FR3029030A1 - ELECTRONIC POWER MODULE, CONVERTER BITENSIONS AND ELECTRIC MACHINE ROTARY POLYPHASE BITENSIONS OF MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module électronique de puissance (100) pour un convertisseur bitensions, de préférence alternatif - continu, notamment destiné à alimenter une machine électrique tournante, le module comportant des composants électroniques disposés dans un boîtier (24) et des éléments de connexion électrique extérieurecomprenant : - au moins une première trace de puissance (16, 17) apte à être reliée électriquement respectivement à au moins une borne de phase de ladite machine électrique tournante, et - une seconde et une troisième traces de puissance (120, 121) aptes à être reliées électriquement respectivement à deux pôles de polarité de façon à recevoir deux potentiels électriques différents.The invention relates to an electronic power module (100) for a dual-resistor converter, preferably a DC-DC converter, intended in particular for powering a rotating electrical machine, the module comprising electronic components arranged in a housing (24) and connection elements. external electrical device comprising: - at least a first power trace (16, 17) adapted to be electrically connected respectively to at least one phase terminal of said rotating electrical machine, and - a second and a third power trace (120, 121) capable of being electrically connected respectively to two polarity poles so as to receive two different electrical potentials.
Description
Module électronique de puissance, convertisseur bitensions et machine électrique tournante polyphasée bitensions de véhicule automobile La présente invention concerne un module électronique de puissance, un convertisseur bitension comprenant le module électronique, ainsi qu'une machine électrique tournante de véhicule automobile comportant ce module électronique de puissance. L'électronique de puissance a remplacé de nos jours les moyens électromécaniques d'autrefois pour l'alimentation électrique et le contrôle des machines électriques tournantes modernes. Que ce soit des machines électriques tournantes monophasées ou polyphasées, synchrones ou asynchrones, fonctionnant en moteur ou en générateur, un ou plusieurs modules électroniques de puissance contrôlent les courants et les tensions appliqués.The present invention relates to an electronic power module, a dual voltage converter comprising the electronic module, and a rotary electric machine of a motor vehicle comprising this electronic power module. . Today, power electronics have replaced the electromechanical means of the past for the power supply and control of modern rotating electrical machines. Whether single-phase or polyphase, synchronous or asynchronous electrical machines operating as motor or generator, one or more electronic power modules control the currents and voltages applied.
Un équipement courant d'un véhicule automobile est constitué par une machine électrique tournante réversible, c'est-à-dire qui est apte à fonctionner en génératrice et à charger une batterie quand elle est couplée au moteur thermique du véhicule, et à fonctionner en moteur pour le démarrage, ou la fourniture d'un surcroît de puissance mécanique, quand elle est alimentée par le réseau électrique de bord.A common equipment of a motor vehicle is constituted by a reversible rotary electric machine, that is to say which is able to function as a generator and charge a battery when it is coupled to the engine of the vehicle, and operate in engine for starting, or providing additional mechanical power, when powered by the on-board electrical network.
Cette machine, dite "alterno-démarreur" comporte le plus souvent : un rotor comprenant des aimants permanents et/ou un inducteur dans lequel est amené un courant d'excitation ; un stator comprenant des enroulements de phases dans lesquels circulent des courants de phases.This machine, called "alternator-starter" most often comprises: a rotor comprising permanent magnets and / or an inductor into which an excitation current is supplied; a stator comprising phase windings in which phase currents flow.
La demande de brevet FR 2886506 de la société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR décrit de façon extrêmement détaillée la mécatronique d'un alterno-démarreur triphasé comprenant : un module d'excitation constituant un porte-balais régulateur contrôlant le courant d'excitation ; trois modules de puissance d'un convertisseur alternatif-continu générant les courants de phases en mode moteur ou redressant les courants de phase en mode alternateur ; 3029030 -2- un module de commande du module d'excitation et des modules de puissance ; un module de filtrage composé de capacités un dispositif de refroidissement, généralement composé d'un dissipateur 5 de chaleur incluant un circuit hydraulique de refroidissement. Pour contrôler les modules de puissance, une carte de commande est connectée aux éléments extérieurs de connexion des modules, et placée directement au-dessus des modules de puissances. Le module de filtrage, composé d'un bloc de capacités, a tendance à émettre de la chaleur lors du fonctionnement du convertisseur 10 alternatif-continu. Il est donc placé sur la surface du dispositif de refroidissement, côte à côte avec les modules de puissance et la carte de contrôle. Les modules de puissance se présentent sous la forme de boîtiers, un par phase, munis extérieurement d'éléments de connexion et sont agencés sur le palier arrière de l'alterno-démarreur. Ces modules sont fixés au dispositif de 15 refroidissement afin de permettre le transfert thermique entre lesdits modules de puissances vers le circuit de refroidissement, dans le but de dissiper la chaleur générée par les modules de puissance. Les boitiers contiennent des composants électroniques, notamment, le plus souvent, des transistors de puissance de type MOSFET, reliés entre eux par des 20 traces de puissance, ou bus barres; constituées par une tôle découpée, notamment de cuivre. Dans cet exemple de modules de puissance, les traces de puissance comportent des extrémités qui sont toutes disposées au voisinage d'une première face du boitier. Les extrémités des traces de phases sont extérieures au boitier et sont 25 conformées de manière à s'adapter aux extrémités des enroulements de phases. La demande de brevet EP 2536261, également de la société VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR, décrit un autre exemple très récent de module de puissance, mettant en oeuvre cette même technique des traces de puissance permettant la circulation de courants d'intensité élevée, connue sous l'acronyme IML 30 (pour Insulated Molded Leadframe en anglais, ou Grille de connexion moulée isolée). 3029030 -3- Les extrémités des traces de puissance, en forme de lames pliées à angle droit, font saillie à l'extérieur du boîtier pour leur raccordement électrique avec l'extérieur du module. Un matériau de remplissage, tel qu'une résine époxy ou un gel de silicone, ou 5 analogue, emplit l'espace intérieur libre du boîtier autour des composants de puissance. Cependant, de nouveaux développements réalisés par l'entité inventive visent à utiliser plusieurs tensions de fonctionnement des alterno-démarreurs et à mettre en oeuvre des machines polyphasées, notamment hexaphasées, utilisant plusieurs 10 tensions de fonctionnement, notamment bitensions, en particulier à 12V et 48V. Ces nouveautés impliquent des changements de design des convertisseurs alternatif-continu, notamment concernant les modules de puissance et la carte de contrôle qui nécessitent d'être agrandis en vu de gérer une tension supplémentaire. En outre, les contraintes d'encombrement ne permettent pas de multiplier le 15 nombre de modules électroniques de puissance de l'état de la technique pour s'adapter à un nombre de tensions d'utilisation plus grand et/ou à un nombre de phases plus grand. En effet, le diamètre de l'ensemble du convertisseur alternatif-continu est limité, et il est nécessaire d'accomplir cet agrandissement tout en maîtrisant le diamètre de l'ensemble, avec l'optique de pouvoir dissiper la chaleur de 20 manière homogène des éléments du convertisseur alternatif-continu par le dispositif de refroidissement. La présente invention vise donc la conception d'un module électronique de puissance pour un convertisseur bitensions, de préférence alternatif-continu, destiné à alimenter une machine électrique tournante, de manière à apporter une solution au 25 problème d'encombrement évoqué ci-dessus. À cet effet, la présente invention a pour objet un module électronique de puissance pour un convertisseur bitensions, de préférence alternatif - continu, destiné à alimenter une machine électrique tournante, le module comportant des composants électroniques disposés dans un boîtier et des éléments de connexion extérieure 30 comprenant : 3029030 -4- - au moins une première trace de puissance apte à être reliée électriquement respectivement à au moins une borne de phase de ladite machine électrique tournante, et - une seconde et une troisième traces de puissance aptes à être reliées 5 électriquement respectivement à deux pôles de polarité de façon à recevoir deux potentiels électriques différents. En particulier, au moins l'un d'entre la seconde ou la troisième trace de puissance est apte à transférer une puissance issue de son pôle de polarité respectif à ladite première trace de puissance. Cette puissance transmise est notamment traitée 10 par les composants électroniques pour alimenter une phase connectée à la première trace. Avantageusement, un tel module électronique de puissance est adapté pour recevoir deux tensions différentes tout en contrôlant le diamètre du convertisseur a lternat if-c oniinu.The patent application FR 2886506 of the company VALEO ELECTRICAL EQUIPMENT MOTOR describes in great detail the mechatronics of a three-phase starter-alternator comprising: an excitation module constituting a brush holder regulator controlling the excitation current; three power modules of an AC-DC converter generating the phase currents in motor mode or rectifying phase currents in alternator mode; A module for controlling the excitation module and power modules; a filtering module composed of capacitors a cooling device, generally composed of a heat sink 5 including a hydraulic cooling circuit. To control the power modules, a control board is connected to the external connection elements of the modules, and placed directly above the power modules. The filter module, composed of a capacitance block, tends to emit heat during operation of the AC-DC converter. It is therefore placed on the surface of the cooling device, side by side with the power modules and the control board. The power modules are in the form of housings, one per phase, provided externally with connection elements and are arranged on the rear bearing of the alternator-starter. These modules are attached to the cooling device to allow thermal transfer between said power modules to the cooling circuit, in order to dissipate the heat generated by the power modules. The housings contain electronic components, in particular, most often, power transistors of the MOSFET type, connected together by power traces, or bus bars; constituted by a cut sheet, in particular copper. In this example of power modules, the power traces have ends which are all arranged in the vicinity of a first face of the housing. The ends of the phase traces are external to the housing and are shaped to fit the ends of the phase windings. The patent application EP 2536261, also from the company VALEO ELECTRICAL EQUIPMENT MOTOR, describes another very recent example of power module, implementing the same technique traces of power for the circulation of high current currents, known under the same conditions. IML 30 (for Insulated Molded Leadframe, or Isolated Molded Connection Grid) acronym. The ends of the power tracks, in the form of blades bent at right angles, protrude outside the housing for their electrical connection with the outside of the module. Filler material, such as epoxy resin or silicone gel, or the like, fills the free interior space of the housing around the power components. However, new developments carried out by the inventive entity are aimed at using several operating voltages of the alternator-starters and at implementing polyphase machines, in particular six-phase, using several operating voltages, in particular at two voltages, in particular at 12V and 48V. . These new features involve design changes in AC-DC converters, particularly with regard to the power modules and the control board that need to be enlarged in order to manage an additional voltage. In addition, the space constraints do not make it possible to multiply the number of electronic power modules of the state of the art to adapt to a larger number of operating voltages and / or a number of phases. bigger. Indeed, the diameter of the whole of the AC-DC converter is limited, and it is necessary to achieve this enlargement while controlling the diameter of the assembly, with the optics of being able to dissipate the heat in a homogeneous manner. elements of the AC-DC converter by the cooling device. The present invention therefore aims to design an electronic power module for a dual-resistor converter, preferably alternating-DC, intended to power a rotating electrical machine, so as to provide a solution to the congestion problem mentioned above. To this end, the subject of the present invention is an electronic power module for a dual-resistor converter, preferably an AC-DC converter, for supplying a rotating electrical machine, the module comprising electronic components arranged in a housing and external connection elements. Comprising: 3029030 -4- - at least a first power trace capable of being electrically connected respectively to at least one phase terminal of said rotating electrical machine, and - second and third power traces capable of being electrically connected respectively to two polarity poles so as to receive two different electrical potentials. In particular, at least one of the second or the third power trace is capable of transferring power from its pole of respective polarity to said first power trace. This transmitted power is in particular processed by the electronic components to power a phase connected to the first trace. Advantageously, such an electronic power module is adapted to receive two different voltages while controlling the diameter of the converter to the I-terminal antenna.
15 Selon un mode de réalisation, le module électronique de puissance comprend un premier exemplaire de première trace de puissance et un deuxième exemplaire de première trace de puissance, chacun étant apte à être relié électriquement à une borne de phase respective de ladite machine électrique tournante ; et la seconde trace de puissance est apte à transférer audit premier exemplaire de première trace de 20 puissance une puissance issue de son pôle de polarité; et la troisième trace de puissance est apte à transférer audit deuxième exemplaire de première trace de puissance une puissance issue de son pôle de polarité. Notamment, la seconde et la troisième traces de puissance sont aptes à transférer une puissance à un exemplaire de première trace respectif 25 L'invention se rapporte également à un convertisseur bitensions, de préférence alternatif - continu, notamment destiné à alimenter une machine électrique tournante, en particulier pour véhicule automobile, comprenant au moins un module électronique de puissance selon l'invention. Une machine tournante alimentée par un tel convertisseur bitensions tire 30 bénéfice de l'intégration d'au moins un module électronique de puissance selon l'invention. Notamment, elle est adaptée pour gérer plusieurs tensions d'utilisations. 3029030 -5- La machine électrique tournante polyphasée est fort avantageusement d'un type double triphasé bitensions. Selon un premier mode de réalisation, le convertisseur bitensions comprend trois modules électroniques de puissance selon l'invention.According to one embodiment, the power electronic module comprises a first exemplary first power trace and a second exemplary first power trace, each being able to be electrically connected to a respective phase terminal of said rotating electrical machine; and the second power trace is adapted to transfer to said first exemplary first power trace a power derived from its pole of polarity; and the third power trace is capable of transferring to said second exemplary first power trace a power derived from its pole of polarity. In particular, the second and third power traces are capable of transferring power to a respective first trace copy. The invention also relates to a dual-resistor converter, preferably an alternating-continuous converter, intended in particular for powering a rotating electrical machine. in particular for a motor vehicle, comprising at least one electronic power module according to the invention. A rotating machine powered by such a dual-voltage converter takes advantage of the integration of at least one electronic power module according to the invention. In particular, it is adapted to handle several usage voltages. The polyphase rotary electric machine is very advantageously of a double-phase three-phase dual-voltage type. According to a first embodiment, the bitensions converter comprises three electronic power modules according to the invention.
5 Selon un second mode de réalisation, le convertisseur bitensions comprend : un module électronique de puissance d'un convertisseur alternatif-continu bitensions selon l'invention adapté pour recevoir une première et une seconde tensions différentes correspondant audits deux potentiels électriques différents, 10 un module électronique de puissance d'un convertisseur alternatif-continu adapté pour recevoir uniquement la première tension correspondant à un premier des deux potentiels électriques, et un autre module électronique de puissance d'un convertisseur alternatif-continu adapté pour recevoir uniquement la seconde tension correspondant à 15 un deuxième des deux potentiels électriques. De préférence, les modules électroniques de puissance sont agencés sur un support dudit convertisseur bitensions. De préférence, une extrémité d'une seconde ou troisième trace de puissance d'un potentiel donné de l'un desdits modules électroniques de puissance est 20 chevauché par une extrémité d'une autre seconde ou troisième trace de puissance du même potentiel donné d'un autre desdits modules électroniques de puissance adjacent, de manière à constituer au moins une chaîne de connexion électrique apte à être reliée à une borne de connexion dudit même potentiel. En particulier, les traces se chevauchent pour une connexion électrique entre les traces.According to a second embodiment, the bitensions converter comprises: an electronic power module of an AC-DC converter according to the invention adapted to receive first and second different voltages corresponding to two different electrical potentials, a module power electronics of an AC-DC converter adapted to receive only the first voltage corresponding to a first of the two electrical potentials, and another electronic power module of an AC-DC converter adapted to receive only the second voltage corresponding to 15 a second of the two electrical potentials. Preferably, the electronic power modules are arranged on a support of said two-phase converter. Preferably, one end of a second or third power trace of a given potential of one of said power electronics modules is overlapped by one end of another second or third power trace of the same given potential of another of said adjacent power electronic modules, so as to constitute at least one electrical connection chain adapted to be connected to a connection terminal of said same potential. In particular, the traces overlap for an electrical connection between the traces.
25 L'invention se rapporte également à une machine électrique tournante pour véhicule automobile comprenant un convertisseur bitensions selon l'invention. Avantageusement, le convertisseur bitensions est intégré à ladite machine électrique tournante et celle-ci comprend un palier arrière formant suport des modules électroniques de puissance dudit convertisseur bitensions.The invention also relates to a rotary electric machine for a motor vehicle comprising a two-phase converter according to the invention. Advantageously, the bitensions converter is integrated in said rotating electrical machine and the latter comprises a rear bearing forming suport electronic power modules of said two-phase converter.
30 De préférence, les secondes et troisièmes traces de puissance s'étendent selon des cordes dudit palier arrière à égale distance d'un axe de ladite machine. 3029030 -6- L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de limiter ladite invention, accompagnée des figures ci-dessous : - les figures 1 et 2 illustrent respectivement une vue en perspective et une vue 5 de dessus d'un palier arrière d'un mode de réalisation d'une machine électrique tournante selon l'invention ; la figure 3 est une vue de dessus d'un module électronique de puissance de la machine électrique tournante de la figure 1 adapté pour recevoir uniquement une tension d'utilisation, dont le boitier est ouvert ; 10 - la figure 4 est une vue de dessus d'un module électronique de puissance selon l'invention adapté pour recevoir deux tensions d'utilisation, dont le boitier est ouvert ; la figure 5 est une vue en perspective du module électronique de puissance de la figure 4 ; 15 la figure 6 représente une vue en perspective d'un agencement d'un module électronique de puissance selon l'invention sur le palier arrière de la machine électrique tournante de la figure 1 ; et la figure 7 représente une vue en perspective d'un agencement de deux modules électroniques de puissance adjacents dont l'un est le module de la 20 figure 3 et l'autre est le module de la figure 4. Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. En outre, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l'échelle afin de présenter une vue permettant de faciliter la compréhension de l'invention.Preferably, the second and third power traces extend along ropes of said rear bearing equidistant from an axis of said machine. The invention will be better understood in the light of the following description which is given for information only and which is not intended to limit said invention, accompanied by the figures below: FIGS. 1 and 2 respectively show a perspective view and a top view of a rear bearing of an embodiment of a rotary electric machine according to the invention; Figure 3 is a top view of an electronic power module of the rotary electrical machine of Figure 1 adapted to receive only a voltage of use, the housing is open; - Figure 4 is a top view of an electronic power module according to the invention adapted to receive two operating voltages, the housing is open; Figure 5 is a perspective view of the power electronics module of Figure 4; Figure 6 shows a perspective view of an arrangement of an electronic power module according to the invention on the rear bearing of the rotary electric machine of Figure 1; and FIG. 7 is a perspective view of an arrangement of two adjacent power electronic modules, one of which is the module of FIG. 3 and the other of which is the module of FIG. 4. In the various figures, FIG. similar elements are designated by identical references. In addition, the various elements are not necessarily represented on the scale in order to present a view making it easier to understand the invention.
25 Les figures 1 et 2 représentent un exemple de palier arrière 10 d'une machine électrique tournante pour véhicule automobile de préférence du type double triphasée selon un mode de réalisation préféré de l'invention. La machine électrique tournante est par exemple un alterno-démarreur. Un convertisseur bitensions de préférence du 30 type alternatif - continu est destiné à alimenter la machine électrique tournante. 3029030 -7- Préférentiellement, le convertisseur bitensions est intégré à la machine électrique tournante, notamment sur le palier arrière de la machine comme illustré en figures 1 et 2. Le convertisseur bitensions comprend au moins un module de puissance 100 5 adapté pour gérer une première et une seconde tensions d'utilisation, par exemple 12 V et 48 V. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, le convertisseur bitensions comprend trois modules de puissance 12, 13, 100 agencés sur un support formé par le palier arrière 10 de la machine électrique tournante.Figures 1 and 2 show an example of a rear bearing 10 of a rotary electric machine for a motor vehicle preferably of the double three-phase type according to a preferred embodiment of the invention. The rotating electrical machine is for example an alternator-starter. A preferably alternating-to-continuous bitensions converter is provided for powering the rotating electrical machine. Preferably, the dual-voltage converter is integrated in the rotating electrical machine, in particular on the rear bearing of the machine as illustrated in FIGS. 1 and 2. The bitension converter comprises at least one power module 100 adapted to manage a first and a second utilization voltages, for example 12 V and 48 V. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the bitension converter comprises three power modules 12, 13, 100 arranged on a support formed by the bearing rear 10 of the rotating electrical machine.
10 Ce palier arrière 10 supporte les trois modules de puissance 12, 13, 100, en particulier : un module électronique de puissance 100 adapté pour recevoir les deux tensions d'utilisation différentes V1, V2, par exemple 12 V et 48 V, un module électronique de puissance 12 adapté pour recevoir uniquement une 15 des deux tensions V1, par exemple 12 V, et un autre module électronique de puissance 13 adapté pour recevoir uniquement l'autre des deux tensions V2 d'utilisations, par exemple 48 V. Chaque module électronique de puissance comporte des composants électroniques qui sont disposés dans un boîtier et des éléments de connexion 20 accessibles de l'extérieur pour son fonctionnement, ces éléments de connexion permettant la transmission de signaux de contrôle et la circulation de courants forts. La figure 3 illustre une vue de dessus du module électronique de puissance 12 ou 13 adapté pour recevoir uniquement l'une ou l'autre des deux tensions d'utilisation 12 V ou 48V des figures 1 et 2, dont le boitier est ouvert.This rear bearing 10 supports the three power modules 12, 13, 100, in particular: an electronic power module 100 adapted to receive the two different operating voltages V1, V2, for example 12 V and 48 V, a module power electronics 12 adapted to receive only one of two voltages V1, for example 12 V, and another power electronic module 13 adapted to receive only the other of the two voltages V2 uses, for example 48 V. Each module Power electronics comprises electronic components which are arranged in a housing and externally accessible connection elements for its operation, these connection elements permitting the transmission of control signals and the circulation of strong currents. FIG. 3 illustrates a view from above of the electronic power module 12 or 13 adapted to receive only one or the other of the two operating voltages 12 V or 48 V of FIGS. 1 and 2, the housing of which is open.
25 Chaque module électronique de puissance 12 (ou 13) comprend un boîtier 24, des connecteurs de puissance 16, 17, 20 (permettant des raccordements électriques aux pôles positif et négatif d'une batterie de bord et aux phases de la machine électrique), des connecteurs de signaux 55 (permettant des liaisons électriques avec un module de commande tel qu'une carte électronique) et des points de fixation sur 30 la carcasse de la machine. Dans chaque module 12 (ou 13-) les connecteurs de puissance comprennent deux exemplaires 16, 17 d'une première trace de puissance destinées à être reliées 3029030 -8- respectivement à deux bornes de phases correspondantes du stator de la machine électrique. Ces phases viennent en vis-à-vis des exemplaires 16,17 de première trace de puissance pour y être connectées électriquement par exemple par soudage ou vissage.Each electronic power module 12 (or 13) comprises a housing 24, power connectors 16, 17, 20 (allowing electrical connections to the positive and negative poles of an on-board battery and to the phases of the electric machine), signal connectors 55 (allowing electrical connections to a control module such as an electronic card) and attachment points on the machine casing. In each module 12 (or 13-) the power connectors comprise two copies 16, 17 of a first power trace intended to be connected respectively to two corresponding phase terminals of the stator of the electric machine. These phases come opposite 16.17 copies of the first power trace to be electrically connected for example by welding or screwing.
5 Les éléments de connexion de puissance de chaque module 12, 13 comprennent en outre une seconde trace de puissance 20 destinée à être reliée électriquement à un des pôles positifs B1+ ou B2+ du convertisseur bitensions, les deux pôles positifs étant destinés à être à deux potentiels électriques différents V1 et V2. Chaque pôle positif B1+, B2+ est destiné à être relié électriquement à un pôle 10 positif d'une batterie de bord afin notamment d'alimenter en puissance le module électronique de puissance 12 (ou 13). En particulier, chaque pôle B+1, B+2 est relié à une batterie respective, par exemple via un bloc de filtrage. En particulier, la puissance reçue par la deuxième trace de puissance 20 est transférée aux phases respectives connectées aux deux exemplaires 16, 17 de 15 première trace. Au moins une partie des composants électroniques contrôle la puissance transmise depuis la deuxième trace de puissance 20 vers les deux exemplaires 16, 17 de première trace grâce aux signaux de commande reçus par les connecteurs de signaux 55. De préférence, les différents éléments de connexion électrique extérieure 16, 20 17, 20 s'étendent perpendiculairement à deux faces opposées 22, 23 d'un boîtier 24 d'une forme générale d'un parallélépipède rectangle. Les deux exemplaires 16, 17 de la première trace de puissance comportent chacun une patte pliée 25, 26 permettant une connexion aisée (par exemple par soudure ou vissage) avec les bornes de phases de la machine électrique.The power connection elements of each module 12, 13 furthermore comprise a second power trace 20 intended to be electrically connected to one of the positive poles B1 + or B2 + of the two-bit converter, the two positive poles being intended to be at two potentials. different electrical V1 and V2. Each positive pole B1 +, B2 + is intended to be electrically connected to a positive pole 10 of an on-board battery in order in particular to supply power to the electronic power module 12 (or 13). In particular, each pole B + 1, B + 2 is connected to a respective battery, for example via a filter block. In particular, the power received by the second power trace 20 is transferred to the respective phases connected to the two copies 16, 17 of the first trace. At least a portion of the electronic components control the power transmitted from the second power trace 20 to the two copies 16, 17 of the first trace by the control signals received by the signal connectors 55. Preferably, the various electrical connection elements 16, 20, 17, 20 extend perpendicularly to two opposite faces 22, 23 of a housing 24 of a general shape of a rectangular parallelepiped. The two copies 16, 17 of the first power trace each comprise a folded tab 25, 26 allowing easy connection (for example by welding or screwing) with the phase terminals of the electric machine.
25 En sortie du boîtier 24, chacun des exemplaires 16, 17 de la première trace de puissance comporte un dispositif de mesure d'un courant de phase constitué par circuit magnétique 27 et un capteur à effet Hall. La seconde trace de puissance 20 présente une première partie 28 qui s'étend extérieurement à l'une des faces 22 du boîtier 24 dans un premier plan P1 parallèle au 30 fond du boîtier 24 et une seconde partie 29 qui s'étend extérieurement à l'autre face opposée 23 du boîtier 24 dans un second plan P2, parallèle au premier Pl.At the output of the housing 24, each of the exemplars 16, 17 of the first power trace comprises a device for measuring a phase current constituted by a magnetic circuit 27 and a Hall effect sensor. The second power trace 20 has a first portion 28 extending outwardly from one of the faces 22 of the housing 24 in a first plane P1 parallel to the bottom of the housing 24 and a second portion 29 extending outwardly from the housing. other opposite face 23 of the housing 24 in a second plane P2, parallel to the first P1.
3029030 Le module 12, 13 est décrit plus précisément dans la demande de brevet français 1361971 au nom de la demanderesse. Afin de résoudre le problème d'encombrement posé par l'augmentation du nombre de tensions d'utilisation, exposé ci-avant, l'invention propose un module 5 électronique de puissance intégrant plusieurs tensions d'utilisation. La figure 4 illustre une vue de dessus d'un module électronique de puissance 100 selon l'invention dont le boitier est ouvert. Le module électronique de puissance 100 intègre des connecteurs de puissance qui comprennent, comme pour les modules électroniques de puissance 12, 10 13 décrits précédemment, deux exemplaires 16, 17 d'une première trace de puissance reliées respectivement à deux bornes de phases correspondantes du stator de la machine électrique. Les connecteurs de puissance du module 100 comprennent en outre : une seconde trace de puissance 120 destinée à être reliée à un des pôles 15 positifs, noté B1+ de potentiel électrique V1, du convertisseur bitensions ; ce pôle positif B1+ est destiné à être relié électriquement à un pôle positif de même potentiel électrique V1 d'une batterie de bord afin notamment d'alimenter en puissance le module électronique de puissance 100 ; et - une troisième trace de puissance 121 destinée à être reliée à un autre des pôles 20 positifs, noté B2+ de potentiel électrique V2, du convertisseur bitensions ; ce pôle positif B2+ est destiné à être relié électriquement à un pôle positif de même potentiel électrique V2 d'une batterie de bord afin notamment d'alimenter en puissance le module électronique de puissance 100. Les pôles positifs B1+ et B2+ sont de même polarité prédéterminée mais 25 délivrent des potentiels ou tensions V1, V2 différents. De préférence, les modules électroniques de puissance 100 adaptés à recevoir les deux tensions d'utilisation V1, V2 et les modules de puissance 12, 13 adaptés à recevoir uniquement une des deux tensions d'utilisation V1, V2 ont des boîtiers identiques de forme générale d'un parallélépipède rectangle afin de résoudre au 30 mieux le problème d'encombrement. Les connecteurs de puissance 16, 17, 120, 121 ont des caractéristiques similaires aux connecteurs de puissance 16, 17, 20 des modules de puissance 12, 13 3029030 -10- adaptés à recevoir uniquement une des deux tensions d'utilisation V1, V2. Les figures 4 et 5 montrent que ces différents éléments de connexion électrique extérieure 16, 17, 120, 121 s'étendent perpendiculairement à deux faces opposées 22, 23 d'un boîtier 24 d'une forme générale d'un parallélépipède rectangle.The module 12, 13 is described more specifically in the French patent application 1361971 in the name of the applicant. In order to solve the problem of size posed by the increase in the number of operating voltages, explained above, the invention proposes an electronic power module integrating several operating voltages. FIG. 4 illustrates a view from above of an electronic power module 100 according to the invention, the housing of which is open. The power electronic module 100 integrates power connectors which comprise, as for the power electronic modules 12, 10 13 previously described, two copies 16, 17 of a first power trace respectively connected to two corresponding phase terminals of the stator. of the electric machine. The power connectors of the module 100 furthermore comprise: a second power trace 120 intended to be connected to one of the positive poles, denoted B1 + of electrical potential V1, of the two-position converter; this positive pole B1 + is intended to be electrically connected to a positive pole of the same electrical potential V1 of an on-board battery, in particular to power the power electronic module 100; and a third power trace 121 intended to be connected to another of the positive poles, denoted B2 + of electrical potential V2, of the bitensions converter; this positive pole B2 + is intended to be electrically connected to a positive pole of the same electrical potential V2 of an on-board battery, in particular to power the power electronic module 100. The positive poles B1 + and B2 + are of the same predetermined polarity but deliver different potentials or voltages V1, V2. Preferably, the power electronic modules 100 adapted to receive the two operating voltages V1, V2 and the power modules 12, 13 adapted to receive only one of the two operating voltages V1, V2 have identical housings of general shape. of a rectangular parallelepiped in order to best solve the congestion problem. The power connectors 16, 17, 120, 121 have similar characteristics to the power connectors 16, 17, 20 of the power modules 12, adapted to receive only one of the two operating voltages V1, V2. Figures 4 and 5 show that these different external electrical connection elements 16, 17, 120, 121 extend perpendicularly to two opposite faces 22, 23 of a housing 24 of a general shape of a rectangular parallelepiped.
5 Les deux exemplaires 16, 17 de la première trace de puissance comportent chacun une patte pliée 25, 26 permettant une connexion aisée (par exemple par soudure) avec les bornes de phases de la machine électrique tournante. En sortie du boîtier 24, chacun des exemplaires 16, 17 de la première trace de puissance comportent un dispositif de mesure d'un courant de phase constitué par 10 circuit magnétique 27 et un capteur à effet Hall. La seconde trace de puissance 120 présente une première partie 128 qui s'étend extérieurement à l'une des faces 22 du boîtier 24 dans un premier plan P I parallèle au fond du boîtier 24. La troisième trace de puissance 121 présente une première partie 129 qui 15 s'étend extérieurement à l'autre face opposée 23 du boîtier 24 dans un second plan P2, parallèle au premier Pl. Comme on le comprendra aux vues des figures 6 et 7, cette disposition permet de chaîner les modules électroniques de puissance adjacents 30, 31 deux à deux de façon à répartir les trois modules 12, 100 et 13 sur le palier arrière 10 20 comme le montre les. figures 1 et 2. La base sensiblement rectangulaire des modules 12, 100 et 13 permet d'en juxtaposer les exemplaires 30, 31, coin contre coin, au plus près d'un axe de la machine, de manière équidistante, en alignant la seconde ou troisième trace de puissance d'un des exemplaires et la seconde trace de puissance ou la troisième trace 25 de puissance de l'autre exemplaire selon des cordes du palier arrière. Les exemplaires 30, 31 sont deux modules adjacents, c'est-à-dire le module 100 adapté pour recevoir les deux tensions différentes V1, V2 et un des modules 12 ou 13 adapté pour recevoir uniquement une des deux tensions d'utilisations V1, V2. Pour la suite et notamment en regard des figures 6 et 7, nous considérerons 30 que l'exemplaire 30 est le module électronique 100 selon l'invention et l'exemplaire 31 est le module électronique 12 adapté pour recevoir uniquement la première tension d'utilisation V1, ici 12 V par exemple. Un raisonnement identique s'applique 3029030 pour la juxtaposition du module électronique 100 selon l'invention et du module électronique 13 adapté pour recevoir uniquement la seconde tension d'utilisation V2, ici 48 V par exemple. La deuxième partie 29 de la seconde trace 20 du module électronique 12, et la 5 première partie 128 de la seconde trace 120 du module électronique 100 selon l'invention, étant respectivement dans des premier et second plans parallèles différents Pl, P2, elles se chevauchent pour rendre l'assemblage compact. De même, la première partie 129 de la troisième trace 121 du module électronique 100 selon l'invention, et la première partie 28 de la seconde trace 20 du 10 module électronique 13, étant également dans des premier et second plans parallèles différents, respectivement Pl, P2, elles se chevauchent pour rendre l'assemblage compact. Cette disposition, qui permet de chaîner les modules 12, 100 et 13 entre eux sans bus barre supplémentaire, impose toutefois de respecter un ordre de montage sur 15 le palier arrière de la machine. Deux exemplaires adjacents 30, 31 doivent être montés successivement en commençant par celui qui présente la partie de la seconde ou de la troisième trace de puissance à connecter qui est la plus basse. Comme le montre la figure 5, les seconde et troisième traces de puissance 120, 121 présentent chacune une extrémité respectivement 134, 135 perpendiculaire 20 respectivement aux premières parties 128, 129. Ces extrémités 134, 135 viennent en vis-à-vis avec des extrémités correspondantes 35, 34 des secondes traces de puissance 20 des modules 12, 13 adaptés à ne recevoir qu'une des deux tensions d'utilisation V1, V2. En particulier ces extrémités 134, 135 s'étendent à une distance du boîtier 24 25 suffisante pour simplifier un procédé de fabrication, notamment par surmoulage, et éviter, lorsque le boîtier 24 comprend un matériau plastique, la détérioration du plastique, notamment dans les parois 22, 23 du boîtier 24, au moment de la connexion électrique, par exemple par soudure, de ces extrémités 134, 135 avec les extrémités correspondantes 35, 34 des autres modules 12, 13.The two exemplars 16, 17 of the first power trace each comprise a folded tab 25, 26 allowing easy connection (for example by welding) with the phase terminals of the rotating electrical machine. At the output of the housing 24, each of the specimens 16, 17 of the first power trace comprises a device for measuring a phase current consisting of a magnetic circuit 27 and a Hall effect sensor. The second power trace 120 has a first portion 128 extending externally to one of the faces 22 of the housing 24 in a first plane P1 parallel to the bottom of the housing 24. The third power trace 121 has a first portion 129 which 15 extends externally to the other opposite face 23 of the housing 24 in a second plane P2, parallel to the first P1. As will be understood from the views of FIGS. 6 and 7, this arrangement makes it possible to link the adjacent electronic power modules 30 31, two by two so as to distribute the three modules 12, 100 and 13 on the rear bearing 10 as shown. Figures 1 and 2. The substantially rectangular base of the modules 12, 100 and 13 makes it possible to juxtapose the copies 30, 31, corner against corner, closer to an axis of the machine, equidistantly, aligning the second or third power trace of one of the copies and the second power trace or the third power trace 25 of the other specimen according to ropes of the rear bearing. The copies 30, 31 are two adjacent modules, that is to say the module 100 adapted to receive the two different voltages V1, V2 and one of the modules 12 or 13 adapted to receive only one of the two use voltages V1, V2. For the following and in particular with regard to FIGS. 6 and 7, we will consider 30 that the exemplary 30 is the electronic module 100 according to the invention and the exemplary 31 is the electronic module 12 adapted to receive only the first voltage of use. V1, here 12 V for example. An identical reasoning applies 3029030 for the juxtaposition of the electronic module 100 according to the invention and the electronic module 13 adapted to receive only the second voltage of use V2, here 48 V for example. The second part 29 of the second trace 20 of the electronic module 12, and the first part 128 of the second trace 120 of the electronic module 100 according to the invention, being respectively in different first and second parallel planes P1, P2, overlap to make compact assembly. Similarly, the first part 129 of the third trace 121 of the electronic module 100 according to the invention, and the first part 28 of the second trace 20 of the electronic module 13, also being in different first and second parallel planes, respectively , P2, they overlap to make the assembly compact. This arrangement, which allows the modules 12, 100 and 13 to be chained together without an additional bus bar, however, imposes an order of assembly on the rear bearing of the machine. Two adjacent copies 30, 31 must be mounted successively starting with the one which has the part of the second or the third trace of power to be connected which is the lowest. As shown in FIG. 5, the second and third power traces 120, 121 each have an end 134, 135 respectively perpendicular to the first portions 128, 129 respectively. These ends 134, 135 come face to face with ends corresponding 35, 34 second power traces 20 of the modules 12, 13 adapted to receive only one of the two operating voltages V1, V2. In particular, these ends 134, 135 extend at a distance from the housing 24 sufficient to simplify a manufacturing process, in particular by overmolding, and to avoid, when the housing 24 comprises a plastic material, the deterioration of the plastic, in particular in the walls. 22, 23 of the housing 24, at the time of the electrical connection, for example by welding, these ends 134, 135 with the corresponding ends 35, 34 of the other modules 12, 13.
30 Ainsi, la première partie 128 de la seconde trace de puissance 120 présente un coude 136 à une distance de la paroi 22 du boîtier 24 et la première partie 129 de la 3029030 -12- troisième trace de puissance 121 présente un coude 137 à une distance de la paroi 23 du boîtier 24. Les modules électroniques de puissance 12 et 13 adaptés à ne recevoir qu'une des deux tensions d'utilisation VI, V2, ont une configuration similaire appliquée aux 5 deux extrémités de leur seconde trace de puissance 20 comme illustré en figure 3. Lorsque le boîtier 24 du module électronique de puissance 100 selon l'invention est formé par surmoulage, il existe des contraintes de forme sur les éléments de connexion extérieure pour permettre un surmoulage de qualité et assurer notamment planéité, tenue aux vibrations, et ancrage satisfaisant.Thus, the first portion 128 of the second power trace 120 has a bend 136 at a distance from the wall 22 of the housing 24 and the first portion 129 of the third power trace 121 has a bend 137 at a distance of distance from the wall 23 of the housing 24. The power electronic modules 12 and 13 adapted to receive only one of the two operating voltages VI, V2, have a similar configuration applied to both ends of their second power trace 20 as illustrated in FIG. 3. When the casing 24 of the electronic power module 100 according to the invention is formed by overmolding, there are shape constraints on the external connection elements to allow quality overmoulding and in particular to ensure flatness, resistance to vibration, and satisfactory anchoring.
10 A cet effet, les premières traces de puissance 16, 17 sont maintenues par des moyens d'ancrage agencés dans la partie inférieure du boitier 24. La disposition des composants électroniques à l'intérieur des différents modules électroniques de puissance 12, 100 et 13 est aussi optimisée pour réduire la longueur des connexions internes et diminuer ainsi la taille d'un bloc de 15 condensateurs de découplage. Les deux exemplaires 16, 17 de la première trace de puissance laissent chacun un accès à des puces (non représentées), de type MOSFET formant deux des bras du convertisseur, à une plaque de masse 51 du convertisseur (pôle négatif) grâce à des lumières 49, 50 prévues à cet effet dans leurs parties intérieures 41.For this purpose, the first power traces 16, 17 are held by anchoring means arranged in the lower part of the housing 24. The arrangement of the electronic components inside the various power electronic modules 12, 100 and 13 is also optimized to reduce the length of the internal connections and thus reduce the size of a block of decoupling capacitors. The two copies 16, 17 of the first power trace each give access to chips (not shown), of MOSFET type forming two of the converter arms, to a ground plate 51 of the converter (negative pole) with lights 49, 50 provided for this purpose in their inner parts 41.
20 Ces parties intérieures 41 s'étendent à l'intérieur du boîtier 24 entre les deux faces opposées 22, 23 symétriquement par rapport à un axe du boîtier 24, en laissant un espace entre une troisième face 52 occupé soit par la seconde trace de puissance 20 pour les modules 12 et 13, soit par la seconde et la troisième trace de puissance 120, 121 pour le module électronique de puissance 100 selon l'invention.These inner portions 41 extend inside the housing 24 between the two opposite faces 22, 23 symmetrically with respect to an axis of the housing 24, leaving a space between a third face 52 occupied by the second power trace. 20 for the modules 12 and 13, or by the second and the third power trace 120, 121 for the power electronic module 100 according to the invention.
25 Cette disposition laisse un autre espace libre entre les puces pour la dépose d'une céramique supportant les composants d'un circuit de commande des deux bras et les condensateurs de découplage. Le module électronique de puissance 100 peut comprendre un connecteur de signaux unique 55 agencé sur une quatrième face 56 du boitier 24 transmettant des signaux nécessaires au fonctionnement du circuit de 30 commande. 3029030 -13- Selon un autre mode de réalisation d'un convertisseur bitensions selon l'invention de préférence alternatif-continu et de manière avantageuse intégré dans une machine électrique tournante polyphasée, de type double triphasée bitensions, la machine comprend trois modules électroniques de puissance selon l'invention, notés 5 100-A, 100-B et 100-C. En outre, chacun des trois modules électroniques de puissance 100-A, 100-B et 100-C sont adaptés pour recevoir les deux mêmes tensions différentes, par exemple 12 V et 48 V. Les modules sont juxtaposés deux par deux, coin contre coin, au plus près 10 d'un axe de la machine, de manière équidistante, en alignant pour chaque paire de modules adjacents, la seconde trace de puissance d'un des exemplaires de la paire de modules adjacents et la troisième trace de puissance de l'autre exemplaire selon une corde du palier arrière. Les modules 100-A, 100-B et 100-C sont alors agencés de sorte que : 15 un pôle positif B1+ de potentiel V1 du convertisseur, par exemple 12 V est relié électriquement à la seconde trace de puissance 120-A du premier module électronique de puissance 100-A selon l'invention ; la troisième trace de puissance 121-A du premier module électronique de puissance 100-A est reliée électriquement à la seconde trace de puissance 20 120-B du deuxième module électronique de puissance 100-B selon l'invention ; la troisième trace de puissance 121-B du deuxième module électronique de puissance 100-B est reliée électriquement à la seconde trace de puissance 120-C du troisième module électronique de puissance 100-C selon 25 l'invention ; la troisième trace de puissance 121-C du troisième module électronique de puissance 100-C est reliée électriquement à un pôle positif B2+ de potentiel V2 du convertisseur, par exemple 48 V. Cette disposition permet de chaîner les modules 100-A, 100-B et 100-C entre 30 eux sans bus barre supplémentaire. 3029030 -14- Néanmoins, le convertisseur comporte en outre deux bus barre supplémentaires pour relier électriquement le deuxième module électronique de puissance 100-B aux deux pôles positifs B1+ et B2+ du convertisseur : une première bus barre supplémentaire permettant de relier électriquement la 5 seconde trace de puissance 120-B du deuxième module électronique de puissance 100-B au pôle positif B2+ de potentiel V2 du convertisseur, reliant de ce fait également la troisième trace de puissance 121-A du premier module électronique de puissance 100-A au pôle positif B2+ de potentiel V2 du convertisseur ; et 10 une seconde bus barre supplémentaire permettant de relier électriquement la troisième trace de puissance 121-B du deuxième module électronique de puissance 100-B au pôle positif B1+ de potentiel V1 du convertisseur, reliant de ce fait également la seconde trace de puissance 121-C du troisième module électronique de puissance 100-C au pôle positif B1+ de potentiel V1 du 15 convertisseur. L'avantage de ce mode de réalisation est d'avoir, si nécessaire, une répartition homogène des courants entre chaque module de puissafice et par conséquent des pertes homogènes.This arrangement leaves another gap between the chips for the removal of a ceramic supporting the components of a control circuit of the two arms and the decoupling capacitors. The electronic power module 100 may comprise a single signal connector 55 arranged on a fourth face 56 of the housing 24 transmitting signals necessary for the operation of the control circuit. According to another embodiment of a dual-resistor converter according to the invention, which is preferably alternating-continuous and advantageously integrated in a polyphase rotating electrical machine, of the double three-phase dual-voltage type, the machine comprises three electronic power modules. according to the invention, noted 100-A, 100-B and 100-C. In addition, each of the three power electronic modules 100-A, 100-B and 100-C are adapted to receive the same two different voltages, for example 12 V and 48 V. The modules are juxtaposed two by two, corner against corner , closest to one axis of the machine, equidistantly, aligning for each pair of adjacent modules, the second power trace of one of the pair of adjacent modules and the third power trace of the pair of adjacent modules. another example according to a rope of the rear bearing. The modules 100-A, 100-B and 100-C are then arranged such that: a positive pole B1 + of potential V1 of the converter, for example 12 V is electrically connected to the second power trace 120-A of the first module 100-A power electronics according to the invention; the third power trace 121-A of the first power electronic module 100-A is electrically connected to the second power trace 120-B of the second electronic power module 100-B according to the invention; the third power trace 121-B of the second power electronic module 100-B is electrically connected to the second power trace 120-C of the third power electronic module 100-C according to the invention; the third power trace 121-C of the third power electronic module 100-C is electrically connected to a positive pole B2 + of potential V2 of the converter, for example 48 V. This arrangement makes it possible to link the modules 100-A, 100-B and 100-C between them without additional bus bar. Nevertheless, the converter furthermore comprises two additional bus bars for electrically connecting the second electronic power module 100-B to the two positive poles B1 + and B2 + of the converter: a first additional bus bar making it possible to connect the second trace electrically. power 120-B of the second power electronic module 100-B positive pole B2 + V2 potential of the converter, thereby also connecting the third power trace 121-A of the first electronic power module 100-A to the positive pole B2 + potential V2 of the converter; and a second additional bus bar for electrically connecting the third power trace 121-B of the second power electronic module 100-B to the positive pole B1 + of potential V1 of the converter, thereby also connecting the second power trace 121- C of the third electronic power module 100-C positive pole B1 + potential V1 of the converter. The advantage of this embodiment is to have, if necessary, a homogeneous distribution of currents between each power module and consequently homogeneous losses.
20 L'invention a été décrite ci-dessus avec l'aide de modes de réalisation présentés sur des figures, sans limitation du concept inventif général. Bien d'autres modifications et variations se suggèrent d'elles mêmes à l'homme du métier, après réflexion sur les différents modes de réalisation illustrés dans cette demande. Ces modes de réalisation sont donnés à titre d'exemple et ne 25 sont pas destinés à limiter la portée de l'invention, qui est déterminée exclusivement par les revendications ci-dessous. Toute référence utilisée dans les revendications ne doit pas être interprétée comme limitation de la portée de l'invention. 30The invention has been described above with the aid of embodiments shown in figures, without limitation of the general inventive concept. Many other modifications and variations are suggested to those skilled in the art, after reflection on the various embodiments illustrated in this application. These embodiments are given by way of example and are not intended to limit the scope of the invention, which is determined exclusively by the claims below. Any reference used in the claims shall not be construed as limiting the scope of the invention. 30
Claims (9)
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