Brevet FR3029032A1 — publié le 20160527

- 1 - Convertisseur alternatif-continu La présente invention concerne un convertisseur alternatif-continu destiné à être intégré dans une machine électrique tournante. L'électronique de puissance a remplacé de nos jours les moyens électro- mécaniques d'autrefois pour l'alimentation électrique et le contrôle des machines électriques tournantes modernes. Que ce soit des machines électriques tournantes monophasées ou polyphasées, synchrones ou asynchrones, fonctionnant en moteur ou en générateur, un ou plusieurs modules électroniques de puissance contrôlent les courants et les tensions appliqués. Un équipement courant d'un véhicule automobile est constitué par une machine électrique tournante réversible, c'est-à-dire qui est apte à fonctionner en génératrice et à charger une batterie quand elle est couplée au moteur thermique du véhicule, et à fonctionner en moteur pour le démarrage, ou la fourniture d'un surcroît de puissance mécanique, quand elle est alimentée par le réseau électrique de bord. Cette machine, dite "alterno-démarreur" comporte le plus souvent: un rotor comprenant des aimants permanents et/ ou un inducteur dans lequel est amené un courant d'excitation; un stator comprenant des enroulements de phases dans lesquels circulent des courants de phases. La demande de brevet FR2886506 de la société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR décrit de façon extrêmement détaillée la mécatronique d'un alterno-démarreur triphasé comprenant : un module d'excitation constituant un porte-balais régulateur contrôlant le courant d'excitation ; trois modules de puissance d'un convertisseur alternatif-continu générant les courants de phases en mode moteur ou redressant les courants de phase en mode alternateur; un module de commande du module d'excitation et des modules de puissance ; 3029032 - 2 - un module de filtrage composé de capacités ; un dispositif de refroidissement, généralement composé d'un dissipateur de chaleur incluant un circuit hydraulique de refroidissement. Les modules de puissance se présentent sous la forme de boîtiers, un par phase, 5 munis extérieurement d'éléments de connexion et sont agencés sur le palier arrière de l'alterno-démarreur. Ces modules sont fixés au dispositif de refroidissement afin de permettre le transfert thermique entre lesdits modules de puissances vers le circuit de refroidissement, dans le but de dissiper la chaleur générée par les modules de puissance. Pour contrôler ces modules de puissance, une carte de commande est connectée aux 10 éléments extérieurs de connexion des modules, et placées directement au-dessus des modules de puissances. Le module de filtrage, composé d'un bloc de capacités, a tendance à émettre de la chaleur lors du fonctionnement du convertisseur alternatif-continu. Il est donc placé sur la surface du dispositif de refroidissement, côte à côte avec les modules de puissance et la carte de contrôle. 15 Cependant, de nouveaux développements réalisés par l'entité inventive visent à augmenter la tension de fonctionnement des alterno-démarreurs jusqu'à 48 V et à mettre en oeuvre des machines polyphasées ayant un nombre de phases plus grand que trois, notamment hexaphasées, en particulier de type "double triphasée". Ces nouveautés impliquent des changements de design des convertisseurs alternatif- 20 continu, notamment concernant les modules de puissance et la carte de contrôle qui nécessitent d'être agrandi au vu de gérer une tension supplémentaire. Le diamètre de l'ensemble du convertisseur alternatif-continu est cependant limité, et il est nécessaire d'accomplir cet agrandissement tout en maîtrisant le diamètre de l'ensemble, avec l'optique de pouvoir dissiper la chaleur de manière homogène les éléments du 25 convertisseur alternatif-continu par le dispositif de refroidissement. La présente invention vise à décrire un dispositif de refroidissement amélioré qui, placé dans un convertisseur alternatif-continu, permet de refroidir efficacement l'électronique du convertisseur tout en contrôlant le diamètre général dudit convertisseur. À cet effet, la présente invention a pour objet un convertisseur alternatif-continu destiné à être intégré dans une machine électrique tournante, comprenant au moins un module de puissance, un module de contrôle permettant de contrôler le module de puissance, 3029032 - 3 - un module de filtrage lié électriquement au module de puissance et un dispositif de refroidissement agencé de sorte à refroidir lesdits modules, dans lequel le module de puissance et le module de contrôle sont placés d'un côté du dispositif de refroidissement et le module de filtrage est placé du côté opposé dudit dispositif de refroidissement. 5 Avantageusement, placer le module de filtrage de l'autre côté du dispositif de refroidissement par rapport aux modules de puissance et de contrôle et le module du filtrage du même côté du dispositif de refroidissement permet de laisser plus de place pour l'électronique présente sur les différents modules et ainsi et contrôler le diamètre du convertisseur alternatif-continu. 10 De plus, cela permet d'avoir une dissipation thermique mieux répartie de l'électronique présente sur le convertisseur. Le convertisseur alternatif-continu destiné à être intégré à une machine électrique tournante selon l'invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement 15 possibles : le dispositif de refroidissement comprend une cavité, une partie du module de filtrage étant disposée dans ladite cavité ; et/ou la cavité du dispositif de refroidissement comprend une interface thermique disposée entre la partie du module de filtrage disposée dans ladite cavité et la paroi de 20 ladite cavité ; et/ou le module de filtrage comprend au moins une capacité ; et/ou le module de filtrage est lié électriquement au module de puissance par un jeu de barre traversant le dispositif de refroidissement ; et/ou le module de filtrage comprend un jeu de barre surmoulé sur ledit module de 25 filtrage permettant la connexion avec au moins un module de puissance ; et/ou le dispositif de refroidissement comprend un circuit de refroidissement conformé de sorte à recevoir un liquide de refroidissement circulant entre une entrée de liquide de refroidissement et une sortie de liquide de refroidissement ; et/ou le module de puissance est disposé directement sur une surface du dispositif de 30 refroidissement et fixé audit dispositif de refroidissement ; et/ou 3029032 - 4 - le module de contrôle est fixé audit dispositif de refroidissement et le module de puissance est disposé entre ledit module de contrôle et ledit dispositif de refroidissement. L'invention se rapporte également à une machine électrique tournante comprenant un 5 convertisseur alternatif-continu selon l'invention. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de limiter ladite invention, accompagnée des figures ci-dessous : - La figure 1 est une vue isométrique du convertisseur alternatif-continu selon 10 l'art antérieur ; - La figure 2 représente un mode de réalisation d'un convertisseur alternatif-continu selon l'invention ; - La figure 3 représente un dispositif de refroidissement et un module de filtrage selon l'invention ; 15 - La figure 4 représente une autre vue du dispositif de refroidissement selon l'invention. La figure 1 représente un convertisseur alternatif-continu 100 destiné à une machine électrique tournante de véhicule selon l'art antérieur. Le convertisseur alternatif-continu 100 20 comprends des modules de puissance 12 et une carte de contrôle 16 permettant de commander lesdits modules de puissance 12. Le convertisseur 100 comprend également un module de filtrage 40 composé de capacités 42. Un dispositif de refroidissement 30 comprend une cavité 38 afin d'accueillir le module de filtrage 40. Ledit dispositif de refroidissement 30 comprend un circuit de refroidissement 25 32 dans lequel peut circuler un liquide de refroidissement entre une entrée 36 et une sortie 34, permettant le refroidissement du convertisseur 100. Le convertisseur 100 est agencé de telle sorte que la carte de contrôle 16 soit située au-dessus des modules de puissance 12 et fixée au dispositif de refroidissement 30 par l'intermédiaire de vis 20. Les modules de puissance 12 sont quant à eux fixés au dispositif de 30 refroidissement par l'intermédiaire de vis 22. Le module de filtrage 40, placé au sein de la 3029032 - 5 - cavité 38 du dispositif de refroidissement 30, est situé côte à côte des modules électroniques 12 et 16, donc placé sur la même face du dispositif de refroidissement 30. Les modules de puissance 12, la carte de contrôle 16 et le module de filtrage 40 génèrent de beaucoup de chaleur lors du fonctionnement du convertisseur alternatif-continu 5 100. La diffusion de cette chaleur par le dispositif de refroidissement 30 est donc essentielle. Cependant, dans des modèles de convertisseur alternatif-continu 100 amélioré, la tension de fonctionnement des alterno-démarreurs peut aller jusqu'à 48 V et mettre en oeuvre des machines polyphasées ayant un nombre de phases plus grand que trois, notamment hexaphasées, en particulier de type "double triphasée". 10 Ces nouveautés impliquent des changements de design des convertisseurs alternatif- continu 100, notamment concernant les modules de puissance 12 et la carte de contrôle 16 qui nécessitent d'être agrandi au vu d'être capable de gérer une tension supplémentaire. Le diamètre de l'ensemble du convertisseur alternatif-continu est cependant limité, et il est nécessaire d'accomplir cet agrandissement tout en maîtrisant le diamètre de l'ensemble, 15 avec l'optique de pouvoir dissiper la chaleur de manière homogène les éléments du convertisseur alternatif-continu 100 par un dispositif de refroidissement 30 L'invention ci-présente propose de modifier le design d'un convertisseur alternatif-continu 100 en permettant d'augmenter la taille de la carte de contrôle 16 et des modules de puissance 12 tout en conservant un diamètre contrôlé de l'ensemble et permettant de refroidir 20 le convertisseur alternatif-continu 100 de manière efficace. La figure 2 représente un convertisseur alternatif-continu 100 destiné à une machine électrique tournante de véhicule selon l'invention. Le convertisseur alternatif-continu 100 comprends des modules de puissance 12 et une carte de contrôle 16 permettant de commander lesdits modules de puissance 12. Comme dans l'art antérieur, les modules de 25 puissance 12 sont placés directement sur un dispositif de refroidissement 30 et y sont fixés par l'intermédiaire de vis 22. La carte de contrôle est quant à elle placée au-dessus desdits modules de puissance 12 et est fixé au dispositif de refroidissement par l'intermédiaire de vis 20. 3029032 - 6 - Une partie des vis 20 permettant de fixer les modules de puissance 12 au dispositif de refroidissement 30 peut être remplacée par des vis spéciales ayant une surface plane en contact avec la face arrière de la carte de contrôle 16, permettant d'améliorer le transfert thermique de ladite carte de contrôle 16 vers le dispositif de refroidissement 30. 5 Le dispositif de refroidissement 30 placé en dessous des modules de puissance 12 et de la carte de contrôle 16 comprend un circuit de refroidissement 32 dans lequel peut circuler un liquide de refroidissement entre une entrée 36 et une sortie 34, permettant de dissiper la chaleur présente dans l'électronique du convertisseur 100. Contrairement à l'art antérieur, le module de filtrage 40 est placé en-dessous du 10 dispositif de refroidissement 30, comme présenté en figure 3. Le module de filtrage 40 comprend des capacités 42, les capacités ayant une hauteur sensiblement égale afin de contrôler la hauteur de l'ensemble. Le dispositif de refroidissement 30 comprend une cavité 38 permettant d'accueillir les capacités 42 et de faciliter leur refroidissement. Une interface thermique peut être présente sur les parois de la 15 cavité 38 afin de, une fois le module de filtrage 40 monté dans le dispositif de refroidissement 30, mettre en contact thermique les capacités 42 avec les parois de la cavité 38 et ainsi faciliter le refroidissement du module de filtrage 40. L'interface thermique peut être sous la forme d'une pate thermique, de la graisse thermique, de la colle, de la résine ou des plaques de gap pad, i.e. feuille de silicone réticulé. 20 Le module de filtrage 40 comprend également un jeu de barre 44, pouvant être directement surmoulé sur ledit module de filtrage 40, permettant de réaliser une liaison électrique entre le module de filtrage 40 et un des modules de puissance 12. Ce jeu de barre 44 traverse le dispositif de refroidissement 30 par l'intermédiaire d'une ouverture 46 présente dans ledit dispositif de refroidissement 30 et permettant d'atteindre un élément de connexion 25 extérieur sur l'un des modules de puissance 12. L'invention a été décrite ci-dessus avec l'aide de modes de réalisation présentés sur des figures, sans limitation du concept inventif général. Bien d'autres modifications et variations se suggèrent d'elles même à l'homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustré dans cette demande. Ces 3029032 - 7 - modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous. Toute référence utilisée dans les revendications ne doit pas être interprété comme limitation de la portée de l'invention. REVENDICATIONS1. Convertisseur alternatif-continu destiné à être intégré dans une machine électrique tournante, comprenant au moins: - un module de puissance (12), - un module de contrôle (16) permettant de contrôler le module de puissance, - un module de filtrage (40) lié électriquement au module de puissance, - un dispositif de refroidissement (30) agencé de sorte à refroidir lesdits modules, dans lequel le module de puissance et le module de contrôle sont placés d'un côté du dispositif de refroidissement et le module de filtrage est placé du côté opposé dudit dispositif de refroidissement. 2. Convertisseur alternatif-continu selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de refroidissement comprend une cavité, une partie du module de filtrage étant disposée dans ladite cavité. 3. Convertisseur alternatif-continu selon la revendication 2, dans lequel la cavité du dispositif de refroidissement comprend une interface thermique disposée entre la partie du module de filtrage disposée dans ladite cavité et la paroi de ladite cavité (38). 4. Convertisseur alternatif-continu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de filtrage comprend au moins une capacité (42). 5. Convertisseur alternatif-continu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de filtrage est lié électriquement au module de puissance au travers du dispositif de refroidissement. 6. Convertisseur alternatif-continu selon la revendication 5, dans lequel le module de filtrage comprend un jeu de barre surmoulé sur ledit module de filtrage permettant la connexion avec 30 au moins un module de puissance. 7. Convertisseur alternatif-continu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de refroidissement comprend un circuit de refroidissement conformé de sorte à 3029032 - 9 - recevoir un liquide de refroidissement circulant entre une entrée de liquide de refroidissement et une sortie de liquide de refroidissement. 8. Convertisseur alternatif-continu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le 5 module de puissance est disposé directement sur une surface du dispositif de refroidissement et fixé audit dispositif de refroidissement. 9. Convertisseur alternatif-continu selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module de contrôle est fixé audit dispositif de refroidissement et le module de puissance est 10 disposé entre ledit module de contrôle et ledit dispositif de refroidissement. 10. Machine électrique tournante de véhicule automobile, caractérisée en ce qu'elle comprend un convertisseur alternatif -continu selon l'une des revendications précédentes. 15