FR2784537A1 - Procede de montage d'une installation electrique ou electronique de puissance et echangeur de chaleur pour composants electriques ou electroniques de puissance - Google Patents

Abstract

Procédé de montage d'une installation électrique ou électronique de puissance comprenant au moins un composant (20) électronique de puissance et au moins un échangeur de chaleur (1), ledit composant (20) et ledit échangeur (1) étant prévus pour être maintenus en contact thermique par pression après montage, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-positionner ledit échangeur (1) sur ledit composant (20) avant intégration dudit composant (20) et dudit échangeur (1) dans ladite installation et mise sous pression.L'échangeur porte, sur une face (3) apte à venir en contact électrique et/ ou thermique avec un composant (20) et/ ou une barre d'alimentation, des moyens (10, 11) de pré-positionnement amovible par rapport à ce composant (20) et/ ou à cette barre.

Description

L'invention a trait à un procédé de montage d'une installation électrique ou électronique de puissance et à un échan- geur de chaleur pour composants électriques ou électroniques pouvant tre incorporé dans une telle installation.

Il est connu d'utiliser des échangeurs de chaleur dans des ensembles de puissance afin de refroidir les composants grâce à la circulation d'un fluide caloporteur, tel que de l'eau.

Lorsqu'un échangeur de chaleur est monté au contact d'un composant qu'il doit refroidir, le contact thermique est assuré par une mise sous pression de l'ensemble formé de l'échangeur et du composant, cette mise sous pression étant dénommée "clampage". La pression utilisée, ou force de clampage, peut tre élevée, par exemple de l'ordre de 5 tonnes pour une surface de contact entre l'échangeur et le composant correspondant à un disque de diamètre égal à environ 90 mm. Ce clampage permet également de maintenir en position l'échangeur par rapport au composant et plus généralement par rapport à son environnement qui comprend, par exemple, une barre d'alimentation électrique couramment dénommée"bus-bar".

Les installations électriques ou électroniques de puissance sont susceptibles d'tre montées en position horizontale ou verticale. Elles comprennent généralement des barres d'alimentation contre lesquelles sont empilés les composants et les échangeurs. En prenant le cas d'une installation comprenant des barres d'alimentation verticales, un opérateur doit tenir un premier élément plaqué contre cette barre, puis plaquer un second élément contre ce premier élément et ainsi de suite jusqu'à réaliser la succession voulue d'éléments, qu'il s'agisse de composants ou d'échangeurs, avant d'exercer une force de clampage suffisante par tout moyen approprié. Lors du montage, des mouvements transversaux des différents éléments demeurent possibles, mme si des pions ou doigts de centrage sont prévus.

Ces mouvements résultent dans des défauts d'alignement qui, compte tenu des fortes pressions utilisées, peuvent conduire à une déformation permanente ou à une rupture d'un des éléments utilisés, notamment en cas de portée dune surface plane sur un pion. En outre, au cours des opérations de montage, l'opérateur doit en permanence avoir une main appuyée sur les éléments non encore serrés, ce qui limite ses mouvements et peut rendre son travail particulièrement pénible. Le caractère pénible des postures de l'opérateur, en particulier lors de la mise en place d'une installation dans un espace confiné, conduit à une fatigue accrue, ce qui augmente les risques de fausse manipulation qui peuvent s'avérer particulièrement dangereuses dans le domaine de l'électronique de puissance.

Dans le cas d'une installation avec des barres horizontales, il faut parfois monter les différents éléments au-dessous d'une barre déjà installée, auquel cas les problèmes de maintien en position des différents éléments avant leur mise sous pression sont encore plus complexes.

C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un procédé de montage qui facilite le travail d'un opérateur et permet de diminuer les risques d'endommagement d'un matériel ou de mauvaises manipulations en cours de montage.

Dans cet esprit, l'invention concerne un procédé de montage d'une installation électrique ou électronique de puissance comprenant au moins un composant électronique de puissance et au moins un échangeur de chaleur, ce composant et cet échangeur étant prévus pour tre maintenus en contact thermique par pression après montage, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-positionner l'échangeur sur le composant avant intégration du composant et de l'échangeur dans l'installation et mise sous pression.

Grâce à l'invention, lorsque le composant de puissance est provisoirement installé, il peut retenir l'échangeur de chaleur en position avant que ne soit exercé 1'effort de clampage, de sorte que l'opérateur peut lâcher ces deux pièces en cours de montage pour prendre un autre composant, une barre d'alimentation ou un outil, voire pour changer de position.

L'invention est également applicable dans le cas où un échangeur de chaleur est monté directement sur une barre d'alimentation électrique. Dans ce cas, l'invention concerne un procédé de montage d'une installation électrique ou électronque de puissance comprenant au moins une barre d'alimentation électrique pour au moins un composant électronique de puissance et au moins un échangeur de chaleur, cette barre et cet échangeur étant prévus pour tre maintenus en contact électri- que et/ou thermique par pression après montage, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-positionner l'échangeur sur la barre avant mise sous pression.

Selon un premier aspect avantageux de l'invention, le procédé consiste à pré-positionner 1'échangeur sur le composant et/ou la barre de façon amovible. Il est ainsi possible de récupérer 1'échangeur de chaleur pour une utilisation ulté- rieure lorsque le composant est défectueux ou, dans le cas d'un fusible, lorsqu'il a rempli sa fonction.

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le procédé consiste à pré-positionner l'échangeur sur le composant sur un site de fabrication avant leur transport conjoint vers le site d'installation. Grâce à cet aspect de l'invention, il est ainsi possible de créer en atelier des sous-ensembles formés d'un composant, tel qu'un fusible, et d'un échangeur de chaleur associé, ces sous-ensembles pouvant tre montés en une seule opération dans l'installation correspondante. Le prépositionnement en atelier permet de travailler avec une grande précision sur un poste de travail adapté, ce qui permet d'améliorer la qualité du positionnement relatif de ces éléments, alors que le temps de montage sur site est diminué.

L'invention concerne également un échangeur susceptible d'tre utilisé avec les procédés tels que précédemment décrits et, plus spécifiquement, un échangeur de chaleur comprenant un boîtier définissant un espace interne parcouru par un fluide caloporteur, ce boîtier comprenant au moins une face apte à venir en contact électrique et/ou thermique avec un composant et/ou avec une barre d'alimentation électrique d'un tel composant, ce contact étant réalisé sous une pression d'immobilisation, caractérisé en ce que cette face de cet échangeur porte des moyens de pré-positionnement amovible par rapport au composant et/ou à la barre.

Ces moyens permettent de solidariser l'échangeur de chaleur avec le composant ou la barre d'alimentation pendant le montage et avant que ne puisse tre exercé l'effort de clampage utilisé pour le contact thermique et/ou électrique.

Selon un premier aspect avantageux de l'invention, ces moyens de pré-positionnement amovible sont conçus pour permettre un débattement de l'échangeur par rapport au composant et/ou à la barre avant mise sous pression. En d'autres termes, les moyens de pré-positionnement permettent un mouvement relatif de faible amplitude, lors de la mise sous pression de l'échangeur et du composant ou de l'échangeur et de la barre.

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la face de l'échangeur portant les moyens de pré-positionnement est constituée par une plaque formée par un côté du boîtier ou rapportée sur ce boîtier. Une telle plaque est d'un prix de revient attractif et n'augmente pas sensiblement l'épaisseur de l'échangeur, de mme qu'elle ne diminue pas sensiblement ses performances thermiques globales. En fait, dans la majorité des cas, la plaque de l'invention a une aire supérieure à celle d'un échangeur classique, de sorte que le transfert thermique entre le composant et l'échangeur est amélioré.

Dans ce cas, on peut prévoir que la plaque comprend au moins une lumière de passage d'un organe d'immobilisation solidaire du composant ou de la barre. Cette lumière peut comprendre une zone élargie d'introduction de l'organe d'immobili- sation et une zone de retenue de cet organe, ces zones d'intro- duction et de retenue étant séparées par un col de section inférieure à la dimension transversale apparente correspondante de cet organe. Une telle construction particulièrement économique permet une retenue efficace de l'échangeur par rapport au composant ou à la barre.

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la plaque porte plusieurs lumières et/ou ébauches de lumières adaptées à des composants et/ou à des barres et/ou à des échangeurs de tailles différentes. Cet aspect de l'invention permet d'adapter son utilisation en fonction de la taille de l'échangeur, de la barre et/ou du composant avec lesquels elle doit tre mise en oeuvre.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un échangeur de chaleur conforme à son principe et de procédés de montage d'un tel échangeur dans une installation électronique de puissance, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
-la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention et d'un fusible sur lequel il peut tre pré-positionné ;
-la figure 2 est une coupe partielle selon la ligne
II-II à la figure 1, l'échangeur de chaleur étant pré-posi- tionné sur le fusible ;
-la figure 3 est une coupe partielle selon la ligne ICI-ICI à la figure 2 ;
-les figures 4 et 5 sont des coupes analogues à la figure 3 dans deux positions au cours du montage de l'échangeur sur le fusible ;
-la figure 6 est une représentation schématique de principe d'une première étape de montage d'une installation électronique de puissance incorporant un fusible et un échan- geur de chaleur tels que représentés aux figures 1 et 2 ;
-la figure 7 est une représentation analogue à la figure 6 lors d'une seconde étape de montage ;
-la figure 8 est une représentation analogue à la figure 6 pour une seconde installation ;
-la figure 9 est une représentation analogue à la figure 6 pour une troisième installation et
-la figure 10 est une vue en perspective partiellement éclatée d'un échangeur de chaleur conforme à un second mode de réalisation de l'invention.

L'échangeur de chaleur 1 représenté à la figure 1 se présente sous la forme d'un boîtier à profil cylindrique.

Ce boîtier comprend un couvercle supérieur 2 et un couvercle inférieur 3 entre lesquels est disposé un empilage de flasques ajourés 4 de faible épaisseur. Chaque flasque 4 est obtenu par découpage d'un feuillard plan en métal, tel que du cuivre, de l'aluminium ou un alliage de ces métaux, l'une au moins de ses faces étant revtue d'une couche superficielle de brasure. Les flasques 4 sont profilés et orientés de façon à permettre le passage en chicane d'un fluide caloporteur, tel que de 1'eau, entre deux embouts de raccordement 5 et 6 munis de raccords 7 et 8 et ce, conformément à 1'enseignement technique de EP-A-0 611 235.

Le couvercle inférieur 3 présente des dimensions transversales plus importantes que le couvercle supérieur 2 puisqu'il constitue une semelle en forme de plaque qui déborde par rapport au reste de l'échangeur 1. Cette semelle est pourvue de deux lumières 10 et 11 dans lesquelles peuvent tre insérées des vis 12 et 13 permettant de pré-positionner l'échangeur 1 sur un fusible 20 et, de manière générale, sur tout composant électrique ou électronique de puissance pourvu de taraudages 22 et 23 aptes à recevoir les extrémités filetées 12b et 13b des vis 12 et 13. A la place du fusible 20, on pourrait utiliser un thyristor, éventuellement du type GTO (gate turn off-gâchette commandable à l'ouverture) une diode, etc...

La lumière 10 est divisée en deux zones 10a et 10b, la zone 10a étant plus large que la tte de la vis 12 alors que la zone 10b est moins large que cette tte, de sorte que la vis 12 peut tre introduite dans la zone 10a, puis retenue en position par rapport à la plaque 3 dans la zone 10b après rotation de 1'échangeur 1 autour d'un axe XX'dans le sens de la flèche R à la figure 1.

Une fois la rotation dans le sens de la flèche R effectuée, la position angulaire relative de l'échangeur 1 et du fusible 20 est conservée grâce au fait que les zones 10a et 10b sont séparées par un col 10c présentant une section étroite, ce qui a pour effet de retenir la vis 12 à l'intérieur de la zone 10b de la lumière 10. On note dlo la distance séparant les deux bords du col 10c, c'est-à-dire sa section.

Par ailleurs, le haut de la tige de la vis 12 est entouré par un manchon élastique 14, de sorte que son diamètre apparent est supérieur à celui de sa partie filetée 12b. Le diamètre extérieur d14 du manchon 14 constitue le diamètre apparent de la vis 12. Le manchon 14 est choisi de telle sorte que le diamètre d14 soit légèrement supérieur à la distance dlo, de telle sorte que le manchon contribue à la retenue de la vis 12 dans la zone 10b de la lumière 10 en empchant la rotation de l'échangeur 1 dans le sens inverse de la flèche R autour de l'axe XX'à la figure 1. Cependant, le caractère élastique du manchon 14, qui peut tre réalisé en élastomère ou en silicone, permet de forcer le passage du col 10c lors du pré-positionnement de l'échangeur 1 sur le fusible 20 par rotation dans le sens de la flèche R, auquel cas la vis 12 passe de la zone 10a à la zone 10b, comme représenté par la succession des figures 5,4 et 3. De mme, lors du démontage de l'assemblage ainsi réalisé par rotation dans le sens inverse, comme représenté par la succession des figures 3,4 et 5, le manchon 14 se déforme élastiquement pour que la vis 12 passe de la zone 10b à la zone 10a.

La lumière 11 est identique à la lumière 10 et comprend également une zone lla d'introduction et une zone llb de retenue de la vis 13, ces zones étant séparées par un col llc.

La vis 13 porte également un manchon élastique 15.

Comme il ressort plus clairement de la figure 2, lorsque l'échangeur 1 a été pré-positionné sur le fusible 20, la tte des vis 12 et 13 ne porte pas obligatoirement contre la plaque ou semelle 3. En effet, cette plaque ne doit pas nécessairement tre en appui serré contre le fusible 20 dans la mesure où l'on est alors dans une phase transitoire de montage dans laquelle l'échangeur de chaleur n'est pas utilisé pour ses propriétés thermiques.

Un léger débattement de la plaque 3 par rapport au fusible 20 est donc possible comme représenté par la flèche F à la figure 2. Ce débattement permet que les moyens de pré-positionnement constitués par les vis 12 et 13 et par les lumières 10 et 11 n'interfèrent pas lors de la mise sous pression de la structure constituée par l'échangeur 1 et le fusible 20.

L'intégration d'une telle structure dans une installation électronique de puissance est décrite sommairement en référence aux figures 6 et 7. L'installation en question comprend deux barres 100 et 100'd'alimentation en courant électrique des composants qui la constituent. Une structure formée d'un fusible 20 et d'un échangeur 1 peut tre montée sur la barre 100 par tout moyen approprié, par exemple par vissage. Il est alors possible pour un opérateur de lâcher cette structure afin de récupérer un second composant 20', tel qu'un thyristor ou une diode, afin de le plaquer sur cette structure comme repré sente par la flèche F'avant que ne soit installée la seconde barre d'alimentation 100'comme représenté par la flèche F''.

On est alors dans la position de la figure 7 où il est possible d'exercer sur l'assemblage ainsi réalisé une pression, ou force de clampage, représentée par les flèches P, ce qui permet de maintenir un bon contact électrique et thermique entre les éléments logés entre les barres 100 et 100'.

On note que dans la configuration de la figure 7, les moyens de pré-positionnement précédemment envisagés sont devenus inutiles dans la mesure où la pression P suffit à maintenir efficacement en position les différents éléments 1, 20 et 101.

Dans la configuration de la figure 8, l'échangeur 1 est monté directement au contact de la barre d'alimentation 100, des taraudages équivalents aux taraudages 22 et 23 précédemment évoqués étant prévus dans cette barre. Là encore, en cours de montage, l'utilisateur peut se dispenser de tenir en permanence l'échangeur 1.

Dans la configuration de la figure 9, l'échangeur de chaleur 1 comprend des moyens de pré-positionnement amovible, c'est-à-dire une plaque 3 et des vis 12 et 13, sur ses deux faces dirigées respectivement vers la barre d'alimentation 100 et vers un composant 20. En revanche, le second échangeur 1' représenté sur la droite de cette figure ne comprend qu'une plaque équivalente à la plaque 3 dans la mesure où il suffit de le pré-positionner sur un second composant 20', après mise en place selon la direction de la flèche F', avant de plaquer la seconde barre d'alimentation 100'comme représenté par la flèche F''. Les composants 20 et 20'peuvent tre assemblés par tout moyen approprié, par exemple vissés ensemble.

Dans le second mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 10, les éléments analogues à ceux du mode de réalisation des figures 1 et 2 portent des références identiques augmentées de 50. L'échangeur 51 comprend un couvercle supérieur 52 et un couvercle inférieur 53 définissant entre eux, par des chicanes, un volume intérieur de circulation d'un fluide caloporteur entre des embouts 55 et 56. Une plaque 57 est prévue pour tre rapportée sur le couvercle inférieur 53 par tout moyen approprié et par exemple par soudage ou brasage.

Cette plaque comprend plusieurs lumières 60,61,60', 61', 60r', 61''qui correspondent à plusieurs tailles potentielles de fusibles. Dans 1'exemple représenté, les lumières 60 et 61 sont évidées alors que les lumières 60', 61', 60''et 61''sont constituées par des ébauches, c'est-à-dire définies par des lignes d'étampage interrompues. Le choix de la lumière à utiliser est effectué par l'utilisateur lors de l'assemblage de l'échangeur 51 et de la plaque 57.

Bien entendu, la plaque 57 peut tre percée d'une seule série de lumières utilisées indépendamment de la taille de l'échangeur 51. Ceci permet de simplifier cette plaque.

On comprend également que le choix du jeu de lumières utilisé dépend de la taille de l'échangeur qui, dans certaines configurations, peut venir en recouvrement des lumières 60''et 61''disposées au plus près de la partie centrale de la plaque 57.

Bien entendu, le couvercle inférieur 3 du premier mode de réalisation de l'invention peut également comprendre plusieurs jeux de lumières et/ou ébauches de lumières adaptés à des composants de tailles différentes.

Quel que soit le mode de réalisation envisagé, l'échangeur 1 ou 51 peut tre pré-positionné ou pré-assemblé en atelier sur un composant tel que le fusible 20, c'est-à-dire dans des conditions optimales, le sous-ensemble ainsi réalisé pouvant tre contrôlé avant d'tre acheminé vers le site de l'installation où l'opérateur manipule uniquement ce sous-ensemble.

A la place des vis 12 et 13, des plots, des pions ou d'autres moyens de retenue de l'échangeur 1 ou 51 pourraient tre utilisés. De mme, un système à baïonnette, à coincement par quart de tour ou à coincement par dilatation d'un manchon élastique permet de pré-positionner efficacement l'échangeur par rapport à son environnement.

Quel que soit le mode de réalisation envisagé, les lumières de la plaque associée à l'échangeur peuvent tre réalisées en tout point adapté à l'emplacement des moyens correspondants, tels que les vis 12 et 13, sur le composant avec lequel coopère l'échangeur.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de montage d'une installation électrique ou électronique de puissance comprenant au moins un composant électronique de puissance et au moins un échangeur de chaleur, ledit composant et ledit échangeur étant prévus pour tre maintenus en contact thermique par pression après montage, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-positionner ledit échangeur (1) sur ledit composant (20) avant intégration dudit composant et dudit échangeur dans ladite installation et mise sous pression (P).

2. Procédé de montage d'une installation électrique ou électronique de puissance comprenant au moins une barre d'alimentation électrique pour au moins un composant électronque de puissance et au moins un échangeur de chaleur, ladite barre et ledit échangeur étant prévus pour tre maintenus en contact électrique et/ou thermique par pression après montage, caractérisé en ce qu'il consiste à pré-positionner ledit échangeur (1) sur ladite barre (100) avant mise sous pression (P).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'il consiste à pré-positionner ledit échangeur (1) sur ledit composant (20) et/ou ladite barre (100) de façon amovible.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3, caracté- risé en ce qu'il consiste à pré-positionner ledit échangeur (1) sur ledit composant (20) sur un site de fabrication avant leur transport conjoint vers le site d'installation.

5. Echangeur de chaleur (1 ; 51) pour composants électriques ou électroniques de puissance (20,20'), ledit échangeur comprenant un boîtier (2-6 ; 52-56) définissant un espace interne parcouru par un fluide caloporteur, ledit boîtier comprenant au moins une face (3 ; 53,57) apte à venir en contact électrique et/ou thermique avec un composant (20,20') et/ou avec une barre d'alimentation (100) électrique d'un tel composant, le contact étant réalisé sous une pression d'immobi- lisation (P), caractérisé en ce que ladite face (3 ; 53,57) dudit échangeur porte des moyens (10,11 ; 60,61,60', 61', 60'', 61'') de pré-positionnement amovible par rapport audit composant et/ou à ladite barre.

6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que lesdits moyens (10,11,60,61,60', 61', 60'', 61'') de pré-positionnement amovible sont conçus pour permettre un débattement (F) dudit échangeur (1 ; 51) par rapport audit composant (20) et/ou à ladite barre (100), avant mise sous pression (P).

7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la face dudit échangeur (1 ; 51) portant lesdits moyens de pré-positionnement est constituée par une plaque (3 ; 57) formée par un côté (3) dudit boîtier ou rapportée sur ledit boîtier (53).

8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caracté- risé en ce que ladite plaque (3 ; 57) comprend au moins une lumière (10,11 ; 60,61,60', 61', 60'', 61') de passage d'un organe d'immobilisation (12,13) solidaire dudit composant (20) ou de ladite barre (100).

9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caracté- risé en ce que ladite lumière (10,11 ; 60,61,60', 61', 60'', 61) comprend une zone élargie (10a, lla) d'introduction dudit organe (12,13) dans la lumière et une zone de retenue (10b, llb) dudit organe dans la lumière, lesdites zones d'intro- duction et de retenue étant séparées par un col (10c, llc) de section (dlo) inférieure à la dimension transversale apparente (du4) correspondante dudit organe.

10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que ladite plaque (57) porte plusieurs lumières et/ou ébauches de lumières (60,61,60', 61', 60'', 61'') adaptées à des composants (20), à des barres (100) et/ou à des échangeurs (51) de tailles différentes.