Brevet FR2798232A1 — publié le 20010309

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un moteur à courant alternatif destiné à entraîner une pompe ou un compresseur. II est particulièrement adapté pour la réalisation de groupes de pompage immergés dans un liquide. Il trouve son application notamment dans l'industrie pétrolière pour le pompage des fluides en fond des puits de production d'hydrocarbures sous forme liquide, gazeuse ou polyphasique. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Les moteurs électriques les plus couramment utilisés sont les moteurs courant alternatif asynchrone monophasés ou polyphasés. Leur structure est décrite dans les TECHNIQUES DE L'INGENIEUR, traité de génie électrique Volume D 3 II Chapitre D 3 490 Moteurs asynchrones - Choix et problèmes connexes. Selon ce document les moteurs à courant alternatif asynchrones comportent essentiellement un stator et un rotor. Le stator est constitué d'enroulements bobinés de fils conducteurs répartis à l'interieur d'une carcasse cylindrique faisant office de bâti et logés à l'intérieur d'un circuit magnétique supporté par cette carcasse. Ce circuit magnétique est formé par empilage de tôles en forme de couronnes circulaires dans lesquelles sont découpées des encoches parallèles à l'axe de la carcasse dans lesquelles sont logés fils conducteurs des enroulements bobinés. A l'intérieur du circuit magnétique en forme de couronne formé par l'empilage des tôles est placé le rotor de forme cylindrique qui comporte un arbre de rotation supporté par un palier support solidaire de la carcasse du stator. Le type de rotor le plus répandu est le rotor à cage dont le circuit est constitué de barres conductrices régulièrement réparties entre deux couronnes métalliques formant les extrémités. Cette cage est insérée à l'intérieur d'un circuit magnétique constitué de disques empilés sur l'arbre de rotation. Avec ce type de moteur les distances entre les enroulements du stator étant très faibles ils ne peuvent pas être alimentés par des tensions très élevées et la mise en place d'isolants est délicate. Le même problème se pose pour l'isolement des enroulements par rapport aux tôles du circuit statorique. Pour certaines applications, par exemple pour remonter de l'eau d'une nappe phréatique ou des hydrocarbures de formation au fond d'un puits, l'arbre du moteur est couplé à une pompe et l'ensemble moteur plus pompe est immergé dans le fluide à pomper. Dans ce cas l'espace entre le rotor et le stator est rempli de liquide, ce qui accentue encore les problèmes d'isolement électrique évoqués précédemment. Une autre solution connue consiste à séparer le moteur de la pompe mais nécessite l'utilisation d'un dispositif d'étanchéité dynamique monté sur l'arbre du moteur. De tels dispositifs d'étanchéité sont délicats et peu fiables. Ils sont mal adaptés à un service longue durée exigé pour des installations dont l'accès est difficile, coûteux, voire dangereux. EXPOSE L'INVENTION La présente invention a justement pour objet de remédier à ces inconvénients et notamment de fournir un moteur électrique à courant alternatif dont les enroulements peuvent supporter une forte tension électrique et sont faciles à réaliser grâce au grandes distances qui séparent les enroulements entre eux et les enroulements du circuit magnétique statorique. Ce moteur électrique est particulièrement adapté pour réaliser un groupe électropompe immergé. A cette , la présente invention propose un moteur électrique à courant alternatif comportant circuit magnétique statorique comprenant une première partie sur laquelle sont montés des enroulements électriques et une deuxième partie évidée à l'intérieur laquelle est monté un rotor cylindrique muni d'un axe de rotation supporté par moins deux paliers, lequel moteur est caractérisé en ce qu'il comporte en plus une chambre statorique à paroi étanche, dont au moins une partie est réalisée en matériau isolant amagnétique, à l'intérieur de laquelle sont montés la première partie du circuit magnétique statorique et les enroulements électriques, la deuxième partie du circuit magnétique statorique, le rotor cylindrique et les paliers supports se trouvant à l'extérieur de ladite chambre et disposés de manière à ce que le circuit magnétique statorique traverse la paroi de ladite chambre dans la partie réalisée en matériau isolant amagnétique. Selon une autre caractéristique du moteur de l'invention, l'axe du rotor dudit moteur étant relié mécaniquement à l'axe du rotor d'une pompe, la deuxième partie du circuit magnétique statorique, le rotor dudit moteur, les paliers supports et rotor de la pompe sont enfermés dans une chambre rotorique à paroi étanche munie d'une entrée et d'une sortie d'un fluide à pomper. Selon une autre caractéristique du moteur de l'invention, la paroi étanche la chambre statorique comporte un dispositif de compensation de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de ladite chambre. Selon une autre caractéristique du moteur de l'invention, les enroulements electriques statoriques comportent au moins une prise de soutirage d'énergie électrique. Selon une autre caractéristique du moteur de l'invention, le circuit magnétique statorique comporte un enroulement électrique supplémentaire pour soutirer de l'énergie électrique. Selon une dernière caractéristique le moteur de l'invention, comporte en plus un piquage d'entrée et un piquage de sortie montés sur la paroi de la chambre statorique pour raccorder un dispositif extérieur de refroidissement d'un fluide remplissant la chambre statorique. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale, d'un moteur électrique selon un premier mode de réalisation l'invention, - la figure 2 est une vue de côté, d'une partie d'un moteur électrique selon le premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective, d'une partie d'un moteur électrique selon le premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale, moteur électrique selon un deuxième mode de réalisation l'invention, EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale premier mode de réalisation du moteur 1 de l'invention qui comporte un circuit magnétique statorique feuilleté qui comprend - une première partie 2 constituée de trois tronçons noyaux 3, 4 et 5, dont seulement les tronçons 3 et 4 sont visibles sur la figure 1, décalés dans l'espace de 120 et formant à une de leur extrémité une culasse 6. - une deuxième partie 10, constituée de trois tronçons de noyaux 11, 12 et 13 qui prolongent les trois tronçons 3, 4 et 5, dont seulement 11 et 12 sont visibles sur la figure 1 et dont les extrémités forment un évidement cylindrique. Sur chacun des tronçons de noyaux 3, 4 et 5 sont montés des enroulements 7, 8 et 9 électriques dont seulement 7 et 8 sont visibles sur la figure 1. Les trois tronçons 3, 4 et 5 du circuit magnétique statorique et les enroulements électriques qu'ils supportent sont placés dans une carcasse 19 cylindrique fixe, fermée de manière étanche à une extrémité par un fond 21 et à l'extrémité opposée par une plaque 22 d'obturation. Cette plaque 22 est réalisée en matériau isolant et amagnétique pour ne pas constituer une spire en court circuit autour du circuit magnétique statorique, ni un shunt magnétique du même circuit. La carcasse 19 et la plaque forment une chambre 20 statorique étanche. La carcasse 19 comporte une traversée de câble étanche pour le passage d'un câble d'alimentation des enroulements statoriques. La plaque 22 comporte des traversées 18 étanches pour le passage respectivement des trois noyaux du circuit magnétique statorique constitués par les tronçon 3, 4, 5, 11, 12 et 13. Les tôles qui constituent les noyaux du circuit statorique sont assemblées de manière étanche au niveau de leur passage au travers de la plaque 22, par exemple au moyen d'une mince couche de matière souple isolante disposée entre deux tôles voisines. La culasse 6 du circuit magnetique statorique 2 est soutenue par le support 26. La carcasse 19 est aussi munie d'un piquage d'entrée 23 et d'un piquage de sortie 24 pour le raccordement d'un dispositif extérieur de refroidissement d'un fluide isolant remplissant la chambre statorique 20, non représenté sur la figure 1. Dans l'évidement situé à l'extrémité de la deuxième partie 10 du circuit magnétique statorique 2 est monté un rotor feuilleté 14 qui comporte un arbre15 de rotation qui repose sur les paliers fixes 16 et 17 reliés mécaniquement par des pièces 41 et 42 de calage à la deuxième partie 10 du circuit statorique de manière à assurer le centrage du rotor et du stator, Les pièces de calage 41 et 42 sont réalisées en matériau isolant et magnétique de manière à ne pas former une spire en court circuit autour des tronçons de noyaux statoriques et à ne pas court-circuiter magnétiquement le circuit magnétique statorique . La figure 2 représente une vue partielle de côté du moteur qui montre les positions relatives du circuit magnétique statorique comprenant les tronçons de noyaux 3, 4, 5 reliés par la culasse 6, les tronçons de noyaux 11, 12 et 13, les enroulements 7, 8, 9 montés sur les tronçons de noyaux 3, 4, 5, et le rotor 14 avec son axe 15. La figure 3 représente une vue partielle en perspective du moteur sur laquelle apparaissent le circuit magnétique statorique 2 comprenant les tronçons de noyaux 3, 4, 5 reliés par la culasse 6, les tronçons de noyaux 11, 12 et 13, le rotor 14 avec son axe 15, l'enroulement 7 électrique monté le tronçon de noyau 3 et la plaque 22 munie d'une traversée étanche 18 pour le passage du tronçon 11. Selon un deuxième mode de réalisation représenté schématiquement en coupe longitudinale sur la figure 4, le moteur 1 de l'invention est à axe vertical et comporte un circuit magnétique statorique 2, des enroulements électriques 7, 8, une carcasse 19, une plaque 22 et un rotor 14 tels que décrits pour le premier mode de réalisation et agencés de la même manière. Selon ce deuxième mode de réalisation le moteur 1 comporte en plus - un impulseur de pompe 32 muni d'un arbre 27 relié à l'extrémité de l'arbre 15 du rotor 14 et muni à son extremité inférieure d'une butée axiale 33, - un soufflet 40 de compensation de la différence de pression entre les deux faces de la plaque 22, - un prolongement 28 de la carcasse 19 muni d'un fond 36, qui forme une chambre rotorique 30 qui enferme la deuxième partie 10 du circuit magnétique statorique, le rotor 14 et l'impulseur 32 de la pompe, - une prise électrique 38 de soutirage d'énergie électrique qui passe au travers de la carcasse 21 par une traversée de câble étanche 37. Les arbres 15 et 27 sont supportés par des paliers 16, 17 et 31, les paliers 16 et 17 étant reliés mécaniquement au circuit magnétique statorique au moyen de pièces de calage 41 et 42 comme dans le premier mode de réalisation, le palier 31 et la butée 33 étant solidaires du prolongement 28 de la carcasse 19. Le prolongement 28 de la carcasse 19 comporte une entrée 34 et une sortie 35 du liquide mis en circulation par l'impulseur 32 entraîné par le rotor 14 du moteur. Pour faire fonctionner le moteur selon ce deuxième mode de réalisation, immergé dans un liquide par très grande profondeur, c'est à dire sous une pression statique très élevée, la chambre 20 statorique est remplie d'un liquide. Grâce au soufflet 40 les pressions entre la chambre statorique 20 et la chambre rotorique 30 s'équilibrent et ainsi les problèmes liés à la différence de pression entre ces deux chambres disparaissent. Grâce à la forme des enroulements statoriques et à leur montage sur les tronçons de noyaux magnétiques leur isolement electrique n'est pas limité par la taille des encoches comme dans les moteurs conventionnels, et de ce fait il peuvent être alimentés par des tensions largement supérieures à celles des moteurs conventionnels ce qui évite l'utilisation d'un transformateur à proximité du moteur lorsque celui-ci est très éloigné de sa source d'alimentation électrique. Le moteur électrique de l'invention présente aussi l'avantage de ne comporter que des dispositifs d'étanchéité statiques qui ne présentent pas les inconvénients des dispositifs d'étanchéité dynamique, ce qui lui confère une grande fiabilité, indispensable pour de nombreuses applications dans lesquelles le moteur est difficilement accessible, par exemple au fond puits de production de pétrole sous-marin ou dans une zone dangereuse comme c'est le cas dans l'industrie nucléaire et certaines industries chimiques de fabrication de produits dangereux. Les enroulements électriques montés dans la chambre 20 étanche sont complètement isolés du milieu environnant et fluide pompé ce qui les rend insensibles aux agressions mécaniques et chimiques liés à la nature des fluides pompés et du milieu environnant. Le moteur de l'invention est particulierement adapté au pompage des hydrocarbures sous forme polyphasique au fond des puits de production sous- marins par très grande profondeur. REVENDICATIONS 1 - Moteur électrique à courant alternatif comportant un circuit magnétique statorique comprenant une première partie (2) sur laquelle sont montés des enroulements (7, 8) électriques et une deuxième partie (10) évidée à l'intérieur de laquelle est monté un rotor (14) cylindrique muni d'un axe (15) de rotation supporté par au moins deux paliers (16 et 17), lequel moteur est caractérisé en ce qu'il comporte en plus une chambre statorique (20) à paroi étanche, dont au moins une partie est réalisée en matériau isolant amagnétique, à l'intérieur de laquelle sont montés la première partie (2) du circuit magnétique statorique et les enroulements (7, 8) électriques, la deuxième partie (10) du circuit magnétique statorique, le rotor (14) cylindrique et les paliers (16 et 17) supports se trouvant à l'extérieur de ladite chambre et disposés de manière à ce que le circuit magnétique statorique traverse la paroi de ladite chambre dans la partie réalisée en matériau isolant amagnétique. 2 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (15) du rotor (14) dudit moteur étant relié mécaniquement l'axe (27) du rotor (32) d'une pompe, la deuxième partie (10) du circuit magnétique statorique, le rotor (14) dudit moteur, les paliers (16 et 17) supports et le rotor (32) de la pompe sont enfermés dans une chambre rotorique (30) à paroi étanche munie d'une entrée (34) et d'une sortie (35) d'un fluide à pomper. 3 - Moteur selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la paroi étanche de la chambre statorique (20) comporte un dispositif (40) de compensation de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de ladite chambre. 4 - Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les enroulements (7, 8) électriques statoriques comportent au moins une prise (38) de soutirage d'énergie électrique. 5 - Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le circuit magnétique statorique comporte un enroulement électrique supplémentaire pour soutirer de l'énergie électrique. 6 - Moteur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte en plus un piquage (24) d'entrée et un piquage (25) de sortie montés sur la paroi de la chambre statorique (20) pour raccorder un dispositif extérieur de refroidissement d'un fluide remplissant la chambre statorique (20).