moteur suffisant pour entraîner la roue à aubes 27. Dans ce système à retard de transmission de mouvement, un parcours sans charge ou course libre du volant 31 porté par l'arbre 20 du rotor 15 permet à ce rotor d'un moteur électrique synchrone d'entraînement d'acquérir un couple moteur nécessaire et d'effectuer le démarrage de la motopompe 1. Si ce parcours sans charge ou cours libre est trop court, comme le cas des pompes connues rappelé dans un paragraphe précédent, le moteur synchrone d'entraînement n'a pas assez de temps pour acquérir un couple moteur suffisant afin de pouvoir entrainer la roue à aubes 27 notamment quand la pompe 2 est en charge, et le démarrage de la motopome 1 est compromis.
Selon l'invention la forme en un disque à collet du volant d'entraînement 31 permettant une bonne disposition spatiale de la rainure axiale concentrique 34 dans une zone à grand rayon de ce volant, facilite un grand choix de combinaisons de dimensions des éléments du système à retard de transmission de mouvement 30 pour obtenir d'une part une relative grande longueur de rainure axiale concentrique 34 vis-à-vis de l'axe de rotation du volant d'entraînement 31 et en même temps un relatif grand éloignement du maneton axial 36 vis-à-vis de l'axe de la roue à aubes 27, par conséquent un relatif grand bras de levier c'est-à-dire un relatif grand couple moteur d'entraînement pour le volant 31.
Avec un tel système à retard de transmission de mouvement, le démarrage de la motopompe 1 n'est plus aléatoire et son fonctionnement devient fiable.
Dans un démarrage de la motopompe 1, une rencontre entre la nervure radiale 35 du volant circulaire d'entraînement 31 et le maneton axial 36 du moyeu 37 de la roue à aubes 27 est un choc relativement violent et bruyant. Un lubrifiant amortisseur introduit dans l'espace disponible entre le volant circulaire d'entraînement 31 et le moyeu 37 de la roue à aubes 27 peut réaliser un efficace amortissement de choc mais opposer aussi une sensible résistance à un libre déplacement de ce maneton axial 36 dans la rainure axiale concentrique 34, empêcher le volant d'entraînement 31 d'acquérir un couple moteur suffisant, et par conséquent compromettre le démarrage de la motopompe 1.
Dans le système à retard de transmission de mouvement 30, la relative grande longueur de la rainure axiale concentrique 34 du volant d'entraînement 31 permet un grand choix de viscosités de lubrifiant amortisseur qui, introduit dans l'espace disponible entre le volant d'entraînement 31 et le moyeu 37 de la roue à aubes 27, n'entravent pas un libre déplacement du maneton axial 36 dans la rainure axiale concentrique 34 du volant d'entraînement 31 tout en réalisant un efficace amortissement du choc entre la nervure radiale 35 du volant d'entraînement 31 et le maneton axial 36.
Dans la motopompe 1, le moyeu 37 (figures 1, 3, 4, 7) de la roue à aubes 27 coiffant le volant circulaire d'entraînement 31 fixé sur l'extrémité 25 de l'arbre 20 du rotor 15 et renfermant un lubrifiant amortisseur, est hermétiquement fermé à l'ouverture 41 de son creux 39 par un couvercle 45 monté mobile autour de l'arbre 20 entre le volant d'entraînement 31 et le support-palier avant 24.
Le couvercle 45 ayant une forme circulaire comprend (figure 7) d'une part autour de son trou central 46 un bossage circulaire concentrique 47 dans le creux 48 duquel est logé un joint torique d'étanchéité d'arbre 49 (figure 1) et d'autre part dans sa périphérie un bord retourné 50 ayant une forme complémentaire et ajusté à celle de l'couverture 41 du creux 39 du moyeu 37 de la roue à aubes 27 et muni sur sa surface extérieure, d'une nervure annulaire de retenue 52 destinée à être enchâssée dans une rainure circulaire correspondante 54 formée dans l'épaisseur de l'ouverture 41 du creux 39 du moyeu 37 de la roue à aubes 27, à s'y accrocher solidement et à fermer hermétiquement sans joint d'étanchéité le creux 39 du moyeu 37, l'étanchéité de la partie centrale du couvercle 45 étant assurée par le joint torique d'étanchéité d'arbre 49. Le couvercle 45 empêche ainsi efficacement toute fuite de lubrifiant amortisseur introduit dans le creux 39 du moyeu 37 de la roue à aubes 27 avec un seul joint torique d'étanchéité d'arbre 49 de diamètre relativement faible. La vitesse linéaire de frottement au niveau de la surface de contact entre ce joint torique 49 et l'arbre 20 qui ont respectivement un petit diamètre, est relativement faible lors d'un mouvement relatif entre le moyeu 37 et le volant d'entraînement 31 porté par cet arbre 20. L'usure du joint torique de petit diamètre 49 porté par le couvercle 45 est de ce fait faible ou négligeable.
Selon l'exemple de réalisation économique illustré, le support-palier avant 24 qui sert également de cloison mitoyenne de séparation étanche entre la chambre de pompe 10 et la chambre à rotor 6 et qui porte dans sa partie centrale en creux 54 (figures 1, 8) un joint d'étanchéité d'arbre 55, comprend dans le pourtour du fond de ce creux 54 des trous axiaux 56 de passage pour des pieds d'attache 57 de ce joint d'étanchéité 55 support-palier avant 24. La forme tubulaire facilement démoulable de l'ensemble "support-palier 24 -joint d'arbre 55" permet de réaliser ce dernier en une seule pièce, par un moulage économique bi-matière.
Dans une variante de réalisation non représentée, d'une part le couvercle 45 et le joint torique 49 qui ferment hermétiquement le creux 39 du moyeu 37 de la roue à aubes 27 et d'autre part le couvercle 9 formant la chambre de pompe 10 et le joint d'étanchéité 13 sont respectivement réalisés également en une seule pièce par un moulage économique bi-matière.

Claims

Motopompe centrifuge comportant :
- une roue à aubes (27) ;

- un moteur (3) ayant un arbre (20) et entraînant la roue à aubes par l'intermédiaire d'un système de retard de transmission de mouvement (30), le système de retard comportant un maneton (36) s'étendant parallèlement à l'axe de l'arbre et coulissant dans une rainure (34) ;
caractérisée en ce que la roue à aubes comporte un moyeu creux (37), le maneton étant solidaire de la roue à aubes et situé à l'intérieur du moyeu, et que la motopompe comporte de plus un volant circulaire (31), solidaire de l'extrémité (25) de l'arbre (20), dans lequel est réalisée la rainure, cette dernière s'étendant sensiblement concentriquement au volant, sur un cercle complet à l'exception d'une nervure (35) du moyeu, le volant (31) ayant un profil analogue à celui du moyeu creux (37) de la roue à aubes et étant disposé à l'intérieur de celui-ci, un lubrifiant étant disposé dans l'espace disponible entre le moyeu, le volant, la rainure et le maneton, les dimensions des surfaces en regard de ces quatre derniers éléments et la viscosité du lubrifiant étant choisies pour obtenir un coulissement doux dans le mouvement relatif du moyeu et du volant ainsi qu'un amortissement du choc entre la nervure du volant et le maneton.
Motopompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en coupe perpendiculaire à l'axe de rotation, le maneton (36) présente deux faces en arc de cercle en contact avec les faces (33, 34) de guidage de la rainure (34).
Motopompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les extrémités du maneton (36) destinées à entrer en contact avec la nervure (35) sont arrondies.
Motopompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyeu (37) de la roue à aubes (27) comprend à l'ouverture (41) de son creux (39), un couvercle circulaire de fermeture hermétique (45) ayant au centre un joint d'étanchéité d'arbre (49), et dans la périphérie, un bord retourné muni d'une nervure annulaire de retenue (52) destinée à être enchâssée dans une rainure circulaire correspondante (54) de l'ouverture (41) du moyeu creux (39).
Motopompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le couvercle circulaire de fermeture hermétique (45) du moyeu (37) et son joint torique d'étanchéité d'arbre (49) sont réalisés en une seule pièce par un moulage bi-matière.
Motopompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un boîtier commun (4) séparé en chambre à rotor (6) de moteur d'entraînement et en chambre de pompe (10) par un support-palier (24) muni d'un joint d'étanchéité d'arbre (55), le support-palier (24) étant muni dans le pourtour du fond du creux (54) de sa partie centrale de trous axiaux (56) de passage pour des pieds d'attache (57) du joint d'étanchéité d'arbre (55), et en ce que le support-palier (24) et son joint d'étanchéité d'arbre (55) sont réalisés en une seule pièce par un moulage bi-matière.
Motopompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la rainure (34) est réalisée dans une zone à grand rayon du volant (31).