FR2884366A1 - Moteur electrique synchrone a vitesse variable - Google Patents

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Abstract

Moteur électrique synchrone à vitesse variable (1), en particulier pour des pompes immergées (2), du type comprenant un stator (5) externe à un rotor externe à aimant permanent (7), contenu dans une chemise (9), un arbre (13) étant venu de matière en rotation avec le rotor (7) le long d'un axe X et au moins un palier (14) logé dans la chemise (9) pour supporter l'arbre (13). Le palier (14) comprend un coussinet de palier (22) inséré dans la chemise (9) présentant un support (23) pour loger une bague (17) placée sur l'arbre (13).

Description

La présente invention concerne un moteur électrique synchrone à vitesse
variable doté d'un rotor immergé dans un fluide, en particulier pour des pompes destinées
à un usage domestique ou industriel.
En particulier, l'invention concerne un moteur électrique synchrone à vitesse variable doté d'un rotor immergé dans un fluide, en particulier pour des pompes, du type comprenant un stator externe par rapport au rotor central à aimant permanent contenu dans une chemise, un arbre venu de matière en rotation avec le rotor le long d'un axe X et au moins un palier logé dans ladite chemise pour supporter l'arbre.
Comme il est bien connu par l'homme de métier, les pompes ayant un moteur doté d'un rotor immergé ont été de plus en plus réalisées au cours des dix dernières années au moyen de moteurs synchrones avec des rotors à aimant permanent.
Les moteurs électriques synchrones utilisés présentent une structure comprenant un stator externe, avec des pièces polaires relatives, et un rotor interne agencé centralement entre les pièces polaires du stator.
Le rotor est logé dans un boîtier scellé hermétiquement par rapport au stator, par exemple à l'intérieur d'une chemise en acier, et il es axialement traversé par un arbre de commande supporté en rotation par des paliers adaptés.
Le rotor fonctionne en règle générale immergé dans un fluide, qui peut être le même fluide dans lequel la pompe est immergée ou, si le rotor est contenu dans une chemise étanche dans un fluide spécial avec des caractéristiques thermophysiques particulières.
L'arbre de commande présente également une extrémité couplée avec l'élément de commande, c'est-à-dire la ou les roues de la pompe.
En règle générale, les paliers comprennent une bague faite dans un matériau tel qu'une céramique, le graphite ou des technopolymères, à l'intérieur de laquelle l'arbre est fixé de façon à pouvoir tourner.
Le principal inconvénient trouvé dans les moteurs dotés de paliers de ce type est celui de tensions et de contraintes particulières qui apparaissent en correspondance avec les paliers au cours du fonctionnement du moteur lorsque, pour un assemblage défectueux ou pour un mauvais support de l'arbre, l'arbre et les paliers ne sont pas parfaitement coaxiaux.
Un désalignement de l'arbre de commande provoque une concentration de déformations sur des petites surfaces des paliers qui peuvent entraîner des mauvais fonctionnements du rotor, une réduction de la vie opératoire de paliers et aller jusqu'à la rupture du rotor.
Un alignement précis entre l'arbre et le rotor est également constamment requis pour éviter l'apparition de vibrations qui génèrent un bruit gênant au cours du fonctionnement de la pompe.
Afin (l'essayer de réduire de tels inconvénients, on suggère de monter les paliers sur des supports élastiques mous pour permettre une éventuelle réparation des erreurs de coaxialité dans l'ensemble rotatif par rapport à l'axe idéal de la chemise. Les supports élastiques permettent de réduire, dans une certaine mesure, l'inconvénient du désalignement grâce à une répartition de la déformation, des tensions et des contraintes qui apparaissent au cours du fonctionnement, sur des surfaces légèrement plus larges.
Des solutions de pointe de la technique connues sont soit trop onéreuses, affectant de façon notable le coût total de la pompe, soit non appropriées pour les performances requises par cette catégorie de produits.
Le problème technique sous-jacent de la présente invention est celui d'imaginer un moteur électrique synchrone à vitesse variable doté d'un rotor immergé dans un fluide, en particulier pour des pompes destinées à un usage domestique à industriel, ayant des caractéristiques structurelles et fonctionnelles permettant de surmonter les inconvénients cités dans la technique connue, avec une simplicité particulière des composants.
L'idée de solution sous-jacente de la présente invention est celle de fournir au moins un palier de l'arbre de commande comprenant une bague sphérique placée sur l'arbre de commande et logée dans un support conjugué à l'intérieur d'un coussinet de palier.
Sur la base d'une telle idée de solution, le problème technique est résolu par un moteur électrique synchrone à vitesse variable doté d'un rotor immergé dans un fluide en particulier pour les pompes, du type comprenant un stator externe par rapport audit rotor central à aimant permanent, contenu dans une chemise, un arbre venu de matière en rotation avec ledit rotor le long d'un axe X et au moins un palier logé dans ladite chemise pour supporter ledit arbre, caractérisé en ce que ledit au moins un palier comprend un coussinet de palier inséré dans ladite chemise présentant un support destiné à loger une bague placée sur ledit arbre.
Ladite bague peut être sphérique avec une surface extérieure, de préférence en forme de tonneau.
Ladite bague peut présenter, sur ladite surface extérieure, une pluralité de rainures axiales entre lesquelles une pluralité d'ailettes est définie.
Ledit support dudit coussinet de palier peut présenter une forme sphérique conjuguée avec ladite surface extérieure de ladite bague.
Ledit coussinet de palier peut avoir une forme extérieure prismatique de préférence octogonale.
Ladite pluralité de rainures de ladite bague peut former, avec ledit support dudit coussinet de palier, une pluralité de passages axiaux.
Ladite bague peut être réalisée dans un matériau tel que le graphite, une céramique ou un matériau technopolymère de dureté prédéterminée.
Ledit coussinet de palier peut être réalisé dans un matériau élastique déformable, en polymère polyuréthane de dureté prédéterminée, en caoutchouc naturel ou synthétique.
Ledit palier peut être logé dans un support ménagé respectivement sur un fond ou dans un couvercle de ladite chemise de confinement dudit rotor, chacun desdits supports étant conjugué avec ladite forme extérieure dudit coussinet de palier.
Chacun desdits supports de ladite chemise peut présenter des parois latérales et des parois de fond adaptées pour contenir ledit coussinet de palier, lesdites parois latérales présentant une forme de plan octogonale conjuguée avec ladite forme extérieure.
Ledit coussinet de palier peut présenter ladite forme extérieure octogonale avec un apothème A de préférence égal à 10,6 mm, et en ce que ledit support sphérique et ladite surface extérieure de ladite bague présentent un diamètre identique à D, de préférence égal à 18 mm.
Ladite bague et ledit coussinet de palier peuvent présenter une hauteur axiale sensiblement identique et de préférence égale à 12 mm, ledit coussinet de palier permet l'insertion axiale par pression de ladite bague dans ledit support et ladite bague présente ledit orifice avec le diamètre de préférence égal à 10 mm et correspondant au diamètre dudit arbre avec lesdites rainures de préférence au nombre de 20 présentant une profondeur de 2 mm.
Les autres caractéristiques et avantages du moteur selon la présente invention seront clarifiés à partir de la description suivante d'un mode de réalisation préféré de cette dernière donné à titre indicatif et d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.
Sur de tels dessins: La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une pompe 5 immergée; La figure 2 représente une vue schématique éclatée de trois quarts d'un palier de pompe réalisée selon la présente invention; La figure 3 représente une vue schématique de trois-quarts, partiellement sectionnée, du palier de la figure 2; La figure 4 représente une coupe axiale du palier représenté de la figure 3.
En référence aux figures annexées et en particulier à l'exemple de la figure 1, 1 indique généralement et schématiquement un moteur électrique synchrone à vitesse variable, avec un rotor à aimant permanent immergé dans un fluide, pour une pompe 2 principalement employée dans des applications domestiques et industrielles.
Le moteur 1 vise à activer l'élément de commande, c'est-à-dire une ou plusieurs roues 3, de la pompe 2 agencée en succession ou en extension axiale le long d'un axe X. Dans le cas représenté sur la figure 1, les roues 3 sont au nombre de trois.
Le moteur 1 est logé à l'intérieur d'un boîtier 4 et il comprend un stator 5 avec un bobinage statorique relatif 6 adapté à définir des pièces polaires correspondantes.
Le moteur 1 comprend également un rotor à aimant permanent 7 logé axialement à l'intérieur d'un boîtier 8 scellé hermétiquement par rapport au stator 5.
Plus particulièrement, le rotor 7 est logé dans une chemise de confinement 9, agencée à l'intérieur du stator 5 parmi le bobinage statorique 6, et il est venu de matière avec une partie à bride 10 qui surmonte le stator 5 avec un accouplement de forme.
La chemise 9 comprend un fond 11 et un couvercle 12 qui définissent un support fermé pour le rotor 7.
Le rotor 7 fonctionne immergé dans un fluide, qui peut être le même fluide que celui dans lequel la pompe est immergée, ou un fluide spécial présentant des caractéristiques thermo-physiques particulières et dans un tel cas la chemise 9 définit un support étant étanche pour le rotor 7 et de confinement pour le fluide.
Un arbre 13 du moteur 1 est venu de matière avec le rotor 7 et il est cinématiquement et axialement couplé le long de l'axe X avec les roues 3 de la pompe 2, d'une manière conventionnelle en soi.
L'arbre 13 est supporté au moyen de paliers 14 placés sur des parties opposées et logés dans des supports adaptés 15, 16 respectivement ménagés sur le fond 11 et dans le couvercle 12 de la chemise de confinement 9 du rotor 7.
De façon avantageuse, chaque palier 14, tel que mis en évidence sur la figure 2, comprend un coussinet de palier prismatique 22, qui, de préférence, présente une forme extérieure octogonale 24 qui peut être insérée dans le support contre-façonné 15 ou 16.
Les supports 15, 16 présentent de préférence des parois latérales 30 et des parois de fond 31, adaptées pour contenir de façon appropriée le coussinet de palier 22, tel que mis en évidence sur les figures 2 et 4. En particulier, les parois latérales 30 présentent une forme de plan octogonale.
De façon avantageuse, le coussinet de palier 22 est creux pour réaliser un support axial 23 pour loger une bague sphérique 17.
De préférence, le coussinet de palier 22 est réalisé dans un matériau élastiquement déformable, tel que par exemple un technopolymère en polyuréthane, de dureté shore adaptée et prédéterminée, ou en caoutchouc naturel ou synthétique.
De façon avantageuse, la bague 17 est placée sur l'arbre de commande 13.
En fait, la bague 17 a un orifice axial 18, adapté pour loger l'arbre traversant 13.
De façon appropriée, la bague 17 présente une surface extérieure 19 de préférence en forme de tonneau et dotée d'une pluralité de rainures axiales 20, parmi lesquelles une pluralité d'ailettes 21 est définie.
La bague 17 est de préférence en graphite, en céramique ou en un technopolymère chargé de façon appropriée.
De façon avantageuse, le coussinet de palier 22, étant élastiquement déformable, est façonné de telle manière à permettre l'insertion par pression de la bague 17 dans le support sphérique contre-façonné 23.
D'une telle manière, la pluralité de rainures 20, parmi la pluralité d'ailettes 21 de la bague 17, forme, avec le support 23 du coussinet de palier 22, une pluralité de passages axiaux 27.
De façon avantageuse, selon le présent mode de réalisation, dans l'étape d'assemblage, tel que particulièrement mis en évidence sur les figures 3 et 4, chaque bague 17 est insérée par pression dans le support respectif 23 du coussinet de palier 22, définissant ainsi un palier 14 qui peut être inséré dans le support 15, 16 réalisé sur la chemise de confinement 9 du rotor 7.
Les supports 15 et 16 présentent ainsi pour le coussinet de palier 22 une fonction d'anti-rotation par rapport à la chemise 9.
Chaque palier 14, placé sur l'arbre de commande 13, définit, avec l'arbre lui-même 13, une paire de roulement qui sert de support pour le rotor 7.
De façon évidente, le fond 11 et le couvercle 12 de la chemise de confinement 9 du rotor 7 peuvent être réalisés selon différentes formes et en particulier ils peuvent être réalisés venus de matière avec les supports respectifs 15, 16 ou au moyen de composants séparés.
Le palier 14, réalisé selon la présente invention, s'auto-aligne par rapport à l'arbre 13. En fait, la forme de la surface extérieure en forme de tonneau 19 de la bague 17 insérée dans le support conjugué 23 du coussinet de palier 22, étant élastiquement déformable, permet de réparer les éventuels désalignements de l'arbre de commande 13 au cours du fonctionnement.
De plus, la déformation due aux tensions et aux contraintes qui apparaissent au cours du fonctionnement du moteur 1, dans le cas d'un désalignement de l'arbre 13, est supportée par une surface remarquablement plus large, comprenant toute la pluralité des ailettes 21 de la bague 17, ce qui garantit l'auto-alignement de l'arbre de commande du moteur sans mettre en danger son fonctionnement.
En outre, au cours du fonctionnement de la pompe 2 avec le moteur 1 doté d'un rotor 7 immergé dans le fluide, la pluralité de passages 27, définis parmi la pluralité de rainures 20 de la bague 17 et du support 23, du coussinet de palier 22, permet le passage du fluide dans lequel le rotor 7 est immergé, rendant possible le refroidissement et la lubrification du palier 14 lui-même.
De façon appropriée, dans un mode de réalisation préféré, le coussinet de palier 22 présente la forme extérieure octogonale 24 avec l'apothème A, de préférence égal à 10,6 mm, alors que le support sphérique 23 et la surface extérieure 19 de la bague 17 présentent un diamètre étant sensiblement identique à D, de préférence égal à 18 mm. Le coussinet de palier 22 et la bague 17 présentent une hauteur axiale H sensiblement identique et de préférence égale à 12 mm. La bague 17 présente l'orifice 18 avec un diamètre d, de préférence égal à 10 mm et correspondant au diamètre de l'arbre 13. Les rainures sont de préférence au nombre de 15 et elles présentent une profondeur de 2 mm. Le principal avantage de la présente invention est celui d'avoir réalisé un moteur électrique synchrone comprenant au moins un palier comportant des composants simples mais efficaces, qui, grâce à la forme de tonneau de la bague insérée dans le coussinet de palier, étant élastiquement déformable, permet d'obtenir l'auto-alignement du rotor même dans des conditions de service contraignantes sans mettre en danger le fonctionnement.
Un autre avantage du moteur avec le palier réalisé selon la présente invention est dû à la possibilité de réparer des éventuels désalignements de l'arbre au cours du fonctionnement de la pompe offrant ainsi un fonctionnement particulièrement silencieux, le coussinet de palier élastiquement déformable permet, en fait, d'amortir les vibrations gênantes et les bruits dérivés.
Un autre avantage du palier réalisé selon la présente invention est dû aux composants simples et à la bague facile à assembler dans le coussinet de palier élastiquement déformable, ce qui garantit également une longue durée de vie du palier.
Un autre avantage remarquable du moteur doté d'au moins un palier réalisé selon la présente invention est dû au refroidissement constant assuré par le passage du liquide, dans lequel le rotor est immergé, à l'intérieur de la pluralité de passages définis entre la pluralité de rainures de bague et du support du coussinet de palier, permettant ainsi une lubrification continue du palier.
De plus, un palier réalisé selon la présente invention est utilisé de façon avantageuse également dans des moteurs dans lesquels la chemise à enroulement rotorique est fabriquée dans un matériau thermoplastique. L'utilisation de tels matériaux, même s'ils présentent l'avantage d'être réalisés à faible coût ainsi que celui d'éviter l'établissement de courants parasites gênants induits sur la chemise par les champs magnétiques rotoriques/statoriques, ont l'inconvénient d'une stabilité dimensionnelle inférieure lorsque la température augmente. Un palier, selon la présente invention, permet de maintenir l'alignement de l'arbre de commande également en cas d'instabilité dimensionnelle de la chemise.
En outre, des paliers réalisés selon la présente invention, prévoient dans le cas de moteurs à vitesse variable la présence du coussinet de palier élastiquement déformable afin d'éviter l'établissement d'une résonance structurelle qui pourrait survenir entre le rotor et la chemise, en acier, lorsque la vitesse de rotation s'approche des fréquences critiques naturelles de tels composants.
Un autre avantage de la présente invention est lié au coût extrêmement réduit et à la réalisation simple présentée par le palier réalisé selon la présente invention.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Moteur électrique synchrone à vitesse variable doté d'un rotor (7) immergé dans un fluide en particulier pour les pompes (2), du type comprenant un stator (5) externe par rapport audit rotor central à aimant permanent (7), contenu dans une chemise (9), un arbre (13) venu de matière en rotation avec ledit rotor (7) le long d'un axe X et au moins un palier (14) logé dans ladite chemise (9) pour supporter ledit arbre (13), caractérisé en ce que ledit au moins un palier (14) comprend un coussinet de palier (22) inséré dans ladite chemise (9) présentant un support (23) destiné à loger une bague (17) placée sur ledit arbre (13).
2. Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bague (17) est sphérique avec une surface extérieure (19), de préférence en forme de tonneau.
3. Moteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite bague (17) présente, sur ladite surface extérieure (19), une pluralité de rainures axiales (20) entre lesquelles une pluralité d'ailettes (21) est définie.
4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit support (23) dudit coussinet de palier (22) présente une forme sphérique conjuguée avec ladite surface extérieure (19) de ladite bague (17).
5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit coussinet de palier (22) a une forme extérieure prismatique (24) de préférence octogonale.
6. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pluralité de rainures (20) de ladite bague (17) forme, avec ledit support (23) dudit coussinet de palier (22), une pluralité de passages axiaux (27) .
7. Moteur selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite bague (17) est réalisée dans un matériau tel que le graphite, une céramique ou un matériau technopolymère de dureté prédéterminée.
8. Moteur selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit coussinet de palier (22) est réalisé dans un matériau élastique déformable, en polymère polyuréthane de dureté prédéterminée, en caoutchouc naturel ou synthétique.
9. Moteur selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit palier (14) est logé dans un support (15,16) ménagé respectivement sur un fond (11) ou dans un couvercle (12) de ladite chemise de confinement (9) dudit rotor (7), chacun desdits supports (15,16) étant conjugué avec ladite forme extérieure (24) dudit coussinet de palier (22).
10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacun desdits supports (15,16) de ladite chemise (9) présente des parois latérales (30) et des parois de fond (31) adaptées pour contenir ledit coussinet de palier (22), lesdites parois latérales (30) présentant une forme de plan octogonale conjuguée avec ladite forme extérieure (24).
11. Moteur selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit coussinet de palier (22), présente ladite forme extérieure octogonale (24) avec un apothème A de préférence égal à 10,6 mm, et en ce que ledit support sphérique (23) et ladite surface extérieure (19) de ladite bague (17) présentent un diamètre identique à D, de préférence égal à 18 mm.
12. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite bague (17) et ledit coussinet de palier (22) présentent une hauteur axiale (H) sensiblement identique et de préférence égale à 12 mm, en ce que ledit coussinet de palier (22) permet l'insertion axiale par pression de ladite bague (17) dans ledit support (23) et en ce que ladite bague (17) présente ledit orifice (18) avec le diamètre (d) de préférence égal à 10 mm et correspondant au diamètre dudit arbre (13) avec lesdites rainures (20) de préférence au nombre de 20 présentant une profondeur de 2 mm.
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