FR2721431A1 - Procédé pour réaliser des composants magnétiques à bobinages simplifiés, et composants ainsi réalisés. - Google Patents

Abstract

Procédé pour réaliser des composants magnétiques à bobinages simplifiés (800). Ce procédé comprend les étapes suivante: une étape pour traiter une pièce métallique de faible épaisseur, de façon à obtenir des motifs précurseurs de spires, une étape pour plier cette pièce ainsi traitée de façon à obtenir un ensemble de spires (84, 85), une étape pour assembler cet ensemble de spires de façon à obtenir un bobinage simplifié. On peut aussi prévoir une étape d'isolation des spires entre elles et/ou des bobinages entre eux, une étape pour associer ce bobinage à un circuit magnétique (81, 82) sur un support de réception (86) de façon à réaliser un composant magnétique (800). Utilisation en électronique de puissance.

Description

'1procédé pour réaliser des composants
magnétiques à bobinages simplifiés
et composants ainsi réalisés"
DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé pour réaliser des composants magnétiques à bobinages simplifiés. Elle vise également des composants magnétiques réalisés avec ce procédé.

Afin de minimiser le coût global des équipements électroniques, en particulier ceux de puissance et ceux destinés à l'industrie de l'automobile électrique, il est nécessaire d'automatiser le plus complètement possible leur fabrication.

Aujourd'hui, les composants les plus difficiles à fabriquer et à monter en automatique sont les composants bobinés (inductances et transformateurs).

Leur fabrication proprement dite fait encore appel à une importante main d'oeuvre humaine.

Une phase longue est la phase de bobinage proprement dite. Cette phase est relativement d'autant plus coûteuse que le nombre de spires est faible: le temps d'installation de la carcasse sur une machine à bobiner est considérablement plus long que la durée de bobinage de dix spires.

L'article IEEE-PE Vol. 8 N01 (Janvier 1993) intitulé "Fabrication Method for a Winding Assembly with a large Number of Planar Layers" (Procédé de fabrication d'un ensemble de bobinage à grand nombre de couches planes) de Khai D.T. Ngo et al., et le brevet américain US 4959630 du 25 Septembre 1990 correspondant, divulguent un procédé de réalisation d'un bobinage simplifié dans lequel les spires en série sont issues d'un pliage particulier de circuit imprimé souple. Cela résout en même temps le problème des conducteurs et de leur isolement.

La demande de brevet nO 9109037 du 17 Juillet 1991 divulgue un bobinage de transformateur constitué d'un ruban isolant comportant des motifs électriquement conducteurs. Ce bobinage permet d'assurer une liaison entre spires qui réduit les longueurs de connexion en dehors des zones utiles des spires. Ce bobinage est adapté pour la réalisation de spires connectées en parallèle.

L'ouvrage intitulé "Les alimentations à découpage à fréquence élevée" de Daniel SADARNAC (Editions
Eyrolles) décrit, dans le paragraphe 5.4. "Synthèse d'un nouveau bobinage pour transformateur", des procédés de réalisation de bobinages simplifiés pour transformateurs, et notamment une réalisation en feuilles métalliques prédécoupées et pliées.

Une communication publiée dans les actes du congrès
EPE (Aachen 1989), pp 1501-1506, intitulée " Design of a high-frequency planar power transformer in multilayer technology" (conception d'un transformateur de puissance plan à haute fréquence en technologie multicouche) décrit un procédé de réalisation de bobinages simplifiés utilisant une superposition de "rondelles" embouties. Les connexions entre spires peuvent être effectuées par vissage ou soudage.

Le brevet américain US 5010314 du 23 Avril 1991 divulgue un transformateur plan destiné à des applications à haute fréquence qui est réalisé par empilement d'un ensemble d'éléments plans, notamment des spires prédécoupées, des couches isolantes et des circuits imprimés, et insertion de circuits magnétiques en forme de E.

Le brevet américain US 4959630 du 25 Septembre 1990 divulgue un transformateur à haute fréquence réalisé à partir d'un circuit flexible comprenant un enroulement primaire sous la forme d'un film conducteur et un ou plusieurs enroulements secondaires sous la forme de films conducteurs. Les motifs de ce circuit flexible sont obtenus par un procédé photolithographique.

Le but de la présente invention est de proposer un procédé pour réaliser des composants magnétiques à bobinages simplifiés, qui soit encore plus simple, plus rapide et moins coûteux que les procédés connus actuellement.

Suivant l'invention, le procédé pour réaliser des composants magnétiques à bobinages simplifiés, comprend les étapes suivantes: une étape pour traiter une ou plusieurs pièce(s) métallique(s) de faible épaisseur, notamment une feuille ou un ruban, de façon à obtenir des motifs précurseurs de spires, une étape pour plier cette ou ces pièce(s) ainsi traitée(s) de façon à obtenir un ou plusieurs ensembles de spires, une étape pour assembler cet ensemble de spires de façon à obtenir un ou plusieurs bobinages simplifiés.

Ainsi, il est possible avec le procédé de réalisation selon l'invention d'automatiser pratiquement intégralement la fabrication de composants magnétiques. En effet, la réalisation des bobinages fait essentiellement appel à des opérations de traitement, par exemple de découpe, et de pliage qui peuvent aisément être automatisées. Les caractéristiques techniques des supports de réception, qui peuvent être par exemple un circuit imprimé ou un substrat métallique isolé, vont ensuite conditionner la nature des étapes d'association et de connexion.

Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape pour isoler les spires entre elles et/ou les bobinages entre eux, une étape pour associer le ou les bobinages à un circuit magnétique.

On peut également prévoir une étape pour réaliser des connexions entre le bobinage simplifié et des composants situés sur un support de réception.

Dans un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'étape de traitement comprend une étape pour emboutir une feuille métallique selon un motif de découpe prédéterminé de façon à réaliser une monospire prédécoupée comprenant un évidement central, et en ce qu'il comprend en outre une étape pour réaliser aux deux extrémités de chaque monospire deux trous de connexion sensiblement alignés avec le centre de l'évidement central.

Dans un second mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui comprend une étape de prédécoupage d'un ruban métallique suivie d'une étape de pliage de ce ruban prédécoupé en vue de réaliser un bobinage simplifié, l'étape de prédécoupage consiste en la réalisation de deux ensembles d'encoches disposées transversalement par rapport à l'axe du ruban, de profondeur sensiblement égale à la moitié de la largeur du ruban et de largeur petite devant leur profondeur, chaque ensemble d'encoches étant décalé par rapport à l'autre ensemble d'encoches d'un demi-pas d'encochage.

Dans un troisième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui comprend une étape de prédécoupage d'un ruban métallique suivie d'une étape de pliage du ruban prédécoupé, l'étape de prédécoupage comprend la réalisation d'encoches transversales ménagées alternativement sur chaque bord du ruban et présentant une profondeur et une largeur telles que le ruban prédécoupé comporte alternativement des tronçons longitudinaux et des tronçons transversaux présentant une largeur identique.

Dans un quatrième de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'étape de prédécoupage comprend la réalisation de deux ensembles d'encoches respectivement sur chaque bord du ruban et en vis à vis, et des fentes sensiblement rectangulaires disposées transversalement entre les encoches, les encoches et les fentes ayant des dimensions telles que la section globale de conduction électrique du ruban ainsi prédécoupé est sensiblement constante.

Dans un cinquième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, l'étape de pliage comprend une succession de pliages d'un ruban métallique préalablement isolé suivant des lignes de pliage disposées le long du ruban et orientées alternativement à 45 degrés et à 135 degrés par rapport à une direction axiale prédéterminée, de façon à réaliser une spire ou plusieurs spires en série, et le bobinage ainsi obtenu est inséré autour d'un noyau magnétique, des cales isolantes pouvant être disposées entre ce noyau magnétique et le bobinage.

Le procédé selon l'invention peut être appliqué à la réalisation de composants magnétiques sur circuit imprimé. Dans ce cas, le procédé comprend les étapes suivantes
- dépose sur le circuit imprimé du circuit
magnétique éventuellement doté d'un enroulement
préalablement bobiné,
- insertion de nappes de fils dans des trous
préalablement ménagés dans le circuit imprimé, en
vue de réaliser un ou plusieurs enroulements, et
- soudage à la vague de l'ensemble des fils, en
même temps que des composants annexes.

Lorsqu'il est appliqué à la réalisation d'un composant magnétique à bobinage simplifié sur un substrat métallique isolé, le procédé selon l'invention comprend alors les étapes suivantes
- emboutissage d'une plaque métallique initiale
pour obtenir un ensemble de fentes longitudinales
sensiblement parallèles,
- pliage de la plaque métallique emboutie de façon
à réaliser un tunnel suivant un axe sensiblement
perpendiculaire aux fentes,
- découpe de parties latérales de la plaque pliée,
de façon à obtenir à partir du tunnel un ensemble
de pattes indépendantes,
- montage de l'ensemble de pattes ainsi obtenu sur
un noyau d'un circuit magnétique préalablement
disposé sur un substrat métallique isolé, ce
noyau étant éventuellement muni d'un enroulement
préalablement bobiné, et
- soudage des pattes sur le substrat métallique
isolé pour créer un ou plusieurs enroulements.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs
- la figure 1 illustre plusieurs formes de spires
embouties pouvant être mises en oeuvre dans le
procédé selon l'invention
- la figure 2 illustre un exemple de montage des
spires
- la figure 3 illustre plusieurs exemples de
disposition des sorties des enroulements
- la figure 4 représente un exemple d'assemblage
d'un transformateur, d'une inductance et d'un
composant
- la figure 5 illustre un ruban prédécoupé avant
d'être plié pour réaliser un bobinage selon l'invention
- la figure 6 représente un schéma simplifié d'un
étage de sortie d'un équilibreur de charge de
batterie pour lequel le procédé selon l'invention
peut être mis en oeuvre
- la figure 7 est un schéma de principe d'un
équilibreur réalisé avec le procédé selon l'invention
- la figure 8 est une vue descriptive simplifiée
d'un dispositif équilibreur réalisé avec le
procédé selon l'invention
- la figure 9 représente différentes étapes de
réalisation d'un bobinage selon un mode
particulier de mise en oeuvre du procédé selon l'invention - la figure 10 représente un mode particulier
d'assemblage des spires mis en oeuvre dans le
procédé selon l'invention - la figure 11 représente un mode particulier de
fixation des spires d'extrémité - la figure 12 représente une vue descriptive
simplifiée d'un composant magnétique réalisé avec
le procédé selon l'invention - la figure 13 illustre les étapes de pliage d'un
ruban métallique pour obtenir une spire avec un
mode particulier de mise en oeuvre du procédé
selon l'invention - la figure 14 est une vue en coupe d'un composant
magnétique muni d'un bobinage réalisé à partir
d'un ruban métallique plié - la figure 15 illustre l'existence d'un intervalle
entre couches successives d'un bobinage réalisé
avec un procédé selon l'invention - la figure 16 illustre un autre motif de découpe
d'un ruban métallique permettant de n'effectuer
qu'une passe de découpe - la figure 17 représente un mode de pliage du
ruban de la figure 16 - la figure 18 est une vue en coupe d'un composant
magnétique comprenant un bobinage réalisé à
partir d'un ruban métallique tel que représenté
en figure 16 - la figure 19 représente un ruban métallique
prédécoupé selon un motif de découpe symétrique - la figure 26 illustre un premier mode de mise en
oeuvre du ruban de la figure 19 avec un noyau
magnétique en forme de U - la figure 21 illustre un second mode de mise en
oeuvre du ruban de la figure 19 avec un autre
type de pliage ; et
- la figure 22 représente la structure d'un circuit
magnétique pouvant accueillir le bobinage
représenté en figure 21.

On va maintenant décrire plusieurs formes de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation selon l'invention, en même temps que des composants magnétiques réalisés avec ce procédé, en référence aux figures précitées.

Plusieurs formes de spires embouties peuvent être envisagées, comme l'illustre la figure 1. Ces spires sont prédécoupées par poinçonnage ou emboutissage.

Leurs formes particulières facilitent le montage global d'un transformateur ou d'une inductance. En particulier, les connexions de sorties sont alignées avec le centre du circuit magnétique.

Selon un premier mode de réalisation A) chaque spire 10 comprend une partie sensiblement circulaire ouverte 104 présentant un trou central 105 pour le passage d'un circuit magnétique, un trou de connexion 101 près d'une extrémité, éventuellement deux encoches 107, 108 pour le positionnement de la spire par rapport au circuit magnétique, et une partie droite 103 disposée de façon à être séparée de l'extrémité de la partie circulaire 104 par un espace 106 et de longueur telle que le trou 102 prévu pour effectuer les connexions entre spires soit aligné avec le centre du circuit magnétique.

Dans un second mode de réalisation B), chaque spire 11 présente une forme sensiblement rectangulaire comprenant une première partie 114 ayant sensiblement la forme d'un carré interrompu et présentant un trou central 115 et à une extrémité un trou de connexion 111, et une seconde partie 113 constituant la seconde extrémité de la spire 11, munie d'un trou de connexion 112 et séparé de l'extrémité de la première partie par un passage étroit 116. On peut prévoir de supprimer des coins 119, 119' pour une spire sur deux dans un empilement de spires pour obtenir un meilleur refroidissement par convection. On peut noter qu'une spire de forme rectangulaire présente une plus faible résistance qu'une spire circulaire et permet un meilleur refroidissement. Une ou deux encoches 117, 118 peuvent être utilisées pour le passage du circuit magnétique de retour.

Dans un troisième mode de réalisation C), une spire 12 présente une partie droite 123 de longueur plus petite que le diamètre d'une partie circulaire interrompue 124 qui comprend un trou central 125 et des encoches 127, 127. Deux trous de connexion 121, 122 sont prévus aux extrémités respectives des parties circulaires et droites 124, 123 et sont également en alignement avec le centre du trou central.

Dans un quatrième mode de réalisation D), on considère une spire 13 comprenant une partie centrale de forme sensiblement carrée 134 et une partie droite 133 courte, ces deux parties présentant chacune un trou de connexion 131, 132. La partie centrale 134 comprend un trou central 135 pour recevoir un circuit magnétique, des encoches 137, 137 pour assurer le positionnement de la spire 13 par rapport au circuit magnétique. On peut également prévoir de supprimer des coins 139, 139' d'une spire sur deux pour un meilleur refroidissement par convection. Un passage étroit 136 relie le trou central 135 à l'extérieur de la spire 13.

Cette disposition des spires permet d'une part, une connexion en une seule opération de l'ensemble des spires comme l'illustre la figure 2, et d'autre part, une disposition simple des sorties des divers enroulements comme l'illustre la figure 3.

On peut ainsi prévoir de connecter un premier embout 22 d'une première spire à un premier embout 23 d'une seconde spire au moyen d'une première pièce de cuivre 220, tandis que le second embout 21 de cette première spire est isolé du second embout 26 de la seconde pièce par une première d'isolant 210. Le second embout 26 de la seconde spire est connecté à un second embout 27 d'une troisième spire par une seconde pièce de cuivre 211, le premier embout 23 de la seconde spire étant isolé du premier embout 24 d'une troisième spire 24 par une pièce isolante 221. Ce premier embout 24 est connecté au premier embout 25 d'une quatrième spire par une pièce en cuivre 222, tandis que le second embout 28 de cette quatrième spire est isolé du second embout 27 de la troisième spire par une pièce isolante 212.Cette disposition peut être répétée pour le nombre de spires que doit comporter le composant magnétique. Une soudure des parties conductrices en contact ou un serrage F peut ensuite être effectué sur chaque empilement d'embouts de spires.

Plusieurs dispositions de sorties de spires peuvent être envisagées, en référence à la figure 3. Dans une première disposition A), les sorties primaire P et secondaire S sont diamétralement opposées; dans une seconde disposition B), les sorties respectivement primaire P et secondaire S sont décalées angulairement.

On peut également envisager une disposition C) comprenant une sortie primaire P et deux sorties secondaires S1, S2 décalées angulairement respectivement de 2z/3 et de 4roc/3, ainsi qu'une disposition D) comprenant deux sorties primaires P1, P2 et deux sorties secondaires S1, S2, chaque sortie primaire P1, P2 pouvant par exemple être diamétralement opposée à une sortie secondaires S2, S1.

Les spires prédécoupées permettent un refroidissement aisé par une surface suffisante et une forme adaptée de la spire. On peut avantageusement prévoir l'emboutissage de deux spires en une seule fois afin de créer deux composants magnétiques, par exemple, un transformateur et une inductance, en référence à la figure 4.

Un élément conducteur 40 obtenu par prédécoupage peut ainsi comprendre une première spire 41 destinée par exemple à un transformateur et une seconde spire 42 destinée par exemple à une inductance. Chaque spire 41, 42 comprend un trou central 45, 43 pour recevoir chacun un circuit magnétique et est munie à son extrémité d'un trou de connexion 48, 49. Un composant 47, par exemple une diode, est fixé au plus près de l'espace reliant les deux trous centraux 45, 43 pour diminuer l'inductance parasite. On peut aussi prévoir des encoches 43, 43', 44, 44' pour assurer le positionnement des spires par rapport aux circuits magnétiques.

On va maintenant décrire un autre procédé d'empilage des spires en assurant le contact par des rondelles rajoutées.

Dans le cadre de la technique d'empilage, en référence à la figure 10, les différentes spires 106b, 107b, 108b préalablement munies d'une couche isolante 106a, 107a, 108a sont assemblées sur un axe 101, en alternant isolation et mise en contact au moyen de rondelles de montage alternativement isolantes 105, 103 et conductrices 104, 102.

Cet empilage peut se faire manuellement, ou par utilisation d'un automatisme relativement simple de positionnement à partir des pièces issues d'un bol vibrant. Après empilage, il faut plier les spires d'extrémités 111, 112, qui ont une forme différente des spires intérieures 113, 114 si elles doivent assurer le contact avec un circuit imprimé, comme l'illustre la figure 11.

Pour terminer la fabrication du composant magnétique 120, il reste à insérer le circuit magnétique 123 à l'intérieur des spires 125, puis à enrober l'ensemble dans la résine 126, afin d'assurer l'isolement électrique et la tenue mécanique, notamment la tenue aux vibrations. Un exemple de structure finale d'un composant magnétique selon l'invention est représenté en figure 12. Les spires d'extrémité fournissent les deux bornes 121, 122 du composant magnétique 120.

Pour la réalisation d'inductances et de transformateurs à bobinages simplifiés, on peut également envisager un simple ruban métallique plié.

Par exemple, un ruban métallique isolé est plié 4 fois à 90 pour obtenir une spire.

La figure 13 illustre les quatre étapes de pliage d'un ruban. Le ruban 130 a une longueur en rapport avec les dimensions du noyau magnétique et le nombre de spires désiré (A).

Le premier pliage (B) est effectué sur le premier pli 131 de façon à obtenir un premier côté 133 de 90 degrés. Le second pliage (C) est effectué sur le second pli 132 de façon à obtenir un second côté 134. Le troisième pliage (D) est effectué sur le troisième pli 137 et permet d'obtenir un troisième côté 135. Un quatrième pliage terminera la première spire. Des pliages supplémentaires augmenteront le nombre de spires.

Dans un exemple de réalisation sur noyau ferrite en
E, si la largeur de la fenêtre est L, la largeur du ruban est choisie un peu inférieure à L. Cet écart peut aussi être mis à profit pour faire une cheminée d'évacuation thermique des pertes créées dans le noyau magnétique. En référence à la figure 14, des cales isolantes 142, 143, 144, 145 peuvent être utilisées pour maintenir l'écartement entre le bobinage 140 et le noyau magnétique 141 d'un composant magnétique 14.

Si l'épaisseur du ruban est e, la vue latérale représentée en figure 15 montre qu'à l'endroit du pliage, l'épaisseur 150 est 2.e, ce qui laisse un intervalle vide 151 d'une épaisseur e entre deux couches successives 152, 153. Ces lames d'air peuvent faciliter le refroidissement du bobinage 15 et, par conséquent, de l'ensemble du composant magnétique.

A l'endroit du pliage, l'épaisseur est 2.e, ce qui laisse un intervalle vide d'une épaisseur e entre deux couches successives, en référence à la figure 15. Ces lames d'air peuvent faciliter le refroidissement du bobinage et, par conséquent, de l'ensemble du composant magnétique.

L'isolation entre spires est effectuée soit par du ruban isolant, soit par des cales (épaisses ou minces) insérées par exemple au moment du pliage, soit, plus traditionnellement, par un émail ou un vernis déposé avant ou après pliage. Pour faciliter l'isolation, le ruban de cuivre sera à bords "doux" (arrondis ou effilés). Pour éviter des bords vifs, il pourra être obtenu par découpage entre molettes, plutôt que coupé à la cisaille, au poinçon ou à la scie.

Un contact électrique est possible entre les deux faces intérieures d'un pliage. Cela simplifie l'isolation: on peut accepter des défauts aux pliages.

Pour la réalisation d'un bobinage à partir d'une feuille métallique prédécoupée et pliée, on propose une géométrie et une fabrication propre, en référence à la figure 5. Un ruban conducteur 50 est encoché 510-514; 520-523 puis plié suivant les pointillés 530-537.

L'accordéon résultant est ensuite percé au centre pour permettre le passage du circuit magnétique et constituer en même temps les spires.

En plus du pliage, cette technologie nécessite deux opérations de découpage/perçage: une prédécoupe avant pliage et un perçage après pliage. L'intérêt de cette méthode réside dans l'élimination des erreurs de pliage qui, s'accumulant, décalent les découpes initiales. Le perçage final est un cylindre (ou un prisme) droit.

Quand on maîtrise convenablement les pliages, il est possible de n'effectuer qu'une passe de découpe. Le ruban initial est découpé suivant le motif représenté en figure 16. L'étape de prédécoupage comprend la réalisation d'encoches transversales 161, 162, 163, 164 ménagées alternativement sur chaque bord du ruban de telle façon que le ruban prédécoupé 16 comporte alternativement des tronçons longitudinaux 166 et des tronçons transversaux 165 présentant une section de conduction identique.

Il est ensuite plié une fois dans un sens, un fois dans l'autre sens sur les traits mixtes (pliage accordéon), en référence à la figure 17.

L'étape de pliage comprend ainsi une succession de pliages en accordéon effectués selon des axes de pliage correspondant aux lignes médianes 167, 168, 169 des tronçons transversaux, le ruban ainsi plié 17 comportant un trou central 170 dans lequel est inséré un noyau magnétique 181.

Le bobinage ainsi obtenu 180 peut être inséré dans un noyau magnétique 181 en E, en référence à la figure 18, pour réaliser par exemple une inductance 18. Des cales 182, 183, 184, 185 peuvent être utilisées aux quatre coins du trou central pour assurer une isolation électrique entre le bobinage 18 et le noyau magnétique 181, ainsi qu'un refroidissement de l'ensemble.

Avec un ruban d'épaisseur uniforme et des dimensions adaptées (largeur du matériau restant constante: a), la section de cuivre est constante.

Dans cette technologie, les spires sont jointives.

Contrairement au cas précédent, il n'y a pas d'espace entre les spires dû aux pliages. La fenêtre est mieux utilisée.

Par rapport aux découpes proposées dans l'art antérieur, cette découpe mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention est plus simple. D'abord dans leur élaboration (les découpes débouchent sur l'extérieur du ruban) mais aussi dans la mise en oeuvre des rubans qui peuvent être découpés "au kilomètre" puisque les extrémités ne sont pas spécifiques (elles sont identiques au motif général).

Ici encore, l'isolation entre spires est effectuée soit par du ruban isolant, soit par des cales (épaisses ou minces) insérées par exemple au moment du pliage, soit par un émail ou un vernis déposé avant ou après pliage. Pour faciliter l'isolation, le ruban de cuivre sera à bords "doux" (arrondis ou effilés). Pour éviter des bords vifs, il pourra être obtenu par découpage entre molettes, plutôt que coupé à la cisaille, au poinçon ou à la scie.

On peut également prévoir, en référence à la figure 19, un ruban 190 correspondant au ruban précédent 191 et à son symétrique 192 placés côte à côte. Le pliage est identique au précédent: une fois dans un sens, une fois dans l'autre suivant les traits mixtes (pliage accordéon).

L'étape de prédécoupage comprend la réalisation de deux ensembles d'encoches 193, 194; 195, 196 respectivement sur chaque bord du ruban et chaque encoche 193, 194 d'un premier ensemble étant en vis à vis d'une encoche 195, 196 du second ensemble, et des fentes sensiblement rectangulaires 197, 198 disposées transversalement entre les encoches 193, 195; 194, 196, les encoches 193, 194; 195, 196 et les fentes transversales 197, 198 ayant des dimensions telles que la section globale de conduction électrique du ruban ainsi prédécoupé soit sensiblement constante.

L'étape de pliage comprend une succession de pliages en accordéon selon des lignes de pliage transversales L1, L2, L3, L4 situées sensiblement au milieu de chaque zone transversale séparant une paire d'encoches en vis à vis 193, 195; 194, 196 et une fente voisine 197, 198, de sorte qu'on obtient un bobinage 190' comprenant deux trous dans lesquels on insère deux noyaux magnétiques 201, 201' d'un circuit magnétique en
U.

Le bobinage obtenu 190' s'utilise sur un noyau en U 201 pour réaliser par exemple une inductance 200, en référence à la figure 20. Des cales 203-206, 207-209, 202 peuvent être utilisées pour assurer une isolation électrique entre le bobinage 190 et les noyaux du circuit magnétique en forme de U 201. C'est probablement la solution qui utilise le mieux le cuivre et le fer en minimisant le volume global du composant magnétique 200.

On peut également prévoir que le même ruban 190 puisse être plié suivant une ligne de pliage sur deux sur deux, en référence à la figure 21.

L'étape de pliage comprend une succession de pliages en accordéon selon des lignes de pliage correspondant à une ligne sur deux parmi des lignes transversales L1, L2, L3, L4 situées sensiblement au milieu de chaque zone transversale séparant une paire d'encoches en vis à vis 193, 195; 194, 196 et une fente voisine 197, 198.

Le procédé selon l'invention comprend alors en outre une étape pour insérer le bobinage ainsi constitué 230 dans un circuit magnétique 240 comprenant quatre noyaux 231, 232, 233, 234, deux noyaux 232, 233 étant disposés aux deux extrémités d'une fente transversale 250 du bobinage 230 et deux autres noyaux 231, 234 étant disposés respectivement dans deux évidements encochés 251, 252 du bobinage 230. Pour que les ampères-tours créés s'ajoutent, le noyau magnétique 240 doit avoir une forme telle que représentée en figure 22. La coupe de la figure 21 correspond au plan 241 de la figure 22.

La structure qui vient d'être présentée peut être généralisée aux transformateurs à 2 enroulements et plus.

Le procédé selon l'invention a pour objectif de minimiser les coûts de fabrication et éviter en particulier le bobinage et le soudage manuel.

L'utilisation des plaques de cuivre découpée n'est qu'une solution parmi d'autres, et pour un transformateur multi-sorties, il est possible d'envisager une autre solution, basée dans un premier temps sur l'utilisation de nappes de fils.

En effet, le nombre de spires correspondant à chaque sortie est très faible, une ou deux selon la ferrite utilisée, et il serait dommage d'utiliser la technologie traditionnelle qui oblige à souder manuellement sur chaque picot de la carcasse.

Pour exposer cette solution, il est utile de considérer le schéma électronique de l'étage de sortie d'un équilibreur de charge de batteries 60, en référence à la figure 6, en intégrant les diodes 611, 612; 621, 622; 631, 632 et les condensateurs de sortie 61, 62, 63.

Chaque étage 610, 620, 630 de l'équilibreur 60 comprend un ensemble de spires 613, 623, 633 dont les extrémités respectives sont connectées respectivement aux anodes de deux diodes 611, 612; 621, 622; 631, 632 à cathodes communes reliées respectivement aux points de connexion des condensateurs 61, 62, 63.

Le principe d'utilisation de la "nappe de fils" consiste à fabriquer les spires d'un ou plusieurs enroulements, grâce à une ou plusieurs nappes de fils montées sur un circuit imprimé qui permettent, grâce à des pistes adaptées, de "fermer" le ou les enroulements.

En intégrant diodes et condensateurs de sortie, le schéma de principe du circuit imprimé est représenté en figure 7. Chaque groupe redresseur 720, 730 comprend deux diodes 721, 722; 731, 732 dont les cathodes respectives sont reliées à un point de connexion de deux condensateurs de sortie 71, 72; 72, 73 et dont les anodes sont reliées respectivement à deux points de connexion 724, 725; 734, 735 à des spires constituées par des nappes de fil au dessus du circuit imprime.

Un dispositif équilibreur obtenu avec le procédé selon l'invention peut présenter à titre d'exemple la structure illustrée en figure 8 dans laquelle on n'a pas représenté les pistes du circuit imprimé pour des raisons de lisibilité. Le dispositif équilibreur 80 comprend ainsi sur un circuit imprimé 86 un circuit magnétique 81 en ferrite en forme de E, un bobinage primaire 82 disposé autour du barreau central, des bobinages secondaires 84, 85 concentriques sous la forme de nappes de fil, des diodes 89, des condensateurs de sortie 87 et des connecteurs 88.

On va maintenant décrire le procédé selon l'invention en rappelant préalablement que l'intérêt de ce type de solution est de faciliter la production industrielle, et donc de diminuer les coûts d'un tel transformateur.

Le primaire peut être bobiné de manière automatique, car il utilise des fils de cuivre de section limitée, facilement bobinable sur une machine, et ne demande que deux ou trois sorties.

En partant d'une ferrite avec son primaire déjà bobiné, et d'un circuit imprimé classique, la fabrication pourrait comporter les étapes suivantes
- implantation sur le circuit imprimé des diodes et
des condensateurs
- dépose de la ferrite avec son primaire déjà
bobiné sur le circuit imprimé
- insertion des nappes de fils du secondaire dans
les trous du circuit imprimé
- soudage à la vague de tous les fils en une seule
opération, en même temps que les composants
annexes (diodes et condensateurs).

Pour réaliser un équilibreur complet, il ne manque plus que les MOS du primaire et leur commande. Ces MOS et les composants de la commande peuvent être implantées sur le même circuit imprimé, ce qui permet de réaliser l'ensemble avec une seule opération de soudage.

Dans le cadre d'une industrialisation en grande série, on peut aller plus loin et fabriquer cet équilibreur en technologie SMI (Substrat Métallique
Isolé), avec un montage en surface de tous les composants.

Au lieu d'utiliser des nappes de fils standard, dont les extrémités sont conçues pour être insérées dans des trous au pas de 2,54 mm, on peut fabriquer directement cette nappe pour qu'elle puisse être "déposée" en surface sur un circuit simple face, de type SMI (Substrat Métallique Isolé). Cette nappe peut être obtenue en partant d'une plaque métallique découpée, en référence à la figure 9.

On considère (A) une plaque métallique initiale 90.

On réalise sur cette plaque une opération (B) d'emboutissage conduisant à l'obtention de fentes 91 parallèles régulièrement réparties. On effectue ensuite un pliage (C) de la plaque emboutie pour obtenir une pièce 92 en relief préfigurant des spires 93 séparées par des espaces 94. On effectue alors un découpage (D) des pattes 94. Celles-ci sont ensuite montées sur le barreau central en ferrite 97 d'un circuit magnétique 96 en forme de E, ce circuit ayant été préalablement muni d'un enroulement primaire bobiné autour du barreau central 97, et étant disposé sur un circuit imprimé 95.

Le montage sur SMI (Substrat Métallique Isolé) augmentera encore la productivité en fabrication, car il supprimera l'étape d'insertion manuelle des fils, et permettra également d'automatiser le report des autres composants (diodes, condensateurs et transistor MOS du découpage au primaire).

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, on peut prévoir d'autres formes de spires prédécoupées, adaptées par exemple à des formes particulières de circuit magnétique. Par ailleurs, le nombre de sorties d'un transformateur réalisé avec le procédé selon l'invention peut être quelconque. De plus , les spires et rubans prédécoupées peuvent être réalisés à partir de matériaux conducteurs quelconques.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour réaliser des composants magnétiques à bobinages simplifiés (800, 900, 120, 14, 17, 200, 220), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: une étape pour traiter une ou plusieurs pièce(s) métallique(s) de faible épaisseur (50, 90, 130, 16, 190), notamment une feuille ou un ruban, de façon à obtenir des motifs précurseurs de spires, une étape pour plier cette ou ces pièce(s) ainsi traitée(s) de façon à obtenir un ou plusieurs ensembles de spires, et une étape pour assembler cet ensemble de façon à obtenir un ou plusieurs bobinages simplifiés (125, 140, 180, 190').

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape pour isoler les spires entre elles et/ou les bobinages entre eux, une étape pour associer ce ou ces bobinages à un circuit magnétique (82, 97, 123, 141, 181, 201, 201', 237).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape pour réaliser des connexions entre le bobinage simplifié et des composants situés sur un support de réception (86, 95).

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de traitement comprend des étapes pour emboutir une feuille métallique selon un motif de découpe prédéterminé de façon à réaliser une monospire prédécoupée (10, 11, 12, 13) comprenant un évidement central (105, 115, 125, 135), et en ce qu'il comprend en outre une étape pour réaliser aux deux extrémités de chaque monospire deux trous de connexion (101, 102; 111, 112; 121, 122; 131, 132) sensiblement alignés avec le centre de l'évidement central (105, 115, 125, 135).

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape unique pour assembler plusieurs spires prédécoupées en série (21, 22; 23, 26; 24, 27; 25, 28; 106b, 107b, 108b) , cette étape comprenant une étape pour disposer sur un ou plusieurs dispositifs d'assemblage (F, 101) alternativement une pièce isolante (210, 212, 221, 105, 103) et une pièce conductrice (211, 220, 222, 104, 101) entre les extrémités correspondantes de deux spires prédécoupées adjacentes (106b, 107b), chaque spire étant préalablement munie d'une couche isolante (106a, 107a, 108a).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à la réalisation d'un transformateur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape pour disposer respectivement une ou plusieurs sorties primaires (P, P1, P2) et une ou plusieurs sorties secondaires (S, S1, S2) de ce transformateur à des positions angulaires prédéterminées respectivement d'entrée et de sortie.

7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'emboutissage d'un feuille métallique de façon à réaliser un ensemble (40) de deux spires (41, 42) respectivement affectées pour l'une à la réalisation d'un enroulement d'un transformateur et pour l'autre à la réalisation d'un enroulement d'une inductance, cet ensemble (40) comprenant un premier évidement (45) pour recevoir un noyau magnétique du transformateur et un second évidement (43) pour recevoir un noyau magnétique de l'inductance, et deux extrémités correspondant respectivement à la spire du transformateur et à la spire de l'inductance et munies chacune d'un trou de connexion (48, 49).

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape pour connecter un composant (47) entre les deux extrémités de l'ensemble (40) de deux spires.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une étape de prédécoupage d'un ruban métallique (50) suivie d'une étape de pliage de ce ruban prédécoupé en vue de réaliser un bobinage simplifié, caractérisé en ce que l'étape de prédécoupage consiste en la réalisation de deux ensembles d'encoches (520-523; 510-514) disposées transversalement par rapport à l'axe du ruban, de profondeur sensiblement égale à la moitié de la largeur du ruban et de largeur petite devant leur profondeur, chaque ensemble d'encoches étant décalé par rapport à l'autre ensemble d'encoches d'un demi-pas d'encochage.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de pliage comprend une succession de pliages effectués selon des lignes de pliage (530-537) reliant une encoche (510-514) d'un premier ensemble d'encoches à une encoche adjacente (520-523) du second ensemble d'encoches, ces lignes de pliage (530-537) présentant par rapport à l'axe du ruban alternativement un angle de 45 degrés et un angle de 135 degrés.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une étape de prédécoupage d'un ruban métallique suivie d'une étape de pliage du ruban prédécoupé (16), caractérisé en ce que l'étape de prédécoupage comprend la réalisation d'encoches transversales (161, 162, 163, 164) ménagées alternativement sur chaque bord du ruban et présentant une profondeur et une largeur telles que le ruban prédécoupé (16) comporte alternativement des tronçons longitudinaux (166) et des tronçons transversaux (165) présentant une section de conduction identique.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de pliage comprend une succession de pliages en accordéon effectués selon des axes de pliage correspondant aux lignes médianes (167, 168, 169) des tronçons transversaux, le ruban ainsi plié (17) comportant un trou central 170.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une étape de prédécoupage d'un ruban métallique suivie d'une étape de pliage du ruban prédécoupé (190), caractérisé en ce que l'étape de prédécoupage comprend la réalisation de deux ensembles d'encoches (193, 194; 195, 196) respectivement sur chaque bord du ruban et chaque encoche (193, 194) d'un premier ensemble étant en vis à vis d'une encoche (195, 196) du second ensemble, et des fentes sensiblement rectangulaires (197, 198) disposées transversalement entre les encoches (193, 195; 194, 196), les encoches (193, 194; 95, 196) et les fentes transversales (197, 198) ayant des dimensions telles que la section globale de conduction électrique du ruban ainsi prédécoupé est sensiblement constante.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape de pliage comprend une succession de pliages en accordéon selon des lignes de pliage transversales (L1, L2, L3, L4) situées sensiblement au milieu de chaque zone transversale séparant une paire d'encoches en vis à vis (193, 195; 194, 196) et une fente voisine (197, 198) , de sorte qu'on obtient un bobinage (200) comprenant deux trous dans lesquels on insère deux noyaux magnétiques (201, 201') d'un circuit magnétique.

15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape de pliage comprend une succession de pliages en accordéon selon des lignes de pliage correspondant à une ligne sur deux parmi des lignes transversales (L1, L2, L3, L4) situées sensiblement au milieu de chaque zone transversale séparant une paire d'encoches en vis à vis (193, 195; 194, 196) et une fente voisine (197, 198), et en ce qu'il comprend en outre une étape pour insérer dans le bobinage ainsi constitué (230) un circuit magnétique (237) comprenant quatre noyaux (231, 232, 233, 234), deux noyaux (232, 233) étant disposés aux deux extrémités d'une fente transversale (250) du bobinage (230) et deux autres noyaux (231, 234) étant disposés respectivement dans deux évidements encochés (251, 252) du bobinage (230).

16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de pliage comprend une succession de pliages (B, C, D) d'un ruban métallique (130) préalablement isolé suivant des lignes de pliage (131, 132) disposées le long du ruban (130) et orientées alternativement à 45 degrés et à 135 degrés par rapport à une direction axiale prédéterminée, de façon à réaliser une spire (138) ou plusieurs spires en série, et en ce que le bobinage ainsi obtenu (140) est inséré autour d'un noyau magnétique (141) , des cales isolantes (142-145) pouvant être disposées entre ce noyau magnétique (141) et le bobinage (140).

17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, pour réaliser un composant magnétique à bobinage simplifié (800) sur un circuit imprimé (86), caractérisé en ce que tout ou partie des spires de ce composant magnétique est obtenu par insertion de nappes de fils (84, 85) dans des trous préalablement ménagés dans le circuit imprimé (86), ces spires étant refermées par des pistes réalisées sur ce circuit imprimé.

18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, pour réaliser un composant magnétique à bobinage simplifié (98) sur un substrat métallique isolé (95), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes

- emboutissage (B) d'une plaque métallique initiale

(90) pour obtenir un ensemble de fentes

longitudinales sensiblement parallèles (91),

- pliage (C) de la plaque métallique emboutie (90)

de façon à réaliser un tunnel suivant un axe

sensiblement perpendiculaire aux fentes (91),

- découpe (D) de bords (901, 902) de la plaque

pliée (92), de façon à obtenir à partir du tunnel

un ensemble de pattes indépendantes (94),

- montage (E) de l'ensemble de pattes ainsi obtenu

sur un noyau (97) d'un circuit magnétique (98)

préalablement disposé sur un substrat métallique

isolé (95), ce noyau (97) étant éventuellement

muni d'un enroulement préalablement bobiné, et

- soudage des pattes (94) sur le substrat

métallique isolé (95) pour créer un ou plusieurs

enroulements.

19. Inductance à bobinage simplifié (14, 17, 120, 200) réalisée avec le procédé selon l'une des revendications 1 à 18.

20. Transformateur à bobinages simplifiés (800, 900) réalisé avec le procédé selon l'une des revendications 1 à 18.

21. Dispositif équilibreur de tension (60, 70, 80), notamment pour un chargeur de batterie, comprenant un transformateur à sorties multiples (800), caractérisé en ce que les bobinages secondaires (610, 620, 630) de ce transformateur sont réalisés avec le procédé selon l'une des revendications 1 à 18.