Brevet FR2663452A3 — publié le 19911220

FR 2663452 A3 19911220 FR 9014082 A 19901113 La présente invention concerne des noyaux de ferrite utilisables dans les transformateurs et Les bobines de choc, et plus particulièrement des noyaux de ferrite minces de configuration EE ou EI. Des noyaux de ferrite sont utilisés actuellement dans les transformateurs et les bobines de choc qui servent à aLimenter différents dispositifs électroniques. Les noyaux qui sont montés sur des plaquettes dans différents dispositifs électroniques sont en généraL du type EE qui comporte deux moitiés de noyaux en forme de E dont Les branches sont mutuellement en butée ou du type EI comportant deux moitiés de noyaux en forme de I disposées mutuellement en butée.Par suite de La tendance croissante vers une réduction de la taille des dispositifs électroniques, il est nécessaire de rendre minima le la hauteur des noyaux à L'état monté Ainsi, la présente invention a pour objet de proposer un noyau de ferrite dont la hauteur à l'état monté dans des transformateurs ou des bobines de choc est rendue minimale et dont le rendement de fonctionnement soit élevé. D'autres avantages et caractéristiques de L'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective montrant une moitié de noyau constituant le noyau de ferrite selon L'invention. La figure 2 est une vue en perspective montrant une bobine et deux moitiés de noyaux. La figure 3 est une vue de côté de la bobine de la figure 2 dans la partie en forme de colonne de laquelle est insérée une moitié de noyau gauchie. La figure 4 est une vue de côté de la bobine de la figure 2 dans la partie en forme de colonne de laquelle est insérée une moitié de noyau plane. La moitié de noyau 10 qui apparaît à la figure 1 est une moitié de noyau en forme de E qui comprend une branche centra le 11 qui s'étend longitudinalement, deux branches latérales 12 qui s'étendent longitudinalement et un dos 13 qui s'étend transversale ment et qui est relié à la branche centra le 11 et aux branches latérales 12. Les termes "longitudinal" et "transversal" sont utilisés par rapport à l'axe longitudinal de la partie 2 en forme de colonne de la bobine 1 dans laquelle les moitiés de noyaux sont insérées et qui sera décrite plus loin en liaison avec la figure 2. Le noyau de ferrite selon la présente invention peut être de configuration EE par suite de L'appariement de deux moitiés de noyaux en forme de E dont les branches viennent mutuellement en butée, ou de configuration EI par suite de l'appariement d'une moitié de noyau en forme de E et d'une moitié de noyau en forme de I. Etant donné que L'invention définit les dimensions d'un noyau assemblé, la configuration de ce noyau n'est pas Limitée aux types EE et EI dans la mesure où les conditions de la présente invention sont remplies. Selon la présente invention, le noyau remplit simultanément les conditions représentés par les équations (i), (ii), (ici), ou les conditions représentées par les équations (in), (ici), (iv) et (v), de préférence toutes les conditions représentées par les équations (i) à (v) :: Ci) 2,3 (ii) 0,4 0,4 (iii) 8,0 (iv) 2,5 (v) 0,2 L'invention s'applique en particulier aux noyaux de ferrite de grande puissance, en particulier aux noyaux de ferrite de grande puissance qui remplissent la condition supplémentaire suivante de l'équation (vi). 2 (vi) cxb > 50 mm Le terme c/b de la condition (i) représente la forme plate de la branche centrale. Plus cette va leur est élevée, plus la branche centra le est plate. Le noyau de ferrite selon la présente invention dont la va leur c/b est comprise dans la plage indiquée ci-dessus comporte une branche centra le qui est plus plate que les noyaux à montage latéral de l'art antérieur. Ceci permet d'amincir le noyau sans réduire la surface en section transversale de la branche centrale. Du fait que La branche centra le est plus plate, le rapport de la surface de la branche centrale à sa surface en section transversale est suffisamment grand pour améliorer la dissipation de chaleur et pour réduire ainsi la montée en température du noyau. De ce fait, la présente invention s'applique en particulier aux noyaux de grande puissance qui remplissent la condition (vi). Ainsi, le noyau selon la présente invention présente un plus faible accroissement de température que les noyaux de grande puissance conventionnels de même surface en section transversale minimale et de même volume efficace, et il présente donc une densité de flux magnétique à saturation efficace plus élevée, ce qui permet d'augmenter le rendement d'un transformateur équipé de ce noyau. Ces avantages disparaissent lorsque la va leur c/b est inférieure à la plage indiquée Par ailleurs, les noyaux dont la va leur c/b est au-delà de la plage indiquée sont trop plats et susceptibles de se gauchir au cours de la cuisson. Lorsque la condition (ii) est remplie, le noyau présente une densité de flux magnétique uniforme qui empêche une saturation magnétique partielle. Lorsque la condition (ii) est remplie, la surface en section transversale de la branche centra le est sensiblement égale à deux fois La surface en section transversale de chaque branche latérale, ce qui constitue la configuration la plus efficace. La suppression de La montée en température mentionnée cidessus est améliorée encore par le fait que les branches latérales sont elles-aussi plus plates que dans les noyaux conventionnels. Ainsi, Les noyaux plats qui remplissent les conditions (i) et (ii) présentent une montée en température réduite et une perte réduite de densité de flux magnétique à saturation efficace par rapport aux noyaux constitués par Le même matériau, ayant la même surface en section transversale minima le et Le même volume efficace, mais une va leur c/b inférieure à la plage spécifiée. Ces avantages deviennent prépondérants en particulier dans le domaine des hautes fréquences dans lequel le noyau produit une plus grande quantité de chaleur, par exemple dans le domaine de 50 kHz ou plus, en particulier de 100 kHz ou plus. Il n'y a pas de limite supérieure particulière en ce qui concerne la surface en section transversale cxb de la branche centra le bien que la Limite supérieure soit habituellement d'envi 2 ron 300 mm du fait qu'il n'est pas souhaitable pour le montage que les noyaux plats aient une dimension transversale trop importante. Le terme a/g dans la condition (iii) représente le rapport de la largeur a du noyau à l'interstice g entre la branche centra le et les branches latérales. Comme un enroulement disposé sur le noyau avant le montage passe entre la branche centra le et les branches latérales, l'interstice g entre la branche centra le et les branches latérales dépend de l'épaisseur de cet enroulement. La hauteur du noyau étant fixée, la hauteur lors du montage est plus faible si L'épaisseur de l'enroulement est réduite. Ainsi, il est souhaitable de réduire le plus possible l'épaisseur de l'enroule- ment. Cette réduction permet de réduire également la valeur de g. La largeur a du noyau étant fixée, la surface en section transversa le du noyau peut être augmentée lorsque g diminue. La surface en section transversale du noyau étant fixée, la largeur a du noyau peut être réduite lorsque g diminue. Par conséquent, Lorsque a/g croit, on obtient un noyau de dimensions réduites et de plus grande surface en section transversale. Il n'y a pas de limite supérieure particulière en ce qui concerne ta va leur de a/g bien que la limite supérieure soit habi tuellement d'environ 30 lorque l'on tient compte des dimensions d'une alimentation équipée du noyau. La condition (iv) est un facteur qui permet de réduire la hauteur du noyau sans réduire son volume. La condition (v) définit la plage dans laquelle on peut obtenir le rendement maximum pour les noyaux minces qui remplissent La condition (iv). Plus le rendement est élevé, plus faible est la quantité de chaleur produite par le noyau. La condition (v) est déterminée en tenant compte de la montée en température du noyau pendant Le fonctionnement. De préférence, le noyau selon la présente invention remplit également la condition suivante (vi i ) 4,0 La raison en est que la surface d'enroulement peut être augmentée si l augmente, g étant fixé. Ceci suggère qu'il est possible d'enrouler un conducteur de plus grande section transversale pour un nombre de spires fixé, ce qui permet de réduire les pertes dans le cuivre, ou qu'il est possible d'augmenter le nombre de spires pour un diamètre donné du conducteur, ce qui permet un fonctionnement à un plus faible niveau de densité de flux magnétique et donc une diminution des pertes dans le fer. Un tel avantage est prépondérant lorsque l/g est supérieur ou égal à 4,0 et, en particuvier, dans le cas des noyaux de grande puissance qui remplissent La condition (vi). Il n'y a pas de Limite supérieure particulière en ce qui concerne La va leur de l/g, bien que la Limite supérieure soit habituellement d'environ 40 lorsque l'on tient compte des dimensions du dispositif auquel le noyau est applicable. Le noyau de ferrite selon la présente invention peut être fabriqué par un quelconque procédé conventionnel bien connu comprenant des étapes de façonnage et de cuisson. Le noyau de ferrite peut être fabriqué facilement par moulage par extrusion transversale car il ne présente pas de configuration particulière. La présente invention s'applique aux noyaux de ferrite à montage latéral. Le noyau de ferrite de la présente invention est monté sur une plaquette dans un élément d'inductance tel qu'un transformateur ou une bobine de choc par insertion dans une bobine sur laquelle un enroulement est déjà présent. Il n'existe pas de Limitation particulière en ce qui concerne la bobine qui est équipée du noyau selon la présente invention. Cependant, il est préférable d'utiliser une bobine qui présente la structure suivante du fait que le noyau selon la présente invention est mince et peut se gauchir au cours de la cuisson, et du fait que le noyau est destiné aux applications de grande puissance avec dégagement de chaleur. La figure 2 est une vue en perspective d'une bobine 1 qui est destinée à être combinée au noyau de la présente invention. La figure 2 montre également des moitiés de noyau 10 en forme de E qui doivent être insérées dans la partie 2 en forme de colonne de la bobine 1. La bobine 1 comprend la partie 2 en forme de colonne qui présente un axe longitudinal, deux rebords 3 aux extrémités axialement opposées de la partie 2 en forme de colonne, deux pattes 4 reliées aux extrémités axialement opposées de la partie 2 en forme de colonne par Les rebords 3 et une pluralité de broches formant bornes 5 implantées dans chaque patte 4. La partie 2 est rectangulaire ou a une forme de colonne semblable et définit un espace interne dans lequel peut être insérée La branche centra le Il de chaque moitié de noyau 10 en forme de E. Un conducteur peut être enroulé sur la périphérie de la partie 2 en forme de colonne avant le montage. Les rebords 3 servent à iscler des moitiés de noyau 10 l'enroulement situé sur la partie 2 en forme de colonne. Les rebords 3 peuvent être munis chacun d'une entaille 31 au centre et au-dessus de la partie 2 en forme de colonne pour guider le conducteur constituant l'enroulement. Les pattes 4 comprennent chacune une partie centra le 41 et deux prolongements latéraux 42 reliés aux bords transversalement opposés de la partie centrale 41 par des gradins 43. La surface supérieure de la partie centrale 41 des pattes s'étend sensiblement au même niveau que la surface interne inférieure de la partie 2 en forme de colonne. Du fait de la présence des gradins 43, la surface supérieure des prolongements latéraux 42 est située à un niveau inférieur à ce lui de la surface supérieure de la partie centrale 41. La figure 3 représente une vue de côté d'un ensemble dans lequel la branche centra le 11 d'une moitié de noyau 10 gauchie transversalement est insérée dans la partie 2 en forme de colonne de la bobine 1. Du fait que La surface supérieure des prolongements Latéraux 42 est décalée au-dessous de la surface supérieure de la partie centrale 41 des pattes, la branche centra le 11 de la moitié de noyau 10 gauchie peut être insérée facilement dans la partie 2 en forme de colonne qui reçoit le gauchissement de la moitié de noyau 10 comme le montre la figure 3. La figure 4 représente une vue de côté d'un ensemble dans lequel la branche centra le 11 d'une moitié de noyau 10 plane est insérée dans la partie 2 en forme de colonne de la bobine 1. La surface supérieure de la partie centra le 41 de la patte maintient en place le dos 13 de la moitié de noyau 10. Les gradins 43 peuvent s'étendre perpendiculairement à la surface supérieure de la partie centra le 41 comme le montre La figure 1 ou former une surface inclinée ou incurvée par rapport à la surface supérieure de la partie centrale 41 de chaque patte. La forme de la bobine n'est pas limitée à celle qui comporte des gradins 43 dans chaque patte 4, étant donné que la bobine peut recevoir le gauchissement du noyau dans La mesure où chaque patte 4 présente une section transversale qui est convexe du côté sur lequel repose le noyau 10. Dans tous les cas, ltinvention permet de faciliter efficacement l'insertion du noyau même lorsque celui-ci est gauchi. Des broches formant bornes 5 en forme de L et de section transversale circulaire sont implantées dans chaque patte 4. Ces broches formant bornes 5 ont des extrémités opposées faisant saillie, les unes du bord de chaque patte 4 opposé au rebord 3 et les autres du côté inférieur de chaque patte 4. Il est préférable également de prévoir des transitions chanfreinées 32 à l'interface entre les rebords 3 et les pattes 4 comme le montre la figure 2 afin d'améliorer la résistance mécanique de la bobine. Dans ce cas, chaque moitié de noyau 10 est munie également de transitions chanfreinées au niveau de ses parties correspondantes. Le noyau est monté dans la bobine 1 en enroulant un conducteur ou des conducteurs sur la partie 2 en forme de colonne de la bobine 1, en reliant les extrémités du conducteur aux broches formant bornes 5 et en insérant les branches centrales 11 des moitiés de noyau 10 dans la partie 2 en forme de colonne aux extrémités axialement opposées de celle-ci jusqu'a ce que les moitiés de noyau viennent en butée L'une contre l'autre, en formant ainsi un noyau complet. Puis, l'ensemble est installé sur une plaquette de circuit électronique en insérant les extrémités des broches formant bornes 5 situées sur le côté inférieur des pattes 4 dans des trous de montage pratiqués dans la plaquette de façon que la branche centra le et les branches latérales s'étendent sensiblement parallèlement à la plaquette. La bobine 1 peut être constituée par un matériau isolant quelconque, par exemple par des résines bien connues. Il est préférable d'utiliser des résines résistantes à La chaleur, telles que les résines phénoliques, pour les applications à haute puissance. Le mode de fabrication de la bobine 1 ne présente pas de caractère critique. Cependant, le moulage par injection des constituants de la bobine pour former une bobine complète constitue un mode de fabrication peu coûteux. La présente invention propose un noyau de ferrite qui permet de réduire La hauteur d'un ensemble noyau-bobine destiné à être monté sous forme de transformateur ou de bobine de choc, par rapport aux noyaux conventionnels. Le noyau subit une moindre montée en température en fonctionnement, du fait qu'il a une grande capacité de dissipation de chaleur et qu'il dégage une moins grande quantité de chaleur. Ceci permet d'obtenir les avantages d'une moindre perte de densité de flux magnétique à saturation efficace et d'un rendement accru. Le noyau de ferrite selon la présente invention est de fabrication facile car ces avantages sont obtenus sans qu'il soit nécessaire de donner au noyau une forme spécifique. Il est entendu que L'invention n'est pas Limitée aux modes de réalisation préférés, décrits ci-dessus, à titre d'illustration et que L'homme de l'art peut y apporter diverses modifications et divers changements sans tou-tefois s'écarter du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Noyau de ferrite comprenant une branche centrale (11) qui s'étend longitudinalement, deux branches latérales (12) qui s'étendent longitudinalement et deux dos (13) qui s'étendent transversalement et qui sont reliés à la branche centrale et aux branches latérales, ledit noyau étant destiné à être monté sur une plaquette de façon que la branche centra le et les branches latérales s'étendent sensiblement parallèlement à la plaquette, caractérisé en ce qu'il remplit simultanément les conditions représentées par les équations (i), (ii) et (iii) :: (i) 2,3 (ii) 0,4 0,4 (iii) 8,0 2. Noyau de ferrite comprenant une branche centrale (11) qui s'étend longitudinalement, deux branches latérales (12) qui s'étendent longitudinalement et deux dos (13) qui s'étendent transversalement et qui sont reliés à la branche centra le et aux branches latérales, ledit noyau étant destiné à être monté sur une plaquette de façon que la branche centra le et les branches latérales s'étendent sensiblement parallèlement à la plaquette, caractérisé en ce qu'il remplit simultanément les conditions représentées par les équations (ii), (iii), (iv) et (v) :: (ii) 0,4 0,4 ( e/c (iii) 8,0 (iv) 2,5 (v) 0,2 3. Noyau de ferrite selon La revendication 2, caractérisé en ce qu'il remplit en outre la condition représentée par l'équa- tion (i) : (i) 2,3 4. Noyau de ferrite selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il remplit en outre la condition représentée par L'équation (vi) ou (vii) (vi) cxb > 50 mn2 (vii) 4,0