EP3759736A1 - Assembly of bus bars forming a casing and heat dissipator for an electronic power device - Google Patents

Assembly of bus bars forming a casing and heat dissipator for an electronic power device

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EP3759736A1
EP3759736A1 EP19713530.4A EP19713530A EP3759736A1 EP 3759736 A1 EP3759736 A1 EP 3759736A1 EP 19713530 A EP19713530 A EP 19713530A EP 3759736 A1 EP3759736 A1 EP 3759736A1
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EP
European Patent Office
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busbar
bus
sections
internal
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19713530.4A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Friedbald KIEL
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Institut Vedecom
Original Assignee
Institut Vedecom
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3759736A1 publication Critical patent/EP3759736A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L25/165—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
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    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids

Definitions

  • the invention generally relates to the field of power electronics. More particularly, the invention relates to a set of bus bars forming housing and heat sink for electronic power devices such as inverters and power converters, but not exclusively. The invention also relates to electronic power devices incorporating the above-mentioned busbar assembly.
  • Power electronic devices such as inverters and power converters
  • inverters and power converters are very present in many fields of activity such as transport, industries, lighting, heating, etc. With the desired energy transition towards renewable and less carbon-intensive energy sources, power electronics will become more widespread and will have to respond to increasing economic and technological constraints.
  • the reduction of resistive, inductive and capacitive parasitic elements is essential to achieve the best possible compromise between the search for compactness and the satisfaction of the various design constraints.
  • the parasitic inductances in the power bus buses oppose higher switching frequencies. Higher switching frequencies are favorable for compactness but increase switching losses and the power dissipated by the components.
  • the reduction of parasitic inductances is necessary to protect the circuits against potentially destructive overvoltages, to improve the control of the electromagnetic radiations, to reduce the heat generated and to increase the switching speed.
  • press-pack For the improvement of reliability, especially in applications where thermal cycles are severe, the so-called "press-pack” technology is used to eliminate welds that deteriorate with the mechanical stresses due to thermal cycling.
  • electrical contacts are provided by mechanical pressure or clamping means that hold the components in place and in contact.
  • the "press-pack” technology also has the advantage of facilitating the dismantling of the devices and therefore their repair.
  • the invention relates to a set of bus bars forming housing and heat sink of an electronic power device, comprising a plurality of bar bus sectors arranged contiguously and in electrical contact, around a central axis and high and low closure plates perpendicular to the central axis, the busbar sectors each comprising an outer busbar section and at least one inner busbar section which delimit a plurality of internal volumes, the high and low closure plates being respectively in contact with the upper and lower faces of the busbar sections and the busbar sections comprising a plurality of electrical contact faces of the so-called "press pack" type.
  • the outer busbar sections of the plurality of busbar sectors comprise cooling fins on an external face.
  • the bar bus sections of the plurality of busbar sectors are made of copper and / or aluminum and are manufactured by molding and / or machining and / or cutting a profiled bar.
  • the busbar assembly comprises seals located in junction faces between adjacent external busbar sections and between the top and bottom closure plates and the bus sections. external bar.
  • the high and low closure plates are of laminated type and each comprise a central dielectric layer and two electrically conductive plates on either side of the central dielectric layer, the electrically conductive plates being in electrical contact with the bar bus sections.
  • the central dielectric layer comprises at least one buried electronic circuit and / or an active or passive buried electronic component.
  • At least one of the high and low closure plates is of the so-called "IMS" type.
  • the electrically conductive plates are made of copper and / or aluminum.
  • the plurality of internal volumes comprise a first internal volume delimited between an electrical contact face of the external busbar section and an electrical contact face of a busbar. first section of internal bus bar, the first internal volume being dedicated to the type of assembly "press pack" of an electronic power circuit.
  • the plurality of internal volumes comprise at least one other internal volume arranged between the first inner busbar section and the central axis.
  • the plurality of internal volumes comprise a second internal volume arranged between the first internal busbar section and a second internal busbar section and a third internal volume. arranged between the second section of internal bus bar and the central axis.
  • FIGS. 1 and 2 are perspective views showing a particular embodiment of a set of bus bars according to the invention
  • Fig.3 is a simplified top view showing a busbar sector included in the set of bus bars of Figs.1 and 2
  • Fig.4 is a partial sectional view simplified of a closure plate included in the set of bus bars of Figs.1 and 2
  • Figs.5A, 5B and 5C are simplified sectional partial views showing different assemblies of a closure plate and busbar sections included in the busbar assembly of Figs.1 and 2.
  • FIG.1 A particular embodiment CONV of the set of bus bars according to the invention is shown in Figs.1 and 2.
  • This set of bus bars is externally in the form of a cylindrical puck or slab.
  • the busbar assembly CONV essentially comprises a plurality of busbar sections S1 to S6 and high and low closure plates BPu and BPD.
  • the busbar sections S1 to S6 are six in this embodiment. Of course, in the present invention, the number of busbar sections is not limited to six. This number will depend on the application in which the invention is implemented.
  • the busbar sections S1 to S6 have a similar architecture and are arranged contiguously in a circle about a central axis C. Each busbar section S1 to S6 here occupies an angular sector of 60 °.
  • the busbar sections S1 to S6 are each formed of an outer busbar section and first and second internal busbar sections.
  • the bar bus sections are formed in conductive metals such as aluminum or copper.
  • the bar bus sections may be manufactured by molding and / or machining and / or cutting a profile bar.
  • the outer bus bus section is marked Bi n and the first and second internal bus bus sections are respectively marked E32n and B3n.
  • the outer bus bus sections Bu to Bi6 are arranged to form a wall, about the central axis C, which the outer side wall of the circular casing shaped pancake.
  • the inner busbar sections B21 to B26 are arranged so as to form a first internal lateral wall, around the central axis C, situated inside the volume delimited by the external lateral wall formed by the external busbar sections. Bu to B16.
  • the inner busbar sections B31 to B36 are arranged so as to form a second internal lateral wall, around the central axis C, situated inside the volume delimited by the first internal lateral wall formed by the busbar sections. internal B21 to B26.
  • the bar bus sections Bin, B2n and B3n respectively forming the outer side wall and the first and second inner side walls are joined in pairs by longitudinally opposite ends which are located in junction planes P1 to P6 comprising central axis C and perpendicular to the upper and lower closure plates BPu and BPD.
  • the bar bus sections of the same side wall are in electrical continuity.
  • the outer side wall and the first and second inner side walls thus each form an electric busbar.
  • the bus bus sections Bu to Bib comprise a plurality of cooling fins which are formed on an outer lateral face in an arc of a circle thereof.
  • the outer side wall thus forms heat sink.
  • the busbar section Sn comprising the bar bus sections Bi n , B2n and B3n and internal volumes E1, E2 and E3 provided between these sections are now described in detail with reference to Fig.3.
  • the bar bus section Bin comprises in particular two inclined junction faces F1, substantially planar, and an inner face F3 substantially planar.
  • the cooling fins marked 10 in Fig.3, extend radially outwardly from the external side face in a circular arc F2.
  • the two junction faces F1 form longitudinally opposite ends of the section and are inclined at an angle with respect to a central axis of symmetry AC.
  • the angle a is here 30 °.
  • the substantially planar junction faces F1 of the bus section Sn are thus in contact at the corresponding junction planes (see P1 to P6 in FIG. corresponding junction faces F1 of the adjacent busbar sections S (n + 1) and S (n-1).
  • the term "planes" used here to describe the F1 junction faces should not be interpreted strictly. Indeed, as will be described in more detail later, these junction faces F1 typically include arrangements such as grooves for the housing of seals. Removable mechanical connection means may also be arranged at these junction faces F1.
  • the substantially plane inner face F3 is a clamping contact face with an electronic power circuit (not shown). As indicated above for the junction face F1, the term "plane" used here for qualifying the internal face F3 must not be interpreted strictly, knowing that different arrangements may be provided depending on the applications.
  • the bar bus section B2n comprises in particular two junction faces F4 forming longitudinally opposite ends of the section and first and second faces F5 and F6.
  • the two junction faces F4 are inclined at the angle with respect to the central axis of symmetry AC.
  • the junction faces F4 correspond to junction planes (see P1 to P6 in Fig. 2) with adjacent busbar sections.
  • the first face F5 is a clamping contact face with the aforementioned power electronic circuit.
  • channels 1 1 are arranged in this first face F5 and are intended typically for the circulation, or filling, of a liquid having a function of heat transfer and / or fireproofing and / or electrical insulation.
  • liquid channels may also, or exclusively, be formed in the inner face F3 of the busbar segment Bin. It should be noted that the flameproofing and electrical insulation functions make it possible to avoid electrical breakdowns and fire starts, as well as any subsequent deterioration of the housing.
  • the faces F3 and F5 are adapted for a type of press-pack assembly of the above-mentioned power electronic circuit between the bar bus sections Bin and B2n.
  • An internal volume E1 is arranged between the faces F3 and F5 and is intended to receive the electronic power circuit.
  • the busbar sections Bin and B2n are intended to be carried to negative (-) and positive (+) polarity of a DC voltage between the bus bars, the negative polarity (-) corresponding to the polarity massive.
  • the power electronic circuit will typically be a power module corresponding to a branch of the switching bridge.
  • the embodiment described here of the busbar assembly, with six busbar sections, will be suitable for a switching bridge having six branches, for example, to power a hexaphase electric motor.
  • the second face F6 of the bus bar B2n portion is a substantially planar face oriented facing a first substantially planar face F7 of the bar bus section B3n.
  • the second face F6 and the first face F7 are here substantially parallel and define a second internal volume E2.
  • the bar bus section B3n comprises in particular two junction faces F8 forming longitudinally opposite ends of the section and a second face F9.
  • junction faces F8 are inclined at the angle ⁇ with respect to the central axis of symmetry AC.
  • the junction faces F8 correspond to junction planes (see P1 to P6 in Fig. 2) with the adjacent busbar sections. Grooves 12 are provided in the junction faces F8 for accommodating indexing and / or clamping means (not shown).
  • the second face F9 is substantially flat and parallel to the first face F7 and defines a central internal volume E3 in the set of bus bars CONV.
  • the internal volumes E2 and E3 of the busbar sections S1 to S6 can perform different functions, for example, the housing of the means of energy storage and / or circulation, or filling, of a liquid having a function of heat transfer and / or fireproofing and / or electrical insulation. It should be noted that the flameproofing and electrical insulation functions make it possible to avoid electrical breakdowns and fire starts, as well as any subsequent deterioration of the housing.
  • the volumes E2 may be dedicated to the housing of the capacitive filtering means and the volumes E3 may be dedicated to the circulation, or filling, of the coolant and / or flame retardant and / or electrical insulation.
  • Capacitive filtering means can be connected here between bus bars formed by the plurality of sections B2n and the plurality of sections B3n.
  • the bus bar formed by the plurality of sections B3n may, in such an example, be electrically connected to the plurality of Bin sections for an electrical connection "press-pack" capacitive filtering means between the faces F6 and F7.
  • the capacitive filtering means may for example be formed by a plurality of multilayer ceramic capacitors distributed in the plurality of volumes E2.
  • the volumes E2 may for example be dedicated to the circulation, or filling, of the coolant and / or fireproof and / or electrical insulation and the volumes E3 to electrical energy storage means for example under the form of a capacitor, a supercapacitor, a lithium-ion type battery or other.
  • the assembly "press-pack" of the electronic components between the bar bus sections will use known mounting techniques such as elastic fasteners ensuring the required clamping or screws mounted through insulated screw passages for avoid short circuits.
  • the rounded slab form of the bus assembly CONV makes it perfectly suitable for integration into a rotating electrical machine, for example a traction motor or a reversible machine associated with a braking system. recuperative.
  • the high and low closure plates BPu and BPD have a first function which is to close, at the top and bottom, the set of bus bars CONV, way to constitute the case.
  • the high and low closure plates BPu and BPD are in contact against the high and low sides of the busbar sections, respectively.
  • the high and low closure plates BPu and BPD are laminated plates which each comprise a central dielectric layer CC and two electrically conductive plates BP1 and BP2.
  • Layer central dielectric DC is sandwiched between the two electrically conductive plates BP1 and BP2.
  • IMS technology Insulated Metal Substrate
  • BPu and BPD plates can be used for the manufacture of BPu and BPD plates.
  • the electrically conductive plates BP1 and BP2 are typically aluminum or copper.
  • the thickness of the plates BP1, BP2, will be chosen according to the current density that it will have to support.
  • the conductive plates BP1 and BP2 form first and second DC buses intended to be brought to negative (-) and positive (+) polarities. In the following paragraphs, it is considered that the conductive plate BP1 is that which is located outside the box formed and that the conductive plate BP2 is that which is located inside the box formed.
  • a Faraday cage is obtained by carrying the external bus bus sections Bi n and the conductive plate BP1 to the same electrical potential, typically the ground potential of negative polarity (-).
  • the casing formed with the set of bus bars according to the invention therefore makes it possible to obtain electromagnetic shielding favorable to electromagnetic compatibility (EMC).
  • the central dielectric layer CC is typically formed of a fiberglass-reinforced epoxy type resin, such as, for example, FR-4. Resin reinforced with organic fibers may also be used, as well as unreinforced polyimide. In some applications, active or passive electronic circuits or components, for example, control circuits, may be buried in the central dielectric layer CC using known techniques.
  • FIG.5A An example of a sealed assembly between the outer bus bus sections Bi n and the high BPu closure plate, or low BPD, is shown in Fig.5A.
  • Fig.5A. shows this assembly at a junction face F1 of the external bus bus sections Bi n .
  • the conductive plate BP1 of the BPu closure plate, BPD is in electrical conduction with the outer bus bus section Bi n .
  • the mechanical connection between the external bus bus section Bin and the conductive plate BP1 is provided for example by means of a screw (not shown) in the axis FX1.
  • seals 20 and 21 are provided to ensure the seal between two adjacent external bar bus sections Bin, at their junction faces F1, and between the outer busbar sections Bin and the closure plate BPu, BPD.
  • the seal 20 is housed in a groove which extends over the entire height of the junction face F1 and seals at the level thereof.
  • the seal 21 is disposed in a shoulder formed in the closure plate BPu, BPD, more precisely between this shoulder and a groove formed in the face F3 of the external bus bus section Bi n.
  • the seal 21 here also provides a spacing between the conductive plate BP1 and the external bus bus section Bi n for the electrical insulation therebetween.
  • dismountable strapping means (see arrow CE in Fig.5A), placed between the fins 10, may be used for the mechanical assembly of the busbar assembly CONV.
  • FIG. 5B A first example of an assembly between an internal busbar section B2n, or B3n, and the BPu closure plate, or BPD, is shown in FIG. 5B.
  • the assembly example of FIG. 5B corresponds to the case where the conductive plate BP2 and the internal busbar section B2n, B3n, must be placed at the same electrical potential.
  • the end of the internal busbar section B2n, B3n here comprises an indexing stud 12 which is housed in an anchoring groove formed in the conductive plate BP2.
  • a channel 13 for the passage, or filling, of the coolant and / or fireproof and / or electrical insulation is visible here in the section of the internal busbar B2n, B3n.
  • the mechanical connection between the internal bar bus section B2n, B3n, and the closure plate BPu, BPD is provided for example by means of a screw (not shown) in the FX2 axis, through an isolated screw passage.
  • FIG. 5C A second example of an assembly between an inner busbar section B2n, or B3n, and the BPu closure plate, or BPD, is shown in FIG. 5C.
  • the assembly example of FIG. 5C corresponds to the case where the conductive plate BP1 and the internal busbar section B2n, B3n, must be placed at the same electrical potential.
  • the end of the internal bus bus section B2n, B3n is housed in a groove 15 which is arranged in the plate BPu, BPD, and which allows the mechanical indexing and the electrical contact with the conductive plate BP1.
  • the material of the conductive plate BP2 and the dielectric layer CC are removed in the groove 15 and the end of the inner busbar section B2n, B3n, is in electrical contact only with the conductive plate BP1.
  • An electrical insulator 14 is provided in the groove 15 for insulation with the conductive plate BP1.
  • a channel 16 for the passage, or filling, of the coolant and / or flame retardant and / or electrical insulation is visible in the internal bus bar section B2n, B3n.
  • the mechanical connection between the inner busbar section B2n, B3n, and the closing plate BPu, BPD, is provided for example by means of a screw (not shown) in the axis FX3.

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Abstract

The assembly of bus bars according to the invention comprises a plurality of sectors of bus bars (S1 to S6) which are arranged, in a connected manner and with electrical contact, around a central axis (C) and upper and lower closing plates (BPD) which are perpendicular to the central axis, the sectors of bus bars each comprising an external portion of bus bar (B11 to B16) and at least one internal portion of bus bar (B21 to B26, B31 to B36) which delimit a plurality of internal volumes, the upper and lower closing plates being in contact against upper and lower faces of the portions of bus bar, respectively, and the portions of bus bar comprising a plurality of electrical contact faces of the type referred to as "press pack".

Description

ENSEMBLE DE BUS BARRES FORMANT BOÎTIER ET DISSIPATEUR THERMIQUE POUR UN DISPOSITIF ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE  BAR ASSEMBLY FORMING BOX AND HEAT SINK FOR AN ELECTRONIC POWER DEVICE
[001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1851689 déposée le 27 février 2018 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. [001] The present invention claims the priority of the French application 1851689 filed February 27, 2018 whose content (text, drawings and claims) is here incorporated by reference.
[002] L’invention concerne de manière générale le domaine de l’électronique de puissance. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un ensemble de bus barres formant boîtier et dissipateur thermique pour des dispositifs électroniques de puissance tels que des onduleurs et convertisseurs de puissance, mais pas exclusivement. L’invention se rapporte aussi à des dispositifs électroniques de puissance incorporant l’ensemble de bus barres susmentionné. [002] The invention generally relates to the field of power electronics. More particularly, the invention relates to a set of bus bars forming housing and heat sink for electronic power devices such as inverters and power converters, but not exclusively. The invention also relates to electronic power devices incorporating the above-mentioned busbar assembly.
[003] Les dispositifs électroniques de puissance, tels que les onduleurs et convertisseurs de puissance, sont très présents dans de nombreux domaines d’activité comme les transports, les industries, l'éclairage, le chauffage, etc. Avec la transition énergétique souhaitée vers des sources d'énergie renouvelables et moins productrices d’émissions de CO2, l’électronique de puissance est appelée à se généraliser encore davantage et devra répondre à des contraintes économiques et technologiques croissantes. [003] Power electronic devices, such as inverters and power converters, are very present in many fields of activity such as transport, industries, lighting, heating, etc. With the desired energy transition towards renewable and less carbon-intensive energy sources, power electronics will become more widespread and will have to respond to increasing economic and technological constraints.
[004] Les recherches et développements actuels dans le domaine des dispositifs électroniques de puissance se concentrent notamment sur la réduction des coûts, l'augmentation de la densité de puissance pour plus de compacité, l'augmentation de la fiabilité, la réduction des éléments parasites et des rayonnements électromagnétiques et le transfert thermique de l’énergie dissipée. [004] Current research and developments in the field of electronic power devices focus in particular on reducing costs, increasing the power density for more compactness, increasing reliability, reducing parasitic elements and electromagnetic radiation and heat transfer of the dissipated energy.
[005] La disponibilité des nouveaux semi-conducteurs de puissance, comme aujourd’hui le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) et, prochainement, le diamant, permet la conception de dispositifs électroniques de puissance avec des densités de courant supérieures, des fréquences de commutation plus élevées et des tensions plus hautes. De plus, l’utilisation judicieuse de ces nouveaux semi-conducteurs dans les dispositifs électroniques de puissance pousse vers une augmentation de la compacité. [006] La compacité des dispositifs électroniques de puissance est contrainte notamment par les nécessités d’évacuer les calories dégagées et d’assurer la tenue en tension. Des tensions plus élevées s’opposent à la compacité des convertisseurs car des risques de claquage plus importants imposent souvent un accroissement des distances entre les composants à des potentiels électriques différents. La densité de puissance maximale admissible par les composants limite l’amplitude des courants commutés afin de maintenir les températures de jonction en dessous de valeurs critiques. Des dispositifs de refroidissement performants sont indispensables pour maintenir l’équilibre thermique des dispositifs. [005] The availability of new power semiconductors, such as today silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) and, soon, diamond, allows the design of electronic power devices with densities higher current, higher switching frequencies and higher voltages. In addition, the judicious use of these new semiconductors in electronic power devices pushes towards an increase in compactness. [006] The compactness of electronic power devices is constrained in particular by the need to evacuate the released calories and ensure the voltage withstand. Higher voltages oppose the compactness of the converters because higher breakdown risks often require an increase in the distances between the components at different electrical potentials. The maximum allowable component power density limits the magnitude of switched currents to maintain junction temperatures below critical values. Powerful cooling devices are essential to maintain the thermal equilibrium of the devices.
[007] La réduction des éléments parasites résistifs, inductifs et capacitifs est essentielle pour atteindre le meilleur compromis possible entre la recherche de compacité et la satisfaction des différentes contraintes de conception. Les inductances parasites dans les bus barres de puissance s’opposent à des fréquences de commutation plus élevées. Des fréquences de commutation plus élevées sont favorables à la compacité mais augmentent les pertes en commutation et la puissance dissipée par les composants. La réduction des inductances parasites est nécessaire pour protéger les circuits contre des surtensions potentiellement destructrices, améliorer la maîtrise des rayonnements électromagnétiques, réduire la chaleur générée et augmenter la vitesse de commutation. [007] The reduction of resistive, inductive and capacitive parasitic elements is essential to achieve the best possible compromise between the search for compactness and the satisfaction of the various design constraints. The parasitic inductances in the power bus buses oppose higher switching frequencies. Higher switching frequencies are favorable for compactness but increase switching losses and the power dissipated by the components. The reduction of parasitic inductances is necessary to protect the circuits against potentially destructive overvoltages, to improve the control of the electromagnetic radiations, to reduce the heat generated and to increase the switching speed.
[008] La recherche d’une compacité accrue des dispositifs électroniques de puissance requiert d’être capable de maintenir les températures les composants actifs et passifs en dessous de valeurs critiques, pour atteindre un équilibre thermique et garantir la fiabilité. Une extraction de l’énergie dissipée au plus près des composants est souhaitable. Le chemin thermique entre les sources de chaleur constituées des composants et les puits de chaleur constitués des moyens de dissipation thermique doit être optimisé. [008] The search for increased compactness of electronic power devices requires being able to keep the active and passive components temperatures below critical values, to achieve thermal equilibrium and to guarantee reliability. Extraction of the dissipated energy closer to the components is desirable. The thermal path between the heat sources constituted by the components and the heat sinks constituted by the heat dissipation means must be optimized.
[009] Les différentes contraintes s’appliquant aux dispositifs électroniques de puissance ont conduit vers une architecture modulaire des ponts de commutation, avec des modules élémentaires de commutation de puissance, dits « modules de puissance », qui correspondent chacun à une branche de commutation du pont. [0010] Des architectures 3D sont proposées pour les modules de puissance, avec un refroidissement double face des puces de puissance, et présentent un intérêt certain pour accroître la compacité des dispositifs électroniques de puissance. [009] The various constraints applying to electronic power devices have led to a modular architecture of switching bridges, with elementary power switching modules, called "power modules", each corresponding to a switching branch of the bridge. 3D architectures are proposed for power modules, with double-sided cooling of power chips, and have a certain interest in increasing the compactness of electronic power devices.
[001 1] Pour l’amélioration de la fiabilité, notamment dans les applications où les cycles thermiques sont sévères, la technologie dite "press-pack" est utilisée pour supprimer les soudures qui se détériorent avec les contraintes mécaniques dues au cyclage thermique. Dans la technologie « press-pack », les contacts électriques sont assurés à l'aide de moyens mécaniques de pression ou serrage qui maintiennent les composants en place et en contact. La technologie « press- pack » présente aussi l’intérêt de faciliter le démontage des dispositifs et donc leur réparation. [001 1] For the improvement of reliability, especially in applications where thermal cycles are severe, the so-called "press-pack" technology is used to eliminate welds that deteriorate with the mechanical stresses due to thermal cycling. In press-pack technology, electrical contacts are provided by mechanical pressure or clamping means that hold the components in place and in contact. The "press-pack" technology also has the advantage of facilitating the dismantling of the devices and therefore their repair.
[0012] Il apparaît aujourd’hui souhaitable de proposer une architecture modulaire nouvelle de bus barres pour la fabrication de dispositifs électroniques de puissance plus compacts et optimisés, qui autorise de meilleurs compromis dans la satisfaction des contraintes de conception susmentionnées et qui soit adaptée pour les nouveaux semi-conducteurs de puissance SiC et GaN, ainsi que les technologies 3D et « press-pack ». It now seems desirable to propose a new modular bus bar architecture for the manufacture of more compact and optimized power electronic devices, which allows better compromises in the satisfaction of the aforementioned design constraints and which is suitable for new SiC and GaN power semiconductors, as well as 3D and press-pack technologies.
[0013] Selon un premier aspect, l’invention concerne un ensemble de bus barres formant boîtier et dissipateur thermique d’un dispositif électronique de puissance, comprenant une pluralité de secteurs de bus barres agencés, de manière jointive et en contact électrique, autour d’un axe central et des plaques de fermeture haute et basse perpendiculaires à l’axe central, les secteurs de bus barres comprenant chacun un tronçon de bus barre externe et au moins un tronçon de bus barre interne qui délimitent une pluralité de volumes internes, les plaques de fermeture haute et basse étant en contact respectivement contre des faces haute et basse des tronçons de bus barre et les tronçons de bus barre comprenant une pluralité de faces de contact électrique du type dit « press pack ». According to a first aspect, the invention relates to a set of bus bars forming housing and heat sink of an electronic power device, comprising a plurality of bar bus sectors arranged contiguously and in electrical contact, around a central axis and high and low closure plates perpendicular to the central axis, the busbar sectors each comprising an outer busbar section and at least one inner busbar section which delimit a plurality of internal volumes, the high and low closure plates being respectively in contact with the upper and lower faces of the busbar sections and the busbar sections comprising a plurality of electrical contact faces of the so-called "press pack" type.
[0014] Selon une caractéristique particulière, les tronçons de bus barre externes de la pluralité de secteurs de bus barres comportent des ailettes de refroidissement sur une face externe. [0015] Selon une autre caractéristique particulière, les tronçons de bus barre de la pluralité de secteurs de bus barres sont en cuivre et/ou en aluminium et sont fabriqués par moulage et/ou usinage et/ou tronçonnage d’une barre de profilé. According to a particular characteristic, the outer busbar sections of the plurality of busbar sectors comprise cooling fins on an external face. According to another particular characteristic, the bar bus sections of the plurality of busbar sectors are made of copper and / or aluminum and are manufactured by molding and / or machining and / or cutting a profiled bar.
[0016] Selon encore une autre caractéristique particulière, l’ensemble de bus barres comprend des joints d’étanchéité situés dans des faces de jonction entre des tronçons de bus barre externes adjacents et entre les plaques de fermeture haute et basse et les tronçons de bus barre externes. According to yet another particular characteristic, the busbar assembly comprises seals located in junction faces between adjacent external busbar sections and between the top and bottom closure plates and the bus sections. external bar.
[0017] Selon encore une autre caractéristique particulière, les plaques de fermeture haute et basse sont de type stratifié et comprennent chacune une couche diélectrique centrale et deux plaques électriquement conductrices de part et d’autre de la couche diélectrique centrale, les plaques électriquement conductrices étant en contact électrique avec les tronçons de bus barre. According to yet another particular characteristic, the high and low closure plates are of laminated type and each comprise a central dielectric layer and two electrically conductive plates on either side of the central dielectric layer, the electrically conductive plates being in electrical contact with the bar bus sections.
[0018] Selon encore une autre caractéristique particulière, la couche diélectrique centrale comprend au moins un circuit électronique enterré et/ou un composant électronique enterré actif ou passif. According to yet another particular characteristic, the central dielectric layer comprises at least one buried electronic circuit and / or an active or passive buried electronic component.
[0019] Selon encore une autre caractéristique particulière, l’une au moins des plaques de fermeture haute et basse est du type dit « IMS ». According to yet another particular characteristic, at least one of the high and low closure plates is of the so-called "IMS" type.
[0020] Selon encore une autre caractéristique particulière, les plaques électriquement conductrices sont en cuivre et/ou aluminium. [0021] Selon encore une autre caractéristique particulière, dans chacun des secteurs de bus barre, la pluralité de volumes internes comprennent un premier volume interne délimité entre une face de contact électrique du tronçon de bus barre externe et une face de contact électrique d’un premier tronçon de bus barre interne, le premier volume interne étant dédié au montage de type « press pack » d’un circuit électronique de puissance. According to yet another particular characteristic, the electrically conductive plates are made of copper and / or aluminum. According to yet another particular characteristic, in each of the busbar sectors, the plurality of internal volumes comprise a first internal volume delimited between an electrical contact face of the external busbar section and an electrical contact face of a busbar. first section of internal bus bar, the first internal volume being dedicated to the type of assembly "press pack" of an electronic power circuit.
[0022] Selon encore une autre caractéristique particulière, dans chacun des secteurs de bus barre, la pluralité de volumes internes comprennent au moins un autre volume interne aménagé entre le premier tronçon de bus barre interne et l’axe central. [0023] Selon encore une autre caractéristique particulière, dans chacun des secteurs de bus barre, la pluralité de volumes internes comprennent un deuxième volume interne aménagé entre le premier tronçon de bus barre interne et un deuxième tronçon de bus barre interne et un troisième volume interne aménagé entre le deuxième tronçon de bus barre interne et l’axe central. According to yet another particular characteristic, in each of the busbar sectors, the plurality of internal volumes comprise at least one other internal volume arranged between the first inner busbar section and the central axis. According to yet another particular characteristic, in each of the busbar sectors, the plurality of internal volumes comprise a second internal volume arranged between the first internal busbar section and a second internal busbar section and a third internal volume. arranged between the second section of internal bus bar and the central axis.
[0024] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d’une forme de réalisation particulière de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : les Figs.1 et 2 sont des vues en perspective montrant une forme de réalisation particulière d’un ensemble de bus barres selon l’invention ; la Fig.3 est une vue de dessus simplifiée montrant un secteur de bus barres compris dans l’ensemble de bus barres des Figs.1 et 2 ; la Fig.4 est une vue partielle en coupe simplifiée d’une plaque de fermeture comprise dans l’ensemble de bus barres des Figs.1 et 2 ; et les Figs.5A, 5B et 5C sont des vues partielles en coupe simplifiées montrant différents assemblages d'une plaque de fermeture et de tronçons de bus barre compris dans l’ensemble de bus barres des Figs.1 et 2. Other advantages and features of the present invention will appear more clearly on reading the detailed description below of a particular embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawings, in which: FIGS. 1 and 2 are perspective views showing a particular embodiment of a set of bus bars according to the invention; Fig.3 is a simplified top view showing a busbar sector included in the set of bus bars of Figs.1 and 2; Fig.4 is a partial sectional view simplified of a closure plate included in the set of bus bars of Figs.1 and 2; and Figs.5A, 5B and 5C are simplified sectional partial views showing different assemblies of a closure plate and busbar sections included in the busbar assembly of Figs.1 and 2.
[0025] Une forme de réalisation particulière CONV de l'ensemble de bus barres selon l’invention est montrée aux Figs.1 et 2. Cet ensemble de bus barres se présente extérieurement sous la forme d’un palet ou galette cylindrique. A particular embodiment CONV of the set of bus bars according to the invention is shown in Figs.1 and 2. This set of bus bars is externally in the form of a cylindrical puck or slab.
[0026] L’ensemble de bus barres CONV comprend essentiellement une pluralité de section de bus barres S1 à S6 et des plaques de fermeture haute et basse BPu et BPD. Les sections de bus barres S1 à S6 sont au nombre de six dans cet exemple de réalisation. Bien entendu, dans la présente invention, le nombre de sections de bus barres n'est pas limité à six. Ce nombre dépendra de l’application dans laquelle est implémentée l’invention. [0027] Les sections de bus barres S1 à S6 ont une architecture analogue et sont agencées jointivement en cercle autour d’un axe central C. Chaque section de bus barres S1 à S6 occupe ici un secteur angulaire de 60°. The busbar assembly CONV essentially comprises a plurality of busbar sections S1 to S6 and high and low closure plates BPu and BPD. The busbar sections S1 to S6 are six in this embodiment. Of course, in the present invention, the number of busbar sections is not limited to six. This number will depend on the application in which the invention is implemented. The busbar sections S1 to S6 have a similar architecture and are arranged contiguously in a circle about a central axis C. Each busbar section S1 to S6 here occupies an angular sector of 60 °.
[0028] Dans cette forme de réalisation particulière, les sections de bus barres S1 à S6 sont formées chacune d’un tronçon de bus barre externe et de premier et deuxième tronçons de bus barres internes. Les tronçons de bus barre sont formés dans des métaux conducteurs tels que l’aluminium ou le cuivre. Les tronçons de bus barre pourront être fabriqués par moulage et/ou usinage et/ou tronçonnage d’une barre de profilé. In this particular embodiment, the busbar sections S1 to S6 are each formed of an outer busbar section and first and second internal busbar sections. The bar bus sections are formed in conductive metals such as aluminum or copper. The bar bus sections may be manufactured by molding and / or machining and / or cutting a profile bar.
[0029] En considérant une section de bus barres quelconque Sn, le tronçon de bus barre externe est repéré Bin et les premier et deuxième tronçons de bus barres internes sont repérés respectivement E32n et B3n. By considering a bus section of any bus Sn, the outer bus bus section is marked Bi n and the first and second internal bus bus sections are respectively marked E32n and B3n.
[0030] Comme montré à la Fig.2, les tronçons de bus barre externes Bu à Bi6 sont agencés de manière à former une paroi, autour de l’axe central C, qui la paroi latérale externe du boîtier circulaire en forme de galette. Les tronçons de bus barre internes B21 à B26 sont agencés de manière à former une première paroi latérale interne, autour de l’axe central C, située à l’intérieur du volume délimité par la paroi latérale externe formée par les tronçons de bus barre externes Bu à B16. Les tronçons de bus barre internes B31 à B36 sont agencés de manière à former une deuxième paroi latérale interne, autour de l’axe central C, située à l’intérieur du volume délimité par la première paroi latérale interne formée par les tronçons de bus barre internes B21 à B26. As shown in Fig.2, the outer bus bus sections Bu to Bi6 are arranged to form a wall, about the central axis C, which the outer side wall of the circular casing shaped pancake. The inner busbar sections B21 to B26 are arranged so as to form a first internal lateral wall, around the central axis C, situated inside the volume delimited by the external lateral wall formed by the external busbar sections. Bu to B16. The inner busbar sections B31 to B36 are arranged so as to form a second internal lateral wall, around the central axis C, situated inside the volume delimited by the first internal lateral wall formed by the busbar sections. internal B21 to B26.
[0031] Les tronçons de bus barre Bin, B2n et B3n formant respectivement la paroi latérale externe et les première et deuxième parois latérales internes sont jointifs deux à deux par des extrémités longitudinalement opposées qui sont situées dans des plans de jonction P1 à P6 comprenant l’axe central C et perpendiculaires aux plaques de fermeture haute et basse BPu et BPD. Les tronçons de bus barre d’une même paroi latérale sont en continuité électrique. La paroi latérale externe et les première et deuxième parois latérales internes forment ainsi chacune un bus barre électrique. [0032] Comme visible aux Figs.1 et 2, les tronçons de bus barre Bu à Bib comportent une pluralité d’ailettes de refroidissement qui sont formées sur une face latérale externe en arc de cercle de ceux-ci. La paroi latérale externe forme ainsi dissipateur thermique. [0033] La section de bus barres Sn comprenant les tronçons de bus barre Bin, B2n et B3n et des volumes internes E1 , E2 et E3 prévus entre ces tronçons sont maintenant décrits de manière détaillée en référence à la Fig.3. The bar bus sections Bin, B2n and B3n respectively forming the outer side wall and the first and second inner side walls are joined in pairs by longitudinally opposite ends which are located in junction planes P1 to P6 comprising central axis C and perpendicular to the upper and lower closure plates BPu and BPD. The bar bus sections of the same side wall are in electrical continuity. The outer side wall and the first and second inner side walls thus each form an electric busbar. As visible in FIGS. 1 and 2, the bus bus sections Bu to Bib comprise a plurality of cooling fins which are formed on an outer lateral face in an arc of a circle thereof. The outer side wall thus forms heat sink. The busbar section Sn comprising the bar bus sections Bi n , B2n and B3n and internal volumes E1, E2 and E3 provided between these sections are now described in detail with reference to Fig.3.
[0034] Outre la face latérale externe en arc de cercle, repérée F2 à la Fig.3, le tronçon de bus barre Bin comprend notamment deux faces de jonction inclinées F1 , sensiblement planes, et une face interne F3 sensiblement plane. In addition to the external lateral arcuate face, marked F2 in Fig.3, the bar bus section Bin comprises in particular two inclined junction faces F1, substantially planar, and an inner face F3 substantially planar.
[0035] Les ailettes de refroidissement, repérée 10 à la Fig.3, se prolongent radialement vers l’extérieur à partir de la face latérale externe en arc de cercle F2. Les deux faces de jonction F1 forment des extrémités longitudinalement opposées du tronçon et sont inclinées d’un angle a par rapport à un axe central de symétrie AC. The cooling fins, marked 10 in Fig.3, extend radially outwardly from the external side face in a circular arc F2. The two junction faces F1 form longitudinally opposite ends of the section and are inclined at an angle with respect to a central axis of symmetry AC.
[0036] Avec la section de bus barres Sn occupant un secteur angulaire de 60° dans cet exemple de réalisation, l’angle a est ici de 30°. Dans l’ensemble de bus barres CONV, les faces de jonction F1 , sensiblement planes, de la section de bus barres Sn sont ainsi en contact, au niveau des plans de jonction correspondants (cf. P1 à P6 à la Fig.2) avec des faces de jonction F1 correspondantes des sections de bus barres adjacentes S(n+1 ) et S(n-1 ). On notera ici que le terme « planes » utilisés ici pour qualifier les faces de jonction F1 ne doit pas être interprété de manière stricte. En effet, comme cela sera décrit plus en détail par la suite, ces faces de jonction F1 comprendront typiquement des agencements tels que des rainures pour le logement de joints d’étanchéité. Des moyens de liaison mécanique démontable pourront aussi être agencés au niveau de ces faces de jonction F1. With the busbar section Sn occupying an angular sector of 60 ° in this embodiment, the angle a is here 30 °. In the set of bus bars CONV, the substantially planar junction faces F1 of the bus section Sn are thus in contact at the corresponding junction planes (see P1 to P6 in FIG. corresponding junction faces F1 of the adjacent busbar sections S (n + 1) and S (n-1). It will be noted here that the term "planes" used here to describe the F1 junction faces should not be interpreted strictly. Indeed, as will be described in more detail later, these junction faces F1 typically include arrangements such as grooves for the housing of seals. Removable mechanical connection means may also be arranged at these junction faces F1.
[0037] La face interne F3, sensiblement plane, est une face de contact par serrage avec un circuit électronique de puissance (non représenté). De même qu’indiqué ci-dessus pour la face de jonction F1 , le terme « plane » utilisé ici pour qualifier la face interne F3 ne doit pas ici être interprété de manière stricte, sachant que différents aménagements pourront être prévus en fonction des applications. The substantially plane inner face F3 is a clamping contact face with an electronic power circuit (not shown). As indicated above for the junction face F1, the term "plane" used here for qualifying the internal face F3 must not be interpreted strictly, knowing that different arrangements may be provided depending on the applications.
[0038] Le tronçon de bus barre B2n comprend notamment deux faces de jonction F4 formant des extrémités longitudinalement opposées du tronçon et des première et deuxième faces F5 et F6. The bar bus section B2n comprises in particular two junction faces F4 forming longitudinally opposite ends of the section and first and second faces F5 and F6.
[0039] De manière analogue aux faces F1 du tronçon de bus barre Bin, les deux faces de jonction F4 sont inclinées de l’angle a par rapport à l’axe central de symétrie AC. Les faces de jonction F4 correspondent à des plans de jonction (cf. P1 à P6 à la Fig.2) avec les sections de bus barres adjacentes. [0040] La première face F5 est une face de contact par serrage avec le circuit électronique de puissance susmentionné. Comme montré à la Fig.3, des canaux 1 1 sont aménagés dans cette première face F5 et sont destinés typiquement à la circulation, ou remplissage, d’un liquide ayant une fonction de caloportage et/ou d’ignifugation et/ou d’isolation électrique. Bien entendu, dans d’autres formes de réalisation, des canaux de liquide pourront aussi, ou exclusivement, être formés dans la face interne F3 du tronçon de bus barre Bin. On notera que les fonctions d’ignifugation et d’isolation électrique permettent d'éviter des claquages électriques et des départs de feu, ainsi qu’une dégradation consécutive éventuelle du boîtier. Similarly to the F1 faces of the bar bus section Bin, the two junction faces F4 are inclined at the angle with respect to the central axis of symmetry AC. The junction faces F4 correspond to junction planes (see P1 to P6 in Fig. 2) with adjacent busbar sections. The first face F5 is a clamping contact face with the aforementioned power electronic circuit. As shown in FIG. 3, channels 1 1 are arranged in this first face F5 and are intended typically for the circulation, or filling, of a liquid having a function of heat transfer and / or fireproofing and / or electrical insulation. Of course, in other embodiments, liquid channels may also, or exclusively, be formed in the inner face F3 of the busbar segment Bin. It should be noted that the flameproofing and electrical insulation functions make it possible to avoid electrical breakdowns and fire starts, as well as any subsequent deterioration of the housing.
[0041] Les faces F3 et F5 sont adaptées pour un montage de type « press-pack » du circuit électronique de puissance susmentionné entre les tronçons de bus barre Bin et B2n. Un volume interne E1 est aménagé entre les faces F3 et F5 et est destiné à recevoir le circuit électronique de puissance. The faces F3 and F5 are adapted for a type of press-pack assembly of the above-mentioned power electronic circuit between the bar bus sections Bin and B2n. An internal volume E1 is arranged between the faces F3 and F5 and is intended to receive the electronic power circuit.
[0042] Typiquement, les tronçons de bus barre Bin et B2n sont destinés à être portés à des polarités négative (-) et positive (+) d’une tension continue entre les bus barres, la polarité négative (-) correspondant à la polarité de masse. Dans un dispositif électronique de puissance faisant appel à un pont de commutation, le circuit électronique de puissance sera typiquement un module de puissance correspondant à une branche du pont de commutation. La forme de réalisation décrite ici de l’ensemble de bus barres, avec six sections de bus barres, conviendra pour un pont de commutation ayant six branches, par exemple, pour alimenter un moteur électrique hexaphasé. Typically, the busbar sections Bin and B2n are intended to be carried to negative (-) and positive (+) polarity of a DC voltage between the bus bars, the negative polarity (-) corresponding to the polarity massive. In an electronic power device using a switching bridge, the power electronic circuit will typically be a power module corresponding to a branch of the switching bridge. The embodiment described here of the busbar assembly, with six busbar sections, will be suitable for a switching bridge having six branches, for example, to power a hexaphase electric motor.
[0043] La deuxième face F6 du tronçon de bus barre B2n est une face sensiblement plane orientée en regard d’une première face F7, sensiblement plane, du tronçon de bus barre B3n. La deuxième face F6 et la première face F7 sont ici sensiblement parallèles et définissent un deuxième volume interne E2. The second face F6 of the bus bar B2n portion is a substantially planar face oriented facing a first substantially planar face F7 of the bar bus section B3n. The second face F6 and the first face F7 are here substantially parallel and define a second internal volume E2.
[0044] Outre la première face F7, le tronçon de bus barre B3n comprend notamment deux faces de jonction F8 formant des extrémités longitudinalement opposées du tronçon et une deuxième face F9. In addition to the first face F7, the bar bus section B3n comprises in particular two junction faces F8 forming longitudinally opposite ends of the section and a second face F9.
[0045] De manière analogue aux faces F1 du tronçon de bus barre Bin, les deux faces de jonction F8 sont inclinées de l’angle a par rapport à l’axe central de symétrie AC. Les faces de jonction F8 correspondent à des plans de jonction (cf. P1 à P6 à la Fig.2) avec les sections de bus barres adjacentes. Des rainures 12 sont ici prévues dans les faces de jonction F8 pour le logement de moyens d’indexation et/ou serrage (non représentés). Similarly to the F1 faces of the bus bar segment Bin, the two junction faces F8 are inclined at the angle α with respect to the central axis of symmetry AC. The junction faces F8 correspond to junction planes (see P1 to P6 in Fig. 2) with the adjacent busbar sections. Grooves 12 are provided in the junction faces F8 for accommodating indexing and / or clamping means (not shown).
[0046] La deuxième face F9 est sensiblement plane et parallèle à la première face F7 et délimite un volume interne central E3 dans l’ensemble de bus barres CONV. The second face F9 is substantially flat and parallel to the first face F7 and defines a central internal volume E3 in the set of bus bars CONV.
[0047] Selon les dispositifs électroniques de puissance réalisés à l’aide de l’ensemble de bus barres CONV, les volumes internes E2 et E3 des sections de bus barres S1 à S6 pourront remplir différentes fonctions, par exemple, le logement des moyens de stockage d’énergie et/ou la circulation, ou remplissage, d’un liquide ayant une fonction de caloportage et/ou d’ignifugation et/ou d’isolation électrique. On notera que les fonctions d’ignifugation et d’isolation électrique permettent d’éviter des claquages électriques et des départs de feu, ainsi qu’une dégradation consécutive éventuelle du boîtier. According to the electronic power devices made using the set of bus bars CONV, the internal volumes E2 and E3 of the busbar sections S1 to S6 can perform different functions, for example, the housing of the means of energy storage and / or circulation, or filling, of a liquid having a function of heat transfer and / or fireproofing and / or electrical insulation. It should be noted that the flameproofing and electrical insulation functions make it possible to avoid electrical breakdowns and fire starts, as well as any subsequent deterioration of the housing.
[0048] Ainsi, par exemple, dans un dispositif électronique de puissance faisant appel à un pont de commutation, les volumes E2 pourront être dédiés au logement des moyens capacitifs de filtrage et les volumes E3 pourront être dédiés à la circulation, ou remplissage, du liquide caloporteur et/ou ignifuge et/ou isolant électrique. Les moyens capacitifs de filtrage pourront ici être connectés entre les bus barres formés par la pluralité des tronçons B2n et la pluralité des tronçons B3n. Le bus barres formé par la pluralité des tronçons B3n pourra, dans un tel exemple, être relié électriquement à la pluralité des tronçons Bin pour une connexion électrique « press-pack » des moyens capacitifs de filtrage entre les faces F6 et F7. Les moyens capacitifs de filtrage pourront par exemple être formés par une pluralité de condensateurs de type céramique multicouche répartis dans la pluralité des volumes E2. Dans d’autres applications, les volumes E2 pourront par exemple être dédiés à la circulation, ou remplissage, du liquide caloporteur et/ou ignifuge et/ou isolant électrique et les volumes E3 à des moyens de stockage d’énergie électrique par exemple sous la forme d’un condensateur, d’un supercondensateur, d’une batterie de type lithium-ion ou autres. Thus, for example, in an electronic power device using a switching bridge, the volumes E2 may be dedicated to the housing of the capacitive filtering means and the volumes E3 may be dedicated to the circulation, or filling, of the coolant and / or flame retardant and / or electrical insulation. Capacitive filtering means can be connected here between bus bars formed by the plurality of sections B2n and the plurality of sections B3n. The bus bar formed by the plurality of sections B3n may, in such an example, be electrically connected to the plurality of Bin sections for an electrical connection "press-pack" capacitive filtering means between the faces F6 and F7. The capacitive filtering means may for example be formed by a plurality of multilayer ceramic capacitors distributed in the plurality of volumes E2. In other applications, the volumes E2 may for example be dedicated to the circulation, or filling, of the coolant and / or fireproof and / or electrical insulation and the volumes E3 to electrical energy storage means for example under the form of a capacitor, a supercapacitor, a lithium-ion type battery or other.
[0049] L’assemblage « press-pack » des composants électroniques entre les tronçons de bus barre fera appel à des techniques de montage connues comme par exemple des attaches élastiques assurant le serrage requis ou des vis montées à travers des passages de vis isolés pour éviter des courts-circuits. The assembly "press-pack" of the electronic components between the bar bus sections will use known mounting techniques such as elastic fasteners ensuring the required clamping or screws mounted through insulated screw passages for avoid short circuits.
[0050] On notera ici que la forme circulaire en galette de l’ensemble de bus CONV rend celui-ci parfaitement adapté pour une intégration dans une machine électrique tournante, par exemple un moteur de traction ou une machine réversible associée à un système de freinage récupératif. It will be noted here that the rounded slab form of the bus assembly CONV makes it perfectly suitable for integration into a rotating electrical machine, for example a traction motor or a reversible machine associated with a braking system. recuperative.
[0051] Les plaques de fermeture haute et basse BPu et BPD et leur assemblage avec les tronçons de bus barre sont maintenant décrits ci-dessous en référence aussi aux Figs.4 et 5A, 5B et 5C. The high and low closure plates BPu and BPD and their assembly with the busbar sections are now described below with reference also to Figs.4 and 5A, 5B and 5C.
[0052] Comme cela apparaît clairement aux Figs.1 et 2, les plaques de fermeture haute et basse BPu et BPD ont une première fonction qui est de fermer, en partie haute et en partie basse, l’ensemble de bus barres CONV, de façon à constituer le boîtier. Les plaques de fermeture haute et basse BPu et BPD sont en contact contre des faces haute et basse des tronçons de bus barre, respectivement. As clearly shown in Figs.1 and 2, the high and low closure plates BPu and BPD have a first function which is to close, at the top and bottom, the set of bus bars CONV, way to constitute the case. The high and low closure plates BPu and BPD are in contact against the high and low sides of the busbar sections, respectively.
[0053] Comme montré à la Fig .4, les plaques de fermeture haute et basse BPu et BPD sont des plaques stratifiées qui comprennent chacune une couche diélectrique centrale CC et deux plaques électriquement conductrices BP1 et BP2. La couche diélectrique centrale CC est en sandwich entre les deux plaques électriquement conductrices BP1 et BP2. Typiquement, la technologie IMS (de « Insulated Métal Substrate » en anglais) pourra être utilisée pour la fabrication des plaques BPu et BPD. As shown in FIG. 4, the high and low closure plates BPu and BPD are laminated plates which each comprise a central dielectric layer CC and two electrically conductive plates BP1 and BP2. Layer central dielectric DC is sandwiched between the two electrically conductive plates BP1 and BP2. Typically, the IMS technology ("Insulated Metal Substrate" in English) can be used for the manufacture of BPu and BPD plates.
[0054] Les plaques électriquement conductrices BP1 et BP2 sont typiquement en aluminium ou en cuivre. L’épaisseur des plaques BP1 , BP2, sera choisie en fonction de la densité de courant que celle-ci devront supporter. Les plaques conductrices BP1 et BP2 forment des premier et deuxième bus de courant continu destinés à être portés à des polarités négative (-) et positive (+). On considère dans les paragraphes qui suivent que la plaque conductrice BP1 est celle qui est située à l’extérieur du boîtier formé et que la plaque conductrice BP2 est celle qui est située à l’intérieur du boîtier formé. The electrically conductive plates BP1 and BP2 are typically aluminum or copper. The thickness of the plates BP1, BP2, will be chosen according to the current density that it will have to support. The conductive plates BP1 and BP2 form first and second DC buses intended to be brought to negative (-) and positive (+) polarities. In the following paragraphs, it is considered that the conductive plate BP1 is that which is located outside the box formed and that the conductive plate BP2 is that which is located inside the box formed.
[0055] Une cage de Faraday est obtenue en portant les tronçons de bus barres externes Bin et la plaque conductrice BP1 à un même potentiel électrique, typiquement le potentiel de masse de polarité négative (-). Le boîtier formé avec l’ensemble de bus barres selon l’invention permet donc d’obtenir un blindage électromagnétique favorable à la compatibilité électromagnétique (CEM). A Faraday cage is obtained by carrying the external bus bus sections Bi n and the conductive plate BP1 to the same electrical potential, typically the ground potential of negative polarity (-). The casing formed with the set of bus bars according to the invention therefore makes it possible to obtain electromagnetic shielding favorable to electromagnetic compatibility (EMC).
[0056] La couche diélectrique centrale CC est formée typiquement d’une résine de type époxy renforcée à la fibre de verre, comme par exemple le FR-4. Une résine renforcée par des fibres organiques pourra aussi être utilisée, ainsi qu'un Polyimide non renforcé. Dans certaines applications, des circuits ou composants électroniques actifs ou passifs, par exemple, des circuits de commande, pourront être enterrés dans la couche diélectrique centrale CC en utilisant des techniques connues. The central dielectric layer CC is typically formed of a fiberglass-reinforced epoxy type resin, such as, for example, FR-4. Resin reinforced with organic fibers may also be used, as well as unreinforced polyimide. In some applications, active or passive electronic circuits or components, for example, control circuits, may be buried in the central dielectric layer CC using known techniques.
[0057] On notera ici que l’invention est parfaitement adaptée pour des applications de type SiP pour « System in Package » en anglais. It will be noted here that the invention is perfectly suitable for SiP type applications for "System in Package" in English.
[0058] Un exemple d’assemblage étanche entre les tronçons de bus barre externe Bin et la plaque de fermeture haute BPu, ou basse BPD, est montré à la Fig.5A. La Fig.5A. montre cet assemblage au niveau d’une face de jonction F1 des tronçons de bus barre externes Bin. [0059] Dans cet assemblage, la plaque conductrice BP1 de la plaque de fermeture BPu, BPD, est en conduction électrique avec le tronçon de bus barre externe Bin. La liaison mécanique entre le tronçon de bus barre externe Bin et la plaque conductrice BP1 est assurée par exemple au moyen d’une vis (non représentée) dans l’axe FX1 . An example of a sealed assembly between the outer bus bus sections Bi n and the high BPu closure plate, or low BPD, is shown in Fig.5A. Fig.5A. shows this assembly at a junction face F1 of the external bus bus sections Bi n . In this assembly, the conductive plate BP1 of the BPu closure plate, BPD, is in electrical conduction with the outer bus bus section Bi n . The mechanical connection between the external bus bus section Bin and the conductive plate BP1 is provided for example by means of a screw (not shown) in the axis FX1.
[0060] Comme montré à la Fig.5A, des joints d’étanchéité 20 et 21 , par exemple du type dit « Viton » (marque déposée), sont prévus pour garantir l’étanchéité entre deux tronçons de bus barre externes Bin adjacents, au niveau de leurs faces de jonction F1 , et entre les tronçons de bus barre externes Bin et la plaque de fermeture BPu, BPD. Le joint d’étanchéité 20 est logé dans une rainure qui se prolonge sur toute la hauteur de la face de jonction F1 et assure l’étanchéité au niveau de celle-ci. Le joint d’étanchéité 21 est disposé dans un épaulement aménagé dans la plaque de fermeture BPu, BPD, plus précisément entre cet épaulement et une rainure aménagée dans la face F3 du tronçon de bus barre externe Bi n. Le joint d’étanchéité 21 assure ici également un écartement entre la plaque conductrice BP1 et le tronçon de bus barre externe Bi n pour l’isolation électrique entre ceux-ci. As shown in Fig.5A, seals 20 and 21, for example of the type called "Viton" (registered trademark), are provided to ensure the seal between two adjacent external bar bus sections Bin, at their junction faces F1, and between the outer busbar sections Bin and the closure plate BPu, BPD. The seal 20 is housed in a groove which extends over the entire height of the junction face F1 and seals at the level thereof. The seal 21 is disposed in a shoulder formed in the closure plate BPu, BPD, more precisely between this shoulder and a groove formed in the face F3 of the external bus bus section Bi n. The seal 21 here also provides a spacing between the conductive plate BP1 and the external bus bus section Bi n for the electrical insulation therebetween.
[0061] On notera ici que des moyens de cerclage démontables (cf. flèche CE à la Fig.5A), placés entre les ailettes 10, pourront être utilisés pour l’assemblage mécanique de l’ensemble de bus barres CONV. It will be noted here that dismountable strapping means (see arrow CE in Fig.5A), placed between the fins 10, may be used for the mechanical assembly of the busbar assembly CONV.
[0062] Un premier exemple d’assemblage entre un tronçon de bus barre interne B2n, ou B3n, et la plaque de fermeture BPu, ou BPD, est montré à la Fig.5B. L’exemple d’assemblage de la Fig.5B correspond au cas où la plaque conductrice BP2 et le tronçon de bus barre interne B2n, B3n, doivent être placés au même potentiel électrique. Comme montré à la Fig.5B, l’extrémité du tronçon de bus barre interne B2n, B3n, comporte ici un tenon d’indexation 12 qui se loge dans une rainure d’ancrage aménagée dans la plaque conductrice BP2. Un canal 13 pour le passage, ou remplissage, du liquide caloporteur et/ou ignifuge et/ou isolant électrique est visible ici dans le tronçon de bus barre interne B2n, B3n. La liaison mécanique entre le tronçon de bus barre interne B2n, B3n, et la plaque de fermeture BPu, BPD, est assurée par exemple au moyen d’une vis (non représentée) dans l’axe FX2, à travers un passage de vis isolé. A first example of an assembly between an internal busbar section B2n, or B3n, and the BPu closure plate, or BPD, is shown in FIG. 5B. The assembly example of FIG. 5B corresponds to the case where the conductive plate BP2 and the internal busbar section B2n, B3n, must be placed at the same electrical potential. As shown in FIG. 5B, the end of the internal busbar section B2n, B3n, here comprises an indexing stud 12 which is housed in an anchoring groove formed in the conductive plate BP2. A channel 13 for the passage, or filling, of the coolant and / or fireproof and / or electrical insulation is visible here in the section of the internal busbar B2n, B3n. The mechanical connection between the internal bar bus section B2n, B3n, and the closure plate BPu, BPD, is provided for example by means of a screw (not shown) in the FX2 axis, through an isolated screw passage.
[0063] Un deuxième exemple d’assemblage entre un tronçon de bus barre interne B2n, ou B3n, et la plaque de fermeture BPu, ou BPD, est montré à la Fig.5C. L’exemple d’assemblage de la Fig.5C correspond au cas où la plaque conductrice BP1 et le tronçon de bus barre interne B2n, B3n, doivent être placés au même potentiel électrique. Comme montré à la Fig.5C, l’extrémité du tronçon de bus barre interne B2n, B3n, est logée dans une rainure 15 qui est aménagée dans la plaque BPu, BPD, et qui autorise l’indexation mécanique et le contact électrique avec la plaque conductrice BP1 . La matière de la plaque conductrice BP2 et de la couche diélectrique CC sont retirées dans la rainure 15 et l’extrémité du tronçon de bus barre interne B2n, B3n, est en contact électrique uniquement avec la plaque conductrice BP1 . Un isolant électrique 14 est prévu dans la rainure 15 pour l’isolation avec la plaque conductrice BP1 . Un canal 16 pour le passage, ou remplissage, du liquide caloporteur et/ou ignifuge et/ou isolant électrique est visible dans le tronçon de bus barre interne B2n, B3n. La liaison mécanique entre le tronçon de bus barre interne B2n, B3n, et la plaque de fermeture BPu, BPD, est assurée par exemple au moyen d’une vis (non représentée) dans l’axe FX3. A second example of an assembly between an inner busbar section B2n, or B3n, and the BPu closure plate, or BPD, is shown in FIG. 5C. The assembly example of FIG. 5C corresponds to the case where the conductive plate BP1 and the internal busbar section B2n, B3n, must be placed at the same electrical potential. As shown in FIG. 5C, the end of the internal bus bus section B2n, B3n, is housed in a groove 15 which is arranged in the plate BPu, BPD, and which allows the mechanical indexing and the electrical contact with the conductive plate BP1. The material of the conductive plate BP2 and the dielectric layer CC are removed in the groove 15 and the end of the inner busbar section B2n, B3n, is in electrical contact only with the conductive plate BP1. An electrical insulator 14 is provided in the groove 15 for insulation with the conductive plate BP1. A channel 16 for the passage, or filling, of the coolant and / or flame retardant and / or electrical insulation is visible in the internal bus bar section B2n, B3n. The mechanical connection between the inner busbar section B2n, B3n, and the closing plate BPu, BPD, is provided for example by means of a screw (not shown) in the axis FX3.
[0064] L’invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. The invention is not limited to the particular embodiment which has been described here by way of example. Those skilled in the art, according to the applications of the invention, may make various modifications and variations which fall within the scope of the appended claims.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Ensemble de bus barres formant boîtier et dissipateur thermique d’un dispositif électronique de puissance, comprenant une pluralité de secteurs de bus barres (S1 à S6) agencés, de manière jointive et en contact électrique, autour d’un axe central (C) et des plaques de fermeture haute et basse perpendiculaires audit axe central (C), lesdits secteurs de bus barres comprenant chacun un tronçon de bus barre externe et au moins un tronçon de bus barre interne qui délimitent une pluralité de volumes internes, lesdites plaques de fermeture haute et basse étant en contact respectivement contre des faces haute et basse desdites tronçons de bus barre et lesdits tronçons de bus barre comprenant une pluralité de faces de contact électrique du type dit « press pack ». 1) Set of bus bars forming a housing and heat sink of an electronic power device, comprising a plurality of busbar sectors (S1 to S6) arranged contiguously and in electrical contact around a central axis (C ) and high and low closing plates perpendicular to said central axis (C), said busbar sectors each comprising an outer busbar section and at least one inner busbar section which delimit a plurality of internal volumes, said busbar plates high and low closure being respectively in contact with the upper and lower faces of said busbar sections and said busbar sections comprising a plurality of electrical contact faces of the so-called "press pack" type.
2) Ensemble de bus barres selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits tronçons de bus barre externes de ladite pluralité de secteurs de bus barres (S1 à S6) comportent des ailettes de refroidissement sur une face externe. 2) busbar assembly according to claim 1, characterized in that said outer busbar sections of said plurality of busbar sectors (S1 to S6) have cooling fins on an outer face.
3) Ensemble de bus barres selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits tronçons de bus barre de ladite pluralité de secteurs de bus barres (S1 à S6) sont en cuivre et/ou en aluminium et sont fabriqués par moulage et/ou usinage et/ou tronçonnage d’une barre de profilé. 3) busbar assembly according to claim 1 or 2, characterized in that said busbar sections of said plurality of busbar sectors (S1 to S6) are copper and / or aluminum and are manufactured by molding and / or machining and / or cutting a profile bar.
4) Ensemble de bus barres selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend des joints d’étanchéité situés dans des faces de jonction entre des tronçons de bus barre externes adjacents et entre lesdites plaques de fermeture haute et basse et lesdits tronçons de bus barre externes. 4) busbar assembly according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises seals located in junction faces between adjacent outer bus bar sections and between said upper closure plates and bass and said external busbar sections.
5) Ensemble de bus barres selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites plaques de fermeture haute et basse sont de type stratifié et comprennent chacune une couche diélectrique centrale (CC) et deux plaques électriquement conductrices (BP1 , BP2) de part et d’autre de ladite couche diélectrique centrale, lesdites plaques électriquement conductrices étant en contact électrique avec lesdits tronçons de bus barre. 5) busbar assembly according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said high and low closure plates are of laminate type and each comprise a central dielectric layer (CC) and two electrically conductive plates (BP1, BP2) on either side of said central dielectric layer, said electrically conductive plates being in electrical contact with said busbar sections.
6) Ensemble de bus barres selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite couche diélectrique centrale (CC) comprend au moins un circuit électronique enterré et/ou un composant électronique enterré actif ou passif. 6) busbar assembly according to claim 5, characterized in that said central dielectric layer (CC) comprises at least one buried electronic circuit and / or buried electronic component active or passive.
7) Ensemble de bus barres selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l’une au moins desdites plaques de fermeture haute et basse est du type dit « IMS ». 8) Ensemble de bus barres selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que lesdites plaques électriquement conductrices sont en cuivre et/ou aluminium. 7) busbar assembly according to claim 5 or 6, characterized in that at least one of said top and bottom closure plates is of the type called "IMS". 8) busbar assembly according to any one of claims 5 to 7, characterized in that said electrically conductive plates are copper and / or aluminum.
9) Ensemble de bus barres selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, dans chacun desdits secteurs de bus barre, ladite pluralité de volumes internes comprennent un premier volume interne (E1 ) délimité entre une face de contact électrique dudit tronçon de bus barre externe et une face de contact électrique d’un premier dit tronçon de bus barre interne, ledit premier volume interne (E1 ) étant dédié au montage de type « press pack » d’un circuit électronique de puissance. 10) Ensemble de bus barres selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans chacun desdits secteurs de bus barre, ladite pluralité de volumes internes comprennent au moins un autre volume interne aménagé entre ledit premier tronçon de bus barre interne et ledit axe central (C). 9) busbar assembly according to any one of claims 1 to 8, characterized in that, in each of said busbar sectors, said plurality of internal volumes comprise a first internal volume (E1) delimited between an electrical contact face said outer bus bus section and an electrical contact face of a first said internal bus bus section, said first internal volume (E1) being dedicated to the "press pack" type assembly of an electronic power circuit. 10) Busbar assembly according to claim 9, characterized in that, in each of said busbar sectors, said plurality of internal volumes comprise at least one other internal volume arranged between said first inner busbar section and said central axis ( C).
1 1 ) Ensemble de bus barres selon la revendication 9, caractérisé en ce que, dans chacun desdits secteurs de bus barre, ladite pluralité de volumes internes comprennent un deuxième volume interne aménagé entre ledit premier tronçon de bus barre interne et un deuxième dit tronçon de bus barre interne et un troisième volume interne aménagé entre ledit deuxième tronçon de bus barre interne et ledit axe central. 1 1) Busbar assembly according to claim 9, characterized in that, in each of said busbar sectors, said plurality of internal volumes comprise a second internal volume arranged between said first internal busbar section and a second said bus section. internal busbar and a third internal volume arranged between said second inner busbar section and said central axis.
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