Brevet FR3011887A1 — publié le 20150417

PSL 1 POMPE DE CIRCULATION DE FLUIDE À MOTEUR SYNCHRONE À ROTOR NOYÉ La présente invention concerne une pompe de circulation de fluide à moteur synchrone à rotor noyé, notamment pour système de chauffage de bâtiments. Les figures 1 à 4 illustrent un exemple de pompe 1 de circulation de fluide à moteur synchrone à rotor noyé connue. La pompe 1 comporte un corps de pompe 2 comprenant une entrée d'eau 22 qui est aspirée par une turbine centrifuge 8, et une sortie de l'eau sous pression 24. Un capot 4, fixé de manière étanche sur le côté du corps de pompe 2, forme un réceptacle étanche contenant un moteur synchrone à rotor noyé, comportant un stator maintenu dans le capot 4. Le rotor du moteur synchrone comprend un arbre 6 porté du côté appelé par convention côté avant (c'est-à-dire le côté orienté vers la turbine centrifuge), par un palier avant 10 qui est maintenu en position par un flasque en tôle 12, comprenant un contour extérieur serré avec un joint d'étanchéité sur le corps de pompe 2 par le capot 4. L'arbre 6 du rotor est maintenu du côté arrière (c'est-à-dire celui opposé à la turbine centrifuge) par un deuxième palier ou palier arrière 14, qui est maintenu en place par rapport au capot 4 au moyen d'un support arrière 16 ici réalisé en tôle. L'arbre 6 reçoit entre les deux paliers 10, 14, un aimant permanent 18 de contour extérieur cylindrique centré et solidaire de l'arbre 6. L'aimant 18 comprend un type d'aimantation nord / sud adapté au concept moteur. L'aimant 18 est calé axialement entre deux embouts circulaires 26 serrés sur l'arbre 6 du rotor. En outre, le diamètre extérieur des embouts 26 est sensiblement égal à celui de l'aimant. Le rotor reçoit une chemise de protection 30 formée par une tôle cylindrique mince, qui est ajustée autour des aimants 18. La chemise de protection 30 comporte une section transversale circulaire constante, qui recouvre à la fois l'aimant 18 et les deux embouts d'extrémité 26. Par ailleurs, le stator comporte une ou plusieurs paires de bobines 20 dont l'axe principal est disposé radialement, de manière à provoquer un champ tournant entraînant en rotation l'aimant 18, donc le rotor. Un tube d'entrefer 32 formé par une tôle cylindrique mince, est ajusté dans l'espace se trouvant radialement à l'intérieur des bobines 20. La chemise de protection 30 participe au maintien en position de l'aimant 18, et constitue une barrière étanche empêchant un fluide de venir au contact de l'aimant. Le jeu circulaire entre la chemise de protection 30 et le tube d'entrefer 32, forme un canal annulaire 34 qui s'étend axialement le long du moteur et qui permet à un fluide de R: \34200\34272 PSL\34272EP131011-Dde tq déposée.docx 13/10/11 1/8 272 PSL 2 s'écouler autour du rotor. Le fluide circulant dans le canal peut, par exemple, être de l'eau. La figure 3 détaille la circulation d'un débit d'eau dans l'exemple de moteur 1, indiquée par une succession de flèches. Le débit d'eau provient de la zone en retrait de la turbine centrifuge 8. Le débit d'eau contourne tout d'abord le palier avant 10, puis traverse le canal annulaire 34 dans sa longueur. Le débit d'eau traverse alors le palier arrière 14, par exemple au moyen de rainures formées sur la surface du palier arrière 14, ceci afin d'arriver dans un espace disposé en arrière de l'arbre 6. L'arbre 6 du rotor comporte un perçage axial traversant 42, comprenant ici, du côté arrière, un ajustage de diamètre réduit 40. La circulation de fluide dans le moteur synchrone est obtenue de la manière suivante. La rotation de la turbine centrifuge 8 génère un écart de pression, qui aspire l'eau venant du perçage axial 42 du rotor, ce qui fait circuler ce fluide à travers les paliers 10, 14 et le long du canal 34, afin de lubrifier ces paliers, et de refroidir l'ensemble du moteur, en particulier les paliers, l'aimant 18 et les tôles stator, donc, par conséquent, les bobines 20. Cependant, comme représenté sur la figure 4, des particules métalliques 50 provenant du circuit d'eau, en particulier dans le cas d'un circuit de chauffage d'un bâtiment comprenant des radiateurs pouvant générer ces particules, se trouvent entraînées par la circulation d'eau à l'intérieur du moteur synchrone. Ces particules métalliques 50 ont tendance à rester dans le canal 34 par l'attraction de l'aimant 18 ainsi que des bobines 20 qui génèrent des champs magnétiques. Les particules métalliques 50 sont alors entraînées en rotation par le mouvement du rotor, de son champ magnétique généré par l'aimant 18, et par le champ magnétique tournant produit par la commande des bobines 20. Les particules 50 ont alors à la fois un mouvement circulaire autour de l'axe du rotor, et une succession de mouvements radiaux alternatifs entre la chemise de protection 30 et le tube d'entrefer 32, suivant les positionnements des pôles du rotor et du stator. Ces mouvements radiaux alternatifs des particules métalliques occasionnent des chocs mécaniques de ces particules métalliques sur la chemise de protection 30 et le tube d'entrefer 32. En particulier, selon les alternances de courant et la position angulaire du rotor, le champ magnétique généré par les bobines dans les tôles stator provoque des concentrations de champ magnétique en certains points de l'espace compris entre la chemise de protection 30 et le tube d'entrefer 32. Ces concentrations de champs entraînent une accélération accrue localement des particules 50 et donc des chocs mécaniques plus violents. R: \34200\34272 PSL\34272EP131011-Dde tq déposée.docx 13/10/11 2/8 272 PSL 3 En outre, ces accélérations accrues localement des particules 50 (et donc les chocs mécaniques plus violents) sont répétées localement plusieurs fois à chaque rotation du rotor. Les chocs des particules métalliques sur la chemise de protection 30 et le tube d'entrefer 32 sont susceptibles de percer ces éléments censés assurer l'étanchéité des organes du moteur, tel que l'aimant 18 ou les bobines 20, ce qui peut provoquer une défaillance du moteur et par conséquent de la pompe de circulation. Le but de la présente invention est de proposer une pompe de circulation de fluide dans laquelle les risques d'usure par des particules métalliques sont réduits. A cette fin, la présente invention propose une pompe de circulation de fluide à rotor noyé, comportant un moteur électrique du type synchrone, le moteur électrique comprenant un stator et un rotor lié à une turbine centrifuge de la pompe, le rotor comprenant un aimant permanent, le moteur comprenant un tube d'entrefer ajusté radialement à l'intérieur du stator, de manière à laisser un jeu radial entre le tube et le rotor, formant un canal de circulation de fluide, un espace annulaire, adjacent à la chemise de protection étant ménagé entre l'aimant permanent et le canal. Suivant des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le canal est formé entre le tube d'entrefer et la chemise de protection ; - l'espace annulaire est rempli par un fourreau réalisé en un matériau non magnétique ; - l'espace annulaire est creux ; - l'aimant est calé axialement entre deux embouts dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre extérieur de l'espace annulaire ; - la section transversale de la chemise de protection est circulaire et constante, la chemise de protection recouvrant à la fois l'aimant et les embouts ; - le jeu radial formant le canal, est inférieur à 1 mm ; - le jeu radial formant le canal, est compris entre 0,2 à 1 mm ; et - l'espace annulaire est d'épaisseur comprise entre 0,2 et 2 mm. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés suivants : - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une pompe de circulation selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale du rotor et des bobines de la pompe de la figure 1 ; R: \34200\34272 PSL\34272EP131011-Dde tq déposée.docx 13/10/11 3/8 272 PSL 4 - la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un détail de la pompe de la figure 1, illustrant la circulation de fluide à l'intérieur de la pompe ; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un détail de la pompe de la figure 1, présentant les déplacements de particules métalliques dans le canal de circulation du fluide ; et - les figures 5A et 5B sont des vues de détail de l'entrefer d'une pompe selon l'art antérieur et selon l'invention, respectivement. La figure 5B présente un moteur synchrone d'une pompe selon l'invention. Sur cette figure, les éléments identiques ou de fonctions identiques portent les mêmes signes de référence que les éléments correspondant de la pompe de l'art antérieur représentée sur les figures 1 à 4 et 5A. Ces éléments ne sont pas décrits de nouveau ici à fin de concision de la présente description. Par rapport à la pompe de la figure 5A, le rotor de la pompe de la figure 5B comporte en plus un fourreau cylindrique 60 qui est ajusté de manière serrée entre l'aimant 18 et la chemise de protection 30. Par suite, les embouts 26 ont un diamètre extérieur augmenté par rapport à ceux de la figure 5A, de manière à s'ajuster sur le diamètre extérieur du fourreau 60. Ceci permet de conserver une chemise de protection 30 comportant une section transversale circulaire égale par rapport à celle de l'art antérieur. Il est à noter ici que l'entrefer E est identique pour les deux pompes, et que l'épaisseur radiale du canal 34 passant de Ji à J2, est réduite en fonction de l'épaisseur du fourreau cylindrique 60. On réalise ainsi un moteur synchrone comportant les mêmes parties actives, notamment l'aimant 18 et les bobines 20, avec un entrefer E identique, ce qui permet de conserver les mêmes performances, et qui simplifie les productions en série en gardant une standardisation des composants ainsi que du contrôle électronique. Une taille identique des aimants 18 permet en particulier de ne pas augmenter leur prix, le matériau utilisé pour les réaliser étant d'un coût élevé. Le fourreau cylindrique 60 peut notamment être réalisé dans un matériau magnétiquement neutre et isolant, par exemple en matière plastique, laquelle peut être moulée. Il est ainsi possible de produire un fourreau cylindrique pour un coût réduit. A titre d'exemple, le jeu radial habituellement prévu entre la chemise de protection 30 et le tube d'entrefer 32, est de l'ordre de 1,4 mm. Sur la figure 5B, on peut notamment réduire ce jeu radial à une valeur inférieure à 1 mm, de préférence de l'ordre de 0,3 à 0,4 mm. L'épaisseur entre le canal 34 et l'aimant 18, c'est-à-dire l'épaisseur du fourreau cylindrique 60 et de la chemise de protection 30, est comprise entre 0,2 et 2 mm. On R: \34200\34272 PSL\34272EP131011-Dde tq déposée.docx 13/10/11 4/8 272 PSL obtient ainsi une réduction du champ magnétique créé par l'aimant 18 sur la surface extérieure de la chemise de protection 30, par un éloignement de cette surface par rapport à l'aimant 18, ce qui réduit la force d'attraction des particules métalliques 50. La réduction de la force d'attraction des particules métalliques 50 permet à ces 5 particules de quitter l'espace compris entre la chemise 30 et le tube d'entrefer 32. On obtient de plus une réduction du volume du canal circulaire 34, qui peut être diminué d'environ 75%, ce qui entraîne une réduction du nombre de particules 50 qui peuvent se trouver dans ce volume. Par ailleurs, dans le cas d'un débit d'eau identique dans ce canal 34, la vitesse axiale de l'eau est plus élevée, en proportion de la réduction de la section de passage. La vitesse d'évacuation de particules 50 qui pourraient se trouver dans ce volume, est ainsi augmentée. Par ailleurs avec une épaisseur radiale J2 du canal 34 réduite, l'angle d'attaque des particules 50 par rapport à la direction tangente des parois est plus faible. En effet, l'angle d'attaque des particules 50 par rapport à la direction tangente des parois du canal 34, augmente avec l'épaisseur radiale de ce canal. De plus, l'énergie cinétique accumulée par la particule est plus faible lorsque cette épaisseur radiale J2 est réduite. La force des impacts des particules sur les parois est ainsi réduite. L'endommagement causé par ces impacts est donc également réduit. Notamment, le risque de perçage par ces particules de la chemise de protection et/ou du tube d'entrefer est réduit. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté, mais elle est susceptible de variantes accessibles à l'homme de l'art. En particulier, la disposition, la matière ou la forme du fourreau 60 peuvent comporter des caractéristiques variées, en procurant des avantages similaires. La chemise de protection 30 peut également présenter un diamètre égal par rapport à l'art antérieur, c'est-à-dire que la chemise de protection 30 peut recouvrir à la fois l'aimant 18 et les deux embouts d'extrémité 26. Dans ce cas, le fourreau 60 est ajusté autour de la chemise de protection 30, de manière à réduire l'épaisseur du canal 34. Les mêmes résultats que précédemment peuvent également être obtenus. En particulier, le fonctionnement du moteur synchrone est identique et présente les mêmes avantages. En outre, selon une autre variante, la chemise de protection 30 peut présenter un diamètre augmenté comme présenté ci-dessus, avec un jeu entre cette chemise et l'aimant 18 d'une valeur similaire à l'épaisseur du fourreau 60 décrit précédemment. Ce jeu peut être vide, c'est-à-dire en l'espèce sans liquide ou solide dans ce jeu. Un canal 34 d'épaisseur réduite est ainsi également obtenu. De manière similaire à la variante précédente, les mêmes résultats peuvent également être obtenus. En R: \34200\34272 PSL\34272EP131011-Dde tq déposée.docx 13/10/11 5/8 272 PSL 6 particulier, le fonctionnement du moteur synchrone est identique et présente les mêmes avantages. Cette solution présente l'avantage d'un coût réduit par rapport à celle illustrée sur la figure 5 et à la variante précédente. Enfin, en variante, le fourreau 60 peut être monté à l'extérieur de la chemise de protection 30 tout en assurant un espace entre le canal 34 et l'aimant 18 identique à celui indiqué ci-avant. Dans tous les cas, un espace annulaire est créé, adjacent à la chemise de protection (c'est-à-dire radialement à l'intérieur ou radialement à l'extérieur de cette chemise) qui augmente la distance entre les aimants permanents et le canal de circulation de fluide, réduisant ainsi la force d'attraction de ces aimants sur les particules métalliques susceptibles de se trouver dans ce canal de circulation. R: \34200\34272 PSL\34272EP131011-Dde tq déposée.docx 13/10/11 6/8 REVENDICATIONS1. Pompe de circulation de fluide à rotor noyé, comportant un moteur électrique du type synchrone, le moteur électrique comprenant un stator et un rotor lié à une turbine centrifuge (8) de la pompe, le rotor comprenant un aimant permanent (18) entouré d'une chemise de protection (30), le moteur comprenant un tube d'entrefer (32) ajusté radialement à l'intérieur du stator, de manière à laisser un jeu radial (J2) entre le tube et le rotor, formant un canal (34) de circulation de fluide, un espace annulaire (60), adjacent à la chemise de protection (30), étant ménagé entre l'aimant permanent (18) et le canal (34). 2. Pompe de circulation selon la revendication 1, dans laquelle le canal (34) est formé entre le tube d'entrefer (32) et la chemise de protection (30). 3. Pompe de circulation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'espace annulaire est rempli par un fourreau (60) réalisé en un matériau non magnétique. 4. Pompe de circulation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'espace annulaire (60) est creux. 5. Pompe de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'aimant (18) est calé axialement entre deux embouts (26) dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre extérieur de l'espace annulaire (60). 6. Pompe de circulation selon la revendication 5, dans laquelle la section transversale de la chemise de protection (30) est circulaire et constante, la chemise de protection recouvrant à la fois l'aimant (18) et les embouts (26). 30 7. Pompe de circulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le jeu radial (J2) formant le canal (34), est inférieur à 1 mm. 8. Pompe de circulation selon la revendication 7, dans laquelle le jeu radial (J2) formant le canal (34), est compris entre 0,2 à 1 mm. 35 9. Pompe de circulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'espace annulaire est d'épaisseur comprise entre 0,2 et 2 mm. R: \34200\34272 PSL\34272EP131011-Dde tq déposée.docx 13/10/11 7/8 25