Brevet FR2874123A1 — publié le 20060210

Procédé pour la réalisation d'une bobine d'inductance à noyau magnétique torique sur une plaquette de circuit imprimé et bobine réalisé selon ce procédé. La présente invention est relative à un procédé pour la réalisation d'une bobine d'inductance à noyau magnétique torique, de petites dimensions, implantable notamment sur une plaquette isolante de circuit imprimé. Les bobines d'inductance, comportant de façon classique un conducteur électrique porté par un élément annulaire de forme générale torique constituant le noyau magnétique de la bobine, nécessitent pour leur réalisation une machine spéciale permettant d'effectuer l'enroulement en continu du conducteur selon des spires successives entourant le noyau de la bobine, ce qui exige un passage répété de ce conducteur à l'intérieur puis à l'extérieur du noyau en tournant autour de l'axe du tore afin de distribuer uniformément ces spires sur toute la périphérie du tore, depuis l'entrée jusqu'à la sortie du conducteur dans l'enroulement. La difficulté de l'opération réside dans ce passage répété du conducteur autant de fois que la bobine comporte de spires sur le noyau magnétique fermé sur lui-même, ce qui exige des moyens d'autant plus complexes que les dimensions de la bobine sont elles-mêmes plus réduites, en diamètre et en hauteur. De plus, l'implantation de la bobine sur une plaquette de circuit imprimé exige de pouvoir la munir de moyens de liaison avec cette plaquette propres à l'immobiliser dans la position nécessaire au sein du circuit et lui permettre de résister convenablement aux contraintes mécaniques ou électromagnétiques dont il est le siège en fonctionnement. Le processus classique de réalisation d'une bobine d'inductance torique de ce genre présente donc des inconvénients en raison de la complexité de sa mise en uvre et induit un coût pour la fabrication du circuit imprimé qui n'est pas négligeable. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bobine d'inductance qui pallie ces inconvénients et se rapporte également à une bobine réalisée conformément à ce procédé. A cet effet, le procédé selon l'invention, pour la réalisation d'une bobine d'inductance comportant au moins un enroulement continu formé de spires successives d'un conducteur électrique, disposées autour d'un noyau magnétique de forme torique, à implanter sur une plaquette de circuit imprimé, se caractérise en ce qu'il consiste à former chaque spire de l'enroulement de la bobine individuellement sous la forme d'un élément distinct de conducteur électrique, constituant un cavalier à profil général en U, dont la partie médiane recourbée est adaptée à chevaucher le noyau reposant sur une des faces de la plaquette de circuit imprimé, et dont les deux branches traversent des perçages ménagés dans cette plaquette, la longueur de ces branches étant déterminée de sorte que leurs extrémités affleurent légèrement au-delà de la surface opposée de la plaquette, et à relier les extrémités successives des spires de l'une à l'autre, d'une première branche d'une spire à la seconde branche de la suivante et ainsi de suite sur toute l'étendue du noyau magnétique par des pistes étroites assurant une liaison électrique continue de ces spires dans l'enroulement. Dans un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, les extrémités des branches de chaque spire sont réunies à leur piste de liaison par des points de soudure. Selon une autre caractéristique du procédé considéré, on intègre les éléments de conducteur électrique formant les spires, en les disposant parallèlement les uns aux autres sur une bande continue constituée d'un matériau isolant, dont la largeur est sensiblement égale à la partie coudée des cavaliers, les extrémités de ces éléments débordant librement de chaque côté de la bande, puis on replie celle-ci pour donner à ces éléments le profil en U de ces cavaliers, et enfin on place les branches de ceux-ci dans les perçages ménagés dans la plaquette de manière à réaliser l'ensemble des spires de la bobine en une seule opération, préalablement à la mise en place sur ces extrémités des pistes de liaison. Avantageusement, on conforme la bande de matériau isolant en lui donnant un profil sensiblement circulaire dont le diamètre est approximativement égal à celui du noyau magnétique. Dans une variante d'exécution du procédé, on forme sur le noyau magnétique de la bobine au moins deux enroulements de spires distincts, imbriqués mutuellement sur le noyau, les spires de chaque enroulement étant juxtaposées mais isolées mutuellement d'un enroulement à l'autre. Dans ce mode de réalisation, les pistes de liaison des extrémités des spires de chaque enroulement sont alternées tout en évitant leur contact électrique d'un enroulement à l'autre. L'invention concerne également une bobine d'inductance à noyau magnétique de forme générale torique, à implanter sur une des faces d'une plaquette de circuit imprimé, réalisée conformément au procédé de l'invention, cette bobine étant caractérisée en ce qu'elle comporte un enroulement continu d'un conducteur électrique formant des spires successives autour du noyau, ces spires étant constituées par une pluralité d'éléments conducteurs en forme de cavaliers présentant un profil en U, dont la partie médiane recourbée épouse sensiblement le profil externe du noyau et dont les deux branches traversent des passages dans la plaquette, les extrémités de ces branches étant réunies sur l'autre face de la plaquette par des pistes de liaison, de préférence soudées sur ces extrémités. Avantageusement, la partie médiane recourbée des cavaliers est noyée dans un revêtement d'un 15 matériau isolant. Selon le cas, la bobine comprend un ou plusieurs enroulements de spires disposés sur le noyau magnétique, imbriqués et isolés mutuellement. Les branches des spires sont parallèles entre elles ou légèrement inclinées en s'écartant l'une de l'autre, en forme de V ouvert, ou en se rapprochant l'une de l'autre, en forme de fer à cheval. D'autres caractéristiques du procédé conforme à l'invention et de la bobine d'inductance à noyau magnétique torique qu'il permet de réaliser, apparaîtront encore à travers la description qui suit de divers exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels on a repris des chiffres de référence identiques de l'un à l'autre pour désigner les mêmes organes. Sur ces dessins: - La Figure 1 est une vue schématique de dessus d'une bobine d'inductance réalisée avec le procédé conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue en coupe transversale de la bobine selon la Figure 1, implantée sur une plaquette de circuit imprimé. - La Figure 3 illustre une étape préliminaire de fabrication de la bobine, où les éléments conducteurs formant ses spires sont associés à une bande isolante. - La Figure 4 est une vue en élévation illustrant un cavalier formant une des spires de la bobine. - La Figure 5 est une vue de dessus, analogue à celle de la Figure 1, où les cavaliers formant les spires sont réalisés de la manière illustrée sur les Figures 3 et 4. - La Figure 6 est une vue en coupe analogue à celle de la Figure 2, sur laquelle le circuit imprimé comporte un connecteur et des moyens de liaison avec celui-ci pour la transmission du courant induit fourni par la bobine. - Les Figures 7 et 8 sont des vues respectivement de dessus et en coupe transversale, analogues aux Figures 1 et 2 respectivement, mais correspondant à une variante de réalisation. La bobine d'inductance réalisée conformément au procédé de l'invention, telle que représentée sur les Figures 1 et 2 du dessin annexé, est prévue pour être implantée dans un circuit imprimé, constitué de façon usuelle d'une plaquette mince 1 d'un matériau isolant, la bobine étant désignée dans son ensemble sous la référence 2. Cette bobine 2 comporte une succession de spires 3, montées de façon successive sur un noyau 4 en un matériau magnétique, en fer doux ou analogue, qui présente une section droite semi-circulaire, ce noyau formant un tore fermé sur lui-même, appliqué sur la surface supérieure de la plaquette comme représenté sur la Figure 2. Bien entendu, il doit être ici précisé que section droite du noyau magnétique 4 est en elle-même indifférente à l'invention, cette section pouvant être entièrement circulaire ou le cas échéant présenter un autre profil pour autant que le noyau soit fermé sur lui-même en constituant une bobine torique reposant sur la plaquette 1. Chaque spire 3 de la bobine 2 est, conformément à l'invention, réalisée de façon individuelle, au moyen d'un élément de fil électrique conducteur épousant la forme d'un cavalier en U, avec une partie médiane 5 recourbée et adaptée à chevaucher le noyau 4 au-dessus de la plaquette 1, cette partie médiane étant prolongée de chaque côté par deux branches de préférence parallèles, respectivement 6 et 7, qui traversent des perçages 8 ménagés dans la plaquette 1, perpendiculairement à ses faces parallèles. Les extrémités 9 et 10 des branches 6 et 7 de chaque spire 3 affleurent légèrement dans la surface de la plaquette 1 opposée à celle sur laquelle est appliqué le noyau magnétique 4 et sont raccordées par des pistes de liaison étroites 11 soudées sur les extrémités 9 et 10, ces pistes étant disposées de telle sorte qu'elles relient une branche 6 d'une spire 3 donnée à une branche 7 de la spire suivante sur le noyau torique 4 et ainsi de suite sur toute la périphérie de celui-ci pour former un circuit électrique continu d'une spire à la suivante. Bien entendu, chaque élément électrique conducteur qui forme une spire 3 de l'enroulement continu ainsi obtenu doit être isolé vis-à-vis du noyau 4, lui-même réalisé en un matériau conducteur de l'électricité. Dans ce but et dans un mode de réalisation préféré de la bobine d'inductance 2 à noyau torique 4 conforme à l'invention, les éléments conducteurs qui forment les spires successives 3 de l'enroulement sont préalablement disposés parallèlement les uns aux autres et intégrés ou noyés dans une bande continue 12 d'un matériau isolant comme schématiquement illustré sur la Figure 3, cette bande présentant une largeur qui correspond sensiblement à la partie médiane recourbée du cavalier en U constituant chaque spire 3, les branches 6 et 7 qui prolongent la partie recourbée de part et d'autre de celle-ci pour traverser les passages 8 prévus dans la plaquette isolante 1, s'étendant de part et d'autre de la bande 12. Cette bande de support isolante 12 peut être réalisée en tout matériau approprié, du genre produit élastomère naturel ou synthétique, ou encore constituée d'un matériau textile, du type feutre ou similaire. Une fois les éléments conducteurs destinés à former les spires 3 répartis selon la longueur de la bande 12, le procédé consiste à replier l'ensemble ainsi constitué pour former les parties coudées 5 et disposer les branches 6 et 7 parallèlement l'une à l'autre dans chaque spire, comme illustré sur la vue de détail de la Figure 4, afin que ces branches puissent être ensuite librement introduites dans les passages 8 de la plaquette 1 qui leur sont réservés sur toute l'étendue du noyau magnétique 4, en une seule opération, la bande 12 étant de préférence conformée pour présenter un profil sensiblement circulaire dont le diamètre est approximativement égal à celui du noyau magnétique. Les pistes de liaison 11 sont ensuite mises en place et soudées sur les extrémités 9 et 10 des branches 6 et 7 qui débordent légèrement de la surface opposée de la plaquette 1, de la façon déjà mentionnée, la Figure 5 illustrant une vue de dessus de la bobine d'inductance ainsi obtenue où les diverses spires 3 sont isolées du noyau 4 par la bande 12 dans laquelle chacune de ces spires est parallèlement recourbée en forme de cavalier dans sa partie médiane pour venir directement chevaucher le noyau magnétique. Le circuit électrique formé par les diverses spires 3 ainsi montées sur toute l'étendue du noyau magnétique 4, réunies par les pistes de liaison 11 d'un élément conducteur au suivant, est finalement relié par des connexions, respectivement 13 et 14, qui assurent l'entrée et la sortie du courant dans la bobine. La Figure 6 illustre schématiquement un exemple de mise en oeuvre où la bobine 2 formée autour du noyau magnétique 4 par l'ensemble des spires 3 de l'enroulement, spires dont les extrémités 9 et 10 des branches 6 et 7 sont connectées par les pistes 11 de l'une à l'autre sur toute la périphérie du noyau, traversée par un courant électrique, crée un courant induit, schématisé par la référence 15, lequel circule dans un conducteur 16, entre un connecteur 17 et un conducteur de sortie 18, disposé du côté opposé de la plaquette 1. Les Figures 7 et 8 illustrent une autre variante de réalisation sur laquelle on a repris les mêmes chiffres de référence pour désigner des organes semblables à ceux envisagés dans les exemples précédents. Dans cette variante, la bobine magnétique selon l'invention comporte deux enroulements, respectivement 2a et 2b, disposés simultanément sur le noyau magnétique 4 appliqué contre une des faces de la plaquette 1 de circuit imprimé, les spires 3a et 3b de chaque enroulement réalisées de la façon décrite ci-dessus étant mutuellement imbriquées, mais isolées d'un enroulement à l'autre sur la périphérie du noyau, les extrémités des spires étant réunies par des pistes de liaison lia et lib alternées, mais disposées de façon à éviter tout contact électrique entre elles, afin de ne pas mettre les deux enroulements en court-circuit. L'invention permet ainsi d'éviter l'utilisation d'une machine de bobinage complexe, dont la réalisation l'est d'autant plus que le noyau magnétique est associé à plusieurs enroulements séparés, chacune des spires individuelles de ces enroulements étant réalisée au moyen d'un élément conducteur séparé, convenablement replié en forme de cavalier et mis en place sur le noyau avant d'être électriquement réuni aux spires suivante et précédente dans l'enroulement par des pistes qui ferment ces spires sur elles-mêmes de l'une à l'autre, ces pistes étant rapportées et soudées sur les extrémités de ces cavaliers, en évitant tout court- circuit électrique dans l'enroulement à travers ses spires successives. A noter que la mise en place des cavaliers qui forment les spires des enroulements peut être réalisée avant que le noyau magnétique ne soit appliqué sur la plaquette de circuit imprimé, ou après. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation plus spécialement décrits et représentés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. Ainsi, les spires de l'enroulement peuvent avoir des branches parallèles entre elles, ce qui constitue la solution préférée, mais pourraient aussi être légèrement inclinées, soit en s'écartant l'une de l'autre avec un profil en V peu ouvert, soit en se rapprochant l'une de l'autre, en forme dans ce cas de fer à cheval notamment. De plus, aucune limitation ne découle des dispositions décrites quant aux applications de la bobine d'inductance ainsi réalisée qui peut être adaptée à tous usages, comme transformateur, coupleur, capteur de courant. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la réalisation d'une bobine d'inductance (2) comportant au moins un enroulement continu formé de spires successives (3) d'un conducteur électrique, disposées autour d'un noyau magnétique (4) de forme torique, à implanter sur une plaquette de circuit imprimé (1), caractérisé en ce qu'il consiste à former chaque spire de l'enroulement de la bobine individuellement sous la forme d'un élément distinct du conducteur électrique, constituant un cavalier à profil général en U, dont la partie médiane (5) recourbée est adaptée à chevaucher le noyau reposant sur une des faces de la plaquette de circuit imprimé, et dont les deux branches (6,7) traversent des perçages (8) ménagés dans cette plaquette, la longueur de ces branches étant déterminée de sorte que leurs extrémités (9,10) affleurent légèrement au-delà de la surface opposée de la plaquette, et à relier les extrémités successives des spires de l'une à l'autre, d'une première branche d'une spire à la seconde branche de la suivante et ainsi de suite sur toute l'étendue du noyau magnétique par des pistes étroites (11) assurant une liaison électrique continue de ces spires dans l'enroulement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités (9,10) des branches (6,7) de chaque spire (3) sont réunies à leur piste de liaison (11) par des points de soudure. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on intègre les éléments de conducteur électrique formant les spires (3), en les disposant parallèlement les uns aux autres sur une bande continue {12) constituée d'un matériau isolant, dont la largeur est sensiblement égale à la partie coudée des cavaliers, les extrémités de ces éléments débordant librement de chaque côté de la bande, puis on replie celle-ci pour donner à ces éléments le profil en U de ces cavaliers, et enfin on place les branches (6,7) de ceux-ci dans les perçages (8) ménagés dans la plaquette (1) de manière à réaliser l'ensemble des spires (3) de la bobine en une seule opération, préalablement à la mise en place sur ces extrémités des pistes de liaison (11). 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on conforme la bande de matériau isolant (12) en lui donnant un profil sensiblement circulaire dont le diamètre est approximativement égal à celui du noyau magnétique (4). la revendication 1, en ce qu'on forme sur le noyau (4) de la bobine au moins deux de spires (3a,3b) distincts, imbriqués sur le noyau, les spires de chaque étant juxtaposées mais isolées d'un enroulement à l'autre. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les pistes de liaison (11) des extrémités des spires (3a,3b) de chaque enroulement sont alternées tout en évitant leur contact électrique d'un enroulement à l'autre. 7 - Bobine d'inductance (2) à noyau magnétique (4) de forme générale torique, à implanter sur une des faces d'une plaquette de circuit imprimé (1), réalisée conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un enroulement continu d'un conducteur électrique formant des spires successives Procédé selon caractérisé magnétique enroulements mutuellement enroulement mutuellement (3) autour d'un noyau magnétique (4), ces spires étant constituées par une pluralité d'éléments conducteurs en forme de cavaliers présentant un profil en U, dont la partie médiane (5) recourbée épouse sensiblement le profil externe du noyau et dont les deux branches (6,7) traversent des passages (8) dans la plaquette, les extrémités de ces branches étant réunies sur l'autre face de la plaquette par des pistes de liaison (11), de préférences soudées sur ces extrémités. 8 Bobine selon la revendication 7, caractérisée en ce que la partie médiane recourbée (5) des cavaliers est noyée dans un revêtement d'un matériau isolant (12). 9 - Bobine selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un ou plusieurs enroulements de spires (3a,3b) disposés sur le noyau magnétique (4), imbriqués et isolés mutuellement. 10 - Bobine selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que les branches (6,7) des spires (3) sont parallèles entre elles ou légèrement inclinées en s'écartant l'une de l'autre, en forme de V ouvert, ou en se rapprochant l'une de l'autre, en forme de fer à cheval.