Brevet FR3131177A1 — publié le 20230623

BLOC DE CONDENSATEURS INTÉGRÉ AVEC ÉLÉMENT DE DISSIPATION DE CHALEUR Le présent sujet concerne un convertisseur de puissance électrique (100) d’un ensemble électrique rotatif (300). Le convertisseur de puissance électrique (100) comprend un module de commande (400) logé dans un boîtier (104), un ou plusieurs modules de puissance, un bloc de condensateurs (200) et un élément de dissipation de chaleur (106). Le bloc de condensateurs (200) comprend au moins un condensateur (202) monté sur une base électriquement conductrice (204) de telle sorte qu’une face de dissipation des condensateurs (202) est adjacente à une surface inférieure (402) du boîtier (104). L’élément de dissipation de chaleur (106) comprend une cavité (210). La cavité (210) a une surface intérieure (212) configurée pour être montée avec la base électriquement conductrice (204) du bloc de condensateur (200). Le poids total et la taille de l’emballage du convertisseur de puissance électrique (100) sont réduits. En outre, les capacités de dissipation de chaleur du convertisseur de puissance électrique (100) sont également améliorées. Figure pour l’abrégé : [figure 5B] BLOC DE CONDENSATEURS INTÉGRÉ AVEC ÉLÉMENT DE DISSIPATION DE CHALEUR DOMAINE DE L’INVENTION Le présent sujet concerne en général un ensemble électrique rotatif, et plus spécifiquement un convertisseur de puissance électrique d’un ensemble électrique rotatif. ARRIÈRE-PLAN Le présent sujet concerne un ensemble électrique rotatif, spécifiquement un convertisseur de puissance électrique d’un ensemble électrique rotatif. Les ensembles électriques rotatifs, bien que typiquement utilisés pour entraîner des véhicules à moteur, peuvent avoir de larges applications telles que des tondeuses à gazon, des drones, des pompes, des turbines, etc. Un ensemble électrique rotatif comprend généralement une machine électrique rotative et un convertisseur de puissance électrique. Pendant son fonctionnement, le convertisseur de puissance électrique est susceptible de surchauffer. Dans un scénario où la chaleur générée par le convertisseur de puissance électrique n’est pas efficacement dissipée, les composants du convertisseur de puissance électrique peuvent être endommagés, ce qui affecte le fonctionnement normal de la machine électrique rotative. Il est donc impératif de préserver le convertisseur de puissance électrique de tout problème de chauffage afin d’assurer que l’intégrité de la machine électrique rotative soit maintenue. En général, une machine électrique rotative, telle que celles utilisées dans les véhicules à moteur, est commandée par un convertisseur de puissance électrique. De manière classique, le convertisseur de puissance électrique comprend des modules de puissance et un module de commande disposés dans un boîtier. Les modules de puissance effectuent une conversion de courant continu (CC) en courant alternatif (CA) (et/ou vice versa) et permettent ainsi la circulation du courant vers chacune des phases électriques d’un stator de la machine électrique rotative. Le module de commande commande les modules de puissance en fonction de certains paramètres environnementaux et de données mesurées sur le véhicule à moteur. Un bloc condensateur, comportant un ou plusieurs condensateurs, est relié électriquement aux modules de puissance, pour filtrer le courant échangé entre les modules de puissance et un réseau électrique, par exemple un réseau embarqué du véhicule à moteur. Le réseau embarqué sert typiquement à fournir de l’énergie électrique à divers équipements électriques, tels que l’ensemble électrique rotatif, qui sont équipés, par exemple, dans un véhicule à moteur. Pendant son fonctionnement, le convertisseur de puissance électrique produit une grande quantité de chaleur (par exemple en raison de l’effet Joule) en raison des nombreux composants électriques, tels que le module de puissance et les condensateurs. De telles quantités de chaleur peuvent perturber le fonctionnement normal du convertisseur de puissance électrique. Par conséquent, des dissipateurs thermiques sont normalement associés au convertisseur de puissance électrique pour dissiper l’énergie thermique pendant son fonctionnement. Par conséquent, les convertisseurs de puissance électrique connus abritent également une pluralité de dissipateurs thermiques afin de favoriser les échanges de chaleur entre l’air mis en mouvement par la machine électrique rotative. Le refroidissement des condensateurs associés à son module de puissance correspondant peut cependant être complexe à mettre en œuvre, c’est pourquoi il est connu d’associer un dissipateur thermique spécifique aux condensateurs, les dissipateurs thermiques étant configurés pour être situés dans une région d’un couvercle de fermeture du convertisseur de puissance électrique. En conséquence, le dissipateur thermique est en contact thermique avec une extrémité desdits condensateurs. Cependant, la configuration classique du convertisseur de puissance électrique, notamment la configuration existante du dissipateur thermique associé aux condensateurs, reste inefficace pour la gestion de la chaleur. Par exemple, dans une configuration connue, un dissipateur thermique est configuré pour se trouver entre le bloc de condensateurs et le module de commande. Dans un tel agencement, il peut y avoir plusieurs zones ouvertes, ou zones vacantes, en particulier au niveau d’une partie de base du bloc capa. Ces zones vides sont remplies de matériau de remplissage pour la protection des composants qui y sont disposés. Un couvercle de bloc de condensateur (ou « couvercle de bloc capa »), qui sert à couvrir et à protéger le bloc capa, est ensuite placé et fixé comme un couvercle sur la partie de base. Dans la configuration susmentionnée, le bloc capa est monté sur le dissipateur thermique de telle manière qu’une face de dissipation de chaleur de chacun des condensateurs du bloc capa est englobée par une cavité formée sur le dissipateur thermique. Cette configuration est inefficace car la majeure partie de la chaleur est générée par la face de dissipation de chaleur des condensateurs et peut ne pas être dissipée efficacement, d’où la nécessité d’un moyen de refroidissement supplémentaire, tel qu’un système de refroidissement à eau, incorporé dans le convertisseur de puissance électrique. La vitesse à laquelle la chaleur est dissipée dans la configuration susmentionnée ne peut pas dépasser la vitesse à laquelle la chaleur est générée par les condensateurs, ce qui entraîne une augmentation de la température. L’augmentation de la température peut donc endommager les condensateurs, ce qui contribue à une réduction supplémentaire du rendement et nuit au fonctionnement normal du convertisseur de puissance électrique. D’une autre manière connue, un drain thermique ou une jonction thermique peut être incorporé entre un corps d’un logement (le logement dans lequel est disposé le module de commande) et un couvercle de fermeture du logement. Dans la configuration susmentionnée, la face de dissipation des condensateurs est en contact direct avec le corps, cependant, le transfert de chaleur de la face de dissipation à l’air ambiant par l’intermédiaire de la jonction thermique peut être un long chemin. Un chemin aussi long peut provoquer une surchauffe au niveau du corps du logement, car la vitesse à laquelle la chaleur est générée peut dépasser la vitesse à laquelle la chaleur est conduite par l’intermédiaire du drain thermique et dissipée dans l’air ambiant. La surchauffe au niveau du corps du logement peut perturber le fonctionnement normal du module de commande et également du condensateur. Le convertisseur de puissance électrique configuré de la manière susmentionnée est donc inefficace et susceptible d’être endommagé. En conséquence, l’ensemble électrique rotatif peut présenter des dysfonctionnements. Par conséquent, le problème technique à résoudre est de savoir comment améliorer le rendement thermique des convertisseurs de puissance électrique tout en veillant à ce que le fonctionnement normal du convertisseur de puissance électrique et donc de l’ensemble électrique rotatif ne soit pas perturbé. La présente invention vise à résoudre les problèmes susmentionnés des convertisseurs de puissance électrique classiques. La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans l’industrie automobile, où des convertisseurs de puissance électrique sont utilisés dans des ensembles électriques rotatifs destinés à entraîner des véhicules à moteur. Selon un aspect, l’invention concerne un convertisseur de puissance électrique destiné à être utilisé dans un ensemble électrique rotatif, comprenant un module de commande, logé dans un boîtier, configuré pour générer au moins un signal de commande pour commander un ou plusieurs modules de puissance, le ou les modules de puissance étant configurés pour convertir un courant continu (CC) en courant alternatif ou vice versa ; un bloc de condensateurs comprenant au moins un condensateur monté sur une base électriquement conductrice, une face de dissipation de l’au moins un condensateur étant adjacente à une surface inférieure du boîtier ; et un élément de dissipation de chaleur comprenant une cavité pour recevoir le bloc de condensateurs, une surface intérieure de la cavité étant montée avec la base électriquement conductrice du bloc de condensateurs. L’élément de dissipation de chaleur, configuré de la manière ci-dessus, permettant au bloc de condensateurs d’être essentiellement intégré à l’élément de dissipation de chaleur. Avantageusement, l’élément de dissipation de chaleur agit comme un logement pour le bloc de condensateurs, éliminant ainsi le besoin d’un couvercle de bloc capa qui est normalement utilisé dans les convertisseurs de puissance électrique classiques. Conformément à la présente invention, le bloc de condensateurs et les modules de puissance sont entre, ou pris en sandwich entre, le boîtier du module de commande et l’élément de dissipation de chaleur. La base électriquement conductrice est montée sur la surface intérieure de la cavité, en conséquence, la face de dissipation des condensateurs est tournée vers la surface inférieure du boîtier. L’élément de dissipation de chaleur agit essentiellement comme un couvercle pour le bloc de condensateurs, éliminant ainsi le besoin d’un couvercle de bloc de condensateurs normalement utilisé dans les convertisseurs de puissance électrique classiques. Dans un aspect, l’élément de dissipation de chaleur comprend une première surface et une seconde surface, la première surface comprenant la cavité pour recevoir le bloc de condensateur. Ainsi, la première surface, conformément à la présente invention, est configurée pour être tournée vers la face inférieure du boîtier du module de commande. Dans un autre aspect, le ou les modules de puissance sont configurés pour venir en butée contre la première surface de l’élément de dissipation de chaleur. Par conséquent, un contact thermique entre les modules de puissance et la première surface de l’élément de dissipation de chaleur est obtenu, permettant ainsi un moyen de refroidissement efficace pour la chaleur générée par les modules de puissance pendant son fonctionnement. Dans un exemple, l’élément de dissipation de chaleur comprend un premier ensemble d’ailettes formées sur la seconde surface. En conséquence, la chaleur absorbée par la première surface peut être dissipée plus efficacement, ce qui garantit le maintien de l’intégrité des composants à l’intérieur du convertisseur de puissance électrique, notamment les modules de puissance adjacents à la première surface. Dans un aspect, l’au moins un condensateur du bloc de condensateurs a une forme cylindrique, fermée à chaque extrémité longitudinale par une bride circulaire, une extrémité de l’au moins un condensateur étant montée sur la base électriquement conductrice, et l’autre extrémité étant la face de dissipation. Dans un exemple non limitatif, le condensateur est de type chimique. Dans un exemple, la base électriquement conductrice est un composant de barre omnibus électrique surmoulé configuré pour établir une connexion électrique entre l’au moins un condensateur, le ou les modules de puissance et le module de commande. Dans un autre aspect, la face de dissipation des condensateurs est en contact thermique avec la surface inférieure du boîtier au moyen d’une résine thermiquement conductrice. La résine thermiquement conductrice, telle qu’une pâte thermique, permet un transfert efficace de la chaleur générée par la face de dissipation des condensateurs en fonctionnement vers la surface inférieure du couvercle. En conséquence, un flux de fluide, tel qu’un flux d’air, peut permettre à la chaleur absorbée par le couvercle d’être transportée et dissipée dans l’air ambiant. Dans un exemple, la surface inférieure du boîtier comprend un second ensemble d’ailettes configurées pour dissiper la chaleur. En conséquence, on obtient un moyen plus efficace de refroidir les condensateurs, ce qui garantit le fonctionnement normal des condensateurs, et donc du convertisseur de puissance électrique, au cours de sa durée de vie. Dans un autre aspect encore, la présente invention concerne un ensemble électrique rotatif comprenant une machine électrique rotative ; et un convertisseur de puissance électrique, tel que configuré de la manière décrite ci-dessus, en connexion électrique avec la machine électrique rotative. Le convertisseur de puissance électrique est configuré pour être plus petit en termes d’emballage, et plus léger. En outre, conformément à la présente invention, la gestion de la chaleur du convertisseur de puissance électrique est améliorée et plus efficace, ce qui garantit le maintien de l’intégrité de l’ensemble électrique rotatif pendant son fonctionnement. BRÈVES DESCRIPTION DES FIGURES Les caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention seront mieux compris grâce à la description suivante et aux figures ci-jointes. La description se réfère aux figures ci-jointes avec : La illustre le convertisseur de puissance électrique, conformément au présent sujet ; La illustre un bloc de condensateurs intégré à un dissipateur thermique du convertisseur de puissance électrique, conformément au présent sujet ; La illustre une vue en coupe transversale du convertisseur de puissance électrique, conformément au présent sujet ; La illustre une vue inférieure du convertisseur de puissance électrique, montrant une pluralité d’ailettes sur le dissipateur thermique, conformément au présent sujet ; La illustre un ensemble électrique rotatif, conformément au présent sujet ; et La illustre une vue en coupe transversale de l’ensemble électrique rotatif, conformément au présent sujet. Les figures ne sont pas nécessairement à l’échelle et la taille de certaines parties peut être exagérée pour illustrer plus clairement l’exemple représenté. En outre, les figures fournissent des exemples cohérents avec la description, mais la description n’est pas limitée aux exemples fournis sur les figures. Convertisseur de puissance électrique (100) destiné à être utilisé dans un ensemble électrique rotatif (300), comprenant : un module de commande (400), logé dans un boîtier (104), configuré pour générer au moins un signal de commande pour commander un ou plusieurs modules de puissance (102), le ou les modules de puissance (102) étant configurés pour convertir un courant continu (CC) en courant alternatif (CA) ou vice versa ; un bloc de condensateurs (200) comprenant au moins un condensateur (202) monté sur une base électriquement conductrice (204), une face de dissipation (214) de l’au moins un condensateur (202) étant adjacente à une surface inférieure (402) du boîtier (104) ; et un élément de dissipation de chaleur (106) comprenant une cavité (210) pour recevoir le bloc de condensateur (200), une surface intérieure (212) de la cavité (210) étant montée avec la base électriquement conductrice (204) du bloc de condensateur (200). Convertisseur de puissance électrique (100) selon la revendication 1, l’élément de dissipation de chaleur (106) comprenant une première surface (206) et une seconde surface (208) opposée à la première surface (206), la première surface (206) comprenant la cavité (210) pour recevoir le bloc de condensateur (200). Convertisseur de puissance électrique (100) selon les revendications 1 et 2, le ou les modules de puissance (102) étant configurés pour venir en butée contre la première surface (206) de l’élément de dissipation de chaleur (106). Convertisseur de puissance électrique (100) selon les revendications 1 à 3, l’élément de dissipation de chaleur (106) comprenant un premier ensemble d’ailettes (112) formées sur la seconde surface (208). Convertisseur de puissance électrique (100) selon les revendications 1 à 4, l’au moins un condensateur (202) du bloc de condensateurs (200) ayant une forme cylindrique, fermée à chaque extrémité longitudinale par une bride circulaire, une extrémité de l’au moins un condensateur (202) étant montée sur la base électriquement conductrice (204), et l’autre extrémité étant la face de dissipation (214). Convertisseur de puissance électrique (100) selon l’une des revendications 1 à 5, la base électriquement conductrice (204) étant un composant de barre omnibus électrique surmoulé configuré pour établir une connexion électrique entre l’au moins un condensateur (202), le ou les modules de puissance (102) et/ou le module de commande (400). Convertisseur de puissance électrique (100) selon les revendications 1 à 6, la face de dissipation (214) des condensateurs (202) étant en contact thermique avec la surface inférieure (402) du boîtier (104) au moyen d’une résine thermiquement conductrice (404). Convertisseur de puissance électrique (100) selon les revendications 1 à 7, la surface inférieure (402) du boîtier (104) comprenant un second ensemble d’ailettes (110) configurées pour dissiper la chaleur. Ensemble électrique rotatif (300) comprenant : une machine électrique rotative (302) ; et un convertisseur de puissance électrique (100), selon les revendications 1 à 8, en connexion électrique avec la machine électrique rotative.