Brevet FR2772973A1 — publié le 19990625

BOBINAGE POUR TRANSFORMATEUR PLANAR La présente invention concerne un bobinage pour transformateur planar comportant au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, et plus particulièrement un tel bobinage du type dont les enroulements primaire et secondaire comportent des spires réalisées sous ia forme de pistes conductrices formées sur les faces d'un support isolant. Les transformateurs réalisés jusqu'à présent en technologie planar étaient formés, comme tout transformateur, d'au moins deux enroulements que l'on peut toujours qualifier de primaire et secondaire. Dans cette technologie, chacun des enroulements est formé de deux spirales réalisés chacune sur une des faces d'un support, dit bi-couches, par exemple par impression, notamment en sérigrapnie, ou par ajout d'un ciinquant de cuivre. Les deux spirales, évidemment de même sens, sont électriquement reliées par un trou joignant leurs extrémités adjacentes, rendu conducteur par tout moyen convenable, par exemple par métallisation. Bien que donnant généralement satisfaction, cette soiution présente certains inconvénients. En premier iieu, il est nécessaire d'utiliser un support par enroulement, et donc au minimum deux supports par transformateur. Ces deux supports doivent ensuite être assemblés mécaniquement. Cet assemblage est technoiogiquement couteux. Par ailleurs, il résulte de qui précède un éloignement inévitable entre i'enrouiement primaire et l'enroulement secondaire. Le couplage magnétique en est d'autant réduit, et les fuites magnétiques augmentées. Cela conduit à une utilisation du transformateur moins efficace, notamment en ce qui concerne le rendement. Enfin, les liaisons électriques entre supports sont complexes et occasionnent elles aussi des diminutions de rendement. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, I'invention a pour objet un bobinage pour transformateur planar comportant au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, du type dont les enroulements primaire et secondaire comportent des spires réalisés sous la forme de pistes conductrices formées sur les faces d'un support isolant, caractérisé par le fait que chacun des enroulements comprend des portions d'enroulement formées sur chacune des faces d'un même support de sorte que l'extrémité d'une portion formée sur une face se trouve en vis-à-vis d'une extrémité d'une portion formée sur l'autre face, iesdites extrémités étant reliées électriquement par un trou conducteur percé dans le support, les spires de l'enroulement primaire étant, sur une même face du support, imbriquées avec celles de l'enroulement secondaire. Une telle structure, bien que complexe du point de vue géométrique, ne présente pas plus de difficultés, technologiquement, à être réalisée que celle de i'art antérieur. En revanche, elle permet de réaiiser un bobinage entier, comprenant ses enroulements primaire et secondaire, sur un même support. Un transformateur réalisé selon l'invention peut donc comprendre moins de couches de supports, même s'il en comporte généralement plusieurs, et par conséquent être moins coûteux et moins volumineux. Eiie permet en outre de rapprocher les enroulements primaire et secondaire, et donc de limiter les pertes magnétiques. On comprend par exemple que, iors de l'assemblage de deux supports bi-couches de l'art antérieur, ii se trouve une surface primaire/secondaire en regard. Il s'en trouve en revanche trois dans l'agencement selon la présente invention. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque portion d'enroulement forme une spire qui s'étend sur environ 360" Cet agencement présente l'avantage d'être simple, puisqu'il conduit facilement à des spires complètes lorsque deux portions d'enroulement sont assemblées entre elles et que ieurs extrémités sont reliées à i'alimentation. Egalement dans un mode de réalisation particulier, I'un au moins des enroulements est formé sur chaque face du support d'une pluralité de portions d'enroulements réunies successivement d'une face à l'autre du support en série par lesdits trous conducteurs. On verra ci-après que cet agencement, lui aussi complexe géométriquement, permet de disposer de nombreuses spires de l'enroulement primaire (respectivement secondaire) en vis-à-vis de l'enroulement secondaire (respectivement primaire). Plus particulièrement, sur une face donnée, les portions de chaque enroulement peuvent être groupées côte à côte, ce qui permet d'optimiser ie remplissage de cuivre à ia surface du support. On a en effet besoin d'une distance d'isolation moindre entre deux sections d'un même enroulement qu'entre deux sections de deux enroulements différents En outre, le nombre de spires peur être différent sur les deux enroulements. Avantageusement, les spires de chaque enroulement ont des formes teiles qu'elles ménagent des renfoncements superposés dans iesquelles passent les trous conducteurs de l'autre enroulement. II est possible avec une telle disposition de superposer au mieux les enroulements primaire et secondaire, et d'améliorer ainsi les performances magnétiques du transformateur. La présente invention a également pour objet un bobinage multiple pour transformateur planar, comportant une pluralité de bobinages tels que décrits ci-dessus disposés les uns au-dessus des autres sur une pluralité de supports assemblés, les enroulements primaire et secondaire respectivement desdits bobinages étant électriquement reliés les uns aux autres. Lesdits enroulements peuvent alors être reliés soit en série, soit en parallèle. On peut en outre prévoir plusieurs primaires et/ou plusieurs secondaires. On décrira maintenant, à titre d'exemple non iimitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesqueis: - la figure 1 est une vue en perspective d'un bobinage de transformateur selon l'invention; - les figures 2 et 3 illustrent, respectivement en perspective et en vue de dessus, une portion d'enroulement selon l'invention; - la figure 4 illustre un autre mode de réalisation d'un bobinage selon l'invention, un seul enroulement étant représenté; et - la figure 5 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de i'invention. On notera en premier lieu, que ne sont pas représentés aux dessins les supports isolants sur lesquels sont rapportées les pistes conductrices dont l'agencement fait l'objet de la présente invention. Ces supports sont en effet parfaitement connus en eux-mêmes, ainsi que la façon de les superposer, et de former sur leur faces des pistes conductrices, par exempie par impression d'encre conductrice ou apport de feuille métaiiique. La figure 1 montre deux bobinages élémentaires 1 et 2 identiques réunis en un bobinage multiple. Chacun des bobinages est formé d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire imbriqués, chacun étant partiellement réalisé sur chacune des faces, supérieure et inférieure, du support sur lequel est formée ce bobinage éiémentaire. L'enroulement primaire, par exemple, est formé d'un premier tronçon conducteur 3 s'étendant environ sur 300" autour de l'axe du bobinage, pour former une première spire à la face supérieure du support, et d'un deuxième tronçon conducteur 4 s'étendant également environ sur 360" autour de i'axe du bobinage, pour former une deuxième spire à la face inférieure du support. De la même manière, i'enroulement secondaire est formé d'un premier tronçon conducteur 5 s'étendant environ sur 360" autour de l'axe du bobinage, pour former une première spire à la face supérieure du support, et d'un deuxième tronçon conducteur 6 s'étendant également environ sur 360" autour de l'axe du bobinage, pour former une deuxième spire à la face inférieure du support. Les différents tronçons précités, et donc les spires qui en résultent, ne sont pas circulaires mais sensiblement hélicoïdaux, de sorte que les premières spires de chaque enroulement sont imbriquées à la face supérieure du support, de même que les deuxièmes spires à sa face inférieure. Dans le cas présent ou chaque enroulement ne comporte qu'une spire par face, ceci signifie que chaque spire de chaque enroulement passe entre les extrémités de la spire de l'autre enroulement formée sur la même face du support. Par ailleurs, chaque spire possède une extrémité libre dont on décrira ci-après la connexion. L'autre extrémité de chaque spire de chaque enroulement se trouve, sur une face du support, en vis-à-vis de l'autre extrémité de la spire du même enroulement, sur l'autre face du support. Ces extrémités en vis-à-vis sont reliées par des trous conducteurs 7 (figure 2) pour assurer la continuité électrique de chaque enroulement d'une de ses extrémités libres à l'autre. On observera, et plus particulièrement à la figure 3, que les spires de chaque enroulement ont des formes telle qu'elles ménagent des renfoncements 8 superposés. Les trous conducteurs de l'autre enroulement passent dans ces renfoncements, ce qui permet d'assurer un recouvrement optimal des enroulements primaire et secondaire, et donc de bonnes performances du point de vue magnétique. Les extrémités libres de l'enroulement primaire sont reliés à deux conducteurs de liaison 9 et 10 (ici, doubles), perpendiculaires au plan du support et disposés côte à côte. De meme, les extrémités libres de l'enroulement secondaire sont reliés à deux conducteurs de liaison similaires 11 et 12 (dont l'un, ici, est double). Les conducteurs de liaison du primaire et du secondaire sont réalisés de façon connue sous la forme de trous conducteurs, lors de l'assemblage des supports superposés. Les enroulements primaires d'une part, et les enroulements secondaires d'autre part, des bobinages 1 et 2 sont ici connectés en parallèle. La figure 4 montre toutefois un enroulement multiple, primaire ou secondaire, où trois enroulements élémentaires sont connectés en série sur quatre trous conducteurs 13a-13d. L'agencement de la figure 4 ne diffère pas autrement de celui de la figure 1 et ne sera donc pas décrit plus en détail. On aura remarqué que tous les tronçons conducteurs représentés jusqu'à présent aux dessins sont dédoublés. II s'agit là d'une disposition connue liée au fait que le courant n'est pas uniformément réparti sur un conducteur donné en allant de l'axe de la spire vers l'extérieur. Chaque enroulement est donc divisé en deux conducteurs, chacun de ces conducteurs passant à l'intérieur sur une des faces du support et à l'extérieur sur l'autre face, ce qui permet d'optimiser les résistances en alternatif en forçant un même courant dans les deux branches. On se référera maintenant à la figure 5 (dans laquelle un seul des enroulements est dédoublé comme décrit au paragraphe précédent). L'enroulement primaire (par exemple) 20 et les connexions des enroulements aux trous conducteurs 21a-21d sont identiques à ceux de la figure 1. On ne décrira donc que l'enroulement secondaire 22. Celui-ci est formé de six tronçons hélicoïdaux s'étendant chacun sur sensiblement 360 , formant ainsi six spires, trois sur une face du support et trois sur l'autre face. La première spire 22a s'étend sur la face supérieure du support depuis le trou conducteur 21c, à I'extérieur du bobinage, jusque vers l'intérieur du bobinage. L'enroulement se poursuit alors par un trou conducteur 23a, où il traverse le support. La deuxième spire 22b s'étend donc sur la face inférieure du support, depuis le trou conducteur 23a jusqu'à un autre trou conducteur 23b, à proximité du trou conducteur 21 c. La troisième spire 22c s'étend de nouveau à ia face supérieure, à l'intérieur de ia spire 22a, du trou conducteur 23b jusqu'au trou conducteur 23c à proximité du trou conducteur 23a. L'enroulement se poursuit ainsi en série par la spire 22d, ie trou conducteur 23d, ia spire 22e, ie trou conducteur 23e, et ia spire 22f, raccordée au trou conducteur 21 d. On observe que les trois spires 22a, 22c et 22e sont disposées côte à côte à la face supérieure au support, imbriquées avec une des spires de l'enroulement 20 comme l'est à la figure 1 la spire unique 5 avec la spire 3, et qu'elles se trouvent en vis-à-vis de i'autre spire de l'enroulement 20. Bien entendu, la disposition est identique à la face inférieure du support. Le bobinage qui vient d'être décrit peut évidemment être associé à d'autres en parallèle ou en série, comme aux figures 1 ou 4 respectivement. REVENDICATIONS 1- Bobinage pour transformateur planar comportant au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, du type dont les enroulements primaire (3,4;20a,20b) et secondaire (5,6;22a-22f) comportent des spires réalisées sous la forme de pistes conductrices formées sur les faces d'un support isolant, caractérisé par le fait que chacun des enroulements comprend des portions d'enroulement [(3 resp. 5, 4 resp. 6);(20a resp. 22a,22c,22e; 20b resp. 22b,22d,22f)j, formées sur chacune des faces d'un même support de sorte que l'extrémité d'une portion formée sur une face se trouve en vis-à-vis d'une extrémité d'une portion formée sur l'autre face, lesdites extrémités étant reliées électriquement par un trou conducteur (7;23a-23e) percé dans le support, les spires des enroulements primaires étant, sur une même face du support, imbriquées avec ceiles de l'enroulement secondaire. 2- Bobinage selon la revendication 1, dans lequel chaque portion d'enroulement forme une spire qui s'étend sur environ 360 3- Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'un au moins des enroulements (22a-22f) est formé sur chaque face du support d'une pluralité de portions d'enroulements réunies successivement d'une face à l'autre du support, en série par lesdits trous conducteurs (23a23e). 4- Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequei, sur une face donnée, les portions de chaque enroulement sont groupées côte à côte. 5- Bobinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les spires de chaque enroulement ont des formes telle qu'elles ménagent des renfoncements (8) superposés dans lesqueiies passent les trous conducteurs de l'autre enroulement. 6- Bobinage multiple pour transformateur planas, comportant une pluralité de bobinages (1,2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 disposés les uns au-dessus des autres sur une pluralité de supports assemblés, les enroulements primaire et secondaire respectivement desdits bobinages étant électriquement reliés les uns aux autres. 7- Bobinage selon la revendication 6, dans lequei iesdits enroulements sont reliés en série. 8- Bobinage selon la revendication 6, dans lequel iesdits enroulements sont reliés en parallèle. 9- Bobinage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, comprenant au moins plusieurs bobinages primaires ou plusieurs bobinages secondaires.