Brevet FR3016022A1 — publié le 20150703

Lampe frontale à gestion améliorée des flux de chaleur Domaine technique de l'invention L'invention est relative à une lampe frontale. État de la technique Dans de nombreuses activités, lorsque la luminosité naturelle n'est plus suffisante, il est très important de pouvoir utiliser ses mains tout en étant en mesure d'éclairer des objets ou un chemin. Une manière simple de résoudre ce problème est d'utiliser une lampe frontale que l'utilisateur porte sur sa tête. Ainsi, la lampe éclaire toujours là où les yeux de l'utilisateur se portent. La lampe frontale comporte, de manière classique, un émetteur de lumière qui est alimenté par une source d'énergie. La lampe comporte également un organe de commande qui permet à l'utilisateur de gérer l'allumage et l'extinction de la lampe ainsi que divers modes de fonctionnement. Dans certaines conditions, il est important d'émettre un flux lumineux intense ce qui se traduit par une forte émission de lumière à partir de l'émetteur de lumière. De manière attendue, l'utilisation d'une forte intensité d'éclairage se traduit par un épuisement accéléré de la source d'énergie. Cependant, il a été également observé que l'utilisation prolongée de la lampe à forte intensité se traduit également par une augmentation du taux de défaillance de la lampe. Objet de l'invention On constate qu'il existe un besoin de prévoir une lampe frontale permettant de mieux résister à une utilisation prolongée à forte luminosité. On tend à combler ce besoin au moyen d'une lampe frontale qui comporte : Un émetteur de lumière, Un bloc batterie destiné à recevoir une source d'alimentation, le bloc batterie étant couplé électriquement à l'émetteur de lumière, Un circuit de puissance disposé entre l'émetteur de lumière et le bloc batterie et destiné à alimenter l'émetteur de lumière, Un circuit de gestion recevant au moins une entrée utilisateur et contrôlant le circuit de puissance, un radiateur thermique configuré pour transférer de la chaleur entre l'émetteur de lumière et le bloc batterie par conduction thermique, le radiateur thermique comportant au moins une piste métallique d'alimentation du bloc batterie pour l'alimentation du circuit de puissance. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés au dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 représente, de manière schématique, une lampe frontale en vue de coupe, - la figure 2 représente de manière schématique, une lampe frontale. Description de modes de réalisation préférentiels de l'invention La lampe frontale illustrée à la figure 1 comporte un émetteur de lumière 1 connecté électriquement à un bloc batterie 2. L'émetteur de lumière 1 est formé par tout moyen adapté à l'émission d'un rayonnement lumineux. Le rayonnement lumineux peut être configuré pour émettre un éclairage blanc et/ou rouge. Il est également envisageable de prévoir un éclairage dans une autre couleur. L'émetteur de lumière 1 peut être réalisé par une diode électroluminescente. Cependant, d'autres sources lumineuses sont envisageables. Le bloc batterie 2 est configuré pour autoriser l'introduction d'une ou plusieurs sources d'énergie 3 amovibles ou fixes. Le bloc batterie 2 représente un volume destiné à l'alimentation de la lampe frontale. Selon les configurations, la batterie peut être fixe ou amovible. Le bloc batterie 2 peut donc être un logement pour une ou plusieurs piles ou le logement de la batterie. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la source d'énergie 3 est une pile, par exemple une pile alcaline et le bloc batterie 2 est conformé pour placer la ou les piles nécessaires dans des positions prédéfinies. La lampe frontale comporte également un circuit de puissance 4 qui est disposé électriquement entre le bloc batterie 2 et l'émetteur de lumière 1. L'énergie électrique provenant du bloc batterie 2 passe au travers du circuit de puissance 4 avant d'alimenter l'émetteur de lumière 1. Le circuit de puissance 4 est commandé au moyen d'un circuit de gestion 5. Le circuit de gestion 5 reçoit une ou plusieurs instructions de l'utilisateur et il commande le circuit de puissance 4 en conséquence. Les instructions de l'utilisateur sont représentées par une flèche sur la figure 1. Les instructions peuvent provenir par exemple d'un bouton pression qui est actionné par l'utilisateur. A titre d'exemple, le circuit de gestion 5 est configuré pour commander le couplage et le découplage électrique entre le bloc batterie 2 et l'émetteur de lumière 1. Le circuit de gestion 5 peut également être configuré pour commander un basculement de mode entre un éclairage continu et un éclairage intermittent. Il est également possible de régler l'intensité du flux lumineux émis. Dans cette configuration, un courant important est prévu pour circuler dans le circuit de puissance 4 afin d'alimenter la source lumineuse 1. En revanche, un courant faible circule dans le circuit de gestion 5. De cette manière, il est possible de spécialiser les deux circuits en utilisant des briques technologiques différentes ce qui permet d'utiliser des transistors autorisant le transit de fortes puissances dans le circuit de puissance 4 et des transistors peu consommateurs d'énergie dans le circuit de gestion 5. Le circuit de gestion 5 est avantageusement formé par des transistors ayant des dimensions plus petites que les transistors de puissance. Ces petits transistors sont plus sensibles aux évolutions de la température et ils peuvent vieillir prématurément. Il est donc particulièrement intéressant de dissocier physiquement le circuit de puissance 4 et le circuit de gestion 5 afin d'éloigner le plus possible le circuit de gestion 5 des différentes sources de chaleur présentes à l'intérieur de la lampe. Comme un courant important peut circuler entre le circuit de puissance 4 et l'émetteur de lumière 1, il est avantageux de placer ces deux éléments le plus près possible l'un de l'autre. De cette manière, le courant parcourt une distance réduite ce qui permet de limiter les pertes et notamment les pertes résistives. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le circuit de puissance 4 est réalisé sur le même substrat que les émetteurs de lumière 1. A titre d'exemple, ces deux éléments sont intégrés sur le même circuit imprimé PCB. L'émetteur de lumière 1 représente la première source de chaleur à l'intérieur de la lampe frontale en calories produites. Afin de protéger l'émetteur de lumière 1 des agressions extérieures, ce dernier est disposé dans un boitier qui définit un module d'éclairage 6. Ce boitier est avantageusement rigide et permet d'éviter que l'émetteur de lumière 1 ne reçoive des chocs, mais il empêche également une bonne évacuation de la chaleur notamment une bonne convection autour de l'émetteur de lumière 1. Pour limiter la montée en température de l'émetteur de lumière 1 lors de son fonctionnement, il est avantageux de coupler l'émetteur de lumière 1 à un radiateur thermique 7 qui a pour fonction d'augmenter la surface de dissipation thermique. De cette manière, la chaleur émise par l'émetteur 1 peut s'échapper plus facilement. La chaleur générée par l'émetteur de lumière 1 est captée en partie par son support, ici le circuit imprimé PCB qui dissipe la chaleur. Ensuite, la chaleur récupérée par le PCB est transmise au radiateur thermique 7 qui continue la dissipation et qui transfère cette chaleur vers une zone moins critique. Dans les lampes de l'art antérieur, le radiateur thermique est disposé à l'intérieur du module d'éclairage ce qui permet de limiter la vitesse de montée en température de l'émetteur de lumière. Cependant, dans cette configuration la chaleur produite est bloquée à l'intérieure du module d'éclairage. La chaleur emmagasinée dans le module d'éclairage se dissipe via les parois du module. Dans une configuration particulière de l'art antérieur, un trou est réalisé entre le module d'éclairage et le module d'alimentation ce qui permet un léger transfert de chaleur par convection. De manière avantageuse, le radiateur thermique 7 comporte une paroi en matériau polymère 7a. L'émetteur de lumière 1, les circuit de gestion 5 et de puissance 4 sont préférentiellement fixés à cette paroi pour assurer un bon maintient mécanique des différents éléments du module d'éclairage. Afin d'éviter que la chaleur évacuée ne soit bloquée dans le module io d'éclairage 6, le radiateur thermique 7 est configuré pour transférer la chaleur produite par conduction hors du module d'éclairage 6. Cette configuration particulière permet d'éviter que la température dans le module d'éclairage 6 ne soit trop importante. Cette configuration donne 15 également de bons résultats lorsque le radiateur thermique 7 s'étend à l'intérieur du module d'alimentation 8 qui contient le bloc batterie 2 et notamment dans les lampes compactes où une coque de protection définit le boitier et plus particulièrement lorsque le boitier est divisé en au moins deux modules distincts : le module d'éclairage 6 et le module d'alimentation 8. 20 Dans l'exemple illustré, la paroi polymère 7a du radiateur thermique délimite la module d'éclairage 7 et le module d'alimentation 8. De manière avantageuse, la paroi étanche séparant le module d'éclairage 6 25 et le module d'alimentation est surmoulée sur le radiateur thermique 7. De manière inattendue, il a été découvert que la réalisation d'une connexion thermique par conduction entre l'émetteur de lumière 1 et le bloc batterie 2 permet une bonne évacuation de la chaleur dégagée par l'émetteur de 30 lumière 1. Bien que le bloc batterie 2 ne soit la partie ayant intrinsèquement la température la plus basse, cette partie de la lampe frontale présente une masse importante, une bonne capacité thermique et une résistance thermique faible. Dans cette configuration, le radiateur thermique 7 permet un transfert rapide de la chaleur dégagée par l'émetteur de lumière 1 en direction du bloc batterie 2. La conduction thermique de la chaleur produite par l'émetteur de lumière 1 dans le bloc batterie 2 permet de stocker une grande quantité de chaleur. Cette configuration est particulièrement avantageuse dans les lampes compactes où la convection est mauvaise. Cette configuration a montré en plus que le chauffage de la batterie permet un gain au niveau de la puissance restituée à température ambiante ou à plus basse température. Dans une configuration particulièrement efficace, la conduction thermique est réalisée au moyen d'une ou plusieurs pistes métalliques 7b et 7c qui sont connectées électriquement à la source d'énergie 3. Par ailleurs, les pistes métalliques 7b et 7c sont disposées entre la source de chaleur et le bloc batterie 2 afin de faciliter le transfert de chaleur. Cette architecture permet d'accroitre la conduction thermique entre l'émetteur de lumière 1 et le bloc batterie 2 tout en utilisant les pistes électriques utilisées habituellement pour transmettre le courant d'alimentation. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le bloc batterie 2 est configuré pour recevoir trois piles connectées en série. Les pistes métalliques 7b et 7c sont complétées par deux autres pistes 7d et 7e. Dans le mode de réalisation illustré, les pistes 7b et 7c couvrent la plus grande partie de la paroi. Cependant, il est également possible de prévoir des couvertures semblables entre les différentes pistes. Les éléments 7' représentent schématiquement les plots de contact avec les piles. Lorsque la paroi de séparation est surmoulée sur le radiateur thermique, il est avantageux de prévoir une première série de plots qui sortent du côté du module d'éclairage et qui sont soudés de manière à alimenter le circuit de commande et la lampe. Il est également avantageux de prévoir une deuxième série de plots qui sortent du côté du module d'alimentation pour connecter si possible directement la batterie. Alors que les pistes électriques de l'art antérieur sont localisées sur des petites surfaces sur les bords du bloc batterie 2 pour uniquement transporter du courant, elles ont ici une surface beaucoup plus importante. Cette surface plus importante n'intervient pas dans le transport du courant. Le surplus de matière permet une meilleure conduction thermique. Le surpoids est de l'ordre de quelques grammes, par exemple 1 ou 2 grammes, ce qui permet également d'intégrer cette fonctionnalité en plus sans pénaliser l'utilisateur. Dans un mode de réalisation particulier, les éléments métalliques connectant thermiquement la source de lumière 1 avec le bloc batterie 2 ne réalisent pas la connexion thermique avec le circuit de gestion 5. Une barrière thermique est formée par exemple au moyen d'un volume de gaz et/ou au moyen d'un film plastique qui présente une résistivité thermique plus important. Cette particularité permet de limiter la montée en température du circuit de gestion 5. La barrière thermique va empêcher la chaleur d'arriver ou elle va faire diffuser la chaleur pour limiter l'augmentation de température du circuit 5. Dans un autre mode de réalisation qui peut être combiné avec les modes de réalisation précédents, le bloc batterie 2 est formé par un cadre métallique sur lequel est surmoulée une couche en matériau polymère. Le cadre métallique permet d'accroitre la masse thermique du bloc batterie 2. Cette configuration permet de forcer le transfert de la chaleur depuis l'émetteur de lumière 1 vers le bloc batterie 2 par les pistes métalliques et d'avoir en plus une plaque diffusante de la chaleur qui réduit l'apparition de points chauds parasites. Le matériau polymère utilisé habituellement dans les lampes frontales est amélioré au moyen de pistes métalliques qui facilite le transfert de chaleur. Il y a toujours augmentation de la température générale de la lampe lors de son fonctionnement mais les circuits électroniques sensibles à une élévation de température voient leur température de fonctionnement diminuée en comparaison d'une lampe selon l'art antérieur. En corollaire, pour une augmentation fixée de la température des composants électroniques, il est possible de faire passer plus de courant dans l'émetteur de lumière 1 et ainsi d'avoir un flux lumineux plus important. Il est alors possible de prévoir un module d'éclairage 6 hermétique et/ou étanche pour protéger au mieux l'émetteur de lumière 1 sans que cela nuise à un bon transfert de chaleur. Il est également possible de prévoir que le module d'alimentation 8 peut être hermétique et/ou étanche. La séparation entre ces deux modules peut être réalisée par une paroi contenant des pistes métalliques du radiateur. Comme la gestion des flux de chaleur est mieux maitrisée, il y a moins de risque de défaillance dans les dispositifs électriques sensibles aux augmentations de température. REVENDICATIONS1. Lampe frontale comportant: Un émetteur de lumière (1), Un bloc batterie (2) destiné à recevoir une source d'alimentation, le bloc batterie (2) étant couplé électriquement à l'émetteur de lumière (1), Un circuit de puissance (4) disposé entre l'émetteur de lumière (1) et le bloc batterie (2) et destiné à alimenter l'émetteur de lumière (1), Un circuit de gestion (5) recevant au moins une entrée utilisateur et contrôlant le circuit de puissance (4). un radiateur thermique (7) configuré pour transférer de la chaleur entre l'émetteur de lumière (1) et le bloc batterie (2) par conduction thermique, le radiateur thermique (7) comportant au moins une piste métallique d'alimentation du bloc batterie (2) pour l'alimentation du circuit de puissance (4). 2. Lampe selon la revendication 1, dans laquelle le radiateur thermique (7) est formé par plusieurs pistes métalliques (7b, 7c) d'alimentation du bloc batterie (2) pour l'alimentation du circuit de puissance (4), les pistes métalliques (7b, 7c) recouvrant au moins partiellement le fond du bloc batterie (2). 3. Lampe selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle l'émetteur de lumière (1) est formé sur un circuit intégré monté sur une première face d'une paroi en matériau polymère et le fond du bloc batterie (2) est défini par la deuxième face opposée de la paroi en matériau polymère. 4. Lampe selon la revendication 3, dans laquelle le radiateur thermique (7) comporte une plaque métallique partiellement enrobées par un matériau thermoplastique.