Brevet FR3063567A1 — publié le 20180907

COMPOSANT MAGNETIQUE ET CONVERTISSEUR DE TENSION LE COMPRENANT La présente invention concerne un composant magnétique, tel que par exemple une inductance ou un transformateur opérant à hautes fréquences. L'invention concerne aussi un convertisseur de tension comprenant le composant magnétique. En particulier, le convertisseur de tension est configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile. La figure 1 illustre un exemple de composant magnétique 1 connu. Typiquement, dans le composant magnétique 1, on utilise un entrefer e pour stocker de l'énergie magnétique. Un tel entrefer e est généralement obtenu en aménageant un espace entre deux barreaux 2a, 2b du noyau magnétique 2. Dans l'entrefer e, le champ magnétique n'est pas uniformément rectiligne d'un barreau à l'autre, mais il est déformé sur les bords. Généralement, une bobine 3 est enroulée le long des deux barreaux 2a, 2b. Le courant circulant dans la bobine 3 est alors perturbé par la déformation du champ magnétique de l'entrefer e : le champ magnétique issu de l'entrefer attire le courant circulant dans la bobine 3 vers l'entrefer, ce qui augmente la densité du courant au niveau de la périphérie de la bobine proche de l'entrefer, c'est-à-dire au niveau des portions de conducteur proches de l'entrefer, et augmente les pertes dans la bobine 3. 11 est donc recherché un moyen pour limiter les effets de l'entrefer sur le courant circulant dans la bobine du composant magnétique. À cet effet l'invention concerne un composant magnétique comprenant : - un noyau magnétique et - au moins un enroulement d'un fil conducteur enroulé autour d'une portion du noyau magnétique, dans lequel le noyau magnétique comprend une première partie et une deuxième partie qui s'emboitent l'une avec l'autre et qui sont fixes l'une par rapport à l'autre ; la première partie comprenant un bras formant un contact mâle introduit dans un socle, formant un contact femelle et situé dans la deuxième partie, la paroi du bras étant à distance de la paroi interne du socle ; le noyau magnétique comprenant un entrefer formé par l'espace entre la paroi du bras et la paroi interne du socle. Dans le composant selon l'invention, l'entrefer est donc situé radialement entre le bras et socle. L'agencement du composant magnétique selon l'invention permet de limiter les fuites dues à l'entrefer. Ainsi, l'enroulement n'est pas perturbé par le champ magnétique circulant dans l'entrefer, ce qui permet de limiter les pertes dans les portions de conducteur proches de l'entrefer. Selon un mode de réalisation, un matériau isolant électrique et amagnétique est rapporté dans l'entrefer. L'apport dudit matériau permet de garantir l'épaisseur de l'entrefer, surtout dans une application automobile où le noyau magnétique peut être soumis à des vibrations. Selon un mode de réalisation, l'entrefer peut être laissé libre de matière. Par exemple, l'espace de l'entrefer peut être rempli par de l'air. Cela peut être en particulier le cas pour des applications non automobiles où le composant magnétique n'est pas sujet à vibrations. 3063567 2 Cela peut aussi être le cas, si l'on peut garantir que l'espace de l'entrefer ne variera pas à cause de vibrations, par exemple en maintenant fixes les deux parties. Selon un mode de réalisation, une des parties du noyau a une section en forme de « E », le contact male-femelle étant formé par l'imbrication du bras central de la dite section en 5 forme de « E » avec la partie correspondante de l'autre partie du noyau. En particulier, l'autre partie a une section en forme de « T », le pied de la section en forme de « T » venant s'imbriquer avec le bras central de la section en forme de « E » de la première partie. Selon un mode de réalisation, le composant magnétique comprend un premier et un deuxième enroulements, le premier enroulement formant un circuit primaire enroulé autour 10 dudit socle et le deuxième enroulement formant un circuit secondaire enroulé autour d'au moins un bras latéral de ladite section en forme de « E » ou autour dudit socle. Selon un mode de réalisation, le bras formant contact mâle est en forme de cylindre, et le socle forme un volume cylindrique recevant ledit bras. Selon un mode de réalisation, le bras formant contact mâle est en forme de 15 parallépipède, et le socle forme un volume parallépipédique recevant ledit bras. L'invention concerne en outre, un convertisseur de tension destiné à convertir une première tension en une deuxième tension comprenant : - un composant magnétique selon l'invention, - des interrupteurs semiconducteurs configurés pour convertir la première tension en la 20 deuxième tension par l'intermédiaire dudit composant magnétique. L'invention sera mieux comprise en faisant référence aux dessins, dans lesquels : - la figure 1 déjà commentée illustre un exemple de composant magnétique selon l'art antérieur ; 25 - les figures 2 à 6 illustrent des exemples de composant magnétique selon l'invention. La figure 2 illustre un premier exemple de composant magnétique 10 selon un mode de réalisation. Le composant magnétique 10 comprend un noyau magnétique 100 qui comporte une 30 première partie 101 et une deuxième partie 102 qui s'emboitent l'une avec l'autre et sont fixes l'une par rapport à l'autre. Un bras 101a de la première partie 101 forme un contact mâle. La deuxième partie 102 comprend un socle 102a formant un contact femelle. Le bras 101a s'introduit dans le socle 102a pour former le noyau 10 comme illustré par exemple en figure 3. 35 La figure 4 représente une vue de coupe du composant magnétique 10 illustré en figure 2 et 3. En s'emboitant l'un dans l'autre, le bras 101a et le socle 102a forment un entrefer E. En effet, le bras 101a et le socle 102a restent à distance l'un de l'autre. Il n'y a pas de contact entre la paroi périphérique du bras 101a et la paroi interne du socle 102a. Ainsi, l'espace entre la paroi du bras 101a et la paroi interne du socle 102a forme l'entrefer E du 40 noyau magnétique 100. L'entrefer E s'étend radialement entre le bras 101a et le socle 102a. Des lignes de champs magnétiques Cl, C2, C3, C4 parcourant le noyau magnétique 100 sont illustrés en figure 4. Grâce à l'agencement du bras 101a et du socle 102a, le courant circulant dans l'enroulement 150 du composant magnétique 10 n'est pas perturbé par des 3063567 3 déformations du champ magnétique causés par l'entrefer, en particulier lorsque l'enroulement 150 est formé sur et autour du socle 102a. En outre, cet agencement du bras 101a et du socle 102a permet un entrefer E plus grand que dans l'art antérieur. Dans le composant magnétique 10, l'entrefer E est formé par deux 5 entrefers : un premier entrefer El entre la paroi latérale du bras 101a et la paroi latérale interne du socle 102a ; et un deuxième entrefer E2 entre la paroi extrémale du bras 101a et le fond du socle 102a. Ainsi, la reluctance magnétique due à l'entrefer E est plus faible que dans l'art antérieur. Le composant magnétique 10 peut comprendre un matériau isolant électrique et 10 amagnétique rapporté dans l'entrefer E, pour une isolation entre le bras 101a et le socle 102b à la place de l'air. En particulier, le matériau peut aider au centrage du bras 101a lors de son introduction dans le socle 102a. Le matériau peut aussi garantir que la partie mâle 101a et la partie femelle 102a ne bougeront pas l'une par rapport à l'autre, notamment en s'assurant que le bras 101a se monte en force dans le socle 102a. Cependant, ce matériau n'est pas 15 nécessaire, si l'on peut garantir que les deux parties 101a, 102a ne bougeront pas l'une par rapport à l'autre une fois montés ensemble. Le composant magnétique 100 peut comprendre un troisième entrefer E3 entre la paroi 101b de la première partie 101 depuis laquelle s'étend le bras 101a, et l'extrémité du socle 102a. Ce troisième entrefer E3 permet de ne pas court-circuiter l'entrefer E entre le bras 20 101a et le socle 102a. Le champ magnétique dans ce troisième entrefer E3 peut perturber la circulation du courant dans l'enroulement 150, cependant dans une moindre mesure que dans l'art antérieur. Notamment, la deuxième partie 102 du noyau 10 a une section en forme de « E » et la deuxième partie (101) a une section en forme de «T ». Le contact mâle-femelle est formé 25 par l'imbrication du bras central 102a de la section en forme de « E » avec le bras 101a de la première partie 101. Dans cet exemple, le socle 102a forme donc le bras central de la section en forme de « E ». Cependant, les bras latéraux 102c, 102d de la forme en « E » pourraient être dans la première partie 101 au lieu de la deuxième partie 102. Le bras 101a destiné à venir dans le socle 102a forme alors le bras central de la section en forme de « E ». 30 Le composant magnétique 10 illustré en figures 2 à 4 réalise notamment une inductance magnétique. Dans l'exemple illustré en figure 5, le composant magnétique 10 comprend en outre un deuxième enroulement 152. En particulier, cet exemple de composant magnétique 10 forme un transformateur. Le premier enroulement 150 forme un circuit primaire enroulé autour du socle 102b et le deuxième enroulement 152 forme un circuit secondaire enroulé 35 autour d'un des bras latéraux 102c. Dans les exemples illustrés en figures 2 à 5, le bras 101a est en forme de parallépipède, et le socle 102a forme un volume parallépipédique. Cependant, la forme du composant magnétique pourrait être différente. Dans l'exemple illustré en figure 6, le bras 101a est en forme de cylindre, et le socle 102a forme un volume cylindrique recevant le bras 101a. 40 En particulier, le composant magnétique 10 peut avoir une forme générale rectangulaire comme par exemple dans les figures 1 à 5, ou une forme générale cylindrique comme par exemple illustré en figure 6. 3063567 4 Les exemples de composant magnétiques 10 peuvent être utilisés dans un convertisseur de tension destiné à convertir une première tension en une deuxième tension. A cet effet, le convertisseur de tension comprend en outre des interrupteurs semiconducteurs configurés pour convertir la première tension en la deuxième tension par l'intermédiaire du composant 5 magnétique 10. En particulier, le convertisseur de tension est particulièrement adapté pour un fonctionnement à haute fréquence, c'est-à-dire une fréquence de fonctionnement supérieure à 1MHz, notamment comprise entre 1MHz et 5MHz. En particulier, une telle gamme de fréquence de fonctionnement est possible avec des interrupteurs semiconducteurs réalisés en carbure de silicium (SiC) ou en nitrure de gallium (GaN). 10 REVENDICATIONS1. Composant magnétique (10) comprenant : - un noyau magnétique (100) et - au moins un enroulement (150) d'un fil conducteur enroulé autour d'une portion du noyau magnétique (100), dans lequel le noyau magnétique (100) comprend une première partie (101) et une deuxième partie (102) qui s'emboitent l'une avec l'autre et qui sont fixes l'une par rapport à l' autre ; la première partie (101) comprenant un bras (101a ) formant un contact mâle introduit dans un socle (102a), formant un contact femelle et situé dans la deuxième partie (102), la paroi du bras (101a) étant à distance de la paroi interne du socle (102a) ; le noyau magnétique (100) comprenant un entrefer (E) formé par l'espace entre la paroi du bras (101a) et la paroi interne du socle (102a). 2. Composant magnétique (10) selon la revendication 1, dans lequel un matériau isolant électrique et amagnétique est rapporté dans l'entrefer (E). 3. Composant magnétique (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une (102) des parties du noyau a une section en forme de «E », le contact male-femelle étant formé par l'imbrication du bras central de la dite section en forme de « E » avec la partie correspondante de l'autre partie (101) du noyau. 4. Composant magnétique (10) selon la revendication précédente, comprenant un premier (150) et un deuxième (152) enroulements, le premier enroulement (150) formant un circuit primaire enroulé autour dudit socle (102a) et le deuxième enroulement (152) formant un circuit secondaire enroulé autour d'au moins un bras latéral (102c) de ladite section en forme de «E » ou autour dudit socle (102a). 5. Composant magnétique (10) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le bras (101a) formant contact mâle est en forme de cylindre, et le socle (102a) forme un volume cylindrique recevant ledit bras (101a). 6. Composant magnétique (10) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le bras (101a) formant contact mâle est en forme de parallépipède, et le socle (102a) forme un volume parallépipédique recevant ledit bras (101a). 7. Convertisseur de tension destiné à convertir une première tension en une deuxième tension comprenant : - un composant magnétique (10) selon l'une des revendications précédentes, - des interrupteurs semiconducteurs configurés pour convertir la première tension en la deuxième tension par l'intermédiaire dudit composant magnétique (10).