WO2018073496A1 - Compresseur electrique avec circuit de refroidissement - Google Patents

Compresseur electrique avec circuit de refroidissement Download PDF

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Guillem Enjalbert
Rudy DUCHON
Mimoun ASKEUR
Anthony LUCY
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    • F04D29/5813—Cooling the control unit

Definitions

  • the present invention relates to the field of electric compressors, and more particularly to an electric supercharger for a motor vehicle with an integrated cooling circuit.
  • an electric compressor is a device used to supercharge a heat engine, operating with an electric motor driving a compressor wheel and having an electronic assembly.
  • the electric compressor is placed on the air intake line of an internal combustion engine, in addition for example a turbocharger.
  • the electric compressor plays the same role as the turbocharger, namely increase the intake pressure of the fresh gases in the engine, but is used in particular during transient phases to overcome turbocharger response time problems.
  • the present invention therefore aims to overcome one or more of the disadvantages of the prior art devices by providing an electric compressor whose arrangement of the cooling circuit is improved, thereby optimizing the cooling of the electronics and the congestion of the compressor.
  • the present invention provides an electric compressor comprising at least one compressor wheel driven by an electric motor controlled by an electronic assembly, the electronic assembly having a side facing the wheel and a rear face oriented opposite the wheel, along an axis of a compressor shaft, the compressor having a cooling circuit disposed at the rear face of the electronic assembly.
  • the cooling circuit is thus disposed closest to the electronic assembly
  • the cooling circuit is arranged around the electric motor.
  • the cooling circuit has a shape enabling it to be positioned at the rear face of the electronic assembly. According to one embodiment of the invention, the cooling circuit is in the form of a ring.
  • the cooling circuit is in the form of a ring whose section is rounded or rectangular.
  • the cooling circuit is an independent part of the motor housing.
  • the cooling circuit and the motor housing form a single piece.
  • the cooling circuit is traversed by a fluid which may be a gas or a liquid.
  • the electric motor is a permanent magnet motor.
  • the invention also relates to the use of the electric compressor according to the invention in an internal combustion engine or fuel cell.
  • the present invention relates to an electric compressor 1.
  • the term electric compressor 1 an air compressor, volumetric or not and for example centrifugal or radial, driven by an electric motor, for the purpose of supercharging a heat engine.
  • the electric motor is an asynchronous DC or AC motor, or any type of electric motor of the same type. More specifically, according to one embodiment of the invention, the electric motor is a variable reluctance motor (also called SRM machine for Switched Reluctance Motor according to English terminology).
  • the motor is a permanent magnet motor.
  • Figure 1 illustrates an example of an electric compressor 1.
  • the electric compressor 1 comprises at least one electric motor 5, and a compressor wheel 3.
  • the electric motor 5 is disposed in a housing 4 or envelope 4 engine.
  • the electric motor 5 comprises at least one rotor and a stator.
  • the electric motor 5 allows the rotation of a shaft 6 of the electric compressor via bearings 7.
  • the shaft 6 thus rotates the wheel 3 of the compressor 1. More precisely one end of the shaft 6 is rotated. by the electric motor, and another end of the shaft 6 rotates the wheel 3 of the compressor.
  • the compressor 1 comprises an electronic assembly 9 for controlling the electric compressor 1.
  • the term “electronic assembly 9” refers to the power and / or control electronics. More precisely, the electronic assembly is composed of the electronic control card 91, the power module 92, at least one filtering capacitor 93, of at least one inductor 94, visible in FIG. According to one embodiment of the invention, the electronic assembly 9 is composed of the electronic control card 91, the power module 92, at least two filtering capacitors 93, of at least two inductances 94.
  • At least a part of the electronic assembly is arranged parallel to the rear of the wheel 3, and perpendicular to the shaft 6.
  • the electronic control card 91 and / or the power module 92 is arranged parallel to the rear of the wheel 3.
  • At least a portion of the electronic assembly 9 is disposed perpendicularly to the rear of the wheel 3. More specifically, at least a portion of the electronic assembly is arranged parallel to the 7, along the electric motor. According to this embodiment of the invention, the electronic control card 91 and / or the power module 92 is arranged perpendicular to the wheel 3.
  • the electronic assembly 9 is disposed inside the motor housing 2.
  • the electronic assembly 9 is arranged around the electric motor, coaxially with respect to the shaft 6 of the compressor.
  • the electric compressor 1 also comprises a cooling circuit 10.
  • the electronic assembly comprises a side 902 oriented towards the wheel 3 and a rear face 901 facing away from the wheel 3, along the axis X of the shaft 6. More specifically, this rear face 901 is perpendicular to the X axis of the shaft 6 and is oriented away from the side 901 facing the wheel 3.
  • the cooling circuit 10 is disposed at the rear face 901 of the electronic assembly. According to one embodiment of the invention, the cooling circuit 10 is disposed on the rear face 901 of the electronic assembly 9. According to one embodiment of the invention, the rear face 901 is formed by a part of the housing. 4 engine.
  • the cooling circuit 10 is disposed above the electronic assembly 9.
  • Above the electronic assembly 9 is meant the part situated opposite the wheel 3 relative to the to the longitudinal axis X of the shaft 6. There is thus the wheel 3, then above the electronic assembly 9 and above the cooling circuit 10.
  • the cooling circuit 10 is disposed outside the motor housing 4.
  • the cooling circuit 10 is thus disposed as close as possible to the electronic assembly 9.
  • the cooling circuit 10 is arranged around the electric motor 5. According to one embodiment of the invention, the cooling circuit 10 is formed by a cooling housing 101 independent of the housing 4. engine.
  • This cooling circuit 10 has a shape allowing it to be positioned at the rear face of the electronic assembly 9, while allowing to optimize the dimensions of the electric compressor.
  • the cooling circuit 10 is in the form of a ring whose section is rounded or rectangular.
  • the section of the ring is constant or may vary.
  • the cooling circuit 10 is an independent part of the motor housing 4.
  • the cooling circuit 10 and the motor housing 4 form a single piece.
  • the cooling circuit 10 is traversed by a fluid which may be a gas or a liquid.
  • the dimensions are optimized so as to minimize the total dimensions of the electric compressor, and therefore its size.
  • Such a configuration optimizes the cooling of the electronic assembly and reduces the size of the compressor.
  • the compressor 1 conventionally comprises a volute 12 allowing the passage of air from the compressor 1.
  • the wheel 3 of the compressor is disposed in the volute 12.
  • the wheel of the compressor 1 is a paddle wheel.
  • a compressor according to the invention is used in a combustion engine, and for example an internal combustion engine or fuel cell.
  • the scope of the present invention is not limited to the details given above and allows embodiments in many other specific forms without departing from the scope of the invention. Therefore, the present embodiments should be considered by way of illustration, and may be modified without departing from the scope defined by the claims.

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Abstract

La présente invention concerne un compresseur électrique (1) comprenant au moins une roue (3) de compresseur entrainée par un moteur électrique (5) commandé par un ensemble électronique (9), l'ensemble électronique (9) comportant un coté (902) orientée vers la roue (3) et une face arrière (901) orientée à l'opposé de la roue (3), selon un axe (X) d'un arbre (6) de compresseur (1), caractérisé en ce que le compresseur (1) comporte un circuit (10) de refroidissement disposé au niveau de la face arrière (901) de l'ensemble électronique (9).

Description

COMPRESSEUR ELECTRIQUE AVEC CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT
La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile avec un circuit de refroidissement intégré.
Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur thermique, fonctionnant avec un moteur électrique entraînant une roue de compresseur et comportant un ensemble électronique.
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.
Dans de tels dispositifs, il est nécessaire de refroidir le moteur électronique mais également l'ensemble électronique.
Les compresseurs actuels ne permettent pas de refroidir de façon optimisée. Il existe donc un besoin d'améliorer ce refroidissement.
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 dont la disposition du circuit de refroidissement est améliorée, permettant ainsi d'optimiser le refroidissement de l'électronique et l'encombrement du compresseur.
Pour cela, la présente invention propose un compresseur électrique comprenant au moins une roue de compresseur entraînée par un moteur électrique commandé par un ensemble électronique, l'ensemble électronique comportant un coté orientée vers la roue et une face arrière orientée à l'opposé de la roue, selon un axe d'un arbre de compresseur, le compresseur comportant un circuit de refroidissement disposé au niveau de la face arrière de l'ensemble électronique. Le circuit de refroidissement est ainsi disposé au plus proche de l'ensemble électronique
Une telle disposition optimise le refroidissement de l'ensemble électronique et permet de diminuer l'encombrement du compresseur Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement est disposé autour du moteur électrique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement a une forme lui permettant d'être positionné au niveau de la face arrière de l'ensemble électronique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement est en forme d'anneau.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement est en forme d'anneau dont la section est arrondie ou rectangulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement est une pièce indépendante du logement moteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement et le logement moteur forme une même pièce.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement est parcouru par un fluide qui peut être un gaz ou un liquide. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimant permanent.
L'invention concerne également l'utilisation du compresseur électrique selon l'invention dans un moteur à combustion interne ou à pile à combustible.
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 à la figure annexée, donnée à titre d'exemple, qui est une représentation schématique en coupe montrant un compresseur électrique selon l'invention.
La présente invention concerne un compresseur électrique 1. Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique 1, 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 asynchrone à courant continue 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 reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance 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 électrique 5, et une roue 3 de compresseur. Le moteur électrique 5 est disposé dans un logement 4 ou enveloppe 4 moteur. Le moteur électrique 5 comporte au moins un rotor et un stator. Le moteur électrique 5 permet la mise en rotation d'un arbre 6 du compresseur électrique via des roulements 7. L'arbre 6 entraine 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 entraine en rotation la roue 3 du compresseur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur 1 comporte un ensemble électronique 9 permettant de commander le compresseur 1 électrique. Dans le cadre de l'invention, on entend par ensemble électronique 9, l'électronique de puissance et/ou de contrôle. Plus précisément l'ensemble électronique est composé de la carte de contrôle électronique 91, du module de puissance 92, d'au moins une capacité de filtrage 93, d'au moins une inductance 94, visibles sur la figure 1. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble électronique 9 est composé de la carte de contrôle électronique 91, du module de puissance 92, d'au moins deux capacités de filtrage 93, d'au moins deux inductances 94.
Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins une partie de l'ensemble électronique est disposée parallèlement à l'arrière de la roue 3, et perpendiculairement à l'arbre 6. Selon ce mode de réalisation de l'invention, la carte de contrôle électronique 91 et/ou le module de puissance 92 est disposée parallèlement à l'arrière de la roue 3.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, au moins une partie de l'ensemble électronique 9 est disposée perpendiculairement à l'arrière de la roue 3. Plus précisément, au moins une partie de l'ensemble électronique est disposée parallèlement à l'arbre 7, le long du moteur électrique. Selon ce mode de réalisation de l'invention, la carte de contrôle électronique 91 et/ou le module de puissance 92 est disposé perpendiculairement à la roue 3.
Selon un mode de réalisation, l'ensemble électronique 9 est disposé à l'intérieur du logement moteur 2.
Selon un mode de réalisation, de l'invention, l'ensemble électronique 9 est disposé autour du moteur électrique, co-axialement par rapport à l'arbre 6 du compresseur.
Dans le cadre de l'invention le compresseur électrique 1 comporte également un circuit 10 de refroidissement.
L'ensemble électronique comporte un coté 902 orientée vers la roue 3 et une face arrière 901 orientée à l'opposé de la roue 3, selon l'axe X de l'arbre 6. Plus précisément, cette face arrière 901 est perpendiculaire à l'axe X de l'arbre 6 et est orientée à l'opposé du coté 901 orienté vers la roue 3. Le circuit 10 de refroidissement est disposé au niveau de la face arrière 901 de l'ensemble électronique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 10 de refroidissement est disposé sur la face arrière 901 de l'ensemble électronique 9. Selon un mode de réalisation de l'invention, la face arrière 901 est formée par une partie du logement 4 moteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 10 de refroidissement est disposé au dessus de l'ensemble électronique 9. On entend par au dessus de l'ensemble électronique 9 la partie située à l'opposée de la roue 3 par rapport à l'axe X longitudinal de l'arbre 6. On a donc ainsi la roue 3, puis au dessus l'ensemble électronique 9 et au dessus le circuit 10 de refroidissement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 10 de refroidissement est disposé à l'extérieur du logement 4 moteur.
Le circuit 10 de refroidissement est ainsi disposé au plus proche de l'ensemble électronique 9.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement 10 est disposé autour du moteur électrique 5. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit de refroidissement 10 est formé par un logement 101 de refroidissement indépendant du logement 4 moteur.
Ce circuit 10 de refroidissement a une forme lui permettant d'être positionné au niveau de la face arrière de l'ensemble électronique 9, tout en permettant d'optimiser les dimensions du compresseur électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 10 de refroidissement est en forme d'anneau, dont la section est arrondie ou rectangulaire.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la section de l'anneau est constante ou peut varier.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 10 de refroidissement est une pièce indépendante du logement 4 moteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit 10 de refroidissement et le logement 4 moteur forme une même pièce. Le circuit 10 de refroidissement est parcouru par un fluide qui peut être un gaz ou un liquide.
Dans le cadre de l'invention, les dimensions sont optimisées de façon à réduire au maximum les dimensions totales du compresseur électrique, et par conséquent son encombrement.
Une telle configuration optimise le refroidissement de l'ensemble électronique et permet de diminuer l'encombrement du compresseur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur 1 comporte de manière classique une volute 12 permettant le passage de l'air du compresseur 1. La roue 3 du compresseur est disposée dans la volute 12.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la roue du compresseur 1 est une roue à aubes.
Un compresseur selon l'invention est utilisé dans un moteur à combustion, et par exemple un moteur à combustion interne ou à pile à combustible. 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

REVENDICATIONS
1. Compresseur électrique (1) comprenant au moins une roue (3) de compresseur entraînée par un moteur électrique (5) commandé par un ensemble électronique (9), l'ensemble électronique (9) comportant un coté (902) orientée vers la roue (3) et une face arrière (901) orientée à l'opposé de la roue (3), selon un axe (X) d'un arbre (6) de compresseur (1), caractérisé en ce que le compresseur (1) comporte un circuit (10) de refroidissement disposé au niveau de la face arrière (901) de l'ensemble électronique (9).
2. Compresseur électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel le circuit (10) de refroidissement est disposé autour du moteur électrique (5).
3. Compresseur électrique (1) selon une des revendications 1 à 2, dans lequel le circuit (10) de refroidissement a une forme lui permettant d'être positionné au niveau de la face (901) arrière de l'ensemble électronique.
4. Compresseur électrique (1) selon une des revendications 1 ou 3, dans lequel le circuit (10) de refroidissement est en forme d'anneau.
5. Compresseur électrique (1) selon une des revendications 1 ou 4, dans lequel le circuit (10) de refroidissement est en forme d'anneau dont la section est arrondie ou rectangulaire.
6. Compresseur électrique (1) selon une des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit (10) de refroidissement est une pièce indépendante du logement (4) moteur.
7. Compresseur électrique (1) selon une des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit (10) de refroidissement et le logement (4) moteur forme une même pièce.
8. Compresseur électrique (1) selon une des revendications 1 à 7, dans lequel le circuit (10) de refroidissement est parcouru par un fluide qui peut être un gaz ou un liquide.
9. Compresseur électrique (1) selon une des revendications 1 à 8, dans lequel le moteur électrique (5) est un moteur à aimant permanent.
10. Utilisation du compresseur électrique (1) selon une des revendications précédentes dans un moteur à combustion interne ou à pile à combustible.
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