Brevet FR2638911A1 — publié le 19900511

Moteur pour une pompe, notamment une pompe électrique portative ou une pompe submersible L'invention concerne un moteur pour une pompe, notamment une pompe électrique portative ou une pompe submersible, comportant un carter, de préférence blindé contre la pres- sion, dans lequel un rotor est monté à rotation sur un arbre de rotor, un stator placé dans le carter et entourant le rotor,et une canalisation de raccordement au réseau qui est raccordée à un dispositif de commande. De tels moteurs de pompe sont généralement réalisés sous forme de moteurs à collecteur. Le problème de ces moteurs est qu'avec le temps, il se forme des dépôts de poussière de charbon dans le carter moteur. Ceci est notamment le cas avec les carters blindés contre la pression. Il peut en résulter des courants de fuite qui peuvent conduire à la formation d'étincelles. Si une telle pompe est utilisée dans des espaces présentant des risques d'explosion, il peut se produire des explosions résultant de ces étincelles. Toutefois, la formation d'étincelles ne se produit que si ces moteurs à collecteur sont mis en service de façon incorrecte. C'est pourquoi il est prescrit d'effectuer sur les moteurs de pompe une compensation de potentiel pour empêcher la formation d'étincelles dangereuses. Mais il arrive souvent qu'une telle compensation de potentiel n'est pas effectuée pour des raisons de commodité ou par ignorance. Pour cette raison, on a développé des moteurs de pompe avec lesquels les risques d'explosion sont en grande partie éliminés, même en cas de mise en service incorrecte. Ici, le moteur-de pompe blindé contre la pression et protégé des explosions a une double isolation; le carter de moteur métallique est ici entouré par une isolation en matière plastique. Toutefois, même avec un tel moteur, il peut encore se produire des courants de fuite par suite des dépôts de poussière de charbon à l'intérieur du carter. Les moteurs à collecteur ont en outre l'inconvénient que les balais et les collecteurs s'usent. Pour cette raison, la durée de vie de ces moteurs est relativement courte et est de l'ordre de 500 heures de fonctionnement. Le but de l'invention est de réaliser un moteur du type précité de façon qu'on puisse travailler avec lui sans risque, même en cas de mise en service incorrecte, et qu'il ne comporte pas de pièces d'usure, afin qu'il ait une longue durée de service et qu'on puisse le fabriquer économiquement. Ce but est atteint conformément à l'invention par le fait que le moteur est un moteur à courant continu sans balais, à commutation électronique, dont le dispositif de commande est un circuit électronique logé dans le carter. Le moteur de l'invention est un moteur à courant continu sans balais, à commutation électronique. Avec un tel moteur, il n'y a pas d'encrassement intérieur par la poussière de charbon, de sorte que les courants de fuite inhérents aux moteurs à collecteur connus ne peuvent pas se produire. Pour cette raison, on peut travailler avec ce moteur sans danger dans des espaces exposés aux risques d'explosion, s'il comporte un carter blindé contre la pression. Le circuit de commande électronique est logé tout entier dans le carter moteur. Etant donné qu'avec le moteur de l'invention, il ne se forme pas de particules de charbon dues au frottement, le système d'isolation électrique de ce moteur reste inchangé même après une très longue période de service. La sécurité en ce qui concerne les accidents est donc assurée pendant la durée de vie de ce moteur. Etant donné que le volume intérieur du carter reste dépourvu de particules de charbon, les mesures néces- saires pour la classe de sécurité II selon les normes DIN/VDE peuvent être réalisées de façon simple. Par exemple, le circuit de commande électronique peut être calculé pour une plage de tensions de 12 V à 240 V, de sorte que ce moteur peut être utilisé sans problème pour les classes de sécurité I, II et III. L'invention sera bien comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure unique représentant un moteur de pompe élec- trique portative ou de pompe submersible de l'invention, en coupe longitudinale. Le moteur comporte un carterl qui est constitué par une partie inférieure 2 et une partie supérieure 3, ainsi que par une partie médiane 1'. La partie supérieure 3 et la partie inférieure 2 du carter recouvrent avec leurs extrémités la partie médiane du carter 1'. Les trois parties de carter 1', 2 et 3 sont serrées axialement l'une contre l'autre par des vis 4. La partie de carter 2 a un fond 6 qui compor- te un bossage cylindrique 7 disposé au centre et orienté vers la partie de carter l',qui reçoit un palier 8 pour un arbre de rotor 9, lequel peut être un palier à roulement ou un palier lisse. L'arbre traverse le bossage 7 et saille jusque dans la partie de carter 3. A peu près à la hauteur de l'extrémité supérieure de la partie de carter 1', l'arbre de rotor 9 est soutenu à rotation par un autre palier qui peut être également un palier à roulement ou un palier lisse. Il est reçu par un bossage 11 de forme cylin- drique, placé au centre et prévu sur un flasque 12 qui appuie, par un bord 13 du côté périphérique dépassant le bossage 11 dans le sens axial, sur la paroi intérieure de la partie de carter 1'. Le flasque 12 est fixé par des vis ou des boulons filetés 14 avec écrou sur l'extrémité inférieure épaissie de la partie de carter 2. Le flasque 12 est, de préférence, réalisé d'une seule pièce avec le bord 13, de sorte qu'on peut le monter simplement lors de l'assemblage du moteur. La partie de carter 2 est également réalisée de préférence d'une seule pièce avec le bossage central 7. Le bossage 7 se prolonge sur le côté opposé à la partie de carter 1' par une portion 16 dépassant au-delà du fond 6, portion à travers laquelle passe l'arbre de rotor 9 et dans laquelle il est guidé. Dans un moteur protégé contre les explosions, les parties de carter 1', 2, 3 sont en métal. Il constitue le blindage exigé contre la pression. Ici, le flasque 12 peut également être en métal, mais il peut aussi être en matière plastique. Toutefois, si le moteur n'a pas besoin d'être protégé contre les explosions et être blindé contre la pression, le carter moteur 1 peut être en tout matériau approprié. Si le moteur est blindé ventilé, le carter 1 peut également être en matière plastique. Le moteur a un rotor 17 qui, dans l'exemple de réalisation, est un rotor multipolaire à aimantspermanents L'arbre de rotor 9 est soutenu à rotation dans les deux paliers 8,10. Sur l'extrémité de l'arbre de rotor 9 située dans la partie de carter 3 sont montés, solidaires en rotation, des aimants 18 qui travaillent en liaison avec des détec- teurs de Hall 19, disposés fixes, pour détecter la position du rotor et qui alimentent une électronique 20 en informa- tions nécessaires pour connaître la position du rotor. Les aimants 18 sont prévus dans un support 21 qui est, de préférence, réalisé en forme de disque en tant que ventilateur pour éviter l'accumulation de chaleur à l'inté- rieur du carter. Le support 21 est placé sur l'extrémité libre de l'arbre de rotor 9, du côté du flasque opposé à la partie de carter 12. L'arbre de rotor 9 traverse le fond 6 de la partie de carter 2 et porte, dans la zone située à l'extérieur du carter 1, une roue de ventilateur 22 qui est logée dans une chambre de ventilateur 23 dans la zone située à l'exté- rieur du carter 1. L'arbre de rotor 9 traverse cette chambre de ventilateur 23 et porte, à son extrémité libre située à l'extérieur de la chambre de ventilateur, une pièce d'accouplement 24 par laquelle, de façon connue, l'arbre de rotor 9 peut être relié en entraînement avec un arbre de pompe. Etant donné qu'on pompe souvent également des liquides corrosifs avec de telles pompes, il est avantageux d'empêcher la pénétration de vapeurs corrosives dans le volume intérieur du carter à l'aide d'un joint d'étanchéité 25. C'est, de préférence, un joint d'arbre radial qui est logé dans la portion surélevée 16 de la partie de carter 2. Cette position surélevée 16 se trouve à l'inté- rieur de la chambre de ventilateur 23. La roue de ventilateur 22 et la pièce d'accouplement 24 sont, de préférence, réalisées d'une seule pièce. Si le moteur doit être utilisé dans la classe de sécurité II selon DIN/VDE, la roue de ventilateur 22 et la pièce d'ac- couplement 24 sont en un matériau électriquement isolant. Dans ce cas, la roue de ventilateur 22 est, de façon appro- priée, munie d'une douille taraudée 22a, par laquelle on peut visser la roue de ventilateur sur l'arbre de rotor 9. La douille taraudée 22a est entourée de matière plastique électriquement isolante de sorte qu'en cas d'erreur, une protection fiable contre tout contact est assurée vers l'extérieur. Le rotor 17 est entouré par un stator 26 qui est logé, fixe, dans la partie de carter 1'. Le stator 26 peut être alimenté en courant par l'intermédiaire d'une électronique de puissance 20, à l'aide d'un enroulement à plusieurs spires, grâce à quoi les bobines du stator 26 nécessaires pour le mouvement de rotation sont commandées. Le rotor à aimantspermanentsdécrit tourne, selon la charge, en étant décalé d'un petit angle par rapport à son champ magnétique rotatif et en synchronisme. Du fait de la détec- tion de position du rotor au moyen des aimants 18 et des détecteurs de Hall 19, le rotor à aimantspermanentsne peut pas perdre de synchronisme, comme c'est généralement le cas avec les moteurs synchrones. Avec l'électronique 20, il est possible de réduire automa- tiquement la vitesse de rotation en fonction du courant et donc de la charge, lorsque ceci est nécessaire, par exemple en raison de produits à haute viscosité que l'on doit pomper. Naturellement, il est également possible de régler la vitesse de rotation à la main, par exemple au moyen d'un potentiomètre, en fonction du courant et donc de la charge. On peut également effectuer un contrôle thermique de l'enroulement au moyen de thermistors, ce qui est avantageux, notamment dans le cas de vitesses de rotation basses, en raison du refroidissement qui se fait moins bien. L'électronique 20 peut également être munie d'une bobine à minimum de tension 34 qui empêche, de façon fiable, le redémarrage automatique en cas de panne de réseau ou l'analogue et cela en liaison avec le disjoncteur de sécurité du moteur 27. Le carter 1 est entouré par une enveloppe 28 en matière plastique. Il est réalisé sous forme de carter constituée de deux parties 29 et 30. Elles sont reliées ensemble de façon amovible par des vis 28a. La partie de carter 29 est vissée sur la partie de carter 2 par des vis 28b qu'on ne peut pas atteindre de l'extérieur. Les parties de carter en matière plastique 29, 30 entourent les parties de carter 1', 2. La partie de carter 3 est entourée de matière plastique 3a injectée, dans l'exemple de réalisation. De cette façon, le carter 1 est entièrement entouré de matière plastique. Si le moteur est utilisé dans des zones sujettes aux risques d'explosion, on utilise une matière plastique qui ne se charge pas électrostatiquement. On prévoit dans les parties de carter 29, 30 de l'enveloppe en matière plastique 28 un système de guidage d'air 31 pour refroidir le carter 1 dans la zone critique des parties de carter 1', 2, 3, dans laquelle sont logées les parties du moteur et de la commande produisant la chaleur, telles que le stator 26 avec les bobines ou l'électronique 20. Le système de guidage d'air 31 est constitué de conduits de guidage d'air 32 qui s'étendent, de préférence, dans le sens axial des parties de carter 1', 2, 3, depuis une entrée d'air 33 jusque dans la chambre de ventilateur 23. Vers le bas, la chambre de ventilateur 23 est délimitée par un fond 37 de la partie de carter 29 en matière plastique,qui se trouve à une certaine distance de la roue de ventilateur 22 et qui est traversé par la roue de ventilateur et par la pièce d'accouplement 24. Du fond 37 part verticalement un rebord annulaire 38 qui entoure à une certaine distance ia pièce d'accouplement sur l'arbre de rotor 9 et est muni d'un filetage extérieur 39. Le rebord 38, de même que le fond 37, est en une matière plastique isolante. De préférence, ces parties sont réalisées d'une seule pièce avec la partie de carter 29. Les conduits de guidage d'air 32 sont délimités, avantageu- sement, par des nervures s'étendant axialement (non repré- sentées) qui sont prévues sur le côté intérieur de la partie de carter 30. La partie de carter 30 appuie par les nervures contre la paroi extérieure de la partie de carter 1'. Pour une charge thermique déterminée, de tels conduits de guidage d'air peuvent également être prévus sur le côté extérieur de la partie de carter 1' du carter 1. L'entrée d'air 33 est formée, de façon appropriée, par des ouvertures d'admission individuelles réparties sur la périphérie de l'enveloppe de matière plastique 28, par lesquelles l'air de la roue de ventilateur 22 peut être aspiré. L'air s'écoule alors dans le système de guidage d'air 31 dans le sens des flèches représentées. On prévoit, pour la sortie de l'air, que le fond 37 de la partie de carter 29 soit muni d'ouvertures d'échappement 40. L'air s'écoulant entre le carter 1 et l'enveloppe de matière plastique 28 prend la chaleur se formant lors du fonctionnement du moteur et l'évacue. On empêche ainsi, de façon fiable, une surcharge thermique excessive du moteur. De cette façon, l'électronique 20 est protégée contre un échauffement inacceptable. A ceci contribue grandement le brassage d'air qui se produit dans le carter 1 du fait que le support est réalisé sous forme de roue de ventilateur. Pour obtenir une meilleure évacuation de la chaleur avec un carter métallique, la partie de carter 3, et/ou la partie de carter 1' et/ou la partie de carter 2 peuvent être munies à l'extérieur de nervures de refroidissement, ce qui assure une très rapide évacuation de la chaleur par l'air traversant. Si le carter 1 est en métal, il est également possible de revêtir le carter du côté intérieur d'une matière plas- tique isolante. On a ainsi l'assurance que le carter métal- lique 1 ne peut pas être mis sous tension, même s'il devait se produire des détériorations dans le carter 1 sur des parties conduisant le courant. Etant donné que, dans la forme de réalisation décrite, le carter 1 est entouré par une enveloppe de matière plas- tique 28 ne pouvant pas se charger électrostatiquement, il n'est pas nécessaire que le moteur soit pourvu d'une compensation de potentiel si ce moteur est utilisé dans des espaces exposés aux risques d'explosions. Non seulement la mise en service du moteur s'en trouve facilitée, mais on évite notamment que l'utilisateur n'effectue pas la compensation de potentiel, soit par inattention, soit consciemment. En ce qui concerne le moteur décrit, il s'agit d'un moteur à commutation électronique pour des pompes électriques portatives ou pour des pompes submersibles. Si le carter 1 est en métal, il peut notamment être utilisé comme moteur protégé des explosions. Un des plus grands avantages du moteur est qu'il est pratiquement dépourvu d'entretien, et ceci de façon illimitée, parce que le moteur à courant continu n'a pas de balais. De ce fait, il ne se produit pas de particules de charbon dues au frottement dans le carter 1 pendant toute la durée de vie du moteur. Le système d'isolation intérieur reste également pratiquement inchangé, même après de très longues périodes de fonctionnement. Si ce moteur doit satisfaire les conditions en ce qui concerne la classe de sécurité II selon DIN/VDE, les mesures à cet effet sont simples à prendre parce qu'il ne se forme pas de particules de charbon dans le carter 1. Il suffit de respecter les lignes de fuite ou l'entrefer absolument indispensables, ce qui peut être obtenu sans difficultés. De ce fait, le moteur a une durée de vie 26 3 8 9 1 extrêmement longue qui correspond sensiblement à la longueur de vie des paliers 8 et 10. Naturellement, dans tous les volumes du moteur dans lesquels c'est nécessaire, il faut prendre les mesures concernant la classe de sécurité II. En ce qui concerne la classe de sécurité selon DIN/VDE, ces mesures particulières peuvent être supprimées. Le moteur peut être réalisé en tant que moteur protégé des explosions, par le fait qu'il comporte un carter métallique 1 résistant à la pression qui est isolé électriquement à l'extérieur par l'enveloppe de matière plastique 28. Dans un moteur protégé contre les explosions, le carter peut aussi être divisé en deux chambres dont l'une peut être blindée contre la pression et l'autre peut être réali- sée avec un type de protection de sécurité accrue "e". Dans la chambre non blindée contre la pression "Ex e", on peut loger le moteur 16, 17. Cette chambre est alors calculée de telle sorte que les températures déterminéées ne puissent pas y être dépasées. L'électronique 20, ainsi que le disjoncteur de sécurité bipolaire 27 du moteur, qui assure la surveillance, sont logés dans la chambre blindée contre la pression, ce qui empêche, de façon fiable, la formation d'étincelles qui pourraient provoquer une explosion. Pour mettre le moteur en circuit, on prévoit le disjoncteur de sécurité 27 du moteur qui est calculé en fonction du type de protection choisi. Du fait de l'absence d'encrasse- ment par la poussière de charbon à l'intérieur, on a un moteur très sûr dont la sécurité dure jusqu'à la fin de la vie du moteur. Le moteur peut être calculé pour une tension de 12 V à environ 240 V et il peut être alimenté directement avec la tension appropriée. Etant donné que toute l'électronique 20 est logée dans le carter 1, il n'est pas besoin pour le moteur d'armoire de commande, ill de coffrets de commande ou l'analogue, comme cela est nécessaire avec les moteurs connus. En outre, le moteur décrit peut être fabriqué de façon très économique. A la place du joint d'étanchéité d'arbre radial décrit , on peut prévoir sur la roue de ventilateur 22 un anneau 41 (ligne en tirets) qui entoure la portion surélevée 16 de la partie de carter 2 à une certaine distance, ce qui forme en coopération avec la portion 16 une sorte de joint à labyrinthe qui empêche,avec l'air s'écoulant dans la chambre de ventilateur 23, la pénétration de vapeurs corrosives. Le moteur à courant continu à commutation électronique, connu en soi, qui vient d'être décrit, peut être logé dans le volume intérieur relativement petit du carter 1, parce qu'on utilise à la place d'un transformateur un bloc d'alimentation électrique sans transformateur qui a de petites dimensions, en correspodnance. Ce bloc d'ali- mentation électrique peut être directement raccordé au réseau électrique. La tension du réseau est alors transfor- mée de façon connue à l'intérieur du moteur à courant continu pour exciter les enroulements du moteur avec un montage approprié. Le dessin représente encore la poignée 42 en matière plasti- que avec le passe-câble 43, les moyens de décharge de traction 44 pour la canalisation (non représentée) de raccordement au réseau et à la borne de raccordement 45. Si le moteur est un moteur protégé contre les explosions, les passages de canalisations 46 sont réalisées selon les normes usuelles DIN/VDE. Pour actionner le disjoncteur de sécurité du moteur 27, un mécanisme d'actionnement 48 est disposé sous la poignée 42. Il comporte un arbre de commande 49 saillant dans le carter 1, qu'il faut faire tourner au moyen d'une poignée située à l'extérieur du carter 1. A l'intérieur du carter 1, l'arbre de commande 49 porte un entraîneur 51 monté excentré, grâce auquel on peut faire basculer dans ses deux positions une touche à bascule 52 du disjoncteur de sécurité 27 du moteur. On peut ainsi, en tournant la poignée 50, mettre facilement le moteur en circuit et hors circuit. Revendications 1. - Moteur pour une pompe, notamment une pompe électrique portative ou pour une pompe submersible, comportant un carter de préférence blindé contre la pression, dans lequel un rotor est monté rotatif sur un arbre de rotor, un stator disposé dans le carter et entourant le rotor et une canalisation de raccordement au réseau électrique qui est raccordée à un dispositif de commande, caractérisé en ce que le moteur est un moteur à courant continu sans balais, à commutation électronique, dont le dispositif de commande est une électronique de commande (20) logée dans le carter (1). 2. - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit entre l'électronique de commande (20) et le stator (26) et/ou le rotor (17), un flasque (12) logé dans le carter (1). 3. - Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur à courant continu comporte un dispositif de détection de la position du rotor (18,19,21) qui compor- te, de préférence, au moins un anneau magnétique (18) solidaire en rotation de l'arbre de rotor (9), auquel sont associés des détecteurs (19), de préférence des détec- teurs de Hall. 4. - Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de détection de la position du rotor (18,19,21) est raccordé à l'électronique de commande (20). 5. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que le carter (1) est pourvu d'un habillage (28) électriquement isolant, réalisé au moins en deux parties, lequel est un carter en matière plastique ne pouvant pas se charger électrostatiquement, dans lequel on peut placer le carter (1). 6. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce qu'au moins les parties du moteur produisant de la chaleur en fonctionnement sont refroidies. 7. - Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carter (1) est alimenté en air de refroidissement à l'extérieur, au moins dans la zone exposée à l'échauffe- ment,et qu'on prévoit au moins un guidage d'air de refroi- dissement (31), de préférence entre l'habillage (28) et le carter (1). 8. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce qu'on monte sur l'arbre du rotor (9) au moins une roue de ventilateur (22) qui est disposée de préférence dans la zone située à l'extérieur du carter (1), notamment qui est logée dans une chambre de ventilateur (23) de l'habillage (28). 9. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 8, caracté- risé en ce que l'arbre de rotor (9) est rendu étanche à la sortie du carter par au moins un joint d'étanchéité (25), de préférence un joint d'arbre radial qui est avanta- geusement prévu sur une saillie (16) du carter (1) s'avan- çant dans la chambre de ventilateur (23). 10. Moteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, pour formerun joint à labyrinthe, la roue de ventilateur (22) est munie d'un anneau (41) entourant la saillie (16) du carter (1) avec un faible jeu. 11. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 10, caracté- risé en ce que le carter (1) est muni du côté intérieur d'un habillage électriquement isolant, de préférence de nervures de refroidissement placées sur le côté intérieur. 12. - Moteur selon l'une des revendications 3 à 11, caracté- risé en ce que l'anneau magnétique (18) solidaire en rota- tion de l'arbre de rotor (9) fait partie d'un support (21) réalisé sous forme de ventilateur supplémentaire qui est solidarisé en rotation de l'arbre de rotor (9). 13. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 12, caracté- risé en ce qu'on peut régler à la main, par exemple à l'aide d'un potentiomètre, par l'intermédiaire de l'élec- tronique de commande (20), la vitesse de rotation du moteur. 14. - Moteur selon l'une des revendications 1 à 13, caracté- risé en ce que le disjoncteur de sécurité (27) du moteur peut être actionné indirectement de l'extérieur par l'intermédiaire d'un mécanisme d'actionnement (48), de préférence rotatif.