Brevet FR2953680A1 — publié le 20110610

BOITIER DE CONTROLEUR DE MOTEUR DE VENTILATEUR MOULE PAR INJECTION AVEC DES CARACTERISTIQUES DE REFROIDISSEMENT AVANCEES Contexte Cette demande concerne de façon générale un boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur moulé par injection utilisant des techniques de refroidissement avancées. Les boîtiers de contrôleur de moteur de ventilateur sont connus et comprennent typiquement un boîtier et un ensemble de contrôleur de moteur composé d'un métal connu, tel que l'aluminium. L'utilisàtion de l'aluminium permet une bonne conductivité thermique se traduisant par un refroidissement adéquat des composants du contrôleur de moteur. Des dissipateurs de chaleur solidaires sont montés sur le boîtier de ventilateur dans des buts de refroidissement. L'air s'écoule typiquement entre le boîtier interne et le boîtier externe via des pales de rotor et des aubes de stator pour refroidir les dissipateurs de chaleur fixés sur le boîtier externe. Les composants du contrôleur de moteur, tels que les modules de puissance, les contrôleurs électroniques et les ensembles de carte de câblage imprimée (« PWB ») sont typiquement montés sur ou autour du dissipateur de chaleur. Résumé Un boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur en exemple comprend un boîtier de ventilateur interne, un boîtier de ventilateur externe comprenant une plaque de base, des plenums et des passages d'air, des aubes de stator et un boîtier de commande de moteur. Le boîtier de ventilateur interne, le boîtier de ventilateur externe, les aubes de stator et le boîtier de composants de commande du moteur sont tous réalisés à partir d'un polymère. Le boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur comprend également des dissipateurs de chaleur fixés sur les plenums. Les dissipateurs de chaleur sont refroidis par l'air qui s'écoule à partir des passages d'air en passant par le plenum. Les composants de contrôleur de moteur sont fixés sur les dissipateurs de chaleur et dissipent la chaleur des composants de contrôleur de moteur jusqu'au dissipateur de chaleur. Le polymère peut être par exemple le poly(aryl éther éther cétone). De manière avantageuse, les aubes de stator peuvent être fixées sur le boîtier interne. De manière avantageuse, le dissipateur de chaleur peut être 15 réalisé à partir d'aluminium. De manière avantageuse, le boîtier de ventilateur externe peut comprendre au moins deux plenums, et les passages d'air peuvent avantageusement raccorder les plenums. De manière avantageuse, les aubes de stator peuvent s'étendre 20 jusqu'au boîtier externe. De manière avantageuse, un noyau du dissipateur de chaleur peut comprendre des ailettes parallèles. De manière avantageuse, le dissipateur de chaleur peut être fixé sur au moins une paroi du plenum du boîtier externe par liaison. 25 De manière avantageuse, le plenum peut comprendre une cavité, le dissipateur de chaleur étant configuré pour être installé dans la cavité. De manière avantageuse, un module de puissance peut être relié au dissipateur de chaleur, par exemple par des moyens mécaniques. 30 De manière avantageuse, un inducteur peut être fixé sur au moins un dissipateur de chaleur. De manière avantageuse, les composants de commande de moteur peuvent être amovibles. De manière avantageuse, un noyau de dissipateur de chaleur 35 peut être constitué par des ailettes décalées perforées. Ces caractéristiques de la description en exemple ainsi que d'autres peuvent ressortir plus clairement d'après la description et les dessins suivants, dont la partie suivante en est une brève description. Brève description des dessins La figure 1 est une vue latérale d'un ventilateur et d'un boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur. La figure 2 est une vue latérale agrandie du boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur. La figure 3 est une vue latérale d'une section transversale d'un plenum sans dissipateur de chaleur. La figure 4 est une vue de face du boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur et du couvercle de commande du moteur. La figure 5 est une vue de dessus des plaques parallèles d'un 15 dissipateur de chaleur. La figure 6 est une vue de dessus d'un plenum avec les dissipateurs de chaleur et les passages d'air. La figure 7 est une vue latérale agrandie d'un boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur en variante utilisant le refroidissement par 20 contact. La figure 8 est une vue de dessus d'un dissipateur de chaleur refroidi par contact représentant l'entrée d'air et l'écoulement d'air à travers le dissipateur de chaleur et le plenum. La figure 9 est une vue de dessus d'un noyau d'ailette décalée 25 perforée. Description détaillée En référence aux figures 1 et 2, on représente un boîtier 10 de contrôleur de moteur de ventilateur en exemple. Le boîtier de contrôleur 30 de moteur de ventilateur 10 comprend un boîtier interne 14 et un boîtier externe 12. A la fois le boîtier interne 14 et le boîtier externe 12 sont réalisés avec un polymère. A l'intérieur du boîtier interne 14, un stator 38 crée un champ magnétique qui force les aimants 36 à tourner. Les aimants 36 sont fixés à leur tour sur le rotor 40, forçant la rotation 35 du rotor. La rotation du rotor 40 fait également tourner les pales de rotor 15 amenant l'écoulement d'air à se déplacer à travers le boîtier 10. Le boîtier externe 12 comprend une plaque de base 13, des plenums 22 et des passages d'écoulement d'air 24. Entre le boîtier interne 14 et le boîtier externe 12, on trouve des aubes de stator 16, également réalisées avec un polymère. L'écoulement d'air créé par les pales de rotor 15 crée un côté de basse pression 17 et un côté de haute pression 19 avec la direction d'écoulement d'air qui se produit du côté de haute pression 19 jusqu'au côté de basse pression 17. L'écoulement d'air créé par les pales de rotor 15 pénètre dans les passages d'écoulement d'air 24 du boîtier externe 12 en passant par l'entrée 27 à l'intérieur du boîtier externe 12 se raccordant à un plenum 22. L'écoulement d'air se déplace à travers les passages d'air 24 en raison de la différence de pressurisation entre le côté de basse pression 17 et le côté de haute pression 19. L'écoulement d'air à travers les passages 24 est utilisé pour le refroidissement. L'écoulement d'air sort ensuite par les passages d'air 24 et revient à l'intérieur du boîtier externe 12 par une sortie 25 des passages d'air 24. Le plenum 22 est également réalisé à partir de polymère et est une extension de la plaque de base 13 du boîtier externe 12 formé en moulant le plenum 22 en boîtier externe 12. Dans une variante, un plenum 22 peut être moulé individuellement et fixé séparément sur le boîtier externe 12. En référence à la figure 3, avec une référence permanente aux figures 1 et 2, les plenums 22 comprennent des parois latérales 62 et une paroi de base 64. Les plenums 22 contiennent des dissipateurs de chaleur 32 qui ont des composants de contrôleur de moteur 26 fixés à ces derniers. Les composants de contrôleur de moteur 26 peuvent également comprendre l'ensemble de PWB 18, et fonctionner pour actionner le moteur de ventilateur. Les plenums 22 sont créés en fixant le dissipateur de chaleur 32 sur les parois latérales 62 ou la paroi de base 64 des plenums 22. Les dissipateurs de chaleur 32 sont fixés sur les parois latérales 62 et la paroi de base 64 du plenum 22 en moulant le plenum 22 de sorte que le dissipateur de chaleur 32 tombe dans ce dernier et le plenum 22 et reste fixé par liaison adhésive. Dans cette variante, le dissipateur de chaleur 32 peut être fixé par des moyens mécaniques ou d'autres moyens connus ou moulé sur les parois latérales 62 ou la paroi de base 64 du plenum 22. Les composants de contrôleur de moteur 26 dissipent la chaleur jusqu'au dissipateur de chaleur 32. Les dissipateurs de chaleur 32 absorbent la chaleur et subissent le refroidissement d'air par l'écoulement d'air à travers les plenums 22. Un plenum 22, dans la variante, a un ensemble d'inducteur 28 fixé sur le dissipateur de chaleur 32 en utilisant un matériau de remplissage. Le matériau de remplissage est utilisé pour remplir les espaces entre le cuivre et le fer de l'ensemble d'inducteur 28, mais permet également la fixation sur le dissipateur de chaleur 32 et crée des trajectoires pour une conductivité thermique améliorée à l'intérieur de l'ensemble d'inducteur 28. L'ensemble d'inducteur 28 est refroidi en dissipant davantage la chaleur jusqu'aux dissipateurs de chaleur en aluminium 32, permettant aux dissipateurs de chaleur 32 d'augmenter le refroidissement par l'écoulement d'air. L'écoulement d'air dans les passages d'air 24 permet également de refroidir l'ensemble de PWB 18. Un couvercle de commande de moteur 20, réalisé à partir d'un polymère, enferme les éléments contre le boîtier externe 12. En référence à la figure 4, avec une référence permanente aux figures 1 et 2, un couvercle de commande de moteur 20 est schématiquement représenté, recouvrant et protégeant les plenums 22, les dissipateurs de chaleur 32, les composants de commande du moteur 26, l'ensemble PWB 18, l'ensemble d'inducteur 28 et les passages d'écoulement d'air 22. Dans un exemple, le couvercle de commande de moteur 20 s'étend sur les 2/3 de la longueur du boîtier externe cylindrique 12. Le couvercle de commande de moteur 20 s'étend également à mi-chemin vers le bas sur le côté du boîtier externe 12, lorsqu'il est fixé. Le couvercle 20 peut être fixé sur le boîtier externe 12 par des moyens mécaniques ou d'autres moyens. En référence à la figure 5, avec une référence permanente aux figures 1 et 2, les dissipateurs de chaleur 32 sont composés de plaques métalliques parallèles 50. Les plaques métalliques parallèles 50 sont réalisées à partir d'aluminium ou d'un autre métal comparable. La chaleur produite par les composants de contrôleur de moteur 26 se déplace des composants de contrôleur de moteur 26 jusqu'aux plaques parallèles 50 du dissipateur de chaleur 32. L'agencement parallèle permet le passage de l'air à travers le dissipateur de chaleur 32, lorsque les plaques parallèles 50 sont agencées de sorte que l'air peut s'écouler entre, en dessous ou au-dessus des plaques parallèles 50, refroidissant les plaques parallèles 50 au cours du procédé. En référence à la figure 6, avec une référence permanente aux figures 1 à 3, l'écoulement d'air pénètre dans les plenums 22 par une entrée 27 des passages d'écoulement d'air 24. Les passages d'écoulement d'air 24 raccordent les plenums 22 et permettent à l'écoulement d'air de refroidir les dissipateurs de chaleur 32. Les passages 24 dirigent l'écoulement d'air à travers un certain nombre de dissipateurs de chaleur 32. Lorsque l'air sort du plenum 22 en utilisant les passages d'air 24, il est dirigé vers un autre plenum 22 avec des dissipateurs de chaleur supplémentaires 32 ou rentre à nouveau dans le boîtier 10 via une sortie 25 des passages d'air 24. Dans cet exemple, chaque dissipateur de chaleur supplémentaire 32 a des composants de contrôleur de moteur fixés supplémentaires 26 ou un ensemble d'inducteur fixé 28 pour un refroidissement supplémentaire. En référence à la figure 7, on représente un autre boîtier 210 de contrôleur de moteur de ventilateur en exemple autour du ventilateur. Le boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur 210 comprend un boîtier interne 214 et un boîtier externe 212. A la fois le boîtier interne 214 et le boîtier externe 212 sont réalisés à partir d'un polymère. Le boîtier externe 212 comprend une plaque de base 213, des plenums 222 et des passages d'écoulement d'air 224. Entre le boîtier interne 214 et le boîtier externe 212, on trouve des aubes de stator 216, également réalisées à partir d'un polymère. On trouve également des pales de rotor 215 à l'intérieur du boîtier 210. Les pales de rotor 215 créent l'écoulement d'air à travers le boîtier 210 en tournant à l'intérieur du boîtier 210, créant un côté de basse pression 217 et un côté de haute pression 219 avec la direction de l'écoulement d'air qui a lieu du coté de haute pression 219 jusqu'au coté de basse pression 217. L'écoulement d'air créé par les pales de rotor 215 entre dans les passages d'écoulement d'air 224 du boîtier externe 212 par une entrée 227 des passages d'écoulement d'air 224. Les passages d'air 224 se raccordent à un plenum 222 et l'écoulement d'air se déplace à travers les passages d'air 224 en raison de la différence de pressurisation entre le côté de basse pression 217 et le côté de haute pression 219. L'écoulement d'air à travers les passages 224 est utilisé pour le refroidissement. L'écoulement d'air sort ensuite des passages d'air 224 et revient à l'intérieur du boîtier externe 212 par une sortie 225 des passages d'air 224. Le plenum 222 est également réalisé à partir d'un polymère et est une extension de la plaque de base 213 du boîtier externe 212 formé par moulage du plenum 222 en boîtier externe 212. Dans la variante, le plenum 222 peut être moulé indépendamment et fixé séparément sur le boîtier externe 212. Les plenums 222 comprennent des parois latérales 262 et une paroi de base 264. Les plenums 222 contiennent des dissipateurs de chaleur 232 qui ont des composants de contrôleur de moteur 226 fixés à ces derniers. Les composants de contrôleur de moteur 226 peuvent également comprendre l'ensemble de PWB 218 et fonctionner pour actionner le moteur de ventilateur. Les plenums 222 sont créés en fixant le dissipateur de chaleur 232 sur les parois latérales 262 ou la paroi de base 264 des plenums 222. Les dissipateurs de chaleur 32 sont fixés sur les parois latérales 262 et la paroi de base 264 du plenum 222 en moulant le plenum 222 de sorte que le dissipateur 232 tombe à l'intérieur de ce dernier et reste fixé par liaison adhésive. Dans la variante, le dissipateur de chaleur 232 peut être fixé par des moyens mécaniques ou d'autres moyens connus ou moulé sur les parois latérales 262 ou la paroi de base 264 du plenum 222. Les composants de contrôleur de moteur 226 dissipent la chaleur jusqu'au dissipateur de chaleur 232. Les dissipateurs de chaleur 232 absorbent la chaleur et subissent le refroidissement d'air par l'écoulement d'air passant par les plenums 222. Cet exemple comprend également des plenums 222 qui ne contiennent pas de dissipateur de chaleur 232 mais, au lieu de cela, enferment un ensemble d'inducteur 230. La paroi supérieure 266 du plenum est présente pour enfermer l'inducteur 230 à l'intérieur du plenum 222. L'ensemble d'inducteur 230 est refroidi lorsque l'air est amené dans l'enceinte en passant dans les passages d'air 224 et s'écoule sur l'inducteur 230 en raison de la pression d'air et sort par les passages d'air 224 revenant au boîtier 210. Dans cet exemple, l'ensemble d'inducteur 230 est directement fixé sur le plenum 222. Etant donné que l'ensemble d'inducteur 230 est directement fixé sur le plenum 222 et n'est pas fixé sur un dissipateur de chaleur 232 en utilisant un matériau de remplissage, on assiste à un volume de remplissage réduit. Le volume de remplissage réduit et la soustraction d'un dissipateur de chaleur 232 se traduisent par un poids diminué du boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur 210. En référence à la figure 8, avec une référence permanente à la figure 7, dans cet exemple, les dissipateurs de chaleur 232 sont refroidis par contact. L'entrée 227, recevant l'air de l'intérieur du boîtier externe 212, entre dans le plenum 222 à partir de dessous, ou en variante, sur le côté arrière du dissipateur de chaleur 232 et refroidit directement le dissipateur de chaleur 232. L'air se déplace de part et d'autre et à travers le dissipateur de chaleur 232, se répartissant dans plus d'une direction pour un refroidissement accru. Les passages d'air 224 reçoivent ensuite l'air, les passages d'air s'assemblant pour déplacer l'air via la sortie 225 sur le prochain plenum 222 ou repartir dans le boîtier 210. Le refroidissement par contact permet un coefficient de transfert de chaleur plus élevé qui se traduit par un refroidissement amélioré. Dans un exemple, la hauteur et la taille du dissipateur de chaleur 232 sont réduites en raison du refroidissement amélioré. Des plaques métalliques parallèles 50, réalisées à partir d'aluminium ou d'un autre métal comparable, sont également incluses dans les dissipateurs de chaleur 232. La chaleur produite par les composants de contrôleur de moteur 226 et d'autres composants de contrôle de moteur similaires est transférée aux plaques parallèles 50 du dissipateur de chaleur 232. L'agencement parallèle permet le passage de l'air à travers le dissipateur de chaleur 232 refroidissant les plaques parallèles 50 au cours du procédé. En référence à la figure 9, dans un exemple, les plaques qui composent le dissipateur de chaleur 232 sont composées d'un noyau d'ailette décalée perforée 252 au lieu des plaques parallèles 50. Le noyau d'ailette décalée perforée 252 décale différentes plaques 250 afin de créer une plus grande surface pour dissiper la chaleur. Ceci fonctionne bien avec le refroidissement par contact lorsque l'air vient de dessous et refroidit davantage le noyau d'ailette décalée perforée 252 que si l'on utilisait les plaques parallèles 50. Ceci améliore également le refroidissement par contact tout en réduisant la hauteur et le poids du dissipateur de chaleur 232. Dans un exemple, les noyaux d'ailette décalée perforée sont décalés de 1/8 de pouce. Dans un exemple, on peut utiliser des dissipateurs de chaleur 35 standards, réduisant davantage les coûts de production. Les composants de contrôleur de moteur 26 sont séparément remplaçables. Dans un exemple, le polymère est un polymère à haute température tel que le poly(aryl éther éther cétone) (PEEK) moulé par injection, tel que fabriqué par Victrex Corporation. Le PEEK a une densité de 1 320 kg/m3 par rapport à une densité de 2 770 kg/m3 pour l'aluminium. Ce polymère PEEK est utilisé pour réaliser le boîtier interne 14, le boîtier externe 12, les plenums 22, le couvercle de commande de moteur 20, et les aubes de stator 16. En incorporant les techniques de refroidissement améliorées dans les boîtiers de contrôleur de moteur de ventilateur 10 décrits ci-dessus, on utilise le PEEK, qui ne pouvait pas précédemment être utilisé en raison d'une mauvaise conductivité thermique, réduisant le poids du boîtier 10 avec un refroidissement adéquat pour les composants de contrôleur du moteur. Bien que l'on ait décrit un mode de réalisation préféré, l'homme du métier reconnaîtra que certaines modifications peuvent se trouver dans la portée de la présente invention. Pour cette raison, les revendications suivantes doivent être étudiées afin de déterminer la portée réelle et le contenu de la présente invention. REVENDICATIONS1. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur (10) comprenant un boîtier de ventilateur interne (14) ; un boîtier de ventilateur externe (12), le boîtier de ventilateur externe comprenant une plaque de base (13), au moins un plenum (22) et des passages d'air (24) ; une pluralité d'aubes de stator (16) ; un boîtier de commande de moteur (20), le boîtier de ventilateur interne, le boîtier de ventilateur externe, les aubes de stator et le boîtier de commande de moteur étant réalisés avec un polymère ; au moins un dissipateur de chaleur (32), le dissipateur de chaleur étant fixé sur au moins une paroi du au moins un plenum, les passages d'air étant configurés pour diriger l'écoulement d'air à l'intérieur du boîtier de ventilateur externe jusqu'à au moins un dissipateur de chaleur des plenums ; et au moins un composant de commande de moteur (26), le composant de commande de moteur étant fixé sur le dissipateur de 20 chaleur. 2. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon la revendication 1, dans lequel le polymère est du poly(aryl éther éther cétone). 3. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon la 25 revendication 1 ou 2, dans lequel les aubes de stator sont fixées sur le boîtier interne. 4. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel le dissipateur de chaleur est en aluminium. 30 5. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, dans lequel le boîtier de ventilateur externe comprend au moins deux plenums, et les passages d'air raccordent les plenums. 6. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon l'une 35 quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aubes de stator s'étendent jusqu'au boîtier externe. 7. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un noyau du dissipateur de chaleur comprend des ailettes parallèles. 8. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dissipateur de chaleur est fixé sur au moins une paroi du plenum du boîtier externe par liaison. 9. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plenum comprend une cavité, le dissipateur de chaleur étant configuré pour s'installer dans la cavité. 10. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un inducteur est fixé sur au moins un dissipateur de chaleur. 11. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un module de puissance est relié au dissipateur de chaleur. 12. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le module de puissance est fixé sur le dissipateur de chaleur par des moyens mécaniques. 13. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur (210) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : le boîtier de ventilateur externe comprend au moins deux plenums (222) et des passages d'air (224) pour raccorder les plenums ; le dissipateur de chaleur (232) est refroidi par contact ; les passages d'air sont configurés pour diriger l'écoulement d'air à l'intérieur du boîtier de ventilateur externe directement vers le dissipateur de chaleur ; et le contrôleur de moteur de ventilateur comprend en outre au moins un inducteur enfermé par une paroi supérieure d'un deuxième plenum, les passages d'air dirigeant l'écoulement d'air à partir du premier plenum sur l'inducteur, dans le deuxième plenum. 14. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon la 35 revendication 13, dans lequel les composants de commande de moteur sont amovibles. 15. Boîtier de contrôleur de moteur de ventilateur selon la revendication 13 ou 14, dans lequel un noyau du dissipateur de chaleur est constitué par des ailettes décalées perforées.