Brevet FR2905512A3 — publié le 20080307

FR 2905512 A3 20080307 FR 0607709 A 20060904 ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée, et particulièrement un transformateur d'alimentation en énergie dont le noyau de fer est un organe annulaire fermé réalisé par bobine continu d'une tôle en acier au silicium. En employant une technique de fabrication pour la présente invention, la présente invention peut être particulièrement applicable pour un transformateur miniaturisé ayant une puissance basse de moins de 50 W réaliser à partir d'un organe linéaire annulaire. 2. Description de l'art antérieur Dans les conceptions actuelles de transformateur linéaire conventionnel d'alimentation en énergie, un noyau de fer est constitué en poinçonnant une grande tôle d'acier au silicium dans des feuilles avec des formes de "E" ou de "I" ; ces feuilles sont ensuite empilées en vue de l'assemblage. En réalisant le poinçonnage pour un tel noyau de fer de transformateur conventionnel, la directionnalité des tôles d'acier au silicium sera endommagée ; et au cours de l'accomplissement du poinçonnage, les espaces entre chaque paire de feuilles "E" ou de feuilles "I" voisines créeront une plus grande énergie de magnétisation et une consommation du noyau de fer, et l'efficacité de l'alimentation en énergie sera réduite. De plus, par le fait que la conductivité magnétique d'un transformateur d'alimentation en énergie conventionnel peut seulement atteindre 1,2 û 1,4 T (tesla), des première et deuxième bobines de fil de cuivre ayant des caractéristiques élevées réalisées par bobinage doivent être adoptées. II en résulte une masse et un volume plus élevés de l'ensemble du transformateur d'alimentation en énergie, dont il résulte un inconvénient au niveau de l'utilisation. Les transformateurs annulaires connus peuvent seulement convenir aux transformateurs à grande échelle en raison du problème de leur méthode de fabrication. De tels transformateurs à grande échelle ont des bandes en matière plastique de Mylar pour envelopper et séparer les éléments afin d'isolation, puis leurs bobines sont enroulées. Pour les opérations conventionnelles d'enveloppement par les bandes de plastique de Mylar et d'enroulement de la 1 2905512 2 bobine, une main d'ceuvre tout à fait importante est exigée ; celle-ci est consommatrice de temps et a une faible productivité, et n'est pas économique pour être employée en vue de produire des transformateurs miniaturisés d'alimentation en énergie, rendant ainsi une amélioration nécessaire. 5 RESUME DE L'INVENTION En raison des défauts ci-dessus existant dans le fait de réaliser des transformateurs conventionnels à partir d'empilements des types de noyaux de fer, la présente invention fournit à un transformateur d'alimentation en énergie à efficacité élevée. L'amélioration réside principalement dans le fait que, sur sa 10 partie de noyau de fer qui est un organe annulaire fermé réalisé par enroulement continu à partir d'une tôle d'acier au silicium, le noyau de fer est ensuite obtenu en étant fritté et fixé pour garder sa directionnalité. Après un premier traitement d'isolation au moyen d'une enveloppe thermorétractable sur le noyau de fer, une première bobine est constituée en enroulant un fil selon des formes annulaires ; 15 ensuite la première bobine est enveloppée par un deuxième traitement d'isolation employant une enveloppe thermorétractable. Après cela, une deuxième bobine est constituée en enroulant un fil selon des formes annulaires, et la deuxième bobine est enveloppée par la mise en oeuvre d'un troisième traitement d'isolation employant une enveloppe thermorétractable ; et une paire de fils d'entrée 20 d'extrémité de la première bobine de même qu'une paire de fils de sortie d'extrémité de la deuxième bobine s'étende vers l'extérieur pour former de ce fait un transformateur annulaire. Le transformateur annulaire selon la présente invention est monté dans un boîtier ; les fils d'entrée du transformateur sont reliés à une prise en dehors du 25 boîtier pour obtenir de la puissance électrique, alors que les fils de sortie sont électroniquement reliés à une ligne électrique d'un produit électronique. Le boîtier peut être conçu pour être une souris d'ordinateur. Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention a son noyau de fer sous forme d'un organe annulaire 30 fermé ; son circuit magnétique est fondamentalement un circuit magnétique fermé, de sorte que son énergie de magnétisation et la consommation de son noyau de fer sont 25% moins élevés que ceux d'un noyau de fer conventionnel 2905512 3 de type à empilement ; ceci augmente dans une large mesure l'efficacité de l'alimentation en énergie. De plus, le noyau de fer est un organe annulaire fermé n'ayant aucun espace d'air, son facteur d'empilement est élevé au point d'atteindre 95%, la conductivité magnétique du noyau de fer peut atteindre 1,5 5 1,8 T (tesla), une première bobine et une deuxième bobine de fil de cuivre de caractéristiques courantes réalisées par enroulement peuvent être adoptées, ce dont il résulte une réduction importante du poids et du volume de l'ensemble du transformateur d'alimentation en énergie. Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée 10 selon la présente invention peut être un transformateur de courant alternatif en courant alternatif avec une fréquence de 50 ou 60 mégahertz ; il peut également être un transformateur de courant alternatif en courant continu, et il est seulement nécessaire d'ajouter un circuit de filtrage de rectification sur l'extrémité de sortie de la deuxième bobine pour transformer la tension de sortie de courant alternatif 15 en courant continu. Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention peut avoir sa tension d'entrée et sa tension de sortie changées à volonté en fonction des exigences ; sa puissance peut également être modifiée en termes de magnitude selon la taille du noyau de fer annulaire et 20 des fils de cuivre lors de la conception. Les enroulements dans le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention sont directement enroulés autour du noyau de fer ayant été traité du point de vue de l'isolation, et n'ont besoin d'aucune fixation avec une bobine (un enroulement d'un transformateur normal 25 d'alimentation en énergie doit être enroulé autour d'une bobine avant qu'il soit monté sur un noyau de fer). Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention est chauffé après que son noyau de fer ait été enveloppé avec une enveloppe thermorétractable en PVC et soit fixé avec un 30 outil, le matériau PVC étant complètement combiné avec le noyau de fer pour conférer une isolation à la surface du noyau de fer. Après que la première bobine du transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention soit constituée en étant 2905512 4 uniformément enroulée en utilisant une machine d'enroulement annulaire, elle est enveloppée et isolée avec une enveloppe thermorétractable en PVC, la deuxième bobine étant enroulée autour du revêtement isolant constitué par l'enveloppe thermorétractable. Ceci est différent du mode conventionnel d'isolation avec des 5 bandes en plastique de Mylar O. Le courant magnétisant du transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention est nul lorsque il n'y a aucune charge provenant d'une source linéaire d'énergie avec une tension d'entrée nominale ; tandis que le courant magnétisant lorsque il n'y a aucune charge 10 provenant d'une source d'énergie linéaire normale avec une tension d'entrée nominale est plus grand que zéro. De plus, la source d'énergie linéaire fournie selon la présente invention peuvent encore fonctionner normalement après avoir été brûlée en pleine charge avec une tension d'entrée de 125% pendant 24 heures ; tandis que la source d'énergie linéaire normale est incapable de 15 fonctionner normalement après avoir été brûlée en pleine charge avec une tension d'entrée de 125% pendant 24 heures. L'efficacité du transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention avec une tension d'entrée nominale et une puissance de sortie nominale est supérieure à 70% (l'efficacité d'une source 20 d'énergie linéaire conventionnelle est inférieure à 60%). La température de surface du transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention, après avoir été brûlée à pleine charge avec une tension d'entrée de 125% pendant 24 heures ne s'élève pas à plus de 40 C (la température s'élève à plus de 75 C pour une source 25 d'énergie linéaire normale). Le transformateur d'alimentation en énergie selon la présente invention peut être utilisé comme transformateur pour une insertion directe dans une carte électrique, et peut également être employé comme redresseur pour une lampe fluorescente. 30 Par le fait que le noyau de fer du transformateur d'alimentation en énergie selon la présente invention peut être réalisée en enroulant des tôles courtes en acier au silicium, à l'inverse de la manière conventionnelle des procédés exigeant un découpage par poinçonnement, il n'est créé aucun matériau de rebut au cours 2905512 5 de la production ; et les feuilles peuvent être réutilisées en tant que matériau recyclé, ayant ainsi un effet de protection de l'environnement. La présente invention apparaîtra clairement après lecture de la description détaillée du mode de réalisation préféré de celle-ci et en référence aux schémas 5 d'accompagnement. BREVE DESCRIPTION DES SCHÉMAS La figure 1 est vue en perspective montrant l'aspect d'un mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 2 est une vue anatomique en perspective de la présente invention ; 10 les figures 3A à 3E sont des vues schématiques en perspective montrant le processus de la fabrication selon la présente invention ; la figure 4 est un diagramme montrant les spécifications des dispositifs électriques selon la présente invention ; la figure 5 est une vue schématique en perspective montrant l'application 15 d'un transformateur annulaire selon la présente invention s'insérant directement dans une carte électrique. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DU MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ En référence aux figures 1 et 2, le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention comprend un 20 transformateur annulaire 10 monté dans un boîtier 20 composé d'un couvercle supérieur 21 et d'un couvercle inférieur 22. Une prise 221 est aménagée sur le fond du couvercle inférieur 22 ; une ligne 23 de source d'énergie s'étendant hors du boîtier 20 pour être reliée à un dispositif électronique. En référence aux figures 3A à 3E montrant le processus de fabrication du 25 transformateur annulaire 10, la figure 3A montre un noyau de fer 11 selon la présente invention ; au cours du formage, un rouleau d'acier au silicium est coupé selon des directions parallèles, la tôle d'acier au silicium coupée est enroulé sans interruption en utilisant une machine automatique d'enroulement pour former un organe annulaire fermé ; l'organe annulaire fermé est fritté sous azote, recuit 30 dans un tunnel, et est immergé dans une peinture d'immersion sous vide et est cuit pour fixer sa forme ; ceci permet de substantiellement conserver la directionnalité du matériau. 2905512 6 Dans la figure 3B, il est montré que le noyau de fer 11 est traité une première fois par un traitement d'isolation, une enveloppe thermorétractable en PVC étant employée pour former une première couche 12 d'isolation par thermorétraction réalisant un enveloppement du noyau de fer 11. 5 Lorsque le premier procédé d'isolation est accompli, un fil est enroulé selon des formes annulaires pour former une première bobine 13 comme cela est montré sur la figure 3C ; lorsque la première bobine 13 est réalisée, un deuxième procédé d'isolation est mis en oeuvre, une autre enveloppe thermorétractable en PVC est utilisée pour former une deuxième couche 14 d'isolation par 10 thermorétraction réalisant un enveloppement de la première bobine 13 du transformateur annulaire entier 10 comme cela est montré sur la figure 3D. Ensuite, comme cela est montré sur la figure 3E, un deuxième enroulement de fil est effectué. Par l'accomplissement de cet enroulement de fil, une deuxième bobine 15 est formée ; alors, un troisième procédé d'isolation est mis en oeuvre, 15 une autre enveloppe thermorétractable en PVC est employée pour former une troisième couche 16 d'isolation par thermorétraction réalisant un enveloppement, une paire de fils d'entrée 131 sur l'extrémité de la première bobine 13 et une paire de fils de sortie 151 sur l'extrémité de la deuxième bobine 15 étant laissées à l'extérieur de l'enveloppe, se référer également au transformateur annulaire 10 20 montré sur la figure 2. Le transformateur annulaire 10 selon la présente invention est monté dans un boîtier 20 ; les fils 131 d'entrée du transformateur sont reliés à une prise 221 à l'extérieur du boîtier 20 pour obtenir la puissance électrique, tandis que les fils 151 de sortie sont reliés électriquement à une ligne électrique 23 d'un produit 25 électronique. Le boîtier 20 peut être conçu pour être une souris d'ordinateur. Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention a son noyau de fer 11 sous forme d'un organe annulaire fermé ; son circuit magnétique est fondamentalement un circuit magnétique fermé, de sorte que son énergie de magnétisation et la 30 consommation de son noyau de fer sont 25% moins élevés que ceux d'un noyau de fer conventionnel de type à empilement ; ceci augmente dans une large mesure l'efficacité de l'alimentation en énergie. De plus, le noyau de fer 11 est un organe annulaire fermé n'ayant aucun espace d'air, son facteur d'empilement est 2905512 7 élevé au point d'atteindre 95%, la conductivité magnétique du noyau de fer 11 peut atteindre 1,5 ù 1,8 T (tesla), une première bobine 13 et une deuxième bobine 15 de fil de cuivre de caractéristiques courantes réalisées par enroulement peuvent être adoptées, ce dont il résulte une réduction importante 5 du poids et du volume de l'ensemble du transformateur d'alimentation en énergie. Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention peut être un transformateur de courant alternatif en courant alternatif avec une fréquence de 50 ou 60 mégahertz ; il peut également être un transformateur de courant alternatif en courant continu, et il est seulement 10 nécessaire d'ajouter un circuit de filtrage de rectification sur l'extrémité de sortie de la deuxième bobine pour changer la tension de sortie de courant alternatif en courant continu. Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention peut avoir sa tension d'entrée et sa tension de sortie 15 changées à volonté en fonction des exigences ; sa puissance peut également être modifiée en fonction de la taille du noyau de fer annulaire 11 et des fils de cuivre lors de la conception. La figure 4 est un diagramme montrant les spécifications des dispositifs électriques selon la présente invention. 20 Ce qui suit est une description relative à d'autres caractéristiques selon la présente invention : Les bobines 13, 15 dans le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention sont directement enroulées autour du noyau de fer 11 ayant été traité du point de vue de l'isolation, et n'ont 25 besoin d'aucune fixation avec une bobine (un enroulement d'un transformateur normal d'alimentation en énergie doit être enroulé autour d'une bobine avant qu'il soit monté sur un noyau de fer). Le transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention est chauffé après que son noyau de fer 11 ait été 30 enveloppé avec une enveloppe thermorétractable 12 en PVC et soit fixé avec un outil, le matériau PVC étant complètement combiné avec le noyau de fer 11 pour conférer une isolation à la surface du noyau de fer 11. 2905512 8 Après que la première bobine 13 du transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention soit constituée en étant uniformément enroulée en utilisant une machine d'enroulement annulaire, elle est enveloppée et isolée avec une enveloppe thermorétractable en PVC, la 5 deuxième bobine 15 étant enroulée autour du revêtement isolant 14. Au contraire, la source de puissance linéaire conventionnelle est isolée avec des bandes en plastique de Mylar O. Le courant magnétisant du transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité élevée selon la présente invention est nul lorsque il n'y a aucune 10 charge provenant d'une source linéaire d'énergie avec une tension d'entrée nominale ; tandis que le courant magnétisant lorsque il n'y a aucune charge provenant d'une source d'énergie linéaire normale avec une tension d'entrée nominale est plus grand que zéro. De plus, la source d'énergie linéaire fournie selon la présente invention peuvent encore fonctionner normalement après avoir 15 été brûlée en pleine charge avec une tension d'entrée de 125% pendant 24 heures ; tandis que la source d'énergie linéaire normale est incapable de fonctionner normalement après avoir été brûlée en pleine charge avec une tension d'entrée de 125% pendant 24 heures. L'efficacité du transformateur d'alimentation en énergie ayant une efficacité 20 élevée selon la présente invention avec une tension d'entrée nominale et une puissance de sortie nominale (comme montré sur la figure 4) est supérieure à 70% (l'efficacité d'une source d'énergie linéaire conventionnelle est inférieure à 60%). La température de surface du transformateur d'alimentation en énergie 25 ayant une efficacité élevée selon la présente invention, après avoir été brûlée à pleine charge avec une tension d'entrée de 125% pendant 24 heures ne s'élève pas à plus de 40 C (la température s'élève à plus de 75 C pour une source d'énergie linéaire normale). Le poids total du transformateur d'alimentation en énergie ayant une 30 efficacité élevée selon la présente invention n'excède pas 300g (pour 15W par exemple, une source d'énergie linéaire normale à un poids supérieur à 500g). Comme montré sur la figure 5, le transformateur annulaire 10 selon la présente invention peut être employé comme transformateur pour une insertion 2905512 9 directe dans une carte électrique 30, et peut également être employé comme redresseur pour une lampe fluorescente. De ce fait, la présente invention n'est pas limitée à la gamme d'application relative à un transformateur d'alimentation en énergie. 5 L'invention doit être interprétée comme comprenant toutes les modifications et variations faisant partie de la portée des revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Transformateur à efficacité élevée caractérisé en ce qu'il comporte : un noyau de fer (11) formé par un organe annulaire fermé réalisé par enroulement continu à partir d'une tôle d'acier au silicium, et obtenu en étant fritté et fixé pour garder sa directionnalité ; une première couche d'isolation (12) est formée sur ledit noyau de fer (11) par un premier traitement d'isolation réalisé au moyen d'une enveloppe thermorétractable ; une première bobine (13) est constituée en enroulant un fil selon des formes annulaires sur ladite première couche d'isolation (12), puis est enveloppée par une deuxième couche d'isolation (14) constituée par un deuxième traitement d'isolation employant une enveloppe thermorétractable ; et une deuxième bobine (15) est constituée en enroulant un fil selon des formes annulaires sur ladite deuxième couche d'isolation (14), et la deuxième bobine (15) est enveloppée par une troisième couche d'isolation (16) constituée par la mise en oeuvre d'un troisième traitement d'isolation employant une enveloppe thermorétractable ; ladite troisième couche d'isolation (16) laissant dépasser sur l'extérieur une paire de fils d'extrémité d'entrée (131) de ladite première bobine (13) et une paire de fils d'extrémité de sortie (151) de ladite deuxième bobine (15) ; lesdits fils d'entrée (131) de ladite première bobine (13) recevant un courant électrique et lesdits fils de sortie (151) de ladite deuxième bobine (15) fournissant un courant électrique de tension modifiée, de sorte qu'un transformateur annulaire (10) est ainsi formé. 2. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors du formage dudit noyau de fer (11), un rouleau d'acier au silicium est coupé selon des directions parallèles, la tôle d'acier au silicium coupée est enroulé sans interruption en utilisant une machine automatique d'enroulement pour former un organe annulaire fermé ; l'organe annulaire fermé est fritté sous azote, recuit dans un tunnel, et est immergé dans une peinture d'immersion sous vide et est cuit pour fixer sa forme ; ceci permet de substantiellement conserver la directionnalité du matériau. 2905512 11 3. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conductivité magnétique du noyau de fer atteint 1,5 ù 1,8 T (tesla). 4. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, 5 caractérisé en ce qu'il est un transformateur d'alimentation en énergie, lequel transformateur annulaire (10) est monté dans un boîtier (20) ; lesdits fils d'entrée (131) sont reliés à une prise (221) à l'extérieur du boîtier (20), tandis que les fils de sortie (151) sont reliés électriquement à une ligne électrique (23) d'un produit électronique. 10 5. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit boîtier (20) est une souris d'ordinateur. 6. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un circuit de filtrage de rectification est prévu sur une extrémité de sortie de ladite deuxième bobine (15) pour transformer la tension de 15 sortie de courant alternatif en courant continu. 7. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance de sortie dudit transformateur est modifiée en termes de magnitude selon la taille dudit noyau de fer (11) annulaire et desdits fils de cuivre. 20 8. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites enveloppes thermorétractables utilisées pour former lesdites première, deuxième et troisième couches d'isolation (12, 14, 16) sont des enveloppes thermorétractables en PVC. 9. Transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que ledit noyau de fer (11) dudit transformateur est obtenu en enroulant de courtes tôles d'acier en silicium. 10. Procédé d'obtention d'un transformateur ayant une efficacité élevée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à. 30 réaliser un noyau de fer (11) formé par un organe annulaire fermé, par enroulement continu à partir d'une tôle d'acier au silicium, frittage et fixation pour garder sa directionnalité ; 2905512 12 former une première couche d'isolation (12) sur ledit noyau de fer (11) par la mise en oeuvre d'un premier traitement d'isolation employant une enveloppe thermorétractable ; constituer une première bobine (13) en enroulant un fil selon des formes 5 annulaires sur ladite première couche d'isolation (12) ; envelopper la première bobine (13) par une deuxième couche d'isolation (14) formée par la mise en oeuvre d'un deuxième traitement d'isolation employant une enveloppe thermorétractable ; constituer une deuxième bobine (15) en enroulant un fil selon des formes 10 annulaires sur ladite deuxième couche d'isolation (14) ; envelopper la deuxième bobine (15) par une troisième couche d'isolation (16) formée par la mise en oeuvre d'un troisième traitement d'isolation employant une enveloppe thermorétractable ; ladite troisième couche d'isolation (16) laissant dépasser sur l'extérieur une paire de fils d'extrémité d'entrée (131) de ladite 15 première bobine (13) et une paire de fils d'extrémité de sortie (151) de ladite deuxième bobine (15).