FR3110944A1

FR3110944A1 - Dispositif de freinage comprenant un dissipateur thermique

Info

Publication number: FR3110944A1
Application number: FR2005566A
Authority: FR
Inventors: Thierry Pasquet
Original assignee: Foundation Brakes France SAS
Current assignee: Hitachi Astemo France SAS
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: FR3110944B1

Abstract

Le dispositif de freinage pour véhicule comprend :- des moyens de freinage,- un moteur électrique apte à actionner les moyens de freinage, et- un radiateur comprenant au moins un dissipateur thermique (4) apte à dissiper de la chaleur produite par le moteur électrique. Le dissipateur thermique comprend au moins une mousse à pores ouverts (8) agencée pour participer à la dissipation de la chaleur. Figure pour l’abrégé : figure 4

Description

Dispositif de freinage comprenant un dissipateur thermique

L’invention se rapporte à un dispositif de freinage pour un véhicule.

Un dispositif de freinage est par exemple un dispositif de freinage à disque plus communément appelé « frein à disque » ou un dispositif de freinage à tambour plus communément appelé « frein à tambour ». Il comprend en général des moyens de friction reliés à un organe d’actionnement apte à déplacer les moyens de friction en direction d’un organe de freinage fixé à une roue du véhicule. Cela a pour but de mettre les moyens de friction, par exemple des garnitures ou plaquettes de frein, en contact avec l’organe de freinage pour freiner le véhicule par friction ou de les écarter de l’organe de freinage dans le but de cesser le freinage. Lorsque le système de freinage est un frein à disque, l’organe de freinage est formé par un disque solidaire en rotation de la roue. Dans le cas d’un frein à tambour, l’organe de freinage est formé par un tambour solidaire en rotation de la roue.

L’organe d’actionnement peut comprendre, par exemple, un moteur électrique engagé dans un réducteur actionnant le mouvement d’un ou plusieurs pistons, ces pistons déplaçant alors des plaquettes de frein sur le disque ce qui entraine le freinage. Lors de son fonctionnement, le moteur électrique produit de la chaleur. Cette chaleur est susceptible de changer le comportement du moteur, par exemple en altérant ses performances. En outre, les consignes de freinage peuvent varier en fonction de la température du dispositif de freinage et la chaleur produite par le moteur électrique est susceptible de modifier la température du dispositif de freinage. Il est donc nécessaire d’évacuer le plus efficacement possible l’énergie thermique produite par le moteur électrique afin de permettre un fonctionnement sûre et efficace du dispositif de freinage.

De bons résultats sont obtenus par ces dispositifs mais il reste nécessaire de fournir de nouveaux dispositifs plus efficaces, économiques et faciles à fabriquer.

L’invention a notamment pour but de fournir un tel un dispositif de freinage amélioré.

À cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de freinage pour véhicule comprenant :

- des moyens de freinage,

- un moteur électrique apte à actionner les moyens de freinage, et

- un radiateur comprenant au moins un dissipateur thermique apte à dissiper de la chaleur produite par le moteur électrique, le dissipateur thermique comprenant au moins une mousse à pores ouverts agencée pour participer à la dissipation de la chaleur.

La structure de la mousse à pores ouverts ou toute structure tridimensionnelle délimitant des canaux de ventilation répartis dans l’espace permet d’augmenter la surface d’échange de chaleur entre le dissipateur thermique et l’environnement de ce dissipateur thermique, notamment l’air qui l’entoure. En effet, une structure en mousse à pores ouverts peut contenir un grand volume de gaz, par exemple de l’air, dans ses pores. Ces pores ouverts forment un réseau interconnecté qui favorise à la fois la circulation du gaz entre les pores et les échanges de chaleur par convection entre ce gaz et le dissipateur thermique ce qui permet de dissiper efficacement la chaleur produite par le moteur électrique. Les canaux de ventilation ont une dimension transversale comprise entre 10^-7mètres et 5 x 10^-3mètres. On peut prévoir que le dissipateur thermique est réalisé en tout matériau connu comme pouvant être utilisé pour la fabrication d’un dissipateur thermique, par exemple en métal. On peut prévoir que la mousse à pores ouverts soit une mousse stochastique, c’est-à-dire dans laquelle la répartition des pores est aléatoire, ou une mousse régulière, c’est-à-dire dans laquelle la structure est ordonnée et les pores répartis selon un schéma particulier.

On peut prévoir que le dispositif de freinage soit un frein à disque ou un frein à tambour. Comme indiqué précédemment, dans le cas où le dispositif de freinage est un frein à disque, les moyens de freinage comprennent des plaquettes de frein, ces plaquettes de frein étant actionnées par le moteur électrique afin de procéder au freinage. Dans le cas où le dispositif de freinage est un frein à tambour, les moyens de freinage comprennent des garnitures, ces garnitures étant actionnées par le moteur électrique afin de procéder au freinage.

De manière avantageuse, le moteur est un moteur sans balais.

Avantageusement, des moyens de commutation sont disposés dans un boitier du moteur à proximité du radiateur.

Avantageusement, le dissipateur thermique comprend une paroi présentant deux faces principales, une des faces étant au contact du moteur électrique et fixée à celui-ci, l’autre face portant la mousse à pores ouverts.

Ainsi, la chaleur produite par le moteur électrique est transférée depuis le moteur électrique vers la face du dissipateur thermique au contact de celui-ci puis est transférée par conduction dans le reste du dissipateur thermique et notamment dans la mousse à pores ouverts. La mousse à pores ouverts, du fait de sa structure, représente une grande partie de la surface du dissipateur thermique ce qui favorise les échanges de chaleur par convection avec l’air qui circule dans les pores ouverts de la mousse et permet donc une élimination plus efficace de la chaleur.

De manière avantageuse, la paroi et la mousse à pores ouverts forment une seule pièce.

De cette manière, le transfert de chaleur depuis la paroi vers la mousse à pores ouverts et plus efficace. On peut par exemple prévoir que la paroi et la mousse à pores ouverts sont fabriqués en même temps par exemple par synthèse additive (aussi appelée impression tridimensionnelle) ou par moulage. Alternativement, on peut prévoir que la paroi et la mousse à pores ouverts sont fabriquées séparément puis soudées ensembles.

Avantageusement, le dissipateur thermique comprend des reliefs profilés s’étendant à partir de la paroi.

Ces reliefs participent eux aussi à l’augmentation de la surface d’échange entre le dissipateur thermique et le gaz l’environnant, notamment de l’air, afin d’améliorer encore la dissipation de la chaleur par convection. On peut par exemple prévoir que ces reliefs profilés forment des picots ou des ailettes.

De manière avantageuse, les reliefs profilés définissent entre eux au moins un logement dans lequel la mousse à pores ouverts est logée.

On optimise ainsi la place disponible sur la paroi portant les reliefs profilés et la mousse à pores ouverts.

On peut prévoir que, le dissipateur thermique comprenant plusieurs mousses à pores ouverts, les reliefs profilés définissent entre eux plusieurs logements, chaque logement étant respectivement occupé par une des mousses à pores ouverts.

Il est ainsi possible d’optimiser encore plus la place disponible sur la paroi et la surface disponible pour les échanges de chaleur.

Avantageusement, les reliefs profilés forment une seule pièce avec la ou les mousses à pores ouverts et/ou avec la paroi.

Comme indiqué précédemment, les échanges de chaleur entre ces différents éléments sont ainsi favorisés et la fabrication du dissipateur thermique est simplifiée. En outre, on réduit ainsi le risque qu’une pièce se détache de l’ensemble formé par le dissipateur thermique. On peut prévoir que les reliefs profilés, la ou les mousses à pores ouverts et la paroi forment une seule pièce et sont fabriqués, par exemple, par synthèse additive ou moulage. Alternativement, on peut prévoir que chaque pièce soit fabriquée séparément et que les pièces soient ensuite fixées les unes aux autres, par exemple par soudage.

De manière avantageuse, les reliefs profilés forment des ailettes.

L’invention concerne également un véhicule comprenant un dispositif de freinage tel que décrit précédemment.

L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’un radiateur apte à dissiper de la chaleur produite par un moteur électrique d’un dispositif de freinage pour véhicule, comprenant une étape de fabrication par synthèse additive d’une paroi et d’au moins une mousse à pores ouverts, la paroi et la mousse à pores ouverts formant une seule pièce et formant un dissipateur thermique apte à dissiper de la chaleur produite par le moteur électrique du dispositif de freinage.

Brève description des figures

Des modes de réalisation de l’invention donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs sont décrits ci-après en se référant aux figures annexées dans lesquelles :

la figure 1 est une vue en perspective d’un dispositif de freinage pour véhicule selon l’invention pour lequel les mousses à pores ouvertes du dissipateur thermique ne sont pas représentées.

la figure 2 est une vue en perspective d’un deuxième mode de réalisation d’un dissipateur thermique apte à être utilisé avec le dispositif de freinage tel que représenté sur la figure 1 et pour lequel les mousses à pores ouvertes ne sont pas représentées.

la figure 3 est une vue en perspective d’un troisième mode de réalisation d’un dissipateur thermique apte à être utilisé avec le dispositif de freinage tel que représenté sur la figure 1.

la figure 4 est une vue en perspective d’un quatrième mode de réalisation d’un dissipateur thermique apte à être utilisé avec le dispositif de freinage tel que représenté à la figure 1.

Description détaillée

Dans le cas présent, le dispositif de freinage 1 représenté à la figure 1 est un dispositif de frein à disque 1. On peut prévoir que l’invention soit mise en œuvre sur un autre type de dispositif de freinage, par exemple sur un frein à tambour. Ici, le véhicule sur lequel est destiné à être monté ce dispositif de freinage 1 est une automobile. On peut toutefois prévoir que le dispositif de freinage 1 selon l’invention soit monté sur un autre de type de véhicule, par exemple un avion, un train ou un vélo.

Le dispositif de frein à disque 1 est connu en lui-même et ne sera pas décrit en détails. Il comprend notamment des moyens de freinage qui comprennent des moyens de friction (non représentés) formés par des plaquettes de frein et un organe de freinage (non représenté) formé par un disque.

Le dispositif de freinage 1 comprend en outre un moteur électrique 2 monté sur une des faces du dispositif de freinage 1 (voir figure 1). On peut par exemple prévoir que ce moteur électrique 2 est un moteur électrique à courant continu ou un moteur électrique sans balais (aussi appelé «moteur brushless» ou «bldc»). Ce moteur électrique 2 est apte à actionner les moyens de freinage de manière à entrainer le freinage du véhicule. Typiquement, lorsque le moteur électrique 2 est mis en route, il entraine le déplacement des moyens de friction, ici formés par les plaquettes de frein, contre l’organe de freinage, ici formé par le disque, de manière à ce qu’elles viennent frotter contre ce dernier et entrainer ainsi le freinage du véhicule.

Un radiateur 3 est monté sur une face du moteur électrique 2 opposée à celle par laquelle le moteur électrique 2 est fixé au dispositif de freinage 1. Ce radiateur 3 comprend un dissipateur thermique 4 apte à dissiper de la chaleur produite par le moteur électrique 2 lors de son fonctionnement.

Le premier mode de réalisation de dissipateur thermique 4 selon l’invention est représenté sur la figure 1. Ce dissipateur thermique 4 a une forme générale de plaque dont les contours correspondent sensiblement à ceux du moteur électrique 2 et comprend notamment une paroi 5 elle-même en forme de plaque présentant deux faces. Une première face de la paroi 5 est en regard du moteur électrique 2 et fixée à ce dernier. La paroi 5 comprend une deuxième face opposée à la première face. Des reliefs profilés sous la forme d’ailettes 6 s’étendent à partir de la deuxième face de la paroi 5 perpendiculairement par rapport à cette paroi 5 et sur une plus grande partie de la longueur de celle-ci (voir figure 1). Ces ailettes 6 s’étendent chacune dans un plan qui est parallèle aux plans respectifs dans lesquels s’étendent les autres ailettes 6. Dans le cas présent, la paroi 5 et les ailettes 6 forment une seule pièce et sont faits de la même matière, à savoir en métal. On peut prévoir que la paroi 5 et les ailettes 6 ne forment pas une seule pièce et/ou qu’ils ne soient pas faits de la même matière. Les ailettes 6 délimitent entre elles des logements 7 dans lesquels des mousses à pores ouverts 8 (non représentés sur la figure 1) sont logées. La structure de ces mousses à pores ouverts 8 est similaire à celles des mousses à pores ouverts 8 représentées sur les figures 3 et 4. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 1, il est prévu que les mousses à pores ouverts 8 occupent respectivement chacun des logements 7 formés par les ailettes 6. On peut prévoir que les mousses à pores ouverts 8 occupent entièrement ou partiellement les logements 7. Dans le cas présent, les mousses à pores ouverts 8 sont toutes des mousses stochastiques. On peut prévoir que certaines seulement de ces mousses à pores ouverts 8 soient stochastiques, les autres mousses à pores ouverts étant régulières. On peut également prévoir que toutes les mousses à pores ouverts 8 soient régulières. Dans le cas présent, les mousses à pores ouverts 8 sont d’une seule pièce avec la paroi 5 et les ailettes 6 et sont faites de la même matière que celles-ci. Dans le cas présent, le dissipateur thermique 4 est fabriqué par synthèse additive de sorte que tous les éléments le composant (la paroi 5, les ailettes 6 et les mousses à pores ouverts 8) sont fabriqués en mêmes temps et ne forment qu’une seule pièce.

Lorsque le moteur électrique 5 fonctionne, il produit de la chaleur ce qui augmente sa température. Cette chaleur est transférée par conduction depuis le moteur électrique 2 vers le dissipateur thermique 4 du radiateur 3 et se répand dans la paroi 5 du dissipateur thermique 4 puis dans les ailettes 6 et les mousses à pores ouverts 8, là encore par conduction. La chaleur est ensuite transférée depuis les ailettes 6 et les mousses à pores ouverts 8 vers le gaz du milieu extérieur, ici de l’air, par convection. L’augmentation de la surface d’échange entre le dissipateur thermique 4 et l’air environnant qui est obtenue notamment grâce à la présence des mousses à pores ouverts 8, ainsi que celle des ailettes 6, permet d’accélérer et de favoriser l’évacuation de la chaleur et donc le refroidissement du moteur électrique 2, ce qui préserve les performances de ce dernier. En outre, au sein d’une même mousse à pores ouverts 8, le fait que les pores soient tous en communication fluidique les uns avec les autres permet de favoriser la circulation de l’air à travers la mousse à pores ouverts 8 ce qui accélère encore la dissipation de la chaleur et donc le refroidissement du moteur électrique 2.

La figure 2 représente un second mode de réalisation du dissipateur thermique 4 décrit ci-dessus. Il en diffère notamment en ce que les reliefs profilés ne forment plus des ailettes 6 comme dans le précédent mode de réalisation mais des picots 9. Ces picots 9 s’étendent tous à partir de la deuxième face de la paroi 5 du dissipateur thermique 4 et leurs axes longitudinaux respectifs sont perpendiculaires à un plan dans lequel s’étend la paroi 5 (voir figure 2). Dans le cas présent, les picots 9 ont tous la même forme et la même taille. On peut prévoir que certains au moins de ces picots 9 ont une forme et/ou une taille différente de celle des autres picots 9. À nouveau, les mousses à pores ouverts 8 ne sont pas représentées sur la figure 2. Elles sont semblables à celles représentées sur les figures 3 et 4 et telles que décrites pour la figure 1. Dans ce deuxième mode de réalisation, les reliefs profilés représentés par les picots 9 ne forment pas de logement pour les mousses à pores ouverts 8. Les mousses à pores ouverts 8 sont réparties entre les picots 9. On peut prévoir qu’au moins un des picots 9 soit disposé à l’intérieur d’une des mousses à pores ouverts, voire la traverse de part en part.

Comme pour le mode de réalisation précédent, lorsque le moteur électrique 2 fonctionne il produit de la chaleur ce qui augmente sa température. Cette chaleur est transférée par conduction depuis le moteur électrique 2 vers le dissipateur thermique 4 du radiateur 3 et se répand dans la paroi 5 du dissipateur thermique 4 puis dans les picots 9 et les mousses à pores ouverts 8, là encore par conduction. La chaleur est ensuite transférée depuis les picots 9 et les mousses à pores ouverts 8 vers l’air environnant par convection. Comme précédemment, l’augmentation de la surface d’échange entre le dissipateur thermique 4 et l’air environnant qui est obtenue grâce à la présence des mousses à pores ouverts 8, ainsi que celle des picots 9, permet d’accélérer et de favoriser l’évacuation de la chaleur et donc le refroidissement du moteur électrique 2, ce qui préserve les performances de ce dernier.

La figure 3 représente un troisième mode de réalisation du dissipateur thermique 4 décrit à la figure 1. Il en diffère notamment en ce qu’il ne comprend pas de relief profilé. Une seule mousse à pores ouverts 8 s’étend à partir de la deuxième face de la paroi 5 du dissipateur thermique, cette mousse à pores ouverts 8 recouvrant presque en totalité la deuxième face de la paroi 5.

Comme pour les modes de réalisation précédents, lorsque le moteur électrique 2 fonctionne il produit de la chaleur ce qui augmente sa température. Cette chaleur est transférée par conduction depuis le moteur électrique 2 vers le dissipateur thermique 4 du radiateur 3 et se répand dans la paroi 5 du dissipateur thermique 4 dans la mousse à pores ouverts 8, là encore par conduction. La chaleur est ensuite transférée depuis la mousse à pores ouverts 8 vers l’air environnant par convection. Comme précédemment, l’augmentation de la surface d’échange entre le dissipateur thermique 4 et l’air environnant qui est obtenue grâce à la présence des mousses à pores ouverts 8, permet d’accélérer et de favoriser l’évacuation de la chaleur et donc le refroidissement du moteur électrique 2, ce qui préserve les performances de ce dernier. Le dissipateur thermique 4 de ce mode de réalisation est particulièrement simple et rapide à fabriquer, notamment par synthèse additive.

La figure 4 représente un quatrième mode de réalisation du dissipateur thermique 4 décrit à la figure 1. Il en diffère uniquement par le nombre plus réduit d’ailettes 6 qu’il comprend. Dans ce quatrième mode de réalisation, le dissipateur thermique 4 comprend ainsi quatre ailettes 6 qui définissent entre elles trois logements 7 dans lesquels sont présents trois mousses à pores ouverts 8. Le dissipateur thermique 4 comprend en outre deux autres mousses à pores ouverts 8 qui se trouvent au niveau de deux extrémités longitudinales du dissipateur thermique 4 et ne sont pas présentes dans un des logements 7. Le mode de fonctionnement de ce dissipateur thermique 4 est identique à celui décrit pour le premier mode de réalisation.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

Liste de références

1 : dispositif de freinage

2 : moteur électrique

3 : radiateur

4 : dissipateur thermique

5 : paroi du dissipateur thermique

6 : ailette

7 : logement pour les mousses à pores ouverts

8 : mousse à pores ouverts

9 : picot

Claims

Dispositif de freinage (1) pour véhicule comprenant :
- des moyens de freinage,
- un moteur électrique (2) apte à actionner les moyens de freinage, et
- un radiateur (3) comprenant au moins un dissipateur thermique (4) apte à dissiper de la chaleur produite par le moteur électrique (2), le dissipateur thermique (4) comprenant au moins une mousse à pores ouverts (8) agencée pour participer à la dissipation de la chaleur.
Dispositif de freinage (1) selon la revendication 1, dans lequel le dissipateur thermique (4) comprend une paroi (5) présentant deux faces principales, une des faces étant au contact du moteur électrique (2) et fixé à celui-ci, l’autre face portant la mousse à pores ouverts (8).
Dispositif de freinage (1) selon la revendication précédente, dans lequel la paroi (5) et la mousse à pores ouverts (8) forment une seule pièce.
Dispositif de freinage (1) selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel le dissipateur thermique (4) comprend des reliefs profilés (6, 9) s’étendant à partir de la paroi (5).
Dispositif de freinage (1) selon la revendication précédente, dans lequel les reliefs profilés (6, 9) définissent entre eux au moins un logement (7) dans lequel la mousse à pores ouverts (8) est logée.
Dispositif de freinage (1) selon la revendication précédente, dans lequel, le dissipateur thermique (4) comprenant plusieurs mousses à pores ouverts (8), les reliefs profilés (6, 9) définissent entre eux plusieurs logements (7), chaque logement (7) étant respectivement occupé par une des mousses à pores ouverts (8).
Dispositif de freinage (1) selon l’une quelconque des revendication 4 à 6, dans lequel les reliefs profilés (6, 9) forment une seule pièce avec la ou les mousses à pores ouverts (8) et/ou avec la paroi (5).
Dispositif de freinage (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel les reliefs profilés forment des ailettes (6).
Véhicule comprenant un dispositif de freinage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Procédé de fabrication d’un radiateur (3) apte à dissiper de la chaleur produite par un moteur électrique (2) d’un dispositif de freinage (1) pour véhicule, comprenant une étape de fabrication par synthèse additive d’une paroi (5) et d’au moins une mousse à pores ouverts (8), la paroi (5) et la mousse à pores ouverts (8) formant une seule pièce et formant un dissipateur thermique (4) apte à dissiper de la chaleur produite par le moteur électrique (2) du dispositif de freinage (1).