Brevet FR3059056A1 — publié le 20180525

COMPRESSEUR ELECTRIQUE DE SURALIMENTATION POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un compresseur pour véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile, comportant un moteur à reluctance variable ou à aimant permanent pour l'entrainement du compresseur. Il est connu de mettre en oeuvre un compresseur électrique de suralimentation (en anglais «electric supercharger ») dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Un tel compresseur électrique de suralimentation est classiquement mis en oeuvre dans la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion thermique d'un véhicule automobile, en amont ou en aval d'un turbocompresseur. En variante, ou au surplus comme décrit dans la demande FR-A-2 991 725 au nom de la Demanderesse, un tel compresseur peut être mis en oeuvre sur une ligne de recirculation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Comme représenté en figure 1, le compresseur 10 de suralimentation électrique comporte de manière classique une roue 12 destinée à comprimer l'air entrant dans le compresseur 10 et une machine électrique 14 pour entraîner la roue 12 en rotation. A la différence des turbocompresseurs, entrainés par les gaz d'échappement, le compresseur électrique 10 de suralimentation, fonctionnant avec une machine électrique 14, a un temps de réponse très court. Ceci permet de renforcer le couple du moteur à combustion interne à bas régime, de compenser le temps de réponse du turbocompresseur et améliore les accélérations du véhicule automobile sur lequel est monté le moteur à combustion interne muni du compresseur électrique de suralimentation 10. 3059056 2 La machine électrique 14 comprend un arbre 16 portant des dents rotoriques 18 coopérant en fonctionnement avec des dents statoriques 20 portés par un carter 22 de la machine électrique 14. La roue 12 du compresseur est logée dans une volute 23 5 comprenant une entrée d'air 24 axiale formée dans le prolongement de l'arbre 16 et une sortie radiale 26 formée à la périphérie externe de la volute. La volute 23 est fixée par boulonnage à un flasque annulaire 28 entourant l'arbre 16 du rotor et portant intérieurement un palier 30 de roulement guidant à rotation l'arbre 16 en fonctionnement (figures 2 et 3). 10 Ce flasque annulaire 28 réalise l'étanchéité à l'air entre la roue 12 de compression d'air et la machine électrique 14. Pour éviter un échauffement trop important du palier 30 de roulement, celui-ci est agencé du côté de la face du flasque 28 tournée vers la machine électrique 14. Toutefois, le palier 30 de roulement subit tout de même des augmentations importantes 15 de températures, jusqu'à 250°C, qui conduisent à une perte d'efficacité du palier 30 de roulement pouvant impacter le fonctionnement nominal du compresseur électrique 10 de suralimentation et à tout le moins réduire la durée de vie du palier 30 de roulement. L'invention propose d'apporter une solution efficace au problème 20 précité d'échauffement du palier de roulement. A cette fin, elle propose un compresseur pour véhicule automobile comprenant une roue de compression d'air portée par un arbre guidé en rotation dans un palier de roulement et un flasque annulaire statorique intercalé entre le palier et la roue de compression, caractérisé en 25 ce que le flasque est réalisé dans un matériau ayant un coefficient de conduction thermique supérieur à 15 W/m/K et comprenant des inclusions d'un matériau à changement de phase solide-liquide dont la température de changement de phase est située en dessous d'une température prédéterminée. 30 Selon l'invention, le flasque de séparation de la roue de compression d'air du palier de guidage est réalisé dans un matériau bon 3059056 3 conducteur de chaleur comportant des inclusions d'un matériau apte à changer de phase entre solide et liquide. La combinaison de ces deux moyens permet un bon transfert de la chaleur du flasque vers les inclusions du flasque. Ainsi, en fonctionnement la chaleur est transmise aux inclusions 5 par l'intermédiaire du matériau conducteur de chaleur du flasque, ce qui permet d'accumuler la chaleur dans les inclusions à changement de phase par un changement d'état solide-liquide des inclusions. La température de changement de phase est choisie pour être inférieure à une température critique ou température seuil au-delà de laquelle le palier de roulement 10 subit des contraintes thermiques importantes réduisant ses capacités mécaniques. L'intégration d'inclusion dans l'épaisseur du flasque permet d'augmenter la capacité calorifique du flasque, augmentant ainsi le temps nécessaire au transfert d'une même quantité de chaleur vers le palier. Dès 15 lors, le flasque ainsi modifié agit comme un filtre passe bas limitant la température maximale vue par le palier. Préférentiellement, le coefficient de conduction thermique du matériau à changement de phase est au moins cinquante fois inférieur au coefficient de conductivité thermique du matériau du flasque. La 20 conductivité thermique du matériau à changement de phase doit être bien inférieure à celle du flasque pour assurer un flux thermique diffusant dans le flasque permettant un accès pour faciliter les échanges thermiques au niveau de toutes les petites cavités intégrant le matériau à changement de phase. L'objectif étant de bien répartir le flux thermique autour de tous les 25 matériaux à changement de phase pour assurer les échanges thermiques qui permettront d'activer le changement de phase et ainsi donner un comportement de filtre passe bas thermique au composant. Selon une autre caractéristique de l'invention, les inclusions sont de forme tubulaire et s'étendent le long de l'arbre, de préférence 30 axialement. Les inclusions sont de préférence réparties en rangées radiales régulièrement réparties circonférentiellement autour de l'arbre, ce qui 3059056 4 permet d'avoir une répartition et une accumulation circonférentiellement sensiblement uniforme de la chaleur dans les inclusions. Dans une réalisation pratique, les inclusions sont des cylindres. Les cylindres peuvent avoir un rapport hauteur sur diamètre 5 supérieur à 2,5, ce qui permet d'optimiser les échanges thermiques provenant de la source chaude et diffusés via le flux thermique dans le flasque. En effet, il existe un compromis entre effet de volume de matériau à changement de phase assurant le stockage d'énergie pour filtrer passe bas par inertie thermique et effet de surface assurant l'échange thermique 10 ente le flasque et le matériau à changement de phase. De préférence, les inclusions cylindriques ont toutes un même diamètre et la distance séparant deux inclusions adjacentes est inférieure au diamètre des inclusions, de manière à garantir une bonne conduction de la chaleur par le matériau du flasque jusqu'aux différentes inclusions. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, le matériau à changement de phase est par exemple un PCM-A1 64. L'invention concerne également un compresseur dans lequel l'arbre est un arbre d'une machine électrique agencée du côté du flasque opposé à la roue de compression d'air. Dans ce cas, le compresseur est 20 qualifié de compresseur électrique de suralimentation. Dans une réalisation particulière, le palier est porté par le flasque, agencé dans un logement central de celui-ci et entouré extérieurement par les inclusions formées dans l'épaisseur du flasque. L'invention concerne encore un véhicule automobile comprenant 25 un compresseur tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : 3059056 5 - La figure 1, déjà décrite précédemment, est une représentation schématique en perspective d'un compresseur électrique de suralimentation ; - La figure 2, déjà décrite précédemment, est une vue isolée et en 5 perspective de la zone délimitée en pointillée sur la figure 2 ; - La figure 3, déjà décrite précédemment, est une vue de la roue de compression d'air et d'un palier de guidage à rotation de la roue ; - La figure 4 est une vue schématique d'une face d'un flasque selon l'invention ; 10 - La figure 5 est une vue schématique à plus grande échelle de la partie centrale du flasque de la figure 4 ; - La figure 6 est une vue schématique en perspective avec arrachement partiel du flasque de la figure 4 ; - La figure 7 est une vue isolée d'inclusions du flasque ; 15 - La figure 8 est un graphe montrant l'évolution de la température du palier de guidage avec et sans un flasque selon l'invention. La présente invention concerne un concerne un compresseur électrique de suralimentation pour véhicule automobile. Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur 20 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 continue ou alternatif. 25 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 électrique est un moteur à aimant permanent. 30 3059056 6 On se réfère maintenant simultanément aux figures 4 à 6 qui représentent un flasque 32 destiné à être intégré à un compresseur électrique de suralimentation 10 du type décrit en référence aux figures 1 à 3, en remplacement du flasque de l'art antérieur. Le flasque 32 comprend 5 une paroi annulaire 34 comportant une partie annulaire interne 36 et une partie annulaire externe 38 séparées l'une de l'autre par une nervure circulaire 40. La périphérie externe du flasque 32 externe porte des brides 42 d'accrochage par boulonnage sur la volute 23 représentée en figure 2. La partie interne 36 comprend une pluralité de logement tubulaires 44 10 agencés sous la forme de rangées radiales qui sont régulièrement réparties autour d'un logement central 46 prévu pour recevoir le palier 30 de guidage de l'arbre 16 portant la roue 12 de compression d'air. Les logements 44 tubulaires sont par exemple réalisés par perçage et sont chacun remplit d'un matériau à changement de phase solide-liquide dont la température de 15 changement de phase est située en dessous de la température critique de fonctionnement du palier. Typiquement, la température critique est d'environ 160°C. Le matériau à changement de phase forme ainsi des inclusions 48 dans l'épaisseur de la paroi annulaire interne 36 du flasque annulaire 32. 20 Le matériau à changement de phase des inclusions 48 peut être par exemple un PCM-A164. Les extrémités des logements tubulaires 44 intégrant sont obturées. Dans une réalisation préférée de l'invention, les inclusions 48 sont de formes cylindriques. Les cylindres 48 peuvent tous présenter un 25 même diamètre et la distance séparant deux cylindres 48 adjacents est de préférence inférieure au diamètre d'un cylindre afin de garantir une bonne conduction de la chaleur jusqu'aux différentes inclusions 48. De préférence, les cylindres 48 présentent un rapport hauteur sur diamètre supérieur à 2,5. Le coefficient de conduction thermique du matériau à changement de 30 phase des inclusions 48 est au moins cinquante fois inférieur au coefficient de conductivité thermique du matériau du flasque 32. 3059056 7 Le flasque 32 ainsi réalisé a une capacité calorifique plus importante que le flasque 28 de la technique antérieure et s'apparente donc à un filtre passe bas tendant à réduire la température maximale vue par le palier 30. 5 La figure 8 est un graphe représentant l'évolution de la température (en °C) du palier 30 de roulement en fonction du temps (en secondes) lors d'une circulation d'air dans la volute 23. La courbe 50 est représentative de l'évolution de la température du palier 30 avec un flasque 28 selon la technique antérieure et la courbe 52 est représentative de 10 l'évolution de la température du palier 30 avec un flasque 32 selon l'invention. La double flèche 54 représente la période de temps durant laquelle de l'air circule dans la volute, la température de l'air augmentant durant cette période. On constate que la température maximale Tmi vue par le palier 15 30 est diminuée lors de l'utilisation du flasque 32 selon l'invention puisque celle-ci passe d'environ 230°C (Tmi) à 216°C (T,2), ce qui permet d'améliorer la durée de vie du palier 30 de guidage de la roue 12 du compresseur. La température à ne pas dépasser pour ne pas avoir de problème de vieillissement est de 160°C. Sachant que 90% de la vie du 20 produit reste à des températures voisines de cette température idéale, nous considérons les autres cas de vie à des températures supérieures pouvant atteindre 230°C Par conséquent plus la température est élevée sur ces 10% de vie, plus la durée de vie du produit diminue. Le gain obtenu avec le matériau à changement de phase permet d'augmenter la durée de vie du 25 produit. REVENDICATIONS1. Compresseur (10) pour véhicule automobile comprenant une roue (12) de compression d'air portée par un arbre guidé en rotation dans un palier (30) de roulement et un flasque annulaire (32) statorique intercalé entre le palier (30) et la roue (12) de compression, caractérisé en ce que le flasque (32) est réalisé dans un matériau ayant un coefficient de conduction thermique supérieur à 15 W.ml.K-1 et comprenant des inclusions (48) d'un matériau à changement de phase solide-liquide dont la température de changement de phase est située en dessous d'une température prédéterminée. 2. Compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient de conduction thermique du matériau à changement de phase est au moins cinquante fois inférieur au coefficient de conductivité thermique du matériau du flasque (32). 3. Compresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les inclusions (48) sont de forme tubulaire et s'étendent le long de l'arbre (16), de préférence axialement. 4. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les inclusions (48) sont des cylindres répartis en rangées radiales régulièrement réparties circonférentiellement autour de l'arbre (16). 5. Compresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cylindres (48) présentent un rapport hauteur sur diamètre supérieur à 2,5. 6. Compresseur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les inclusions (48) ont toutes un même diamètre et en ce que la distance séparant deux inclusions (48) adjacentes est inférieure au diamètre des inclusions (48). 7. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau à changement de phase est un PCM-A164. 3059056 9 8. Compresseur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'arbre (16) est un arbre d'une machine électrique (14) laquelle est agencée du côté du flasque (32) opposé à la roue (12) de compression d'air. 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un 5 compresseur selon l'une des revendications 1 à 8.