EP1058278A2 - Circuit magnétique bobine - Google Patents

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EP1058278A2 EP00810068A EP00810068A EP1058278A2 EP 1058278 A2 EP1058278 A2 EP 1058278A2 EP 00810068 A EP00810068 A EP 00810068A EP 00810068 A EP00810068 A EP 00810068A EP 1058278 A2 EP1058278 A2 EP 1058278A2
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Definitions

  • the present invention relates to a wound magnetic circuit and a method of manufacture of such a circuit.
  • Wound magnetic circuits are used in many fields among which are current sensors and transformers. In applications such as current sensors, accuracy is closely related to the magnetic properties of the materials used and the precision of manufacturing. Achieving desired precision is often against the need reduce the manufacturing cost and reduce the size of the components.
  • the angle ⁇ of the cone can be very small and have, for example, a value tan ⁇ between 0.001 and 0.01. The difference in coil diameter between the ends is thus negligible.

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Abstract

Circuit magnétique bobiné (1) comportant une bobine électrique (2) et un noyau magnétique (3), la bobine (2) comportant un fil conducteur (6), un flasque (4) et un connecteur (5), le flasque (4) et le connecteur (5) étant disposés, chacun, à une extrémité respective de la bobine (2), la bobine étant montée sur le noyau magnétique (3) formé d'un fil magnétique de forme torique.

Description

La présente invention concerne un circuit magnétique bobiné et un procédé de fabrication d'un tel circuit.
Des circuits magnétiques bobinés sont utilisés dans de nombreux domaines parmi lesquels on compte les capteurs de courant et les transformateurs. Dans les applications telles que les capteurs de courant, la précision est étroitement liée aux propriétés magnétiques des matériaux utilisés et à la précision de fabrication. L'atteinte d'une précision voulue est souvent à l'encontre du besoin de réduire le coût de fabrication et de réduire la taille des composantes.
Un procédé de fabrication d'un bobinage sur un circuit magnétique torique est décrit dans le brevet européen EP 668 596. Le procédé décrit dans ce brevet, qui tente de répondre aux critères mentionnés ci-dessus, comprend les étapes d'enrouler un fil conducteur enduit d'un thermo-adhérent autour d'un mandrin cylindrique pour former une bobine, d'ouvrir un circuit magnétique en écartant les lèvres de l'entrefer, d'enfiler la bobine sur le circuit magnétique et ensuite de fermer le circuit magnétique.
Il y a plusieurs inconvénients à ce procédé conventionnel. Premièrement, il est très difficile d'enlever la bobine du mandrin cylindrique et ensuite de l'enfiler sur le noyau. Deuxièmement, l'ouverture et la refermeture du circuit magnétique, comme toute déformation plastique, détériore les propriétés magnétiques du circuit.
Au vu de ces inconvénients, le but de la présente invention est de réaliser un circuit magnétique bobiné ayant un comportement électrique et magnétique précis et qui peut être fabriqué industriellement de façon économique.
Des buts de l'invention sont réalisés par le procédé de fabrication d'un circuit magnétique bobiné selon la revendication 1, le circuit magnétique bobiné de la revendication 5, et le dispositif pour la fabrication d'un circuit magnétique bobiné de la revendication 8.
Dans la présente invention, un procédé de fabrication d'un circuit magnétique bobiné ayant une bobine électrique et un noyau magnétique comporte les étapes de réaliser la bobine en bobinant un fil conducteur sur un mandrin ayant une surface extérieure légèrement conique, et d'enfiler la bobine sur un noyau magnétique en forme de spire ouverte, cette spire étant d'abord formée avant l'établissement des propriétés magnétiques spécifiées du matériau magnétique de la spire. Après l'enfilement de la bobine sur le noyau magnétique, on déforme les extrémités du noyau dans une direction essentiellement orthogonale au plan du circuit magnétique pour les rapprocher. Avantageusement, par ce procédé on déforme le matériel magnétique au minimum pour ne pas dégrader ces propriétés magnétiques.
La bobine peut être enfilée sur le noyau magnétique pendant l'enlèvement du mandrin, ce qui réduit le temps et les coûts de fabrication du circuit magnétique bobiné. A cet effet, il est avantageux qu'une extrémité du noyau magnétique est insérée dans une cavité à une extrémité du mandrin pour faciliter l'enfilement de la bobine sur le noyau magnétique.
Le circuit magnétique bobiné peut en outre comporter un flasque et un connecteur, le flasque et le connecteur étant disposés, chacun, à une extrémité respective de la bobine, la bobine étant montée sur le noyau magnétique formé d'un fil magnétique de forme torique. Le flasque facilite l'enfilement de la bobine sur le noyau par sa forme et ses dimensions, d'une part, et par la réduction du coefficient de frottement, d'autre part. A cet effet, le flasque peut avantageusement avoir une surface intérieure chanfreinée pour faciliter son suivi de la courbure du noyau. Le flasque permet aussi d'éviter l'endommagement de l'isolant du fil électrique par frottement sur le tore.
Le mandrin du dispositif pour la fabrication d'un circuit magnétique bobiné, autour duquel la bobine est formée, peut avoir une surface extérieure de forme légèrement conique. Ceci facilite l'enlèvement de la bobine du mandrin.
L'angle α du cône peut être très faible et avoir, par exemple, une valeur tan α se situant entre 0,001 et 0,01. La différence de diamètre de la bobine entre les extrémités est ainsi négligeable.
Le mandrin peut en outre comporter une cavité à son extrémité pour permettre l'insertion de l'extrémité du noyau magnétique dans la cavité, et ainsi faciliter l'assemblage de ces composantes.
D'autres buts et aspects avantageux de l'invention ressortiront de la description et des revendications ci-après, et des dessins annexés, dans lesquels
  • la Fig. 1 est une vue en perspective d'un mandrin et d'une bobine formée sur le mandrin et prête à être insérée sur un noyau magnétique, selon l'invention;
  • la Fig. 2 est une coupe longitudinale de l'ensemble montré à la Fig. 1;
  • la Fig. 3 est une vue d'un fil magnétique continu utilisé pour former le noyau magnétique;
  • la Fig. 4 est une vue d'un noyau magnétique découpé du fil magnétique continu; et
  • les Figures 5 à 7 sont des vues en perspective montrant divers étapes dans la fabrication de la bobine.
    • Un circuit magnétique bobiné 1 comporte une bobine 2 et un noyau magnétique 3. La bobine 2 comporte un flasque 4 à une extrémité antérieure 19, un connecteur 5 à l'autre extrémité (10), et un fil conducteur 6 enroulé autour d'une cavité centrale 7 et s'étendant entre le connecteur 5 et le flasque 4. Le fil conducteur 6 peut être, par exemple, un fil de cuivre conventionnel muni d'une couche isolante et adhérente pour former la bobine. Le fil peut aussi être seulement isolant, l'application d'un adhérent se faisant pendant la formation de la bobine.
    Le connecteur 5 comporte des bornes 8 pour la connexion du circuit magnétique bobiné à une électronique ou à un autre dispositif. Les bornes 8 sont logées dans un boítier 9 du connecteur qui sert aussi de support pour une extrémité 10 de la bobine et de l'extrémité des fils conducteurs de la bobine qui sont connectés électriquement aux bornes 8. La connexion des fils conducteurs à un dispositif extérieur est donc facilitée par l'intégration du connecteur 5 à la bobine pendant la fabrication de la bobine, et permet en même temps de protéger et d'assurer une bonne connexion entre les fils conducteurs de la bobine et une électronique extérieure.
    Le flasque 4, à l'autre extrémité de la bobine 2, sert de support pour l'extrémité d'insertion de la bobine et offre une surface intérieure de guidage 11 pour protéger le fil à l'extrémité d'enfilement de la bobine contre une abrasion lors de l'enfilement sur le noyau 3 qui peut entraíner des courts-circuits entre spires. En outre, le guidage de l'extrémité de la bobine par le flasque 4 lors de la déformation de la bobine pendant son enfilement sur le noyau torique, est nettement améliorée. En effet, le flasque 4 permet de bien définir la forme et les dimensions de la surface de guidage 11 et de réduire le coefficient de frottement entre la bobine et le noyau magnétique 3. En particulier, le flasque comporte un chanfrein 18 pour suivre la courbure du noyau magnétique 3.
    Après l'enfilement du connecteur 8 et du flasque 4 sur un mandrin 12, tel que montré dans la Fig. 5, une extrémité du fil conducteur est connectée à une borne 8a du connecteur et la bobine 2 est ensuite enroulée sur le mandrin 12 tel que montré à la Fig. 6. A la fin du bobinage, l'autre extrémité du fil conducteur est connecté à une des bornes 8b. La connexion entre le fil et les bornes 8a, 8b, peut se faire par connexion enroulée ou par d'autres moyens conventionnels. La bobine peut comporter un ou plusieurs enroulements supplémentaires connectés à une ou plusieurs bornes supplémentaires, telles que 8c.
    Le mandrin 12 s'étend le long d'un axe de rotation A jusqu'à une extrémité 13. Le mandrin a une surface extérieure conique 14 pour faciliter l'enlèvement de la bobine du mandrin et son enfilement sur le noyau magnétique 3. L'angle α du cône peut être très faible, par exemple tan a peut avoir une valeur entre 0,001 et 0,01, pour que l'influence du cône sur la variation de diamètre de la bobine soit négligeable tout en gardant l'avantage de faciliter l'enlèvement de la bobine du mandrin. Il est à noter que cet avantage est d'autant plus important que les fils sont enduits d'un produit adhérent pour le maintien de la forme de la bobine.
    Le mandrin comporte une partie de positionnement 17 pour positionner et bloquer la rotation relative du connecteur 5 sur le mandrin. Le mandrin comporte en outre un creux 15 à son extrémité pour l'insertion d'une extrémité 16 du noyau magnétique 3 pendant l'étape d'enfilement de la bobine 2 sur le noyau, tel que montré aux figures 1, 2 et 7. Après la formation de la bobine sur le mandrin 12, la bobine 2 peut donc être facilement et directement enfilée sur le noyau magnétique 3, tel que montré à la Fig. 7, par l'action d'un poussoir 20 engageant l'extrémité connectrice 5 (voir la Fig. 1). Le poussoir a la forme d'une fourchette qui est placée à cheval sur le connecteur derrière des rebords 21 du connecteur après l'opération de bobinage. Le poussoir se déplace, dans la direction (P) parallèlement à l'axe (A) du mandrin, de manière à positionner la bobine 2 de façon précise sur le noyau magnétique 3. Dans le cas de l'utilisation d'un fil muni d'une couche thermo-adhérente, la bobine peut être chauffée, ou maintenue chaude, pour permettre sa déformation pendant l'enfilement sur le noyau 3.
    Le noyau torique 3 est constitué d'un matériau magnétiquement perméable conventionnel, tel que du fer-nickel et il peut avoir toute forme appropriée (fil, méplat, tôle, ou assemblage de tels éléments). Typiquement, pour avoir de bonnes propriétés magnétiques, le matériau utilisé est recuit après sa déformation en forme de tore ouvert, car les déformations plastiques importantes dégradent les propriétés magnétiques. Il n'est par contre plus possible de recuire le tore une fois que la bobine est montée dessus.
    Dans la présente invention, les déformations plastiques du matériel magnétique sont réduites au minimum pour diminuer l'influence de déformations sur les propriétés magnétiques. A cet effet, le matériau magnétique a, par exemple, la forme d'un fil 3' mis en forme de spire hélicoïdale, tel que montré à la Fig. 3, et ensuite découpé selon les lignes pointillées e1 et e2. On forme ainsi plusieurs spires individuelles, telles que montrées à la Fig. 4, les spires étant prêtes au montage de la bobine, tel que décrit ci-dessus, la seule déformation plastique des spires individuelles étant effectuée après le montage de la bobine pour rapprocher les extrémités 16, 16' du noyau magnétique 3. Les extrémités 16, 16' sont déformées par rotation dans une direction essentiellement orthogonale (O) au plan du circuit magnétique et forment un entrefer d'une longueur spécifiée, dépendant de l'application.
    Pendant la formation de la spire hélicoïdale, le pas (P) peut être ajusté pour correspondre à l'écartement nécessaire, dans la direction orthogonale (O) au plan du circuit, entre les extrémités 16, 16' de façon à permettre l'insertion de la bobine sur le noyau. L'épaisseur (E) de la découpe longitudinale de la spire pour former les spires individuelles peut être ajustée de sorte à ce que, après la déformation en rotation des extrémités 16, 16' du circuit magnétique dans la direction essentiellement orthogonale (O) au plan du circuit, les extrémités sont séparées par la longueur d'entrefer spécifiée. Dans ce cas, l'épaisseur (E) de la découpe est sensiblement égale à la longueur de l'entrefer.
    Le matériel magnétique peut donc être recuit après la formation de la spire, ou après découpe des spires individuelles, de sorte que la seule déformation que subit le noyau magnétique après être recuit, est due au rapprochement des extrémités 16, 16' du circuit magnétique.

    Claims (12)

    1. Procédé de fabrication d'un circuit magnétique bobiné (1) ayant une bobine électrique (2) et un noyau magnétique (3) comportant les étapes de réaliser la bobine (2) en bobinant un fil conducteur (6) sur un mandrin (12) ayant une surface extérieure légèrement conique (14), d'enfiler la bobine (2) sur un noyau magnétique (3) en forme de spire ouverte ayant des extrémités (16, 16'), cette spire étant d'abord formée avant l'établissement des propriétés magnétiques spécifiées du matériau magnétique de la spire, et de déformer les extrémités (16, 16') du noyau magnétique dans une direction essentiellement orthogonale (O) au plan du circuit magnétique bobiné pour les rapprocher.
    2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine (2) est enfilée sur le noyau magnétique (3) pendant l'enlèvement du mandrin (12).
    3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une extrémité (16) du noyau magnétique (3) est insérée dans une cavité (15) à une extrémité (13) du mandrin (12) pour faciliter l'enfilement de la bobine (2) sur le noyau magnétique (3).
    4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, avant ou pendant l'opération du bobinage, on dispose un flasque (4) sur le mandrin (12) pour former une extrémité antérieure (19) de la bobine (2), cette extrémité étant destinée à être enfilée en premier sur le noyau magnétique (3).
    5. Circuit magnétique bobiné (1) comportant une bobine électrique (2) et un noyau magnétique (3), la bobine (2) comportant un fil conducteur (6), un flasque (4) et un connecteur (5), le flasque (4) et le connecteur (5) étant disposés, chacun, à une extrémité respective de la bobine (2), la bobine étant montée sur le noyau magnétique (3) formé d'un fil magnétique de forme torique.
    6. Circuit magnétique bobiné selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité intérieure (7) de la bobine (2) a une forme légèrement conique.
    7. Circuit magnétique bobiné selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est fabriqué par un des procédés selon l'une des revendications 1 à 4.
    8. Dispositif pour la fabrication d'un circuit magnétique bobiné comportant une bobine (2) monté sur un noyau magnétique (3) de forme torique, le dispositif comportant un mandrin (12) autour duquel la bobine est formée, le mandrin comportant une surface extérieure (14) de forme légèrement conique.
    9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'angle a du cône à une valeur tan α se situant entre 0, 001 et 0, 01.
    10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le mandrin (14) comporte une cavité (15) à son extrémité (13) pour permettre l'insertion de l'extrémité (16) du noyau magnétique (3) dans la cavité.
    11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un poussoir (20) ayant une course suffisante pour pousser la bobine (2) hors du mandrin (12).
    12. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le poussoir (20) a la forme d'une fourchette.
    EP00810068A 1999-06-04 2000-01-25 Circuit magnétique bobine Expired - Lifetime EP1058278B1 (fr)

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