EP1058278B1 - Circuit magnétique bobine - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a wound magnetic circuit and a method of manufacturing such a circuit.
- Magnetic wound circuits are used in many fields including current sensors and transformers. In applications such as current sensors, accuracy is closely related to the magnetic properties of the materials used and the accuracy of manufacture. Accurate accuracy often defeats the need to reduce manufacturing costs and reduce the size of components.
- the document JP-A-11121241 shows two insulating flanges to isolate two coils on a toric magnetic core.
- a method of manufacturing a winding on a ring-shaped magnetic circuit is described in the European Patent EP 668 596 .
- the process described in this patent which attempts to meet the criteria mentioned above, comprises the steps of winding a conductive wire coated with a thermo-adherent around a cylindrical mandrel to form a coil, to open a circuit magnetic by removing the lips of the air gap, put the coil on the magnetic circuit and then close the magnetic circuit.
- the object of the present invention is to provide a wound magnetic circuit having a precise electrical and magnetic behavior and which can be manufactured industrially economically.
- Objects of the invention are realized by the method of manufacturing a wound magnetic circuit according to claim 1, and the wound magnetic circuit of claim 4.
- a method of manufacturing a wound magnetic circuit having an electrical coil and a magnetic core comprises the steps of making the coil by winding a conductive wire on a mandrel having a slightly conical outer surface, and threading the coil on an open spiral-shaped magnetic core, which coil is first formed before establishing the specified magnetic properties of the magnetic material of the coil. After threading the coil on the magnetic core, the ends of the core are deformed in a direction substantially orthogonal to the plane of the magnetic circuit to bring them closer together.
- this method deforms the magnetic material to a minimum so as not to degrade these magnetic properties.
- the coil can be threaded onto the magnetic core during removal of the mandrel, which reduces the time and cost of manufacturing the wound magnetic circuit.
- an end of the magnetic core is inserted into a cavity at one end of the mandrel to facilitate the threading of the coil on the magnetic core.
- the wound magnetic circuit may further comprise a flange and a connector, the flange and the connector being each arranged at a respective end of the coil, the coil being mounted on the magnetic core formed of a magnetic ring-shaped wire.
- the flange facilitates the threading of the coil on the core by its shape and dimensions, on the one hand, and by the reduction of the coefficient of friction, on the other hand.
- the flange can advantageously have a chamfered inner surface to facilitate its monitoring of the curvature of the core.
- the flange also prevents damage to the insulation of the electrical wire by friction on the torus.
- the mandrel of the device for manufacturing a wound magnetic circuit, around which the coil is formed may have an outer surface of slightly conical shape. This facilitates the removal of the spool from the mandrel.
- the angle ⁇ of the cone may be very small and have, for example, a tan ⁇ value between 0.001 and 0.01. The difference in diameter of the coil between the ends is thus negligible.
- the mandrel may further comprise a cavity at its end to allow the insertion of the end of the magnetic core into the cavity, and thus facilitate the assembly of these components.
- a wound magnetic circuit 1 comprises a coil 2 and a magnetic core 3.
- the coil 2 comprises a flange 4 at an anterior end 19, a connector 5 at the other end (10), and a conductive wire 6 wound around a central cavity 7 and extending between the connector 5 and the flange 4.
- the conductive wire 6 may be, for example, a conventional copper wire provided with an insulating layer and adherent to form the coil.
- the wire can also be only insulating, the application of a follower being done during the formation of the coil.
- the connector 5 has terminals 8 for connecting the wound magnetic circuit to an electronics or other device.
- the terminals 8 are housed in a housing 9 of the connector which also serves as a support for an end 10 of the coil and the end of the conductive wires of the coil which are electrically connected to the terminals 8.
- the connection of the conductive wires to a device Outside is therefore facilitated by the integration of the connector 5 to the coil during the manufacture of the coil, and at the same time allows to protect and ensure a good connection between the conductors of the coil and an external electronics.
- the flange 4, at the other end of the coil 2, serves as a support for the insertion end of the coil and provides an inner guide surface 11 for protecting the wire at the threading end of the coil against abrasion during the threading on the core 3 which can lead to short circuits between turns.
- the guidance of the end of the coil by the flange 4 during the deformation of the coil during its threading on the ring core is significantly improved.
- the flange 4 allows to define well the shape and the dimensions of the guide surface 11 and reduce the coefficient of friction between the coil and the magnetic core 3.
- the flange comprises a chamfer 18 to follow the curvature of the magnetic core 3.
- one end of the conductive wire is connected to a terminal 8a of the connector and the coil 2 is then wound on the mandrel 12 as shown in FIG. Fig. 6 .
- the other end of the conductor wire is connected to one of the terminals 8b.
- the connection between the wire and the terminals 8a, 8b can be made by wound connection or by other conventional means.
- the coil may have one or more additional windings connected to one or more additional terminals, such as 8c.
- the mandrel 12 extends along an axis of rotation A to one end 13.
- the mandrel has a conical outer surface 14 to facilitate the removal of the spool from the mandrel and its threading on the magnetic core 3.
- L angle ⁇ of the cone can be very small, for example tan a can have a value between 0.001 and 0.01, so that the influence of the cone on the variation of diameter of the coil is negligible while keeping the advantage of facilitating removing the spool from the mandrel. It should be noted that this advantage is even more important that the son are coated with an adherent product for maintaining the shape of the coil.
- the mandrel has a positioning portion 17 for positioning and locking the relative rotation of the connector 5 on the mandrel.
- the mandrel further comprises a recess 15 at its end for the insertion of an end 16 of the magnetic core 3 during the step of threading the coil 2 on the core, as shown in FIGS. figures 1 , 2 and 7 .
- the spool 2 can thus be easily and directly threaded onto the magnetic core 3, as shown in FIG. Fig. 7 by the action of a pusher 20 engaging the connecting end 5 (see Fig. 1 ).
- the pusher is in the form of a fork that is straddling the connector behind flanges 21 of the connector after the winding operation.
- the pusher moves in the direction (P) parallel to the axis (A) of the mandrel, so as to position the coil 2 accurately on the magnetic core 3.
- the coil can be heated, or kept hot, to allow its deformation during the threading on the core 3.
- the ring core 3 is made of a conventional magnetically permeable material, such as iron-nickel, and it may be of any suitable shape (wire, flat, sheet, or assembly of such elements).
- a conventional magnetically permeable material such as iron-nickel
- the material used is annealed after its deformation in the form of open torus, because the large plastic deformations degrade the magnetic properties. It is no longer possible to anneal the torus once the coil is mounted on it.
- the plastic deformations of the magnetic material are minimized to decrease the influence of deformations on the magnetic properties.
- the magnetic material has, for example, the shape of a wire 3 'shaped helical turn, as shown in FIG. Fig. 3 , and then cut along the dotted lines e1 and e2.
- FIG. Fig. 4 Several individual turns are thus formed, as shown in FIG. Fig. 4 , the turns being ready for assembly of the coil, as described above, the only plastic deformation of the individual turns being carried out after mounting the coil to bring the ends 16, 16 'of the magnetic core 3.
- the ends 16, 16 ' are deformed by rotation in a substantially orthogonal direction (O) to the plane of the magnetic circuit and form an air gap of a specified length depending on the application.
- the pitch (P) can be adjusted to correspond to the required spacing, in the orthogonal direction (O) at the plane of the circuit, between the ends 16, 16 'so as to allow the insertion of the coil on the core.
- the thickness (E) of the longitudinal cut of the turn to form the individual turns can be adjusted so that, after the deformation in rotation of the ends 16, 16 'of the magnetic circuit in the substantially orthogonal direction (O) to plane of the circuit, the ends are separated by the specified gap length. In this case, the thickness (E) of the blank is substantially equal to the length of the gap.
- the magnetic material can therefore be annealed after the formation of the turn, or after cutting individual turns, so that the only deformation that undergoes the magnetic core after being annealed, is due to the approximation of the ends 16, 16 'of the magnetic circuit.
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.
- Le document
JP-A-11121241 - Un procédé de fabrication d'un bobinage sur un circuit magnétique torique est décrit dans le brevet européen
EP 668 596 - 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, et le circuit magnétique bobiné de la revendication 4.
- 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 laFig. 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 boîtier 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 entraîner 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 laFig. 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 et7 . 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 laFig. 7 , par l'action d'un poussoir 20 engageant l'extrémité connectrice 5 (voir laFig. 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 laFig. 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 (6)
- 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), avant ou pendant l'opération du bobinage, de disposer un flasque (4) offrant une surface intérieure de guidage (11), 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) 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 (0) au plan du circuit magnétique bobiné pour les rapprocher.
- 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).
- 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).
- 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) offrant une surface intérieure de guidage (11) et un connecteur (5), le flasque (4) et le connecteur (5) étant disposés, chacun, à une extrémité respective de la bobine (2), la bobine, le flasque et le connecteur étant montés sur le noyau magnétique (3) formé d'un fil magnétique de forme torique.
- Circuit magnétique bobiné selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cavité intérieure (7) de la bobine (2) a une forme légèrement conique.
- 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.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH105699 | 1999-06-04 |
Publications (3)
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