EP0668596B1 - Procédé de fabrication d'un bobinage sur un circuit magnétique torique - Google Patents

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EP0668596B1 EP95400122A EP95400122A EP0668596B1 EP 0668596 B1 EP0668596 B1 EP 0668596B1 EP 95400122 A EP95400122 A EP 95400122A EP 95400122 A EP95400122 A EP 95400122A EP 0668596 B1 EP0668596 B1 EP 0668596B1
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toroidal magnetic
toroidal
gap
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Luc Colombel
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Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of a winding on a toroidal magnetic circuit comprising an air gap.
  • Many electrical devices include a coil surrounding a toroidal magnetic circuit having an air gap. These are in particular Hall effect current sensors with zero flow, self-inductors, transformers with air gap.
  • a shuttle is used which is loaded beforehand with conductive wire which is rotated around the magnetic coil circuit so as to deposit, each turn, a turn on the magnetic circuit.
  • WO-A-87/04559 discloses a method for manufacturing toroidal windings on circuits magnetic toric in which a linear winding is produced by winding a conducting wire around a mandrel.
  • the winding is engaged on a magnetic circuit comprising an open air gap and the air gap is closed by bringing the lips together by deformation in the plane of the core.
  • EP-A-0 566 303 describes a deflection coil and its manufacturing method according to which a winding is impregnated with a thermoplastic resin which is heated to facilitate impregnation, said impregnation being carried out after winding.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a method of manufacturing windings on a toroidal magnetic circuit comprising an air gap, more compact, more precise and less expensive than the windings obtained by the prior art.
  • the subject of the invention is a method of manufacturing a winding on a toroidal magnetic circuit, according to which a linear winding is produced by winding around a cylindrical mandrel a conducting wire coated with a thermoadherent varnish, heating said conductive wire between 140 ° and 160 ° C, to open the magnetic circuit comprising an air gap, the lips of the air gap are moved aside, in a direction perpendicular to the plane of the toroidal magnetic circuit, the linear winding is removed from the mandrel cylindrical, the linear winding is heated to make it flexible, the linear winding is threaded onto the open toric magnetic circuit, the toric magnetic circuit is closed and the assembly is allowed to cool.
  • thermoadherent varnish is for example polyurethane modified with polyester and covered with a layer of polyamine (in accordance with standards NFC 31.622 and IEC 55-1 and IEC 55-2) and the temperature for reheating the linear winding is between 140 ° and 160 ° for a class F wire (standard NFC 31.461).
  • the linear winding can be carried out with a grade 1, class F copper wire from 0.18 mm to 0.25 mm in diameter.
  • the toroidal magnetic circuit is made of a soft iron-nickel alloy containing about 80% nickel.
  • a toric magnetic core with air gap 1 consisting of a rod of diameter ⁇ made of a soft fernickel alloy containing about 80% nickel.
  • the toroidal magnetic core with air gap 1 is a circular ring cut at a point, the cut constituting an air gap 2 of width e.
  • a coil 4 made up of wound electrically conductive wires.
  • the conductive wires are copper wires coated with a thermoadherent insulating varnish in accordance with NFC 31.622, IEC 55-1 and 55-2 standards, the varnish is a polyurethane modified with polyester and covered with a layer of polyamine.
  • the winding has a developed length L less than the developed length of the toric magnetic core and an internal diameter ⁇ + ⁇ slightly greater than the diameter ⁇ of the rod constituting the toric core.
  • a cylindrical winding 4 is produced in known manner by winding the conducting wire around a cylindrical mandrel 5 of diameter ⁇ + ⁇ by distributing the turns according to the envisaged application and causing adhesion. turns to each other by heating between 140 ° and 160 ° C.
  • This heating also causes polymerization of the assembly.
  • a mechanically homogeneous and rigid block is thus obtained, the geometric and electrical characteristics of which are well controlled.
  • This method has the advantage of making it possible to manufacture windings which, with identical electrical properties, are substantially less bulky than the windings obtained by the prior art. This is due to the fact that, in the prior art, the winding of the conductive wire around a torus causes a significant tension in the wire, which requires a very thick layer of protective varnish (grade 2 wires), whereas the technique according to the invention is done without twisting the wire, which allows the use of son having a much thinner varnish layer (grade 1 son).
  • a grade n wire is protected by n layers of varnish.
  • a coil of 2500 turns was produced at constant volume with a wire whose copper diameter was 0.25 mm, while in the prior art a wire whose copper diameter was to be used was 0.225 mm. This has resulted in a reduction in electrical resistance.
  • toric coils with perfectly organized contiguous turns are produced with wires with a diameter of less than 0.5 mm, the end flanks of which are perpendicular to the mean line. of the winding.

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Description

  • La présente invention concerne la fabrication d'un bobinage sur un circuit magnétique torique comportant un entrefer.
  • De nombreux appareillages électriques comportent un bobinage entourant un circuit magnétique torique ayant un entrefer. Ce sont notamment les capteurs de courant à effet Hall à flux nul, les self-inductances, les transformateurs avec entrefer.
  • Pour réaliser ces bobinages on utilise une navette chargée préalablement de fil conducteur que l'on fait tourner autour du circuit magnétique à bobines de façon à déposer, à chaque tour, une spire sur le circuit magnétique.
  • Cette technique présente plusieurs inconvénients. En particulier, le fil conducteur subit des tensions importantes, ce qui nécessite d'utiliser un fil conducteur revêtu d'une couche isolante relativement épaisse de sorte que, à nombre de spires égal, il y a augmentation de l'encombrement du bobinage entraînant une limitation du nombre maximum possible de spires pour un circuit magnétique de taille donnée. De plus, avec cette technique connue, le contrôle précis du nombre de spires, de la répartition des spires et de la longueur de fil utilisé est difficile, ce qui limite la précision que l'on peut obtenir sur les caractéristiques électriques de l'appareil ainsi obtenu. En particulier avec cette technique, il est impossible de réaliser une bobine de diamètre extérieur constant. On est obligé de réaliser plus de spires dans la partie centrale qu'aux extrémités. Il en résulte que pour un nombre de spires donné, le diamètre maximal de la bobine est très supérieur au diamètre extérieur d'une bobine cylindrique équivalente. Enfin, cette technique est relativement coûteuse.
  • On connaît d'après WO-A-87/04559, un procédé de fabrication de bobinages toroïdaux sur des circuits magnétiques toriques dans lequel on réalise un bobinage linéraire en enroulant autour d'un mandrin, un fil conducteur.
  • On engage le bobinage sur un circuit magnétique comprenant un entrefer ouvert et on referme l'entrefer en rapprochant les lèvres par déformation dans le plan du noyau.
  • EP-A-0 566 303 décrit une bobine de déviation et son procédé de fabrication selon lequel on imprègne un enroulement d'une résine thermoplastique qui est chauffée pour faciliter l'imprégnation, ladite imprégnation étant réalisée après bobinage.
  • Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication de bobinages sur un circuit magnétique torique comportant un entrefer, plus compacts, plus précis et moins onéreux que les bobinages obtenus par l'art antérieur.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un bobinage sur un circuit magnétique torique, selon lequel on réalise un bobinage linéaire en enroulant autour d'un mandrin cylindrique un fil conducteur enduit d'un vernis thermoadhérent, on effectue un chauffage dudit fil conducteur entre 140° et 160°C, pour ouvrir le circuit magnétique comportant un entrefer, on écarte les lèvres de l'entrefer, dans une direction perpendiculaire au plan du circuit magnétique torique, on retire le bobinage linéaire du mandrin cylindrique, on effectue un chauffage du bobinage linéaire pour le rendre souple, on enfile le bobinage linéaire sur le circuit magnétique torique ouvert, on referme le circuit magnétique torique et on laisse refroidir l'ensemble.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
    • on chauffe le circuit magnétique torique pour le porter à une température voisine de la température de chauffage de la bobine linéaire.
  • Le vernis thermoadhérent est par exemple du polyuréthane modifié avec du polyester et recouvert d'une couche de polyamine (conformément aux normes NFC 31.622 et CEI 55-1 et CEI 55-2) et la température de réchauffage du bobinage linéaire est comprise entre 140° et 160° pour un fil de classe F (norme NFC 31.461).
  • Dans l'exemple décrit, le bobinage linéaire peut être réalisé avec un fil de cuivre grade 1, classe F de 0,18 mm à 0,25 mm de diamètre. Par exemple le circuit magnétique torique est réalisé en alliage de fer-nickel doux contenant environ 80% de nickel.
  • L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard des figures annexées dans lesquelles:
    • la figure 1 représente schématiquement un noyau magnétique torique avec entrefer muni d'un bobinage ;
    • la figure 2 représente un bobinage cylindrique sur un mandrin rectiligne ;
    • la figure 3 représente schématiquement la mise en place d'un bobinage sur un noyau magnétique torique avec entrefer.
  • Pour réaliser un circuit électrique d'un enroulement autour d'un noyau magnétique torique avec entrefer, utilisé notamment pour la fabrication de capteurs de courant à effet Hall à flux nul tels que ceux décrits dans la demande de brevet française n° 93 03 612, on prend un noyau magnétique torique avec entrefer 1, constitué d'une tige de diamètre φ en alliage de fernickel doux contenant environ 80% de nickel. Le noyau magnétique torique avec entrefer 1 est un anneau circulaire coupé en un point, la coupure constituant un entrefer 2 de largeur e. Autour du noyau magnétique torique avec entrefer 1, est disposé un bobinage 4 constitué de fils conducteurs d'électricité enroulés. Les fils conducteurs sont des fils de cuivre revêtus d'un vernis isolant thermoadhérent conforme aux normes NFC 31.622, CEI 55-1 et 55-2, le vernis est un polyuréthane modifié avec du polyester et recouvert d'une couche de polyamine. Le bobinage a une longueur développée L inférieure à la longueur développée du noyau magnétique torique et un diamètre intérieur ⌀ + Δ⌀ légèrement supérieur au diamètre ⌀ de la tige constituant le noyau torique.
  • Pour fabriquer le bobinage, on réalise de façon connue un bobinage cylindrique 4 en enroulant le fil conducteur autour d'un mandrin cylindrique 5 de diamètre φ + Δφ en répartissant les spires en fonction de l'application envisagée et l'on provoque l'adhérence des spires les unes aux autres par un chauffage entre 140° et 160°C.
  • Ce chauffage provoque également une polymérisation de l'ensemble. On obtient ainsi un bloc mécaniquement homogène et rigide dont les caractéristiques géométriques et électriques sont bien maîtrisées.
  • Lorsque le bobinage cylindrique 4 est terminé, on peut le contrôler avec précision de façon connue.
  • Puis on enfile le bobinage 4 sur le noyau 1. Pour cela, on écarte les extrémités des lèvres 6 et 7 perpendiculairement au plan du noyau (flèches 8 et 9), on chauffe le bobinage 4 et/ou le noyau 1 soit par effet joule soit par une source de chaleur quelconque pour ramollir le vernis et donner une certaine souplesse et l'on enfile le bobinage 4 sur le noyau 1 suivant la flèche 10. Puis on remet les lèvres 6 et 7 de l'entrefer du noyau 1 en position l'une en face de l'autre et on laisse refroidir l'ensemble.
  • Le fait de réaliser un bobinage cylindrique permet de contrôler avec une très grande précision le nombre de spires, la longueur de fil, la répartition du nombre de spires par unité de longueur, ce qui permet d'obtenir avec une très bonne précision un bobinage ayant des caractéristiques électriques déterminées.
  • Ce procédé suppose simplement que la déformation du noyau pour permettre l'enfilage du bobinage ne modifie pas les propriétés magnétiques du noyau. C'est le cas pour les noyaux en alliage magnétique Fe Ni et notamment celui pris en exemple.
  • Ce procédé présente l'avantage de permettre de fabriquer des bobinages qui, à propriétés électriques identiques, sont sensiblement moins volumineux que les bobinages obtenus par l'art antérieur. Cela provient de ce que, dans l'art antérieur, l'enroulement du fil conducteur autour d'un tore provoque une tension importante du fil, ce qui nécessite une couche de vernis de protection très épaisse (fils de grade 2), alors que la technique selon l'invention se fait sans torsion du fil, ce qui permet d'utiliser des fils ayant une couche de vernis beaucoup plus mince (fils de grade 1).
  • Un fil de grade n est protégé par n couches de vernis.
  • De plus, avec la technique de l'art antérieur il est impossible de réaliser un bobinage torique de diamètre constant avec un fil de diamètre inférieur à 0,4 mm.
  • A titre d'exemple on a réalisé, à volume constant, un bobinage de 2500 spires avec un fil dont le diamètre du cuivre était de 0,25 mm, alors que par l'art antérieur on devait utiliser un fil dont le diamètre du cuivre était de 0,225 mm. Il en ait résulté une réduction de la résistance électrique.
  • D'une façon générale, avec la technique objet de l'invention, on a réalisé avec des fils de diamètre inférieur à 0,5 mm des bobines toriques à spires jointives parfaitement rangées, dont les flancs d'extrémité sont perpendiculaires à la ligne moyenne du bobinage.
  • Par rapport à l'art antérieur, ceci permet de mieux contrôler les différents paramètres géométriques et donc électriques du bobinage (résistance, capacité entre spires) et de mieux positionner le bobinage par rapport à l'entrefer du noyau (± 0,1 mm au lieu de ± 3 mm).
  • Enfin, en soudant les lèvres de l'entrefer par soudage sans métal d'apport, par exemple par soudage TIG ou laser, on peut réaliser des bobinages toriques très précis sur des noyaux sans entrefer.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d'un bobinage sur un circuit magnétique torique (1), selon lequel on réalise un bobinage linéaire (4) en enroulant autour d'un mandrin cylindrique (5) un fil conducteur enduit d'un vernis thermoadhérent, on effectue un chauffage dudit fil conducteur entre 140° et 160°C, pour ouvrir le circuit magnétique comportant un entrefer (2), on écarte les lèvres de l'entrefer (2), dans une direction perpendiculaire au plan du circuit magnétique torique (1), on retire le bobinage linéaire (4) du mandrin cylindrique (5), on effectue un chauffage du bobinage linéaire (4) pour le rendre souple, on enfile le bobinage linéaire sur le circuit magnétique torique (1) ouvert, on referme le circuit magnétique torique et on laisse refroidir l'ensemble.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe le circuit magnétique torique (1) pour le porter à une température voisine de la température de chauffage du bobinage linéaire (4).
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le vernis thermoadhérent est un polyuréthane modifié avec du polyester et une couche de polyamine.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température de réchauffage du bobinage linéaire est comprise entre 140° et 160° pour un fil de classe F.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bobinage est réalisé avec un fil de cuivre grade 1, classe F de 0,18 à 0,25 mm de diamètre.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit magnétique est réalisé en un alliage de fer-nickel.
  7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'en refermant le circuit magnétique torique on laisse subsister un entrefer pour obtenir un bobinage sur circuit torique comprenant un entrefer.
  8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'en refermant le circuit magnétique torique on soude les lèvres de l'entrefer entre elles pour obtenir un bobinage sur circuit torique sans entrefer.
  9. Bobinage sur noyau magnétique torique à spires jointives, caractérisé en ce qu'il est réalisé par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 8.
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