Brevet FR2305883A1 — publié le 19761022

La présente invention, due aux travaux de MErs Jacques CARLIER et Robert DECHET de la Société TECHNICATOME, concerne un moteur frein pas à pas à réluctance variable dont la constitution, basée sur l'association judicieuse d'un rotor et de deux stators appropriés, permet l'application satisfaisante dudit moteur à la commande du mouvement d'éléments enfermés dans une enceinte d'accès difficile. C'est le cas, notamment, d'éléments immergés à l'inte- rieur d'une enceinte étanche dans un fluide sous pression, à température élevée, et pouvant constituer un agent corrosif. L'invention concerne également un dispositif de commande des baies d'absorbants d'un réacteur nucléaire notamment du type à eau pressurisée incorporant ledit moteur frein, objet de l'invention. On sait que les moteurs frein pas à pas sont d'un grand intérêt lorsqu'il convient d'actionner à faible vitesse des éléments tout en controlant la position précise de ces derniers et en ayant la possibilité de les immobiliser en cas de besoin. Cependant, les moteurs de ce type conçus antérieurement à la présente invention ne pouvaient pas commander directement le mouvement d'éléments immergés dans un fluide sous pression et corrosif emprisonné dans une enceinte étanche. En effet, dans ce cas, ces derniers devaient être placés à l'extérieur de ladite enceinte et il convenait, en conséquence, d'utiliser en combinaison avec eux un couplage magnétique permettant de transmettre à l'intérieur de l'enceinte le mouvement communiqué par le moteur. Dans le cas particulier où il s'agit de commander les barres d'absorbants d'un réacteur nucléaire du type notamment à eau pressurisée, les mécanismes utilisés dans l'art antérieur, de nature complexe, comprennent généralement deux ensembles constituant respectivement un organe de commande et un organe récepteur situés de part et d'autre de l'enceinte du circuit primaire dudit réacteur. Ces mécanismes présentent de nombreux inconjenients puis quten premier lieu, ils possèdent une structure mécanique complexe composée de nombreux éléments tels que réducteurs, pignons rsusse- mente, guidages, etc... devant fonctionner en ambra ce ost lie, et qui en deuxième lieu, les composants magnétiques ou électromagné- tiques doivent posséder des couplages sur-dimensicnrés du tait de l'importance de l'entrefer qui est constitué par l'épaicseur de 1' enceinte étanche. La présente invention a justement pour objet un moteur frein pas à p35 à réluctance variable de structure simple permettant notamment de pallier, lors d'une mise en oeuvre dudit moteur pour la commande directe du mouvement d'éléments immergés dans le fluide d'une enceinte tain que les barres d'absorbants d'un réacteur nu cléaire, tous les inconvénients rappelés ci-dessus et ceci avec une fiabiLité absolue et une consommation énergétique faible. Ledit moteur, objet de cette invention, se caractérise en ce qu'il comprend un rotor annulaire muni d'encoches sur chacune de ses parois et disposé entre deux stators interne t externe pour lesquels la paroi en regard dudit rotor est munie de moyens électromagnétiques coopérant avec les encoches correspondantes du rotor, le circuit électromagnétique dudit stator externe annulaire constituant, avec les encoches externes dudit rotor, le circuit moteur dudit moteur frein et le circuit électromagnétique dudit stator interne cylindrique constituant, avec les encoches internes dudit rotor le circuit frein dudit moteur frein. Le moteur tel que caractérisé ci-dessus peut, grâce à sa structure avantageuse résultant de la dissociation des circuits moteur et frein, commander directement le mouvement d'éléments immergés dans un fluide emprisonné dans une enceinte étanche. A cet effet, ledit moteur est associé de façon étanche à l'enceinte contenant le fluide au travers d'une ouverture ménagée dans cette dernière de la manière suivante Le rotor et les stators du moteur sont agencés dans une structure étanche solidaire de l'enceinte de part et d'autre de ladite ouverture, ladite structure étant constituée par une pièce servant de support au moteur, un carter étanche emprisonnant le stator externe, un flasque opposé au support et solidaire du stator interne et des joints assurant l'étanchéité du contact entre ledit carter et le support du moteur d'une part et le flasque d'autre part. Une telle mise en oeuvre du moteur de l'invention est bien avantageuse puisqu t en effet, la transmission du mouvement s effectue, non plus à travers l'épaisseur de I'enceinte, mais à travers un entrefer mince, ce qui entraîne une réduction considérable de la puissance spécifique du dispositif de commande. De plus, l'encombrement du dispositif de commande constitué par le moteur ainsi associé à l'enceinte est réduit par rap port aux dispositifs de l'art antérieur, et ledit carter supporte les efforts engendrés par la pression du fluide. Le moteur de l'invention peut, en conséquence, être associé de façon satisfaisante à l'encerte d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée en vue d'effectuer la commande des barres d'absor bancs dudit réacteur pour lequel la tenue à la pression du circuit primaire est de première importance. Les caractéristiques et avantages du moteur de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalistion du moteur et d'un exemple d'application dudit moteur à la commande du mouvement des barres d'absorbants d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Cette description sera faite en référence aux figures 1 à 4 annexées pour lesquelles La figure 1 représente, en coupe verticale, le moteur objet de l'invention ainsi que son agencement avec une enceinte étanche enfermant des éléments que ce dernier peut mettre en mouvement. Les figures 2 et 3 représentent en coupe horizontale deux variantes de réalisation du stator externe susceptibles de coopérer chacune avec un type approprié de ltencochage externe du rotor. La figure 3 représente en coupe verticale le dispositif de commande du mouvement des barres d'absorbants d'un réacteur nucléaire comprenant ledit moteur de l'invention. Dans le moteur tel que schématisé sur la figure 1, on voit que selon la caractéristique essentielle de l'invention, le rotor 1 constitué par une pièce cylindrique de section annulaire est associé à deux stators 3 et 5, respectivement interne et externe, lesdits stators 3 et 5 étant situés de part et d'autre du rotor 1. Le rotor 1, solidaire de l'arbre 9 et réalisé en acier magnétique, porte sur chacune de ses parois un ensemble approprié de dents, telles que 11 pour la paroi interne par rapport à l'axe 7s et 13 pour la paroi externe. Les dents externes 13 constituent la partie active du rotor 1 pour le circuit moteur du moteur frein de l'invention puisque ces dernières sont en vis-à-vis des enroulements diphasés 15 portés par la paroi interne du stator externe 5 ou stator moteur, lesdits enroulements diphasés étant réalisés de façon connue à partir d'un système d'encoches dont au moins certaines sont bobinées, et tel que le nombre de dents dudit stator 5 soit égal au nombre de dents du rotor 1 augmenté ou diminué du nombre de paires de pôles du stator 5 suivant le type de bobinage retenu pour ledit stator moteur 5. Les deux variantes de réalisation envisagées par les enroulements 15 du stator 5 et les dents 11 du rotor, en vue de l'obtention d'un mouvement pas à pas du rotor 1, seront décrites ultérieurement en référence aux figures 2 et 3. Les dents internes 11 constituent la partie active du rotor pour le circuit frein du moteur frein de l'invention puisque ces dernières sont en vis-à-vis de la paraL du stator inti me ou du statordemain- tien munie d'un enroulement d'excitation 17, alimenté en courant continu, agissant sur les deux éléments polaires 19 et 21 encochés de façon telle que le nombre de dents 23 dudit stator de maintien 3 soit égal au nombre des dents 11 du rotor 1. Sur la figure 2, on a représenté, en coupe horizontale, une première variante de réalisation du circuit magnétique du stator 5 équipé d'enroulements diphasés à pas raccourci d'un demi. On voit que ledit stator 5 comporte sur sa paroi interne, à l'intérieur de la carcasse 6 un ensemble d'encoches dans lesquelles les bobinages du type dit à bobine simple et à une couche sont réalisés de façon classique. Cet ensemble d'encoches tel qu'une encoche bobinée par p5le et par phase 2 soit associée à n encoches non bobinées 4 est réalisé de façon à ce que le nombre de dents du stator diffère du nombre n de dents du rotor de ps p étant le nombre de paires de pôles. On remarque que les encoches 2 sont fermées par une cale d'enroulement 6 et les encoches 3 par une cale d'encoche a et que la chemise statorique d'étanchéité 37 repose soit sur ces cales 6 et 8 en acier amagntique, soit sur la paroi interne non encochée dudit stator 5. Sur la figure 3 on a représenté également, en coupe horizontale, une deuxième variante de réalisation du circuit magnétique du stator 5. Dans cette variante, ledit stator 5 comporte sur sa paroi interne n encoches classiques bobinées 10 pour lesquelles le bobinage, par bobines superposées est réalisé de telle sorte que le nombre de dents du stator diffère encore du nombre n des dents du rotor de p. Chacune des encoches 10 est fermée par une cale 12 permettant l'appui de la chemise d'étanchéité 37. Le fonctionnement du moteur frein est le suivant : lorsque l'enroulement 17 n'est pas alimenté, le couple de rotation du rotor 1 est obtenu en alimentant les enroulements 1 5 par un courant continu de caractéristiques appropriées par l'intermédiaire d'un commutateur électronique permettant la création de pales fictifs dont le déplacement engendre un champ tournant par valeurs discrètes, réalisant ainsi une rotation pas à pas du rotor 1.Si l'on veut passer de la fonction rotation à la fonction maintien du moteur, on arrête la commutation tout en continuant à alimenter les enroulements 15, on alimente l'enroulement 17, et on coupe ensuite l'alimentation des enroulements 15, les dents 11 du rotor étant maintenues en face des dents 23 du stator 3 par fermeture, à travers un circuit magnétique de reluctance minimale, du champ créé par l'enroulement 17. Sur la figure 1, on a également représenté l'association du moteur frein de l'invention muni de son rotor 1 intercalé entre les deux stators 3 et 5 à une enceinte étanche 25 dans laquelle ledit moteur frein peut actionner les éléments immergés dans un fluide de nature quelconque emprisonné dans ladite enceinte. L'enceinte étanche 25 est percée d'une ouverture 27 au travers de laquelle est introduit l'arbre 9 du moteur solidaire du rotor. Ladite enceinte 25 est soudée, de part et d'autre de ladite ouverture 27 au support 29 du moteur. Ledit support 29 du moteur est relié au flasque 31 de ce dernier solidaire du stator interne 3 par l'intermédiaire des tirants 33 traversant la cage entretoise 35 du moteur. Entre ledit support 29 et ledit fiasque 31, est intercalé le stator externe 5 comprenant une carcasse-6 munie d'une chemise de protection externe 36 et d'une chemise d'étanchéité interne 37, ledit stator 5 étant en contact avec le support 29 et le flasque 31 par l'intermédiaire d'un jeu de joints tels que 39. Ainsi, l'étanchéité de l'association du moteur à l'enceinte est assurée par la structure comprenant le support 29, les joints 39, le stator 5 avec sa chemise 37 et le flasque 31. Le moteur frein de l'invention permet donc bien de mettre en mouvement de façon satisfaisante des éléments immergés dans le fluide de l'enceinte 25, et d'immobiliser à volonté ces derniers. Sur la figure 4, on a représenté un dispositif de commande des barres d'absorbants d'un réacteur à eau pressurisée incor porant le moteur de l'invention. On reconnaît sur cette figure la cuve 41 d'un réacteur à eau pressurisée. Les éléments combustibles sont contenus, dans le coeur 43 et la réactivité dudit réacteur est réglée de façon précise par le déplacement des barres d'absorbants telles que 45 entre une position d'avancée à fond dans le coeur et une position de retrait partiel ou total. Le moteur frein de l'invention est relié de façon étanche à la cuve 41 du réacteur conformément à l'association du moteur avec une enceinte étanche de nature quelconque décrite au regard de la figure 1. Avant de décrire en détail le dispositif de commande d'une barre 45 incorporant ledit moteur frein, il convient de rappeler qu'un tel dispositif doit permettre le déplacement en montée ou descente d'une barre 45, l'immobilisation de cette dernière et sa chute en sécurité. L'arbre 9 du moteur est solidaire du pignon 47 accouplé à la crémaillère 49, ladite crémaillère maintenant par son extrémité inférieure la barre d'absorbants 45 et étant reliée par son extrémité supérieure à un ressort d'éjection 48. Ainsi, grâce à la combinaison du moteur de l'invention, et de l'accouplement pignon crémaillère, le mouvement communiqué par ledit moteur engendre le déplacement vertical désiré de la barre 45 ainsi que son immobilisation. Lors d'une désexcitation des enroulements du stator maintien 4y le ressort se détend ce qui entraîne la chute en sécurité de la barre 45 et de la crémaillère 49, tandis que l'arbre 9 et le pignon 47 sont entraînés en rotation. REVENDICATIONS t. Moteur frein pas à pas à réluctance variable, caracté- risé en ce qu'il comprend un rotor annulaire muni d'encoches sur chacune de ses parois et disposé entre deux stators interne et externe pour lesquels la paroi en regard avec ledit rotor est munie de moyens électromagnétiques coopérant avec les encoches correspondantes du rotor, le circuit magnétique dudit stator externe annulaire constituant avec les encoches externes dudit rotor le circuit moteur dudit moteur frein, et le circuit électromagnétique dudit stator interne cylindrique constituant avec les encoches internes dudit rotor le circuit frein dudit moteur frein. 2. Application du moteur selon la revendication 1, à la commande dreléments immergés dans le fluide d'une enceinte étanche, caractérisée en ce que le rotor et les stators du moteur sont agencés à l'intérieur d'une structure étanche en communication avec l'enceinte, ladite structure solidaire de l'enceinte de part et d'autre d'une ouverture ménagée dans cette dernière étant constituée par une pièce servant de support au moteur, un carter étanche emprisonnant le stator externe, un flasque opposé audit support et solidaire du stator interne et des joints assurant le contact étanche dudit carter avec ledit support d'une part, et ledit flasque d'autre part, le rotor immergé dans le fluide de ladite structure étant solidaire de l'arbre disposé au travers de l'ouverture ménagée dans l'enceinte. 3. Application du moteur selon la revendication 2 à la commande des barres d'absorbants d'un réacteur nucléaire à axe vertical, notamment du type à eau pressurisée, caractérisé en ce que l'arbre du moteur, disposé horizontalement dans une ouverture ménagée dans la cuve de réacteur, est solidaire d'un pignon accouplé à une crémaillère, ladite crémaillère étant reliée par son extrémité inférieure à une barre absorbante et, par son extrémité supérieure, à un ressort d'éjection.