Brevet FR2794815A1 — publié le 20001215

COMPRESSEUR DU TYPE A SPIRALES La présente invention concerne un compresseur du type à spirales. Un compresseur à spirales comprend un premier élément en spirale et un second élément en spirale à l'intérieur d'un boîtier, le premier élément en spirale étant monté fixe, tandis que le second élément en spirale est monté en orbite de manière à effectuer un mouvement orbital non rotatif par rapport au premier élément en spirale. La rotation du second élément en spirale est empêchée par un mécanisme anti-rotation prévu dans le compresseur. Le premier élément en spirale présente une première plaque d'extrémité et un premier élément hélicoïdal qui s'étend axialement depuis ladite première plaque d'extrémité. Le second élément en spirale comporte une seconde plaque d'extrémité et un second élément hélicoïdal qui s'étend axialement depuis ladite seconde plaque. Le premier élément hélicoïdal et le second élément hélicoïdal s'ajustent mutuellement selon un décalage angulaire et radial afin de créer une pluralité de contacts linéaires qui définissent au moins une paire de poches à fluide étanches. Ces poches à fluide se déplacent radialement vers l'intérieur en raison du mouvement orbital non rotatif du second élément en spirale, et diminuent de volume, comprimant ainsi le fluide. Un mécanisme d'accouplement à billes peut être utilisé pour empêcher la rotation du second élément en spirale. Dans un mécanisme habituel anti-rotation à billes, un anneau pour régler les billes et des plaques de poussée destinées à recevoir les billes sont fabriqués séparément. Dans un tel mécanisme, on utilise généralement une cale pour régler un espace axial entre les premier et second éléments en spirale. En choisissant une épaisseur adaptée de la cale, on peut assembler le compresseur, de telle sorte qu'une précontrainte ne soit pas générée dans le mécanisme anti-rotation et entre les premier et second éléments en spirale dans une plage qui n'affecte pas la performance du compresseur. On a proposé un compresseur à spirales, qui utilise un mécanisme anti-rotation, dans lequel l'anneau pour régler les billes et les plaques de poussée destinées à recevoir les billes sont fabriqués chacun en une seule pièce. Un accouplement à billes de ce type comporte une paire de plaques de réglage, chacune étant formée en une pièce sous forme de plaque annulaire, et une pluralité de billes intercalées entre les plaques de réglage. Cet accouplement à billes est disposé entre le second élément en spirale et une partie fixe du compresseur, par exemple un boîtier avant tourné vers le second élément en spirale, de telle sorte que les deux plaques de réglage soient tournées axialement l'une vers l'autre. Chaque plaque de réglage présente une pluralité de gorges disposées dans la direction circonférentielle autour de la plaque et qui ont chacune une forme de gorge annulaire. Chaque bille est disposée entre les gorges des plaques respectives, et roule le long des gorges pendant que le compresseur fonctionne pour permettre le mouvement orbital non rotatif du second élément en spirale. Un accouplement à billes de ce type possède un nombre réduit de pièces. Toutefois, la plaque de réglage de ce type présente généralement un problème qui est qu'une déformation, par exemple une distorsion ou une torsion, est facilement générée. Par exemple, une torsion d'une seule plaque de réglage ou une distorsion se produisant lors de l'assemblage de l'accouplement à billes, peut être générée. I1 est alors difficile de régler correctement l'espace axial entre les premier et second éléments en spirale pour atteindre une performance souhaitée du compresseur. En outre, puisqu'il est difficile de placer les billes dans des positions correctes dans les gorges respectives, le comportement des billes est instable. Un comportement instable des billes peut induire une fragmentation de la plaque ou une génération de bruit. Un objet de la présente invention est de proposer une structure améliorée pour un compresseur à spirales, qui permet de régler correctement l'espace axial entre les premier et second éléments en spirale, en utilisant un mécanisme anti-rotation à billes pour le second élément en spirale dans lequel un anneau pour régler les billes et des pistes de poussée pour recevoir les billes sont fabriqués d'un seul tenant. Un autre objet de la présente invention est de proposer une structure améliorée pour un compresseur à spirales qui peut stabiliser le comportement des billes de l'accouplement à billes lorsque le compresseur fonctionne. Selon l'invention, pour réaliser les objets ci-dessus ainsi que d'autres, on propose un compresseur à spirales comprenant un premier élément en spirale disposé à l'intérieur d'un boîtier et ayant une première plaque d'extrémité à partir de laquelle un premier élément hélicoïdal s'étend axialement à l'intérieur du boîtier, et un second élément en spirale disposé pour effectuer un mouvement orbital non rotatif par rapport au premier élément en spirale à l'intérieur du boîtier et ayant une seconde plaque d'extrémité à partir de laquelle un second élément hélicoïdal s'étend axialement à l'intérieur du boîtier. Les premier et second éléments hélicoïdaux s'ajustent mutuellement selon un décalage angulaire et radial afin de créer une pluralité de contacts linéaires qui définissent au moins une paire de poches à fluide étanches servant à comprimer le compresseur. Le compresseur à spirales comprend un accouplement à billes prévu sous forme de mécanisme anti-rotation pour le second élément en spirale. L'accouplement à billes comporte une paire de plaques de réglage formées chacune en une pièce et une pluralité de billes disposées entre elles. L'accouplement à billes est assemblé dans le compresseur du type à spirales dans un état où une précontrainte axiale soit prévue. La précontrainte axiale représente plus qu'une force axiale générée par les billes sur les plaques de réglage lorsque le compresseur fonctionne, afin de corriger une déformation des plaques de réglage. La précontrainte axiale peut rester dans l'accouplement à billes sous forme de source de pression résiduelle, même après que les billes ont corrigé la déformation des plaques de réglage lorsque le compresseur fonctionne. Les plaques de réglage peuvent avoir des gorges annulaires afin de recevoir les billes sur des surfaces respectives tournées l'une vers l'autre. L'accouplement à billes est disposé entre le second élément en spirale et une partie fixe du compresseur, par exemple une partie d'un boîtier avant, dans une direction axiale du compresseur du type à spirales. Le compresseur est incorporé dans un circuit de refroidissement. La pression résiduelle est déterminée par la durée de vie du compresseur, par le coefficient de performance d'un cycle de refroidissement du circuit de refroidissement et par le rendement volumétrique du compresseur. Dans le compresseur selon la présente invention, puisqu'une précontrainte axiale souhaitée est conférée à l'accouplement à billes, l'espace axial entre les premier et second éléments à spirales peut être facilement et correctement ajusté, pour obtenir une performance souhaitée du compresseur. En outre, puisque les billes corrigent la déformation des plaques de réglage lorsque le compresseur fonctionne et puisque la précontrainte axiale résiduelle subsiste même après correction de la déformation, le comportement des billes est stabilisé, ce qui empêche la fragmentation des plaques ou la génération de bruit. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré de la présente invention en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe transversale verticale d'un compresseur à spirales selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue partielle en perspective à plus grande échelle d'un accouplement à billes utilisé dans le compresseur de la figure 1 ; et la figure 3 est un graphique illustrant la plage de la précontrainte axiale de l'accouplement à billes devant être déterminée dans le compresseur illustré sur la figure 1. Sur la figure 1, un compresseur à spirales selon la présente invention est illustré. Ce compresseur est conçu pour être utilisé dans un dispositif de climatisation pour véhicules. Le compresseur comprend un premier élément en spirale 1, un second élément en spirale 2 ajusté mutuellement avec le premier élément en spirale 1, un boîtier 3 en forme de coupe renfermant les deux éléments en spirale, et un boîtier avant 4 fermant l'extrémité avant du boîtier 3. Le premier élément en spirale 1 comprend une première plaque d'extrémité lb de forme circulaire et un premier élément hélicoïdal la formé le long d'une courbe à développante. Le premier élément hélicoïdal la se trouve sur une face de la première plaque d'extrémité lb, de telle sorte qu'il s'étende axialement à l'intérieur du boîtier 3. Le second élément en spirale 2 comprend une seconde plaque d'extrémité 2b de forme circulaire et un second élément hélicoïdal 2a formé le long de la même courbe à développante que celle du premier élément hélicoïdal la. Le second élément hélicoïdal 2a se trouve sur une face de la seconde plaque d'extrémité 2b, de telle sorte qu'il s'étende axialement à l'intérieur du boîtier 3. Les second élément en spirale 2 est disposé de manière à effectuer un mouvement orbital non rotatif par rapport au premier élément en spirale 1 à l'intérieur du boîtier 3. Les deux éléments hélicoïdaux la et 2a sont ajustés mutuellement selon un décalage angulaire et radial afin de réaliser une pluralité de contacts linéaires, qui définissent au moins une paire de poches à fluide étanches 5 entre le premier élément hélicoïdal la et le second élément hélicoïdal 2a. Un mécanisme anti-rotation 9 est prévu entre la surface extérieure de la seconde plaque d'extrémité 2b du second élément en spirale 2 et la surface intérieure du boîtier avant 4. Ce mécanisme empêche la rotation du second élément en spirale 2 par rapport au premier élément en spirale 1, lorsqu'il se déplace en mouvement orbital selon un rayon orbital prédéterminé autour de l'axe central du premier élément en spirale 1. Le mécanisme anti-rotation 9 sera décrit plus en détail dans ce qui suit. La première plaque d'extrémité lb du premier élément à spirale 1 est fixée sur le boîtier 3. Une chambre d'évacuation 7 est formée entre la première plaque d'extrémité lb et la surface intérieure du boîtier 3. Un orifice d'évacuation 8 est formé sur la première plaque d'extrémité 1 b au niveau de sa partie centrale. Du fluide est aspiré depuis une chambre d'aspiration 6 dans les poches à fluide 5, comprimé dans celles-ci à la suite du mouvement des poches dans une direction radiale vers l'intérieur, et le fluide comprimé est ensuite évacué dans la chambre d'évacuation 7 par l'orifice d'évacuation 8. Une partie saillante annulaire 2c est prévue sur la face de la seconde plaque d'extrémité 2b opposée à celle qui porte le second élément hélicoïdal 2a. Une douille excentrique 11 est disposée dans la partie saillante 2c par l'intermédiaire d'un palier d'entraînement 12. Un arbre d'entraînement 13, ayant une partie de grand diamètre 13a, est disposé dans une position centrale du boîtier 3. L'arbre d'entraînement 13 est supporté de manière à pouvoir tourner par un entraînement par arbre 14, et sa partie de grand diamètre 13a est supportée de manière rotative par un palier principal 15. La partie de grand diamètre 13a de l'arbre d'entraînement 13 comporte une broche excentrique 16 qui vient en prise avec la douille excentrique 11. Un dispositif de compensation 17 est prévu sur la douille excentrique 11 dans une position opposée à la position de la broche excentrique 16 afin de compenser le moment lorsque le second élément en spirale 2 fonctionne. Un rotor 21 est supporté de manière à pouvoir tourner sur la surface extérieure d'une partie cylindrique 4a du boîtier avant 4 par l'intermédiaire d'un palier radial 19. Le rotor 21 est entraîné, par exemple, par le moteur d'un véhicule. Le rotor 21 est raccordé à l'arbre d'entraînement 13 par l'intermédiaire d'un embrayage électromagnétique 22. Lorsque l'embrayage électromagnétique 22 est activé, l'arbre 13 tourne conjointement avec le rotor 21. Lorsque l'embrayage électromagnétique 22 est désactivé, l'arbre 13 est séparé du rotor 21. Lorsque l'arbre 13 tourne, le second élément à spirale 2 est entraîné dans un mouvement orbital par la coopération de la broche excentrique 16 et de la douille excentrique 11. La rotation du second élément en spirale 2 est empêchée par le mécanisme anti-rotation 9. Par conséquent, les poches à fluide 5 se déplacent radialement vers l'intérieur et compriment le fluide qu'elles contiennent, et le fluide comprimé est évacué dans la chambre d'évacuation 7 par l'orifice d'évacuation 8. Le fluide comprimé dans la chambre d'évacuation 7 est envoyé dans un circuit de refroidissement, et le fluide mis en circulation dans le circuit de refroidissement est ensuite renvoyé vers la chambre d'aspiration 6. On décrira à présent plus en détail le mécanisme anti-rotation 9 en faisant référence également à la figure 2. Le mécanisme anti-rotation 9 est généralement appelé "accouplement à billes". L'accouplement à bille 9 comprend une paire de plaques de réglage 91 et 92, et une pluralité de billes métalliques 93 intercalées entre les plaques de réglage. Chacune des plaques de réglage est fabriquée à partir d'un matériau présentant une haute élasticité et est formée en une pièce. La plaque de réglage 91 est fixée au second élément en spirale 2 et la plaque de réglage 92 est fixée au boîtier avant 4. Plusieurs gorges 91a et 92a sont prévues sur les faces respectives des plaques de réglage 91 et 92, qui sont tournées l'une vers l'autre. Les gorges 91a et 92a sont disposées dans les directions circonférentielles autour des plaques respectives 91 et 92. Chacune des gorges 9 1a et 92a est de forme annulaire. Chaque bille 93 est intercalée entre les gorges correspondantes 91a et 92a formées sensiblement dans la même position circonférentielle. Chaque bille 93 roule le long des gorges 91a et 92a lorsque le compresseur fonctionne. Un mécanisme anti-rotation de ce type conçu sous forme d'un accouplement à billes 9 présente l'avantage de ne nécessiter qu'un nombre de pièces réduit. Par contre, il pose le problème qui est que le comportement des billes 93 peut ne pas être stable, et qu'une distorsion ou une torsion des plaques de réglage 91 et 92 peut se produire du point de vue de la structure et de la fabrication, comme cela est décrit ci-dessus. Selon la présente invention, ces problèmes sont facilement résolus, car lorsque le compresseur est assemblé, une précontrainte axiale spécifique est générée sur l'accouplement à billes 9. Cette précontrainte axiale peut être facilement réglée en déterminant l'épaisseur d'une cale 31, qui est intercalée entre le boîtier 3 et le boîtier avant 4. Lorsque l'épaisseur de la cale 31 est accrue, la précontrainte axiale diminue. Lorsque l'épaisseur de la cale 31 diminue, la précontrainte axiale augmente. Le réglage de la précontrainte axiale sur l'accouplement à billes 9 va être expliqué, en faisant référence à la figure 3, dans le cas d'un compresseur à spirales qui est incorporé dans un cycle de refroidissement. La précontrainte axiale est inversement proportionnelle à l'épaisseur de la cale 31 et directement proportionnelle à un couple d'arbre statique. Par conséquent, la précontrainte axiale est déterminée en mesurant le couple d'arbre statique. En outre, la durée de vie du compresseur à spirales, le coefficient de performance (CDP) d'un cycle de refroidissement du circuit de refroidissement, et le rendement volumétrique du compresseur ont des relations respectives avec de précontrainte axiale, comme le montre la figure 3. Par conséquent, une plage souhaitée pour la précontrainte axiale à adopter est déterminée conformément à ces relations. En outre, la plage souhaitée pour la précontrainte axiale est déterminée expérimentalement afin de satisfaire à la fois à la performance et à la fiabilité du compresseur. La plage qui doit être retenue et déterminée par l'expérience, est commandée par un couple de rotation lorsque l'arbre tourne au moment de l'assemblage du compresseur, à savoir le couple d'arbre statique. La précontrainte axiale est déterminée de telle sorte qu'une pression axiale résiduelle puisse rester dans la plage représentée sur la figure 3, même après que les billes 93 ont roulé le long des gorges 91a et 92a, corrigeant ainsi la déformation des plaques de réglage 91 et 92. En particulier, le compresseur est assemblé dans un état où une précontrainte axiale, qui est supérieure à une force axiale générée pour corriger la déformation des plaques de réglage à billes 91 et 92 lorsque le compresseur fonctionne, est générée sur l'accouplement à billes 9, et où il subsiste, après la correction, une pression axiale résiduelle dans la plage, qui est déterminée conformément à la durée de vie du compresseur, au coefficient de performance (CDP) d'un cycle de refroidissement du circuit de refroidissement et au rendement volumétrique du compresseur. Dans la présente invention, puisqu'une précontrainte axiale adéquate reste dans l'accouplement à billes 9, la relation de position axiale entre le premier élément à spirales 1 et le second élément à spirales 2 (à savoir la position axiale du second élément hélicoïdal 2a par rapport au premier élément hélicoïdal la) est déterminée avec précision, et l'espace axial entre les deux est correctement réglé. En outre, puisque les formes des plaques de réglage 91 et 92 sont corrigées de manière adaptée et qu'une précontrainte adéquate reste entre celles- ci, les billes 93 sont correctement mises en place dans les gorges 91a et 92a, et leur comportement est stable. Bien qu'un seul mode de réalisation de la présente invention ait été décrit en détail, la portée de l'invention ne s'y limite pas. L'homme du métier notera que diverses modifications peuvent être apportées sans s'éloigner du cadre de l'invention. Par conséquent, le mode de réalisation décrit dans le présent document n'est qu'un exemple de réalisation. REVENDICATIONS 1. Compresseur à spirales comprenant un premier élément en spirale (1) disposé à l'intérieur d'un boîtier (3) et ayant une première plaque d'extrémité (1b) à partir de laquelle s'étend axialement un premier élément hélicoïdal (la) à l'intérieur dudit boîtier (3) ; un second élément en spirale (2) disposé de manière à effectuer un mouvement orbital non rotatif par rapport audit premier élément en spirale (1) à l'intérieur dudit boîtier (3) et ayant une seconde plaque d'extrémité (2b) à partir de laquelle s'étend axialement un second élément hélicoïdal à l'intérieur dudit boîtier (3), lesdits premier et second éléments hélicoïdaux s'ajustant mutuellement selon un décalage angulaire et radial pour créer une pluralité de contacts linéaires qui définissent au moins une paire de poches à fluide étanches (5) ; et un accouplement à billes (9) servant de mécanisme anti-rotation pour ledit second élément en spirale (2), cet accouplement comprenant une paire de plaques de réglage (91, 92) formées chacune en une pièce et une pluralité de billes (93) disposées entre elles, ledit accouplement à billes (9) étant assemblé dans ledit compresseur dans un état où une précontrainte axiale est générée, ladite précontrainte axiale étant supérieure à une force axiale générée par lesdites billes (93) sur lesdites plaques de réglage (91, 92) lorsque le compresseur fonctionne afin de corriger la déformation desdites plaques de réglage. 2. Compresseur à spirales selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite précontrainte axiale reste dans ledit accouplement à billes (9) en tant que pression résiduelle après que lesdites billes (93) ont corrigé la déformation desdites plaques de réglage lorsque ledit compresseur fonctionne. 3. Compresseur à spirales selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites plaques de réglage (91, 92) présentent des gorges annulaires destinées à recevoir lesdites billes (93) sur des faces respectives tournées les unes vers les autres. 4. Compresseur à spirales selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit accouplement à billes (9) est disposé entre ledit second élément en spirale (2) et une partie fixe dudit compresseur à spirales dans la direction axiale de celui-ci. 5. Compresseur à spirales selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans un circuit de refroidissement, et ladite pression résiduelle se situe dans une plage déterminée conformément à la durée de vie dudit compresseur à spirales, à un coefficient de performance (CDP) du cycle de refroidissement dudit circuit de refroidissement, et au rendement volumétrique dudit compresseur.