Brevet FR3104374A1 — publié le 20210611

La présente invention concerne un dispositif de chauffage électrique de fluide, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins deux commutateurs d’une unité de commande d’un courant d’alimentation d’au moins un élément de chauffage du fluide, le premier commutateur et le deuxième commutateur comprenant un premier bord pourvu d’un plot de connexion électrique, un deuxième bord opposé audit premier bord, dit libre, ainsi qu’au moins un flanc s’étendant entre lesdits bords. Ledit dispositif est caractérisé en ce que le bord libre du premier commutateur est positionné au moins en partie en regard d’un flanc du deuxième commutateur. Figure pour l’abrégé : figure 2. Dispositif de chauffage de fluide, notamment destiné à un véhicule L’invention concerne un dispositif de chauffage de fluide, notamment destiné à un véhicule, plus particulièrement pour une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou la thermo-régulation d’une batterie. Il pourra s’agir notamment d’un véhicule électrique ou hybride pouvant être autonome. Il est connu d’assurer le chauffage de l’air destiné au traitement thermique de l’habitacle d’un véhicule par échange de chaleur entre un flux d’air et un liquide caloporteur, par le biais d’un échangeur thermique. Dans le cas des véhicules hybrides ou électriques, on connait des dispositifs de chauffage électrique qui forment une source de calories et dans lesquels on fait circuler un courant électrique pour faire monter en température des éléments électriques chauffants mis au contact du liquide caloporteur. Il s’effectue alors un échange de calories entre les éléments chauffants et le liquide caloporteur qui chauffe à son tour avant de chauffer l’habitacle grâce à l’échangeur. Pour réguler la température des éléments électriques chauffants du dispositif de chauffage, il est connu d’utiliser une pluralité de commutateurs configurés pour piloter le courant d’alimentation desdits éléments électriques chauffants. Toutefois, un ensemble de commutateurs intégrés dans un dispositif de chauffage électrique peut entrainer, entre deux commutateurs adjacents, des lignes de fuite (de l’anglais creepage) propices à l’apparition de court-circuits. Une ligne de fuite possible est la distance la plus courte, le long de la surface d'un isolant solide, entre les parties conductrices de deux commutateurs adjacents. Dès lors, il convient de trouver un agencement de commutateurs qui augmente la distance de fuite entre deux commutateurs adjacents, tout en limitant l’encombrement du système formé par lesdits commutateurs. La présente invention a pour but de proposer un dispositif de chauffage électrique qui apporte une solution à la problématique relevée ci-dessus. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule automobile, comprenant au moins deux commutateurs d’une unité de commande d’un courant d’alimentation d’au moins un élément de chauffage du fluide, le premier commutateur et le deuxième commutateur comprenant chacun un premier bord pourvu d’un plot de connexion électrique, un deuxième bord opposé audit premier bord, dit libre, ainsi qu’au moins un flanc s’étendant entre lesdits bords. Selon l’invention, le bord libre du premier commutateur est positionné au moins en partie en regard d’un flanc du deuxième commutateur. Ainsi, une telle disposition de commutateurs permet d’augmenter la ligne de fuite mesurée entre leurs plots de connexion respectifs, et de réduire le risque de court-circuit entre lesdits plots. L’invention peut également comprendre l’une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toutes combinaisons techniquement possibles qui forment autant de modes de réalisation de l’invention : - le plot de connexion comprend des broches, notamment trois broches ; - les commutateurs sont plats ; - les flancs des commutateurs sont droits ; - les commutateurs présentent une forme sensiblement rectangulaire ; - un axe longitudinal du premier commutateur forme avec un axe longitudinal du deuxième commutateur un premier sommet et un angle droit; - le dispositif de chauffage comprend un troisième commutateur ; - le premier et le deuxième commutateurs forment une première paire ; - le dispositif de chauffage comprend une seconde paire de commutateurs, formée du troisième commutateur et d’un quatrième commutateur ; - un axe longitudinal du troisième commutateur forme avec un axe longitudinal du quatrième commutateur un deuxième sommet et un angle droit ; - le premier sommet et le deuxième sommet définissent un axe, dit axe commun, de part et d’autre duquel les plots de connexion électrique des commutateurs s’étendent de manière oblique ; - les plots de connexion électrique situés d’un même côté de l’axe commun s’étendent transversalement d’un commutateur à l’autre ; - les plots de connexion électrique s’étendent en étoile ; - les plots de connexion électrique situés d’un même côté de l’axe commun présentent une même orientation et un même angle d’inclinaison ; - les plots de connexion électrique s’étendent en épi ; - au moins un des commutateurs présente un flanc aligné avec le bord libre d’un des commutateurs adjacents, et un bord libre aligné avec un flanc d’un autre des commutateurs adjacents ; - un flanc du premier commutateur est aligné avec le bord libre du deuxième commutateur ; - un flanc du deuxième commutateur est aligné avec le bord libre du troisième commutateur ; - un flanc du troisième commutateur est aligné avec le bord libre du quatrième commutateur ; - un flanc du quatrième commutateur est aligné avec le bord libre du premier commutateur ; - au moins un des commutateurs présente un flanc parallèle et décalé par rapport au bord libre du ou d’un des commutateurs adjacents ; - le troisième commutateur présente un flanc qui est parallèle et décalé par rapport à un flanc du deuxième commutateur ; - le quatrième commutateur présente un flanc qui est parallèle et décalé par rapport à un flanc du premier commutateur ; - le dispositif de chauffage comprend un drain thermique en contact avec les commutateurs ; - le drain thermique comprend au moins une lamelle ressort en contact avec au moins un, voire, l’ensemble des commutateurs ; - les lamelles associées aux commutateurs d’une même paire présentent des axes longitudinaux transversaux ; - le drain thermique comprend des orifices de fixation périphériques; - le drain thermique comprend un orifice de fixation central. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d’un dispositif de chauffage selon l’invention ; - la figure 2 représente un premier exemple d’agencement de commutateurs d’un dispositif de chauffage selon l’invention ; - la figure 3 représente un schéma électrique de la connexion entre les éléments chauffants et les commutateurs d’un dispositif de chauffage selon l’invention ; - la figure 4 représente un deuxième exemple d’agencement de commutateurs d’un dispositif de chauffage selon l’invention avec un drain thermique ; - la figure 5 représente un troisième exemple d’agencement de commutateurs d’un dispositif de chauffage selon l’invention, sans drain thermique (figure 5a), avec drain thermique (figure 5b). Il est tout d'abord à noter que sur l'ensemble des figures, les éléments similaires et/ou remplissant la même fonction sont indiqués par le même repère. Par convention, sauf indication contraire, le qualificatif « longitudinal » s'applique à la direction dans laquelle s'étend la plus grande dimension du dispositif de chauffage électrique ou d’un commutateur, le qualificatif « transversal » s'applique à une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale, et le qualificatif « vertical » désigne la direction perpendiculaire à la fois à la direction longitudinale et à la direction transversale. Par ailleurs, en référence aux orientations et directions définies précédemment, la direction longitudinale sera représentée par l’axe Ox, la direction transversale sera représentée par l’axe Oy, et la direction verticale sera représentée par l’axe Oz. Ces différents axes définissent ensemble un repère orthonormé Oxyz représenté à la figure 1. Dans ce repère, les qualificatifs "haut" ou "supérieur" seront représentés par le sens positif de l'axe Oz, les qualificatifs "bas" ou "inférieur" étant représentés par le sens négatif de ce même axe Oz. Comme illustré à la figure 1, l’invention concerne un dispositif de chauffage 1. Ledit dispositif sert au chauffage d’un fluide, notamment d’un liquide caloporteur. Ledit dispositif comprend un boîtier 2 de circulation du fluide, au moins un élément chauffant 4, ici deux, un couvercle 6 portant le ou lesdits éléments chauffants, et une unité de commande 8 d’un courant d’alimentation dudit ou desdits éléments chauffants. En particulier, le boîtier 2 définit une première chambre 21 de circulation du fluide, laquelle est agencée pour recevoir le ou les éléments chauffants 4 de manière à ce que le fluide en circulation dans ledit boîtier soit mis au contact dudit ou desdits éléments électriques chauffants. Le boîtier 2 définit également une deuxième chambre 22 dans laquelle est logée l’unité de commande 8 du courant circulant dans le ou les éléments électriques chauffants 4. Enfin, le boîtier définit une troisième chambre 23 qui est séparée de la première chambre 21 au moyen du couvercle 6. Le boîtier 2 est formé, par exemple, par moulage d’aluminium et/ou alliage d’aluminium. Pour assurer la circulation du fluide dans la chambre 21, le boîtier 2 comprend au moins une première tubulure d’entrée (non représentée) et au moins une deuxième tubulure 25 de sortie en communication avec ladite chambre 21. La tubulure d’entrée et la tubulure de sortie 25 sont disposées d’un même côté du boîtier 2, ici au niveau d’un fond 26 du boîtier 2. La tubulure de sortie 25 débouche directement dans la chambre 21 à travers une première lumière 25a. La tubulure d’entrée débouche dans la chambre 21 par une deuxième lumière formée à une extrémité de ladite chambre, à l’opposé du fond 26. La tubulure d’entrée comprend un canal longeant longitudinalement la chambre 21 et débouchant dans ladite chambre par la deuxième lumière. Chaque élément électrique chauffant 4 comprend une résistance blindée 41 disposée en spirale, ainsi qu’au moins un terminal de connexion 42 destiné à relier ladite résistance à une source d’alimentation en courant. Lesdits éléments électriques chauffants 4 s’étendent longitudinalement dans le boîtier 2 à travers le couvercle 6. Pour ce faire, le couvercle 6 comprend des ouvertures 61 dans lesquelles les éléments électriques chauffants 4 sont montés de telle manière que, pour chacun desdits éléments électriques, la résistance 41 s’étende dans la première chambre 21 et les terminaux 42 s’étendent à travers le couvercle 6 et débouchent dans la troisième chambre 23. La liaison entre ledit couvercle 6 et lesdits terminaux 42 est étanche. La deuxième chambre 22 est située au-dessus de la première chambre 21, le long de celle-ci, et présente un bord supérieur obturé au moyen d’un capot supérieur 3. En outre, la deuxième chambre 22 comprend des projections verticales 22a ainsi qu’une plateforme 22b formées sur une paroi de séparation 10 entre ladite deuxième chambre et la première chambre 21. L’unité de commande 8 comprend une carte électronique 81 ainsi qu’un ensemble de commutateurs 82 reliés à ladite carte électronique, en particulier au moins deux, voire au moins trois commutateurs. Ladite carte électronique 81 est fixée au niveau des projections 22a de la deuxième chambre 22. Les commutateurs 8 sont fixés au niveau de la plateforme 22b, sous ladite carte électronique 81. En particulier, les commutateurs 82 peuvent être choisis parmi les transistors bipolaires à grille isolée (de l’anglais Insulated Gate Bipolar Transistor - IGBT) et/ou les transistors à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - MOSFET), connus pour leur capacité à gérer des puissances d’alimentation élevées requises dans une application de chauffage de véhicule électrique ou hybride. En référence à la figure 2, les commutateurs 82, ici au nombre de quatre et référencés respectivement 82A, 82B, 82C, 82D, sont identiques entre eux. Chaque commutateur, par exemple le commutateur 82A, comprend un corps plan 83 qui présente au moins un côté long 831 s’étendant suivant un grand axe 833 et au moins un côté court 832 s’étendant suivant un petit axe 834. L’un des côtés courts 832 est pourvu d’un plot 84 de connexion électrique, comprenant par exemple des broches conductrices 84a au nombre de trois et s’étendant suivant le grand axe 833. Avantageusement, le corps 83 présente une forme sensiblement rectangulaire et comprend deux cotés longs 831a, 831b opposés ainsi qu’un premier côté court 832a portant le plot 84 de connexion électrique et un deuxième côté court 832b opposé audit premier côté court. Pour simplifier la figure, les repères de ces différents côtés n’ont pas été positionnés pour tous les commutateurs. Par la suite, le grand axe 833 sera appelé « axe longitudinal ». Les côtés longs 831a, 831b seront désignés par le terme « flancs », et les côtés courts 832a, 832b seront désignés par le terme « bords » En particulier, le côté court 832b dépourvu de plot de connexion électrique sera désigné par le terme « bord libre » par opposition au côté court 832a pourvu de plot. Les commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D sont associés par paires 82A, 82B ; 82C, 82D. Cette association par paire correspond préférentiellement à l’un des éléments électriques chauffants 4 du dispositif de chauffage 1 selon un montage en parallèle illustré dans le schéma électrique de la figure 3. Dans chacune des paires de commutateurs 82A, 82B ; 82C, 82D, l’un des commutateurs 82A, 82C est relié à un générateur de modulation de largeur d’impulsion (de l’anglais Pulse Width Modulation PWM) de l’unité de commande 8, dans le but d’effectuer une régulation du courant traversant l’élément chauffant 4 ; et l’autre commutateur 82B, 82D assure la sécurité de l’élément chauffant 4. Selon l’invention, les commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D sont positionnés les uns par rapport aux autres de telle sorte que, dans au moins une paire de commutateurs adjacents, l’un des commutateurs, dit premier commutateur, présente un bord libre disposé au moins en partie en regard d’un flanc de l’autre commutateur, dit deuxième commutateur. Une telle disposition optimise la ligne de fuite entre les broches 84a du premier commutateur et les broches 84a du deuxième commutateur, et permet ainsi de limiter le risque de court-circuit. La figure 2 représente un premier exemple d’agencement des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D selon l’invention. On peut y distinguer quatre paires de commutateurs adjacents, à savoir la paire 82A, 82B, la paire 82B, 82C, la paire 82C, 82D et la paire 82D, 82A. Dans chacune de ces paires, par exemple la paire 82A, 82B, le bord libre 832b du premier commutateur 82A est disposé entièrement en regard d’un flanc 831a du deuxième commutateur 82B. Ledit bord libre est séparé dudit flanc d’une distance X supérieure à 4 mm. De plus, un flanc 831a du premier commutateur 82A est aligné avec le bord libre 832b du deuxième commutateur 82B. Dans cet exemple, pour une première paire des commutateurs 82A, 82B, l’axe longitudinal 833 du commutateur 82A forme avec l’axe longitudinal 833 du commutateur 82B un premier sommet S1 et un angle sensiblement égal 90°. Pour la paire complémentaire 82C, 82D, l’axe longitudinal 833 du commutateur 82C forme avec l’axe longitudinal 833 du commutateur 82D un deuxième sommet S2 et un angle sensiblement égal 90°. Les sommets S1, S2 définissent un axe 835, dit axe commun, de part et d’autre duquel les broches 84a des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D s’étendent de manière oblique. En particulier, les broches 84a situées d’un même côté de l’axe commun 835 s’étendent transversalement d’un commutateur à l’autre, donnant à l’ensemble une configuration en étoile. On note une distance angulaire d’environ 90° entre les broches 84a de deux commutateurs adjacents, la distance angulaire étant mesurée entre les axes longitudinaux 833 desdits commutateurs adjacents. En outre, on note une distance linéaire minimale L1 entre les plots 84 de connexion électrique de deux commutateurs adjacents, et plus précisément entre les broches conductrices 84a les plus proches desdits commutateurs. Cette distance linéaire minimale correspond sensiblement à la ligne de fuite induite par l’agencement des commutateurs selon l’invention. La figure 4 illustre un deuxième exemple d’agencement de commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D selon l’invention. Ce nouvel agencement est similaire au précédent excepté le fait qu’ici, dans chaque paire de commutateurs, par exemple la paire 82A, 82B, le bord libre 832b du premier commutateur 82A est disposé partiellement en regard d’un flanc 831a du deuxième commutateur 82B. Ledit bord présente ainsi un décalage D1 par rapport audit flanc. Comme dans l’exemple précédent, les plots 84 de connexion électrique des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D s’étendent en étoile, et on note une distance angulaire d’environ 90° entre les plots 84 de connexion électrique de deux commutateurs adjacents. Toutefois, la distance minimale entre les plots 84 de connexion électrique de deux commutateurs adjacents, notée ici L2, est supérieure à celle L1 mesurée dans l’exemple précédent. Ainsi, l’agencement de la figure 4 permet de réduire, mieux que l’agencement de la figure 3, le risque de court-circuit entre les plots 84 de connexion électrique de deux commutateurs adjacents. Il est à noter que les différents décalages entre commutateurs adjacents induisent non seulement des lignes de fuite supérieures entre les plots de connexion électrique desdits commutateurs, mais également un écartement plus important entre les bords libres de l’ensemble du système des commutateurs. Les figures 5a-5b illustrent un troisième exemple d’agencement des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D selon l’invention. On peut y distinguer cinq paires de commutateurs adjacents, à savoir la paire 82A, 82B, la paire 82B, 82C, la paire 82D, 82C, la paire 82A, 82D, et la paire 82B, 82D. En référence à la figure 5a, dans chacune des paires 82A, 82B ; 82B, 82D ; et 82D, 82C, par exemple la paire 82A, 82B, le bord libre 832b du premier commutateur 82A est disposé entièrement en regard d’un flanc 831a du deuxième commutateur 82B. Ledit premier commutateur présente un flanc 831a aligné avec le bord libre 832b du deuxième commutateur 82B. On retrouve ainsi entre les plots 834 de connexion électrique des commutateurs adjacents de chacune de ces paires la même distance angulaire inter-plots que celle relevée dans l’exemple 1, et une distance linéaire minimale L3 égale à celle L1 de l’exemple 1. En revanche, dans chacune des paires 82B, 82C ; 82A, 82D, l’un des commutateurs présente un flanc 831b disposé en regard d’un flanc 831a de l’autre commutateur. Lesdits flancs présentent un décalage D2 qui induit une distance linéaire L4 entre les broches les plus proches des commutateurs adjacents. On remarque que la distance L4 mesurée entre les plots 84 de connexion électrique des commutateurs adjacents 82B, 82C ; 82A, 82D ayant leurs flancs en regard est inférieure à la distance L3 mesurée entre les plots 84 de connexion électrique des commutateurs adjacents 82A, 82B ; 82B, 82D, et 82D, 82C ayant respectivement un bord libre et un flanc en regard. Cette distance L4 reste cependant significative et l’orientation des plots 84 de connexion électrique est avantageuse, comme cela sera développé plus loin. Comme dans les exemples précédents, l’axe longitudinal 833 du commutateur 82A forme avec l’axe longitudinal 833 du commutateur 82B un premier sommet S1 et un angle sensiblement égal 90°. L’axe longitudinal 833 du commutateur 82C forme avec l’axe longitudinal 833 du commutateur 82D un deuxième sommet S2 et un angle sensiblement égal 90°. Les sommets S1, S2 définissent un axe commun 835 de part et d’autre duquel les plots 84 de connexion électrique des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D s’étendent de manière oblique. Toutefois, à la différence des exemples précédents, les plots 84 de connexion électrique situés d’un même côté de l’axe commun 835 présentent une même orientation et un même angle d’inclinaison β, ce qui confère à l’ensemble des plots 84 de connexion électrique une configuration en épi. Dans cette configuration, il peut être plus aisé de connecter les commutateurs aux circuits électriques dans lesquels ils sont intégrés. En référence aux figures 4 et 5b, les commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D sont en contact avec un drain thermique 85 apte à évacuer la chaleur dégagée par lesdits commutateurs. Le drain thermique 85 comprend au moins une lamelle ressort 86 destinée à maintenir l’un des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D en position plaquée contre la plateforme 22c de la deuxième chambre 22contre un support des commutateurs de sorte à assurer un bon contact entre ledit commutateur et ledit drain. L’orientation de la lamelle 86 est la même que celle du commutateur associé. Ici, les lamelles 86 sont au nombre de quatre et peuvent être disposées en étoile (figure 4) ou en épi (figure 5b) selon l’agencement des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D, une lamelle ressort étant de la sorte prévue par commutateur. En outre, le drain thermique 85 présente au moins une ouverture 87 de passage d’une vis de fixation sur la plateforme 22c de la deuxième chambre 22. En référence à la figure 4, le drain thermique 85 présente un orifice central ainsi que quatre orifices périphériques qui sont positionnés chacun entre deux lames ressort. Les orifices périphériques sont séparés d’une distance angulaire de 90°. En référence à la figure 5b, le drain thermique 85 est pourvu de trois orifices 87 espacés angulairement de 120°. Dans chacun de ces modes, le drain thermique 85 est commun à l’ensemble des commutateurs 82A, 82B, 82C, 82D. Dispositif de chauffage électrique de fluide, notamment pour véhicule automobile, comprenant au moins deux commutateurs (82A, 82B) d’une unité de commande (8) d’un courant d’alimentation d’au moins un élément (4) de chauffage du fluide, le premier commutateur (82A) et le deuxième commutateur (82B) comprenant un premier bord (832a) pourvu d’un plot (84) de connexion électrique, un deuxième bord (832b) opposé audit premier bord, dit libre, ainsi qu’au moins un flanc (831) s’étendant entre lesdits bords, caractérisé en ce que le bord libre (832b) dudit premier commutateur (82A) est positionné au moins en partie en regard d’un flanc (831a) dudit deuxième commutateur (82B). Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel un axe longitudinal (833) du premier commutateur (82A) forme avec un axe longitudinal (833) du deuxième commutateur (82B) un premier sommet (S1) et un angle sensiblement égal à 90°. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, comprenant un troisième commutateur. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente dans lequel les premiers et deuxième commutateurs forment une première paire, le dispositif comprenant une seconde dite paire (82C, 82D), formée du troisième commutateur (82C) et d’un quatrième commutateur (82D), dans lequel un axe longitudinal (833) du troisième commutateur (82C) forme avec un axe longitudinal (833) du quatrième commutateur (82D) un deuxième sommet (S2) et un angle sensiblement égal à 90°. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel les plots (84) de connexion électrique des commutateurs (82A, 82B, 82C, 82D) comprennent des broches (84a) et dans lequel le premier sommet (S1) et le deuxième sommet (S2) définissent un axe commun (835) de part et d’autre duquel lesdites broches (84a) s’étendent de manière oblique. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel les plots (84) de connexion électrique situés d’un même côté de l’axe commun (835) s’étendent transversalement d’un commutateur à l’autre. Dispositif de chauffage selon la revendication 5, dans lequel les plots (84) de connexion électrique situés d’un même côté de l’axe commun (835) présentent une même direction et un même angle d’inclinaison (β) par rapport audit axe commun (835). Dispositif de chauffage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins un des commutateurs (82B) présente un flanc (831a) parallèle et décalé par rapport au bord libre (832b) du ou d’un des commutateurs adjacents (82A). Dispositif de chauffage selon l’une des revendications 3 à 7, dans lequel au moins un des commutateurs (82B) présente un flanc aligné avec le bord libre (832b) d’un des commutateurs adjacents, et un bord libre (832b) aligné avec un flanc d’un autre des commutateurs adjacents. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un drain thermique (85) en contact avec les commutateurs (82A, 82B, 82C, 82D).