EP0065910B1 - Circuit magnétique, inductance utilisant un tel circuit, et procédé de fabrication d'inductances magnétiques - Google Patents

Circuit magnétique, inductance utilisant un tel circuit, et procédé de fabrication d'inductances magnétiques Download PDF

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EP0065910B1
EP0065910B1 EP82400879A EP82400879A EP0065910B1 EP 0065910 B1 EP0065910 B1 EP 0065910B1 EP 82400879 A EP82400879 A EP 82400879A EP 82400879 A EP82400879 A EP 82400879A EP 0065910 B1 EP0065910 B1 EP 0065910B1
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grooves
magnetic
groove
branches
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René Sibille
Pierre Gaudry
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Lcc-Cice - Europeenne De Composants Electroniques Cie
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    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/045—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core of cylindric geometry and coil wound along its longitudinal axis, i.e. rod or drum core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246—Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F2027/348—Preventing eddy currents

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic circuit for inductor according to the preamble of claim 1. It also relates to an inductor using such a magnetic circuit as well as a method of manufacturing said magnetic circuit for the production of said inductors.
  • Inductors in particular miniature inductors for high frequencies, are most generally obtained by winding an enameled copper wire, in the groove of a magnetic pulley made of ferrite or iron powder.
  • This pulley is generally obtained either by injection or molding of magnetic powder mixed with a thermo-plastic or thermosetting material, or by size, from a cylindrical bar using a diamond wheel. In the latter case, a certain number of grooves can be machined successively or simultaneously on the same cylindrical bar. There is thus obtained a plurality of grooves regularly distributed over this bar, grooves in which the copper wire is wound. This winding operation can be carried out on all of the pulleys constituting the bar, then each individual pulley is obtained by cutting up said bar.
  • the magnetic circuit according to the invention makes it possible to avoid these drawbacks.
  • the width of the upper groove is smaller than that of the lower groove, in that insulating means are arranged on each lower branch of the magnetic circuit and in that said insulating means separate said lower branches of said electrical connection means, so as to favor as much as possible the passage of the magnetic flux in the air gap defined by the upper branches.
  • the upper groove which is narrower than the lower groove, makes it possible to limit eddy currents in the lower metal parts as much as possible and to encourage the passage of magnetic flux in the upper air gap as much as possible, which corresponds to the part of the circuit having the most low reluctance. This effect is further improved when the branches surrounding the lower throat are longer than the branches surrounding the upper throat.
  • the electrical connection means as defined above can be produced according to different variants: they can be constituted for example by metallic deposits, metallic tabs adapted to the printed circuit, these being glued to the magnetic core via an insulating part.
  • the invention also relates to magnetic inductors comprising a magnetic circuit as defined above, said magnetic circuit being provided with a suitable winding. The ends of this winding will be electrically connected to the electrical connection means.
  • grooves or grooves can be carried out by pressing or by horizontal, sequential or simultaneous grooving, by any suitable means well known to those skilled in the art.
  • the grooving will be carried out parallel to the lateral plane of the parallelepiped bar, making it possible to obtain, after separation, magnetic circuits having an H shape in a plane perpendicular to the lateral plane of the bar.
  • FIG. 1 represents a magnetic circuit according to the invention.
  • This magnetic circuit is obtained, as will be seen below, from a parallelepiped bar having a rectangular lateral face 2 and which has been subjected to a grooving operation after which a plurality of upper grooves such as 7 and lower grooves such as 6 have been made. These grooves are separated by a solid part 8. The non-grooved parts of the front face of the parallelepiped are then cut parallel to the face 2 to form magnetic circuits.
  • the groove 7 has two vertical walls 21 and 23 and a horizontal wall 22 which limit the central part 8 of the magnetic circuit.
  • the lower groove 6 has walls arranged in the same way as that of the groove 7.
  • the upper groove 7 is surrounded by two upper branches 17 and 18 while the lower groove 6 is surrounded by two lower branches 15 and 3. Under each of these lower branches, connection means 19 and 20 are shown.
  • the coil 24 made up of several turns wound inside the grooves 6 and 7, the ends 25 and 26 of said coil being respectively connected to the connection means 20 and 19.
  • the width a of the groove upper 7 is very inferior. smaller than the width b of the lower groove 6.
  • the ratio between the width b between the lower legs and the width a between the upper legs will be between 1.5 and 3.
  • the ratio between the height of the lower legs d and the height of the upper legs c will be between 1.5 and 2 and preferably of the order of 2.
  • inductor as seen in section in Figure 1, inductor having electrical connection means particularly suitable for fixing it on hybrid circuit supports.
  • the ends of the winding, such as 25 are respectively connected to metallized tapes such as 28 and 29, the connection being made in the extension of the axis of the groove 7.
  • the electrical connection between the end 25 and the metallized tape 28 is therefore located substantially in the middle of it.
  • the magnetic circuit is fixed on an insulating support such as 30 using a suitable adhesive such as a polyurethane epoxy adhesive, etc., this insulating support comprising metallized tapes 28 and 29.
  • the lateral rectangular face 16 of the magnetic circuit is arranged in the extension of the lateral face of the insulating support 30.
  • FIG. 3 a another alternative embodiment is shown of the electrical connection means fixed to the lower legs of the magnetic circuit.
  • these electrical connections 19 and 20 are made by metallic deposition such as a silver paste.
  • the ends 25 and 26 of the winding are then electrically welded on the connections 19 and 20 previously tinned, as shown in FIG. 3b which is a section along the axis BB of the magnetic circuit shown in FIG. 3a.
  • FIG. 4 represents another alternative embodiment of the circuit shown in FIG. 2, the only difference being the presence of two radial outputs 31 and 32 for the printed circuit, outputs connected respectively to the electrical connection means 28 and 29.
  • FIG. 5 represents the different stages of the method according to the invention.
  • a parallelepiped magnetic bar 40 and a metallized substrate 41 (FIG. 5a) which are assembled along their surfaces of common dimensions (FIG. 5b) using, for example, a layer of adhesive 42.
  • the metallized substrate 41 has on its lower face a groove 45 extending over its entire length, in parallel with a long side of the substrate 41.
  • the assembly is then grooved as explained above to form sets of grooves which are parallel to each other, upper grooves 43 and lower grooves 44 (FIG. 5c).
  • the inductances are then wound using a single enamelled copper wire 46 which is first introduced into the groove 45 then welded therein (FIG. 5d) and wound in the grooves 43 and 44 according to the number of turns requested, etc ... (we can proceed to the sequential or simultaneous welding of the wire 46 in the groove 45).
  • Figure 5e a succession of inductors which will be separated along the axes 47, 48, 49, 50, ... ( Figure 5d and 5e).

Description

  • La présente invention concerne un circuit magnétique pour inductance selon le préambule de la revendication 1. Elle concerne également une inductance utilisant un tel circuit magnétique ainsi qu'un procédé de fabrication dudit circuit magnétique pour la réalisation desdites inductances.
  • Les inductances, en particulier les inductances miniatures pour hautes fréquences, sont le plus généralement obtenues en bobinant un fil de cuivre émaillé, dans la gorge d'une poulie magnétique en ferrite ou en poudre de fer. Cette poulie est généralement obtenue soit par injection ou moulage de poudre magnétique mélangée à une matière thermo-plastique ou thermo-durcissable, soit par taille, d'un barreau cylindrique à l'aide d'une meule diamantée. Dans ce dernier cas, un certain de nombre de gorges peuvent être usinées successivement ou simultanément sur le même barreau cylindrique. On obtient ainsi une pluralité de gorges régulièrement réparties sur ce barreau, gorges dans lesquelles est bobiné le fil de cuivre. Cette opération de bobinage peut être effectuée sur l'ensemble des poulies constituant le barreau puis chaque poulie individuelle est obtenue par tronçonnage dudit barreau.
  • Cependant, de telles poulies ne sont pas directement soudables sur des circuits imprimés. En effet, les deux extrémités de l'inductance sont les fils de cuivre souples et ceux-ci peuvent difficilement être introduits directement dans les trous des circuits imprimés et d'autre part, leur rigidité est insuffisante pour éviter les risques de cassure ou de désoudage des fils lorsque ledit circuit est soumis à des vibrations. Pour résoudre ce problème, on a généralement recours soit à un boîtier d'encapsulation desdites inductances soit à un surmoulage à l'aide d'une résine.
  • Il a été proposé dans le brevet français 1 587 574 de réaliser des circuits magnétiques pour inductances dont la forme est celle d'un H. On bobine autour de la partie horizontal du H un fil isolé dont les extrémités sont électriquement reliées, à une couche métallique déposée sur la base des branches inférieures du H.
  • Bien que ces circuits magnétiques donnent satisfaction, on a constaté que de telles bobines présentaient des fuites magnétiques non négligeables par courants de Foucault.
  • Le circuit magnétique selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Dans ce but, il est caractérisé en ce que la largeur de la gorge supérieure est plus petit que celle de la gorge inférieure, en ce que des moyens isolants, sont disposés sus chaque branche inférieure du circuit magnétique et en ce que lesdits moyens isolants séparent lesdites branches inférieures desdits moyens de connexion électrique, de manière à favoriser au maximum le passage du flux magnétique dans l'entrefer défini par les branches supérieures.
  • La gorge supérieure, moins large que la gorge inférieure permet de limiter au maximum les courants de Foucault dans les parties métalliques inférieures et de favoriser au maximum le passage du flux magnétique dans l'entrefer supérieur, qui correspond à la partie du circuit ayant la plus faible réluctance. Cet effet est encore amélioré lorsque les branches entourant la gorge inférieure sont plus longues que les branches entourant la gorge supérieure.
  • Les moyens de connexions électriques tels que définis ci-dessus peuvent être réalisés selon différents variantes : ils peuvent être constitués par exemple par des dépôts métalliques, des pattes métalliques adaptées au circuit imprimé, celles-ci étant collées sur le noyau magnétique par l'intermédiaire d'une partie isolante.
  • L'invention concerne également des inductances magnétiques comportant un circuit magnétique tel que défini ci-dessus, ledit circuit magnétique étant muni d'un bobinage approprié. Les extrémités de ce bobinage seront reliées électriquement aux moyens de connexions électriques.
  • L'invention concerne de plus un procédé de fabrication d'inductances magnétiques individuelles, caractérisé en ce que :
    • - on assemble, à l'aide d'une colle, un barreau magnétique parallélépipédique et un substrat métallisé comportant une rainure s'étendant sur toute la longueur, parallèlement au grand côté du substrat ;
    • - on rainure l'ensemble ainsi formé de manière à créer des rainures supérieures et des rainures inférieures parallèlement au petit côté du parallélépipède ;
    • - on bobine ensuite à l'aide d'un seul fil métallique chaque bobinage dans chaque ensemble de rainures inférieure et supérieure ;
    • - on soude le fil dans chacune des rainures du substrat ;
    • - on sépare l'ensemble ainsi formé en inductances individuelles, entre deux rainures inférieures successives, parallèlement au plan latéral du barreau, de manière à obtenir des inductances dont le circuit magnétique a une section en forme de H dans un plan perpendiculaire auxdites rainures.
  • La réalisation des gorges ou rainures peut être effectuée par pressage ou par rainurage horizontal, séquentiel ou simultané, par tous moyens appropriés bien connus de l'homme de l'art.
  • De préférence, on effectuera le rainurage parallèlement au plan latéral du barreau parallélépipédique, permettant d'obtenir, après séparation, des circuits magnétiques ayant une forme de H dans un plan perpendiculaire au plan latéral du barreau.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donné à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent :
    • la figure 1 une inductance magnétique réalisée à partir d'un circuit magnétique selon l'invention,
    • la figure 2, une variante de réalisation d'une inductance magnétique selon l'invention munie de connexions pour circuit hybride,
    • la figure 3, une inductance munie de semelles métalliques soudables et une vue en coupe de celle-ci au niveau des rainures,
    • - la figure 4, une autre variante d'une inductance magnétique selon l'invention munie de pattes de connexions pour circuit imprimé,
    • - la figure 5, illustre un procédé de réalisation des inductances selon l'invention.
  • La figure 1 représente un circuit magnétique selon l'invention. Ce circuit magnétique est obtenu, ainsi qu'on le verra plus loin, à partir d'un barreau parallélépipédique possédant une face latérale rectangulaire 2 et qui a été soumis à une opération de rainurage après laquelle une pluralité de gorges supérieures telles que 7 et de gorges inférieures telles que 6 ont été réalisées. Ces gorges sont séparées par une partie pleine 8. Les parties non rainurées de la face avant du parallélépipède sont ensuite découpées parallèlement à la face 2 pour former des circuits magnétiques. La gorge 7 possède deux parois verticales 21 et 23 et une paroi horizontale 22 qui limitent la partie centrale 8 du circuit magnétique. La gorge inférieure 6 possède des parois disposées de la même façon que celle de la gorge 7. La gorge supérieure 7 est entourée de deux branches supérieures 17 et 18 tandis que la gorge inférieure 6 est entourée de deux branches inférieures 15 et 3. Sous chacune de ces branches inférieures, sont représentés des moyens de connexions 19 et 20.
  • Sur cette figure 1, est également représenté le bobinage 24 constitué de plusieurs spires bobinées à l'intérieur des gorges 6 et 7, les extrémités 25 et 26 dudit bobinage étant respectivement reliées aux moyens de connexions 20 et 19. La largeur a de la gorge supérieure 7 est très infé-. rieure à la largeur b de la gorge inférieure 6. Ainsi que cela a été indiqué ci-dessus, une telle disposition permet de favoriser au maximum le passage du flux dans l'entrefer supérieur, correspondant à la partie du circuit ayant la plus faible réluctance. De préférence, le rapport entre la largeur b entre les jambes inférieures et la largeur a entre les jambes supérieures sera compris entre 1,5 et 3. D'autre part, afin de limiter également le plus possible les pertes par courant de Foucault, il est préférable d'allonger les jambes inférieures 15 et 3. De préférence, le rapport entre la hauteur des jambes inférieures d et la hauteur des jambes supérieures c sera compris entre 1,5 et 2 et de préférence de l'ordre de 2.
  • Sur la figure 2, on a représenté une inductance telle que vue en coupe sur la figure 1, inductance possédant des moyens de connexions électriques particulièrement adaptés à sa fixation sur des supports de circuits hybrides. Les extrémités du bobinage, telles que 25 sont connectées respectivement à des rubans métallisés tels que 28 et 29, la connexion s'effectuant dans le prolongement de l'axe de la gorge 7. La liaison électrique entre l'extrémité 25 et le ruban métallisé 28 se situe donc sensiblement au milieu de celui-ci. Le circuit magnétique est dans cette variante de réalisation fixé sur un support isolant tel que 30 à l'aide d'une colle adaptée telle qu'une colle époxy polyuréthane, etc..., ce support isolant comportant des rubans métallisés 28 et 29. Afin de réduire l'encombrement desdits circuits magnétiques, la face rectangulaire latérale 16 du circuit magnétique est disposée dans le prolongement de la face latérale du support isolant 30.
  • Sur la figure 3 a, est représentée une autre variante de réalisation des moyens de connexions électriques fixés aux pattes inférieures du circuit magnétique. Sur cette variante, ces connexions électriques 19 et 20 sont réalisées par dépôt métallique tel qu'une pâte argentée. Les extrémités 25 et 26 du bobinage sont ensuite soudées électriquement sur les connexions 19 et 20 préalablement étamées, ainsi que cela est représenté sur la figure 3b qui est une coupe selon l'axe BB du circuit magnétique représenté sur la figure 3a.
  • La figure 4 représente une autre variante de réalisation du circuit représenté sur la figure 2, la seule différence étant constituée par la présence de deux sorties radiales 31 et 32 pour circuit imprimé, sorties reliées respectivement aux moyens de connexions électriques 28 et 29.
  • La figure 5 représente les différentes étapes du procédé selon l'invention.
  • On prend un barreau magnétique parallélépipédique 40 et un substrat métallisé 41 (figure 5a) que l'on assemble suivant leurs surfaces de dimensions communes (figure 5b) à l'aide, par exemple, d'une couche de colle 42. Le substrat métallisé 41 possède sur sa face inférieure une rainure 45 s'étendant sur toute sa longueur, parallèlement un grand côté du substrat 41.
  • L'ensemble est ensuite rainuré comme expliqué ci-dessus pour former des ensembles de rainures parallèles entre elles, rainures supérieures 43 et rainures inférieures 44 (figure 5c). On réalise ensuite le bobinage des inductances à l'aide d'un seul fil de cuivre émaillé 46 qui est d'abord introduit dans la gorge 45 puis soudé dans celle-ci (figure 5d) et bobiné dans les gorges 43 et 44 selon le nombre de tours demandés, etc... (on peut procéder à la soudure séquentielle ou simultanée du fil 46 dans la gorge 45). On obtient alors (figure 5e) une succession d'inductances qui vont être séparées le long des axes 47, 48, 49, 50, ... (figure 5d et 5e).
  • On voit clairement (figure 5e) que le fil 46 est noyé dans la gorge 45 ce qui permet ensuite de déposer par exemple une pâte d'argent sur chaque « pied d'inductance et permettre la soudure directe sur circuit imprimé.
  • L'inductance obtenue après découpe selon les axes 47, 48, ... est représentée sur la figure 5f.

Claims (9)

1. Circuit magnétique pour inductance, ledit circuit étant destiné à être entouré d'un bobinage dont les extrémités sont reliées à des moyens de connexion électrique de ladite inductance, ledit circuit magnétique ayant une forme parallélépipédique et comportant deux gorges, l'une supérieure (7) et l'autre inférieure (6), disposées sensiblement l'une au dessus de l'autre, et dans lesquelles se trouve le bobinage, ledit circuit ayant sensiblement la forme d'un H dans un plan perpendiculaire aux gorges (6, 7) et définissant ainsi une paire de branches supérieures (17, 18) entourant la gorge supérieure (7) et une paire de branches inférieures (3, 15) définissant la gorge inférieure (6), caractérisé en ce que la largeur de la gorge supérieure est plus petite que celle de la gorge inférieure, de manière à favoriser au maximum le passage du flux magnétique dans l'entrefer défini par les branches supérieures (17,18), en ce que des moyens isolants sont disposés sous chaque branche inférieure (3, 15) du circuit magnétique et en ce que lesdits moyens isolants séparent lesdites branches inférieures (3, 15) desdits moyens de connexion électrique.
2. Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des largeurs des gorges inférieure et supérieure est compris entre 1,5 et 3.
3. Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les branches inférieures (3, 15) ont une longueur supérieure à celle des branches supérieures (17, 18).
4. Circuit magnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur des branches inférieures et supérieures est compris entre 1,5 et 2.
5. Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de connexion électrique sont constitués par des dépôts métalliques recouvrant la base de chaque branche inférieure (3, 15).
6. Circuit magnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque dépôt métallique comporte une rainure centrale (45) dans laquelle est soudée une extrémité du bobinage.
7. Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens isolants sont constitués par un support isolant dont deux extrémités opposées sont munies de rubans métallisés (28, 29) respectivement reliées aux extrémités du bobinage.
8. Inductance magnétique comportant un circuit magnétique entouré d'un bobinage dont les extrémités sont reliées à des moyens de connexion électrique solidaires du circuit magnétique, caractérisé en ce que ledit circuit magnétique est conforme à l'une des revendications précédentes.
9. Procédé de fabrication d'inductances magnétiques individuelles selon la revendication 8, caractérisé en ce que :
- on assemble, à l'aide d'une colle, un barreau magnétique parallélépipédique (40) et un substrat métallisé (41) comportant une rainure (45) s'étendant sur toute la longueur, parallèlement au grand côté du substrat (41) ;
- on rainure l'ensemble ainsi formé de manière à créer des rainures supérieures (43) et des rainures inférieures (44) parallèlement au petit côté du parallélépipède ;
- on bobine ensuite à l'aide d'un seul fil métallique chaque bobinage dans chaque ensemble de rainures inférieure et supérieure (43, 44) ;
- on soude le fil (46) dans chacune des rainures (45) du substrat (41) ;
- on sépare l'ensemble ainsi formé en inductances individuelles, entre deux rainures inférieures (44) successives, parallèlement au plan latéral du barreau (40), de manière à obtenir des inductances dont le circuit magnétique a une section en forme de H dans un plan perpendiculaire auxdites rainures (44).
EP82400879A 1981-05-19 1982-05-11 Circuit magnétique, inductance utilisant un tel circuit, et procédé de fabrication d'inductances magnétiques Expired EP0065910B1 (fr)

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