Brevet FR3047109A1 — publié le 20170728

Ensemble de refroidissement d'un dispositif d'inductance La présente invention concerne un ensemble de refroidissement d'un dispositif d'inductance, en particulier un dispositif d'inductance pour un chargeur embarqué de forte puissance de véhicule automobile électrique ou hybride. Un tel dispositif d'inductance est bien connu de l'homme du métier, notamment par l'exemple qu'en donne le document de brevet FR 2 996 047. Il comprend un bobinage dans lequel est inséré au moins en partie un corps ferromagnétique comportant des entrefers, ledit bobinage et ledit corps ferromagnétique étant maintenus par une résine dans un boîtier métallique, lequel boîtier étant fixé au niveau de sa base inférieur à un carter métallique destiné à protéger des modules d'électronique de puissance d'un chargeur de véhicule électrique. Lorsque le bobinage est parcouru par des variations de courant, dues par exemple à des commutations du courant en amont du dispositif inductif, des variations d'attractions/répulsions correspondantes entre blocs ferromagnétiques génèrent des déformations du corps ferromagnétique. Ces déformations provoquent des vibrations au niveau des entrefers, se produisant à une fréquence identique à celle de l'excitation électrique du bobinage, qui se traduisent par des vibrations se transmettant par voie aérienne, là où le boîtier est à l'air libre, et des vibrations se transmettant par voie solidienne, en particulier au niveau de la base inférieure du boîtier métallique fixée au carter. Ces transmissions aériennes et solidiennes sont sources de perturbations acoustiques génératrices de bruit, ce qui n'est pas souhaitable. Afin de réduire les vibrations émises par le corps ferromagnétique lorsque le dispositif d'inductance est soumis à des variations de courant, le document de brevet précité enseigne de disposer un film conducteur thermique entre le corps ferromagnétique et la surface intérieure de la base inférieure du boîtier métallique, ledit film ayant une raideur inférieure à celle d'une résine synthétique, telle que la résine qui remplit le boîtier métallique contenant le bobinage et le corps ferromagnétique. Ce film conducteur thermique élastique permet un découplage mécanique entre le corps ferromagnétique et le fond du boîtier du dispositif, plus important que celui procuré par la résine de maintien du corps ferromagnétique et du bobinage dans le boîtier. Cependant, cette 3047109 2 solution nécessite de développer une inductance spécifique et complexifie le processus de fabrication. Elle est donc coûteuse à mettre en oeuvre. En outre, par simple effet Joule, le dispositif d'inductance subit un fort échauffement et il est indispensable de dissiper la puissance thermique ainsi 5 générée afin de garantir le respect des spécifications de ce composant. Or, l'utilisation décrite ci-dessus du film thermique intégré dans le dispositif d'inductance, dont l'élasticité permet d'amortir la transmission des vibrations, n'est pas suffisante pour dissiper efficacement la puissance thermique générée par effet Joule. 10 Aujourd'hui, on connaît le principe de refroidir le dispositif d'inductance en refroidissant la zone du carter sur laquelle est fixé le boîtier du dispositif d'inductance, ladite zone du carter étant en contact avec un circuit de refroidissement, typiquement un circuit de refroidissement à eau. Aussi, les calories peuvent être évacuées au niveau de l'interface constituée par le 15 contact direct entre le boîtier du dispositif d'inductance et la paroi froide du carter en contact avec le circuit de refroidissement. Toutefois, si cette solution permet d'assurer un transfert thermique relativement satisfaisant pour refroidir le dispositif d'inductance, elle n'est pas du tout optimale concernant le problème acoustique évoqué ci-dessus, car le type de montage qu'elle implique transmet 20 les vibrations mécaniques au carter. Aussi, il existe un besoin pour une solution de refroidissement d'un dispositif d'inductance du type précité, qui soit encore plus efficace, tout en procurant un comportement acoustique mieux maîtrisé et, en particulier, qui permette de limiter les vibrations transmises à l'extérieur du dispositif lorsqu'il 25 est parcouru par un courant variable, et ce de manière économique. A cette fin, la présente invention concerne un ensemble de refroidissement d'un dispositif d'inductance en particulier pour un chargeur embarqué de forte puissance de véhicule automobile électrique ou hybride, ledit ensemble comprenant ledit dispositif d'inductance et un carter métallique pour 30 une électronique de puissance auquel est fixé ledit dispositif d'inductance, ledit dispositif d'inductance comprenant un bobinage dans lequel est inséré au moins en partie un corps ferromagnétique comportant des entrefers, ledit bobinage et ledit corps ferromagnétique étant maintenus par une résine dans un boîtier métallique dudit dispositif d'inductance, ledit boîtier métallique étant 3047109 3 fixé à une paroi dudit carter métallique, ledit carter métallique étant couplé à un circuit de refroidissement comprenant un conduit de circulation apte à faire circuler un liquide de refroidissement en contact avec ladite paroi dudit carter à l'opposé dudit boîtier par rapport à ladite paroi. Ledit ensemble de l'invention 5 est essentiellement caractérisé en ce que ledit boîtier métallique comprend une platine de fixation s'étendant radialement autour d'une périphérie extérieure dudit boîtier sensiblement à proximité de la base dudit boîtier, ladite platine de fixation comprenant des points de fixation pour solidariser ledit boîtier avec des points de réception correspondants agencés sur ladite paroi dudit carter, ladite 10 paroi dudit carter présentant une ouverture ménagée entre lesdits points de réception, au travers de laquelle s'étend la base dudit boîtier jusque dans ledit conduit de circulation, de sorte que ledit boîtier est mis en contact direct avec ledit liquide de refroidissement par sa base, tandis qu'un joint d'étanchéité en matériau élastomère est disposé sur un bord de ladite ouverture entre ladite 15 platine de fixation dudit boîtier et ladite paroi dudit carter. Grâce à cet agencement, il est possible de refroidir directement, et donc plus efficacement, le dispositif d'inductance, dans la mesure où le dispositif d'inductance est mis directement en contact, via sa base traversant l'ouverture pratiquée dans le carter, avec le liquide de refroidissement circulant dans le 20 circuit de refroidissement. En outre, le joint d'étanchéité en matériau élastomère disposé autour de l'ouverture entre la platine de fixation du dispositif d'inductance et la paroi du carter, permet d'assurer l'étanchéité du circuit de refroidissement, tout en garantissant un découplage mécanique minimal et suffisant entre le dispositif d'inductance et le carter. 25 De façon avantageuse encore, lesdits points de fixation ménagés sur la platine de fixation sont adaptés à recevoir des vis de fixation pour solidariser ledit boîtier avec lesdits points de réception correspondants agencés sur ladite paroi dudit carter, lesdits points de fixation comprenant des moyens de découplage mécanique entre ledit boîtier et lesdites vis de fixation sur ladite 30 paroi dudit carter. Grâce à ce découplage mécanique agencé sur la structure externe du dispositif d'inductance au niveau de ses points de fixation sur la paroi du carter, il est possible d'améliorer encore le découplage mécanique entre le dispositif d'inductance et le carter, de façon à ne pas transmettre au carter les vibrations 3047109 4 émises par le corps ferromagnétique lorsque le dispositif d'inductance est soumis à des variations de courant. En outre, cette solution est particulièrement avantageuse en ce qu'elle n'a aucun impact sur le dispositif d'inductance lui-même. En particulier, elle n'implique aucune modification structurelle ou 5 d'agencement entre eux des éléments constitutifs du dispositif d'inductance montés dans le boîtier. Avantageusement, lesdits moyens de découplage mécanique comprennent un palier métallo-élastomère pour la vis de fixation, à amortissement axial et radial. 10 De préférence, ledit palier métallo-élastomère est monté dans un manchon de palier sensiblement cylindrique et comprend un joint profilé élastomère lié au manchon de palier et un insert métallique de palier couplé audit joint profilé élastomère, de sorte que ledit joint profilé élastomère est disposé entre le manchon de palier et ledit insert métallique. 15 Avantageusement, ledit joint profilé élastomère présente une première section revêtant la surface interne dudit manchon de palier et une seconde section, au niveau de chaque extrémité axiale dudit palier métallo-élastomère, s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de ladite première section sur une surface d'appui respective dudit manchon de palier. 20 De préférence, ledit insert métallique de palier est agencé en deux parties symétriques par rapport à un plan médian du manchon de palier. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux figures 25 suivantes dans lesquelles : - la figure 1 illustre schématiquement un dispositif de refroidissement d'un dispositif d'inductance conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue de détail illustrant schématiquement la fixation au carter du boîtier du dispositif d'inductance illustré à la figure 1. 30 En référence à la figure unique, le dispositif d'inductance 1 à refroidir comporte un boîtier métallique 2, constitué d'un pot en aluminium. Le boîtier métallique 2 est destiné à être fixé sur une paroi 31 d'un carter métallique 3, protégeant des modules d'électronique de puissance d'un chargeur de véhicule 3047109 5 électrique, le dispositif d'inductance étant utilisé comme inductance du chargeur embarqué de véhicule électrique. De façon connue en soi, un bobinage 41 est maintenu verticalement dans le sens longitudinal dans le boîtier 2 et est relié à des connecteurs électriques, 5 non représentés, par lesquels, lorsque le dispositif d'inductance est utilisé, entre et sort un courant de forte intensité présentant des variations de courant. Les connecteurs électriques débouchent à l'extérieur du boîtier 2 en partie supérieure de celui-ci, du côté opposé à la base inférieure 21 du boîtier 2, soit du côté opposé au fond du boîtier. Un corps ferromagnétique 42 est inséré en 10 partie dans le bobinage 41. Il est composé de blocs ferromagnétiques, par exemple des blocs de ferrite, espacés par des entrefers 43, transversaux au bobinage 41. Le bobinage 41 et le corps ferromagnétique 42 sont noyés dans de une résine 44 présente sur leur pourtour et en partie supérieure du boîtier 2. La résine 44 permet de maintenir structurellement le bobinage 41 et le corps 15 ferromagnétique 42 dans le boîtier 2. Le boîtier métallique 2 est fixé à la paroi 31 du carter 3 par l'intermédiaire d'une platine de fixation 22 constituant une structure externe du boîtier s'étendant radialement autour d'une périphérie extérieure 23 du boîtier, c'est-à-dire perpendiculairement à un axe longitudinal du boîtier, ladite platine 22 20 faisant saillie sensiblement à proximité de la base 21 du boîtier 2. Autrement dit, la platine de fixation 22 est disposée en surplomb de la base 21 du boîtier 2. La platine de fixation 22 est en outre pourvu de points de fixation 24 destinés à solidariser le boîtier 2 avec des points de réception correspondants 32 agencés sur la paroi 31 du carter et qui seront décrits plus en détail par la suite. Les 25 points de fixation 24 sont préférentiellement situés en périphérie de la platine de fixation 22. La paroi 31 du carter 3 à laquelle est rapporté le dispositif d'inductance 1 est classiquement destinée à être refroidie par un circuit de refroidissement 5, par exemple un circuit de refroidissement à eau, comprenant un noyau d'eau 30 constitué d'un conduit de circulation 51 du liquide de refroidissement pour refroidir les zones du carter très sollicitées thermiquement et, en particulier, la zone du carter au niveau de laquelle est positionné le boîtier 2 du dispositif d'inductance. Le conduit de circulation 51 est agencé de manière à pouvoir faire circuler le liquide de refroidissement en contact avec la paroi 31 du carter 3, à 3047109 6 l'opposé du boîtier par rapport à cette paroi. Autrement dit, le conduit de circulation 51 du liquide de refroidissement est disposé adjacent au côté de la paroi 31 du carter 3 situé à l'opposé du côté de la paroi sur lequel est fixé le boîtier par l'intermédiaire de sa platine de fixation. 5 Conformément à l'invention, la paroi 31 du carter 3 présente une ouverture 33, qui s'étend entre les points de réception 32, de sorte que le boîtier 2 du dispositif d'inductance 1 puisse être fixé à la paroi 31 du carter 3 par l'intermédiaire de sa platine de fixation 22, avec sa base 21 qui s'étend au travers de ladite ouverture 33 jusqu'à plonger directement dans le conduit de 10 circulation 51 adjacent à la paroi de carter et ainsi mettre directement en contact le dispositif d'inductance et le circuit de refroidissement. Aussi, le dispositif d'inductance 1 est refroidi non plus par simple contact avec la paroi du carter derrière laquelle se trouve le circuit de refroidissement, mais par contact direct avec le circuit de refroidissement, via sa base 21 immergée dans le 15 conduit de circulation du liquide de refroidissement. On étend ainsi le volume du boîtier 2 du dispositif d'inductance jusque dans le circuit de refroidissement adjacent au carter. On augmente ainsi le volume disponible pour les matériaux magnétiques et le bobinage logés à l'intérieur du boîtier 2. Pour un même volume interne de carter alloué, il est 20 alors possible d'augmenter le niveau d'inductance, ce qui permet de réduire les niveaux de courant et donc de réduire par la même occasion les niveaux thermiques et acoustiques. Pour assurer l'étanchéité du circuit de refroidissement, un joint d'étanchéité 6 est disposé sur un bord 34 de l'ouverture 33 traversée par la 25 base 21 du boîtier 2, soit sur la partie de la paroi 31 de carter qui longe et délimite ladite ouverture 33, entre ladite ouverture 33 et les points de réception 32 pour la fixation de la platine de fixation 22, de sorte que le joint d'étanchéité 6 est pris en sandwich entre la platine de fixation 22 du boîtier et la paroi 31 du carter, au niveau du bord de l'ouverture, lorsque le boîtier est fixé sur la paroi 30 de carter par l'intermédiaire de sa platine de fixation. Le joint d'étanchéité 6 parcourant le contour du dispositif d'inductance permet ainsi d'assurer l'étanchéité du circuit de refroidissement. Le joint d'étanchéité 6 est en matériau élastomère, de façon à pouvoir également assurer une fonction de découplage mécanique entre le dispositif 3047109 7 d'inductance et le carter. En outre, les points de fixation 24, ménagés sur la platine de fixation 22 pour solidariser le boîtier du dispositif d'inductance à la paroi de carter, en plus d'assurer la fonction de fixation, sont également conçus pour assurer une fonction de découplage mécanique, comme il va être décrit ci- 5 après. Ainsi, les points de fixation 24 ménagés sur la platine de fixation 22 constituent des plots de fixation destinés à être montés par l'intermédiaire de vis de fixation 7 sur les points de réception 32 correspondants ménagés sur la paroi 31 du carter 3. La fixation entre les plots de fixation 24 de la platine de 10 fixation 22 du boîtier 2 et les points de réception 32 correspondants ménagés sur la paroi 31 du carter, est agencée de telle sorte que les vis de fixation 7 sont prévues pour s'étendre axialement à travers les plots de fixation 24 sensiblement perpendiculairement à la platine de fixation, soit sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal du boîtier. 15 Les plots de fixation mécanique 24 comprennent avantageusement des moyens de découplage mécanique entre le boîtier 2 et les vis de fixation 7 sur la paroi de carter 3. Ce découplage consiste à désolidariser ces éléments entre eux, c'est-à-dire à supprimer toute liaison mécanique rigide entre ces éléments, dans le but de ne pas transmettre, ou à tout le moins de limiter la transmission 20 des vibrations par voie solidienne et partant, de réduire les émissions acoustiques transmises par voie solidienne au niveau des liaisons entre le boîtier 2 du dispositif d'inductance et la paroi du carter sur laquelle il est rapporté. Plus précisément, en référence à la figure 2, ces moyens de découplage 25 mécanique, qui permettent de découpler mécaniquement le dispositif d'inductance de ses fixations sur le carter, se présentent, pour chaque plot de fixation, sous la forme d'un palier métallo-élastomère pour la vis de fixation, servant à supporter la vis par rapport à son plot de fixation, tout en assurant un amortissement axial et radial (par rapport à l'axe de la vis de fixation). 30 Chaque palier métallo-élastomère est prévu pour être monté dans un manchon de palier 71 agencé au niveau du plot de fixation 24 et ayant un passage sensiblement cylindrique, dont l'axe est sensiblement perpendiculaire à la platine de fixation 22. Le palier métallo-élastomère comprend un joint profilé élastomère 72 lié au manchon de palier 71 et un insert métallique de 3047109 8 palier 73, couplé au joint profilé élastomère 72, de sorte que le joint profilé élastomère 72 est disposé entre le manchon de palier 71 et l'insert métallique 73. L'insert métallique 73 est par exemple agencé en deux parties symétriques par rapport à un plan médian du manchon de palier 71 dans lequel le palier 5 métallo-élastomère est destiné à être emboîté. Plus précisément, le joint profilé élastomère 72 présente une première section 72a, dite section axiale, revêtant la surface interne du manchon de palier 71 et une seconde section, 72b, dite section radiale, au niveau de chaque extrémité axiale du palier métallo-élastomère, débouchant à l'extérieur du manchon de palier 71 à chacune de 10 ses extrémités respectives et s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la première section 72a sur une surface d'appui 71a, 71b du manchon de palier 71, en regard respectivement de la tête de la vis de fixation 7 et d'une surface d'appui s'étendant radialement autour d'un trou taraudé ménagé sur la paroi 31 du carter 3, constituant le point de réception 32 destiné à accueillir la tige de la 15 vis de fixation 7 pour la liaison du boîtier au carter. Les deux parties symétriques formant l'insert métallique de palier 73 sont montées à l'intérieur du manchon de palier 71 en définissant une section axiale 73a recouvrant la section axiale 72a du joint profilé élastomère à l'intérieur du manchon de palier 71 et, à chaque extrémité, une section radiale 73b recouvrant la section radiale 20 72b du joint profilé élastomère à l'extérieur du manchon de palier 71 au niveau des surfaces d'appui 71a, 71b respectives du manchon de palier. Le palier métallo-élastomère ainsi agencé permet de découpler mécaniquement le boîtier 2 du dispositif d'inductance 1 de ses fixations sur la paroi 31 du carter 3 et permet alors d'absorber l'énergie transmise au carter au niveau des plots de 25 fixation du boîtier sur le carter. REVENDICATIONS1. Ensemble de refroidissement d'un dispositif d'inductance (1), en particulier pour un chargeur embarqué de forte puissance de véhicule automobile électrique ou hybride, ledit ensemble comprenant ledit dispositif d'inductance et un carter métallique pour une électronique de puissance auquel est fixé ledit dispositif d'inductance, ledit dispositif d'inductance comprenant un bobinage (41) dans lequel est inséré au moins en partie un corps ferromagnétique (42) comportant des entrefers (43), ledit bobinage (41) et ledit corps ferromagnétique (42) étant maintenus par une résine (44) dans un boîtier métallique (2) dudit dispositif d'inductance, ledit boîtier métallique (2) étant fixé à une paroi (31) dudit carter (3) métallique, ledit carter métallique étant couplé à un circuit de refroidissement (5) comprenant un conduit de circulation (51) apte à faire circuler un liquide de refroidissement en contact avec ladite paroi (31) dudit carter à l'opposé dudit boîtier (2) par rapport à ladite paroi (3), caractérisé en ce que ledit boîtier métallique (2) comprend une platine de fixation (22) s'étendant radialement autour d'une périphérie extérieure (23) dudit boîtier sensiblement à proximité de la base (21) dudit boîtier, ladite platine de fixation (22) comprenant des points de fixation (24) pour solidariser ledit boîtier (2) avec des points de réception (32) correspondants agencés sur ladite paroi (31) dudit carter, ladite paroi (31) dudit carter présentant une ouverture (33) ménagée entre lesdits points de réception (32), au travers de laquelle s'étend la base (21) dudit boîtier jusque dans ledit conduit de circulation (51), de sorte que ledit boîtier (2) est mis en contact direct avec ledit liquide de refroidissement par sa base (21), tandis qu'un joint d'étanchéité (6) en matériau élastomère est disposé sur un bord (34) de ladite ouverture (33) entre ladite platine de fixation (22) dudit boîtier et ladite paroi (31) dudit carter. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits points de fixation (24) sont adaptés à recevoir des vis de fixation (7) pour solidariser ledit boîtier (2) avec lesdits points de réception correspondants agencés sur ladite paroi (31) dudit carter (3), lesdits points de fixation (24) comprenant des moyens de découplage mécanique entre ledit boîtier et lesdites vis de fixation sur ladite paroi dudit carter. 3047109 10 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de découplage mécanique comprennent un palier métallo-élastomère pour la vis de fixation, à amortissement axial et radial. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit palier 5 métallo-élastomère est monté dans un manchon de palier (71) sensiblement cylindrique et comprend un joint profilé élastomère (72) lié au manchon de palier (71) et un insert métallique de palier (73) couplé audit joint profilé élastomère (72), de sorte que ledit joint profilé élastomère est disposé entre le manchon de palier (71) et ledit insert métallique (73). 10 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit joint profilé élastomère (72) présente une première section (72a) revêtant la surface interne dudit manchon de palier (71) et une seconde section (72b), au niveau de chaque extrémité axiale dudit palier métallo-élastomère (72), s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de ladite première section (72a) sur une 15 surface d'appui (71a, 71b) respective dudit manchon de palier (71). 6. Ensemble selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit insert métallique de palier (73) est agencé en deux parties symétriques par rapport à un plan médian du manchon de palier (71). 20 25 30