Brevet FR2939559A1 — publié le 20100611

Dispositif de roulage de bobine électromagnétique L'invention concerne un dispositif de roulage de bobine électromagnétique formée à partir d'un conducteur électrique en feuille autour d'un circuit magnétique fermé. Ce type de bobine est par exemple utilisé pour réaliser des inductances de filtrage en sortie d'un redresseur d'énergie électrique. Ces inductances permettent de réduire les ondulations résiduelles en sortie du redresseur. On peut également mettre en oeuvre ce type de bobine pour réaliser un transformateur. Dans ce cas, il est nécessaire de coupler plusieurs bobines roulées autour d'un même circuit magnétique. Dans le domaine aéronautique, la masse et le bruit des composants embarqués sont des paramètres importants que l'on cherche à réduire. Pour ce faire, on peut utiliser des conducteurs électriques en aluminium plus légers que le cuivre pour une puissance donnée. L'aluminium a une ductilité bien plus faible que celle du cuivre et pour bobiner de tels conducteurs, on les utilise souvent en feuille que l'on enroule pour réaliser des bobines. Les bobines sont enroulées autour de circuits magnétiques fermés pour guider au mieux le flux magnétique qui les traverse. On utilise couramment des circuits magnétiques réalisés en deux parties. La ou les bobines sont réalisées hors du circuit magnétique, puis placées sur celui-ci. Une fois cette opération réalisée, les deux parties du circuit magnétique sont assemblées pour fermer le circuit. La jonction entre les deux parties forme un entrefer qu'il est difficile de réduire. On peut rectifier les surfaces des deux parties destinées à venir en contact afin d'améliorer l'état de surface au niveau de la jonction. On peut également sertir le circuit magnétique au moyen d'une bande l'entourant pour le fermer. L'effort de sertissage contribue à réduire encore l'entrefer. Néanmoins, le courant électrique circulant dans les bobines présente par nature des ondulations générant des vibrations mécaniques du circuit magnétique. Ces vibrations tendent à écarter les deux parties du circuit magnétique pour reformer un entrefer. Les vibrations peuvent également tendre à desserrer le maintien mécanique des différentes parties du circuit magnétique, ce qui tend à amplifier l'amplitude des vibrations tout au long de la vie de la bobine. Par ailleurs, ces vibrations tendent aussi à générer du bruit qui peut être gênant. Par exemple en aéronautique les constructeurs imposent des niveaux de nuisance sonore de plus en plus bas. L'invention vise à permettre la réalisation de bobines autour de circuits magnétiques fermés sans entrefer. Autrement dit, les circuits magnétiques mis en oeuvre dans le cadre de l'invention sont fermés avant de rouler la ou les bobines. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de roulage de bobine électromagnétique formée à partir d'un conducteur électrique en feuille autour d'un circuit magnétique fermé, caractérisé en ce que le circuit magnétique est sans entrefer, en que le dispositif comprend plusieurs parties de caniveaux assemblées solidairement autour du circuit magnétique pour former un caniveau et des moyens d'entrainement en rotation du caniveau autour du circuit magnétique de façon à enrouler et ranger le conducteur électrique en feuille dans le caniveau. On entend par entrefer une ouverture réalisée dans le circuit magnétique perpendiculairement à la direction principale du flux magnétique traversant la bobine lorsqu'elle est alimentée électriquement. Le circuit magnétique peut être formé d'un assemblage de tôles plates, chaque tôle formant une boucle autour de laquelle la bobine s'enroule. L'espace entre les tôles s'étend suivant l'axe du flux magnétique et n'est pas considéré comme un entrefer au sens de l'invention. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente en perspective éclatée une machine permettant le roulage de bobine autour d'un circuit magnétique fermé ; la figure 2 représente en perspective éclatée un détail de la bobine avant roulage ; la figure 3 représente en coupe deux bobines sur un circuit magnétique, une des bobines étant en cours de roulage ; la figure 4 représente en vue de dessus les deux bobines de la figure 3 ; la figure 5 représente en coupe une variante de bobine enroulée sur un circuit magnétique ; la figure 6 représente la section d'une variante de circuit magnétique 12. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. La figure 1 représente une machine 10 permettant de réaliser une bobine 11 sur un circuit magnétique 12. Le circuit magnétique 12 forme deux boucles fermées sans entrefer. Il peut être utilisé pour réaliser un transformateur triphasé ou une self de filtrage interphase également utilisée en triphasé. Le circuit magnétique 12 peut être formé d'un assemblage de tôles plates. Dans ce cas, les tôles sont découpées par exemple au moyen d'une presse. Chaque tôle a la forme finale du circuit magnétique en deux boucles pour l'exemple considéré. Les tôles sont ensuite empilées pour former le circuit magnétique 12. Pour rouler la bobine, 11, le circuit magnétique 12 est fixé sur un support 13 orientable. La fixation du circuit magnétique 12 sur le support est temporaire, le temps de réaliser le roulage de la bobine 11, et peut être réalisé au moyen de brides non représentées. Pour faciliter la compréhension de la figure, le circuit magnétique 12 a été représenté à distance du support 13. Le support 13 peut être orienté en rotation autour d'un axe 14. A cet effet, la machine 10 comprend un tube 15 mobile en rotation autour de l'axe 14. Le support 13 est solidaire du tube 15. Deux paliers 17 et 18 solidaires d'un bâti de la machine 10 permettent la rotation du tube 15. Les deux paliers 17 et 18 sont situés de part et d'autre du support 13. Une vis 19 permet le verrouillage de la position du tube 15 par rapport aux paliers 17 et 18. L'orientation du tube permet de faciliter le roulage de la bobine 11. Lors du roulage l'orientation du tube 15 est figée. A l'intérieur du tube 15 un arbre 20 s'étendant suivant l'axe 14 et permet l'entrainement en rotation de la bobine 11 pour y enrouler un conducteur électrique 21 en feuille. L'arbre 20 peut tourner autour de l'axe 14 et est guidé en rotation par rapport au bâti de la machine 10 par exemple au moyen de paliers 17 et 18. Le tube 15 présente une ouverture 22 réalisée au niveau du support 13 et permettant d'accéder à un pignon 23 solidaire de l'arbre 20. L'arbre 20 et le pignon 23 sont entrainés en rotation par un moteur de la machine, moteur non représenté. Le pignon 23 permet d'entrainer la bobine 11 en rotation lors du roulage. La machine 10 peut comprendre un magasin contenant le conducteur électrique en feuille 21 avant son roulage pour former la bobine 11. Le nombre de spires de la bobine 11 est un paramètre de spécification important dans la réalisation de la bobine. Pour le respecter lors du roulage, la machine peut compter le nombre de tours, et plus généralement le déplacement angulaire, de l'arbre 20. Ceci donne une image du nombre de tour bobiné en fonction du rapport de nombre de dents entre les pignons 23 et 28. Le dispositif de roulage peut être intégré à un banc de roulage traditionnel. la figure 2 représente en perspective éclatée un détail de la bobine 11 disposée autour du circuit magnétique 12 avant roulage. La bobine 11 est réalisée sur un caniveau 24 permettant de ranger le conducteur électrique 21. Le caniveau 24 peut être réalisé en matériau isolant électriquement pour éviter d'éventuels court circuits entre la première sipre de la bobine 11 et le circuit magnétique 12. Le caniveau 24 est formé de deux demi caniveaux 24a et 24b assemblés solidairement autour du circuit magnétique 12. On pourrait mettre en oeuvre plus de deux parties (les demi caniveaux 24a et 24b) qui une fois assemblées forment le caniveau 24. Dans l'exemple considéré, le caniveau 24 est de révolution et le découpage en deux parties 24a et 24b se fait suivant son axe de révolution. Ainsi les deux demi caniveaux 24a et 24b sont identiques. Une fois positionné autour du circuit magnétique 12, le caniveau 24 comprend une surface cylindrique 25 autour de laquelle s'enroule le conducteur électrique 21. A titre d'alternative la surface 25 peut avoir une forme tubulaire à section carrée comme représenté sur la figure 1. On peut prévoir des congés de raccordement afin d'adoucir les angles de la section carrée. De façon plus générale, la forme de la surface 25 reflète la forme finale de la bobine 11. Une forme à section carrée permet de faciliter l'intégration du transformateur comprenant la bobine 11. Des surfaces sensiblement planes des bobines 11 permettent un appui plus aisé que des surfaces cylindriques. La surface 25 est limitée par des rebords 26 et 27 pouvant protéger le conducteur 21 dans le caniveau 24. A titre d'alternative, on peut se passer des rebords 26 et 27 qui peuvent endommager le conducteur 21 lors du roulage. Un pignon 28 formé de deux demi pignons 28a et 28b est fixé au caniveau 24. Le pignon 28 forme avec le pignon 23 un train d'engrenage permettant l'entrainement en rotation du caniveau 24 autour du circuit magnétique 12. II peut y avoir autant de parties de pignon 28 que de parties du caniveau 24. Le caniveau 24 possède une surface intérieure 29 cylindrique permettant la rotation de la bobine 11 par rapport au circuit magnétique 12. Le circuit magnétique 12 a une section carrée formant quatre faces planes s'appuyant chacune sur une des arrêtes de la section carrée. Sur les figures 1 et 2, seules deux faces 12a et 12b apparaissent. Pour faciliter la rotation du caniveau 24 autour du circuit magnétique 12, on peut disposer des cales 30 entre le circuit magnétique 12 et le caniveau 24. Tout comme le caniveau 24, les cales 30 peuvent être réalisées en matériau isolant électriquement. Chaque cale 30 a une surface plane 31 s'appuyant contre une des faces planes 12a, 12b et suivantes du circuit magnétique 12 et une surface arrondie 32 sur laquelle glisse le caniveau 24 lors de sa rotation. Les cales 30 sont positionnées sur le circuit magnétique 12 avant la mise en place des demi caniveaux 24a et 24b. La figure 3 représente en coupe deux bobines sur un circuit magnétique 12. La bobine 11, à gauche sur la figure, est en cours de roulage. Le pignon 23 entraine le pignon 28 autour d'un axe 35 passant par l'intersection des diagonales de la section carrée du circuit magnétique 12. L'axe 35 est l'axe de rotation du caniveau 24 autour du circuit magnétique 12. Le circuit magnétique 12 a plusieurs branches. La bobine 11 est située sur une première branche 36 et une seconde bobine 37 est située sur une seconde branche 38. Les bobines 11 et 37 ont toutes deux des formes à section sensiblement carrée. Les bobines 11 et 37 sont représentées en trait continu dans une position angulaire autour de leur branche respective de telle sorte qu'elles présentent des faces extérieures coplanaires. On a également représenté en trait mixtes une silhouette 39 de la bobine 11 dans une position angulaire décalée de 45° par rapport à celle représentée en trait continu. Le conducteur 21 en cours d'enroulement est également représenté en trait mixte. Pour assurer l'enroulement de la bobine 11, il est nécessaire de prévoir un jeu fonctionnel 40 entre la bobine 11 dans sa position représentée au moyen de sa silhouette 39 et la bobine 37. La figure 4 représente les deux bobines 11 et 37 en vue de dessus. Sur cette figure, on distingue également deux connexions 41 et 42 permettant de raccorder électriquement la bobine 11. Les connexions sont par exemple réalisées par brasage de conducteurs électriques sur le conducteur électrique en feuille 21 formant la bobine 11. Les raccordements de la bobine 37 ne sont pas représentés. Ils peuvent être de même nature que ceux de la bobine 11. La figure 5 représente en coupe une variante de la bobine 11 enroulée autour de la branche 36 et permettant d'augmenter une dimension caractéristique d'une section d'une des bobines 11 ou 37 tout en conservant le jeu fonctionnel 40 nécessaire au roulage de la seconde bobine. Pour la première bobine à être enroulée sur le circuit magnétique 12, par exemple la bobine 11, le dispositif comprend trois cales 43, 44 et 45 s'appuyant respectivement contre trois des faces planes du circuit magnétique 12, respectivement 12a, 12b, 12c. Les cales 43, 44 et 45 peuvent être semblables aux cales 30 représentées sur la figure 3. II n'y a pas de cale sur la face 12d. Le caniveau 24 comprend un détourage 46 intérieur de façon à permettre une translation du caniveau 24 par rapport au circuit magnétique 12 pour rapprocher la quatrième face plane 12d du circuit magnétique 12 et le caniveau 24 à l'intérieur du détourage 46. Cette translation permet d'écarter temporairement la bobine 11 de la branche 38, le temps de réaliser le roulage de la seconde bobine 37. Une fois ce second roulage effectué, on positionne la bobine 37 de façon à ce qu'une de ses surfaces planes extérieures soit en regard de la bobine 11, puis on effectue la translation inverse de la bobine 11 de façon à recentrer la bobine 11 autour de sa branche 36. On peut ainsi réduire l'encombrement d'un transformateur comprenant plusieurs bobines. La figure 6 représente la section d'une variante de circuit magnétique 12. Dans cette variante, les angles de la section carrée du circuit magnétique ont été cassés. Cette variante permet de réduire le volume occupé par une bobine entourant le circuit magnétique 12. Les angles cassés permettent de réduire le diamètre d'enroulement des spires de la bobine 11. La surface intérieure des cales 30 ou des cales 43, 44 et 45 sont bien entendu adaptées à cette section à angles cassés. Lorsque le circuit magnétique 12 est formé d'un assemblage de tôles plates, pour casser les angles, on peut réaliser le circuit magnétique en assemblant seulement deux types de tôles différentes. Un premier type de tôles 47 est le type de tôle utilisé pour une section carrée sans angle cassé. Un second type de tôles 48 présente une largeur réduite, au niveau de la branche considérée, par rapport celle du premier type. On assemble dans la partie centrale du circuit magnétique 12 plusieurs tôles 47 du premier type. Cet assemblage est ensuite pris en sandwich entre deux paquets de tôles 48 du second type. Les tôles 47 et 48 ont toutes, une fois assemblées un même axe de symétrie 50 perpendiculaire au plan des tôles 47 et 48. REVENDICATIONS1. Dispositif de roulage de bobine (11, 37) électromagnétique formée à partir d'un conducteur électrique en feuille (21) autour d'un circuit magnétique (12) fermé, caractérisé en ce que le circuit magnétique (12) est sans entrefer, en que le dispositif comprend plusieurs parties de caniveaux (24a, 24b) assemblées solidairement autour du circuit magnétique (12) pour former un caniveau (24) et des moyens d'entrainement en rotation du caniveau (24) autour du circuit magnétique (12) de façon à enrouler et ranger le conducteur électrique en feuille (21) dans le caniveau (24). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique (12) est formé d'un assemblage de tôles plates (47, 48). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit magnétique (12) a une section carrée formant quatre faces planes (12a, 12b, 12c, 12d) s'appuyant chacune sur une des arrêtes de la section carrée, en que le dispositif comprend plusieurs cales (30) ayant une surface plane (31) s'appuyant contre une des faces planes (12a, 12b, 12c, 12d) du circuit magnétique (12) et une surface arrondie (32) sur laquelle glisse le caniveau (24) lors de sa rotation. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les angles de la section carrée sont cassés. 5. Dispositif selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le circuit magnétique (12) comprend un assemblage de deux types de tôles, en ce qu'un premier paquet de tôles (47) du premier type forme une partie centrale du circuit magnétique (12) et en ce que la partie centrale est prise en sandwich entre deux paquets de tôles (48) du second type présentant une largeur inférieure à la largeur des tôles du premier type (47). 6. Dispositif selon l'une quelconques des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le dispositif comprend trois cales (43, 44, 45) s'appuyant respectivement contre trois des faces planes (12a, 12b, 12c) du circuit magnétique (12) et en ce que le caniveau (24) comprend un détourage(46) intérieur de façon à permettre une translation du caniveau (24) par rapport au circuit magnétique (12) pour rapprocher la quatrième face plane (12d) du circuit magnétique (12) du caniveau à l'intérieur du détourage (46). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit magnétique (12) comprend plusieurs branches (36, 38) portant chacune une bobine (11, 37) enroulée chacune autour d'une des branches (37, 38) et en ce que la translation du caniveau (24) d'une première bobine (11) permet d'écarter cette première bobine (11) d'une autre bobine (37) durant le roulage de la deuxième bobine (37). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'entrainement en rotation du caniveau (24) autour du circuit magnétique (12) comprennent plusieurs parties de pignons (28a, 28b) solidaires chacun d'une des parties de caniveau (28a, 28b).