Brevet FR3130904A1 — publié le 20230623

Un compresseur à spirales (1) comprenant un carter hermétique (2) pourvu d’une entrée d’aspiration (3) ; une unité de compression (6) ; un arbre d’entraînement (23) configuré pour entraîner une volute orbitante (8) de l’unité de compression (6) dans un mouvement orbital ; un moteur électrique (16) couplé à l’arbre d’entraînement (23) ; un carter d’huile (41) ; un dispositif de guidage de fluide frigorigène (43) configuré pour forcer une partie principale d’un fluide frigorigène, entrant dans le compresseur à spirales (1) à travers l’entrée d’aspiration (3), à s’écouler vers le bas à travers le moteur électrique (16), avant d’atteindre l’unité de compression (6) ; et un carénage de carter d’huile (47) agencé entre une extrémité inférieure du moteur électrique (16) et une surface libre d’huile stockée dans le carter d’huile (41), le carénage de carter d’huile (47) étant configuré pour empêcher un flux de fluide frigorigène, émergeant de l’extrémité inférieure du moteur électrique (16), de heurter directement la surface libre de l’huile stockée dans le carter d’huile (41). Figure 1 Compresseur à spirales pourvu d’un carénage de carter d’huile Domaine de l’invention La présente invention se rapporte à un compresseur à spirales, et en particulier à un compresseur frigorifique à spirales. Arrière-plan de l’invention De façon connue, un compresseur à spirales comprend : - un carter hermétique pourvu d’une entrée d’aspiration configurée pour alimenter le compresseur à spirales en fluide frigorigène à comprimer, - une unité de compression agencée dans le carter hermétique et configurée pour comprimer le fluide frigorigène fourni par l’entrée d’aspiration, - un arbre d’entraînement configuré pour entraîner une volute orbitante de l’unité de compression selon un mouvement orbital, l’arbre d’entraînement pouvant tourner autour d’un axe de rotation, - un moteur électrique couplé à l’arbre d’entraînement et configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement autour de l’axe de rotation, le moteur électrique comprenant un rotor qui est fixé à l’arbre d’entraînement et un stator qui est disposé autour du rotor, le stator comprenant un noyau de stator, également appelé empilement statorique, et des enroulements de stator enroulés sur le noyau de stator, les enroulements de stator définissant un enroulement d’extrémité de stator supérieur, également appelé tête d’enroulement de stator supérieure, et un enroulement d’extrémité de stator inférieur, également appelé tête d’enroulement de stator inférieure, et - un carter d’huile situé au niveau d’une partie inférieure du carter hermétique, et par exemple défini par le carter hermétique, Afin d’assurer un refroidissement optimal du moteur électrique, et notamment de l’enroulement d’extrémité de stator inférieur, il est connu de munir un tel compresseur à spirales d’un dispositif de guidage de fluide frigorigène configuré pour forcer une partie principale du fluide frigorigène, entrant dans le compresseur à spirales à travers l’entrée d’aspiration, à s’écouler à travers le moteur électrique de l’enroulement d’extrémité de stator supérieur à l’enroulement d’extrémité de stator inférieur, avant que ledit fluide frigorigène n’atteigne l’unité de compression. Cependant, dans un tel cas, le flux de fluide frigorigène émergeant d’une extrémité inférieure du moteur électrique heurte directement la surface libre de l’huile stockée dans le carter d’huile agencé au fond du carter hermétique, ce qui provoque la création de gouttelettes d’huile à la surface libre de l’huile stockée dans le carter d’huile et ce qui augmente ainsi la quantité d’huile transportée par le fluide frigorigène. Par conséquent, bien qu’une telle configuration du compresseur à spirales améliore le refroidissement de moteur, elle induit une augmentation du taux de circulation d’huile (OCR) dans le système frigorifique, ce qui pourrait être préjudiciable à un compresseur à vitesse variable lors du fonctionnement à grande vitesse. Un objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur à spirales amélioré, qui peut surmonter les inconvénients rencontrés dans les compresseurs à spirales classiques. En particulier, un objet de la présente invention consiste à fournir un compresseur à spirales, notamment un compresseur à spirales à vitesse variable, avec un refroidissement de moteur amélioré et un OCR réduit à grande vitesse. Selon l’invention, un tel compresseur à spirales comprend : - un carter hermétique pourvu d’une entrée d’aspiration configurée pour alimenter le compresseur à spirales en fluide frigorigène à comprimer, - une unité de compression agencée dans le carter hermétique et configurée pour comprimer le fluide frigorigène fourni par l’entrée d’aspiration, - un arbre d’entraînement configuré pour entraîner une volute orbitante de l’unité de compression selon un mouvement orbital, l’arbre d’entraînement pouvant tourner autour d’un axe de rotation, - un moteur électrique couplé à l’arbre d’entraînement et configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement autour de l’axe de rotation, le moteur électrique comprenant un rotor qui est fixé à l’arbre d’entraînement et un stator qui est disposé autour du rotor, le stator comprenant un noyau de stator et des enroulements de stator enroulés sur le noyau de stator, les enroulements de stator définissant un enroulement d’extrémité de stator supérieur et un enroulement d’extrémité de stator inférieur, - un carter d’huile situé au niveau d’une partie inférieure du carter hermétique, et par exemple défini par le carter hermétique, - un dispositif de guidage de fluide frigorigène configuré pour forcer une partie principale, par exemple au moins 80% et avantageusement sensiblement la totalité, du fluide frigorigène, entrant dans le compresseur à spirales à travers l’entrée d’aspiration, à s’écouler à travers le moteur électrique, et par exemple au moins partiellement à travers un espace circulaire défini entre le rotor et le stator, de l’enroulement d’extrémité de stator supérieur à l’enroulement d’extrémité de stator inférieur, avant d’atteindre l’unité de compression, et - un carénage de carter d’huile agencé entre une extrémité inférieure du moteur électrique et une surface libre d’huile stockée dans le carter d’huile, le carénage de carter d’huile étant configuré pour empêcher un flux de fluide frigorigène, s’écoulant vers le bas à travers le moteur électrique et sortant, c’est-à-dire émergeant, du moteur électrique, de heurter directement la surface libre de l’huile stockée dans le carter d’huile. Le dispositif de carénage de carter d’huile permet d’éviter un impact direct sur ou une perturbation de la surface d’huile d’un carter d’huile agencé au fond du carter hermétique par le flux de fluide frigorigène ou par un contrepoids inférieur rotatif relié à l’arbre d’entraînement. Ainsi, l’entraînement d’huile dans le flux de fluide frigorigène et l’augmentation du taux de circulation d’huile (OCR) dans le système frigorifique sont empêchés. De plus, le carénage de carter d’huile redirige le flux de fluide frigorigène, sortant du moteur électrique, vers l’unité de compression du compresseur à spirales, ce qui contribue à une séparation de l’huile entraînée dans le fluide frigorigène passant par le moteur électrique, conduisant à une réduction supplémentaire de l’OCR. En outre, comme cette redirection se produit à proximité immédiate de l’enroulement d’extrémité de stator inférieur, un refroidissement amélioré également de l’enroulement d’extrémité de stator inférieur est obtenu. Le compresseur à spirales peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’enroulement d’extrémité de stator supérieur est formé par les portions d’enroulements de stator s’étendant vers le haut à partir d’une face d’extrémité supérieure d’un noyau de stator, et l’enroulement d’extrémité de stator inférieur est formé par les portions des enroulements de stator s’étendant vers le bas à partir d’une face d’extrémité inférieure du noyau de stator. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile est configuré pour dévier, et notamment pour orienter, le flux de fluide frigorigène, s’écoulant vers le bas à travers le moteur électrique et sortant du moteur électrique, à distance du carter d’huile. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile est configuré pour dévier le flux de fluide frigorigène, s’écoulant vers le bas à travers le moteur électrique et sortant du moteur électrique, vers l’unité de compression. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile forme un écran protecteur de carter d’huile. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile est en forme de coupelle. Une telle configuration du carénage de carter d’huile force le fluide frigorigène émergeant de l’extrémité inférieure du moteur électrique à faire un demi-tour. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile entoure l’arbre d’entraînement, et avantageusement une partie d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile est agencé de manière sensiblement coaxiale au moteur électrique. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile comprend : - une portion inférieure qui fait face à une extrémité axiale inférieure du moteur électrique, et notamment du noyau de stator, la portion inférieure ayant un bord circonférentiel interne et un bord circonférentiel externe, et - une portion de paroi circonférentielle s’étendant le long du bord circonférentiel externe de la portion inférieure et vers le haut à partir dudit bord circonférentiel externe. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion inférieure a une forme globale de plaque. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion de paroi circonférentielle a une forme cylindrique. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion inférieure recouvre au moins partiellement le carter d’huile. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion inférieure a sensiblement une forme de disque. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion de paroi circonférentielle et le moteur électrique s’étendent de manière coaxiale. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion de paroi circonférentielle a un diamètre interne qui est supérieur à un diamètre externe du noyau de stator. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion de paroi circonférentielle entoure une portion d’extrémité inférieure de l’enroulement d’extrémité de stator inférieur à une distance prédéterminée, de sorte qu’un trajet d’écoulement de fluide frigorigène soit formé entre une surface interne de la portion de paroi circonférentielle et la portion d’extrémité inférieure de l’enroulement d’extrémité de stator inférieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, le trajet d’écoulement de fluide frigorigène a une section transversale annulaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion inférieure comprend au moins une ouverture de vidange d’huile configurée pour vidanger l’huile collectée par le carénage de carter d’huile vers le carter d’huile. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’au moins une ouverture de vidange d’huile est formée au niveau ou à proximité du bord circonférentiel externe de la portion inférieure. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’au moins une ouverture de vidange d’huile est allongée et s’étend le long d’une partie du bord circonférentiel externe de la portion inférieure. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion inférieure comprend plusieurs ouvertures de vidange d’huile réparties, et par exemple uniformément réparties, autour de l’arbre d’entraînement. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion inférieure est de forme conique, le bord circonférentiel externe de la portion inférieure étant plus proche du carter d’huile que le bord circonférentiel interne de la portion inférieure. En raison d’une telle configuration, la portion inférieure est configurée pour orienter l’huile collectée par le carénage de carter d’huile vers le bord circonférentiel externe de la portion inférieure, et notamment vers l’au moins une ouverture de vidange d’huile. Selon un mode de réalisation de l’invention, le carénage de carter d’huile a une ouverture centrale pour recevoir l’arbre d’entraînement. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’ouverture centrale est prévue sur la portion inférieure. Selon un mode de réalisation de l’invention, la portion inférieure comprend une première partie annulaire faisant face à une extrémité axiale inférieure du rotor et délimitant l’ouverture centrale, et une deuxième partie annulaire formée radialement vers l’extérieur de la première partie annulaire et faisant face à une extrémité axiale inférieure du stator. Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de guidage de fluide frigorigène comprend un capot de moteur agencé au niveau de et recouvrant l’enroulement d’extrémité de stator supérieur du moteur électrique, le capot de moteur et le moteur électrique définissant au moins partiellement une chambre interne, qui peut être annulaire, contenant l’enroulement d’extrémité de stator supérieur, le capot de moteur comprenant une ouverture d’entrée de fluide frigorigène débouchant dans la chambre interne et faisant au moins partiellement face à l’entrée d’aspiration. Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de guidage de fluide frigorigène est configuré pour forcer une partie principale, par exemple au moins 80% et avantageusement sensiblement la totalité, du fluide frigorigène, entrant dans le compresseur à spirales à travers l’entrée d’aspiration, à s’écouler à travers l’ouverture d’entrée de fluide frigorigène avant de s’écouler à travers le moteur électrique de l’enroulement d’extrémité de stator supérieur à l’enroulement d’extrémité de stator inférieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’ouverture d’entrée de fluide frigorigène a une section transversale qui est supérieure à une section transversale de l’entrée d’aspiration. Selon un mode de réalisation de l’invention, le capot de moteur est fixé au noyau de stator. Selon un mode de réalisation de l’invention, le capot de moteur entoure l’arbre d’entraînement. Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de guidage de fluide frigorigène est configuré pour forcer le fluide frigorigène entrant dans la chambre interne à s’écouler vers le bas au moins partiellement à travers un espace circulaire défini entre le rotor et le stator. Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales comprend en outre un passage d’écoulement défini par une surface interne du carter hermétique et une surface circonférentielle externe du carénage de carter d’huile. En d’autres termes, la portion de paroi circonférentielle est située à une distance radiale d’une surface interne du carter hermétique, et notamment d’une surface interne d’une coque intermédiaire du carter hermétique, de manière à définir, avec la surface interne du carter hermétique, un passage d’écoulement. Une telle configuration de la portion de paroi circonférentielle garantit que l’huile présente sur la surface interne du carter hermétique peut s’écouler par gravité dans le carter d’huile. Selon un mode de réalisation de l’invention, le passage d’écoulement est défini par la surface interne du carter hermétique et une surface circonférentielle externe de la portion de paroi circonférentielle. Selon un mode de réalisation de l’invention, le passage d’écoulement est annulaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales comprend en outre un agencement de palier inférieur configuré pour supporter en rotation une partie d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement, le carénage de carter d’huile étant agencé axialement entre l’extrémité inférieure du moteur électrique et l’agencement de palier inférieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, le bord circonférentiel interne de la portion inférieure est situé au-dessus de l’agencement de palier inférieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier inférieur comprend un manchon de palier radial configuré pour supporter en rotation la partie d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement. Avantageusement, le manchon de palier radial entoure la partie d’extrémité inférieure de l’arbre d’entraînement et est agencé de manière coaxiale à l’arbre d’entraînement. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’agencement de palier inférieur comprend un palier de butée axial supérieur et un palier de butée axial inférieur configurés pour limiter un mouvement axial de l’arbre d’entraînement lors du fonctionnement. Selon un mode de réalisation de l’invention, le bord circonférentiel interne de la portion inférieure est situé au-dessus du manchon de palier radial et du palier de butée axial inférieur. Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales comprend en outre un support fixé au carter hermétique et configuré pour supporter l’agencement de palier inférieur, le carénage de carter d’huile étant fixé au support. Selon un mode de réalisation de l’invention, la volute orbitante est supportée par et en contact coulissant avec un agencement de support agencé dans le carter hermétique. Selon un mode de réalisation de l’invention, le compresseur à spirales comprend un conduit de retour d’huile comprenant un orifice d’entrée d’huile débouchant dans un réservoir d’huile défini par l’agencement de support et un orifice de sortie d’huile en communication fluidique avec le carter d’huile, le conduit de retour d’huile étant configuré pour renvoyer une partie de l’huile contenue dans le réservoir d’huile vers le carter d’huile. Selon un mode de réalisation de l’invention, le conduit de retour d’huile s’étend à travers une ouverture de passage prévue sur la portion inférieure. Selon un mode de réalisation de l’invention, le conduit de retour d’huile est fixé à l’agencement de support. La description détaillée suivante d’un mode de réalisation de l’invention sera mieux comprise lorsqu’elle est lue conjointement avec les dessins annexés, étant entendu, cependant, que l’invention ne se limite pas au mode de réalisation spécifique divulgué. La est une vue en coupe longitudinale d’un compresseur à spirales selon la présente invention. La est une vue en perspective de dessus d’un carénage de carter d’huile du compresseur à spirales de la . La est une vue en perspective de dessous du carénage de carter d’huile de la . Compresseur à spirales (1) comprenant : - un carter hermétique (2) pourvu d’une entrée d’aspiration (3) configurée pour alimenter le compresseur à spirales (1) en fluide frigorigène à comprimer, - une unité de compression (6) agencée dans le carter hermétique (2) et configurée pour comprimer le fluide frigorigène fourni par l’entrée d’aspiration (3), - un arbre d’entraînement (23) configuré pour entraîner une volute orbitante (8) de l’unité de compression (6) selon un mouvement orbital, l’arbre d’entraînement (23) pouvant tourner autour d’un axe de rotation, - un moteur électrique (16) couplé à l’arbre d’entraînement (23) et configuré pour entraîner en rotation l’arbre d’entraînement (23) autour de l’axe de rotation (A), le moteur électrique (16) comprenant un rotor (17) qui est fixé à l’arbre d’entraînement (23) et un stator (18) qui est disposé autour du rotor (17), le stator (18) comprenant un noyau de stator (19) et des enroulements de stator enroulés sur le noyau de stator (19), les enroulements de stator définissant un enroulement d’extrémité de stator supérieur (21) et un enroulement d’extrémité de stator inférieur (22), - un carter d’huile (41) situé au niveau d’une partie inférieure du carter hermétique (2), - un dispositif de guidage de fluide frigorigène (43) configuré pour forcer une partie principale du fluide frigorigène, entrant dans le compresseur à spirales (1) à travers l’entrée d’aspiration (3), à s’écouler à travers le moteur électrique (16) de l’enroulement d’extrémité de stator supérieur (21) à l’enroulement d’extrémité de stator inférieur (22), avant d’atteindre l’unité de compression (6), et - un carénage de carter d’huile (47) agencé entre une extrémité inférieure du moteur électrique (16) et une surface libre d’huile stockée dans le carter d’huile (41), le carénage de carter d’huile (47) étant configuré pour empêcher un flux de fluide frigorigène, s’écoulant vers le bas à travers le moteur électrique (16) et sortant du moteur électrique (16), de heurter directement la surface libre de l’huile stockée dans le carter d’huile (41). Compresseur à spirales (1) selon la revendication 1, dans lequel le carénage de carter d’huile (47) est configuré pour dévier, et notamment pour orienter, le flux de fluide frigorigène, s’écoulant vers le bas à travers le moteur électrique (16) et sortant du moteur électrique (16), à distance carter d’huile (41). Compresseur à spirales (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le carénage de carter d’huile (47) est en forme de coupelle. Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le carénage de carter d’huile (47) entoure l’arbre d’entraînement (23). Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le carénage de carter d’huile (47) est agencé de manière sensiblement coaxiale au moteur électrique (16). Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le carénage de carter d’huile (47) comprend : - une portion inférieure (49) qui fait face à une extrémité axiale inférieure du moteur électrique (16), la portion inférieure (49) ayant un bord circonférentiel interne et un bord circonférentiel externe, et - une portion de paroi circonférentielle (51) s’étendant le long du bord circonférentiel externe de la portion inférieure (49) et vers le haut à partir dudit bord circonférentiel externe. Compresseur à spirales (1) selon la revendication 6, dans lequel la portion de paroi circonférentielle (51) entoure une portion d’extrémité inférieure de l’enroulement d’extrémité de stator inférieur (22) à une distance prédéterminée, de sorte qu’un trajet d’écoulement de fluide frigorigène (52) soit formé entre une surface interne de la portion de paroi circonférentielle (51) et la portion d’extrémité inférieure de l’enroulement d’extrémité de stator inférieur (22). Compresseur à spirales (1) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la portion inférieure (49) comprend au moins une ouverture de vidange d’huile (53) configurée pour vidanger l’huile collectée par le carénage de carter d’huile (47) vers le carter d’huile (41). Compresseur à spirales (1) selon la revendication 8, dans lequel l’au moins une ouverture de vidange d’huile (53) est formée au niveau ou à proximité du bord circonférentiel externe de la portion inférieure (49). Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel la portion inférieure (49) est de forme conique, le bord circonférentiel externe de la portion inférieure (49) étant plus proche du carter d’huile (41) que le bord circonférentiel interne de la portion inférieure (49). Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le carénage de carter d’huile (47) a une ouverture centrale (48) pour recevoir l’arbre d’entraînement (23). Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le dispositif de guidage de fluide frigorigène (43) comprend un capot de moteur (44) agencé au niveau de et recouvrant l’enroulement d’extrémité de stator supérieur (21) du moteur électrique (16), le capot de moteur (44) et le moteur électrique (16) définissant au moins partiellement une chambre interne (45) contenant l’enroulement d’extrémité de stator supérieur (21), le capot de moteur (44) comprenant une ouverture d’entrée de fluide frigorigène (46) débouchant dans la chambre interne (45) et faisant au moins partiellement face à l’entrée d’aspiration (3). Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant en outre un passage d’écoulement (54) défini par une surface interne du carter hermétique (2) et une surface circonférentielle externe du carénage de carter d’huile (47). Compresseur à spirales (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant en outre un agencement de palier inférieur (32) configuré pour supporter en rotation une partie d’extrémité inférieure (26) de l’arbre d’entraînement (23), le carénage de carter d’huile (47) étant agencé axialement entre l’extrémité inférieure du moteur électrique (16) et l’agencement de palier inférieur (32). Compresseur à spirales (1) selon la revendication 14, comprenant en outre un support (38) fixé au carter hermétique (2) et configuré pour supporter l’agencement de palier inférieur (32), le carénage de carter d’huile (47) étant fixé au support (38).