Titre de l'invention : Dispositif électronique de puissance destiné à un dispositif d’entrainement pour un engin de mobilité

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne le domaine des équipements électriques, notamment haute tension, tels que des convertisseurs de puissance, notamment configurés pour être embarqués dans un engin de mobilité tel qu’un véhicule automobile hybride ou électrique. La présente invention concerne en particulier un dispositif électronique de puissance comprenant une unité de blindage électromagnétique.

Arrière-plan technologique

Il est connu de l’art antérieur des dispositifs électronique de puissance, en particulier les convertisseurs de puissance (chargeurs embarqués, convertisseurs DC/DC, onduleur) pour véhicule électrique comprenant plusieurs composants électriques tels que, entre autres, des cartes électroniques, des barres conductrices d’électricité, des modules de puissance transformateurs et des condensateurs. Ces composants électriques dans lesquels circulent des courants, en particulier à des niveaux de puissance élevés, génèrent des champs magnétiques émis qui peuvent perturber le fonctionnement d’autres équipements électriques. Par conséquent, des exigences de comptabilité électromagnétique (CEM) sont appliqués pour garantir que les autres équipements électriques sont capables de fonctionner malgré ces perturbations électromagnétiques.

Ainsi, comme cela est connu, de tels composants électriques doivent présenter une bonne performance de compatibilité électromagnétique. Autrement dit, il faut s’assurer d’une part que le composant électrique est apte à fonctionner lui-même sans perturbations, dans son environnement électromagnétique, et d’autre part qu’il est apte également à fonctionner sans introduire de perturbations électromagnétiques susceptibles de nuire au bon fonctionnement de composants électriques tiers situés à proximité.

A cette fin, il est connu d’intégrer dans de tels équipements électriques une plaque support de blindage électromagnétique, notamment en aluminium. Typiquement, la carte électronique est montée sur une face de la plaque. En particulier, une telle plaque support de blocage électromagnétique sépare, d’un côté, un module de puissance et, de l’autre une carte électronique de contrôle dudit module de puissance. Une solution conventionnelle, pour assurer un blindage électromagnétique satisfaisant, consiste à utiliser des dispositifs de blindage internes rapportés sur la carte électronique, chacun des composants électriques ayant son dispositif de blindage spécifique. Des blindages électromagnétiques sont ainsi ajoutés à divers endroits de l'équipement électrique pour assurer le blindage de chaque composant spécifique. Cependant, l'ajout de tels dispositifs de blindage spécifiques à chaque composant spécifique peut être coûteux et entraîner des opérations supplémentaires lors de la fabrication de l'équipement électrique.

L’invention vise donc à proposer un dispositif électronique de puissance intégrant des éléments de blindage électromagnétiques de façon native, au moyen de caractéristiques structurelles d’éléments constitutifs d’un tel dispositif électronique.

Résumé de l’invention

La présente invention vise ainsi à proposer un dispositif électronique de puissance comprenant :

- une première carte électronique sur laquelle un transformateur est disposé,

- une seconde carte électronique disposée en parallèle de la première carte électronique,

- une plaque métallique sur laquelle est fixée la première carte électronique, ladite plaque étant disposée entre les cartes de circuits imprimés à des fins de blindage électromagnétique, dans lequel la plaque métallique comprend une unité de blindage sous forme de cavité dans laquelle est disposé ledit transformateur de manière à isoler électromagnétiquement le transformateur sur la première carte électronique.

L’invention permet ainsi d’utiliser une plaque métallique existante à la fois à des fins de blindage électromagnétique entre les deux cartes de circuits imprimés et d’isoler électromagnétiquement le transformateur sur la première carte électronique. Le nombre de pièce nécessaire au blindage électromagnétique est donc plus faible. Ainsi, la présente invention permet de réduire les coûts de fabrication pour une performance de blindage électromagnétique donnée.

Dans le cadre de la présente invention, la plaque métallique et l’unité de blindage sont donc formés d’un seul tenant, de préférence par moulage ou emboutissage. La plaque métallique et l’unité de blindage ne sont donc pas deux pièces indépendantes. La carte électronique peut être une carte de circuit imprimé. Par « cavité » on entend désigner au sens de la présente invention, un espace vide à l’intérieur de la plaque métallique. Une cavité est donc similaire à un trou borgne et non à une ouverture traversante car elle possède un fond. La cavité désigne l’espace vide mais aussi des contours de la cavité qui délimitent cet espace. Les contours de la cavité comprennent le fond.

La première carte électronique et la deuxième carte électronique étant parallèles entre elles, elles définissent un axe. La première carte électronique et la deuxième carte électronique sont perpendiculaires à cet axe. Cet axe définit une direction axiale. Le fond peut s’étendre perpendiculairement à l’axe.

L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible.

Avantageusement, la cavité présente des bords délimitant une ouverture, lesdits bords étant pourvus de point de fixation. Les contours de la cavité comprennent les bords. Les bords peuvent s’étendre sensiblement selon la direction axiale. De préférence, les points de fixation comportent des ouvertures filetées de réception de moyens de fixation tels que des vis. De préférence, des éléments de fixation mécaniques sont insérés dans les points de fixation mécanique de manière à assurer un contact électrique entre la cavité et la première carte électronique.

Avantageusement, la cavité présente des bords délimitant une ouverture, des murets s’étendent à partir desdits bords en direction de la première carte électronique. Les murets permettent de limiter au maximum le jeu entre la carte électronique vers laquelle ils se dirigent et la plaque métallique. De préférence, les murets n’occupent qu’une partie des bords. Ceci permet de laisser passer la chaleur générée par le transformateur afin d’éviter d’avoir une zone confinée lorsque les murets occupent l’intégralité des bords de la cavité.

Avantageusement, l’unité de blindage s’étend en direction opposée de la première carte électronique. Avantageusement, l’unité de blindage s’étend axialement en éloignement de la première carte électronique. Avantageusement, l’unité de blindage s’étend axialement en rapprochement de la deuxième carte électronique.

Avantageusement, l’unité de blindage s’étend plus loin que la deuxième carte électronique. Avantageusement, l’unité de blindage s’étend plus loin axialement que la deuxième carte électronique. Avantageusement, la deuxième carte électronique est axialement entre le fond et la première carte électronique. Ainsi, la deuxième carte électronique présente en regard de la première carte électronique une zone libre dans laquelle peut s’étendre l’unité de blindage. Grace à un tel recouvrement, cela permet d’obtenir un dispositif plus compact. Avantageusement la première carte électronique est une carte de commande et la deuxième carte électronique est une carte de puissance. Par carte de commande on entend désigner une carte au potentiel basse tension et par carte de puissance, une carte au potentiel haute tension. En d’autres termes, des potentiels basse tension sont présents sur la carte de commande et des potentiels haute tension sont présents sur la carte de puissance.

Avantageusement, la deuxième carte électronique est connectée à au moins un module de puissance.

Avantageusement, le dispositif électronique comprend en outre un boitier renfermant la première et deuxième carte électronique et la plaque métallique, ladite plaque métallique étant fixée sur le boitier.

L’invention a également pour objet un dispositif d’entrainement pour un engin de mobilité comprenant une machine électrique agencé pour entrainer l’engin et un dispositif d’électronique de puissance selon l’invention dans lequel le dispositif d’électronique de puissance est agencé pour fournir à la machine électrique une tension alternative.

L’invention a également pour objet un engin de mobilité comprenant le dispositif d’entrainement précité. L’engin de mobilité peut être un véhicule pour transporter des marchandises ou des personnes, tel qu’une automobile, un camion, un vélo électrique, un drone, une trottinette électrique, etc.

Selon un aspect de l’invention, le dispositif électronique de puissance consiste en un convertisseur de puissance tel qu’un onduleur.

Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.

[Fig. 1] représente une vue en coupe détaillée du dispositif électronique de puissance selon l’invention.

[Fig. 2] représente une vue en perspective et de dessus de l’unité de blindage du dispositif électronique de puissance présentée à la figure 1 .

[Fig. 3] représente un schéma d’un mode de réalisation de l’engin de mobilité avec un dispositif d’entrainement selon l’invention. Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

Description détaillée de l’invention

Dans la description qui sera faite ci-après, l’invention sera décrite principalement en vue de la réalisation d’un onduleur, notamment destiné à alimenter une machine électrique tournante. Toutefois l’invention vise également tout dispositif électronique de puissance compatible avec les caractéristiques de l’invention.

La figure 1 représente un dispositif électronique de puissance 1 comprenant :

- une première carte électronique 2 sur laquelle un transformateur 3 est disposé,

- une seconde carte électronique 4 disposée en parallèle de la première carte électronique 2,

- une plaque métallique 5 sur laquelle est fixée la première carte électronique 2, ladite plaque 5 étant disposée entre les cartes de circuits imprimés 2, 4 à des fins de blindage électromagnétique.

La plaque métallique 5 comprend une unité de blindage 6 sous forme de cavité (dans la suite de la description on pourra donc utiliser le terme unité de blindage 6 ou cavité 6 qui désignent le même élément) dans laquelle est disposé ledit transformateur 3 de manière à l’isoler électromagnétiquement sur la première carte électronique 2. Ainsi, la plaque métallique 5 permet séparer électromagnétiquement la première carte électronique 2 de la deuxième carte électronique 4 et à la fois de séparer le transformateur 3 de la première carte électronique 2 des autres composants électriques tiers de cette même carte.

La plaque métallique 5 et donc par extension l’unité de blindage 6 formée en son sein sont réalisées de préférence en aluminium. La plaque métallique 5 est sensiblement plane à l’exception de l’unité de blindage 6 qui en fait saillie.

L’unité de blindage 6 permet de protéger le rayonnement électromagnétique généré vers l'extérieur par le transformateur 3, réduisant ainsi les interférences électromagnétiques causées par le transformateur 3 à un dispositif externe disposé sur la carte électronique 2 et améliorant les performances de CEM du dispositif électronique 1 .

La première carte électronique 2 est fixée par vissage sur la plaque métallique 5. La première carte électronique 2 correspond à la partie basse tension du dispositif électronique 1. De préférence, la première carte électronique 2 est une carte de commande et la deuxième carte électronique 4 est une carte de puissance. La deuxième carte électronique 4 correspond à la haute tension du dispositif électronique 1 .

La carte de puissance est connectée à au moins un, de préférence plusieurs modules de puissance 20 configurés pour convertir une énergie électrique continue en une énergie électrique alternative pour alimenter un moteur électrique alimenté par le dispositif électronique de puissance 1. Ces modules de puissance 20 comprennent notamment des composants semi-conducteurs tels que des diodes et/ou des transistors, encapsulées dans une même enveloppe et par lesquels passe l’énergie électrique alimentant le moteur électrique. Un tel module de puissance est configuré pour permettre un passage commandé d’énergie électrique entre une batterie d’alimentation haute tension et la machine électrique.

La carte de commande comprend des circuits électroniques de commande aptes à commander les modules de puissance 20 de la carte de puissance.

L’unité de blindage 6 s’étend en direction opposée de la première carte électronique 2.

L’unité de blindage 6 s’étend plus loin que la deuxième carte électronique 4. Ainsi, la deuxième carte électronique 4 présente en regard de la première carte électronique une zone libre 4a dans laquelle s’étend l’unité de blindage 6.

En variante non représentée, l’unité de blindage 6 s’étend moins loin que la deuxième carte électronique 4. Ainsi, la deuxième carte électronique 4 peut ne pas comprendre de zone libre 4a. L’unité de blindage 6 s’étend alors entre les deux cartes électroniques 2, 4 qui sont superposées l’une sur l’autre

De préférence, le dispositif comprend en outre des zones de fixation mécanique, par exemple collage, et/ou refroidissement 25 entre la plaque métallique 5 et le transformateur 3. Ces zones correspondent à des espaces libres situés entre le transformateur 3 et la plaque métallique 5 qui lui fait face. Trois zones 25 sont représentées sur la figure 1 . Une de ces zones 25 est rempli avec un matériau d’interface thermique 26 qui permet d’évacuer la chaleur générée par le transformateur 3. Le matériau d’interface thermique 26 est par exemple une pâte ou une graisse thermique.

Comme on peut le voir sur la figure 2, la cavité 6 présente des bords 7 délimitant une ouverture 8. Les bords 7 sont pourvus de point de fixation 10a. De préférence, les points de fixation 10a comportent des ouvertures filetées de réception de moyens de fixation 10b tels que des vis (visibles en figure 1 ). De préférence, les éléments de fixation mécaniques 10b sont insérés dans les points de fixation mécanique 10a de manière à assurer un contact électrique entre la cavité 6 et la première carte électronique 2.

Dans l’exemple considéré, des murets 9 s’étendent à partir des bords 7 en direction de la première carte électronique 2. De préférence, les murets 9 n’occupent qu’une partie des bords 7. Les murets 7 s’étendent perpendiculairement à la plaque métallique 5 et sont au contact de la carte électronique 2. De préférence, les murets 7 sont d’un seul tenant avec la plaque métallique 5.

La cavité 6 présente un fond 1 1 qui s’étend parallèlement à la première carte électronique 2. Le fond 1 1 s’étend également parallèlement à la deuxième carte électronique 4.

Comme on peut le voir, le dispositif électronique 1 comprend en outre un boitier 12 renfermant la première et deuxième carte électronique 2, 4 et la plaque métallique 5, ladite plaque métallique 5 étant fixée sur le boitier 12.

La figure 3 représente un schéma d’un mode de réalisation d’un engin de mobilité 13 avec un dispositif d’entrainement 14 selon l’invention.

Le dispositif d’entrainement 14 est agencé pour entrainer l’engin de mobilité 13. Le dispositif d’entrainement comprend une machine électrique 15 agencé pour entrainer l’engin 13 et un dispositif d’électronique de puissance 1. Le dispositif électronique de puissance 1 est agencé pour fournir à la machine électrique 15 une tension alternative, triphasée ici à titre d’exemple.

Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.