FR2730849A1 - Transformateur, notamment pour convertisseur d'energie, et convertisseur d'energie a resonnance dote d'un tel transformateur - Google Patents

Transformateur, notamment pour convertisseur d'energie, et convertisseur d'energie a resonnance dote d'un tel transformateur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un transformateur, notamment pour convertisseur d'énergie, comportant un bobinage primaire (10) et un bobinage secondaire (11) établis sur un circuit magnétique (1) apte à canaliser le flux de l'enroulement primaire (10) vers l'enroulement secondaire (11). Selon l'invention, le circuit magnétique (1) comporte au moins trois branches (4-6), dites latérales et centrale, reliées les unes aux autres, vers chacune de leurs extrémités, par deux traverses (7, 8), au moins une desdites branches (4) comportant un entrefer (9) d'épaisseur prédéterminée variable, apte à permettre de canaliser le flux magnétique de fuite du transformateur. De plus, les bobinages primaire (10) et secondaire (11) sont disposés autour respectivement. de deux branches (5, 6) dépourvues d'entrefer (9).

Description

i
TRANSFORMATEUR, NOTAMMENT POUR CONVERTISSEUR D'ENERGIE,
ET CONVERTISSEUR D'ENERGIE A RESONNANCE DOTE
D'UN TEL TRANSFORMATEUR
L'invention vise un transformateur, notamment pour convertisseur d'énergie, comportant un bobinage primaire et un bobinage secondaire établis sur un circuit magnétique apte à canaliser le flux de l'enroulement primaire vers l'enroulement secondaire. Elle s'étend à un convertisseur d'énergie à résonnance doté d'un
tel transformateur.
Un des inconvénients majeurs que présentent actuellement les transformateurs existants réside dans le fait que ces derniers présentent un flux magnétique de fuite pénalisant à double titre de tels transformateurs. En effet, et en premier lieu, ce flux magnétique génère des courants de Foucault qui engendrent des pertes au contact des conducteurs électriques. De plus, ce flux magnétique de fuite rayonnant dans l'air environnant, son comportement est fonction des caractéristiques électro-magnétiques de cet environnement. De ce fait, ce flux magnétique de fuite
s'avère, dans la pratique, incontrôlable.
La seule solution actuelle proposée pour pallier ces inconvénients consiste à tenter de minimiser ce flux magnétique de fuite. A cet effet, la solution la plus courante consiste à réaliser autour du circuit magnétique un capotage formant une fibre extérieure fermée qui empêche le flux magnétique de fuite de rayonner à l'extérieur du transformateur. Une telle solution a pour avantage de limiter le flux magnétique de fuite en supprimant une partie de ce dernier. Toutefois, elle ne resout pas les problèmes liés à l'existence de ce flux magnétique de fuite car elle permet seulement de le minimiser mais non de le contrôler. La présente invention vise à pallier les inconvénients des transformateurs dus à l'existence d'un flux magnétique de fuite, et se propose de fournir un transformateur conçu pour permettre de supprimer les
nuisances liées à ce flux magnétique de fuite.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un convertisseur d'énergie à résonnance de conception simplifiée par rapport aux convertisseurs d'énergie à résonnance actuels. A cet effet, l'invention vise, en premier lieu, un transformateur du type décrit ci- avant, se caracterisant en ce que: - le circuit magnétique comporte au moins trois branches, dites latérales et centrale(s), reliées les unes aux autres, vers chacune de leurs extrémités, par deux traverses, au moins une desdites branches comportant un entrefer d'épaisseur prédéterminée variable entre une valeur minimale donnée et une valeur maximale sensiblement égale à la longueur de ladite branche, apte à permettre de canaliser le flux magnétique de fuite du transformateur, - les bobinages primaire et secondaire sont disposés autour respectivement de deux branches dépourvues d'entrefer. L'invention a donc consisté à réaliser un transformateur ayant la particularité d'intégrer, de par sa conception, une self de fuite dont le flux est canalisé dans le matériau du circuit magnétique, et dont les caractéristiques peuvent être ajustées en fonction de
l'épaisseur et de la section chaque entrefer.
Une telle invention permet donc de supprimer les nuisances liées à l'existence du flux de fuite magnétique, en utilisant celui-ci de façon à réaliser une self contrôlée, et conduit à fournir un composant intégrant les fonctions de self et de transformateur qui
nécessitaient, jusqu'à présent, deux composants distincts.
De plus, une telle conception selon laquelle les bobinages primaire et secondaire sont dissociés, conduit à minimiser le couplage capacitif entre lesdits bobinages primaire et secondaire, et assure de ce fait une barrière vis à vis des parasites de mode commun qui confère au transformateur des performances excellentes en terme de compatibilité électro-magnétique (notamment sur
les lignes de sortie).
En outre, cette conception permet d'assurer des isolements galvaniques et d'obtenir des performances de
rigidité diélectrique excellentes.
Une des applications de l'invention vise ainsi la réalisation de convertisseurs d'énergie constitués d'un transformateur monté en série avec une self, et cette invention s'étend à des convertisseurs d'énergie à résonance incorporant, outre un transformateur et une self tels que décrits ci-dessus, au moins une capacité montée en
série et/ou en parallèle avec le transformateur.
Un tel convertisseur d'énergie à résonnance offre l'avantage d'être constitué d'un nombre de composants restreint par rapport aux convertisseurs d'énergie à résonnance actuels, et présente un coût de revient inférieur et une conception simplifiée par rapport à ces derniers. Selon une autre caractéristique de l'invention, le transformateur comprend une spire
extérieure fermée disposée autour du circuit magnétique.
Cette disposition évite, de façon classique, les rayonnements vers l'extérieur du flux magnétique de fuite, et permet donc de déterminer de façon
précise les caractéristiques de la self.
D'autres caractéristiques buts et avantages
de l'invention ressortiront de la description détaillée qui
suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemples non limitatifs deux variantes de réalisation. Sur ces dessins qui font partie intégrante de
la présente description:
- la figure 1 est un schéma équivalent d'un composant conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique frontale d'une première variante de réalisation d'un composant conforme a l'invention, - la figure 3 est une vue schématique frontale d'une deuxieme variante de réalisation de ce composant, - la figure 4 est une vue en perspective schématique d'un composant conforme à celui représenté à la
figure 3.
Les composants représentés schématiquement aux figures présentent la particularité d'intégrer les fonctions de self et de transformateur qui nécessitaient jusqu'à présent deux composants distincts. De tels composants sont particulièrement destinés à la réalisation de convertisseurs d'énergie à résonnance comportant, outre lesdits composants, au moins une capacité montée en série
et/ou en parallèle avec le transformateur.
Tel que représenté à la figure 4, chacun de ces composants comporte un circuit magnétique 1 constitué de deux éléments identiques 2, 3 adaptés pour être disposés en position inversée l'un par rapport à l'autre, lesdits éléments présentant transversalement la forme générale d'un E dont l'une des branches présente une longueur inférieure
à celle des autres branches.
Le circuit magnétique 1 ainsi formé comporte donc trois branches parallèles, une branche centrale 4 et deux branches latérales 5, 6, reliées les unes aux autres, vers chacune de leurs extrémités, par deux
traverses 7, 8.
De plus une des branches de ce circuit magnétique 1 comporte un entrefer 9 formant une self de fuite contrôlée dont les caractéristiques peuvent être ajustées en fonction de l'épaisseur et de la section dudit entrefer. En outre, tel que représenté respectivement aux figures 2 et 3, les éléments 2, 3 du circuit magnétique 1 peuvent être conçus de façon que l'entrefer 9 soit ménagé, soit au droit de la branche centrale 4 (figure 2), soit au droit d'une des branches latérales, en l'exemple 6
(figure 3).
Le composant comporte également un bobinage primaire 10 et un bobinage secondaire 11 disposés
respectivement autour des branches dépourvues d'entrefer 9.
Ainsi, selon la variante de réalisation représentée à la figure 2, ces bobinages primaire 10 et secondaire 11 sont
disposés respectivement autour des branches latérales 5, 6.
Par contre, selon la variante de réalisation représentée aux figures 3 et 4, ces bobinages primaire 10 et secondaire 11 sont disposés respectivement autour de la branche
centrale 4 et d'une des branches latérales 5.
Le composant comporte enfin, une spire extérieure fermée 12 disposée autour du circuit magnétique 1 et destinée à éviter, de façon classique, le rayonnement du flux magnétique de fuite vers l'extérieur. Tel que schématisé à la figure 4, cette fibre extérieure peut être constituée par un boîtier 12 en un matériau métallique
renfermant le circuit magnétique 1.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1/ - Transformateur, notamment pour convertisseur d'énergie, comportant un bobinage primaire (10) et un bobinage secondaire (11) établis sur un circuit magnétique (1) apte à canaliser le flux de l'enroulement primaire (10) vers l'enroulement secondaire (11), caractérisé en ce que: - le circuit magnétique (1) comporte au moins trois branches (4-6), dites latérales et centrale(s), reliées les unes aux autres, vers chacune de leurs extrémités, par deux traverses (7, 8), au moins une desdites branches (4; 6) comportant un entrefer (9) d'épaisseur prédéterminée variable entre une valeur minimale donnée et une valeur maximale sensiblement égale à la longueur de ladite branche, apte à permettre de canaliser le flux magnétique de fuite du transformateur, - les bobinages primaire (10) et secondaire (11) sont disposes autour respectivement de deux branches
(5, 6; 4, 5) dépourvues d'entrefer (9).
2/ - Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une spire extérieure
fermée (12) disposée autour du circuit magnétique (1).
3/ - Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la spire extérieure est constituée par un boîtier (12) en un matériau métallique renfermant le
circuit magnétique (1).
4/ - Transformateur selon l'une des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend
trois branches (4-6), la branche du circuit magnétique (1) présentant un entrefer (9) étant la branche centrale (4)
dudit circuit magnétique.
/ - Transformateur selon l'une des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend
trois branches (4-6), la branche du circuit magnétique (1) présentant un entrefer (9) étant une des branches latérales
(6) dudit circuit magnétique.
6/ - Transformateur selon l'une des
revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que le circuit
magnétique (1) est constitué d'éléments identiques, (2, 3)
adaptés pour être disposés en position inversée l'un par rapport à l'autre, lesdits éléments présentant transversalement la forme générale d'un E dont l'une des5 branches (4; 6) présente une longueur inférieure à celle des autres branches (5, 6; 4, 5).
7/ - Convertisseur d'énergie à résonnance caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur conforme
à l'une des revendications 1 à 6, et au moins une capacité
montée en série et/ou en parallèle avec ledit transformateur.
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