FR3143191A1 - Guide de connecteurs pour onduleur comportant un organe de plaquage - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de plaquage destiné à être installé dans un onduleur comportant au moins deux modules de puissance disposés sur une surface de refroidissement de l'onduleur, le dispositif de plaquage comportant :
un corps (50) rigide ayant une forme sensiblement plane et comportant une première face (51) destinée à être tournée vers la surface de refroidissement, au moins deux organes de plaquage (60) distincts portés par la première face (51) du corps (50), chaque organe de plaquage (60) étant destiné à être associé à un desdits modules de puissance de l’onduleur et configuré pour exercer un effort sensiblement perpendiculaire à un plan général d’extension du corps (50) lorsque ledit organe de plaquage (60) est comprimé en vue de plaquer le module de puissance associé contre la surface de refroidissement,
le corps (50) comportant des premières portions recouvrant chaque organe de plaquage (60).
Figure pour abrégé : figure 2
Description
La présente invention concerne le domaine des assemblages d’onduleurs électriques. Elle concerne notamment les onduleurs adaptés à piloter le fonctionnement d’une machine électrique de traction d’un véhicule électrique ou hybride, par exemple un véhicule automobile.
Un onduleur est, dans le domaine de l’électronique de puissance, un convertisseur de tension permettant de générer des tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique de tension ou de fréquence différente. Un onduleur permet notamment de générer les tensions alternatives adaptées au fonctionnement d’un moteur électrique, synchrone ou asynchrone, à partir d’une source de tension continue, telle qu’une batterie électrique.
Un onduleur polyphasé, par exemple triphasé, permet de hacher une tension continue en une tension sinusoïdale polyphasée (par exemple triphasée) équilibrée. Les onduleurs comportent pour ce faire des modules de puissance comportant des interrupteurs électroniques, par exemple des IGBT (IGBT signifiant transistor bipolaire à grille isolée, de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor »), dont les ouvertures et les fermetures sont commandées de manière appropriée par une ou plusieurs cartes électroniques (carte de contrôle et carte de puissance ou « carte driver », éventuellement réunies en une seule carte).
La ou les cartes électroniques couramment appelées « PCB » (de l’anglais « Printed Circuit Board »), sont composées de circuits imprimés et de composants électroniques. Les composants de l’onduleur, tels que modules de puissance et les cartes électroniques, sont généralement placés dans un boîtier de protection également appelé carter.
Dans certaines applications, par exemple dans les onduleurs pour véhicules électriques ou hybrides, la tension peut être relativement élevée, de l’ordre de 200V à 800V. La génération de chaleur par effet Joule peut alors devenir importante et risque d’endommager des composants de l’onduleur.
De la chaleur est également générée par les interrupteurs électroniques du fait de leur fréquence de commutation élevée. Cette chaleur risque d’endommager les interrupteurs électroniques des modules de puissance dont la température maximale admissible est de l’ordre de 175°C pour un IGBT et est légèrement supérieure pour un interrupteur électronique SiC.
Pour refroidir les modules de puissance et/ou dissiper la chaleur qu'ils génèrent, il est connu de plaquer les modules de puissance contre un fond du carter ou une plaque de refroidissement de l’onduleur afin d’assurer un transfert thermique satisfaisant. Ainsi, la chaleur générée par les modules de puissance est évacuée vers le carter ou la plaque de refroidissement.
Le document FR2995138 divulgue un organe de plaquage agencé pour être monté dans un bloc électronique de puissance et permettant de plaquer une pièce contre une surface. L’organe de plaquage comprend des pattes élastiquement déformables s’étendant le long d’une plaque ayant une forme allongée. La plaque comporte à ses extrémités longitudinales des moyens de fixation pour fixer l’organe de plaquage sur le carter.
Néanmoins, l’utilisation d'un tel organe de plaquage est complexe dans l'environnement d'un onduleur pour plusieurs raisons. Tout d’abord, du fait de l’empilement des différents composants qui constituent l’onduleur, l’intégration d’un tel organe de plaquage, qui plus est de forme allongée, est complexe.
De plus, l’effort exercé par les pattes élastiquement déformables est susceptible d’induire un flambage de la plaque, notamment en son centre entre les moyens de fixation. Ainsi, les dimensions de la plaque peuvent difficilement être réduites, au risque de détériorer la qualité du plaquage à cause d’une déformation de la plaque.
Enfin, cet organe de plaquage est exclusivement métallique et entraîne, du fait de ses dimensions et de sa proximité avec les autres composants, un risque de court-circuit.
La présente invention vise ainsi à proposer un dispositif résolvant tout ou partie des inconvénients évoqués ci-dessus.
A cet effet, l’invention concerne selon un premier aspect, un dispositif de plaquage destiné à être installé dans un onduleur comportant au moins deux modules de puissance disposés sur une surface de refroidissement de l'onduleur, le dispositif de plaquage comportant :
- un corps rigide ayant une forme sensiblement plane et comportant une première face destinée à être tournée vers la surface de refroidissement,
- au moins deux organes de plaquage distincts portés par la première face du corps, chaque organe de plaquage étant destiné à être associé à un desdits au moins deux modules de puissance de l’onduleur et configuré pour exercer un effort sensiblement perpendiculaire à un plan général d’extension du corps lorsque ledit organe de plaquage est comprimé en vue de plaquer le module de puissance associé contre la surface de refroidissement,
le corps comportant des premières portions recouvrant chaque organe de plaquage.
Grâce aux organes de plaquage selon l’invention, le dispositif de plaquage améliore le refroidissement des modules de puissance, tout en étant compact et compatible avec plusieurs structures d’onduleurs.
En particulier, l’effort exercé par un organe de plaquage sur un module de puissance associé est repris par une première portion du corps, sans être transmis à l’au moins un autre organe de plaquage. Autrement dit, l’effort exercé par un organe de plaquage n’affecte pas l’au moins un autre organe de plaquage et inversement. Les efforts exercés par les organes de plaquage sur les modules sont ainsi uniformes et constants, et le refroidissement de chaque module de puissance est assuré de manière fiable.
De plus, il est plus facile de fabriquer un organe de plaquage destiné à être associé avec un module de puissance, au lieu de fabriquer spécifiquement un organe de plaquage dont la configuration est spécifique à chaque structure d’onduleur. En effet, les organes de plaquage peuvent être disposés différemment sur le corps selon la structure de l’onduleur, et en particulier selon l’agencement des modules de puissance. L’invention peut comporter de manière facultative une ou plusieurs des caractéristiques suivantes combinées entre elles ou non.
Le corps peut comporter, de plus, des deuxièmes portions, adjacentes ou superposées aux premières portions, dans lesquelles sont ménagés des orifices formant des guides pour des broches de commande du module de puissance. En d’autres termes, chaque organe de plaquage est supporté et maintenu en position par une première portion du corps qui est proche, mais distincte, d’une deuxième portion adaptée à guider des broches de commande. Cela permet notamment de réduire le risque de court-circuit lorsque les organes de plaquage sont en métal.
Par « broche de commande » ou plus simplement « broche », il est entendu un connecteur mâle sous la forme d’une barrette rigide métallique adaptée à être insérée dans un connecteur femelle correspondant.
Chaque organe de plaquage peut être réalisé, au moins partiellement, en métal, et en ce que le corps est réalisé en plastique.
Chaque organe de plaquage peut être fixé au corps du dispositif de plaquage par encliquetage.
Chaque organe de plaquage peut comporter
- une plaque fixée sur la face interne du corps, et
- une lame ressort élastiquement déformable, la lame ressort ayant un bord de raccord rattachant la lame ressort à la plaque et un bord d’extrémité libre qui est distal par rapport au bord de raccordement, le bord d’extrémité libre étant destiné à venir en appui contre l’au moins un module de puissance.
La lame ressort peut avoir une forme globale de trapèze isocèle, avec le bord de raccord formant la petite base et le bord d’extrémité libre formant la grande base de ce trapèze.
Chaque organe de plaquage comporte une deuxième lame ressort, les bords d’extrémité libre de chacune des lames étant en regard l’un de l’autre et s’inscrivant sensiblement dans un même plan. De préférence, les lames peuvent s’étendre sur toute la largeur du module de puissance.
La plaque de chaque organe de plaquage peut présenter des zones de concentration de contraintes liées à la déformation de la lame ressort, ces zones étant situées aux extrémités du bord de raccord de la lame ressort, la plaque étant pourvue, à chaque zone de concentration de contraintes, d’un bossage de rigidification locale.
Le corps peut comporter une portion intermédiaire qui est positionnée entre lesdits au moins deux organes de plaquage, ladite portion intermédiaire comportant un logement adapté à recevoir un capteur de température.
L’invention concerne, selon un deuxième aspect, un onduleur comportant
- une surface de refroidissement,
- au moins deux modules de puissance, chaque module de puissance étant disposé sur la surface de refroidissement, et
- un dispositif de plaquage tel que décrit précédemment, chacun desdits au moins deux organes de plaquage étant comprimé entre le corps et le module de puissance associé et exerçant un effort plaquant ledit module de puissance contre la surface de refroidissement.
Chaque module de puissance peut comporter des broches de commande. L’onduleur peut comporter, de plus, une carte électronique comportant des connecteurs femelles auxquels sont reliées les broches de commande desdits au moins deux modules de puissance, au moins une broche de commande de chacun desdits au moins deux modules de puissance traversant un orifice du dispositif de plaquage.
L’onduleur peut comporter un élément d’interface conducteur thermiquement interposé entre chaque module de puissance et la surface de refroidissement, l’élément d’interface étant compressé entre chaque module de puissance et la surface de refroidissement sous l’action de l’organe de plaquage.
L’élément d’interface peut avoir une conductivité thermique qui est fonction de la pression appliquée sur ledit élément d’interface.
L’effort exercé par chaque organe de plaquage sur le module de puissance associé peut être compris entre 5 daN et 100 daN, et de préférence entre 20 daN et 60 daN.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés.
La représente schématiquement et partiellement un onduleur, conforme à l’invention, dans lequel est positionné un dispositif de plaquage, également conforme à l’invention.
La est une vue en perspective d’un dispositif de plaquage conforme à l’invention, pris de manière isolée.
La est une vue similaire à celle de la , selon un autre angle de vue.
La est une vue en perspective d’un organe de plaquage, pris de manière isolée, du dispositif de plaquage des figures 2 et 3.
La est une vue de côté de l’organe de plaquage de la .
La est une vue de dessus de l’organe de plaquage des figures 4 et 5, selon encore un autre angle de vue.
La est une vue en perspective montrant un assemblage du dispositif de plaquage des figures 2 et 3.
La montre, selon une vue en coupe partielle, l’organe de plaquage et le corps du dispositif de plaquage en vue d’être assemblés.
La montre, selon une vue en coupe partielle, l’organe de plaquage et le corps du dispositif de plaquage assemblés.
La est une vue en perspective d’un organe de plaquage, pris de manière isolée, selon une première variante de réalisation.
La est une vue similaire à celle de la , selon une deuxième variante de réalisation de l’invention.
La est une vue similaire à celle de la , selon une troisième variante de réalisation de l’invention.
La montre partiellement et schématiquement un onduleur 1, qui est par exemple adapté à piloter le fonctionnement d’une machine électrique de traction d’un véhicule électrique ou hybride, notamment un véhicule automobile.
A cet effet, l’onduleur 1 comporte un module de puissance 2 et une carte électronique 3 configurée pour commander, de manière appropriée, le module de puissance 2. Le module de puissance 2 comporte pour ce faire des broches de commande 21 qui s’étendent en direction de la carte électronique 3 et qui viennent s’engager dans des connecteurs femelles 31 de la carte électronique 3 pour réaliser une connexion électrique.
L’onduleur 1 comporte une surface 4 de refroidissement configurée pour dissiper la chaleur générée par des composants de l’onduleur 1 et notamment, dans l’exemple illustré, du module de puissance 2.
Afin d’assurer une bonne conductivité thermique et donc une évacuation efficace de la chaleur, le module de puissance 2 est plaqué ou pressé contre la surface 4 de refroidissement par un dispositif de plaquage 5 de l’onduleur 1. Le dispositif de plaquage 5 est configuré pour exercer un effort sensiblement perpendiculaire à la surface du module de puissance 2 en contact avec la surface 4 de refroidissement.
L’onduleur 1 comporte un carter 8 dans lequel sont logés le module de puissance 2, la carte électronique 3 et le dispositif de plaquage 5. Pour des raisons de compacité de l’onduleur 1, le dispositif de plaquage 5 est disposé entre le module de puissance 2 et la carte électronique 3.
Le module de puissance 2 et la surface 4 de refroidissement ayant potentiellement sur leurs surfaces en contact des irrégularités de surface, par exemple de l’ordre 150 microns maximum, il est prévu un élément d’interface 6 conducteur thermiquement qui est interposé entre le module de puissance 2 et la surface 4 de refroidissement. L’élément d’interface 6 assure ainsi une conductivité thermique améliorée, notamment en comblant de potentiels interstices entre le module de puissance 2 et la surface 4 de refroidissement.
La conductivité thermique peut encore être améliorée en appliquant un effort en compression prédéterminé sur l’élément d’interface 6 qui, dans certains cas, présente des propriétés intrinsèques de conductivité thermique variant en fonction de l’effort appliqué. L’élément d’interface 6 est par exemple une pâte thermique, aussi désignée par le terme anglophone « gap filler », pour laquelle un effort en compression compris entre 5 daN et 100 daN, de préférence entre 20 daN et 60 daN, permet d’améliorer les propriétés de conductivité thermique de cette pâte thermique. L’utilisation d’une pâte thermique garantit également une répartition homogène de l’élément d’interface 6 entre le module de puissance 2 et la surface 4 de refroidissement, en s’étalant sous l’action de l’effort exercé par le dispositif de plaquage 5. Autrement dit, l’effort appliqué par le dispositif de plaquage 5 sur le module de puissance 2 contribue à l’expansion de l’élément d'interface 6. Cet effort contribue aussi à l’obtention d’une épaisseur prédéterminée, qui est de préférence la plus faible possible, de sorte à seulement combler les interstices entre le module de puissance 2 et la surface 4 de refroidissement afin d’assurer un transfert thermique homogène.
Les figures 2 et 3 montrent plus en détails le dispositif de plaquage 5 conforme à l’invention.
Le dispositif de plaquage 5 est formé essentiellement par un corps 50 sensiblement plan et des organes de plaquage 60 qui sont portés par une première face 51 du corps 50, destinée à être tournée vers le module de puissance 2. Chaque organe de plaquage 60 est configuré pour exercer un effort dirigé à l’opposé du corps 50 lorsque cet organe de plaquage 60 est comprimé, de sorte à plaquer un module de puissance 2 contre la surface 4 de refroidissement.
Dans l’exemple illustré, le dispositif de plaquage 5 a un corps 50 de forme allongée, globalement rectangulaire, et trois organes de plaquage 60 distincts, répartis le long d’un axe longitudinal X du corps 50. Autrement dit, chaque organe de plaquage 60 est indépendant ou distinct et le corps 50 sert de support pour maintenir en position ces organes de plaquage 60.
Comme l’illustre la , le corps 50 comporte des portions de plaquage 53 qui recouvrent chacune, au moins en partie, un organe de plaquage 60. Les portions de plaquage 53 sont rigides et reprennent directement les efforts exercés par les organes de plaquage 60 sur les modules de puissance 2 associés et comportent, sur une deuxième face 52 opposée à la première face 51, des moyens de renfort 54 qui sont ici formés par des nervures, par exemple en forme de croix.
Les moyens de renfort 54 assurent une rigidité du corps 50, notamment au niveau des portions de plaquage 53, ce qui permet de limiter voire d’éviter les déformations par flexion du corps 50 sous l’influence de l’effort exercé par chaque organe de plaquage 60. Les moyens de renfort 54 contribuent ainsi à l’application et au maintien d’un effort identique sur chaque module de puissance 60. A noter que le corps 50 comporte aussi sur chacune des faces 51 et 52 d’autres nervures de renfort, plus petites, ayant par exemple une forme de nid d’abeille.
Les organes de plaquage 60 sont ici formés par des lames ressorts, utilisant les propriétés élastiques du matériau à partir duquel ces lames sont formées pour exercer un effort. Pour des raisons de résistance, notamment à la chaleur et la déformation, il est préférable que les organes de plaquage 60 soient réalisés en métal.
Les organes de plaquage 60 étant, une fois le dispositif de plaquage 5 assemblé dans l’onduleur 1, à proximité des broches de commande 21 sont susceptibles d’entrer en contact avec une des broches 21, par exemple lors d’un choc ou du fait de vibrations, ce qui est particulièrement fréquent dans le cas d’un onduleur de véhicule. Un tel contact est susceptible de générer un court-circuit, ce qui peut être particulièrement dommageable pour l’onduleur 1.
A cet effet, le corps 50 comporte des portions de guidage 55 qui sont chacune pourvues d’orifices 22 adaptés au passage des broches de commande 21. Chaque orifice 22 est dimensionné pour permettre le passage d’une seule broche de commande 21. Les orifices 22 sont agencés sur le corps 50 de sorte à maintenir les broches de commande 21 à l’écart des organes de plaquage 60. Les orifices 22 sont aussi agencés sur le corps 50 de sorte à garantir un positionnement et une orientation précise des broches de commande 21 en vue de leur raccordement à la carte électronique 3.
Le dispositif de plaquage 5 réunit ainsi les fonctions de plaquage et de guidage, tout en maintenant les broches de commande à distance des organes de plaquage 60. L’assemblage du dispositif de plaquage 5 dans l’onduleur est ainsi simplifié.
De plus, les broches de commande 21 peuvent être maintenues relativement près des organes de plaquage 60, afin de limiter l’encombrement, sans entrer en contact sous l’influence de vibrations ou de choc. A cet effet, chaque portion de guidage 55 jouxte une portion de plaquage 53 respective afin de limiter la compacité du dispositif de plaquage 5. Dans l’exemple illustré, chaque portion de guidage 55 forme une extension de la portion de plaquage 53 associée selon une direction transversale du corps 50. Les portions de guidage 55 et les portions de plaquage 53 s’inscrivent dans un même plan, définissant un plan général d’extension du corps 50.
Les portions de plaquage 53 et les portions de guidage 55 associées, c’est-à-dire destinées respectivement à plaquer et à guider les broches de commande 21 d’un même module de puissance 2, sont espacés les unes des autres, selon l’axe longitudinal X du corps 50, par des portions intermédiaires 56. Chaque portion intermédiaire 56 a ici une forme allongée selon un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal X du corps 50.
Les portions intermédiaires 56 comportent chacune un logement (non référencé) destiné à recevoir un capteur, par exemple un capteur de température configuré pour mesurer la température d’un ou de plusieurs modules de puissance 2. Cela permet d’ajuster le pilotage de l’onduleur 1 et d’éviter d’endommager des composants de l’onduleur 1. Un tel capteur doit ainsi être raccordé électriquement à la carte électronique 3. A cet effet, le logement est traversant et permet le passage, au moins partiellement, à travers l’épaisseur du corps 50 d’un tel capteur.
Le corps 50 comporte des moyens 7 pour la fixation du dispositif de plaquage 5. Ces moyens 7 sont agencés d’une part à chaque coin du corps 50 et d’autre part aux extrémités longitudinales de chaque portion intermédiaire 56. Les moyens 7 de fixation aux extrémités longitudinales des portions intermédiaires 56 contribuent à la diminution du moment fléchissant au centre, selon l’axe longitudinal X, du corps 50 en reprenant les efforts autour de chaque organe de plaquage 60, c’est-à-dire de chaque portion de plaquage 53.
Dans l’exemple représenté, les portions de plaquage 53 ont une forme globalement rectangulaire et les moyens de fixation 7 sont disposés à chaque coin des portions de plaquage 53. Les efforts des organes de plaquage 60 sont ainsi répartis uniformément entre les moyens de fixation 7.
Le dispositif de plaquage 5 est par exemple vissé au carter 8 de l’onduleur 1. En effet, le vissage permet de régler la position verticale du dispositif de plaquage 5 et d’ajuster l’effort exercé sur les modules de puissance 2. Pour augmenter l’effort exercé, il suffit de visser, c’est-à-dire serrer, de sorte à rapprocher le dispositif de plaquage 5 des modules de puissance 2. Cela a pour effet de comprimer chaque organe de plaquage 60 entre le corps 50 et le module de puissance 2 associé. Pour diminuer l’effort exercé, il suffit de dévisser de sorte à éloigner le dispositif de plaquage 5 des modules de puissance 2. En dévissant, le dispositif de plaquage 5 s’éloigne naturellement des modules de puissance 2, sous l’influence de l’effort exercé par les organes de puissance 60 sur les modules de puissance 2 associés.
Les moyens de fixation 7 sont par exemple formés par des pattes s’étendant depuis le corps 50 et étant munies, à leur extrémité distale, d’un orifice 71 adapté recevoir une vis. Dans l’exemple illustré, les pattes sont légèrement surélevées par rapport à un plan général d’extension du corps, afin de limiter l’espace entre les orifices 71 et des points de fixation de l’onduleur 1.
Le corps 50 est par exemple obtenu par moulage d’un matériau plastique. L’utilisation d’un matériau plastique permet de former les orifices 22 pour le passage des broches de commande 21 directement dans le corps 50 du fait de la faible conductivité électrique de ce matériau.
Le corps 50 est avantageusement formé d’un seul tenant. Cela permet d’avoir une meilleure résistance aux efforts et de faciliter la fabrication du corps 50.
La figures 4 à 6 montrent, de manière isolée, un organe de plaquage 60 identique à ceux illustrés à la .
L’organe de plaquage 60 comporte une plaque 61 destinée à être fixée sur la première face 51 du corps 50 et des lames ressort 62 élastiquement déformables s’étendant en saillie depuis la plaque 61. Par élastiquement déformable, il est entendu un élément qui revient à une position initiale en l'absence de contrainte. Les lames ressort 62 sont par exemple élastiquement déformables de par leur forme de languette.
Chaque lame ressort 62 a un bord de raccord 63 rattachant la lame ressort 62 à la plaque 61 et un bord d’extrémité libre 64 qui est distal par rapport au bord de raccord 63.
Les bords d’extrémité libre 64 de chaque lame ressort 62 sont destinés à venir en appui contre un module de puissance 2. Les lames ressort 62 s’étendent depuis la plaque 61 suivant une direction transverse pour converger l'une vers l'autre de sorte que les bords d’extrémité libre 64 sont en regard l’un de l’autre et s’inscrivent dans un même plan.
L’effort exercé par chaque lame ressort 62 peut comprendre une composante sensiblement perpendiculaire au plan général d’extension du corps 50, et aussi une composante latérale qui peut entraîner le glissement du module de puissance 2 sur la surface 4 de refroidissement. Les bords d'extrémité libres 64 étant en regard, les composantes latérales des efforts exercés par les lames ressort 62 se compensent. Ainsi, un glissement du module de puissance 2 provoqué par les lames ressort 62 est évité.
De préférence, chaque bord d’extrémité libre 64 s’étend transversalement, c’est-à-dire perpendiculairement à une direction reliant le bord de raccord 63 au bord d’extrémité libre 64, sur toute la largeur ou la longueur du module de puissance 2 associé. De ce fait, la zone d'application de l’effort sur le module de puissance 2 est la plus large possible et le risque d’endommagement du module de puissance est limité. En effet, en augmentant la surface d’application de l’effort sur le module de puissance 2, la pression est réduite par rapport à un effort équivalent appliqué sur une surface inférieure.
Comme le montre la , chaque bord d’extrémité libre 64 forme un angle avec le reste de la lame ressort 62 associée, de sorte à former une surface plane. Cet angle est tel que la surface formée par le bord d’extrémité libre 64 est sensiblement parallèle au plan formé par la plaque 61. Cette surface plane est sensiblement parallèle avec la surface du module de puissance au contact du bord d’extrémité libre 64. Les bords d’extrémité libre 64 sont de préférence chanfreinés ou arrondis afin de faciliter le glissement sur les modules de puissance 2 et d’éviter leur dégradation.
Les lames ressort 62 sont formées par découpe et pliage à partir de la plaque 61. La plaque 61 est par exemple réalisée en acier ressort C67S. De préférence, la plaque 61 ainsi que les lames ressort 62 ont une épaisseur comprise entre 0.5 mm et 1 mm, et plus particulièrement égale à 0.8 mm. L’angle formé entre chacune des lames ressort 62 et la plaque 61 après pliage peut être ajusté selon les efforts à appliquer sur les modules de puissance 2.
Lorsque les lames ressort 62 sont déformées, par appui du bord d’extrémité libre 64 sur un module de puissance 2, des zones de concentration de contraintes apparaissent au niveau du bord de raccord 63.
En observant les contraintes dans ces zones suivant différentes formes de lames ressort 62, la Demanderesse a constaté qu’une lame ressort 62 ayant une forme globale de trapèze isocèle, avec le bord de raccord 63 formant la petite base et le bord d’extrémité libre 64 formant la grande base, permet d’obtenir des concentrations de contraintes relativement faibles par rapport aux autres formes. En particulier, la Demanderesse a constaté que par rapport à une lame de forme rectangulaire, une telle lame ressort 62 permet de réduire les contraintes d’environ 70% et de répartir l’effort uniformément sur le bord d’extrémité libre 64.
Autrement dit, le bord de raccord 63 est plus large que le bord d’extrémité libre 64 et la lame ressort 62 s’élargie progressivement du bord de raccord 63 vers le bord d’extrémité libre 64.
Par exemple, le rapport entre la largeur du bord de raccord 63 et la largeur du bord d’extrémité libre 64 est compris entre 0,5 et 0,9, de préférence de l’ordre de 0,8. Plus particulièrement, le bord de raccord 63 a une largeur égale à 24 mm tandis que le bord d’extrémité libre 64 a une largeur égale à 29 mm.
Comme visible à la , chaque lame ressort 62 comporte des bords latéraux reliant le bord de raccord 63 et le bord d’extrémité libre 64. Chaque bord latéral comporte une partie biseautée et une partie droite. La partie biseautée étant du côté du bord de raccord 63 et la partie droite étant du côté du bord d’extrémité libre 64. La partie biseautée permet une meilleure répartition des efforts le long du bord d’extrémité 64 de la lame ressort 62. La partie droite permet d’éviter l’apparition de bavures lors du pliage de la lame ressort 62 au cours de son procédé de fabrication et permet d’éviter d’avoir un angle saillant au niveau des extrémités du bord d’extrémité libre 64 de la lame ressort 62.
Les bords latéraux sont espacés de la plaque 61 par des échancrures 72. Les échancrures 72 résultent par exemple de la découpe des lames ressort 62 dans la plaque 61. Chaque échancrure 72 a par exemple une extrémité, du côté du bord de raccord 63, qui est droite ou de préférence arrondie afin de réduire la concentration de contrainte au niveau de ce bord ou de l’arrondi de l’échancrure 72.
Les échancrures 72 forment ensemble une ouverture en forme de H dont les extrémités des barres verticales se rapprochent les unes des autres.
La plaque 61 comporte, au niveau de chaque zone de concentration des contraintes, un bossage 65 permettant de rigidifier localement la plaque 61. Chaque bossage 65 est par exemple obtenu par emboutissage et permet ainsi d’augmenter localement la raideur intrinsèque de la plaque 61.
Dans l’exemple illustré, la plaque 61 comporte quatre bossages 65 répartis à chaque coin de la plaque 61. Autrement dit, les quatre coins de la plaque 61 sont munis de portions embouties qui rigidifient les zones de concentration de contraintes et permettent d’éviter que la plaque 61 se déforme sous l’effort et la déformation des lames ressort 62. Les bossages 65 sont de préférence agencés aux endroits où les contraintes sont les plus importantes. Chaque bossage 65 a ici une forme allongée dans la direction longitudinale des lames ressort 62. Le bossage 65 est par exemple obtenu par emboutissage.
A partir de cette plaque 61 s’étendent, depuis des bords 61a opposés, deux ailes 66 configurées pour fixer l’organe de plaquage 60 sur le corps 50 du dispositif de plaquage 5. Chaque aile 66 comporte un tronçon vertical 67, un tronçon coudé 68 rattachant le tronçon vertical 67 à la plaque 61 et des rampes 69 s’étendant depuis le tronçon vertical 67 à l’opposé du tronçon coudé 68.
Le tronçon vertical 67 est, en l’absence de sollicitation, dans une position initiale dans laquelle le tronçon vertical 67 est sensiblement perpendiculaire à la plaque 61.
Chaque aile 66 comporte des échancrures 70 délimités par un premier bord 67a, à savoir un bord inférieur du tronçon vertical 67, des bords 68a du tronçon coudé 68 et les bords 61a de la plaque 61 depuis lesquels s’étendent les ailes 66. Les échancrures 70 sont situées de part et d’autre des tronçons coudés 68, de sorte que la section de chaque tronçon coudé 68 est réduite par rapport à la section de la plaque 61 et la section du tronçon vertical 67. Les échancrures 70 facilitent ainsi la déformation du tronçon coudé 68.
Les rampes 69 sont inclinées par rapport au tronçon vertical 67, par exemple d’environ 45°, et sont tournées vers l’intérieur, c’est-à-dire vers la plaque 61. Comme visible sur la , les rampes 69 sont par exemple disposées à chaque coin de l’organe de plaquage 60.
Les figures 7 à 9 montrent de manière schématique un exemple d’assemblage du dispositif de plaquage 5 dans lequel les organes de plaquage 60 sont assemblés au corps 50.
Comme le montre la , les organes de plaquage 60 sont assemblés au corps 50 selon une même direction d’assemblage, représentée par des flèches verticales. La direction d’assemblage est par exemple sensiblement perpendiculaire au plan général du corps 50. Cela facilite l’assemblage, et permet d’utiliser un seul et même dispositif d’assemblage.
Les organes de plaquage 60 sont avantageusement fixés au corps 50 par encliquetage. Un tel assemblage ne nécessite donc pas d’élément supplémentaire. De plus, un tel assemblage implique seulement de rapprocher les organes de plaquage 60 et le corps 50 selon une direction prédéfinie, ce qui peut facilement être automatisé.
Le corps 50 comporte, sur sa première face 51, des ouvertures 57 configurées pour recevoir respectivement, au moins partiellement, les ailes 66 des organes de plaquage 60. Les ouvertures 57 sont traversantes, au moins à leurs extrémités longitudinales. Les efforts exercés par les lames ressort 62 sont ainsi transmis par l’intermédiaire des ailes 66 au corps 50, ce qui permet de limiter la déformation de l’organe de plaquage 60, notamment par flambage.
Une fois les ailes 66 reçues dans les ouvertures 57, la plaque 61 est de préférence en appui contre la face 51 du corps 50, au niveau de la portion de plaquage 53. Les efforts transmis à la plaque 61 par les lames ressort 62 sont transmis au corps 50, et la déformation de la plaque 61 est ainsi limitée.
En référence aux figures 8 et 9, le corps 50 est pourvu d’un nez 58 faisant saillie dans chaque ouverture 57. Ce nez 58 comporte une pente 59a ouverte sur la première face 51 du corps 50 et formant un angle d’environ 45° par rapport à cette première face 51. A cette pente 59a est reliée une butée 59b, visible depuis la deuxième face 52 du corps 50 à travers l’ouverture 57. La butée 59b forme par exemple un angle d’environ 45° avec la pente 59a.
L’assemblage par encliquetage du corps 50 et d’un organe de plaquage 60 est décrit ci-dessous à l’appui des figures 8 et 9 montrant respectivement le corps 50 et l’organe de plaquage 60 au cours de leur assemblage et après leur assemblage par encliquetage.
L’extrémité libre de l’aile 66 est en regard de l’ouverture 57 correspondante du côté de la première face 51 du corps 50, de sorte que la rampe 69 est en regard de la pente 59a du nez 58.
L’organe de plaquage 60 et le corps 50 sont alors rapprochés l’un de l’autre suivant la direction d’assemblage, illustrée par une flèche verticale sur la .
Le tronçon vertical 67 et le tronçon coudé 68 sont configurés pour qu’au cours de ce mouvement de rapprochement, la pente 59a du nez 58 rencontre la rampe 69 et l’entraîne à écarter le tronçon vertical 67 de sa position initiale par déformation élastique du tronçon coudé 68, jusqu’à ce que le tronçon vertical 67 ait franchi la rampe 69, le tronçon coudé 68 se détendant alors en ramenant le tronçon vertical 67 à sa position initiale.
L’organe de plaquage 60 et le corps 50 sont alors assemblés. En configuration encliquetée, illustrée à la , l’organe de plaquage 60 est ainsi maintenu au niveau de ses ailes 66 suivant la direction d’assemblage dans le sens inverse de la flèche représentée sur la , soit vers le haut, puisque le bord inférieur 67a du tronçon vertical 67 vient en appui contre la butée 59b du nez 58. Le nez 58 empêche ainsi via la butée 59b, le désassemblage de l’organe de plaquage 60 par écartement du corps 50 et de l’organe plaquage 60 suivant la direction d’assemblage.
L’échancrure 70 est par exemple configurée pour accueillir le nez 58 en autorisant un faible déplacement, de l’ordre de quelques millimètres, de l’organe de plaquage 60 suivant la direction d’assemblage. En particulier, cela s’explique en ce que la distance entre le bord inférieur 67a du tronçon vertical 67 et la surface de la plaque 61 tournée vers le corps 50 et supérieure à la distance entre la butée 59b du nez 58 et la surface de la face interne 51 du corps 50 sur laquelle vient en appui la plaque 61.
Cet arrangement favorise ainsi le glissement, voire le frottement des organes de plaquage 60 sur le corps 50 lorsque des efforts de directions opposées s’appliquent sur chacune de ces pièces. Un tel arrangement est ainsi particulièrement efficace, notamment en comparaison avec d’autres assemblages comme le bouterollage ou le surmoulage, qui n’autorisent pas ou peu de déplacement entre les pièces assemblées.
La illustre un organe de plaquage selon une première variante de réalisation, du même type de celui décrit en référence aux figures 4 à 6, mais dans lequel la plaque et les lames ressort diffèrent de ce dernier.
Pour simplifier la description, des références numériques similaires mais additionnées du nombre 100 ont été utilisées pour la description de cet organe de plaquage.
Cet organe de plaquage 160 comporte également une plaque 161 et deux lames ressort 162 rattachées à la plaque 161 par des bords de raccord 163.
La plaque 161 est globalement plane et les lames ressort 162 s’étendent en saillie depuis cette plaque 161. La plaque 161 comporte une partie centrale 161b à partir de laquelle les lames ressort 162 s’étendent dans des directions opposées, de sorte que les bords d’extrémité libre 164 de chaque lame ressort 162 regardent dans une direction opposée. Lees lames ressort 162 de cet organe de plaquage 160 sont de ce fait inversées par rapport aux lames ressort de l’organe de plaquage illustré aux figures 4 à 6.
Chaque lame ressort 162 a ici une forme globale de rectangle. Les bords latéraux sont droits et le bord de raccord 163 a une largeur sensiblement égale à la largeur du bord d’extrémité libre 164. Les lames ressort peuvent toutefois être similaires aux lames ressorts de l’organe de plaquage illustré aux figures 4 à 6.
La plaque 161 comporte une forme allongée. Des pattes de fixation 173 s’étendent aux extrémités longitudinales de la plaque 161, c’est-à-dire dans la direction d’extension des lames ressort 162. En variante, la plaque peut comporter des ailes similaires à celles de l’organe de plaquage décrit en référence aux figures 4 à 6.
La illustre un organe de plaquage selon une deuxième variante de réalisation, du même type de celui décrit en référence aux figures 4 à 6, mais dans lequel la plaque et les lames ressort diffèrent de ce dernier.
Pour simplifier la description, des références numériques similaires mais additionnées du nombre 200 ont été utilisées pour la description de cet organe de plaquage.
Cet organe de plaquage 260 comporte une plaque 261 et six lames ressort 262 qui s’étendent depuis des bords opposés de la plaque 261. En particulier, trois lames ressort 262 s’étendent depuis un premier bord de la plaque 261 et trois lames ressort 262 s’étendent symétriquement depuis un deuxième bord de la plaque 261 opposé au premier bord. En d’autres termes, les lames ressort 262 s’étendent symétriquement de part et d’autre de la plaque 261. Les lames ressort 262 s’étendent ici vers l’extérieur de la plaque 261.
Les lames ressort 262 sont similaires aux lames ressort décrites en référence à la .
La plaque 261 est globalement plane et présente une forme allongée. Les lames ressort 262 s’étendent perpendiculairement à la direction d’extension de la plaque 261, c’est-à-dire perpendiculairement à la direction longitudinale de la plaque 261.
Des pattes de fixation 273 s’étendent aux extrémités longitudinales de la plaque 261. En variante, la plaque peut comporter des ailes similaires à celles de l’organe de plaquage décrit en référence aux figures 4 à 6.
La illustre un organe de plaquage selon une troisième variante de réalisation, du même type de celui décrit en référence à la , mais dans lequel la plaque, le nombre et la disposition des lames ressort diffèrent de ce dernier.
Pour simplifier la description, des références numériques similaires mais additionnées du nombre 300 ont été utilisées pour la description de cet organe de plaquage.
Cet organe de plaquage 360 comporte une plaque 361 de forme globalement carrée et quatre lames ressort 362 qui s’étendent depuis chaque bord de la plaque 361.
Les lames ressort 362 sont similaires aux lames ressort décrites en référence aux figures 10 et 11.
La plaque 361 comporte en son centre un trou 374 permettant la fixation de l’organe de plaquage 360 au corps du dispositif de plaquage.
Des variantes non illustrées sont décrites ci-dessous.
L’onduleur peut varier. En variante, l’onduleur peut comporter un, deux, voire plus de modules de puissance suivant son utilisation.
En variante, l’onduleur peut être dépourvu de plaque de refroidissement. Dans ce cas, la surface de refroidissement peut par exemple consister en une paroi interne du carter.
Le dispositif de plaquage peut, lui aussi, varier. En particulier, les organes de plaquage peuvent varier. En variante, le dispositif de plaquage peut comporter un, deux, ou plus de trois organes de plaquage.
En variante, les organes de plaquage peuvent comporter un bloc en plastique résilient et/ou un ressort hélicoïdal.
En variante, la forme des lames ressort peut varier. Par exemple, les bords latéraux peuvent être courbés, plutôt que droits.
En variante, les ailes des organes de plaquage peuvent varier. Les rampes peuvent par exemple s’étendre sur toute la largeur du tronçon vertical.
Les organes de plaquage peuvent être fixés différemment sur le corps. En variante, les organes de plaquages peuvent être surmoulés plastiquement avec le corps, par exemple au niveau de leurs ailes. Dans ce cas, la fixation est réalisée par le surmoulage plastique.
En variante encore, les organes de plaquage peuvent être vissés, collés ou encore rivetés sur le corps. Dans le cas où l’organe de plaquage comporte un bloc en plastique résilient, le corps et l’organe de plaquage peuvent être réalisés d’un seul tenant, par exemple par injection bi-matière. La forme du corps peut varier et peut notamment ne pas être allongée. Le corps peut par exemple avoir une forme carrée, circulaire, triangulaire, ou toute autre forme similaire.
En variante, le corps peut être dépourvu de logements dans ses portions intermédiaires.
En variante, le corps peut être réalisé en un autre matériau, par exemple en métal. Dans ce cas, le corps peut comporter des bagues isolantes électriquement dans les orifices permettant le passage des broches de commande des modules de puissance.
L’invention ainsi développée permet conjointement de plaquer un module de puissance contre une surface de refroidissement d’un onduleur, et de garantir le maintien en position et l’orientation des broches de commande des modules de puissance.
La réunion de ces fonctions au sein d’un même dispositif permet de faciliter l’assemblage de l’onduleur et de limiter l’encombrement. Cela facilite également la gestion, notamment en termes de référencement, puisqu’une seule référence est ainsi nécessaire, au lieu de deux voire plus dans les solutions de l’état de la technique.
Claims (14)
- Dispositif de plaquage destiné à être installé dans un onduleur (1) comportant au moins deux modules de puissance (2) disposés sur une surface (4) de refroidissement de l'onduleur (1), le dispositif de plaquage comportant :
- un corps (50) rigide ayant une forme sensiblement plane et comportant une première face (51) destinée à être tournée vers la surface (4) de refroidissement,
- au moins deux organes de plaquage (60) distincts portés par la première face (51) du corps (50), chaque organe de plaquage (60) étant destiné à être associé à un desdits au moins deux modules de puissance (2) de l’onduleur (1) et configuré pour exercer un effort sensiblement perpendiculaire à un plan général d’extension du corps (50) lorsque ledit organe de plaquage (60) est comprimé en vue de plaquer le module de puissance (2) associé contre la surface (4) de refroidissement,
- Dispositif de plaquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (50) comporte, en outre, une deuxième portion (55), adjacente ou superposée à la première portion (53), dans laquelle sont ménagés des orifices (22) formant des guides pour des broches (21) de commande du module de puissance (2).
- Dispositif de plaquage selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque organe de plaquage (60) est réalisé, au moins partiellement, en métal, et en ce que le corps (50) est réalisé en plastique.
- Dispositif de plaquage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque organe de plaquage (60) est fixé au corps (50) du dispositif de plaquage (5) par encliquetage.
- Dispositif de plaquage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque organe de plaquage (60) comporte
- une plaque (61) fixée sur la face interne du corps (50), et
- une lame ressort (62) élastiquement déformable, la lame ressort (62) ayant un bord de raccord (63) rattachant la lame ressort (62) à la plaque (61) et un bord d’extrémité libre (64) qui est distal par rapport au bord de raccordement (63), le bord d’extrémité libre (64) étant destiné à venir en appui contre l’au moins un module de puissance (2).
- Dispositif de plaquage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la lame ressort (62) a une forme globale de trapèze isocèle, avec le bord de raccord (63) formant la petite base et le bord d’extrémité libre (64) formant la grande base de ce trapèze.
- Dispositif de plaquage selon l’une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque organe de plaquage (60) comporte une deuxième lame ressort, les bords d’extrémité libre de chacune des lames étant en regard l’un de l’autre et s’inscrivant sensiblement dans un même plan.
- Dispositif de plaquage selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la plaque (61) de chaque organe de plaquage (60) présente des zones de concentration de contraintes liées à la déformation de la lame ressort (62), ces zones étant situées aux extrémités du bord de raccord (63) de la lame ressort (62), la plaque (61) étant pourvue, à chaque zone de concentration de contraintes, d’un bossage (65) de rigidification locale.
- Dispositif de plaquage selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps (50) comporte une portion intermédiaire (56) qui est positionnée entre lesdits au moins deux organes de plaquage (60), ladite portion intermédiaire (56) comportant un logement adapté à recevoir un capteur de température.
- Onduleur (1) comportant
- une surface (4) de refroidissement,
- au moins deux modules de puissance (2), chaque module de puissance (2) étant disposé sur la surface (4) de refroidissement, et
- Onduleur selon la revendication 10, dans lequel le dispositif de plaquage est conforme à l’une quelconque des revendications 2 à 9, l’onduleur étant caractérisé en ce que chaque module de puissance comporte des broches (21) de commande, et en ce que l’onduleur (1) comporte, de plus, une carte électronique (3) comportant des connecteurs femelles (31) auxquels sont reliées les broches (21) de commande desdits au moins deux modules de puissance (2), au moins une broche (21) de commande de chacun desdits au moins deux modules de puissance (2) traversant un orifice (22) du dispositif de plaquage (5).
- Onduleur selon l’une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu’il comporte un élément d’interface (6) conducteur thermiquement interposé entre chaque module de puissance (2) et la surface (4) de refroidissement, l’élément d’interface (6) étant compressé entre chaque module de puissance (2) et la surface (4) de refroidissement sous l’action de l’organe de plaquage (5).
- Onduleur selon la revendication 11, caractérisé en ce que l’élément d’interface (6) a une conductivité thermique qui est fonction de la pression appliquée sur ledit élément d’interface (6).
- Onduleur selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que l’effort exercé par chaque organe de plaquage (60) sur le module de puissance (2) associé est compris entre 5 daN et 100 daN, et de préférence entre 20 daN et 60 daN.
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