Bobinage électromagnétique de puissance

Abstract

 L'invention se rapporte aux bobinages électromagnétiques de puissance comprenant des pistes conductrices (P₁ à P_n, S₁ à S_n) dont la forme et l'agencement permettent d'obtenir un très bon couplage et une tension maximum d'isolement. Chaque spire (1) indépendante est recouverte d'un dépôt d'isolant électrique et est ensuite assemblée en alternance avec d'autres spires de même forme et même structure, de manière à réaliser deux enroulements (P₁ à P_n) et (S₁ à S_n) disposés chacun sur un axe.
Application aux transformateurs de puissance.

Description

[0001] La présente invention concerne les bobinages électromagnétiques de puissance et les transformateurs comportant de tels bobinages généralement utilisés dans des circuits électroniques de puissance et en particulier dans des alimentations électriques de circuits électroniques.

[0002] Selon qu'il s'agit d'une self-inductance ou d'un transformateur de tension, le bobinage comporte un support sur lequel repose un ensemble de spires conductrices, indépendantes, jointives, recouvertes d'une gaine isolante et à l'intérieur desquelles un circuit magnétique peut être introduit et sur lequel sont imprimés des pistes conductrices permettant de réaliser une continuité électrique entre chaque spire. Ces spires conductrices sont recourbées sur elles-mêmes vers l'intérieur ou l'extérieur, suivant qu'il s'agit d'une self-inductance ou d'un transformateur, de manière à former une loge dans laquelle peut être introduit le circuit magnétique, par exemple un ferrite. Les extrémités de chacune de ces spires conductrices sont situées à l'opposé l'une de l'autre et sont réalisées afin de pouvoir reposer sur le support comprenant un substrat isolant et conducteur thermique ; ces extrémités assurent également une continuité électrique et une conduction thermique avec le substrat isolant pour dissiper la chaleur transmise par les spires lors du passage d'un courant à l'intérieur du bobinage. Les densités de courant utilisées dans les différentes applications, notamment dans les alimentations à découpage, sont relativement élevées et des problèmes de tension d'isolement et de couplage apparaissent avec l'utilisation de tels bobinages.

[0003] Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en modifiant la forme des spires et en proposant un entrelacement particulier de ces spires.

[0004] Par ailleurs, suivant une sérigraphie des pistes conductrices du substrat isolant, on peut faire varier les dimensions du bobinage en fixant un rapport de transformation pour un transformateur ou des caractéristiques pour une self-inductance.

[0005] La présente invention a pour objet un bobinage électromagnétique de puissance comportant des spires conductrices positionnées sur un même axe, chaque spire étant indépendante, composé d'un premier ensemble de spires (P₁ à P_n) formant un enroulement primaire et d'un deuxième ensemble (S₁ à S_n) formant un enroulement secondaire constituant ainsi un transformateur, ces spires reposant sur un support comprenant un substrat isolant et conducteur thermique et sur lequel sont imprimées des pistes conductrices permettant de réaliser une continuité électrique entre chaque spire, qui, par ces extrémités assurent une continuité électrique et une conduction thermique avec le substrat pour évacuer la chaleur transmise par les spires, le bobinage étant caractérisé en ce que les extrémités du premier ensemble de spires (P₁ à P_n) sont alignées sur un axe et en ce que les extrémités du deuxième ensemble de spires (S₁ à S_n) sont alignés sur un autre axe, grâce à un agencement des spires permettant d'obtenir un très bon couplage.

[0006] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 représente une vue éclatée du bobinage selon l'invention dans une première application ;

- la figure 2 représente une vue d'une spire servant à réaliser le bobinage selon l'invention ;

- la figure 3 représente une coupe du bobinage selon l'invention.

[0007] Sur la figure 1, on a représenté une première application du bobinage selon l'invention. Elle concerne une première application de ce bobinage en tant que transformateur. Le bobinage comporte deux ensembles de spires P₁ à P_n et S₁ à S_n positionnées sur un même axe, un circuit magnétique et un support. La bobine est constituée, d'une part, par un premier ensemble de spires conductrices P₁ à P_n connectées en série par le support et d'autre part, par un deuxième ensemble de spires conductrices S₁ à S_p connectées en parallèle par le support. Selon le nombre de spires des deux ensembles, le bobinage se comporte comme un transformateur abaisseur ou élévateur de tension, le primaire étant par exemple constitué par les spires P₁ à P_n et le secondaire par les spires S₁ à S_n. Ces spires P₁ à P_n et S₁ à S_n ne sont pas obtenues de manière conventionnnelle par enroulement d'un seul fil conducteur autour d'un noyau. Elles sont réalisées par un ensemble de conducteurs P₁ à P_n et S₁ à S_n tous identiques. Une spire 1 est représentée à la figure 2. Chacune de ces spires est recourbée sur elle-même, de manière à former, par exemple, un rectangle à l'intérieur duquel peut être introduit un circuit magnétique. Les extrémités de chacune des spires 3 et 4 sont placées côte à côte et sont réalisées de façon à pouvoir reposer sur le support pour établir un contact thermique et électrique. Les extrémités de chaque spire 3 et 4 sont reliées au support 2 de la figure 1 de manière à permettre une liaison électrique, il s'agit par exemple d'une soudure. La forme et l'agencement des spires P₁ à P_n et S₁ à S_n ont été conçus de manière à obtenir une tension maximum d'isolement en éloignant les extrémités des spires primaires et secondaires. Pour cela, l'assemblage des spires P₁ à P_n et S₁ à S_n permettant la constitution de la bobine du bobinage électromagnétique de puissance, est réalisé de la manière suivante : on prend une spire préalablement recouverte par un dépôt d'isolant électrique, telle que représentée à la figure 2, on juxtapose une deuxième spire que l'on aura fait pivoter de 180° de manière à ce que les extrémités de la deuxième spire se trouvent à l'opposé des extrémités de la première spire, on prend ensuite une troisième spire se positionnant derrière la deuxième mais dont les extrémités se retrouvent en vis-à-vis des extrémités de la première spire. On alterne ces spires jusqu'à ce que le bobinage soit constitué. On obtient un alignement, sur un axe, des extrémités 3 et 4 du premier ensemble de spires P₁ à P_n ainsi qu'un alignement sur un autre axe des extrémités 3 et 4 du deuxième ensemble de spires S₁ à S_n. Un tel entrelacement des spires P₁ à P_n et S₁ à S_n c'est-à-dire du primaire et du secondaire sépare les extrémités des spires du primaire et du secondaire et assure un bon couplage.

[0008] Le support 2 comprend un substrat ou circuit imprimé 6 et un système de refroidissement, par exemple un radiateur 7. Le substrat ou circuit imprimé 6 est placé sur le radiateur et en est solidaire, c'est un substrat isolant électrique, bon conducteur thermique. Un ensemble de pistes conductrices F₁ à F_n et G₁ à G₂ est imprimé ou sérigraphié sur le substrat 6 afin que, lorsque la bobine est fixée sur ce substrat 6 et alimentée, le courant puisse la parcourir. En effet, à un instant donné, le courant arrive sur la piste F₁, suit la première spire P₁, puis parcourt successivement la deuxième piste F₂ et la spire P₂ jusqu'à la spire P_n et la piste F_n. Le bobinage comportant un circuit magnétique, un courant traverse également chacune des spires S₁ à S_n; ces spires étant montées en parallèle grâce aux conducteurs G₁ et G₂, on récupère sur les conducteurs un courant dépendant du rapport de transformation choisi. La chaleur dégagée par chaque spire S₁ à S_n et P₁ à P_n et par le circuit magnétique est transmise au substrat 6 longitudinalement le long de ces spires. Le substrat 6 est conçu pour permettre la liaison électrique entre les spires et pour capter avantageusement la chaleur dégagée par le bobinage et la transmettre au radiateur 7. Le conducteur électrique que constitue la spire sert également de conducteur thermique. Le substrat 6 est dans cette réalisation particulière une plaque d'alumine de quelques centaines de microns d'épaisseur. Le radiateur 7 est connu en soi, il permet de dissiper la chaleur dégagée et ainsi de permettre un refroidissement permanent du bobinage.

[0009] Le circuit magnétique 8, 9 est constitué dans notre réalisation particulière, de deux boîtiers aptes à être introduits à l'intérieur du bobinage et à envelopper les spires lorsqu'ils sont joints afin de capter le maximum de flux.

[0010] La figure 3 représente une vue en coupe du circuit selon l'invention. Elle permet de montrer le mouvement du flux de chaleur sur une spire par l'intermédiaire des flèches, représentées sur cette figure, qui indiquent le déplacement du flux lors du passage d'un courant.

[0011] La présente invention s'applique sur un support quelconque pour tout montage en surface. On peut également envisager l'utilisation d'un tel bobinage comme self-inductance, pour cela, il suffit d'adapter les conducteurs du circuit imprimé et de pratiquer un entrefer dans le circuit magnétique.

Revendications

1. Bobinage électromagnétique de puissance comportant des spires conductrices positionnées sur un même axe, chaque spire étant indépendante, composé d'un premier ensemble de spires (P₁ à P_n) formant un enroulement primaire et d'un deuxième ensemble (S₁ à S_n) formant un enroulement secondaire constituant ainsi un transformateur, ces spires reposant sur un support (2) comprenant un substrat isolant (6) et conducteur thermique et sur lequel sont imprimées des pistes conductrices permettant de réaliser une continuité électrique entre chaque spire (1), qui, par ces extrémités (3 et 4) assurent une continuité électrique et une conduction thermique avec le substrat (6) pour évacuer la chaleur transmise par les spires, le bobinage étant caractérisé en ce que les extrémités (3, 4) du premier ensemble de spires (P₁ à P_n) sont alignées sur un axe et en ce que les extrémités (3, 4) du deuxième ensemble de spires (S₁ à S_n) sont alignés sur un autre axe, grâce à un agencement des spires permettant d'obtenir un très bon couplage.

2. Bobinage électromagnétique de puissance selon la revendications 1, caractérisé en ce que les extrémités (3 et 4) de chaque spire sont alternées donnant ainsi deux ensembles de spires (P₁ à P_n) et (S₁ à S_n) disposés chacun sur un axe et permettant d'obtenir une tension maximum d'isolement entre le premier ensemble de spires (P₁ à P_n) et le deuxième ensemble de spires (S₁ à S_n).

3. Bobinage électromagnétique de puissance selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme de l'ensemble des spires conductrices (P₁ à P_n, S₁ à S_n) est un rectangle.

4. Bobinage électromagnétique de puissance selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que des conducteurs constituant chaque spire indépendante sont assemblés mais séparés électriquement par un dépôt d'isolant électrique.

5. Bobinage électromagnétique de puissance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les pistes conductrices du substrat isolant électrique (6) sont imprimés de manière à fixer un rapport de transformation pour un transformateur ou des caractéristiques pour une self-inductance.

Dessins