FR2932644A1 - Electronic device for e.g. alternator, of motor vehicle, has heat conducting unit arranged between heat sink and electronic unit for evacuating heat from electronic unit towards sink through thickness of support - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne notamment un dispositif électronique, notamment pour machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou alterno-démarreur pour véhicule automobile. On connaît par la demande internationale WO 07/066048 un alternateur 10 comportant un ensemble portant un régulateur de tension pourvu d'une puce électronique, et un porte-balais. Cet ensemble comprend en outre un dissipateur de chaleur pour dissiper la chaleur émise par la puce. Le brevet US 6 989 617 enseigne l'utilisation de deux dissipateurs de chaleur en contact l'un de l'autre, pour le refroidissement de la puce électronique. 15 L'invention vise notamment à proposer une machine électrique tournante, notamment un alternateur, qui soit améliorée, en particulier en termes de fiabilité et/ ou de comportement thermique. L'invention a ainsi pour objet un dispositif électronique, notamment agencé pour être monté sur une machine électrique tournante telle qu'un alternateur 20 pour véhicule automobile, comportant : - une unité électronique, notamment pour former un onduleur, par exemple comprenant un circuit intégré, - un support réalisé au moins partiellement en matière plastique, - un dissipateur de chaleur, notamment en aluminium, le support étant au 25 moins partiellement disposé entre l'unité électronique et le dissipateur de chaleur, le support présentant une épaisseur entre le dissipateur de chaleur et l'unité électronique, - entre l'unité électronique et le dissipateur, au moins un organe de conduction de chaleur agencé pour favoriser l'évacuation de chaleur de 30 l'unité électronique vers le dissipateur de chaleur à travers l'épaisseur du support. 1 Grâce à l'invention, l'unité électronique qui, le cas échéant, peut générer une quantité de chaleur relativement importante lors de son fonctionnement, peut être maintenue efficacement à une température acceptable. En effet l'organe de conduction de chaleur, qui présente une résistance thermique plus faible, assure une fonction de pont thermique entre l'unité électronique et le dissipateur. Ceci permet le transport d'une plus grande quantité de chaleur de l'unité électronique vers le dissipateur, notamment par rapport au cas où cet organe de conduction de chaleur serait absent car l'évacuation de chaleur aurait alors un trajet plus long à travers le support en plastique qui présente une plus grande résistance thermique. De préférence le dissipateur de chaleur est de type passif, lequel dissipateur ne nécessite pas de courant électrique pour son fonctionnement, étant par exemple différent d'un ventilateur. The invention relates in particular to an electronic device, in particular for a rotary electrical machine such as an alternator or alternator-starter for a motor vehicle. International application WO 07/066048 discloses an alternator 10 comprising an assembly carrying a voltage regulator provided with an electronic chip, and a brush holder. This assembly further comprises a heat sink for dissipating the heat emitted by the chip. US Pat. No. 6,989,617 teaches the use of two heat sinks in contact with one another for cooling the electronic chip. The invention aims in particular to provide a rotating electrical machine, in particular an alternator, which is improved, in particular in terms of reliability and / or thermal behavior. The invention thus relates to an electronic device, in particular arranged to be mounted on a rotating electrical machine such as an alternator 20 for a motor vehicle, comprising: an electronic unit, in particular for forming an inverter, for example comprising an integrated circuit - a support made at least partially of plastic material, - a heat sink, in particular aluminum, the support being at least partially disposed between the electronic unit and the heat sink, the support having a thickness between the dissipator of heat and the electronic unit, - between the electronic unit and the dissipator, at least one heat conduction member arranged to promote the heat dissipation of the electronic unit to the heat sink through the thickness of the support. Thanks to the invention, the electronic unit which, if necessary, can generate a relatively large amount of heat during its operation, can be effectively maintained at an acceptable temperature. Indeed, the heat conduction member, which has a lower thermal resistance, provides a thermal bridge function between the electronic unit and the dissipator. This allows the transport of a greater amount of heat from the electronic unit to the dissipator, particularly with respect to the case where this heat conducting member would be absent because the heat evacuation would then have a longer path through the plastic support which has a greater thermal resistance. Preferably the heat sink is passive type, which dissipator does not require electrical power for its operation, being for example different from a fan.
Avantageusement le dispositif présente un axe géométrique et l'unité électronique, l'organe de conduction de chaleur et le dissipateur de chaleur sont disposés sur cet axe géométrique. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'organe de conduction de chaleur est en contact avec le support. Advantageously, the device has a geometric axis and the electronic unit, the heat conduction member and the heat sink are arranged on this geometric axis. In an exemplary implementation of the invention, the heat conduction member is in contact with the support.
Par exemple, l'organe de conduction de chaleur est au moins partiellement noyé dans la matière plastique du support, notamment par surmoulage de cet organe de conduction de chaleur par la matière plastique. Avantageusement l'organe de conduction de chaleur est disposé à une distance de l'unité électronique qui est inférieure à ladite épaisseur du support, notamment au moins deux ou trois fois inférieure à cette épaisseur du support. Ainsi la distance à parcourir par la chaleur entre l'unité électronique et l'organe de conduction de chaleur peut être relativement faible par rapport à l'épaisseur du support, ce qui permet de réduire la résistance thermique entre l'unité électronique et l'organe de conduction de chaleur. For example, the heat conduction member is at least partially embedded in the plastic material of the support, in particular by overmoulding of this heat conduction member by the plastic material. Advantageously, the heat conduction member is disposed at a distance from the electronic unit which is smaller than said thickness of the support, in particular at least two or three times less than this thickness of the support. Thus, the distance to be traveled by the heat between the electronic unit and the heat conduction member may be relatively small relative to the thickness of the support, which makes it possible to reduce the thermal resistance between the electronic unit and the unit. heat conduction member.
L'organe de conduction de chaleur s'étend de préférence entre l'unité électronique et le dissipateur de chaleur sur une hauteur supérieure à la moitié, notamment aux deux tiers, de l'épaisseur du support. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif comprend un connecteur électrique comportant une borne de connexion électrique, par exemple pour être reliée à une batterie. Un composant électronique tel qu'un transistor, par exemple un transistor MOSFET, peut être disposé sur ce connecteur par exemple réalisé en cuivre, et l'organe de conduction de chaleur est formé sur une patte de ce connecteur. The heat conduction member preferably extends between the electronic unit and the heat sink over a height greater than half, in particular two-thirds, of the thickness of the support. In an exemplary implementation of the invention, the device comprises an electrical connector comprising an electrical connection terminal, for example to be connected to a battery. An electronic component such as a transistor, for example a MOSFET transistor, may be disposed on this connector, for example made of copper, and the heat conduction member is formed on a lug of this connector.
Avantageusement le connecteur comporte une face sensiblement plane recevant le composant électronique, par exemple le transistor, et la patte de conduction de chaleur s'étend de préférence sensiblement perpendiculairement à ladite surface plane. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'unité électronique comporte une plaque électriquement isolante, notamment en céramique, et un composant de circuit intégré disposé sur ladite plaque. L'unité électronique comporte par exemple un ASIC (en anglais Application-Specific Integrated Circuit). Le cas échéant, le support comporte une portion en matière plastique séparant l'organe de conduction de chaleur de la plaque isolante de l'unité électronique. En variante, le support définit un espace d'air séparant l'organe de conduction de chaleur de la plaque isolante de l'unité électronique. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif comporte une plaque de masse appliquée sur une face du support et cette plaque de masse comporte une protubérance formant l'organe de conduction de chaleur. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif comporte une plaque de masse appliquée sur une face du support, cette plaque de masse comportant un orifice, et l'organe de conduction de chaleur s'étend à travers cet orifice. Advantageously, the connector comprises a substantially planar face receiving the electronic component, for example the transistor, and the heat conducting lug preferably extends substantially perpendicular to said flat surface. In an exemplary implementation of the invention, the electronic unit comprises an electrically insulating plate, in particular ceramic, and an integrated circuit component disposed on said plate. The electronic unit comprises for example an ASIC (English Application-Specific Integrated Circuit). Where appropriate, the support comprises a plastic portion separating the heat conduction member from the insulating plate of the electronic unit. In a variant, the support defines an air space separating the heat conducting member from the insulating plate of the electronic unit. In an exemplary implementation of the invention, the device comprises a ground plate applied on one side of the support and this ground plate comprises a protuberance forming the heat conduction member. In an exemplary implementation of the invention, the device comprises a ground plate applied on one side of the support, this ground plate having an orifice, and the heat conduction member extends through this orifice.
Si on le souhaite, le dispositif comporte une trace surmoulée partiellement dans le support et l'organe de conduction de chaleur est formée sur cette trace. Avantageusement le dissipateur de chaleur comporte une succession de creux et de reliefs afin d'offrir une grande surface d'échange de chaleur. If desired, the device comprises a trace partially overmolded in the support and the heat conduction member is formed on this trace. Advantageously, the heat sink comprises a succession of recesses and reliefs to provide a large heat exchange surface.
L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment un alternateur de véhicule automobile, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un dispositif tel que défini ci-dessus, notamment une pluralité de tels dispositifs notamment disposés sur un palier de la machine électrique tournante. The subject of the invention is also a rotary electrical machine, in particular an alternator of a motor vehicle, characterized in that it comprises at least one device as defined above, in particular a plurality of such devices, in particular arranged on a bearing of the rotating electric machine.
Le dispositif électronique peut par exemple être de dimensions choisies de manière à ce qu'il puisse être contenu dans un cube de 10 ou 5 centimètres de coté. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, en coupe, un dispositif électronique pour un alternateur de véhicule automobile, conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, et - les figures 2 à 7 illustrent, schématiquement et partiellement, en coupe, des dispositifs électroniques selon différents autres exemples de mise en l'oeuvre de l'invention. On a représente sur la figure 1 un dispositif électronique 1 conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, destiné à équiper un alternateur 100 de véhicule automobile. The electronic device may for example be of selected dimensions so that it can be contained in a cube of 10 or 5 centimeters on the side. The invention will be better understood on reading the following detailed description of examples of non-limiting embodiments of the invention, and on examining the appended drawing, in which: FIG. schematically and partially in section, an electronic device for a motor vehicle alternator, according to an exemplary implementation of the invention, and - Figures 2 to 7 illustrate, schematically and partially, in section, electronic devices according to various other examples of implementation of the invention. There is shown in Figure 1 an electronic device 1 according to an exemplary implementation of the invention, for equipping an alternator 100 of a motor vehicle.
Le dispositif électronique 1 est agencé pour former un onduleur. L'alternateur 100 peut, si on le souhaite, être remplacé par un alterno-démarreur. Le dispositif électronique 1 comporte : - une unité électronique 2, - un support 3 réalisé par moulage d'une matière plastique, - un dissipateur de chaleur 4 réalisé en aluminium, le support 3 étant partiellement disposé entre l'unité électronique 2 et le dissipateur de chaleur 4, le support présentant une épaisseur e entre le dissipateur de chaleur 4 et l'unité électronique 2, - entre l'unité électronique 2 et le dissipateur 4, un organe de conduction de chaleur 5 agencé pour favoriser l'évacuation de chaleur de l'unité électronique 2 vers le dissipateur de chaleur 4 à travers l'épaisseur e du support. Le dispositif 1 présente un axe géométrique X. The electronic device 1 is arranged to form an inverter. The alternator 100 can, if desired, be replaced by an alternator-starter. The electronic device 1 comprises: - an electronic unit 2, - a support 3 made by molding a plastic material, - a heat sink 4 made of aluminum, the support 3 being partially disposed between the electronic unit 2 and the dissipator 4, the support having a thickness e between the heat sink 4 and the electronic unit 2, - between the electronic unit 2 and the dissipator 4, a heat conduction member 5 arranged to promote the evacuation of heat from the electronic unit 2 to the heat sink 4 through the thickness e of the support. The device 1 has a geometric axis X.
L'unité électronique 2, l'organe de conduction de chaleur 5 et le dissipateur de chaleur 4 sont disposés sur cet axe géométrique X. Dans l'exemple décrit, l'organe de conduction de chaleur 5 est en contact avec le support 3, étant noyé dans la matière plastique du support 3 par surmoulage de cet organe de conduction de chaleur 5 par la matière plastique. The electronic unit 2, the heat conduction member 5 and the heat sink 4 are arranged on this geometric axis X. In the example described, the heat conduction member 5 is in contact with the support 3, being embedded in the plastic material of the support 3 by overmoulding of this heat conduction member 5 by the plastic material.
L'organe de conduction de chaleur 5 est disposé à une distance d de l'unité électronique 2 qui est inférieure à la moitié de l'épaisseur e du support 3. Il est par exemple possible de choisir d=e/5. Ainsi la distance à parcourir par la chaleur entre l'unité électronique 2 et l'organe de conduction de chaleur 5 peut être relativement faible par rapport à l'épaisseur e du support 3, ce qui permet de réduire la résistance thermique entre l'unité électronique 2 et l'organe de conduction de chaleur 5. L'organe de conduction de chaleur 5 s'étend entre l'unité électronique 2 et le dissipateur de chaleur 5 sur une hauteur h supérieure à la moitié de l'épaisseur e du support. The heat conduction member 5 is disposed at a distance d from the electronic unit 2 which is less than half the thickness e of the support 3. It is for example possible to choose d = e / 5. Thus the distance to be traveled by the heat between the electronic unit 2 and the heat conduction member 5 may be relatively small compared to the thickness e of the support 3, which reduces the thermal resistance between the unit 2 and the heat conduction member 5. The heat conduction member 5 extends between the electronic unit 2 and the heat sink 5 over a height h greater than half the thickness e of the support .
Il est par exemple possible de choisir h=(4/5)e. Le dispositif 1 comprend un connecteur électrique 7 comportant une borne de connexion électrique 8 pour être reliée à une batterie, non représentée. En variante, la borne 8 peut être reliée à une phase électrique de l'alternateur. For example, it is possible to choose h = (4/5) e. The device 1 comprises an electrical connector 7 comprising an electrical connection terminal 8 to be connected to a battery, not shown. Alternatively, the terminal 8 may be connected to an electrical phase of the alternator.
Un transistor MOSFET 9 est disposé sur ce connecteur 7 réalisé en cuivre, et l'organe de conduction de chaleur 5 est formée sur une patte 10 de ce connecteur 7. Le connecteur 7 comporte une face sensiblement plane 11 recevant le composant électronique 9 et la patte de conduction de chaleur 10 s'étend sensiblement perpendiculairement à ladite surface plane 11. Le dispositif électronique 1 comporte une plaque de masse 12 en matériau électriquement conducteur, par exemple en aluminium, disposée contre le dissipateur 4. A MOSFET transistor 9 is disposed on this connector 7 made of copper, and the heat conduction member 5 is formed on a lug 10 of this connector 7. The connector 7 comprises a substantially planar face 11 receiving the electronic component 9 and the heat conduction tab 10 extends substantially perpendicular to said flat surface 11. The electronic device 1 comprises a ground plate 12 of electrically conductive material, for example aluminum, arranged against the dissipator 4.
Une couche d'isolation électrique 13, formée par exemple par une feuille d'un matériau isolant ou une colle, est prévue entre le connecteur 7 et la plaque de masse 12. L'unité électronique 2 comporte une plaque électriquement isolante 15 en céramique, et un composant de circuit intégré ASIC 16 disposé sur la plaque 15. An electrical insulation layer 13, formed for example by a sheet of an insulating material or an adhesive, is provided between the connector 7 and the ground plate 12. The electronic unit 2 comprises an electrically insulating ceramic plate 15, and an ASIC integrated circuit component 16 disposed on the plate 15.
Le composant ASIC 16 est relié électriquement au transistor 9 via des connexions 17 passant sur une piste conductrice 18 de l'unité électronique 2. Le support 3 comporte une portion en matière plastique 19, d'épaisseur d, séparant l'organe de conduction de chaleur 5 de la plaque isolante 15 en céramique. The ASIC component 16 is electrically connected to the transistor 9 via connections 17 passing on a conductive track 18 of the electronic unit 2. The support 3 comprises a plastic portion 19, of thickness d, separating the conduction member from heat 5 of the insulating plate 15 ceramic.
En variante, comme illustré sur la figure 2, le support 3 définit un espace d'air 20 séparant l'organe de conduction de chaleur 5 de la plaque isolante 15. Le dissipateur de chaleur 4 comporte une succession de creux 21 et de reliefs 22 afin d'offrir une grande surface d'échange de chaleur. Dans l'exemple décrit, le dissipateur 4 présente en section un contour présentant une succession de triangles. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, comme illustré sur la figure 3, l'organe de conduction de chaleur 5 est formé sur une pièce 25 complètement noyée dans le support 3. Cette pièce 25 permet essentiellement la conduction de chaleur, sans servir pour une connexion électrique contrairement au connecteur 7. In a variant, as illustrated in FIG. 2, the support 3 defines an air space 20 separating the heat conduction member 5 from the insulating plate 15. The heat sink 4 comprises a succession of recesses 21 and reliefs 22 to provide a large heat exchange surface. In the example described, the dissipator 4 has in section a contour having a succession of triangles. In another exemplary embodiment of the invention, as illustrated in FIG. 3, the heat conduction member 5 is formed on a part 25 completely embedded in the support 3. This part 25 essentially allows the conduction of heat. , without being used for an electrical connection unlike the connector 7.
Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif 1 comporte une plaque de masse 12 appliquée sur une face 26 du support 3 et cette plaque de masse 12 comporte une protubérance formant l'organe de conduction de chaleur 5. In another example of implementation of the invention, the device 1 comprises a ground plate 12 applied on a face 26 of the support 3 and this ground plate 12 has a protuberance forming the heat conduction member 5.
Dans l'exemple illustré sur la figure 4, cette protubérance correspond à un picot 27 réalisé d'un seul tenant avec la plaque de masse 12. Dans l'exemple illustré sur la figure 5, la protubérance correspond à une région emboutie 28 de la plaque de masse 12. Dans l'exemple de mise en oeuvre illustré sur la figure 7, le dispositif 1 comporte une plaque de masse 12 appliquée sur la face 26 du support 3, cette plaque de masse comportant un orifice 29, et l'organe de conduction de chaleur 5 formé par un pion 30 s'étend à travers cet orifice 29 pour arriver à proximité du dissipateur 4. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits. Dans un autre exemple de mise en oeuvre, comme on peut le voir sur la figure 6, le dispositif 1 comporte une trace conductrice 31 surmoulée partiellement dans le support 3 et l'organe de conduction de chaleur 5 est formée sur cette trace 31. In the example illustrated in FIG. 4, this protuberance corresponds to a pin 27 made in one piece with the ground plate 12. In the example illustrated in FIG. 5, the protuberance corresponds to a stamped region 28 of the 12. In the embodiment illustrated in FIG. 7, the device 1 comprises a ground plate 12 applied to the face 26 of the support 3, this ground plate including an orifice 29, and the body The heat conduction 5 formed by a pin 30 extends through this orifice 29 to reach the vicinity of the dissipator 4. Of course, the invention is not limited to the implementation examples which have just been described. In another example of implementation, as can be seen in FIG. 6, the device 1 comprises a conductive trace 31 partially overmolded in the support 3 and the heat conduction member 5 is formed on this trace 31.
Cette trace conductrice 31 sert notamment pour permettre de tester le transistor 9 avant la pose du composant électronique 16. Par ailleurs l'alternateur 100 peut comporter une pluralité des dispositifs 1 disposés sur un palier de la machine électrique tournante. Cette pluralité de dispositifs 1 peuvent être mis en contact avec un dissipateur de chaleur 4 commun, disposé sur le palier de la machine électrique. This conductive trace 31 serves in particular to enable the transistor 9 to be tested before the electronic component 16 is installed. Furthermore, the alternator 100 may comprise a plurality of devices 1 arranged on a bearing of the rotating electrical machine. This plurality of devices 1 can be brought into contact with a common heat sink 4 disposed on the bearing of the electric machine.
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