Brevet FR2598585A1 — publié le 19871113

BOITIER DESTINE A SUPPORTER ET PROTEGER UNE INSTALLATION COMPORTANT DES COMPOSANTS ELECTRIQUES ET/OU ELECTRONI QUES DE PUISSANCE DEGAGEANT DE LA CHALEUR ET APPAREIL REALISE AVEC UN TEL BOîTIER. La présente invention concerne un nouveau type de boitier destiné à supporter et protéger une installation comportant des composants électriques et/ou électroniques de puissance dégageant de la chaleur ;elle a trait plus particulièrement à un boitier permettant de réaliser des appareils susceptibles de résister dans des milieux agressifs tels que le milieu marin, par exemples les chargeurs utilisés pour recharger les batteries de bateaux de plaisance (à voile ou à moteur). Dans la suite de la description, l'invention sera décrite pour une telle application (chargeur de batterie) mais il est évident que cela n'est pas limitatif et que le boitier conforme à l'invention pourrait être utilisé dans tout autre domaine d'application pour lequel des contraintes similaires peuvent se poser. La très grande majorité des bateaux de plaisance, qu'ils soient à voile ou à moteur, disposent pour la consommation électrique de l'énergie distribuée en général par des batteries. Ces batteries, notamment sur les voiliers, sont chargées par l'lternateur du moteur auxiliaire lors des entrées et sorties du port. Durant les escales, il se trouve fréquemment que la demande de courant soit telle que les batteries aient des périodes de décharge plus grandes que les période de charge. Ainsi, pour les recharger, on utilise un chargeur, embarqué sur le bateau, destiné à être branché sur l'alimentation en courant 220 volts alternatif que comporte les installations portuaires et qui a pour fonction de transformer ce courant alternatif en courant continu 12/24 volts permettant la charge de la batterie. Les principaux problèmes qui se posent avec un tel type de chargeur est celui d'une part, de la résistance en milieu marin (brouillard salin, ruissellement d'eau de pluie ou de mer), afin d'éviter tout phénomène d'électrolyse favorisé par l'eau salée puisque l'on se trouve en présence d'une enceinte où circulent les courants électriques alternatifs et continus et, d'autre part, celui de l'évacuation de la chaleur dégagée par les composants de puissance que comporte un tel chargeur.De tels problèmes sont difficiles à résoudre simultanément car s'il est envisageable d'assurer la protection en réalisant une enceinte étanche, on se trouve alors confronté au problème du refroidissement alors que si l'on veut réaliser un refroidissement efficace, il est nécessaire soit de prévoir des ouïes de ventilation (donc de nuire à l'étanchéité de l'ensemble) ou d'avoir des systèmes de refroidissement additionnels (circulation de fluide dans les parois notamment) qui rendent l'ensemble complexe et coûteux. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, un nouveau type de boitier qui permet de résoudre simultanément ces problèmes (étanchéité et refroidissement) et ce,de manière simple et efficace. D'une manière générale, l'invention concerne donc un boitier destiné à supporter et protéger une installation comportant des composants électriques et/ou électroniques de puissance dégageant de la chaleur, ce boitier étant constitué par l'assemblage d'éléments défi nissant entre eux une cavité, recevant les composants etde deux fonds rapportés aux extrémités de 1' enceinte ainsi formée et sur lesquels se trouvent fixées les entrées et sorties de courant et il se caractérise par le fait que - les éléments formant l'enceinte sont constitués de profilés métalliques, à paroi pleine, bon conducteurs de la chaleur, lesdits profilés étant juxtaposables les uns aux autres de manière étanche,les parois internes de ces profilés comportant des gorges permettant la fixation des éléments de puissance de manière à assurer un contact continu favorisant une transmission de la chaleur au corps du boitier, les parois extérieures comportant, d'une part, des cages permettant la fixation de l'appareil ainsi formé sur un support (cloison, panneau..) et, d'autre part, des ailettes de refroidissement, taillées dans la masse du boitier et donnant une grande surface d'échange thermique avec l'atmosphère. Conformément à l'invention - les profilés métalliques élémentaires destinés à former l'enceinte du boitier conforme à l'invention ont de préférence une section en forme de U permettant de définir, après association de deux profilés entre eux, une cavité destinée à recevoir les éléments de puissance de forme parallélépipédique - la jonction des profilés élémentaires entre eux de manière étanche est réalisée par emboitement des profilés les uns dans les autres ; dans un tel cas, on utilisera de préférence un assemblage du type à tenons et mortaises, ces zones d'assemblage étant disposées à l'intérieur de la cavité formée, la solidarisation des éléments ainsi assemblés étant assurée au moyen de vis et des joints d'étanchéité étant prévus entre les surfaces assemblées - les gorges internes prévues pour la fixation des éléments de puissance sont continues sur toute la longueur du profilé - les cages extérieures pour la fixation sur un support se présentent également sous la forme de gorges continues parallèles aux ailettes de refroidissement proprement dites, les parois desdits cages de fixation étant également entaillées de manière à former les ailettes de refroidissement ;; - après mise en place des composants de l'appareil à l'intérieur du boitier, les fonds comportant les branchements avec l'extérieur sont rapportés aux extrémités par emmanchement forcé assurant ainsi l'étanchéité de l'ensemble. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un boitier réalisé conformément à l'invention, les fonds n'étant pas représentés et les composants de l'appareil n'étant qu'esquissés - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe montrant la section de deux types de profilés métalliques permettant de réaliser des boitiers conformes à ltinven- tion - les figures 4,5 et 6 illustrent, vus en coupe, trois boitiers différents réalisés à partir des deux types de profilés illustrés aux figures 2 et 3. La figure 1 illustre d'une manière schématique un chargeur réalisé à partir d'un boitier conforme à l'invention. Si l'on se reporte à cette figure, ce chargeur est constitué d'une enceinte (1) ou boitier à l'in térieur de laquelle sont disposés les composants électriques et/ou électroniques constituant ledit appareil et comportant, par exemple, des circuits imprimés (2) ainsi que des composants électroniques (3) susceptibles de dégager de la chaleur (transformateur, diode, thiristors, triacs..). Bien que l'appareil conforme à l'invention soit, comme cela sera vu dans la suite de la description, parfaitement étanche, de tels composants seront cependant de préférence traités pour résister aux agressions extérieures (vernis de protection dit de tropicalisation). Conformément à l'invention, le boitier (1) est réalisé, non seulement pour permettre d'assurer une protection totale des composants électriques et/ou électroniques mais également pour permettre la dispersion efficace, naturelle, par simple échange thermique avec l'atmosphère ambiante de la chaleur générée en cours de fonctionnement. Pour ce faire, le boitier (1) est constitué de profilés élémentaires, tels que ceux illustrés aux figures 2 et 3, à base d'un métal bon conducteur de la chaleur (aluminium par exemple), obtenu de préférence par extrusion permettant ainsi d'avoir une profondeur de boitier L pouvant être facilement adaptée à la demande par simple découpe à la longueur souhaitée. La section de ces profilés peut être variable, mais de préférence ils auront une section en forme de U tel que représenté aux figures 2 et 3 annexées, ces deux profils (4) ne différant que par la longueur H de leurs branches (Sa) et (5b) et permettant, par la combinaison des assemblages qu'ils permettent, de réaliser trois types de boitier différents tels qu'illustrés aux figures 4,5 et 6, le boitier du type illustré à la figure 4 résultant de l'assemblage de deux profilés illustrés à la figure 3, celui illustré à la figure 5 de l'assemblage d'un profilé illustré à la figure 2 et d'un profilé illustré à la figure 3, et celui illustré à la figure 6 ainsi que dans l'exemple de la figure 1 par l'assemblage de deux profilés du type illustré à la figure 2. Hormis cette différence de la longueur des branches (5a) et (5b), les profils seront identiques, du moins quant à leur conception générale et comportent aux extrémités (6a) et (6b) des branches (5a) et (5b), des zones de forme complémentaire permettant de les juxtaposer les uns aux autres de manière étanche. Dans ltexem- ple de réalisation illustré par les schémas annexés, l'une des extrémités (6a) présente une partie en relief (7) qui est en forme de tenon alors que l'autre extrémité (6b) présente une partie en creux (8) en forme de mortaise, la partie en relief (7) pouvant être encastrée dans la partie en creux (8).Pour réaliser le boitier conforme å l'invention, il suffit donc d'assembler deux profilés élémentaires en les juxtaposant l'un à l'autre par les extrémités (6a, 6b), l'extrémité (6a) de l'un des profilés venant s'encastrer dans l'extrémité (6b) de l'autre et vice-vesa. La liaison des deux profilés ainsi juxtaposés est obtenue, par exemple, ainsi que cela ressort de la figure 1, au moyen de systèmes à vis conventionnels éventuellement en prévoyant des joints d'étanchéité dans cette zone. Conformément à l'invention, les zones de liaison (6a,6b) seront situées vers l'intérieur des profilés (4) et se trouvent donc dans la cavité (9) du boitier contenant les composants électriques et/ou électroniques constituant l'appareil. Le montage desdits composants (2,3) à l'intérieur de la cavité (9) est réalisé en prévoyant sur les parois internes des profilés des gorges (10,11) et s'étendant sur toute la longueur du prof#il et qui assurent un contact continu entre les composants et lesdites parois permettant par suite un très bon échange thermique. Les dimensions et la forme de ces gorges (10,11) seront fonction des éléments fixés à l'intérieur du boitier, Dans l'exemple de réalisation illustré par les schémas annexés, les parois latérales (5a, 5b) comportent des gorges (10) permettant la fixation de circuit imprimé, s'étendant sur toute la largeur du boitier alors que la base (12) comportera des gorges (ll) de plus grandes dimensions permettant la fixation des éléments les plus lourds (transformateur par exemple). Les parois extérieures des profilés permettant de réaliser le boitier conforme à l'invention comportent, quant à elles, d'une part, des cages (15), sous la forme de conduits parallèles s'étendant sur toute la longueur du profilé et, d'autre part, des zones en relief (16), réparties régulièrement entre les dites cages (15). Les parois des cages (15) et les parties en relief (16) ont une structure en forme d'ailettes (voir figure 1). De telles ailettes (16) présentent de préférence un profil rond permettent donc d'avoir pour une surface apparente extérieure de l'appareil donnée, une surface d'échange thermique avec l'atmosphère nettement supérieure ainsi que de réduire les risques d'atteinte électrolytyques. Les éléments de puissance étant montés à l'intérieur du boitier après réalisation de ce dernier, les fonds, équipés de prise d'entrée et de sortie de l'appareil, sont rapportés aux extrémités des profilés. Se lon une forme de réalisation, la fixation des fonds aux extrémités de boitier peut être obtenue par emmanchement forcé dans un alésage périphérique, le boitier étant chauffé pour le dilater lors de la mise en place des fonds. Le maintien des fonds après montage est de préférence obtenu par vissage et serrage sur des joints d'étanchéité en prévoyant par# exemple des zones de fixation (18) dans au moins une partie des angles des profils élémentaires. Si un tel boitier peut être utilisé tel quel, de préférence, il sera traité extérieurement, par exemple anodisé en couleur noire (ou tout autre coloris en fonction des applications), ce qui non seulement assure une meilleure ptotection contre les agressions electrolitiques mais également favorise la diffusion de la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. Par rapport aux boitiers antérieurs, le boitier conforme à l'invention présente de nombreux avantages par le fait qu'il est parfaitement étanche étant donné qu'il ne comporte aucune ouverture pour son refroidissement qui est obtenu, conformément à l'invention, grâce à la structure particulière de ce boitier et la à manière dont sont montés les composants électriques ou électroniques à l'intérieur qui font que la chaleur qu'ils dégagent en fonctionnement est adsorbée par la matière constituant le boitier (aluminium) et dissipée à l'extérieur par la présence des ailettes périphériques formées dans la masse même dudit boitier par convection. Bien entendu, la surface d'échange calorique des ailettes devra être déterminée en fonction des composants de l'appareil pour permettre d'assurer une dissipation de la chaleur en évitant la détérioration des composants électriques et électroniques par emballement thermique. Eventuellement, les appareils réalisés à partir d'un tel boitier peuvent comporter un composant de sécurité permettant de couper la source de courant électrique lorsque la température du boitier, captée elle aussi sur les parois internes, atteint un seuil critique déterminé (par exemple plus de 65 C), un signal d'alarme sonore ou optique pouvant être alors déclenché pour attirer l'attention de l'utilisateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, il pourrait être envisagé de donner au boitier une autre configuration que celle illustrée et d'utiliser pour sa réalisation plus de deux profilés élémentaires. De plus, des éléments de refroidissement additionnels conventionnels, par exemple une circulation de fluide dans la masse du corps du boitier pourrait être également envisagée. Enfin, en fonction des applications, il pourrait être envisagé de réaliser des installations comportant plusieurs boitiers juxtaposés les uns aux autres et de préférence solidarisés entre eux. REVENDICATIONS 1/ Boitier (1) destiné à supporter et protéger une installation comportant des composants électriques et/ou électroniques de puissance dégageant de la chaleur et constitué par l'assemblage d'éléments définissant entre eux une cavité (2) recevant les composants ainsi que de deux fonds rapportés aux extrémités de l'enceinte ainsi formée et sur lesquelles se trouvent fixées les entrées et sorties de courant, caractérisé par le fait que les éléments formant l'enceinte sont constitués de profilés métalliques, à parois pleines, bon conducteurs de la chaleur, lesdits profilés étant juxtaposables les uns aux autres de manière étanche, les parois internes de ces profilés comportant des gorges (10,11) permettant la fixation des éléments de puissance de manière à assurer un contact continu favorisant une transmission de la chaleur au corps du boitier, les parois extérieures comportant, d'une part, des cages (15) permettant la fixation de l'appareil ainsi formé sur un support et, d'autre part, des ailettes de refroidissement taillées dans la masse du boitier donnant une grande surface d'échange thermique avec l'atmosphère. 2/ Boitier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les profilés métalliques élémentaires (4) destinés à former l'enceinte du boitier ont une section en forme de U permettant de définir, après association de deux profilés entre eux, une cavité destinée à recevoir les éléments de puissance de forme parallélépipédique. 3/ Boitier selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la jonction des profilés élémentaires (4) entre eux de manière étanche est réali sée par emboitement des profilés les uns dans les autres. 4/ Boitier selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'assemblage des profilés élémentaires (4) est du type à tenons et mortaises, les zones d'assemblage étant disposées à l'intérieur de la cavité formée et la solidarisation des éléments ainsi formés étant ainsi assurée au moyen de vis et de joints d'étanchéité prévus entre les surfaces assemblées. 5/ Boitier selon l'une des revendications l à 4, caractérisé par le fait que les gorges internes (l0,ll) prévues pour la fixation des éléments de puissance sont continues sur toute la longueur du profilé. 6/ Boitier selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les cages extérieures (15) pour la fixation sur un support se présentent sous la forme de gorges continues parallèles aux ailettes de refroidissement proprement dites(16) , les parois desdites cages de fixation étant également entaillées de manière à former des ailettes de refroidissement. 7/ Boitier selon l'une des revendications l à S, caractérisé par le fait que les fonds colportant les branchements avec l'extérieur sont rapportés aux extremités du boitier par emmanchement forcé. 8/ Appareil tel que chargeur électrique réalisé à partir d'un boitier selon l'une des revendications 1 à 7.