FR3050802A1 - Dispositif lumineux avec dispositif de dissipation de chaleur - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant au moins une diode électroluminescente (1) pour l'éclairage et/ou la signalisation et un dispositif (2) de dissipation de chaleur comportant une pluralité d'ailettes (20). Conformément à l'invention au moins une des ailettes est réalisée en une matière thermoplastique.

Description

DISPOSITIF LUMINEUX AVEC DISPOSITIF DE DISSIPATION DE
CHALEUR
La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicule automobile notamment, et relèvent notamment des projecteurs équipant de tels véhicules.
Les projecteurs automobiles sont généralement composés d'un boîtier qui est fermé par une paroi transparente à travers laquelle émergent un ou plusieurs faisceaux lumineux. Ce boîtier loge au moins un module optique, comprenant principalement une source lumineuse et un système optique apte à modifier au moins un paramètre de la lumière générée par la source lumineuse pour l'émission du faisceau lumineux par le module optique. Le système optique comprend des composants optiques qui sont par exemple constitués d'un réflecteur, d'une lentille, d'un élément diffusant ou d'un collimateur, voire tout autre organe apte à modifier au moins l'un des paramètres de la lumière générée par la source lumineuse, tel que sa réflexion moyenne et/ou sa direction. L'évolution des techniques tend à favoriser l'utilisation de sources lumineuses constituées d'au moins une diode électroluminescente, en raison de leur faible consommation en énergie et de la qualité de l'éclairage obtenu. Les diodes électroluminescentes ne rayonnent pas de manière omnidirectionnelle mais de manière plus directive que les autres sources lumineuses. Le faible encombrement des diodes électroluminescentes et leur rayonnement lumineux directif permettent de réduire l'encombrement et de simplifier la structure du module optique, avec pour avantage de faciliter leur intégration à l'intérieur du boîtier. Le système optique associé aux diodes électroluminescentes permet de renvoyer la lumière directement émise par la diode électroluminescente suivant une direction générale d'émergence de la lumière hors du module optique, qui correspond notamment à celle d'émission du faisceau lumineux par le projecteur.
Cependant en cours de fonctionnement, les diodes électroluminescentes produisent de la chaleur qui est nuisible à leur fonctionnement, car plus une diode électroluminescente monte en température, plus son flux lumineux diminue.
Il est connu de munir les diodes électroluminescentes d'un dissipateur de chaleur, avantageusement muni d'ailettes, agencé en radiateur à ailettes ou organe analogue. Un tel dissipateur de chaleur est notamment organisé en support de la diode électroluminescente installée sur une carte électronique de commande, et comporte une pluralité d'ailettes globalement planes. Ce dissipateur permet de conduire la chaleur dissipée par la source lumineuse aux ailettes du dissipateur. Ces ailettes permettent d'optimiser l'échange thermique qui a lieu entre leur surface et l'air, qui se réchauffe ainsi au contact des ailettes.
Une première difficulté à surmonter est de trouver un compromis entre l'optimisation de la surface d'échange thermique offerte par les ailettes et l'encombrement global du module optique équipé des moyens nécessaires à son refroidissement. Il est aussi à prendre en compte que l'agencement des moyens de refroidissement des diodes électroluminescentes est dépendant de la chaleur qu'elles génèrent selon leur puissance de fonctionnement, mais aussi de l'encombrement.
Pour optimiser la surface d'échange thermique offerte par les ailettes, il est connu de réaliser le dispositif de dissipation de chaleur en matériau métallique. L'utilisation d'un tel matériau implique des procédés de fabrication particuliers tels que le moulage par injection ou le pliage de feuillard... et peuvent nécessites l'assemblage de nombreuses pièces.
Une autre difficulté est d'intégrer un tel dispositif dans des formes diverses et complexes à l'intérieur du module optique. En particulier, il s'agit d'obtenir, de façon simple et industrielle, les formes souhaitées pour s'adapter aux formes du module optique et pour porter des fonctions telles que les fonctions de fixation au module.
Pour remédier à ce problème d'encombrement et d'intégration des ailettes réalisées en matériau métallique, il est habituellement proposé de réaliser le dispositif de dissipation de chaleur par moulage par injection (die-casting) de matériau métallique.
Cependant, un tel procédé de fabrication, s'il offre de la liberté dans la réalisation de formes variées et complexes, implique une contrainte sur la matière utilisée du fait d'une perte de performance thermique de la matière moulée par rapport au matériau brut, et donc limite le choix de matière ayant une forte capacité d'échange thermique. Les matériaux métalliques restent les meilleurs matériaux pour optimiser les échanges thermiques entre le dispositif et l'air.
Par ailleurs, les contraintes environnementales impliquent la recherche permanente de solutions de réduction de poids afin de limiter les consommations des véhicules (Véhicules électriques par exemple). Avec l'essor de nouvelles matières plastiques fortement conductrices thermiquement, les matériaux métalliques ne sont plus nécessairement le meilleur compromis poids/dissipation thermique. L'invention a pour but de proposer un dispositif lumineux, notamment pour véhicule automobile, de conception simple, avec un encombrement limité, et avec des performances de refroidissement efficace. L'invention a plus précisément pour objet un dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant au moins une diode électroluminescente pour l'éclairage et/ou la signalisation et un dispositif de dissipation de chaleur comportant une pluralité d'ailettes, caractérisé en ce qu'au moins une des ailettes est réalisée en une matière thermoplastique.
Selon d'autres caractéristiques particulièrement avantageuses : - le dispositif lumineux comporte une plaque métallique formant support pour ladite au moins une diode électroluminescente ; - dans un mode de réalisation possible, ladite au moins une diode électroluminescente est montée directement sur la plaque métallique ; le dispositif lumineux peut dans ce cas comporter une carte de circuit imprimé montée également sur la plaque métallique, et connectée électriquement à ladite au moins une diode électroluminescente pour alimenter ladite au moins une diode électroluminescente ; - dans un autre mode de réalisation, ladite au moins une diode électroluminescente est montée sur une carte de circuit imprimé, ladite carte étant montée sur la plaque métallique ; - le dispositif de dissipation de chaleur comporte de préférence un corps rapporté sur la plaque métallique par surmoulage ; - le corps est avantageusement réalisé dans ladite matière thermoplastique ; - la matière thermoplastique est de préférence thermiquement conductrice ; - la matière thermoplastique comporte par exemple une résine thermoplastique choisie dans le groupe comprenant : polyamide, polyéthylène, polyéthylène téréphtalate, polybutylène téréphtalate, polyphtalamide, poly(acide acrylique) ; - la matière thermoplastique peut comporter des charges choisies seules ou en combinaison dans le groupe comprenant : nano particules, sulfure de zinc, oxyde de zinc, nitrure de bore, particules à base de carbone, cuivre et alliage de cuivre (laiton) ; - de façon avantageuse, le matériau métallique composant la plaque est choisi dans le groupe comprenant : aluminium, magnésium, cuivre, et un alliage d'au moins un de ces matériaux. Préférentiellement, le matériau métallique est de l'aluminium. L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : - les figures la et Ib illustrent schématiquement différentes vues d'un exemple de réalisation d'un dispositif lumineux selon l'invention ; - la figure 2 illustre une coupe transverse d'un dispositif lumineux selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre une coupe transverse d'un dispositif lumineux selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Dans la suite, les éléments communs aux différents modes de réalisation portent les mêmes références.
Les figures la et Ibillustrent respectivement une vue transversale et une vue de dessus d'un dispositif lumineux selon un premier exemple de configuration possible.
Le dispositif lumineux comprend ici une diode électroluminescente 1 pour l'éclairage et/ou la signalisation, ainsi qu'un dispositif 2 de dissipation de chaleur comportant une pluralité d'ailettes 20.
Les ailettes 20 permettent de dissiper la chaleur produite par la diode électroluminescente 1, à partir d'une convection obtenue par déplacement ascendant naturel de l'air chaud au regard de la gravité le long des ailettes.
Ainsi, plus les ailettes 20 sont fines, plus le dispositif 2 de dissipation de chaleur peut comporter d'allettes 20, et donc, plus sa surface d'échange avec l'air est importante, permettant d'optimiser l'échange thermique qui a lieu entre leur surface et l'air, qui se réchauffe ainsi au contact des ailettes.
Le dispositif lumineux comprend par ailleurs une plaque métallique 3 qui sert de support, d'une part, pour la diode électroluminescente 1, et d'autre part, pour une carte 4 de circuit imprimé. La diode électroluminescente 1 et la carte 4 de circuit imprimé sont ici montées directement sur la plaque métallique 3. Deux fils électriques 5 permettent la connexion électrique entre les deux composants, de façon à alimenter la diode électroluminescente.
Le mode de réalisation montré sur la figure 2 ne diffère du mode précédent qu'en ce que la diode électroluminescente 1 est montée sur la carte 4 de circuit imprimé, ladite carte 4 étant montée quant à elle sur la plaque métallique 3.
Le mode de réalisation montré sur la figure 3 ne diffère du mode de réalisation des figures la et Ib qu'en ce qui concerne le positionnement du dispositif 2 de dissipation de chaleur, avec des ailettes 20 qui s'étendent transversalement par rapport à la plaque métallique 3, alors que ces ailettes s'étendent, dans le cas des figure la et Ib, sensiblement parallèlement à la plaque métallique 3.
Dans tous les modes représentés, le dispositif 2 de dissipation de chaleur comporte un corps 21, l'intégralité du corps 21 et des ailettes 20 étant réalisé en une matière thermoplastique. Le corps 21 est ainsi rapporté avantageusement par surmoulage sur la plaque métallique 3.
Selon un mode de réalisation préféré, la matière thermoplastique utilisée est thermiquement conductrice, de façon à améliorer les performances thermiques du dispositif 2 de dissipation de chaleur, faisant de ce dispositif un dispositif à haut rendement thermique.
Ce dispositif 2 de dissipation de chaleur comporte alors un double avantage par rapport aux dispositifs connus : il possède une performance thermique accrue combinée à une facilité d'usinage du dispositif complet. L'homme du métier connaît des matières thermoplastiques thermiquement conductrices.
Dans le cadre de l'invention, on choisit de préférence une matière thermoplastique dont la conductivité thermique est supérieure à 10 W.m'^.K'^. On appelle conductivité thermique, l'énergie quantité de chaleur transférée par unité de surface et de temps sous un gradient de température de 1 kelvin par mètre.
On peut utiliser une matière thermoplastique comprenant une résine thermoplastique et des charges dont la nature, la forme et la taille sont choisies pour augmenter la conductivité thermique de la résine seule.
On peut utiliser une résine thermoplastique choisie dans le groupe comprenant: polyamide, polyéthylène, polyéthylène téréphtalate, polybutylène téréphtalate, polyphtalamide, poly(acide acrylique) .
On peut utiliser des charges choisies dans le groupe comprenant : nano particules, sulfure de zinc, oxyde de zinc, nitrure de bore, particules à base de carbone, cuivre et alliage de cuivre (laiton).
On peut par exemple utiliser les matières thermoplastiques thermiquement conductrices suivantes : - Une composition teiie que décrite dans le document US902283. Une teiie composition comprend une matrice de polyamide et du sulfure de zinc dispersé dans ia matrice. - Une composition teiie que décrite dans le document WO0196458. Une telle composition comprend une matrice contenant des particules dont la forme et la taille sont choisies pour obtenir une conductivité thermique à faible taux de remplissage. - Une composition teiie que décrite dans le document US6162849. Une telle composition comprend un poiymère thermoplastique, au moins 60% en poids d'un méiange de poudres de nitrure de bore ayant une taille moyenne d'au moins 50 microns; et un agent de couplage. Une telle composition a une conductivité thermique moyenne supérieure à 10 W.m'^.K'^. - Une composition teiie que décrite dans le document US8685534. Une telle composition comprend une matrice en résine et une charge à conductivité thermique éievée. La charge à conductivité thermique élevée forme un composite organique-inorganique en continuité avec la matrice, et les charges ont un rapport d'aspect compris entre 3 et 100. Les charges sont sensiblement uniformément réparties dans ia matrice, et sont alignés essentiellement dans la même direction. - Une composition telle que décrite dans le document US821662. Une telle composition comprend une matrice de résine hautement structurée, et des charges de haute conductivité thermique. Les charges à haute conductivité thermique ont une longueur de 1 à 1000 nm, et ont un rapport d'aspect compris entre 3 et 100. - Une composition telle que décrite dans le document KR101139412. Une telle composition comprend 30 à 80% en poids de résine thermoplastique; 10 à 60% en poids d'un mélange contenant des charges isolantes de forme sphérique et en plaque; et 10 à 50% en poids de fibres inorganiques.
Dans les différents modes de réalisation illustrés sur les figures, l'intégralité du dispositif 2 de dissipation de chaleur est formée d'une matière thermoplastique. Dans d'autres modes de réalisation selon l'invention, il suffit qu'au moins une des ailettes 20 soit réalisée en une matière thermoplastique.
Le matériau métallique composant la plaque est choisi dans le groupe comprenant : aluminium, magnésium, cuivre, et un alliage d'au moins un de ces matériaux. Préférentiellement, le matériau métallique est de l'aluminium.
Dans tous les cas, outre sa fonction de support des composants (LED et PCB) et des ailettes en thermoplastique, cette partie métallique sera mise en position sur un système optique permettant la mise en forme de la lumière.
Ce système optique pourra être composé de réflecteurs, lentilles ou assemblage de l'un ou l'autre. Cet assemblage compose le module d'éclairage.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif lumineux pour véhicule automobile, comprenant au moins une diode électroluminescente (1) pour l'éclairage et/ou la signalisation et un dispositif (2) de dissipation de chaleur comportant une pluralité d'ailettes (20), caractérisé en ce qu'au moins une des ailettes est réalisée en une matière thermoplastique.
  2. 2. Dispositif lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque métallique (3) formant support pour ladite au moins une diode électroluminescente (1).
  3. 3. Dispositif lumineux selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite au moins une diode électroluminescente (1) est montée directement sur la plaque métallique (3).
  4. 4. Dispositif lumineux selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une carte (4) de circuit imprimé montée également sur la plaque métallique (3), et connectée électriquement à ladite au moins une diode électroluminescente (1) pour alimenter ladite au moins une diode électroluminescente (1).
  5. 5. Dispositif lumineux selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite au moins une diode électroluminescente (1) est montée sur une carte (4) de circuit imprimé, ladite carte (4) étant montée sur la plaque métallique (3).
  6. 6. Dispositif lumineux selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le dispositif (2) de dissipation de chaleur comporte un corps (21) rapporté sur la plaque métallique (3) par surmoulage.
  7. 7. Dispositif lumineux selon la revendication 6, dans lequel ledit corps (21) est réalisé dans ladite matière thermoplastique.
  8. 8. Dispositif lumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière thermoplastique est thermiquement conductrice.
  9. 9. Dispositif lumineux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière thermoplastique comporte une résine thermoplastique choisie dans le groupe comprenant : polyamide, polyéthylène, polyéthylène téréphtalate, polybutylène téréphtalate, polyphtalamide, poly(acide acrylique).
  10. 10. Dispositif lumineux selon la revendication 9, dans lequel la matière thermoplastique comporte des charges choisies seules ou en combinaison dans le groupe comprenant : nano particules, sulfure de zinc, oxyde de zinc, nitrure de bore, particules à base de carbone, cuivre et alliage de cuivre (laiton).
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