Brevet FR3115652A1 — publié le 20220429

Ensemble (100) électronique comportant un logement (1) électronique dans lequel sont disposés au moins un élément électronique sur une surface (4) support et un système (10) de refroidissement disposé sous l’élément électronique, le système (10) de refroidissement comportant : - un circuit (2) de refroidissement, dans lequel circule un fluide de refroidissement, - au moins un conducteur (5) de chaleur. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Ensemble électronique comportant un système de refroidissement La présente invention concerne le refroidissement de l’ensemble électronique d’une machine électrique d’un véhicule automobile, et par exemple une machine électrique tournante. Plus particulièrement, l’invention trouve des applications dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les générateurs, alternateurs, les alterno-démarreurs, dont les tensions sont comprises entre 10 et 60V, et par exemple sont égales ou supérieures à 48V. L’ensemble électronique, disposé dans un logement électronique, comporte au moins un module de puissance dont la température s’élève lors de son fonctionnement, la valeur de l’élévation de cette température étant liée au dimensionnement du module de puissance. L’augmentation de température va créer des dommages importants au niveau du module de puissance lui-même et au niveau des autres éléments de l’ensemble électronique. Pour limiter ces effets thermiques, il est connu d’utiliser un circuit de refroidissement du logement électronique. Le circuit de refroidissement, en général en aluminium, est disposé sous le module de puissance. Un problème avec ce type de circuit de refroidissement provient du fait que l’échange thermique entre l’aluminium et le fluide de refroidissement n’est pas suffisant pour obtenir un refroidissement efficace des modules de puissance. En effet, l’aluminium n’étant pas suffisamment conducteur, la température du fluide de refroidissement est hétérogène le long du circuit de refroidissement. Il est reste ainsi des points chauds sous les modules de puissance. La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients des dispositifs de l’art antérieur en proposant un système de refroidissement amélioré en limitant les points chauds, qui par conséquent limite les dommages dus aux effets thermiques en abaissant la température. Pour cela la présente invention propose un ensemble électronique comportant un logement électronique dans lequel sont disposés au moins un élément électronique sur une surface support et un système de refroidissement disposé sous l’élément électronique, le système de refroidissement comportant : - un circuit de refroidissement, dans lequel circule un fluide de refroidissement, - au moins un conducteur de chaleur. La présence du conducteur de chaleur permet d’homogénéiser le refroidissement et de limiter les points chauds, ce qui par conséquent limite les dommages dus aux effets thermiques. Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément électronique est un module de puissance. Selon un mode de réalisation de l’invention, le conducteur de chaleur est un caloduc ou une chambre de vapeur disposé dans un logement formé dans la surface support sous l’élément électronique. Selon un mode de réalisation de l’invention, le conducteur de chaleur est un caloduc rectiligne. Selon un mode de réalisation de l’invention, le conducteur de chaleur est un caloduc en forme de U évasé. Selon un mode de réalisation de l’invention, le conducteur de chaleur est formé par au moins un groupe de trois caloducs rectilignes. Selon un mode de réalisation de l’invention, les trois caloducs sont disposés parallèlement les uns aux autres, chacun dans un logement indépendant. Selon un mode de réalisation de l’invention, le conducteur est formé par un groupe de deux caloducs en forme de U entre lesquels est disposé un caloduc rectiligne, les U étant disposés inversés de façon à avoir les extrémités vers l’extérieur. L’invention concerne également un ensemble comprenant une machine électrique et un ensemble selon l’invention. L’invention concerne également l’utilisation de l’ensemble selon l’invention dans un véhicule automobile. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles: - la est une représentation schématique d’une vue en coupe transversale d’un logement électronique avec système de refroidissement selon l'invention, - la est une vue en élévation d’un mode de réalisation d’une partie d’un système de refroidissement selon l'invention, - la est une vue en élévation d’un autre mode de réalisation d’une partie d’un système de refroidissement selon l'invention, - la est une représentation schématique d’une vue de dessus d’un mode de réalisation d’un système de refroidissement selon l'invention. La illustre un ensemble 100 électronique comportant un logement 1 électronique avec un système 10 de refroidissement, pour machine électrique. La machine électrique est par exemple une machine électrique tournante. Par exemple, la machine électrique tournantes est du type générateur, alternateur, alterno-démarreurs, dont les tensions sont comprises entre 10 et 60V, et par exemple sont égales ou supérieures à 48V. Le logement 1 électronique comprend des éléments électroniques, et par exemple au moins un module 3 de puissance connecté à un circuit imprimé. Selon un mode de réalisation de l’invention, le logement 1 électronique comprend des composants de l’électronique de puissance. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le logement 1 électronique comprend des composants de l’électronique de commande. Le module de puissance 3 est disposé sur une surface support 4, du logement 1 électronique. Le système 10 de refroidissement est disposé sous le module de puissance 3. Le système 10 de refroidissement est ainsi disposé de façon à permettre le refroidissement des composants électroniques et plus particulièrement du module 3 de puissance. Dans le cadre de l’invention, le système 10 de refroidissement est formé par un circuit 2 de refroidissement et un conducteur 5 de chaleur. Le conducteur 5 de chaleur est disposé dans au moins un logement 50 formé au niveau de la surface 4 support. Le conducteur 5 est ainsi disposé dans l‘épaisseur de la paroi 22 du circuit 2 de refroidissement formant la surface 4 support. Dans le cadre de l’invention le conducteur 5 de chaleur est formé par une chambre de vapeur. Selon une variante de l’invention, le conducteur de chaleur est formé par un moins un caloduc. Selon un mode de réalisation de l’invention, le caloduc est rectiligne, comme illustré . Selon un mode de réalisation de l’invention, le caloduc comporte une portion rectiligne et deux extrémités qui s’écartent de l’axe du caloduc dans la même direction et forment un U évasé, comme illustré . Selon un autre mode de réalisation le conducteur est formé par au moins un groupe de trois caloducs rectilignes. Les trois caloducs sont disposés parallèlement les uns aux autres, chacun dans un logement indépendant. Les caloducs rectilignes peuvent être disposés sur toute la surface et augmenter la surface de refroidissement. Selon un mode de réalisation illustré , le système 10 de refroidissement comporte quatre groupes de trois caloducs rectilignes. Selon un mode de réalisation de l’invention illustrée , le conducteur 5 est formé par un groupe de deux caloducs en forme de U entre lesquels est disposé un caloduc rectiligne. Les U étant disposés inversés de façon à avoir les extrémités vers l’extérieur. Ce mode de réalisation permet d’augmenter la surface de refroidissement en limitant le nombre de caloducs utilisés. La illustre un mode de réalisation de l’invention dans lequel un groupe de trois caloducs 5 est disposé sous un ensemble de modules 3 de puissance alignés. Le circuit 2 de refroidissement est formé par un canal 21 formé dans le corps 22 du circuit 2. Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit 2 de refroidissement est formé par un canal 21 circulaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit 2 de refroidissement est formé par un canal 21 en forme de parallélépipède ou toutes formes compatibles avec le fonctionnement du circuit 2 de refroidissement. Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit 2 de refroidissement est en aluminium. Le circuit 2 de refroidissement est parcouru par un fluide 6 de refroidissement. Selon un mode de réalisation de l’invention, le fluide 6 de refroidissement est de l’eau. Selon un mode de réalisation de l’invention, le fluide 6 de refroidissement est un mélange eau-glycol. Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit 2 de refroidissement comporte sur sa surface 22 interne des excroissances 21 primaires également appelés picots. La surface 22 interne est définie par la surface du circuit 2 en contact avec le fluide 6 de refroidissement. Les excroissances 21 primaires sont disposées de façon à générer des turbulences au sein du liquide 6 de refroidissement. Les excroissances 21 primaires sont disposées sur la face 25 en contact avec la surface 4 support du logement 1. Dans le cadre de l’invention, le circuit 2 de refroidissement est fermé par un capot 6. Selon un mode de réalisation de l’invention, le capot 6 est disposé dans un plan parallèle à celui du support 4 du power module 3, c’est-à-dire un plan parallèle à la face 25 en contact avec la surface 4 support du logement 1. Selon un mode de réalisation de l’invention, le capot 6 est disposé dans un plan formant un angle compris entre zéro et moins de 90 degrés avec le plan du support 4 du power module 3. La surface interne 23 du capot 6 du circuit 2 de refroidissement comporte au moins une excroissance turbulatrice 24 secondaire. Selon un mode de réalisation de l’invention, le circuit 2 comporte au moins deux excroissances turbulatrices 24. Selon un mode de réalisation de l’invention, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont formées directement à partir de la paroi du capot 6 circuit 2 de refroidissement, soit par emboutissage, soit par surmoulage de la fonderie. Selon un mode de réalisation de l’invention illustré , les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées en quinconce. Selon un mode de réalisation, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont intercalées avec les excroissances 21 primaires afin de forcer le fluide à slalomer entre les excroissances turbulatrices 24 secondaires. Le fait de slalomer permet d’améliorer l’échange. Les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont ainsi disposées sur l’extérieur de la trajectoire du fluide afin de forcer l’eau à turbuler Les excroissances turbulatrices 24 secondaires permettent de décoller le fluide de refroidissement de la surface interne 23 du capot 6. De plus les excroissances turbulatrices 24 secondaires perturbent les turbulences crées par les excroissances 21 primaires. Cela augmente l’échange thermique. En effet, ces excroissances turbulatrices 24 secondaires perturbent l’écoulement afin d’augmenter le coefficient de Reynolds et optimisent alors l’échange de chaleur des excroissances qui sont sous le module de puissance. Selon un mode de réalisation de l’invention, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées sur une partie du circuit. Plus précisément, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées sous le power module 3. Selon un mode de réalisation de l’invention, les excroissances turbulatrices 24 secondaires sont disposées tout le long du circuit 2 de refroidissement. Le nombre et la taille des excroissances turbulatrices 24 secondaires sont définis en fonction de la taille du circuit 2 de refroidissement. Le nombre et la taille des excroissances turbulatrices 24 secondaires sont définies de façon à permettre une turbulence 20 optimale du fluide de refroidissement. L’invention concerne également l’utilisation l’ensemble 100 selon l’invention dans un véhicule thermique, électrique ou hybride. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications. Ensemble (100) électronique comportant un logement (1) électronique dans lequel sont disposés au moins un élément électronique sur une surface (4) support et un système (10) de refroidissement disposé sous l’élément électronique, le système (10) de refroidissement comportant : - un circuit (2) de refroidissement, dans lequel circule un fluide de refroidissement, - au moins un conducteur (5) de chaleur. Ensemble (100) électronique selon la revendication 1 dans lequel l’élément électronique est un module de puissance (3). Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel le conducteur de chaleur est un caloduc (5) ou une chambre de vapeur disposé dans un logement (50) formé dans la surface (4) support sous l’élément électronique. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 à 3, dans lequel le conducteur (5) de chaleur est un caloduc rectiligne. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 1 à 3, dans lequel le conducteur (5) de chaleur est un caloduc en forme de U évasé. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 4 ou 5, dans lequel le conducteur (5) de chaleur est formé par au moins un groupe de trois caloducs rectilignes. Ensemble (100) électronique selon la revendication 6, dans lequel les trois caloducs (5) sont disposés parallèlement les uns aux autres, chacun dans un logement (50) indépendant. Ensemble (100) électronique selon une des revendications 4 à 7, dans lequel le conducteur (5) est formé par un groupe de deux caloducs en forme de U entre lesquels est disposé un caloduc rectiligne, les U étant disposés inversés de façon à avoir les extrémités vers l’extérieur. Ensemble comprenant une machine électrique et un ensemble selon une des revendications 1 à 8. Utilisation de l’ensemble selon la revendication 9 dans un véhicule automobile.