Brevet FR2679374A1 — publié le 19930122

Bobinage de transformateur constitué d'un ruban isolant comportant des motifs électriquement conducteurs Le domaine de l'invention est celui des bobinages de transformateurs et plus précisément celui des bobinages constitués par des bandes de matériau électriquement conducteur comprises sur un ruban isolant. De façon connue, les bobinages électriques miniatures, notamment ceux employés dans les transformateurs haute-fréquence utilisés dans les alimentations à découpage, sont généralement fabriqués à partir de rubans de cuivre dont l'épaisseur est voisine de la profondeur de pénétration des courants électriques dans les conducteurs, c'est-à-dire de l'épaisseur de peau Ces rubans de cuivre sont disposés sur une feuille en matériau isolant dont le pliage en accordéon permet d'obtenir un bobinage Une imbrication intime d'une feuille comportant des rubans constituant le primaire d'un transformateur avec une feuille comportant des spires pour le secondaire permet de confèrer à un tel transformateur un bon rendement électrique. Cependant, dans le cas o de forts courants sont nécessaires au secondaire du transformateur, il est nécessaire de procéder à une mise en parallèle des spires du secondaire pour limiter la largeur de ces spires et diminuer ainsi la taille du transformateur. En effet, si l'on prend l'exemple d'un transformateur ayant 8 spires en série au primaire et 1 spire au secondaire, pour une tension d'entrée de 48 volts, la spire du secondaire verra 6 volts à ses extrémités Pour un courant primaire absorbé de l ampère, le courant circulant dans la spire secondaire est de 8 ampères Il n'est donc pas possible de configurer la spire secondaire comme les spires primaires. ta spire secondaire doit donc être plus épaisse et plus large que chacune des spires primaires. En revanche, si le secondaire est constitué de 8 spires en parallèle, le courant circulant dans chaque spire n'est plus que de 1 ampère, valeur bien plus raisonnable, alors que la tension secondaire est toujours de 6 volts.35 On comprend donc l'utilité d'un branchement en parallèle des -2spires secondaires d'un transformateur haute-fréquence devant répondre à des conditions d'encombrement minimal et de puissance importante. Habituellement, la mise en parallèle des spires du secondaire d'un transformateur de ce type est réalisée par une connexion déportée, par exemple par des fils de connexion tel que représenté à la figure 1 Cette figure a été tirée de la revue ELECTRONIQUE DE PUISSANCE N O 36 p 46. La figure 1 représente le principe de connexion de spires primaire et secondaire d'un transformateur. Les motifs 10 à 17 du transformateur sont constitués d'une bande continue de cuivre Ces motifs sont en série et leur pliage permet d'obtenir quatre spires en série Les motifs 10 et 17 constituent les extrémités et une tension primaire Vl peut leur être appliquée Le secondaire du transformateur est constitué des spires unitaires 19 à 22 Chacune des spires du transformateur est traversée par un circuit magnétique dont l'axe est référencé 18. Pour les raisons précédemment évoquées, les spires secondaire du transformateur ainsi réalisé sont connectées en parallèle à l'aide de portions de fils 23, 24 pour diminuer le courant circulant dans les spires 19 à 22 On obtient ainsi une tension V 2 au secondaire lorsque les spires primaire et secondaire sont imbriquées les unes dans les centres. Le principal inconvénient de ce type de transformateur est que la mise en parallèle des spires du secondaire est réalisée par soudure et limite de ce fait les performances en haute-fréquence Une connexion par fils entraîne par ailleurs une hétérogénéité des circulations de courant secondaire De plus, la connexion en parallèle des spires secondaire est délicate à réaliser, vu la taille de ces spires et la distance les séparant une fois que la feuille isolante30 est pliée et fixée dans la carcasse du circuit magnétique. Ce principe de connexion hétérogène se retrouve également dans les transformateurs constitués de spires ouvertes montées dans un boîtier constituant le noyau magnétique, les connexions des spires étant réalisées à l'aide de pistes conductrices d'une carte électronique sur laquelle est fixée le noyau magnétique. 3 - La partie de spires réalisée par le circuit imprimé n'est pas dans le même plan que le reste de la spire et le rendement en est donc affecté. Le fait de connecter une spire à l'autre augmente de plus la longueur des connexions du secondaire du transformateur. Les mêmes problèmes se posent pour la mise en série de spires, notamment lorsqu'il est souhaitable de limiter les longueurs des connexions entre les différentes spires d'un bobinage. La présente invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients. Plus précisément, un premier objectif de l'invention est de fournir un bobinage de transformateur permettant d'assurer une liaison entre spires qui réduise les longueurs de connexion en dehors des zones utiles des spires, ces connexions pouvant être réalisées de manière homogène, c'est-à-dire sans apport de soudure ou de connexions supplémentaires. Un autre objectif de l'invention est de simplifier le processus de fabrication d'un tel enroulement et donc d'un transformateur utilisant un tel enroulement. Un objectif complémentaire est de limiter les volumes d'isolant d'un tel transformateur, afin de réduire son encombrement, tout en assurant une imbrication optimale des spires primaires et secondaires. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à un bobinage de transformateur, du type constitué d'un ruban isolant comportant sur l'une de ses faces des motifs constitués de bandes de matériau électriquement conducteur, ledit ruban isolant étant plié en accordéon selon des lignes de séparation équidistantes pour constituer ledit bobinage, chaque motif compris entre deux desdites lignes de séparation constituant une spire dudit bobinage, ledit bobinage comportant des groupes de spires constitués chacun d'au moins une spire, le contact entre deux groupes de spires voisins étant assuré par deux pattes de connexion prolongeant chacune des extrémités desdits groupes de spires, au-delà d'une desdites lignes de séparation, de telle sorte que chacune desdites pattes de35 connexion assure une connexion de l'extrémité dudit groupe de spires 4 - qu'elle prolonge à une extrémité d'un groupe de spires situé dans le voisinage dudit groupe de spires lorsque ledit ruban isolant est plié en accordéon. Avantageusement, chacun desdits motifs est constitué d'une spire unique dont les extrémités sont prolongées de deux pattes de connexion au-delà desdites lignes de séparation, de telle sorte que lesdites pattes de connexion entrent en contact avec les extrémités d'une spire voisine lorsque ledit ruban isolant est plié en accordéon. Avantageusement, lesdites pattes de connexion assurent une mise en parallèle desdits groupes de spires. Préférentiellement, un tel bobinage constitue un des bobinages d'un transformateur et l'autre bobinage dudit transformateur est réalisé à l'aide de bandes de matériau électriquement conducteur comprises sur l'autre face dudit ruban isolant. L'invention concerne également un transformateur réalisé à partir d'un tel bobinage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un principe connu de liaison de spires d'un transformateur haute-fréquence; la figure 2 représente un ruban isolant comportant sur l'une de ses faces des motifs en matériau électriquement conducteur, selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 3 représente le pliage en accordéon du ruban de la figure 2; la figure 4 est une vue latérale du ruban isolant des figures 2 et 3 entièrement plié; la figure 5 est un exemple de réalisation d'une mise en parallèle de groupes de deux spires en série; les figures 6 et 7 représentent les deux faces d'un ruban isolant comportant des motifs selon un mode de réalisation du bobinage selon l'invention.35 La figure 1 a été décrite en référence à l'état de la technique. La figure 2 représente un ruban isolant comportant sur l'une de ses faces des motifs en matériau électriquement conducteur, selon un mode de réalisation de l'invention. Un ruban isolant 25, dont seulement une partie est représentée, comporte des motifs 26, 27 en matériau électrique conducteur Ces motifs sont par exemple réalisés par un procédé de gravure chimique. Le ruban isolant 25 est par exemple en capton et les motifs 26, 27 en cuivre Le ruban 25 est destiné à être plié selon des lignes de séparation équidistantes Pi, P 2, P 3 Chaque motif 26, 27 correspond à une spire de l'enroulement réalisé par pliage du ruban 25, comme il sera précisé par la suite. Selon l'invention, dans le but de réaliser une mise en parallèle des motifs du ruban, des pattes de connexion 28, 29, 30, 31 prolongent chacun des motifs 26, 27 du ruban 25, ce prolongement s'effectuant jusqu'au delà des lignes de pli Pl et P 3, de telle sorte que les pattes 28 et 29 prolongeant les extrémités du motif 26 entrent en contact après pliage du ruban 25 avec les extrémités 32, 33 du motif 27 Cette mise en parallèle des motifs sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de la figure 3. La figure 3 représente le pliage en accordéon du ruban de la figure 2. Le pliage en accordéon du ruban isolant 25 est effectué selon les plis Pl à P 3, chaque pliage s'effectuant en sens inverse du précédent La face 34 comporte la spire 26, la face 35 les pattes de25 connexion 28, 29 de la spire 26, la face 36 la spire 27 et la face 37 les pattes de connexion 30, 31 de la spire 27 Lors du pliage, effectué selon un sens 38, la face 35 entre en contact avec la face 36 et les pattes de connexion 28 et 29 de la spire 26 viennent en contact avec les extrémités 32, 33 de la spire 27.30 La mise en parallèle des spires est ainsi réalisée automatiquement, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des fils de connexion après pliage. Les pattes 30 et 31 de la spire 27 entrent de même en contact avec les extrémités d'une spire située sur une face avec laquelle la face 37 entre en contact par pliage. -6- On peut ainsi réaliser une mise en parallèle d'un nombre important de spires unitaires d'un bobinage de transformateur. La figure 4 est une vue latérale du ruban isolant des figures 2 et 3 entièrement plié. Le pliage en accordéon assure la mise en parallèle des spires 26 et 27 L'accès aux spires du bobinage est aisé, vu qu'au niveau des plis Pl et P 3 les pistes conductrices sont visibles. Les spires du ruban peuvent être soit maintenues en contact par pression dans un tranformateur, soit soudées après pliage pour assurer un contact optimal entre les spires Selon un mode de réalisation préférentiel, le ruban isolant est en capton et mesure entre 50 et 75 micromètres d'épaisseur et le cuivre a une épaisseur d'environ 75 micromètres. Bien entendu, les spires mises en parallèles ne sont pas forcément unitaires Ainsi, pour une configuration des spires différentes, on peut mettre en parallèle des jeux de plusieurs spires. La figure 5 est un exemple de réalisation d'une mise en parallèle de groupes de deux spires en série. Le ruban isolant 25 comporte des motifs sérigraphies constitués de deux spires en série Ainsi, les faces repliées 50, 51, 54 et 55 comportent chacune une spire respectivement référencées 56, 57, 58 et 59 Les spires 56 et 57 sont en série, ainsi que les spires voisines 58 et 59 La mise en série des spires est assurée par des pistes conductrices Les faces 52 et 53 du ruban 25 comportent des pattes de connexion 60, 61 s'étendant de part et d'autre du pli P 6. Les spires 56 et 57 forment un groupe de spires dont les extrémités sont prolongées par des pattes de connexion 62, 63 s'étendant au-delà du pli P 4 dans des sens opposés. Lors du pliage du ruban 25, la patte 62 vient en contact avec la partie de la patte 60 comprise sur la face 52 et la partie de la patte comprise sur la face 53 vient en contact avec l'extrémité de la spire 58 Il en va de même de la patte 65 de la face 54 qui entre en contact avec l'extrémité de la spire 57 à travers la patte 61. Le pliage effectué, associé à une configuration spécifique des spires, permet donc de mettre en parallèle des groupes de deux spires 7 - en série Les pattes 63 et 64 entrent en contact avec des pattes situées respectivement au-dessus et en dessous des spires représentées Il va de soi que le nombre de spires en série d'un groupe n'est pas limité à deux Des configurations différentes des spires permettent des mises en parallèle de groupes constitués d'un nombre important de spires en série. Les orifices non référencés percés au centre de chaque face permettent le passage d'un circuit magnétique Ces orifices sont également présents, mais non représentés sur le premier mode de réalisation (fig 2 et 3). Bien entendu, le dépassement du pli par des pattes de connexion peut également servir à la mise en série de spires Ce mode de réalisation permet également une réduction des longueurs des conducteurs Les motifs présentent cependant des formes plus complexes et se répètent à intervalles réguliers Il est alors nécessaire d'isoler certaines surfaces de cuivre pour éviter des courts-circuits, d'o une réalisation plus complexe du bobinage. Comme précédemment décrit, le ruban 25 comportant les motifs constituant des spires est destiné à être imbriqué avec un autre ruban Cet autre ruban peut par exemple comprendre des spires en série, et constituer le primaire d'un transformateur, le secondaire étant réalisé par mise en parallèle de spires, selon l'invention. Ce mode de réalisation connu présente cependant l'inconvénient de présenter un rendement variable, selon que l'imbrication des rubans est plus ou moins bien réalisée. C'est pourquoi le primaire et le secondaire du transformateur sont préférentiellement réalisés sur le même ruban isolant Une face du ruban isolant comporte les spires constituant l'enroulement primaire et l'autre face celles constituant l'enroulement secondaire. Lors de la fabrication du ruban, il est alors aisé de disposer les spires de telle sorte qu'une imbrication primaire-secondaire optimale soit assurée. De plus, les orifices de passage du circuit magnétique n'ont besoin d'être réalisés qu'une seule fois. Les figures 6 et 7 représentent les deux faces d'un tel ruban -8 isolant. Sur une première des faces du ruban 25, représentée figure 6, les motifs sont mis en série par prolongement des pistes conductrices d'un motif à l'autre Chaque motif est constitué d'une spire qui sera 5 traversée par un barreau cylindrique constituant le circuit magnétique Le ruban 25 est destiné à être plié selon les plis P 10 à P 15. La seconde face du ruban 25 comporte les motifs représentés figure 7 Ces motifs sont destinés à être connectés en parallèle par pliage et sont constitués de spires unitaires On constate en regard de la figure 6, que les pliages P 10 à P 15 réalisés permettent le dépassement des pattes prolongeant les extrémités des motifs de la figure 7 De plus, comme représenté par les traits discontinus 70, les motifs de la figure 7 sont en face d'un motif tous les deux motifs de15 la figure 6. Lors de l'insertion du ruban 25 plié dans un circuit magnétique, les plis P 10, P 12, P 13 et P 15 sont accessibles de l'extérieur du transformateur, notamment pour réaliser une opération de soudage des spires si le ruban n'est pas suffisamment comprimé pour assurer un20 contact suffisant et permanent des spires superposées. Le bobinage de transformateur selon l'invention permet donc une réduction maximale des longueurs des conducteurs, essentielle lorsque les fréquences de travail sont élevées, une absence des connexions par soudure lorsque le ruban plié est suffisamment comprimé, une25 simplification de l'assemblage du transformateur et une limitation des volumes d'isolant. REVENDICATIONS 1/ Bobinage de transformateur, du type constitué d'un ruban isolant comportant sur l'une de ses faces des motifs constitués de bandes de matériau électriquement conducteur, ledit ruban isolant étant plié en accordéon selon des lignes de séparation équidistantes pour constituer ledit bobinage, chaque motif compris entre deux desdites lignes de séparation constituant une spire dudit bobinage, ledit bobinage comportant des groupes de spires constitués chacun d'au moins une spire, caractérisé en ce que le contact entre deux groupes ( 26; 27; 56, 57; 58, 59) de spires voisins est assuré par deux pattes ( 28, 29, , 31, 62, 63, 64, 65) de connexion prolongeant chacune des extrémités ( 32, 33) desdits groupes ( 26; 27; 56, 57; 58, 59 j de spires au-delà d'une desdites lignes de séparation (Pi, P 3, P 4, P 8) de telle sorte que chacune desdites pattes ( 28, 29, 30, 31, 62, 63, 64, 65) de connexion assure une connexion de l'extrémité dudit groupe ( 26; 27; 56, 57; 58, 59) de spires qu'elle prolonge à une extrémité d'un groupe de spires situé dans le voisinage dudit groupe ( 26; 27; 56, 57; 58, 59) de spires lorsque ledit ruban ( 25) isolant est plié en accordéon. 2/ Bobinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits motifs est constitué d'une spire unique ( 26, 27) dont les extrémités ( 32, 33) sont prolongées de deux pattes ( 28, 29, 30, 31) de connexion au-delà desdites lignes de séparation (Pl, P 3), de telle sorte que lesdites pattes ( 28, 29, 30, 31) de connexion entrent en contact avec les extrémités ( 32, 33) d'une spire voisine ( 27) lorsque ledit ruban ( 25) isolant est plié en accordéon. 3/ Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites pattes ( 28, 29, 30, 31, 62, 63, 64, 65) de connexion assurent une mise en parallèle desdits groupes ( 26; 27;30 56, 57; 58, 59) de spires. 4/ Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il constitue un des bobinages d'un transformateur et en ce que l'autre bobinage dudit transformateur est réalisé à l'aide de bandes de matériau électriquement conducteur comprises sur35 l'autre face dudit ruban ( 25) isolant. / Transformateur caractérisé en ce que qu'il comprend un bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.