Brevet FR2100805A1 — publié le 19720324

~1~ 2100805 l'invention a pour objet un moteur destiné plus particulièrement à l'entraînement des pompes pour liquides ou pour gaz dont le rotor se trouve dans une enceinte s*ouvrant à l'agent à véhiculer, tandis que le stator est disposé à l'extérieur de cette enceinte et est séparé du rotor par une paroi magnétiquement transparente, disposée dans l'entrefer magnétique. On connaît déjà des motors tournant dans l'eau utilisés plus particulièrement pour l'entraînement des pompes par moteur à tube d'entrefer. Le stator produisant le champ magnétique tournant*bp§4 j&fflg# ànaL.Qna.eint.«ealéirté«/^rriî3Eaîne par l'intermédiaire d'un tube d'entrefer magnétiquement perméable, vui rotor de moteur éle ctrique baigsant dans le liquide et relié par un arbre au rotor de la pompe„ De telles pompes à moteur comportant un tube d'entrefer présentent par rapport aux pompes dont l'arbrejeflntrêlejpL' étanchéité l'avantage important consistant en ce que les guidages d'arbre tendant à ne plus être étanches sont supprimés, ce qui entraîne la suppression de l'entretien des garnitures. La vitesse de rotationdu. rotor de la pompe est cependant limitée dans le sens de son accroissement par la fréquence imposée par la source d'énergie et de plus, la vitesse des moteurs à tube d'entrefer iSest pas réglable. Pour arriver à des pressions supérieures, il est donc nécessaire d'avoir recours soit à des rotors de grandes dimensions dont les canaux d'écoulement sont très étroits, et dont le rendement est donc mauvais, soit à des ensembles de plusieurs étages de construction très onéreuse. L'invention a pour objet des moteurs dont les rotors sont disposés dans une enceinte hermétiquement fermée par rapport au stator et tournant à une vitesse indépendante de la fréquence du réseau : éventuellement d'être réglée. l'invention part, à cet effet, d'une construction fondamentalement équivalente aux moteurs connus à rotor tournant dans un milieu liquide. Le stator porte un certain nombre de bobines parcourues par le courant à des intervalles successifs dans le temps sous l'action d'un, distributeur. de phases fixe de manière à produire un champ magnétique tournant. Ce distributeur de phases est constitué BAD OhtvÀlNAL ! 71 25114 -2- 2100805 par des contacts dont le nombre correspond à celui des bobines du stator et qui assurent la succession dans le temps des connexions entre la bobine correspondante et la source de courant, l'énergie destinée à la commande des contacts suc-5 cessifs est transmise par voie magnétique du rotor du moteur à des contacts. Il est cependant possible et même préférable dans le cas par exemple d'un moteur inaccessible, de disposer 1« distribution des phases s une distance choisie à l'avanee du moteur. Dans ce cas encore, l'énergie nécessaire à la com-10 mande des contacts peut être prélevée sur le rotor du moteur bien que l'on puisse également prévoir une commande indépendante sous forme d'un moteur auxiliaire ou d'un oscillateur générateur de courant polyphasé, les contacts peuvent être du type commutateur, à frottement ou au mercure. Si l'onuilftise 15 un moteur indépendant pour entraîner le dis tribut de phases, on peut agir dans le sens voulu, en se servant de commutateurs électriques appropriés/ sur la caractéristique dor&-nant la vitesse de rotation en fonction du couple. Ainsi l'on peut faire passer le courant du moteur à rotor tournant 20 dans un liquide dans l'inducteur d'un moteur auxiliaire travaillant en dérivation, de telle sorte que la vitesse de rotation du moteur auxiliaire se réduise lorsque la charge du moteur augmente. On peut prévoir un distributeur de phases pour la commande d'un nombre quiconque désiré de moteurs, ee 25 qui permet la commande en synchronisme de plusieurs moteurs conformes à l'invention et d'un seul distributeur de phases, ce qui peut être intéressant, notamment dans le cas des métiers à filer. Pour prolonger la durée de service des organes de commutation, on peut associer, conformément à l'invention, 30 plusieurs commutateurs ou contacts à la même bobine, afin qu'un même contact ne soit fermé qu'une fois pour deux tours du moteur ou davantage. Ce processus permet par augmentation du nombre de contacts, d'accroître d'une manière presque illimitée la durée de service du distributeur de phases. Dans . 35 le cas d'un fonctionnement en courant conti-nu, les rotors sont constitués par des aimants permanents, et dans le cas d'un fonctionnement en polyphasé, ils sont constitués par des cages d'écureuil. On va maintenant décrire l'invention avec plus de 40 détail en se référant aux dessins ci-joints sur lesquels : 25114 -3- 2100805 la fig. 1 représente une pompe entraînée par un moteur à rotor tournant dans un liquide, la pompe formant un "bloc avec le distributeur de phases et la commande étant assurée par le courant continu. les figs. 2a et 2b représentent une partie dUn distributeur de phases suivant deux coupes orthogonales. La fig. 3a représente un moteur analogue relié par un câble à un distributeur de phases monté dans une enceinte indépendante et représenté en fig. 3*>o La fig. 4 représente un distributeur de phases dont les contacts sont reliés électriquement l'un à l'autre par line couche de mercure. La fig. 5 représente un distributeur de phases à contacts frottante La fig. 6 est une coupe du distributeur de phases suivant la fig. 5 et montre des contacts subdivisés en groupes de contacts associés. La- fig. 7 représente un élément formant contact, dont la fermeture est produite par la surface d'un anneau de mercure qui est formé par la force centrifuge. Revenant à la fig. 1, celle-ci représente une pompe centrifuge entraînée par le moteur conforme à l'invention. Le rotor de la pompe est entraîné par le rotor 2 du moteur, ce rotor étant représenté en coupe transversale dans l'arrachement 3. Le stator 4 du moteur:portant le bobina ge 5 est séparé de son rotor 2 par un tube d'entrefer -6 en une matière magnétiquement perméable. Le rotor 2 entraîne également deux aimants 7a et 7b. . Ceux-ci tournent devant deux séries annulaires de ressorts 8 et 8b dont ils provoquent la fermeture successive jeur les contacts fixes 10 comme expliqué ci-après. Ces séries de contacts sont reliées au réseau continu par les fils 9a et 9b. Les aimants 7a et 7b sont décalés de 180°. Toutes les bobines du bobinage 5 sont reliées par une extrémité aux contacts 10a sur la bague isolante lia et par l'autre extrémité avec les contacts 10b de la bague isolante 1 "rtî de telle sorte que chèque ressort de contact 8 vient une fois par tour s'appliquer sur le contact correspondant 10", Chaque couple de bobines est ainsi relié une fois par tour aux fils 9a e"t 9^ et se trouve donc parcouru par du eourant. 71 25114 "4" 2100805 Lorsque le moteur doit fonctionner en continu, il est prévu un induit constitué par des aimants permanents 15 et des pièces polaires 16 en fer doux. Les aimants 7a et 7b sont disposés dans une chambre 12 recevant le liquide à 5 refouler, tandis que les contacts 8 et 10 sont disposés soit dans l'air, soit dans une chambre dont l'atmosphère étouffe les étincelles. La fig. 2a représente à plus grande échelle les éléments dm distributeur de phases 7-11. Les aimants tour-10 nants 7 sont constitués par un support 21 faiblement magnétique, deux aimants permanents 22a et 22 b aimantés axiale-ment en sens opposés dans les plans 23a et 23b et quatre pièces polaires 24a et 24b et 25a-25b en une matière faiblement magnétique. Xes lignes de force magnétiques traver-15 sent le tube d'entrefer 6 et attirent l'aimant 26 qui est également aimanté axialement en sens opposés dans ces deux plans. Tous les ressorts de contact 8a présentent le même potentiel et les contacts 10 en regard sont reliés par les câbles 27 aux bobines du bobinage 5» 20 La fig. 2b est une coupe de la fig. 2a suivant la ligne II-II et représente l'aimant 26 en position attirée tandis que l'aimant 28 précédemment attiré est repoussé par les pièces polaires 24 en raison de son égalité de potentiel avec ces dernières» 25 La fig. 3a représente une dispesition suivant laquelle la chambre 12a communiquant avec le liquide à véhiculer contient l'aimant permanent 30 fermant rotor à deux pôles, monté éventuellement en principe comme le rotor 2 de la fig. 1 et produisant un courant pelyphasé dans le 30 stator 31 l'extérieur du tube d'entrefer 6. L'aimant 30 formant rotor est entraîné par la cage d'écureuil 2a du moteur. Le courant polyphasé engendré dans le stator est appliqué par le câble 32 à un distributeur de phases représenté schématiquement à plus grande échelle en fig. 3b. Le 35 distributeur de phases est constitué par- un stator poly phasé 33 présentant des pôles dirigés vers 1'extérieurAdont le champ magnétique tournant agit d'une part sur les aimants 34a d'une première série de ressorts de contact 35-et, d'autre part, sur les aimants 34b d'une deuxième série 40 de ressorts de ressorts de contact 35b, les aimants 34a i 25114 -5- 1 -M4 2100805 35a oui: des polarités de sens opposés, de telle sorte qïte les contacts 35a sont attirés en même temps que les contacts correspondants 35c en regard de l'extrémité opposée du stator. Ces contacts 35 sont reliés par un conducteur formant partie du câ"ble 36 a une extrémité de la "bobine correspondante du bobinage 5 du moteur. Pour le démarrage, l'enroulement est alimenté pendant une brève durée en courant polyphasé du réseau par trois conducteurs disposés symétriquement par rapport aux bobines, le rotor 30 alors mx courant polyphasé dans le stator 31, de manière à produire dans le stator polyphasé 33 du distributeur de phases un champ magnétique tournant agissant survies ressorts de contact 35. A partir de ce moment, le courant de travail est amené aux séries annulaires de contact 37a et 37b, grâce à quoi le rotor 2 est accéléré jusqu'à ce que le couple de rotation du rotor 1 de la pompe équilibre à peu près le couple de rotation engendré électriquement dans l'induit du rotor 2. Plus la tension choisie est élevée et plus la vitesse de rotation croît, le nombre de conducteurs dans le câble 36 est égal au nombre de bobines dans le bobinage 5 et ce nombre peut s'abaisser jusqu'à fe-ois pour de faibles puissances tout en pouvant monter jusqu'à 30Q0 pour de très fortes puissances, la longueur des deux câbles 36 et 32 n'est pas limitée et peut être choisie à volonté. Si la pompe est plongée par exemple dans un puits profond, le distributeur de phases sera disposé au jour afin qu'il puisse être accessible et permette l'entretien des contacts soumis à l'usure. la fig. 4 représente une autre forme d*exécution du distributeur de phases. On y remplace le stator polyphasé 33 par un stator 43 portant un bobinage 42. Une calotte 42 magnétiquement perméable sépare le stator de l'anneau polaire 40 qu'il entraîne. Cette calotte séparatrice 41 est brasée sur un tube en céramique 44,.de manière à former un joint étanche. l'amenée de courant se fait par les bagues 45a et 45b. les couples de segmants 46 diamétralement opposés dont le nombre est égal à celui des bobines ou en est un multiple, servent à relier les amenées de courant 9a et 9b aux extrémités d'une bobine par l'intermédiaire des pièces conductrices tournantes 47a et 47k et des conducteurs fixes 46a «t 46b. Toutes les surfaces 1 25114 ~6~ 2100805 de contact sont en platine ou en métal susceptible d'être mouillé par le mercure. Au point le plus bas du récipient en céramique 44 vide d'air et hermétiquement fermé, se trouve une provision de mercure 48 chauffé par des moyens appropriés 4.9.On obtient ainsi une condensation du mercure sur toutes les surfaces métalliques pouvant abandonner de la chaleur et que l'on peut avantageusement bien refroidir, de telle sorte qu'il se dépose une pellicule de mercure entre les pièces conductrices tournantes 47 et les bagues 45 d'une part et entre ces pièces conductrices 47 et les segments 46 d'autre part. la surface intérieure des paliers 50 et la surface extérieure de l'arbre 51 sont constituées par du platine ou un métal susceptible d'être mouillé par le mercure, de telle sorte que le graissage des paliers se fait par le mercure. On pourrait remplacer le platine ou le mercure par d'autres métaux, par exemple, par un mélange eutectique de potassium et de sodium, la mise en marche du rotor 40 peut s'effectuer aussi bien par une génératrice 3O-31 comme en fig. 3, ou par toute autre source de courant continu ou polyphasé provenant par exemple du réseau ou d'un générateur de courant alternatif à semi-conducteurs„ la mise en marche peut également s'effectuer par le rotor 2 du moteur par l'intermédiaire d'un accouplement magnétique. la fig. 5 représente en coupe longitudinale un distributeur de phases dont le rotor 52 est entraîné par un moteur non représenté et est constitué par un isolant. Dans les fentes radiales de cet isolant sont introduites des paires de contacts diamétralement opposé#t 53a et 53b qui sont repoussés par des ressorts disposés obliquement 54 d'une part vers les segments 55 distribués le long de la périphérie de l'isolant et d'autre part vers les bagues métalliques 56 a et 56b. Ceci assure,dans ce cas encore, la liaison entre les segments diamétralement opposés et les deux amenées de courant 9a et 9b aboutissant aux deux bague s 5 6. la fig. 6 représente schématiquement le même dispositif que la fig. 5 en coupe, suivant la ligne VI-VI. les segments 55a sont reliés électriquement et il en est de même des segments 5&b et 55c. l'un des segments 55a est relié électriquement au contact en graphite 53a et.l'un 71 25114 -7- 2100805 des segments 55b est relié électriquement au contact 53b. les fils 60a et 60b, 60c reliés aux différents groupes de segments aboutissent aux bobines du moteur, lorsque le rotor 52 en matière isolante tourne d'un tiers de tour, le rotor 5 • 2 du moteur effectue un tour complet et tourne ainsi trois fois plus vite que le rotor 52. Si ce dernier est entraîné par un moteur auxiliaire à une vitesse d'environ 3©00 tours, le rotor 2 tournera à 9000 tours, les contacts 53a et 53*> forment entre eux un angle 65 dont la valeur correspond à 10 360° divisé par le nombre de séries de segments 55a, 55^> 55c. Avec trois séries, comme représenté, on obtient donc Un angle 65 de 120°. Au lieu de trois séries, on peut prévoir n'importe quel nombre de séries de telle sorte que le distributeur de phases peut tourner aussi lentement quifcnle 15 veut. Ainsi la durée de service à espérer pour le moteur 2-4 est déterminée par la durée de service à espérer pour les contacts 53 soumis à usure ou pour les segments 55 soumis à usure, de telle sorte qu'aucun entretien n'est nécessaire pendant toute la durée de service. 20 les figs. 7a et 7b représentent un distributeur de phases où la liaison entre les contects 70 reliés aux bobines du bobinage 5 et les conducteurs 9 aboutissant au réseau est assurée par le mercure 71. Dans le récipient métallique fixe 72 se trouve un disque tournant 73 pénétrant 25 dans la masse de mercure et la faisant tourner dans une gorge du récipient avec une vitesse de rotation inférieure à celle du disque. Sur le disque est fixée une pièee profilée 74 qui forme une bosse dans là surface intérieure du mercure comme représenté en 76, du fait que le disque 73 30 tourne plus vite que l'anneau de mercure. Cette bosse 76 oblige le contact 70a à entrer dans le mercure, tandis que les autres contacts se trouvent entièrement en-dehors du mercure, le disque 73 monté entre deux billes 77a et 77b -e&fcj entraîné par un aimant annulaire 78a constituant avec l'ai-35 mant mené 78b un accouplement magnétique. Pour le fonctionnement du moteur conforme à l'invention, il est nécessaire d'utilisez^ deux dispositifs tels que celui représenté en fig. 7. 1 25114 "8" 2100805 REVENDICATIONS 1. Moteur électrique comportant un stator engendrant un champ tournant et un rotor constitué par un aimant permanent faiblement magnétique sans bobine à fils isolés, ce moteur destiné plus particulièrement à l'entraînement de pompes centrifuges pour fluides, étant caractérisé par le fait que le bobinage du stator à champ tournant est constitué par des bobines uniformément réparties à sa périphérie, reliées chacune à au moins un contact fixe d'une première série, tandis quiau moins deux autres contacts tournants ou fixes forment une deuxième série de contacts coopérant aveç les premiers contacts et sont amenés l'un après l'autre en liaison électrique avec ceux-ci par voie mécanique, magnétique ou hydraulique, et cela, directement ou avec interposition de pièces conductrices intermédiaires, de manière à relier successivement les bobines aux fils d'amenée de courant, ce stator étant, de plus, disposé dans une enceinte séparée d'une manière étanche de celle contenant le rotor qui comporte un aimant permanent ou un électroaimant avec un ou au plus un petit nombre de paires de pôles périphériques. 2. Moteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu2il entraine un rotor de pompe et que l'enceinte dans laquelle tourne le rotor du moteur communique avec l'intérieur de la pompe. 3» Moteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les contacts de la deuxième série sont des contacts 4. Moteur électrique suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les contacts élastiques sont montés sur des aimants permanents. 5. Moteur électrique suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que les ressorts élastiques sont commandés par des aimants permanents tournants. 6„ Moteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la liaison périodique entre contacts des deux séries est assurée par des aimants tournants disposés dans l'enceinte-même qui; contient le rotor. 7. Moteur électrique suivant la revendication 25114 -9- 2100805 1, caractérisé par le fait que la liaison périodique entre les contacts des deux séries est assurée par des aimants tournants disposés dans une enoânte communiquant avec celle qui contient le rotor. 8. Moteur électrique suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les contacts de la deuxième série sont commandés par deux pôles matricés successifs dont l'écartement est égal à celui des deux aimants portés par le contact considéré, de telle sorte que ces derniers aimants transmettent l'un après l'autre des forces de directions opposéesrepoussant et attirant le contact. 9. Moteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que tous les contacts se trouvent enfermés dans un récipient étanche sous vide. 10. Moteur électrique suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que le récipient étancbe contient une masse métallique liquide constituée par exemple par du mercure . 11. Mgteur électrique suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que les surfaces extérieures de tous les contacts sont constituées par un métal tel que le platine^ susceptible d'être mouillé par la masse métallique liquide. 12. Moteur électrique suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que l'écartement entre les contacts fixes et tournants est assez grand pour qu'il n'y ait pas contact mécanique et assez faible pour que le métal liquide puisse pénétrer par capillarité dans la fente tournante ainsi formée entre les contacts. 13. Moteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les contacts sont constitués par des segments cylindriques et que des bagues conductrices reliées aux conducteurs d'amenée sont reliées entre elles par des balais de contact tournants, en graphite par exemple, qui relient successivement les segments cylindriques assis.— ejLés. . : à des bobines différentes. 14. Moteur électrique suivant les revendications 3 et 13, caractérisé par le fait que le nombre de contacts fixes est un multiple entier du. nombre de bobines du stator. 15. Moteur électrique suivant la revendication 251 14 -10- 2100805 1, caractérisé par le fait que les contacts sont disposés dans un carter étanche où une masse métallique liquide donnée est entraînée en rotation par une pièce carénée qui y plonge. 16. Moteur électrique suivant la revendication 15, caractérisé par le fait que la pièce carénée tourne par rapport à la masse métallique liquide qui forme un anneau sous l'effet de la force centrifuge, de telle sorte que la périphérie intérieure de cet anneau liquide présente une "bosse provaquée par cette pièce carénée, ce qui détermine au droit de cette bosse un contact entre le métal liquide et un contact fixe. 17. Moteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les contacts fixes placés à distance du moteur lui sont reliés par un câble, 18. Moteur électrique suivant la revendication 17, caractérisé par le fait que l'on utilise pour la commande des contacts un anneau polaire polyphasé fixe alimenté en courant polyphasé. 19. Moteur électrique suivant la revendication 18, caractérisé par le fait que le courant polyphasé provient d'un générateur dont le rotor se trouve placé dans la même enceinte que le rotor du moteur. 20 Moteur électrique suivant la revendication 18, caractérisé par le fait que l'entraînement des contacts tournants est assuré par un moteur indépendant. 21o Moteur électrique suivant la revendication 20, caractérisé par le fait que ce moteur indépendant comporte un bobinage alimenté par une fraction au moins du courant appliqué au miteur par les fils d'amenée, de telle sorte que la vitesse de rotation du moteur indépendant se réduise et que l'intensité du courant augmente. 22. Moteur électrique Suivant la revendication 1, destiné à entraîner le rotor d'une pompe de sondage, caractérisé par le fait que les contacts sont disposés en-, dehors du sondage. 23 « Moteur électrique suivant la revendication 14» caractéisé par le fait que les contacts tournants forment entre eux un angle égal à 360° divisé par un multiple entier du nombre de segments cylindriques.