Brevet FR3129766A1 — publié le 20230602

Ce dispositif de refroidissement (2) d’un noyau magnétique (4) d’une électronique de puissance comprend un canal de refroidissement (6) étanche réalisé dans la géométrie du noyau magnétique (4) et un dissipateur thermique (12) positionné en dehors de la géométrie du noyau magnétique (4) et relié au canal de refroidissement (6), le canal de refroidissement (6) comprenant un fluide (10) comprenant des particules magnétocaloriques (14). Figure pour l’abrégé : Fig 1 Dispositif de refroidissement d’un noyau magnétique par circulation de particules magnétocaloriques La présente invention concerne les systèmes de refroidissement pour des composants d’électronique de puissance. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de refroidissement de composants magnétiques à partir de la circulation de fluide chargé en nanoparticules. La présente invention peut être appliquée à des électroniques de puissance, par exemple à des convertisseurs électriques. Techniques antérieures Dans le domaine de l’électronique de puissance, les composants magnétiques sont contraints par leur facteur de forme. Par exemple, un noyau magnétique est souvent l’émetteur de pertes thermiques qu’il est nécessaire d’évacuer. Cependant, la géométrie des noyaux magnétiques limite le refroidissement desdits noyaux magnétiques avec des solutions mettant en œuvre des dissipateurs thermiques classiques. Les noyaux magnétiques toriques sont particulièrement difficiles à refroidir car leur surface est généralement recouverte d’un bobinage qui limite alors le transfert et la dissipation de chaleur vers le milieu ambiant. Les noyaux magnétiques en « E », « EE » ou « EI » disposent généralement d’une surface d’échange au contact de laquelle peut être placé un dissipateur thermique, par exemple à ailettes. Cependant, le positionnement d’un dissipateur thermique externe à proximité d’un noyau magnétique pénalise la densité de puissance du système électromagnétique ainsi que le rendement global lorsqu’une convection forcée est mise en place, par exemple sous forme de ventilation. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de fournir un dispositif de refroidissement d’un noyau magnétique efficace et sans perturbation du fonctionnement dudit noyau magnétique. La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement d’un noyau magnétique d’une électronique de puissance, le dispositif de refroidissement comprenant un canal de refroidissement étanche réalisé dans la géométrie du noyau magnétique, et un dissipateur thermique positionné en dehors de la géométrie du noyau magnétique et relié au canal de refroidissement, le canal de refroidissement comprenant un fluide comprenant des particules magnétocaloriques. Ainsi, l’utilisation d’un canal de refroidissement dans le noyau magnétique permet un accès facilité sans diminuer les performances du noyau. De plus, l’utilisation de particules magnétocaloriques dans le fluide permet de mettre en mouvement le fluide sans pompe, par simple application d’un champ magnétique sur les particules magnétocaloriques. Avantageusement, la fréquence du champ magnétique généré dans le noyau magnétique correspond à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques. Dans un mode de réalisation, le dispositif de refroidissement comprend en outre un générateur de champ magnétique dont la fréquence correspond à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques. Avantageusement, les particules magnétocaloriques sont des nanoparticules métalliques. Dans un mode de réalisation particulier, les particules magnétocaloriques sont des particules de gadolinium. Avantageusement, le dissipateur thermique est commun à d’autres systèmes de refroidissement de composants électroniques. L’invention a également pour objet une électronique de puissance comprenant un noyau magnétique et un dispositif de refroidissement tel que défini précédemment. L’invention a encore pour objet un procédé de refroidissement d’un noyau magnétique comprenant une étape de mise en mouvement du fluide du dispositif de refroidissement tel que défini précédemment et/ou de l’électronique de puissance telle que définie précédemment par génération d’un champ magnétique de fréquence correspondant à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre une coupe schématique d’un dispositif de refroidissement d’un noyau magnétique selon l’invention dans un premier mode de réalisation ; illustre une coupe schématique d’un dispositif de refroidissement d’un noyau magnétique selon l’invention dans un second mode de réalisation ; et illustre un procédé de refroidissement d’un noyau magnétique selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté sur la une vue schématique en coupe d’un premier mode de réalisation d’un dispositif de refroidissement 2 d’un noyau magnétique 4 d’une électronique de puissance. Le dispositif de refroidissement 2 comprend un canal de refroidissement 6 réalisé dans la géométrie du noyau magnétique 4. Sur la , le noyau magnétique 4 illustré est torique et comprend un bobinage (non représenté) enroulé autour du noyau magnétique 4. Il peut cependant prendre toute autre géométrie permettant la présence d’un canal de refroidissement 6 interne au noyau magnétique. Le dispositif de refroidissement 2 comprend également un dissipateur thermique 8 situé à l’extérieur de la géométrie du noyau magnétique 4. Le canal de refroidissement 6 est un circuit fermé étanche passant de l’intérieur de la géométrie du noyau magnétique 4 vers l’extérieur du noyau magnétique 4 jusqu’au dissipateur thermique 8. Le canal de refroidissement 6 peut être fabriqué en même temps que le noyau magnétique 4, par exemple par moulage. Alternativement, le noyau magnétique 4 est usiné après la fabrication du noyau magnétique de manière à former un canal de refroidissement 6 pour le dispositif de refroidissement 2. Dans ce dernier cas, le noyau magnétique 4 peut être fabriqué en plusieurs parties qui, une fois usinées, sont assemblées par fabrication additive ou avec une colle industrielle ou un moyen de maintien mécanique. Le canal de refroidissement 6 comprend un fluide 10 destiné à circuler de manière à transférer la chaleur perdue par le noyau magnétique 4 vers le dissipateur thermique 8. En particulier, le dissipateur thermique 8 comprend des ailettes 12 de sorte que la surface de contact du dissipateur thermique avec le milieu extérieur est maximisée, facilitant ainsi la dissipation de chaleur. Le dissipateur thermique 8 peut de manière optionnelle servir au refroidissement d’autres composants électromagnétiques. En particulier, d’autres systèmes de refroidissement annexes peuvent dissiper la chaleur à l’aide du dissipateur thermique 8. Alternativement ou additionnellement, le canal de refroidissement 6 passe au contact d’autres composants électromagnétiques de manière à les refroidir. Le fluide 10 contenu dans le canal de refroidissement 6 comprend des particules magnétocaloriques 14. Dans un mode de réalisation particulier, les particules magnétocaloriques 14 sont des nanoparticules métalliques, également appelés ferro-fluides, de préférence des particules de gadolinium, connu pour son effet magnétocalorique. Les particules magnétocaloriques 14 ont des diamètres compris entre 50 et 100 nanomètres et sont suspendus dans le fluide 10 qui les contient. Les particules magnétocaloriques 14 représentent environ 1% à 10% du volume de fluide 10 total. Les particules magnétocaloriques 14 ont la faculté, sous certaines conditions, d’augmenter la conductivité thermique du fluide 10. En particulier, le fluide 10 est un liquide, par exemple de l’eau ou de l’huile. De plus, sous l’excitation d’un champ magnétique, les particules magnétocaloriques 14 se magnétisent et s’orientent dans une direction donnée, définie par le champ magnétique appliqué. Ainsi, les particules magnétocaloriques 14 excitées peuvent mettre en mouvement le fluide 10 qui les contient. Dans une telle situation, le fluide 10 circule dans le canal de refroidissement 6 sans pompe pour engager le mouvement, ce qui permet un gain d’espace à proximité du noyau magnétique 4. Dans le mode de réalisation représenté sur la , le champ magnétique concentré dans le noyau magnétique 4 lorsque celui-ci est en régime permanent permet l’excitation des particules magnétocaloriques 14 et ainsi la mise en mouvement du fluide 10 et le refroidissement du noyau magnétique 4. Pour cela, la fréquence du champ magnétique généré dans le noyau magnétique 4 correspond à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques 14. On a représenté sur la une vue schématique en coupe d’un second mode de réalisation d’un dispositif de refroidissement 2 d’un noyau magnétique 4 d’une électronique de puissance. Dans ce second mode de réalisation, le dispositif de refroidissement 2 est identique au premier mode de réalisation et comprend en outre un générateur 16 de champ magnétique positionné à proximité du canal de refroidissement 6. Le générateur 16 de champ magnétique comprend par exemple une alimentation 18 et une bobine 20. Le générateur 16 de champ magnétique génère un champ magnétique dont la fréquence correspond à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques 14. Lorsque le noyau magnétique 4 génère un champ magnétique insuffisant ou dont la fréquence ne correspond pas à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques 14, le générateur 16 de champ magnétique permet d’exciter les particules magnétocaloriques 14 et ainsi de mettre en mouvement le fluide 10 et refroidir le noyau magnétique 4. On a représenté sur la un procédé de refroidissement d’un noyau magnétique 4 comprenant une étape 22 de mise en mouvement du fluide 10 du dispositif de refroidissement 2 tel que décrit précédemment. En particulier, la mise en mouvement est effectuée par génération d’un champ magnétique de fréquence et d’intensité correspondant à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques 14. Le champ magnétique est généré par le noyau magnétique 4 et/ou par le générateur 16 de champ magnétique. Dispositif de refroidissement (2) d’un noyau magnétique (4) d’une électronique de puissance, caractérisé en ce qu’il comprend un canal de refroidissement (6) étanche réalisé dans la géométrie du noyau magnétique (4), et un dissipateur thermique (12) positionné en dehors de la géométrie du noyau magnétique (4) et relié au canal de refroidissement (6), le canal de refroidissement (6) comprenant un fluide (10) comprenant des particules magnétocaloriques (14). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la fréquence du champ magnétique généré dans le noyau magnétique (4) correspond à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques (14). Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant en outre un générateur (16) de champ magnétique dont la fréquence correspond à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques (14). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les particules magnétocaloriques (14) sont des nanoparticules métalliques. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les particules magnétocaloriques (14) sont des particules de gadolinium. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dissipateur thermique (12) est commun à d’autres systèmes de refroidissement de composants électroniques. Electronique de puissance, caractérisée en ce qu’elle comprend un noyau magnétique (4) et un dispositif de refroidissement (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Procédé de refroidissement d’un noyau magnétique (4), caractérisé en ce qu’il comprend une étape (22) de mise en mouvement du fluide (10) du dispositif de refroidissement (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et/ou de l’électronique de puissance selon la revendication 7 par génération d’un champ magnétique de fréquence correspondant à la fréquence d’excitation des particules magnétocaloriques (14).