FR3142597A1

FR3142597A1 - Noyau magnétique comprenant des bras magnétiques agencés selon les arêtes d’un polyèdre

Info

Publication number: FR3142597A1
Application number: FR2212443A
Authority: FR
Inventors: Jean Sylvio NGOUA TEU MAGAMBO; Pierre Jean SALLOT; Karine NGUYEN
Original assignee: Safran SA
Current assignee: Safran SA
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-05-31

Abstract

Noyau magnétique (1), le noyau comprenant des bras (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42) agencés selon des arêtes d’un polyèdre (7) convexe, le polyèdre comprenant sur chaque face un même nombre d’arêtes supérieur ou égal à trois, chaque bras formant un cylindre droit en ferrite configuré pour recevoir un enroulement d’un fil conducteur, chaque arête du polyèdre étant alignée avec un axe du cylindre d’un des bras, le noyau comprenant des pièces de jonction (81, 82, 83, 84, 85, 865, 87, 88) en ferrite situées à des sommets du polyèdre, chaque pièce de jonction étant contigüe à des extrémités d’au moins trois des bras. Figure à publier pour l’abrégé : Figure 1

Description

Noyau magnétique comprenant des bras magnétiques agencés selon les arêtes d’un polyèdre

DOMAINE DE L'INVENTION

L’invention concerne les noyaux magnétiques, c’est-à-dire les pièces magnétiques configurées pour canaliser des lignes de champ magnétique. Ces pièces servent en particulier à coupler magnétiquement des circuits électriques bobinés autour du noyau. Plus particulièrement, l’invention concerne les noyaux magnétiques utilisés en aéronautique.

ETAT DE LA TECHNIQUE

En aéronautique, les noyaux magnétiques sont utilisés notamment en électronique de puissance dans des coupleurs multiphasés d’un moteur entraînant un arbre de turbomachine ou des électroniques de puissance.

Les noyaux magnétiques utilisés actuellement peuvent être conçus par compression uni-axiale ou par moulage par injection de poudre (également connu sous le terme «powder injection molding» ou PIM). Ces procédés nécessitent un moule et limitent par conséquent les géométries des noyaux fabriqués à des géométries de pièce démoulable. Ces deux procédés nécessitent un moule pour chaque géométrie et sont adaptés à la production en grandes séries.

Il existe également un procédé d’usinage de noyau à partir d’un bloc massif, mais ce procédé est peu adapté aux matériaux magnétiques qui sont fragiles et dont les propriétés magnétiques sont sensibles à l’état de surface obtenu. Par ailleurs, ce procédé n’offre pas une grande précision ni une grande complexité dans la forme de la pièce réalisée, ce qui peut avoir un impact là encore sur les performances magnétiques de la pièce produite. Enfin l’usinage entraîne des pertes de matière qui ne sont pas toujours recyclables et, quand elles le sont, celles-ci nécessitent un traitement préalable.

Ces procédés limitent les formes réalisables des noyaux magnétiques ce qui limite l’optimisation de l’encombrement des noyaux, l’optimisation de l’intégration des noyaux et la mise en œuvre de fonctions annexes à la fonction magnétique, comme par exemple une fonction de refroidissement du noyau.

Il existe donc un besoin de noyaux magnétiques présentant une plus grande liberté de forme.

Un but de l’invention est de proposer des noyaux magnétiques présentant une plus grande liberté de forme.

Le but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un noyau magnétique, le noyau comprenant des bras agencés selon des arêtes d’un polyèdre convexe, le polyèdre comprenant sur chaque face un même nombre d’arêtes supérieur ou égal à trois, chaque bras formant un cylindre droit en ferrite configuré pour recevoir un enroulement d’un fil conducteur, chaque arête du polyèdre étant alignée avec un axe du cylindre d’un des bras, le noyau comprenant des pièces de jonction en ferrite situées à des sommets du polyèdre, chaque pièce de jonction étant contigüe à des extrémités d’au moins trois des bras.

Un tel noyau magnétique est avantageusement et optionnellement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison :

- un des bras est plein ;

- un des bras présente un logement fermé, le logement contenant un matériau choisi parmi un matériau à changement de phase et un matériau amorphe ou nanocristallin, le logement étant centré sur l’axe du cylindre, l’axe traversant le logement ;

- un des bras comprend une paroi interne qui définit un passage débouchant hors du bras à chaque extrémité du bras, le passage étant centré sur l’axe du cylindre, l’axe passant par le passage ;

- un des bras comprend deux parois internes en regard l’une de l’autre, les deux parois définissant entre elles un passage débouchant hors du bras à chaque extrémité du bras, le passage étant centré sur l’axe du cylindre, l’axe ne passant pas par le passage ;

- un des bras comprend deux parois internes, chaque paroi interne définissant un passage débouchant hors du bras à chaque extrémité du bras, l’axe du cylindre ne passant par aucun des deux passages ;

- le bras comprenant les deux parois internes comprend en outre le logement fermé ;

- le bras traversé par le passage débouchant ou les passages débouchant comprend également au moins une ailette qui s’étend radialement à l’intérieur du passage ou de l’un des passages depuis la paroi interne ou l’une desdites parois internes, l’ailette étant configurée pour augmenter une surface d’échange thermique entre le bras et un fluide s’écoulant dans le passage ;

- chaque passage débouchant d’un bras est contigu à une pièce de jonction, la pièce de jonction comprenant un conduit interne en communication fluidique avec ledit passage débouchant, et

le conduit interne étant débouchant à l’extérieur du noyau magnétique et/ou
le passage débouchant étant un premier passage débouchant, le conduit interne étant en communication fluidique avec un second passage débouchant, le second passage débouchant traversant le bras ou un autre bras contigu à la pièce de jonction ;

-le conduit interne étant un premier conduit interne, la pièce de jonction comprenant le premier conduit interne comprend un second conduit interne, un bras contigu à la pièce de jonction étant traversé par un troisième passage débouchant, le second conduit interne étant en communication avec le troisième passage débouchant, et

le second conduit interne étant débouchant à l’extérieur du noyau magnétique, et/ou
un bras contigu à la pièce de jonction étant traversé par un quatrième passage débouchant, le second conduit interne étant en communication fluidique avec le quatrième passage débouchant ;

- un ensemble comprenant un bras et une pièce de jonction contigüe au bras, comprend une zone d’entrefer définie par deux faces, les deux faces s’étendant de manière perpendiculaire à l’axe du cylindre, la matière située entre les deux faces étant non magnétique ; et

- pour la zone d’entrefer :

soit le bras comprend les deux faces de la zone d’entrefer,
soit le bras comprend une face et la pièce de jonction comprend l’autre face de la zone d’entrefer ;

L’invention couvre également une turbomachine comprenant un noyau magnétique tel qu’on a pu le présenter jusqu’à présent, et un aéronef comprenant une telle turbomachine.

DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

la est une représentation schématique d’un noyau magnétique selon un mode de réalisation de l’invention,

les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques d’un type de bras d’un noyau magnétique selon un coupe radiale en et une coupe axiale en ,

les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques d’un type de bras d’un noyau magnétique selon un coupe radiale en et une coupe axiale en ,

les figures 6 et 7 sont des représentations schématiques d’un type de bras d’un noyau magnétique selon un coupe radiale en et une coupe axiale en ,

les figures 8 et 9 sont des représentations schématiques d’un type de bras d’un noyau magnétique selon une coupe radiale en et une coupe axiale en ,

les figures 10 et 11 sont des représentations schématiques d’un type de bras d’un noyau magnétique selon une coupe radiale en et une coupe axiale en ,

les figures 12 et 13 sont des représentations schématiques d’un type de bras d’un noyau magnétique selon une coupe radiale en et une coupe axiale en ,

les figures 14 et 15 sont des représentations schématiques d’un type de bras d’un noyau magnétique selon une coupe radiale en et une coupe axiale en .

les figures 16 et 17 sont des représentations schématiques d’un noyau magnétique selon un coupe d’une face du noyau.

les figures 18 et 19 sont des représentations schématiques d’un coupleur magnétique à douze phases.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Noyau magnétique

En rapport avec la , un noyau magnétique 1 comprend une pluralité de bras référencés 31 à 42.

Chaque bras forme un cylindre droit. Cela signifie que le plus petit volume convexe qui contient le bras définit une surface qui est la surface d’un cylindre droit. Un volume est convexe lorsque, pour tout couple de deux points contenus dans le volume, le segment qui joint ces deux points est entièrement contenu dans le volume.

Chaque cylindre présente un axe principal A sur lequel le cylindre est centré, cet axe principal donnant la direction des génératrices du cylindre. Le cylindre peut être en particulier à section circulaire, c’est-à-dire qu’une section perpendiculaire à l’axe principal présente un périmètre externe circulaire.

Le cylindre peut présenter une dimension radiale ou un diamètre extérieur supérieur ou égal à 5 millimètres et inférieur ou égal à 30 millimètres. Une dimension radiale du cylindre ou du bras est une longueur du cylindre ou du bras mesurée dans une direction radiale orthogonale à l’axe principal A.

Chaque cylindre s’étend sur une longueur axiale le long de l’axe principal entre deux faces formant les extrémités axiales du cylindre. Un cylindre droit signifie que ces deux faces sont orthogonales à l’axe principal. Les bras du noyau peuvent être tous de même longueur axiale ou présenter des longueurs axiales différentes.

Chaque bras est en ferrite et notamment en ferrite spinelle. Les matériaux dits « ferrites spinelles » sont des céramiques magnétiques. Ce sont des oxydes magnétiques de type MeFe₂O₄, le terme « Me » désignant un métal d’alliage comme du MnZn, du NiZn, etc… Il est possible d’ajouter dans cet alliage du cuivre ou d’autres métaux. Cet ajout permet des spécificités supplémentaires. Ces céramiques présentent des températures de fusion élevées.

Chaque bras est configuré pour recevoir un enroulement d’un fil conducteur. Le bras peut recevoir deux enroulements de fil conducteur qui pourront être couplés magnétiquement grâce au matériau composant le noyau magnétique.

Les bras du noyau sont agencés selon des arêtes, référencées 51 à 62 en , d’un polyèdre convexe, référencé 7 en .

Cela signifie que chaque bras est associé à une et une seule arête du polyèdre et inversement que chaque arête du polyèdre est associée à un et un seul bras du noyau. Une arête est alignée avec l’axe principal du cylindre formé par le bras associé à l’arête. Le bras s’étend selon cet axe principal sur une longueur axiale entièrement contenue dans l’arête associée au bras.

Un polyèdre est convexe lorsque pour tout couple de deux points contenus dans le polyèdre, le segment qui joint ces deux points est entièrement contenu dans le polyèdre.

Le polyèdre présente différentes faces qui sont chacune des polygones. Chacun de ces polygones comprend un même nombre d’arêtes et donc un même nombre de sommets. Dans l’exemple de la , le polyèdre 7 est un cube comprenant au total 12 arêtes et 8 sommets. Le cube présente 6 faces qui sont toutes des carrés, chaque carré présentant 4 arêtes et 4 sommets.

Le polyèdre présente donc un et un seul type de polygone sur chacun de ces côtés : triangle à 3 côtés, quadrilatère à 4 côtés, pentagone à 5 côtés, etc…

Le nombre de faces du polyèdre est supérieur ou égal à 4. Ce nombre ne dépend pas du type de polygone qui forme les faces du polyèdre. Par exemple, le polyèdre peut présenter des faces triangulaires et comprendre 4 faces comme dans le cas d’un tétraèdre ou 8 faces comme dans le cas d’un octaèdre.

Le polyèdre n’est pas nécessairement régulier. Autrement dit, les polygones formant les faces du polyèdre ne sont pas nécessairement tous identiques. Les bras du noyau n’ont pas nécessairement tous la même longueur axiale.

Le noyau magnétique comprend en outre des pièces de jonction, référencées 81 à 89 en , situées à des sommets du polyèdre. Plus précisément, à chaque sommet du polyèdre se trouve une et une seule pièce de jonction. Ces pièces de jonction sont en ferrite, et notamment en ferrite spinelle.

Chaque pièce de jonction est contigüe à des extrémités d’au moins trois des bras du noyau magnétique. Chacune de ces extrémités est une extrémité axiale, c’est à dire une extrémité du bras dans la direction de l’axe principal du cylindre du bras. La pièce de jonction est contigüe à un bras via une extrémité axiale d’un bras signifie que la pièce de jonction est monolithique avec le bras ou en contact direct avec le bras selon cette extrémité ou encore collée au bras le long de cette extrémité.

Un polyèdre comprend au moins quatre faces. Un sommet d’un polyèdre relie au moins trois arêtes différentes. Pour un polyèdre comprenant plus de quatre faces, un sommet du polyèdre peut relier plus de trois arêtes différentes. Chaque pièce de jonction située à un sommet du polyèdre est contigüe aux extrémités de chacun des bras associés aux arêtes qui sont reliées par le sommet, c’est-à-dire qu’elle est contigüe aux extrémités d’au moins trois bras.

Un noyau comme on vient de l’exposer présente donc une forme tridimensionnelle en correspondance avec un polyèdre, chaque bras du noyau correspondant à une arête du polyèdre.

La structure en polyèdre permet de définir autant de circuits magnétiques fermés qu’il y a de polygones fermés dans le polyèdre. Chacun de ces polygones correspond dans le noyau à une succession de bras en ferrite et de pièces de jonction en ferrite contigus les uns aux autres, cette succession formant une maille fermée de matériau magnétique.

Chaque bras peut être le siège d’un couplage magnétique entre deux fils conducteurs bobinés autour du bras. Plus généralement, il peut être possible de coupler deux bobinages de fil conducteur qui se trouvent autour de bras différents, comme des bras reliés par une même pièce de jonction ou même des bras plus éloignés spatialement l’un de l’autre dans le noyau.

La structure en polyèdre convexe des noyaux magnétiques présentés ici permet une grande variété de forme de ces noyaux. Un tel noyau peut coupler de nombreux bobinages électriques différents et selon des forces de couplage différents. Il est ainsi possible de réaliser au sein d’un seul et même noyau magnétique différents couplages magnétiques qui dans l’art antérieur nécessiterait une pluralité de noyaux magnétiques.

Chaque bras peut remplir une fonction particulière, comme par exemple un couplage magnétique entre deux bobinages enroulés autour du bras ou bien encore un refroidissement du bras et donc plus généralement du noyau magnétique. Le noyau peut ainsi remplir une pluralité de fonctions, ces fonctions étant réalisées en des endroits spatialement séparés les uns des autres de sorte qu’il est possible de mettre en œuvre ces fonctions de manière indépendante les unes des autres. En particulier cette mise en œuvre s’effectue de manière plus indépendante que dans le cas d’un noyau en deux dimensions. Le noyau présenté ici permetin finede remplir plus de fonctions que dans l’art antérieur et ce dans un volume spatial plus faible et de manière plus indépendante les unes des autres.

Par ailleurs, un noyau magnétique sous la forme d’un assemblage tridimensionnel de bras permet de mettre en œuvre une optimisation topologique. Un tel noyau définit une structure comprenant des zones vides tout en présentant une importante absorption de vibrations mécaniques, notamment les vibrations mécaniques en lien avec une résonance magnétique. La structure remplit sa fonction magnétique ou ses fonctions magnétiques, tout en présentant à la fois un poids moindre grâce aux zones vides et à la fois une bonne tenue mécanique.

Un noyau comme on vient de l’exposer présente permet de proposer des noyaux magnétiques présentant une plus grande liberté de forme que dans l’art antérieur.

Il est à noter que l’on peut réaliser le noyau comme on vient de l’exposer selon des techniques de fabrication additive sans fusion et notamment l’impression par jet de liant et l’impression par dépôt de matière fondue.

L’impression par jet de liant est également connue sous la désignation anglaise « Binder Jetting ». Cette méthode consiste à projeter un liant adhésif liquide sur de fines couches de matériau en poudre, en l’occurrence de la poudre de ferrites spinelles.

L’impression par dépôt de matière fondue est également connue sous la désignation anglaise « Fused Filament Fabrication » abrégée en FFF. Cette méthode comprend notamment le mélange de la poudre avec un liant polymère, puis l’impression proprement dite. Il faut ensuite retirer le polymère dans une étape dite de déliantage thermique.

Le noyau tel qu’exposé précédemment peut être réalisé par fabrication additive en un seul bloc ou en plusieurs éléments. Lorsque plusieurs éléments sont fabriqués, ils sont ensuite assemblés de manière appropriée en utilisant toutes techniques connues, notamment collage, vissage, frittage, co-frittage.

Types de bras du noyau magnétique

Les bras du noyau magnétique peuvent être de différents types.

Selon un premier type et en rapport avec les figures 2 et 3, un bras 301 peut être un cylindre en ferrite plein qui s’étend selon un axe principal A. Autrement dit, le bras 301 ne présente aucun creux ni aucune cavité de sorte que le bras définit un volume de cylindre entièrement rempli de matériau magnétique. La est une coupe radiale du bras, c’est-à-dire une coupe dans un plan orthogonal à l’axe principal A. La est une coupe axiale du bras, c’est-à-dire une coupe selon un plan qui contient l’axe principal A.

Un bras plein de ce premier type est notamment adapté pour réaliser un couplage magnétique fort entre deux fils électriques bobinés autour de ce bras. Un noyau magnétique comme on l’a présenté plus haut peut comprendre un ou plusieurs bras de ce premier type. Tous les bras du noyau peuvent être de ce type.

Selon un deuxième type et en rapport avec les figures 4 et 5, un bras 303 peut présenter un logement fermé 9, le logement 9 étant centré sur l’axe A du cylindre 303, l’axe A traversant le logement 9. Le bras comprend une paroi interne qui définit le logement fermé 9, c’est-à-dire que le logement fermé 9 n’est pas en communication fluidique avec l’extérieur du bras. Autrement dit, le logement 9 est inclus -c’est-à-dire enfermé - dans un volume plein en ferrite que définit le bras 303. La paroi interne peut avoir la forme d’un cylindre interne centré sur un axe qui coïncide avec l’axe A principal du cylindre 303. Le cylindre interne peut être à section circulaire. Le logement 9 est centré sur l’axe A et l’axe A traverse le logement 9. Autrement dit, il y a dans le bras une zone centrale entourant l’axe A qui n’est pas occupée par la matière du bras. Le logement 9 est entouré de matière du bras. Dans les directions radiales qui partent de l’axe A vers l’extérieur l’épaisseur de matière du bras qui entoure le logement est sensiblement la même dans toutes ces différentes directions radiales. L’épaisseur du bras définie entre la paroi interne et la paroi externe du cylindre est supérieure ou égale à 500 µm. Lorsque le bras et la paroi interne ont chacun la forme d’un cylindre centré sur l’axe A principal du cylindre, ils définissent des rayons dont la différence est supérieure ou égale à 500 µm.

Le logement 9 contient un matériau 10 choisi parmi un matériau à changement de phase et un matériau amorphe ou nanocristallin. Un tel logement rempli nécessite à la fabrication une étape d’insertion du matériau dans le logement du bras. On rappelle qu’un noyau tel qu’exposé ici peut être réalisé par fabrication additive sans fusion en un seul bloc ou en plusieurs éléments. Lorsque le noyau comprend dans un bras un logement interne qui doit être rempli d’un matériau particulier, on peut prévoir que le bras soit divisé en deux sous-parties à un certain moment de la fabrication, de sorte que le logement interne est ouvert sur l’extérieur de sorte à donner accès au logement interne. Dans un premier exemple, la fabrication peut comprendre les deux étapes successives de génération du bras en entier suivi d’une division de ce bras en deux sous-parties. Dans un deuxième exemple, la fabrication peut comprendre la génération indépendante de deux sous-parties destinées à former plus tard le bras.

Au moment de la fabrication où le bras est divisé en deux sous-parties, le logement interne dans le bras se trouve être ouvert sur l’extérieur. Le logement peut alors être rempli d’un matériau 10 choisi parmi un matériau à changement de phase et un matériau amorphe ou nanocristallin. Une fois le matériau inséré, les deux sous-parties sont fixées l’une avec l’autre, par exemple par collage et/ou vissage et/ou frittage.

Lorsque le logement 9 comprend un matériau à changement de phase, le bras de ce deuxième type est notamment adapté pour filtrer les pics de température. Le matériau à changement de phase est choisi pour être solide à la température de fonctionnement nominal du noyau, mais liquide au-delà. La chaleur latente du matériau impose qu’une énergie thermique importante soit apportée ou retranchée au matériau pour quitter ce palier de température, ce qui impose lors de ce changement de phase une température constante au système, inférieure à celle du pic. Dès lors, les variations rapides de température du noyau peuvent être absorbées localement et lissées par les changements de phases répétés du matériau.

Lorsque le logement comprend un matériau amorphe ou nanocristallin, le bras de ce deuxième type est notamment adapté pour augmenter la perméabilité magnétique du bras. Cela est notamment pertinent si le noyau est utilisé avec des signaux alternatifs sur certaines gammes de fréquence. Typiquement sur la gamme de quelques dizaines de kiloHertz à quelques centaines de kiloHertz, les noyaux en ferrite peuvent avoir une induction magnétique inférieure à 0.5 Tesla. La présence du matériau amorphe ou nanocristallin renforce l’induction magnétique de l’ensemble « bras + matériau dans le logement ». Il est aussi possible en ajoutant le matériau dans le logement, de diminuer la taille du noyau nécessaire pour atteindre une certaine induction magnétique. Ce degré de liberté supplémentaire permet de réaliser une fonction magnétique identique avec une dimension radiale du bras plus faible. Certaines contraintes d’encombrement et/ou d’intégration peuvent être ainsi plus facilement respectées.

Un noyau magnétique comme on l’a présenté plus haut peut comprendre un ou plusieurs bras de ce deuxième type. Tous les bras du noyau peuvent être de ce deuxième type.

Selon un troisième type et en rapport avec les figures 6 et 7, un bras 302 peut être traversé par un passage débouchant 11 hors du bras à chaque extrémité du bras. Autrement dit, le passage 11 s’étend à l’intérieur du bras selon l’axe A depuis une extrémité axiale à l’autre. Le passage 11 est centré sur l’axe A du cylindre, l’axe passant par le passage 11.

Le bras 302 présente une structure de cylindre creux, définissant une paroi interne 13 et une paroi externe 14. Ces parois 13 et 14 sont de préférence concentriques et de même forme définissant une épaisseur de ferrite uniforme.

Le passage 11 est défini par une paroi interne 13. La paroi interne 13 peut présenter une forme cylindrique centrée sur l’axe A, et en particulier une forme cylindrique à section circulaire. L’épaisseur du bras définie entre la paroi interne 13 et la paroi externe 14 est supérieure ou égale à 500 µm. Lorsque le bras et la paroi interne ont chacun la forme d’un cylindre centré sur l’axe A principal du cylindre, ils définissent des rayons dont la différence est supérieure ou égale à 500 µm.

Un bras creux de ce troisième type est notamment adapté pour faire passer un fluide de refroidissement dans le passage débouchant de sorte à refroidir le bras et plus généralement le noyau. Un noyau magnétique comme on l’a présenté plus haut peut comprendre un ou plusieurs bras de ce troisième type. Tous les bras du noyau peuvent être de ce type.

Selon un quatrième type et en rapport avec les figures 8 et 9, un bras 304 peut comprendre deux parois internes 17 et 19 en regard l’une de l’autre, les deux parois 17 et 19 définissant entre elles un passage débouchant 15 hors du bras à chaque extrémité du bras. Autrement dit le passage 15 s’étend à l’intérieur du bras selon l’axe A depuis une extrémité axiale à l’autre.

Dans ce quatrième type, le bras comprend un unique passage débouchant qui est défini par deux parois différentes en regard l’une de l’autre.

Une première paroi interne 17 se situe radialement à l’extérieur de la deuxième paroi interne 19, de sorte que la première paroi interne 17 entoure la deuxième paroi interne 19.

Le passage 15 est centré sur l’axe A du cylindre, mais l’axe A ne passe par le passage 15. Autrement dit, le bras 304 présente une partie centrale 16 qui se situe radialement à l’intérieur de la deuxième paroi interne 19. La deuxième paroi interne 19 est comprise dans la partie centrale 16 et délimite la partie centrale 16. La partie centrale 16 est pleine et elle est traversée par l’axe A. Le passage débouchant 15 s’étend radialement autour de cette partie centrale 16. Le passage débouchant 15 sépare la partie centrale 16 d’une partie périphérique 18 du bras 304. La partie périphérique 18 s’étend radialement vers l’extérieur à partir de la première paroi interne 17. La première paroi interne 17 est comprise dans la partie périphérique 18 et délimite la partie périphérique 18. Pour fixer la partie centrale 16 et la partie périphérique 18, le bras 304 peut comprendre au moins une entretoise E qui s’étend dans une direction radiale depuis la partie centrale 16 jusqu’à la partie périphérique 18 ou autrement dit de la deuxième paroi interne 19 jusqu’à la première paroi interne 17. De préférence, le bras comprend au moins deux entretoises E, réparties à différentes hauteurs et selon différents angles dans le plan radial. Les entretoises E présentent par exemple une forme de tige ou de poutre, les entretoises ne s’étendant pas sur toute la longueur axiale du bras 304. Les entretoises peuvent être réparties sur la longueur axiale du bras 304 et/ou radialement autour de l’axe du cylindre.

Le passage débouchant 15 permet une circulation fluidique, entre la partie périphérique 18 et la partie centrale 16. Dans ce passage 15 les entretoises ne gênent pas la circulation fluidique.

La représente une coupe radiale du bras 304 selon un plan d’un noyau magnétique dans lequel se trouve deux entretoises.

La représente une coupe axiale du bras 304 selon un plan n’intersectant pas la ou les entretoises, le passage 15 apparaît ainsi comme un anneau continu autour de la partie centrale 16 du bras.

La première paroi interne 17 et la deuxième paroi interne 19 peuvent présenter une forme cylindrique centrée sur l’axe A, et en particulier une forme cylindrique à section circulaire. Le passage débouchant 15 présente alors une section annulaire. La dimension radiale de chacun de la partie centrale 16, de la partie périphérique 18 et du passage débouchant 15 est supérieure ou égale à 500 µm. Lorsque le bras et les parois internes 17 et 19 ont chacun la forme d’un cylindre centré sur l’axe A principal du cylindre, le bras et la paroi interne 17 définissent des rayons dont la différence est supérieure ou égale à 500 µm et les parois internes 17 et 19 définissent des rayons dont la différence est supérieure ou égale à 500 µm. Dans ce mode préféré la partie périphérique 18 est un cylindre creux extérieur et la partie centrale 16 est un cylindre intérieur. Le passage débouchant 15 permet une circulation fluidique, entre le cylindre creux extérieur 18 et le cylindre intérieur 16. Ces cylindres sont solidarisés par au moins une entretoise E. L’entretoise E ou les entretoises E s’étendent radialement entre la paroi externe 19 du cylindre intérieur 16 et la paroi interne 17 du cylindre extérieur 18. Structurellement, le cylindre creux extérieur 18, le cylindre intérieur 16 et les entretoises E peuvent être formés d’un seul bloc par fabrication additive. Les deux parois 17 et 19 se font face et définissent le passage débouchant 15. Dans ce passage les entretoises ne gênent pas la circulation fluidique.

Un bras creux de ce quatrième type est notamment adapté pour faire passer un fluide de refroidissement dans le passage débouchant 15 de sorte à refroidir le bras et plus généralement le noyau. Un noyau magnétique comme on l’a présenté plus haut peut comprendre un ou plusieurs bras de ce quatrième type. Tous les bras du noyau peuvent être de ce type.

Il est à noter que l’on peut combiner les caractéristiques d’un bras du deuxième type et les caractéristiques d’un bras du quatrième type dans un bras d’un cinquième type. Selon ce cinquième type et en rapport avec les figures 10 et 11, un bras 306 peut comprendre d’une part les deux parois internes 17 et 19 en regard l’une de l’autre, les deux parois 17 et 19 définissant entre elles le passage débouchant 15 et d’autre part le logement fermé 9, le logement 9 étant centré sur l’axe A du bras 306, l’axe A traversant le logement 9. Autrement dit le logement fermé 9 est situé à l’intérieur de la partie centrale 16. Le logement 9 est entouré par la deuxième paroi interne 19. L’épaisseur – mesurée dans une direction radiale - de matière du bras entre le logement 9 et la deuxième paroi interne 19 est supérieure ou égale à 500 µm. Lorsque le bras et le logement 9 ont chacun la forme d’un cylindre centré sur l’axe A principal du cylindre, le bras et le logement 9 définissent des rayons dont la différence est supérieure ou égale à 500 µm.

Un bras creux de ce cinquième type permet de produire simultanément ou séparément les effets techniques associés aux bras du deuxième type et du quatrième type. Un noyau magnétique comme on l’a présenté plus haut peut comprendre un ou plusieurs bras de ce cinquième type. Tous les bras du noyau peuvent être de ce type.

Selon un sixième type et en rapport avec les figures 12 et 13, un bras 305 peut comprendre deux parois internes 25 et 27, chaque paroi interne définissant un passage débouchant hors du bras à chaque extrémité du bras, l’axe du cylindre ne passant par aucun des deux passages. Autrement dit :

la première paroi interne 25 définit un premier passage 21 qui s’étend à l’intérieur du bras selon l’axe A depuis une extrémité axiale à l’autre,

la deuxième paroi interne 27 définit un deuxième passage 23 qui s’étend à l’intérieur du bras selon l’axe A depuis une extrémité axiale à l’autre, et

l’axe du cylindre A ne passe ni par le premier passage 21 ni par le deuxième passage 23.

Dans ce sixième type, le bras comprend deux passages débouchant différents, chaque passage étant défini par une et une seule paroi. Autrement dit en section, le contour extérieur du passage débouchant correspond à la paroi et exclusivement à la paroi. Le bras comprend donc deux parois différentes qui définissent chacune un passage débouchant.

Le bras 305 présente une partie centrale 26 qui se situe radialement entre la première paroi interne 25 et la deuxième paroi interne 27. La partie centrale 26 est pleine, c’est-à-dire en ferrite, et elle est traversée par l’axe A.

La première paroi interne 25 et la deuxième paroi interne 27 s’étendent radialement autour de la partie centrale 26 sur des secteurs angulaires d’une étendue inférieure ou égale à 180°. La première paroi interne 25 et la deuxième paroi interne 27 peuvent être symétriques l’une par rapport à l’autre par rapport à l’axe principal A du bras 305. Par exemple, chacune des parois internes 25 et 27 présente en coupe radiale une partie circulaire centrée sur l’axe du cylindre et une partie rectiligne qui relie les deux extrémités de la partie circulaire, chacune des parois interne étant générée par translation de cette coupe radiale par une translation selon l’axe principal A du bras 305. Dans un autre exemple, chacune des parois internes 25 et 27 présente en coupe radiale une forme elliptique, chacune des parois interne étant générée par translation de cette coupe radiale par une translation selon l’axe principal A du bras 305.

Dans un mode préféré du sixième type de bras, la première paroi interne 25 et la deuxième paroi interne 27 présentent chacune deux parties de forme cylindrique centrées sur l’axe A les deux parties étant en regard l’une de l’autre. Le premier passage 21 et le deuxième passage 23 présentent alors une section radiale qui a une forme de portion d’anneau.

Le bras 305 présente dans le mode préféré une partie périphérique 28 qui se situe radialement autour de la première paroi interne 25 et de la deuxième paroi interne 27.

Dans le mode préféré, les passages débouchant 21 et 23 se situent entre la partie centrale 26 et la partie périphérique 28 du bras 305. La partie centrale 26 et la partie périphérique 28 sont reliées l’une à l’autre par deux cloisons C qui s’étendent dans une direction radiale depuis la partie centrale 26 jusqu’à la partie périphérique 28. Les cloisons C s’étendent sur toute la longueur axiale du bras 304. Les cloisons C séparent les passages débouchant 21 et 23, de sorte que sur toute la longueur axiale du bras 304, un fluide ne peut pas passer d’un passage débouchant à l’autre. Les cloisons C définissent alors une partie des parois internes 25 et 27. Chaque paroi interne dans le mode préféré est formée d’une partie de la surface de chacune des deux cloisons C et des deux parties de forme cylindrique centrées sur l’axe A en regard l’une de l’autre, les deux parties étant pour chaque paroi interne reliée par les deux cloisons.

La dimension radiale de chacun de la partie centrale 16, de la partie périphérique 18 et des passages débouchant 21 et 23 est supérieure ou égale à 500 µm. Lorsque la partie centrale 16 et la partie périphérique 18 ont chacun la forme d’un cylindre centré sur l’axe A principal du cylindre, la partie centrale 16 et la partie périphérique 18 définissent des rayons dont la différence est supérieure ou égale à 1 millimètre.

Un bras creux de ce sixième type est notamment adapté pour faire passer deux flux de fluide de refroidissement dans les deux passages débouchant 21 et 23 de sorte que chaque passage débouchant est traversé par un flux de fluide. Cela permet de mettre en œuvre un refroidissement du bras en utilisant deux fluides distincts ou bien un fluide qui passe deux fois à travers le bras. Un noyau magnétique comme on l’a présenté plus haut peut comprendre un ou plusieurs bras de ce sixième type. Tous les bras du noyau peuvent être de ce type.

Il est à noter que l’on peut combiner les caractéristiques d’un bras du deuxième type et les caractéristiques d’un bras du sixième type dans un bras d’un septième type. Selon ce septième type et en rapport avec les figures 14 et 15, un bras 307 peut comprendre d’une part les deux parois internes 25 et 27, chaque paroi interne définissant un passage débouchant hors du bras à chaque extrémité du bras, l’axe du cylindre ne passant par aucun des deux passages et d’autre part le logement fermé 9, le logement 9 étant centré sur l’axe A du bras 307, l’axe A traversant le logement 9. Autrement dit le logement fermé 9 est situé à l’intérieur de la partie centrale 26. L’épaisseur – mesurée dans une direction radiale - de matière du bras entre le logement 9 et les passages débouchant 21 et 23 est supérieure ou égale à 500 µm.

Un bras creux de ce septième type permet de produire simultanément ou séparément les effets techniques associés aux bras du deuxième type et du sixième type. Un noyau magnétique comme on l’a présenté plus haut peut comprendre un ou plusieurs bras de ce septième type. Tous les bras du noyau peuvent être de ce type.

Ailette de refroidissement

En option pour les bras creux présentant un ou deux passages débouchant, c’est-à-dire pour les bras du troisième type, du quatrième type, du cinquième type, du sixième septième et du septième type, le bras peut en outre comprendre une ailette qui s’étend à partir de la paroi interne à l’intérieur du passage, l’ailette étant configurée pour augmenter une surface d’échange thermique entre le bras et un fluide passant au travers du passage.

Les bras du troisième type, du quatrième type et du cinquième type comprennent un seul passage débouchant qui est défini par une unique paroi pour les bras du troisième type, et deux parois pour les bras du quatrième type et du cinquième type.

Les bras du sixième type et du septième type comprennent deux passages débouchant qui sont définis chacun par une paroi.

Dans le cas où une ailette est comprise dans l’un de ces bras, elle s’étend dans le passage débouchant du bras ou du moins dans l’un au moins des deux passages débouchant du bras, l’ailette s’étendant à partir de la paroi ou de l’un des deux parois qui définit le passage. L’ailette fait donc saillie d’une paroi interne du bras vers l’intérieur du passage.

En référence aux figures 6 et 7, le bras 302 du troisième type comprend une ailette 12 qui s’étend à partir de la paroi interne 13 à l’intérieur du passage 11. Ici l’ailette 12 prend une forme d’un parallélépipède rectangle qui s’étend selon la direction de l’axe du cylindre sur toute la longueur axiale du bras 302 et se situe radialement dans un même secteur angulaire du cylindre sur toute cette longueur.

Plus généralement, l’ailette peut prendre différentes formes, elle peut s’étendre selon différentes directions dans le passage débouchant comme par exemple de manière hélicoïdale autour de l’axe du cylindre. L’ailette peut également s’étendre sur une portion seulement de la longueur axiale du bras, par exemple l’ailette peut s’étendre sur une moitié ou sur un quart de la longueur axiale du passage débouchant.

L’ailette est configurée pour augmenter une surface d’échange thermique entre le bras et un fluide s’écoulant dans le passage. De cette manière, le refroidissement du noyau par le fluide est plus important.

Lorsque le noyau magnétique comprend un bras ou plusieurs bras présentant un ou deux passages débouchant, c’est-à-dire des bras du troisième type, du quatrième type, du cinquième type, du sixième septième ou du septième type, le noyau peut être raccordé à un système externe de refroidissement de sorte qu’un fluide permettant le refroidissement circule dans le ou les passages débouchant. Les pièces de jonction sont alors choisies pour permettre de raccorder le ou les passages débouchant au système externe de refroidissement. Le fluide peut être de l’eau ou tout autre fluide caloporteur. Une eau de refroidissement peut en option être chargée en nanoparticules (graphène, nanotubes de carbone) afin d’en augmenter la conductivité thermique.

Le fluide de refroidissement peut être mis en mouvement grâce à une pompe externe et raccordée au noyau. Le fluide peut être refroidi grâce à au moins un échangeur de chaleur externe. Le système externe de refroidissement comprend alors la pompe et l’échangeur de chaleur.

Pièces de jonction

Les pièces de jonction situées aux sommets du polyèdre permettent de relier les différents bras du noyau et d’assurer la tenue du noyau dans les trois dimensions.

A cet effet, une pièce de jonction présente une forme adaptée au nombre de bras avec lesquels elle est en contact. Une pièce de jonction peut présenter une ou plusieurs collerettes dont la dimension est ajustée aux dimensions des bras en contact avec la pièce de jonction. Chaque collerette définit un logement qui permet de recevoir l’un des bras. Chaque bras peut ainsi être retenu à la pièce de jonction.

Une pièce de jonction peut être pleine, c’est-à-dire ne contenir aucun logement ou n’être traversé par aucun passage.

En plus de ce rôle de jonction, une pièce de jonction peut également remplir des fonctions de connexion fluidique lorsque le noyau contient un ou des bras traversés par un passage débouchant. Dans ce cas la pièce de jonction n’est pas pleine.

Les figures 16 et 17 présentent une coupe d’un noyau magnétique qui contient un ou des bras traversés par un passage débouchant. La coupe est faite selon l’une des faces du polyèdre pour chacune de ces figures. En le noyau magnétique 3 a des bras agencés selon un tétraèdre de sorte que la représente trois bras et trois sommets du polyèdre qui sont agencés selon une face du tétraèdre. En le noyau magnétique 5 a des bras agencés selon un cube de sorte que la représente quatre bras et quatre sommets du polyèdre qui sont agencés selon une face du cube.

Le noyau magnétique 3 comprend un bras 91 qui est du septième type, un bras 92 qui est du sixième type et un bras 93 qui est du premier type. Le noyau magnétique comprend trois pièces jointes 61, 62 et 63 qui relient respectivement les bras 91 et 93, les bras 91 et 92 et les bras 92 et 93. Le noyau magnétique 3 comprend trois autres bras et une autre pièce de jonction qui ne sont pas représentés en .

Le noyau magnétique 5 comprend deux bras 94 et 96 qui sont du cinquième type et deux bras 95 et 97 qui sont du quatrième type. Le noyau magnétique comprend quatre pièces de jonction 64, 65, 66 et 67 qui relient respectivement les bras 94 et 97, les bras 94 et 95, les bras 95 et 96 et les bras 96 et 97. Le noyau magnétique comprend huit autres bras et quatre autres pièces de jonction qui ne sont pas représentés en .

Pour remplir une fonction de connexion fluidique dans une pièce de jonction, le noyau magnétique comprend un bras traversé par un passage débouchant, ou premier passage débouchant, le bras étant contigu à une pièce de jonction, la pièce de jonction comprenant un conduit interne en communication fluidique avec le passage débouchant.

Ce conduit interne peut être débouchant à l’extérieur du noyau magnétique. Dans ce premier cas, la pièce de jonction permet de faire circuler un fluide entre l’extérieur et l’intérieur du noyau.

Si le conduit interne n’est pas débouchant à l’extérieur du noyau magnétique, alors le conduit interne est en communication fluidique avec un second passage débouchant différent du premier passage débouchant, le second passage débouchant traversant le bras ou bien un autre bras contigu à la pièce de jonction. Dans ce deuxième cas, la pièce de jonction permet de faire circuler un fluide à l’intérieur du noyau entre deux passages débouchant différents. On peut distinguer dans ce deuxième cas une première situation où le second passage débouchant traverse le même bras : dans cette première situation, la pièce de jonction permet, pour un fluide arrivant d’un passage d’un bras un renvoi du fluide dans un second passage du même bras. On peut distinguer dans ce deuxième cas une deuxième situation où le second passage débouchant traverse un autre bras : dans cette deuxième situation, la pièce de jonction permet, pour un fluide arrivant d’un passage d’un bras un envoi du fluide dans un passage d’un autre bras.

Il est à noter que le premier cas et le deuxième cas peuvent être combinés, dans ce cas le conduit interne est en communication fluidique avec deux passages débouchant et l’extérieur du noyau.

En référence à la , les bras 94, 95, 96 et 97 sont traversés respectivement d’un passage débouchant 945, 951, 965 et 971. Ces bras étant du quatrième type ou du cinquième type, les passages 945, 951, 965 et 971 peuvent présenter une section annulaire dans un plan radial du bras.

La pièce de jonction 64, contigüe au bras 94, est traversée d’un conduit interne 641 qui est en communication fluidique avec le passage débouchant 945 qui traverse le bras 94. Le conduit interne 641 débouche à l’extérieur du noyau magnétique 5 à travers l’excroissance 643 de la pièce de jonction 64. La pièce de jonction 64 permet de faire circuler un fluide entre l’extérieur du noyau 5 et l’intérieur du noyau 5 à savoir l’intérieur du bras 94. L’excroissance 643 joue par exemple le rôle d’entrée et sortie du circuit de refroidissement et peut être configurée pour s’adapter à des canaux d’amenée et de retour de fluide.

La pièce de jonction 65, contigüe au bras 94, est traversée d’un conduit interne 651 qui est en communication fluidique avec le passage débouchant 945 qui traverse le bras 94. Le conduit interne 651 est de plus en communication fluidique avec un passage débouchant 951 différent du passage débouchant 945, le passage débouchant 951 traversant un autre bras 95 contigu à la pièce de jonction 65. La pièce de jonction 65 permet de faire communiquer un fluide entre les bras 94 et 95.

Les pièces de jonction 66 et 67, traversées respectivement des conduits internes 661 et 671 sont configurées de manière similaire à la pièce de jonction 65 et permettent de faire communiquer un fluide respectivement entre les bras 95 et 96, et entre les bras 96 et 97.

Une pièce de jonction peut être traversée par plus d’un conduit interne et en particulier elle peut être traversée par deux conduits internes. Dans ce cas la pièce de jonction comprenant le premier conduit interne comprend un second conduit interne qui est en communication fluidique avec un troisième passage débouchant d’un bras contigu à la pièce de jonction. Ce bras contigu peut être le bras comprenant le premier passage débouchant ou le bras comprenant le deuxième passage débouchant ou un autre bras différent.

Ce second conduit interne peut être débouchant à l’extérieur du noyau magnétique. Dans ce premier cas, le second conduit de la pièce de jonction permet de faire circuler un fluide entre l’extérieur et l’intérieur du noyau, et plus précisément entre l’extérieur du noyau et le bras traversé par le troisième passage.

Si le second conduit interne n’est pas débouchant à l’extérieur du noyau magnétique, alors le second conduit interne est en communication fluidique avec un quatrième passage débouchant différent du troisième passage débouchant, le quatrième passage débouchant traversant l’un des bras qui est contigu à la pièce de jonction et par exemple le bras traversé par. Le second conduit interne de la pièce de jonction permet pour un fluide arrivant d’un passage d’un bras un envoi du fluide soit un renvoi du fluide dans un autre passage du même bras soit un envoi du fluide dans un passage d’un autre bras.

Il est à noter que le premier cas et le deuxième cas peuvent être combinés, dans ce cas le conduit interne est en communication fluidique avec les troisième et quatrième passages et l’extérieur du noyau.

En référence à la , le conduit interne 641 de la pièce de jonction 64 est un premier conduit interne. La pièce de jonction 64 comprend un second conduit interne 645 qui est en communication fluidique avec le passage débouchant 971 qui traverse le bras 97, le bras 97 étant contigu à la pièce de jonction 64. Le second conduit interne 645 débouche à l’extérieur du noyau magnétique 5 à travers l’excroissance 647. La pièce de jonction 64 permet de faire circuler un fluide entre l’extérieur du noyau 5 et l’intérieur du noyau 5 à savoir l’intérieur du bras 97. L’excroissance 647 joue le rôle d’entrée et sortie du circuit de refroidissement et peut être configurée pour s’adapter à des canaux d’amenée et de retour de fluide.

Le noyau magnétique 5 permet ainsi de mettre en circulation un fluide de refroidissement de sorte que le fluide parcourt successivement la pièce de jonction 64 via le conduit interne 641, le bras 94, la pièce de jonction 65, le bras 95, la pièce de jonction 66, le bras 96, la pièce de jonction 67, le bras 97 et la pièce de jonction 64 via le conduit interne 645. Le fluide peut également parcourir ces pièces du noyau magnétique dans l’autre sens.

En référence à la , les bras 91 et 92 sont chacun traversés de deux passages débouchant respectivement référencés d’une part 912 et 914, et d’autre part 922 et 924.

La pièce de jonction 61, contigüe au bras 91, est traversée de deux conduits internes distincts 615 et 616. Le conduit interne 615 est en communication fluidique avec le passage débouchant 914. Le conduit interne 616 est en communication fluidique avec le passage débouchant 912. Les conduits internes 615 et 616 débouchent chacun à l’extérieur du noyau magnétique 5 à travers respectivement l’excroissance 612 et l’excroissance 611. La pièce de jonction 61 permet de faire circuler deux fluides entre l’extérieur du noyau 5 et l’intérieur du noyau 5 à savoir l’intérieur du bras 91, un premier fluide passant dans le passage 912, un second fluide passant dans le passage 914.

La pièce de jonction 62, contigüe aux bras 91 est traversée de deux conduits internes 622 et 624 qui sont en communication fluidique avec respectivement le passage débouchant 912 qui traverse le bras 91 et le passage débouchant 914 qui traverse le bras 91. Les conduits internes 622 et 624 sont de plus en communication fluidique avec respectivement le passage débouchant 922 qui traverse le bras 92 et le passage débouchant 924 qui traverse le bras 92. La pièce de jonction 62 permet de faire communiquer deux fluides entre les bras 91 et 92.

La pièce de jonction 63, contigüe aux bras 92 est traversée d’un conduit interne 631 qui est en communication fluidique avec les passages 922 et 924 qui traversent le bras 92. La pièce de jonction 63 permet de faire communiquer un fluide entre les passages 922 et 924 et de renvoyer un fluide dans le bras 92.

Le noyau magnétique 3 illustré en permet ainsi de mettre en circulation un fluide de refroidissement de sorte que le fluide parcourt successivement durant un aller la pièce de jonction 61, le bras 91, la pièce de jonction 62, le bras 92, la pièce de jonction 63 puis parcourt durant un retour toutes ces mêmes pièces dans l’ordre inverse. Les excroissances 613 et 611 jouent le rôle d’entrée et sortie du circuit de refroidissement et peuvent être configurées pour s’adapter à des canaux d’amenée et de retour de fluide.

Une pièce de jonction peut comprendre un ou deux conduits internes. Une pièce de jonction peut comprendre également plus de deux conduits internes de sorte à connecter une pluralité de passages débouchant des bras entre eux ou avec l’extérieur.

Entrefer

Un noyau tel qu’on a pu le présenter plus haut peut comprendre un entrefer, c’est-à-dire qu’un des bras du noyau et une pièce de jonction du noyau contigüe au bras comprennent deux faces, les deux faces s’étendant de manière perpendiculaire à l’axe du cylindre, la matière située entre les deux faces étant non magnétique. Le cylindre correspond au bras du noyau mentionné plus haut. L’entrefer est l’espace situé entre les deux faces et qui ne comprend pas de matière magnétique.

L’entrefer peut en particulier correspondre à une bande de collage ou un espace vide ou rempli d’air.

L’entrefer permet de laisser le noyau se déformer par dilatation ou contraction thermique due par exemple à une variation de température lors d’un couplage magnétique assuré au sein du noyau. L’entrefer correspondant à un espace plus élastique que le reste du noyau permet la déformation du noyau sans cassure du noyau.

L’entrefer correspondant à un espace vide peut permettre de placer plus facilement un bobinage de fil électrique autour du bras.

Les deux faces qui définissent entre elles l’entrefer peuvent être toutes les deux comprises dans le bras. Cette situation est illustrée en . Dans le bras 93 du noyau 3, les faces 935 et 937 s’étendent de manière perpendiculaire à l’axe du cylindre formé par le bras 93.

Sinon, les deux faces sont agencées de sorte qu’une première face est comprise dans le bras et l’autre face est comprise dans la pièce de jonction. Dans ce cas, l’entrefer fait la séparation entre la pièce de jonction et le bras. Cette situation est illustrée en . Entre le bras 94 et la pièce de jonction 64 du noyau 5, les faces 942 et 642 s’étendent de manière perpendiculaire à l’axe du cylindre formé par le bras 94. L’entrefer 842 s’étend entre les faces 942 et 642. Entre le bras 96 et la pièce de jonction 67 du noyau 5, les faces 962 et 672 s’étendent de manière perpendiculaire à l’axe du cylindre formé par le bras 96. L’entrefer 862 s’étend entre les faces 962 et 672. De manière préférentielle lorsqu’une première face est comprise dans le bras et que l’autre face est comprise dans la pièce de jonction, l’entrefer est rempli d’un matériau assurant l’adhésion entre le bras et la pièce de liaison. Cette situation est avantageuse notamment lorsque le bras comprend un logement, c’est-à-dire lorsque le bras est du deuxième type, du cinquième type ou du septième type. Cette bande de colle permet, au cours de la fabrication du noyau, une insertion plus aisée d’un matériau dans le logement, et en particulier un matériau à changement de phase ou un matériau amorphe ou nanocristallin.

Exemple d’un noyau magnétique de forme tétraédrique

En référence à la , le noyau 3 comprend des bras agencés selon les arêtes d’un tétraèdre. Comme mentionné précédemment, une circulation d’un fluide de refroidissement en aller-retour peut être mis en œuvre à travers les pièces de jonction 61, 62 et 63 et les bras 91 et 92.

Le bras 91 comprend un logement 919 qui peut être rempli d’un matériau à changement de phase ou d’un matériau amorphe ou nanocristallin.

Le bras 93 est un bras plein qui présente un entrefer défini entre les faces 935 et 937. Le bras 93 est entouré de deux fils conducteurs, par exemple métalliques 931 et 933 bobinés autour de l’axe du cylindre défini par le bras 93. Les fils conducteurs 931 et 933 se situent de part et d’autre de l’entrefer. Les fils conducteurs 931 et 933 ainsi agencés sont couplés magnétiquement par le noyau 3.

Le couplage magnétique de ces fils conducteurs peut occasionner des variations de température significatives dans le bras 93 et plus généralement dans le noyau 3. Cette variation de température peut être atténuée par la mise en circulation d’un fluide à travers les pièces de jonction 61, 62 et 63 et les bras 91 et 92, ou bien en plaçant dans le logement 919 un matériau à changement de phase. Par ailleurs, le risque de cassure du noyau 3 par la déformation due à la variation de température est réduit par la présence de l’entrefer entre les faces 935 et 937.

Il est à noter que la ne représente pas trois des bras du noyau 3 et une des pièces de jonction du noyau 3. Il est possible de mettre en œuvre, en utilisant ces parties du noyau 3 non illustrées en , d’autres couplages et d’autres refroidissement. On peut par exemple mettre en œuvre un couplage magnétique plus exothermique que le couplage magnétique entre les fils 935 et 937 et également un refroidissement plus important que celui évoqué plus haut. Le noyau 3 permet ainsi de réaliser deux couplages et leur refroidissement respectif adapté et d’intensité différente de sorte que l’on met en œuvre au sein d’un même noyau deux couplages magnétiques dans des conditions optimisées pour chacun. En particulier, on évite d’utiliser deux noyaux distincts ou un noyau comprenant sur une même maille magnétique les différents circuits à coupler ce qui nécessiterait d’adapter le refroidissement au couplage le plus exothermique des deux.

Exemple d’un noyau magnétique de forme cubique

En référence à la , le noyau 5 comprend des bras agencés selon les arêtes d’un cube. Comme mentionné précédemment, une circulation d’un fluide de refroidissement peut être mis en œuvre à travers les pièces de jonction 64, 65, 66 et 67 et les bras 94, 95, 96 et 97 qui sont parcourues successivement dans une seule direction de circulation.

Chaque bras 94 et respectivement 96 comprend un logement 949 et respectivement 969 qui peut être rempli d’un matériau à changement de phase ou d’un matériau amorphe ou nanocristallin.

Le bras 95 est entouré de deux fils conducteurs, par exemple métalliques 953 et 955 bobinés autour de l’axe du cylindre défini par le bras 95. Les fils électriques 953 et 955 ainsi agencés sont couplés magnétiquement par le noyau 5.

Le bras 97 est entouré de deux fils conducteurs 953 et 955 bobinés autour de l’axe du cylindre défini par le bras 97. Les fils conducteurs 973 et 975 ainsi agencés sont couplés magnétiquement par le noyau 5.

Le noyau 5 couple également chacun des fils conducteurs 953, 955, 953 et 955 avec les trois autres.

Le couplage magnétique de ces fils conducteurs peut occasionner des variations de température significatives dans les bras 95 et 97 et plus généralement dans le noyau 5. Cette variation de température peut être atténuée par la mise en circulation d’un fluide à travers les pièces de jonction 64, 65, 66 et 67 et les bras 94, 95, 96 et 97, ou bien en plaçant dans les logements 949 et/ou 969 un matériau à changement de phase. Il est également possible d’augmenter la force du couplage magnétique en plaçant dans les logements 949 et/ou 969 un matériau amorphe ou nanocristallin.

Il est à noter que la ne représente pas huit des bras du noyau 5 et quatre des pièces de jonction du noyau 5. Dans ces parties du noyau 5 non illustrées en , d’autres couplages magnétiques et leur éventuel refroidissement adapté peuvent être mis en œuvre. Ainsi le seul noyau 5 peut assurer un grand nombre de fonctions qui dans l’art antérieur nécessiterait d’utiliser plusieurs noyaux.

Exemple de réalisation d’un coupleur à 12 phases

En référence à la , un noyau magnétique 100 comprend 12 bras référencés 13-1 à 13-12 agencés selon les arêtes d’un cube. Les bras 13-1 à 13-12 sont identiques et présentent tous la même longueur axiale. Ils peuvent être tous pleins, c’est-à-dire tous du premier type ou être tous traversés d’un passage débouchant selon le troisième type c’est-à-dire tous des bras du troisième type.

Le noyau 100 peut être utilisé comme un coupleur à douze phases, chaque phase correspondant à une arête du cube c’est-à-dire un des bras 13-1 à 13-12. Sur chaque phase, deux fils conducteurs sont enroulés autour de l’axe du cylindre, et ils sont couplés magnétiquement entre eux par le matériau magnétique du bras et plus généralement du noyau 100.

Seuls les couples de bobinages 30-1, 30-6 et 30-10 des phases respectives 13-1, 13-6 et 13-10 sont représentés sur la .

Chaque phase est couplée aux onze autres selon un couplage néanmoins de moindre importance que le couplage entre deux bobinages d’une même phase.

En référence à la , le noyau magnétique 100 est représenté de manière schématique associé à un circuit électrique 40 comprenant un générateur électrique continu et des interrupteurs. Sur la , chaque couple de bobinage 30-1 à 30-12 est illustré.

La illustre une utilisation d’un noyau magnétique 100 de forme cubique à 12 phases au sein d’un circuit électrique.

En utilisant des méthodes selon l’art antérieur, la réalisation d’un tel coupleur nécessiterait soit un ensemble de quatre coupleurs triphasés, soit douze circuits magnétiques indépendants. Dans tous les cas, il serait nécessaire de garantir à chaque phase les mêmes caractéristiques électromagnétiques et un même refroidissement. Des différences locales de température risquent de provoquer des différences de propriétés magnétiques entre les phases. Dans l’art antérieur, se préserver de ce risque rend le système difficilement intégrable.

Un coupleur à douze phases sous la forme d’un noyau 100 de forme cubique comme présenté plus haut permet de contrôler le dimensionnement, de contrôler l’homogénéité des paramètres et de mutualiser le refroidissement des phases au sein du noyau. Un tel coupleur, parce qu’il est cubique et qu’il présente douze bras identiques, est plus compact, présente des propriétés magnétiques plus homogènes, permet de respecter de plus fortes contraintes d’encombrement et d’intégration. Si les bras sont du troisième type, un refroidissement homogène peut être mis facilement en œuvre.

Claims

Noyau magnétique (1),
le noyau comprenant des bras (31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42) agencés selon des arêtes d’un polyèdre (7) convexe,
le polyèdre comprenant sur chaque face un même nombre d’arêtes supérieur ou égal à trois,
chaque bras formant un cylindre droit en ferrite configuré pour recevoir un enroulement d’un fil conducteur,
chaque arête du polyèdre étant alignée avec un axe du cylindre d’un des bras,
le noyau comprenant des pièces de jonction (81, 82, 83, 84, 85, 865, 87, 88) en ferrite situées à des sommets du polyèdre,
chaque pièce de jonction étant contigüe à des extrémités d’au moins trois des bras.
Noyau magnétique selon la revendication 1 dans lequel un des bras (301) est plein.
Noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel un des bras (303) présente un logement (9) fermé, le logement contenant un matériau (10) choisi parmi un matériau à changement de phase et un matériau amorphe ou nanocristallin, le logement étant centré sur l’axe (A) du cylindre, l’axe traversant le logement.
Noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel un des bras (302) comprend une paroi interne (13) qui définit un passage débouchant (11) hors du bras à chaque extrémité du bras, le passage étant centré sur l’axe du cylindre, l’axe passant par le passage.
Noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel un des bras (304) comprend deux parois internes (17, 19) en regard l’une de l’autre, les deux parois définissant entre elles un passage débouchant (15) hors du bras à chaque extrémité du bras, le passage étant centré sur l’axe du cylindre, l’axe ne passant pas par le passage.
Noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel un des bras (305) comprend deux parois internes (25, 27), chaque paroi interne définissant un passage débouchant (21, 23) hors du bras à chaque extrémité du bras, l’axe du cylindre ne passant par aucun des deux passages.
Noyau magnétique selon la revendication 5 ou 6 dans sa dépendance à la revendication 3 dans lequel le bras comprenant les deux parois internes comprend en outre le logement fermé.
Noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 4 à 7 dans lequel le bras traversé par le passage débouchant ou les passages débouchant comprend également au moins une ailette (12) qui s’étend radialement à l’intérieur du passage ou de l’un des passages depuis la paroi interne ou l’une desdites parois internes, l’ailette étant configurée pour augmenter une surface d’échange thermique entre le bras et un fluide s’écoulant dans le passage.
Noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 4 à 8 dans lequel chaque passage débouchant (912, 922) d’un bras (91, 92) est contigu à une pièce de jonction (61, 62, 63) la pièce de jonction comprenant un conduit interne (616, 622, 632) en communication fluidique avec ledit passage débouchant, et
le conduit interne (616) étant débouchant à l’extérieur du noyau magnétique et/ou

le passage débouchant (912, 922) étant un premier passage débouchant, le conduit interne (622, 632) étant en communication fluidique avec un second passage débouchant (922, 924), le second passage débouchant traversant le bras (92) ou un autre bras contigu (92) à la pièce de jonction (62).
Noyau magnétique selon la revendication 9 dans lequel, le conduit interne étant un premier conduit interne,
la pièce de jonction comprenant le premier conduit interne comprend un second conduit interne,
un bras contigu à la pièce de jonction étant traversé par un troisième passage débouchant,
le second conduit interne étant en communication avec le troisième passage débouchant, et
le second conduit interne étant débouchant à l’extérieur du noyau magnétique, et/ou

un bras contigu à la pièce de jonction étant traversé par un quatrième passage débouchant, le second conduit interne étant en communication fluidique avec le quatrième passage débouchant.
Noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel un ensemble comprenant un bras et une pièce de jonction contigüe au bras, comprend une zone d’entrefer (842) définie par deux faces (942, 642), les deux faces s’étendant de manière perpendiculaire à l’axe du cylindre, la matière située entre les deux faces étant non magnétique.
Noyau magnétique selon la revendication 11 dans lequel
soit le bras (93) comprend les deux faces (935, 937) de la zone d’entrefer,

soit le bras (94) comprend une face (942) et la pièce de jonction (64) comprend l’autre face (642) de la zone d’entrefer (842).
Turbomachine comprenant un noyau magnétique selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
Aéronef comprenant une turbomachine selon la revendication 13.