FR3023328A1

FR3023328A1 - Plaque d'un compresseur electrique et compresseur electrique comprenant une telle plaque

Info

Publication number: FR3023328A1
Application number: FR1456513A
Authority: FR
Inventors: Augustin Bellet
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-01-08
Anticipated expiration: 2034-07-07
Also published as: FR3023328B1; EP3167193A1; WO2016005890A1

Abstract

L'invention concerne une plaque (4) d'un compresseur électrique de fluide réfrigérant, destinée à séparer un moteur électrique du compresseur électrique d'un dispositif de commande électrique dudit moteur électrique, ladite plaque (4) comprenant une paroi de fond (5) et un moyen de réception (13) d'un arbre de transmission du moteur prenant naissance depuis ladite paroi de fond (5) de la plaque (4), caractérisé par le fait que ladite plaque (4) définit un canal (40) de circulation dudit fluide réfrigérant destiné à guider le fluide réfrigérant sur moins d'un tour autour du moyen de réception (13) et selon un unique sens (D). L'invention concerne aussi un compresseur électrique comprenant une telle plaque.

Description

L'invention concerne une plaque d'un compresseur électrique de fluide réfrigérant et ledit compresseur électrique comprenant la plaque. Elle trouvera en particulier ses applications dans 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. Par ailleurs, pour des raisons de rendement global, la solution préférée pour entraîner un compresseur dans un véhicule hybride ou électrique est par alimentation d'un moteur électrique d'entraînement du compresseur plutôt que par une courroie en sortie de la machine électrique.

De tels compresseurs électriques comprennent un mécanisme de compression entrainé par le moteur électrique, et un dispositif de commande du moteur électrique. Le dispositif de commande est situé dans un compartiment séparé du moteur électrique par au moins une paroi de séparation sur laquelle est monté le dispositif de commande. Le moteur est donc situé dans un autre compartiment. Du fait des éléments électriques composant le dispositif de commande, ce dernier peut générer une quantité importante de chaleur en fonctionnement. Il est alors nécessaire de le refroidir.

Il est connu pour cela d'utiliser le fluide réfrigérant circulant dans le compartiment du moteur pour refroidir ce dernier. Une solution existante consiste à positionner l'entrée du fluide réfrigérant dans le compartiment du moteur électrique entre la paroi de séparation et le moteur électrique de sorte qu'en entrant dans le compartiment du moteur électrique, le fluide réfrigérant circule à proximité de l'élément de support avant d'être aspiré vers le mécanisme de compression. Or, cette solution implique qu'une trop faible quantité de fluide réfrigérant circule au contact de la plaque de sorte que le refroidissement de la plaque est peu satisfaisant. Il est connu pour améliorer ce refroidissement, de disposer des ailettes de refroidissement sur la plaque de séparation. Cependant, cela complique la fabrication d'une telle plaque et présente également l'inconvénient d'augmenter significativement la perte de charge du fluide, ce qui détériore le rendement thermique du refroidissement. L'invention vise à améliorer la situation et concerne ainsi une plaque d'un compresseur électrique de fluide réfrigérant, destinée à séparer un moteur électrique du compresseur électrique d'un dispositif de commande électrique dudit moteur électrique, ladite plaque comprenant une paroi de fond et un moyen de réception d'un arbre de transmission du moteur prenant naissance depuis ladite paroi de fond de la plaque, caractérisé par le fait que ladite plaque définit un canal de circulation dudit fluide réfrigérant destiné à guider le fluide réfrigérant sur moins d'un tour autour du moyen de réception et selon un unique sens. Ainsi, grâce à l'invention, la plaque et en particulier son canal de circulation est agencé pour guider le fluide réfrigérant de manière à assurer un bon refroidissement de la plaque tout en limitant les pertes de charges du fluide.

Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - la plaque comprend des bossages s'étendant de manière transversale à la paroi de fond et destinés à recevoir des moyens de fixation de la plaque à un boitier configuré pour recevoir ledit moteur électrique, lesdits bossages étant reliés entre eux par une paroi définissant un bord dudit canal de circulation ; - les bossages s'étendent de manière perpendiculaire à la paroi de fond ; - ladite paroi reste concave entre lesdits bossages ; - ladite paroi est en arc de cercle entre lesdits bossages ; - la plaque comprend trois bossages reliés entre eux par ladite paroi ; - ladite paroi est formée en continuité de matière du reste de ladite plaque ; - ladite plaque comprend une cloison destinée à guider le fluide vers ledit canal à son entrée en contact avec la plaque ; - ladite cloison est formée en continuité de matière du reste de ladite plaque ; - la profondeur du canal augmente selon le sens d'écoulement du fluide dans le canal. L'invention concerne aussi un compresseur électrique comprenant une plaque telle que définie précédemment. Avantageusement, le boitier comprend une ouverture par laquelle le fluide entre dans le boitier au niveau d'un collecteur d'entrée.

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 d'un compresseur comprenant une plaque selon l'invention, illustré selon un plan de coupe diamétral. - la figure 2 est une vue en élévation de la plaque de la figure 1. 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 échéant.

La figure 1 illustre un compresseur électrique 9 comprenant une plaque 4 selon l'invention. Le compresseur 9 est un compresseur électrique en ce sens qu'il intègre un moteur électrique 2 qui entraîne un mécanisme de compression 3. Le moteur électrique 2 comprend un stator 2A de périphérie intégralement circulaire et un rotor 2B solidaire d'un arbre de transmission 21 du moteur qui s'étend longitudinalement selon un axe H comme représenté sur la figure 1 et qui tourne pour entraîner le compresseur. La plaque 4 comprend un moyen de réception 13 de l'arbre de transmission 21 du moteur prenant naissance depuis une paroi de fond 5 de la plaque 4. Ledit moyen de réception 13 comprend ici un logement en forme de pallier qui pourra accueillir un roulement à billes ou équivalent. Le mécanisme de compression 3 comprend des pièces fixes et des pièces mobiles, ces dernières étant mises en rotation par l'arbre 21 du moteur électrique 2. Le mécanisme de compression 3 est du type à spirale 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. Le compresseur 9 comprend en outre un dispositif de commande 1 du moteur électrique 2. Ce dispositif de commande 1 est notamment un onduleur (Inverter en anglais) transformant un courant continu en provenance d'un réseau de bord du véhicule en un courant sinusoïdal alimentant le moteur électrique 2. Le compresseur 9 est délimité vis-à-vis de son environnement extérieur par au moins un boîtier 7 définissant une cavité 17 accueillant ledit moteur électrique 2. Ce boîtier 7 est, par exemple, une pièce en aluminium ou en alliage d'aluminium, de forme circulaire creuse comprenant une enveloppe périphérique qui délimite un volume interne. Ce boîtier 7 comprend au moins un compartiment moteur 20 correspondant à ladite cavité 17 et dans lequel est monté le moteur électrique. Dans l'exemple illustré, le boitier 7 comprend également au moins un compartiment de commande 10 dans lequel est monté le dispositif de commande 1. Ces compartiments sont des volumes distincts séparés l'un de l'autre par ladite plaque 4. La plaque 4 sépare ainsi le dispositif de commande 1 de ladite cavité 17 et du moteur électrique 2 et elle reçoit le dispositif de commande 1. Elle forme avec le boitier 7, le compartiment moteur 20. La plaque 4 pourra faire partie du boitier 7, ou être assemblée à ce dernier, par exemple au moment du montage du dispositif de commande 1 sur le boitier 7. La plaque comprend ici une paroi périphérique 6, transversale à la paroi de fond 5 de sorte que la plaque 4 définit un logement d'extrémité qui peut être qualifié de sous-boitier formant ici le compartiment de commande 10. A titre d'exemple, le logement peut être rendu étanche à l'air extérieur via un couvercle de fermeture, le sous-boitier et le couvercle coopérant mutuellement l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'un moyen d'étanchéité approprié agencé entre ces deux éléments.

Le boitier 7 du compartiment moteur 20 comprend une ouverture 8 permettant à un fluide réfrigérant d'entrer dans le boitier 7. L'ouverture 8 est ici située au droit du moteur électrique 2, c'est-à-dire qu'elle se situe au niveau de plans perpendiculaires à l'arbre du moteur électrique 2 passant par ledit arbre moteur.

Le mécanisme de compression 3, situé sur la gauche de la figure, se trouve au niveau d'un premier coté longitudinal 11 du compartiment moteur 20. Le dispositif de commande 1, situé sur la droite de la figure 1, se trouve au niveau d'un deuxième coté longitudinal 12 du moteur électrique 2, opposé au premier coté longitudinal 11 par rapport au moteur électrique 2. On comprend ici que le compartiment commande 10 est situé au niveau du deuxième coté 12 du compartiment moteur 20. Dans cet exemple, on rapporte au boitier 7, le sous-boîtier formant le compartiment de commande 10 dans lequel est logé le dispositif de commande 1 au niveau du deuxième coté 12 du compartiment moteur 20, et un sous-boîtier formant un compartiment de compression 30 dans lequel est logé le mécanisme de compression 3 au niveau du premier coté 11 du moteur électrique. Autrement dit, le compartiment moteur 20 est intercalé entre le compartiment de commande 10 et le compartiment de compression 30. On comprendra donc que ces compartiments peuvent être délimités par une unique pièce périphérique qui forme un boîtier unique, muni de cloison de séparation, ou, par exemple, par des sous-boîtiers distincts dédiés à chaque compartiment et assemblés les uns aux autres. La plaque 4 peut ainsi faire partie du boitier 7, du sous-boîtier formant le compartiment de commande 10 ou être rapporté entre le boitier 7 et le sous-boîtier 30 formant le compartiment de commande 10. En fonctionnement, le fluide réfrigérant ou mélange constitué d'un fluide réfrigérant mélangé à un lubrifiant, entre dans le compartiment moteur 20 par l'ouverture 8. Le fluide réfrigérant est un fluide sous critique tel que par exemple le R134a mais il peut également s'agir d'un fluide réfrigérant super-critique tel que par exemple le dioxyde de carbone connu sous l'appellation R744. Le lubrifiant est par exemple un composé de type Polyalkylène glycol.

Le fluide circule dans le compartiment moteur 20 puis dans le compartiment de compression 30 dans lequel est logé le mécanisme de compression 3. Ce dernier assure l'augmentation désirée de pression et de température du fluide réfrigérant. La circulation du fluide réfrigérant au contact du moteur permet le refroidissement de ce dernier.

Comme expliqué précédemment, le compartiment moteur 20 est séparé du compartiment de commande 10 par la plaque 4 qui empêche la pénétration du fluide dans le compartiment de commande 10. On comprend donc que le fluide présent dans le compartiment moteur 20 ne circule pas dans le compartiment de commande 10 pour protéger le dispositif de commande 1 qui comprend des éléments ayant de forts potentiels électriques. Le dispositif de commande 1 fournit l'énergie électrique au moteur électrique 2. Comme ces composants sont dans deux compartiments distincts, il est nécessaire de raccorder électriquement le dispositif de commande 1 au moteur électrique 2 par un dispositif de raccordement électrique monté à l'interface entre le compartiment moteur 20 et le compartiment de commande 10, par exemple à travers la paroi de fond 5 de la plaque 4.

Les composants électriques du dispositif de commande 1 dégagent une quantité importante de chaleur et il est donc nécessaire de les refroidir, notamment en refroidissant la paroi de fond 5 de la plaque 4. Pour ce faire, ladite plaque 4 définit un canal 40 de circulation du fluide réfrigérant destiné à guider le fluide réfrigérant dans un plan parallèle à ladite paroi de fond 5 de la plaque 4, sur moins d'un tour autour du moyen de réception 13 et dans un même sens D. Le fluide est ainsi guidé vers une zone prédéterminée 47 de la paroi de fond 5 contre laquelle sont disposés des éléments de puissance du dispositif de commande qui nécessitent un refroidissement augmenté. On comprend que le fluide rentre en contact avec la paroi de fond 5 de la plaque 4 au niveau de la flèche référencée 35 sur la figure 2 et est guidé autour du moyen de réception 13, sur moins d'un tour et selon le sens unique D. Le canal 40 permet ainsi au fluide de circuler sur presque la totalité de la plaque 4 de manière à la refroidir, en tournant autour du moyen de réception 13, sans entrainer d'importantes pertes de charge puisque la totalité du fluide se dirigera à travers le compartiment moteur et vers le compartiment de compression avant d'avoir effectué un tour entier autour du moyen de réception 13. Ainsi, le fluide entre dans le boitier 7 par l'ouverture 8, est guidé pour tourner autour du moyen de réception 13 par le canal 40 et traverse le moteur pour atteindre le compresseur qu'il traverse à son tour. Le canal 40 est conçu de telle manière que sa profondeur évolue entre une profondeur moindre située au niveau d'une zone amont par rapport au sens d'écoulement du fluide et une profondeur augmentée au niveau d'une zone aval située à proximité de ladite zone prédéterminée 47 nécessitant un refroidissement spécifique. Ainsi le mouvement du fluide réfrigérant tend vers une direction du fluide réfrigérant opposée au moteur et au dispositif de compression. La plaque 4 comprend ici un collecteur proximal 50 et un collecteur distal 52 du fluide entre lesquels le canal 40 s'étend. Au niveau desdits collecteurs 50, 52 la section de passage du fluide est plus large et l'effet de guidage est réduit par rapport à celui offert par le canal 40. La plaque 4 comprend par exemple une cloison 46 guidant le fluide à la sortie de l'ouverture 8 dans la direction du sens D. La cloison 46 définit au moins en partie le collecteur proximal 52. La cloison 46 bloque également le fluide lorsqu'il a effectué sa rotation autour du moyen de réception de sorte qu'il effectue moins d'un tour autour du moyen de réception 13.

La plaque 4 comprend des bossages 41, ici au nombre de trois, s'étendant de manière transversale à la paroi de fond 5, notamment perpendiculaire, et destinés à recevoir des moyens de fixation 42 de la plaque sur le boitier 7. Les bossages 41 sont par exemple situés le long de la paroi périphérique 6. Ils s'étendent vers l'intérieur du compresseur 9, c'est-à-dire vers l'intérieur du boitier 7. Les bossages 41 sont reliés entre eux par une paroi 45 définissant un bord dudit canal 40 de circulation. La paroi 45 reste concave entre lesdits bossages 41. Elle est en outre ici en arc de cercle entre lesdits bossages 41. Elle est par exemple sensiblement parallèle à la paroi périphérique 6. Le canal 40 permet ainsi d'éviter des zones de repli du fluide, qui créeraient des zones de turbulences s'opposant au sens d'écoulement D du fluide . Un tel canal 40 permet ainsi une réduction substantielle de la perte de charge. Le bord opposé du canal 40 est ici défini par le pallier des moyens de réception 13.

De cette manière, le fluide réfrigérant qui entre dans le canal 40 par l'ouverture 8 est guidé par la cloison 46 vers le canal 40 puis par la paroi 45 autour du moyen de réception 13 en suivant le sens de la flèche référencée D, qui est identique au sens de rotation du rotor du moteur électrique, sur moins d'un tour. Le fluide réfrigérant arrivant dans le canal 40 est en effet aspiré par le mécanisme de compression et, compte-tenu de la conformation du canal 40, guidé le long de la paroi de fond 5 de la plaque 4. Les bossages 41, la cloison 46 et/ou la paroi 45 sont par exemple formés à partir de la paroi périphérique 6 et/ou de la paroi de fond 5 de la plaque 4, c'est-à- dire, en continuité de matière du reste de la plaque 4 qui pourra être obtenu par forgeage ou moulage. Le canal 40 permet en outre à un maximum de fluide de passer à travers le moteur et non à l'extérieur de celui-ci, c'est-à-dire à l'extérieur du stator. Le refroidissement du moteur est ainsi amélioré. C'est notamment grâce à la surépaisseur de matière créée par les bossages 41 et la paroi 45 que le canal 40 guide le fluide en priorité vers le centre du moteur et non vers sa périphérie. La plaque de l'invention apporte ainsi une solution à l'optimisation du 30 refroidissement sans dégrader le rendement global du compresseur

Claims

REVENDICATIONS1. Plaque (4) d'un compresseur électrique (9) de fluide réfrigérant, destinée à séparer un moteur électrique (2) du compresseur électrique (9) d'un dispositif de commande électrique (1) dudit moteur électrique (2), ladite plaque (4) comprenant une paroi de fond (5) et un moyen de réception (13) d'un arbre de transmission (21) du moteur (2) prenant naissance depuis la paroi de fond (5) de la plaque (4), caractérisé par le fait que ladite plaque (4) définit un canal (40) de circulation dudit fluide réfrigérant destiné à guider le fluide réfrigérant sur moins d'un tour autour du moyen de réception (13) et selon un unique sens (D).
2. Plaque (4) selon la revendication 1, dans laquelle la plaque (4) comprend des bossages (41) s'étendant de manière transversale à la paroi de fond (5) et destinés à recevoir des moyens de fixation (42) de la plaque (4) à un boitier (7) configuré pour recevoir ledit moteur électrique (2), lesdits bossages (41) étant reliés entre eux par une paroi (45) définissant un bord dudit canal (40) de circulation.
3. Plaque selon la revendication 2, dans laquelle ladite paroi (45) reste concave entre lesdits bossages (41).
4. Plaque selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle ladite paroi (45) est en arc de cercle entre lesdits bossages (41).
5. Plaque (4) selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle la plaque (4) comprend trois bossages (41) reliés entre eux par ladite paroi (45).
6. Plaque (4) selon l'une des revendications 2 à 5, dans laquelle ladite paroi (45) est formée en continuité de matière du reste de ladite plaque (4).
7. Plaque (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite plaque (4) comprend une cloison (46) destinée à guider le fluide vers ledit canal (40) à son entrée en contact avec la plaque (4).
8. Plaque (4) selon la revendication 7, dans laquelle ladite cloison (46) estformée en continuité de matière du reste de ladite plaque (4).
9. Compresseur électrique (9) comprenant une plaque (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Compresseur électrique (9) selon la revendication 9, dans lequel le boitier (7) comprend une ouverture (8) par laquelle le fluide entre dans le boitier (7) au niveau d'un collecteur d'entrée. 10 15