FR3090990A1 - MAGNETIC CORE HAVING A SPATIALLY VARIABLE CONSTITUTIVE CHARACTERISTIC - Google Patents
MAGNETIC CORE HAVING A SPATIALLY VARIABLE CONSTITUTIVE CHARACTERISTIC Download PDFInfo
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Abstract
L’invention concerne un noyau magnétique (10) présentant une forme générale de boucle autour d’un axe (X), comprenant au moins un matériau magnétique à composition prédéterminée et présentant au moins une structure interne prédéterminée. Le noyau magnétique (10) est formé d’une seule pièce et en ce qu’il présente, le long de l’axe (X), autour de l’axe (X) et/ou perpendiculairement à l’axe (X), au moins une variation spatiale de la composition prédéterminée du matériau magnétique et/ou de la structure interne prédéterminée, la variation spatiale étant destinée à générer un gradient de perméabilité magnétique (µr). Figure pour l'abrégé : [Fig. 2]The invention relates to a magnetic core (10) having a general form of loop around an axis (X), comprising at least one magnetic material with predetermined composition and having at least one predetermined internal structure. The magnetic core (10) is formed in one piece and in that it has, along the axis (X), around the axis (X) and / or perpendicular to the axis (X) , at least one spatial variation of the predetermined composition of the magnetic material and / or of the predetermined internal structure, the spatial variation being intended to generate a magnetic permeability gradient (µr). Figure for the abstract: [Fig. 2]
Description
DescriptionDescription
Titre de l’invention : NOYAU MAGNÉTIQUE COMPORTANT UNE CARACTÉRISTIQUE CONSTITUTIVE vaRIANT SPATIALEMENTTitle of the invention: MAGNETIC CORE HAVING A SPATIALLY VARIABLE CONSTITUENT CHARACTERISTIC
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
[0001] La présente invention concerne le domaine des inductances L (ou électroaimants), en particulier les noyaux magnétiques de ces inductances, cette invention pouvant notamment être utilisée dans le domaine des moteurs d’aéronefs.The present invention relates to the field of inductors L (or electromagnets), in particular the magnetic cores of these inductors, this invention can in particular be used in the field of aircraft engines.
Arrière-plan techniqueTechnical background
[0002] Un électroaimant est classiquement formé d’un circuit magnétique formant noyau magnétique et d’un bobinage (aussi appelé bobine) de N spires. Le noyau magnétique est constitué (au moins en partie) d’un matériau magnétique.An electromagnet is conventionally formed of a magnetic circuit forming a magnetic core and a coil (also called coil) of N turns. The magnetic core is made (at least in part) of a magnetic material.
[0003] La densité w d’énergie électromagnétique d’un matériau (magnétique) est donnée par la relation :The density w of electromagnetic energy of a (magnetic) material is given by the relation:
[0004] w = 1bh W = 1bh
[0005] - où B est la densité de flux magnétique dans l'espace (ou champs d’induction magnétique), et s'exprime en teslas, et[0005] - where B is the density of magnetic flux in space (or magnetic induction fields), and is expressed in teslas, and
[0006] - où H est l’excitation magnétique d’un matériau sous l'effet d'un champ électromagnétique externe (champs d’excitation magnétique), et s'exprime en ampères par mètres.- where H is the magnetic excitation of a material under the effect of an external electromagnetic field (magnetic excitation fields), and is expressed in amperes per meter.
[0007][0007]
[0008][0008]
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De manière classique, dans un matériau magnétique :Conventionally, in a magnetic material:
B = μ0.μΓ.ΗB = μ 0 .μ Γ .Η
- où μο est une constante universelle, la « constante magnétique » (il s’agit de la perméabilité magnétique du vide),- where μο is a universal constant, the "magnetic constant" (this is the magnetic permeability of the vacuum),
- où q, est la perméabilité magnétique relative, caractérisant la faculté d'un matériau donné à modifier un champ magnétique donné.- where q, is the relative magnetic permeability, characterizing the faculty of a given material to modify a given magnetic field.
La densité d’énergie stockée dans un matériau magnétique est donc :The density of energy stored in a magnetic material is therefore:
Τμ'/Τμ '/
[0013] L’utilisation d’un matériau magnétique à forte perméabilité magnétique relative μΓ permet de bien canaliser le champs d’induction magnétique (ou flux magnétique) B et de limiter les fuites électromagnétiques. Ces fuites sont gênantes et provoquent notamment l’apparition de courants induits dans le bobinage associé au noyau magnétique.The use of a magnetic material with high relative magnetic permeability μ Γ makes it possible to properly channel the magnetic induction fields (or magnetic flux) B and to limit the electromagnetic leaks. These leaks are troublesome and in particular cause the appearance of induced currents in the winding associated with the magnetic core.
[0014] Le champ d’induction magnétique (flux magnétique) B est cependant limité dans un matériau magnétique donné par un effet de saturation. Cet effet de saturation modifie la valeur de la perméabilité magnétique relative μΓ du matériau considéré et joue ainsi un rôle dans la capacité de stockage énergétique du noyau magnétique. Il peut donc être intéressant de minimiser l’importance de la perméabilité magnétique relative pr du matériau considéré.The magnetic induction field (magnetic flux) B is however limited in a given magnetic material by a saturation effect. This saturation effect modifies the value of the relative magnetic permeability μ Γ of the material considered and thus plays a role in the energy storage capacity of the magnetic core. It may therefore be advantageous to minimize the importance of the relative magnetic permeability pr of the material considered.
[0015] On définit par ailleurs la reluctance d’un circuit magnétique comme son aptitude à s’opposer à sa pénétration par un champ magnétique externe. Une coupure physique dans le circuit magnétique permet d’augmenter la reluctance dudit circuit magnétique et d’utiliser des champs d’excitation magnétiques H plus élevés sans saturer le noyau magnétique. Une telle coupure (un vide, en somme) dans le circuit magnétique est classiquement appelée « entrefer » et la densité d’énergie stockée dans un entrefer s’exprime selon la formule :We also define the reluctance of a magnetic circuit as its ability to oppose its penetration by an external magnetic field. A physical break in the magnetic circuit makes it possible to increase the reluctance of said magnetic circuit and to use higher magnetic excitation fields H without saturating the magnetic core. Such a cut (a vacuum, in short) in the magnetic circuit is conventionally called "air gap" and the density of energy stored in an air gap is expressed according to the formula:
[0016] w = W =
[0017] La densité w d’énergie électromagnétique stockée dans un matériau magnétique considéré dépend donc de poetprdans des proportions différentes et l’ajout d’un entrefer permet donc d’augmenter cette énergie w stockée.The density w of electromagnetic energy stored in a magnetic material considered therefore depends on poetp r in different proportions and the addition of an air gap therefore makes it possible to increase this stored energy w.
[0018] Toutefois, si l'épaisseur de l'entrefer est grande, il n'est plus possible de considérer que les lignes de champ magnétique restent perpendiculaires à l'entrefer et on doit alors tenir compte de l'épanouissement du champ magnétique, ce qui entraîne des pertes énergétiques.However, if the thickness of the air gap is large, it is no longer possible to consider that the magnetic field lines remain perpendicular to the air gap and we must then take into account the development of the magnetic field, which leads to energy losses.
[0019] Du point de vue des propriétés de matériaux, les solutions classiques pour réaliser un noyau magnétique d’électroaimant sont :From the point of view of material properties, the conventional solutions for producing a magnetic core of an electromagnet are:
[0020] - d’utiliser un matériau magnétique à forte perméabilité μΓ :- using a magnetic material with high permeability μ Γ :
[0021] - sans entrefer, induisant une énergie w magnétique stockée très limitée,- without air gap, inducing a very limited stored magnetic energy w,
[0022] - avec un seul entrefer, la présence de l’entrefer entraînant fuites et pertes dans tout bobinage placé à proximité de l’entrefer, et l’apparition d’efforts électromagnétiques au niveau entraînant des déformations et des vibrations du circuit magnétique,- with a single air gap, the presence of the air gap causing leaks and losses in any winding placed close to the air gap, and the appearance of electromagnetic forces at the level causing deformations and vibrations of the magnetic circuit,
[0023] - avec un entrefer réparti, ce qui se révèle être une solution intéressante, mais difficile à optimiser car l’usinage d’un matériau magnétique est compliqué et relativement aléatoire,- with a distributed air gap, which turns out to be an interesting solution, but difficult to optimize because the machining of a magnetic material is complicated and relatively random,
[0024] - d’utiliser un matériau magnétique à faible perméabilité μΓ sans entrefer : cette solution entraîne cependant des volumes et des masses de composants magnétiques importants et un rayonnement électromagnétique élevé.- Using a magnetic material with low permeability μ Γ without air gap: this solution however results in volumes and masses of large magnetic components and high electromagnetic radiation.
[0025] Par ailleurs, dans T électroaimant considéré, le noyau magnétique étant associé à un bobinage, lorsqu’un courant électrique I est mis en circulation dans le bobinage, celuici génère un ou plusieurs champs magnétique(s) dépendant(s) directement du courant traversant ce bobinage (selon la loi bien connue d'0rsted). Si le courant I traversant le bobinage varie, le(s) champs magnétique(s) induit(s) (H, B) par ce bobinage varie(nt) également.Furthermore, in T electromagnet considered, the magnetic core being associated with a winding, when an electric current I is circulated in the winding, it generates one or more magnetic fields (s) depending (s) directly on the current passing through this winding (according to the well-known Orsted law). If the current I passing through the winding varies, the magnetic field (s) induced (H, B) by this winding also varies.
[0026] De manière connue en soit, un champs magnétique (H, B) variable entraîne la création de courants de Foucault dans un matériau magnétique et donc, dans le noyau magnétique considéré. Pour reformuler, les courants de Foucault sont des courants électriques créés dans un matériau conducteur ;In known manner, a variable magnetic field (H, B) causes the creation of eddy currents in a magnetic material and therefore in the magnetic core considered. To reformulate, the eddy currents are electric currents created in a conductive material;
[0027] - soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce matériau (le flux du champ à travers le milieu),- either by the variation over time of an external magnetic field passing through this material (the flow of the field through the medium),
[0028] - soit par un déplacement de ce matériau dans un champ magnétique.- Either by a displacement of this material in a magnetic field.
[0029] Ces courants de Foucault sont classiquement responsables d'une partie des pertes dans les noyaux magnétiques et génèrent notamment des pertes thermiques par effet Joule.These eddy currents are conventionally responsible for part of the losses in the magnetic cores and in particular generate thermal losses by the Joule effect.
[0030] L’utilisation d’un matériau magnétique feuilleté (constitué, par exemple, d’un empilement de tôles et d’isolants) ou de matériaux compactés avec isolation des grains (type ferrites, poudres de fer, etc...) permet de limiter la création de tels courants de Foucault.The use of a laminated magnetic material (consisting, for example, of a stack of sheets and insulators) or of compacted materials with grain insulation (type ferrites, iron powders, etc.) limits the creation of such eddy currents.
[0031] De façon conventionnelle, les noyaux magnétiques massifs sont ainsi obtenus suivant deux grands types de fabrication :Conventionally, solid magnetic cores are thus obtained according to two main types of manufacturing:
[0032] - par injection, ce qui permet l’obtention de formes complexes mais se fait au complet détriment des performances magnétiques du noyau magnétique,- by injection, which allows complex shapes to be obtained but is completely detrimental to the magnetic performance of the magnetic core,
[0033] - par frittage ou corroyage, permettant d’obtenir un bon niveau de performances magnétiques mais imposant des formes simples qu’il faut ensuite assembler pour créer des formes spécifiques et des entrefers bien dimensionnés.- by sintering or wrought, to obtain a good level of magnetic performance but imposing simple shapes which must then be assembled to create specific shapes and well-sized air gaps.
[0034] La présence de plusieurs pièces dans un circuit magnétique introduit inévitablement des entrefers indésirables aux jonctions des différentes pièces, modifiant ainsi les performances du noyau magnétique et empêchant une maîtrise précise des propriétés de l’électroaimant.The presence of several parts in a magnetic circuit inevitably introduces unwanted air gaps at the junctions of the different parts, thus modifying the performance of the magnetic core and preventing precise control of the properties of the electromagnet.
[0035] Les procédés de fabrication actuels, basés sur des empilements de tôles découpées, des rubans magnétiques enroulés ou du moulage/frittage de poudres magnétiques (comme illustré respectivement en figure la, 1b et le), ne permettent que de réaliser des noyaux magnétiques formés de plusieurs pièces (avec un entrefer rapporté sur le reste du noyau magnétique), de forme simple et qui présente une structure uniformes.Current manufacturing processes, based on stacks of cut sheets, coiled magnetic tapes or molding / sintering of magnetic powders (as illustrated in FIG. 1a, 1b and 1c), only allow magnetic cores to be produced. formed of several parts (with an air gap attached to the rest of the magnetic core), of simple shape and which has a uniform structure.
[0036] La réduction des pertes (courant de Foucault) et l’optimisation des performances magnétiques (ajout d’entrefers) est donc limitée par des assemblages complexes (rotors feuilletés, entrefers de noyaux fixes, ...) qui ne permettent pas d’adapter les niveaux magnétiques aux justes besoins.Reducing losses (eddy current) and optimizing magnetic performance (adding air gaps) is therefore limited by complex assemblies (laminated rotors, fixed core air gaps, etc.) which do not allow d '' adapt the magnetic levels to the right needs.
Résumé de l’inventionSummary of the invention
[0037] Le présent déposant s’est donc fixé notamment comme objectif de fournir un noyau magnétique permettant de palier les inconvénients cités ci-dessus tout en étant techniquement simple et fiable à réaliser.The present depositor has therefore set himself in particular as an objective to provide a magnetic core making it possible to overcome the drawbacks mentioned above while being technically simple and reliable to produce.
[0038] On parvient à cet objectif conformément à l’invention grâce à un noyau magnétique présentant une forme générale de boucle autour d’un axe de bouclage, l’axe de bouclage s’étendant le long d’une direction sensiblement perpendiculaire à une section longitudinale de ladite boucle, ledit noyau magnétique comprenant au moins un matériau magnétique à composition prédéterminée et présentant au moins une structure interne prédéterminée. Le noyau selon la présente invention est caractérisé en ce qu’il est formé d’une seule pièce et en ce qu’il présente, le long de l’axe, autour de l’axe et/ ou perpendiculairement à l’axe, au moins une variation spatiale de la composition prédéterminée du matériau magnétique et/ou de sa structure interne prédéterminée, la variation spatiale étant destinée à générer un gradient de perméabilité magnétique.This objective is achieved in accordance with the invention thanks to a magnetic core having a general form of loop around a looping axis, the looping axis extending along a direction substantially perpendicular to a longitudinal section of said loop, said magnetic core comprising at least one magnetic material of predetermined composition and having at least one predetermined internal structure. The core according to the present invention is characterized in that it is formed in one piece and in that it has, along the axis, around the axis and / or perpendicular to the axis, at minus a spatial variation of the predetermined composition of the magnetic material and / or of its predetermined internal structure, the spatial variation being intended to generate a gradient of magnetic permeability.
[0039] Par « forme générale de boucle » on entend une forme générale annulaire c’est-à-dire présentant un pourtour globalement continu s’étendant autour d’un axe de bouclage sensiblement perpendiculaire à une section longitudinale dudit pourtour. Ce pourtour définit ainsi une lumière centrale. Ce pourtour globalement continu peut être ponctuellement interrompu sans qu’il y ait altération de la forme générale de la boucle. La boucle peut présenter une section transversale de forme simple ou complexe. La boucle peut également présenter une section longitudinale simple ou complexe. La section transversale de la boucle est classiquement une surface définie par une directrice et une génératrice. La section longitudinale de la boucle est classiquement une surface définie par deux directrices (une directrice radialement interne et une directrice radialement externe et une génératrice.By "general form of loop" is meant a generally annular shape, that is to say having a generally continuous periphery extending around a looping axis substantially perpendicular to a longitudinal section of said periphery. This periphery thus defines a central light. This generally continuous perimeter can be punctually interrupted without altering the general shape of the loop. The loop may have a cross section of simple or complex shape. The loop can also have a simple or complex longitudinal section. The cross section of the loop is conventionally a surface defined by a director and a generator. The longitudinal section of the loop is conventionally a surface defined by two directors (a radially internal director and a radially external director and a generator.
[0040] De manière classique et bien connue en soi, en mathématique, on appelle « génératrice » une droite dont le déplacement suivant une directrice, engendre une surface. On appelle « directrice », une ligne simple fermée sur laquelle s’appuie cette génératrice.Conventionally and well known per se, in mathematics, a “generator” is called a straight line, the displacement of which following a director, generates a surface. We call "director", a simple closed line on which this generator is based.
[0041] Chaque section transversale de la boucle s’inscrit dans un plan est sensiblement parallèle à la génératrice. Chaque section longitudinale de la boucle s’inscrit dans un plan sensiblement parallèle à celui de la directrice.Each cross section of the loop is in a plane is substantially parallel to the generator. Each longitudinal section of the loop is in a plane substantially parallel to that of the director.
[0042] L’exemple le plus simple est un tore mais la section comme la forme générale de ladite boucle peut être complexe. Dans le cas d’un tore, l’axe de bouclage se confond avec l’axe de révolution.The simplest example is a torus but the section like the general shape of said loop can be complex. In the case of a torus, the loop axis merges with the axis of revolution.
[0043] Cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, elle permet de rendre la variation de la perméabilité magnétique du matériau magnétique formé d’une seule pièce fonction d’un positionnement sur le noyau magnétique. L’invention permet également de maîtriser spatialement la perméabilité magnétique du noyau magnétique et permet de limiter les courants de Loucault. La valeur de l’inductance L d’un électroaimant (ou partie d’électroaimant) comportant un noyau magnétique selon l’invention peut ainsi être adaptée en faisant varier la perméabilité du noyau magnétique et les longueurs de lignes de champs magnétiques associées.This solution achieves the above objective. In particular, it makes it possible to make the variation in the magnetic permeability of the magnetic material formed in one piece a function of positioning on the magnetic core. The invention also makes it possible to spatially control the magnetic permeability of the magnetic core and makes it possible to limit Loucault currents. The value of the inductance L of an electromagnet (or part of electromagnet) comprising a magnetic core according to the invention can thus be adapted by varying the permeability of the magnetic core and the lengths of lines of magnetic fields associated therewith.
[0044] Le noyau magnétique selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les uns es autres ou en combinaison les unes avec les autres :The magnetic core according to the invention may include one or more of the following characteristics, taken in isolation from each other or in combination with each other:
[0045] - l’au moins une variation de structure interne prédéterminée peut être une variation de densité,- the at least one variation of predetermined internal structure can be a variation of density,
[0046] - l’au moins un matériau magnétique peut présenter une structure interne prédéterminée de type treillis,- the at least one magnetic material can have a predetermined internal structure of the lattice type,
[0047] - l’au moins une variation spatiale peut être une variation graduelle,- the at least one spatial variation can be a gradual variation,
[0048] - l’au moins une variation spatiale peut être une variation multiphasique, présentant une alternance d’au moins une phase conductrice avec au moins une phase isolante, [0049] - l’au moins une phase conductrice peut être magnétiquement et/ou électriquement et/ou thermiquement conductrice et en ce que l’au moins une phase isolante peut être magnétiquement et/ou électriquement et/ou thermiquement isolante,- the at least one spatial variation can be a multiphasic variation, having an alternation of at least one conductive phase with at least one insulating phase, - the at least one conductive phase can be magnetically and / or electrically and / or thermally conductive and in that the at least one insulating phase can be magnetically and / or electrically and / or thermally insulating,
[0050] - le noyau magnétique peut comprendre au moins une zone présentant une section variable, de manière à former entrefer,The magnetic core may comprise at least one zone having a variable section, so as to form an air gap,
[0051] - le noyau magnétique peut comprendre au moins une zone présentant une structure interne différente du reste du matériau magnétique, de manière à former entrefer.- The magnetic core can comprise at least one zone having an internal structure different from the rest of the magnetic material, so as to form an air gap.
[0052] L’invention concerne également un électroaimant comportant un noyau magnétique et une bobine d’excitation magnétique agencée au moins partiellement autour du noyau magnétique, caractérisée en ce que le noyau magnétique est tel que décrit ci-dessus.The invention also relates to an electromagnet comprising a magnetic core and a magnetic excitation coil arranged at least partially around the magnetic core, characterized in that the magnetic core is as described above.
[0053] L’invention concerne finalement un procédé de fabrication d’un noyau magnétique tel que décrit ci-dessus caractérisé en ce que le noyau magnétique est réalisé d’une seule pièce par fabrication additive.The invention finally relates to a method for manufacturing a magnetic core as described above, characterized in that the magnetic core is made in one piece by additive manufacturing.
Brève description des figuresBrief description of the figures
[0054] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear during the reading of the detailed description which will follow for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which:
[0055] [fig. la] la figures la, est une vue en perspective d’un premier mode de réalisation de noyaux magnétiques selon l’état de la technique,[Fig. la] la, is a perspective view of a first embodiment of magnetic cores according to the state of the art,
[0056] [fig.lb] la figure 1b est une vue en perspective d’un second mode de de noyaux magnétiques selon l’état de la technique,[Fig.lb] FIG. 1b is a perspective view of a second mode of magnetic cores according to the state of the art,
[0057] [fig. le] la figure le est une vue en perspective d’un troisième mode de de noyaux magnétiques selon l’état de la technique,[Fig. the] figure le is a perspective view of a third mode of magnetic cores according to the state of the art,
[0058] [fig.2] la figures 2 est une vue en perspective d’un noyau magnétique selon l’invention selon un premier mode de réalisation,[Fig.2] Figures 2 is a perspective view of a magnetic core according to the invention according to a first embodiment,
[0059] [fig.3] la figure 3 est une vue en perspective d’un noyau magnétique selon l’invention selon un deuxième mode de réalisation,[Fig.3] Figure 3 is a perspective view of a magnetic core according to the invention according to a second embodiment,
[0060] [fig.4a] la figure 4a illustre une première géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un premier mode de réalisation issu de l’état de la technique,[Fig.4a] Figure 4a illustrates a first geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a first embodiment from the state of the art,
[0061] [fig.4b] la figure 4b illustre une deuxième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un premier mode de réalisation issu de l’état de la technique,[Fig.4b] Figure 4b illustrates a second geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a first embodiment from the state of the art,
[0062] [fig.4c] la figure 4c illustre une troisième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un premier mode de réalisation issu de l’état de la technique,[Fig.4c] Figure 4c illustrates a third geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a first embodiment from the state of the art,
[0063] [fig.5a] la figure 5a illustre une première géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un premier mode de réalisation de la présente invention,[Fig.5a] Figure 5a illustrates a first geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a first embodiment of the present invention,
[0064] [fig.5b] la figure 5b illustre une deuxième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un premier mode de réalisation de la présente invention,[Fig.5b] Figure 5b illustrates a second geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a first embodiment of the present invention,
[0065] [fig.5c] la figure 5c illustre une troisième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un premier mode de réalisation de la présente invention, [0066] [fig.6a] la figure 6a illustre une première géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un deuxième mode de réalisation issu de l’état de la technique, [0067] [fig.6b] la figure 6b illustre une deuxième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un deuxième mode de réalisation issu de l’état de la technique, [0068] [fig.6c] la figure 6c illustre une troisième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un deuxième mode de réalisation issu de l’état de la technique, [0069] [fig.7a] la figure 7a illustre une première géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, [0070] [fig.7b] la figure 7b illustre une deuxième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, [0071] [fig.7c] la figure 7c illustre une troisième géométrie et amplitude d’un champ d’induction magnétique B induit et l’amplitude d’un champ d’excitation magnétique H obtenu d’un circuit magnétique comportant un noyau magnétique selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention,[Fig.5c] Figure 5c illustrates a third geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a first embodiment of the present invention, [fig.6a] FIG. 6a illustrates a first geometry and amplitude of an induced magnetic field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a second embodiment from the state of the art, [fig.6b] FIG. 6b illustrates a second geometry and amplitude of an induction field magnetic B induces and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a second embodiment from the state of the art, FIG. 6c illustrates a third geometry and amplitude of a magnified induction field tick B induced and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a second embodiment from the state of the art, [fig.7a] la FIG. 7a illustrates a first geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a second embodiment of the present invention, [fig.7b] FIG. 7b illustrates a second geometry and amplitude of an induced magnetic induction field B and the amplitude of a magnetic excitation field H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a second embodiment of the present invention, [fig.7c] Figure 7c illustrates a third geometry and amplitude of a field of induced magnetic induction B and the amplitude of a field of magnetic excitation H obtained from a magnetic circuit comprising a magnetic core according to a second embodiment of the present invention,
Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention
[0072] Comme déjà mentionné, un électroaimant E est classiquement formée d’un circuit magnétique formant noyau magnétique 10 et d’un bobinage 12 de N spires formant bobine d’excitation magnétique. Le noyau magnétique 10 présente une forme générale de boucle autour d’un axe de bouclage X. Dans le présent exemple, l’axe de bouclage X se confond avec un axe de révolution X. La boucle peut être fermée ou non.As already mentioned, an electromagnet E is conventionally formed of a magnetic circuit forming a magnetic core 10 and a coil 12 of N turns forming a magnetic excitation coil. The magnetic core 10 has a general form of loop around a looping axis X. In the present example, the looping axis X merges with an axis of revolution X. The loop can be closed or not.
[0073] De manière connue en soi, un électroaimant E peut être agencé comme composants électroniques de puissances embarquées dans une turbomachine d’aéronef.In a manner known per se, an electromagnet E can be arranged as electronic components of powers on board an aircraft turbomachine.
[0074] La bobine d’excitation 12 est agencée au moins partiellement autour du noyau magnétique 10. Le noyau magnétique 10 est constitué (au moins en partie) d’un matériau magnétique.The excitation coil 12 is arranged at least partially around the magnetic core 10. The magnetic core 10 is made (at least in part) of a magnetic material.
[0075] De manière classique et bien connue en soi, on définit un matériau magnétique comme un matériau étant affecté de façon non-négligeable par un champs magnétique, par exemple en exerçant des forces attractives ou répulsives sur d’autres matériaux.Conventionally and well known per se, a magnetic material is defined as a material being affected in a non-negligible manner by a magnetic field, for example by exerting attractive or repulsive forces on other materials.
[0076] Ce sont les courants électriques et les moments magnétiques des particules élémentaires fondamentales de chaque matériau qui sont à l’origine du champ magnétique qui engendre ces forces. Tous les matériaux sont influencés, de manière plus ou moins complexe, par la présence d'un champ magnétique. L’état et les propriétés magnétiques d'un matériau dépendent, notamment, de sa température (et d'autres variables telles qu’un champ magnétique extérieur, par exemple) de sorte qu'un matériau peut présenter des formes de magnétisme et/ou un moment magnétique différents et variables en fonction de l’environnement auquel il est exposé.It is the electric currents and the magnetic moments of the fundamental elementary particles of each material which are at the origin of the magnetic field which generates these forces. All materials are influenced, in a more or less complex way, by the presence of a magnetic field. The state and the magnetic properties of a material depend, in particular, on its temperature (and other variables such as an external magnetic field, for example) so that a material can present forms of magnetism and / or a different and variable magnetic moment depending on the environment to which it is exposed.
[0077] On définit le moment magnétique d’un matériau comme la grandeur vectorielle qui permet de caractériser l'intensité d'une source magnétique (le matériau considéré, en l’occurrence). Cette source peut être un courant électrique, ou bien un objet aimanté. On appelle aimantation la distribution spatiale du moment magnétique.We define the magnetic moment of a material as the vector quantity which characterizes the intensity of a magnetic source (the material considered, in this case). This source can be an electric current, or a magnetic object. The spatial distribution of the magnetic moment is called magnetization.
[0078] On peut citer l’exemple des matériaux possédant un moment magnétique permanent et appelés « aimants permanents » et que l’on appelle simplement « aimants » dans le langage courant. La plupart des matériaux ne présente cependant pas de moment magnétique permanent.We can cite the example of materials having a permanent magnetic moment and called "permanent magnets" and which is simply called "magnets" in everyday parlance. Most materials, however, do not have a permanent magnetic moment.
[0079] Dans le cas d’un électroaimant E, les propriétés magnétiques du noyau magnétique 10 sont induites par le courant électrique I qui traverse la bobine 12. En effet, de manière classique, un noyau magnétique 10 d’électroaimant E comporte au moins un matériau dit « ferromagnétiques doux » (par opposition aux « ferromagnétiques durs »). Les matériaux ferromagnétiques doux sont capables de s'aimanter lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique extérieur. Dans le cas d’un électroaimant E, ce champs magnétique extérieur est généré par la bobine 12 traversée par le courant I selon la loi d'0rsted. Ainsi, quand un courant électrique I traverse la bobine 12, le noyau magnétique 10 est aimanté par le champ magnétique produit par la bobine 12. Grâce à la superposition des ces deux champs magnétiques (celui du noyau magnétique 10 et celui de la bobine 12 traversée par le courant I), l'induction magnétique générée par la bobine 12 est augmenté.In the case of an electromagnet E, the magnetic properties of the magnetic core 10 are induced by the electric current I which passes through the coil 12. In fact, conventionally, a magnetic core 10 of electromagnet E comprises at least a material called "soft ferromagnetic" (as opposed to "hard ferromagnetic"). Soft ferromagnetic materials are capable of magnetizing when subjected to an external magnetic field. In the case of an electromagnet E, this external magnetic field is generated by the coil 12 crossed by the current I according to the law of Orsted. Thus, when an electric current I crosses the coil 12, the magnetic core 10 is magnetized by the magnetic field produced by the coil 12. Thanks to the superposition of these two magnetic fields (that of the magnetic core 10 and that of the coil 12 crossed by the current I), the magnetic induction generated by the coil 12 is increased.
[0080] Les propriétés magnétiques de Γélectroaimant (en particulier son inductance L, exprimée en henry) dépendent ainsi des propriétés magnétiques du noyau magnétique 10 et notamment de la (des) perméabilité(s) magnétique(s) relative(s) prdu (des) matériau(x) magnétique(s) qui composent, au moins partiellement, ce noyau magnétique 10. Comme expliqué ci-dessus, la maîtrise de la perméabilité magnétique relative prdu (des) matériau(x) magnétique(s) du noyau magnétique 10 est donc primordiale.[0080] The magnetic properties of Γélectroaimant (particularly its inductance L, expressed in henry) and depend on the magnetic core of the magnetic properties 10 including the (in) Permeability (s) magnetic (s) relative (s) p r of (of) magnetic material (s) which make up, at least partially, this magnetic core 10. As explained above, the control of the relative magnetic permeability p r of (the) magnetic material (s) of the magnetic core 10 is therefore essential.
[0081] Les figures 2 et 3 montrent deux exemples de réalisation d’un noyau magnétique 10 selon l’invention. Ces deux noyaux magnétiques 10 sont réalisés au moyen d’un procédé de fabrication additive de type « fusion sélective de poudre » siglée SLM ( selective laser melting) ou « fonte par faisceu électronique » siglée EBM (electron beam melting), par exemple.Figures 2 and 3 show two embodiments of a magnetic core 10 according to the invention. These two magnetic cores 10 are produced by means of an additive manufacturing process of the “selective powder melting” type marked SLM (selective laser melting) or “electron beam melting” marked EBM (electron beam melting), for example.
[0082] Dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, le noyau magnétique 10 présente une forme générale torique, ici fermée. Le noyau magnétique 10 comporte un plan médian M sensiblement perpendiculaire à l’axe X de révolution. Le noyau magnétique 10 selon le mode de réalisation illustré en figure 2 présente au moins une caractéristique constitutive définie qui varie spatialement de manière à générer un gradient magnétique. Cette caractéristique constitutive peut être une caractéristique de composition ou de structure interne qui définit le matériau magnétique . Dans le présent exemple, le noyau magnétique 10 ne comporte qu’un seul matériau magnétique, il est dit mono-matériau. Le noyau magnétique 10 selon ce mode de réalisation présente une variation spatiale de sa structure interne prédéterminée : en effet il présente un gradient de perméabilité radiale. Cette variation spatiale de la structure interne du matériau magnétique permet l’ajustement de l’inductance L de l’électroaimant par le contrôle de la perméabilité magnétique globale du noyau magnétique 10.In the case of the embodiment of Figure 2, the magnetic core 10 has a generally toric shape, here closed. The magnetic core 10 has a median plane M substantially perpendicular to the axis X of revolution. The magnetic core 10 according to the embodiment illustrated in FIG. 2 has at least one defined constitutive characteristic which varies spatially so as to generate a magnetic gradient. This constitutive characteristic can be a characteristic of composition or internal structure which defines the magnetic material. In the present example, the magnetic core 10 comprises only one magnetic material, it is said to be mono-material. The magnetic core 10 according to this embodiment has a spatial variation of its predetermined internal structure: in fact it has a gradient of radial permeability. This spatial variation of the internal structure of the magnetic material allows the inductance L of the electromagnet to be adjusted by controlling the overall magnetic permeability of the magnetic core 10.
[0083] Par gradient de perméabilité magnétique, on entend une variation sensiblement ou globalement continue de la perméabilité magnétique du matériau considéré en fonction d’un positionnement dans le noyau. Cette variation est soitBy magnetic permeability gradient is meant a substantially or generally continuous variation in the magnetic permeability of the material considered as a function of a positioning in the core. This variation is either
[0084] - sensiblement continue au sens mathématique, c’est-à-dire qu’elle est progressive et ne présente pas de discontinuité telle la pente d’un toboggan, par exemple,- substantially continuous in the mathematical sense, that is to say that it is progressive and does not have any discontinuity such as the slope of a slide, for example,
[0085] - globalement continue, c’est-à-dire qu’elle présente une progression globale selon une succession de discontinuités peu importantes, telles les marches d’un escalier, par exemple.- overall continuous, that is to say that it has an overall progression according to a succession of small discontinuities, such as the steps of a staircase, for example.
[0086] Ce gradient de perméabilité magnétique peut être obtenu, par exemple, en faisant varier, radialement, la densité de matière du matériau magnétique composant le noyau magnétique 10. Cette variation radiale de densité peut être obtenue par une succession radiale de couches 14a-14i de moins en moins (ou de plus en plus) denses ou par une diminutions graduelle de cette densité.This magnetic permeability gradient can be obtained, for example, by varying, radially, the material density of the magnetic material making up the magnetic core 10. This radial variation in density can be obtained by a radial succession of layers 14a 14i less and less (or more and more) dense or by a gradual decrease in this density.
[0087] Par diminution (augmentation) graduelle, on entend comme expliqué précédemment, une variation, en fonction de la position dans le noyau magnétique 10, sensiblement ou globalement continue de la valeur considérée.By gradual decrease (increase) is meant, as explained above, a variation, depending on the position in the magnetic core 10, substantially or generally continuous of the value considered.
[0088] Dans un exemple de réalisation, la structure interne prédéterminée du noyau magnétique 10 prend la forme d’un treillis. Les variations de densité de matériau s’obtiennent en faisant varier le maillage de ce treillis.In an exemplary embodiment, the predetermined internal structure of the magnetic core 10 takes the form of a lattice. The variations in material density are obtained by varying the mesh of this lattice.
[0089] Dans un noyau magnétique 10 dit mono matière, les procédés de fabrication additives de type SLM ou EBM peuvent donc créer différentes densités de matières en utilisant des structures de type treillis dimensionnées de manière à répondre au mieux aux besoins (magnétique, mécanique et thermique) de l’électroaimant E.In a magnetic core 10 known as mono material, the additive manufacturing methods of the SLM or EBM type can therefore create different densities of materials by using lattice type structures dimensioned so as to best meet the needs (magnetic, mechanical and thermal) of the electromagnet E.
[0090] Le noyau magnétique 10 de la figure 2 comporte aussi un secteur angulaire 15 présentant une structure interne à perméabilité prédéterminée par une variation de la densité de matière ferromagnétique. Ce secteur angulaire 15 peut être positionné à l’endroit prévu en créant des sections complexes. Ce secteur angulaire 15 présente ainsi une structure interne différente du reste du noyau magnétique 10. Ce secteur angulaire 15 peut donc être assimilé à un entrefer.The magnetic core 10 of Figure 2 also includes an angular sector 15 having an internal structure with predetermined permeability by a variation in the density of ferromagnetic material. This angular sector 15 can be positioned in the place provided by creating complex sections. This angular sector 15 thus has an internal structure different from the rest of the magnetic core 10. This angular sector 15 can therefore be likened to an air gap.
[0091] Les procédés de fabrication additive permettent également de créer des zones avec une géométrie spécifique dans le noyau magnétique 10, comme par exemple le secteur angulaire 15.The additive manufacturing methods also make it possible to create zones with a specific geometry in the magnetic core 10, such as for example the angular sector 15.
[0092] Ce secteur angulaire 15 présente en outre une très faible perméabilité relative μΓ. L’intérêt de ce secteur angulaire 15 à faible perméabilité q,cst de permettre une saturation rapide et d’augmenter localement l’énergie électromagnétique w stockée dans le noyau magnétique 10, tout en assurant une bonne tenue mécanique dudit noyau magnétique 10. En effet, contrairement à un entrefer rapporté sur le noyau magnétique 10, ce secteur angulaire 16 venu de matière avec le reste du noyau magnétique 10 ne génère pas d’efforts électromagnétiques entraînant des déformations et des vibrations.This angular sector 15 also has a very low relative permeability μ Γ . The advantage of this angular sector 15 with low permeability q, is to allow rapid saturation and locally increase the electromagnetic energy w stored in the magnetic core 10, while ensuring good mechanical strength of said magnetic core 10. Indeed , unlike an air gap attached to the magnetic core 10, this angular sector 16 formed integrally with the rest of the magnetic core 10 does not generate electromagnetic forces resulting in deformations and vibrations.
[0093] La présence d’un (ou plusieurs) secteur(s) angulaire(s) 15 permet de construire des comportements différents suivant l’intensité du champ d’induction magnétique généré par la bobine 12 traversée par le courant I.The presence of one (or more) angular sector (s) 15 makes it possible to construct different behaviors depending on the intensity of the magnetic induction field generated by the coil 12 crossed by the current I.
[0094] Ces comportements différents sont liés à la différence de vitesse de saturation du (des) secteur(s) de faible(s) perméabilité magnétique pr(par exemple de faible densité) par rapport au reste du noyau magnétique 10 présentant une perméabilité magnétique μ rplus élevée.[0094] These different behaviors are related to the difference in saturation rate of (the) area (s) of low (s) p magnetic permeability r (for example low density) relative to the rest of the magnetic core 10 having a permeability magnetic μ r higher.
[0095] Dans le cas du mode de réalisation de la figure 3, le noyau magnétique 10 présente une forme générale de tore définit dans un plan médian M sensiblement perpendiculaire à l’axe X de révolution. Le noyau magnétique 10 selon le mode de réalisation illustré en figure 3 comporte deux matériaux présentant chacun une composition et/ou une structure interne prédéterminés propre. Ce noyau magnétique 10 est dit bi matériaux. Le noyau magnétique 10 de la figure 3 est ainsi constitué d’une seule pièce avec une alternance, selon l’axe de révolution X, de couches magnétiques conductrices 16 de haute perméabilité pr(par exemple de haute densité) et de couches isolantes 17 à faible perméabilité pr(par exemple de faible densité). Ainsi, le noyau magnétique 10 selon le mode de réalisation de la figure 3 présente une variation spatiale multiphasique, c’est à dire une alternance d’au moins une phase conductrice 16 avec au moins une phase isolante 17.In the case of the embodiment of Figure 3, the magnetic core 10 has a general shape of a torus defined in a median plane M substantially perpendicular to the axis X of revolution. The magnetic core 10 according to the embodiment illustrated in FIG. 3 comprises two materials, each having its own composition and / or internal predetermined structure. This magnetic core 10 is said to be bi-material. The magnetic core 10 of Figure 3 is thus made in one piece with an alternation, along the axis of revolution X, of conductive magnetic layers 16 of high permeability p r (for example of high density) and of insulating layers 17 with low permeability p r (for example of low density). Thus, the magnetic core 10 according to the embodiment of FIG. 3 has a multiphasic spatial variation, that is to say an alternation of at least one conductive phase 16 with at least one insulating phase 17.
[0096] A noter que les phases conductrice 16 peuvent être magnétiquement et/ou électriquement et/ou thermiquement conductrices et les phases isolantes 17 peuvent être magnétiquement et/ou électriquement et/ou thermiquement isolantes.Note that the conductive phases 16 can be magnetically and / or electrically and / or thermally conductive and the insulating phases 17 can be magnetically and / or electrically and / or thermally insulating.
[0097] Cette alternance de couches (ou phases) permet de limiter les courants de Loucault et d’améliorer le rendement énergétique de l’électroaimant E.This alternation of layers (or phases) limits the Loucault currents and improves the energy efficiency of the electromagnet E.
[0098] Le noyau magnétique 10 de la figure 3 comporte en outre, deux secteurs angulaires 18, 19 situés sensiblement symétriquement l’un par rapport à l’autre par rapport à l’axe de révolution X. En d’autres termes, les secteurs angulaires 18, 19 sont opposés suivant un axe radial R défini dans le plan médian M, perpendiculaire à l’axe de révolution X. Chacun de ces secteurs angulaires 18, 19 présente une alternance orthoradiale de couches à haute perméabilité μΓ (par exemple à haute densité) et faible perméabilité μΓ (par exemple à faible densité) afin, ici aussi, de répartir l’entrefer. La répartition régulière d’un entrefer dans le matériau magnétique du noyau magnétique 10 permet de maîtriser sa perméabilité magnétique.The magnetic core 10 of Figure 3 further comprises two angular sectors 18, 19 located substantially symmetrically with respect to each other with respect to the axis of revolution X. In other words, the angular sectors 18, 19 are opposite along a radial axis R defined in the median plane M, perpendicular to the axis of revolution X. Each of these angular sectors 18, 19 has an alternating orthoradial of layers with high permeability μ Γ (for example at high density) and low permeability μ Γ (for example at low density) so, here too, to distribute the air gap. The regular distribution of an air gap in the magnetic material of the magnetic core 10 makes it possible to control its magnetic permeability.
[0099] Dans un mode de réalisation alternatif, on pourrait imaginer que la composition du matériau du noyau magnétique 10 évolue selon un gradient de matière. En effet, les procédés de fabrication additive de type LMD (déposition métallique laser) permettent l’utilisation d’alliages bi-phasiques. Ainsi il est possible d’obtenir un noyau magnétique 10 présentant, par exemple, une variation continue, sinusoïdale, de sa composition selon l’axe de révolution X afin de créer des structures magnétiques/amagnétique et de permettre une optimisation du (des) gradient(s) magnétique(s). Cette variation graduelle peut également se retrouver dans les secteurs angulaires 18, 19 et évoluer soit de manière croissante (ou décroissante), soit de manière sinusoïdale le long du contour du noyau magnétique 10.In an alternative embodiment, one could imagine that the composition of the material of the magnetic core 10 changes according to a material gradient. In fact, LMD (laser metal deposition) additive manufacturing processes allow the use of two-phase alloys. Thus it is possible to obtain a magnetic core 10 having, for example, a continuous, sinusoidal variation, of its composition along the axis of revolution X in order to create magnetic / non-magnetic structures and to allow optimization of the gradient (s) (s) magnetic (s). This gradual variation can also be found in the angular sectors 18, 19 and evolve either increasing (or decreasing), or sinusoidally along the contour of the magnetic core 10.
[0100] Dans un mode de réalisation non représenté, le noyau magnétique 10 peut présenter une composition bi-matériau ou même multi-matériau sans qu’il y ait de succession de couches mais par enchevêtrement plus ou moins dense de deux ou plus de treillis de matériaux à compositions plus ou moins variables, présentant une structure interne plus ou moins dense et variable selon le positionnement dans le noyau.In an embodiment not shown, the magnetic core 10 may have a bi-material or even multi-material composition without there being a succession of layers but by more or less dense entanglement of two or more lattices materials with more or less variable compositions, having a more or less dense internal structure and variable according to the positioning in the core.
[0101] Sur les figures 4a à 7c, ont été représenté des résultats expérimentaux obtenus au moyen de différents électroaimants E comportant chacun un noyau magnétique 10 et une bobine 12.In FIGS. 4a to 7c, there have been shown experimental results obtained by means of different electromagnets E each comprising a magnetic core 10 and a coil 12.
[0102] Le noyau magnétique 10 illustré sur la figure 4a est le noyau magnétique 10 de référence. Ce noyau magnétique 10 de référence présente une forme générale de boucle rectangulaire de révolution autour d’un axe X, il est plus particulièrement formé de deux U chacun de dimensions : 101x76x30 (mm). Il présente en outre un section constante, sans entrefer. Le matériau magnétique de ce noyau magnétique de référence possède une perméabilité relative μΓ - 1000 et un champ d’induction magnétique à saturation Bsat - 400 mlThe magnetic core 10 illustrated in FIG. 4a is the reference magnetic core 10. This reference magnetic core 10 has a general shape of a rectangular loop of revolution around an axis X, it is more particularly formed of two U each of dimensions: 101 × 76 × 30 (mm). It also has a constant section, without air gap. The magnetic material of this reference magnetic core has a relative permeability μ Γ - 1000 and a magnetic induction field at saturation B sat - 400 ml
[0103] Le noyau magnétique 10 illustré sur la figure 5a présente la même forme générale que le noyau magnétique 10 de référence mais il comporte une zone à section variable 20 sur une hauteur de 20 mm, sans entrefer. La zone à section variable 20 pourrait être réalisée sous forme de colonnes, de parois ou d’un treillis 3D.The magnetic core 10 illustrated in Figure 5a has the same general shape as the reference magnetic core 10 but it has a variable section area 20 over a height of 20 mm, without air gap. The variable section area 20 could be made in the form of columns, walls or a 3D trellis.
[0104] Le noyau magnétique 10 illustré sur la figure 6a présente la même forme générale que le noyau magnétique 10 de référence mais il comporte un entrefer central de 2mm de réalisation classique rapporté sur le noyau magnétique 10.The magnetic core 10 illustrated in FIG. 6a has the same general shape as the reference magnetic core 10 but it comprises a central gap of 2 mm of conventional embodiment attached to the magnetic core 10.
[0105] Enfin, le noyau magnétique 10 illustré sur la figure 7a présente la même forme générale que le noyau magnétique 10 de référence mais comporte un entrefer réparti. Cet entrefer réparti est composé de quatre fines parois radiales 22 positionnées sensiblement perpendiculairement à un plan médian M du noyau magnétique 10. Ces parois radiales 22 sont choisies suffisamment fines pour saturer en présence des champs magnétiques. Elles présentent, par exemple, une épaisseur de 0,5 mm et l’espacement entre deux parois radiales 22 est de 5mmFinally, the magnetic core 10 illustrated in Figure 7a has the same general shape as the reference magnetic core 10 but has a distributed air gap. This distributed air gap is composed of four fine radial walls 22 positioned substantially perpendicular to a median plane M of the magnetic core 10. These radial walls 22 are chosen to be thin enough to saturate in the presence of magnetic fields. They have, for example, a thickness of 0.5 mm and the spacing between two radial walls 22 is 5mm
[0106] Le noyau magnétique 10 selon la figure 7a présente en outre une structure monobloc et n’est formé que d’une seule pièceThe magnetic core 10 according to Figure 7a also has a one-piece structure and is formed only in one piece
[0107] Ci-dessous un tableau de résultats :Below a table of results:
[Tableaux 1][Tables 1]
[0108] Sur les figure 4b, 5b, 6b et 7b on peut observer l’amplitude du champ d’induction magnétique B de T électroaimant de 0 à 400 mT.In FIGS. 4b, 5b, 6b and 7b, the amplitude of the magnetic induction field B of the electromagnet T can be observed from 0 to 400 mT.
[0109] On constate, grâce à l’échelle de gris, que l’amplitude du champs d’induction magnétique B est relativement plus faible dans les coins externes du noyau magnétique 10 et relativement plus forte dans les coins internes du noyau magnétique 10. On constate que la présence d’une zone à section variable 20 (figure 5b) augmente globalement l’amplitude du champ d’induction magnétique B de T électroaimant E et avec un pic au niveau de la zone 20. On constate également que la présence d’un entrefer (figures 6b, et 7b) renforce le champs d’induction magnétique de la bobine 12 tout en contribuant à élever globalement le champ d’induction magnétique B de l’ensemble de T électroaimant E.It can be seen, thanks to the gray scale, that the amplitude of the magnetic induction fields B is relatively lower in the outer corners of the magnetic core 10 and relatively stronger in the inner corners of the magnetic core 10. It can be seen that the presence of a variable section area 20 (FIG. 5b) globally increases the amplitude of the magnetic induction field B of T electromagnet E and with a peak at the level of area 20. It is also noted that the presence an air gap (Figures 6b, and 7b) strengthens the magnetic induction field of the coil 12 while helping to raise the overall magnetic induction field B of the set of T electromagnet E.
[0110] Sur les figure 4c, 5c, 6c et 7c on peut observer l’amplitude du champ d’excitation magnétique H de T électroaimant de 0 à 2,3xl04 A/M.In FIGS. 4c, 5c, 6c and 7c, it is possible to observe the amplitude of the magnetic excitation field H of T electromagnet from 0 to 2.3 × 10 4 A / M.
[0111] On constate, grâce à l’échelle de gris, que l’amplitude du champs d’induction magnétique H (champ de fuite ) est globalement nulle en absence d’entrefer (figures 4c et 5c). La présence d’un entrefer classique génère subitement un champ d’excitation magnétique H très fort et très localisé au niveau de l’entrefer (voir figure 6c) causant de fortes pertes énergétiques. La présence d’un entrefer réparti (comme illustré sur la figure 7c) crée une multitude de petits champs d’excitation magnétique H très forts et très localisés, chacun autour de l’une des parois radiales 22, ce qui contribue à faire baisser le champ d’excitation magnétique H global de l’électroaimant E et permet ainsi de limiter les pertes énergétiques.It is noted, thanks to the gray scale, that the amplitude of the magnetic induction fields H (leakage field) is generally zero in the absence of air gap (Figures 4c and 5c). The presence of a conventional air gap suddenly generates a very strong magnetic excitation field H and very localized at the air gap (see Figure 6c) causing high energy losses. The presence of a distributed air gap (as illustrated in FIG. 7c) creates a multitude of small very strong and very localized magnetic excitation fields H, each around one of the radial walls 22, which contributes to lowering the overall magnetic excitation field H of the electromagnet E and thus makes it possible to limit the energy losses.
[0112] Si on compare les exemples de réalisation des figures 4a et 5a, outre l’augmentation générale de l’amplitude du champs d’induction magnétique de l’électroaimant E, la variation locale de section sur 20% de la longueur moyenne du noyau magnétique 10 permet d’obtenir une variation de 7,5% de la valeur de l’inductance L obtenue avec le même nombre de spires de la bobine 12. La présence de la zone à section variable 20 permet également d’ajuster finement la valeur de cette inductance L obtenue.If we compare the embodiments of FIGS. 4a and 5a, in addition to the general increase in the amplitude of the magnetic induction fields of the electromagnet E, the local variation in section over 20% of the average length of the magnetic core 10 makes it possible to obtain a variation of 7.5% of the value of the inductance L obtained with the same number of turns of the coil 12. The presence of the variable section area 20 also makes it possible to finely adjust the value of this inductance L obtained.
[0113] Si on compare les exemples de réalisation des figures 6a et 7a, on constate qu’on arrive grâce au noyau magnétique 10 selon la présente invention à obtenir une valeur d’inductance L équivalente entre le cas classique de l’entrefer non-réparti et la configuration de l’entrefer réparti, avec les avantages pour le deuxième cas :If we compare the exemplary embodiments of FIGS. 6a and 7a, it can be seen that, thanks to the magnetic core 10 according to the present invention, we obtain an equivalent inductance value L between the conventional case of the non-air gap. distributed and the configuration of the distributed air gap, with the advantages for the second case:
[0114] - d’avoir une limitation du champs d’induction magnétique H (champ de fuite ) aux alentours de la zone d’entrefer,[0114] - to have a limitation of the magnetic induction field H (leakage field) around the air gap area,
[0115] - d’avoir une tenue mécanique au niveau de l’entrefer pour limiter les déformations et limiter les vibrations.- to have mechanical strength at the air gap to limit deformation and limit vibration.
[0116] Par comparaisons avec les procédés de fabrication conventionnels, la présente invention permet donc de réaliser et de disposer de noyaux magnétiques à performances améliorées en adaptant la structure interne (géométrie, densités, etc.) et la (les) composition(s) du (des) matériau(x) du noyau magnétique 10 aux justes besoins magnétique des composants de la chaîne électriques.By comparison with conventional manufacturing methods, the present invention therefore makes it possible to produce and have available magnetic cores with improved performance by adapting the internal structure (geometry, densities, etc.) and the composition (s). from the material (s) of the magnetic core 10 to the just magnetic needs of the components of the electric chain.
[0117] Ceci a pour conséquence directe de réduire la masses et la complexité d’assemblage du noyau magnétique 10.This has the direct consequence of reducing the mass and the assembly complexity of the magnetic core 10.
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