FR3083049A1

FR3083049A1 - Systeme a conversion d'energie

Info

Publication number: FR3083049A1
Application number: FR1800652A
Authority: FR
Inventors: Taoufik Bensalah; Joel Lallier; Maxime Migneau; Damien Peyrat
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-27
Also published as: US20210119568A1; US11750142B2; EP3811746A1; WO2019243572A1

Abstract

Système à motorisation électrique (1) comprenant un ensemble d'au moins une charge et un onduleur (3) comprenant des transistors, l'onduleur étant destiné à convertir une tension continue en une tension alternative destinée à alimenter électriquement l'ensemble d'au moins une charge, l'onduleur étant apte à être dans un ensemble d'état comprenant un régime nominal et un régime transitoire dans lequel l'ensemble d'au moins une charge prélève, en sortie de l'onduleur, une puissance supérieure à une puissance maximale prélevée, en sortie de l'onduleur, lorsque l'onduleur (3) est en régime nominal, le système à conversion d'énergie électrique comprenant des moyens de refroidissement des transistors comprenant un support (10) solidaire d'au moins un des transistors de l'onduleur, le support (10) comprenant un matériau à changement de phase (5) apte à fusionner, le système à motorisation électrique étant configuré de sorte que, à une température ambiante prédéterminée, une fusion du matériau à changement de phase (5) soit provoquée lorsque l'onduleur est dans le régime transitoire et de sorte que à cette température ambiante, il n'y a pas de déclenchement de la fusion du matériau à changement de phase lorsque l'onduleur (3) est dans le régime nominal.

Description

Système à conversion d’énergie

L’invention se situe dans le domaine de la conversion d’énergie pour des applications de contrôle moteur. Ces applications visent notamment le domaine aéronautique et les applications nécessitant l’alimentation électrique de machine électriques ou plus généralement de charges en régimes nominal et transitoire.

L’invention concerne un système à conversion d’énergie du type comprenant une pluralité de charges pouvant comprendre au moins une machine électrique et un onduleur destiné à convertir une énergie électrique reçue à son entrée du convertisseur en une énergie électrique destinée à alimenter alternativement les différentes charges. Une machine électrique peut être couplée mécaniquement à un turboréacteur principal de l’aéronef, de sorte que l’énergie mécanique générée par la machine électrique, par exemple le couple mécanique généré par la machine électrique, soit apte à démarrer la turbine. Une autre machine électrique peut connectée en sortie de l’onduleur et couplée mécaniquement à un turbomoteur d’un groupe auxiliaire groupe auxiliaire de puissance ou APU en référence à l’expression anglo-saxonne « Auxiliary Power Unit ». La machine électrique est apte à assurer le démarrage du turbomoteur. Le turbomoteur actionne un compresseur d'air pour fournir toute la puissance pneumatique nécessaire à l'avion. Il peut servir à démarrer les réacteurs ou les turbopropulseurs ou à assurer le conditionnement d'air de cabine. Au turbomoteur sont également attelés des génératrices ou plus souvent des alternateurs pour fournir de l'énergie électrique à bord de l'aéronef. Un système de contrôle d’environnement ou ECS en référence à l’expression anglo-saxonne « Environmental control system » peut aussi être relié en sortie de l’onduleur pour être alimenté par l’onduleur pendant le reste de la durée du vol.

Lors de la phase d’alimentation de l’ECS par l’onduleur, l’onduleur fonctionne en régime nominal. L’ECS prélève une puissance sensiblement fixe sur l’onduleur.

Les phases de démarrage du turboréacteur principal et du turbomoteur de l’APU sont des phases momentanées, c'est-à-dire des phases transitoires, qui sont de faible durée typiquement inférieure à 60 secondes ou 120 secondes ou 150 secondes, lors desquelles l’onduleur fonctionne en régime transitoire. Ces phases transitoires peuvent être répétitives. Les turbines ou turbomoteurs peuvent subir plusieurs démarrages successifs. Lors de ces phases transitoires, la puissance prélevée sur l’onduleur est supérieure à la puissance prélevée sur l’onduleur en régime nominal. L’onduleur est en surcharge.

Le système à conversion d’énergie peut comprendre plusieurs onduleurs reliés à une machine électrique délivrant ou à une charge délivrant chacun en sortie une tension destinée à alimenter la charge. Les onduleurs sont aptes à alimenter simultanément la charge. Une étape de fonctionnement de l’onduleur en régime nominal peut être une étape lors de laquelle la charge est alimentée par l’ensemble des onduleurs. Une phase de régime transitoire peut être une étape lors de laquelle au moins un des onduleurs n’alimente pas la charge, par exemple en cas de panne de l’onduleur. Autrement dit, seulement un sous-ensemble des onduleurs alimente la charge.

L’onduleur est du type comprenant des transistors de puissance à base de Carbure de Silicium ou de Silicium par exemple, du type transistor à effet de champ à grille isolée plus couramment nommé MOSFET (acronyme anglais de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ou du type transistor bipolaire à grille isolée plus couramment nommé IGBT, de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor ».

De tels systèmes à conversion d’énergie habituellement un système de refroidissement pour éviter des montées en température susceptibles de détériorer les transistors de puissance de l’onduleur ou d’accélerer leur vieillissement.

Les onduleurs sont habituellement dimensionnés pour fonctionner dans les 2 types de régime (transitoire et permanent). Le régime de surcharge (transitoire) occasionne un surdimensionnement du système de refroidissement de l’onduleur, ce qui se traduit par une masse et un volume plus important. Cette solution est encombrante et lourde ce qui est très défavorable dans des environnements régis par des problématiques de réduction de masse et d’encombrement comme les véhicules de traction électriques tels que les véhicules automobiles, les véhicules ferroviaires ou les aéronefs.

En effet, il existe des systèmes de refroidissement comprenant des refroidisseurs sous forme de supports en aluminium à ailettes. De tels supports permettent, du fait de leur capacité thermique, de stocker l’énergie thermique dégagée par les composants électroniques du convertisseur. Un dissipateur peut être associé à un système de convection d’air, du type comprenant par exemple un ventilateur, assurant une circulation forcée de l’air au contact du dissipateur pour refroidir ce dernier.

En régime transitoire, la puissance prélevée sur l’onduleur étant plus importante qu’en régime nominal et le rendement de l’onduleur identique, l’énergie dégagée par les transistors de puissance sous forme de chaleur est plus importante. Afin de limiter les montées en température en régime transitoire, une solution consiste à surdimensionner le refroidisseur.

La capacité thermique d’un support en un matériau donné dépend de sa masse. La capacité thermique s’exprime en Jkg‘¹K’¹. La problématique du stockage du surplus d’énergie thermique dissipé par les transistors électroniques en régime transitoire est donc généralement résolue par l’augmentation de la masse et donc du volume du support pour augmenter la capacité calorifique (c'est-à-dire sa capacité thermique).

Une autre solution pour assurer le refroidissement des transistors consiste à prévoir un système de refroidissement hydraulique du dissipateur, par une boucle à eau, ou des caloducs. Les solutions à boucle à eau posent un problème de masse et de coût. Elles impliquent la mise en place de montages coûteux pour éviter les fuites d’eau et des opérations ou de maintenance fréquentes ou des systèmes de maintenance sophistiqués, notamment pour assurer des purges.

Par ailleurs, ces solutions peuvent être contraignantes du point de vue architectural. Le refroidisseur doit être orienté suivant la gravité pour les caloducs. Une solution consiste à prévoir des systèmes à gravitation ou des microprentes pour s’affranchir des problèmes d’orientation mais ces systèmes posent des problèmes de fiabilité et de maintenance.

Un but de l’invention est de limiter au moins un des problèmes précités.

A cet effet, l’invention a pour objet un système à conversion d’énergie comprenant un ensemble d’au moins une charge et un onduleur comprenant des transistors, l’onduleur étant destiné à convertir une tension continue en une tension alternative destinée à alimenter électriquement l’ensemble d’au moins une charge, l’onduleur étant apte à être dans un ensemble d’états comprenant un régime nominal et un régime transitoire dans lequel l’ensemble d’au moins une charge prélève, en sortie de l’onduleur, une puissance supérieure à une puissance maximale prédéterminée prélevée, en sortie de l’onduleur, lorsque l’onduleur est en régime nominal, le système à conversion d’énergie comprenant des moyens de refroidissement des transistors comprenant un support solidaire d’au moins un des transistors de l’onduleur le support comprenant un matériau à changement de phase apte fusionner, le système à conversion d’énergie étant configuré de sorte que, à une température ambiante prédéterminée, une fusion du matériau à changement de phase est provoquée lorsque l’onduleur est dans le régime transitoire et de sorte que, à la température ambiante prédéterminée, il n’y a pas de déclenchement de la fusion du matériau à changement de phase lorsque l’onduleur est dans le régime nominal.

Avantageusement, le matériau à changement de phase présente une température de fusion supérieure à 70°C.

Avantageusement, le matériau à changement de phase présente une température de fusion la température de fusion inférieure à 100°C ou à 120°C.

Avantageusement, la température ambiante est supérieure ou égale à 30°C.

Avantageusement, l’onduleur est dans le régime transitoire pendant durée maximale de 150 secondes.

Avantageusement, la puissance prélevée en sortie de l’onduleur étant en régime transitoire est supérieure à une puissance maximale autorisée, pouvant être prélevée en sortie de l’onduleur sur une durée de plus de 5 minutes sans détériorer les transistors.

Avantageusement, le support comprend un boîtier renfermant le matériau à changement de phase de façon étanche.

Avantageusement, le système comprend des moyens d’échange thermique pour favoriser un échange thermique entre le matériau à changement de phase et le boîtier.

L’invention se rapporte aussi à un système selon l’invention.

L’invention se rapporte aussi à une utilisation du système selon l’invention. L’utilisation comprend la phase lors de laquelle l’onduleur est dans le régime nominal et une phase lors de laquelle l’onduleur est dans le régime transitoire, une fusion du matériau à changement de phase étant déclenchée lorsque le matériau à changement de phase est dans le régime transitoire.

L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :

- La figure 1 représente un schéma électrique d’un exemple de système à conversion d’énergie selon l’invention,

- La figure 2 représente, en coupe, schématiquement un dispositif de conversion d’énergie comprenant un onduleur et un refroidisseur,

- La figure 3 représente, en perspective.

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

L’invention se rapporte à un système à conversion d’énergie 1 ou système à onduleur, du type comprenant, comme visible sur la figure 1, un onduleur 3 relié à une source d’alimentation électrique 4. L’onduleur 3 alimenté, en entrée E, par une tension continue et délivre à sa sortie S, une tension alternative monophasée ou polyphasée (dans l’exemple de la figure 1). Le système à conversion d’énergie comprend un ensemble EC d’une une ou plusieurs charges reliées en sortie de l’onduleur et destinées à être alimentées par l’onduleur 3.

L’onduleur 3 est, par exemple, destiné à alimenter les différentes charges électriques simultanément ou, de préférence, alternativement.

Dans l’exemple non limitatif de la figure 1, l’onduleur est relié à quatre charges.

Dans cet exemple, le système comprend deux machines électrique 2a et 2b, reliées en sortie de l’onduleur de sorte à pouvoir être alimentées électriquement par l’onduleur. Chacune de ces deux machines électriques

2a, 2b est couplée mécaniquement à un des turboréacteurs Ra, Rb principaux de l’aéronef de façon que chacune de ces deux machine électrique soit apte à démarrer le turboréacteur Ra ou Rb auquel elle est couplée, par exemple le couple mécanique généré par la machine électrique.

Le système comprend également une autre machine électrique 20 reliée en sortie de l’onduleur pour pouvoir être alimentée par l’onduleur et couplée mécaniquement à un turbomoteur Rc d’un groupe auxiliaire groupe auxiliaire de puissance ou APU, 300. La machine électrique 20 est apte à assurer le démarrage du turbomoteur Rc.

Le système comprend aussi un système de contrôle d’environnement ou ECS, 200 relié en sortie de l’onduleur de sorte à pouvoir être alimenté électriquement par l’onduleur.

Les différentes charges sont reliées à l’onduleur par l’intermédiaire d’un dispositif de commutation 400 permettant de relier alternativement et/ou simultanément différentes charges à l’onduleur.

Lors de la phase d’alimentation de l’ECS par l’onduleur, 3 l’onduleur fonctionne en régime nominal. L’ECS prélève une puissance sensiblement fixe sur l’onduleur.

Les phases de démarrage du turboréacteur principal et du turbomoteur de l’APU sont des phases momentanées, c'est-à-dire des phases transitoires, qui sont de faible durée typiquement inférieure à 60 secondes ou 120 secondes ou 150 secondes, lors desquelles l’onduleur fonctionne en régime transitoire. Ces phases transitoires peuvent être répétitives. Les turbines ou turbomoteurs peuvent subir plusieurs démarrages successifs. Lors de ces phases transitoires, la puissance prélevée sur l’onduleur est supérieure à la puissance prélevée sur l’onduleur lorsque ce dernier est en régime nominal. L’onduleur est en surcharge, c'est-à-dire en régime transitoire.

Les machines électriques 2a, 2b et 20 fonctionnent en mode moteur de façon transitoire. En effet, ces machines électriques servent uniquement à démarrer des turbines pendant des phases de démarrage de durée typiquement inférieure ou égale à 60 secondes.

L’ECS représente une charge nominale pour l’onduleur. II est destiné à prélever une puissance comprise dans un intervalle de puissance prédéterminée ou une puissance prédéterminée sensiblement fixe. Les machines électriques sont destinées à prélever une puissance supérieure aux puissances de l’intervalle ou à la puissance prédéterminée.

En variante, le système comprend, par exemple, une seule charge reliée en sortie de l’onduleur et pouvant par exemple être destinée à fonctionner en régime transitoire.

De façon générale, l’onduleur 3 du système à conversion d’énergie est apte à être dans un ensemble d’états. Cet ensemble d’états comprend au moins un régime nominal dans lequel une puissance nominale inférieure ou égale à une puissance nominale maximale prédéterminée est prélevée par l’ensemble d’au moins une charge EC. Cet ensemble d’états comprend également un régime transitoire dans lequel l’ensemble d’au moins une charge prélève, en sortie de l’onduleur, une puissance de régime transitoire supérieure à la puissance nominale maximale prédéterminée.

La puissance nominale maximale peut être nulle ou non nulle.

La durée d’une phase de fonctionnement de l’onduleur en régime transitoire est très inférieure à la durée d’une étape lors de laquelle est l’onduleur en régime nominal. Une étape de régime transitoire dure typiquement entre 10 secondes et 150 secondes.

La puissance maximale prélevée en sortie de l’onduleur en régime transitoire est, par exemple, de 20% à 100% plus élevée que la puissance maximale prélevée en sortie de l’onduleur en régime nominal.

Typiquement, l’ensemble EC d’au moins une charge prélève, en sortie de l’onduleur en régime transitoire, une puissance supérieure à une puissance maximale autorisée pouvant prélevée en sortie de l’onduleur sur une durée d’au moins 5 minutes sans détériorer les transistors. Lorsqu’une telle puissance supérieure à cette puissance maximale autorisée est prélevée sur une longue durée d’au moins 5 minutes, en sortie de l’onduleur, la température de jonction des transistors dépasse une température de jonction maximale admissible par les transistors.

La puissance maximale prélevée en sortie de l’onduleur en régime nominal est inférieure à cette puissance maximale autorisée.

L’onduleur 3 comprend trois bras B1, B2, B3 comprenant chacun deux transistors de puissance 30 montés en série entre une borne positive B+ et une borne négative B- du bus B de puissance véhiculant la tension délivrée par la source d’alimentation 4, soit un total de six transistors de puissance 30. L’onduleur peut comprendre d’autres éléments que les transistors.

Le système à conversion d’énergie 1 comprend également des moyens de refroidissement aptes à refroidir les transistors 30 lorsque l’onduleur 3 convertit une tension continue en une tension alternative et alimente électriquement l’ensemble d’au moins une charge EC. Ces moyens de refroidissement comprennent un support mécanique 10 d’un dispositif de conversion 130 comprenant l’onduleur 3, comme visible sur la figure 2 représentant, en coupe, un exemple de dispositif de conversion 130. L’onduleur 3 est fixé sur le support mécanique 10, ou plus généralement, solidaire du support mécanique 10.

Afin de limiter l’augmentation de la température des transistors en régime transitoire tout en limitant la masse et l’encombrement du dispositif de conversion d’énergie, le support mécanique 10 comprend un matériau à changement de phase 5, ou MCP (aussi appelé PCM acronyme de l’expression anglo-saxonne « Phase Change Material »), comme représenté sur la figure 2.

Le système à conversion d’énergie est configuré pour que, à une température ambiante prédéterminée, une fusion du matériau à changement de phase 5 est déclenchée lors d’au moins un régime transitoire, par exemple lors de chaque régime transitoire, sans être déclenchée lorsque l’onduleur est en régime nominal à cette température ambiante. La température ambiante est la température de l’air environnant le l’onduleur.

La température ambiante prédéterminée est de préférence supérieure ou égale à 30°C.

Il est à noter que le système selon l’invention est par exemple destiné à être utilisé à des températures ambiantes comprises entre -40°C et 70°C. C’est par exemple le cas des systèmes à conversion d’énergie pour aéronef.

Dans un mode de réalisation avantageux, la température ambiante prédéterminée est supérieure à la température ambiante maximale dans lequel va être utilisé l’onduleur. Cela permet d’éviter toute fusion intempestive hors du régime transitoire.

Autrement dit, l’invention consiste à réaliser un support 10 comprenant un matériau à changement de phase 5 stockant un surplus de chaleur dégagé par les transistors en régime transitoire. Ce surplus de chaleur est absorbé par un changement de phase du matériau à changement de phase MCP, c'est-à-dire en utilisant la chaleur latente de changement de phase du MCP. Ainsi le matériau à changement de phase est à l’état solide, à cette température ambiante, tant que l’onduleur est en régime nominal ou avant la mise sous tension de l’onduleur et sa fusion est déclenchée uniquement lorsque l’onduleur est en régime transitoire (à cette température ambiante). Cela permet de limiter l’augmentation en énergie des transistors et d’éviter le dépassement de leur température maximale de fonctionnement pendant le régime transitoire. Le matériau à changement de phase fusionne à une température sensiblement fixe en accumulant de la chaleur. Cela permet de réguler et de maîtriser la température des transistors pour une énergie prédéterminée dissipée pendant le régime transitoire.

L’énergie nécessaire pour la fusion d’un matériau à changement de phase est nettement plus importante que l’énergie nécessaire pour augmenter sa température tout en restant à l’état solide.

Ainsi, la solution proposée permet de dissiper un surplus de chaleur dissipé en régime transitoire sans tout en limitant la montée en température des transistors et en limitant l’augmentation de masse du support. Par ailleurs cette solution est simple à mettre en oeuvre et peu sensible au sens dans lequel on dispose le support (horizontal ou vertical). Ceci limite ainsi fortement les contraintes liées à l’architecture de refroidissement.

Avantageusement, le système est configuré pour que lorsque l’onduleur est dans un régime nominal consécutif à un régime transitoire au cours duquel la fusion a été déclenchée, à la température ambiante prédéterminée, la température du matériau à changement de phase diminue ce qui peut déclencher sa solidification si l’onduleur est suffisamment longtemps dans le régime nominal pour que la température du matériau à changement de phase descende jusqu’à sa température de solidification.

Avantageusement, la température de fusion du MCP est inférieure à la température de fonctionnement maximale des transistors c'est-à-dire à une température de jonction maximale des transistors au-delà de laquelle les transistors sont détériorés.

Avantageusement, la température de fusion du MCP est inférieure à 100°C ou à 120° de façon à garantir une température de jonction de transistors inférieure à la température limite de jonction des transistors.

Avantageusement, température de fusion du MCP est supérieure à la température maximale du support, lors du régime nominal à la température ambiante prédéterminée, afin d’éviter toute fusion intempestive du MCP en régime nominal à cette température ambiante.

Avantageusement, la température de fusion du MCP est supérieure à 70°C ou 75°C. Le choix de cette température de fusion permet de proposer un dispositif compatible avec les applications pour les applications aéronautiques, notamment l’alimentation des moteurs destinés à actionner les réacteurs d’un aéronef, dans des pays tempérés où la température ambiante est inférieure à 35°C.

Le matériau à changement de phase peut être à base d’un matériau du type organique ou inorganique. Il peut être à base de paraffine, par exemple de paraffine solide, et/ou d’au moins un huile végétale telle que l’huile de coco, l’huile de colza, l’huile de palme ou l’huile de palmiste et/ou d’au moins une graisse et/ou de potassium.

Le matériau à changement de phase peut par exemple être du Magnésium chlorure hexa hydraté (MgCI2.6H2O). Sa température de fusion est 117°C et il peut absorber une énergie de 165000 J / Kg. Sa densité est de 1.57 g/cm3 nettement moins importante que l’aluminium (2.7 g/cm3). La capacité calorifique de l’aluminium pour une élévation de 1°C est de 897 J / Kg. L’aluminium est donc plus lourd avec une capacité d’absorption d’énergie bien moindre que le MCP.

La température de fusion du potassium est de 63,5°C. Une paraffine présente une formule brute du type C_nH2_n+2 où la valeur de n se situe entre 18 et 32, celle de la masse molaire se situe entre 275 et 600 g/mol. Le matériau à changement de phase peut, par exemple, comprendre au moins une paraffine dont n est compris entre 20 et 40. Ce type de paraffine présente une température de fusion comprise entre 50 °C et 62 °C. La température de fusion des matériaux à changement de phase est liée au nombre de carbone de la chaîne hydrocarbonée. On peut choisir le matériau (nombre de carbones) en fonction de la température de fusion souhaitée. Le matériau comprend par exemple une paraffine solide dont le numéro CAS est 8002-74-2 ou dont le numéro EINECS est -315-6.

Le matériau à changement de phase 5 présente une température de changement de phase prédéterminée. A cet effet, ce matériau peut être obtenu par hydrogénation d’un matériau à la base duquel il est réalisé et/ou comprendre un antioxydant de façon à obtenir une température de fusion souhaitée. De façon générale, plus le nombre de liaisons entre molécules ou atomes est important et plus la température de changement de phase sera élevée.

Le matériau à changement de phase peut comprendre un additif de sorte obtenir la bonne température de fusion.

Comme visible sur la figure 3, le support 10 comprend au moins un boîtier 11 renfermant le matériau à changement de phase 5 de façon étanche afin d’empêcher le matériau de sortir du boîtier dans le premier et dans le deuxième état. Le boîtier 11 est réalisé dans un matériau à l’état solide en régime nominal et transitoire. Ce matériau présente avantageusement une température de fusion supérieure à la maximale de jonction des transistors.

Le boîtier 11 est, par exemple, métallique. II est par exemple réalisé en Aluminium présentant une bonne capacité thermique et léger, ou en Cuivre. En variante, le boîtier est en graphite.

Dans l’exemple des figures 2 et 3, le boîtier 11 comprend des parois 12 13, 14, 15, 16 pas toutes visibles sur ces figures. Ces parois délimitent intérieurement de façon étanche une cavité 20.Ces parois sont en un premier matériau.

Dans l’exemple des figures, le boîtier 11 délimite une cavité 20 sensiblement parallélépipédique. II comprend deux plus grandes parois 12, sous formes de plaques planes sensiblement rectangulaires et parallèles reliées entre elles par des parois latérales comprenant quatre parois latérales à 16, pas toutes visibles, sous formes de plaques planes sensiblement rectangulaires, perpendiculaires aux deux grandes parois 12, 13 et parallèles deux à deux.

Le matériau à changement de phase 5 est inséré dans la cavité 20 comme représenté en coupe sur la figure 2.

Un des points faibles des matériaux à changement de phase est leur faible conductivité thermique. L’aluminium présente, par exemple, une conductivité thermique de 160 Wm^-1K^-1 alors qu’un matériau à changement de phase présente une conductivité thermique de l’ordre de 0.3 Wm“¹K¹

Avantageusement, le support 10 comprend des moyens d’échange thermique 31, ou structure interne d’échange thermique, pour favoriser un échange thermique entre le matériau à changement de phase et le boîtier 11. Cela permet de garantir une transmission de la chaleur vers la partie du matériau à changement de phase la plus éloignée des parois du boîtier et donc de maximiser la proportion du matériau à changement de phase qui va réellement changer de phase pour limiter au maximum la montée en température.

Ces moyens d’échange thermique 31 présentent une conductivité thermique plus élevée que le matériau à changement de phase 5, sont disposés dans la cavité 20 et sont en en contact physique direct avec le boîtier 11 afin de favoriser les échanges thermiques entre le boîtier 11 et le matériau à changement de phase. Cela permet d’augmenter la surface de contact entre le boîtier 11 et le matériau à changement de phase 5.

Ainsi, la cavité 20 comprend une partie occupée par les moyens d’échange thermique 32 et un volume dans lequel est disposé le matériau à changement de phase. Les moyens d’échange thermique sont noyés dans le matériau à changement de phase disposé dans la cavité.

Le matériau à changement de phase 5 est avantageusement en contact physique avec les moyens d’échange thermique 32 de façon à favoriser les échanges thermiques entre les transistors et le matériau à changement de phase 5. Avantageusement, ce contact physique est direct.

Les moyens d’échange thermique 31 comprennent, dans l’exemple des figures, des ailettes 31 en saillie sur au moins une des deux plus grandes parois 12, 13 du boîtier. Ces ailettes 31 sont disposées dans la cavité 20.

De façon plus générale, le boîtier 11 comprend des ailettes 31 en saillie, dans la cavité 20, sur au moins une des parois du boîtier délimitant la cavité 20.

Chaque ailette 31 peut être monobloc avec la paroi sur laquelle elle est en saillie ou bien être fixée à cette paroi.

Dans la réalisation non limitative des figures, les ailettes 31 sont, de forme globalement parallélépipédique. Ces ailettes sont réalisées sous forme de plaques sensiblement planes.

Ces ailettes peuvent être monobloc avec au moins une des deux grandes parois 12, 13. Les moyens d’échange thermique peuvent en variante ou en sus, comprendre une tôle pliée de sorte à former des ailettes, la tôle étant fixée sur grande paroi du boîtier.

En variante et/ou en plus des ailettes 31, les moyens d’échange thermique peuvent comprendre une structure poreuse en matériau présentant une conductivité thermique plus élevée que le matériau à changement de phase comprenant des pores recevant du matériau à changement de phase et/ou une pelote d’un matériau présentant une conductivité thermique plus élevée que le matériau à changement de phase.

Les moyens d’échange thermique 31 peuvent être réalisés dans le même matériau que le boîtier 11. En variante, les moyens d’échange thermique 31 comprennent au moins un autre matériau présentant une conductivité thermique plus importante que le matériau à changement de phase5 comme, par exemple, le cuivre ou le graphite.

Tout comme les ailettes, chacun des moyens d’échange thermique peut être fixé au boîtier ou monobloc avec le boîtier.

Le dispositif de conversion d’énergie comprend des transistors fixés au support 10, et plus précisément au boîtier 11, par des moyens de fixation. Le boîtier peut comprendre, comme visible sur la figure 2, des excroissances 40 en saillie sur au moins une des plus grande faces 12, 13 délimitant un trou recevant les moyens de fixation 140. Lorsque le support 10 comprend des ailettes, ces ailettes s’ajoutent aux excroissances 40, lorsque ces dernières sont présentes.

Comme visible sur les figures 2 et 3, le dispositif de conversion d’énergie 130 peut comprendre, mais ce n’est pas obligatoire, un radiateur 50 faisant partie des moyens de refroidissement. Le radiateur 50 comprend des ailettes du radiateur 32 en contact physique direct avec l’air 70 environnant. Le boîtier 11 est interposé entre le radiateur 50 et les transistors 30 ou l’onduleur 3. La solution proposée permet de limiter la taille du radiateur et permet de limiter le besoin de recourir à une solution de refroidissement à caloduc ou à boucle à eau et donc de s’affranchir de leurs inconvénients respectifs. Les moyens de refroidissement peuvent comprendre des moyens pour assurer une circulation forcée de l’air 70, comme par exemple, un ventilateur.

Dans l’exemple des figures, l’onduleur est fixé au support mécanique.

De façon plus large, le système à conversion d’énergie comprend au moins un dispositif de conversion comprenant au moins un transistor de l’onduleur et un support mécanique comprenant un matériau à changement de phase tel que décrit précédemment.

L’invention présente également l’avantage d’être modulaire.

L’invention se rapporte également à un véhicule, par exemple un aéronef, comprenant un système à conversion d’énergie selon l’invention.

L’invention se rapporte également à un procédé d’utilisation du système à conversion d’énergie selon l’invention.

Le procédé comprend :

- une première étape lors de laquelle l’onduleur fonctionne en régime transitoire,

- et éventuellement une deuxième étape lors de laquelle l’onduleur est en régime nominal.

La fusion du matériau à changement de phase est déclenchée lorsque le matériau à changement de phase est dans le régime transitoire.

La fusion du matériau à changement de phase n’est pas déclenchée lors de la deuxième étape.

Un régime transitoire déclenchant la fusion du matériau à changement de phase peut être une phase de démarrage d’un moteur, par exemple une turbine, au moyen d’une machine électrique alimentée par l’onduleur.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système à conversion d’énergie (1) comprenant un ensemble d’au moins une charge (2a, 2b, 20) et un onduleur (3) comprenant des transistors (30), l’onduleur (3) étant destiné à convertir une tension continue en une tension alternative destinée à alimenter électriquement l’ensemble d’au moins une charge (2a, 2b, 20), l’onduleur (3) étant apte à être dans un ensemble d’états comprenant un régime nominal et un régime transitoire dans lequel l’ensemble d’au moins une charge (2a, 2b, 20) prélève, en sortie de l’onduleur (3), une puissance supérieure à une puissance maximale prédéterminée prélevée, en sortie de l’onduleur (3), lorsque l’onduleur (3) est en régime nominal, le système à conversion d’énergie (1) comprenant des moyens de refroidissement des transistors comprenant un support (10) solidaire d’au moins un des transistors de l’onduleur (3) le support (10) comprenant un matériau à changement de phase (5) apte fusionner, le système à conversion d’énergie (1) étant configuré de sorte que, à une température ambiante prédéterminée, une fusion du matériau à changement de phase (5) est provoquée lorsque l’onduleur (3) est dans le régime transitoire et de sorte que, à la température ambiante prédéterminée, il n’y a pas de déclenchement de la fusion du matériau à changement de phase (5) lorsque l’onduleur est dans le régime nominal.
2. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à changement de phase (5) présente une température de fusion supérieure à 70°C.
3. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau à changement de phase (5) présente une température de fusion la température de fusion inférieure à 100°C ou à 120°C.
4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température ambiante est supérieure ou égale à 30°C.
5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’onduleur (3) est dans le régime transitoire pendant durée maximale de 150 secondes.
6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la puissance prélevée en sortie de l’onduleur (3) étant en régime transitoire est supérieure à une puissance maximale autorisée, pouvant être prélevée en sortie de l’onduleur (3) sur une durée de plus de 5 minutes sans détériorer les transistors.
7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support (10) comprend un boîtier (11) renfermant le matériau à changement de phase (5) de façon étanche.
8. Système selon la revendication précédente, comprenant des moyens d’échange thermique pour favoriser un échange thermique entre le matériau à changement de phase et le boîtier.
9. Véhicule comprenant un système selon l’une quelconque des revendications précédentes.
10. Utilisation du système à conversion d’énergie (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant la phase lors de laquelle l’onduleur est dans le régime nominal et une phase lors de laquelle l’onduleur est dans le régime transitoire, une fusion du matériau à changement de phase étant déclenchée lorsque le matériau à changement de phase est dans le régime transitoire.