Brevet FR3056018A1 — publié le 20180316

Module de puissance multi-faces La présente invention concerne un module de puissance, notamment pour l'alimentation d'une chaîne de traction ferroviaire. Plus précisément, l'invention concerne un module de puissance du type comportant : un corps comportant un circuit de fluide caloporteur et une enveloppe renfermant ledit circuit ; et des dispositifs semi-conducteurs de type transistor, fixés à l'enveloppe du corps et en contact thermique avec le circuit de fluide caloporteur. L'invention s'applique particulièrement aux modules de puissance comprenant des transistors du type IGBT (de l'anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor») appelés également transistor bipolaire à grille isolée. Un transistor du type IGBT comprend trois bornes ou contacts électriques, à savoir une grille, un collecteur et un émetteur. Un tel transistor est particulièrement utilisable comme interrupteur électrique. En effet, il définit un état passant et un état bloqué, dans lesquels le collecteur est respectivement connecté électriquement à l'émetteur et isolé électriquement de ce dernier. La commutation entre les deux états est pilotée par une tension de consigne appliquée sur la grille par des moyens de commande adaptés. Le document US2011/0181105 décrit notamment un module de puissance du type précité, comprenant deux dispositifs de type IGBT disposés sur deux faces opposées d'un circuit de refroidissement. La présente invention a pour but de proposer un module de puissance présentant un encombrement spatial réduit par rapport à une telle configuration. A cet effet, l'invention a pour objet un module de puissance du type précité, dans lequel l'enveloppe du corps comporte une pluralité de parois sensiblement planes et disposées parallèlement à un même axe principal, les dispositifs semi-conducteurs étant fixés à des faces externes desdites parois, des faces internes desdites parois définissant une cavité centrale du corps. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le module de puissance comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'enveloppe du corps comporte au moins quatre parois ; - l'enveloppe du corps comporte quatre parois, la cavité centrale du corps ayant une section sensiblement rectangulaire perpendiculairement à l'axe principal ; - le module de puissance comprend en outre une capacité filtre logée dans la cavité centrale du corps et en contact thermique avec le circuit de fluide caloporteur ; - le fluide caloporteur du circuit de fluide est un mélange eau/glycol; 3056018 2 - les dispositifs semi-conducteurs de type transistor sont des transistors bipolaires à grille isolée. L'invention se rapporte en outre à un coffre de traction comprenant un module de puissance tel que décrit ci-dessus. 5 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'un module de puissance selon un mode de réalisation de l'invention ; 10 la figure 2 est une vue schématique latérale d'un premier élément du module de puissance de la figure 1 ; et la figure 3 est une vue schématique, en coupe, d'un deuxième élément du module de puissance de la figure 1. La figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'un module de puissance 10, 15 notamment de type onduleur, selon un mode de réalisation de l'invention. Le module de puissance 10 est par exemple installé dans un coffre de traction pour l'alimentation d'une chaîne de traction (non représentés). Le module de puissance 10 comporte un corps 12 et des unités de conversion 14, fixées audit corps. Le module de puissance 10 comporte en outre une capacité filtre 16, 20 électriquement reliée aux unités de conversion 14. Dans la suite de la description, on considère une base orthonormée (X, Y, Z), l'axe Z représentant la verticale. La figure 2 est une vue schématique latérale du corps 12. Ledit corps 12 comporte : une enveloppe 18, disposée selon un axe principal 20 parallèle à X, et un 25 circuit 22 de fluide caloporteur logé dans ladite enveloppe 18. L'enveloppe 18 comporte une pluralité de parois 24 sensiblement planes et disposées parallèlement à l'axe principal 20. Dans l'exemple des figures 1 et 2, l'enveloppe 18 comporte quatre parois 24, dont deux parois disposées selon des plans (X, Z) et deux parois disposées selon des plans (X, Y). Les parois 24 sont adjacentes deux à 30 deux et définissent une cavité centrale 26. Chaque paroi 24 comporte une face interne 28 et une face externe 30. Les faces internes 28 des parois 24 sont orientées vers la cavité centrale 26. Le circuit 22 de fluide caloporteur est logé dans l'épaisseur des parois 24, soit entre les faces externes 30 et les faces internes 28 desdites parois. Le circuit 22 35 comporte des canaux 32, 34 disposés parallèlement à X et répartis dans les quatre parois 24. 3056018 3 Dans l'exemple des figures 1 et 2, le circuit 22 comporte un conduit d'entrée 36 et un conduit de sortie 38, tous deux disposés à une première extrémité de l'enveloppe 18 selon X. Le circuit 22 comporte en outre un premier groupe de canaux 32 et un deuxième groupe de canaux 34. Dans lesdits premier et deuxième groupes, le fluide circule 5 respectivement de la première extrémité de l'enveloppe 18 vers une deuxième extrémité opposée, et de la deuxième vers la première extrémité. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le premier groupe de canaux 32 et le deuxième groupe de canaux 34 sont situés de part et d'autre d'un plan 40 parallèle à (X, Y) et formant sensiblement un plan de symétrie du corps 12. 10 Plus précisément, comme visible sur la figure 2, le conduit d'entrée 36 est relié à un conduit répartiteur 42, lui-même connecté aux canaux 32 du premier groupe. Au niveau de la deuxième extrémité de l'enveloppe 18, lesdits canaux 32 sont reliés à un collecteur 44, lui-même connecté aux canaux 34 du deuxième groupe. Au niveau de la première extrémité de l'enveloppe 18, lesdits canaux 34 sont reliés à un collecteur 46 15 débouchant sur le conduit de sortie 38. Le circuit 22 permet un contact thermique entre le fluide caloporteur qui le traverse et les faces internes 28 et externes 30 de l'enveloppe 18. De préférence, le fluide caloporteur utilisé est à l'état liquide ; il s'agit plus préférentiellement d'un mélange eau/glycol. 20 En variante le fluide caloporteur utilisé est de l'eau ou un mélange eau/huile ou un mélange d'huiles. Un flux dudit mélange eau/glycol dans le circuit 22 entre l'entrée 36 et la sortie 38 permet notamment de refroidir les quatre parois 24 ainsi que les dispositifs électriques en contact avec lesdites parois, comme décrit ci-après : 25 Les unités de conversion 14 du module 10 sont fixées aux faces externes 30 des parois 24 de l'enveloppe 18. Ainsi, le circuit 22 de fluide caloporteur est apte à refroidir lesdites unités de conversion 14. Dans l'exemple des figures 1 et 2, la face externe 30 de chaque paroi 24 est fixée à une unité de conversion 14, lesdites unités étant identiques. Une telle unité de 30 conversion 14 est représentée isolément à la figure 3. L'unité de conversion 14 comporte une pluralité de dispositifs semi-conducteurs 50 de type transistor, reliés par un dispositif de connexion 52. Préférentiellement, les dispositifs semi-conducteurs 50 sont des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT). Dans l'exemple des figures 1 et 3, l'unité de conversion 14 comporte deux IGBT 50. 3056018 4 Les IGBT 50 ont sensiblement la forme de plaques dont une première face est au contact de la face externe 30 d'une paroi 24 et dont une seconde face opposée est fixée au dispositif de connexion 52. Le dispositif de connexion 52 comporte un jeu de barres 54 ou busbar, qui relie 5 électriquement les deux IGBT 50. Le busbar 54 a la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire, les deux IGBT 50 étant fixés à une même première face de ladite plaque. Le busbar 54 comporte deux évidements 55 situés en vis-à-vis des IGBT, de sorte à permettre la connexion de chaque IGBT 50 avec un module pilote 56 disposé proche d'une deuxième face de ladite plaque, opposée à la première face. 10 Chaque angle du rectangle formé par le busbar 54 comprend une borne 57, 58. Plus précisément, le busbar 54 comprend deux bornes positives 57 et deux bornes négatives 58, respectivement situées le long d'une première et d'une seconde diagonale du rectangle. Le dispositif de connexion 52 comporte en outre une barre de phase 60, fixée à la 15 deuxième face du busbar et connectée aux deux IGBT 50. La barre de phase 60 permet de relier lesdits IGBT 50 à d'autres composants électriques extérieurs comme un moteur, une batterie ou des super-condensateurs. La barre de phase 60 est par exemple embrochable pour faciliter le montage du module de puissance 10 dans un coffre de traction. 20 Comme partiellement visible sur la figure 1, les bornes 57, 58 du busbar 54 de l'unité de conversion 14 fixé à chaque paroi 24 sont reliées aux bornes 57, 58, de même signe, du busbar 54 de l'unité de conversion 14 fixé à chaque autre paroi 24. La capacité filtre 16 est reçue dans la cavité centrale 26 du corps 12, en contact thermique avec les faces internes 28 des parois 24. Ainsi, le circuit 22 de fluide 25 caloporteur est apte à refroidir ladite capacité filtre 16. La capacité filtre 16 comporte une borne positive et une borne négative (non représentées), respectivement connectées aux bornes positives 57 et aux bornes négatives 58 des busbar 54. Les bornes de la capacité filtre 16 sont également reliées à l'alimentation électrique de la chaîne de traction. 30 La configuration du module 10 permet de bénéficier d'un volume réduit pour les fonctions de convertisseur de puissance et de capacité filtre. Par ailleurs, elle permet de refroidir à la fois les unités de conversion 14 et la capacité filtre 16 à l'aide d'un même refroidisseur, formé par circulation d'un flux d'un mélange eau/glycol dans le circuit 22. De plus, une telle configuration permet d'utiliser des busbar 54 et des modules 35 pilotes 56 identiques pour toutes les unités de conversion 14. 3056018 5 Dans l'exemple de la figure 1, l'axe principal 20 du corps 12 est disposé horizontalement. En variante, l'axe principal 20 peut être disposé verticalement. REVENDICATIONS1.- Module de puissance (10) comprenant : - un corps (12) comportant un circuit (22) de fluide caloporteur et une enveloppe (18) renfermant ledit circuit ; et - des dispositifs semi-conducteurs (50) de type transistor, fixés à l'enveloppe du corps et en contact thermique avec le circuit de fluide caloporteur ; caractérisé en ce que l'enveloppe du corps comporte une pluralité de parois (24) sensiblement planes et disposées parallèlement à un même axe principal (20), les dispositifs semi-conducteurs étant fixés à des faces externes (30) desdites parois, des faces internes (28) desdites parois définissant une cavité (26) centrale du corps. 2.- Module de puissance selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe (18) du corps comporte au moins quatre parois (24). 3.- Module de puissance selon la revendication 2, dans lequel l'enveloppe du corps comporte quatre parois, la cavité centrale (26) du corps ayant une section sensiblement rectangulaire perpendiculairement à l'axe principal (20). 4.- Module de puissance selon la revendication 2 ou la revendication 3, comprenant en outre une capacité filtre (16) logée dans la cavité centrale du corps et en contact thermique avec le circuit (22) de fluide caloporteur. 5.- Module de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le fluide caloporteur du circuit (22) de fluide est un mélange eau/glycol. 6.- Module de puissance selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les dispositifs semi-conducteurs (50) de type transistor sont des transistors bipolaires à grille isolée. 7.- Coffre de traction comprenant un module de puissance (10) selon l'une des revendications précédentes.