Brevet FR2399755A1 — publié le 19790302

La présente invention concerne les moteurs électriques et en particulier ceux d'entre eux, dits à rotor noye, dans lesquels un fluide liquide baigne l'espace rotor-stator De tels moteurs électriques sont utilises pour entraîner des poulpes qui travaillent dans des liquides porteurs de particules solides ou des produits corrosifs, solides ou non solides. Dans ces moteurs qui travaillent dans un environnement, mecaniquement ou chimiquement, sévère, il intervient en general une usure prématurée des enroulements des circuits électriques et des tôles du circuit magnétique du stator.La dégradation prématurée est toujours produite par le contact direct avec une substance, soit ehimiquement corrosive, soit mecaniquement susceptible de creer des rayures ou arrachements aux organes vulnérables du moteur. Pour eviter ces degradations,on a suggéré d'enrober les fils des enroulements des circuits electriques et les tôles du stator avec des matériaux ayant une bonne resistance mécanique et une totale passivite chimique,pour isoler ces elements vulnerables. Le mode d'application le plus simple du matériau protecteur est celui par coulée. Parmi les matériaux protecteurs passifs applicables par coulée liquide et solidifiable dans de bonnes conditions3les resines thermc-durcissables sont les plus usitees. Ainsòn a propose l'enrobage du stator d'un moteur electrique à l'aide d'un surmoulage obtenu par coulage d'une resine thermo-durcissable autour du stator à l'intdrieur d'un moule. Toutefois,il est difficile d'appliquer avec un plein succes cette technique à un moteur à rotor noyê,car l'espace- ment très limite entre stator et rotor ne permot pas de ménager une couche de protection d'une epaisseur suffisante pour eviter les deterioratiôns des elements vulnerables de ces moteurs.La couche de protection de resine etant trop mince est arrachée localement en cours de rotation-par les particules solides entraînées par le flux pompe et les éléments vulnérables : enroulements et tôles,sont mis à nu et des lors soumis aux dEgradations. De plus, le coefficient de dilatation de la resine differant de celui des mentaux, entrain l'apparition de fissures au voisinage des parties metalliques enrobees. Pour permettre d'etendre les avantages du surmoulage du stator des moteurs electriques aux moteurs à rotor noye,il faudrait obtenir une couche de protection reunissant les qualités d'etancheité, de résistance à la corrosion et aux efforts de cisaillement et ce, sous une épaisseur minime (de quelques dixiemes de millimetre environ dans la partie évidee axiale). Pour resoudre les difficultes soulevees par l'enrobage du stator d'un moteur electrique à rotor noyé de façon satisfaisante,l'invention propose un procede de surmoulage,remarquable en ce qu'il prevoit la mise en place d'une "chemise" metallique de protection de faible epaisseur dans ltevidement central du stator à preserver, apres cette mise en place, l'introduction de I'ensemble stator plus chemise de protection coaxiale dans un moule de surmoulage et en ce que c'est autour de l'ensemble forme par le stator et sa chemise coaxiale que l'on injecte le matériau thermo-durcissable lequel, une fois durci, adhere à la fois à la forme externe dudit stator et à ladite chemise axiale pour faire du stator un bloc unique etanche. La presente invention a encore pour objet un moteur electrique à rotor noyé,remarquable en ce que la paroi interne, évidee axialementr de son stator est métallique et fait corps avec le surmoulage général dudit stator. La présente invention a encore pour objet un procédé de surmoulage conforme à celui décrit ci-dessus et remarquable en ce qu'au moins un évidement est imposé dans le surmoulage aux fins d'y réserver un passage utilisable pour l'écoulement d'un fluide de refroidissement. La présente invention a encore pour objet le moteur à rotor noyé surmoulé selon les procédés de fabrication précités remarquable en ce que le surmoulage général qui l'enrobe comporte au moins un évidement formant canal pour 1 'écou- lement d'un fluide de refroidissement, en sorte que ledit surmoulage tient lieu de carcasse au moteur. La présente invention a encore pour objet le moule de surmoulage du type "moule en coquille" comportant deux parties homologues dites "demi-coquilles" caractérisé en ce que chacune des demi-coquilles est constituée en bloc chauffant et en ce que par jonction des demi-coquilles sont ménagés deux réceptacles creux : un premier réceptacle destiné à recevoir une réserve de matériau thermo-durcissable et à permettre la compression dudit matériau en vue de l'injection, un second receptacle, constitue en moule, pour imprimer sa forme au surmoulage à effectuer ; les deux réceptacles étant relies par un conduit pour autoriser l'injection dudit matériau depuis la réserve vers le moule. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réali sation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels : Les figures la et lb représentent une forme de réalisation de stator pour moteur surmoulé selon l'invention la figure la fournit la vue frontale du stator surmoulé selon l'invention. la figure lb fournit une vue en coupe longitudinale "biaisez", du stator surmoulé illustré par la figure la. La figure 2 représente la vue en perspective cavaliere d'un moule prêt à l'assemblage pour une operation de surmoulage applicable à un stator, tel celui representé par les figures la et lb. La figure la fournit la vue frontale d'un stator surmoulé realisé selon l'invention. Dans cette forme de réalisation,le stator 10 comporte une face avant 11 totalement surmoulée. La forme genérale de cette face Il surmoulée est carrée avec des angles arrondis, tel l'angle 12. Dans le matériau de surmoulage sont creusés quatre évidements tel l'évidement 13. Ces évidements sont ici régulièrement espacés et de volumes égaux entre eux. Dans la disposition illustrée par la figure, chacun d'eux est situé dans l'axe d'un angle du contour exterieur carré et appuyé à l'intérieur d'un contour circulaire 14, interne au contour extérieur carré du surmoulage. Quatre perçages, tel le perçage 15, sont encore ménagés dans les quatre angles à contour arrondi du contour général extérieur du surmoulage. Ils sont situés entre le contour extérieur du surmoulage et le contour circulaire interne, tel le perçage 15 dans l'angle 12. Enfin un prolongement 16 forme une protubérance extérieure par rapport au contour général extérieur carré du surmoulage.Ce prolongement 16 est également en matériau surmoulé : il forme bloc avec l'ensemble et comporte un perçage 17 situé sur l'axe vertical Oa de la face avant du surmoulage et dans la zone supérieure à l'axe longitudinal du stator dont la trace dans le plan de la figure est en o. On coupe le stator surmoulé selon les deux demi-axes oa et oa' ainsi qu'il est montré sur la figure la. C'est cette coupe "biaisée" qui donne la figure lb ; elle équivaut approximativement à une section 3/8 - 518 de ltensemble formé par le stator surmoulé. Sur la figure lb résultant de la coupe "biaisée" selon les demi-axes oa, oa' les mêmes objets sont désignés par les mêmes références numériques que sur la figure la. On distingue la structure électromécanique du'stator 18 non hachurée du matériau de surmoulage, hachuré transversalement en 20. Les tôles 21 et les circuits électriques bobinés, dont -les extrémités sont visibles en 19 et 19t, sont totalement enrobés dans le matériau de surmoulage. On remarquera en particulier la chemise cylindrique 22 de faible épaisseur placée coaxialement selon l'invention dans l'évidement central 23 du stator. La génératrice de la chemise 22 gaîne étroitement les tôles et enroulements le long de la surface cylindrique sectionnée en A B C D. Les sections terminales de la chemise 22 s'inscrivent dans le surmoulage en MN et OP. La faible épaisseur de surmoulage débordant légerement le diamètre OP de la chemise cylindrique est visible en 24 et 24'. Cette disposition est ménagée grâce à la forme du moule servant à l'opération de surmoulage, elle assure le blocage spatial de la chemise 22. La figure lb montre de façon claire les développements de ltévidement 13, assimilable à un canal longitudinal,et du perçage 15. On remarque en 25 et 25' les sorties de connexions électriques des enroulements. C'est sous une cana lisation 25" qu'elles émergent de la face protubérante 16 par le perçage 17. Selon le procédé de l'invention, on dispose coaxialement dans 11 évidement central du stator à surmouler la chemise 22, on regle sa mise en position entre les points repérés en MN et OP où ses extrémités viennent buter. On règle le parallélisme et le centrage coaxial par le fait même. On bloque le stator dans la position ainsi déterminée, - ensuite on remplit l'évidement central 23 muni de la chemise interne 22 au moyen d'un corps cylindrique-plein (non figuré) auquel on assujettit deux bouchons d'extrémité dont les faces internes sont maintenues distantes d'une longueur L égale à la longueur hors-tout du surmoulage à obtenir. Pour réaliser les canaux, tel le canal 13, on dispose par-dessus l'un des bouchions, une forme pleine ou "chapeau" > homologue des empreintes prédéterminées pour les évidements 13. On centre correctement cette forme en chapeau sur l'axe du stator et on introduit le chapeau, puis le stator muni de sa chemise positionnée et de ses bouchons, dans un moule approprie. - On injecte sous pression dans la cavité du moule un matériau thenno- durcissable à l'état liquide, de manière à assurer le remplissage intégral de tous les espaces disponibles prévus et ce, sans bulle ni me-at d'aucune sorte. - Après le remplissage du moule, on maintient le moule en température jusqu( au durcissement du matériau thermo-durcissable et on démoule à chaud après la prise. On obtient le stator surmoulé qu'illustrent les figures la et lb. Ce stator de moteur comporte un évidement central dont la paroi métallique fait corps avec le surmoulage général, ce qui confère, d'une part, une protection hors pair des enroulements et des to^les, d'autre part, une étanchéité absolue à ltespace stator-rotor du moteur. Les canaux ménagés dans le matériau de surmoulage sont utilisés en fonctionnement pour former un canal continu de circulation d'un fluide caloporteur. Grâce à cette disposition, le défaut de mauvaise conduction thermique des materiatsr, telles les résines thermo-durcissables est corrigé par l'effet d'un circuit de refroidissement forcé à l'intérieur du matériau. On peut prévoir soit un refroidissement par air, soit un refroidissement par eau. Le tecyclage du fluide caloporteur peut éventuellement permettre de minimiser la dépense en fluide. Par application du procède de l'invention, on peut fabriquer des stators pour moteur noyé dont la carcasse est remplacée par le surmoulage général décrit. Ils ont les qualités suivantes : étancheité, robustesse, bas prix de revient durée de vie prolongée,grâce à la haute protection contre les érosions assurée par la chemise interne du stator. L'invention vise également le moteur à rotor noyé dont le stator est surmoulé selon le procédé décrit avec ou sans canalisation de refroidissement. L'invention a encore pour objet le moule pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication de stator surmoulé déjà décrit. La figure 2 fournit une vue en perspective du moule en deux parties 26, 26' qui sert à la mise en oeuvre du procédé de surmoulage de stator de moteur selon l'invention. Le moule est du type des moules utilisés dans la technique de moulage d'objets par la réunion des deux demi-coquilleS d'un moule dit en "coquille". Les mornes objets sont désignés sur cette figure par les mêmes références numériques quesur les figures précédentes. Chaque demi-coquille est équipée d'un circuit de chauffage électrique, incrusté dans la face arrière du bloc métallique qui la constitue. Sur la figure Z le circuit de chauffage de la demi-coquille 26' apparaît en 27 ; les éléments chauffants sont visibles en 28. Selon l'invention,le le moule en deux parties,au lieu d'être creusé d'une seule cavité destinée à imprimer sa forme à l'objet à surmouler, comme cela se fait habituellement,comporte deux cavités 29 et 30, réunies entre elles par un sillon 31, visible sur la face interne du bloc 26. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 2, la forme de la cavité 29, creusée en hémicylindre à partir de la face interne du bloc 26, est cylindrique par la réunion au bloc 26 du bloc 26', creusé d'une cavité 29' symétrique de la première. La forme de la cavité 30 (du bloc 26) plus 30' (creusée dans le bloc 26') est préétablie selon la forme à imposer par surmoulage au stator 18.Elle est complétée par le sillon 31,creusé pour réunir par leurs bases les cavites 29 et 30. Toutefois, le sillon 31 est tout simplement creusé dans l'un des deux blocs : le bloc 26 par exemple, comme on le voit sur la figure 2. Au moment de la réunion des deux blocs 26 et 26', la face ouverte du sillon 31, se trouvant à fleur de la paroi interne du bloc 26,vient se plaquer sur la paroi interne pleine du second bloc 26' qui ferme le conduit. Cette disposition simplifie l'usinage de l'un des blocs et facilite grandement le nettoyage du conduit 31 apres le démoulage. De multiples perçages sont ménages en alignement dans les deux blocs, tel le perçage 33 du bloc 26, en alignement avec le perçage 33' du bloc 26'. Ces perçages sont utilisés pour assurer la réunion des blocs 26 et 26' entre eux lors du montage du moule ; des tirants, tel le tirant 32, assujettissent l'assemblage rigidement. L'épaisseur des blocs 26 et 26' est prévue suffisamment large pour ménager une grande inertie thermique. Toutefois,dans la région où est creusée la cavité 29, l'épaisseur est fortement réduite et le chauffage électrique n'est pas prévu. Le decrochement 34, 34' qui procure l'amincissement est important > comme on le voit sur la figure. Un couvercle massif 35,destine à obturer hermétiquement sous pression la cavité cylindrique 29-29',est muni de plusieurs perçages et pourvu de deux poignées massives 36. La face supérieure du bloc 26' comporte un usinage destiné à ménager les sorties des fils électriques du stator,comme cela est visible sur la figure lb. Pour le montage des pièces en vue du surmoulage,la figure 2 montre le "chapeau" 37, destiné à ménager les évidements 13 des figures la et lb. Il s'agit d'une piece mécanique, à fond percé au centre,et comportant quatre ailes pleines, régulierement alternées de zones creuses le long de la génératrice du cylindre, perpendiculaire à son fond. Sur l'axe de montage de l'ensemble, on distingue le stator de moteur 18, ses tôles 21, les extrémités 19 de ses bobinages , les bouchons d 'extrémité 38 et 38',entre lesquels la chemise métallique (non visible sur la figure), a été préalablement assujettie. Pour opérer un surmoulage,on introduit dans le bloc 26,successivement, le chapeau 37, le stator 18, puis on vient appliquer le bloc 26', que l'on réunit au bloc 26 par les tirants. La mise en place est facilitée par la présence de reperes de positionnement, tel le téton d'assemblage 39' du bloc 26',qui vient se placer dans un perçage borgne correspondant 39 du bloc 26. On bloque le tout en vissant à fond les tirants. torsque tout est en place,on on ferme la cavité cylindrique 29-29' par le couvercle 35, on remplit la cavité 29-29', d'une résine thermo-durcissable,qui a été auparavant traitée sous vide pour ne contenir aucune bulle ou substance dégazable. Ce remplissage peut se faire dans de bonnes conditions par l'un des orifices 40 du couvercle 35. On met le chauffage du moule en route. On injecte la résine, via le conduit 31, par pression exercee dans la partie supérieure du cylindre réservoir 29-29',par exemple à l'aide d'un compresseur agissant par l'inter médiaire de l'un des orifices du couvercle 35. Sous l'effet de cette pression, qui peut atteindre 4 atmosphères, la résine liquide transite vers la cavite de surmoulage 30-30' > cette cavité etant plus chaude; la résine y parvient dans un état plus plastique qui permet un remplissage systématique de tous les interstices. La résine pénètre partout et comble tous les espacements libres, puisque tant que dure l'opération de moulage la température la maintient suffisamment liquide pour combler tous les vides. Lorsque l'opération est termine il y a lieu de démouler,après avoir respecté le delai de prise à l'état solide et de durcissement. Au fond de la cavité 30,on distingue sur la figure 2 un perçage central qui sert de logement à une vis, dite vis d'éjection, sur laquelle il suffit d'agir de l'extérieur pour initier la sortie de l'ensemble surmoulé. On a pu remarquer sur les figures que les contours du surmoulage ne comportent pas d'angles vifs mais des pans arrondis, tellea les zones 45, 45', 45", 45"' ... de la figure 1i Cette disposition permet un démoulage facile à chaud. Le procédé selon l'invention, le moule spécial destiné à la mise en oeuvre du procédé et le moteur dont le stator est surmoulé grâce au procédé, permettent de réaliser, à l'aide d'une construction très économique, des moteurs dont les stators sont parfaitement protégés contre les agressions de toute nature. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de surmoulage applicable à la fabrication d'un moteur à rotor noyé, caractérisé en ce que - on dispose coaxialement à l'intérieur de l'évidement central du stator du moteur une chemise métallique de faible épaisseur en réglant sa mise en place de manière à en abuter la longueur tout en assurant le parallélisme et le centrage coaxial avec une grande précision, - on introduit le stator, muni de la chemise, à l'intérieur d'un moule en préservant l'évidement central du stator et la paroi interne de la chemise au moyen d'un bouchage des extrémités, - on injecte dans l'intérieur de la cavité du moule un matériau thermodurcissable de manière à combler la totalite des intervalles libres dans ladite cavité, - on fait durcir le matériau thermo-durcissable de manière à obtenir un surmoulage solidifié, adhérant à la paroi extérieure de ladite chemise et enrobant totalement ledit stator, ses enroulements et ses tôles, enfin on démoule le stator surmoulé. 2. Moteur à rotor noyé fabriqué selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi interne de l'évidement du stator est métallique et en ce qu'elle fait corps avec le surmoulage solide général pour conférer audit évidement central une étanchéité absolue préservant les éléments enrobés de tout contact avec un fluide intérieur. 3. Procédé de surmoulage d'un moteur à rotor noyé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on emploie pour l'opération de surmoulage du stator un moule creux dans lequel est réservé au moins une partie pleine, apte à constituer, par empreinte dans la matière thermo-durcissable du moulage, au moins un canal continu de circulation pour un fluide de refroidissement. 4. Moteur à rotor noyé fabriqué selon le procédé de la revendication 1 et celui de la revendication 3, caractérisé en ce que le stator comporte un surmoulage en matériau thermo-durcissable, traversé dans sa masse par au moins un canal de refroidissement, et en ce que ledit surmoulage tient lieu de carcasse au moteur. 5. Moule pour la mise en oeuvre du procédé de surmoulage selon la revendication 1 ou la revendication 3, du type dit "moule en coquille" en deux parties, caractérisé en ce que les deux parties homologues forment ensemble dans un bloc chauffant deux réceptacles, le premier étant prévu pour servir de réservoir au matériau thermo-durcssable, le second pour imposer sa forme au moulage, et un conduit,pour guider l'écoulement du matériau thermo durcissable du réceptacle-réservoir vers le réceptacle de moulage, étant aménagé entre les deux parties homologues.