La présente invention concerne une motopompe à rotor noyé.

Par définition, une motopompe à rotor noyé comprend à la fois une pompe et un moteur, agencés dans un carter hermétiquement étanche. La motopompe comprend une ouverture d'entrée et une ouverture de sortie de fluide. Lorsque la motopompe est intégrée à une installation industrielle, l'étanchéité est également assurée au niveau des ouvertures d'entrée et de sortie. Différentes constructions de motopompes à rotor noyé sont connues par exemple des documents EP2607709A1 , JP2007127135A, US6010319A et WO200123763A1.

Ces motopompes comprennent un carter, un moteur électrique, un arbre central et une roue. Le carter comprend une enveloppe moteur. Le moteur électrique comprend un stator et un rotor disposés dans l'enveloppe moteur. L'arbre, le rotor et la roue forment un ensemble rotatif. Cet ensemble rotatif est supporté par deux paliers. La roue est fixée à l'extrémité avant de l'arbre, située hors de l'enveloppe moteur.

Un autre exemple de motopompe à rotor noyé est connu du document DE20007099U 1. Le stator comporte une encapsulation constituée par un enrobage et une gaine. Cette gaine présente une partie cylindrique et un fond minces, en contact avec le fluide. Cette motopompe présente une structure complexe, avec de nombreuses pièces interposées entre le corps et l'enveloppe moteur constituant le carter, l'arbre support du rotor et l'enrobage du rotor. Un autre exemple est connu du document WO02/38964. Cependant, l'enveloppe moteur et l'encapsulation du stator sont une seule et même pièce. En outre, le fond de l'encapsulation comprend un élément en saillie constitutif d'un palier support de l'arbre. Cet élément peut être venu de matière avec le fond de l'encapsulation (figure 1 ), ou bien monté dans un orifice formé dans le fond de l'encapsulation (figure 3).

Le but de la présente invention est de proposer une motopompe améliorée.

A cet effet, la présente invention a pour objet une motopompe à rotor noyé, comprenant : un carter incluant un corps et une enveloppe moteur, un moteur électrique synchrone qui est agencé dans l'enveloppe moteur et qui inclut un stator et un rotor à aimants, un arbre qui s'étend suivant un axe central, et une roue qui présente un profil hydraulique adapté au déplacement d'un fluide dans le corps ; le rotor, l'arbre et la roue formant un ensemble rotatif mobile en rotation autour de l'axe central ; le stator incluant un bobinage inséré dans un noyau magnétique, et une encapsulation dans laquelle le bobinage et le noyau magnétique sont noyés ; un entrefer magnétique étant défini radialement entre le noyau magnétique et les aimants ; l'encapsulation du stator comportant une partie annulaire qui entoure le rotor et un fond qui traverse l'axe central ; caractérisée en ce que le fond de l'encapsulation présente une forme de cloche bombée.

Ainsi, la motopompe selon l'invention offre de nombreux avantages.

Le fond de l'encapsulation en forme de cloche bombée procure une meilleure résistance mécanique et sous pression. Egalement, avec son épaisseur importante, le fond permet un meilleur échange thermique avec l'extérieur sur l'arrière de la motopompe.

Grâce au rotor noyé, la motopompe présente une étanchéité absolue, une grande fiabilité, et demande peu d'entretien. Associé au moteur synchrone, plus court et conservant son très haut rendement énergétique même avec un entrefer important, la conception est simplifiée en étant plus compact et avec moins de composants.

L'entrefer important permet d'envisager de nouvelles solutions d'étanchéité pour le stator, améliorant le rendement du moteur et donc de la motopompe. En particulier, l'entrefer important permet d'utiliser une encapsulation non métallique pour le stator. Cette encapsulation assure avantageusement quatre fonctions : étanchéité, diffusion thermique, résistance mécanique et isolation électrique.

En outre, la motopompe selon l'invention présente une grande polyvalence. Cette motopompe peut être mise en œuvre dans le cadre de nombreuses applications, industrielles ou domestiques : agroalimentaire, chimie, pharmacie, hydrocarbures, engrais phosphoriques, métallurgie, marine, chaufferie, dessalement, évaporation, etc.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou en combinaison:

- La partie annulaire a une surface interne non métallique résistante à l'abrasion.

- A l'opposé de la roue, une paroi arrière de l'enveloppe moteur comporte une ouverture de sortie des fils électriques du stator, lesdits fils s'étendant dans le fond de l'encapsulation et sortant de l'enveloppe moteur par l'ouverture dans un espace de diamètre inférieur au diamètre externe du bobinage.

- L'ouverture de sortie des fils du stator est ménagée dans la paroi arrière au niveau de l'axe central. - Le fond de l'encapsulation est logé dans l'ouverture de sortie des fils.

- Le fond de l'encapsulation est prolongé dans un logement encapsulant tout ou partie d'un ou plusieurs composants.

- Le ratio entre l'épaisseur de l'entrefer magnétique définie radialement à l'axe central, et l'épaisseur d'un entrefer mécanique défini radialement entre l'encapsulation du stator et une encapsulation du rotor, est supérieur à 2, de préférence supérieur à 3.

- Le fond de l'encapsulation a une épaisseur minimale définie parallèlement à l'axe central, le bobinage a une épaisseur définie radialement à l'axe central, le ratio entre l'épaisseur minimale du fond de l'encapsulation et l'épaisseur du bobinage est supérieur à 0,5, de préférence supérieur à 1.

- L'encapsulation est en résine.

- L'encapsulation est en matériau composite, incluant un ou plusieurs renforts.

- L'encapsulation est en matériau composite comprenant un ou des renfort(s) constitué(s) de tissus en fibres de verre et une résine dans laquelle sont noyés le renfort et le noyau électromagnétique et le bobinage

- La résine est une résine époxy.

- La partie annulaire a une surface interne formée par la résine de l'encapsulation, et le renfort s'étend tout autour de l'axe central et de la surface interne, entre la surface interne et le bobinage.

- L'enveloppe moteur a également une forme de cloche bombée épousant le fond de l'encapsulation.

- La motopompe comprend un palier supportant l'ensemble rotatif.

- Le palier comporte une pièce de forme complexe disposée en liaison étanche avec l'encapsulation.

- La pièce de forme complexe est également disposée en liaison étanche avec la roue.

- La pièce de forme complexe est fixée entre le corps et l'enveloppe moteur, en liaison étanche avec le corps et l'enveloppe moteur

- Au sein de l'ensemble rotatif, seul l'arbre est supporté par un ou plusieurs paliers, assurant ainsi le guidage en rotation de l'ensemble rotatif.

- La motopompe comprend un unique palier central supportant l'arbre.

- L'encapsulation est en contact uniquement avec l'enveloppe moteur et la pièce de forme complexe du palier.

- Le rotor chevauche le palier radialement à l'axe central.

- L'arbre et la roue constituent au moins en partie une pièce monobloc. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 est une vue arrière d'une motopompe conforme à l'invention ;

la figure 2 est une coupe longitudinale dans le plan ll-ll à la figure 1 ;

la figure 3 est une coupe analogue à la figure 2, montrant uniquement l'enveloppe moteur, l'encapsulation du stator, et la pièce principale du palier ;

la figure 4 est une vue à plus grande échelle du détail IV à la figure 2 ;

la figure 5 est une vue à plus grande échelle du détail IV à la figure 2 ;

la figure 6 est une coupe analogue à la figure 2, montrant uniquement l'arbre et la roue formant une unique pièce monobloc.

Sur les figures 1 à 6 est représentée une motopompe centrifuge 1 à rotor noyé conforme à l'invention.

La motopompe 1 comprend un carter 10, un moteur électrique synchrone 20, un arbre 50, une roue 60 et un palier 80. Le moteur électrique 20 inclut un stator 30 et un rotor 40 centré sur un axe central X1 . Le rotor 40 est solidaire de l'arbre 50, lui-même solidaire de la roue 60, comme détaillé ci-après.

Le carter 10 inclut un corps 1 1 disposé du côté avant et une enveloppe moteur 12 disposé du côté arrière de la motopompe 1 .

Le corps 1 1 comporte une ouverture d'entrée 13, une ouverture de sortie 14, et des pieds 15. La structure du corps 1 1 n'est pas décrite plus en détail dans un but de simplification.

L'enveloppe 12 comporte une paroi centrale axiale 16, une collerette avant radiale 17 et une paroi arrière radiale 18. La paroi 16 a une forme tubulaire cylindrique, la collerette 17 a une forme annulaire plane, et la paroi 18 a une forme annulaire plane. La collerette 17 permet d'assembler l'enveloppe moteur 12 avec le corps 1 1 et le palier 80. Les parois 16 et 18 délimitent un compartiment 160 recevant le stator 30 et le rotor 40. La paroi 18 comporte une ouverture 182 de sortie des fils électriques du stator 30 (ces fils n'étant pas représentés dans un but de simplification). L'ouverture 182 est centrée sur l'axe X1 . En alternative, l'ouverture 182 peut être déportée radialement à l'axe X1.

Le carter 10 comporte également une paroi arrière polygonale 19, qui s'étend vers l'arrière depuis la paroi 18 et délimite un compartiment 190. Les compartiments 160 et 190 sont en communication via l'ouverture 182 de passage des fils. Un composant de connexion 191 est logé dans le compartiment 190 (ou plusieurs composants). Le compartiment 190 comporte une ouverture supérieure 192 et une ouverture axiale 193 fermée par une plaque 200. L'ouverture 192 a des dimensions comparables à l'ouverture 182, tandis que l'ouverture 193 présente des dimensions plus importantes pour permettre un accès au compartiment 190 lorsque la plaque 200 est retirée. Deux anneaux 195 de manutention sont ancrés dans la paroi 19, de part et d'autre de l'ouverture 193.

Le stator 30 comprend un noyau électromagnétique (non représenté dans un but de simplification), un bobinage 32, et une encapsulation 34. Le noyau et le bobinage 32 sont noyés dans l'encapsulation 34, assurant ainsi l'étanchéité du stator 30.

Au sein du moteur 20, un entrefer magnétique 22 est défini radialement entre le stator 30 et le rotor 40, plus précisément entre le noyau magnétique et les aimants 42. Un entrefer mécanique 23 est défini entre l'encapsulation 34 du stator 30 et l'encapsulation (par exemple une chemise métallique) des aimants 42 du rotor 40.

L'encapsulation est distincte de l'enveloppe moteur. Cela permet de fabriquer ces deux pièces en des matériaux différents, par exemple une enveloppe 12 métallique et une encapsulation 34 en résine. De plus, cela facilite la fabrication et l'assemblage de la motopompe 1 .

L'encapsulation 34 s'étend tout le long du stator 30, au niveau de l'entrefer magnétique 22. Le stator 30 est dépourvu de chemise métallique. Grâce à l'utilisation de l'encapsulation 34 en remplacement de la chemise métallique du stator 30, les pertes par courants de Foucault sont supprimées.

L'encapsulation 34 comporte une partie annulaire 35 et un fond 36. La partie annulaire 35 est centrée sur l'axe X1 et entoure le rotor 40. Le noyau électromagnétique et le bobinage 32 sont noyés dans cette partie annulaire 35. La partie annulaire 35 traverse axialement l'entrefer 22. La partie annulaire 35 comporte une surface interne cylindrique 37 en contact avec le fluide, entourant le rotor 40. La surface 37 est non métallique et résistante à la corrosion et à l'abrasion.

Le fond 36 s'étend transversalement à l'axe X1 et ferme l'encapsulation 34 au niveau de la paroi arrière 18 de l'enveloppe moteur 12. Le fond 36 a une surface intérieure 38 concave et lisse en contact avec le fluide, faisant face au rotor 40.

Selon l'invention, le fond 36 de l'encapsulation 34 présente une forme de cloche bombée. Le fond 36 a une épaisseur variable définie parallèlement à l'axe X1 , importante en son centre et encore plus importante dans les angles reliant le fond 36 à la partie annulaire 35. La surface intérieure 38 du fond 36 présente un diamètre décroissant depuis la partie annulaire 35 jusqu'à l'axe central X1 .

Ainsi, le fond 36 procure une importante résistance mécanique et sous pression. Egalement, compte tenu de son épaisseur importante, notamment dans les angles le reliant à la partie annulaire 35, le fond 36 permet de bons échanges thermiques avec l'extérieur de la motopompe 1.

Comme montré à la figure 3, le bobinage 32 a une épaisseur E32 définie radialement à l'axe X1 Le fond 36 a une épaisseur minimale E36, définie parallèlement à l'axe X1 , en bordure de l'ouverture 182.

Le ratio entre l'épaisseur de l'entrefer magnétique 22 et l'épaisseur de l'entrefer mécanique 23 est supérieur à 2, de préférence supérieur à 3. Le ratio entre l'épaisseur minimale E36 et l'épaisseur E32 du bobinage 32 est supérieur à 1.

Ainsi, l'encapsulation 34 présente une épaisseur importante, à la fois au niveau de la partie annulaire 35 et du fond 36, et donc une bonne résistance mécanique sous pression, et une bonne étanchéité.

L'encapsulation 34 peut être en résine polymère, ou en matériau composite comprenant une résine polymère. De préférence, la résine est une résine époxy (polymère époxyde).

Selon un mode de réalisation avantageux, l'encapsulation 34 est en matériau composite comprenant un ou plusieurs renfort(s) constitué(s) de tissu en fibres de verre, et une résine dans laquelle sont noyés le ou les renfort(s), le noyau électromagnétique et le bobinage 32. De préférence, la surface interne 37 de la partie annulaire 35 est formée par la résine de l'encapsulation 34, tandis que le renfort s'étend tout autour de l'axe central X1 et donc de la surface 37, entre cette surface 37 et le bobinage 32.

Selon un autre mode de réalisation, l'encapsulation 34 peut comporter une gaine formant la surface interne 37 de la partie annulaire 35. Cette gaine peut être fixée à la résine constituant le reste de l'encapsulation 34. Cette gaine peut être en tout matériau non métallique...

Quel que soit le mode de réalisation, la partie annulaire 35 présente ainsi une étanchéité et une résistance mécanique satisfaisantes du côté interne en contact avec le fluide circulant dans le compartiment 160.

Avantageusement, le fond 36 est constitué d'une unique couche de résine. Sur l'exemple des figures, l'enveloppe moteur 12 a également une forme de cloche bombée épousant le fond 36 de l'encapsulation 34, avec l'angle de l'enveloppe 12 qui est arrondi entre les parois 16 et 18. Cela améliore encore la résistance mécanique et sous pression de la motopompe 1.

Les fils électriques du stator 40 s'étendent depuis le bobinage 32 jusqu'à l'ouverture 182, en étant noyés dans la partie annulaire 35 puis dans le fond 36 de l'encapsulation 34. Les fils sortent de l'enveloppe moteur 12 par l'ouverture 182 au niveau de l'axe X1 . Si l'ouverture 182 est déportée radialement par rapport à l'axe X1 , les fils sortent de l'enveloppe moteur 12 par l'ouverture 182 dans un espace de diamètre inférieur au diamètre externe du bobinage 32. Le fond 36 de l'encapsulation 34 est logé dans l'ouverture 182 de sortie des fils.

De préférence, l'arbre 50 et la roue 60 constituent au moins en partie une pièce monobloc 70. Autrement dit, la pièce 70 comprend au moins une partie de l'arbre 50 et au moins une partie de la roue 60. Une ou plusieurs autres parties de l'arbre 50 et/ou de la roue 60 peuvent être formées par une ou des pièces différentes de la pièce 70.

Encore de préférence, comme montré sur les figures, l'arbre 50 et la roue 60 constituent intégralement une unique pièce monobloc 70. Autrement dit, la pièce 70 matérialise l'intégralité de l'arbre 50 et de la roue 60. Ceux-ci ne sont formés d'aucune autre pièce que la pièce 70.

A titre d'exemples non limitatifs, la pièce 70 peut être fabriquée selon différentes techniques de moulage en sable, en moule métallique ou à cire perdue, frittage, soudage, fabrication additive de la pièce 70, fabrication additive du moule, ou une combinaison de plusieurs techniques.

De manière avantageuse, la pièce 70 peut être fabriquée entièrement par fabrication additive. Selon une alternative également avantageuse, cette pièce 70 peut être coulée dans un moule, lui-même obtenu au moins en partie par fabrication additive.

Cela offre réactivité et liberté pour la conception des formes géométriques pour améliorer le rendement de la motopompe 1. En particulier, une grande liberté de conception est offerte au niveau de la partie centrale de la roue 60. Cela permet aussi d'améliorer le NPSH caractérisant la performance d'aspiration de la motopompe 1 .

Le rotor 40 et la pièce 70 forme un ensemble rotatif ER1 , mobile en rotation autour de l'axe X1 , au sein de la motopompe 1 . L'arbre 50 s'étend suivant l'axe X1 , avec une partie courante 51 reliant une extrémité avant 52 et une extrémité arrière 53. La partie courante 51 s'étend entre le corps 1 1 et l'enveloppe moteur 12. L'arbre 50 est supporté par le palier 80 dans sa partie courant 51 . L'extrémité avant 52 est située hors de l'enveloppe moteur 12, dans le corps 1 1 . L'extrémité arrière 53 est située dans l'enveloppe moteur 12. Le rotor 40 est solidarisé à l'arbre 50 à son extrémité arrière 53, par tous moyens connus. Sur l'exemple des figures, le rotor 40 est solidarisé à l'arbre 50 en rotation par une clavette et axialement par un écrou, des rondelles d'appui et un épaulement formé sur l'arbre 50.

La roue 60 comprend une partie centrale 61 , des aubes 62, une ouverture d'entrée 63, des canaux internes 64 et des orifices de sortie 65. La roue 60 est située hors de l'enveloppe moteur 12, dans le corps 1 1 du carter 10. La roue 60 présente un profil hydraulique adapté au déplacement d'un fluide F dans le corps 1 1. Plus précisément la motopompe 1 est une pompe centrifuge, c'est-à-dire que le profil hydraulique de la roue 60 est adapté à la transmission d'énergie par centrifugation du fluide F dans la motopompe 1 . Le fluide F pénètre dans l'ouverture 63, puis traverse les canaux 64 ménagés dans la roue 60, jusqu'aux orifices de sortie 65.

La partie centrale 61 est située sur l'axe X1 et solidaire de l'extrémité avant 52 de l'arbre 50. Comme l'arbre 50 et la roue 60 constituent la pièce 70, la partie centrale 61 peut être dépourvue de système de fixation de la roue 60 à l'arbre 50, par exemple du type vis ou écran, comme dans l'état de la technique. Cela offre une plus grande liberté de conception au niveau de cette partie centrale 61.

Sur l'exemple des figures, la partie centrale 61 présente une forme concave, formée en saillie du côté avant, de manière à guider le fluide F pénétrant dans l'ouverture 63 puis les canaux 64.

En alternative, la partie centrale 61 peut être conformée en hélice de gavage. Selon une autre alternative, la partie centrale 61 peut inclure une prolongation des aubes 62 de la roue 60. Ces deux alternatives peuvent être combinées.

La pièce 70 comporte un canal central 72, qui débouche suivant l'axe X1 en partie centrale 61 de la roue 60 et à l'extrémité arrière 53 de l'arbre 50. Ce canal 72 permet la circulation de fluide F entre le corps 1 1 et l'enveloppe moteur 12.

Le palier 80 supporte l'ensemble rotatif ER1 . Le palier 80 est situé entre le rotor 40 et la roue 60, suivant l'axe X1. Le palier 80 peut donc être qualifié de palier central, par rapport à l'ensemble rotatif ER1. Avantageusement, au sein de l'ensemble rotatif ER1 , seul l'arbre 50 est supporté par le palier 80. Autrement dit, seul l'arbre 50 assure le guidage en rotation de l'ensemble rotatif ER1 , conjointement avec le palier 80.

Le palier 80 comporte une pièce 82 de forme complexe et un dispositif de palier 84. Le dispositif de palier 84 est supporté par la pièce 82 et supporte la partie courante 51 de l'arbre 50. Le dispositif de palier 84 inclut des bagues lisses 86, des roulements, ou tout autre moyen adapté pour supporter l'arbre 50 mobile en rotation autour de l'axe X1 .

Comme montré aux figures 3 et 4, la pièce 82 comprend trois portions tubulaires 821 , 823 et 825, et trois portions radiales 822, 824 et 826. La portion 821 intérieure comporte des alésages de différents diamètres, recevant les éléments constitutifs du dispositif de palier 84. La portion 822 relie les portions 821 et 823, et comporte des orifices de passage de fluide. La portion 823 est logé dans un alésage de la partie annulaire 35 de l'encapsulation 34, et comporte une gorge annulaire recevant un joint d'étanchéité en appui contre l'encapsulation 34. La portion 824 relie les portions 823 et 825. La portion 825 est logée dans l'alésage défini par la paroi 16 de l'encapsulation moteur 12, pour le centrage de la pièce 82 et donc du palier 80 dans son ensemble. La portion 826 est disposée en appui contre la collerette 17 de l'encapsulation moteur 12. La portion 826 comporte une gorge annulaire recevant un joint d'étanchéité en appui contre la collerette 17.

La pièce 82 est disposée en liaison étanche avec le corps 1 1 , l'enveloppe moteur

12, l'encapsulation 34 et la roue 60, grâce aux joints d'étanchéité mentionnés ci-dessus et d'autres joints additionnels.

A ce stade, on remarque que l'encapsulation 34 est en contact uniquement avec l'enveloppe moteur 12, la pièce 82, et le joint disposé dans la portion 823 de la pièce 82. Ceci permet de garantir de manière sure que le liquide ne pourra pas se glisser dans d'éventuels interstices entre l'enveloppe 12 et l'encapsulation 34 pour une étanchéité parfaite. En pratique, le moteur synchrone 20 offre un rendement optimal sur toute la plage de vitesse, ainsi qu'un poids et un encombrement réduits.

De plus, l'utilisation de la technologie du moteur synchrone 20, avec aimants 42 au rotor 40, permet de concevoir la motopompe 1 avec une longueur de moteur 20 relativement courte suivant l'axe X1 . Ainsi, cela permet de concevoir la motopompe 1 avec palier central 80, et donc de monter le rotor 40 en porte-à-faux du côté de l'extrémité arrière 53 de l'arbre 50. Le rotor 40 chevauche le palier 80 radialement à l'axe X1 , plus précisément une partie de la portion 821 et des éléments du dispositif de palier 84 qui y sont logés. L'encombrement de la motopompe 1 est fortement réduit.

Par ailleurs, la motopompe 1 peut être conformée différemment des figures 1 à 6 sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, la motopompe 1 peut être adaptée en termes de coût, de fonctionnalités et de performance.