Brevet FR2290007A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne des circuits magnétiques à entrefers particulièrement destinés à fonctionner en régime alternatif à relativement haute fréquence ou par impulsions. Notamment, les circuits dtallumage de moteurs à explosion classiques utilisent un transformateur pour fournir à partir de la basse tension hachée de la batterie des impulsions de haute tension nécessaires à l'allumage des bougies. (On notera que de tels transformateurs sont couramment et improprement appelés dans la technique auto- mobile des "bobines"). Dans une telle application et dans des appli- cations similaires de transformation d'impulsions basse tension en impulsions haute tension, ou simplement dans le cas de bobines pour impulsions, il est nécessaire de prévoir un entrefer pour éviter une saturation temporaire ou permanente du circuit magnétique ou pour diminuer l'inductance du secondaire. En particulier, dans le cas d'un transformateur utilisé dans un circuit d'allumage de moteur à explosion contrôlée, il est souhaitable que l'impulsion à haute tension de sortie du transformateur présente un front de montée très raide. Dans ce but, on est ame i à utiliser des circuits magnétiques constitués de tôles magnétiques à faibles pertes, c'est-à-dire des circuits magnétiques constitués d'empilement de tôles magnétiques. D'autre part, une difficulté inhérente à ce type de dispositif est, qu'étant données les fréquences élevées d'utilisation liées aux impulsions, le circuit magnétique à une tendance à générer des vibrations à la suite des efforts électromagnétiques, ce qui peut entraîner des bruits importants, une rupture des supports mécaniques, un desserrage des dispositifs de maintien, etc... Un objet de la présente invention est de prévoir un circuit magnétique présentant un entrefer permettant l'utilisation de tôles magnétiques à faibles pertes, et en particulier de tales magnétiques à cristaux orientés. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un circuit magnétique à entrefers permettant par construction d'éviter sensiblement les vibrations. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un circuit en tôle de matériau magnétique, entiérement fermé, de forme sensiblement rectangulaire par exemple, formant culasse, recevant en son centre sensiblement selon une médiane un noyau également ferromagnétique et-emmanché à force à l'intérieur du circuit de forme sensiblement rectangulaire en insérant entre ce noyau et ce circuit un matériau amagnétique constituant deux zones d'entrefer. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante faite en relation avec les dessins joints dans lesquels: La figure 1 représente un circuit magnétique dit en EI de l'art antérieur; La figure 2 représente un autre circuit magnétique de l'art antérieur; La figure 3 représente un mode de réalisation du circuit magnétique selon la présente invention; La figure 4 représente la culasse du circuit magnétique selon la présente invention montée dans un mandrin pour le recuit et l'imprégnation; La figure 5 représente un autre mode de réalisation de culasse magnétique selon la présente invention; et Les figures 6a et 6b sont respectivement des vues de face et de dessus représentant un autre mode de réalisation de moyen magnétique selon la présente invention. Les figures l-et 2 représentent deux formes de circuit magnétique à entrefer de l'art antérieur, telles que représentées par exemple dans les "Techniques de l'Ingénieurs' (tome Electronique, chapitre 530, page E 530-1). Cet article décrit, en particulier, les avantages de l'utilisation de tels circuits magnétiques à entrefers pour des circuits de transformateur d'impulsions ou de transformateurs haute-fréquence pour améliorer la raideur du front de montée de l'impulsion au secondaire d'un transformateur d'impulsions. Comme on le constatera, les circuits des figures 1 et 2 présentent des formes d'ensemble qui sont identiques mais diffèrent essentiellement en ce qui concerne leur mode de fabrication. Le circuit magnétique de la figure 1 présente d'une part une structure 1 en forme de E et'd'autre part une structure 2 en forme de I agencées comme cela est représenté dans cette figure de façon à fermer le circuit magnétique. Un entrefer est ménagé dans la zone 3 comprise entre la barre centrale du E et le I. Ce circuit, quand il fonctionne en haute fréquence ou en impulsions, est particulièrement sujet à vibrations dans les zones de raccordement entre le "E" et le "I", c'est-à-dire dans les zones référencées 4 et 5. Pour pallier cet inconvénient, on est amené d'une part à effectuer des collages de ces zones, d'autre part à prévoir des moyens de serrage mécanique, toutes opérations qui compliquent la fabrication de ce circuit magnétique. La figure 2 représente un circuit de tneme forme que celui de la figure 1 mais dans lequel la talle est continue. Il est clair que dans ce deuxième circuit, le bobinage électrique devant recevoir le circuit magnétique doit avoir des dimensions (épaisseurs d'enroulement du bobinage) faibles et donc qu'un tel circuit n'est envisageable que pour des applications tout à fait particulières mEme s'il présente l'avantage de résoudre le problème des vibrations. En outre, les circuits magnétiques des figures 1 et 2 présentent l'inconvénient supplémentaire qu'ils ne permettent pas l'utilisation de matériau magnétique à cristaux orientés qui sont les matériaux magnétiques usuels présentant les plus faibles pertes. En effet, les lignes de champ dans ces circuits magnétiques seraient alternativement parallèles et perpendiculaires à l'orientation des cristaux dans ces tôles magnétiques, supprimant ainsi l'avantage résultant de l'utilisation de tAoles à cristaux orientés. La figure 3 représente à titre d'exemple un mode de réalisation de circuit magnétique selon la présente invention. Ce circuit comprend une culasse Il formée par enroulage d'une tAole magnétique autour d'un mandrin et un noyau magnétique 12 formé de tale magnétique parallèle assemblée par tout procédé connu. Le noyau 12 est rev8- tu à ses deux extrémités de pièces 13 et 14 d'un matériau amagnéti que souple, par exemple un matériau thermoplastique. Ensuite, le noyau 12 revêtu des pièces 13 et 14 est emmanché à force dans la culasse 11. On s'est attaché dans ce qui précède uniquement à la constitution du circuit magnétique. I1 est toutefois clair que, dans la pratique, avant d'emmancher le noyau 12 dans la culasse 11, ce noyau aura été entouré de bobinages électriques appropriés. On notera ici également que la constitution particulière du circuit magnétique de la présente invention permet, bien que cela ne soit pas nécessaire, l'utilisation de ttle à cristaux orientés du fait que les tales seront toujours dans un sens favorable à la propagation des lignes de champ. La culasse sera obtenue par exemple par la succession des étapes suivantes - roulage d'un circuit rectangulaire; - recuit sur un mandrin partiel qui sera décrit ci-après; - imprégnation et polymérisation sur un mandrin partiel. On entend par 'mandrin partiel" l'ensemble des mâchoires 20 et de l'entretoise 21 disposé comme cela est représenté en figure 4 de façon à définir nettement au cours des étapes de recuit et d'imprégnation la cote de la culasse à l'emplacement où va eAtre inséré le noyau. De même, le noyau 12 sera fabriqué par la succession des étapes suivantes - découpe de tales; - confection d'un paquet de tôles; - imprégnation. La hauteur des tôles sera choisie légèrement inférieure à la hauteur de la culasse de sorte que la hauteur du noyau plus les deux épais- seurs des pièces de matériau amagnétique souple soient légèrement supérieures à cette hauteur de culasse de façon à pouvoir réaliser l'emmanchement à force et éviter par là les vibrations du circuit. On a exposé dans ce qui précède l'emmanchement du noyau muni bien entendu des bobinages électriques adéquats dans la culasse, et l'on va décrire ci-après un mode de réalisation particulier de la liaison entre les pièces 13 et 14 et le noyau 12. Comme cela est usuel dans la technique, les bobinages électriques sont préparés autour d'une pièce de nylon, ou autre matériau thermoplastique, moulée munie d'un trou central pour recevoir le noyau et ensuite cet ensemble est éventuellement enrobé d'une résine époxy par un deuxième moulage.Du fait que le matériau de nylon généralement utilisé pour recevoir les bobinages électriques présente les caractéristiques mécaniques adéquates pour servir de matériau amagnétique souple constituant les pièces 13 et 14, il est possible de mouler directement autour du noyau une collerette de nylon permettant de recevoir les enroulements électriques et de réaliser par ce même moulage un reveA tement des extrémités du noyau, réalisant ainsi des couches de matériau qui serviront d'entrefer équivalentes aux pièces 13 et 14. Ceci permet éventuellement de gagner une étape au cours de la fabrication. En se référant- à la figure 5, la culasse du circuit magné tique selon la présente invention peut également eAtre constituée de tôles découpées 30, assemblées par exemple au moyen des boulons et écrous ou rivets disposés dans des trous de fixation 31. On notera que dans ce mode de réalisation, il est peu souhaitable d'utiliser des tAcles à cristaux orientées. En effet, les lignes de champ seraient alternativement parallèles et perpendiculaires à 1' orienta- tion choisie. Les figures 6a et 6b représentent un autre mode de réalisation du noyau du circuit magnétique selon la présente invention. Ce noyau 40 est constitué d'une tAcle roulée et comprend un trou central 41. Un tei noyau présente l'avantage autre particulier rement adapté, du fait de sa forme cylindrique, à recevoir un bobinage électrique qui sera moins encombrant que dans le cas général où il est enroulé autour d'un rayon à section carrée ou rectangulaire. Aux extrémités du noyau 40, des pions 42 de matériau thermoplastique peuvent être insérés pour tenir lieu d'éléments de formation d'entrefer. Le circuit magnétique selon la présente invention présente l'avantage de pouvoir être réalisé sans outillage cortex et avec une grande rapidité de montage. On notera également qu'il est inutile avec ce circuit magnétique de prévoir des dispositifs de blocage mécaniques et que, sans de tels dispositifs, le circuit selon la présente invention ne présentera pas de vibrations en fonctionnement. En outre, il est clair que les diverses étapes de fabrication du circuit magnétique selon la présente invention se prêtent particulièrement simplement à un montage en grande série. On notera en particulier que la présente invention peut être mise en oeuvre par des circuits magnétiques "tout roulés" (en adaptant la culasse 11 et le noyau 40) ou "tout découpés" (en adaptant la culasse 30 et le noyau 12) ou mixtes en combinant des circuits roulés et découpés. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent autre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Circuit magnétique à entrefers, caractérisé en ce qu'il comprend - une culasse de matériau magnétique ayant une forme sensiblement rectangulaire, - un noyau inséré dans ce rectangle sensiblement selon l'une des médianes de celui-ci, les extrémités du noyau étant recouvertes d'un matériau amagnét-ique souple de façon à former deux entrefers. 2 - Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la culasse est formée de tôles magnétiques découpées et empilées. 3 - Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la culasse est formée de t81e magnétique enroulée. 4 - Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau est constitué de tôles magnétiques découpées et empilées et a une forme sensiblement parallélépipédique. 5 - Circuit magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau est constitué de tôle magnétique enrouiée et a une forme sensiblement cylindrique. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le matériau magnétique est constitué de tôles magnétiques à cristaux orientés. 7 - Transformateur haute fréquence ou d'impulsions, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, des enroulements électriques appro priés étant disposés autour du noyau. 8 - Procédé de fabrication d'un circuit magnétique à entrefers, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - formation d'une culasse magnétique de forme sensiblement rectangulaire; - formation d'un noyau magnétique; - revêtement des extrémités du noyau magnétique par un matériau amagnétique souple d'épaisseur choisie; - emmanchement à force du noyau magnétique ayant ses extrémités revêtues dans la culasse sensiblement selon la médiane de cette culasse. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le revêtement des extrémités du noyau magnétique est effectué par moulage, et qu'il est simultanément formé au cours de cette étape de moulage une pièce destinée à recevoir les enroulements électriques. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau amagnétique souple est un matériau thermoplastique.