Brevet FR2982702A1 — publié le 20130517

Circuit magnétique La présente invention concerne le domaine des circuits magnétiques. Plus particulièrement, la présente invention concerne un circuit magnétique comprenant une surface de support s'étendant le long d'au moins une ligne et des spires de fil conducteur bobiné autour de ladite surface de support, lesdites spires se succédant le long de la ligne. Il existe globalement deux techniques pour bobiner un circuit magnétique : le bobinage linéaire et le bobinage torique. Selon la technique de bobinage linéaire, le bobinage s'effectue sur la surface de support, qui tourne sur elle-même, entraînée par un mandrin qui la traverse en son centre.. Le fil est guidé de bout en bout, étant tiré et enroulé de façon perpendiculaire à l'axe de rotation de la surface de support. Plusieurs surfaces de support peuvent être entraînées par le même mandrin. Ce type de bobinage est très rapide et nécessite peu de main d'ceuvre. Il permet un bobinage de très bonne qualité, avec des spires bien parallèles, sauf dans le cas de surfaces arrondies. Dans la technique de bobinage torique utilisée principalement pour des supports fermés sur eux-mêmes comme des tores, des anneaux, mais aussi sur des supports de forme arrondie (par exemple les pinces ampèremètriques.), le bobinage est réalisé sur la surface de support en rotation (pour des anneaux fermés) ou transversalement (quand la partie à bobiner est localisée). Selon cette technique, le fil est chargé sur une navette. Puis la navette tourne autour de la surface de support à bobiner pendant le déplacement (en rotation pour un circuit fermé torique, en translation seulement pour une zone de bobinage limitée) de la surface de support. Ce type de bobinage a de nombreux inconvénients : temps de bobinage important, le coût des machines nécessaires (un bobinage réalisé par machine), mais il est toutefois le seul réalisable pour bobiner un circuit fermé et le seul à donner de bons résultats pour une surface arrondie. Des contraintes liées à l'encombrement imposent fréquemment d'utiliser des circuits magnétiques nécessitant un bobinage d'une portion non-droite, fermée ou non. Ce bobinage est généralement réalisé par une machine à bobinage torique, pour les raisons exposées plus haut. Pour pallier les inconvénients du bobinage torique dans le cas de circuits fermés, une technique a été décrite par exemple dans le document JP 5 159 956, permettant un bobinage linéaire sur certaines parties d'un circuit fermé. Toutefois, elle ne permet pas un bobinage linéaire, avec une bonne qualité, de parties en forme d'arcs de cercle par exemple. A cet effet, suivant un premier aspect, l'invention a pour objet un circuit magnétique du type précité, caractérisé en ce que ladite surface de support comporte au moins une partie s'étendant le long de la ligne, en contact avec le fil conducteur, et présentant un profil sensiblement en forme d'escalier. Un tel circuit magnétique a pour avantage, grâce à la forme en escalier présentée le long de la surface de support, de permettre un bobinage linéaire de bonne qualité de cette surface, même lorsque la surface à bobiner est en arc de cercle. Dans des modes de réalisation, le circuit magnétique suivant l'invention comporte en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la surface de support comporte une extrémité ouverte, - des spires successives sont en contact avec des marches distinctes du profil en forme d'escalier, - la ligne est une ligne courbe, - la surface de support comporte à l'opposé de ladite partie, au moins une autre partie, en contact avec le fil conducteur, et présentant également un profil sensiblement en forme d'escalier, - la surface de support comporte deux éléments distincts assemblés l'un à l'autre autour d'un noyau, chaque élément comportant au moins une partie s'étendant le long de la ligne, en contact avec le fil conducteur, et présentant un profil sensiblement en forme d'escalier, - les deux éléments sont assemblés par clipsage, et - les deux éléments sont sensiblement symétriques. Suivant un deuxième aspect, l'invention a pour objet un transformateur électrique comportant un circuit magnétique suivant le premier aspect de l'invention incluant le support bobiné par le fil conducteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures sont données à titre illustratif, mais nullement limitatif de l'invention. Ces figures sont les suivantes : - la figure 1 est une vue de face d'un support à bobiner dans un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue de côté du support de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de face d'un circuit magnétique comprenant le support représenté en figures 1 et 2, monté sur un noyau ; - la figure 4 est une vue en perspective du circuit magnétique de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue d'un circuit magnétique dans un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique de la figure 5; - la figure 7 est une vue d'un circuit magnétique dans un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 8 est une vue du circuit magnétique de la figure 7 maintenu par un mandrin de bobinage. La figure 1 et la figure 2 sont respectivement une vue de face et une vue de côté d'un support 1 dans un premier mode de réalisation de l'invention. Le support 1 comporte une partie centrale creuse 2 non droite présentant un logement 14. Dans le cas présent, cette partie centrale 2 décrit dans le plan de la figure 1 un arc de cercle. Elle est délimitée par deux extrémités latérales 3, 4, une extrémité supérieure 5 et une extrémité inférieure 6. Le support 1 s'étend dans le plan de la figure 1 sensiblement entre une première ligne L1 en arc de cercle au niveau de l'extrémité supérieure 5 et une deuxième ligne L2 en arc de cercle au niveau de l'extrémité inférieure 6. Dans un mode de réalisation, le rayon de l'arc de cercle décrit par la ligne L1 est par exemple de 21,75 cm et le rayon de l'arc de cercle décrit par la ligne L2 est par exemple de 27,25 cm . Dans le mode de réalisation considéré, l'extrémité supérieure 5 présente dans le plan de la figure 1 un profil sensiblement en forme d'escalier suivant la ligne L1, avec des marches se succédant le long de la courbe L1. Similairement, l'extrémité inférieure 6 présente dans le plan de la figure 1 un profil sensiblement en forme d'escalier suivant la ligne L2, avec des marches se succédant le long de la courbe L2. Les profils présentés par les extrémités inférieure et supérieure 6, 5 peuvent être similaires, symétriques ou non. Les marches peuvent être de longueur égale le long de la ligne L1 ou L2, ou non. Dans des modes de réalisation, seule l'une des extrémités inférieure 6 et supérieure 5 comporte un profil en marches d'escalier. Dans un mode de réalisation, un fil conducteur est bobiné autour de la partie centrale 2 du support 1 représenté en figure 1, à l'aide d'une technique de bobinage linéaire. Le fil est enroulé autour de la partie centrale 2 du support, le fil se présentant perpendiculairement au plan de la partie centrale 2 du support, les spires se succédant le long de chaque ligne L1 et/ou de la ligne L2. Des spires successives sont en contact avec des marches distinctes d'escalier présentées par l'extrémité inférieure 6, respectivement l'extrémité supérieure 5 Les spires ainsi constituées reposent sur les marches d'escalier, ce qui réduit le risque de glissement . En comparaison, un support courbe ne comportant pas de marches d'escalier entraînerait le glissement des spires vers le milieu de la partie centrale. Dans un mode de réalisation, les marches d"escalier sont planes. Dans un autre mode de réalisation, elles sont concaves. Dans un mode de réalisation, le support 1 est en matière isolante, par exemple du plastique. La figure 3 et la figure 4 représentent respectivement une vue de face et une vue en perspective d'un circuit magnétique 10 comprenant un noyau (circuit fer) présentant une partie 11 courbe sensiblement en arc de cercle et un support 1 tel que considéré précédemment en référence aux figures 1 et 2. La partie courbe 11 du noyau est encastrée dans le logement 14 du support 1, par exemple suite à une opération de montage du support 1 autour de la partie courbe 11 par glissement de l'un sur l'autre. Sur la figure 5 et la figure 6, respectivement une vue de face et une vue en perspective éclatée, d'un circuit magnétique dans un deuxième mode de réalisation de l'invention sont représentées. Dans ce mode de réalisation, le support de bobinage en plastique est formé de 2 pièces symétriques qui s'emboîtent l'une dans l'autre autour du circuit magnétique. Elles sont maintenues entre elles par exemple par des clips. Plus précisément, dans le mode de réalisation représenté en figure 5, le circuit magnétique 20 comporte un noyau 19, qui présente une partie courbe 21 sensiblement en arc de cercle. Le circuit magnétique 20 comporte en outre deux éléments de support 22a et 22b adaptés pour être assemblés l'un à l'autre par clipsage autour de la partie courbe 21 du noyau 19 de manière à enserrer et revêtir cette partie courbe 21. Le support de bobinage formé de l'emboîtement l'un dans l'autre de chaque élément de support 22a, 22b présente des caractéristiques similaires à celles du support 1 décrit en référence à la figure 1. Ainsi, l'élément de support 22a présente dans la plan de la figure 5 une forme courbe, sensiblement similaire à celle de la partie 21 du noyau 19 et s'étend dans ce plan sensiblement entre une première ligne L11 en arc de cercle au niveau de l'extrémité supérieure 51 et une deuxième ligne L21 en arc de cercle au niveau de l'extrémité inférieure 61. Dans le mode de réalisation considéré, l'extrémité supérieure 51 présente dans le plan de la figure 1 un profil sensiblement en forme d'escalier le long de la ligne courbe L11, avec des marches se succédant le long de cette courbe L11. Similairement, l'extrémité inférieure 61 présente dans le plan de la figure 3 un profil sensiblement en forme d'escalier suivant la ligne courbe L21, avec des marches se succédant le long de cette courbe L21. Les profils présentés par les extrémités 51, 61 peuvent être similaires, symétriques ou non. Les marches peuvent être de longueur égale le long de la ligne L1 ou L2, ou non. Dans des modes de réalisation, seule l'une des extrémités inférieure 61 et supérieure 51 comporte un profil en marches d'escalier. L'élément de support 22b présente des caractéristiques semblables aux caractéristiques décrites ci-dessus en référence à la figure 3 et relatives à l'élément de support 22a. Sur la figure 5, les deux éléments de support 22a et 22b sont solidarisés l'un à l'autre par un système de clipsage dans lequel des tétons 26 sur chacun des éléments de support 22a et 22b sont assemblés par montage assez serré dans des logements correspondants 27 leur faisant face sur l'autre élément de support lors de l'assemblage des deux éléments de support. D'autres techniques pour solidariser ces deux éléments peuvent bien sûr être mise en oeuvre. Un fil conducteur est ensuite bobiné autour des éléments de support 22a, 22b enserrant la partie 21 du noyau, créant des spires 25. Les extrémités en escalier des éléments de support offrent un support stable aux spires, dont le risque de glissement est ainsi limité. Dans le cas où le circuit magnétique 20 n'est pas fermé, le bobinage des spires 25 peut être réalisé à l'aide d'une technique de bobinage linéaire, en entraînant en rotation le circuit magnétique 20 à l'aide d'un outil. Un tel circuit magnétique permet d'obtenir un bobinage de bonne qualité, épousant au mieux la forme du noyau. Les pertes magnétiques sont diminuées, augmentant ainsi l'efficacité du circuit magnétique 20. Dans un mode de réalisation, le noyau 19 est réalisé en matériau électriquement conducteur, par exemple en métal ou en tôle magnétique et les parties de support 22a et 22b sont réalisées en matériau isolant, par exemple en plastique. Dans un mode de réalisation, le circuit magnétique 20 représente la moitié d'un transformateur de courant. Un tel transformateur de courant, par exemple un capteur ouvrant, comporte par exemple un autre circuit magnétique de façon à compléter le demi- arc de cercle formé par le circuit 20 par cet autre circuit magnétique formant un demi-arc de cercle symétrique, de façon à former un anneau dans le plan de la figure 5 et des moyens de charnière pour solidariser les deux circuits en un anneau et pour ouvrir cet anneau pour laisser passer au sein de l'anneau un câble parcouru par un courant à mesurer. Dans un autre mode de réalisation représenté en figure 7, le circuit magnétique 30 comprend un noyau 31 similaire au noyau 19 de la figure 3. Ce noyau 31 comprend une partie en arc de cercle 32 similaire à la partie 21 du noyau 19. Toutefois, dans le mode de réalisation représenté en figure 7, le profil en escalier destiné à supporter les spires bobinées 35 n'est pas fourni par des éléments de supports additionnels venant enserrer le noyau, mais est présenté directement par le noyau 31. Ainsi, dans le cas présent, l'extrémité supérieure 52 délimitant le noyau 31 présente dans le plan de la figure 7 un profil sensiblement en forme d'escalier le long d'une ligne courbe, avec des marches se succédant le long de cette courbe. L'intérêt de ce mode de réalisation est de réduire l'encombrement du circuit magnétique. Dans un mode de réalisation, le noyau 31 en tôle magnétique est garni d'un revêtement, par exemple une peinture époxy, de manière à protéger le fil de bobinage de coupures infligées par la tôle magnétique, très coupante. Dans la mesure où le circuit magnétique 31 n'est pas fermé, le bobinage des spires 35 peut être réalisé à l'aide d'une technique de bobinage linéaire, en entraînant en rotation le circuit magnétique 20 autour de l'axe XX à l'aide d'un outil. Par exemple, comme représenté en perspective sur la figure 8, pour réaliser un tel bobinage, un mandrin de bobinage 40 maintient le circuit magnétique 31 à l'aide de deux mâchoires 41, 42 situées de part et d'autre du circuit magnétique 31, et d'une goupille de maintien 43 introduite dans des logements respectifs correspondants des mâchoires 41, 42 et du noyau 31. Le mandrin de bobinage 40 est entraîné en rotation autour de l'axe XX, par une machine rotative, non représentée. Dans les figures ci-dessus, on notera que seules quelques spires de bobinage ont été représentées. Ainsi l'invention s'applique à tout produit comportant un circuit magnétique nécessitant un bobinage, en particulier un circuit magnétique non-fermé nécessitant un bobinage dans une zone non-droite REVENDICATIONS1. Circuit magnétique comprenant une surface de support s'étendant le long d'au moins une ligne et des spires de fil conducteur bobiné autour de ladite surface de support, lesdites spires se succédant le long de la ligne, le circuit magnétique étant caractérisé en ce que ladite surface de support comporte au moins une partie s'étendant le long de la ligne, en contact avec le fil conducteur, et présentant un profil sensiblement en forme d'escalier. 2. Circuit magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface de support comporte une extrémité ouverte. 3. Circuit magnétique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel des spires successives sont en contact avec des marches distinctes du profil en forme d'escalier. 4. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la ligne est une ligne courbe. 5. Circuit magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la surface de support comporte à l'opposé de ladite partie, au moins une autre partie, en contact avec le fil conducteur, et présentant également un profil sensiblement en forme d'escalier. 6. Circuit magnétique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la surface de support comporte deux éléments distincts assemblés l'un à l'autre autour d'un noyau, chaque élément comportant au moins une partie s'étendant le long de la ligne, en contact avec le fil conducteur, et présentant un profil sensiblement en forme d'escalier. 7. Circuit magnétique selon la revendication 6, dans lequel les deux éléments sont assemblés par clipsage. 8. Circuit magnétique selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les deux éléments sont sensiblement symétriques. 9. Transformateur électrique comportant un circuit magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes incluant le support bobiné par le fil conducteur.5