Brevet FR3075553A1 — publié le 20190621

Domaine de ('invention L'invention concerne un dispositif de chauffage pour boitier de climatisation, comprenant des moyens de mise a la masse. L'invention concerne egalement un boitier de climatisation comprenant un tel dispositif de chauffage. Elle trouvera ses applications, 10 notamment, dans le domaine des vehicules automobiles. Etat de la technique II est connu des dispositifs de chauffage electrique destines a etre integres dans des 15 boitiers de climatisation de vehicule. II s'agit soit de radiateurs additionnels, combines avec des radiateurs de chauffage parcourus par un fluide caloporteur, dans les vehicules a moteur thermique, soit de radiateurs principaux, dans les vehicules electriques ou hybrides. De tels dispositifs de chauffage comprennent un corps de chauffe accueillant des unites de chauffe munis d'elements chauffants alimentes en courant electrique par des 20 electrodes. Pour des raisons de securite electrique, it peut etre necessaire d'isoler les elements chauffants et leurs electrodes d'alimentation de l'exterieur. Pour cela les unites de chauffe comprennent des tubes a l'interieur desquels les elements chauffant et leur electrode sont situes, la surface inferieure du tube etant dotee d'une couche isolante electriquement af in d'isoler les elements chauffant et leur electrode. 25 Ces dispositifs de chauffage comprennent une unite de distribution capable de commander le courant circulant dans les unites de chauffe via notamment une carte electronique. Plusieurs elements appartenant aussi bien au corps de chauffe qu'a ('unite de distribution doivent necessairement etre mis a la masse par mesure de securite. 30 Pour rappel, la masse est la partie conductrice d'un materiel electrique susceptible d'être touchee par une personne, qui n'est pas normalement sous tension mais peut le devenir en cas de defaut d'isolement des parties actives de ce materiel. Ainsi, toutes les carcasses metalliques du dispositif de chauffage doivent etre reliees 35 a la masse par securite. Dans les vehicules automobiles a carrosserie metallique, la carrosserie est utilisee comme masse electrique. 1 2 II est d'usage de relier chaque element metallique du dispositif de chauffage vers un plot par exemple, lui-merne relie a la masse, c'est-a-dire la carrosserie dans l'exemple de ('automobile. II s'agit notamment des elements metalliques susceptibles d'être en contact avec du courant fort en cas de fuite de courant. En particulier, dans le cas du dispositif de chauffage, pour chaque element metallique a relier a la masse, it existe piece additionnelle conductrice generalement placee dans une empreinte faite dans une piece plastique appartenant au dispositif de chauffage. Cette piece additionnelle conductrice est d'un cote raccordee a la masse via une tresse, et d'un autre cote raccordee a ('element metallique via une piece de liaison metallique, ou une tresse. Cela implique la presence d'un grand nombre d'elements, et une demultiplication des liaisons, correspondant souvent a des cables de masse, entre chaque element metallique et la masse. Ces liaisons sont parfois difficiles a integrer, vu le peu de place disponible a l'interieur du dispositif de chauffage. Et it existe un risque d'interference entre ces liaisons et d'autres presentes au sein du dispositif de chauffage. Résumé de ('invention La presente invention a pour objectif de pallier les differents inconvenients enonces ci-dessus, par un dispositif de chauffage permettant une mise a la masse de ses elements metalliques au moyen d'une construction simple et aisee au sein du corps de chauffe et de ('unite de distribution, et 0E1 it n'existe pas de risque d'interference. Ce but est atteint grace a un dispositif de chauffage pour boitier de climatisation comportant, de fagon classique, un corps de chauffe alimente en courant pour chauffer un flux d'air traversant ledit corps de chauffe, le corps de chauffe comprenant des elements de chauffe parcourus par ledit courant et etant situes dans des tubes isoles electriquement des elements de chauffe, lesdits elements de chauffe etant controles via une unite de distribution, le dispositif de chauffage comprenant des moyens de mise a la masse de plusieurs elements metalliques *anis dans le corps de chauffe et ('unite de distribution. Ce dispositif se caracterise a titre principal en ce que lesdits moyens de mise a la masse consistent en un circuit de mise a la masse parcourant le corps de chauffe et ('unite de distribution, au moins une partie dudit circuit de mise a la masse etant integree dans un boitier de protection de ('unite de distribution. 3 L'idee principale de cette invention consiste a utiliser le boitier de protection de ('unite de distribution pour faire cheminer le circuit de mise a la masse. L'utilisation d'un tel boitier permet de supprimer ('utilisation des pieces plastiques dans lesquelles etaient pratiquees les empreintes. 5 Le boitier de ('unite de distribution rempli plusieurs fonctions, a savoir la fonction principale de protection de ('unite de distribution, mais egalement la fonction de base isolante pour le cheminement du circuit de mise a la masse. Etant donne que cette partie de circuit est « integree » au boitier, cela implique qu'elle ne chemine pas dans ('enceinte de ('unite de distribution. II n'y a plus de cables de 10 mise a la masse qui sillonnent ('unite de distribution, et qui risque d'interferer avec d'autres composants. Le circuit de mise a la masse est ainsi simplifie. Selon les differents modes de realisation de ('invention, qui pourront etre pris ensemble ou separement : 15 - ladite au moins une partie dudit circuit de mise a la masse est congue dans un materiau conducteur electriquement, metallique du type aluminium, acier, laiton. ladite au moins une partie du circuit de mise a la masse consiste en une barre de 20 raccordement disposee au sein du boitier : cette barre est donc integree au boitier, et traverse ('unite de distribution via le boitier. II n'y a plus une multitude de cables de masse, mais une unique barre de raccordement a la masse qui chemine au niveau de ('unite de distribution. Par consequent, it n'existe plus aucun cablage specifique a realiser lors du montage de ('unite de distribution, ce 25 qui permet un gain de temps considerable. De plus, la manipulation est rendue plus facile, puisqu'il n'existe au final plus qu'une seule piece a manipuler, c'est-adire le boitier, lors de la mise en place du circuit de mise a la masse. - ledit boitier de protection est congu dans un materiau isolant electriquement, du 30 type plastique. ladite au moins une partie du circuit de mise a la masse est surmoulee dans le boitier, et forme un insert : ce surmoulage permet de rendre invisible une partie du circuit de mise a la masse, et de proteger cette partie-la vis-a-vis des autres 35 composants disposes dans ('unite de distribution. En effet, le surmoulage empeche tout contact de cette partie de circuit avec les autres composants. Le surmoulage permet aussi d'eviter tout risque de detachement de la barre de 4 raccordement a cause des vibrations du dispositif de chauffage embarque. De facon avantageuse, la barre forme un insert dans le boitier, ce qui permet de rigidifier le boitier de protection. De cette maniere, it est possible de conjuguer a la fois une fonction de mise a la masse avec une fonction de rigidification du 5 boitier protection, au moyen d'une unique barre. Cette mutualisation des fonctions permet de plus de contribuer a la compacite de ('unite de distribution. - le dispositif de chauffage comporte une plaque metallique de dissipation de chaleur, par laquelle passe le circuit de mise a la masse. 10 - ladite barre comporte : - une premiere extremite reliee electriquement a la plaque ; - une partie centrale surmoulee dans le boitier ; - une deuxierne extremite libre, surmoulee au moins partiellement dans le boitier, 15 et raccordee a un plot de mise a la masse. - ladite barre est solidaire de la plaque et comporte : - une partie centrale surmoulee dans le boitier ; - une extremite libre, surmoulee au moins partiellement dans le boitier, et 20 raccordee a un plot de mise a la masse. - la barre et la plaque peuvent etre reliees notamment mais non exclusivement par clinchage/deformation ou au moyen d'une piece intermediaire telle qu'une vis ou un rivet. 25 - la barre s'etend orthogonalement a la plaque. - ('unite de distribution comporte une carte electronique de commande sur laquelle sont fixes des composants degageant de la chaleur, ladite plaque etant en 30 contact avec ces composants : it s'agit notamment de transistors. - la barre s'etend sur sensiblement toute la longueur de la carte electronique et a distance de la carte electronique : cela permet d'eviter tout contact avec les composants fixes sur la carte electronique. 35 5 it n'existe qu'un unique circuit de mise a la masse parcourant le corps de chauffe et ('unite de distribution et forme par la mise en serie desdits elements metalliques par contact direct entre lesdits elements metalliques : le circuit est forme par une chaine d'elements metalliques a mettre a la masse. Dans cette chaine, les 5 elements metalliques se touchent directement deux a deux, de maniere a assurer la continuite electrique. II existe ainsi un parcours d'elements metalliques en serie au sein du dispositif de chauffage, formant le circuit de mise a la masse. Cheque element metallique forme un maillon de la chaine electrique. 10 - le dispositif de chauffage comporte un element de liaison electrique entre le corps de chauffe et ladite plaque. les tubes sont relies electriquement les uns aux autres via des dissipateurs thermiques qui sont conducteurs electriquement, le circuit de mise a la masse 15 passant successivement par ces tubes et ces dissipateurs. - ledit element de liaison electrique est dispose entre la plaque et un tube situe a une extremite du corps de chauffe et appele tube d'extremite. 20 - ledit element de liaison electrique consiste en une agrafe a lame flexible apte a assurer une continuite electrique entre ledit tube d'extremite et ladite plaque. L'invention concerne aussi un boitier de climatisation comprenant un dispositif de 25 chauffage tel que decrit ci-dessus. Presentation des figures 30 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, details, caracteristiques et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative detainee qui va suivre, d'au moins un mode de realisation de l'invention donne a titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en reference aux dessins schematiques annexes. 35 Sur ces dessins : - la figure 1 illustre en perspective un dispositif de chauffage selon l'invention, 6 - la figure 2 montre en perspective une barre de mise a la masse reliee a une plaque de dissipation thermique, - la figure 3 montre en perspective la barre de mise a la masse de la figure 5 moulee dans un boitier de protection de ('unite de distribution, 5 - la figure 4 est une vue en coupe de la figure 3 au niveau de la barre de mise a la masse. Description detaillee 10 En reference a la figure 1, ('invention concerne un dispositif de chauffage 1 electrique. II s'agit, par exemple, d'un dispositif de chauffage 1, dit haute tension, c'est-a-dire destine a etre alimente par un courant continu (DC) ou alternatif (AC) presentant une tension electrique superieure a 60 V, notamment compris entre 60 et 1000 V, plus particulierement compris entre 180 et 600 V, et/ou permettant de degager une puissance de chauffe sur l'air 15 ou une puissance electrique consommee superieure a 2 kW, notamment comprise entre 2 kW et 10 kW. Ledit dispositif de chauffage 1 comprend un corps de chauffe 2 alimente en courant electrique pour chauffer un flux d'air traversant ledit corps de chauffe 2. 20 Ledit corps de chauffe 2 presente ici une configuration sensiblement parallelepipedique, s'etendant en surface. II est destine a etre positionne de facon transversale au flux d'air a rechauffer. Plus precisement, ledit flux d'air est destine a etre oriente perpendiculairement audit corps de chauffe 2 , c'est-a-dire perpendiculairement au plan de la figure 1. 25 Le corps de chauffe 2 comprend des elements de chauffe (non representes) parcourus par ledit courant. Les elements de chauffe sont, par exemple, des resistances a effet CTP (pour coefficient de temperature positif). Les elements de chauffe sont situes a l'interieur de tubes 4 metalliques. Pour eviter 30 tout contact electrique entre les elements de chauffe et les tubes 4, une couche de matiere isolante electriquement et conductrice thermiquement revet la surface inferieure des tubes 4. Chaque ensemble tube 4 /elements de chauffe forme ce qu'on appelle une unite de chauffe. Lesdites unites de chauffe sont alimentees selectivement en courant. On entend par 35 la que chaque unite de chauffe est alimentee en courant independamment des autres et peut donc etre parcourue par un courant different, notamment par son intensite, du courant 7 parcourant les autres unites de chauffe. La valeur du courant en jeu ici est en particulier la valeur du courant moyen ou du courant efficace. Le corps de chauffe 2 peut comprendre des dissipateurs 13 thermiques, par exemple 5 des ailettes, en relation de contact thermique avec les tubes 4. Les dissipateurs 13 sont positionnes, notamment, entre lesdits tubes 4. Dans un souci de clarte, seuls certains dissipateurs 13 s'etendant des tubes 4 d'extremite ont ete representes, afin de ne pas surcharger la figure 1. 10 Ledit corps de chauffe 2 comprend un cadre 5, notamment en matiere plastique, accueillant lesdites unites de chauffe et servant au maintien desdits tubes 4. Des barres intermediaires 14 sont egalement prevues entre les tubes 4 afin de les maintenir en position. 15 Preferentiellement, le dispositif de chauffage 1 comprend en outre une unite de distribution 3 apte a commander le courant circulant dans ledit corps de chauffe 2. Ladite unite de distribution 3 est avantageusement configuree pour piloter le courant alimentant le corps de chauffe 2, en particulier les differentes unites de chauffe, par exemple 20 a l'aide de commutateurs pilotes, permettant de controler respectivement une circulation de courant dans chacune des unites de chauffe. II s'agit, notamment, de transistors 12, par exemple du type Mosfet ou IGBT, fonctionnant en particulier par modulation de largeur d'impulsions. Ces transistors 12 sont notamment visibles en figure 2, et sont mantes sur une carte electronique 11 en forme de T, presentant donc un axe de symetrie centrale. 25 Ladite unite de distribution 3 comprend un boitier 8, visible aux figures 1, 3 et 4, qui recouvre entierement ladite carte electronique 11, et qui comprend une face de connexion 83, servant au montage et/ou a la fixation mecanique du corps de chauffe 2. Ce boitier 8 est de preference congu dans un materiau plastique, ayant des proprietes isolantes 30 electriquement, et obtenu par moulage. Lors du fonctionnement des elements de chauffe, les transistors 12 degagent beaucoup de chaleur. Af in d'eviter toute surchauffe au sein du boitier 8, une plaque 6 de dissipation thermique est prevue dans le dispositif de chauffage 1. Cette plaque 6 consiste 35 en une tole perforee, positionnee dans un plan parallele au plan du corps de chauffe 2, et se situant devant les tubes 4 de maniere a ce que le flux d'air traversant le corps de chauffe 2 8 traverse egalement cette plaque 6 perforee. Ainsi, cette plaque 6 aide a rechauffer le flux d'air. La plaque 6 se compose principalement d'un corps 63 perfore duquel s'etendent des pattes (cachees par les transistors 12 sur la figure 2) aptes a venir au contact des transistors 5 12 de maniere a puiser les calories emanant des transistors 12. La plaque 6 se rechauffe ainsi, via les transistors 12, et est ensuite refroidie via le flux d'air. Dans un tel dispositif de chauffage 1, it est essentiel que les elements metalliques soient mis a la masse, de maniere a le securiser electriquement. 10 Pour ce faire, it existe un circuit de mise a la masse qui traverse l'integralite du dispositif de chauffage 1, af in que chaque element metallique puisse y etre raccorde. En particulier, ce circuit de mise a la masse se compose d'une succession d'elements metalliques positionnes en serie et en contact direct deux a deux, et formant ainsi le circuit. 15 Au niveau du corps de chauffe 2, les tubes 4 ainsi que les dissipateurs 13 et les barres intermediaires 14 sont metalliques. Dans la configuration du dispositif de chauffage 1 selon invention, les dissipateurs 13 sont tous raccordes a un tube 4 par contact direct, et les dissipateurs 13 de deux tubes 4 adjacents se rejoignent et sont en contact direct egalement, ou se rejoignent au niveau d'une barre intermediaire 14. Par consequent, toute la rangee de 20 tubes 4 de dissipateurs 13, et de barres intermediaires 14 sont en contact electrique les uns avec les autres, et le circuit de mise a la masse passe ainsi dans l'integralite des tubes 4, des dissipateurs 13, et des barres intermediaires 14 du corps de chauffe 2. En sortie de cette rangee de tubes 4, de dissipateurs 13 et de barres intermediaires 25 14, un element de liaison electrique 7 est dispose entre un tube 4 d'extremite et la plaque 6 perforee, comme illustre en particulier aux figures 1 et 2. Cet element de liaison electrique 7 assure la continuite electrique entre les tubes 4 et la plaque 6 perforee. Par exemple, cet element de liaison electrique 7 consiste en une agrafe 7 metallique 30 disposee a cheval sur la plaque 6 perforee, et dotee d'une lame flexible en appui sur le tube 4 d'extremite. Tout autre type d'element de liaison electrique 7 peut etre envisage, du moment qu'il realise une continuite electrique entre la plaque 6 et les tubes 4. Le circuit de mise a la masse passe a travers cet element de liaison electrique 7, puis 35 a travers la plaque 6 perforee. 9 Le circuit de mise a la masse se poursuit ensuite au travers d'une barre 9 metallique, par exemple en aluminium, en acier ou en laiton, passant au-dessus de toute la carte electronique 11 selon son axe de symetrie, comme cela est notamment visible en figure 2. Cette barre 9 s'etend orthogonalement de la plaque 6 perforee. 5 La barre 9 comporte : - une premiere extremite 91 fixee a la plaque 6 perforee - une partie centrale 94 s'etendant sur la carte electronique 11 - une seconde extremite 92 libre et raccordee a un plot 10 de mise a la masse. Plus precisement, la premiere extremite 91 consiste en une patte d'allure 10 perpendiculaire a la partie centrale 94. Elle est fixee par soudure par exemple a une languette centrale 64 s'etendant depuis le corps 63 perfore de la plaque 6. Elle peut etre fixee par tout autre moyen permettant d'assurer la continuite electrique entre la plaque 6 perforee et la barre 9. Plus precisement encore, la seconde extremite 92 comporte un orifice dans lequel 15 est boulonne le plot 10 de mise a la masse. La barre 9 comporte un epaulement 93 localise juste en amont de la seconde extremite 92. Le circuit de mise a la masse se termine ainsi au niveau du plot 10. Dans le cas d'un vehicule automobile par exemple, ce plot 10 sera raccorde a la carrosserie du vehicule, qui constitue la reference de mise a la masse. 20 Le circuit de mise a la masse peut egalement prendre le chemin inverse, c'est-a-dire en passant par le plot, la barre, la plaque, l'agrafe, puis la rangee de tubes/ailettes/barres intermediaires. 25 Avantageusement, cette barre 9 est surmoulee dans le boitier 8 de protection, comme illustre aux figures 3 et 4. Un tel surmoulage permet egalement de positionner la barre 9 a distance de la carte electronique 11 afin d'eviter tout contact avec les composants de la carte 11. 30 En particulier, la partie centrale 94 ainsi que la seconde extremite 92 de la barre 9 sont entierement noyees dans la matiere du boitier 8 de protection. La premiere extremite 91 quant a elle est au raz du boitier 8. Comme illustre en figure 4, it existe une couche de matiere plastique superieure 81 et une couche de matiere plastique inferieure 82 appartenant boitier 8 de protection et venant prendre en sandwich la barre 9. 35 La barre 9 consiste ainsi en un insert, servant notamment a rigidifier le boitier 8. Ainsi, en plus de sa fonction de mise a la masse, la barre 9 a une fonction de consolidation du boitier 8. 10 Le plot 10 saille du boitier 8 de protection, afin d'être accessible pour sa liaison avec la masse. De cette maniere, it n'existe aucun cablage particulier a realiser au sein du dispositif 5 de chauffage 1 pour realiser la mise a la masse des elements metalliques. Tous les elements metalliques du dispositif de chauffage 1 entrent en contact les uns avec les autres, en serie, de maniere a former un unique circuit de mise a la masse parcourant le dispositif de chauffage 1. 10 L'invention concerne encore un boitier de climatisation comprenant un dispositif de chauffage 1 tel que decrit plus haut. Ledit boitier de climatisation comprend un corps de circulation du flux d'air a l'interieur duquel ledit dispositif de chauffage 1 est situe. En ce qui concerne la description ci-dessus, les relations dimensionnelles optimales 15 pour les parties de ('invention, en incluant les variations de taille, de materiaux, de formes, de fonction et de modes de fonctionnement, d'assemblage et d'utilisation, sont considerees comme apparentes et evidentes pour l'homme du métier, REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage (1) pour boitier de climatisation, ledit dispositif de chauffage (1) comprenant un corps de chauffe (2) alimente en courant pour chauffer un flux d'air traversant ledit corps de chauffe (2), le corps de chauffe (2) comprenant des elements de chauffe parcourus par ledit courant et etant situes dans des tubes (4) isoles electriquement des elements de chauffe, lesdits elements de chauffe etant controles via une unite de distribution (3), le dispositif de chauffage (1) comprenant des moyens de mise a la masse de plusieurs elements metalliques *anis dans le corps de chauffe (2) et ('unite de distribution (3), caracterise en ce que lesdits moyens de mise a la masse consistent en un circuit de mise a la masse parcourant le corps de chauffe (2) et ('unite de distribution (3), au moins une partie dudit circuit de mise a la masse etant integree dans un boitier (8) de protection de ('unite de distribution (3). 2. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication precedente, caracterise en ce que ladite au moins une partie du circuit de mise a la masse est congue dans un materiau conducteur electriquement, metallique du type aluminium, acier, laiton. 3. Dispositif de chauffage (1) selon ('une des revendications precedentes, caracterise en ce que ladite au moins une partie du circuit de mise a la masse consiste en une Barre (9) de raccordement disposee au sein du boitier (8). 4. Dispositif de chauffage (1) selon ('une des revendications precedentes, caracterise en ce que ledit boitier (8) de protection est congu dans un materiau isolant electriquement, du type plastique. 5. Dispositif de chauffage (1) selon ('une des revendications precedentes, caracterise en ce que ladite au moins une partie du circuit de mise a la masse est surmoulee dans le boitier (8), et forme un insert. 6. Dispositif de chauffage (1) selon ('une des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comporte une plaque (6) metallique de dissipation de chaleur, par laquelle passe le circuit de mise a la masse. 12 7. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication precedente, caracterise en ce que ladite barre (9) comporte : - une premiere extremite (91) reliee electriquement a la plaque (6) ; - une partie centrale (94) surmoulee dans le boitier (8) ; 5 - une deuxieme extremite (92) libre, surmoulee au moins partiellement dans le boitier (8), et raccordee a un plot (10) de mise a la masse. 8. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication 6, caracterise en ce que ladite barre (9) est solidaire de la plaque (6) et comporte : 10 - une partie centrale (94) surmoulee dans le boitier (8) ; - une extremite (92) libre, surmoulee au moins partiellement dans le boitier (8), et raccordee a un plot (10) de mise a la masse. 9. Dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, 15 caracterise en ce que la barre (9) s'etend orthogonalement a la plaque (6). 10. Dispositif de chauffage (1) selon l'une des revendications 6 a 9, caracterise en ce que ('unite de distribution (3) comporte une carte electronique (11) de commande sur laquelle sont fixes des composants (12) degageant de la chaleur, ladite plaque (6) 20 etant en contact avec ces composants (12). 11. Dispositif de chauffage (1) selon la revendication precedente, caracterise en ce que la barre (9) s'etend sur sensiblement toute la longueur de la carte electronique (11) et a distance de la carte electronique (11). 25 12. Boitier de climatisation comprenant un dispositif de chauffage (1) selon l'une quelconque des revendications precedentes.