Brevet FR3106380A1 — publié le 20210723

L'invention concerne un ressort de serrage (24) possédant un axe principal A, qui comporte un anneau plat (26) qui est coaxial à l'axe principal A et qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe principal A, qui est délimité radialement selon l'axe principal A par un bord circulaire interne (32) et un bord circulaire externe (34), le ressort de serrage (24) comportant aussi une pluralité de lames élastique (28) qui sont toutes reliées à un même bord circulaire interne (32) ou externe (34) de l'anneau plat (26) et qui s'étendent toutes principalement selon une direction parallèle à l'axe principal A depuis ce dit même bord circulaire (32, 34), caractérisé en ce que chaque lame élastique (28) est déformable élastiquement et comporte une extrémité axiale libre (30) qui est apte à se déplacer selon une direction radiale par rapport à l'axe principal A et qui est configurée pour venir en appui radialement contre un autre composant (16) dans un sens prédéfini. L'invention concerne aussi un appareil électronique (10) comportant un tel ressort de serrage (24) Figure pour l’abrégé : figure 1 Ressort à serrage radial et appareil électronique muni du ressort radial L'invention concerne un ressort destiné à réaliser un serrage radial de composants les uns contre les autres et concerne un appareil électronique comportant des composants serrés les uns contre les autres grâce à un tel ressort de serrage. Un appareil électronique de puissance destiné à être utilisé dans un environnement compact doit être conçu en tenant compte de nombreuses contraintes. Parmi ces contraintes, on peut citer le problème de la dissipation de la chaleur produite par certains composants, par exemple par des transistors du type bipolaire à grille isolée (IGBT, de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor) ou des transistors MOS. Pour un montage de l'appareil électronique dans une turbomachine, et plus particulièrement à proximité du moteur, il a été proposé d'intégrer à l'appareil électronique un dissipateur thermique de forme cylindrique, sur la paroi duquel plusieurs composants sont montés pour permettre leur refroidissement. Un montage conventionnel de chaque composant sur le dissipateur thermique consiste à utiliser une vis de fixation traversant à la fois la paroi du dissipateur thermique et un boitier du composant et qui coopère avec un écrou pour serrer le composant contre le dissipateur thermique. Les contraintes thermiques inhérentes aux fonctions d’électronique de puissance, imposent que les boitiers des composants soient plaqués contre un dissipateur. La force d’appui est une caractéristique clé dont la conduction thermique dépend. Le montage par une solution vis-écrou est complexe à mettre en œuvre car l'accès aux composants à assembler est réduit et difficile du fait de leurs faibles dimensions. Il s'en suit un risque d'endommager le boitier d'un composant, limitant son efficacité, voire le détruisant. De plus, une telle solution pour l'assemblage de l'appareil électronique est relativement couteuse car, pour chaque composant à monter sur le dissipateur thermique, il faut utiliser plusieurs composants d'assemblage. L'invention a pour but de proposer un appareil électronique comportant des moyens de montage d'une pluralité de composants sur un dissipateur thermique permettant de maintenir un effort de contact adapté au transfert de chaleur entre chaque composant et le dissipateur thermique. L'invention propose un ressort de serrage possédant un axe principal A, qui comporte un anneau plat qui est coaxial à l'axe principal A et qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe principal A, qui est délimité radialement selon l'axe principal A par un bord circulaire interne et un bord circulaire externe, le ressort de serrage comportant aussi une pluralité de lames élastiques qui sont toutes reliées à un même bord circulaire interne ou externe de l'anneau plat et qui s'étendent toutes principalement selon une direction parallèle à l'axe principal A depuis ce dit même bord circulaire, caractérisé en ce que chaque lame élastique est déformable élastiquement et comporte une extrémité axiale libre qui est apte à se déplacer selon une direction radiale par rapport à l'axe principal A et qui est configurée pour venir en appui radialement contre un autre composant dans un sens prédéfini. Un tel ressort permet de réaliser simultanément plusieurs efforts de pression radiaux, ce qui peut être utilisé pour le montage et l'appui de composants tels que des transistors sur un dissipateur thermique cylindrique. De préférence, chaque lame élastique est reliée au bord circulaire interne de l'anneau plat et l'extrémité libre de chaque lame élastique est configurée pour venir en appui radialement vers l'extérieur contre ledit autre composant. De préférence, chaque lame élastique est reliée au bord circulaire externe de l'anneau plat et l'extrémité libre de chaque lame élastique est configurée pour venir en appui radialement vers l'intérieur contre ledit autre composant. De préférence, l'anneau plat consiste en un anneau fendu comportant une fente. De préférence, l'anneau plat comporte deux extrémités circonférentielles définies par ladite fente, comportant chacune une forme permettant de réaliser une déformation radiale de l'anneau plat. L'invention concerne aussi un appareil électronique comportant un dissipateur thermique cylindrique de révolution, une pluralité de composants qui sont montées sur une même face annulaire du dissipateur thermique, caractérisé en ce qu'il comporte un ressort de serrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont chaque lame élastique du ressort de serrage est associée à un composant et exerce sur le composant qui lui est associé un effort élastique d'appui du composant contre le dissipateur thermique. De préférence, chaque lame élastique comporte une extrémité axiale libre qui est en appui radialement contre le composant associé à la lame élastique. De préférence, chaque composant est en appui contre une face annulaire externe du dissipateur thermique et chaque lame élastique est reliée au bord circulaire externe de l'anneau plat. De préférence, chaque composant est en appui contre une face annulaire interne du dissipateur thermique et chaque lame élastique est reliée au bord circulaire interne de l'anneau plat. De préférence, le dissipateur thermique comporte des moyens de positionnement axial du ressort de serrage. est une représentation schématique en perspective d'un appareil électronique comportant des composants maintenus en appui contre le dissipateur thermique par un ressort annulaire selon l'invention. est une vue en coupe de l'appareil électronique représenté à la figure 1. est une représentation schématique en perspective du ressort annulaire représenté aux figures 1 et 2. est un détail à plus grande échelle du ressort annulaire représenté à la figure 3, montrant une lame élastique. est une représentation schématique de l'appareil électronique représenté à la figure 1, montrant un montage à l'intérieur du dissipateur thermique. est une représentation schématique de l'appareil électronique en vue de dessus, montrant un montage à l'extérieur du dissipateur thermique. On a représenté à la figure 1 un appareil électronique 10 destiné à une utilisation en électronique de puissance, par exemple dans le domaine de l'automobile, de l'aéronautique ou industriel. L'appareil électronique 10 comporte un circuit imprimé 12, aussi appelé platine porte composants électroniques, sur lequel une pluralité de composants 14 sont montés. D'autres composants 16 reliés au circuit imprimé 12 sont amenés à s'échauffer lors de leur utilisation. Ces composants 16 sont notamment des transistors du type bipolaire à grille isolée (IGBT, de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor) ou des transistors MOS, avec des boitiers avec interface thermique. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à des composants 16 consistant uniquement en de tels transistors, et que tout autre type de composant amené à s'échauffer et nécessitant d'être refroidi peut être considéré comme un de ces composants 16. Dans la description qui va suivre, on utilisera le terme composant pour désigner ces composants 16 produisant de la chaleur. Pour évacuer la chaleur produite par les composants 16, l'appareil électronique 10 comporte un dissipateur thermique 18 auquel les composants 16 sont en contact thermique. Le dissipateur thermique 18 est de forme cylindrique de révolution, il comporte un axe principal A, une face annulaire radialement interne 20 et une face annulaire radialement externe 22. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, le circuit imprimé 12 et les composants 14, 16 sont disposés à l'intérieur du volume délimité par le dissipateur thermique 18. Selon un autre mode de réalisation, le circuit imprimé 12 et les composants 14, 16 sont disposés à l'extérieur du dissipateur thermique 18, autour de celui-ci. Le transfert de chaleur entre les composants 16 produisant de la chaleur et le dissipateur thermique 18 s'effectue par conduction thermique, c’est-à-dire que les composants 16 doivent être en contact avec l'une ou l'autre de la face annulaire interne 20 et de la face annulaire externe 22 du dissipateur thermique 18. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, puisque les composants 16 sont situés à l'intérieur du volume délimité par le dissipateur thermique 18, ils sont mis en contact thermique avec la face annulaire interne 20 du dissipateur thermique 18. Selon l'autre mode de réalisation pour lequel les composants 16 sont situés à l'extérieur du volume délimité par le dissipateur thermique 18, ils sont mis en contact thermique avec la face annulaire externe 22 du dissipateur thermique 18. Pour réaliser l'appui de chaque composant 16 contre la face annulaire interne 20 ou la face annulaire externe 22 du dissipateur thermique 18, l'appareil électronique 10 comporte un ressort annulaire 24 de serrage radial qui coopère avec chaque composant 16 et qui exerce sur chaque composant 16 un effort radial d'appui contre le dissipateur thermique 18. Lorsqu'il est assemblé dans l'appareil électronique 10, le ressort annulaire 24 s'étend coaxialement au dissipateur thermique 18, c’est-à-dire que son axe principal est confondu avec l'axe principal A du dissipateur thermique 18. Le ressort annulaire 24 comporte un anneau plat 26 centré sur l'axe principal A et une pluralité de lames élastiques 28 qui sont toutes parallèles à la direction de l'axe principal A et qui s'étendent selon cette direction axiale dans un même sens depuis un bord circulaire de l'anneau plat 26. L'anneau plat 26 est de forme principale circulaire, il s'étend dans un plan radial, c’est-à-dire un plan perpendiculaire à l'axe principal A et il est délimité radialement par un bord circulaire interne 32 et un bord circulaire externe 34. Chaque lame élastique 28 est associée à un composant 16 et elle comporte une portion d'extrémité libre 30 qui est apte à venir en contact avec le composant 16 qui lui est associé selon la direction radiale. Ici, l'appareil électronique 10 comporte six composants 16 montés sur le dissipateur thermique 18. Le ressort annulaire 24 comporte ainsi six lames élastiques 28. Il sera compris que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et que l'appareil électronique 10 peut comporter un nombre différent de composants 16, et donc de lames élastiques 28. En outre, ici, les composants 16 et les lames élastiques 28 sont répartis de manière régulière autour de l'axe principal A. il sera compris que les composants 16 et les lames élastiques 28 peuvent être répartis différemment autour de l'axe principal A, notamment en fonction de l'implémentation des composants 16 sur le circuit imprimé 12. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 1, 2 et 5, les composants 16 sont en contact thermique avec la face annulaire interne 20 du dissipateur thermique 18. Selon ce mode de réalisation, chaque lame élastique 28 exerce sur le composant 16 qui lui est associé un effort orienté radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe principal A. Aussi, selon ce mode de réalisation, les lames élastiques 28 sont reliées au bord circulaire interne 32 de l'anneau plat 26, comme on peut le voir plus en détails à la figure 3. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 6, les composants 16 sont en contact thermique avec la face annulaire externe 22 du dissipateur thermique 18. Selon ce mode de réalisation, chaque lame élastique 28 exerce sur le composant 16 qui lui est associé un effort orienté radialement vers l'intérieur par rapport à l'axe principal A. Aussi, selon ce mode de réalisation, les lames élastiques 28 sont reliées au bord circulaire externe 34 de l'anneau plat 26. Dans la description qui va suivre, on fera référence à une seule lame élastique 28, en référence à la figure 4. Il sera compris que cette description de la lame élastique s'appliquera de manière similaire aux autres lames élastiques 28. Aussi, ici, la lame élastique 28 qui sera décrite est reliée au bord circulaire interne 32 de l'anneau plat 26. Il sera compris que la description d'une lame élastique reliée au bord circulaire externe 34 de l'anneau plat 26 se fera par similitude. Comme on peut le voir plus en détails à la figure 4, chaque lame élastique 28 est réalisée en une même pièce avec l'anneau plat 26. La lame élastique 28 comporte une portion de liaison 36 par laquelle la lame élastique 28 est reliée au bord circulaire interne 32 de l'anneau plat 26 et une portion intermédiaire 38 qui relie la portion de liaison 36 à la portion d'extrémité libre 30. La portion de liaison 36 est cintrée autour d'une direction tangentielle par rapport à l'axe principal A et est bombée radialement vers l'intérieur. Cette portion de liaison 36 comporte notamment un premier tronçon 40 par lequel la portion de liaison est reliée à l'anneau plat 26 et qui s'étend radialement dans le prolongement de l'anneau plat et un deuxième tronçon 41 qui s'étend selon une direction sensiblement parallèle à l'axe principal A. La portion intermédiaire 38 est elle aussi cintrée autour d'une direction tangentielle par rapport à l'axe principal A et est bombée radialement vers l'intérieur. Cette courbure de la portion intermédiaire 38 permet d'ajuster la raideur de la lame élastique 28. La portion d'extrémité libre 30 est cintrée autour d'une direction tangentielle par rapport à l'axe principal A et est bombée radialement vers l'extérieur, c'est par cette partie bombée que la portion d'extrémité libre 30 vient en contact avec le composant 16 qui lui est associé. Lorsque le ressort annulaire 24 est monté dans l'appareil électronique 10, chaque lame élastique 28 exerce sur le composant 16 qui lui est associé un effort élastique de pression contre le dissipateur thermique 18. Pour cela, lorsque le ressort annulaire 24 est monté dans l'appareil électronique 10, chaque lame élastique 28 est déformée par rapport à une position initiale, selon une direction sensiblement radiale vers l'intérieur. Cette déformation résulte du contact de la portion d'extrémité libre 30 de la lame élastique 28 contre le composant 16 qui lui est associé. L'effort élastique résulte de la déformation élastique que la lame élastique 28, qui a naturellement tendance à reprendre sa position initiale. Lorsque le ressort annulaire 24 est monté dans l'appareil électronique 10, il est préférable de provoquer une déformation initiale de celui-ci avant que la portion d'extrémité libre 30 de chaque lame élastique 28 vienne en contact avec le composant 16 qui lui est associé. Pour cela, l'anneau plat 26 consiste en un anneau fendu comportant une fente 42. Cette fente permet de déformer élastiquement l'anneau plat 26 pour modifier son diamètre. Cette déformation consiste à écarter les extrémités 44 de l'anneau plat 26 définies par la fente 42, ici en les rapprochant l'une de l'autre, tout en maintenant la déformation de l'anneau plat 26 dans son plan principal. Ainsi, l'extrémité libre 30 de chaque lame élastique 28 est déplacée radialement vers l'axe principal A jusqu'à une distance radiale de l'axe principal A inférieure à la distance radiale être les composants 16 et l'axe principal A. Ensuite, le ressort annulaire 24 est mis en place dans l'appareil électronique 10 pour que chaque lame élastique 28 soit située en correspondance avec le composant 16 qui lui est associé. Ensuite, la déformation élastique de l'anneau plat 26 est terminée, permettant à celui-ci de reprendre sa forme initiale. L'extrémité libre 30 de chaque lame élastique 28 vient alors presser radialement contre le composant 16 comme on l'a décrit précédemment. Aussi, le bord circulaire externe 34 de l'anneau plat 26 vient en contact avec la face annulaire radialement interne 20 du dissipateur thermique 18, assurant ainsi un positionnement du ressort annulaire 24 coaxialement à l'axe principal A. Pour faciliter la déformation de l'anneau plat 26, chacune de ses extrémités 44 comporte un œillet 46 dans lequel une portion d'un outil telle qu'une pince, est apte à être reçue, à la manière d'un anneau élastique connu sous la dénomination "CIRCLIP". Selon le mode de réalisation représenté aux figures, ces œillets 46 font saillie vers l'intérieur par rapport au bord circulaire interne 32 de l'anneau plat 26, pour ne pas nuire à la qualité de contact de l'anneau plat 26 avec le dissipateur thermique. Il sera compris que les œillets 46 peuvent faire saillie vers l'extérieur par rapport au bord circulaire externe 34 de l'anneau plat 26, le dissipateur thermique 18 pouvant être modifié en conséquence. De manière similaire, lorsque les composants 16 sont montés sur la face annulaire radialement externe 22 du dissipateur thermique 18, l'anneau plat 26 est conçu pour que son bord circulaire interne vienne en contact avec la face annulaire radialement externe 22 du dissipateur thermique 18. Lorsqu'il comporte lui aussi une fente 42, celle-ci permet d'augmenter le diamètre de l'anneau plat lors du montage du ressort annulaire 24 et ainsi l'extrémité libre 30 de chaque lame élastique 28 est déplacée radialement vers l'axe principal A jusqu'à une distance radiale de l'axe principal A supérieure à la distance radiale être les composants 16 et l'axe principal A. Le dissipateur thermique 18 est aménagé pour réaliser un maintien du ressort annulaire 24 selon la direction de l'axe principal A. Ces moyens de maintien axial permettent à la fois d'empêcher au ressort annulaire 24 de se déplacer, voire de se désolidariser du dissipateur thermique 18, et de réaliser un positionnement répétable du ressort annulaire 24 sur le dissipateur thermique 18, lors des montages et démontages réguliers de l'appareil électronique 10. De préférence, selon le mode de réalisation de la figure 2, la face annulaire radialement interne 20 ou la face annulaire radialement externe 22 du dissipateur thermique 18, sur laquelle l'anneau plat 26 s'appuie, comporte une gorge annulaire 48 dans laquelle l'anneau plat 26 est reçu en partie. Selon une variante de réalisation non représentée, la face annulaire 20, 22 du dissipateur thermique 18 comporte une surépaisseur annulaire, continue ou interrompue, contre laquelle l'anneau plat est apte à venir en appui vers le haut. Ressort de serrage (24) possédant un axe principal A, qui comporte un anneau plat (26) qui est coaxial à l'axe principal A et qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe principal A, qui est délimité radialement selon l'axe principal A par un bord circulaire interne (32) et un bord circulaire externe (34), le ressort de serrage (24) comportant aussi une pluralité de lames élastique (28) qui sont toutes reliées à un même bord circulaire interne (32) ou externe (34) de l'anneau plat (26) et qui s'étendent toutes principalement selon une direction parallèle à l'axe principal A depuis ce dit même bord circulaire (32, 34), caractérisé en ce que chaque lame élastique (28) est déformable élastiquement et comporte une extrémité axiale libre (30) qui est apte à se déplacer selon une direction radiale par rapport à l'axe principal A et qui est configurée pour venir en appui radialement contre un autre composant (16) dans un sens prédéfini. Ressort de serrage (24) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque lame élastique (28) est reliée au bord circulaire interne (32) de l'anneau plat (26) et l'extrémité libre (30) de chaque lame élastique (28) est configurée pour venir en appui radialement vers l'extérieur contre ledit autre composant (16). Ressort de serrage (24) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame élastique (28) est reliée au bord circulaire externe (34) de l'anneau plat (26) et l'extrémité libre (30) de chaque lame élastique (28) est configurée pour venir en appui radialement vers l'intérieur contre ledit autre composant (16). Ressort de serrage (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anneau plat (26) consiste en un anneau fendu comportant une fente (42). Ressort de serrage (24) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'anneau plat (26) comporte deux extrémités circonférentielles (44) définies par ladite fente (42), comportant chacune une forme permettant de réaliser une déformation radiale de l'anneau plat (26). Appareil électronique (10) comportant un dissipateur thermique (18) cylindrique de révolution, une pluralité de composants (16) qui sont montées sur une même face annulaire (20, 22) du dissipateur thermique (18), caractérisé en ce qu'il comporte un ressort de serrage (24) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont chaque lame élastique (28) du ressort de serrage (24) est associée à un composant (16) et exerce sur le composant (16) qui lui est associé un effort élastique d'appui du composant (16) contre le dissipateur thermique (18). Appareil électronique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque lame élastique (28) comporte une extrémité axiale libre (30) qui est en appui radialement contre le composant (16) associé à la lame élastique (28). Appareil électronique (10) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque composant (16) est en appui contre une face annulaire externe (22) du dissipateur thermique (18) et chaque lame élastique (28) est reliée au bord circulaire externe (34) de l'anneau plat (26). Appareil électronique (10) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque composant (16) est en appui contre une face annulaire interne (20) du dissipateur thermique (18) et chaque lame élastique (28) est reliée au bord circulaire interne (32) de l'anneau plat (26). appareil électronique (10) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (18) comporte des moyens (48) de positionnement axial du ressort de serrage (24).