Brevet FR2878368A1 — publié le 20060526

Système de connexion entre batteries de condensateurs La présente invention a trait à un système de connexion entre batteries ou bancs de condensateurs associées à un circuit par exemple de type onduleur. Ces batteries sont composées de plusieurs condensateurs reliés par un bus formé de deux barres ou plaques minces conductrices de polarités différentes superposées et séparées par une couche isolante, selon la technologie dite des barres bus. Ces batteries peuvent évidemment être intégrées à des boîtiers de blocs dont la fonction est plus large, notamment des blocs onduleurs pour reprendre l'exemple cité ci-dessus. La connexion entre plusieurs batteries de condensateurs peut en fait être envisagées comme la réalisation d'un circuit par addition de portions de circuits, laquelle peut produire une configuration globalement inductive, notamment du fait et au niveau des liaisons. Réaliser la connexion entre des blocs contenant de telles batteries, parce qu'elle conduit à une alternance de portions capacitives et de portions inductives, revient de fait à construire un circuit de type oscillant parcouru par des courants harmoniques parasites qui sont susceptibles d'affecter les condensateurs et de réduire leur durée de vie. L'objectif d'un système de connexion appliqué à de tels montages doit 20 donc principalement être de réduire lesdits courants et leurs oscillations éventuelles dans les condensateurs. Certains types de connexion entre bancs capacitifs utilisées jusqu'ici consistent en des barres métalliques dont l'isolation est simplement obtenue par le maintien d'une distance entre les barres, sans qu'il n'y ait par conséquent d'autre isolant que la masse d'air qui se trouve entre elles. Ces barres métalliques sont alors fixées par exemple par boulonnage sur des zones prévues à cet effet des conducteurs à raccorder. Cette technologie est cependant fortement inductive, et elle génère dès lors des oscillations qui sont préjudiciables à la pérennité des condensateurs. Outre les problèmes de nature purement électrique mentionnés, les aspects mécaniques sont également importants dans la réalisation de ce type de connexion. Ainsi, compte tenu de I"importance des courants qui parcourent les barres conductrices, il est important que les pressions de contact des conducteurs de même polarité soient suffisantes et correctement réparties. Cela exige évidemment des moyens de serrage adéquats. Ceux-ci devraient être conçus pour faciliter les opérations de construction d'une part, et de maintenance du système d'autre part. Pour satisfaire à ces objectifs, il est préférable que ces moyens de serrage soient prévus de telle 2878368 2 sorte qu'ils soient aisément brochables / débrochables, en un temps réduit et sans faire appel à des pièces trop facilement dispersables. Dans les dispositifs de connexion de l'art antérieur qui utilisent la technologie à barre bus laminée dont il a été question plus haut, c'est à dire regroupant deux conducteurs de type barres de polarités différentes séparées par un feuillet isolant, la liaison aux pièces à raccorder s'effectue jusqu'ici par des moyens de type vis/écrou, dont la débrochabilité n'est pas aisée. Elle implique en effet le démontage complet du boulon, ce qui n'est guère rapide et entraîne un risque de perte d'un des éléments. L'objectif du système de connexion de l'invention répond aux différents inconvénients mentionnés auparavant, en proposant une solution technique qui soit à la fois satisfaisante d'un point de vue électrique, c'est à dire principalement faiblement inductive, tout en proposant une brochabilité / débrochabilité facilitant autant que possible le travail des opérateurs. Cette solution est de plus réalisable à faible coût, ce qui la rend économiquement très intéressante. A titre principal, le système de connexion de l'invention, permettant de relier des batteries ou bancs de condensateurs connectés à des barres bus laminées, se caractérise en ce que: chaque bus présente au moins une excroissance prévue pour coopérer avec une patte de liaison entre deux excroissances issues de deux batteries de condensateurs adjacentes, ladite patte comportant deux barrettes conductrices destinées à venir ai contact des deux barres du bus, lesdites barrettes étant accolées, séparées par une couche isolante, au moins dans leur partie médiane; l'une de l'excroissance ou de chaque extrémité de la patte de liaison, munie d'une découpe en glissière pratiquée parallèlement à son chant d'extrémité et débouchant dans l'un de ses côtés latéraux, peut être logée dans une pince constituée en séparant les conducteurs de l'autre pour former un logement à cet effet; des moyens de serrage / desserrage sont associés à chaque pince et permettent d'appliquer, par manipulation en un seul point, une pression de contact simultanée et répartie sur les zones conductrices en contact, lesdits moyens pouvant coulisser dans la découpe en glissière pour permettre le positionnement / retrait de la patte de liaison dans / de l'excroissance dépassant du bus. Cette nouvelle solution propose les avantages de la technologie en barre bus laminée, c'est-à-dire qu'il s'agit à titre essentiel d'une connexion à faible inductance, et elle permet de connecter et déconnecter très rapidement les 2878368 3 blocs les uns des autres du fait de l'existence des glissières qui permettent d'insérer / retirer le système de l'invention après un simple desserrage tout en conservant les moyens de serrage en un seul ensemble. L'invention, comme on le verra dans la suite, n'utilise en outre que des pièces élémentaires à faible coût de production, rendant l'ensemble du système peu onéreux à fabriquer. Les moyens de serrage consistent en une vis et un boulon, la vis traversant l'un des conducteurs de la pince via un orifice équipé d'un canon isolant, et le boulon étant coaxial et solidaire de l'autre conducteur, le canon isolant présentant une portion s'étendant dans le logement de la pince sur une longueur supérieure à l'épaisseur du conducteur au contact de celui que le canon traverse, cette portion s'insérant en fait dans la découpe en glissière. L'élément qui traverse les branches des pinces du système de connexion de l'invention est donc constitué de la tige de la vis, entouré au moins partiellement, dans le logement interne cle ladite pince, par le canon d'isolation. La découpe en glissière permet non seulement le passage de la vis et du canon, mais également un montage / démontage facile par déplacement transversal après desserrage des vis d'extrémité. Le boulon étant solidaire de l'une des branches de chaque pince, une action sur la tête de vis, par conséquent en un point unique, suffit à permettre le serrage / desserrage. Une rotation de quelques tours est au surplus suffisante, ce qui rend le montage / démontage très aisé et très rapide. L'ensemble de serrage / desserrage reste enfin assemblé, ce qui rend impossible toute perte de pièce. Le canon d'isolation comporte une portion de diamètre supérieure à l'orifice traversant le conducteur de la pince, dans laquelle prend appui la tête de vis, et qui permet de distribuer la pression de serrage sur une surface plus importante. De préférence encore, la découpe en glissière transversale est prévue avec une longueur telle que lorsque le canon arrive en butée à son extrémité aveugle, la patte de liaison est centrée, axialement, sur l'excroissance de chaque bus. Cette glissière remplit donc en plus une fonction de positionnement en permettant le centrage immédiat de la patte de connexion dans l'axe des excroissances des bus dépassant des blocs capacitifs à relier. La largeur de la découpe en glissière est enfin prévue pour permettre le guidage en translation de la patte par rapport à l'excroissance, en ce qu'elle est prévue faiblement supérieure au diamètre de la portion du canon d'isolation qui l'occupe. Le guidage qui en résulte facilite la tâche de l'opérateur notamment lors du montage, réduisant le temps de son intervention. Dans l'invention, la pince peut se trouver sur l'excroissance, et la glissière se situe alors à l'extrémité de la patte de liaison, ou l'inverse. 2878368 4 De préférence, selon une configuration possible, la patte de liaison comporte une première barrette rectiligne plane et une seconde barrette dont les extrémités sont parallèles et décalées par rapport à la portion centrale accolée à la première barrette délimitant deux logements formant pinces d'extrémité d'allure parallélépipédiques. Ceux-ci permettent de loger les excroissances des bus dépassant de batteries de condensateurs adjacentes à relier, de telle sorte que les surfaces externes desdites excroissances et les surfaces internes des barrettes soient pratiquement en contact avant serrage. Les moyens de serrage précités relient les deux branches des pinces d'extrémités. Tous les éléments participant à la composition de la patte de liaison sont faciles à fabriquer, à partir de matériaux usuels, et en définitive productibles à faible coût. La configuration géométrique de celte patte respecte la faible distance qui sépare les conducteurs de polarités "+" et "-", et permet de remplir l'objectif de faible inductivité de cette portion du circuit. La technologie barre bus laminée, qui caractérise le reste du circuit, est en fait généralisée à la conception des pattes de l'invention. L'invention va à présent être décrite plus en détails, en prenant comme 20 exemple cette dernière configuration et en référence aux figures annexées, pour lesquelles: la figure 1 est une vue en perspective d'un module onduleur surmonté d'un banc de condensateurs électrolytiques; la figure 2 en est une vue de dessus; - la figure 3 montre un système de connexion selon la présente invention; et - la figure 4 représente, en vue de dessus, la liaison de plusieurs modules à l'aide de systèmes de connexion selon l'invention. En référence à la figure 1, les modules IGBT (1) et (2) forment avec d'autres éléments réalisant un onduleur une couche médiane disposée entre un radiateur (3) permettant la dissipation de la chaleur et un bloc capacitif supérieur composé de condensateurs électrolytiques (4) soudés ou assemblés à une plaque d'allure plane formant barre bus (5). Cette dernière est par conséquent composée de deux barres plates conductrices de faible épaisseur reliées aux deux polarités différentes des condensateurs, et séparées par une couche isolante. Ce bus bipolaire est muni, sur ses quatre côtés, d'excroissances (6) qui dépassent du volume du bloc capacitif et permettent la connexion du module onduleur à d'autres modules identiques. 2878368 5 La figure 2 illustre de manière plus claire la forme des excroissances (6) dépassant de tous les côtés, qui sont munies d'une découpe en glissière latérale (8) permettant le positionnement des systèmes de connexion entre modules (voir figure 3), et coopèrent avec les moyens de serrage desdits systèmes. Dans l'exemple de module onduleur montré aux figures 1 et 2, la batterie de condensateurs comporte douze condensateurs (4) qui peuvent donc être reliés sur au moins un côté, via deux systèmes de connexion selon l'invention, à au moins une autre batterie comportant également douze condensateurs (4) électrolytiques. Le système de connexion (C) apparaît plus précisément en figure 3. Il se compose, dans la configuration particulière illustrée dans cette figure, de deux barrettes conductrices (9) et (10) dont l'une est plate et rectiligne (la barrette 9) alors que l'autre (la barrette 10) comporte un créneau médian qui permet de décaler ses extrémités de telle sorte que le système de connexion (C) de l'invention présente finalement deux pinces opposées entre les branches desquelles s'ouvre un logement (11, 11') pour les excroissances (6) dépassant du bus (5). Une couche isolante (7) sépare les barrettes (9, 10) dans leur portion médiane. Les logements (11, 11') sont traversés par des moyens de serrage constitués d'une vis, d'un boulon (13) et d'un canon isolant (14). Chaque boulon (13) est solidarisé à la barrette (10), et le serrage de la vis (12) aboutit par conséquent à rapprocher les deux branches de chaque pince. La tête de la vis s'appuie sur une barrette (9) via une portion élargie du canon isolant (14), dont la fonction, outre de permettre cet appui et le guidage de la vis, consiste principalement à empêcher un court-circuit entre les deux barres du bus (5) d'une part, et les deux barrettes (9, 10) du système de connexion (C) de l'invention d'autre part. Ce système de connexion (C) permet de maintenir à un niveau réduit l'inductance même lorsque plusieurs blocs capacitifs sont connectés les une aux autres. L'utilisation, dans ces connecteurs, d'une technologie qui est équivalente à celle qui est employée dans les barres / bus à l'intérieur des blocs capacitifs permet cette connexion à faible inductance. La partie de diamètre supérieur des canons de guidage (14) permet en plus de répartir la pression de contact entre la barrette (9) et la barre de l'excroissance (6) qui lui fait face et est en contact avec elle. Pour la barrette (10), une meilleure répartition de la pression est obtenue grâce à l'existence du boulon (13) qui lui est solidarisé. Les pinces d'extrémité et les moyens de 2878368 6 serrage ont donc une action combinée qui permet un contact surfacique de bonne qualité avec les excroissances (6), pour les deux polarités. Mécaniquement, la connexion / déconnexion se fait par action unique sur chaque tête de vis (12), par un serrage / desserrage limité très rapide et simple S à effectuer. La vis, qui n'est jamais totalement démontée du boulon, est imperdable, ce qui constitue un avantage supplémentaire de l'invention. La figure 4 donne un exemple de connexion de plusieurs (trois) blocs onduleurs entre eux, à l'aide des systèmes de connexion (C) de l'invention fixés à chaque bloc à l'aide de deux vis (12). Compte tenu de l'existence des excroissances (6) sur les quatre côtés des blocs, de nombreuses configurations d'assemblage sont possibles. Le volume cubique des blocs onduleurs, qui présente une double symétrie par rapport à deux plans perpendiculaires, augmente encore le nombre de possibilités de configurations dans le plan. 7 REVENDICATIONS 1. Système de connexion entre batteries ou bancs de condensateurs (4) associés à un circuit par exemple de type onduleur et dont les condensateurs (4) sont reliés par un bus (5) formé de deux barres minces conductrices de polarités différentes superposées et séparées par une couche isolante, caractérisé en ce que: chaque bus (5) présente au moins une excroissance (6) prévue pour coopérer avec une patte de liaison (C) entre deux excroissances (6) issues de deux batteries de condensateurs (4) adjacentes, ladite patte (C) comportant deux barrettes conductrices (9, 10) destinées à venir au contact des deux barres du bus (5), lesdites barrettes (9, 10) étant accolées, séparées par une couche isolante (7), au moins dans leur partie médiane; - l'une de l'excroissance (6) ou de chaque extrémité de la patte de liaison (C), munie d'une découpe (8) en glissière pratiquée parallèlement à son chant d'extrémité et débouchant dans l'un de ses côtés latéraux, peut être logée dans une pince constituée en séparant les conducteurs de l'autre pour former un logement (11, 11') à cet effet, des moyens de serrage / desserrage (12, 13, 14) sont associés à chaque pince et permettent d'appliquer, par manipulation en un seul point, une pression de contact simultanée et répartie sur les zones conductrices en contact, lesdits moyens (12, 13, 14) pouvant coulisser dans la découpe (8) en glissière pour permettre le positionnement / retrait de la patte de liaison (C) dans / de l'excroissance (6) dépassant du bus (5). 2. Système de connexion entre batteries de condensateurs (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de serrage consistent en une vis (12) et un boulon (13), la vis (12) traversant l'un des conducteurs (9) de la pince via un orifice équipé d'un canon isolant (14), et le boulon (13) étant coaxial et solidaire de l'autre conducteur (10), le canon isolant (14) présentant une portion s'étendant dans le logement (11, 11') de la pince sur une longueur supérieure à l'épaisseur du conducteur au contact 3 5 de celui que le canon (14) traverse, cette portion s'insérant dans la découpe (8) en glissière. 3. Système de connexion entre batteries de condensateurs (4) selon la revendication précédente, caractérisé en ce le canon d'isolation (14) comporte une portion de diamètre supérieure à l'orifice traversant le conducteur de la pince, dans laquelle prend appui la tête de vis, et qui permet de distribuer la pression de serrage sur une surface plus importante. 4. Système de connexion entre batteries de condensateurs (4) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la découpe (8) en glissière transversale est prévue avec une longueur telle que lorsque le canon (14) arrive en butée à son extrémité aveugle, la patte de liaison (C) est centrée, axialement, sur l'excroissance (6) de chaque bus (5). 5. Système de connexion entre batteries de condensateurs (4) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la largeur de la découpe (6) en glissière est prévue pour permettre le guidage en translation de la patte (C) / excroissance (6) en ce qu'elle est prévue faiblement supérieure au diamètre de la portion du canon d'isolation (14) qui l'occupe. 6. Système de connexion entre batteries de condensateurs (4) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la patte de liaison (C) comporte une première barrette (9) rectiligne plane et une seconde barrette (10) dont les extrémités sont parallèles et décalées par rapport à la portion centrale accolée à la première barrette (9), délimitant deux logements (11, 11') d'extrémité d'allure parallélépipédique permettant de loger les excroissances (6) des bus (5) dépassant des batteries de condensateurs (4) adjacentes, les surfaces externes des excroissances (6) et les surfaces internes des barrettes (9, 10) étant pratiquement en contact avant serrage.