Brevet FR3063848A1 — publié le 20180914

Compresseur de suralimentation électrique La présente invention concerne un compresseur de suralimentation électrique, et plus particulièrement un compresseur de suralimentation électrique destiné à un véhicule automobile. L'invention s'applique avantageusement à un dispositif électrique en rotation rapide. Il est connu d'utiliser un compresseur de suralimentation électrique (en anglais «electric supercharger») dans un circuit d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Un tel compresseur de suralimentation électrique 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, comme décrit dans la demande de brevet français publiée sous le numéro FR 2 991 725, un tel compresseur peut être mis en oeuvre sur une ligne de recirculation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Le compresseur de suralimentation électrique comporte de manière classique une roue destinée à comprimer l'air entrant dans le compresseur et un moteur électrique pour entraîner en rotation la roue. Le moteur électrique est un moteur électrique comportant un stator et un rotor positionné à l'intérieur du stator. Le rotor est destiné à entrainer la roue par l'intermédiaire d'un arbre tournant autour d'un axe de révolution. Le compresseur de suralimentation électrique comporte également un dispositif électronique supportant l'arbre. L'arbre est en rotation par rapport au dispositif électronique. Le dispositif électronique est connecté à un module électronique gérant la vitesse de rotation du compresseur de suralimentation électrique. Pour cela, il est nécessaire de connaitre la position angulaire de l'arbre. Il est habituellement utilisé un capteur à effet Hall comportant une sonde à effet Hall positionnée sur le dispositif électronique et un aimant fixé autour de l'arbre. L'aimant est positionné en regard de la sonde à effet Hall et comprend plusieurs pôles magnétiques. La rotation de l'aimant entraîne une variation de flux magnétique autour de la sonde à effet Hall, laquelle est une image de la position du rotor de la machine tournante. Pour un capteur du type « Switch Hall », la précision de la mesure est directement liée à la pente magnétique issue du passage d'une polarité à l'autre de l'aimant. Avec un aimant multipolaire, le comptage des sauts de polarité permet de réaliser un capteur de position. Cependant, les vitesses de rotation d'un arbre de compresseur de suralimentation électrique sont importantes (voisines de 70 krpm). L'inertie est telle que de fortes contraintes internes se développe à l'intérieur de la matière risquant alors une détérioration irréversible de l'aimant. Il peut se produire un arrachement de matière et/ou une création de fissures dans l'aimant. 3063848 2 L'invention a donc pour objectif de pallier à ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un compresseur de suralimentation électrique comprenant un capteur plus robuste et plus précis. L'invention concerne un compresseur de suralimentation électrique comprenant : 5 - une roue pour comprimer de l'air, - un moteur électrique entrainant la roue par l'intermédiaire d'un arbre, - un dispositif électronique supportant l'arbre, l'arbre étant en rotation par rapport au dispositif électronique, et - - un capteur comportant une sonde positionnée sur le dispositif 10 électronique et un aimant fixé autour d'une partie d'extrémité inférieure de l'arbre, l'aimant étant positionné en regard de la sonde à effet Hall et comportant une surface périphérique externe. La surface périphérique externe présente de préférence une section circulaire. L'aimant est de préférence cylindrique. 15 des moyens de maintien axial permettant une rétention radiale de l'aimant. Selon l'invention, le capteur est un capteur à effet hall et la sonde est une sonde à effet hall. Selon l'invention, le compresseur de suralimentation électrique comprend une 20 enveloppe entourant et comprimant au moins partiellement la surface périphérique externe de l'aimant. L'invention fournit ainsi un compresseur de suralimentation électrique comprenant un capteur à effet Hall plus robuste et plus précis. L'enveloppe permet d'assurer une précontrainte par serrage autour de l'aimant afin 25 de limiter les contraintes internes se développant dans l'aimant lors de rotations élevées de l'arbre. La présence d'une précontrainte permet de limiter le travail de la matière en traction afin de limiter les risques de fatigue. L'enveloppe permet également d'assurer le maintien de l'aimant sur l'arbre afin 30 d'éviter tout mouvement parasite qui pourrait nuire à la mesure de position et donc à la précision. En variante, l'enveloppe comprend deux demi-coques, dont une demi-coque supérieure comportant une paroi externe de forme annulaire entourant et comprimant une surface périphérique externe supérieure de l'aimant et une demi-coque inférieure 35 comportant une paroi externe de forme annulaire entourant et comprimant une surface périphérique externe inférieure de l'aimant. Selon une autre variante, la paroi externe de la demi-coque supérieure est prolongée par une paroi supérieure circulaire recouvrant une surface supérieure de l'aimant. La paroi supérieure circulaire est prolongée par une paroi interne de forme annulaire séparant 40 l'aimant de la partie d'extrémité inférieure de l'arbre. La paroi externe de la demi-coque inférieure est prolongée par une paroi inférieure circulaire recouvrant une surface inférieure 3063848 3 de l'aimant. La paroi inférieure circulaire est prolongée par une paroi interne de forme annulaire séparant l'aimant de la partie d'extrémité inférieure de l'arbre. L'enveloppe constituée de deux demi-coques permet d'éviter les déphasages de mesure (retards) dus aux courants de Foucault (effet de peau dans les matériaux 5 magnétique et/ou conducteur de l'électricité). De plus, les deux demi-coques permettent d'ajuster l'entrefer sonde à effet Hall / aimant pour atteindre une configuration optimale. L'enveloppe est avantageusement constituée d'un matériau amagnétique. Selon un autre mode de réalisation, l'aimant comprend un épaulement faisant saillie 10 sur sa surface périphérique externe. Selon une variante, l'épaulement présente une forme annulaire, entoure entièrement la surface périphérique externe de l'aimant et est positionné à mi-hauteur de l'aimant. De préférence, l'épaulement est positionné en regard de la sonde à effet Hall. 15 Selon une autre variante, l'épaulement sépare les deux demi-coques. La géométrie de l'aimant présentant un épaulement permet par superposition des inductions magnétiques d'obtenir une pente magnétique plus forte de l'ordre de 20% par rapport à un aimant cylindrique simple. Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant aux 20 figures 1 à 3 dans lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique d'un compresseur de suralimentation électrique selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une représentation schématique d'un aimant de capteur à effet Hall selon l'invention ; 25 - la figure 3 est une représentation schématique d'un capteur à effet Hall selon un mode de réalisation particulier, la figure 4 est une représentation schématique d'un compresseur de suralimentation électrique selon l'invention. La présente invention concerne un compresseur électrique 1. 30 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. 35 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. 3063848 4 La figure 1 représente un compresseur de suralimentation électrique 1_comprenant une roue 2 pour comprimer de l'air. La roue est une roue à aube 2 comprend plusieurs aubes 24. Le compresseur de suralimentation électrique 1 comprend un moteur électrique 5 entrainant la roue 2 par l'intermédiaire d'un arbre 3 (ou axe de rotation). Le moteur électrique comprend un rotor 25 monté sur l'arbre 3 et un stator (non représenté), dans lequel se loge le rotor 25. La roue 2 est montée à une extrémité supérieure 26 de l'arbre 3. Le compresseur de suralimentation électrique 1 comprend un dispositif électronique 10 4 supportant l'arbre 3. L'arbre 3 est en rotation par rapport au dispositif électronique 4 autour d'un axe de révolution 34. Plus précisément, le dispositif électronique 4 comprend un support 27 sur lequel est monté l'arbre 3 et un connecteur électrique 28 pour le relier à un module électronique (non 15 représenté). Le compresseur de suralimentation électrique 1 comprend un ou plusieurs roulements 32. Le compresseur de suralimentation électrique 1 comprend un capteur à effet Hall 5 comportant une sonde à effet Hall 6 positionnée sur le support 27 du dispositif électronique 20 4. Le compresseur de suralimentation électrique 1 comprend un aimant 7 fixé autour d'une partie d'extrémité inférieure 8 de l'arbre 3, comme représenté sur la figure 2. L'aimant 7 est positionné en regard de la sonde à effet Hall 6 et comporte une surface périphérique externe 9 de section circulaire. L'aimant 7 est un aimant permanent 25 comprenant plusieurs pôles magnétiques. Un entrefer 33 est formé entre l'aimant 7 et la sonde à effet Hall 6. La rotation de l'aimant 7 entraîne une variation de flux magnétique autour de la sonde à effet Hall 6, laquelle est une image de la position du rotor 25 du compresseur de suralimentation électrique 1. 30 Pour un capteur du type « Switch Hall », la précision de la mesure est directement liée à la pente magnétique issue du passage d'une polarité à l'autre de l'aimant. Avec un aimant multipolaire, le comptage des sauts de polarité permet de réaliser un capteur de position. Comme représenté sur la figure 2, l'aimant 7 présente une forme cylindrique avec 35 une section circulaire. Il entoure entièrement la partie d'extrémité inférieure 8 de l'arbre 3. Dans le cadre de l'invention, le compresseur de suralimentation électrique 1 comprend des moyens 10 de maintien axial permettant une rétention radiale de l'aimant 7. Plus précisément, le compresseur de suralimentation électrique 1 comprend une 40 enveloppe 10 (ou enveloppe de maintien) entourant et comprimant au moins partiellement la surface périphérique externe 9 de l'aimant 7. 3063848 5 L'enveloppe 10 comprime l'aimant 7 contre l'arbre 3. L'enveloppe 10 assure une précontrainte autour de l'aimant 7. L'enveloppe 10 évite la déformation de l'aimant 7 et assure le maintien de l'aimant 7 sur l'arbre 3 afin d'éviter tout mouvement parasite qui pourrait nuire à la mesure de position 5 et donc à la précision. L'enveloppe 10 est de préférence métallique et est constitué d'un matériau amagnétique. Dans l'exemple des figures 1 et 2, l'enveloppe 10 entoure toute la surface périphérique externe 9 de l'aimant 7 et assure donc une contrainte sur toute cette surface. 10 En variante et comme représenté sur la figure 3, l'enveloppe 10 comprend deux demi-coques 11, 12 dont une demi-coque supérieure 11 comportant une paroi externe 15 de forme annulaire entourant et comprimant une surface périphérique externe supérieure 13 de l'aimant 7 et une demi-coque inférieure 12 comportant une paroi externe 16 de forme annulaire entourant et comprimant une surface périphérique externe inférieure 14 de 15 l'aimant 7. Selon une variante, lorsque les deux demi-coques 11, 12 sont assemblées sur l'aimant 7, leur rebord respectif sont en contact pour former une jointure circulaire entourant la surface périphérique externe 9 de l'aimant 7. Comme représenté sur la figure 3, la paroi externe 15 de la demi-coque supérieure 20 11 est prolongée par une paroi supérieure circulaire 17 recouvrant une surface supérieure 18 de l'aimant 7. L'aimant 7 comprend un orifice central 29 traversé par l'arbre 3. De même, la paroi supérieure circulaire 17 de la demi-coque supérieure 11 comprend un orifice central 30 traversé par l'arbre 3. 25 La paroi supérieure circulaire 17 est prolongée par une paroi interne 19 de forme annulaire séparant l'aimant 7 de la partie d'extrémité inférieure 8 de l'arbre 3. La paroi interne 19 entoure l'arbre 3 et est serrée contre ce dernier pour maintenir l'aimant 7 sur l'arbre 3. La paroi externe 16 de la demi-coque inférieure 12 est prolongée par une paroi 30 inférieure circulaire 20 recouvrant une surface inférieure 21 de l'aimant 7. La paroi inférieure circulaire 20 comprend un orifice central 31 traversé par l'arbre 3. La paroi inférieure circulaire 21 est prolongée par une paroi interne 22 de forme annulaire séparant l'aimant 7 de la partie d'extrémité inférieure 8 de l'arbre 3. La paroi interne 22 de la demi-coque inférieure 12 entoure l'arbre 3 et est serrée 35 contre ce dernier pour maintenir l'aimant 7 sur l'arbre 3. L'aimant 7 est ainsi logé dans l'enveloppe 10 formée des deux demi-coques 11, 12 et est maintenu sur l'arbre 3 par la paroi interne 19 de la demi-coque supérieure 11 et par la paroi interne 22 de la demi-coque inférieure 12. Selon un mode de réalisation possible, l'aimant 7 comprend un épaulement 23 40 faisant saillie sur sa surface périphérique externe 9. 3063848 6 L'épaulement 23 s'étend suivant une direction perpendiculaire à celle de l'arbre 3 ou l'axe de révolution 34. Avantageusement, l'épaulement 23 présente une forme annulaire, entoure entièrement la surface périphérique externe 9 de l'aimant 7 et est positionné à mi-hauteur 5 de l'aimant 7. D'autres formes sont possibles. L'épaulement 23 est positionné en regard de la sonde à effet Hall 6. Selon une variante et comme représenté sur la figure 3, l'épaulement 23 sépare les deux demi-coques 11, 12. Autrement dit, l'épaulement 23 fait saillie à travers l'enveloppe 10 ou ressort de 10 celle-ci. La paroi externe 15 de la demi-coque supérieure 11 comprend un rebord 35. De même, la paroi externe 16 de la demi-coque supérieure 12 comprend un rebord 36. Ces rebords 35, 36 sont en regards de l'épaulement 23 et longent ce dernier. Un compresseur selon l'invention permet de limiter la détérioration irréversible de 15 l'aimant. Ce qui empêche un arrachement de matière et/ou une création de fissures dans l'aimant. De plus, la réduction de la distance, c'est-à-dire l'entrefer 33, entre l'aimant 7 et la sonde 6 permet une mesure plus précise. 20 REVENDICATIONS1. Compresseur de suralimentation électrique (1) comprenant : une roue (2) pour comprimer de l'air, un moteur électrique entraînant la roue (2) par l'intermédiaire d'un arbre (3), un dispositif électronique (4), l'arbre (3) étant en rotation par rapport au dispositif électronique (4), un capteur (5) comportant une sonde (6) positionnée sur le dispositif électronique (4) et un aimant (7) fixé autour d'une partie d'extrémité inférieure (8) de l'arbre (3), l'aimant (7) étant positionné en regard de la sonde à effet Hall (6) et comportant une surface périphérique externe (9), caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens (10) de maintien axial permettant une rétention radiale de l'aimant (7). 2. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel le capteur (5) est un capteur à effet hall et la sonde (6) est une sonde à effet hall. 3. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens (10) de maintien sont formés par une enveloppe (10) entourant et comprimant au moins partiellement la surface périphérique externe (9) de l'aimant (7). 4. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) comprend deux demi-coques (11, 12) dont une demi-coque supérieure (11) comportant une paroi externe (15) de forme annulaire entourant et comprimant une surface périphérique externe supérieure (13) de l'aimant (7) et une demi- coque inférieure (12) comportant une paroi externe (16) de forme annulaire entourant et comprimant une surface périphérique externe inférieure (14) de l'aimant (7). 5. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi externe (15) de la demi-coque supérieure (11) est prolongée par une paroi supérieure circulaire (17) recouvrant une surface supérieure (18) de l'aimant (7), la paroi supérieure circulaire (17) étant prolongée par une paroi interne (19) de forme annulaire séparant l'aimant (7) de la partie d'extrémité inférieure (8) de l'arbre (3), la paroi externe (16) de la demi-coque inférieure (12) étant prolongée par une paroi inférieure circulaire (20) recouvrant une surface inférieure (21) de l'aimant (7), la paroi inférieure circulaire (21) étant prolongée par une paroi interne (22) de forme annulaire séparant l'aimant (7) de la partie d'extrémité inférieure (8) de l'arbre (3). 3063848 8 6. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe (10) est constituée d'un matériau amagnétique. 7. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon une des revendications 1 à 6, 5 caractérisé en ce que l'aimant (7) comprend un épaulement (23) faisant saillie sur sa surface périphérique externe (9). 8. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaulement (23) présente une forme annulaire, entoure entièrement la surface 10 périphérique externe (9) de l'aimant (7) et est positionné à mi-hauteur de l'aimant (7). 9. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaulement (23) est positionné en regard de la sonde à effet Hall (6). 15 10. Compresseur de suralimentation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'épaulement (23) sépare les deux demi-coques (11, 12). 20 25