Brevet FR3056029A1 — publié le 20180316

Bus de distribution de véhicule ferroviaire adapté à des fréquences de commutation élevées La présente invention concerne un bus de distribution de forme oblongue s'étendant suivant un grand axe longitudinal médian, comprenant deux plaques conductrices oblongues parallèles entre elles et disposées en vis-à-vis sur l'essentiel de leur surface, les plaques étant séparées par un espace isolant, chaque plaque comportant une borne haute tension située suivant un même grand côté du bus de distribution, les plaques comportant également au moins deux paires de plages de connexion propres à être reliées électriquement à des impédances comportant au moins deux paires de bornes de connexion. Elle concerne également un équipement électronique associé. Le terme bus de distribution désigne des conducteurs de faible impédance auxquels peuvent être reliés plusieurs circuits électriques en des points séparés. En électronique de puissance, et notamment dans les trains, ils sont utilisés afin de relier entre eux des composants électroniques, là où des moyens de raccordement classiques tels que des fils ou des circuits imprimés ne peuvent être employés du fait d'amplitudes de courant élevées. Des moyens de raccordement tels que des câbles de puissance ne sont pas adaptés du fait de fréquences de commutation élevées. L'utilisation de bus de distribution comprenant un jeu de deux plaques oblongues parallèles en cuivre reliées à quatre condensateurs est connue. Dans un exemple de l'état de la technique, les plaques sont disposées en porte à faux suivant la direction du grand axe longitudinal du bus de distribution. Ces deux plaques sont maintenues mécaniquement entre elles, et sont séparées par de l'air. Elles sont polarisées au moyen de deux bornes haute tension, chaque plaque comprenant une borne haute tension située en bordure de la plaque correspondante. Les plaques comprennent quatre pattes de cuivre déportées et reliées électriquement et mécaniquement à quatre condensateurs situés le long d'un même grand côté du bus de distribution. Cependant, dans une telle configuration, une inductance parasite entre les condensateurs et une impédance vue depuis les bornes haute tension élevées sont à déplorer. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant un bus de distribution permettant une bonne répartition de courant entre les condensateurs, une diminution des inductances parasites entre condensateurs, et une diminution de l'impédance vue depuis les bornes haute tension. 3056029 2 A cet effet, l'invention a notamment pour objet un bus de distribution du type précité, caractérisé en ce que les plages de connexion sont situées seulement suivant le grand axe longitudinal médian du bus de distribution séparant chaque plaque en deux plages latérales sensiblement symétriques. 5 Suivant des modes particuliers de réalisation, le bus de distribution selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le ratio largeur/longueur des plaques conductrices est compris entre 30 et 50 %, plus particulièrement entre 35 et 45 (3/0 ; 10 - l'épaisseur des deux plaques conductrices est comprise entre 1 et 7 % de la largeur des plaques conductrices ; - les deux plaques conductrices sont espacées d'une distance comprise entre 1 et 3 mm et séparées par un isolant électrique solide en contact avec les deux plaques ; - les deux plages latérales ont chacune une largeur comprise entre le double et le 15 quadruple de la distance, mesurée suivant le grand axe longitudinal médian, séparant les plages de connexion propres à être reliées aux bornes de connexion d'une même impédance ; - les plages de connexion sont équidistantes suivant le grand axe longitudinal médian du bus de distribution ; 20 - les plages de connexion sont espacées, suivant le grand axe longitudinal médian, d'une distance comprise entre 7 et 9 cm et de préférence de 8 cm ; et - les bornes haute tension sont situées de part et d'autre du milieu du même grand côté du bus de distribution. L'invention concerne également un équipement électronique associé comportant 25 au moins deux impédances et au moins un bus de distribution selon l'invention reliant électriquement les impédances entre elles. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique, qui est une vue partielle schématique en perspective éclatée d'un équipement électronique de 30 puissance ayant un bus de distribution selon l'invention. L'équipement électronique de puissance 2 illustré partiellement sur la figure 1 constitue par exemple un onduleur et un hacheur rhéostatique pour un véhicule ferroviaire. Il comporte quatre condensateurs 4, 5, 6, 7 reliés en parallèle par un bus de 35 distribution 10. 3056029 3 Les condensateurs 4, 5, 6, 7 sont chacun de forme parallélépipédique et sont alignés côte à côte suivant le grand axe longitudinal médian noté X-X du bus de distribution10. Le bus de distribution 10 est de forme oblongue et a sa plus grande longueur 5 suivant l'axe longitudinal X-X. Le bus de distribution 10 comprend deux plaques conductrices oblongues, et notamment rectangulaires, 11 et 12. Les plaques 11 et 12 s'inscrivent sur tout l'encombrement du bus de distribution 10. 10 Chaque plaque comprend un flan métallique composé, par exemple, uniquement de cuivre ou d'alliage de cuivre, et un film isolant d'enveloppe. Les condensateurs 4, 5, 6, 7 portent chacun sur une de leur face, en regard du bus de distribution 10, deux bornes de connexion 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 et 28, reliées électriquement et mécaniquement chacune à une unique plaque conductrice du bus de 15 distribution 10. L'une des deux bornes est positive et l'autre négative, le signe d'une borne étant défini par le sens du courant électrique circulant à travers les condensateurs. Les plaques 11 et 12 sont parallèles entre elles et sont disposées en vis-à-vis sur l'essentiel de leur surface. Elles sont séparées par un espace isolant 31 d'épaisseur constante. 20 La longueur du bus de distribution 10 mesurée suivant la plus grande dimension de direction X est par exemple comprise entre 75 et 80 cm. La longueur du bus de distribution 10 est supérieure à la longueur totale des condensateurs 4, 5, 6, 7 alignés. La largeur du bus de distribution 10 mesurée suivant la direction Y perpendiculairement à la longueur dans le plan principal est comprise entre 27 cm et 30 25 cm. Le « ratio largeur/longueur » est défini par le rapport de la largeur sur la longueur du bus de distribution telles que définies plus haut. De préférence, le ratio largeur/longueur du bus de distribution est compris entre 30 et 50 %, plus particulièrement entre 35 et 45 %. De manière encore plus préférée, le ratio largeur/longueur du bus de distribution est de 40 %. 30 L'épaisseur du bus de distribution est mesurée dans le plan perpendiculaire au plan principal suivant la direction Z. L'épaisseur des plaques 11 et 12 est sensiblement identique. Elle est comprise entre 1 et 7 % de la largeur des plaques 11 et 12. Elle est comprise entre 2 et 6 mm et est, de préférence, de 2 mm. L'espace entre les deux plaques est, de préférence, compris 35 entre 1 et 3 mm, plus particulièrement il est de 2 mm. 3056029 4 L'espace isolant 31 séparant les plaques 11 et 12 est formé d'une couche d'isolant électrique solide 32 collée aux deux plaques 11 et 12 et en délimite l'épaisseur. La couche d'isolant électrique solide 32 est représentée partiellement sur la figure 1. 5 La couche d'isolant électrique solide 32 est sensiblement de même longueur et de même largeur que les plaques 11 et 12. Le film isolant d'enveloppe des plaques 11 et 12 a une épaisseur comprise entre 1 et 20 iim. Avantageusement, la couche d'isolant électrique solide 32 est enveloppée dans un film isolant. Les plaques 11 et 12 sont pourvues de quatre paires de plages de 10 connexion 41, 42 ; 43, 44 ; 45, 46 ; et 47, 48 respectivement pour les bornes de connexion 21, 22 ; 23, 24 ; 25, 26 ; et 27, 28 de chacun des condensateurs. En variante, un ensemble formé des plaques 11 et 12 et de la couche d'isolant électrique solide 32 est maintenu assemblé par un film isolant d'enveloppe. Les plages de connexion 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 sont situées suivant le 15 grand axe longitudinal médian du bus de distribution 10, alternativement sur la plaque 11 et sur la plaque 12. Elles sont équidistantes les unes des autres suivant le grand axe longitudinal médian. De préférence, la distance entre deux plages de connexion est comprise entre 7 et 9 cm, de préférence 8 cm. Le grand axe longitudinal médian X-X sépare chaque plaque en deux plages 20 latérales 49 et 50 sensiblement de même largeur mesurée suivant la direction Y et sensiblement de même surface. Avantageusement, ces deux surfaces sont sensiblement symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe X-X. Les plages de connexion 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 présentent chacune un trou 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A de réception d'une borne de connexion 25 traversant la plaque correspondante de part en part. Les trous de réception 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A sont, de préférence, de diamètre sensiblement égal. Par exemple, les trous de réception 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A ont un diamètre compris entre 8 et 9 mm, de préférence de 8,5 mm. Les plages de connexion 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 sont ainsi formées par la périphérie des trous de réception 30 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A. Le film isolant d'enveloppe de chaque plaque 11, 12 n'est pas présent à la périphérie de chaque trou de réception 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A. Les plaques 11 et 12 sont également pourvues de trous 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 de passage des bornes de connexion 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 et 28 et/ou de leur 35 organe de fixation aux plaques. 3056029 5 Les trous 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 sont de préférence de forme sensiblement circulaire ou de segment circulaire si le trou avoisine une extrémité de la plaque. Le diamètre est supérieur à celui de la borne de connexion et/ou de son organe de fixation et délimite avec elle un espace isolant périphérique. Chaque trou est disposé en vis-à-vis de 5 la plage de connexion correspondante sur la plaque opposée. Par exemple, sur la figure 1, le trou 51 est disposé en vis-à-vis de la plage de connexion 41. Les trous 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 ont un diamètre supérieur ou égal à celui des trous de réception 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A. Le diamètre des trous 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 est supérieur au diamètre des organes de fixation des 10 bornes de connexion 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 et 28 traversant les trous 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A. La distance entre l'arête de l'organe de fixation et la paroi du trou correspondant est de préférence d'au moins 12 mm. Par exemple, les trous 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 ont un diamètre compris entre 44 et 50 mm, de préférence de 44 mm. 15 La couche d'isolant électrique 32 est percée de trous de passage des bornes de connexion et/ou de leur organe de fixation. Ces trous sont disposés en vis-à-vis des trous de réception 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A et des trous de passage 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58. Leur diamètre est sensiblement inférieur à celui des trous de réception 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A. 20 Les plages latérales 49 et 50 ont chacune une largeur comprise entre le double et le quadruple de la distance séparant les bornes de connexion d'un même condensateur. Les plaques 11 et 12 sont maintenues mécaniquement sur un châssis de l'équipement électronique au moyen d'une tige filetée fixée au niveau d'un trou de réception 73, percé au milieu d'un grand axe longitudinal à proximité du bord de la plaque 25 12. La plaque 11 est percée d'un trou de passage 74, situé en vis-à-vis du trou de réception 73 de la plaque 12. Le diamètre du trou de passage 74 est sensiblement égal au diamètre des trous 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, et compris entre 44 et 50 mm, de préférence de 44 mm. Le diamètre du trou de réception 73 est sensiblement égal au diamètre des trous 41A, 42A, 43A, 44A, 45A, 46A, 47A, 48A, et compris entre 8 et 9 mm, 30 de préférence de 8,5 mm. Les plaques 11 et 12 sont également pourvues chacune d'une borne haute tension 81 et 82 respectivement. Les bornes haute tension 81 et 82 sont des excroissances des plaques 11 et 12. Les bornes haute tension 81 et 82 sont, par exemple, de forme sensiblement 35 rectangulaire. 3056029 6 Les bornes haute tension 81 et 82 ont, de préférence, une longueur comprise entre 40 et 60 mm et une largeur comprise entre 30 et 50 mm. Les bornes haute tension 81 et 82 sont situées dans le même plan que les plaques 11 et 12, au voisinage et de part et d'autre du milieu d'un même grand côté du 5 bus de distribution 10. La distance entre les bornes haute tension 81 et 82 est, de préférence, supérieure à 5 cm en fonction de la tension à tenir et de la norme en vigueur. Le signe positif ou négatif des bornes haute tension 81 et 82 est déterminé par le sens du courant électrique circulant à travers le bus de distribution. 10 Les bornes haute tension 81 et 82 sont percées chacune d'un trou 83 et 84 respectivement, par exemple, de forme circulaire. Les trous 83 et 84 sont situés au voisinage du centre de chacune des bornes haute tension 81 et 82 suivant le plan principal du bus de distribution. Dans un mode de réalisation préféré, le bus de distribution 10 est dépourvu de 15 système de refroidissement. Dans un autre mode de réalisation préféré, le bus de distribution 10 est dépourvu de capacités de découplage. Dans un mode de réalisation encore plus préféré, le bus de distribution 10 relié aux condensateurs 4, 5, 6, 7 est dépourvu de système de refroidissement et de capacités 20 de découplage. En variante, le bus de distribution 10 comprend au moins trois plaques conductrices oblongues 11 et 12. En variante également, les plaques conductrices oblongues 11 et 12 sont reliées électriquement et mécaniquement à au moins deux condensateurs 4 et 5. Dans cette 25 variante, les plaques conductrices oblongues 11 et 12 sont pourvues de deux paires de plages de connexion 41, 42, 43, 44 pour chacun des condensateurs. La position des bornes haute tension 81 et 82 correspondant à l'entrée et la sortie de l'alimentation électrique dans le dispositif formé par le bus de distribution et les condensateurs permet de minimiser fortement l'impédance vue depuis ces bornes. 30 La forme rectangulaire des plaques 11 et 12 et la position centrale des plages de connexion reliées aux condensateurs permettent d'homogénéiser la répartition des électrons dans les plaques conductrices, et ainsi de diminuer les inductances parasites entre condensateurs et de maximiser les inductances mutuelles au niveau des condensateurs. Les trous 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58 disposés en vis-à-vis des plages 35 de connexion 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 de la plaque opposée permettent une bonne tenue électrique à leur voisinage. 3056029 7 Le courant est ainsi réparti de façon homogène entre les condensateurs et chaque condensateur voit une impédance identique en provenance des bornes haute tension. Le bus de distribution selon l'invention diminue les inductances parasites, et ne requiert pas l'emploi de capacités de découplage. Il peut donc être utilisé avec des 5 fréquences de commutation élevées. REVENDICATIONS1.- Bus de distribution (10) de forme oblongue s'étendant suivant un grand axe longitudinal médian (X-X), comprenant deux plaques conductrices oblongues (11, 12) parallèles entre elles et disposées en vis-à-vis sur l'essentiel de leur surface, les plaques étant séparées par un espace isolant (31), chaque plaque comportant une borne haute tension (81, 82) située suivant un même grand côté du bus de distribution, les plaques (11, 12) comportant également au moins deux paires de plages de connexion (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48) propres à être reliées électriquement à des impédances (4, 5, 6, 7) comportant au moins deux paires de bornes de connexion (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28), caractérisé en ce que les plages de connexion (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48) sont situées seulement suivant le grand axe longitudinal médian (X-X) du bus de distribution séparant chaque plaque (11, 12) en deux plages latérales (49, 50) sensiblement symétriques. 2.- Bus de distribution selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ratio largeur/longueur des plaques conductrices est compris entre 30 et 50 %, plus particulièrement entre 35 et 45 `Vo. 3.- Bus de distribution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur des deux plaques conductrices (11, 12) est comprise entre 1 et 7 % de la largeur des plaques conductrices (11, 12). 4.- Bus de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux plaques conductrices (11, 12) sont espacées d'une distance comprise entre 1 et 3 mm et séparées par un isolant électrique solide (32) en contact avec les deux plaques. 5.- Bus de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux plages latérales (49, 50) ont chacune une largeur comprise entre le double et le quadruple de la distance, mesurée suivant le grand axe longitudinal médian (X-X), séparant les plages de connexion (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48) propres à être reliées aux bornes de connexion d'une même impédance. 3056029 9 6.- Bus de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plages de connexion (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48) sont équidistantes suivant le grand axe longitudinal médian (X-X) du bus de distribution (10). 5 7.- Bus de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plages de connexion (41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48) sont espacées, suivant le grand axe longitudinal médian (X-X), d'une distance comprise entre 7 et 9 cm et de préférence de 8 cm. 10 8.- Bus de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bornes haute tension (81, 82) sont situées de part et d'autre du milieu du même grand côté du bus de distribution (10). 9.- Equipement électronique comportant au moins deux impédances (4, 5, 6, 7) et 15 au moins un bus de distribution (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes reliant électriquement les impédances entre elles. 20