FR3074982A1

FR3074982A1 - Moteur synchrone, notamment pour compresseur electrique

Info

Publication number: FR3074982A1
Application number: FR1762030A
Authority: FR
Inventors: Mohamed Khanchoul; Imed GUITARI
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2019-06-14

Abstract

L'invention concerne un moteur synchrone (100), notamment pour compresseur électrique, notamment d'un système thermique, notamment de climatisation de véhicule automobile, ce moteur comportant : - un rotor, - un stator à bobinage (101), associé au rotor, le stator comportant au moins une dent (102) sur laquelle est bobiné le bobinage, cette dent étant susceptible de vibrer lorsque le moteur est en fonctionnement, - un boitier (104) dans lequel est logé le stator, moteur dans lequel l'un au moins du stator et du boitier comportent une zone d'atténuation acoustique (105) agencée pour atténuer la transmission de vibrations de la dent de stator vers le boitier.

Description

Moteur synchrone, notamment pour compresseur électrique

Le secteur technique de la présente invention est celui des compresseurs électriques équipant un véhicule automobile, par exemple, pour la circulation d’un fluide réfrigérant à l’intérieur d’un circuit de climatisation ou de pompe à chaleur du véhicule.

Un compresseur électrique comprend de manière classique un mécanisme de compression, entraîné par un moteur électrique, afin de mettre en circulation le fluide réfrigérant dans le circuit de climatisation. Pour alimenter le moteur électrique et faire varier sa vitesse, le compresseur comprend en outre un onduleur. A titre d’exemple, l’onduleur est adapté pour convertir un courant monophasé en un courant triphasé.

De tels compresseurs sont connus dans la littérature. Le document JP2003-343438A décrit un compresseur électrique (non représenté) comportant un boîtier de compression dans lequel est monté le mécanisme de compression, un boîtier de moteur dans lequel est monté le moteur électrique et un boîtier d’onduleur dans lequel est monté l’onduleur

Il existe un besoin de réduire des bruits générés sur les moteurs de compresseur.

A cet effet, l’invention concerne un moteur synchrone, notamment pour compresseur électrique, notamment d’un système thermique, notamment de climatisation de véhicule automobile, ce moteur comportant :

un rotor, un stator à bobinage, associé au rotor, le stator comportant au moins une dent, notamment au moins trois dents, sur laquelle est bobiné le bobinage, cette ou ces dents étant susceptibles de vibrer lorsque le moteur est en fonctionnement, un boîtier dans lequel est logé le stator, moteur dans lequel l’un au moins du stator et du boîtier comportent une zone d’atténuation acoustique agencée pour atténuer la transmission de vibrations de la dent ou des dents de stator vers le boîtier.

Dans le moteur, les vibrations et la déformation du stator sont provoquées par la force radiale induite par l'attraction électromagnétique entre le stator et le rotor. La force radiale est importante sur les dents et très faible au niveau des espaces entre les dents, là où est disposé le bobinage.

Le stator est notamment fixé dans le boîtier par pressage de sorte que les vibrations du stator sont transmises au boîtier.

Un tel compresseur électrique peut être utilisé dans un véhicule électrique qui ne possède pas de moteur de combustion, de sorte que le bruit du moteur de compresseur peut être entendu lorsque le véhicule ne fonctionne pas.

Grâce à l’invention, les vibrations et déformations au niveau de la dent, du fait de la ou des zones d’atténuation acoustique, ne sont pas transmises au boîtier.

Selon un aspect de l’invention, la zone d’atténuation acoustique, notamment une pluralité de ces zones, comporte une fente disposée au moins partiellement au droit, suivant une direction radiale, de la dent du stator.

Selon un aspect de l’invention, la fente est formée sur le boîtier.

Selon un aspect de l’invention, le boîtier comporte autant de fentes que de dents sur le stator. Par exemple, dans le cas où le stator a 15 dents, 15 fentes sont formées sur la périphérie interne du boîtier au niveau de la position correspondante des dents.

Selon un aspect de l’invention, les fentes sont toutes identiques.

Selon un aspect de l’invention, les fentes sont équi-angulairement réparties sur un pourtour du boîtier.

Selon un aspect de l’invention, les fentes sont séparées l’une de l’autres par des nervures en appui sur le stator.

Selon un aspect de l’invention, la fente s’étend sur une étendue circonférentielle plus grande que celle de la dent associée.

Selon un aspect de l’invention, le boitier est réalisé en aluminium.

Selon un aspect de l’invention, les fentes ne sont pas traversantes.

L’invention concerne également un compresseur comportant un moteur électrique tel que décrit cidessus, comprenant un mécanisme de compression.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe axiale d’un compresseur électrique; selon l’état de l’art, la figure 2 est une vue en coupe transversale du compresseur de la figure 1 selon le plan B-B ;

la figure 3 est une vue rapprochée de l’interface entre le boîtier de moteur et le boîtier de compression du compresseur de la figure 1 ;

la figure 4 est une vue rapprochée de l’interface entre le boîtier de moteur et le boîtier d’onduleur du compresseur de la figure 1 ;

la figure 5 est une vue en coupe transversale de l’interface entre le boîtier de moteur et le boîtier d’onduleur du compresseur; et la figure 6 est une vue en coupe transversale de l’interface entre le boîtier de moteur et le boîtier de compression du compresseur, la figure 7 est une vue schématique et partielle d’un moteur selon un exemple de réalisation de l’invention.

Un compresseur électrique 7 selon l’invention va être présenté par la suite pour la circulation d’un fluide réfrigérant à l’intérieur d’un circuit de climatisation d’un véhicule automobile. Il va de soi que le compresseur électrique peut être utilisé pour la compression de fluides de différentes natures et que le compresseur électrique 7 peut être monté sur tout type de dispositif aussi bien mobile que fixe.

En référence à la figure 1, le compresseur électrique 7 selon l’invention comprend un mécanisme de compression 3, un moteur électrique 2 d’entraînement du mécanisme de compression 3, ledit moteur électrique 2 présentant un axe de rotation X (Figure 1) et un onduleur 1 d’alimentation dudit moteur électrique 2. L’onduleur 1 est monté dans un boîtier d’onduleur 10 et le mécanisme de compression 3 est monté dans un boîtier de compression 30. Le moteur électrique 2 est monté dans un boîtier de moteur 20 s’étendant longitudinalement selon l’axe de rotation X. Le boîtier de moteur 20 est en aluminium ou en alliage d’aluminium de forme circulaire creuse comprenant une paroi périphérique qui délimite un volume interne terminé d’un côté par une première extrémité 20P et de l’autre par une seconde extrémité 20S. Ces deux extrémités 20P, 20S sont ouvertes avant montage des autres composants du compresseur 7. La première extrémité 20P est reliée au boîtier d’onduleur 10 par une pluralité de dispositifs de fixation 5 tandis que la seconde extrémité 20S, opposée à la première extrémité 20P par rapport au moteur électrique 2, est reliée au boîtier de compression 30 par une pluralité de dispositifs de solidarisation 6.

Le mécanisme de compression 3 est du type 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. L’onduleur 10 (Inverter en anglais) transforme un courant de forme continue en provenance du véhicule, en particulier de la batterie, en un courant de forme sinusoïdale de fréquence variable alimentant le moteur électrique 2.

Comme représenté sur les figures 1 et 2, le moteur 2 comprend un stator 2A de périphérie intégralement circulaire monté de manière solidaire dans le boîtier de moteur 20 et un rotor 2B solidaire de l’arbre du moteur 2 qui tourne intérieurement au stator 2A. En d’autres termes, le stator 2A est placé de manière fixe à l’extérieur du rotor 2B. La forme circulaire du stator 2A est avantageuse car elle limite les pertes magnétiques et optimise le rendement du moteur 2. Par la suite, les termes « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l’axe X du moteur 2. Ainsi, un cylindre axial comprend une surface interne tournée vers l’axe et une surface externe opposée à sa surface interne.

En référence à la figure 2, le boîtier de moteur 20 comprend à sa périphérie interne une pluralité de protubérances 23 en contact avec la périphérie circulaire du stator 2A. Dans cet exemple, les protubérances 23 se présentent sous la forme de dents radiales, prenant naissance sur la paroi interne du boîtier de moteur 20, dont l’extrémité est curviligne de manière à venir en appui surfacique sur la périphérie circulaire du stator 2A. Les protubérances 23 sont réparties à la périphérie du boîtier de moteur 20 pour maintenir fixement le moteur 2 dans son boîtier 20.

Le boîtier de moteur 20 comprend, à sa périphérie interne et entre deux protubérances 23 consécutives, une pluralité d’évidements 29 qui se présentent, pour certains, sous la forme de trous de guidage 24 des dispositifs de fixation 5 et, pour d’autres, sous la forme de canalisations de conduite de fluide réfrigérant 22. Il va de soi que les évidements peuvent remplir différentes fonctions qui ne sont pas limitées au guidage et à la conduite de fluide réfrigérant. Les évidements 29 sont, à titre d’exemple, formés par amincissement de l’épaisseur du boîtier de moteur 20, de préférence, par l’intérieur dudit boîtier de moteur 20.

En référence à la figure 2, le boîtier de moteur 20 comprend, à sa périphérie interne et entre deux protubérances 23 consécutives, une pluralité de trous de guidage 24 dans lesquels s’étendent un dispositif de fixation 5 comme représenté sur la figure 2. Dans cet exemple, chaque dispositif de fixation 5 s’étend intérieurement au boîtier de moteur 20 afin de ne pas former de partie saillante à l’extérieur du compresseur 7. Le compresseur 7 est ainsi compact. Dans cet exemple, un unique dispositif de fixation 5 s’étend entre deux protubérances consécutives 23 mais il va de soi qu’un plus grand nombre de tels dispositifs pourrait être utilisé entre deux protubérances consécutives 23. Le dispositif de fixation 5 s’inscrit ainsi en totalité dans l’épaisseur du boîtier de moteur 20 mesurée au droit d’une protubérance 23, c'est-à-dire, l’épaisseur radiale de la protubérance 23.

Comme représenté sur la figure 1, le boîtier de moteur 20 comprend un orifice d’admission de fluide réfrigérant 21 qui débouche entre le moteur électrique 2 et le boîtier d’onduleur 10 afin d’introduire du fluide réfrigérant F dans le boîtier de moteur 20. Cet orifice d’admission 21 prend la forme d’une tubulure qui s’étend radialement vers l’extérieur du boîtier de moteur 20 et d’un trou pratiqué dans la paroi du boîtier de moteur 20 au droit de la tubulure. Outre l’évidement 29 dans lequel s’étend le dispositif de fixation 5 (c'est-à-dire le trou de guidage 24), certains évidements 29 sont aptes à canaliser le fluide réfrigérant F entre la périphérie interne du boîtier de moteur 20 et la périphérie externe du stator 2A. Un tel évidement 29 est désigné par la suite canalisation de conduite de fluide réfrigérant 22. Cette canalisation 22 possède une section de passage suffisante pour permettre de refroidir le stator 2A par circulation du flux de fluide réfrigérant F sans engendrer de perte de charge. De manière avantageuse, les dispositifs de fixation 5 et le stator 2A du moteur 2 ne perturbent pas la circulation du fluide réfrigérant F ce qui garantit un écoulement du fluide optimal.

Du fait de la présence de protubérances radiales 23 extérieurement au stator 2A, un espace annulaire est avantageusement formé entre la périphérie du boîtier de moteur 20 et la périphérie du stator 2A afin de permettre la formation des évidements 29 permettant, d’une part, la fixation du compresseur 7 (trous de guidage 24) et, d’autre part, la circulation du fluide réfrigérant F (canalisations 22).

La seconde extrémité 20S du boîtier de moteur 20 se présente sous la forme d’une embase plane transversale 28 comme représenté sur la figure 6. L’embase 28 comprend, dans cet exemple, une pluralité de cavités longitudinales 25 pour le positionnement des dispositifs de fixation 5, une pluralité de lumières traversantes 27 agencées pour guider le flux de fluide réfrigérant circulant dans les canalisations 22 vers le boîtier de compression 30 et une pluralité de taraudages 26 formés longitudinalement dans l’embase 28 pour recevoir des dispositifs de solidarisation 6 du boîtier de compression 30 au boîtier de moteur 20.

En référence plus particulièrement à la figure 3, les cavités longitudinales 25 sont formées à la périphérie de l’embase 28 et un trou de guidage 24 (c'est-à-dire un évidement 29) est formé dans le prolongement chaque cavité longitudinale 25. De préférence, chaque dispositif de fixation 5 comprend un corps longitudinal 51 s’étendant dans le trou de guidage 24 et une tête 52 en butée avec le fond de la cavité longitudinale de positionnement 25. Le dispositif de fixation 5 se présente, dans cet exemple, sous la forme d’une vis de fixation dont le corps 51 est fileté afin de pouvoir s’étendre dans le trou de guidage 24 et est vissé dans une excroissance 11 du boîtier d’onduleur 10 comme cela sera présenté par la suite. Ainsi, chaque dispositif de fixation 5 s’étend dans un trou de guidage 24 du boîtier de moteur 20. Chaque cavité longitudinale 25 possède une section transversale de forme circulaire adaptée au diamètre de la tête 52 du dispositif de fixation 5 comme représenté sur la figure 3, la section transversale du trou de guidage 24 dans lequel s’étend le corps 51 étant plus faible que celle de la cavité longitudinale 25. La longueur axiale de la cavité longitudinale 25 permet avantageusement de limiter la longueur du corps 51 du dispositif de fixation 5. En effet, la longueur longitudinale du dispositif de fixation 5 est plus courte que la longueur longitudinale du boîtier de moteur 20 du fait de la présence des cavités longitudinales 25 qui s’étendent intérieurement au volume du boîtier de moteur 20 et permettent à la tête 52 du dispositif de fixation 5 d’être en butée avec une paroi située intérieurement au boîtier de moteur 20.

Comme présenté précédemment, au cours de sa fabrication, les dispositifs de fixation 5 subissent une étape de durcissement thermique qui engendre des tensions de surface résiduelles qui sont fonction de la longueur du dispositif de fixation. Plus le dispositif de fixation est court, plus sa fabrication est aisée.

Toujours en référence à la figure 3, le boîtier de compression 30 comprend une portion de surface plane 30P, s’étendant transversalement à l’axe du moteur X, qui vient en contact avec la surface plane de l’embase 28 afin de former une étanchéité vis-à-vis du fluide réfrigérant F circulant dans les boîtiers de moteur 20 et de compression 30. II n’est ainsi pas nécessaire de prévoir des joints d’étanchéité individuels pour chaque dispositif de fixation 5, la liaison du boîtier de compression 30 au boîtier de moteur 20 assurant l’étanchéité sans moyens additionnels.

Comme représenté sur la figure 6, la pluralité de lumières traversantes 27 de l’embase 28 permet avantageusement de guider le fluide réfrigérant F admis par l’orifice d’admission 21 vers le boîtier de compression 30. Au moins une des canalisation de conduite de fluide 22 (c'est-à-dire un évidement 29) du boîtier de moteur 20 est apte à canaliser le fluide réfrigérant F depuis l’orifice d’admission 21 vers une lumière traversante 27 de l’embase 28 pour former une canalisation interne au boîtier de moteur 20 dont la section de passage est suffisante pour limiter les pertes de charge. Dans cet exemple, les lumières traversantes 27 s’étendent longitudinalement et possèdent une section axiale se présentant sous la forme d’arcs de cercle formés sur l’embase 28 à une même distance radiale de l’axe X du moteur 2 (Figure 6). II va de soi que les lumières traversantes 27 pourraient se présenter sous diverses formes afin de calibrer de manière optimale la pression du fluide réfrigérant dans le boîtier de moteur 20.

Les taraudages 26 de l’embase 28 s’étendent longitudinalement pour recevoir des dispositifs de solidarisation 6 du boîtier de compression 30 au boîtier de moteur 20. Les dispositifs de solidarisation 6 s’étendent intérieurement au compresseur dans le boîtier de compression 30. De préférence, chaque dispositif de solidarisation 6 comprend un corps longitudinal 61 s’étendant au moins partiellement dans le taraudage 26 et une tête 62 en butée contre une face transversale du boîtier de compression 30. Le dispositif de solidarisation 6 se présente, dans cet exemple, sous la forme d’une vis de fixation dont le corps 61 est fileté afin de pouvoir être vissé dans le taraudage 26 de l’embase 28. Les taraudages 26 sont répartis sur l’embase 28 et sont, de préférence, intercalés avec les cavités de positionnement 25. De manière préférée, au moins un taraudage 26 est formé dans l’embase 28 entre deux cavités consécutives 25 de manière à répartir les dispositifs de fixation 5 et les dispositifs de solidarisation 6 sur l’embase 28.

Le compresseur 7 selon l’invention est modulaire. Les boîtiers d’onduleur 10 et de moteur 20 sont solidarisés au cours d’une première étape par les dispositifs de fixation 5. Puis, les boîtiers de moteur 20 et de compression 30 sont solidarisés au cours d’une deuxième étape par les dispositifs de solidarisation 6. Un tel montage est simple à mettre en œuvre et permet de bénéficier d’une architecture modulaire dans laquelle chaque module peut-être conçu, testé et validé de manière indépendante. En outre, cela permet avantageusement de ne recourir qu’à des dispositifs de fixation et de solidarisation de faible longueur qui présentent un coût faible et une meilleure durée de vie.

L’embase 28 du boîtier de moteur 20 remplit avantageusement une fonction d’interface de liaison en permettant, d’une part, d’introduire les dispositifs de fixation 5 et, d’autre part, de recevoir les dispositifs de solidarisation 6. L’embase 28 permet en outre la circulation du fluide réfrigérant F entre les boîtiers de moteur 20 et de compression 30.

Etant donné que la pression dans le boîtier de moteur 20 est plus faible que celle dans le boîtier de compression 30, les dispositifs de solidarisation 6 doivent assurer un maintien supérieur à celui assuré par les dispositifs de fixation 5. A cet effet, afin de limiter la masse globale du compresseur 7 ainsi que son encombrement, le diamètre des dispositifs de fixation 5 peut être inférieur au diamètre dispositifs de solidarisation 6 et le nombre de dispositifs de fixation 5 peut être inférieur au nombre de dispositifs de solidarisation 6.

Le boîtier d’onduleur 10 comprend une pluralité d’excroissances 11, de forme sensiblement tubulaire, en contact avec la périphérie interne du boîtier de moteur 20, s’étendant longitudinalement dans le boîtier de moteur 20, chaque excroissance 11 comportant un trou 12 de réception d’un dispositif de fixation 5. Dans cet exemple, les trous de réception 12 sont borgnes et taraudés afin de recevoir l’extrémité du corps fileté 51 des dispositifs de fixation 5.

Les excroissances 11 du boîtier d’onduleur 10 remplissent de manière avantageuse une double fonction. Premièrement, elles permettent de positionner précisément le boîtier onduleur 10 par rapport au boîtier de moteur 20 étant donné qu’elles sont en contact avec la périphérie interne du boîtier de moteur 20. Deuxièmement, elles permettent de fixer les deux boîtiers 10, 20 en limitant la longueur des dispositifs de fixation 5. En effet, à la manière des cavités de positionnement 25 qui s’étendent vers le centre du boîtier de moteur 20 depuis la seconde extrémité 20S, les protubérances 11 s’étendent vers le centre du boîtier de moteur 20 depuis la première extrémité 20P afin de limiter la longueur longitudinale des dispositifs de fixation 5. Plus le corps 51 est court et plus sa fabrication est aisée.

En outre, étant donné que les excroissances 11 s’étendant longitudinalement dans le boîtier de moteur 20, l’espace disponible pour les composants électroniques de l’onduleur 1 dans le boîtier d’onduleur 10 est important et permet le montage d’une carte de circuit imprimé pour l’onduleur 1 dont les dimensions sont sensiblement égales à celles de la section transversale du boîtier d’onduleur 10.

On a représenté sur la figure 7 un exemple de moteur selon l’invention.

Ce moteur synchrone pour compresseur électrique 100 comporte :

un stator à bobinage 101, associé au rotor 2B, le stator comportant des dents 102 sur lesquelles est bobiné le bobinage, ces dents étant susceptibles de vibrer lorsque le moteur 100 est en fonctionnement, un boîtier 104 dans lequel est logé le stator 101, moteur 100 dans lequel le boîtier 104 comportent des zones d’atténuation acoustique 105 agencées pour atténuer la transmission de vibrations de la dent 102 de stator vers le boîtier 104.

La pluralité de ces zones 105 comporte chacune une fente 106 disposée au moins partiellement au droit, suivant une direction radiale R, de la dent du stator.

La fente 106 est formée sur le boîtier 104.

Le boîtier 104 comporte autant de fentes 106 que de dents 102 sur le stator. Les fentes 106 sont toutes identiques et sont équi-angulairement réparties sur un pourtour P du boîtier.

Les fentes 106 sont séparées l’une de l’autres par des nervures 109 en appui sur le stator 101. Chaque fente 106 s’étend sur une étendue circonférentielle plus grande que celle de la dent associée.

Selon un aspect de l’invention, le boîtier est réalisé en aluminium.

L’invention est particulièrement bien adaptée pour un compresseur dans un véhicule électrique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Moteur synchrone (100), notamment pour compresseur électrique, notamment d’un système thermique, notamment de climatisation de véhicule automobile, ce moteur comportant :

un rotor, un stator à bobinage (101), associé au rotor, le stator comportant au moins une dent (102) sur laquelle est bobiné le bobinage, cette dent étant susceptible de vibrer lorsque le moteur est en fonctionnement, un boîtier (104) dans lequel est logé le stator, moteur dans lequel l’un au moins du stator et du boitier comportent une zone d’atténuation acoustique (105) agencée pour atténuer la transmission de vibrations de la dent de stator vers le boitier.
2. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel la zone d’atténuation acoustique (105), notamment une pluralité de ces zones, comporte une fente (106) disposée au moins partiellement au droit, suivant une direction radiale, de la dent du stator.
3. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel la fente (106) est formée sur le boitier.
4. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel le boitier comporte autant de fentes que de dents sur le stator.
5. Moteur selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel les fentes sont toutes identiques.
6. Moteur selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel les fentes sont équiangulairement réparties sur un pourtour du boitier.
7. Moteur selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel les fentes sont séparées l’une de l’autres par des nervures en appui sur le stator.
8. Moteur selon l’une des revendications 2à 7, dans lequel la fente (106) s’étend sur une étendue circonférentielle plus grande que celle de la dent associée.
9. Compresseur comportant un moteur électrique selon l’une des revendications précédentes, comprenant un mécanisme de compression.