Brevet FR2011668A1 — publié le 19700306

La présente invention concerne un dispositif comportant un évacuateur de chaleur destiné à dissiper la chaleur produite par un organe électrique faisant partie du dispositif . Dans la demande de "brevet français déposée le 25 Juin 1968, 5 aix nom de la demanderesse, sous le numéro provisoire PV 156 511 et concernant "Dispositif d'alimentation en courant électrique" on a décrit un dispositif d'alimentation en courant électrique dans lequel les diverses parties du circuit d'alimentation électrique sont logées dans des dispositifs séparés qui sont montés 10 de façon amovible sur des parties visibles de "barres omnibus prévues sur une paroi de support extérieure. Quand les dispositifs individuels sont montés sur les barres omnibus, des connexions électriques appropriées sont établies entre les organes électriques dans les dispositifs et le circuit extérieur d'alimentation 15 électrique. La connexion amovible entre le dispositif et la paroi extérieure du support peut être réalisée avantageusement par une borne rapidement démontable telle que celle qui est décrite dans-la demande de brevet français déposée le 11 Juin 1968 au nom de la demanderesse, sous le numéro provisoire PV 154- 592 et concer-20 nant "Assemblage à écrou captif" . Un dispositif type utilisé dans une amenée de courant de ce genre comporte un organe électrique tel qu'un redresseur.Pendant le fonctionnement du redresseur, la jonction semi-conducteur produit de la chaleur et si des moyens n'étaient pas prévus pour 25 dissip- r la chaleur ainsi produite,la matière du semi-conduc-t.eur serait endommagée. Pour parer à cela on emploie habituellement un évacuateur de chaleur pour dissiper dans la zone environnante la chaleur produite' par le redresseur au silicium . L'évacuateur de chaleur peut être formé de deux sections compo-30 sées chacune de plusieurs ailettes reliées ensemole. Chaque section de 1*évacuateur de chaleur est normalement mise en l'état de conducteur thermique (et si on le désire, électrique) avec une surface différente de l'organe électrique, et est fixée de façon rlgidé au dispositif isolé proprement dit. Des parties formant 35 183 éléments de support du dispositif partent de chaque section de 1'évacuateur de chaleur et sont montés sur des éléments de fixation (et, si on le désire, reliés électriquement à ceux-ci) sur les barres omnibus portées par la paroi de support extérieure. (Quaind la connexion électrique est établie, les sections 40 de 1'évacuateur de chaleur servent à conduire l'énergie électrl- 00102 2 2011668 que vers l'organe électrique et à partir de celui-ci). On a toutefois constaté que, par suite de la tendance de la paroi de support à gauchir, l'alignement précis entre les éléments de fixation sur cette paroi et les éléments de support du dispositif est compromis, ce qui tend à décaler les sections de 1'évacuateur de chaleur. Cela a pour effet, soit d'affecter de façon fâcheuse les liaisons thermique et électrique entre les sections de 1'évacuateur de chaleur et l'organe électrique, soit de produire une pression excessive sur l'organe électrique suivant la direction du décalage. Dans un cas comme dans l'autre les résultats sont indésirables. Le but primordial de la présente invention est de réaliser un dispositif qui évite ces inconvénients et qui, prévoit des sections d'évacuateur de chaleur qui s'appliquent à l'organe électrique concerné d'une façon optimale mécaniquement, thermi-quement, et si on le désire électriquement, même si la paroi de support extérieure sur laquelle le dispositif est monté se voile. Un autre but de l'invention est de réaliser ion tel dispositif dans lequel la commodité et la sûreté de fixation vont de pair avec la robustesse de construction et la facilité d'adaptation aux diverses conditions de montage. Pour obtenir ces résultats il est prévu, suivant la présente invention, qu'une section de l'évacuateur de chaleur est fixée de façon rigide, de manière connue, à ses éléments de support, tandis que l'autre section de 1'évacuateur de chaleur est une section "flottante" reliée seulement à la section fixe, et quand il y a conduction électrique par la section de l'évacuateur de chaleur, reliée à son élément de support correspondant seulement à l'aide d'un conducteur électrique flexible. De cette manière, même si les éléments de support du dispositif et les éléments de fixation correspondants sur la paroi de support ne sont pas en alignement précis par suite de la déformation de la paroi, l'élément de support coopérant avec la section flottante de l'é«-vacuateur de chaleur peut être convenablement relié à l'élément de fixation correspondant sur la paroi de support, sans provoquer des efforts sur les sections de l'évacuateur de chaleur ni de mouvement relatif de celles-ci. Ainsi, des efforts ne sont pratiquement pas produits sur le dispositif de commande électrique, et les deux sections de 1'évacuateur de chaleur restent 69 00102 3 2011668 dans le contact thermique et électrique intime requis avec l'organe électrique. Les sections de 1'évacuateur de chaleur sont fixées l'une à l'autre, dans un exemple de réalisation de l'invention, par des moyens de serrage comprenant une paire de piè-5 ces de fixation placées contre ces sections et reliées l'une à l'autre par des éléments de fixation. Ceux-ci servent aussi à maintenir chacune des sections de l'évacuateur de chaleur en contact thermique et électrique intime avec les surfaces appropriées de l'élément de commande qui est placé en sandwich entre ces 10 sections. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre et d'une mode de réalisation du dispositif ci-dessus, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés dans lesquels : 15 - figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif à redresseur, montrant les éléments de 1'évacuateur de chaleur selon l'invention; - figure 2 est une vue en plan du dispositif assemblé comprenant 1' évacuateur de chaleur selon l'invention; 20 - figure 3 est une vue de face du dispositif de la figure 2; - figure 4 est une vue arrière du dispositif de la figure 2j - figure 5 est une vue en élévation prise du côté gauche de la figure 3; - figure 6 est une vue en élévation prise du côté droit de la 25 la figure 3; et - figure 7 est une vue en ooupe transversale partielle suivant la ligne 7-7 de la figure 2. Le dispositif, désigné d'une façon générale par 10, est destiné plus particulièrement aux réseaux de distribution de puis-30 sance et comporte un organe électrique produisant habituellement de la chaleur pendant son utilisation. Comme représenté l'organe électrique est un redresseur 12 commandé au silicium, mais il peut être d'une autre nature et le présent dispositif peut être utilisé aussi avantageusement avec un redresseur, transistor 35 ou autre élément produisant de la chaleur. Pour empêcher la chaleur produite par l'élément de commande de détériorer la matière de l'élément, un système doit être prévu pour dissiper cette chaleur dans l'atmosphère environnante. Cela se fait habituellement à l'aide d'un évacuateur de chaleur (désigné ici par 14 et 16), qui dans les dispositifs précédemment 69 00102 4 2011668 connus se compose généralement de deux sections de forme similaire, placées en contact thermique intime avec les surfaces conductrices extrêmes opposées de 11 organe électrique 12. Dans les dispositifs connus de ce genre, tel que celui qui 5 est présenté dans la demande de brevet française FV n° 156 5H sus-nommée, chaque section de 1*évacuateur de chaleur est électriquement conductrice, relié électriquement à une borne de l'organe électrique et porte un élément de support qui est disposé pour être monté de façon rigide sur une barre omnibus ou élément 10 conducteur similaire fixé sur une paroi extérieure de support de la source d'énergie. Le dispositif est ainsi monté dans celle-ci, et les connexions électriques appropriées sont établies avec l'organe électrique logé dans le dispositif. Les éléments de support prévus dans le dispositif s'adap-15 tent généralement aux éléments de fixation prévus sur la paroi de support, de façon à permettre le montage du dispositif sur les barres omnibus. Il est important que la conduction électrique entre les éléments de support du dispositif et les barres omnibus soit la meilleure possible, pour réduire au minimum les 20 pertes et pour réduire le plus possible la chaleur produite aux connexions du dispositif et des barres omnibus. Pour cette raison les éléments de support du dispositif sont serrés sur les barres omnibus pour maintenir cet état de conduction optimum. Les surfaces des barres omnibus sur lesquelles les éléments 25 de support du dispositif sont montés sont idéalement planes, de sorte que les éléments de support et les évacuateurs de chaleur qui y sont reliés sont correctement alignés et ne supportent pas d'efforts,. En pratique, cependant, cette forme plane nominale n'est pas atteinte, à cause des déformations au stade de la fa-30 brication, de la distorsion résultant de l'installation, ou du gauchissement dû à l'âge ou à la chaleur. Cette déformation engendre dans les sections de 1'évacuateur de chaleur des forces transversales qui vont déplacer les sections de 1'évacuateur de chaleur soit vers l'extérieur, à l'écart 35 l'une de l'autre, ce qui va rompre le contact thermique et électrique intime désiré entre elles et les surfaces conductrices de l'élément électrique, soit vers l'intérieur, l'une vers l'autre, de sorte que des efforts nuisibles vont se produire sur la matière de l'organe électrique. Ces efforts, s'ils sont d'amplitude 69 001°2 5 2011668 et de durée suffisantes, pourront endommager l'élément électrique Suivant la présente invention, le contact électrique désiré entre les éléments de support et les barres omnibus est maintenu et l'organe électrique est pratiquement rendu complètement insensible à la déformation de la paroi de support, par le fait qu'une section seulement de 1'évacuateur de chaleur, c'est-à-dire une section fixe 14 comme représenté, est montée de la manière habituelle décrite ci-dessus, tandis que l'autre section de 1'évacuateur de chaleur, qui est une section "flottante" désignée par 16, est reliée seulement à la section fixe 14 et à l'organe électrique 12, mais n'est reliée rigidement ni à la barre omnibus, ni à son élément de support. Les sections 14 et 16 peuvent être composées de plusieurs pièces de tôle emboutie, ou être obtenues par extrudage, moulage ou usinage Comme représenté, la section fixe 14 comporte une plaque de métal 17 qui présente à une extrémité une patte tournée vers l'extérieur 18 qui constitue un élément de support. Une barre ombinus 20 est montée de façon fixe sur une paroi de support arrière rigide 22 d'un panneau de commande, et isolée de cette paroi par un isolateur 24. La patte ou élément de support 18 est disposée pour être montée sur la barre omnibus 20. La section fixe 14 comprend en outre plusieurs ailettes, généralement en forme d'U, 26, 28, 30 , 32 et 34, qui sont fixées les unes aux autres et à la plaque 17 par des vis 35. La patte 18 porte un ensemble d'écrou prisonnier 36 qui est prévu pour coopérer rigidement avec un élément de fixation 38 fixé à la paroi de support 22, de façon à monter de manière amovible la section fixe 14 sur la barre omnibus 20. La construction de l'ensemble d'écrou prisonnier 36 est décrite plus complètement dans la demande de brevet française PV 154 592 sus-nomméej et pour cette raison ne sera pas exposée plus en détail ici. Une plaque 40 est montée sur un corps isolant rigide 42 ; une patte 44 de la plaque 17 est fixée de façon rigide au corps 42 à l'aide d'une vis de fixation 46. Le corps 42 sert ainsi à séparer matériellement et électriquement la patte 18 de la plaque 40, une partie 43 étant découpée dans le corps 42 pour laisser' passer la patte 18 de la plaque 17. La plaque 40 se prolonge en une patte 48 qui constitue le second élément de support du dispositif, cette patte 48 portant un second ensemble à écrou prisonnier 36 qui coopère avec une pièce 52 partant de la paroi 22 69 00102 6 2011668 pour serrer, de façon rigide mais amovible, la patte 48 contre la barre omnibus 54, qui est, de son côté , isolée de la paroi 22 par un isolateur 56. La section flottante 16 de l'évacuateur de chaleur se com-5 pose d'une plaque métallique 60 coudée vers l'extérieur à une extrémité pour former une branche 62, et d'ailettes 64, 66, 68 et 70 en forme d'U et fixées les unes aux autres et à la plaque 60 par des vis 72. La plaque 60 porte une borne 75 qui est reliée électriquement à une borne 74 sur la plaque 40 par un câble 10 de connexion souple 58, qui sert à relier électriquement la section flottante 16 à la plaque 40 et, par suite, à la barre omnibus 54. La section flottante 16 est reliée matériellement à la section fixe 14 à l'aide d'un système de serrage comprenant une 15 paire d'éléments isolants 76 et 78 essentiellement identiques, creux, en forme de cuvette, qui sont placés au milieu des faces des ailettes 34 et 70, respectivement. Une paire d'ouvertures est prévue dans chacun des éléments 76 et 78; ces ouvertures sont respectivement en alignement avec les ouvertures 77 et 79 20 prévues dans les sections 14 et 16, respectivement, de 1'évacuateur de chaleur; enfin, une paire de manchons cylindriques isolés 80 et 82 sont disposés entre les sections fixe 14 et flottante 16 et servent à isoler électriquement l'une de l'autre les sections de l'évacuateur de chaleur. 25 Des plaques de renforcement 84, munies d'ouvertures 86 et 88 en alignement respectif avec les ouvertures 77 et 79 prévues dans les sections 14 et 16 s'encastrent dans les éléments 76 et 78. Deux boulons de fixation 90 et 92 passent à travers les ouvertures en alignement de la plaque 84 et des éléments 76, 78 30 et à travers lés manchons d'espacement 80, 82; et deux écrous 94 et 96 sont serrés sur les extrémités libres des boulons 90 et 92 passant à travers la plaque 84. Chaque élément 76 et 78 est pourvu de bossages cylindriques creux 100 et 102, qui s'introduisent dans les ouvertures 77 et 79* respectivement, de chacune 35 des sections. Il est essentiel, pour le fonctionnement optimum du dispositif, que les surfaces des plaques 17 et 60 des sections 14 et 16, respectivement, de 1*évacuateur de chaleur, soient en contact intime avec les surfaces conductrices entières de l'organe électrique 12. Pour assurer la réalisation de ce 69 00102 7 2011668 genre de rapport entre les sections 14 et 16 de 1 ' évacuateur de chaleur et'les surfaces de l'orgue électrique 12, même si ces surfaces ne sont pas parallèles, ce qui est souvent le cas, une cuvette à rotule 104 est montée à pivot sur un tourillon 106 5 partant d'une cavité sphérique formée dans la face intérieure des éléments 76 et 78, c'est-à-dire sur les faces qui s'appliquent contre les sections de 1'évacuateur de chaleur. Cette disposition permet à chaque section de 1'évacuateur de chaleur de pivoter légèrement jusqu'à ce que le contact désiré entre les sections 10 de 1'évacuateur de chaleur et les surfaces de l'organe électri que soit réalisé. CoRme on le voit aux figures 2 et 7, quand la section fixe 14 et la section flottante 16 de 1'évacuateur de chaleur sont reliées l'une à l'autre à distance à l'aide du système de-serrage 15 les plaques conductrices 17 et 60 de chaque section sont en con tact thermique et électrique intime avec les surfaces conductrices des extrémités opposées de l'élément électrique 12. En outre, l'ensemble flottant 15 est relié matériellement de façon sûre à l'ensemble fixe 14 seulement. La connexion électrique entre la 20 section flottante 16 et son ëïément de support ou patte 48 est assurée au moyen d'un câble souple 58. Les bossages 100 et 102 et les extrémités des manchons isolants 80 et 82 pénètrent dans les ouvertures 77 et 79 des sections 14 et 16 de l'évacuateur de chaleur. Il en résulte qu'un isolement électrique effectif est 25 réalisé entre les deux sections de 1'évacuateur de chaleur. Ainsi, quand les éléments de support 18 et 48 du dispositif 10 sont engagés respectivement sur les pièces de fixation 38 et 52 de la paroi de support 22, de façon à monter de manière amovible le dispositif 10 sur la paroi de support, et que la paroi 22 se 30 déforme, cet écart n'obligera pas les sections de 1'évacuateur de chaleur à se déplacer relativement l'une à l'autre. En conséquence, des efforts nuisibles ne se produiront pas sur l'élément électrique 12 , et les sections de 1'évacuateur de chaleur ne s'écarteront pas non plus pour rompre leur contact thermique et 35 électrique désiré avec les surfaces conductrices terminales de l'organe 12. De préférence, et comme présenté, le dispositif 10 est muni d'une plaque frontale 1.12 fixée à la patte 113 de la plaque 17 et munie d'une poignée ll4 faisant saillie extérieurement à cette 0°'°2 8 2011668 plaque frontale. Des fenêtres 116 et 118 sont ménagées dans la plaque frontale 112, en alignement respectif avec les ensembles à écrou prisonnier 36, afin qu'un outil approprié puisse être aisément introduit dans les fenêtres pour faire tourner les 5 écrous. Si on le désire, une plaque isolante 120 peut être placée sur la branche 62, à laquelle sont reliés les fils 122 venant de l'organe électrique 12. Si l'organe 12 est un redresseur commandé au silicium, les fils 112 appliqueront à l'organe 12 le 10 signal de commande et un signal de référence. La section 14- de l1évacuateur de chaleur avec son élément de support 18, la plaque isolante 4-2 avec son élément de support 48, la poignée 114 et la plaque de couvercle 112 constituent la structure primaire du dispositif, prévu pour être fixé à la 15 paroi de support extérieure et détaché de celle-ci. Les efforts résultant d'un défaut de planéité de cette paroi de support seront absorbés par la plaque isolante 42. L'élément électrique 12 est placé en sandwich entre les sections 14 et 16 de 1'évacuateur de chaleur, et la pression sur celui-ci est déterminée 20 exclusivement par les pièces de serrage qui fixent la section flottante 16 à la section principale 14 de 1'évacuateur de chaleur; cette pression est indépendante de toute torsion, tout basculement ou décalage des éléments de support 18 et 48 relativement l'un à l'autre et entièrement insensible à ces mouvements. 25 Aucune force destructrice ne s'exerce donc sur l'organe électrique, et l'efficacité de la connexion thermique et électeique des éléments de 1'évacuateur de chaleur n'est pas non plus affectée défavorablement, quelle que soit la situation du dispositif. Si seul mode de réalisation a été décrit, il est évident 30 que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. 69 00102 9 2011668 REVENDICATIONS 1» Dispositif susceptible d'être monté sur un élément extérieur et relié électriquement à celui-ci,cet élément extérieur ayant tendance à se déformer,ce dispositif étant caractérisé en 5 ce qu'il comprend un corps,une paire d'éléments de support espacés montés sur ce corps et disposés pour coopérer avec des pièces de support espacées montées sur l'élément extérieur,un organe électrique placé sur le corps et produisant de la chaleur pendant son utilisation,des pièces pour dissiper la chaleur pro-10 duite par l'organe électrique comprenant une section fixe et une section flottante,la section fixe étant fixée de façon rigide à l'un des éléments de support, des moyens pour établir une connexion électrique avec l'organe électrique,et des pièces de serrage pour relier la section flottante à la section fixe,et pour 15 maintenir la section flottante et la section fixe en état de ther-moconduction intime avec différentes surfaces de l'organe électrique. 2. Dispositif suivant la revendication l,dans lequel les dites pièces de serrage comprennent des premiers et seconds élé- 20 ments disposés sur les surfaces,tournées vers l'extérieur, de chacune des sections, respectivement, et des-pièces pour relier ces éléments les uns aux autres et pour appliquer ces éléments l'un vers l'autre. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou la revendication 25 2, dans lequel les sections fixe et flottante comprennent les éléments de connexion électrique, et les éléments de support comprennent des bornes, un élément de support étant relié électriquement à l'élément électrique, et un conducteur électrique souple établissant la connexion entre la section flottante et 30 l'autre élément de support. 4-. Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, dans lequel le corps comprend une plaque isolante fixée aux éléments de support et les isolant électriquement« 5. Dispositif suivant l'une des revendication 1 à 4, dans 35 lequel les pièces de serrage comprennent un isolateur intercalé entre la section flottante et la section fixe» 6» Dispositif suivant l'une, des revendications 2, 3, 4 ou 5 dans lequel les dits éléments et les sections flottante et fixe sont chacun pourvus d'-ouvertures alignées, et comprenant en outre des pièces de fixation des éléments passant à travers ces 2011668 ouverture s. 7« Dispositif suivant la revendication 6, dans lequel les dits éléments comprennent chacun des parties en saillie pénétrant dans les ouvertures ménagées dans chacune des sections. 8. Dispositif suivant la revendication 7, dans lequel une partie du dit isolateur pénètre dans les ouvertures alignées, en alignement avec la partie en saillie . 69 00102 10