Groupe motopompe hautement intégré à moteur électrique

Abstract

 La présente invention se rapporte à un groupe motopompe intégré pour le pompage d'un fluide, de préférence de l'huile, comprenant un moteur électrique présentant un stator (6) et un rotor (5) monté rotatif à l'intérieur du stator (6) ainsi qu'une pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur du type dit à gerotor, comprenant un pignon intérieur (1) entraîné en rotation et coopérant avec une couronne extérieure (2) à denture intérieure, ladite couronne en rotation ayant une surface cylindrique externe assurant un contact lisse avec la surface cylindrique interne d'une bague de guidage fixe, faisant office de palier, l'engrenage étant délimité axialement par deux flasques (4), et, d'une part la couronne (2) et le rotor (5) du moteur, d'autre part la bague de guidage fixe et le stator (6) du moteur, forment respectivement une pièce unique, de manière telle que l'entraînement de la pompe est réalisé par la couronne (2), le rotor (5) et le stator (6) coopérant pour réaliser ledit palier.

Description

Objet de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte à un groupe motopompe basé sur une pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur et présentant une intégration maximale du moteur électrique.

[0002] L'invention s'applique à tout type de groupe motopompe électrique à gerotor, axial ou radial et mono-étagé ou encore s'applique dans le cas des pompes de type dit à lunule.

Etat de la technique

[0003] Il est connu que les pompes volumétriques rotatives à gerotor constituent une composante essentielle des groupes de lubrification pour turboréacteurs. Le concept « gerotor » a déjà fait l'objet de plusieurs demandes de brevet de la part de la Demanderesse (voir par exemple EP-A-0 736 691, EP-A-1 319 837 et EP-A-1 396 639).

[0004] Dans une pompe du type à gerotor, le fluide est aspiré puis refoulé par des cavités appelées « capsules » ou « lucarnes » de volume cycliquement variable et créées entre les dents de deux pièces coopérant rotativement, respectivement un pignon, faisant office d'engrenage intérieur et une couronne, faisant office d'engrenage extérieur.

[0005] Généralement, le fluide est admis et refoulé au travers de la section droite des capsules dans les plans d'extrémité de l'engrenage, perpendiculaires à l'axe de celui-ci, suite au passage de ces capsules en face de lumières de forme adéquate, taillées dans les surfaces planes fixes entourant l'engrenage et appartenant à des pièces dénommées flasques.

[0006] Plus généralement, l'aspiration et le refoulement se font dans une direction d'alimentation soit axiale, soit radiale.

[0007] Souvent les technologies de paliers en vigueur dans les pompes gerotor se limitent à des paliers lisses.

[0008] Par ailleurs, il est connu qu'un groupe motopompe est généralement scindé en deux parties physiquement distinctes, à savoir un actionneur et une pompe proprement dite. Dans le cas d'une pompe de type à gerotor, l'entraînement de la pompe se fait habituellement au moyen d'un arbre solidaire du pignon central, qui est mis en rotation par liaison directe ou indirecte (par exemple par accouplement magnétique) avec le moteur. Dans le cas d'un moteur électrique, un rotor solidaire d'un arbre, qui peut être l'arbre précité, tourne à l'intérieur d'un stator. De nombreuses variantes de cette technologie existent dans l'état de la technique (voir par exemple FR-A-2 510 204, FR-A-2 556 048, Fr-A-2 563 868).

[0009] Comme c'est le cas en général dans le domaine aéronautique, le grand nombre de pièces utilisées, leur complexité, la difficulté de montage et l'encombrement de l'ensemble monté dans les groupes moto-pompes à gerotor de l'état de la technique constituent un handicap par rapport aux exigences de compacité accrue et de réduction de masse spécifiques à ce domaine technique. En particulier, l'encombrement est lié à la séparation physique existant généralement entre le moteur et la pompe, c'est-à-dire par le défaut d'intégration.

Buts de l'invention

[0010] La présente invention vise à fournir une solution qui permette de s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique.

[0011] L'invention vise notamment à fournir une intégration maximale et à favoriser l'utilisation de pièces multifonctionnelles permettant d'avoir un groupe motopompe très compact et léger par rapport à un assemblage de l'état de la technique.

[0012] L'invention vise également à fournir un groupe motopompe de montage plus simple et donc moins coûteux que ceux de l'état de la technique.

Principaux éléments caractéristiques de l'invention

[0013] La présente invention se rapporte à un groupe motopompe intégré pour le pompage d'un fluide, de préférence de l'huile, comprenant un moteur électrique présentant un stator et un rotor monté rotatif à l'intérieur du stator ainsi qu'une pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur, par exemple du type dit à gerotor, comprenant un pignon intérieur entraîné en rotation et coopérant avec une couronne extérieure à denture intérieure, ladite couronne en rotation ayant une surface cylindrique externe assurant un contact lisse avec la surface cylindrique interne d'une bague de guidage fixe, faisant office de palier, l'engrenage étant délimité axialement par deux flasques, caractérisé en ce que, d'une part la couronne et le rotor du moteur, d'autre part la bague de guidage fixe et le stator du moteur, forment respectivement une pièce unique, de manière telle que l'entraînement de la pompe est réalisé par la couronne, le rotor et le stator coopérant pour réaliser ledit palier.

[0014] Selon une première modalité préférée, le pignon est positionné via un arbre qui lui est solidaire et tourne avec lui, avec des paliers entre les flasques et l'arbre.

[0015] Selon une autre modalité préférée, le pignon est positionné via l'arbre maintenu cette fois par les deux flasques avec des paliers entre l'arbre et le pignon.

[0016] Avantageusement, une pluralité de frettes sont montées sur la surface latérale externe du rotor et sur la surface latérale interne du stator, de manière à assurer le contact de palier lisse.

[0017] De préférence, le stator, et de préférence encore le paquet de tôles constituant le noyau du stator, est dimensionné en hauteur, de manière à servir de butée axiale aux deux flasques.

[0018] Avantageusement, les deux flasques sont munis de gorges essentiellement circulaires pour l'intégration des parties dépassantes des bobinages du stator.

[0019] De préférence encore, le groupe motopompe est immergé dans le fluide.

[0020] Selon une modalité d'exécution préférée de l'invention, les flasques présentent des orifices calibrés respectivement pour l'entrée et la sortie du fluide dans la pompe, afin d'assurer le passage d'un débit de fluide dans l'entrefer du moteur électrique, ledit fluide servant de fluide de refroidissement du stator.

[0021] Selon une autre modalité d'exécution préférée, la pompe gerotor est à alimentation axiale ou radiale.

[0022] Toujours selon l'invention, le moteur électrique est de préférence un moteur synchrone DC sans balais autopiloté, un moteur asynchrone ou un moteur pas à pas.

[0023] Le groupe motopompe intégré selon l'invention est de préférence destiné à être utilisé dans un groupe de lubrification d'un moteur aéronautique tel qu'un turbofan.

Brève description des figures

[0024] La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe simplifiée du dispositif selon l'invention.

[0025] Les figures 2 à 5 représentent diverses vues en perspective et/ou en coupe d'une forme d'exécution préférée de l'invention.

Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention

[0026] La présente invention trouve sa réalisation dans un groupe motopompe intégré tel que la couronne de la partie rotative de la pompe à gerotor, laquelle comprend un pignon et une couronne, est solidaire du rotor du moteur électrique, l'ensemble rotatif ainsi créé se trouvant positionné à l'intérieur du stator dudit moteur.

[0027] L'ensemble motopompe selon une forme d'exécution préférée de l'invention représentée sur les figures 1 à 5, comprend un pignon 1 et une couronne 2, caractéristiques de la pompe à gerotor, ainsi qu'un arbre de rotation 3 solidaire ou non du pignon 1 et localisant celui-ci, deux flasques 4 munis de lumières d'entrée 7 et de sortie 7' du fluide, un rotor 5 et un stator 6 de moteur électrique. Les lumières d'entrée 7 et de sortie 7' peuvent être disposées de différentes manières: soit une lumière d'entrée et de sortie sur chaque flasque 4 comme sur les figures 1 et 2, soit une lumière d'entrée sur un flasque et une lumière de sortie sur l'autres flasque, etc.

[0028] Le principe du moteur électrique utilisé selon l'invention est connu en soi par l'homme de métier. Il s'agit de préférence d'un moteur synchrone (DC) sans balais et autopiloté. Tout autre type moteur de moteur électrique connu de l'homme de métier est susceptible d'être utilisé dans le cadre de la présente invention (par exemple moteur asynchrone, moteur pas à pas, moteur à réluctance variable, moteur hybride, etc.).

[0029] Le rotor 5 du moteur électrique est monté directement sur et solidarisé à l'extérieur de la couronne 2. Le pignon 1 est donc positionné via un arbre 3, soit qui lui est solidaire et tourne avec lui, avec des paliers entre les flasques 4 et l'arbre 3, soit qui est fixe et est maintenu par les flasques 4, avec des paliers entre l'arbre 3 et le pignon 1.

[0030] L'entraînement de l'ensemble gerotor se fait donc via la couronne 2 et non plus via un arbre axial relié au pignon 1. Ainsi, selon l'invention, l'arbre 3 peut soit être solidarisé au pignon qu'il localise et tourner avec lui, soit être fixe.

[0031] Selon une modalité d'exécution préférée de l'invention, des frettes 8 sont montées sur le diamètre intérieur du stator 6 et sur le diamètre extérieur du rotor 5 afin de créer un palier lisse pour le système en rotation. Cependant, la présence de frettes n'est pas obligatoire et dépend du matériau utilisé pour le stator.

[0032] Le moteur électrique utilisé sera de préférence dimensionné afin que la hauteur du paquet de tôles constituant le stator 6, avec ou sans ses bobinages 12, soit de valeur telle que celui-ci puisse servir de butée pour le montage des deux flasques axiaux 4 de gerotor. Alternativement, si ce n'est pas le cas, on pourra utiliser des pièces intermédiaires.

[0033] Selon une modalité préférée représentée sur la figure 2, les deux flasques 4 sont munis de gorges 40, essentiellement circulaires pour l'intégration des parties dépassantes des bobinages du stator 6.

[0034] L'ensemble motopompe est de préférence immergé dans le fluide, par exemple de l'huile dans le cas des groupes de lubrification des turbofans. Selon la forme d'exécution préférée de l'invention représentée sur la figure 1, des orifices calibrés 9, 9' respectivement pour l'entrée 10 et la sortie 11 d'huile permettent avantageusement de créer un débit à travers l'entrefer afin de refroidir le stator 6 du moteur électrique.

[0035] Le caractère innovant du groupe motopompe suivant l'invention réside particulièrement dans les points suivants :

- Pompe entraînée via la couronne

[0036] L'entraînement via la couronne en lieu et place de l'entraînement classique via un arbre-pignon, permet d'utiliser celle-ci comme support du rotor du moteur électrique. L'arbre d'entraînement et l'armature magnétique du rotor selon l'état de la technique disparaissent. Toutefois, il existe des pompes entraînées via la couronne dans l'état de la technique, la couronne étant dès lors connectée via des moyens mécaniques à un moteur d'entraînement. Selon la présente invention, le caractère innovant réside dans le fait que la couronne est motrice de l'ensemble.

- Stator et rotor du moteur électrique forment en même temps le palier lisse du rotor

[0037] Il n'y a donc plus besoin d'un arbre supplémentaire, ni de palier spécifique pour le moteur.

- Paquet de tôle du moteur compatible avec la hauteur du gerotor

[0038] De cette manière, le stator du moteur sert également de pièce de positionnement, c'est-à-dire de butée pour le montage des flasques de la pompe.

- Moteur immergé dans l'huile (échange thermique pour « refroidissement »)

[0039] L'immersion du moteur dans le fluide (huile) permet d'améliorer l'échange thermique et permet donc une réduction de la masse du moteur électrique.

[0040] L'invention présente les avantages suivants:

• compacité de l'ensemble;
• montage très simple;
• masse réduite.

[0041] C'est l'intégration maximale et l'utilisation de pièces multifonctionnelles, comme la pièce unique couronne-rotor moteur, qui permettent d'obtenir un groupe motopompe très compact et léger par rapport à un assemblage classique.

Revendications

1. Groupe motopompe intégré pour le pompage d'un fluide, de préférence de l'huile, comprenant un moteur électrique présentant un stator (6) et un rotor (5) monté rotatif à l'intérieur du stator (6) ainsi qu'une pompe volumétrique rotative à engrenage intérieur, par exemple du type dit à gerotor, comprenant un pignon intérieur (1) entraîné en rotation et coopérant avec une couronne extérieure (2) à denture intérieure, ladite couronne en rotation ayant une surface cylindrique externe assurant un contact lisse avec la surface cylindrique interne d'une bague de guidage fixe, faisant office de palier, l'engrenage étant délimité axialement par deux flasques (4), caractérisé en ce que, d'une part la couronne (2) et le rotor (5) du moteur, d'autre part la bague de guidage fixe et le stator (6) du moteur, forment respectivement une pièce unique, de manière telle que l'entraînement de la pompe est réalisé par la couronne (2), le rotor (5) et le stator (6) coopérant pour réaliser ledit palier.

2. Groupe motopompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pignon (1) est positionné via un arbre (3) qui lui est solidaire et tourne avec lui, avec des paliers entre les flasques (4) et l'arbre (3).

3. Groupe motopompe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pignon (1) est positionné via un arbre (3) fixe et maintenu par les deux flasques (4), avec des paliers entre l'arbre (3) et le pignon (1).

4. Groupe motopompe selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une pluralité de frettes (8) sont montées sur la surface latérale externe du rotor (5) et sur la surface latérale interne du stator (6), de manière à assurer le contact de palier lisse.

5. Groupe motopompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (6) est dimensionné en hauteur, de manière à servir de butée axiale aux deux flasques (4).

6. Groupe motopompe selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paquet de tôles constituant le noyau du stator (6) est dimensionné en hauteur de manière à servir de butée axiale aux deux flasques (4).

7. Groupe motopompe selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que deux flasques (4) sont munis de gorges (40) essentiellement circulaires pour l'intégration des parties dépassantes des bobinages du stator (6).

8. Groupe motopompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est immergé dans le fluide.

9. Groupe motopompe selon la revendication 8, caractérisé en ce que les flasques (4) présentent des orifices calibrés (9, 9') respectivement pour l'entrée (10) et la sortie (11) du fluide dans la pompe, afin d'assurer le passage d'un débit de fluide dans l'entrefer du moteur électrique, ledit fluide servant de fluide de refroidissement du stator (6).

10. Groupe motopompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe gerotor est à alimentation axiale ou radiale.

11. Groupe motopompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur électrique est un moteur synchrone DC sans balais autopiloté, un moteur asynchrone ou un moteur pas à pas.

12. Utilisation d'un groupe motopompe intégré, selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans un groupe de lubrification d'un moteur aéronautique, de préférence d'un turbofan.

Dessins