FR2991009A1 - Boitier de compresseur electrique comprenant un dispositif de dissipation, et compresseur comportant un tel boitier - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un boîtier 1 d'un compresseur électrique pour circuit de fluide réfrigérant, comprenant une paroi 2 apte à délimiter un premier volume du compresseur dans lequel le fluide réfrigérant circule par rapport à un deuxième volume du compresseur dans lequel s'étend un dispositif de commande du moteur électrique, une première face de la paroi 2 tournée vers le deuxième volume étant configurée pour recevoir le dispositif de commande alors qu'une deuxième face 4 de la paroi 2 tournée vers le premier volume comprend un moyen de dissipation thermique 5, caractérisé par le fait que le moyen de dissipation thermique 5 prend la forme d'une pluralité d'éléments tubulaires 6 issus de la deuxième face 4.

Description

BOITIER DE COMPRESSEUR ELECTRIQUE COMPRENANT UN DISPOSITIF DE DISSIPATION, ET COMPRESSEUR COMPORTANT UN TEL BOITIER Le secteur technique de la présente invention est celui des boîtiers pour compresseur électrique constitutif d'un circuit de fluide réfrigérant équipant un véhicule automobile. Un 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 opérée 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 fait de la raréfaction des énergies fossiles qui sont à l'origine du carburant alimentant le moteur à combustion interne équipant les véhicules.

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. Le document FR2814783A1 divulgue un compresseur comprenant un moteur électrique contrôlé par un circuit de commande. Ce dernier est monté sur une surface extérieure d'une paroi d'un passage d'aspiration de fluide réfrigérant. Des ailettes de refroidissement sont formées sur la surface intérieure de la paroi, en vu de refroidir le dispositif de commande. Un premier inconvénient de cette solution connue réside dans l'efficacité limitée du transfert thermique entre la paroi et le fluide réfrigérant. Un autre inconvénient réside dans l'encombrement généré par les ailettes de refroidissement divulguées dans ce document. Celles-ci conduisent indubitablement à une augmentation d'une dimension du compresseur mesurée selon l'axe de rotation de celui-ci. Le but de la présente invention est donc de résoudre les inconvénients décrits ci-dessus principalement en organisant différemment la structure du dispositif de dissipation, ainsi que son intégration dans le boîtier, en particulier par rapport aux autres formes réalisées sur le boîtier. L'invention a donc pour objet un boîtier d'un compresseur électrique pour circuit de fluide réfrigérant, comprenant une paroi apte à délimiter un premier volume du compresseur dans lequel le fluide réfrigérant circule par rapport à un deuxième volume du compresseur dans lequel s'étend un dispositif de commande du moteur électrique, une première face de la paroi tournée vers le deuxième volume étant configurée pour recevoir le dispositif de commande alors qu'une deuxième face de la paroi tournée vers le premier volume comprend un moyen de dissipation thermique, caractérisé par le fait que le moyen de dissipation thermique prend la forme d'une pluralité d'éléments tubulaires issus de la deuxième face. La pluralité d'éléments tubulaires permet d'augmenter significativement la surface d'échange thermique en autorisant une circulation du fluide réfrigérant le long de la deuxième face et entre les éléments tubulaires, ces dernier agissant comme des perturbateurs de l'écoulement du fluide réfrigérant pour favoriser l'échange thermique entre la paroi du boîtier et le fluide réfrigérant. Selon une première caractéristique de l'invention, au moins un élément tubulaire est formé par un tube plein de section circulaire issu de matière avec la paroi. Avantageusement, tous les éléments tubulaires sont réalisés sur le même format, par exemple, celui exposé ci-dessus.

Selon une deuxième caractéristique de l'invention, au moins un élément tubulaire s'étend le long d'un axe perpendiculaire à un premier plan dans lequel s'inscrit la deuxième face de la paroi. Une telle organisation présente un intérêt en raison du fait que le fluide réfrigérant vient lécher la paroi en suivant une direction parallèle, ou sensiblement parallèle, au plan dans lequel s'étend la deuxième face. Les éléments tubulaires sont ainsi placés perpendiculairement au flux de fluide réfrigérant, de sorte à augmenter l'échange thermique et les turbulences.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier peut comprendre un bord périphérique formé par une première portion qui débouche de la deuxième face de la paroi et une deuxième portion qui débouche de la première face de la paroi, une longueur des éléments tubulaires mesurée selon l'axe perpendiculaire étant inférieure à une longueur de la première portion, mesurée selon ce même axe à partir de la deuxième face. On comprend ici que les éléments tubulaires ne dépassent pas de l'encombrement externe du boîtier. Selon encore une caractéristique de l'invention, le boîtier peut comprendre un palier apte à recevoir un roulement, le palier débouchant de la deuxième face de la paroi. Dans un tel cas, le palier est terminé par une extrémité qui s'inscrit dans un deuxième plan séparé du premier plan dans lequel s'inscrit la deuxième face. En fonction de la configuration du moteur du compresseur, en particulier de l'arbre du moteur, ce deuxième plan peut être à une distance du premier plan qui est inférieure à la longueur de la première portion du bord périphérique ; ou inversement, le deuxième plan peut être à une distance du premier plan qui est supérieure à la longueur de la première portion du bord périphérique.

Avantageusement, la longueur d'au moins un élément tubulaire est inférieure à la distance qui sépare le deuxième plan du premier plan, la longueur de l'élément tubulaire se mesurant entre le plan dans lequel s'inscrit la deuxième face et l'extrémité libre de l'élément tubulaire concerné. On notera que tous les éléments tubulaires constituant le moyen de dissipation peuvent respecter une telle règle.

Avantageusement encore, la pluralité d'éléments tubulaires est répartie sur la deuxième face autour du palier. Selon un exemple de réalisation, la paroi peut comprendre un orifice traversant apte à recevoir un connecteur électrique reliant le dispositif de commande au moteur électrique. Le boîtier peut comprendre un flanc ménagé à la périphérie de la paroi. Un tel flanc forme, par exemple, une extension radiale qui prend naissance sur le bord périphérique.

Dans une telle situation, le flanc peut comprendre un premier trou traversant agencé pour recevoir un connecteur électrique d'alimentation haute tension et un deuxième trou traversant agencé pour recevoir un connecteur électrique de signal.

L'invention vise également un compresseur pour circuit de fluide réfrigérant comprenant une unité formée par un mécanisme de compression accouplé à un moteur électrique, notamment tous deux intégrés dans le compresseur, ledit compresseur comprenant un boîtier incorporant l'une quelconque des caractéristiques présentées ci-dessus. Un tel compresseur, appelé compresseur électrique, peut comprendre un connecteur d'alimentation électrique haute tension installé dans un premier trou traversant un flanc du boîtier, et un connecteur électrique de signal installé dans un deuxième trou traversant ledit flanc. Le compresseur selon l'invention peut comprendre un orifice d'entrée du fluide réfrigérant agencé sur le compresseur de manière à ce que le fluide réfrigérant circule entre les éléments tubulaires, c'est-à-dire en léchant une surface externe de l'élément tubulaire qui s'étend le long de son axe. Dans un tel cas, le fluide réfrigérant est également en contact avec la deuxième face de la paroi du boîtier. Un tout premier avantage selon l'invention réside dans une augmentation significative de l'échange thermique réalisé entre le fluide réfrigérant et la paroi, notamment grâce au fait que celui-ci peut circuler entre une multiplicité d'éléments tubulaires solidaires de la paroi. Cette multiplicité d'éléments génère ainsi des turbulences dans le fluide réfrigérant qui empêchent un écoulement laminaire, au profit d'un écoulement turbulent du fluide réfrigérant. Un autre avantage réside dans une réduction de l'impact du dispositif de 15 dissipation selon l'invention sur l'encombrement axial du compresseur. L'amélioration de l'échange thermique permet de diminuer la taille du dispositif de dissipation, ce qui facilite son intégration sur le boîtier du compresseur. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront 20 plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un boîtier selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un compresseur électrique 25 intégrant un tel boîtier selon l'invention. Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention, le cas échéant. 30 La figure 1 illustre un boîtier 1 constitutif d'un compresseur à moteur électrique pour circuit de fluide réfrigérant. Le boîtier 1 selon l'invention est conçu pour délimiter un premier volume du compresseur électrique par rapport à un deuxième volume de ce même compresseur électrique. Le premier volume du compresseur est délimité par une enveloppe, notamment cylindrique, qui renferme un moteur électrique relié à un mécanisme de compression. Le deuxième volume du compresseur reçoit un dispositif de commande du moteur électrique installé dans le premier volume, un tel dispositif étant par exemple un onduleur. Le deuxième volume est notamment délimité par le boîtier 1 selon l'invention et par un couvercle qui vient coiffer le boîtier 1. La structure du compresseur sera plus largement détaillée en référence à la figure 2. Le boîtier 1 comprend une paroi 2 interposée entre le premier volume et le deuxième volume du compresseur. Cette paroi 2 est pourvue d'un bord 3 ménagé à la périphérie de la paroi 2. Ce bord périphérique 3 suit par exemple une forme circulaire et entoure la paroi 2. Cette paroi 2 est délimitée d'un côté par une première face qui est tournée vers le deuxième volume où est reçu le dispositif de commande du moteur électrique. La paroi 2 est également délimitée par une deuxième face 4 opposée à la première face par rapport à la matière constitutive de la paroi 2. Cette deuxième face 4 est tournée vers le premier volume du compresseur, c'est-à-dire le volume dans lequel circule le fluide réfrigérant comprimé par ce compresseur. La première face est configurée pour recevoir le dispositif de commande du moteur électrique en ce sens qu'elle comprend au moins une zone contre laquelle le dispositif de commande peut être appliqué, de manière à transférer les calories du dispositif de commande vers la paroi 2, par contact contre la première face de la paroi.

Selon l'invention, la deuxième face 4 est pourvue d'un moyen de dissipation thermique 5 dont la fonction est de transférer au fluide réfrigérant des calories générées par le dispositif de commande. Ce moyen de dissipation thermique 5 prend la forme d'une pluralité d'éléments tubulaires 6 issus de la deuxième face 4. Un tel élément tubulaire est une pièce issue de matière avec la paroi 2 et qui s'étend le long d'un axe. C'est donc selon une même étape de fabrication que la paroi 4 et les éléments tubulaires 6 sont réalisés. De manière avantageuse, l'axe dans lequel s'étend l'élément tubulaire 6 est orthogonal à un plan dans lequel s'inscrit la deuxième face 4, ci-après appelé premier plan.

La section d'un élément tubulaire 6, prise dans un plan parallèle au premier plan de la deuxième paroi 4, représente un pourcentage compris entre 0,05 et 0,5% de la surface totale de la deuxième face 4. Un tel pourcentage permet d'implanter un grand nombre d'éléments tubulaires 6 sur la deuxième face, ce qui permet de garantir une augmentation de surface d'échange tout en limitant la longueur des éléments tubulaires. Ainsi, on maintient un encombrement convenable du compresseur, selon sa direction axiale. De préférence, le pourcentage est de 0,14%. Selon un exemple de réalisation, un élément tubulaire 6 est formé par un tube plein de section circulaire et issu de matière avec la paroi. Bien entendu, l'invention couvre le cas où le tube est creux en son centre, ainsi que toute autre forme de section de ce tube, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire ou ovoïde.

La paroi 2, et plus particulièrement la deuxième face 4, s'étend dans le premier plan, celui-ci étant sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal du compresseur, passant par exemple par son arbre d'entraînement situé entre le moteur électrique et le mécanisme de compression. Le bord périphérique 3 est circulaire, mais il s'étend de manière perpendiculaire au premier plan. Il dépasse ainsi du premier plan, de part et d'autre de la paroi 2, ce qui permet de former une première cavité délimitée par la première face et une première portion 7 du bord périphérique 3, ainsi qu'une deuxième cavité délimitée par la deuxième face 4 et une deuxième portion 8 du bord périphérique 3. La pluralité d'éléments tubulaires 6 est, par exemple, intégralement contenue dans cette deuxième cavité. Les éléments tubulaires 6 sont répartis sur la deuxième face 4 de manière à former une multiplicité de rangées, par exemple orthogonales les unes par rapport aux autres. Un élément tubulaire 6 est notamment définit par sa longueur, ou extension la deuxième cavité. Cette longueur se mesure entre le premier plan dans lequel s'inscrit la deuxième face 4 et l'extrémité libre de l'élément tubulaire 6. De manière préférentielle, la longueur des éléments tubulaires 6 est inférieure à la longueur de la deuxième portion 8 du bord périphérique 3, mesurée entre le premier plan et une arête 9 terminant cette deuxième portion 8 selon une direction perpendiculaire au premier plan.

Sur la paroi 2 est ménagé un palier 10 apte à recevoir un roulement. Un tel palier 10 est formé par une portion de tube circulaire issue de matière avec la paroi 2. Ce palier 10 est installé au centre du boîtier 1 et il est agencé pour loger un roulement qui maintient une extrémité de l'arbre d'entraînement reliant le moteur électrique au mécanisme de compression du compresseur électrique. Une face externe 11 du palier 10 joint la deuxième face 4 par un congé périphérique 12. A l'opposé de ce congé, le palier 10 est terminé par une extrémité 13 qui s'inscrit dans un deuxième plan notamment distinct du premier plan. De manière avantageuse, l'intégralité du palier 10 est contenue dans la deuxième cavité. En d'autres termes, le deuxième plan est à une distance du premier plan inférieure à la distance qui sépare le premier plan de l'arête 9 bordant la deuxième portion 8 du bord périphérique 3. Cependant, le deuxième plan pourrait être à une distance du premier plan supérieure à la distance qui sépare le premier plan de l'arête 9 bordant la deuxième portion 8 du bord périphérique 3. La position du deuxième plan par rapport à la deuxième portion 8 du bord périphérique 3 est fonction de la configuration de l'arbre d'entraînement.

Selon un exemple de réalisation, les éléments tubulaires 6 sont d'une longueur inférieure à la distance qui sépare l'extrémité 13 du palier 10 par rapport au premier plan dans lequel s'inscrit la deuxième face 4.

Les éléments tubulaires 6 sont répartis sur la deuxième face 4, autour du palier 10, préférentiellement autour du congé 12. Le boîtier 1 peut également comprendre des plots de vissage 14 qui, dans cet exemple de réalisation, se comptent au nombre de cinq. Ceux-ci sont en contact avec la deuxième portion 8 du bord périphérique 3 et sont répartis selon des secteurs angulaires identiques. Ces plots de vissage 14 s'étendent selon une direction perpendiculaire au premier plan dans lequel s'inscrit la deuxième face 4, et dépassent de l'arête 9, c'est-à-dire au-delà de la deuxième portion 8 du bord périphérique 3. Au milieu du moyen de dissipation thermique 5, il est ménagé des plots de fixation 15 dont la fonction est de recevoir des moyens de fixation du dispositif de commande contre la première face. Ces plots de fixations 15 s'étendent dans la deuxième cavité, selon une direction perpendiculaire au premier plan. La longueur de ces plots de fixation 15 est supérieure à la longueur des éléments tubulaires 6, mais inférieure à la distance qui sépare l'arête 9 du premier plan dans lequel s'étend la deuxième face 4. Cependant, les plots de fixation 15 pourraient avoir toute autre configuration. En effet, la longueur des plots de fixation 15 dépend des moyens de fixation utilisés sur la première face et de l'épaisseur de la paroi 2. Au travers de la paroi 2, il est ménagé un orifice 16, par exemple de section circulaire, qui traverse de part en part la paroi 2. Cet orifice 16 est agencé pour recevoir un connecteur électrique qui relie électriquement le dispositif de commande au moteur électrique du compresseur. Cet orifice 16 est bordé par une gorge 17 ménagée au niveau de la deuxième face 4, en vu de recevoir un dispositif d'étanchéité entre le connecteur électrique et la paroi 2. Deux trous traversant sont également ménagés immédiatement autour de l'orifice 16, de manière à pouvoir y installer une vis de fixation du connecteur électrique sur la paroi 2.

Le boîtier 1 peut encore comprendre un flanc 18 ménagé à la périphérie externe de la paroi 2. Un tel flanc 18 prend naissance sur le bord périphérique 3 et s'étend radialement et vers l'extérieur du boîtier 1. La première cavité qui reçoit le dispositif de commande du moteur électrique peut avantageusement être bordée par ce flanc 18, une partie de ce dispositif de commande s'étendant dans une portion de la première cavité entourée par le flanc 18. Pour alimenter électriquement le compresseur, le boîtier 1 peut comprendre un premier trou 19 qui traverse la paroi constitutive du flanc 18. Ce trou présente une section, par exemple, circulaire, et il est destiné à recevoir un connecteur électrique d'alimentation haute tension. Le flanc 18 peut encore être pourvu d'un deuxième trou 20 traversant, dont la section est notamment carré ou rectangulaire. Ce deuxième trou 20 est configuré pour recevoir un connecteur électrique de signal, spécialement dédié à la fourniture d'information de contrôle, de pilotage et/ou de diagnostic du compresseur. Le matériau employé pour la fabrication du boîtier 1 détaillé ci-dessus, qui comprend la paroi 2 pourvue de sa pluralité d'éléments tubulaires 6, peut par exemple être un alliage d'aluminium ou de magnésium. La fabrication de ce boîtier est avantageusement réalisée au moins par une opération de fonderie. La figure 2 illustre le boîtier 1 selon l'invention installé sur un compresseur à moteur électrique intégré 21. Ce compresseur comprend un premier boîtier 22 qui loge un mécanisme de compression, celui-ci pouvant avantageusement être du type à pistons, à palettes ou à spirales orbitantes. Entre le premier boîtier 22 et le boîtier 1 selon l'invention, on trouve un boîtier central 23 qui entoure un moteur électrique, le moteur électrique et le mécanisme de compression formant ainsi une unité du compresseur électrique 21. Une telle unité est ainsi installée à l'intérieur du premier boîtier 22 et du boîtier central 23. A une périphérie externe du premier boîtier 22, on trouve un dispositif de fixation 31 du compresseur électrique 21 sur le véhicule. Le boîtier central 23 comprend également deux dispositifs de fixation 31 ménagés sur une face externe de ce boîtier central 23. A l'extrémité opposée au premier boîtier 22 par rapport au boîtier central 23, le boîtier 1 selon l'invention est rendu solidaire d'une extrémité 30 du boîtier central 23. La première cavité délimitée par la première portion 7 du bord périphérique 3 et par le flanc 18 est fermée par un couvercle 24 rendu solidaire du boîtier 1 par une multiplicité de moyen de solidarisation. Le premier boîtier 22, le boîtier central 23 et le boîtier 1 sont ainsi alignés sur une direction longitudinale 27 du compresseur électrique 21. Le compresseur électrique 21 comprend le connecteur d'alimentation électrique haute tension, ici référencé 25, installé dans le premier trou traversant le flanc 18 du boîtier 1. Bien qu'invisible sur cette figure, il en va de même pour le connecteur électrique de signal installé dans le deuxième trou traversant ledit flanc. Le premier boîtier 22 comprend également un orifice de sortie 28 par lequel le fluide réfrigérant sort du compresseur électrique 21, après avoir été comprimé par le mécanisme de compression. Un orifice d'entrée 29 du fluide réfrigérant est ménagé sur le boîtier central 23, de manière adjacente, éventuellement immédiatement adjacente, à l'extrémité 30 du boîtier centrale. Cet orifice d'entrée 29 s'étend selon une direction perpendiculaire à la direction longitudinale 27 du compresseur électrique 21. Un tel positionnement de l'orifice d'entrée 29 garantit que les éléments tubulaires formant le moyen de dissipation thermique seront léchés à leurs extrémités et le

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Boîtier (1) d'un compresseur (21) électrique pour circuit de fluide réfrigérant, comprenant une paroi (2) apte à délimiter un premier volume du compresseur dans lequel le fluide réfrigérant circule par rapport à un deuxième volume du compresseur dans lequel s'étend un dispositif de commande du moteur électrique, une première face de la paroi (2) tournée vers le deuxième volume étant configurée pour recevoir le dispositif de commande alors qu'une deuxième face (4) de la paroi (2) tournée vers le premier volume comprend un moyen de dissipation thermique (5), caractérisé par le fait que le moyen de dissipation thermique (5) prend la forme d'une pluralité d'éléments tubulaires (6) issus de la deuxième face (4).
2. 2. Boîtier selon la revendication 1, dans lequel au moins un élément tubulaire (6) est formé par un tube plein de section circulaire issu de matière avec la paroi (2).
3. 3. Boîtier selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel au moins un élément tubulaire (6) s'étend le long d'un axe perpendiculaire à un premier plan dans lequel s'inscrit la deuxième face (4).
4. 4. Boîtier selon la revendication 3, comprenant un bord périphérique (3) formé par une première portion (8) qui débouche de la deuxième face (4) de la paroi et une deuxième portion (7) qui débouche de la première face de la paroi, une longueur des éléments tubulaires (6) mesurée selon l'axe perpendiculaire étant inférieure à une longueur de la première portion (8), mesurée selon ce même axe.
5. 5. Boîtier selon la revendication 4, dans lequel un palier (10) apte à recevoir un roulement, débouche de la deuxième face (4) de la paroi.
6. 6. Boîtier selon la revendication 5, dans lequel le palier (10) est terminé parune extrémité (13) qui s'inscrit dans un deuxième plan séparé du premier plan dans lequel s'inscrit la deuxième face (4) d'une distance inférieure à la longueur de la première portion (8) du bord périphérique (3).
7. 7. Boîtier selon la revendication 6, dans lequel la longueur d'au moins un élément tubulaire (6) est inférieure à la distance qui sépare le deuxième plan du premier plan.
8. 8. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel la pluralité d'éléments tubulaires (6) est répartie sur la deuxième face (4) autour du palier (10).
9. 9. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel la paroi (2) comprend un orifice (16) traversant apte à recevoir un connecteur électrique reliant le dispositif de commande au moteur électrique.
10. 10. Boîtier selon l'une quelconques des revendications précédentes, comprenant un flanc (18) ménagé à la périphérie de la paroi (2).
11. 11. Boîtier selon la revendication 10, dans lequel le flanc (18) comprend un premier trou (19) traversant agencé pour recevoir un connecteur électrique d'alimentation haute tension et un deuxième trou (20) traversant agencé pour recevoir un connecteur électrique de signal.
12. 12. Compresseur (21) pour circuit de fluide réfrigérant comprenant une unité formée par un mécanisme de compression accouplé à un moteur électrique, ledit compresseur comprenant un boîtier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
13. 13. Compresseur selon la revendication 12, comprenant un connecteur d'alimentation électrique haute tension (25) installé dans un premier trou (19) traversant un flanc (18) du boîtier (1), et un connecteur électrique de signalinstallé dans un deuxième trou (20) traversant ledit flanc (18).
14. 14. Compresseur selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, comprenant un orifice d'entrée (29) du fluide réfrigérant agencé sur le compresseur (21) de manière à ce que le fluide réfrigérant circule entre les éléments tubulaires (6).