Brevet FR3046637A1 — publié le 20170714

COMPRESSEUR ELECTRIQUE AVEC SYSTEME D'ETANCHEITE DYNAMIQUE AMELIORE La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un compresseur électrique de suralimentation comportant un système d'étanchéité dynamique. Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur thermique, fonctionnant avec un moteur électrique. Plus précisément, le compresseur comporte une roue de compresseur entrainée par un moteur électrique. Le compresseur électrique est placé sur la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, en complément 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. Afin de protéger le moteur électrique et ses roulements d'un air pouvant contenir différents polluants (huile, gaz de recirculation...), un système d'étanchéité dynamique est mis en place entre la roue du compresseur et le moteur électrique. Ce système est composé d'un ou deux segments. L'étanchéité par segment n'est pas parfaite et il existe de petits débits de fuite. L'ajout d'un trou d'évent, connu de la demande de brevet UK1312334.4, relié à une zone en légère dépression, permet d'aspirer ce qui traverse le premier segment, améliorant ainsi l'étanchéité. Cependant, il existe toujours des fuites. 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 le système d'étanchéité est amélioré et permet ainsi d'éviter la pollution des roulements. Pour cela la présente invention propose un compresseur électrique comportant un arbre entrainé en rotation par un moteur électrique par l'intermédiaire d'au moins un 3046637 2 roulement, l'arbre entrainant en rotation une roue de compresseur, le roulement étant disposé entre le moteur électrique et la roue, le compresseur comportant au moins un joint à lèvre disposé autour de l'arbre entre la roue et le roulement. Ce joint à lèvre a pour rôle de protéger les roulements de la pollution pouvant 5 provenir du compartiment contenant la roue du compresseur. Selon une première variante de l'invention, le joint à lèvre comporte au moins une lèvre orientée en direction de la roue du compresseur. Selon une deuxième variante de l'invention, le joint à lèvre comporte au moins deux lèvres. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux lèvres sont orientées dans la direction de la roue du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, une première lèvre est orientée en direction de la roue du compresseur, et une deuxième lèvre est orientée dans la direction opposée à l'orientation de la première lèvre. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le matériau utilisé pour la lèvre du joint est un fluoropolymère. L'utilisation d'un tel matériau évite l'usure de la pièce et sa surchauffe. Selon un mode de réalisation de l'invention, une réserve de graisse est aménagée entre les deux lèvres. 20 Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte une bague disposée entre l'extrémité de la lèvre et la surface externe de l'arbre. L'emploi d'une bague de plus petite dimension que l'arbre permet d'éviter de traiter la surface externe de l'arbre qui est une pièce de grande dimension. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte une 25 rondelle entre l'extrémité de la lèvre du joint à lèvre et la roue. Cette rondelle joue le rôle de déflecteur et protège la lèvre du joint. De plus, cette rondelle permet d'éviter le matage de la roue du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, la bague et la rondelle sont en une seule pièce. 3046637 3 Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur est un compresseur électrique de suralimentation de moteur thermique, et comporte un moteur électrique à reluctance variable ou à aimants permanents. 5 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un compresseur intégrant un système selon une réalisation de l'invention, 10 - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'une partie d'un compresseur intégrant un système d'étanchéité selon un mode de réalisation, - la figure 3 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'une partie d'un compresseur intégrant un système d'étanchéité selon un autre mode de réalisation, - la figure 4 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'une partie 15 d'un compresseur intégrant un système d'étanchéité selon un autre mode de réalisation. La présente invention concerne un compresseur électrique équipé d'un système d'étanchéité dynamique amélioré. Dans le cadre de l'invention, le système d'étanchéité dynamique est formé par au moins un joint à lèvre. 20 Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continu ou alternatif. 25 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 mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimants permanents. 3046637 4 Le compresseur électrique 1, illustré figure 1, comprend un moteur électrique 5, et des roulements 7 disposés circulairement autour de l'arbre. Le moteur électrique permet la mise en rotation d'un arbre 6 du compresseur électrique via les roulements 7. L'arbre 6 entraine ainsi en rotation la roue 3 du compresseur 1. Plus précisément une extrémité de 5 l'arbre 6 est entrainée en rotation par le moteur électrique, et une autre extrémité de l'arbre 6 entraine en rotation la roue 3 du compresseur. La partie intermédiaire de l'arbre est protégée par le corps 2 de compresseur. Cette partie intermédiaire de l'arbre comporte un système d'étanchéité, et plus précisément un système d'étanchéité dynamique. 10 Dans le cadre de l'invention, le système d'étanchéité dynamique est formé par un joint à lèvre 31 positionné du coté de la roue 3 du compresseur. Plus précisément, le joint à lèvre 31 est positionné entre la roue 3 et le premier roulement 7 situé le plus proche de la roue 3. Ce joint 31 est disposé à la place des segments d'étanchéité de l'art antérieur. 15 Ce joint à lèvre 31 a pour rôle de protéger les roulements de la pollution pouvant provenir du compartiment contenant la roue 3 du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le joint à lèvre 31 est emmanché serré dans le corps 2 du compresseur. C'est la surface extérieure du joint à lèvre qui assure une étanchéité statique avec le logement du joint dans le corps du compresseur qui est une 20 pièce fixe. Selon une première variante de l'invention, le joint à lèvre 31 comporte au moins une lèvre 301 orientée en direction de la roue du compresseur, comme illustré figure 2. Selon une deuxième variante de l'invention, le joint à lèvre 310, 320 comporte au moins deux lèvres 311, 312, 321, 322 comme illustré figures 3 et 4. 25 Dans le cas de cette deuxième variante, selon un premier mode de réalisation de l'invention, les deux lèvres 311, 312 sont orientées dans la même direction, et plus précisément en direction de la roue 3 du compresseur. Dans le cas de cette deuxième variante, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, une première lèvre 321 est orientée en direction de la roue 3 du compresseur, 30 et une deuxième lèvre 322 est orientée dans la direction opposée à l'orientation de la 3046637 5 première lèvre 321. Plus précisément, la deuxième lèvre 322 est orientée en direction du roulement 7. Selon un mode de réalisation de l'invention, la lèvre 301, 311, 312, 321, 322 du joint à lèvre 31, 310, 320 est en matériau résistant à de grandes vitesses de friction. En 5 effet, l'arbre d'un compresseur selon l'invention, tourne à une vitesse qui est de l'ordre de 70 000 rpm. Cette grande vitesse engendre de grande vitesse tangentielle au niveau de la surface externe de l'arbre. Par exemple, pour un arbre de diamètre de 8 mm tournant à 70 000 rpm, la vitesse tangentielle au niveau de la surface externe de l'arbre est de 29m.s-1. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, le matériau utilisé pour la lèvre 301, 311, 312, 321, 322 est un élastomère ou du plastique. Plus précisément, le matériau utilisé pour la lèvre 301, 311, 312, 321, 322 du joint est un fluoropolymère (tel que du FKM) et par exemple du polytétrafluoroéthylène (PTFE). L'utilisation d'un tel matériau évite l'usure de la pièce et sa surchauffe, sachant que la vitesse maximale d'un 15 compresseur n'est atteinte que sur de très courtes périodes (de l'ordre de quelques secondes), il y'a de plus un refroidissement autonome de la lèvre entre deux activations du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque le joint comporte au moins deux lèvres, les lèvres sont faites avec le même matériau ou avec un matériau différent. 20 Selon un mode de réalisation de la deuxième variante, une réserve de graisse 330 est aménagée entre les deux lèvres 311, 312, 321, 322. Selon un mode de réalisation de l'invention illustré figure 2, la lèvre 301, 311, 312, 321, 322 frotte directement sur l'arbre 6. Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré figure 3 et 4, la lèvre 301, 25 311, 312, 321, 322 frotte sur une pièce intermédiaire. Cette pièce intermédiaire est par exemple une bague 61, 610, placée entre la surface externe de l'arbre 60 et la lèvre 301, 311, 312, 321, 322. La bague 61, 610 est rigidement couplée à l'arbre 6. Elle peut être montée serrée sur l'arbre ou bien glissante. Elle est maintenue axialement entre un épaulement sur l'arbre et la roue compresseur, le tout étant verrouillé par un écrou 8 30 disposé à l'extrémité de l'arbre 6. A grande vitesse, il est nécessaire que la lèvre 301, 311, 3046637 6 312, 321, 322 frotte sur une surface très dure, par exemple de l'ordre de 60HRC. La surface doit également avoir une très faible rugosité. Une telle surface est par exemple obtenue par traitement thermique, puis rectification. L'emploi d'une bague permet de limiter ce processus de fabrication complexe à la seule zone utile, et ainsi d'éviter ces 5 opérations sur l'axe complet. Selon un mode de réalisation de l'invention, une rondelle 40, 420 est ajoutée entre la roue 3 et l'épaulement 620 de l'arbre 6, ou bien entre la roue 3 et la bague 61. Dans le cadre de l'invention, une rondelle est une pièce de révolution de faible épaisseur qui peut être plane ou incurvée. 10 Cette rondelle 40, 420 joue le rôle de déflecteur et protège la lèvre du joint. De plus, cette rondelle permet d'éviter le matage de la roue 3 du compresseur en aluminium au niveau de son appui sur un épaulement de l'arbre 6, lors du vissage de l'écrou 8. En effet, cet épaulement est minime, d'où les risques de matage, afin de limiter le diamètre de frottement du joint, tout en garantissant une rigidité suffisante de la zone de l'arbre 15 qui porte la roue du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention illustré figure 3, la bague 610 et la rondelle 420 sont en une seule pièce. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, l'ensemble des modes et variantes précédemment décrits peuvent être pris seul ou en combinaison lorsqu'ils sont 20 compatibles. Selon un mode de réalisation de l'invention, un élément ressort est ajouté pour plaquer la lèvre sur l'arbre 6 ou la bague 61, 610. Par exemple un ressort hélicoïdal formant un anneau fermé est placé autour de la lèvre 301, 311, 312, 321, 322. Le compresseur selon l'invention, est ainsi configuré de façon à protéger les 25 roulements, et également le moteur électrique, contre des polluants tels que de l'huile, des gaz de recirculation ou tous autres polluants. 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 3046637 7 de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications. REVENDICATIONS1. Compresseur électrique (1) comportant un arbre (6) entrainé en rotation par un moteur électrique (5) par l'intermédiaire d'au moins un roulement (7), l'arbre entrainant en rotation une roue de compresseur (3), le roulement (7) étant disposé entre le moteur électrique (5) et la roue (3), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un joint à lèvre (31, 310, 320) disposé autour de l'arbre (6) entre la roue (3) et le roulement (7). 2. Compresseur (1) selon la revendication 1, dans lequel le joint à lèvre (31) comporte au moins une lèvre (301) orientée en direction de la roue du compresseur (3). 3. Compresseur (1) selon la revendication 1, dans lequel le joint à lèvre (310, 320) comporte au moins deux lèvres (311, 312, 321, 322). 4. Compresseur (1) selon la revendication 3, dans lequel les deux lèvres (311, 312) sont orientées dans la direction de la roue du compresseur (3). 5. Compresseur (1) selon la revendication 3, dans lequel une première lèvre (321) est orientée en direction de la roue du compresseur (3), et une deuxième lèvre (322) est orientée dans la direction opposée à l'orientation de la première lèvre (321). 6. Compresseur (1) selon une des revendications 1 à 5, dans lequel le matériau utilisé pour la lèvre (301, 311, 312, 321, 322) du joint (31, 310, 320) est un fluoropolymère. 7. Compresseur (1) selon une des revendications 3 à 6, dans lequel une réserve de graisse (330) est aménagée entre les deux lèvres (311, 312, 321, 322). 8. Compresseur (1) selon une des revendications 1 à 7, comportant une bague (61, 610) disposée entre l'extrémité de la lèvre et la surface externe (60) de l'arbre (6). 9. Compresseur (1) selon une des revendications 1 à 8, comportant une rondelle (40, 420) entre l'extrémité de la lèvre du joint à lèvre et la roue (3). 10. Compresseur (1) selon une des revendications 8 à 9, dans lequel la bague (610) et la rondelle (420) sont en une seule pièce. 11. Compresseur 9 selon une des revendications 1 à 10, le compresseur étant un compresseur électrique de suralimentation de moteur thermique, et comportant un moteur électrique à reluctance variable ou à aimants permanents.