Brevet FR2882492A1 — publié le 20060825

Module de puissance avec joint d'étanchéité L'invention a pour objet un module de puissance ayant pour fonction, notamment, de faire varier la tension aux bornes d'un appareil électrique, comme un moteur. Les modules de puissance comprennent généralement un boîtier qui renferme des composants électroniques, montés sur une carte, et un organe externe qui traverse une ouverture ménagée dans une paroi du boîtier et fait saillie à l'extérieur de ce dernier. Classiquement, cet organe externe est un radiateur permettant d'évacuer la chaleur générée par lesdits composants électroniques, de l'intérieur vers l'extérieur du boîtier. La partie de radiateur logée à l'intérieur du boîtier est située de préférence au contact ou à proximité desdits composants. Ce radiateur est réalisé en un matériau conducteur de chaleur, comme un métal, tandis que le boîtier est généralement réalisé en plastique. Des jeux sont prévus entre les bords de l'ouverture ménagée dans le boîtier et le radiateur, pour permettre d'insérer ce dernier sans endommager (déformations, formation de copeaux...) le boîtier. Pour diminuer le coût de fabrication du radiateur et du boîtier, ces pièces sont produites en série, le radiateur étant réalisé, de préférence, par extrusion et les boîtiers étant moulés par injection. Un problème se pose avec ces modules de puissance lorsqu'ils sont utilisés dans un milieu humide. C'est généralement le cas pour les modules équipant des appareils de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation. En effet, l'eau présente à l'état liquide dans le milieu extérieur ou formée par la condensation sur l'organe externe, s'infiltre entre cet organe et le boîtier, pour atteindre l'intérieur du boîtier et endommager de façon irrémédiable les composants de la carte électronique. Pour résoudre un tel problème, plusieurs solutions connues ont déjà été mises en oeuvre. L'une d'elles consiste à noyer la carte électronique dans une résine d'étanchéité. Cette solution présente l'inconvénient d'être grande consommatrice en résine et n'empêche pas l'eau de pénétrer à l'intérieur du boîtier et de s'écouler sur la connectique. Une autre solution connue, consiste à former sur le radiateur formant ledit organe externe, une nervure ou une rainure qui, lors du montage, vient appuyer sur une contre-forme plastique surmoulée sur les bords de l'ouverture du boîtier. Cette solution a pour inconvénient de compliquer et de rendre plus onéreuse la fabrication du radiateur et du boîtier en raison de la forme complexe des pièces à réaliser. En particulier, lorsque le radiateur est fabriqué par extrusion, une étape d'usinage postérieure à l'extrusion est nécessaire pour former une nervure/rainure périphérique sur certaines faces du radiateur. L'invention a pour but de proposer un module de puissance étanche, qui puisse être fabriqué à faible coût et dont l'organe externe puisse être réalisé simplement, par exemple par extrusion. Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un module de puissance comprenant un boîtier qui renferme des composants électroniques et un organe qui traverse une ouverture ménagée dans une paroi du boîtier, caractérisé en ce qu'il comprend un joint d'étanchéité disposé dans un espace séparant ledit organe des bords de ladite ouverture. Ledit organe peut être, à titre d'exemple, un radiateur permettant d'évacuer la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur du boîtier, ou encore une sonde thermique. De manière générale, il peut s'agir de tout type d'organe dont la partie extérieure au boîtier est susceptible d'être au contact d'un milieu humide. Grâce à l'invention, la forme dudit organe n'a pas à présenter de nervure ou de rainure, de sorte qu'il est possible de réalliser simplement et à faible coût cet organe, par exemple par extrusion. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit joint d'étanchéité est réalisé en un matériau d'étanchéité apte à être coulé dans l'espace séparant l'organe et les bords de ladite ouverture, et à durcir ensuite. La quantité de matériau d'étanchéité utilisée reste faible par rapport à la solution connue consistant à noyer la carte électronique du module. Le matériau d'étanchéité utilisé est suffisamment fluide pour être coulé dans ledit espace vide. Une fois coulé, ce matériau est apte à durcir de manière à rester en place à l'intérieur dudit espace. Selon ce mode de réalisation, le joint d'étanchéité s'adapte à la surface des faces de l'organe et des bords de l'ouverture, entre lesquelles il est coulé. Ceci garantit une étanchéité totale, même lorsque ces faces ne sont pas planes et/ou présentent une surface irrégulière. Ainsi, l'état de surface des faces périphériques dudit organe n'est pas cléterminant, de sorte que cet organe peut être réalisé par extrusion. Avantageusement, une nervure est formée sur les bords de ladite ouverture pour créer un étranglement dans l'espace séparant l'organe et les bords de ladite ouverture, de manière à limiter l'écoulement du matériau d'étanchéité au delà dudit étranglement. La nervure formée sur les bords de l'ouverture peut être facilement réalisée par moulage, à moindre coût. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le matériau io utilisé pour réaliser le joint d'étanchéité a une viscosité comprise entre 17000 et 37000 N.s.m-2. Cette viscosité est, bien entendu, celle du matériau juste avant qu'il ne soit coulé. En effet, le demandeur a pu constater lors d'essais, qu'un matériau d'étanchéité présentant une viscosité trop élevée, supérieure à 37000 N.s. m-2, était difficile à couler dans ledit espace, la vitesse d'écoulement et le temps nécessaire à la bonne répartition du matériau à l'intérieur de cet espace étant trop importants. A l'inverse, si le matériau d'étanchéité est trop fluide et présente une viscosité inférieure à 17000 N.s.m-2, il y a de forte chance que ce matériau s'écoule au-delà de l'étranglement formé, même si ceci dépend, dans l'absolu, de la largeur de cet étranglement. Avantageusement, la largeur minimale dudit espace, hors zone d'étranglement, est supérieure ou environ égale à 2 mm, et la largeur de la zone d'étranglement est inférieure ou environ égale à 0,5 mm. Ainsi, le matériau d'étanchéité retenu peut pénétrer et se répandre facilement dans la fente réalisée, et va pouvoir être retenu par l'étranglement. Par ailleurs, on notera que ces dimensions doivent être suffisantes pour permettre l'insertion du radiateur sans endommager le boîtier. Avantageusement, à cet effet, la nervure est d'épaisseur réduite de manière à limiter la surface de contact avec le radiateur lorsque celuici est inséré au travers de l'ouverture du boîtier. Avantageusement encore, la nervure ou les bords de l'ouverture sur lesquels la nervure est formée, sont aptes à être déformés élastiquement de manière à faciliter l'insertion du radiateur. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un module de puissance du type de celui précédemment clécrit, caractérisé en ce qu'on fabrique ledit radiateur par extrusion et ledit boîtier par moulage, en ce qu'on assemble le radiateur et le boîtier, et en ce qu'on coule ledit matériau d'étanchéité dans l'espace vide séparant le radiateur des bords de l'ouverture du boîtier. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui suit, de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description fait référence aux planches de figures annexées, sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un module selon l'invention; - la figure 2 est une coupe selon le plan II-Il du module représenté sur la figure 1; - la figure 3A est un détail de la figure 2 montrant le joint d'étanchéité du module de la figure 1; - la figure 3B représente un exemple de réalisation de joint d'étanchéité, différent de celui représenté figure 3A; - la figure 4 est une vue en perspective représentant un deuxième mode de réalisation d'un module selon l'invention; et - la figure 5 représente un autre exemple de réalisation de joint d'étanchéité. La figure 1 représente un premier exemple de module 10, qui comprend un boîtier 12 formé d'une première partie formant couvercle 12b et d'une seconde partie formant le corps 12a du boîtier. Ces parties sont représentées séparées sur la figure 1, mais sont destinées à être assemblées entre elles de manière étanche à l'aide d'un joint d'étanchéité ou de tout autre moyen. Sur le corps 12a du boîtier est monté une carte électronique 14 portant divers composants électroniques 15. Le circuit électronique comprenant ces composants 15 permet, notamment, de faire varier la tension aux bornes d'un appareil électrique, auquel il est relié, la connectique permettant de relier le module 10 à cet appareil n'étant pas représentée ici. Le module 10 comprend également un radiateur 16 formé d'une unique pièce de métal, comprenant plusieurs ailettes de refroidissement 16a. Ce radiateur est emboîté dans le corps 12a du boîtier, une ouverture 18 étant ménagée à cet effet dans la paroi de fond dudit corps 12a. Ainsi, le radiateur 16 traverse l'ouverture 18 et une partie du radiateur se situe à l'intérieur du boîtier 12, tandis que l'autre partie, celle portant notamment les ailettes 16a, se situe à l'extérieur de ce boîtier. Le radiateur 16 permet d'évacuer la chaleur liée au fonctionnement des composants électriques 15, de l'intérieur vers l'extérieur du boîtier 12. La figure 2 est une coupe selon le plan Il-II de la figure 1, montrant de chaque côté du radiateur 16 un joint d'étanchéité 26 disposé entre le bord périphérique 16b du radiateur et le bord 20 de l'ouverture 18 du corps 12a du boîtier. Le joint d'étanchéité 26 est reparti tout autour du radiateur 16. Io La figure 3A est une coupe représentant en détail le bord périphérique 16b du radiateur 16 au niveau d'un bord 20 de l'ouverture 18. Le bord 20 présente à son extrémité inférieure sur la figure 3A, c'est-à-dire l'extrémité orientée vers l'extérieur du boîtier, une nervure 22 faisant saillie en direction du radiateur 16. Le bords 20 et le bord 16b définissent entre, eux un espace 24 rempli par le joint d'étanchéité 26. Au niveau de la nervure 22, la largeur D de l'espace 24 diminue significativement pour atteindre une valeur d. La zone de largeur réduite d est dénommée zone d'étranglement 28. Si le radiateur 16 et le corps 12a du boîtier étaient fabriqués avec des cotes parfaites, la largeur d devrait être quasi-nulle. Dans la pratique, néanmoins, le radiateur et le corps sont réalisés avec certaines tolérances et il peut subsister à certains endroits, entre les pièces, un jeu tel que la largeur d peut être significative, comme représenté figure 3A. On fait en sorte de réaliser le radiateur 16 et le corps 12a avec des tolérances telles que la largeur D de l'espace 24 soit supérieure à 2 mm et que la largeur d de la zone d'étranglement soit inférieure à 0,5 mm. Idéalement, le jeu entre le radiateur 16 et le corps 12a doit être compris entre - 0,1 mm et + 0,3 mm. La largeur D permet au matériau d'étanchéité de s'écouler et de se repartir facilement à l'intérieur de l'espace 24, jusqu'à la zone d'étranglement 28 de largeur d. La largeur d empêche le matériau de franchir cette zone et se déverser à l'extérieur du boîtier 12. Avantageusement, le matériau d'étanchéité utilisé pour le joint 26 est à base de silicone, ou en silicone, et présente une viscosité d'environ 27000 N.s.m"2. La nervure 22 se situant au voisinage de l'extrémité extérieure 20a (i.e. la plus à l'extérieur du boîtier) du bord 20, le joint 26 est coulé par l'intérieur du corps 12a, de sorte qu'il s'étend à partir de la nervure 22, vers l'intérieur du corps 12a. En fonction des quantités de matériau d'étanchéité utilisées, ce joint 26 peut déborder ou non de l'espace 22, à l'intérieur du boîtier 12, comme représenté respectivement figures 3A et 3B. En référence à la figure 5, on décrit un autre mode de réalisation de module selon l'invention. io La figure 5 est une coupe représentant en détail le bord périphérique 16b du radiateur 16 au niveau d'un bord 20 de l'ouverture 18. Le radiateur 16 est identique à ceux représentés figures 3A et 3B. Le bord 20 présente une nervure 22 faisant saillie en direction du radiateur 16. Le bords 20 et le bord 16b définissent entre eux un espace 24 rempli par le joint d'étanchéité 26. Au niveau de la nervure 22, la largeur D de l'espace 24 diminue significativement pour atteindre une valeur d et former une zone d'étranglement 28. Selon ce mode de réalisation, le joint 26 est coulé depuis l'extérieur du boîtier 12 et, par conséquent, la nervure 22 doit être suffisamment éloignée de l'extrémité extérieure 20a du bord 20 pour que le joint d'étanchéité 26 s'étende à partir de cette nervure 22 vers l'extérieur du boîtier. La figure 4 représente un autre mode de réalisation du module 10 de l'invention selon lequel le boîtier 12 est réalisé en deux parties 12c et 12d qui, cette fois, sont assemblées de manière à définir, entre elles, l'ouverture 18 traversée par le radiateur 16. Dans ce cas de figure, il est nécessaire de couler le joint 26 depuis l'extérieur du boîtier 12, comme représenté figure 4. Bien que les boîtiers représentés sur les figures soient formés de deux parties, ils pourraient bien entendu être formés de plus de deux parties. Par ailleurs, à titre d'exemple, les dimensions moyennes des modules 10 peuvent être, pour la largeur et la longueur, de l'ordre de quelques centimètres (4 à 6 cm) et, pour l'épaisseur, de l'ordre de la dizaine de centimètres. REVENDICATIONS 1. Module de puissance (10) comprenant un boîtier (12) qui renferme des composants électroniques (15) et un organe (16) qui traverse une ouverture (18) ménagée dans une paroi du boîtier, caractérisé en ce qu'il comprend un joint d'étanchéité (26) disposé dans un espace (24) séparant ledit organe (16) des bords (20) de ladite ouverture (18). 2. Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 ledit joint d'étanchéité (26) est réalisé en un matériau d'étanchéité apte à être coulé dans ledit espace (24) et à durcir ensuite. 3. Module de puissance selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une nervure (22) est formée sur les bords de ladite ouverture (18) pour créer un étranglement (28) dans ledit espace (24), de manière à limiter l'écoulement du matériau d'étanchéité au delà dudit étranglement. 4. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau utilisé pour réaliser le joint d'étanchéité (26) a une viscosité comprise enivre 17000 et 37000 N.s.m-2. 5. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 25 caractérisé en ce que la largeur minimale (D) dudit espace (24), hors zone d'étranglement (28), est supérieure ou environ égale à 2 mm. 6. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la largeur minimale (d) de ladite zone 30 d'étranglement (28) est inférieure ou environ égale à 0,5 mm. 7. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit boîtier (12) est formé d'au moins deux parties (12a, 12b; 12c, 12d) assemblées entre elles. 8. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite nervure (22) se situe au voisinage de l'extrémité extérieure (20a) dudit bord (20), le joint d'étanchéité (26) s'étendant à partir de cette nervure (22), vers l'intérieur du boîtier (12). 9. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite nervure (22) est suffisamment éloignée de l'extrémité extérieure (20a) dudit bord (20) pour que le joint d'étanchéité (26) s'étende à partir de cette nervure, vers l'extérieur du boîtier (12). 10. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (26) déborde dudit espace (24) . 11. Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit organe (16) est un radiateur qui permet d'évacuer la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur du boîtier (12). 12. Procédé de fabrication d'un module de puissance (10) selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on assemble le radiateur et le boîtier, et en ce qu'on coule ledit matériau d'étanchéité dans l'espace (24) séparant le radiateur des bords (20) de ladite ouverture (18).