Brevet FR2768119A1 — publié le 19990312

PROPULSEUR NAVAL A HELICE CENTRALE ET MOTEUR ASYNCHRONE DISCOIDE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne la motorisation électrique intégrée des hélices de propulsion de navires. Elle concerne également les moteurs électriques discoïdes à champ axial comprenant un rotor monodisque placé entre deux stators annulaires. Art antérieur et problème posé L'entraînement des hélices axiales, telles que celles utilisées pour la propulsion des navires, peut être réalisé par des moteurs électriques, des moteurs thermiques à combustion interne, ou par des moteurs hydrauliques. Dans tous ces types d'applications, il est souvent utile de minimiser l'encombrement du dispositif moteur et de sa transmission à l'hélice. Ceci permet d'économiser des espaces à l'intérieur du navire et de ne pas perturber le flux d'eau autour de l'hélice par un encombrement trop important du système de transmission. Dans d'autres applications que celle de la propulsion des navires, on est également confronté à des problèmes d'encombrement. Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient, aussi bien dans le domaine de la propulsion des navires, que dans d'autres domaines industriels, tels que celui des motopompes. D'autre part, par le document de brevet US-A-2 550 571, on connaît un moteur électrique à champ axial possédant un unique rotor de forme discoïde. Le stator est constitué de deux parties placées de part et d'autre du rotor. De plus, le document de brevet WO-94 18458 décrit une pompe axiale à grande vitesse à entraînement électrique destinée à être utilisée pour la propulsion d'un bateau. Dans cette pompe, le rotor de la pompe est fixé à l'intérieur du rotor du moteur électrique. Ce dernier est un moteur synchrone à aimants permanents pour pouvoir tourner à grande vitesse. La pompe est constituée d'une série d'aubes placées à l'intérieur du rotor du moteur avec un canal central. Le rotor du moteur est constitué de deux parties discoïdes entourant une seule partie du stator placé au milieu. Le rotor est monté tournant par des roulements à billes. Le tout est entouré d'un carter équipé de joints d'étanchéité pour éviter que l'eau de mer ne pénètre à l'intérieur du moteur. Une circulation de liquide de refroidissement est également prévue. Dans cette pompe, le dispositif d'étanchéité mis en oeuvre est relativement compliqué, les roulements à billes ne devant absolument pas subir l'eau de mer et supporter de grandes vitesses de rotation avec un chargement axial important dû à la poussée générée par les aubages et un chargement radial dû aux forces magnétiques générées par les aimants. La durée de vie d'une telle pompe paraît donc limitée. De plus, le canal central du rotor diminue grandement le rendement de la pompe du fait de la recirculation court-circuitant le flux principal. On ajoute que le montage de moteurs synchrones à aimants permanents de grande taille pose des problèmes de mise en place lors du positionnement du rotor dans le stator. Pour comprendre ces difficultés de montage, on peut signaler qu'un tel propulseur naval équipé d'un tel moteur fournit un force de poussée de 300 kg, alors que l'effort magnétique axial statique du moteur peut atteindre de l'ordre de 1,5 tonnes. Dans le propulseur selon l'invention, on s'est efforcé d'éviter les inconvénients mentionnés dans le paragraphe précédent. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un propulseur à hélice central d'axe de rotation déterminé et équipé d'un moteur électrique périphérique, comprenant plus exactement - une hélice centrale - un rotor du moteur électrique faisant bloc avec l'hélice et entourant celle-ci, formant ainsi un bloc rotor - un stator du moteur électrique - un carter du propulseur à l'intérieur duquel est fixé le stator du moteur électrique ; et - des paliers du bloc rotor pour supporter celui-ci en rotation, ces paliers étant placés au niveau du rotor du moteur électrique. Selon l'invention, le moteur est noyé, asynchrone, à rotor unique discoïde, le stator étant placé de part et d'autre du rotor, de manière à pouvoir fonctionner de façon immergée, à des basses et moyennes vitesses de rotation. Les paliers sont, de préférence, des paliers hydrodynamiques à patins. Ils portent, de préférence, sur une grande partie d'un fourreau du rotor. De préférence, la structure électrique du rotor est du type en roue de charrette. Dans sa réalisation préférentielle, le rotor comprend un moyeu central. On utilise des butées hydrodynamiques sur les deux faces latérales du rotor pour encaisser la poussée axiale exercée sur ce dernier. Description détaillée d'une réalisation de l'invention L'invention et ses différentes caractéristiques vont être décrites dans la description suivante, accompagnée d'une unique figure représentant le propulseur selon l'invention, en demi-coupe. Le propulseur selon l'invention associe donc un moteur électrique asynchrone axial à une hélice présentant un seul étage d'aubes 1 reliées à un moyeu central 2 tournant autour de l'axe A du propulseur. Cette hélice est placée dans le canal 3 formé par un fourreau 4, lui-même centré sur l'axe A. Les aubes 1 de l'hélice sont fixées, par exemple par soudure, à une armature 8 du rotor du moteur électrique, de forme annulaire et placée à la périphérique des aubes 1, entourant celle-ci comme une couronne. Cet ensemble forme un bloc rotor ;ronté tournant dans l'autre partie du propulseur, c'est-à-dire un bloc stator. Cette rotation s'effectue à l'aide de deux paliers 5 constitués, de préférence, de paliers hydrodynamiques à patins. Chaque palier 5 est installé autour du fourreau 4 par sa bague tournante interne et sur le bloc stator par sa bague fixe externe. On remarque que la largeur des paliers 5 est relativement importante, ce qui confère au rotor une grande portée de rotation et donc une grande précision de positionnement sans dégradation dans le temps due à l'usure. On note que les paliers 5 du rotor pourraient être prévus à l'extérieur du rotor électrique 7, juste à l'intérieur de la couronne de liaison. Le reste du bloc rotor est donc constitué par le rotor électrique 7 placé dans l'armature du rotor 8, à l'extérieur des aubes 1. Ce rotor 7 du moteur électrique est donc de forme discoïde. En d'autres termes, il complète l'armature 8 du rotor par des barreaux radiaux et des encoches radiales disposés en roue de charrette, de part et d'autre de la structure du rotor. Les deux faces latérales du rotor sont recouvertes chacune d'une plaque en acier inoxydable amagnétique, appelée peau , ou en un matériau composé, tel que le Téflon. Enfin, le bloc rotor se complète de deux butées 6 du type hydrodynamique placées à la base des deux faces latérales de ce rotor électrique 7. La partie tournante de chaque butée 6 est donc fixée sur l'armature 8 du rotor, tandis que la partie fixe est fixée au stator 10. Les parties frottantes des paliers 5 et des butées 6 peuvent être déposées par plasma. Le stator se compose principalement du stator électrique composé de feuillards 12 entouré de bobinage 11. Le tout est placé en deux parties de part et d'autre du rotor 7, latéralement. Les deux parties du stator 10 sont entourées chacune d'un boîtier 14 fermé chacun par un flasque externe 13. Les deux parties du stator 10 sont maintenues l'une par rapport à l'autre par une couronne de liaison 15 fixée à l'extérieur des boîtiers 14, autour du rotor 7. Des connexions électriques 16 sont prévues sur les boîtiers 14 du rotor 10. Les deux boîtiers 14 du stator 10 sont étanches. Avantages de l'invention Le fait que les paliers 5 soient placés juste à l'intérieur de la partie électrique du propulseur, de façon éloignée de l'axe 1 du propulseur, fait que le positionnement du rotor électrique 7, par rapport au stator 10, est très précis et stable dans le temps. De plus, il s'ensuit que le propulseur est relativement silencieux en fonctionnement. La présence des deux butées 6 permet de décharger en grande partie les paliers 5 de la force axiale considérable qui est imposée par le rotor et, en particulier, par les aubes 1, ce qui favorise le fonctionnement de la durée de vie des deux paliers 5. L'ensemble du rotor est très compact et d'une grande raideur. Les paliers 5 et les butées 6 sont lubrifiés par le fluide pompé par le moteur qui refroidit ce dernier. Aucune étanchéité spéciale n'est prévue entre le stator et le rotor, le liquide pompé pouvant pénétrer dans l'entrefer. Ceci permet d'éviter l'utilisation d'un liquide de refroidissement ou de lubrification. Les plaques, ou peaux, latérales 9 du rotor électrique 7 sont amagnétiques et planes, donc très faciles à réaliser et à positionner axialement. Le propulseur selon l'invention est destiné à la propulsion de navires et devrait être utilisé à des vitesses de rotation de l'ordre de 100 à 1 000 tours/minute. REVENDICATIONS 1. Propulseur à hélice centrale d'axe de rotation (A) déterminé et à moteur électrique périphérique, le propulseur comprenant - une hélice centrale constituée d'aubes (1) ; - un rotor électrique (7) faisant bloc avec les aubes (1) de l'hélice et entourant celles-ci, formant un bloc rotor ; - un stator électrique (10) - un carter (13, 14, 15) du propulseur, à l'intérieur duquel est fixé le stator électrique (10) et - des paliers (5) du bloc rotor pour supporter celui-ci en rotation et placés au niveau du rotor électrique (7), caractérisé en ce que le moteur est du type noyé, asynchrone, à rotor unique discoide, le stator électrique (10) étant placé de part et d'autre du rotor électrique (7), dans le but de pouvoir tourner à basses et moyennes vitesses et être immergé. 2. Propulseur naval selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paliers (5) sont des paliers hydrodynamiques à patins. 3. Propulseur naval selon la revendication 2, caractérisé en ce que les paliers (5) portent sur une grande partie d'un fourreau (4) du bloc rotor. 4. Propulseur naval selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor électrique (7) a une structure en roue de charrette. 5. Propulseur naval selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hélice centrale possède un moyeu central (2). 6. Propulseur naval selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux butées hydrodynamiques (6) placées de part et d'autre des faces latérales du rotor électrique (7).