WO2017158252A1 - Power electronic module for controlling a multiphase electrical system, electric motor and vehicle equipped with this module - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power electronics module for controlling a multiphase electrical system.
- the invention lies in the field of power electronics, for controlling multiphase electric motors fitted in particular motorized vehicles whose propulsion is provided at least partially by an electric motor.
- the power electronics modules are very widely used in the field of the transport industry to control a multiphase electrical system. This is particularly the case of road or rail vehicles, the propulsion is provided at least partially by an electric motor driven by such a power electronics module.
- the power electronics modules are subjected to numerous constraints during their operation, in particular mechanical and thermal.
- the temperature gradients introduced at their substrate under the effect of the heat dissipation of the components they support generate thermomechanical stresses cyclically repeated throughout the life of said module, producing thermal fatigue, mechanical stress and consecutively risks of malfunction and / or breakdowns.
- the various electronic components of the power electronics modules generate electromagnetic waves that can affect the operation of other electrical devices. It is therefore best to organize electronic power modules to limit their interference with other electrical elements with which they can collaborate.
- the object of the present invention is to respond at least in large part to the problems, difficulties and / or disadvantages described above and to furthermore to other advantages.
- Another object of the invention is to solve at least one of these problems, difficulties and / or disadvantages, by a new power electronics module.
- Another object of the invention is to provide such a power electronics module whose size is sought as low as possible while improving its performance.
- Another object of the invention is to propose methods for protecting electronic devices from electromagnetic waves.
- Another object of the invention is to propose a new thermal design for such a power electronics module, to reduce the adverse effects related to the heat dissipation of the components during operation.
- Another object of the present invention is to reduce the causes of breakdowns and the maintenance costs of such a power module.
- a general object of the invention is to reduce the size and weight of such a power module, while ensuring reliable cooling thereof, to facilitate on the one hand the implementation of said module in a motor vehicle at least partially electric, and secondly to increase the autonomy of such a vehicle.
- Improved performance of the power electronics module are particularly sought by the invention can be applied to both road vehicles and railway vehicles.
- a power electronics module arranged to control a multiphase electrical system, particularly electric motor and more particularly a propulsive engine of a motor vehicle at least partially electric.
- Said module is of the type of power electronics module comprising (i) a plurality of electronic devices each comprising a substrate integrating an electrical circuit and at least one electronic component integrally bonded to the substrate and electrically connected to the electrical circuit, said electronic devices being arranged to shape at least one so-called incoming electrical signal into a plurality of so-called outgoing electrical signals, (ii) an electrical connector for injecting said at least one incoming electrical signal to the plurality of electronic devices and (iii) a mechanical support of cylindrical shape and comprising an inner recess receiving the plurality of electronic devices.
- the electronic components of each electronic device are oriented radially towards the inside of the recess and the substrates of each electronic device are radially oriented towards the outside of the recess.
- the support advantageously forms an electromagnetic shield around the plurality of electronic devices.
- the structural arrangement of the support and in particular its recess, are able to provide effective mechanical protection of the electronic devices housed inside said support.
- such provisions provide effective protection of the components of electronic devices against electromagnetic waves.
- the outgoing electrical signals are in particular capable of supplying the multiphase electrical system, each outgoing electrical signal constituting an electrical phase of the multiphase electrical system.
- each electronic device is arranged to form an arm of an electric inverter.
- the power electronics module according to the invention may comprise any number of inverter arms.
- each electronic device comprise in particular at least two insulated gate bipolar transistors, each transistor being associated with a diode to form a bidirectional switch.
- a diode may be associated with a MOFSET (Metal Oxide Grid Field Effect Transistor).
- MOFSET Metal Oxide Grid Field Effect Transistor
- the components of each electronic device are used in a binary mode, passing or blocking, oscillating at frequencies between 10 kHz and 100 kHz and thus making it possible to carry out pulse width modulations whose frequencies, amplitudes and / or cyclic ratios are controlled. All electronic devices preferably include the same components.
- Each electronic device advantageously extends in a longitudinal direction oriented parallel to the axis of extension of the cylindrical support. Such a longitudinal direction of extension of the electronic devices promotes their grouping and the confinement of said electronic devices in the transverse direction.
- the plurality of electronic components of each of the electronic devices may advantageously be aligned in the longitudinal extension direction of the electronic device comprising it. It is thus favored the heat dissipation of each component and their cooling, in particular via a thermal interface as described below.
- the wiring of the components equipping each of the electronic devices on their substrate is facilitated.
- the recess of the support is advantageously arranged in a plurality of faces forming a polygonal section frame.
- Each of the faces of the recess is intended in particular to receive an electronic device assigned to it.
- the transverse size of the support is constrained and limited, without affecting the mechanical and electromagnetic protection it provides by its mass enveloping the electronic devices and the material used.
- the faces of the recess of the support are each formed by a wall element formed inside the recess of the support.
- Such a wall element may advantageously form at least one collector on which are connected cooling ducts of the electronic devices, as described below.
- the electronic devices are preferably individually attached to a respective face of the frame, to better organize their cooling and to facilitate their installation inside the support.
- the power electronics module according to the invention comprises three electronic devices and the frame is of triangular section, in particular in a plane perpendicular to the longitudinal direction of extension of the electronic devices.
- the number of electronic devices and / or the polygonal shape of the support frame can be easily adapted as required, without unduly increasing the volume of said support, in particular transversely.
- the faces of the recess of the support form a frame with a closed contour in a plane transverse to the axis of extension of the cylindrical support.
- the faces of the recess of the support are joined two by two along their longitudinal edges.
- the outline of the frame is open and possibly comprises a small gap formed between at least two longitudinal edges of respective adjacent electronic devices.
- the electronic devices are preferably electrically connected to the connector fixedly secured to the support.
- the connector is advantageously housed at least partly between the electronic devices attached to the respective faces of the frame.
- connection between the connector and the electronic devices may be alternately or additionally an electrical connection, such as for example made by simple contact, and or a mechanical connection mechanically linking the two parts together, for example by brazing.
- the connector is likely to advantageously constitute a mechanical joining member of the electronic devices between them.
- the module further comprises at least one cooling system arranged to cool the power electronics module.
- the cooling system comprises in particular (i) a thermal interface in thermal coupling with at least a part of the electronic devices and (ii) a plurality of conduits in thermal coupling with the thermal interface.
- the ducts are advantageously arranged for transporting a coolant between an opposite first end and a second end of the conduits.
- Such an architecture promotes the efficiency of the cooling of electronic devices by transferring the calories produced at the electronic devices to said conduits and via the thermal interface.
- the thermal interface may be formed by the support itself or by at least one member mounted on the support against which the electronic devices are fixed.
- the thermal interface preferably comprises a plurality of collectors thermally coupled with the substrates of the electronic devices which are individually assigned to them; and each collector is further thermally coupled with at least one conduit.
- the at least one duct collaborating with the collector is preferably fixed integrally to it.
- collectors may be made by attached elements and fixed integrally on the support or, alternatively, the support may be shaped so that partial or total openings make it possible to perform a coupling thermal and mechanical ducting near electronic devices.
- one face of the collectors may advantageously form a respective face of the frame formed in the recess of the support and receiving a given electronic device, and the collectors may comprise open openings arranged to allow at least partial introduction of the conduits and ensure their coupling mechanical and / or thermal.
- each duct is in particular a heat pipe containing in particular a heat transfer fluid phase change.
- each duct comprises (i) a mechanical and thermal coupling section with a collector, (ii) at least one bent portion located in the extension of at least one side of the coupling section, and (iii) ) at least one rectilinear part situated in the extension of the at least one bent part and forming at least one heat exchange zone with at least one cooling device mechanically bonded with the at least one rectilinear part and arranged to cool the at least one rectilinear part.
- the plurality of ducts is advantageously arranged so that the effect of gravity on the coolant is isotropic, firstly between the first and second end of said ducts and secondly between each duct.
- Such an architecture of the ducts makes it possible to achieve efficient thermal coupling of the ducts with the collectors in a small space.
- the distribution of the cooling members relative to the support can be carried out in a reduced space available around the support, arranging them for example laterally on either side of the support.
- At least one heat exchange zone formed by the rectilinear parts of all the ducts may advantageously be located radially outwardly of the support.
- Said at least one heat exchange zone is in particular subdivided into a first heat exchange zone and a second heat exchange zone distinct from the first heat exchange zone, the first and second heat exchange zones being preferentially located radially on either side of the support, and preferably still symmetrically with respect to said support and / or relative to the plane containing the cylindrical extension axis of the support.
- first heat exchange zone and the second heat exchange zone are located outside the support, on either side of a plane containing the cylindrical extension axis of the support .
- the cooling apparatus comprises a first and a second cooling member
- At least one electronic device is thermally coupled to a first plurality of ducts, each duct of the plurality of ducts comprising a first rectilinear portion located on a first side of the coupling section and forming the first heat exchange zone with the first one; cooling member and a second straight portion located on a second side of the coupling section and forming the second heat exchange zone with the second cooling member;
- At least one electronic device is thermally coupled to a second plurality of ducts, each duct of the plurality of ducts comprising a single rectilinear portion located on one side of the coupling section and forming the heat exchange zone with the appliance of cooling;
- At least one electronic device is thermally coupled to the conduits of the first plurality and through the conduits of the second plurality;
- the heat exchange zones of the cooling apparatus with the straight portions of two directly adjacent ducts of the second plurality of ducts are located alternately on either side of the support.
- the conduits are distributed in a plurality of groups of conduits having specific configurations and / or specific thermal and / or mechanical coupling methods with the cooling apparatus.
- the plurality of electronic devices is thus thermally coupled to at least one of these groups.
- groups of conduits include, for example, at least one of the following groups:
- the coupling section of the ducts of the first plurality of ducts is extended at each of its ends by a first bent portion and a second bent portion.
- the first bent portion is extended by a first rectilinear portion and the second bent portion is extended by a second rectilinear portion.
- the coupling section of the ducts is extended at one of its ends by a bent portion extended in turn by a rectilinear part, the other end of the coupling section being closed.
- the first group of conduits may be assigned to at least one first electronic device, and / or the second group of conduits may be assigned to at least one second electronic device and / or the third group of conduits may be assigned to at least one a third electronic device.
- at least one first electronic device is thermally coupled to a plurality of conduits of the first group, said conduits of the first plurality of conduits being adjacent in the longitudinal direction of the substrate of the first electronic device and extending transversely to said first electronic device.
- At least one second electronic device is thermally coupled to a plurality of conduits of the second group, said conduits being adjacent in the longitudinal direction of the substrate of the second electronic device and extending transversely with respect to said second electronic device, the conduits of the first plurality of conduits being arranged alternately with the conduits of the second plurality of conduits.
- At least one third electronic device is thermally coupled to a plurality of conduits of the third group, said conduits of the second plurality of conduits being adjacent in the longitudinal direction of the substrate of the third electronic device and extending transversely through report to said third electronic device alternately on one side and the other of the module
- the alternation of successive disposition of the ducts assigned to the second electronic device and the ducts assigned to the third electronic device is advantageously offset.
- Such an arrangement of the ducts between them makes it possible to reduce the space requirement resulting from the successive and alternating adjacency of the ducts, while allowing an optimization of the number of ducts used for the cooling of the electronic devices.
- Another aspect of the invention relates to the organization of the cooling apparatus for improving the robustness and / or the efficiency of the heat exchange between the ducts and the cooling system.
- the cooling apparatus comprises at least one cooling member comprising a set of fins crossed by the rectilinear part of the ducts.
- the fins of the same cooling member are preferably arranged successively along the straight portion of the ducts.
- the fins of the same cooling member are oriented substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the straight portion of the ducts.
- Such arrangements make it possible in particular to promote thermal coupling and / or to reinforce the robustness of the mechanical connection between the ducts and the cooling apparatus.
- the fins of a cooling member are thermally and mechanically coupled to the rectilinear part of all the ducts.
- the first straight portion of each duct is thermally and mechanically coupled to the fins of a first cooling member
- the second straight portion of each duct is thermally and mechanically coupled to the ducts. fins of a second cooling member.
- the cooling apparatus preferably comprises at least one fan arranged to generate an air flow, especially when the vehicle is off.
- Said at least one fan is advantageously arranged, for example on the cooling apparatus, so that the generated air flow is directed between the rectilinear parts of the ducts and between the fins of the cooling apparatus.
- the cooling apparatus comprises a first fan assigned to the first cooling member and a second fan assigned to the second cooling member.
- the cooling system of a module provides several embodiments relating to the arrangement of ducted through the fins.
- the ducts are preferably arranged in a two-dimensional array extending in two particular directions.
- these two directions extend respectively parallel and perpendicular to the axis of the cylindrical support.
- the pitch of the network defined above may be alternately identical or different in one and the other of the two particular directions.
- the ducts are advantageously organized in staggered rows.
- Such a staggered arrangement can be obtained from an offset of the alignment of the heat-coupled ducts with a first collector with respect to the heat-coupled ducts with another collector.
- a set of components comprising an electric motor and a power electronics module according to the first aspect of the invention or any of its variants.
- the electric motor is in particular controlled by the power electronics module.
- the multi-phase electrical system may comprise an electric motor for propelling a means of transport, such as a road motor vehicle or a railway vehicle. More generally, the assembly according to the second aspect of the invention is arranged to control a wide variety of electrical systems, without limitation of the field of application. According to a third aspect of the invention, there is provided a motor vehicle comprising a set of components according to the second aspect of the invention.
- the electric motor constituting the multiphase electrical system and whose control is operated by the electronic control module of the invention, is advantageously a propulsive engine of the vehicle.
- the vehicle of the present invention is likely to be any vehicle with at least partially electric propulsion, such as for example a motor vehicle or a railway vehicle, such as a prime mover of a train.
- a fourth aspect of the invention it is proposed the use of a set of components according to the second aspect of the invention, for the propulsion of a motor vehicle propulsive at least partially electric.
- FIGURE 1 is a perspective illustration of an embodiment of a control electronics module of a multiphase electrical system according to the first aspect of the present invention.
- FIG. 2 and FIG. 3 are perspective illustrations of an exemplary embodiment of a support for the electronic devices of a module according to the first aspect of the present invention, seen respectively from the one and the other of its axial ends.
- FIGURE 4 is a perspective view cut along a median plane, of an embodiment of a cooling system of a control electronics module according to the first aspect of the present invention.
- FIGURE 5 is a cross-sectional view of the control electronics module as shown in FIGURE 4.
- FIGURE 6 is a perspective detail of the control electronics module shown in FIGURE 4 and FIGURE 5.
- FIG. 1 represents an exemplary embodiment of a control electronics module 1 according to the first aspect of the invention.
- Module 1 is organized to control the operation of a multiphase electrical system 2, of the type for example of a propulsion engine of a motor vehicle at least partially electric.
- the module 1 comprises a cylindrical support 3 arranged to house a plurality of electronic devices, such as the electronic devices 4a, 4b, 4c illustrated in FIGS. 4 to 6.
- the electronic devices 4a, 4b, 4c are arranged to shape at the same time. minus an incoming electrical signal S1 and generate a plurality of outgoing electrical signals S2, at least three in number, controlling the operation of the multiphase electrical system 2. The injection of the incoming electrical signal S1 will be detailed later.
- the electronic devices 4a, 4b, 4c may be of the DC-DC converter type, such as choppers.
- the incoming electrical signal (s) SI are indicatively non-limiting of the type of a DC voltage whose nominal value is between 150V and 600V.
- the outgoing electrical signals S2 shaped by the power electronics module 1 are of the "Pulse Width Modulation" type (PWM for "Pulse Width Modulation").
- PWM Pulse Width Modulation
- Each electronic device 4a, 4b, 4c performs such a transformation with a frequency and a given duty cycle.
- each outgoing electrical signal S2 is out of phase with the others.
- the support 3 is thermally coupled with a plurality of conduits 5 arranged between them in a network of conduits for cooling the electronic devices 4a, 4b, 4c.
- the ducts 5 may advantageously be heat pipes containing a heat transfer fluid with phase change, and are moreover thermally coupled with a cooling apparatus 6.
- the cooling apparatus 6 illustrated in FIG. 1 comprises two cooling members 6a, 6b arranged laterally on either side of the support 3 and more specifically on either side of a plane PI containing the axis A of the 3.
- Each of the cooling members 6a, 6b consists, for example, of a finned heat exchanger 7, the fins 7 being arranged parallel to one another.
- Each cooling member 6a, 6b thus comprises a mechanical block formed of a set of fins 7 oriented parallel to each other and preferably parallel to the plane PI containing the axis A of the support 3.
- each cooling member 6a, 6b are traversed by a rectilinear portion 8 of the ducts 5 perpendicularly to the extension plane P2 of the fins 7.
- each duct 5 is firmly secured to the fins 7 of the one and / or the other of the cooling members 6a, 6b.
- Such fastening is in particular carried out by any means of mechanical coupling between the rectilinear parts 8 of the ducts 5 and the fins 7, such as by brazing, for example.
- the heat transfer fluid changes phase and is entrained between their ends. inside the ducts 5 circulating between the support 3 and at least one of the cooling members 6a, 6b.
- the heat transfer fluid then takes heat from the electronic devices 4a, 4b, 4c via the support 3 and / or the thermal interface to restore them and dissipate them with the ambient air surrounding the fins 7 ai at least one level.
- cooling apparatuses 6a, 6b To promote the heat transfer between the cooling device 6 and the ambient air, at least one air flow Fl, F2 passes through both cooling members 6a, 6b.
- the cooling apparatus 6 comprises one or more fans 9a, 9b generating air flows Fl, F2.
- a first fan 9a is mounted at the base of the fin block 7 of a first cooling member 6a of a first side of the module 1
- a second fan 9b is mounted at the base of the fin block 7 of a second cooling member 6b of a second side of the module 1.
- each cooling device 6a, 6b is thus equipped with a fan 9a, 9b generating a flow of air Fl, F2 assigned to its cooling.
- the fans 9a, 9b are advantageously configured to draw or draw air to generate the air flow Fl, F2 through the fin blocks 7 of the cooling members 6a, 6b.
- the speed and / or the flow rate of the airflows Fl, F2 generated respectively by one and / or the other of the fans 9a, 9b may vary according to the cooling requirements specific to each of the cooling devices 6a, 6b and / or the operation of said module 1 and / or the movement of the vehicle.
- the module according to the first aspect of the invention may advantageously comprise at least one temperature sensor arranged to measure the temperature in the vicinity of at least one electronic device, and preferably at or in the cylindrical support 3.
- the air flows F1, F2 respectively generated by the fans 9a, 9b are oriented parallel to the plane P2 of the fins 7 and advantageously rush between the fins 7 to impact the straight portions 8 of the ducts 5 which extend between the fins 7.
- the support 3 is shown in perspective as seen from its respective axial ends.
- the support 3 has a generally cylindrical shape extending along an axis A oriented perpendicular to the direction of extension of the portion of the conduits 5 placed in thermal coupling with the support 3.
- the support 3 consists of a body arranged in several facets 10a, 10b, 10c, three in number on the illustrated embodiment.
- the support 3 may comprise a larger number of facets 10.
- the number of facets 10a, 10b, 10c of the support 3 corresponds to the number of electronic devices 4a, 4b, 4c that it houses and to the number of groups of conduits 5 respectively in thermal coupling with said electronic devices 4a, 4b, 4c.
- the facets 10a, 10b, 10c of the support 3 are arranged to form a thermal interface, each taking the form of a collector 11a, 11b, 11c. Each collector collaborates with a group of ducts 5 for effecting a mechanical and thermal coupling of said ducts 5 with the support 3.
- the facets 10a, 10b, 10c of the support 3 may be formed of a one-piece assembly constituting the body of the support 3.
- each facet 10a, 10b, 10c of the support 3 is individually formed by a wall element 12a , 12b, 12c distinct from the other wall elements 12a, 12b, 12c.
- the wall elements 12a, 12b, 12c are assembled together by means of plates 13a, 13b respectively arranged at the axial end faces of the support 3.
- the wall elements 12a, 12b, 12c each comprise a tongue 14 acting as leaf spring and to maintain the plates 13a, 13b of the support 3.
- the tabs 14 extending at their axial face facing the outside the support 3, parallel to the axis A of the support 3.
- the axial ends of the tongues 14 are respectively fixed to the plates 13a, 13b of the support 3, at least by interlocking inside slots 15 formed therethrough, such an interlocking assembly being preferably reinforced by sealing.
- the tongues 14 could be replaced by removable fastening means, such as assembly screws.
- the support 3 houses in its central zone a connector 16 whose location is shown schematically by dotted lines.
- a connector 16 may for example comprise a bus bar receiving said at least one incoming electrical signal SI processed by the electronic devices 4a, 4b, 4c to generate the outgoing electrical signals SI.
- the connector 16 is advantageously housed between the electronic devices 4a, 4b, 4c with which it is electrically bonded.
- the electrical connection between the connector 16 and each of the electronic devices 4a, 4b, 4c is formed by means of substrates 17 that typically comprise such electronic devices 4a, 4b, 4c.
- the connector 16 is arranged to establish an electrical connection with each of the electronic devices.
- each of the electronic devices 4a, 4b, 4c comprises a substrate 17 and incorporating an electrical circuit, on which electronic components 18 are fixed.
- the electronic components 18 each comprise at least two insulated gate bipolar transistors. , each of the transistors being associated with a diode assigned to them.
- Fixing electronic components 18 preferably allows to provide an electrical connection with said electrical circuit and a mechanical coupling between them.
- a fixing is preferably of the type of a brazing.
- the substrate 17 extends longitudinally along the axis A of the support 3 and the electronic components 18 are aligned in the longitudinal direction of the substrates 17 bearing them respectively.
- the planes Pa, Pb and Pc are defined as being the planes of the substrates 17 respectively of the electronic devices 4a, 4b and 4c.
- the planes Pa, Pb and Pc extend longitudinally parallel to the axis A of the support 3 and in a circular distribution depending on the number of electronic devices 4a, 4b and 4c that includes the module 1.
- the electronic components 18 of each electronic device 4a, 4b, 4c are oriented towards the inside of a recess 19 of the support 3 housing the electronic devices 4a, 4b, 4c.
- the substrate 17 of each electronic device 4a, 4b, 4c is oriented towards the outside of the recess 19 of the support 3.
- the electromagnetic waves generated by the electronic components 18 of the electronic devices 4a, 4b, 4c are at least confined part inside the recess 19 of the support 3.
- the support 3 is advantageously arranged in a cage surrounding the electronic assembly consisting of electronic devices 4a, 4b, 4c.
- the connector 16 is arranged to advantageously constitute a carrier member of the electronic devices 4a, 4b, 4c when it is mechanically coupled to the substrate 17 of said electronic devices 4a, 4b, 4c.
- the connector 16 and the electronic devices 4a, 4b, 4c together form an integral mechanical assembly that may be assembled before insertion into the recess 19 of the support 3.
- Such an installation may in particular be operated from an introduction of said one-piece mechanical assembly 16, 4a, 4b, 4c inside the recess 19 of the support 3 from an axial end face of the support 3.
- the connector 16 is electrically connected with a plurality of input terminals 20a emerging axially out of the support 3 for the injection of said at least one incoming electrical signal SI.
- the input lugs 20a emerge from the support 3 through a first opening 21a formed axially in a first plate 13a of the support 3.
- each electronic device 4a, 4b, 4c is electrically individually connected to a corresponding output terminal 20b.
- the output lugs 20b are able to be electrically connected to the multiphase electrical system 2.
- output lugs 20b emerge axially out of the support 3 through a second opening 21b formed axially through a second plate 13b of the support.
- the first opening 21a and the second opening 21b are respectively aligned axially with the recess 19 of the support 3, so as to provide access to the recess 19 of the support 3 facilitating the installation of the electronic devices 4a, 4b, 4c inside the recess 19 of the support 3.
- the recess 19 of the support 3 is arranged in a plurality of faces 22a, 22b, 22c forming a frame 23.
- the frame 23 has a polygonal section along a plane transverse to the planes Pa, Pb, Pc extending electronic devices 4a, 4b, 4c respectively defined by their respective substrates 17.
- Each electronic device 4a, 4b, 4c is fixed via its substrate 17 to a face of the frame 23 which is assigned to it. This fixing makes it possible to establish preferentially both a mechanical coupling and a thermal coupling between the electronic devices 4a, 4b, 4c and the frame 23.
- the electronic devices 4a, 4b, 4c can be mechanically fixed to the frame 23 by brazing, for example 17
- the frame 23 is more particularly of a triangular, preferably equilateral, trans verse section.
- the faces of the frame 23 are advantageously formed by the collectors 1a, 11b, 11c on which the groups of ducts 5 are respectively fixed.
- the fixing of the ducts 5 on the collectors ci 1 corresponding to this makes it possible to mechanically couple between said ducts 5 and the thermal interfaces formed by the collectors 11a, 11b, 11c. Therefore, the fixing of the electronic devices 4a, 4b, 4c on the respective faces of the frame 23 also makes it possible to thermally couple the electronic devices 4a, 4b, 4c with the groups G1, G2 and G3 of the conduits 5 which are respectively assigned via collectors 11a, 11b, 11c.
- Each of the ducts 5 comprises a coupling section 24 mechanical and thermal with a collector 11a, 11b, 11c corresponding.
- the coupling section 24 preferably extends over the entire transverse dimension of the collectors 11a, 11b, 11c in order to optimize the heat exchange between them.
- the coupling sections 24 of the ducts 5 extend individually inside respective passages 25 formed through the collectors 11a, 11b, 11c, perpendicular to the axis A of the support 3.
- the coupling section 24 of each of the ducts 5 extends in the plane of the connectors 11a, 11b, 11c perpendicular to the axis A of the support 3.
- each of the ducts 5 extends radially outwards from the frame 23, by a bent portion 26.
- the volume between the two cooling members 6a, 6b is occupied by the support 3 outside which the bent portions 26 of the ducts 5 emerge.
- At least one of the bent portions 26 of each of the ducts 5 is extended by a rectilinear portion 8 placed in thermal coupling with a corresponding cooling member 6a, 6b.
- each of the rectilinear portions 8 of the ducts 5 forms a heat exchange zone between the ducts 5 and the cooling apparatus 6.
- Such arrangements make it possible to restrict the size of the power electronics module 1 while optimizing the heat exchange between the conduits 5 and, on the one hand, the electronic devices 4a, 4b, 4c and, on the other hand, the 6. They allow in particular to increase the density of conduits in thermal coupling with each electronic device 4, and thus increase the cooling capacity of the corresponding heat exchanger. Subsequently, the reliability of a module incorporating such a heat exchanger in such a configuration is improved. More particularly visible in FIGURE 6, the respective arrangements of the ducts 5 are differentiated into a first plurality of ducts 5a and a second plurality of ducts 5b.
- the ducts comprise a first straight portion 8 located on a first side of the coupling section 24 and forming the first heat exchange zone with the first cooling member 6a and a second rectilinear portion 8 located a second side of the coupling section 24 and forming the second heat exchange zone with the second cooling member 6b. More particularly, the straight portions 8 of each duct 5a of the first plurality of ducts are thermally coupled respectively to one and the other of the cooling members 6a, 6b.
- the ducts 5b comprise a single bent portion 26 extending one end of the coupling section 24, said bent portion 26 being extended by a single straight portion 8.
- the other end of the coupling section 24 is closed 27 at the outlet of the passage 25 of the collector 11a, 11b, 11c with which it collaborates.
- the rectilinear part 8 of the ducts 5b of the second plurality of ducts 5b is thermally coupled to the cooling apparatus 6 via one of the cooling members 6a, 6b that it comprises.
- the ducts 5a of the first plurality and / or the ducts 5b of the second plurality are likely to be associated by groups G1, G2, G3 separate ducts respectively assigned individually to the electronic devices 4a, 4b, 4c.
- a group of conduits 5a of the first plurality may be exclusively assigned to one or more electronic devices 4a, 4b, 4c given.
- a group of conduits 5a, 5b of the second plurality may be exclusively assigned to one or more electronic devices 4a, 4b, 4c given.
- a combination of conduits 5a of the first plurality and conduits 5b of the second may be assigned to one or more electronic devices 4a, 4b, 4c given.
- Such operating distributions of the ducts 5a, 5b of the first plurality and / or the second plurality are in particular carried out as a function of the number and / or orientation of the electronic devices 4a, 4b, 4c in their plans Pa, Pb, Pc respectively with respect to the plane P2 of the fins 7, as well as the cooling requirements of said electronic devices.
- the distribution allocations of the ducts 5a, 5b of the first plurality and / or the second plurality are advantageously carried out in such a way as to optimize the heat exchanges between the ducts 5 and, on the one hand, one and / or the other of the cooling members 6a, 6b and the other electronic devices 4a, 4b, 4c to which the ducts 5 are respectively affected by group.
- the distribution allocations of the ducts 5 of the first plurality and / or the second plurality are advantageously made in such a way as to best restrict the overall size of the assembly formed by the support 3 and the extension of the ducts 5.
- the restriction of the bulk of said assembly makes it possible to limit the difference between the cooling members 6a, 6b and to limit the extension of the ducts 5 between the electronic devices 4a, 4b, 4c and the cooling apparatus 1.
- the performance heat exchanges between the ducts 5 and the cooling member or 6a, 6b is improved and the overall size of the power electronics module 1 is restricted.
- ducts 5a of the first plurality may be grouped into a first group G1 of ducts 5a assigned to a first electronic device 4a.
- the first electronic device 4a is in particular oriented in its plane perpendicular to the plane PI containing the axis A of the support 3 on either side of which are distributed the cooling members 6a, 6b.
- the coupling section 24 of the ducts 5a of the first group G1 is oriented parallel to the straight portions 8 respectively extending the bent portions 26 of the ducts 5a of the first group Gl.
- the bent portions 26 of the ducts 5a of the first group G1 are inclined with respect to the face 22a of the frame 23 in thermal coupling with the ducts 5a of the first group G1 and with the first electronic device 4a.
- the bent portions 26 are respectively oriented parallel to the plane of the other faces of the frame 23.
- ducts 5a of the first plurality and ducts 5b of the second plurality may be grouped into a second group G2 assigned ducts to a second electronic device 4b.
- the electronic devices 4a, 4b and 4c are concurrent two by two.
- the ducts 5a of the first plurality and the ducts 5b of the second plurality of the second group G2 of ducts are notably placed in alternating adjacency according to the planes Pb, Pc of the electronic devices 4b, 4c with which they collaborate respectively.
- a clearance in the extension of the closed end 27 of each of the bent portions 26 of the ducts 5b of the second plurality of ducts allows the passage of one of the bent portions 26 of the ducts 5a of the first plurality of ducts respectively assigned to the second electronic device 4b or the third electronic device 4c.
- conduits 5b of the second plurality may also be grouped into a third group G3 of conduits and assigned to a third electronic device 4c.
- the conduits 5b of the second plurality of conduits grouped in the third group G3 collaborate with the corresponding manifold so as to extend alternately to a cooling member 6a or another 6b. More particularly, two ducts 5b of the third group G3 successively adjacent extend to two different cooling members 6a, 6b.
- the ducts 5 of the power electronics module 1 are organized in a bidirectional duct network extending along the two directions of a plane P2 containing a given fin 7.
- the straight portions 8 of the ducts 5 of a group G1, G2, G3 of given ducts are adjacent, being aligned in a first direction D1.
- the first direction D1 is oriented parallel to the axis A of the support 3.
- the conduits 5 of the groups G1, G2, G3 of conduits respectively assigned to the electronic devices 4a, 4b, 4c are also aligned in a second direction D2.
- the second direction D2 is preferably oriented perpendicularly to the axis A of the support 3.
- the ducts 5 are preferably arranged in staggered rows in the plane P2.
- the number of ducts 5 respectively composing the different groups G1, G2, G3 of ducts are preferably identical, as in the example illustrated, to optimize and / or to better homogenize the cooling of the various electronic devices 4a, 4b, 4c.
- This configuration is however not limiting and the groups G1, G2 and G3 may possibly comprise different numbers of conduits.
- the invention is not limited to the examples that have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
- the different characteristics, shapes, variants and embodiments of the various components of the control electronics module 1 of the invention can be associated with each other according to various variants insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.
- all the variants and embodiments described above, both as regards individually the different members of the power electronics module 1 and as regards their arrangement between them at least two to two, are combinable according to variants. possible specific embodiments of the invention providing one or more particular technical effects.
- Such alternative embodiments of the invention may be made in particular to promote and / or to provide a satisfactory compromise between the various technical results obtained, particularly with regard to the objects of the invention.
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Abstract
Description
« MODULE D'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE POUR COMMANDER UN SYSTEME ELECTRIQUE MULTIPHASE, MOTEUR ELECTRIQUE ET VEHICULE EQUIPE DUDIT "ELECTRONIC POWER MODULE FOR CONTROLLING A MULTIPHASE ELECTRICAL SYSTEM, ELECTRIC MOTOR AND VEHICLE EQUIPPED WITH SAID
MODULE » MODULE »
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1652195 déposée le 15 mars 2016 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. The present invention claims the priority of the French application 1652195 filed March 15, 2016 whose content (text, drawings and claims) is here incorporated by reference.
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne un module d'électronique de puissance pour commander un système électrique multiphasé. L'invention se situe dans le domaine de l'électronique de puissance, pour commander des moteurs électriques multiphasés équipant notamment des véhicules motorisés dont la propulsion est procurée au moins partiellement par une motorisation électrique. The present invention relates to a power electronics module for controlling a multiphase electrical system. The invention lies in the field of power electronics, for controlling multiphase electric motors fitted in particular motorized vehicles whose propulsion is provided at least partially by an electric motor.
État de la technique antérieure State of the art
Les modules d'électroniques de puissance sont très largement utilisés dans le domaine de l'industrie du transport pour commander un système électrique multiphasé. C'est notamment le cas des véhicules routiers ou ferroviaires, dont la propulsion est fournie au moins partiellement par une motorisation électrique commandée par un tel module d'électroniques de puissance. The power electronics modules are very widely used in the field of the transport industry to control a multiphase electrical system. This is particularly the case of road or rail vehicles, the propulsion is provided at least partially by an electric motor driven by such a power electronics module.
Les modules d'électroniques de puissance sont soumis à de nombreuses contraintes durant leur fonctionnement, notamment mécaniques et thermiques. Ainsi, les gradients de température introduits au niveau de leur substrat sous l'effet de la dissipation de chaleur des composants qu'ils supportent engendrent des contraintes thermomécaniques répétées de manière cyclique tout au long de la vie dudit module, produisant une fatigue thermique, un stress mécanique et consécutivement des risques de dysfonctionnement et/ou de pannes. The power electronics modules are subjected to numerous constraints during their operation, in particular mechanical and thermal. Thus, the temperature gradients introduced at their substrate under the effect of the heat dissipation of the components they support generate thermomechanical stresses cyclically repeated throughout the life of said module, producing thermal fatigue, mechanical stress and consecutively risks of malfunction and / or breakdowns.
À titre d'exemple, un mauvais contrôle de la température dégrade les performances des composants électroniques embarqués sur de tels modules lorsque leur température dépasse une gamme prévue de fonctionnement. De manière plus durable, les variations de température liées aux périodes de fonctionnement et d'arrêt des modules d'électroniques de puissance peuvent conduire aussi à des dégradations des fils de connexion électrique et/ou à des dégradations voire des ruptures des brasures des différents composants électroniques, ainsi qu'une baisse de leur fiabilité. Ainsi la prise en compte des effets thermiques liés au fonctionnement des modules d'électroniques de puissance est primordiale pour augmenter la robustesse et les performances globales de tels modules. Les modules d'électroniques de puissance sont dès lors couramment refroidis par un système de refroidissement à ailettes par exemple. Ce dernier est typiquement refroidi par un flux d'air, notamment puisé par un ventilateur, et est traversé par des conduits liés thermiquement avec le module d'électronique de puissance à travers lesquels circule un fluide caloporteur. For example, poor temperature control degrades the performance of electronic components embedded on such modules when their temperature exceeds a planned range of operation. More sustainably, the temperature variations associated with the periods of operation and shutdown of the power electronics modules can also lead to degradations of the electrical connection wires and / or to damage or even breakage of the solders of the various components. as well as a decrease in their reliability. Thus taking into account the thermal effects related to the operation of power electronics modules is essential to increase the robustness and overall performance of such modules. Power electronics modules are therefore commonly cooled by a finned cooling system for example. The latter is typically cooled by a flow of air, in particular drawn by a fan, and is traversed by thermally bonded conduits with the power electronics module through which circulates a coolant.
En parallèle de ces contraintes thermiques, il convient de réduire la taille et l'encombrement de ces modules d'électronique de puissance. Or cette réduction est, dans l'état de la technique, limitée par la nécessité de refroidir ces modules. Une telle difficulté est essentiellement induite en raison de l'encombrement des conduits de l'appareil de refroidissement. Un tel encombrement est particulièrement préjudiciable dans la zone de liaison thermique des conduits avec un ou plusieurs dispositifs électroniques du module d'électronique de puissance à refroidir. In parallel with these thermal constraints, it is necessary to reduce the size and bulk of these power electronics modules. However, this reduction is, in the state of the art, limited by the need to cool these modules. Such a difficulty is essentially induced because of the bulk of the ducts of the cooling apparatus. Such bulk is particularly detrimental in the thermal connection zone of the conduits with one or more electronic devices of the power electronics module to be cooled.
Par ailleurs, les différents organes électroniques des modules d'électroniques de puissance sont générateurs d'ondes électromagnétiques qui peuvent affecter le fonctionnement d'autres appareils électriques. Il convient dès lors d'organiser au mieux des modules électroniques de puissance afin de limiter leurs interférences avec les autres éléments électriques avec lesquels ils peuvent collaborer. In addition, the various electronic components of the power electronics modules generate electromagnetic waves that can affect the operation of other electrical devices. It is therefore best to organize electronic power modules to limit their interference with other electrical elements with which they can collaborate.
La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes, difficultés et/ou inconvénients décrits précédemment et de conduire en outre à d'autres avantages. The object of the present invention is to respond at least in large part to the problems, difficulties and / or disadvantages described above and to furthermore to other advantages.
Un autre but de l'invention est de résoudre au moins l'un de ces problèmes, difficultés et/ou inconvénients, par un nouveau module d'électronique de puissance. Another object of the invention is to solve at least one of these problems, difficulties and / or disadvantages, by a new power electronics module.
Un autre but de l'invention est de proposer un tel module d'électronique de puissance dont l'encombrement est recherché le plus faible possible tout en améliorant ses performances. Un autre but de l'invention est de proposer des modalités de protection des dispositifs électroniques vis-à-vis des ondes électromagnétiques. Another object of the invention is to provide such a power electronics module whose size is sought as low as possible while improving its performance. Another object of the invention is to propose methods for protecting electronic devices from electromagnetic waves.
Un autre but de l'invention est de proposer un nouveau design thermique pour un tel module d'électronique de puissance, permettant de réduire les effets néfastes liés aux dissipations thermiques des composants durant leur fonctionnement. Another object of the invention is to propose a new thermal design for such a power electronics module, to reduce the adverse effects related to the heat dissipation of the components during operation.
Un autre but de la présente invention est de refroidir le plus efficacement possible un tel module d'électronique de puissance, tout en réduisant au mieux son encombrement et en fiabilisant son fonctionnement pérenne. Un autre but de la présente invention est d'améliorer la fiabilité et la robustesse d'un tel module d'électronique de puissance. Another object of the present invention is to cool as efficiently as possible such a power electronics module, while reducing at best its size and reliability of its perennial operation. Another object of the present invention is to improve the reliability and robustness of such a power electronics module.
Un autre but de la présente invention est de réduire les causes de pannes et les coûts de maintenance d'un tel module de puissance. Enfin, un but général de l'invention est de réduire l'encombrement et le poids d'un tel module de puissance, tout en assurant un refroidissement fiable de celui-ci, afin de faciliter d'une part l'implantation dudit module dans un véhicule à motorisation au moins partiellement électrique, et d'autre part d'augmenter l'autonomie d'un tel véhicule. Another object of the present invention is to reduce the causes of breakdowns and the maintenance costs of such a power module. Finally, a general object of the invention is to reduce the size and weight of such a power module, while ensuring reliable cooling thereof, to facilitate on the one hand the implementation of said module in a motor vehicle at least partially electric, and secondly to increase the autonomy of such a vehicle.
L'amélioration des performances du module d'électroniques de puissance, considérées isolément ou en combinaison, sont notamment recherchées par l'invention pouvant être appliquées tant à des véhicules routiers qu'à des véhicules ferroviaires. Improved performance of the power electronics module, considered alone or in combination, are particularly sought by the invention can be applied to both road vehicles and railway vehicles.
Exposé de l'invention Presentation of the invention
Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un module d'électronique de puissance agencé pour commander un système électrique multiphasé, moteur électrique notamment et plus particulièrement un moteur propulsif d'un véhicule à motorisation au moins partiellement électrique. According to a first aspect of the invention, there is provided a power electronics module arranged to control a multiphase electrical system, particularly electric motor and more particularly a propulsive engine of a motor vehicle at least partially electric.
Ledit module est du type de module d'électronique de puissance comprenant (i) une pluralité de dispositifs électroniques comportant chacun un substrat intégrant un circuit électrique et au moins un composant électronique lié solidairement au substrat et connecté électriquement au circuit électrique, lesdits dispositifs électroniques étant agencés pour mettre en forme d'au moins un signal électrique dit entrant, en une pluralité de signaux électriques dits sortants, (ii) un connecteur électrique d'injection dudit au moins un signal électrique entrant vers la pluralité de dispositifs électroniques et (iii) un support mécanique de forme cylindrique et comprenant un évidement intérieur recevant la pluralité de dispositifs électroniques. Dans ce contexte et selon un premier aspect de l'invention, les composants électroniques de chaque dispositif électronique sont orientés radialement vers l'intérieur de l'évidement et les substrats de chaque dispositif électronique sont radialement orientés vers l'extérieur de l'évidement. Le support forme avantageusement un blindage électromagnétique autour de la pluralité de dispositifs électroniques. L'agencement structurel du support et notamment son évidement, sont aptes à procurer une protection mécanique efficace des dispositifs électroniques logés à l'intérieur dudit support. En outre, de telles dispositions procurent une protection efficace des composants des dispositifs électroniques vis-à-vis des ondes électromagnétiques. Les signaux électriques sortants sont notamment aptes à alimenter le système électrique multiphasé, chaque signal électrique sortant constituant une phase électrique du système électrique multiphasé. Said module is of the type of power electronics module comprising (i) a plurality of electronic devices each comprising a substrate integrating an electrical circuit and at least one electronic component integrally bonded to the substrate and electrically connected to the electrical circuit, said electronic devices being arranged to shape at least one so-called incoming electrical signal into a plurality of so-called outgoing electrical signals, (ii) an electrical connector for injecting said at least one incoming electrical signal to the plurality of electronic devices and (iii) a mechanical support of cylindrical shape and comprising an inner recess receiving the plurality of electronic devices. In this context and according to a first aspect of the invention, the electronic components of each electronic device are oriented radially towards the inside of the recess and the substrates of each electronic device are radially oriented towards the outside of the recess. The support advantageously forms an electromagnetic shield around the plurality of electronic devices. The structural arrangement of the support and in particular its recess, are able to provide effective mechanical protection of the electronic devices housed inside said support. In addition, such provisions provide effective protection of the components of electronic devices against electromagnetic waves. The outgoing electrical signals are in particular capable of supplying the multiphase electrical system, each outgoing electrical signal constituting an electrical phase of the multiphase electrical system.
De manière préférentielle, chaque dispositif électronique est agencé pour former un bras d'un onduleur électrique. Le module d'électronique de puissance selon l'invention peut comprendre un nombre quelconque de bras d'onduleur. Preferably, each electronic device is arranged to form an arm of an electric inverter. The power electronics module according to the invention may comprise any number of inverter arms.
À titre indicatif non limitatif, les composants électroniques de chaque dispositif électronique comprennent notamment au moins deux transistors bipolaires à grille isolée, chaque transistor étant associé à une diode pour former un interrupteur bidirectionnel. Alternativement, une diode peut être associée à un MOFSET (Transistor à effet de champ à grille métal-oxyde). D'une manière plus générale, les composants de chaque dispositif électronique sont utilisés dans un mode binaire, passant ou bloquant, oscillant à des fréquences comprises entre 10kHz et 100kHz et permettant ainsi de réaliser des modulations de largeur d'impulsion dont les fréquences, amplitudes et/ou rapports cycliques sont contrôlés. Tous les dispositifs électroniques comprennent de préférence les mêmes composants. By way of non-limiting indication, the electronic components of each electronic device comprise in particular at least two insulated gate bipolar transistors, each transistor being associated with a diode to form a bidirectional switch. Alternatively, a diode may be associated with a MOFSET (Metal Oxide Grid Field Effect Transistor). More generally, the components of each electronic device are used in a binary mode, passing or blocking, oscillating at frequencies between 10 kHz and 100 kHz and thus making it possible to carry out pulse width modulations whose frequencies, amplitudes and / or cyclic ratios are controlled. All electronic devices preferably include the same components.
Chaque dispositif électronique s'étend avantageusement selon une direction longitudinale orientée parallèlement à l'axe d'extension du support cylindrique. Une telle direction longitudinale d'extension des dispositifs électroniques favorise leur regroupement et le confinement desdits dispositifs électroniques suivant la direction transversale. En outre, la pluralité de composants électroniques de chacun des dispositifs électroniques peut être avantageusement alignée suivant la direction longitudinale d'extension du dispositif électronique la comportant. Il est ainsi favorisé la dissipation thermique de chaque composant et leur refroidissement, notamment par l'intermédiaire d'une interface thermique telle que décrite plus loin. De surcroît, le câblage des composants équipant chacun des dispositifs électroniques sur leur substrat en est facilité. Each electronic device advantageously extends in a longitudinal direction oriented parallel to the axis of extension of the cylindrical support. Such a longitudinal direction of extension of the electronic devices promotes their grouping and the confinement of said electronic devices in the transverse direction. In addition, the plurality of electronic components of each of the electronic devices may advantageously be aligned in the longitudinal extension direction of the electronic device comprising it. It is thus favored the heat dissipation of each component and their cooling, in particular via a thermal interface as described below. In addition, the wiring of the components equipping each of the electronic devices on their substrate is facilitated.
Selon un autre aspect de l'invention portant notamment sur une architecture spécifique du support, l'évidement du support est avantageusement agencé en une pluralité de faces formant un cadre de section polygonale. Chacune des faces de l'évidement est notamment destinée à recevoir un dispositif électronique qui lui est affecté. Ainsi l'encombrement transversal du support est contraint et limité, sans affecter la protection mécanique et électromagnétique qu'il procure de par sa masse enveloppant les dispositifs électroniques ainsi que par le matériau utilisé. Selon une forme de réalisation, les faces de l'évidement du support sont chacune formées par un élément de paroi ménagé à l'intérieur de l'évidement du support. Un tel élément de paroi peut avantageusement former au moins un collecteur sur lequel sont raccordés des conduits de refroidissement des dispositifs électroniques, tels que décrits plus loin. Ainsi, les dispositifs électroniques sont de préférence individuellement fixés sur une face respective du cadre, pour organiser au mieux leur refroidissement et pour faciliter leur installation à l'intérieur du support. According to another aspect of the invention relating in particular to a specific architecture of the support, the recess of the support is advantageously arranged in a plurality of faces forming a polygonal section frame. Each of the faces of the recess is intended in particular to receive an electronic device assigned to it. Thus the transverse size of the support is constrained and limited, without affecting the mechanical and electromagnetic protection it provides by its mass enveloping the electronic devices and the material used. According to one embodiment, the faces of the recess of the support are each formed by a wall element formed inside the recess of the support. Such a wall element may advantageously form at least one collector on which are connected cooling ducts of the electronic devices, as described below. Thus, the electronic devices are preferably individually attached to a respective face of the frame, to better organize their cooling and to facilitate their installation inside the support.
À titre d'exemple non limitatif, le module d'électronique de puissance conforme à l'invention comprend trois dispositifs électroniques et le cadre est de section triangulaire, notamment dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale d'extension des dispositifs électronique. Le nombre de dispositifs électroniques et/ou la forme polygonale du cadre du support peut être aisément adapté selon les besoins, sans accroître outre mesure le volume dudit support, notamment transversalement. By way of non-limiting example, the power electronics module according to the invention comprises three electronic devices and the frame is of triangular section, in particular in a plane perpendicular to the longitudinal direction of extension of the electronic devices. The number of electronic devices and / or the polygonal shape of the support frame can be easily adapted as required, without unduly increasing the volume of said support, in particular transversely.
Selon une forme de réalisation, les faces de l'évidement du support forment un cadre à contour fermé dans un plan transverse à l'axe d'extension du support cylindrique. En d'autres termes, les faces de l'évidement du support sont jointives deux à deux le long de leurs bords longitudinaux. According to one embodiment, the faces of the recess of the support form a frame with a closed contour in a plane transverse to the axis of extension of the cylindrical support. In other words, the faces of the recess of the support are joined two by two along their longitudinal edges.
Selon une forme de réalisation alternative, le contour du cadre est ouvert et comprend éventuellement un faible écartement ménagé entre au moins deux bords longitudinaux de dispositifs électroniques respectifs adjacents. Les dispositifs électroniques sont de préférence électriquement reliés au connecteur fixé solidairement sur le support. Le connecteur est avantageusement logé au moins en partie entre les dispositifs électroniques fixés sur les faces respectives du cadre. According to an alternative embodiment, the outline of the frame is open and possibly comprises a small gap formed between at least two longitudinal edges of respective adjacent electronic devices. The electronic devices are preferably electrically connected to the connector fixedly secured to the support. The connector is advantageously housed at least partly between the electronic devices attached to the respective faces of the frame.
De manière préférentielle, la liaison entre le connecteur et les dispositifs électroniques peut être alternativement ou complémentairement une liaison électrique, telle que par exemple réalisée par simple contact, et ou une liaison mécanique liant mécaniquement les deux pièces entre elles, par exemple par brasage. Ainsi, le connecteur est susceptible de constituer avantageusement un organe de jonction mécanique des dispositifs électroniques entre eux. Preferably, the connection between the connector and the electronic devices may be alternately or additionally an electrical connection, such as for example made by simple contact, and or a mechanical connection mechanically linking the two parts together, for example by brazing. Thus, the connector is likely to advantageously constitute a mechanical joining member of the electronic devices between them.
Selon un autre aspect de l'invention portant notamment sur les modalités de refroidissement des dispositifs électroniques, le module comprend par ailleurs au moins un système de refroidissement agencé pour refroidir le module d'électronique de puissance. Le système de refroidissement comprend notamment (i) une interface thermique en couplage thermique avec au moins une partie des dispositifs électroniques et (ii) une pluralité de conduits en couplage thermique avec l'interface thermique. Les conduits sont avantageusement agencés pour transporter un fluide caloporteur entre une première extrémité et une deuxième extrémité opposées des conduits. According to another aspect of the invention including the cooling methods of electronic devices, the module further comprises at least one cooling system arranged to cool the power electronics module. The cooling system comprises in particular (i) a thermal interface in thermal coupling with at least a part of the electronic devices and (ii) a plurality of conduits in thermal coupling with the thermal interface. The ducts are advantageously arranged for transporting a coolant between an opposite first end and a second end of the conduits.
Une telle architecture favorise l'efficacité du refroidissement des dispositifs électroniques par transfert des calories produites au niveau des dispositifs électroniques vers lesdits conduits et via l'interface thermique. Such an architecture promotes the efficiency of the cooling of electronic devices by transferring the calories produced at the electronic devices to said conduits and via the thermal interface.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'interface thermique peut être formée par le support lui-même ou par au moins un organe rapporté sur le support contre lequel sont fixés les dispositifs électroniques. According to an advantageous embodiment, the thermal interface may be formed by the support itself or by at least one member mounted on the support against which the electronic devices are fixed.
Selon un autre mode de réalisation, l'interface thermique comprend de préférence une pluralité de collecteurs couplés thermiquement avec les substrats des dispositifs électroniques qui leurs sont individuellement affectés ; et chaque collecteur est par ailleurs couplé thermiquement avec au moins un conduit. L'au moins un conduit collaborant avec le collecteur est préférentiellement fixé solidairement à lui. À titre d'exemples non limitatifs, de tels collecteurs peuvent être réalisés par des éléments rapportés et fixés solidairement sur le support ou, alternativement, le support peut être mis en forme de manière à ce que des ouvertures partielles ou totales permettent de réaliser un couplage thermique et mécanique des conduits à proximité des dispositifs électroniques. According to another embodiment, the thermal interface preferably comprises a plurality of collectors thermally coupled with the substrates of the electronic devices which are individually assigned to them; and each collector is further thermally coupled with at least one conduit. The at least one duct collaborating with the collector is preferably fixed integrally to it. By way of nonlimiting examples, such collectors may be made by attached elements and fixed integrally on the support or, alternatively, the support may be shaped so that partial or total openings make it possible to perform a coupling thermal and mechanical ducting near electronic devices.
Ainsi, une face des collecteurs peut avantageusement former une face respective du cadre ménagé dans l'évidement du support et recevant un dispositif électronique donné, et les collecteurs peuvent comporter des ouvertures débouchantes agencées pour permettre une introduction au moins partielle des conduits et assurer leur couplage mécanique et/ou thermique. Thus, one face of the collectors may advantageously form a respective face of the frame formed in the recess of the support and receiving a given electronic device, and the collectors may comprise open openings arranged to allow at least partial introduction of the conduits and ensure their coupling mechanical and / or thermal.
Selon un autre aspect de l'invention portant notamment sur l'organisation des conduits et leurs modalités de couplage thermique et/ou mécanique avec les collecteurs, chaque conduit est notamment un caloduc contenant notamment un fluide caloporteur à changement de phase. Selon une forme avantageuse de réalisation, chaque conduit comprend (i) un tronçon de couplage mécanique et thermique avec un collecteur, (ii) au moins une partie coudée située dans le prolongement d'au moins un côté du tronçon de couplage, et (iii) au moins une partie rectiligne située dans le prolongement de l'au moins une partie coudée et formant au moins une zone d'échange thermique avec au moins un appareil de refroidissement lié mécaniquement avec l'au moins une partie rectiligne et agencé pour refroidir l'au moins une partie rectiligne. According to another aspect of the invention relating in particular to the organization of the conduits and their methods of thermal and / or mechanical coupling with the collectors, each duct is in particular a heat pipe containing in particular a heat transfer fluid phase change. According to an advantageous embodiment, each duct comprises (i) a mechanical and thermal coupling section with a collector, (ii) at least one bent portion located in the extension of at least one side of the coupling section, and (iii) ) at least one rectilinear part situated in the extension of the at least one bent part and forming at least one heat exchange zone with at least one cooling device mechanically bonded with the at least one rectilinear part and arranged to cool the at least one rectilinear part.
Cette configuration astucieuse permet d'une part d'augmenter la densité de conduits par dispositif électronique et d'autre part d'optimiser l'espace entre les dispositifs électroniques et la disposition desdits conduits autour du module d'électronique de puissance. Par ailleurs, la pluralité de conduits est avantageusement agencée de sorte que l'effet de la gravité sur le fluide caloporteur est isotrope, d'une part entre la première et la deuxième extrémité desdits conduits et d'autre part entre chaque conduit. This clever configuration makes it possible, on the one hand, to increase the density of conduits by an electronic device and, on the other hand, to optimize the space between the electronic devices and the arrangement of said conduits around the power electronics module. Moreover, the plurality of ducts is advantageously arranged so that the effect of gravity on the coolant is isotropic, firstly between the first and second end of said ducts and secondly between each duct.
Une telle architecture des conduits permet de réaliser un couplage thermique efficace des conduits avec les collecteurs dans un espace restreint. La distribution des organes de refroidissement par rapport au support peut être réalisée dans un espace réduit disponible autour du support, en les disposant par exemple latéralement de part et d'autre du support. Such an architecture of the ducts makes it possible to achieve efficient thermal coupling of the ducts with the collectors in a small space. The distribution of the cooling members relative to the support can be carried out in a reduced space available around the support, arranging them for example laterally on either side of the support.
Ainsi, Γ au moins une zone d'échange thermique formée par les parties rectilignes de l'ensemble des conduits peut être avantageusement située radialement vers l'extérieur du support. Ladite au moins une zone d'échange thermique est notamment subdivisée en une première zone d'échange thermique et une deuxième zone d'échange thermique distincte de la première zone d'échange thermique, les première et deuxième zones d'échange thermique étant préférentiellement situées radialement de part et d'autre du support, et préférentiellement encore de manière symétrique par rapport audit support et/ou par rapport au plan contenant l'axe d'extension cylindrique du support. Thus, at least one heat exchange zone formed by the rectilinear parts of all the ducts may advantageously be located radially outwardly of the support. Said at least one heat exchange zone is in particular subdivided into a first heat exchange zone and a second heat exchange zone distinct from the first heat exchange zone, the first and second heat exchange zones being preferentially located radially on either side of the support, and preferably still symmetrically with respect to said support and / or relative to the plane containing the cylindrical extension axis of the support.
En d'autres termes, la première zone d'échange thermique et la deuxième zone d'échange thermique sont situées à l'extérieur du support, de part et d'autre d'un plan contenant l'axe d'extension cylindrique du support. In other words, the first heat exchange zone and the second heat exchange zone are located outside the support, on either side of a plane containing the cylindrical extension axis of the support .
Selon diverses formes de réalisation, considérées isolément ou en combinaison au moins deux à deux : According to various embodiments, taken alone or in combination at least two by two:
- l'appareil de refroidissement comprend un premier et un deuxième organe de refroidissement ; the cooling apparatus comprises a first and a second cooling member;
- au moins un dispositif électronique est couplé thermiquement à une première pluralité de conduits, chaque conduit de la pluralité de conduits comprenant une première partie rectiligne située d'un premier côté du tronçon de couplage et formant la première zone d'échange thermique avec le premier organe de refroidissement et une deuxième partie rectiligne située d'un deuxième côté du tronçon de couplage et formant la deuxième zone d'échange thermique avec le deuxième organe de refroidissement ; at least one electronic device is thermally coupled to a first plurality of ducts, each duct of the plurality of ducts comprising a first rectilinear portion located on a first side of the coupling section and forming the first heat exchange zone with the first one; cooling member and a second straight portion located on a second side of the coupling section and forming the second heat exchange zone with the second cooling member;
- au moins un dispositif électronique est couplé thermiquement à une deuxième pluralité de conduits, chaque conduit de la pluralité de conduits comprenant une seule partie rectiligne située d'un côté du tronçon de couplage et formant la zone d'échange thermique avec l'appareil de refroidissement ; at least one electronic device is thermally coupled to a second plurality of ducts, each duct of the plurality of ducts comprising a single rectilinear portion located on one side of the coupling section and forming the heat exchange zone with the appliance of cooling;
- au moins un dispositif électronique est couplé thermiquement aux conduits de la première pluralité et par les conduits de la deuxième pluralité ; De manière préférentielle, les zones d'échanges thermiques de l'appareil de refroidissement avec les parties rectilignes de deux conduits directement adjacents de la deuxième pluralité de conduits sont situées alternativement de part et d'autre du support. at least one electronic device is thermally coupled to the conduits of the first plurality and through the conduits of the second plurality; Preferably, the heat exchange zones of the cooling apparatus with the straight portions of two directly adjacent ducts of the second plurality of ducts are located alternately on either side of the support.
Selon des modes de réalisation avantageux, les conduits sont répartis en une pluralité de groupes de conduits présentant des configurations spécifiques et/ou des modalités de couplage thermique et/ou mécanique spécifiques avec l'appareil de refroidissement. La pluralité des dispositifs électroniques est ainsi thermiquement couplée à au moins un de ces groupes. De tels groupes de conduits comprennent par exemple l'un quelconque au moins des groupes de suivants : According to advantageous embodiments, the conduits are distributed in a plurality of groups of conduits having specific configurations and / or specific thermal and / or mechanical coupling methods with the cooling apparatus. The plurality of electronic devices is thus thermally coupled to at least one of these groups. Such groups of conduits include, for example, at least one of the following groups:
- au moins un premier groupe de conduits relevant des conduits de la première pluralité de conduits. Selon ce premier groupe de conduits, le tronçon de couplage des conduits de la première pluralité de conduits est prolongé à chacune de ses extrémités par une première partie coudée et par une deuxième partie coudée. La première partie coudée est prolongée par une première partie rectiligne et la deuxième partie coudée est prolongée par une deuxième partie rectiligne. ; at least one first group of conduits falling in the ducts of the first plurality of ducts. According to this first group of ducts, the coupling section of the ducts of the first plurality of ducts is extended at each of its ends by a first bent portion and a second bent portion. The first bent portion is extended by a first rectilinear portion and the second bent portion is extended by a second rectilinear portion. ;
- au moins un deuxième groupe de conduits relevant alternativement de conduits de la première et de la deuxième pluralité de conduits ; at least one second group of conduits alternately rising from ducts of the first and second plurality of ducts;
- au moins un troisième groupe de conduits relevant de conduits de la deuxième pluralité de conduits. Selon ce troisième groupe de conduits de la deuxième pluralité de conduits, le tronçon de couplage des conduits est prolongé à l'une de ses extrémités par une partie coudée prolongée à son tour par une partie rectiligne, l'autre extrémité du tronçon de couplage étant fermée. at least a third group of ducts falling in conduits of the second plurality of ducts. According to this third group of ducts of the second plurality of ducts, the coupling section of the ducts is extended at one of its ends by a bent portion extended in turn by a rectilinear part, the other end of the coupling section being closed.
Avantageusement, le premier groupe de conduits peut être affecté à au moins un premier dispositif électronique, et/ou le deuxième groupe de conduits peut être affecté à au moins un deuxième dispositif électronique et/ou le troisième groupe de conduits peut être affecté à au moins un troisième dispositif électronique. à titre d'exemple non limitatif, au moins un premier dispositif électronique est thermiquement couplé à une pluralité de conduits du premier groupe, lesdits conduits de la première pluralité de conduits étant adjacents suivant la direction longitudinale du substrat du premier dispositif électronique et s'étendant transversalement par rapport audit premier dispositif électronique. Advantageously, the first group of conduits may be assigned to at least one first electronic device, and / or the second group of conduits may be assigned to at least one second electronic device and / or the third group of conduits may be assigned to at least one a third electronic device. by way of non-limiting example, at least one first electronic device is thermally coupled to a plurality of conduits of the first group, said conduits of the first plurality of conduits being adjacent in the longitudinal direction of the substrate of the first electronic device and extending transversely to said first electronic device.
De manière complémentaire ou alternative, au moins un deuxième dispositif électronique est thermiquement couplé à une pluralité de conduits du deuxième groupe, lesdits conduits étant adjacents suivant la direction longitudinale du substrat du deuxième dispositif électronique et s'étendant transversalement par rapport audit deuxième dispositif électronique, les conduits de la première pluralité de conduits étant disposés en alternance avec les conduits de la deuxième pluralité de conduits. Complementarily or alternatively, at least one second electronic device is thermally coupled to a plurality of conduits of the second group, said conduits being adjacent in the longitudinal direction of the substrate of the second electronic device and extending transversely with respect to said second electronic device, the conduits of the first plurality of conduits being arranged alternately with the conduits of the second plurality of conduits.
De manière complémentaire ou alternative, au moins un troisième dispositif électronique est thermiquement couplé à une pluralité de conduits du troisième groupe, lesdits conduits de la deuxième pluralité de conduits étant adjacents suivant la direction longitudinale du substrat du troisième dispositif électronique et s'étendant transversalement par rapport audit troisième dispositif électronique alternativement d'un côté et de l'autre du module Complementarily or alternatively, at least one third electronic device is thermally coupled to a plurality of conduits of the third group, said conduits of the second plurality of conduits being adjacent in the longitudinal direction of the substrate of the third electronic device and extending transversely through report to said third electronic device alternately on one side and the other of the module
L'alternance de disposition successive des conduits affectés au deuxième dispositif électronique et des conduits affectés au troisième dispositif électronique est avantageusement décalée. Un tel agencement des conduits entre eux permet de réduire l'encombrement résultant de l'adjacence successive et alternée des conduits, tout en permettant une optimisation du nombre de conduits exploités pour le refroidissement des dispositifs électroniques. The alternation of successive disposition of the ducts assigned to the second electronic device and the ducts assigned to the third electronic device is advantageously offset. Such an arrangement of the ducts between them makes it possible to reduce the space requirement resulting from the successive and alternating adjacency of the ducts, while allowing an optimization of the number of ducts used for the cooling of the electronic devices.
Un autre aspect de l'invention porte sur l'organisation de l'appareil de refroidissement visant à améliorer la robustesse et/ou l'efficacité de l'échange thermique entre les conduits et le système de refroidissement. Another aspect of the invention relates to the organization of the cooling apparatus for improving the robustness and / or the efficiency of the heat exchange between the ducts and the cooling system.
Selon cet aspect de l'invention, l'appareil de refroidissement comprend au moins un organe de refroidissement comprenant un ensemble d'ailettes traversé par la partie rectiligne des conduits. Les ailettes d'un même organe de refroidissement sont préférentiellement disposées successivement le long de la partie rectiligne des conduits. De préférence, les ailettes d'un même organe de refroidissement sont orientées sensiblement parallèlement les unes aux autres et sensiblement perpendiculairement à la partie rectiligne des conduits. De telles dispositions permettent notamment de favoriser le couplage thermique et/ou de conforter la robustesse de la liaison mécanique entre les conduits et l'appareil de refroidissement. Selon un mode de réalisation particulier, les ailettes d'un organe de refroidissement sont couplées thermiquement et mécaniquement à la partie rectiligne de l'ensemble des conduits. According to this aspect of the invention, the cooling apparatus comprises at least one cooling member comprising a set of fins crossed by the rectilinear part of the ducts. The fins of the same cooling member are preferably arranged successively along the straight portion of the ducts. Preferably, the fins of the same cooling member are oriented substantially parallel to each other and substantially perpendicular to the straight portion of the ducts. Such arrangements make it possible in particular to promote thermal coupling and / or to reinforce the robustness of the mechanical connection between the ducts and the cooling apparatus. According to a particular embodiment, the fins of a cooling member are thermally and mechanically coupled to the rectilinear part of all the ducts.
Éventuellement, et notamment pour les conduits de la première pluralité de conduits, la première partie rectiligne de chaque conduit est couplée thermiquement et mécaniquement aux ailettes d'un premier organe de refroidissement, et la deuxième partie rectiligne de chaque conduit est couplée thermiquement et mécaniquement aux ailettes d'un deuxième organe de refroidissement. Par ailleurs, l'appareil de refroidissement comprend préférentiellement au moins un ventilateur agencé pour générer un flux d'air, notamment lorsque le véhicule est à Γ arrêt. Optionally, and especially for the ducts of the first plurality of ducts, the first straight portion of each duct is thermally and mechanically coupled to the fins of a first cooling member, and the second straight portion of each duct is thermally and mechanically coupled to the ducts. fins of a second cooling member. Furthermore, the cooling apparatus preferably comprises at least one fan arranged to generate an air flow, especially when the vehicle is off.
Ledit au moins un ventilateur est avantageusement disposé, par exemple sur l'appareil de refroidissement, de sorte que le flux d'air généré est dirigé entre les parties rectilignes des conduits et entre les ailettes de l'appareil de refroidissement. Said at least one fan is advantageously arranged, for example on the cooling apparatus, so that the generated air flow is directed between the rectilinear parts of the ducts and between the fins of the cooling apparatus.
Plus particulièrement, l'appareil de refroidissement comprend un premier ventilateur affecté au premier organe de refroidissement et un deuxième ventilateur affecté au deuxième organe de refroidissement. More particularly, the cooling apparatus comprises a first fan assigned to the first cooling member and a second fan assigned to the second cooling member.
Afin de conforter la robustesse du maintien du réseau de conduits tout en limitant son encombrement et optimisant les transferts thermiques avec l'air ambiant, le système de refroidissement d'un module conforme à l'invention prévoit plusieurs modes de réalisation concernant l'agencement des conduits au travers des ailettes. In order to reinforce the robustness of the maintenance of the duct network while limiting its size and optimizing heat transfers with the ambient air, the cooling system of a module according to the invention provides several embodiments relating to the arrangement of ducted through the fins.
On considère un plan contenant une ailette d'un organe de refroidissement donné. Dans ce plan, les conduits sont de préférence agencés selon un réseau bidimensionnel s'étendant suivant deux directions particulières. Avantageusement, ces deux directions s'étendent respectivement parallèlement et perpendiculairement à l'axe du support cylindrique. Consider a plane containing a fin of a given cooling member. In this plane, the ducts are preferably arranged in a two-dimensional array extending in two particular directions. Advantageously, these two directions extend respectively parallel and perpendicular to the axis of the cylindrical support.
Le pas du réseau défini précédemment peut être alternativement identique ou différent dans l'une et l'autre des deux directions particulières. The pitch of the network defined above may be alternately identical or different in one and the other of the two particular directions.
Selon une variante alternative, les conduits sont avantageusement organisés en quinconce. Une telle disposition en quinconce peut être obtenue à partir d'un décalage de l'alignement des conduits en couplage thermique avec un premier collecteur par rapport aux conduits en couplage thermique avec un autre collecteur. According to an alternative variant, the ducts are advantageously organized in staggered rows. Such a staggered arrangement can be obtained from an offset of the alignment of the heat-coupled ducts with a first collector with respect to the heat-coupled ducts with another collector.
Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un ensemble de composants comprenant un moteur électrique et un module d'électronique de puissance conforme au premier aspect de l'invention ou à l'une quelconque de ses variantes. Dans ce contexte, le moteur électrique est notamment commandé par le module d'électronique de puissance. According to a second aspect of the invention, there is provided a set of components comprising an electric motor and a power electronics module according to the first aspect of the invention or any of its variants. In this context, the electric motor is in particular controlled by the power electronics module.
Le système électrique multiphasé peut comprendre un moteur électrique de propulsion d'un moyen de transport, tel qu'un véhicule automobile routier ou un véhicule ferroviaire. De manière plus générale, l'ensemble conforme au deuxième aspect de l'invention est agencé pour commander une grande variété de systèmes électriques, sans limitation du domaine d'application. Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé un véhicule motorisé comprenant un ensemble de composants conforme au deuxième aspect de l'invention. Le moteur électrique, constituant le système électrique multiphasé et dont la commande est opérée par le module électronique de commande de l'invention, est avantageusement un moteur propulsif du véhicule. Le véhicule de la présente invention est susceptible d'être un quelconque véhicule à motorisation propulsive au moins partiellement électrique, tel que par exemple un véhicule automobile ou un véhicule ferroviaire, tel qu'une machine motrice d'un train. The multi-phase electrical system may comprise an electric motor for propelling a means of transport, such as a road motor vehicle or a railway vehicle. More generally, the assembly according to the second aspect of the invention is arranged to control a wide variety of electrical systems, without limitation of the field of application. According to a third aspect of the invention, there is provided a motor vehicle comprising a set of components according to the second aspect of the invention. The electric motor constituting the multiphase electrical system and whose control is operated by the electronic control module of the invention, is advantageously a propulsive engine of the vehicle. The vehicle of the present invention is likely to be any vehicle with at least partially electric propulsion, such as for example a motor vehicle or a railway vehicle, such as a prime mover of a train.
Selon un quatrième aspect de l'invention, il est proposé l'utilisation 'd'un ensemble de composants conforme au deuxième aspect de l'invention, pour la propulsion d'un véhicule à motorisation propulsive au moins partiellement électrique. According to a fourth aspect of the invention, it is proposed the use of a set of components according to the second aspect of the invention, for the propulsion of a motor vehicle propulsive at least partially electric.
Des modes de réalisation variés de l'invention sont susceptibles d'être réalisés en intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées dans le présent document. Various embodiments of the invention can be made by integrating, according to all of their possible combinations, the various optional features disclosed in this document.
Description des figures et des modes de réalisation D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit, et des exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatifs relatifs à un ou plusieurs aspects de l'invention en référence aux dessins schématiques des planches annexées, dans lesquelles : DESCRIPTION OF THE FIGURES AND EMBODIMENTS Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description, and non-limiting exemplary embodiments relating to one or more aspects of the invention. with reference to the schematic drawings of the attached plates, in which:
- la FIGURE 1 est une illustration en perspective d'un exemple de réalisation d'un module d'électronique de commande d'un système électrique multiphasé conforme au premier aspect de la présente invention. - FIGURE 1 is a perspective illustration of an embodiment of a control electronics module of a multiphase electrical system according to the first aspect of the present invention.
- la FIGURE 2 et la FIGURE 3 sont des illustrations en perspective d'un exemple de réalisation d'un support pour les dispositifs électroniques d'un module conforme au premier aspect de la présente invention, vu respectivement de l'une et de l'autre de ses extrémités axiales. FIG. 2 and FIG. 3 are perspective illustrations of an exemplary embodiment of a support for the electronic devices of a module according to the first aspect of the present invention, seen respectively from the one and the other of its axial ends.
- La FIGURE 4 est une vue en perspective coupée suivant un plan médian, d'un exemple de réalisation d'un système de refroidissement d'un module d'électronique de commande conforme au premier aspect de la présente invention. - FIGURE 4 is a perspective view cut along a median plane, of an embodiment of a cooling system of a control electronics module according to the first aspect of the present invention.
- la FIGURE 5 en une vue en coupe transversale du module d'électronique de commande tel que représenté sur la FIGURE 4. - la FIGURE 6 est un détail en perspective du module d'électronique de commande représenté sur la FIGURE 4 et la FIGURE 5. FIGURE 5 is a cross-sectional view of the control electronics module as shown in FIGURE 4. FIGURE 6 is a perspective detail of the control electronics module shown in FIGURE 4 and FIGURE 5.
Les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. D'autres variantes de réalisation de l'invention peuvent être élaborées à partir d'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour exploiter l'un au moins des résultats techniques globalement procurés par l'invention, en se distinguant structurellement et/ou fonctionnellement de l'état de la technique antérieure. Cette sélection peut comprendre au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie seule est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. The embodiments which will be described below are in no way limiting. Other embodiments of the invention may be developed from a selection of characteristics described hereinafter isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage and / or to exploit the at least one of the technical results generally provided by the invention, differing structurally and / or functionally from the state of the prior art. This selection may comprise at least one preferably functional feature without structural details, or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art .
En particulier tous les perfectionnements et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. Par ailleurs pour éviter une surcharge des figures, rendre aisée leur lecture et clarifier leur description, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence, tant dans leur représentation que pour leur description, sans impliquer leur représentation individuelle et/ou précise sur chacune des figures. In particular, all the improvements and all the embodiments described are combinable with each other if nothing stands in the way of this combination on a technical level. Moreover, to avoid an overload of the figures, to make them easy to read and to clarify their description, the elements common to several figures retain the same reference, as much in their representation as for their description, without implying their individual and / or precise representation on each of the FIGS.
La FIGURE 1 représente un exemple de réalisation d'un module d'électronique de commande 1 conforme au premier aspect de l'invention. Le module 1 est organisé pour commander le fonctionnement d'un système électrique multiphasé 2, du type par exemple d'un moteur propulsif d'un véhicule à motorisation au moins partiellement électrique. FIG. 1 represents an exemplary embodiment of a control electronics module 1 according to the first aspect of the invention. Module 1 is organized to control the operation of a multiphase electrical system 2, of the type for example of a propulsion engine of a motor vehicle at least partially electric.
Le module 1 comprend un support 3 cylindrique agencé pour loger une pluralité de dispositifs électroniques, tels que les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c illustrés sur les FIGURES 4 à 6. Les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c sont agencés pour mettre en forme au moins un signal électrique entrant SI et générer une pluralité de signaux électrique sortants S2, au moins au nombre de trois, commandant le fonctionnement du système électrique multiphasé 2. L'injection du signal électrique entrant SI sera détaillé ultérieurement. The module 1 comprises a cylindrical support 3 arranged to house a plurality of electronic devices, such as the electronic devices 4a, 4b, 4c illustrated in FIGS. 4 to 6. The electronic devices 4a, 4b, 4c are arranged to shape at the same time. minus an incoming electrical signal S1 and generate a plurality of outgoing electrical signals S2, at least three in number, controlling the operation of the multiphase electrical system 2. The injection of the incoming electrical signal S1 will be detailed later.
À titre d'exemple non-limitatif, les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c peuvent être du type convertisseur continu-continu, tels que des hacheurs. Le ou les signaux électriques entrants SI sont à titre indicatif non limitatif du type d'une tension continue dont la valeur nominale est comprise entre 150V et 600V. Les signaux électriques sortant S2 mis en forme par le module d'électronique de puissance 1 sont du type « Puise Width Modulation » (PWM pour « Modulation à Largeur d'Impulsion »). Chaque dispositif électronique 4a, 4b, 4c réalise une telle transformation avec une fréquence et un rapport cyclique donné. De manière préférentielle, chaque signal électrique sortant S2 est déphasé par rapport aux autres. As a non-limiting example, the electronic devices 4a, 4b, 4c may be of the DC-DC converter type, such as choppers. The incoming electrical signal (s) SI are indicatively non-limiting of the type of a DC voltage whose nominal value is between 150V and 600V. The outgoing electrical signals S2 shaped by the power electronics module 1 are of the "Pulse Width Modulation" type (PWM for "Pulse Width Modulation"). Each electronic device 4a, 4b, 4c performs such a transformation with a frequency and a given duty cycle. Preferably, each outgoing electrical signal S2 is out of phase with the others.
Le support 3 est couplé thermiquement avec une pluralité de conduits 5 agencés entre eux en un réseau de conduits permettant de refroidir les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. A cet effet, les conduits 5 peuvent avantageusement être des caloducs contenant un fluide caloporteur à changement de phase, et sont par ailleurs couplés thermiquement avec un appareil de refroidissement 6. The support 3 is thermally coupled with a plurality of conduits 5 arranged between them in a network of conduits for cooling the electronic devices 4a, 4b, 4c. For this purpose, the ducts 5 may advantageously be heat pipes containing a heat transfer fluid with phase change, and are moreover thermally coupled with a cooling apparatus 6.
L'appareil de refroidissement 6 illustré sur la FIGURE 1 comprend deux organes de refroidissement 6a, 6b disposés latéralement de part et d'autre du support 3 et plus spécifiquement de part et d'autre d'un plan PI contenant l'axe A du support 3. Chacun des organes de refroidissement 6a, 6b est par exemple constitué d'un échangeur de chaleur à ailettes 7, les ailettes 7 étant disposées parallèlement les unes aux autres. Chaque organe de refroidissement 6a, 6b comprend ainsi un bloc mécanique formé d'un ensemble d'ailettes 7 orientées parallèlement entre elles et préférentiellement parallèlement au plan PI contenant l'axe A du support 3. The cooling apparatus 6 illustrated in FIG. 1 comprises two cooling members 6a, 6b arranged laterally on either side of the support 3 and more specifically on either side of a plane PI containing the axis A of the 3. Each of the cooling members 6a, 6b consists, for example, of a finned heat exchanger 7, the fins 7 being arranged parallel to one another. Each cooling member 6a, 6b thus comprises a mechanical block formed of a set of fins 7 oriented parallel to each other and preferably parallel to the plane PI containing the axis A of the support 3.
Les ailettes 7 de chaque organe de refroidissement 6a, 6b sont traversées par une partie rectiligne 8 des conduits 5 perpendiculairement au plan P2 d'extension des ailettes 7. Au niveau de sa partie rectiligne, chaque conduit 5 est fermement solidarisé aux ailettes 7 de l'un et/ou l'autre des organes de refroidissement 6a, 6b. Une telle solidarisation est notamment réalisée par tout moyen de couplage mécanique entre les parties rectilignes 8 des conduits 5 et les ailettes 7, tel que par brasage par exemple. The fins 7 of each cooling member 6a, 6b are traversed by a rectilinear portion 8 of the ducts 5 perpendicularly to the extension plane P2 of the fins 7. At its straight portion, each duct 5 is firmly secured to the fins 7 of the one and / or the other of the cooling members 6a, 6b. Such fastening is in particular carried out by any means of mechanical coupling between the rectilinear parts 8 of the ducts 5 and the fins 7, such as by brazing, for example.
Du fait des échanges thermiques entre les conduits 5 et le support 3 d'une part, et entre les conduits 5 et le ou les organes de refroidissement 6a, 6b d'autre part, le fluide caloporteur change de phase et est entraîné entre leurs extrémités à l'intérieur des conduits 5 en circulant entre le support 3 et l'un au moins des organes de refroidissement 6a, 6b. Le fluide caloporteur prélève alors des calories au niveau des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c via le support 3 et/ou l'interface thermique pour les restituer et les dissiper avec l'air ambiant entourant les ailettes 7 ai niveau d'au moins un des appareils de refroidissement 6a, 6b. Pour favoriser le transfert thermique entre l'appareil de refroidissement 6 et l'air ambiant, au moins un flux d'air Fl, F2 traverse l'un et l'autre des organes de refroidissement 6a, 6b. Un tel flux d'air Fl, F2 peut être généré par un moyen distant et dissocié du module d'électronique de puissance 1. De manière avantageuse, l'appareil de refroidissement 6 comprend un ou de plusieurs ventilateurs 9a, 9b générateurs des flux d'air Fl, F2. Un premier ventilateur 9a est monté à la base du bloc d'ailettes 7 d'un premier organe de refroidissement 6a d'un premier côté du module 1 , et un deuxième ventilateur 9b est monté à la base du bloc d'ailettes 7 d'un deuxième organe de refroidissement 6b d'un deuxième côté du module 1. Due to the heat exchange between the ducts 5 and the support 3 on the one hand, and between the ducts 5 and the cooling element or members 6a, 6b on the other hand, the heat transfer fluid changes phase and is entrained between their ends. inside the ducts 5 circulating between the support 3 and at least one of the cooling members 6a, 6b. The heat transfer fluid then takes heat from the electronic devices 4a, 4b, 4c via the support 3 and / or the thermal interface to restore them and dissipate them with the ambient air surrounding the fins 7 ai at least one level. cooling apparatuses 6a, 6b. To promote the heat transfer between the cooling device 6 and the ambient air, at least one air flow Fl, F2 passes through both cooling members 6a, 6b. Such a flow of air F1, F2 can be generated by a remote means and dissociated from the power electronics module 1. Advantageously, the cooling apparatus 6 comprises one or more fans 9a, 9b generating air flows Fl, F2. A first fan 9a is mounted at the base of the fin block 7 of a first cooling member 6a of a first side of the module 1, and a second fan 9b is mounted at the base of the fin block 7 of a second cooling member 6b of a second side of the module 1.
Par exemple, chaque appareil de refroidissement 6a, 6b est ainsi équipé d'un ventilateur 9a, 9b générant un flux d'air Fl, F2 affecté à son refroidissement. Les ventilateurs 9a, 9b sont avantageusement configurés pour puiser ou aspirer l'air afin de générer les flux d'air Fl, F2 traversant les blocs d'ailettes 7 des organes de refroidissement 6a, 6b. La vitesse et/ou le débit des flux d'air Fl, F2 générés respectivement par l'un et/ou l'autre des ventilateurs 9a, 9b peuvent varier en fonction des besoins en refroidissement propres à chacun des appareils de refroidissement 6a, 6b et/ou du fonctionnement dudit module 1 et/ou du déplacement du véhicule. Ils peuvent notamment être invariants ou programmés pour être asservis sur le fonctionnement du module, et plus particulièrement sur la température mesurée au niveau des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. à cet effet, le module conforme au premier aspect de l'invention peut avantageusement comprendre au moins un capteur de température agencé pour mesurer la température à proximité d'au moins un dispositif électronique, et préférentiellement au niveau ou dans le support cylindrique 3. For example, each cooling device 6a, 6b is thus equipped with a fan 9a, 9b generating a flow of air Fl, F2 assigned to its cooling. The fans 9a, 9b are advantageously configured to draw or draw air to generate the air flow Fl, F2 through the fin blocks 7 of the cooling members 6a, 6b. The speed and / or the flow rate of the airflows Fl, F2 generated respectively by one and / or the other of the fans 9a, 9b may vary according to the cooling requirements specific to each of the cooling devices 6a, 6b and / or the operation of said module 1 and / or the movement of the vehicle. They may in particular be invariant or programmed to be slaved to the operation of the module, and more particularly to the temperature measured at the level of the electronic devices 4a, 4b, 4c. to this end, the module according to the first aspect of the invention may advantageously comprise at least one temperature sensor arranged to measure the temperature in the vicinity of at least one electronic device, and preferably at or in the cylindrical support 3.
Les flux d'air Fl, F2 respectivement générés par les ventilateurs 9a, 9b sont orientés parallèlement au plan P2 des ailettes 7 et s'engouffrent avantageusement entre les ailettes 7 pour impacter les parties rectilignes 8 des conduits 5 qui s'étendent entre les ailettes 7. The air flows F1, F2 respectively generated by the fans 9a, 9b are oriented parallel to the plane P2 of the fins 7 and advantageously rush between the fins 7 to impact the straight portions 8 of the ducts 5 which extend between the fins 7.
Dans l'exemple illustré sur la FIGURE 2 et la FIGURE 3, le support 3 est représenté en perspective vu depuis ses extrémités axiales respectives. Le support 3 a une forme générale cylindrique en s'étendant suivant un axe A orienté perpendiculairement à la direction d'extension de la partie des conduits 5 placée en couplage thermique avec le support 3. Le support 3 est constitué d'un corps agencé en plusieurs facettes 10a, 10b, 10c, au nombre de trois sur l'exemple de réalisation illustré. In the example illustrated in FIGURE 2 and FIGURE 3, the support 3 is shown in perspective as seen from its respective axial ends. The support 3 has a generally cylindrical shape extending along an axis A oriented perpendicular to the direction of extension of the portion of the conduits 5 placed in thermal coupling with the support 3. The support 3 consists of a body arranged in several facets 10a, 10b, 10c, three in number on the illustrated embodiment.
Selon le nombre de dispositifs électroniques 4 que comprend le module 1 conforme au premier aspect de l'invention, le support 3 peut comprendre un plus grand nombre de facettes 10. D'une manière générale, le nombre de facettes 10a, 10b, 10c du support 3 correspond au nombre de dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c qu'il loge et au nombre de groupes de conduits 5 respectivement en couplages thermique avec lesdits dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. Les facettes 10a, 10b, 10c du support 3 sont agencées pour former une interface thermique en prenant chacune la forme d'un collecteur l ia, 11b, 11c. Chaque collecteur collabore avec un groupe de conduits 5 pour réaliser un couplage mécanique et thermique desdits conduits 5 avec le support 3. Depending on the number of electronic devices 4 included in the module 1 according to the first aspect of the invention, the support 3 may comprise a larger number of facets 10. In general, the number of facets 10a, 10b, 10c of the support 3 corresponds to the number of electronic devices 4a, 4b, 4c that it houses and to the number of groups of conduits 5 respectively in thermal coupling with said electronic devices 4a, 4b, 4c. The facets 10a, 10b, 10c of the support 3 are arranged to form a thermal interface, each taking the form of a collector 11a, 11b, 11c. Each collector collaborates with a group of ducts 5 for effecting a mechanical and thermal coupling of said ducts 5 with the support 3.
Les facettes 10a, 10b, 10c du support 3 peuvent être formée d'un ensemble monobloc constitutif du corps du support 3. Sur l'exemple illustré, chaque facette 10a, 10b, 10c du support 3 est individuellement formée par un élément de paroi 12a, 12b, 12c distinct des autres éléments de parois 12a, 12b, 12c. Les éléments de paroi 12a, 12b, 12c sont assemblés entre eux par l'intermédiaire de platines 13a, 13b respectivement disposées aux faces d'extrémité axiale du support 3. The facets 10a, 10b, 10c of the support 3 may be formed of a one-piece assembly constituting the body of the support 3. In the illustrated example, each facet 10a, 10b, 10c of the support 3 is individually formed by a wall element 12a , 12b, 12c distinct from the other wall elements 12a, 12b, 12c. The wall elements 12a, 12b, 12c are assembled together by means of plates 13a, 13b respectively arranged at the axial end faces of the support 3.
À cet effet, les éléments de paroi 12a, 12b, 12c comportent chacun une languette 14 jouant le rôle de lames ressort et permettant de maintenir les platines 13a, 13b du support 3. Les languettes 14 s'étendant à leur face axiale orientée vers l'extérieur du support 3, parallèlement à l'axe A du support 3. Les extrémités axiales des languettes 14 sont respectivement fixées aux platines 13a, 13b du support 3, au moins par emboîtement à l'intérieur de fentes 15 ménagées à leur travers, un tel assemblage par emboîtement étant de préférence conforté par scellement. Alternativement, les languettes 14 pourraient être remplacées par des moyens de fixation amovibles, tels que de des vis d'assemblages. For this purpose, the wall elements 12a, 12b, 12c each comprise a tongue 14 acting as leaf spring and to maintain the plates 13a, 13b of the support 3. The tabs 14 extending at their axial face facing the outside the support 3, parallel to the axis A of the support 3. The axial ends of the tongues 14 are respectively fixed to the plates 13a, 13b of the support 3, at least by interlocking inside slots 15 formed therethrough, such an interlocking assembly being preferably reinforced by sealing. Alternatively, the tongues 14 could be replaced by removable fastening means, such as assembly screws.
Sur l'exemple illustré sur les FIGURES 4 à 6, le support 3 loge dans sa zone centrale un connecteur 16 dont l'emplacement est schématisé par des pointillés. Un tel connecteur 16 peut par exemple comprendre une barre omnibus recevant ledit au moins un signal électrique entrant SI traité par les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c pour générer les signaux électriques sortant SI. Le connecteur 16 est avantageusement logé entre les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c avec lesquels il est électriquement lié. La liaison électrique entre le connecteur 16 et chacun des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c est réalisée par l'intermédiaire de substrats 17 que comportent typiquement de tels dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. Le connecteur 16 est agencé pour établir une connexion électrique avec chacun des dispositifs électroniques. In the example illustrated in FIGS. 4 to 6, the support 3 houses in its central zone a connector 16 whose location is shown schematically by dotted lines. Such a connector 16 may for example comprise a bus bar receiving said at least one incoming electrical signal SI processed by the electronic devices 4a, 4b, 4c to generate the outgoing electrical signals SI. The connector 16 is advantageously housed between the electronic devices 4a, 4b, 4c with which it is electrically bonded. The electrical connection between the connector 16 and each of the electronic devices 4a, 4b, 4c is formed by means of substrates 17 that typically comprise such electronic devices 4a, 4b, 4c. The connector 16 is arranged to establish an electrical connection with each of the electronic devices.
Plus particulièrement sur la FIGURE 5, chacun des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c comprend un substrat 17 et intégrant un circuit électrique, sur lequel sont fixés des composants électroniques 18. Les composants électroniques 18 comprennent notamment chacun au moins deux transistors bipolaires à grille isolée, chacun des transistors étant associés à une diode qui leur est affectée. La fixation des composants électroniques 18 permet préférentiellement d'assurer une connexion électrique avec ledit circuit électrique et un couplage mécanique entre eux. À titre d'exemple non limitatif, une telle fixation est préférentiellement du type d'un brasage. Le substrat 17 s'étend longitudinalement suivant l'axe A du support 3 et les composants électroniques 18 sont alignés suivant la direction longitudinale des substrats 17 les portant respectivement. Par suite, le câblage des composants électroniques 18 sur le substrat 17 en est facilité et l'encombrement transversal des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c est limité. L'encombrement transverse global de l'ensemble formé par les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c est ainsi limité. More particularly in FIGURE 5, each of the electronic devices 4a, 4b, 4c comprises a substrate 17 and incorporating an electrical circuit, on which electronic components 18 are fixed. The electronic components 18 each comprise at least two insulated gate bipolar transistors. , each of the transistors being associated with a diode assigned to them. Fixing electronic components 18 preferably allows to provide an electrical connection with said electrical circuit and a mechanical coupling between them. By way of non-limiting example, such a fixing is preferably of the type of a brazing. The substrate 17 extends longitudinally along the axis A of the support 3 and the electronic components 18 are aligned in the longitudinal direction of the substrates 17 bearing them respectively. As a result, the wiring of the electronic components 18 on the substrate 17 is facilitated and the transverse bulk of the electronic devices 4a, 4b, 4c is limited. The overall transverse bulk of the assembly formed by the electronic devices 4a, 4b, 4c is thus limited.
On définit dans la suite les plans Pa, Pb et Pc comme étant les plans des substrats 17 respectivement des dispositifs électroniques 4a, 4b et 4c. Les plans Pa, Pb et Pc s'étendent longitudinalement parallèlement à l'axe A du support 3 et selon une répartition circulaire dépendant du nombre de dispositifs électroniques 4a, 4b et 4c que comprend le module 1. In the following, the planes Pa, Pb and Pc are defined as being the planes of the substrates 17 respectively of the electronic devices 4a, 4b and 4c. The planes Pa, Pb and Pc extend longitudinally parallel to the axis A of the support 3 and in a circular distribution depending on the number of electronic devices 4a, 4b and 4c that includes the module 1.
Selon un aspect essentiel de l'invention, les composants électroniques 18 de chaque dispositif électronique 4a, 4b, 4c sont orientés vers l'intérieur d'un évidement 19 du support 3 logeant les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. Le substrat 17 de chaque dispositif électronique 4a, 4b, 4c est orienté vers l'extérieur de l'évidement 19 du support 3. Ainsi, les ondes électromagnétiques générées par les composants électroniques 18 des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c sont au moins en partie confinées à l'intérieur de l'évidement 19 du support 3. Le support 3 est avantageusement agencé en cage enveloppant l'ensemble électronique composé des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. According to an essential aspect of the invention, the electronic components 18 of each electronic device 4a, 4b, 4c are oriented towards the inside of a recess 19 of the support 3 housing the electronic devices 4a, 4b, 4c. The substrate 17 of each electronic device 4a, 4b, 4c is oriented towards the outside of the recess 19 of the support 3. Thus, the electromagnetic waves generated by the electronic components 18 of the electronic devices 4a, 4b, 4c are at least confined part inside the recess 19 of the support 3. The support 3 is advantageously arranged in a cage surrounding the electronic assembly consisting of electronic devices 4a, 4b, 4c.
Complémentairement, le connecteur 16 est agencé pour constituer avantageusement un organe porteur des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c lorsqu'il est mécaniquement couplé au substrat 17 desdits dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. Ainsi, le connecteur 16 et les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c forment conjointement un ensemble mécanique solidaire pouvant être éventuellement assemblé avant son insertion à l'intérieur de l'évidement 19 du support 3. Une telle installation peut notamment être opérée à partir d'une introduction dudit ensemble mécanique monobloc 16, 4a, 4b, 4c à l'intérieur de l'évidement 19 du support 3 depuis une face de bout axiale du support 3. Complementarily, the connector 16 is arranged to advantageously constitute a carrier member of the electronic devices 4a, 4b, 4c when it is mechanically coupled to the substrate 17 of said electronic devices 4a, 4b, 4c. Thus, the connector 16 and the electronic devices 4a, 4b, 4c together form an integral mechanical assembly that may be assembled before insertion into the recess 19 of the support 3. Such an installation may in particular be operated from an introduction of said one-piece mechanical assembly 16, 4a, 4b, 4c inside the recess 19 of the support 3 from an axial end face of the support 3.
Dans ce contexte, et en référence aux FIGURES 2 et 3, le connecteur 16 est électriquement lié avec une pluralité de cosses d'entrée 20a émergeant axialement hors du support 3 pour l'injection dudit au moins un signal électrique entrant SI. Préférentiellement, les cosses d'entrée 20a émergent hors du support 3 au travers d'une première ouverture 21a ménagée axialement dans une première platine 13a du support 3. In this context, and with reference to FIGURES 2 and 3, the connector 16 is electrically connected with a plurality of input terminals 20a emerging axially out of the support 3 for the injection of said at least one incoming electrical signal SI. Preferably, the input lugs 20a emerge from the support 3 through a first opening 21a formed axially in a first plate 13a of the support 3.
Par ailleurs, à leur extrémité opposée, chaque dispositif électronique 4a, 4b, 4c est électriquement lié individuellement à une cosse de sortie 20b correspondante. Les cosses de sortie 20b sont aptes à être raccordées électriquement au système électrique multiphasé 2. Les cosses de sortie 20b émergent axialement hors du support 3 à travers une deuxième ouverture 21b ménagée axialement au travers d'une deuxième platine 13b du support. Moreover, at their opposite end, each electronic device 4a, 4b, 4c is electrically individually connected to a corresponding output terminal 20b. The output lugs 20b are able to be electrically connected to the multiphase electrical system 2. output lugs 20b emerge axially out of the support 3 through a second opening 21b formed axially through a second plate 13b of the support.
Avantageusement, la première ouverture 21a et la deuxième ouverture 21b sont respectivement alignées axialement avec l'évidement 19 du support 3, de manière à procurer un accès à l'évidement 19 du support 3 facilitant l'installation des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c à l'intérieur de l'évidement 19 du support 3. Advantageously, the first opening 21a and the second opening 21b are respectively aligned axially with the recess 19 of the support 3, so as to provide access to the recess 19 of the support 3 facilitating the installation of the electronic devices 4a, 4b, 4c inside the recess 19 of the support 3.
En référence aux FIGURES 4 à 6, l'évidement 19 du support 3 est agencé en une pluralité de faces 22a, 22b, 22c formant un cadre 23. Le cadre 23 présente une section polygonale suivant un plan transversal aux plans Pa, Pb, Pc d'extension des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c respectivement définis par leurs substrats 17 respectifs. Referring to FIGURES 4 to 6, the recess 19 of the support 3 is arranged in a plurality of faces 22a, 22b, 22c forming a frame 23. The frame 23 has a polygonal section along a plane transverse to the planes Pa, Pb, Pc extending electronic devices 4a, 4b, 4c respectively defined by their respective substrates 17.
Chaque dispositif électronique 4a, 4b, 4c est fixé par l'intermédiaire de son substrat 17 sur une face du cadre 23 qui lui est affecté. Cette fixation permet d'établir préférentiellement à la fois un couplage mécanique et un couplage thermique entre les dispositifs électronique 4a, 4b, 4c et le cadre 23. Les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c peuvent être mécaniquement fixés au cadre 23 par brasage par exemple par l'intermédiaire de leur substrat 17. Sur l'exemple illustré, dans lequel les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c sont au nombre trois, le cadre 23 est plus particulièrement d'une section trans verse triangulaire, de préférence équilatérale. Each electronic device 4a, 4b, 4c is fixed via its substrate 17 to a face of the frame 23 which is assigned to it. This fixing makes it possible to establish preferentially both a mechanical coupling and a thermal coupling between the electronic devices 4a, 4b, 4c and the frame 23. The electronic devices 4a, 4b, 4c can be mechanically fixed to the frame 23 by brazing, for example 17 In the illustrated example, in which the electronic devices 4a, 4b, 4c are three in number, the frame 23 is more particularly of a triangular, preferably equilateral, trans verse section.
Les faces du cadre 23 sont avantageusement formées par les collecteurs l ia, 11b, 11c sur lesquels sont respectivement fixés les groupes de conduits 5. La fixation des conduits 5 sur les collecteurs ci l correspondant permet de réaliser un couplage mécanique entre lesdits conduits 5 et les interfaces thermiques formées par les collecteurs l ia, 11b, 11c. Dès lors, la fixation des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c sur les faces respectives du cadre 23 permet aussi de réaliser un couplage thermique des dispositifs électronique 4a, 4b, 4c avec les groupes Gl, G2 et G3 de conduits 5 qui leurs sont respectivement affectés par l'intermédiaire des collecteurs l ia, 11b, 11c. The faces of the frame 23 are advantageously formed by the collectors 1a, 11b, 11c on which the groups of ducts 5 are respectively fixed. The fixing of the ducts 5 on the collectors ci 1 corresponding to this makes it possible to mechanically couple between said ducts 5 and the thermal interfaces formed by the collectors 11a, 11b, 11c. Therefore, the fixing of the electronic devices 4a, 4b, 4c on the respective faces of the frame 23 also makes it possible to thermally couple the electronic devices 4a, 4b, 4c with the groups G1, G2 and G3 of the conduits 5 which are respectively assigned via collectors 11a, 11b, 11c.
Chacun des conduits 5 comporte un tronçon de couplage 24 mécanique et thermique avec un collecteur l ia, 11b, 11c correspondant. Le tronçon de couplage 24 s'étend préférentiellement sur toute la dimension transverse des collecteurs l ia, 11b, 11c afin d'optimiser l'échange thermique entre eux. Les tronçons de couplage 24 des conduits 5 s'étendent individuellement à l'intérieur de passages 25 respectifs ménagés à travers les collecteurs l ia, 11b, 11c, perpendiculairement à l'axe A du support 3. De manière avantageuse, le tronçon de couplage 24 de chacun des conduits 5 s'étend dans le plan des connecteurs l ia, 11b, 11c perpendiculairement à l'axe A du support 3. Le tronçon de couplage 24 de chacun des conduits 5 s'étend radialement vers l'extérieur du cadre 23, par une partie coudée 26. Ainsi, le volume compris entre les deux organes de refroidissement 6a, 6b est occupé par le support 3 hors duquel émergent les parties coudées 26 des conduits 5. L'une au moins des parties coudées 26 de chacun des conduits 5 est prolongée par une partie rectiligne 8 placée en couplage thermique avec un organe de refroidissement 6a, 6b correspondant. Ainsi, chacune des parties rectilignes 8 des conduits 5 forme une zone d'échange thermique entre les conduits 5 et l'appareil de refroidissement 6. Each of the ducts 5 comprises a coupling section 24 mechanical and thermal with a collector 11a, 11b, 11c corresponding. The coupling section 24 preferably extends over the entire transverse dimension of the collectors 11a, 11b, 11c in order to optimize the heat exchange between them. The coupling sections 24 of the ducts 5 extend individually inside respective passages 25 formed through the collectors 11a, 11b, 11c, perpendicular to the axis A of the support 3. Advantageously, the coupling section 24 of each of the ducts 5 extends in the plane of the connectors 11a, 11b, 11c perpendicular to the axis A of the support 3. The coupling section 24 of each of the ducts 5 extends radially outwards from the frame 23, by a bent portion 26. Thus, the volume between the two cooling members 6a, 6b is occupied by the support 3 outside which the bent portions 26 of the ducts 5 emerge. At least one of the bent portions 26 of each of the ducts 5 is extended by a rectilinear portion 8 placed in thermal coupling with a corresponding cooling member 6a, 6b. Thus, each of the rectilinear portions 8 of the ducts 5 forms a heat exchange zone between the ducts 5 and the cooling apparatus 6.
De telles dispositions permettent de restreindre l'encombrement du module d'électronique de puissance 1 tout en optimisant l'échange thermique entre les conduits 5 et d'une part les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c et d'autre part l'appareil de refroidissement 6. Elles permettent notamment d'augmenter la densité de conduits en couplage thermique avec chaque dispositif électronique 4, et d'augmenter ainsi les capacités de refroidissement de l'échangeur thermique correspondant. Consécutivement, la fiabilité d'un module intégrant un tel échangeur thermique dans une telle configuration est améliorée. Plus particulièrement visible sur la FIGURE 6, les agencements respectifs des conduits 5 sont différenciés en une première pluralité de conduits 5a et en une deuxième pluralité de conduits 5b. Such arrangements make it possible to restrict the size of the power electronics module 1 while optimizing the heat exchange between the conduits 5 and, on the one hand, the electronic devices 4a, 4b, 4c and, on the other hand, the 6. They allow in particular to increase the density of conduits in thermal coupling with each electronic device 4, and thus increase the cooling capacity of the corresponding heat exchanger. Subsequently, the reliability of a module incorporating such a heat exchanger in such a configuration is improved. More particularly visible in FIGURE 6, the respective arrangements of the ducts 5 are differentiated into a first plurality of ducts 5a and a second plurality of ducts 5b.
Selon la première pluralité de conduits 5a, les conduits comportent une première partie rectiligne 8 située d'un premier côté du tronçon de couplage 24 et formant la première zone d'échange thermique avec le premier organe de refroidissement 6a et une deuxième partie rectiligne 8 située d'un deuxième côté du tronçon de couplage 24 et formant la deuxième zone d'échange thermique avec le deuxième organe de refroidissement 6b. Plus particulièrement, les parties rectilignes 8 de chaque conduit 5 a de la première pluralité de conduits sont thermiquement couplées respectivement avec l'un et l'autre des organes de refroidissement 6a, 6b. According to the first plurality of ducts 5a, the ducts comprise a first straight portion 8 located on a first side of the coupling section 24 and forming the first heat exchange zone with the first cooling member 6a and a second rectilinear portion 8 located a second side of the coupling section 24 and forming the second heat exchange zone with the second cooling member 6b. More particularly, the straight portions 8 of each duct 5a of the first plurality of ducts are thermally coupled respectively to one and the other of the cooling members 6a, 6b.
Selon la deuxième pluralité de conduits 5b, les conduits 5b comportent une seule partie coudée 26 prolongeant l'une des extrémités du tronçon de couplage 24, ladite partie coudée 26 étant prolongée par une seule partie rectiligne 8. L'autre extrémité du tronçon de couplage 24 est fermée 27 en sortie du passage 25 du collecteur l ia, 11b, 11c avec lequel il collabore. La partie rectiligne 8 des conduits 5b de la deuxième pluralité de conduits 5b est thermiquement couplée à l'appareil de refroidissement 6 par l'intermédiaire de l'un des organes de refroidissement 6a, 6b qu'il comporte. Dans ce contexte, les conduits 5a de la première pluralité et/ou les conduits 5b de la deuxième pluralité sont susceptibles d'être associés par groupes Gl, G2, G3 distincts de conduits respectivement affectés individuellement aux dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. According to the second plurality of conduits 5b, the ducts 5b comprise a single bent portion 26 extending one end of the coupling section 24, said bent portion 26 being extended by a single straight portion 8. The other end of the coupling section 24 is closed 27 at the outlet of the passage 25 of the collector 11a, 11b, 11c with which it collaborates. The rectilinear part 8 of the ducts 5b of the second plurality of ducts 5b is thermally coupled to the cooling apparatus 6 via one of the cooling members 6a, 6b that it comprises. In this context, the ducts 5a of the first plurality and / or the ducts 5b of the second plurality are likely to be associated by groups G1, G2, G3 separate ducts respectively assigned individually to the electronic devices 4a, 4b, 4c.
Un groupe de conduits 5 a de la première pluralité peuvent être exclusivement affectés à un ou plusieurs dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c donnés. Un groupe de conduits 5a, 5b de la deuxième pluralité peuvent être exclusivement affectés à un ou plusieurs dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c donnés. Une combinaison de conduits 5a de la première pluralité et de conduits 5b de la deuxième peut être affectée à un ou plusieurs dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c donnés. De telles répartitions d'exploitation des conduits 5 a, 5b de la première pluralité et/ou de la deuxième pluralité sont notamment effectuées en fonction du nombre et/ou de l'orientation des dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c dans leurs plans Pa, Pb, Pc respectifs par rapport au plan P2 des ailettes 7, ainsi que des besoins de refroidissement desdits dispositifs électroniques. Les répartitions d'affectation des conduits 5a, 5b de la première pluralité et/ou de la deuxième pluralité sont avantageusement effectuées de manière à optimiser les échanges thermiques entre les conduits 5 et d'une part l'un et/ou l'autre des organes de refroidissement 6a,6b et d'autre part les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c auxquels les conduits 5 sont respectivement affectés par groupe. A group of conduits 5a of the first plurality may be exclusively assigned to one or more electronic devices 4a, 4b, 4c given. A group of conduits 5a, 5b of the second plurality may be exclusively assigned to one or more electronic devices 4a, 4b, 4c given. A combination of conduits 5a of the first plurality and conduits 5b of the second may be assigned to one or more electronic devices 4a, 4b, 4c given. Such operating distributions of the ducts 5a, 5b of the first plurality and / or the second plurality are in particular carried out as a function of the number and / or orientation of the electronic devices 4a, 4b, 4c in their plans Pa, Pb, Pc respectively with respect to the plane P2 of the fins 7, as well as the cooling requirements of said electronic devices. The distribution allocations of the ducts 5a, 5b of the first plurality and / or the second plurality are advantageously carried out in such a way as to optimize the heat exchanges between the ducts 5 and, on the one hand, one and / or the other of the cooling members 6a, 6b and the other electronic devices 4a, 4b, 4c to which the ducts 5 are respectively affected by group.
Les répartitions d'affectation des conduits 5 de la première pluralité et/ou de la deuxième pluralité sont avantageusement effectuées de manière à restreindre au mieux l'encombrement de l'ensemble formé par le support 3 et l'extension des conduits 5. The distribution allocations of the ducts 5 of the first plurality and / or the second plurality are advantageously made in such a way as to best restrict the overall size of the assembly formed by the support 3 and the extension of the ducts 5.
La restriction de l'encombrement dudit ensemble permet de limiter l'écart entre les organes de refroidissement 6a, 6b et de limiter l'extension des conduits 5 entre les dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c et l'appareil de refroidissement 1. La performance des échanges thermiques entre les conduits 5 et le ou les organes de refroidissement 6a, 6b en est améliorée et l'encombrement global du module d'électronique de puissance 1 en est restreint. The restriction of the bulk of said assembly makes it possible to limit the difference between the cooling members 6a, 6b and to limit the extension of the ducts 5 between the electronic devices 4a, 4b, 4c and the cooling apparatus 1. The performance heat exchanges between the ducts 5 and the cooling member or 6a, 6b is improved and the overall size of the power electronics module 1 is restricted.
Ainsi selon l'exemple de réalisation illustré sur la FIGURE 5, des conduits 5a de la première pluralité peuvent être regroupés en un premier groupe Gl de conduits 5a affecté à un premier dispositif électronique 4a. Le premier dispositif électronique 4a est notamment orienté dans son plan perpendiculairement au plan PI contenant l'axe A du support 3 de part et d'autre duquel sont répartis les organes de refroidissement 6a, 6b. Thus, according to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 5, ducts 5a of the first plurality may be grouped into a first group G1 of ducts 5a assigned to a first electronic device 4a. The first electronic device 4a is in particular oriented in its plane perpendicular to the plane PI containing the axis A of the support 3 on either side of which are distributed the cooling members 6a, 6b.
Le tronçon de couplage 24 des conduits 5a du premier groupe Gl est orienté parallèlement aux parties rectilignes 8 prolongeant respectivement les parties coudées 26 des conduits 5a du premier groupe Gl. Les parties coudées 26 des conduits 5a du premier groupe Gl sont inclinées par rapport à la face 22a du cadre 23 en couplage thermique avec les conduits 5 a du premier groupe Gl et avec le premier dispositif électronique 4a. De manière avantageuse, les parties coudées 26 sont respectivement orientées parallèlement au plan des autres faces du cadre 23. Par ailleurs, des conduits 5a de la première pluralité et des conduits 5b de la deuxième pluralité peuvent être regroupés en un deuxième groupe G2 de conduits affecté à un deuxième dispositif électronique 4b. The coupling section 24 of the ducts 5a of the first group G1 is oriented parallel to the straight portions 8 respectively extending the bent portions 26 of the ducts 5a of the first group Gl. The bent portions 26 of the ducts 5a of the first group G1 are inclined with respect to the face 22a of the frame 23 in thermal coupling with the ducts 5a of the first group G1 and with the first electronic device 4a. Advantageously, the bent portions 26 are respectively oriented parallel to the plane of the other faces of the frame 23. In addition, ducts 5a of the first plurality and ducts 5b of the second plurality may be grouped into a second group G2 assigned ducts to a second electronic device 4b.
Suivant leurs plans Pa, Pb, Pc respectifs, les dispositifs électroniques 4a, 4b et 4csont concourants deux à deux. Les conduits 5 a de la première pluralité et les conduits 5b de la deuxième pluralité du deuxième groupe G2 de conduits, sont notamment placés en adjacence alternée suivant les plans Pb, Pc des dispositifs électroniques 4b, 4c avec lesquels ils collaborent respectivement. According to their respective plans Pa, Pb, Pc, the electronic devices 4a, 4b and 4c are concurrent two by two. The ducts 5a of the first plurality and the ducts 5b of the second plurality of the second group G2 of ducts are notably placed in alternating adjacency according to the planes Pb, Pc of the electronic devices 4b, 4c with which they collaborate respectively.
En effet, un dégagement dans le prolongement de l'extrémité fermée 27 de chacune des parties coudées 26 des conduits 5b de la deuxième pluralité de conduits permet le passage de l'une des parties coudées 26 des conduits 5a de la première pluralité de conduits respectivement affectés au deuxième dispositif électronique 4b ou au troisième dispositif électronique 4c. Indeed, a clearance in the extension of the closed end 27 of each of the bent portions 26 of the ducts 5b of the second plurality of ducts allows the passage of one of the bent portions 26 of the ducts 5a of the first plurality of ducts respectively assigned to the second electronic device 4b or the third electronic device 4c.
Par ailleurs, des conduits 5b de la deuxième pluralité peuvent aussi être regroupés en un troisième groupe G3 de conduits et affecté à un troisième dispositif électronique 4c. Préférentiellement, les conduits 5b de la deuxième pluralité de conduits regroupés dans le troisième groupe G3 collaborent avec le collecteur correspondant de manière à s'étendre alternativement vers un organe de refroidissement 6a ou un autre 6b. Plus particulièrement, deux conduits 5b du troisième groupe G3 successivement adjacents s'étendent vers deux organes de refroidissement 6a, 6b différents. In addition, conduits 5b of the second plurality may also be grouped into a third group G3 of conduits and assigned to a third electronic device 4c. Preferably, the conduits 5b of the second plurality of conduits grouped in the third group G3 collaborate with the corresponding manifold so as to extend alternately to a cooling member 6a or another 6b. More particularly, two ducts 5b of the third group G3 successively adjacent extend to two different cooling members 6a, 6b.
Conformément aux FIGURES 4 à 6, les conduits 5 du module d'électronique de puissance 1 sont organisés selon un réseau de conduits bidirectionnel s'étendant suivant les deux directions d'un plan P2 contenant une ailette 7 donnée. According to FIGURES 4 to 6, the ducts 5 of the power electronics module 1 are organized in a bidirectional duct network extending along the two directions of a plane P2 containing a given fin 7.
Les parties rectilignes 8 des conduits 5 d'un groupe Gl, G2, G3 de conduits donné sont adjacentes, en étant alignées suivant une première direction Dl. La première direction Dl est orientée parallèlement à l'axe A du support 3. Les conduits 5 des groupes Gl, G2, G3 de conduits respectivement affectés aux dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c sont aussi alignés suivant une deuxième direction D2. La deuxième direction D2 est préférentiellement orientée perpendiculairement à l'axe A du support 3. Consécutivement à l'organisation particulière des conduits 5 sur les collecteurs 11 des dispositifs électroniques 4, les conduits 5 sont préférentiellement disposés en quinconce dans le plan P2. The straight portions 8 of the ducts 5 of a group G1, G2, G3 of given ducts are adjacent, being aligned in a first direction D1. The first direction D1 is oriented parallel to the axis A of the support 3. The conduits 5 of the groups G1, G2, G3 of conduits respectively assigned to the electronic devices 4a, 4b, 4c are also aligned in a second direction D2. The second direction D2 is preferably oriented perpendicularly to the axis A of the support 3. As a result of the particular organization of the ducts 5 on the collectors 11 of the electronic devices 4, the ducts 5 are preferably arranged in staggered rows in the plane P2.
Les nombres de conduits 5 composant respectivement les différents groupes Gl, G2, G3 de conduits sont préférentiellement identiques, tel que sur l'exemple illustré, pour optimiser et/ou homogénéiser au mieux le refroidissement des différents dispositifs électroniques 4a, 4b, 4c. Cette configuration n'est cependant pas limitative et les groupes Gl, G2 et G3 peuvent éventuellement comprendre des nombres différents de conduits. The number of ducts 5 respectively composing the different groups G1, G2, G3 of ducts are preferably identical, as in the example illustrated, to optimize and / or to better homogenize the cooling of the various electronic devices 4a, 4b, 4c. This configuration is however not limiting and the groups G1, G2 and G3 may possibly comprise different numbers of conduits.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation des divers organes du module d'électronique de commande 1 de l'invention, isolément ou en combinaison, peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses variantes dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment, tant en ce qui concerne individuellement les différents organes du module d'électronique de puissance 1 qu'en ce qui concerne leur agencement entre eux au moins deux à deux, sont combinables selon des variantes spécifiques possibles de réalisation de l'invention procurant un ou plusieurs effets techniques particuliers. De telles variantes de réalisation de l'invention peuvent être réalisées pour notamment favoriser et/ou pour procurer un compromis satisfaisant entre les différents résultats techniques obtenus, notamment au regard des buts visés par l'invention. Of course, the invention is not limited to the examples that have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention. In particular, the different characteristics, shapes, variants and embodiments of the various components of the control electronics module 1 of the invention, alone or in combination, can be associated with each other according to various variants insofar as they are not incompatible or exclusive of each other. In particular, all the variants and embodiments described above, both as regards individually the different members of the power electronics module 1 and as regards their arrangement between them at least two to two, are combinable according to variants. possible specific embodiments of the invention providing one or more particular technical effects. Such alternative embodiments of the invention may be made in particular to promote and / or to provide a satisfactory compromise between the various technical results obtained, particularly with regard to the objects of the invention.
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