FR3089676A1 - ELECTROMAGNETIC INDUCTION DEVICE - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’induction électromagnétique (100) comprenant :- un noyau (200) comprenant une jambe principale (210) s’étendant entre deux extrémités, et une section secondaire (220) reliant les deux extrémités (211, 212) de la jambe principale (210) ;- deux bobinages, primaire (300) et secondaire (400), enroulés sur des portions distinctes de la jambe principale (210), le bobinage primaire (300) étant susceptible de produire un flux magnétique, dit flux inducteur, destiné à traverser le bobinage secondaire (400),- le noyau (200) comprend en outre des moyens de prélèvement, formant au moins une languette (230) qui s’étend à partir de la section secondaire (220) et s’interpose entre le bobinage principal et le bobinage secondaire (400), les moyens de prélèvement prélevant une partie du flux magnétique, dit flux prélevé, de sorte que ledit flux prélevé soit soustrait au flux inducteur traversant le second bobinage, et reboucle dans le premier bobinage. Figure pour l’abrégé : figure 4A.The invention relates to an electromagnetic induction device (100) comprising: - a core (200) comprising a main leg (210) extending between two ends, and a secondary section (220) connecting the two ends (211, 212 ) of the main leg (210); - two windings, primary (300) and secondary (400), wound on separate portions of the main leg (210), the primary winding (300) being capable of producing a magnetic flux, said inductive flux, intended to pass through the secondary winding (400), - the core (200) further comprises sampling means, forming at least one tongue (230) which extends from the secondary section (220) and is interposed between the main winding and the secondary winding (400), the sampling means taking a part of the magnetic flux, known as the sampled flux, so that said sampled flux is subtracted from the inductive flux passing through the second coil, and loops back into the first winding. Figure for the abstract: Figure 4A.
Description
DescriptionDescription
Titre de l’invention : DISPOSITIF D’INDUCTION ELECTROMAGNETIQUETitle of the invention: ELECTROMAGNETIC INDUCTION DEVICE
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention concerne un dispositif d’induction électromagnétique.The present invention relates to an electromagnetic induction device.
[0002] Plus particulièrement, la présente invention concerne un dispositif d’induction électromagnétique qui comprend des moyens de prélèvement conférant à un bobinage primaire un comportement de deux inductances en série.More particularly, the present invention relates to an electromagnetic induction device which comprises sampling means giving a primary winding the behavior of two inductors in series.
[0003] Le dispositif d’induction électromagnétique selon la présente invention est avantageusement mis en œuvre dans un transformateur de puissance, notamment un transformateur de puissance dans le domaine automobile, et plus particulièrement pour la charge des véhicules automobiles électriques.The electromagnetic induction device according to the present invention is advantageously implemented in a power transformer, in particular a power transformer in the automotive field, and more particularly for charging electric motor vehicles.
Technique antérieurePrior art
[0004] On observe depuis quelques années, un essor important des véhicules électriques.In recent years, there has been a significant boom in electric vehicles.
[0005] Ces derniers mettent en œuvre une batterie qui délivre la puissance nécessaire à la traction du véhicule, et dont la charge est effectuée lors de phase du véhicule considéré.These implement a battery which delivers the power necessary for the traction of the vehicle, and the charge of which is carried out during the phase of the vehicle in question.
[0006] Cette charge, exécutée au niveau de bornes de chargement qui délivrent un courant alternatif, nécessite l’emploi d’un convertisseur AC-DC.This charge, carried out at charging terminals which deliver alternating current, requires the use of an AC-DC converter.
[0007] Toutefois, compte tenu du volume que ces derniers sont susceptibles d’occuper dans les bornes de chargement, les constructeurs envisagent de les intégrer dans les véhicules automobiles.However, given the volume that they are likely to occupy in the charging stations, manufacturers are considering integrating them into motor vehicles.
[0008] Cette solution permet d’envisager un interfaçage du convertisseur AC-DC avec l’électronique embarqué du véhicule automobile.This solution allows to consider interfacing the AC-DC converter with the on-board electronics of the motor vehicle.
[0009] Plus particulièrement, un échange d’informations, par des moyens de communication adaptées, peut être mis en œuvre entre le convertisseur AC-DC et les différentes organes du véhicule et notamment le système de gestion de la batterie.More particularly, an exchange of information, by suitable means of communication, can be implemented between the AC-DC converter and the various components of the vehicle and in particular the battery management system.
[0010] Le convertisseur AC-DC peut bénéficier de la connectivité avec l’extérieur pour assurer divers services tels que le « smart charging », le positionnement géographique pour adapter le « grid code », ...The AC-DC converter can benefit from connectivity with the outside to provide various services such as "smart charging", geographic positioning to adapt the "grid code", ...
[0011] Il est donc préférable que les convertisseurs AC-DC répondent à des contraintes spécifiques et notamment présentent un volume réduit, par exemple en mettant en œuvre un noyau magnétique fonctionnant à relativement haute fréquence.It is therefore preferable that the AC-DC converters meet specific constraints and in particular have a reduced volume, for example by implementing a magnetic core operating at relatively high frequency.
[0012] Il est également envisagé de rendre les convertisseurs AC-DC bidirectionnels et ainsi ouvrir la voie à un stockage de et/ou une distribution d’énergie par la ou les batteries des véhicules électriques.It is also envisaged to make the AC-DC converters bidirectional and thus pave the way for storage of and / or distribution of energy by the battery or batteries of electric vehicles.
[0013] Un tel agencement permettrait alors de pallier, en partie, les insuffisances du réseau électrique sur lequel lesdits véhicules sont connectés lors de phases de surproduction d’énergie et/ou de pics de consommation.Such an arrangement would then overcome, in part, the shortcomings of the electrical network to which said vehicles are connected during phases of overproduction of energy and / or consumption peaks.
[0014] Un convertisseur AC-DC bidirectionnel nécessite toutefois un agencement particulier permettant de le rendre plus silencieux.A bidirectional AC-DC converter, however, requires a special arrangement to make it quieter.
[0015] Enfin, l’agencement proposé doit également répondre à une problématique de rendement de manière à limiter les pertes électriques lors de la conversion du courant.Finally, the proposed arrangement must also address a performance issue so as to limit the electrical losses during the conversion of the current.
[0016] A ces fins, au moins deux topologies de convertisseurs (décrites dans le document [1] cité à la fin de la description) dites, respectivement, de type LLC (convertisseur résonnant illustré à la figure 1) et de type DAB (pour « Dual Active Bridge », illustré à la figure 2) ont pu être proposées.For these purposes, at least two topologies of converters (described in the document [1] cited at the end of the description) said, respectively, of LLC type (resonant converter illustrated in FIG. 1) and of DAB type ( for "Dual Active Bridge", illustrated in figure 2) could be proposed.
[0017] La topologie LLC est notamment basée sur l’intégration d’un étage de type résonant (« resonant tank » selon la terminologie anglo-saxonne), et comprend un transformateur associé à des condensateurs, de capacité 2C et des inductances montées en « série ».The LLC topology is notably based on the integration of a resonant type stage (“resonant tank” according to English terminology), and includes a transformer associated with capacitors, of capacity 2C and inductances mounted in "Series".
[0018] Les inductances et les condensateurs sont ajustés pour fonctionner en résonnance à une fréquence proche de la fréquence nominale de commutation des commutateurs.The inductors and the capacitors are adjusted to operate in resonance at a frequency close to the nominal switching frequency of the switches.
[0019] Le transformateur est également agencé pour permettre l’isolation galvanique des circuits d’entrée et de charge, et l’adaptation de la valeur de tension appliquée aux bornes de la charge.The transformer is also arranged to allow galvanic isolation of the input and load circuits, and the adaptation of the voltage value applied to the terminals of the load.
[0020] Il comprend notamment un bobinage primaire et un bobinage secondaire formés autour d’un noyau magnétique, avec un rapport de nombre de tours n égal au rapport des tensions d’entrée et de charge.It includes in particular a primary winding and a secondary winding formed around a magnetic core, with a ratio of number of turns n equal to the ratio of the input and load voltages.
[0021] Dans une configuration LLC équilibrée, les composants série résonants sont dupliqués de part et d’autre du même enroulement. L’inductance magnétisante du transformateur Lm, fonction du nombre de tours du bobinage primaire et de la géométrie du noyau, est, dans le cas de la topologie LLC, déterminée précisément pour assurer le réglage du gain du convertisseur.In a balanced LLC configuration, the resonant serial components are duplicated on both sides of the same winding. The magnetizing inductance of the transformer Lm, which is a function of the number of turns of the primary winding and the geometry of the core, is, in the case of the LLC topology, determined precisely to ensure the gain adjustment of the converter.
[0022] La topologie DAB comprend quand-à elle des bras placés de part et d’autre du transformateur dépourvus de capacité. Les inductances en série ont pour fonction de faire transiter la puissance.The DAB topology includes arms placed on either side of the transformer devoid of capacity. The inductors in series have the function of transmitting the power.
[0023] L’inductance magnétisante du transformateur n’est plus contrainte à une valeur donnée en topologie DAB, et doit seulement être assez élevée pour obtenir un bon taux d’utilisation. Toutefois, dans cette topologie bidirectionnelle, il est préférable de mettre en œuvre 4 inductances montées en série avec le transformateur de façon à avoir un circuit le plus symétrique possible et ainsi limiter les perturbations de mode commun à très faible niveau qui réduisent de fait la taille du filtrage en entrée.The magnetizing inductance of the transformer is no longer constrained to a value given in DAB topology, and must only be high enough to obtain a good rate of use. However, in this bidirectional topology, it is preferable to implement 4 inductors connected in series with the transformer so as to have the most symmetrical circuit possible and thus limit the common mode disturbances at very low level which reduce the size. input filtering.
[0024] Les inductances, typiquement de l’ordre de 1 à 10 μΗ, et montées en série avec le transformateur dans les topologies LLC et DAB, sont, dans l’état de la technique, des composants de type discrets, placés à l’extérieur du transformateur.The inductors, typically of the order of 1 to 10 μΗ, and connected in series with the transformer in the LLC and DAB topologies, are, in the prior art, components of the discrete type, placed at the outside the transformer.
[0025] Ces composants occupent en général un volume important que l’on cherche à réduire en les intégrant dans le cœur du transformateur.These components generally occupy a large volume which one seeks to reduce by integrating them into the heart of the transformer.
[0026] Le document [2] cité à la fin de la description propose de mettre à profit l’inductance de fuite naturelle du transformateur comme inductance série tel qu’illustré à la figure 3.The document [2] cited at the end of the description proposes to take advantage of the natural leakage inductance of the transformer as a series inductor as illustrated in FIG. 3.
[0027] L’inductance de fuite caractérise, notamment, la part du flux magnétique crée par le bobinage primaire du transformateur et qui ne traverse pas le bobinage secondaire.The leakage inductance characterizes, in particular, the part of the magnetic flux created by the primary winding of the transformer and which does not cross the secondary winding.
[0028] Cette inductance de fuite est représentative d’un fonctionnement non idéal du transformateur, et est à la source d’une distribution d’une partie du flux magnétique autour du composant considéré.This leakage inductance is representative of non-ideal operation of the transformer, and is the source of a distribution of part of the magnetic flux around the component considered.
[0029] L’inductance de fuite est généralement faible (inférieure à 1 microHenry, μΗ), et sont évaluation est difficile à prévoir.The leakage inductance is generally low (less than 1 microHenry, μΗ), and their evaluation is difficult to predict.
[0030] Aussi, afin d’augmenter la valeur de l’inductance de fuite, il est proposé dans le document [3] de ménager un espace entre le premier bobinage et le second bobinage.Also, in order to increase the value of the leakage inductance, it is proposed in document [3] to provide a space between the first winding and the second winding.
[0031] Cet agencement ne permet toutefois de créer qu’une seule inductance série dans le transformateur, et ne peut donc être mise en œuvre dans les configurations LLC ou DAB équilibrées.However, this arrangement only allows the creation of a single series inductor in the transformer, and therefore cannot be implemented in balanced LLC or DAB configurations.
[0032] Par ailleurs, l’espacement créé entre le premier bobinage et le second bobinage tend à faire croître le volume du transformateur.Furthermore, the spacing created between the first winding and the second winding tends to increase the volume of the transformer.
[0033] En outre, les fuites magnétiques autour du bobinage contraignent son implantation en interdisant la présence de tout élément conducteur à proximité pour ne pas y induire de courants de Foucault, ce qui augmente significativement le volume du convertisseur.In addition, the magnetic leaks around the winding constrain its implantation by prohibiting the presence of any conductive element nearby so as not to induce eddy currents there, which significantly increases the volume of the converter.
[0034] Le document [3] cité à la fin de la description propose d’introduire un bobinage supplémentaire autour du noyau, tel qu’illustré à la figure 3.The document [3] cited at the end of the description proposes to introduce an additional winding around the core, as illustrated in FIG. 3.
[0035] En particulier, le bobinage supplémentaire est destiné à créer dans le noyau une inductance intégrée grâce à la circulation d’un flux magnétique selon une direction identique ou différente de celle du flux principal.In particular, the additional winding is intended to create in the core an integrated inductance thanks to the circulation of a magnetic flux in a direction identical or different to that of the main flux.
[0036] L’augmentation du volume du noyau reste limitée tant qu’un seul bobinage supplémentaire est considéré.The increase in the volume of the core remains limited as long as a single additional winding is considered.
[0037] Toutefois, cette configuration n’offre que peu de flexibilité quant à l’ajustement du circuit magnétique, en termes de longueur et de section, pour réaliser l’inductance série.However, this configuration offers little flexibility as to the adjustment of the magnetic circuit, in terms of length and section, to achieve the series inductance.
[0038] Un but de la présente invention est donc de proposer un transformateur pourvu d’une inductance de fuite contrôlée et qui n’induit une augmentation de volume notable. Exposé de l’inventionAn object of the present invention is therefore to provide a transformer provided with a controlled leakage inductance and which does not induce a significant increase in volume. Statement of the invention
[0039] Le but de la présente invention est atteint par un dispositif d’induction électroma4 gnétique comprenant :The object of the present invention is achieved by an electroma4 magnetic induction device comprising:
- un noyau comprenant une jambe principale s’étendant entre deux extrémités, et une section secondaire reliant les deux extrémités de la jambe principale ;- a core comprising a main leg extending between two ends, and a secondary section connecting the two ends of the main leg;
- deux bobinages, primaire et secondaire, enroulés sur des portions distinctes de la jambe principale, le bobinage primaire étant susceptible de produire un flux magnétique, dit flux inducteur, destiné à traverser le bobinage secondaire,two windings, primary and secondary, wound on separate portions of the main leg, the primary winding being capable of producing a magnetic flux, called inductive flux, intended to pass through the secondary winding,
- le noyau comprend en outre des moyens de prélèvement, formant au moins une languette qui s’étend à partir de la section secondaire et s’interpose entre le bobinage principal et le bobinage secondaire, les moyens de prélèvement prélevant une partie du flux magnétique, dit flux prélevé, de sorte que ledit flux prélevé soit soustrait au flux inducteur traversant le second bobinage, et reboucle dans le premier bobinage.the core also comprises sampling means, forming at least one tongue which extends from the secondary section and is interposed between the main winding and the secondary winding, the sampling means taking part of the magnetic flux, said withdrawn flow, so that said withdrawn flow is subtracted from the inductive flow passing through the second winding, and loops back into the first winding.
[0040] Selon un mode de mise en œuvre, la languette est à distance de la jambe principale de sorte que le flux prélevé soit limité à une partie du flux inducteur circulant hors de la jambe principale.According to one embodiment, the tongue is at a distance from the main leg so that the flow taken is limited to part of the inductive flow flowing out of the main leg.
[0041] Selon un mode de mise en œuvre, la section secondaire comprend une jambe latérale essentiellement parallèle à la jambe principale.According to one embodiment, the secondary section comprises a side leg essentially parallel to the main leg.
[0042] Selon un mode de mise en œuvre, la jambe latérale comprend une surface interne en regard d’une surface périphérique de la jambe principale, avantageusement la surface interne contourne au moins en partie la surface périphérique, encore plus avantageusement, la surface interne contourne au moins en partie de manière conforme la surface périphérique.According to one embodiment, the lateral leg comprises an internal surface facing a peripheral surface of the main leg, advantageously the internal surface at least partially circumvents the peripheral surface, even more advantageously, the internal surface at least partially conforms to the peripheral surface.
[0043] Selon un mode de mise en œuvre, l’au moins une languette forme une collerette qui s’étend également le long de la surface interne selon une direction perpendiculaire à une direction définie par les extrémités de la jambe principale.According to one embodiment, the at least one tongue forms a flange which also extends along the internal surface in a direction perpendicular to a direction defined by the ends of the main leg.
[0044] Selon un mode de mise en œuvre, la section secondaire comprend deux plaques essentiellement parallèles entre elles, et maintenant solidaires l’une de l’autre la jambe principale et la jambe latérale.According to one embodiment, the secondary section comprises two plates essentially parallel to each other, and now secured to one another the main leg and the side leg.
[0045] Selon un mode de mise en œuvre, la jambe principale est de forme cylindrique.According to one embodiment, the main leg is of cylindrical shape.
[0046] Selon un mode de mise en œuvre, le bobinage primaire comprend deux sous bobinages primaires, électriquement connectés en série, et disposés de part et d’autre du bobinage secondaire.According to one embodiment, the primary winding comprises two primary sub windings, electrically connected in series, and arranged on either side of the secondary winding.
[0047] Selon un mode de mise en œuvre, les deux sous bobinage primaire comprennent chacun un nombre de spires de conducteur métallique identique.According to one mode of implementation, the two primary windings each include an identical number of turns of metallic conductor.
[0048] Selon un mode de mise en œuvre, l’au moins une languette comprend une première languette et une seconde languette s’interposant chacune entre le bobinage secondaire et un sous bobinage différent.According to one embodiment, the at least one tab comprises a first tab and a second tab each interposed between the secondary winding and a different sub-winding.
[0049] L’invention concerne également un transformateur pourvu du dispositif d’induction électromagnétique selon la présente invention.The invention also relates to a transformer provided with the electromagnetic induction device according to the present invention.
[0050] Selon un mode de mise en œuvre, le premier bobinage et le second bobinage sont chacun connectés en série avec une capacité, dites respectivement première capacité et seconde capacité.According to one embodiment, the first winding and the second winding are each connected in series with a capacity, called respectively first capacity and second capacity.
[0051] Selon un mode de mise en œuvre, ledit transformateur comprend en outre un premier convertisseur AC-AC connecté en parallèle avec une branche formée par le premier bobinage et la première capacitance, et un second convertisseur AC-DC connecté en parallèle avec une autre branche formée par le second bobinage et la seconde capacitance.According to one embodiment, said transformer further comprises a first AC-AC converter connected in parallel with a branch formed by the first winding and the first capacitance, and a second AC-DC converter connected in parallel with a another branch formed by the second winding and the second capacitance.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
[0052] D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d’un dispositif d’induction électromagnétique selon l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :Other characteristics and advantages will appear in the following description of an electromagnetic induction device according to the invention, given by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawings in which:
[0053] [fig.l] est une représentation schématique en composantes discrètes d’un transformateur en topologie LLC connu de l’état de la technique ;[Fig.l] is a schematic representation in discrete components of a transformer in LLC topology known from the state of the art;
[0054] [fig.2] est une représentation schématique en composantes discrètes d’un transformateur en topologie DAB connu de l’état de la technique ;[Fig.2] is a schematic representation in discrete components of a transformer in DAB topology known from the state of the art;
[0055] [fig.3] est une représentation schématique d’un bobinage primaire et d’un bobinage secondaire concentriques formés autour d’une section d’un noyau connu de l’état de la technique ;[Fig.3] is a schematic representation of a primary winding and a concentric secondary winding formed around a section of a core known from the prior art;
[0056] [fig.4A] est une représentation schématique d’un dispositif d’induction électromagnétique pourvu d’un unique moyen de prélèvement selon la présente invention, le noyau est notamment représenté avec le bobinage primaire et le bobinage secondaire selon un plan de coupe transversal ;[Fig.4A] is a schematic representation of an electromagnetic induction device provided with a single sampling means according to the present invention, the core is in particular shown with the primary winding and the secondary winding according to a plane of cross section;
[0057] [fig.4B] est une représentation schématique d’un dispositif d’induction électromagnétique pourvu de deux moyens de prélèvement selon la présente invention, le noyau est notamment représenté avec le bobinage primaire et le bobinage secondaire selon un plan de coupe transversal ;[Fig.4B] is a schematic representation of an electromagnetic induction device provided with two sampling means according to the present invention, the core is in particular shown with the primary winding and the secondary winding according to a transverse cutting plane ;
[0058] [fig.5A] est une représentation d’un schéma électrique équivalent du dispositif représenté à la figure 4a ;[Fig.5A] is a representation of an equivalent electrical diagram of the device shown in Figure 4a;
[0059] [fig.5B] est une représentation d’un schéma électrique équivalent du dispositif représenté à la figure 4b ;[Fig.5B] is a representation of an equivalent electrical diagram of the device shown in Figure 4b;
[0060] [fig.6A][Fig.6A]
[0061] [fig.6B] sont des représentations schématiques du dispositif selon plan de coupe et en perspective, les figures 6a et 6b représentent notamment le dispositif, respectivement, sans ses bobinages et avec ses bobinages ;[Fig.6B] are schematic representations of the device according to cutting plane and in perspective, Figures 6a and 6b show in particular the device, respectively, without its windings and with its windings;
[0062] [fig.7] reprend la figure 6a et illustre des détails géométriques d’une languette susceptible d’être mise en œuvre dans le cadre de la présente invention ;[Fig.7] uses Figure 6a and illustrates the geometric details of a tongue capable of being implemented in the context of the present invention;
[0063] [fig. 8 A][Fig. 8 A]
[0064] [fig.8B] sont des représentations schématiques du noyau illustrant les caractéristiques géométriques dudit noyau en relation avec le tableau 2 ;[Fig.8B] are schematic representations of the core illustrating the geometric characteristics of said core in relation to Table 2;
[0065] EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
[0066] La présente invention concerne un dispositif d’induction électromagnétique pourvu d’un bobinage primaire et d’un bobinage secondaire enroulés sur deux sections différentes d’une même jambe principale d’un noyau ferromagnétique.The present invention relates to an electromagnetic induction device provided with a primary winding and a secondary winding wound on two different sections of the same main leg of a ferromagnetic core.
[0067] Le noyau ferromagnétique comprend en outre une section secondaire reliant les deux extrémités de la jambe principale.The ferromagnetic core further comprises a secondary section connecting the two ends of the main leg.
[0068] Le dispositif selon la présente invention met en œuvre une inductance, dite inductance de fuite, formée à partir d’une section du bobinage primaire.The device according to the present invention implements an inductor, called a leakage inductor, formed from a section of the primary winding.
[0069] L’inductance de fuite est notamment formée via des moyens de prélèvement qui comprennent une languette s’étendant à partir de la section secondaire, et s’intercalant entre le bobinage primaire et le bobinage secondaire.The leakage inductance is notably formed via sampling means which include a tongue extending from the secondary section, and interposed between the primary winding and the secondary winding.
[0070] A la figure 4a, on peut voir un dispositif d’induction électromagnétique 100 selon la présente invention.In Figure 4a, we can see an electromagnetic induction device 100 according to the present invention.
[0071] Le dispositif 100 comprend notamment un noyau 200, et plus particulièrement un noyau fait d’un matériau ferromagnétique.The device 100 includes in particular a core 200, and more particularly a core made of a ferromagnetic material.
[0072] Le matériau ferromagnétique peut être fritté et notamment comprendre au moins un des matériaux choisis parmi : MnZn, NiZn.The ferromagnetic material can be sintered and in particular comprise at least one of the materials chosen from: MnZn, NiZn.
[0073] Le noyau 200 comprend une jambe principale 210 et une section secondaire 220.The core 200 includes a main leg 210 and a secondary section 220.
[0074] Par « jambe », on entend une section qui présente une forme allongée. La jambe peut alors prendre la forme d’un barreau, notamment un barreau de section transversale cylindrique.By "leg" means a section which has an elongated shape. The leg can then take the form of a bar, in particular a bar of cylindrical cross section.
[0075] La jambe principale 210 s’étend longitudinalement entre ses deux extrémités 211 et 212.The main leg 210 extends longitudinally between its two ends 211 and 212.
[0076] La section secondaire 220 relie les deux extrémités 211 et 212 de la jambe principale de manière à former une boucle magnétique.The secondary section 220 connects the two ends 211 and 212 of the main leg so as to form a magnetic loop.
[0077] Par « boucle magnétique », on entend un chemin suivi par un flux magnétique susceptible de circuler dans le noyau. Il est entendu qu’une boucle magnétique est fermée.By "magnetic loop" means a path followed by a magnetic flux capable of flowing in the core. It is understood that a magnetic loop is closed.
[0078] Le dispositif selon la présente invention comprend également un bobinage primaire 300 et un bobinage secondaire 400.The device according to the present invention also comprises a primary winding 300 and a secondary winding 400.
[0079] Un bobinage, selon la présente invention, comprend un nombre N de spires d’un matériau conducteur enroulé autour d’un corps.A coil, according to the present invention, comprises a number N of turns of a conductive material wound around a body.
[0080] Le bobinage primaire 300 et le bobinage secondaire 400 sont enroulés sur des portions distinctes de la jambe principale 210.The primary winding 300 and the secondary winding 400 are wound on separate portions of the main leg 210.
[0081] Par ailleurs, le bobinage primaire 300 est susceptible, notamment lorsqu’il est parcouru par un courant électrique, de produire un flux magnétique, dit flux inducteur, destiné à traverser le bobinage secondaire 400 (boucle « M » sur les figures 4a et 4b).Furthermore, the primary winding 300 is capable, in particular when it is traversed by an electric current, of producing a magnetic flux, called inductive flux, intended to pass through the secondary winding 400 (loop "M" in FIGS. 4a and 4b).
[0082] En outre, le bobinage primaire 300 peut être enroulé autour de la jambe principale 210 de sorte qu’un espace annulaire 310 s’interpose entre le bobinage primaire 300 et la jambe principale 210.In addition, the primary winding 300 can be wound around the main leg 210 so that an annular space 310 is interposed between the primary winding 300 and the main leg 210.
[0083] Il est entendu que l’espace annulaire 310 s’étend sur la longueur du bobinage primaire 300 et est délimité latéralement par une surface interne du bobinage primaire 300 et la surface de la jambe principale 210.It is understood that the annular space 310 extends over the length of the primary winding 300 and is delimited laterally by an internal surface of the primary winding 300 and the surface of the main leg 210.
[0084] La longueur d’un bobinage correspond à sa dimension selon la direction d’élongation de la jambe autour de laquelle il est enroulé.The length of a coil corresponds to its dimension according to the direction of elongation of the leg around which it is wound.
[0085] La section secondaire 220 peut comprendre une jambe latérale 240 essentiellement parallèle à la jambe principale 210.The secondary section 220 may include a side leg 240 essentially parallel to the main leg 210.
[0086] La jambe latérale 240 comprend une surface interne 241 en regard d’une surface périphérique 213 de la jambe principale 210.The side leg 240 includes an internal surface 241 opposite a peripheral surface 213 of the main leg 210.
[0087] De manière particulièrement avantageuse, la surface interne 241 contourne au moins en partie la surface périphérique 213 (figure 6a et 6b).In a particularly advantageous manner, the internal surface 241 at least partially circumvents the peripheral surface 213 (FIGS. 6a and 6b).
[0088] Toujours de manière avantageuse, la surface interne 241 contourne au moins en partie de manière conforme la surface périphérique 213.Still advantageously, the internal surface 241 at least partially conforms by circumference to the peripheral surface 213.
[0089] Par « contourner de manière conforme », on entend deux surfaces dont l’une est l’image de l’autre par homothétie.By "bypass conformally" means two surfaces, one of which is the image of the other by homothety.
[0090] La section secondaire 220 peut également comprendre deux plaques 250, 251 essentiellement parallèles entre elles, et maintenant solidaires l’une de l’autre la jambe principale 210 et la jambe latérale 240.The secondary section 220 may also include two plates 250, 251 essentially parallel to each other, and now secured to one another the main leg 210 and the side leg 240.
[0091] La jambe principale 210 peut être de forme cylindrique.The main leg 210 may be of cylindrical shape.
[0092] Selon la présente invention, le noyau 100 comprend également des moyens de prélèvement, formant au moins une languette 230 qui s’étend à partir de la jambe latérale 230, et s’interpose entre le bobinage primaire 300 et le bobinage secondaire 400.According to the present invention, the core 100 also comprises sampling means, forming at least one tongue 230 which extends from the lateral leg 230, and is interposed between the primary winding 300 and the secondary winding 400 .
[0093] Il est entendu, sans qu’il soit nécessaire de le préciser, dès lors que la languette s’interpose entre le bobinage primaire et le bobinage secondaire, cette dernière est exposée au flux inducteur susceptible d’être produit par le bobinage primaire.It is understood, without it being necessary to specify it, as soon as the tongue is interposed between the primary winding and the secondary winding, the latter is exposed to the inductive flux likely to be produced by the primary winding .
[0094] Par « languette », on entend un relief, notamment un profilé qui s’étend à partir de la surface de la section secondaire. Le profilé, selon la présente invention, peut toutefois prendre tout type de forme.By "tongue" is meant a relief, in particular a profile which extends from the surface of the secondary section. The profile, according to the present invention, can however take any type of shape.
[0095] A cet égard, tel qu’illustré à la figure 7, languette 230 peut comprendre deux faces 231 et 232 essentiellement parallèles entre elles, et perpendiculaires à la jambe principale 210. Les deux faces 231 et 232 sont reliées par un contour 233.In this regard, as illustrated in Figure 7, tongue 230 may include two faces 231 and 232 essentially parallel to each other, and perpendicular to the main leg 210. The two faces 231 and 232 are connected by a contour 233 .
[0096] La distance entre les deux faces 231 et 232 définit l’épaisseur E de la languette.The distance between the two faces 231 and 232 defines the thickness E of the tongue.
[0097] Le contour 233 comprend deux sections latérales 233a et 233b, qui s’étendent à partir de la surface interne, et qui sont reliées par une section, dite section terminale 233t, faisant face à la surface périphérique 213.The contour 233 comprises two lateral sections 233a and 233b, which extend from the internal surface, and which are connected by a section, called the end section 233t, facing the peripheral surface 213.
[0098] De manière avantageuse, la section terminale 233t est à distance de la surface périphérique 213. En d’autres termes, la languette 230 n’est pas en contact avec la jambe principale 210.Advantageously, the end section 233t is spaced from the peripheral surface 213. In other words, the tongue 230 is not in contact with the main leg 210.
[0099] Toujours de manière avantageuse, la section terminale 233t est conforme à la surface périphérique.Still advantageously, the terminal section 233t conforms to the peripheral surface.
[0100] Dès lors qu’elle s’interpose entre le bobinage primaire 300 et le bobinage secondaire 400, la languette dévie une partie du flux inducteur, dit flux prélevé (boucle « P » sur les figures 4a et 4b), de sorte que ce dernier ne traverse pas le bobinage secondaire.As soon as it is interposed between the primary winding 300 and the secondary winding 400, the tongue deflects part of the inductive flow, called the withdrawn flow (loop "P" in FIGS. 4a and 4b), so that the latter does not pass through the secondary winding.
[0101] Dès lors que la languette 230 est à distance de la jambe principale 210, le flux prélevé est limité à une partie du flux inducteur circulant hors de la jambe principale, et notamment limité au flux inducteur circulant dans l’espace annulaire 310.As soon as the tongue 230 is at a distance from the main leg 210, the flow taken is limited to a part of the inductive flow flowing out of the main leg, and in particular limited to the inductive flow flowing in the annular space 310.
[0102] Le flux prélevé, au même titre que le flux inducteur, forment une boucle magnétique P. Toutefois, cette boucle P circule successivement dans la languette, la section secondaire puis dans le bobinage primaire (figures 4a et 4b).The sampled flux, in the same way as the inductor flux, form a magnetic loop P. However, this loop P flows successively in the tongue, the secondary section then in the primary winding (FIGS. 4a and 4b).
[0103] En d’autres termes, la mise en œuvre des moyens de prélèvement permet de transformer l’inductance formée par le bobinage primaire 300 en deux inductances en série. Plus particulièrement, sous l’effet des moyens de prélèvement, le bobinage primaire 300 reproduit le comportement de deux inductances en série, dites, respectivement, inductance de fuite Lr et inductance magnétisante Lm.In other words, the implementation of the sampling means makes it possible to transform the inductance formed by the primary winding 300 into two inductors in series. More particularly, under the effect of the sampling means, the primary winding 300 reproduces the behavior of two inductors in series, called, respectively, leakage inductance Lr and magnetizing inductance Lm.
[0104] A cet égard, l’inductance magnétisante détermine, avec notamment le nombre de spires du bobinage secondaire, le rapport de transformation (ou le gain) entre la tension d’entrée au niveau du bobinage primaire et la tension de sortie au niveau du bobinage secondaire. L’inductance de fuite permet quant à elle d’emmagasiner de l’énergie électromagnétique et de la restituer le moment venu.In this regard, the magnetizing inductance determines, with in particular the number of turns of the secondary winding, the transformation ratio (or the gain) between the input voltage at the primary winding and the output voltage at the level secondary winding. The leakage inductance allows it to store electromagnetic energy and to restore it when the time comes.
[0105] Le schéma électrique équivalent relatif au dispositif de la figure 4a est représenté à la figure 5a. Ce dernier comprend notamment l’inductance magnétisante Lm en série avec l’inductance de fuite Lr.The equivalent electrical diagram relating to the device of Figure 4a is shown in Figure 5a. The latter notably includes the magnetizing inductor Lm in series with the leakage inductor Lr.
[0106] Cet agencement est particulièrement avantageux, puisqu’il permet, sans augmentation de volume notable du dispositif, de créer, à partir du bobinage primaire, une inductance de fuite en série avec une inductance magnétisante.This arrangement is particularly advantageous, since it allows, without significant increase in volume of the device, to create, from the primary winding, a leakage inductance in series with a magnetizing inductance.
[0107] L’inductance de fuite est fonction des caractéristiques géométriques de la languette.The leakage inductance is a function of the geometric characteristics of the tongue.
[0108] La figure 4b représente une variante avantageuse du dispositif d’induction électromagnétique qui reprend pour l’essentiel l’ensemble des caractéristiques du dispositif décrit en relation avec la figure 4a.FIG. 4b represents an advantageous variant of the electromagnetic induction device which essentially takes up all the characteristics of the device described in relation to FIG. 4a.
[0109] Selon cette variante, le bobinage primaire 300 comprend deux sous bobinages primaires 300a et 300b, électriquement connectés en série, et disposés de part et d’autre du bobinage secondaire 400.According to this variant, the primary winding 300 comprises two primary sub windings 300a and 300b, electrically connected in series, and arranged on either side of the secondary winding 400.
[0110] De manière particulièrement avantageuse, les deux sous bobinages primaires 300a et 300b comprennent chacun un nombre de spires de conducteur métallique identique.In a particularly advantageous manner, the two primary windings 300a and 300b each comprise an identical number of turns of metallic conductor.
[0111] Toujours selon cette variante, le dispositif d’induction électromagnétique est pourvu de deux languettes 230 dites, respectivement, première languette 230a et seconde languette 230b.Still according to this variant, the electromagnetic induction device is provided with two tabs 230 said, respectively, first tab 230a and second tab 230b.
[0112] La première languette et la seconde languette s’interposent chacune entre le bobinage secondaire 400 et un sous bobinage primaire différent.The first tab and the second tab each interpose between the secondary winding 400 and a different primary sub-winding.
[0113] La mise en œuvre des deux languettes 230a et 230b permet de prélever une partie du flux inducteur généré par chacun des deux sous bobinages primaires.The implementation of the two tongues 230a and 230b makes it possible to take a part of the inductive flux generated by each of the two sub primary coils.
[0114] Par ailleurs, le dispositif peut être symétrique par rapport à un plan de symétrie perpendiculaire à la jambe principale. Selon cette configuration, le prélèvement du flux est également symétrique, et, de fait, permet de limiter les perturbations de mode commun. [0115] Le schéma électrique équivalent relatif au dispositif de la figure 4b est représenté à la figure 5b. Ce dernier comprend notamment l’inductance magnétisante Lm en série avec deux inductances de fuite Lr/2.Furthermore, the device can be symmetrical with respect to a plane of symmetry perpendicular to the main leg. According to this configuration, the sampling of the flow is also symmetrical, and, in fact, makes it possible to limit the common mode disturbances. The equivalent electrical diagram relating to the device of Figure 4b is shown in Figure 5b. The latter notably includes the magnetizing inductor Lm in series with two Lr / 2 leakage inductors.
[0116] Par ailleurs, quelle que soit la variante considérée, le noyau peut correspondre à un agencement de deux pièces, notamment deux pièces identiques dans le cadre de la seconde variante.Furthermore, whatever the variant considered, the core can correspond to an arrangement of two parts, in particular two identical parts in the context of the second variant.
[0117] La section suivante présente un exemple de dimensionnement du dispositif décrit en relation avec la figure 5a.The following section presents an example of dimensioning of the device described in relation to FIG. 5a.
[0118] Notamment, le tableau 1 rassemble les spécifications d’un transformateur de type « LLC » présentant une fréquence de résonnance de 500 kHz, et comprenant le dispositif d’induction électromagnétique selon la présente invention.In particular, Table 1 brings together the specifications of a transformer of the “LLC” type having a resonant frequency of 500 kHz, and comprising the electromagnetic induction device according to the present invention.
[Table 1][Table 1]
[0119] Le tableau 2 rassemble les caractéristiques du dispositif d’induction électromagnétique permettant de respecter les spécifications rassemblées dans le tableau 1 (les cotes « A », « B », « Di », « D2 », « E », « F » et « H » sont représentées aux figures 8a et 8b).Table 2 brings together the characteristics of the electromagnetic induction device making it possible to comply with the specifications gathered in Table 1 (the ratings "A", "B", "Di", "D 2 ", "E", " F "and" H "are shown in Figures 8a and 8b).
[Table 2][Table 2]
[0120] La conception du noyau selon la présente invention peut faire appel à une technique de moulage par injection (« PIM » ou « Powder Injection Molding » selon la terminologie Anglo-Saxonne). Cette technique est particulièrement bien adaptée pour la production de pièces en grande série.The design of the core according to the present invention may use an injection molding technique ("PIM" or "Powder Injection Molding" according to Anglo-Saxon terminology). This technique is particularly well suited for the production of parts in large series.
[0121] Le moulage par injection met en œuvre dans un premier temps une étape de formation d’un mélange maître (« feedstock » selon la terminologie Anglo-Saxonne).Injection molding first implements a step of forming a masterbatch ("feedstock" according to Anglo-Saxon terminology).
[0122] Le mélange-maître comprend en particulier un mélange de matière organique (ou liant polymérique) et des poudres inorganiques (métalliques ou céramiques) destinées à former la pièce finale.The masterbatch comprises in particular a mixture of organic material (or polymeric binder) and inorganic powders (metallic or ceramic) intended to form the final part.
[0123] Le mélange-maître est injecté dans une presse à injecter, dont la technologie est connue de l’homme du métier. La presse à injecter permet de faire fondre les polymères injectés avec la poudre dans une cavité, et conférer à ladite poudre la forme désirée.The masterbatch is injected into an injection molding machine, the technology of which is known to a person skilled in the art. The injection press makes it possible to melt the polymers injected with the powder in a cavity, and to give said powder the desired shape.
[0124] Le mélange-maître, ainsi fondu, est soumis à un refroidissement de manière à le figer dans une forme imposée par la presse à injecter.The masterbatch, thus melted, is subjected to cooling so as to freeze it in a form imposed by the injection molding machine.
[0125] La pièce formée par le mélange-maître est alors démoulée, et déliantée afin d’éliminer la matière organique.The part formed by the masterbatch is then removed from the mold, and unbound in order to remove the organic matter.
[0126] La pièce peut ensuite être consolidée par frittage.The part can then be consolidated by sintering.
[0127] L’invention concerne également un transformateur (en particulier un transformateur de type « LLC ») pourvu du dispositif d’induction électromagnétique selon la présente invention.The invention also relates to a transformer (in particular a transformer of the "LLC" type) provided with the electromagnetic induction device according to the present invention.
[0128] Notamment, le premier bobinage 300 et le second bobinage 400 sont chacun connectés en série avec une capacitance, dites respectivement première capacitance et seconde capacitance.In particular, the first winding 300 and the second winding 400 are each connected in series with a capacitance, called first capacitance and second capacitance respectively.
[0129] Le transformateur comprend en outre un premier convertisseur AC-AC connecté en parallèle avec une branche formée par le premier bobinage et la première capacitance, et un second convertisseur AC-DC connecté en parallèle avec une autre branche formée par le second bobinage et la seconde capacitance.The transformer further comprises a first AC-AC converter connected in parallel with a branch formed by the first winding and the first capacitance, and a second AC-DC converter connected in parallel with another branch formed by the second winding and the second capacitance.
Liste des documents citésList of documents cited
[0130] [1] Inoué, “A Bidirectional DC-DC Converter for an Energy Storage System With[1] Inoué, “A Bidirectional DC-DC Converter for an Energy Storage System With
Galvanic Isolation”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.: 22, No.: 6,2007,Galvanic Isolation ”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol .: 22, No .: 6,2007,
[0131] [2] Mingkai Mu et al., « Design of Integrated Transformer and Inductor for High[2] Mingkai Mu et al., “Design of Integrated Transformer and Inductor for High
Erequency Dual Active Bridge GaN Charger for PHEV », IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, pages 579-585, 15-19 March 2015,Erequency Dual Active Bridge GaN Charger for PHEV ", IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, pages 579-585, 15-19 March 2015,
[0132] [3] US 6,320,490.US 6,320,490.
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