Brevet FR3161823A1 — publié le 20251031

L’invention concerne un onduleur (100) pour une machine électrique destinée à une propulsion d’un véhicule, l’onduleur comprenant : - une pluralité de modules de puissance (1), chaque module de puissance (1) étant équipé d’une pluralité de connecteurs d’entrée (2) destinés à être connectés à une unité de stockage d’énergie électrique et de connecteurs de sortie (4) destinés à être chacun raccordés à une phase de la machine électrique, - un cadre (3) comprenant une pluralité de logements, chaque module de puissance (1) étant logé dans l’un des logements (32) ; - un premier et un second modules d’échange de chaleur (6 ;8), comprenant respectivement un premier et un second circuits de circulation (61 ;81) d’un fluide caloporteur ; le cadre (3) étant fixé à chacun des premier et second modules d’échange de chaleur (6 ;8). Figure pour l’abrégé : 1 Onduleur pour machine électrique L’invention se rapporte au domaine des onduleurs pour machine électrique et plus particulièrement aux onduleurs pour machine électrique destinée à une propulsion d’un véhicule. Arrière-plan technologique Un onduleur est un appareil d'électronique de puissance permettant de générer toute forme de courant et notamment un courant alternatif, à partir d'un courant continu. Pour ce faire, il comprend une pluralité de modules de puissance utilisées pour réaliser des circuits de conversion d'énergie. Ces modules de puissances chauffent lors de l’utilisation de l’onduleur et il est donc nécessaire de les refroidir de manière optimale. Cela est généralement obtenu à l’aide de modules d’échange de chaleur. Ainsi, il est connu d’utiliser un module d’échange de chaleur et de le plaquer contre l’une des faces des modules de puissances. Afin d’augmenter les capacités de refroidissement, il est également connu de positionner les modules de puissances entre deux modules d’échange de chaleur. Toutefois, lorsque les modules de puissances sont positionnés entre deux modules d’échange de chaleur, l’assemblage de l’ensemble est complexe à réaliser. Il est en effet nécessaire de garantir un positionnement adéquat des modules de puissance pendant que les deux modules d’échanges de chaleur sont fixés l’un à l’autre de sorte à prendre en sandwich les modules de puissance. Il existe également un besoin de garantir la position des modules de puissance au sein de l’onduleur tout le long du cycle de vie. Une idée à la base de l’invention est de de faciliter le montage des modules de puissance au sein de l’onduleur. Une autre idée à la base de l’invention est de garantir un positionnement précis et durable des modules de puissance d’un onduleur. Selon un mode de réalisation, l’invention fournit un onduleur pour une machine électrique destinée à une propulsion d’un véhicule, l’onduleur comprenant : - une pluralité de modules de puissance, chaque module de puissance étant équipé d’une pluralité de connecteurs d’entrée destinés à être connectés à une unité de stockage d’énergie électrique et de connecteurs de sortie destinés à être chacun raccordés à une phase de la machine électrique, - un cadre comprenant une pluralité de logements, chaque module de puissance étant logé dans l’un des logements ; - un premier et un second modules d’échange de chaleur chacun des premier et second modules d’échange de chaleur comprenant respectivement un premier et un second circuits de circulation d’un fluide caloporteur ; - le premier module d’échange de chaleur, le cadre et le second module d’échange de chaleur étant empilés de sorte que les premier et second circuits de circulation soient positionnés de part et d’autre des modules de puissances ; le cadre étant fixé à chacun des premier et second modules d’échange de chaleur. Les logements du cadre assurent ainsi un positionnement précis des modules de puissance par rapport aux modules d’échange de chaleur, ce qui facilite l’assemblage de l’onduleur. En outre, les modules de puissances restent positionnés dans la position souhaitée tout le long du cycle de vie de l’onduleur. Le refroidissement par contact avec les modules d’échange de chaleur reste optimal tout le long du cycle de vie de l’onduleur. Selon des modes de réalisation, un tel onduleur peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Selon un mode de réalisation, le premier module d’échange de chaleur comporte une première surface externe opposée au cadre, le second module d’échange de chaleur comporte une seconde surface externe opposée au cadre, le cadre comprend une pluralité de premières pattes de fixation, les premières pattes de fixation étant positionnées à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre et s’étendant vers la première surface externe ; les premières pattes de fixation étant en appui contre la première surface externe de sorte que le premier module d’échange de chaleur soit maintenu contre le cadre ; le cadre comprend en outre une pluralité de secondes pattes de fixation, les secondes pattes de fixation étant positionnées à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre et s’étendant vers la seconde surface externe, les secondes pattes de fixation étant en appui contre la seconde surface externe de sorte que le second module d’échange de chaleur soit maintenu contre le cadre. Les pattes de fixation permettent de maintenir en appui les modules d’échange de chaleur et le cadre les uns contre les autres de manière simple et rapide. Ainsi, les premières et secondes pattes de fixation prennent en sandwich les modules d’échange de chaleur et le cadre. Cela permet de maintenir en position les modules d’échange de chaleur contre les modules de puissance. Ainsi, en complément des logements, les pattes de fixation permettent de maintenir en position les modules de puissance. Selon un mode de réalisation, l’onduleur comprend en outre de la pâte thermique positionnée entre le premier module d’échange de chaleur et le cadre et/ou entre le second module d’échange de chaleur et le cadre. Ceci permet un transfert efficace de chaleur des modules de puissances vers les modules d’échange de chaleur. Selon un mode de réalisation, le cadre comporte une pluralité d’orifices ménagés sur l’un et l’autre de ses bords longitudinaux, débouchant à l’intérieur des logements et à partir desquels s’étendent, respectivement, les connecteurs d’entrées et les connecteurs de sortie. Selon un mode de réalisation, le second module d’échange de chaleur, comporte un coupleur d’entrée du fluide caloporteur destiné à être accouplé à un tuyau d’alimentation et un coupleur de sortie du fluide caloporteur destiné à être raccordé à un tuyau d’évacuation ; le coupleur d’entrée et le coupleur de sortie étant respectivement en communication fluidique avec une entrée et une sortie du second circuit de circulation. Selon un mode de réalisation, le premier module d’échange de chaleur comporte un premier orifice d’entrée en communication avec une entrée du premier circuit de circulation et un premier orifice de sortie en communication avec une sortie du premier circuit de circulation, le deuxième module d’échange de chaleur comportant un deuxième orifice d’entrée en communication avec une entrée du deuxième circuit de circulation et un deuxième orifice de sortie en communication avec une sortie du deuxième circuit de circulation, le cadre comprenant au moins un premier orifice de connexion fluidique reliant le premier et le deuxième orifices d’entrée et un deuxième orifice de connexion fluidique reliant les premier et deuxième orifices de sortie. Selon un mode de réalisation, le premier et le deuxième orifices de connexion fluidique sont respectivement ménagés à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. La FIG. 1 représente une vue en perspective d’un onduleur selon un mode de réalisation de l’invention. La FIG. 2 représente une vue en coupe selon un plan de coupe transversale de l’onduleur de la FIG. 1 . La FIG. 3 est un schéma d’un cadre comprenant des logements à l’intérieur desquels sont logés des modules de puissance. Un onduleur, tel que l’onduleur 100, est un appareil d'électronique de puissance permettant de générer toute forme de courant dont, par exemple, un courant alternatif, à partir d'un courant continu. L’onduleur 100 comprend : un cadre 3, une pluralité de modules de puissance 1 et deux modules d’échange de chaleur 6 et 8. Un module de puissance est une des parties élémentaires utilisées en électronique pour réaliser des circuits de conversion d'énergie, comme ceux d'un onduleur tel que l’onduleur 100. Un module de puissance peut notamment être constitué des éléments suivants : des puces semi-conductrices, un substrat céramique métallisé, une semelle, des brasures, des éléments de connexion internes, des terminaux électriques et un encapsulant. Ces constituants ont des propriétés électriques, thermiques et mécaniques différentes, susceptibles d'affecter les performances globales du module de puissance. Chaque module de puissance 1 est équipé d’une pluralité de connecteurs d’entrée 2 et d’une pluralité de connecteurs de sortie 4. Les connecteurs d’entrée 2 sont destinés à être électriquement connectés à une unité de stockage d’énergie électrique, par exemple une batterie d’un véhicule. Les connecteurs de sortie 4 sont destinés à être chacun raccordés, ou électriquement connectés à une phase d’une machine électrique, par exemple un moteur électrique. Le cadre 3 comprend une pluralité de logements 31. Chaque logement 31 accueille un module de puissance 1. Il est possible de prévoir une pluralité d’orifices 10 ménagés sur l’un et l’autre des bords longitudinaux. Ces orifices 10 débouchent à l’intérieur des logements 31 et permettant ainsi le passage des connecteurs d’entrées 2 et de sortie 4 afin de connecter électriquement les modules de puissance 1. La FIG. 3 illustre schématiquement les logements 31 au sein du cadre 3. Chaque logement 31 reçoit un module de puissance 1. Grâce à ce logement 31, les modules de puissance 1 ont une position fixe et durable tout le long du cycle de vie de l’onduleur 100. Selon un mode de réalisation, le cadre 3 est fabriqué dans un matériau plastique tel qu’un polymère. Par exemple, le cadre 3 est formé de sulfure de polyphénylène (PPS en abréviation), et notamment de sulfure de polyphénylène chargé à 30% de fibre de verre, ou de polybutylène téréphtalate (PBT en abréviation) et notamment de polybutylène téréphtalate chargé à 30% de fibre de verre . Selon un mode de réalisation avantageux, le cadre 3 peut être surmoulé sur les modules de puissance 1. L’onduleur 100 comprend également un premier module d’échange de chaleur 6 et un second module d’échange de chaleur 8. Ces modules d’échange de chaleur 6 et 8 ont pour fonction d’évacuer la chaleur émise par les modules de puissance 1 lors du fonctionnement de l’onduleur 100. A cet effet, chacun des premier et second modules d’échange de chaleur 6 et 8 comprend respectivement un premier et un second circuits de circulation 61 et 81 d’un fluide caloporteur, visibles sur la FIG. 1 . Le fluide caloporteur peut notamment être un gaz, tel que l’air ou un liquide, tel que l’eau ou un mélange d’eau et de glycol. De plus, un coupleur d’entrée 84 du fluide caloporteur et un coupleur de sortie 86 du fluide caloporteur, visibles sur la FIG. 1 , sont connectés à l’un ou l’autre du premier et second circuit de circulation 61 et 81 du fluide caloporteur. Le coupleur d’entrée 84 du fluide caloporteur est destiné à être accouplé à un tuyau d’alimentation alors que le coupleur de sortie 86 du fluide caloporteur est destiné à être raccordé à un tuyau d’évacuation. Le coupleur d’entrée 84 et le coupleur de sortie 86 sont respectivement en communication fluidique avec une entrée et une sortie de l’un ou l’autre du premier et second circuits de circulation 61 et 81 du fluide caloporteur. Par exemple, sur la FIG. 1 , le second module d’échange de chaleur 8 est équipé du coupleur d’entrée 84 du fluide caloporteur et du coupleur de sortie 86 du fluide caloporteur. Le coupleur d’entrée 84 et le coupleur de sortie 86 sont alors respectivement en communication fluidique avec une entrée et une sortie du second circuit de circulation 81. Selon ce mode de réalisation, le premier module d’échange de chaleur 6 comporte sur sa face tournée vers le cadre 3, un premier orifice d’entrée, non visible, en communication avec une entrée du premier circuit de circulation 61 et un premier orifice de sortie, également non visible, en communication avec une sortie du premier circuit de circulation 61. De même, le deuxième module d’échange de chaleur 8 comporte, sur sa face tournée vers le cadre 3, un deuxième orifice d’entrée en communication avec une entrée du deuxième circuit de circulation 81 et un deuxième orifice de sortie en communication avec une sortie du deuxième circuit de circulation 81. Le premier et le deuxième orifices d’entrée sont reliés par un premier orifice de connexion fluidique 32, visible sur la FIG. 3 , ménagé dans le cadre 3. De même, un deuxième orifice de connexion fluidique 33, également visible sur la FIG. 3 , ménagé dans le cadre 3, relie les premier et deuxième orifices de sortie. Ainsi, les premier et deuxième circuit de circulation 61, 81 sont reliés à l’unique coupleur d’entrée 84 et à l’unique coupleur de sortie 86. Selon un mode de réalisation, le cadre 3 comporte autour des premier et deuxième orifices de connexion fluidique 32, 33 des éléments mâles qui s’emboitent chacun dans l’un des orifices d’entrée ou de sortie des modules d’échange de chaleur 6, 8. Ceci permet d’assurer l’étanchéité de la connexion fluidique entre les deux circuits de circulation 61, 81. En variante, les éléments mâles peuvent être positionnés sur les modules d’échanges de chaleur 6, 8 et s’emboîter dans les orifices de connexion fluidique 32, 33 du cadre. Selon un mode de réalisation, le premier et le second orifices de connexion fluidique 32, 33 sont respectivement ménagés à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre 3. Le cadre 3 est fixé aux deux modules d’échanges de chaleur 6 et 8 de sorte que le premier module d’échange de chaleur 6, le cadre 3 et le second module d’échange de chaleur 8 sont empilés les uns sur les autres dans une direction d’épaisseur de l’onduleur 100. Ainsi, le premier module d’échange de chaleur 6 et le second module d’échange de chaleur sont positionnés de part et d’autre du cadre 3 et donc, in fine , de part et d’autre des modules de puissance 1 retenus dans les logements 31. Ainsi, les logements 31 maintiennent en position une première face des modules de puissance 1 en regard du premier module d’échange de chaleur 6 et une seconde face des modules de puissance 1 en regard du second module d’échange de chaleur 8. Chaque module d’échange de chaleur 6, 8 comporte une surface externe opposée au cadre 3. Ainsi, le premier module d’échange de chaleur 6 comporte une première surface externe 62 opposée au cadre 3, et le second module d’échange de chaleur 8 comporte une seconde surface externe 82 opposée au cadre 3. De plus, comme illustré à la FIG. 1 , le cadre 3 comprend des pattes de fixation 63, 83 qui sont respectivement positionnées à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre 3. Chaque extrémité longitudinale du cadre 3 comporte une patte de fixation 63 qui est en appui respectivement contre la première surface externe 62 et une patte de fixation 83 qui est en appui contre la seconde surface externe 82. Les modules d’échange de chaleur 6, 8 ainsi que le cadre 3 comportent également des orifices 64, visibles sur la FIG. 1 , qui sont traversés par des organes de fixation, tels que des vis. Les pattes de fixation 63 et 83 permettent ainsi de maintenir respectivement le premier module d’échange de chaleur 6 et le second module d’échange de chaleur 8 contre la cadre 3 avant que les organes de fixation soient positionnés. Comme illustré à la FIG. 2 , l’onduleur 100 comprend de la pâte thermique 9 positionnée entre le premier module d’échange de chaleur 6 et le cadre 3 et/ou entre le second module d’échange de chaleur 8 et le cadre 3. La pâte thermique 9 permet un meilleur échange de chaleur entre les modules de puissance 1 et les modules d’échange de chaleur 6 et 8. L’onduleur 100 peut être intégré à une chaine de propulsion d’une voiture électrique et notamment entre un moteur électrique et une batterie électrique. Les connecteurs d’entrées 2 sont alors connectés à la batterie électrique du véhicule et les connecteurs de sortie 4 au moteur électrique du véhicule. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication. Onduleur (100) pour une machine électrique destinée à une propulsion d’un véhicule, l’onduleur comprenant : - une pluralité de modules de puissance (1), chaque module de puissance (1) étant équipé d’une pluralité de connecteurs d’entrée (2) destinés à être connectés à une unité de stockage d’énergie électrique et de connecteurs de sortie (4) destinés à être chacun raccordés à une phase de la machine électrique, - un cadre (3) comprenant une pluralité de logements (31), chaque module de puissance (1) étant logé dans l’un des logements (31) ; - un premier et un second modules d’échange de chaleur (6 ;8), chacun des premier et second modules d’échange de chaleur (6 ;8) comprenant respectivement un premier et un second circuits de circulation (61 ;81) d’un fluide caloporteur ; le premier module d’échange de chaleur (6), le cadre (3) et le second module d’échange (8) de chaleur étant empilés de sorte que les premier et second circuits de circulation (61 ;81) soient positionnés de part et d’autre des modules de puissances (1) ; le cadre (3) étant fixé à chacun des premier et second modules d’échange de chaleur (6 ;8). Onduleur (100) selon la revendication précédente dans lequel : le premier module d’échange de chaleur (6) comporte une première surface externe (62) opposée au cadre (3), le second module d’échange de chaleur (8) comporte une seconde surface externe (82) opposée au cadre (3), le cadre (3) comprend une pluralité de premières pattes de fixation (63), les premières pattes de fixation (63) étant positionnées à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre (3) et s’étendant vers la première surface externe (62) ; les premières pattes de fixation (63) étant en appui contre la première surface externe (62) de sorte que le premier module d’échange de chaleur (6) soit maintenu contre le cadre (3) ; le cadre (3) comprend en outre une pluralité de secondes pattes de fixation (83), les secondes pattes de fixation (83) étant positionnées à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre (3) et s’étendant vers la seconde surface externe (82), les secondes pattes de fixation (83) étant en appui contre la seconde surface externe (82) de sorte que le second module d’échange de chaleur(8) soit maintenu contre le cadre (3). Onduleur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre de la pâte thermique (9) positionnée entre le premier module d’échange de chaleur (6) et le cadre (3) et/ou entre le second module d’échange de chaleur (8) et le cadre (3). Onduleur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le cadre (3) comporte une pluralité d’orifices (10) ménagés sur l’un et l’autre de ses bords longitudinaux, débouchant à l’intérieur des logements (31) et à partir desquels s’étendent, respectivement, les connecteurs d’entrées (2) et les connecteurs de sortie (4). Onduleur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le second module d’échange de chaleur (8), comporte un coupleur d’entrée (84) du fluide caloporteur destiné à être accouplé à un tuyau d’alimentation et un coupleur de sortie (86) du fluide caloporteur destiné à être raccordé à un tuyau d’évacuation ; le coupleur d’entrée (84) et le coupleur de sortie (86) étant respectivement en communication fluidique avec une entrée et une sortie du second circuit de circulation (81). Onduleur selon la revendication précédente, dans lequel le premier module d’échange de chaleur (6) comporte un premier orifice d’entrée en communication avec une entrée du premier circuit de circulation et un premier orifice de sortie en communication avec une sortie du premier circuit de circulation, le deuxième module d’échange de chaleur (8) comportant un deuxième orifice d’entrée en communication avec une entrée du deuxième circuit de circulation et un deuxième orifice de sortie en communication avec une sortie du deuxième circuit de circulation, le cadre (3) comprenant au moins un premier orifice de connexion fluidique (32) reliant le premier et le deuxième orifices d’entrée et un deuxième orifice de connexion fluidique (33) reliant les premier et deuxième orifices de sortie. Onduleur selon la revendication 6 dans lequel le premier et le deuxième orifices de connexion fluidique (32, 33) sont respectivement ménagés à l’une et l’autre des extrémités longitudinales du cadre (3).