FR2527854A1 - Submersible DC pump motor using commutation with immersed rotor - uses magnetic or optical coupling to transmit position of rotor to electronic commutator in sealed enclosure - Google Patents

Submersible DC pump motor using commutation with immersed rotor - uses magnetic or optical coupling to transmit position of rotor to electronic commutator in sealed enclosure Download PDF

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Abstract

The submersible direct current motor comprises a permanent magnet rotor (6) running inside a wound stator (7). Both rotor and stator are immersed. The stator is supplied with direct current by a commutation circuit (80) in a sealed enclosure (9) mounted below the rotor and stator. The commutation circuit is an electronic switching circuit with multiple outputs. The commutation circuit is controlled by position detecting devices which are remotely activated. A magnetic or optical coupling (81,82) may be used to transmit rotor position to the commutation detectors (82), requiring that the wall of the enclosure (9) by magnetically or optically transparent. The electric power is supplied from above the water level through a sealed entry (32) cable (31) connected to the commutation unit.

Description

Moteur à courant continu fonctionnant immergé
L'invention est relative à un moteur à courant continu fonctionnant en immersion et utilisé notamment pour actionner une pompe.DC motor running submerged
The invention relates to a direct current motor operating in immersion and used in particular for actuating a pump.

Ce moteur s'applique aux dispositifs de pompage alimentés en énergie par piles photo-voltaSques et destinés à pomper l'eau des nappes souterraines. This motor applies to pumping devices supplied with energy by photovoltaic cells and intended to pump water from underground aquifers.

On connatt des groupes moto-pompes dans lesquelles la pompe est immergée. Le moteur, alimenté par piles photo-voltaSques en courant continu, reste en surface. L'arbre de liaison entre le moteur et la pompe est donc long, ce qui conduit à un ensemble coûteux. We know motor-pump groups in which the pump is immersed. The motor, powered by direct current photovoltaic batteries, remains on the surface. The connecting shaft between the motor and the pump is therefore long, which leads to an expensive assembly.

On connatt des moteurs alternatifs fonctionnant sous l'eau. Leur alimentation à partir de courant continu fourni par une source solaire nécessite un circuit onduleur commandé par une électronique complexe. We know of alternative motors operating underwater. Their supply from direct current supplied by a solar source requires an inverter circuit controlled by complex electronics.

Cette solution reste onéreuse.This solution remains expensive.

I1 a été proposé d'enfermer un moteur à courant continu classique dans une botte étanche ; le passage de l'arbre à travers la botte pose alors de difficiles problèmes d'étanchéité, mal résolus même par les chambres d'étanchéité à huile. I1 has been proposed to enclose a conventional DC motor in a sealed boot; the passage of the shaft through the boot then poses difficult sealing problems, poorly resolved even by the oil sealing chambers.

Un but de la présente invention est de réaliser un moteur à courant continu, pouvant fonctionner en toute sécurité en immersion de construction simple et d'un prix de revient modeste. An object of the present invention is to provide a direct current motor which can operate safely in immersion of simple construction and of a modest cost price.

L'invention a pour objet un moteur à courant continu pour fonctionnement en immersion, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor comprenant un arbre et muni d'aimants permanents constituant au moins une paire de pôles inducteurs et un induit bobiné, rotor et stator fonctionnant immergés, le stator étant alimenté en courant continu par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation enfermé dans une enceinte étanche, le dispositif de commutation étant associé à un moyen permettant de détecter la position du rotor et de transmettre l'information sans perturber l'étanchéité de ladite enceinte. The subject of the invention is a direct current motor for immersion operation, characterized in that it comprises a rotor comprising a shaft and provided with permanent magnets constituting at least one pair of inductor poles and a wound armature, rotor and stator operating submerged, the stator being supplied with direct current by means of a switching device enclosed in a sealed enclosure, the switching device being associated with a means making it possible to detect the position of the rotor and to transmit the information without disturbing the tightness of said enclosure.

Avantageusement, le dispositif de commutation est un collecteur électronique, le moyen de détection de la position du rotor comprenant un aimant lié au rotor et des capteurs magnétiques disposés dans l'enceinte. Advantageously, the switching device is an electronic collector, the means for detecting the position of the rotor comprising a magnet linked to the rotor and magnetic sensors arranged in the enclosure.

En variante, le moyen de détection de la position du rotor comprend une source lumineuse liée au rotor et des capteurs optiques disposés dans l'enceinte dont une paroi est transparente à la lumière de la source. As a variant, the means for detecting the position of the rotor comprises a light source linked to the rotor and optical sensors arranged in the enclosure, one wall of which is transparent to light from the source.

En variante, le dispositif de commutation comprend un collecteur annulaire formé de lames étant éleetriquement reliées à l'induit par des connexions électriques passant par des traversées étanche à travers la paroi de ladite enceinte étanche, au moins une paire de balais solidaire d'un second arbre tournant et en contact avec le collecteur, des moyens pour alimenter lesdits balais en courant continu par une connexion électrique traversant la paroi de l'enceinte par une traversée étanche et des moyens de couplage en rotation, sans contacts, des premier et second arbre. As a variant, the switching device comprises an annular collector formed of blades being electrically connected to the armature by electrical connections passing through sealed crossings through the wall of said sealed enclosure, at least one pair of brushes secured to a second rotating shaft and in contact with the collector, means for supplying said brushes with direct current by an electrical connection passing through the wall of the enclosure by a sealed bushing and means for rotationally coupling, without contacts, of the first and second shafts.

L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après des deux modes préférés de réalisation de l'invention, en référence au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale du moteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessous du meme moteur,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d'un moteur selon une variante.The invention will be better understood from the description given below of the two preferred embodiments of the invention, with reference to the attached drawing in which - Figure 1 is a schematic view in axial section of the engine according to the invention , - Figure 2 is a bottom view of the same engine,
- Figure 3 is a schematic view in axial section of a motor according to a variant.

Dans les figures, la référence 1 désigne un puits de forage rempli d'eau 2 à pomper. In the figures, the reference 1 designates a well filled with water 2 to be pumped.

Le moteur de l'invention est globalement désigné par la référence 3. Il entraîne une pompe 4 par un arbre moteur 5, maintenu par des paliers 5A et 5B. The motor of the invention is generally designated by the reference 3. It drives a pump 4 by a motor shaft 5, maintained by bearings 5A and 5B.

Le rotor 6 est constitué par un aimant permanent à deux ou plusieurs paires de pôles.  The rotor 6 consists of a permanent magnet with two or more pairs of poles.

L'induit 7 est constitué de bobinages classiques reliés de manière connue à un collecteur 8. The armature 7 is made up of conventional windings connected in a known manner to a collector 8.

Le collecteur (lames conductrices 8A, lames isolantes 8B) est enfermé dans une enceinte étanche 9. Les fils 10 de liaison du collecteur à l'induit 7 passent par des sorties étanches 11 et 12, par exemple fermées par une résine thermodurcissable. The collector (conductive strips 8A, insulating strips 8B) is enclosed in a sealed enclosure 9. The wires 10 connecting the collector to the armature 7 pass through sealed outlets 11 and 12, for example closed by a thermosetting resin.

Le collecteur 8 est annulaire et ses lames sont radiales (figure 2). The collector 8 is annular and its blades are radial (Figure 2).

Les balais 21 et 22 sont solidaires d'un arbre 23 suspendu par des paliers 24 et 25 et disposé coaxialement au collecteur, à l'intérieur de celui-ci. The brushes 21 and 22 are integral with a shaft 23 suspended by bearings 24 and 25 and disposed coaxially with the collector, inside the latter.

Le courant provenant de la source photovoltafque 30 placée en surface, est amené aux balais par des fils 31 qui traversent l'enceinte 9 par une traversée étanche 32 et par l'intermédiaire de bagues fixes 34 et 35, calées sur l'arbre et en liaison électrique avec les balais 21 et 22 respectivement. The current coming from the photovoltaic source 30 placed on the surface, is brought to the brushes by wires 31 which pass through the enclosure 9 by a sealed bushing 32 and by means of fixed rings 34 and 35, wedged on the shaft and in electrical connection with the brushes 21 and 22 respectively.

L'arbre 23 portant les balais est entraîné en rotation par couplage sans contact avec l'arbre 5 on on utilise de préférence un cou- plage magnétique à l'aide de deux aimants, l'un 41 porté par arbre 23 à l'intérieur de l'enceinte 9, l'autre 42 porté par l'arbre 5. Bien entendu tout autre mode de couplage des arbres qui ne nécessite pas de percer l'enceinte 9 peut être utilisé. The shaft 23 carrying the brushes is driven in rotation by coupling without contact with the shaft 5 a magnetic coupling is preferably used using two magnets, one 41 carried by shaft 23 inside of the enclosure 9, the other 42 carried by the shaft 5. Of course any other mode of coupling the shafts which does not require drilling the enclosure 9 can be used.

L'ensemble induit inducteur est enfermé dans une enceinte 50 pour éviter l'introduction des débris de forage et cailloux. Mais la traver-sée 51 de l'arbre 5 n'a pas a être étanche, puisque le rotor fonctionne dans liteau.  The inductor armature assembly is enclosed in an enclosure 50 to prevent the introduction of drilling debris and stones. But the crossing 51 of the shaft 5 does not have to be sealed, since the rotor operates in a batten.

Une membrane souple 53 constitue une portion de la paroi de l'en- ceinte 50, de manière à égaliser les pressions entre l'intérieur et l'extérieur et éviter les mouvements importants au niveau de la traversée 51. A flexible membrane 53 constitutes a portion of the wall of the enclosure 50, so as to equalize the pressures between the interior and the exterior and avoid significant movements at the crossing 51.

Grâce à la séparation des fonctions du moteur (couple par le rotor immergé, commutation par le collecteur enfermé) le moteur peut fonctionner immergé sans inconvénient. Thanks to the separation of the motor functions (torque by the submerged rotor, switching by the enclosed collector) the motor can operate submerged without inconvenience.

La figure 3 est une vue en coupe axiale d'un moteur selon une variante de réalisation. Les éléments communs à la figure 3 et aux figures 1 et 2 ont recru les mêmes numéros de référence. Figure 3 is an axial sectional view of an engine according to an alternative embodiment. The elements common to FIG. 3 and to FIGS. 1 and 2 have been given the same reference numbers.

Le collecteur mécanique est cette fois remplacé par un collecteur électronique 80, à transistors ou thyristors ou microprocesseur. Pour fonctionner, il nécessite de connaltre la position du rotor. Celle-ci est obtenue, comme montré dans la figure, par un dispositif comprenant un aimant 81 lié au rotor, et des capteurs magnétiques (à lames souples, à effet Hall) disposés dans l'enceinte 9. The mechanical collector is this time replaced by an electronic collector 80, with transistors or thyristors or microprocessor. To operate, it requires knowing the position of the rotor. This is obtained, as shown in the figure, by a device comprising a magnet 81 linked to the rotor, and magnetic sensors (with flexible blades, Hall effect) arranged in the enclosure 9.

En variante, ou place sur le rotor une source lumineuse (photodiode) et des cellules dans l'enceinte, la paroi de cette dernière étant choisie en matériau transparent à la lumière de la source. As a variant, or places a light source (photodiode) and cells in the enclosure on the rotor, the wall of the latter being chosen from a material transparent to light from the source.

L'invention n'est bien entendu pas limitée aux moyens de couplage décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.  The invention is of course not limited to the coupling means described which have been given only by way of example.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1/ Moteur à courant continu pour fonctionnement en immersion, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor (6) comprenant un arbre (5) et muni d'aimants permanents constituant au moins une paire de pôles inducteurs et un induit bobiné (7), rotor et stator fonctionnant immergés, le stator étant alimenté en courant continu par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation (8) enfermé dans une enceinte étanche (9), le dispositif de commutation étant associé à un moyen (42, 58) permettant de détecter la position du rotor et de transmettre l'information sans perturber l'étan- chéité de ladite enceinte.1 / DC motor for immersion operation, characterized in that it comprises a rotor (6) comprising a shaft (5) and provided with permanent magnets constituting at least one pair of inductor poles and a wound armature (7) , rotor and stator operating submerged, the stator being supplied with direct current by means of a switching device (8) enclosed in a sealed enclosure (9), the switching device being associated with means (42, 58) making it possible to detect the position of the rotor and to transmit the information without disturbing the sealing of said enclosure. 2/ Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commutation est un collecteur électronique (80), le moyen de détection de la position du rotor comprenant un aimant (81) lié au rotor et des capteurs magnétiques (82) disposés dans l'enceinte.2 / motor according to claim 1, characterized in that the switching device is an electronic collector (80), the means for detecting the position of the rotor comprising a magnet (81) linked to the rotor and magnetic sensors (82) arranged inside the enclosure. 3/ Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection de la position du rotor (6) comprend une source lumineuse liée au rotor (6) et des capteurs optiques disposés dans l'enceinte (9) dont une paroi est transparente à la lumière de la source.3 / Motor according to claim 1, characterized in that the means for detecting the position of the rotor (6) comprises a light source linked to the rotor (6) and optical sensors arranged in the enclosure (9), one wall of which is transparent to light from the source. 4/ Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commutation comprend un collecteur annulaire (8) formé de lames conductrices (8A) séparées par des isolants (8B), lesdites lames étant électriquement reliées à l'induit par des connexions (10) électriques passant par des traversées étanche (11, 12) à travers la paroi de ladite enceinte étanche, au moins une paire de balais (21, 22) solidaire d'un second arbre tournant (23) et en contact avec le collecteur, des moyens (34, 35) pour alimenter lesdits balais en courant continu par une connexion électrique (31) traversant la paroi de l'enceinte par une traversée étanche (32) et des moyens de couplage (41, 42) en rotation, sans contacts, des premier et second arbre.4 / Motor according to claim 1, characterized in that the switching device comprises an annular collector (8) formed of conductive strips (8A) separated by insulators (8B), said strips being electrically connected to the armature by connections (10) electric passing through sealed crossings (11, 12) through the wall of said sealed enclosure, at least one pair of brushes (21, 22) secured to a second rotating shaft (23) and in contact with the manifold , means (34, 35) for supplying said brushes with direct current by an electrical connection (31) passing through the wall of the enclosure by a sealed passage (32) and coupling means (41, 42) in rotation, without contacts, first and second tree. 5/ Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de couplage comprennent un premier aimant (41) fixé sur le premier arbre (5) et un second aimant (42) fixé sur le second arbre (23), le couplage se faisant magnétiquement à travers la paroi de l'enceinte (9). 5 / A motor according to claim 4, characterized in that said coupling means comprise a first magnet (41) fixed on the first shaft (5) and a second magnet (42) fixed on the second shaft (23), the coupling is making magnetically through the wall of the enclosure (9).
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