FR2957192A1 - Module electronique de puissance pour un actionneur pour aeronef - Google Patents

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Abstract

Module électronique de puissance, en particulier pour un actionneur tout-électrique pour aéronef, comprenant un support (14) sur lequel sont montés des composants électroniques (20) et un boîtier (28, 38, 44) recouvrant et entourant les composants (20) et fixé sur le support (14), le boîtier (28, 38, 44) comprenant des parois (26, 36, 42) fixées sur des faces correspondantes d'une pièce intermédiaire (30, 40, 46) fixée à l'intérieur du boîtier (28, 38, 44) sur le support (14).

Description

MODULE ELECTRONIQUE DE PUISSANCE POUR UN ACTIONNEUR POUR AERONEF La présente invention concerne un module d'électronique de puissance utilisé en particulier pour la réalisation d'un actionneur tout- électrique destiné à des applications aéronautiques, notamment pour être monté sur une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur. Un module de puissance comprend habituellement des composants électroniques montés sur un support métallisé et un boîtier recouvrant et 10 entourant ces composants électroniques. Dans la technique actuelle, le boîtier est généralement réalisé dans un matériau polymère et est fixé par collage des extrémités de ses parois latérales sur le support. Toutefois, la fixation du boîtier par collage ne s'avère pas 15 suffisamment fiable. En effet, lors des différentes phases de vol de l'aéronef, le module de puissance est soumis à des accélérations et à des vibrations les joints de colle subissent des forces de traction tendant à désolidariser le boîtier du support. Pour éviter cela, il est connu d'ajouter une fixation par boulonnage du boîtier au support. Cette solution n'est pas 20 satisfaisante en aéronautique puisqu'elle conduit à augmenter la masse globale du système de puissance et nécessite la formation de zones spécifiques pour le boulonnage sur le boîtier et sur le support. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique aux inconvénients précités. 25 A cette fin, elle propose un module électronique de puissance, comprenant un support sur lequel sont montés des composants électroniques et un boîtier recouvrant et entourant les composants et fixé sur le support, caractérisé en que le boîtier comprend des parois fixées sur des faces correspondantes d'une pièce intermédiaire fixée à l'intérieur du 30 boîtier sur le support.
A la différence de la technique antérieure, le boîtier n'est plus fixé directement sur le support mais est fixé sur une pièce intermédiaire elle-même fixée sur le support. L'utilisation de cette pièce intermédiaire permet de solliciter mécaniquement la jonction entre le boîtier et la pièce intermédiaire en cisaillement et non plus en traction. La surface de fixation du boîtier à la pièce intermédiaire est bien supérieure à la surface de collage du boîtier au support que l'on avait dans la technique antérieure. Cela garantit ainsi une meilleure durée de vie du module ainsi assemblé sans avoir recours ,à des éléments de boulonnage. De plus, il est possible de réaliser des traitements de surface sur la pièce intermédiaire par des promoteurs de fixation, ce qui est impossible à réaliser dans la technique antérieure lorsque le boîtier est directement fixé sur un support métallisé.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les parois du boîtier et les faces de la pièce intermédiaire sont perpendiculaires au support des composants. Selon une variante de l'invention, les parois du boîtier et les faces correspondantes de la pièce intermédiaire sont inclinées en oblique sur le support des composants. Dans ce cas, les parois du boîtier et les faces correspondantes de la pièce peuvent être parallèles. Elles peuvent également être faiblement convergentes dans un sens opposé au support, ce qui permet de faciliter la mise en position du boîtier autour de la pièce intermédiaire.
Les parois précitées du boîtier et les faces correspondantes de la pièce peuvent être fixées les unes aux autres par une couche de colle. Le choix du matériau constitutif de la pièce intermédiaire peut ainsi être conditionné uniquement par les contraintes de conception du joint de collage, ce qui permet ainsi de se placer dans des conditions optimales pour la fixation du boîtier à la pièce intermédiaire.
La colle utilisée peut être une colle thixotropique, ce qui s'avère particulièrement intéressant dans le cas où les parois du boîtier et faces de la pièce intermédiaire sont inclinées par rapport au support, puisque l'étalement de la colle est réalisé lors du montage du boîtier autour de la pièce intermédiaire. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, les parois du boîtier et les faces correspondantes de la pièce sont appliquées les unes sur les autres et fixées par soudure laser à travers les parois du boîtier. A cette fin, un faisceau laser est focalisé au niveau de l'interface entre les parois du boîtier et les faces correspondantes de la pièce intermédiaire, ce qui crée un échauffement des faces de la pièce intermédiaire conduisant à faire fondre une fine épaisseur de matière permettant ainsi la solidarisation du boîtier à la pièce intermédiaire. La fixation de la pièce intermédiaire sur le support peut être réalisée par différents moyens, par exemple par brasage, soudage, frittage ou soudage laser. L'invention concerne un actionneur tout-électrique, tel que ceux utilisés sur les systèmes avioniques, comprenant un module électronique de puissance du type décrit ci-dessus.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques 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 : la figure 1 est une vue schématique éclatée et en coupe axiale d'un module de puissance selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe d'un module de puissance selon l'invention ; les figures 3 et 3A sont des vues schématiques partielles en coupe avant et après fixation du boîtier d'un module de puissance selon une variante selon l'invention ; la figure 4 est une vue schématique partielle en coupe de la fixation d'un boîtier d'un module de puissance selon une variante de l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un module de puissance 10 selon la technique antérieure comprenant une semelle 12 en matériau composite à matrice métallique sur lequel est brasé un substrat ou support 14 en céramique comportant deux faces 16, 18 inférieure et supérieure métallisées. Des composants électroniques 20 tels que des puces en silicium sont fixés par brasure sur le support. Un boîtier 22 en polymère est monté sur le support 14 ou sur la semelle pour recouvrir les composants électroniques 20 et comporte des parois latérales 24 dont les extrémités en regard du support 14 sont fixées par un joint de colle sur le support 14. Un évacuateur thermique 26 est fixé sur la face de la semelle 12 qui est opposée au support 14 afin d'évacuer vers l'extérieur la chaleur dissipée à l'intérieur du boîtier 22 par les composants électroniques 20. L'enceinte définie par le support 14 et le boîtier 22 peut être remplie d'un gel diélectrique assurant une isolation électrique des composants 20 du module de puissance 10. Lorsque ce module de puissance 10 est intégré dans un actionneur tout-électrique pour aéronef, il est soumis à des vibrations et accélérations relativement importantes, ce qui induit une force de traction sur les joints de collage du boîtier au support. Pour garantir la fixation du boîtier 22 au support 14 en toutes circonstances, on a recours à une fixation additionnelle par des éléments de boulonnage, ce qui n'est pas satisfaisant du fait de l'augmentation de masse que cela induit. L'invention permet de remédier à cet inconvénient en réalisant la fixation du boîtier 28 sur une pièce intermédiaire 30 montée à l'intérieur du boîtier 28 et fixée par un moyen approprié sur le support 14, de façon à solliciter la zone de fixation du boîtier 28 à la pièce intermédiaire 30 en cisaillement et non en traction et évite d'avoir recours à des éléments de boulonnage additionnels comme dans la technique antérieure.
Dans une réalisation de l'invention représentée aux figures 2, 3 et 3A, les parois latérales 26 du boîtier 28 sont fixées par collage sur des faces correspondantes de la pièce intermédiaire 30. Les faces de la pièce intermédiaire 30 en regard des parois 26 du boîtier comportent avantageusement un traitement de surface 32 par un promoteur d'adhésion pour améliorer la fixation par le joint de colle 33. Comme représenté en figure 2, les parois latérales 26 du boîtier 28 et les faces de la pièce intermédiaire 30 en vis-à-vis sont perpendiculaires au support 14.
Dans cette configuration, le boîtier 28 est dimensionné de manière à ce que ses parois latérales 26 forment une espace avec les faces correspondantes de la pièce intermédiaire 30 pour l'injection d'une colle liquide à travers les parois latérales du boîtier et au niveau des angles formés entre les parois latérales 26 du boîtier 28.
Cet espacement au montage du boîtier est assuré par des entretoises 34 prévues entre les parois latérales 26 du boîtier 28 et les faces de la pièce intermédiaire 30. Ces entretoises 34 peuvent être formées sur les faces de la pièce intermédiaire 30 ou sur les parois 26 du boîtier 28.
Dans une autre réalisation de l'invention représentée aux figures 3 et 3A, les parois latérales 36 du boîtier 38 et les faces du de la pièce intermédiaire 40 sont inclinées en oblique par rapport au support 14, cette inclinaison est telle qu'elle permet un engagement du boîtier 38 sur la pièce intermédiaire 40.
Les parois latérales 36 du boîtier 38 et les faces de la pièce intermédiaire 40 sont faiblement convergentes dans un sens opposé au support 14 pour faciliter la mise en position du boîtier 38 sur la pièce intermédiaire 40 (figure 3A). Dans cette réalisation, il est possible d'utiliser une colle thixotropique 30 41 et l'étalement de celle-ci est réalisé lors de l'engagement du boîtier 38 sur la pièce intermédiaire 40 (figure 3A), ce qui évite une injection de colle liquide à travers le boîtier 28 comme dans la configuration de la figure 2. Dans la réalisation représentée en figure 4, les parois 42 du boîtier 44 et les faces correspondantes de la pièce intermédiaire 46 sont parallèles et inclinées en oblique par rapport au support 14. Les parois latérales 42 du boîtier 44 sont appliquées directement sur les faces correspondantes de la pièce intermédiaire 46 et la fixation du boîtier 44 est réalisée par soudage laser à travers le boîtier 44. Ce soudage laser consiste à focaliser un rayonnement laser à travers le boîtier 44, au niveau de la zone de contact entre les parois latérales 42 et les faces de la pièce intermédiaire 46. L'accumulation de chaleur dans la pièce intermédiaire 46 conduit ensuite à faire fondre une fine couche de matière des faces internes des parois latérales 42 du boîtier et permet ainsi de souder le boîtier 44 à la pièce intermédiaire 46.
Le matériau utilisé pour le boîtier est par exemple un matériau polymère. Ce type de matériau est transparent aux rayonnements infra-rouge et est donc bien adapté pour un soudage laser par faisceau infra-rouge. Dans toutes les réalisations de l'invention représentées aux dessins, les extrémités des parois de la pièce intermédiaire 30, 40, 46 en regard du support 14 comprennent un traitement de surface 48 pour l'adhésion sur le support métallisé (représenté en figure 2). La fixation de la pièce intermédiaire 30, 40, 46 au support peut être réalisée par brasage, soudage, frittage ou soudage laser.
Selon l'invention, le choix du matériau de la pièce intermédiaire 30, 40, 46 est uniquement conditionné par l'obtention d'une bonne fixation du boîtier et dans le cas d'une fixation par une couche adhésive par les contraintes d'utilisation de l'adhésif. Dans une autre réalisation de l'invention, la pièce intermédiaire peut être un cadre continu monté autour des composants électroniques 20 et comportant autant de faces latérales que le boîtier comprend de parois latérales, ce qui permet de fixer le boîtier sur toute sa périphérie sur la pièce intermédiaire. Une telle pièce intermédiaire peut former ainsi un réservoir autour des composants pour l'insertion du gel diélectrique avant le montage du boîtier, ce qui permet de réaliser le boîtier en une seule pièce contrairement à la technique antérieure où celui-ci doit comprendre un couvercle indépendant. En variante, ce cadre peut comprendre des montants oblique ou perpendiculaire au support, sur lesquels le boîtier est fixé de façon discontinue.
L'invention n'est pas limitée à la fixation du boîtier sur un support 14 portant directement les composants électroniques 20. Ainsi, dans d'autres réalisations de l'invention, la pièce intermédiaire 30, 40, 46 peut être fixée sur une pièce telle que la semelle 12.15

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Module électronique de puissance, comprenant un support (14) sur lequel sont montés des composants électroniques (20) et un boîtier (28, 38, 5 44) recouvrant et entourant les composants (20) et fixé sur le support (14), caractérisé en que le boîtier (28, 38, 44) comprend des parois (26, 36, 42) fixées sur des faces correspondantes d'une pièce intermédiaire (30, 40, 46) fixée à l'intérieur du boîtier (28, 38, 44) sur le support (14).
  2. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parois 10 (26) du boîtier (28) et lesdites faces de la pièce intermédiaire (30) sont perpendiculaires au support des composants.
  3. 3. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites parois du boîtier (36, 42) et les faces correspondantes de la pièce intermédiaire (40, 46) sont inclinées en oblique sur le support (14) des composants (20). 15
  4. 4. Module selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois du boîtier (36, 42) et les faces correspondantes de la pièce (40, 46) sont parallèles ou faiblement convergentes dans un sens opposé au support (1 4).
  5. 5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les 20 parois précitées du boîtier (26, 36) et les faces correspondantes de la pièce (30, 40) sont fixées les unes aux autres par une couche de colle.
  6. 6. Module selon la revendication 5, caractérisé en ce que la colle est une colle thixotropique.
  7. 7. Module selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites 25 parois du boîtier et les faces correspondantes de la pièce sont appliquées les unes sur les autres et fixées par soudure laser à travers les parois du boîtier.
  8. 8. Module selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier (28, 38, 44) est réalisé dans un matériau polymère.
  9. 9. Module selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce la pièce intermédiaire (30, 40, 46) est fixée au support par brasage, soudage, frittage ou soudage laser.
  10. 10. Actionneur tout-électrique, en particulier pour aéronef, comprenant un 5 module électronique de puissance selon l'une des revendications précédentes.
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