FR3070449A1 - Compresseur electrique avec volute en deux parties - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une volute pour compresseur (1) électrique, comportant une partie coudée et est formée par au moins deux parties (14, 15) définissant chacune une partie du coude de la volute (12) et délimitées par une zone (16) de joint au niveau du coude de la volute (12), la zone de joint étant parallèle à une extrémité du coude (20).

Description

COMPRESSEUR ELECTRIQUE AVEC VOLUTE EN DEUX PARTIES
La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un compresseur électrique de suralimentation avec une volute en deux parties.
Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur thermique, fonctionnant avec un moteur électrique. Plus précisément, le compresseur comporte une roue de compresseur entraînée par un moteur électrique. La roue est disposée dans une volute.
Le compresseur électrique est placé sur la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, en complément d'un turbocompresseur. Le compresseur électrique joue le même rôle que le turbocompresseur, à savoir augmenter la pression d'admission des gaz frais dans le moteur, mais est utilisé notamment lors des phases transitoires pour palier aux problèmes de temps de réponse du turbocompresseur.
L'intégration d'un compresseur dans l'environnement moteur nécessite parfois d'utiliser une entrée et/ou une sortie coudée sur la volute. L'ajout d'un tel coude rend la forme non démoulable naturellement, et engendre des pertes de charge non acceptables
Actuellement, dans certains cas, la volute est réalisée en une seule pièce, en fonderie par gravité avec un noyau sable. Le démoulage est assuré par cassage du moule sable. Cette technique implique donc la réalisation d'un nouveau moule sable pour chaque pièce à produire. Le coût de fabrication et le temps de cycle ne sont pas optimaux pour une production en très grande série. De plus, cette technique impose des épaisseurs matière importantes, ce qui rend la pièce lourde et encombrante.
Une alternative est de réaliser la volute en deux pièces démoulables séparément. Ainsi, on peut réaliser les deux pièces en fonderie sous pression (HPDC pour High Pressure Die Casting, selon la terminologie anglaise). Le fait d'avoir des formes démoulables, implique des contraintes sur les formes générales du conduit de la volute dans lequel circule le fluide, comme par exemple une arête vive à l'intérieur du coude ce qui entraîne un décollement de la couche limite du fluide. Il en résulte un impact négatif sur l'écoulement du fluide, comme par exemple des turbulences et une réduction de la section utile en aval du coude, et donc sur les performances du compresseur.
La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant un compresseur électrique avec une volute en deux parties améliorée, permettant ainsi de réduire l'encombrement de la volute, tout en en facilitant son démoulage et en maintenant son niveau de performances.
Pour cela la présente invention propose, une volute pour compresseur électrique, comportant un coude et formée par au moins deux parties définissant chacune une partie du coude de la volute et délimitées par une zone de joint au niveau du coude de la volute, la zone de joint étant parallèle à une extrémité du coude.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la zone de joint est disposée de façon à ce que:
la portion du conduit située en dessous de la surface médiane du coude est incluse dans la première partie de la volute, et la portion du conduit située au dessus de la surface médiane du coude est incluse dans la deuxième partie de la volute.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la zone de joint est perpendiculaire à l'axe X de rotation du compresseur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la zone de joint débute en amont du coude de la volute, au niveau de la sortie de la spirale de la volute.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première partie se prolonge au delà de la zone de joint, et est insérée dans la deuxième partie et/ou la deuxième partie se prolonge au delà de la zone de joint, et est inséré dans la première partie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux parties sont fixées entre elles par tous procédés compatibles avec l'utilisation d'un compresseur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la volute comporte un joint d'étanchéité au niveau de la zone de joint.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la volute est réalisée préférentiellement en aluminium en fonderie sous pression.
La présente invention concerne également un compresseur électrique comportant une volute selon l'invention.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte un moteur électrique à réluctance variable ou à aimant permanent.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles:
- la figure 1 est une représentation schématique d'un compresseur comportant une volute selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique d'une volute d'un compresseur comportant une volute selon l'invention,
- la figure 3 a, b, c, d est une représentation schématique d'une vue en coupe transversale selon respectivement a, b, c, d de la figure 2 d'une volute d'un compresseur électrique selon l'invention,
- la figure 4 a et b est une représentation schématique d'une vue en coupe longitudinale d'une volute d'un compresseur électrique selon l'invention,
- la figure 5 est une représentation schématique d'une vue en élévation des deux parties d'une volute d'un compresseur électrique selon l'invention,
- la figure 6 est une représentation schématique du plan de joint du moule permettant d'obtenir la volute d'un compresseur électrique selon l'invention.
La présente invention concerne une volute.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la volute est une volute de compresseur électrique.
Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à courant continu ou alternatif, ou tout type de moteur électrique du même type.
Plus précisément, selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à réluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Réluctance Motor selon la terminologie anglaise).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur est un moteur à aimant permanent.
La figure 1 illustre un exemple de compresseur 1 électrique. Le compresseur électrique 1 comprend au moins un moteur 5 électrique, des roulements 7 et une roue 3 de compresseur. Le moteur 5 électrique permet la mise en rotation d'un arbre 6 du compresseur électrique via les roulements 7. L'arbre 6 entraîne ainsi en rotation la roue 3 du compresseur 1. Plus précisément une extrémité de l'arbre 6 est entraînée en rotation par le moteur électrique, et une autre extrémité de l'arbre 6 entraîne en rotation la roue 3 du compresseur. Le moteur 5 électrique comporte un rotor et un stator.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur 1 comporte un ensemble 9 électronique permettant de commander le compresseur 1 électrique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins une partie de l'ensemble 9 électronique est disposée à l'arrière de la roue 3, entre la roue 3 et le moteur 5 électrique, illustré figure 1.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins une partie de l'ensemble électronique 9 est disposée à une extrémité de l'arbre 6 opposée à l'extrémité ou est située la roue 3, non illustré.
La partie intermédiaire de l'arbre est protégée par le corps 4 de compresseur.
Le compresseur comporte une volute 12 dans laquelle est disposée la roue 3, et permettant le passage de l'air du compresseur 1.
Dans le cadre de l'invention, comme illustrée figure 4, la volute 12 comporte un coude 20.
Selon une première variante de l'invention, le coude 20 est situé au niveau de la partie formant la sortie de la volute illustrée figure 2.
Selon une deuxième variante de l'invention, le coude 20 est situé au niveau de la partie formant l'entrée de la volute.
La suite de la description est axée sur la première variante de l'invention, mais s'applique également à la deuxième variante de l'invention.
Dans le cadre de l'invention illustrée figures 2 à 5, le coude 20 est défini par le fait que la volute 12 comporte au niveau de sa sortie deux parties 14, 15 contigües qui forment un angle a inférieur à 180°C. Plus précisément, les axes Z, Y respectifs de la première et deuxième parties contigües forment un angle a inférieur à 180°C. Cet angle a forme le coude de la volute.
Selon un mode de réalisation de l'invention illustré figures 2 à 5, la volute 12 est au moins en deux parties.
Plus précisément, la volute est faite en deux parties 14, 15 démoulables selon des directions simples U et V. A proximité de la zone 16 de joint des deux parties, est disposé un joint qui permet de maintenir l'étanchéité de la volute.
Dans le cadre de l'invention, la zonel6 de joint est défini par le plan qui délimite les deux parties 14,15 de la volute. Cette zone est une zone d'étanchéité.
La zone 16 de joint est parallèle à l'une des extrémités du coude 20 ou perpendiculaire à l'autre extrémité du coude 20.
Et par exemple, selon un mode de réalisation de l'invention, la zone 16 de joint est horizontale, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe X de rotation du compresseur 1 ou verticale, c'est-à-dire parallèle à l'axe X de rotation du compresseur 1.
La zone de joint débute en amont du coude 20 de la volute, au niveau de la sortie de la spirale de la volute. Plus précisément, la zone 16 de joint est disposée de façon à affleurer la surface externe de la volute, au niveau de la sortie de la spirale.
Cela permet de démarrer la courbure dès la sortie de la spirale de la volute 12. Il en résulte un grand rayon de courbure (en regard du diamètre du conduit). Les pertes de charge sont alors très limitées et les performances sont proches celles obtenues avec une sortie droite.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première 14 partie de la volute est le corps de la volute 12, et la deuxième 15 partie de la volute est la sortie de la volute 12.
Selon un mode de réalisation de l'invention, illustrée figures 4 et 5, la première 14 partie se prolonge 164 au delà de la zone 16 de joint, et est insérée dans la deuxième 15 partie.
Selon, un mode de réalisation de l'invention, illustrée figures, 4 et 5, la deuxième 15 partie se prolonge 165 au delà de la zone 16 de joint, et est insérée dans la première 14 partie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la séparation entre les prolongements 164, 165 de la première 14 partie et la deuxième 15 partie est telle que, comme illustré figure 3:
- la portion du conduit située en dessous de la surface 21 médiane du coude 20 est incluse dans le corps 14 de la volute, c'est-à-dire la première partie,
- la portion du conduit située au dessus de la surface 21 médiane du coude 20 est incluse dans la sortie 15 de la volute, c'est-à-dire la deuxième partie.
Ainsi, comme illustrée figure 5, Il y a donc ainsi de part et d'autre de la zone 16 de joint un prolongement 164, 165 du conduit qui permet de former par assemblage un conduit de forme sensiblement circulaire, tout en garantissant un démoulage naturel de chacune des deux parties.
La zone de 16 de joint est déportée par rapport à la séparation entre les prolongements 164, 165, afin de réaliser l'étanchéité entre les deux parties sur une zone plane. Cela permet d'avoir une étanchéité simple et fiable.
Cette construction a l'avantage de permettre un plus grand rayon de courbure au niveau du coude 20. De plus, le conduit ne comporte aucune arête vive au niveau du coude, comme cela est le cas pour un coude de l'art antérieur, démoulé par un tiroir dans l'entrée du coude et par un tiroir dans la sortie du coude, ce qui génère une arête vive sur le rayon de courbure interne du coude, à l'intersection des tiroirs Cela permet ainsi d'optimiser les performances du compresseur électrique en limitant des pertes de charges du fluide.
Dans le cadre de l'invention, les deux parties sont fixées entre elles par tous procédés compatibles avec l'utilisation du compresseur. Et par exemple, vissage, clipsage, collage, soudure.... En fonction du procédé de fixation utilisé, un joint d'étanchéité est rajouté.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le corps de la volute est réalisé préférentiellement en aluminium en fonderie sous pression (High Pressure Die Casting). La sortie ou entrée de la volute est réalisée en aluminium de la même façon ou bien en plastique. L'utilisation du plastique permet un gain de masse.
Le plan 22 de joint du moule permettant d'obtenir la deuxième 15 partie volute selon l'invention, illustré figure 6, est ainsi défini de façon à permettre un démoulage simple selon les deux directions U et V.
Une telle architecture permet d'optimiser le guidage du fluide le long des parois interne et externe et il n'y a pas de phénomène de décollement de couche limite du fluide.
En parallèle, la fabrication est aisée puisque le démoulage des pièces est naturel selon des directions U, V simples.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications supportées par la description.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Volute pour compresseur (1) électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte un coude (20) et est formée par au moins deux parties (14, 15) définissant chacune une partie du coude (20) de la volute (12) et délimitées par une zone (16) de joint au niveau du coude de la volute (12), et en ce que la zone (16) de joint est parallèle à une extrémité du coude (20).
  2. 2. Volute selon la revendication 1, dans laquelle la zone (16) de joint est disposée de façon à ce que:
    - la portion du conduit située en dessous de la surface médiane (21) du coude (20) est incluse dans la première (14) partie de la volute (12), et
    - la portion du conduit située au dessus de la surface médiane (21) du coude (20) est incluse dans la deuxième (15) partie de la volute (12).
  3. 3. Volute selon une des revendications 1 ou 2, dans laquelle la zone (16) de joint est perpendiculaire à l'axe X de rotation du compresseur (1).
  4. 4. Volute selon une des revendications 1 à 3, dans laquelle la zone (16) de joint débute en amont du coude 20 de la volute, au niveau de la sortie de la spirale de la volute.
  5. 5. Volute selon une de revendications 1 à 4, dans laquelle :
    la première (14) partie se prolonge au delà de la zone de joint, et est insérée dans la deuxième (15) partie, et/ou
    - - la deuxième (15) partie se prolonge au delà de la zone (16) de joint, et est inséré dans la première (14) partie.
  6. 6. Volute selon une de revendications 1 à 5, dans laquelle les deux parties (14, 15) sont fixées entre elles par tous procédés compatibles avec l'utilisation d'un compresseur.
  7. 7. Volute selon une de revendications 1 à 6, comportant un joint d'étanchéité au niveau de la zone (16) de joint.
  8. 8. Volute selon une de revendications 1 à 7, le corps de la volute est réalisé préférentiellement en aluminium en fonderie sous pression.
  9. 9. Compresseur (1) électrique comportant une volute (12) selon une des revendications 1 à 8.
  10. 10. Compresseur 1 selon la revendication 9, comportant un moteur (5) électrique à réluctance variable ou à aimant permanent.
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