FR3071976A1 - Compresseur electrique - Google Patents

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Nicolas Martin
Patrick Lebrasseur
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Abstract

La présente invention concerne une machine électrique (1) comportant un arbre (6) entrainé en rotation par un moteur électrique (5) par l'intermédiaire d'au moins un roulement (72), une partie (61) intermédiaire de l'arbre ayant une rigidité diminuée, comportant un dispositif (2) de rigidification de l'arbre (6).

Description

COMPRESSEUR ELECTRIQUE
La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un compresseur électrique de suralimentation comportant un dispositif de rigidification de l'arbre.
Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur thermique, fonctionnant avec un moteur électrique comportant un rotor et un stator piloté par un ensemble électronique. Le compresseur comporte une roue de compresseur entraînée par un moteur électrique via un arbre.
Le compresseur électrique est placé sur la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, en complément par exemple 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.
Ce type de compresseur peut comporter un moteur à réluctance ou un moteur à aimant permanent.
Dans le cas d'un compresseur avec moteur à aimant permanent, il est parfois nécessaire, pour piloter le moteur d'avoir un ou plusieurs capteurs. Ces capteurs permettent de connaître à chaque instant la position relative du rotor par rapport au stator.
Il est courant pour ce type de moteur d'utiliser un capteur à effet Hall comportant une sonde à effet Hall et un aimant. Plus précisément, la sonde à effet Hall est rigidement couplé au stator et l'aimant rigidement couplé au rotor.
Le rotor du moteur électrique est déjà équipé de puissants aimants. D'autre part, le stator génère des champs magnétique et électrique. Afin de ne pas perturber le champ magnétique de l'aimant du capteur de position, une distance minimale doit être respectée entre eux. La distance minimale imposée entre les éléments du moteur et l'aimant de position, pour éviter les perturbations de champ magnétique, induit une répartition des masses non homogène le long de l'arbre. La vitesse critique de l'arbre, et donc du compresseur, étant influencé par la rigidité et par la masse de l'arbre, il est important de rigidifier l'arbre en limitant l'augmentation de sa masse. En effet, plus l'arbre est rigide, plus la vitesse critique est élevée, et plus la masse est élevée, plus la vitesse critique est basse. Ainsi, une solution qui consisterait à augmenter le diamètre de l'arbre, et qui augmenterait trop sa masse, n'est pas envisageable.
Le même type de problème se rencontre, même en l'absence d'aimant, dès que la longueur de l'arbre est suffisamment importante pour influencer sa rigidité.
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 configuré pour maintenir la distance nécessaire entre les aimants de position et du moteur électrique, tout en préservant la rigidité de l'arbre.
Pour cela la présente invention propose une machine électrique comportant un arbre entraîné en rotation par un moteur électrique par l'intermédiaire d'au moins un roulement, une partie intermédiaire de l'arbre ayant une rigidité diminuée, la machine comportant un dispositif de rigidification de l'arbre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine comprend un capteur à effet Hall comportant au moins un aimant fixé autour l'arbre entre le moteur électrique et le roulement, le dispositif de rigidification étant disposé entre le rotor du moteur électrique et l'aimant.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de rigidification est un tube (2).
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de rigidification est en inox.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'aimant est disposé dans un support, le dispositif de rigidification étant fixé au support.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de rigidification a un diamètre externe de 60 à 100% du diamètre externe du rotor.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de rigidification a une épaisseur de paroi de 5 à 15% du diamètre externe du rotor.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur est un moteur électrique à réluctance variable ou à aimants permanents.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est un compresseur électrique de suralimentation de moteur thermique ou pile à combustible.
L'invention concerne également l'utilisation du compresseur selon l'invention, dans un dans un véhicule automobile.
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'une vue en coupe d'un compresseur intégrant un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une représentation d'une vue en coupe d'une partie d'un compresseur intégrant un système selon un mode de réalisation de l'invention.
La présente invention concerne une machine électrique électrique équipée d'un dispositif de rigidification de l'arbre.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine électrique est un 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 ou pile à combustible. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continu ou alternatif.
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 mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimants permanents.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur est un compresseur électrique de suralimentation de moteur thermique ou à pile à combustible.
Le compresseur électrique 1, illustré figure 1, comprend un moteur électrique 5, comportant un rotor 51 et un stator 52, disposé dans le corps 4 du compresseur, et au moins un roulement 72, 71 disposé circulairement autour de l'arbre 6. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur 1 comporte deux roulements 71, 72 dont au moins un, appelé dans la suite de la description roulement 72 avant, est disposé entre le moteur électrique et une roue 3 de compresseur. Le moteur électrique permet la mise en rotation de l'arbre 6 du compresseur électrique via au moins un roulement 72, 71. L'arbre 6 entraîne ainsi en rotation la roue 3 du compresseur 1, disposée à une extrémité de l'arbre 6. 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 compresseur comporte une volute 12 dans laquelle est disposée la roue 3, et permettant le passage de l'air du compresseur 1.
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.
Le compresseur 1 comprend un capteur à effet Hall 8 comportant une sonde à effet Hall 81 et un aimant 82.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la sonde à effet Hall 81 est positionnée au niveau de l'ensemble électronique 9.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'aimant 82 est fixé autour de l'arbre
6, comme illustré figures 1 et 2. L'aimant 82 comprend ainsi un orifice central traversé par l'arbre 6.
L'aimant 82 est positionné en regard de la sonde à effet Hall 81. L'aimant 82 est un aimant permanent comprenant plusieurs pôles magnétiques.
La rotation de l'aimant 82 entraîne une variation de flux magnétique autour de la sonde à effet Hall 81, laquelle est une image de la position du rotor 51 du compresseur de suralimentation électrique 1.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'aimant 82 présente une forme cylindrique avec une section circulaire. Il entoure entièrement l'arbre 6.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'aimant a toutes formes compatibles avec le fonctionnement de la machine électrique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'aimant est disposé dans un support 83, visible figure 2.
Dans le cadre de l'invention, l'aimant 82 est disposé entre le roulement 72 avant et le moteur électrique 5, et suffisamment loin du moteur 5 pour ne pas être perturbé par les champs magnétiques et électriques générés par ledit moteur. Il est par exemple disposé à au moins 20 mm des bobines du stator 52.
La rigidité de l'arbre entre les roulements 71, 72 n'est ainsi pas homogène. Il existe une partie 61 intermédiaire de l'arbre 6, située entre l'aimant 82 et le rotor 51, non emmanchée dans une autre pièce. Il existe une autre partie 62 intermédiaire de l'arbre 6, située entre au niveau du rotor 51. La rigidité en flexion de la partie 61 est moins importante que celle de la partie 62, du fait du gain de rigidité apporté par le rotor 51 dans lequel la partie 62 est emmanchée.
De plus, la répartition des masses le long de l'arbre 6, entre les roulements 71, 72 n'est pas homogène. La partie 62 est ainsi plus lourde que la partie 61. Cependant, les efforts centrifuges induits par la rotation du moteur sont supportés par les deux parties 61, 62 de l'arbre. La partie 61 est ainsi plus sollicitée que la partie 62. Ceci peut engendrer une flèche importante à haute vitesse, et abaisser le seuil de vitesse critique de l'arbre.
L'invention prévoit donc de renforcer la partie 61 intermédiaire de l'arbre 6 par un dispositif 2 de rigidification.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 2 de rigidification est disposé entre un premier et un deuxième élément. Plus précisément selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 2 de rigidification est disposé entre le rotor 51 et le support 83 de l'aimant 82.
Dans le cadre de l'invention, le dispositif 2 de rigidification est un tube 2.
Un tel dispositif 2 de rigidification, en augmentant le diamètre de l'arbre, augmente sa rigidité en flexion.
De plus, un tel dispositif 2 de rigidification est creux. Son diamètre interne est supérieur au diamètre externe de l'arbre 6. Ainsi, une fois assemblé sur l'arbre 6, il existe une poche d'air 21 entre I'arbre6 et le dispositif 2 de rigidification. Ceci présente l'avantage d'augmenter la rigidité de l'ensemble en limitant l'augmentation de la masse.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif 2 de rigidification est inox.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les diamètres interne et externe du dispositif de 2 de rigidification sont déterminés de façon à avoir une vitesse critique maximum, tout en limitant la masse et l'inertie pour limiter l'augmentation du temps de réponse du compresseur.
Selon un exemple de réalisation de l'invention, le dispositif 2 de rigidification a un diamètre externe de 65% du diamètre externe du rotor 51.
Selon un exemple de réalisation de l'invention, le dispositif 2 de rigidification a une épaisseur de 12% du diamètre externe du rotor 51.De telles dimensions permettent d'augmenter la première vitesse critique de 24% et de réduire les déformations de flexion associées de 80%.
Le compresseur selon l'invention, est ainsi configuré de façon à protéger l'arbre, réduire ses déformations, et augmenter la vitesse critique du compresseur.
L'invention s'applique également à tous les compresseurs dont l'arbre doit être rigidifié lorsque deux éléments disposés autour de l'arbre sont suffisamment éloignés pour abaisser la rigidité de l'arbre dans des proportions critiques en regard des vitesses de rotation. Le tube 2 est alors disposé entre ces deux éléments.
L'invention concerne également l'utilisation d'un tel compresseur de suralimentation électrique dans un véhicule automobile.
L'invention concerne également un compresseur électrique équipé d'un moteur à réluctance variable ou à aimant permanent selon l'invention.
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.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Machine électrique (1) comportant un arbre (6) entraîné en rotation par un moteur électrique (5) par l'intermédiaire d'au moins un roulement (72), une partie (61) intermédiaire de l'arbre ayant une rigidité diminuée, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (2) de rigidification de l'arbre (6).
  2. 2. Machine (1) selon la revendication 1, comprenant un capteur à effet Hall (8) comportant au moins un aimant (82) fixé autour l'arbre (6) entre le moteur électrique (5) et le roulement (72), le dispositif (2) de rigidification étant disposé entre le rotor (51) du moteur électrique (5) et l'aimant (82).
  3. 3. Machine (1) selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le dispositif (2) de rigidification est un tube (2).
  4. 4. Machine (1) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif (2) de rigidification est en inox.
  5. 5. Machine (1) selon la revendication 4 lorsqu'elle dépend de la revendication 2 ou 3, dans lequel l'aimant est disposé dans un support (83), le dispositif (2) de rigidification étant fixé au support (83).
  6. 6. Machine (1) selon une des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif (2) de rigidification a un diamètre externe de 60 à 100% du diamètre externe du rotor (51).
  7. 7. Machine (1) selon une des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif (2) de rigidification a une épaisseur de paroi de 5 à 15% du diamètre externe du rotor (51).
  8. 8. Machine (1) selon une des revendications 1 à 7, dans le quel le moteur (5) est un moteur électrique à réluctance variable ou à aimants permanents.
  9. 9. Machine (1) selon une des revendications 1 à 8, dans lequel la machine électrique est un compresseur électrique de suralimentation de moteur thermique ou pile à combustible.
  10. 10. Utilisation de la machine (1) selon une des revendications 1 à 8, dans un dans un véhicule automobile.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006017905A1 (de) * 2006-04-19 2007-10-25 Bühler Motor GmbH Baugruppe für einen Kommutatormotor, Kommutatormotor mit dieser Baugruppe und Verfahren zur Montage des Kommutatormotors
FR3035685A1 (fr) * 2015-04-30 2016-11-04 Valeo Systemes De Controle Moteur Compresseur electrique avec systeme d'etancheite dynamique ameliore

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