FR2961271A1

FR2961271A1 - Compresseur electrique

Info

Publication number: FR2961271A1
Application number: FR1002527A
Authority: FR
Inventors: Augustin Bellet; Imed Guitari; Isabelle Bachet; Eric Blanc
Original assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2011-12-16
Anticipated expiration: 2030-06-15
Also published as: WO2011157409A3; FR2961271B1; WO2011157409A2

Abstract

L'invention concerne un compresseur électrique 1 comprenant un mécanisme de compression 3 entrainé en rotation par un arbre 4 traversant un boîtier principal 5 qui délimite un volume interne 6 à l'intérieur duquel est installé un moteur électrique 2, le moteur électrique comprenant un stator 10 et un rotor 11, ce dernier étant monté tournant à la périphérie externe du stator 10, ledit moteur 2 séparant le volume interne 6 en délimitant d'un côté une première chambre 12 et de l'autre une deuxième chambre 26, ledit rotor 11 étant relié à l'arbre 4 par un support 27, caractérisé en ce que le support 27 comprend au moins une ouverture 28 pour la circulation d'un fluide réfrigérant 9 de la première chambre 12 vers la deuxième chambre 26. Au moins l'un des bords de cette ouverture 28 est biseauté pour améliorer le passage du fluide réfrigérant. Application aux véhicules automobiles.

Description

KJP0001 1 COMPRESSEUR ELECTRIQUE

Le secteur technique de la présente invention est celui des compresseurs constitutifs d'un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile.

Le fluide réfrigérant est classiquement mis en circulation à l'intérieur d'un circuit de climatisation par l'intermédiaire d'un compresseur. Dans les véhicules équipés d'un moteur à combustion interne, ce compresseur est de type mécanique car sa rotation est entraînée au moyen d'une poulie reliée au moteur à combustion interne par une courroie.

Le nombre de véhicules hybrides, c'est-à-dire à moteur à combustion interne couplé à un moteur électrique, ou tout électrique, c'est-à-dire exclusivement propulsé par un moteur électrique, est en constante augmentation du faite de la raréfaction des énergies fossiles qui alimentent les véhicules équipés de moteur à combustion interne.

L'énergie mécanique fournie habituellement par le moteur à combustion interne est donc moins disponible ou complètement indisponible pour le cas des véhicules tout électrique. Des compresseurs entrainés par un moteur électrique dédié existent dans la littérature. Ce moteur électrique est constitué d'un stator périphérique à l'intérieur duquel est délimité un volume interne dans lequel est installé un rotor. Autrement dit, le rotor est placé à l'intérieur et au centre du stator. Ce type de moteur électrique a été remplacé par un moteur électrique à rotor externe, où le rotor tourne périphériquement autour d'un stator installé fixement au centre du rotor. Le document JP2004-301038 divulgue un tel compresseur utilisant un moteur électrique dans lequel le rotor est installé à l'extérieur et périphériquement au stator. Cependant, l'intégration de ce type de moteur électrique dans le compresseur impose un passage conséquent entre le rotor et le boîtier externe du compresseur destiné à une circulation de fluide réfrigérant. Ceci se traduit par un encombrement externe du compresseur important et gène ainsi son implantation dans le compartiment moteur d'un véhicule électrique, où la place est restreinte. Cette circulation du fluide réfrigérant en périphérie du corps du compresseur entraîne des échanges avec l'extérieur du compresseur (ambiance chaude sous le capot) qui impactent négativement le rendement KJP0001 2 global du compresseur.

Un autre inconvénient de l'état de la technique cité ci-dessus réside dans le fait que le stator n'est pas correctement refroidit. En effet, la circulation de fluide réfrigérant intervenant entre le rotor et le boîtier, le stator situé à l'intérieur du rotor n'est pas assez en contact avec ce fluide réfrigérant et n'est donc pas refroidit correctement.

Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en modifiant le cheminement du fluide réfrigérant sans altérer la perte de charge interne et tout en refroidissant le stator du moteur électrique.

L'invention a donc pour objet un compresseur électrique comprenant un mécanisme de compression entrainé en rotation par un arbre traversant un boîtier principal qui délimite un volume interne à l'intérieur duquel est installé un moteur électrique, le moteur électrique comprenant un stator et un rotor, ce dernier étant monté tournant à la périphérie externe du stator, ledit moteur séparant le volume interne en délimitant d'un côté une première chambre et de l'autre une deuxième chambre, ledit rotor étant relié à l'arbre par un support, caractérisé en ce que le support comprend au moins une ouverture pour la circulation d'un fluide réfrigérant de la première chambre vers la deuxième chambre. Cette ouverture est ainsi mise à profit pour autoriser et favoriser la circulation du fluide réfrigérant de l'entrée du compresseur vers le mécanisme de compression. Quand le support comporte plusieurs ouvertures, celles-ci sont réparties de sorte à ne pas affecter la structure mécanique du support du rotor.

Selon une première caractéristique de l'invention, le stator est refroidit par ladite circulation de fluide réfrigérant.

Selon une deuxième caractéristique de l'invention, le rotor comprend une multiplicité d'aimants permanents solidarisés sur ledit support.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le support comprend un 30 fond solidarisé sur l'arbre et qui s'étend radialement par rapport à l'arbre, ledit fond comprenant ladite ouverture.

Selon encore une caractéristique de l'invention, le support comprend une bande circonférentielle qui prend naissance sur le fond et qui s'étend selon l'axe de l'arbre.

KJP0001 3 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'ouverture est délimitée par au moins un bord droit, ledit bord droit s'étendant selon une direction parallèle à l'axe de l'arbre. De manière alternative ou complémentaire, l'ouverture est délimitée par 5 au moins un bord oblique, ledit bord oblique s'étendant selon une direction orientée angulairement par rapport à l'axe de l'arbre. Le boîtier principal du compresseur selon l'invention comprend une première extrémité et une seconde extrémité, la première extrémité étant fermée par le mécanisme de compression et la deuxième extrémité est fermée 10 par un boîtier secondaire, le boîtier secondaire comprenant une première face tournée vers le mécanisme de compression et supportant ledit stator et une deuxième face tournée à l'opposé du mécanisme de compression et supportant un circuit de commande du moteur électrique. Avantageusement, le boîtier secondaire comprend une excroissance 15 prenant naissance sur la première face et qui s'étend parallèlement à l'axe de l'arbre, ledit stator étant fixé sur ladite excroissance. Avantageusement encore, l'excroissance comprend un orifice de circulation du fluide réfrigérant. Enfin, la première chambre est délimitée par la première face du boîtier 20 secondaire, par le stator, par une paroi interne du boîtier principal et par l'excroissance, ladite première chambre étant alimentée en fluide réfrigérant par une entrée pratiquée dans le boîtier principal. Un premier avantage de l'invention réside dans le fait qu'il est aisé d'implanter dans un compartiment moteur d'un véhicule un compresseur 25 entraîné par un moteur électrique dans lequel le rotor est à la périphérie externe du stator. Un autre avantage réside dans l'abaissement de la perte de charge à l'intérieur de ce même compresseur tout en refroidissant le stator dudit moteur électrique. 30 D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec les dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un compresseur selon l'invention, la figure 2 montre une vue en coupe B-B de composants du KJP0001 compresseur, la figure 3 est une vue isométrique selon en coupe C-C de la figure 2. Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée, lesdites figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas 5 échéant. La figure 1 illustre un compresseur électrique selon une coupe longitudinale de ce dernier. Les composants internes représentés sur cette figure sont montrés partiellement mais il faut comprendre que l'axe A est un axe de symétrie au-delà duquel ces composants prennent une forme miroir. 10 Le compresseur 1 est un compresseur électrique en ce sens qu'il intègre un moteur électrique 2 qui entraîne en rotation un mécanisme de compression 3. Ce mécanisme de compression 3 est du type vis de compression (Scroll en anglais) ou du type à palettes ou encore du type à pistons, ces exemples étant donnés à titre illustratif sans pour autant limiter la portée de l'invention. 15 Le mécanisme de compression 3 comprend des pièces fixes et mobiles, ces dernières étant mises en rotation par un arbre 4 qui s'étend longitudinalement selon l'axe A. Cet arbre 4 s'étend donc dans la partie centrale du compresseur 1, sensiblement au centre d'un boîtier principal 5 qui délimite la périphérie externe du compresseur et ainsi son encombrement 20 radial par rapport à l'axe A. Ce boîtier principal 5 est une pièce en alliage d'aluminium de forme circulaire creuse comprenant une paroi périphérique qui délimite un volume interne 6 terminé d'un côté par une première extrémité 14 et de l'autre par une deuxième extrémité 15. Ces deux extrémités sont ouvertes. 25 La première extrémité 14 du boîtier 5 est fermée par le mécanisme de compression 3, ce dernier pouvant comporter un couvercle de fermeture (non représenté). Dans l'exemple de la figure, le mécanisme de compression 3 ferme le boîtier en étant enfilé au niveau de l'extrémité et à l'intérieur de ce dernier. 30 La deuxième extrémité 15 est quant à elle obturée par un boîtier secondaire 16 qui prend la forme d'une cuvette et dont le fond 17 présente une première face 18 tournée vers le mécanisme de compression 3. Une excroissance 20 prend naissance sur la première face 18 sous la forme d'un tube qui s'étend parallèlement à l'axe A et en direction du mécanisme de KJP0001 compression 3. Le boîtier secondaire 16 et l'excroissance 20 sont moulés simultanément à partir d'un alliage d'aluminium. Cette excroissance 20 comprend un bord d'accostage 22 sur lequel vient prendre appui le stator 10 du moteur électrique 2. Ce stator 10 est solidarisé mécaniquement sur 5 l'excroissance 20 au moyen d'au moins une vis de fixation 23. Cette excroissance 20 comprend également un orifice de circulation 24 du fluide réfrigérant 9 de manière à pouvoir contourner le moteur électrique 2 en passant par son centre. Cet orifice de circulation 24 est un trou qui s'étend selon un axe perpendiculaire à l'axe A mais dans une autre alternative, le trou peut présenter une inclinaison autre qu'orthogonale, par exemple 45° ce qui favorise la circulation du fluide réfrigérant dans le volume interne du compresseur et limite ainsi les pertes de charges. L'excroissance 20 peut comporter plusieurs orifices de circulation 24 tout autour de l'excroissance dont le positionnement est effectué de sorte à ne pas affaiblir mécaniquement l'excroissance qui maintient le stator. La forme de ces orifices peut être aussi variable, la section de ces orifices pouvant être cylindrique, carré, ovoïde ou autre. Le boîtier secondaire 16 comprend une deuxième face 19 opposée à la première face 18, c'est-à-dire tournée vers l'extérieur du compresseur 1. Un bord 21 est placé perpendiculairement au fond 17 et délimite ensemble une zone de réception d'un circuit de commande 25 du moteur électrique. Ce circuit de commande 25 est dans le cas présent un onduleur (Inverter en anglais) transformant un courant de forme continue en provenance du véhicule en un courant de forme sinusoïdale alimentant le moteur électrique 2. Un plateau 7 s'étend dans le volume interne 6 selon une direction perpendiculaire à l'axe A de sorte à séparer le volume interne 6 en une partie dédiée au mécanisme de compression 3 et une partie dédiée aux dispositifs électriques, en particulier le moteur 2. Côté mécanisme de compression, le plateau délimite aussi une chambre de réserve d'huile dédiée à la lubrification des éléments tournants du compresseur, en particulier l'arbre 4.

Le plateau présente au moins un passage 8 qui permet à un fluide réfrigérant symbolisé par les flèches 9 de circuler de la partie dédiée aux dispositifs électriques, et plus particulièrement d'une deuxième chambre 26, vers le mécanisme de compression 3. On notera tout particulièrement que ce passage 8 est effectué au travers du plateau 7 au niveau de la jonction entre ce KJP0001 6 plateau et le boîtier principal 5, c'est-à-dire à la périphérie externe du plateau 7. Ce plateau 7 est une pièce issue de moulage avec le boîtier principal formant ainsi une pièce monobloc. De manière alternative, le plateau 7 peut être une pièce séparée du boîtier principal 5 et rapportée au cours de l'assemblage du compresseur 1. Dans le volume interne 6 du compresseur, plus particulièrement dans la partie dédiée aux dispositifs électriques, est installé le moteur électrique 2. Ce dernier comprend un stator 10, constitué de plusieurs bobines 35, et un rotor Il qui tourne autour, c'est-à-dire à l'extérieur, du stator 10. On comprend donc que le stator 10 est placé de manière fixe à l'intérieur du rotor 11, ce dernier entourant de manière périphérique et externe le stator 10. Le moteur électrique 2 placé dans le boîtier principal 5 sépare le volume interne 6 en une première chambre 12 et en une deuxième chambre 26, la première chambre 12 recevant le fluide réfrigérant à l'état gazeux en provenance du circuit de réfrigérant. Le fluide réfrigérant pénètre dans la première chambre 12 au moyen d'une entrée 13 pratiquée dans le boîtier principal 5. Cette entrée prend la forme d'une tubulure qui s'étend radialement vers l'extérieur du boîtier principal et d'un trou pratiqué dans la paroi du boîtier principal au droit de la tubulure.

Pour être plus précis, cette première chambre 12 est délimitée ou bordée par une paroi interne du boîtier principal 5, par la première face 18 du boîtier secondaire 16, par une surface périphérique externe de l'excroissance 20 et enfin par le rotor 11 et le stator 10. La deuxième chambre 26 est située entre le moteur 2 et le plateau 7 et est bordée par ce plateau 7, la paroi interne du boîtier principal 5 et un support 27 constitutif du rotor 11. Cette deuxième chambre 26 reçoit le fluide réfrigérant par au moins une ouverture 28 pratiquée dans le support 27 et fournit le fluide réfrigérant 9 au mécanisme de compression 3 via l'orifice de circulation 8. Des aimants permanents 29 sont solidarisés sur le support 27, et plus particulièrement sur une face interne 30 du support. Ce dernier présente la forme d'un bol avec un fond 31 et une bande circonférentielle 32. Le fond 31 est solidaire de l'arbre 4 de sorte à ce que le support 27 entraîne en rotation l'arbre 4. Ce fond 31 s'étend donc perpendiculairement à l'axe A et la bande circonférentielle 32 s'étend quant à elle orthogonalement par rapport au fond KJP0001 7 31, en prenant naissance sur ce dernier. Autrement dit, la bande circonférentielle 32 s'étend parallèlement à l'axe A en direction de l'onduleur 25. Au moins une ouverture 28 traverse de part en part le fond 31 du support 27 constitutif du rotor 11 de sorte à autoriser la circulation d'une première partie du fluide réfrigérant 9 en provenance de l'orifice de circulation 24, d'une deuxième partie passant dans un interstice entre une paroi périphérique externe du stator 10 et une paroi interne des aimants permanents 29 et d'une troisième partie du fluide réfrigérant passant au travers du stator en circulant 1 o entre les bobines 35. La ou les ouvertures 28 présente un bord droit 33 qui s'étend selon une direction parallèle à l'axe A de l'arbre 4, le bord droit 33 étant constitué par le fond 31 du support 27. De manière alternative, un bord oblique 34 peut s'étendre selon une direction orientée angulairement par rapport à l'axe A de 15 l'arbre 4 ce qui limite la perte de charge pour la circulation du fluide réfrigérant 9 dans le compresseur 1. Bien entendu, quand le support 27 est équipé d'une multiplicité d'ouvertures 28, certaines pourront comporter un bord droit 33 et certaines autres pourront comporter un bord oblique 34. De manière similaire, une même ouverture 28 peut être délimitée sur une première partie par un bord 20 droit et sur une seconde partie par un bord oblique, avantageusement la partie de l'ouverture la plus proche de l'arbre 4. La figure 2 montre une vue en coupe selon l'axe B-B de la figure 1 illustrant le support 27 constitutif du stator 11, vu du mécanisme de compression 3 et en faisant abstraction du stator 10. On distingue ici la forme 25 circulaire du support 27 et en particulier sa bande circonférentielle 32 contre laquelle sont fixés les aimants permanents 29, ici au nombre de huit. Dans la variante représentée sur cette figure, le fond 31 comprend cinq ouvertures 28 de forme trapézoïdale et l'arbre 4 passe au centre du fond 31. Les ouvertures 28 ne sont pas pratiquées de manière régulière sur le fond 31. En effet, les 30 ouvertures 28a, 28b, 28c et 28d sont réparties angulairement de manière régulière entre elles, ce qui n'est pas le cas de l'ouverture 28e. Le secteur angulaire du fond 31 entre l'ouverture 28e et les ouvertures 28a et 28d est plus grand que le secteur angulaire entre les ouvertures 28a et 28b, ou 28b et 28c, ou 28c et 28d. La taille de ces secteurs angulaires est donc différente.

KJP000I 8 Cette répartition non-uniforme ou irrégulière des ouvertures 28 sur le fond 31 permet d'équilibrer le rotor 11 et ainsi de corriger le balourd d'une pièce en rotation servant à la compression du gaz et rattaché à un excentrique du rotor 11. Une telle fonction peut également être remplie en affectant à au moins deux ouvertures distinctes une forme différente. La présence de cette/ces ouvertures 28 dans le support apporte un effet surprenant. La flèche référencée 36 illustre le sens de rotation de l'arbre 4 qui entraîne en rotation le support 27. La mise en rotation du support présentant cette/ces ouvertures créé un effet venturi qui tend à mettre en mouvement le 1 o fluide réfrigérant de la première chambre 12 vers la deuxième chambre 26, ce qui se traduit par un abaissement de la perte de charge à l'intérieur du compresseur 1. Le support 27 équipé de la/les ouvertures se comporte alors comme une hélice. Plus particulièrement, la figure 3 montre une ouverture 28 qui présente 15 deux tranches 37 opposées s'étendant radialement sur le fond 31 du support 27. Ces tranches 37 sont biseautées et délimitent deux côtés de l'ouverture 28 de sorte à créer un phénomène d'aspiration quand le support 27 est mis en rotation. Ces tranches favorisent donc la mise en mouvement du fluide réfrigérant dans le compresseur pour le faire circuler de la première chambre 20 12 à la deuxième chambre 26 en passant au travers du stator 10. En tournant selon le sens de rotation 36, on rencontre une première tranche biseautée 37a puis une seconde tranche biseautée 37b. La première tranche biseautée 37a délimite un enlèvement de matière ou une déformation selon un angle obtus ci par rapport à la face interne 30 du support 27 au niveau 25 du fond 31. La seconde tranche biseautée 37b délimite un enlèvement de matière ou une déformation selon un angle aigu R par rapport à la face interne 30 du support 27 au niveau du fond 31. La tranche biseautée est donc un bord orienté selon un angle différent de 90° par rapport à la face interne 30 du support 27.

30 Chaque ouverture peut présenter les tranches biseautées 37 évoquées ci-dessus mais de manière alternative on peut prévoir que seulement une partie des ouvertures 28 soit équipée d'une tranche biseautée, par exemple une ouverture sur deux. On notera enfin tout particulièrement la circulation du fluide réfrigérant 9 KJP000I 9 dans le compresseur 1. Ce fluide pénètre par l'entrée 13 et la première partie du fluide réfrigérant se dirige vers le centre du compresseur en direction de l'orifice de circulation 24. Ce faisant, cette partie du fluide réfrigérant 9 lèche un second flan latéral 59 du stator 10 et échange thermiquement avec ce dernier de sorte à le refroidir. La deuxième partie du fluide réfrigérant 9 qui circule entre le rotor 11 et le stator 10 lèche la paroi périphérique externe du stator 10 et échange thermiquement avec ce dernier. Enfin, la troisième partie du fluide réfrigérant, en passant au travers du stator, échange avec les bobines 35 et refroidit ces dernières. La présence du ou des ouvertures sensiblement au centre du fond 31 concentre la première, la deuxième et la troisième partie du fluide réfrigérant 9 où il échange thermiquement avec un premier flan latéral 58 du stator 10 qui fait face au mécanisme de compression 3. Comme la circulation de fluide réfrigérant entre la paroi interne du boîtier principal et le rotor est très faible, le compresseur selon l'invention présente un encombrement réduit qui facilite son intégration dans un compartiment moteur. Le compresseur ainsi amélioré présente aussi un meilleur rendement adiabatique.

Claims

REVENDICATIONS1. Compresseur électrique (1) comprenant un mécanisme de compression (3) entraîné en rotation par un arbre (4) traversant un boîtier principal (5) qui délimite un volume interne (6) à l'intérieur duquel est installé un moteur électrique (2), le moteur électrique comprenant un stator (10) et un rotor (11), ce dernier étant monté tournant à la périphérie externe du stator (10), ledit moteur (2) séparant le volume interne (6) en délimitant d'un côté une première chambre (12) et de l'autre une deuxième chambre (26), ledit rotor (11) étant relié à l'arbre (4) par un support (27), caractérisé en ce que le support (27) comprend au moins une ouverture (28) pour la circulation d'un fluide réfrigérant (9) de la première chambre (12) vers la deuxième chambre (26).
2. Compresseur selon la revendication 1, dans lequel le stator (10) est refroidit par ladite circulation de fluide réfrigérant (9).
3. Compresseur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le rotor 15 (11) comprend une multiplicité d'aimants permanents (29) solidarisés sur ledit support (27).
4. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le support (27) comprend un fond (31) solidarisé sur l'arbre (4) et qui s'étend radialement par rapport à l'arbre (4), ledit fond (31) comprenant ladite 20 ouverture (28).
5. Compresseur selon la revendication 4, dans lequel le support (27) comprend une bande circonférentielle (32) qui prend naissance sur le fond (31) et qui s'étend selon un axe (A) de l'arbre (4).
6. Compresseur selon la revendication 5, dans lequel l'ouverture (28) est 25 délimitée par au moins une tranche biseautée (37).
7. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel l'ouverture (28) est délimitée par au moins un bord droit (33), ledit bord droit (33) s'étendant selon une direction parallèle à l'axe (A) de l'arbre (4).
8. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans 30 lequel l'ouverture (28) est délimitée par au moins un bord oblique (34), ledit bord oblique (34) s'étendant selon une direction orientée angulairement par rapport à l'axe (A) de l'arbre (4).
9. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le boîtier principal (5) comprend une première extrémité (14) et uneKJP0001 11 seconde extrémité (15), la première extrémité (14) étant fermée par le mécanisme de compression (3) et la deuxième extrémité (15) est fermée par un boîtier secondaire (16), le boîtier secondaire (16) comprenant une première face (18) tournée vers le mécanisme de compression (3) et supportant ledit stator (10) et une deuxième face (19) tournée à l'opposé du mécanisme de compression (3) et supportant un circuit de commande (25) du moteur électrique.
10. Compresseur selon la revendication 9, dans lequel le boîtier secondaire (16) comprend une excroissance (20) prenant naissance sur la Zo première face (18) et qui s'étend parallèlement à un axe (A) de l'arbre (4), ledit stator (10) étant fixé sur ladite excroissance (20).
11. Compresseur selon la revendication 10, dans lequel l'excroissance (20) comprend un orifice de circulation (24) du fluide réfrigérant (9).
12. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, 15 dans lequel la première chambre (12) est délimitée par la première face (18) du boîtier secondaire (16), par le stator (10), par une paroi interne du boîtier principal (5) et par l'excroissance (20), ladite première chambre (12) étant alimentée en fluide réfrigérant (9) par une entrée (13) pratiquée dans le boîtier principal (5). 20
13. Compresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support (27) comprend au moins deux d'ouvertures (28) réparties irrégulièrement sur le support (27).