EP3671776A1 - Ensemble inductif - Google Patents

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EP3671776A1
EP3671776A1 EP19217303.7A EP19217303A EP3671776A1 EP 3671776 A1 EP3671776 A1 EP 3671776A1 EP 19217303 A EP19217303 A EP 19217303A EP 3671776 A1 EP3671776 A1 EP 3671776A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductive elements
conductive
substrate
assembly according
inductive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19217303.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique BERGOGNE
Hamilton QUERINO DE CARVALHO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3671776A1 publication Critical patent/EP3671776A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2847—Sheets; Strips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2895—Windings disposed upon ring cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/022—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof

Definitions

  • the present invention relates to an inductive assembly and to its production method.
  • Inductive devices are for example used in very high frequency converters and switching power supplies for power electronics and in high frequency transformers.
  • An inductive device is a device comprising an electric circuit forming a winding so that, when an electric current flows in the electric circuit, a magnetic flux appears inside the winding.
  • the inductive device may include a core disposed in an area where the winding creates the magnetic flux.
  • Inductive devices or coils are generally produced by winding a wire conductor around a core.
  • Windings with flat conductors i.e. having a small thickness compared to their width can then be used to mitigate the appearance of this phenomenon.
  • One solution is to carry out such a winding with the techniques of microelectronics, ie by implementing layers, in which the conductors are produced by conductive tracks in different planes and are connected between them by via.
  • the conductors are produced by conductive tracks in different planes and are connected between them by via.
  • the document US 9754714 describes an embodiment of an inductive device comprising flat conductors.
  • the device comprises a first substrate provided with a face in which an annular recess is formed in which the first flat conductive elements are arranged flat next to each other, each first flat conductive element is arranged on the two annular edges and the bottom of the recess and has two tabs at each of its ends flat on the face of the first substrate.
  • the device comprises a second substrate comprising second electrical conductors arranged so as to form, with the first conductive elements, windings.
  • a core is disposed in the annular recess inside the first conductive elements.
  • an inductive device comprising at least a first conductive element and a substrate with at least a second conductive element.
  • the at least first conductive element extends in at least one plane different from the substrate, said at least one first conductive element being electrically connected to at least one second conductive element, said at least one first conductive element being configured so that its grip the ground is reduced compared to the devices of the prior art.
  • the first conductive element comprises two large surface areas separated by a small thickness and forming a conductive path comprising first and second portions each connected to a second conductive element and a third connection portion between the first and second portions, the third portion being oriented so that the current lines are at different distances from the substrate by considering a transverse direction of the faces with respect to the flow of current.
  • the first conductive element or elements have a shape such that, while having the same current flow section, their projection onto the substrate is substantially reduced.
  • the number of first conductive elements which can be mounted on the substrate is increased, as well as the number of turns formed.
  • the device according to the invention is of easier manufacture compared to the inductive devices of the state of the art, in particular those having a closed contour, such as toric-shaped devices.
  • the first conductive elements extend mainly transversely relative to the substrate, which significantly reduces the footprint of each first conductive element.
  • the number of windings achievable is significantly increased.
  • Part of the inductive circuit is made in the substrate and another part is made above the substrate and can implement several electrical conductors above the substrate arranged side by side.
  • the first conductive elements are planar and are orthogonal to the substrate, their projection is reduced to the thickness of the first conductive element
  • the first conductive elements have U-shapes, the free ends of the U being connected to the second conductors.
  • the first conductive elements can be cut from metal plates, for example from copper plates, or be produced separately in the form of a printed circuit, for example by depositing at least one conductive line on an insulating substrate , for example in epoxy.
  • the present invention is particularly advantageous for producing inductive devices with closed contours, such as toric devices which are very difficult to produce by conventional winding techniques.
  • the current The invention is also very advantageous for producing inductive devices of the EI type, since it avoids using a multi-part core in which the presence of an air gap cannot be avoided.
  • the present invention also makes it easy to carry out several windings simultaneously, for example for producing a current or voltage transformer.
  • first conductive elements are connected to the substrate on the two faces of the substrate each comprising second conductive elements.
  • the present invention has the advantage of making it possible to produce inductive devices on printed circuit boards which can integrate other functions.
  • the invention achieves a high level of integration.
  • the present invention therefore relates to an inductive assembly comprising at least n first conductive elements and a substrate comprising at least n second conductive elements, n being an integer greater than or equal to 1, each first conductive element extending at least partly in a plane different from the substrate, and comprising a first end and a second end connected by an electrically conductive path, the conductive path comprising a first portion electrically connected to one of the second conductive elements by the first end, and a second portion electrically connected to the other of said second conductive elements by the second end, and at least a third connection portion between the first portion and the second portion, the conductive path also comprising two faces connected by edges, said faces having a very large surface relative to that of the edges so that the conductive path has a e small thickness, the faces having a transverse dimension relative to the direction of circulation of the electric current in said conductive path.
  • the first, second and third portions are oriented so that the current lines flowing in the third portion are located at different distances from the substrate in the transverse direction of
  • n is greater than or equal to 2
  • a first portion of an electrically conductive element is electrically connected to one of the second conductive elements through the first end, and a second portion of the electrically conductive element is electrically connected to the other of said second conductive elements by the second end.
  • the transverse dimension is substantially constant along the conductive path between the first end and the second end.
  • each first conducting element is contained in one or more planes, each plane being orthogonal to the substrate.
  • each first conductive element is contained entirely in a plane distinct from the planes containing the other first conductive elements.
  • the first n conductive elements and the second second conductive elements are electrically connected forming a single inductive device.
  • At least a first part of the first conductive elements and second conductive elements are electrically connected to each other and a second part of the first conductive elements and second conductive elements are electrically connected to each other and electrically isolated from the first part of the first elements conductors and second conductive elements, forming two inductive devices.
  • the first conducting elements have the shape of a U, the first and second portions forming the branches of the U and the third portion forms the bottom of the U.
  • the first and second ends may include at least one mechanical and / or electrical connection tab.
  • the substrate has holes in which the connection tabs are inserted.
  • connection tab can be held in an orifice by mechanical cooperation with the wall of the orifice and / or by a solder.
  • the assembly includes first conductive elements on one face of the substrate and first conductive elements on the other face of the substrate.
  • first n conductive elements and the second second conductive elements are distributed radially so as to form one or more toroidal inductive devices.
  • the second conductive elements can be distributed in several substantially parallel planes of the substrate.
  • each first conductive element is cut from a plate of electrically conductive material.
  • each first conductive element comprises a substrate made of electrically insulating material and a track made of electrically conductive material between the first and the second end and forming the conductive path.
  • the substrate is advantageously a printed circuit.
  • the first conductive elements are held integral with each other by an overmolded electrical insulating material.
  • the present invention also relates to an electrical transformer comprising at least one inductive assembly according to the invention.
  • the first part of the first conductive elements and second conductive elements form a primary and the second part of the first conductive elements and second conductive elements form a secondary.
  • the first n conductive elements can be manufactured by cutting a plate of electrically conductive material, or the first n conductive elements are manufactured from a printed circuit.
  • connection tabs of the first conductive elements are, for example, inserted into holes in the substrate.
  • the mechanical fixing and the electrical connection are made by soldering the connection lugs of the first conductive elements to and / or in the second conductive elements and / or by inserting the lugs of the orifices of the substrate.
  • the first n conductive elements Prior to mounting, the first n conductive elements can be fixed relative to each other and then be simultaneously mounted on the substrate.
  • the first n conductive elements are mounted in a tool.
  • an electrical insulating material is overmolded on the first conductive elements and are held stationary with respect to each other.
  • conductor means “electrical conductor”.
  • the term "substrate” means a planar or substantially planar element comprising a part made of electrically insulating material and several conductive tracks which extend at least in the plane of the substrate.
  • the substrate can include conductive tracks in several levels of the substrate, preferably parallel to each other and which can be connected by vias.
  • a substrate is manufactured by microelectronic techniques.
  • a printed circuit or PCB (Printed Circuit Board in English terminology) is an example of a substrate according to the invention.
  • an inductive device comprising a substrate 2, a plurality of first electrical conductive elements E1 and a core 4 disposed in the space delimited by the substrate 2 and the first conductive elements E1 .
  • the substrate extends in the XY plane and the first conductive elements E1 extend in planes orthogonal to the XY plane and containing the direction Z.
  • the substrate 2 has the shape of a disc and the core 4 has the shape of a ring with an outside diameter smaller than the diameter of the substrate, so as to provide an outer annular flange on the substrate to fix a free end of the first conductive elements E1.
  • the first conductive elements E1 are fixed on the substrate 2 which forms both a mechanical support and an electrical connector.
  • the first conductive element E1 represented alone.
  • the first conductive element E1 is contained in a plane and has a U shape, the two free ends E1.1, E1.2 of which are intended to be fixed to the substrate 6.
  • the branches are designated by B1, B2 and the bottom 15 of the U connecting the two branches.
  • the first conductive element comprises a conductive path CC connecting the two ends E1.1 and E1.2.
  • the conductive path CC has a transverse dimension L which is perpendicular to the direction of current flow symbolized by the current lines I1, I2, I3 on the figure 5 .
  • the transverse dimension L is substantially constant along the conductive path between the first and the second end.
  • the conductive path CC of each first conductive element E1 and the conductive path of each second conductive element E2 have current passage sections close to or equal.
  • the conductive path CC comprising two large faces F connected by two flanges R.
  • the two faces are separated by a small distance e from the other dimensions of the first conductive element and which corresponds to the thickness of the conductive path .
  • the first conductive element E1 has a height h.
  • the two branches B1 and B2 of the U have the same height h.
  • the bottom of the U or connection portion 15 has a dimension I between the two branches B2, B2.
  • e / L Preferably e / L ⁇ 1. Also preferably, L> 0.5 mm, I> 1 mm and 10 ⁇ m ⁇ e ⁇ 0.5 mm.
  • connection bridges For simplicity, the first conductive elements E1 will be designated “connection bridges" in the following description.
  • the E1 connection bridge of the figure 2A is made entirely of electrically conductive material, for example by cutting from a sheet of conductive material, for example copper. Thus the conductive path forms the connection bridge.
  • the thickness of the plate of electrically conductive material is sufficient for the first conductive elements to be self-supporting.
  • the free ends E1.1 and E1.2 each comprise two conductive tabs 6 which are intended to connect the first conductive element E1 to second conductors E2 formed in, or on, the substrate 2. It will be understood that the number of legs 6 is not limiting.
  • the substrate has orifices O for the insertion of the tabs 6 of the first conductive elements.
  • the orifices O have shapes adapted to the shape of the legs, they are for example circular for cylindrical legs with circular section or oblong for legs in the form of a blade.
  • the first conductive elements can be secured to the substrate for example by soldering or by insertion, preferably cold.
  • the mechanical connection and the electrical connection can be made by the same or different means.
  • the second electrical conductors E2 formed by conductive tracks located on at least one face of the substrate 2.
  • the second conductors E2 extend substantially radially on the substrate 2, so that a free end of a connection bridge E1 located radially outside, and the free end of another adjacent connection bridge E1 located radially inside can connect to the same second conductor E2 and thus form a winding.
  • a free end of a first conductive element E1 is electrically connected to a second conductive element E2, which is distinct from that to which the other free end of the same first conductive element is connected, so as to electrically connect all the first conductive elements in series and to form with the second conductors of the windings.
  • E1 and E1 ' denote two first directly adjacent conductive elements, a free end E1.1 of the first conductive element E1 located radially on the outside is electrically connected to the second conductor E2, a free end E1.1' of the first conductive element E1 ' located radially inside is electrically connected to the second conductor E2.
  • the current lines I1, I2, I3 are shown on the figure 5 . We can see that the current line I1 is closer to the substrate than the lines I2 and I3.
  • the first conductive elements E1 are for example produced by cutting from a plate of electrically conductive material, for example a copper plate. For example, it is a LASER cut, water jet cut ..., a stamping, a knife roller cut.
  • each first conductive element is located in a plane.
  • the plane of each conductor is perpendicular to the plane of the substrate.
  • the first conductive elements are arranged radially with respect to each other.
  • the configuration and orientation of the connection bridges which preferably extend in planes transverse to the substrate, makes it possible to substantially reduce the size of each bridge in the plane of the substrate.
  • the radially inner ends of the second conductive elements are on the same circle, and the radially inner ends of the second conductive elements are on the same circle.
  • the same first elements can be used for all the turns.
  • a toroidal inductive device is thus formed.
  • connection bridge forms part of a turn and each second conductive element forms another part of the turn, the proportions of the turn formed by the connection bridge and by the second conductive element are variable, preferably the proportions are 3 / 4 and 1/4 respectively.
  • connection ends comprise a tab 6.
  • This variant is advantageous in the device of the figure 1 because the tab of the end connecting to the central part of the substrate is located on a larger diameter, which allows more space for the connection between the connection end and the second conductor radially inside .
  • each end has a tab 6 whose width represents only part of the width of the conductive path, for example half in the example shown.
  • the tabs are located on the same side of the conductive path and the first conductive element is oriented so that the tabs are located radially on the outside.
  • This variant is even more advantageous, because it ensures a sufficient current flow section while ensuring a connection to a larger diameter.
  • the legs are located in the center of the conductive path.
  • connection bridges and the second conductive elements are carried out by inserting the tabs into the orifices made in the substrate and by possible soldering.
  • connection bridge comprises two connection tabs 16 intended to come into plane support against the second connection elements and to be secured thereto, for example by soldering.
  • brazing paste 18 is interposed between each connection tab 16 and the second connection element E2.
  • each first conductive element may be envisaged to overmold with an electrical insulating material except at the level of the electrical contacts.
  • the first conductive element in the form of a printed circuit. It comprises an electrical insulating support 10 on and / or in which a conductive track 12 is formed, forming the conductive path. Connection tabs 14 to the substrate are formed.
  • several tracks can be formed on one face of the printed circuit.
  • one or more electrical tracks can be produced on the two faces of the printed circuit, thus at least two portions of turns can be formed on the same printed circuit.
  • connection bridges are contained in a plane.
  • connection bridges are contained in several plans.
  • the branches B1 and B2 are contained in intersecting planes.
  • connection bridges can be waved looking in the direction of the Z axis.
  • connection portion 15 which is contained in a plane distinct from the branches.
  • connection portion 15 which is contained in a plane distinct from the branches.
  • FIG 7B we can see several bridges of the figure 7A , seen from the side, arranged side by side, illustrating the fact that they make it possible to produce an inductive device having a high density of turns.
  • connection bridges Figures 6A to 7B are arranged relative to each other so as to fit together.
  • the shape in several planes nevertheless makes it possible to obtain a high density of turns.
  • the shape of the first conductive elements can have other shapes than a U shape, for example a V shape.
  • connection portion 15 the plane or planes containing the connection portion 15 are not parallel to the substrate in order to reduce the footprint of the connection bridges
  • the first conductive elements are mounted one by one on the substrate and electrically connected to the second conductive elements.
  • connection bridges are arranged in a holding tool which simultaneously mounts all the connection bridges on the substrate.
  • the device of the figure 9 comprises an overmolding 20 is produced on the first conductive elements E1 forming a one-piece assembly, immobilizing the first conductive elements with respect to each other before mounting on the substrate and facilitating the assembly of the first conductive elements on the substrate 2.
  • the overmolded material is electrically insulating and provides protection.
  • the overmolded material can advantageously participate at least in the mechanical connection of the first electrical conductive elements with the substrate 2.
  • the overmolded material is example a plastic material, for example ABS (acrylonitrile butadiene styrene), an epoxy resin, a silicone material
  • the distance d between two radially inner ends of the first two conductive elements can be of the order of 1 mm ben the absence of overmolding (FIG. 1).
  • the distance d can be of the order of 0.3 mm ( figure 9 ).
  • the first conductive elements and their relative arrangement are identical to those of the device of the figure 1 .
  • the substrate includes groups of second electrical conductors.
  • a first group of second electrical conductors participates in the electrical connection of first conductive elements E1 to each other to form the primary and a second group participates in the electrical connection of other first electrical conductive elements E1 to each other to form the secondary.
  • the references E2p designate the electrical conductors ensuring the connections between the first conductive elements E1 to form the primary and the references E2s designate the electrical conductors ensuring the connections between the first conductive elements E1 to form the secondary.
  • the radially outer ends of the second electrical connector elements E2p and E2s of the two groups are located on the same circle C1 and the radially inner ends of the second electrical connectors E2p and E2s of the two groups are located on the same circle C2.
  • the two inductive devices are produced with connection bridges of different geometries, the connections to the second conductors being located on different circles.
  • the second conductors E2p and the second conductors E2s are produced in separate planes.
  • connection bridges are located on one side of the substrate.
  • connection bridges are located on both sides of the substrate. It can then be envisaged to produce separate inductive devices on each of the faces and / or to produce one or more separate inductive devices on the two faces, each turn of a device being formed by a connection bridge on one side and a bridge. connection on the other side.
  • the inductive device or devices may or may not comprise cores of magnetic material. In the case where separate inductive devices are produced on the two faces of the substrate, one may have a core and the other may not have one.
  • the first conductive elements are produced by cutting from a copper plate.
  • the first conductive elements are for example those of the figure 2A .
  • the substrate provided with second conductive elements is manufactured by microelectronic techniques, for example by etching a printed circuit. Holes are made through the substrate at the inner and outer radial ends of the second conductive elements for the insertion of the electrical contacts of the first conductive elements.
  • the core is placed on the substrate.
  • the electrical contacts 6 of the first conductive elements E1 are inserted into the holes and overlap the core.
  • all the first elements are mounted in a tool to ensure simultaneous mounting of all the first conductive elements on the substrate. Brazing can be performed if this is required at each electrical contact in order to electrically connect each electrical contact to a second conductive element.
  • the inductive device is finished.
  • the method according to the invention is particularly advantageous for manufacturing inductive devices with a closed contour, such as toric or E inductive devices.
  • a closed contour such as toric or E inductive devices.
  • the present invention applies to inductive devices of any shape, for example to an inductive device in the form of a bar.
  • the invention is also very advantageous for producing several inductive devices simultaneously and having a reduced bulk.
  • the inductive device according to the invention can very advantageously allow the winding of the inductor of electric motors.
  • the invention also has the advantage of making it possible to integrate one or more inductive devices directly on a substrate comprising other electronic functions, for example the rectifying circuit of a transformer of an electronic power system.
  • the diodes can be soldered to the substrate directly at the ends of the connection bridges providing the secondary of the transformer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combinations Of Printed Boards (AREA)

Abstract

Ensemble inductif comportant des premiers éléments conducteurs (E1) et un substrat (2) comportant des deuxièmes éléments conducteurs, chaque premier élément conducteur (E1) ayant une forme de U contenant dans un plan et s'étendant orthogonalement au substrat (2), chaque branche des premiers éléments conducteurs (E1) étant connectée électriquement à un deuxième élément conducteur distinct de celui auquel est connectée l'autre branche. Ainsi des spires sont formées par les premiers éléments conducteurs (E1) et les deuxièmes éléments conducteurs.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
  • La présente invention se rapporte à un ensemble inductif et à son procédé de réalisation.
  • Les dispositifs inductifs sont par exemple utilisés dans les convertisseurs très hautes fréquences et les alimentations à découpage pour électronique de puissance et dans les transformateurs hautes fréquences.
  • Un dispositif inductif est un dispositif comportant un circuit électrique formant un enroulement de sorte que, lorsqu'un courant électrique circule dans le circuit électrique, un flux magnétique apparaît à l'intérieur de l'enroulement. Le dispositif inductif peut comporter un noyau disposé dans une zone où l'enroulement crée le flux magnétique.
  • Des dispositifs inductifs ou bobines sont généralement réalisés en enroulant un conducteur filaire autour d'un noyau.
  • Or, lorsque le courant circulant dans le conducteur est un courant alternatif à haute fréquence, un effet de peau apparaît, i.e. le courant tend à ne circuler que sur la périphérie extérieure du fil, tendance qui s'accentue avec l'augmentation de la fréquence.
  • Des bobinages avec des conducteurs plats, i.e. présentant une épaisseur faible par rapport à leur largeur peuvent alors être utilisés pour pallier l'apparition de ce phénomène.
  • Cependant la réalisation par exemple de tores avec un conducteur plat est complexe.
  • Une solution est de réaliser un tel bobinage avec les techniques de la microélectronique, i.e. en mettant en œuvre des couches, dans lesquelles les conducteurs sont réalisés par des pistes conductrices dans des plans différents et sont connectées entre elles par des via. Cependant il apparaît un phénomène de proximité entre les conducteurs et l'apparition de capacité parasite.
  • Le document US 9754714 décrit un exemple de réalisation d'un dispositif inductif comportant des conducteurs plats. Le dispositif comporte un premier substrat muni d'une face dans laquelle est formée un évidement annulaire dans lequel sont disposés à plat des premiers éléments conducteurs plats les uns à côté des autres, chaque premier élément conducteur plat est disposé sur les deux bords annulaire et le fond de l'évidement et comporte deux pattes à chacune de ses extrémités à plat sur la face du premier substrat. Le dispositif comporte un deuxième substrat comportant des deuxièmes conducteurs électriques disposés de sorte à former avec les premiers éléments conducteurs des enroulements. Un noyau est disposé dans l'évidement annulaire à l'intérieur des premiers éléments conducteurs.
  • On cherche à augmenter le nombre de spires à unité de surface. En outre, un effet de proximité entres les premiers éléments peut apparaître.
    • EXPOSÉ DE L'INVENTION
  • C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un ensemble inductif présentant un effet de peau réduit et un effet de proximité également réduit, et dans lequel le nombre d'enroulements réalisables est augmenté par rapport aux dispositifs de l'état de la technique.
  • Le but énoncé ci-dessus est atteint par un dispositif inductif comportant au moins un premier élément conducteur et un substrat avec au moins un deuxième élément conducteur. Le au moins premier élément conducteur s'étend dans au moins un plan différent du substrat, ledit au moins un premier élément conducteur étant relié électriquement à au moins un deuxième élément conducteur, ledit au moins un premier élément conducteur étant configuré de sorte que son emprise au sol soit réduite par rapport aux dispositifs de l'état de la technique.
  • Pour cela le premier élément conducteur comporte deux faces de grande surface séparées par une faible épaisseur et formant un chemin conducteur comportant des première et deuxième portions connectées chacune à un deuxième élément conducteur et une troisième portion de connexion entre les première et deuxième portions, la troisième portion étant orientée de sorte que les lignes de courant sont à des distances différentes du substrat en considérant une direction transversale des faces par rapport à la circulation du courant.
  • En d'autres termes le ou les premiers éléments conducteurs ont une forme telle que tout en présentant une même section de passage de courant, leur projection sur le substrat est sensiblement réduite.
  • Ainsi, le nombre de premiers éléments conducteurs qui peut être monté sur le substrat est augmenté, ainsi que le nombre spires formé.
  • Le dispositif selon l'invention est de fabrication facilitée par rapport aux dispositifs inductifs de l'état de la technique, en particulier ceux présentant un contour fermé, tel que les dispositifs de forme torique.
  • Selon l'invention, les premiers éléments conducteurs s'étendent principalement transversalement par rapport au substrat, ce qui réduit sensiblement l'emprise au sol de chaque premier élément conducteur. Le nombre d'enroulements réalisable est sensiblement augmenté.
  • Une partie du circuit inductif est réalisée dans le substrat et une autre partie est réalisée au-dessus du substrat et peut mettre en œuvre plusieurs conducteurs électriques au-dessus du substrat disposés côte à côte. Dans un exemple avantageux, les premiers éléments conducteurs sont plans et sont orthogonaux au substrat, leur projection se réduit à l'épaisseur du premier élément conducteur
  • Dans un exemple de réalisation, les premiers éléments conducteurs ont des formes de U, les extrémités libres du U étant connectées aux deuxièmes conducteurs.
  • Par exemple Les premiers éléments conducteurs peuvent être découpés dans des plaques métalliques, par exemple dans des plaques de cuivre, ou être réalisés séparément sous la forme d'un circuit imprimé, par exemple par dépôt d'au moins une ligne conductrice sur un substrat isolant, par exemple en époxy.
  • La présente invention est particulièrement avantageuse pour réaliser des dispositifs inductifs à contour fermés, telle que des dispositifs toriques qui sont très difficilement réalisables par les techniques classiques d'enroulement. La présente invention est également très avantageuse pour réaliser des dispositifs inductifs de type E-I, puisqu'elle évite de mette en œuvre un noyau en plusieurs parties dans lequel la présence d'un entrefer ne peut pas être évité.
  • La présente invention permet également de manière aisée de réaliser simultanément plusieurs bobinages, par exemple pour réaliser un transformateur de courant ou de tension.
  • En variante, des premiers éléments conducteurs sont connectés au substrat sur les deux faces du substrat comportant chacune des seconds éléments conducteurs.
  • La présente invention présente l'avantage de permettre de réaliser des dispositifs inductifs sur des plaques de circuits imprimés qui peuvent intégrer d'autres fonctions. Ainsi l'invention permet d'atteindre un haut niveau d'intégration.
  • La présente invention a alors pour objet un ensemble inductif comportant au moins n premiers éléments conducteurs et un substrat comportant au moins n deuxièmes éléments conducteurs, n étant un entier supérieur ou égal à 1, chaque premier élément conducteur s'étendant au moins en partie dans un plan différent du substrat, et comportant une première extrémité et une deuxième extrémité reliées par un chemin conducteur électrique, le chemin conducteur comportant une première portion connectée électriquement à un des deuxièmes éléments conducteurs par la première extrémité, et une deuxième portion connectée électriquement à l'autre desdits deuxièmes éléments conducteurs par la deuxième extrémité, et au moins une troisième portion de connexion entre la première portion et la deuxième portion, le chemin conducteur comportant également deux faces reliées par des bords, lesdites faces présentant une surface très grande par rapport à celle des bords de sorte que le chemin conducteur présente une faible épaisseur, les faces présentant une dimension transversale par rapport à la direction de circulation du courant électrique dans ledit chemin conducteur. Les première, deuxième et troisième portions sont orientées de sorte que les lignes de courant circulant dans la troisième portion soient situées à des distances différentes du substrat dans la direction transversale des faces.
  • De préférence, n est supérieur ou égal à 2, et une première portion d'un élément conducteur électrique est connectée électriquement à un des deuxièmes éléments conducteurs par la première extrémité, et une deuxième portion de l'élément conducteur électrique est connectée électriquement à l'autre desdits deuxièmes éléments conducteurs par la deuxième extrémité.
  • De préférence, la dimension transversale est sensiblement constante le long du chemin conducteur entre la première extrémité et la deuxième extrémité.
  • Dans un exemple de réalisation, chaque premier élément conducteur est contenu dans un ou plusieurs plans, chaque plan étant orthogonal au substrat. Dans un exemple avantageux, chaque premier élément conducteur est contenu entièrement dans un plan distinct des plans contenant les autres premiers éléments conducteurs.
  • Dans une configuration, les n premiers éléments conducteurs et les n deuxièmes éléments conducteurs sont connectés électriquement formant un seul dispositif inductif.
  • Dans une autre configuration, au moins une première partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs sont reliées électriquement entre eux et une deuxième partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs sont reliées électriquement entre eux et isolées électriquement de la première partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs, formant deux dispositifs inductifs.
  • Dans un exemple de réalisation, les premiers éléments conducteurs ont la forme de U, les première et deuxième portions formant les branches du U et la troisième portion forme le fond du U.
  • Les première et deuxième extrémités peuvent comporter au moins une patte de connexion mécanique et/ou électrique. Dans un exemple avantageux, le substrat comporte des orifices dans lesquels sont insérées les pattes de connexion.
  • Chaque patte de connexion peut être maintenue dans un orifice par coopération mécanique avec la paroi de l'orifice et/ou par une brasure.
  • Dans un autre exemple de réalisation, l'ensemble comporte des premiers éléments conducteurs sur une face du substrat et des premiers éléments conducteurs sur l'autre face du substrat.
  • Par exemple, les n premiers éléments conducteurs et les n deuxièmes éléments conducteurs sont répartis radialement de sorte à former un ou plusieurs dispositifs inductifs toriques.
  • Les deuxièmes éléments conducteurs peuvent être répartis dans plusieurs plans sensiblement parallèles du substrat.
  • Selon un exemple de réalisation, les premiers éléments conducteurs sont découpés dans une plaque de matériau conducteur électrique. Selon un autre exemple, chaque premier élément conducteur comporte un substrat en matériau isolant électrique et une piste en matériau conducteur électrique entre la première et la deuxième extrémité et formant le chemin conducteur.
  • Le substrat est avantageusement un circuit imprimé.
  • Les premiers éléments conducteurs sont maintenus solidaires les uns aux autres par un matériau isolant électrique surmoulé.
  • La présente invention a également pour objet un transformateur électrique comportant au moins un ensemble inductif selon l'invention. La première partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs forment un primaire et la deuxième partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs forme un secondaire.
  • La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un ensemble inductif selon l'invention, comportant :
    • la fabrication de n premiers éléments conducteurs,
    • la fabrication du substrat avec les n deuxièmes éléments conducteurs,
    le montage des n premiers éléments conducteur, comprenant :
    • la fixation mécanique des n premiers éléments conducteurs sur le substrat,
    • la connexion électrique de chaque premier élément conducteur à deux deuxièmes éléments conducteurs.
  • Les n premiers éléments conducteurs peuvent être fabriqués par découpe d'une plaque en matériau conducteur électrique, ou les n premiers éléments conducteurs sont fabriqués à partir d'un circuit imprimé.
  • Lors du montage, des pattes de connexion des premiers éléments conducteurs sont par exemple insérées dans des orifices du substrat.
  • Dans un exemple de réalisation, la fixation mécanique et la connexion électrique sont réalisées par brasure de pattes de connexion des premiers éléments conducteurs sur et/ou dans les deuxièmes éléments conducteurs et/ou par insertion des pattes des orifices du substrat.
  • Préalablement au montage, les n premiers éléments conducteurs peuvent être disposés les uns par rapport aux autres de manière fixe et être ensuite montés simultanément sur le substrat.
  • De préférence, les n premiers éléments conducteurs sont montés dans un outil.
  • Dans un exemple de réalisation, un matériau isolant électrique est surmoulé sur les premiers éléments conducteurs et sont maintenus immobiles les uns par rapport aux autres.
    • BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
    • La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un dispositif inductif selon l'invention,
    • La figure 2A est une vue de côté d'un exemple de réalisation d'un premier élément conducteur,
    • La figure 2A' est une vue en perspective du premier élément conducteur de la figure 2A,
    • La figure 2B est une vue de côté d'un autre exemple de réalisation d'un premier élément conducteur,
    • La figure 2C est une vue de côté d'un autre exemple de réalisation d'un premier élément conducteur,
    • La figure 2D est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un premier élément conducteur connecté au substrat,
    • La figure 3 est une vue de face d'un autre exemple de réalisation d'un premier élément conducteur réalisé sous la forme d'un circuit imprimé,
    • La figure 4 est une vue de dessus du substrat du dispositif de la figure 1 représenté seul, supportant les seconds éléments conducteurs,
    • La figure 5 est une représentation schématique d'une vue de détail du dispositif de la figure 1,
    • La figure 6A est une vue en perspective d'un autre exemple d'un premier élément conducteur s'étendant dans plusieurs plans,
    • La figure 6B est une vue de dessus de plusieurs premiers éléments conducteurs de la figure 6A,
    • La figure 7A est une vue en perspective d'un autre exemple d'un premier élément conducteur s'étendant dans plusieurs plans,
    • La figure 7B est une vue en perspective de plusieurs premiers éléments conducteurs de la figure 7A,
    • La figure 8 est une vue de dessus d'un exemple de substrat permettant la réalisation de deux dispositifs inductifs en utilisant des éléments conducteurs de forme identique ou similaire à ceux du dispositif de la figure 1,
    • La figure 9 est une vue en perspective d'un exemple de dispositif inductif selon l'invention comportant un grand nombre de spires.
    EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
  • Dans la description, le terme «conducteur» signifie «conducteur électrique ».
  • Dans la présente demande, on entend par « substrat » un élément plan ou sensiblement plan comportant une partie en matériau isolant électrique et plusieurs pistes conductrices qui s'étendent au moins dans le plan du substrat. Le substrat peut comporter des pistes conductrices dans plusieurs niveaux du substrat, de préférence parallèles entre eux et pouvant être connectées par des vias. Typiquement un substrat est fabriqué par les techniques de la microélectronique. Un circuit imprimé ou PCB (Printed Circuit Board en terminologie anglo-saxonne) est un exemple de substrat selon l'invention.
  • Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation d'un dispositif inductif selon l'invention comportant un substrat 2, une pluralité de premiers éléments conducteurs électriques E1 et un noyau 4 disposé dans l'espace délimité par le substrat 2 et les premiers éléments conducteurs E1.
  • Dans cet exemple, le substrat s'étend dans le plan XY et les premiers éléments conducteurs E1 s'étendent dans des plans orthogonaux au plan XY et contenant la direction Z.
  • Dans cet exemple, le substrat 2 a la forme d'un disque et le noyau 4 a une forme d'anneau de diamètre extérieur inférieur au diamètre du substrat, de sorte à ménager un rebord annulaire extérieur sur le substrat pour fixer une extrémité libre des premiers éléments conducteurs E1.
  • Les premiers éléments conducteurs E1 sont fixés sur le substrat 2 qui forme à la fois un support mécanique et un connecteur électrique.
  • Sur la figure 2A, on peut voir un exemple de premier élément conducteur E1 représenté seul. Dans cet exemple, le premier élément conducteur E1 est contenu dans un plan et a une forme de U, dont les deux extrémités libres E1.1, E1.2 sont destinées à être fixées au substrat 6. Les branches sont désignées par B1, B2 et le fond 15 du U reliant les deux branches.
  • Le premier élément conducteur comporte un chemin conducteur CC reliant les deux extrémités E1.1 et E1.2. Le chemin conducteur CC a une dimension transversale L qui est perpendiculaire à la direction de circulation du courant symbolisée par les lignes de courant I1, I2, I3 sur la figure 5. De préférence, la dimension transversale L est sensiblement constante le long du chemin conducteur entre la première et la deuxième extrémité.
  • De préférence, le chemin conducteur CC de chaque premier élément conducteur E1 et le chemin conducteur de chaque deuxième élément conducteur E2 présentent des sections de passage de courant proches ou égales.
  • Sur la figure 2A', on peut voir le chemin conducteur CC comportant deux faces F de grandes dimensions reliées par deux rebords R. Les deux faces sont séparées par une distance e faible par rapport aux autres dimensions du premier élément conducteur et qui correspond à l'épaisseur du chemin conducteur.
  • Le premier élément conducteur E1 présente une hauteur h. Dans cet exemple les deux branches B1 et B2 du U présentent la même hauteur h.
  • Le fond du U ou portion de connexion 15 a une dimension I entre les deux branches B2, B2.
  • De préférence e/L < 1. De manière préférée également, L > 0,5 mm, I > 1 mm et 10 µm < e < 0,5 mm.
  • A des fins de simplicité, les premiers éléments conducteurs E1 seront désignés « ponts de connexion » dans la suite de la description.
  • Le pont de connexion E1 de la figure 2A est réalisé entièrement en matériau conducteur électrique, par exemple par découpage dans une tôle de matériau conducteur, par exemple le cuivre. Ainsi le chemin conducteur forme le pont de connexion.
  • L'épaisseur de la plaque de matériau conducteur électrique est suffisante pour que les premiers éléments conducteurs soient autoportants.
  • Dans l'exemple de la figure 2A, les extrémités libres E1.1 et E1.2 comportent chacune deux pattes 6 conductrices qui sont destinées à venir connecter le premier élément conducteur E1 à des deuxièmes conducteurs E2 formés dans, ou sur, le substrat 2. Il sera compris que le nombre de pattes 6 n'est pas limitatif.
  • Sur la figure 4, on peut voir un exemple de substrat 2 sur lequel les ponts de connexion E1 sont montés. Le substrat comporte des orifices O pour l'insertion des pattes 6 des premiers éléments conducteurs. Les orifices O ont des formes adaptées à la formes des pattes, ils sont par exemple circulaires pour des pattes cylindriques à section circulaire ou de forme oblongue pour des pattes en forme de lame.
  • Les premiers éléments conducteurs peuvent être solidarisés au substrat par exemple par brasure ou par insertion, de préférence à froid.
  • La connexion mécanique et la connexion électrique peuvent être réalisées par les mêmes moyens ou des moyens différents. Par exemple, on peut envisager une connexion mécanique par encastrement et une connexion électrique par brasure
  • Sur la figure 4, les deuxièmes conducteurs électriques E2 formés par des pistes conductrices situées sur au moins une face du substrat 2. Les deuxièmes conducteurs E2 s'étendent sensiblement radialement sur le substrat 2, de sorte qu'une extrémité libre d'un pont de connexion E1 située radialement à l'extérieur, et l'extrémité libre d'un autre pont de connexion E1 adjacent situé radialement à l'intérieur puisse se connecter au même deuxième conducteur E2 et ainsi former un enroulement.
  • Une extrémité libre d'un premier élément conducteur E1 est connectée électriquement à un deuxième élément conducteur E2, qui est distinct de celui auquel est connecté l'autre extrémité libre du même premier élément conducteur, de sorte à connecter électriquement tous les premiers éléments conducteurs en série et à former avec les deuxièmes conducteurs des enroulements.
  • Sur la figure 5, on peut voir représenté un détail du dispositif de la figure 1 montrant les connexions électriques entre les premiers et deuxièmes conducteurs.
  • Désignons E1 et E1' deux premiers éléments conducteurs directement adjacents, une extrémité libre E1.1 du premier élément conducteur E1 située radialement à l'extérieur est connectée électriquement au deuxième conducteur E2, une extrémité libre E1.1' du premier élément conducteur E1' située radialement à l'intérieur est connectée électriquement au deuxième conducteur E2. Les lignes de courant I1, I2, I3 sont représentées sur la figure 5. On peut voir que la ligne de courant I1 est plus proche du substrat que les lignes I2 et I3.
  • Les premiers éléments conducteurs E1 sont par exemple réalisés par découpe dans une plaque de matériau conducteur électrique, par exemple une plaque de cuivre. Par exemple il s'agit d'une découpe au LASER, découpe au jet d'eau..., d'un emboutissage, d'une découpe au rouleau à couteaux.
  • Dans l'exemple représenté, chaque premier élément conducteur est situé dans un plan. Dans l'exemple de la figure 1, le plan de chaque conducteur est perpendiculaire au plan du substrat. Les premiers éléments conducteurs sont disposés radialement les uns par rapport aux autres. La configuration et l'orientation des ponts de connexion qui s'étendent de préférentiellement dans des plans transversaux au substrat, permet de réduire sensiblement l'encombrement de chaque pont dans le plan du substrat.
  • De manière avantageuse, les extrémités radialement intérieures des deuxièmes éléments conducteurs sont sur un même cercle, et les extrémités radialement intérieures des deuxièmes éléments conducteurs sont sur un même cercle. Ainsi les mêmes premiers éléments peuvent être utilisés pour toutes les spires.
  • Un dispositif inductif toroïdal est ainsi formé.
  • Chaque pont de connexion forme une partie d'une spire et chaque deuxième élément conducteur forme une autre partie de la spire, les proportions de la spire formée par le pont de connexion et par le deuxième élément conducteurs sont variables, de préférence les proportions sont 3/4 et 1/4 respectivement.
  • Sur la figure 2B, on peut voir une variante d'un premier élément conducteur dans laquelle les extrémités de connexion comportent une patte 6. Cette variante est avantageuse dans le dispositif de la figure 1 car la patte de l'extrémité se connectant à la partie centrale du substrat est située sur un plus grand diamètre, ce qui permet de disposer de plus de place pour la connexion ente l'extrémité de connexion et le second conducteur radialement à l'intérieur.
  • Sur la figure 2C on peut voir une autre variante d'un premier élément conducteur, dans laquelle chaque extrémité comporte une patte 6 dont la largeur ne représente qu'une partie de la largeur du chemin conducteur, par exemple la moitié dans l'exemple représenté. Dans cet exemple, les pattes sont située du même côté du chemin conducteur et le premier élément conducteur est orienté de sorte que les pattes soient situées radialement à l'extérieur. Cette variante est encore plus avantageuse, car elle assure une section de passage de courant suffisante tout en assurant une connexion sur un plus grand diamètre. En variante, les pattes sont situées au centre du chemin conducteur.
  • Dans les exemples des figures 2A à 2C, la connexion électrique et mécanique entre les ponts de connexion et les deuxièmes éléments conducteurs est réalisée par insertion des pattes dans les orifices pratiqués dans le substrat et par brasure éventuel.
  • En variante comme cela est représenté sur la figure 2D, le pont de connexion comporte deux pattes de connexion 16 destinées à venir en appui plan contre les deuxièmes éléments de connexion et à être solidarisées à celle-ci, par exemple par brasage. Par exemple de la pâte à braser 18 est interposée entre chaque patte de connexion 16 et le deuxième élément de connexion E2.
  • Il peut être envisagé de surmouler chaque premier élément conducteur avec un matériau isolant électrique sauf au niveau des contacts électriques.
  • Sur la figure 9, on peut voir un exemple de dispositif inductif selon l'invention comportant un grand nombre de premiers éléments conducteurs et donc un grand nombre de spires.
  • Sur la figure 3, on peut voir un autre exemple de premier élément conducteur sous la forme d'un circuit imprimé. Il comporte un support isolant électrique 10 sur et/ou dans lequel est formée une piste conductrice 12 formant le chemin conducteur. Des pattes de connexion 14 au substrat sont formées. En variante, plusieurs pistes peuvent être formées sur une face du circuit imprimées. En variante encore, une ou plusieurs pistes électriques peuvent être réalisées sur les deux faces du circuit imprimé, ainsi au moins deux portions de spires peuvent être formées sur un même circuit imprimé. On peut également envisager d'ajouter un ou des composants électriques sur le circuit imprimé
  • Dans cet exemple, les ponts de connexion sont contenus dans un plan.
  • Selon la variante représentée sur la figure 6A, les ponts de connexion sont contenus dans plusieurs plans. Les branches B1 et B2 sont contenus dans des plans sécants.
  • Sur la figure 6B, on peut voir plusieurs ponts de la figure 6A, vus de dessus, disposés les uns à côtés des autres, illustrant le fait qu'ils permettent de réaliser un dispositif inductif présentant une grande densité de spires.
  • En variante les ponts de connexion peuvent être ondulés en regardant dans la direction de l'axe Z.
  • Sur la figure 7A, c'est la portion de connexion 15 qui est contenue dans un plan distinct des branches. Sur la figure 7B, on peut voir plusieurs ponts de la figure 7A, vus de côté, disposés les uns à côtés des autres, illustrant le fait qu'ils permettent de réaliser un dispositif inductif présentant une grande densité de spires.
  • Les exemples de ponts de connexion des figures 6A à 7B sont disposés les uns par rapport aux autres de manière à s'emboîter. Ainsi la forme dans plusieurs plans permet néanmoins d'obtenir une densité de spires élevée.
  • La forme des premiers éléments conducteurs peuvent présenter d'autres formes qu'une forme en U, par exemple une forme en V.
  • Selon l'invention, le ou les plans contenant la portion de connexion 15 ne sont pas parallèles au substrat afin de réduire l'emprise au sol des ponts de connexion
  • Dans un exemple de procédé de réalisation, les premiers éléments conducteurs sont montés un à un sur le substrat et connectés électriquement aux deuxièmes éléments conducteurs.
  • Dans un autre exemple de procédé de réalisation préféré, tous les ponts de connexion sont disposés dans un outil de maintien qui monte simultanément tous les ponts de connexion sur le substrat.
  • Le dispositif de la figure 9 comporte un surmoulage 20 est réalisé sur les premiers éléments conducteurs E1 formant un ensemble monobloc, immobilisant les premiers éléments conducteurs les uns par rapport aux autres avant montage sur le substrat et facilitant l'assemblage des premiers éléments conducteurs sur le substrat 2. Le matériau surmoulé est isolant électrique et assure une protection. Le matériau surmoulé peut avantageusement participer au moins à la solidarisation mécanique des premiers éléments conducteurs électriques avec le substrat 2. Le matériau surmoulé est par exemple un matériau plastique, par exemple l'ABS (acrylonitrile butadiène styrène), une résine époxy, un matériau silicone
  • Par exemple la distance d entre deux extrémités radialement intérieures de deux premiers éléments conducteurs peut être de l'ordre de 1 mm ben l'absence de surmoulage (figurer 1). Dans le cas d'un surmoulage réalisé sur les premiers éléments conducteurs surmoulés, la distance d peut être de l'ordre de 0,3 mm (figure 9).
  • Sur la figure 8, on peut voir un exemple de substrat permettant de réaliser deux dispositifs inductifs par exemple par exemple pour réaliser un primaire et un secondaire d'un transformateur électrique.
  • Dans cet exemple, les premiers éléments conducteurs et leur disposition relative sont identiques à ceux du dispositif de la figure 1.
  • Le substrat comporte des groupes de deuxièmes conducteurs électriques. Un premier groupe de deuxièmes conducteurs électriques participe à la connexion électrique de premiers éléments conducteurs E1 entre eux pour former le primaire et un deuxième groupe participe à la connexion électrique d'autres premiers éléments conducteurs électriques E1 entre eux pour former le secondaire.
  • Les références E2p désignent les conducteurs électriques assurant les connexions entre les premiers éléments conducteurs E1 pour former le primaire et les références E2s désignent les conducteurs électriques assurant les connexions entre les premiers éléments conducteurs E1 pour former le secondaire.
  • Comme on peut le voir sur la figure 8, de manière avantageuse les extrémités radialement extérieures des deuxièmes éléments connecteurs électriques E2p et E2s des deux groupes sont situées sur le même cercle C1 et les extrémités radialement intérieures des deuxièmes connecteurs électriques E2p et E2s des deux groupes sont situées sur le même cercle C2. Ainsi en utilisant les mêmes ponts de connexion, on peut réaliser deux dispositifs inductifs distincts.
  • En variante les deux dispositifs inductifs sont réalisés avec des ponts de connexion de géométries différentes, les connexions aux deuxièmes conducteurs se situant sur des cercles différents.
  • Il sera compris que plus de deux dispositifs inductifs peuvent être réalisés simultanément.
  • Dans cet exemple, les deuxièmes conducteurs E2p et les deuxièmes conducteurs E2s sont réalisés dans des plans distincts.
  • Dans les exemples décrits, les ponts de connexion sont situés sur une seule face du substrat.
  • Dans d'autres exemples, des ponts de connexion sont situés sur les deux faces du substrat. Il peut alors être envisagé de réaliser des dispositifs inductifs distincts sur chacune des faces et/ou de réaliser un ou plusieurs dispositifs inductifs distincts sur les deux faces, chaque spire d'un dispositif étant formée par un pont de connexion sur une face et un pont de connexion sur l'autre face.
  • Le ou les dispositifs inductifs peuvent comporter ou non des noyaux en matériau magnétique. Dans le où des dispositifs inductifs distincts sont réalisés sur les deux faces du substrat, l'un peut comporter un noyau et l'autre peut ne pas en comporter.
  • Un exemple de procédé de réalisation d'un dispositif inductif de la figure 1 selon l'invention va maintenant être décrit.
  • Les premiers éléments conducteurs sont fabriqués par découpe dans une plaque de cuivre. Les premiers éléments conducteurs sont par exemple ceux de la figure 2A.
  • Le substrat muni de deuxièmes éléments conducteurs est fabriqué par les techniques de la microélectronique, par exemple par gravure d'un circuit imprimé. Des perçages sont réalisés à travers le substrat aux extrémités radiales intérieures et extérieures des deuxièmes éléments conducteurs pour l'insertion des contacts électriques des premiers éléments conducteurs.
  • Le noyau est mis en place sur le substrat.
  • Les contacts électriques 6 des premiers éléments conducteurs E1 sont insérés dans les perçages et chevauchent le noyau. Par exemple tous les premiers éléments sont montés dans un outil pour assurer un montage simultané des tous les premiers éléments conducteurs sur le substrat. Une brasure peut être réalisée si cela est requis au niveau de chaque contact électrique afin de connecter électriquement chaque contact électrique à un deuxième élément conducteur.
  • Le dispositif inductif est terminé.
  • Un surmoulage sur l'ensemble des premiers éléments conducteurs peut ensuite être réalisé.
  • Le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux pour fabriquer des dispositifs inductifs à contour fermé, tels que les dispositifs inductifs toriques ou en E. Néanmoins il sera compris que la présente invention s'applique à aux dispositifs inductifs de toute forme, par exemple à un dispositif inductif en forme de barreau.
  • L'invention est également très avantageuse pour réaliser plusieurs dispositifs inductifs simultanément et présentant un encombrement réduit.
  • Le dispositif inductif selon l'invention peut permettre de manière très avantageuse de réaliser l'enroulement de l'inducteur des moteurs électriques.
  • L'invention présente également l'avantage de permettre d'intégrer un ou plusieurs dispositifs inductifs directement sur un substrat comportant d'autres fonctions électroniques, par exemple le circuit de redressement d'un transformateur d'un système de puissance électronique. Les diodes peuvent être soudées sur le substrat directement au niveau des extrémités des ponts de connexion réalisant le secondaire du transformateur.

Claims (15)

  1. Ensemble inductif comportant au moins n premiers éléments conducteurs (E1) et un substrat (2) comportant au moins n deuxièmes éléments conducteurs (E2), n étant un entier supérieur ou égal à 1, chaque premier élément conducteur (E1) s'étendant au moins en partie dans un plan différent du substrat (2), et comportant une première extrémité (E1.1) et une deuxième extrémité (E1.2) reliées par un chemin conducteur électrique (CC), le chemin conducteur (CC) comportant une première portion (B1) munie de la première extrémité (E1.1), et une deuxième portion (B2) munie de la deuxième extrémité (E1.2), au moins l'une des première (B1) et deuxième (B2) portions étant connectée électriquement à un deuxième élément conducteur (E2) par la première ou la deuxième extrémité, et au moins une troisième portion de connexion (15) entre la première portion (B1) et la deuxième portion (B2), la première portion (B1), la deuxième portion (B2) et la troisième portion de connexion (15) comportant également deux faces (F) reliées par des bords (R), lesdites faces présentant une surface très grande par rapport à celle des bords de sorte que le chemin conducteur (CC) présente une faible épaisseur (e), les faces (F) présentant une dimension transversale (L) par rapport à la direction de circulation du courant électrique dans ledit chemin conducteur (CC), dans lequel les première (B1), deuxième (B2) et troisième (15) portions sont orientées de sorte que les lignes de courant (I1, I2, I3) circulant dans la troisième portion (15) soient situées à des distances différentes du substrat dans la direction transversale des faces (F).
  2. Ensemble inductif selon la revendication 1, dans lequel n est supérieur ou égale à 2 et dans lequel la première portion (B1) de l'élément conducteur électrique est connectée électriquement à un des deuxièmes éléments conducteurs (E2) par la première extrémité (E1.1), et la deuxième portion (B2) de l'élément conducteur électrique est connectée électriquement à l'autre desdits deuxièmes éléments conducteurs (E2) par la deuxième extrémité (E1.2).
  3. Ensemble inductif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque premier élément conducteur (E1) est contenu dans un ou plusieurs plans, chaque plan étant orthogonal au substrat, ou dans lequel chaque premier élément conducteur (E1) est contenu entièrement dans un plan distinct des plans contenant les autres premiers éléments conducteurs.
  4. Ensemble inductif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les n premiers éléments conducteurs (E1) et les n deuxièmes éléments conducteurs (E2) sont connectés électriquement formant un seul dispositif inductif.
  5. Ensemble inductif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins une première partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs sont reliées électriquement entre eux et une deuxième partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs sont reliées électriquement entre eux et isolées électriquement de la première partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs, formant deux dispositifs inductifs.
  6. Ensemble inductif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les premiers éléments conducteurs ont la forme de U, les première (B1) et deuxième (B2) portions formant les branches du U et la troisième portion (15) forme le fond du U.
  7. Ensemble inductif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les première (E1.1) et deuxième (E1.2) extrémités comportent au moins une patte de connexion 6 mécanique et /ou électrique, le substrat (2) comportant avantageusement des orifices (O) dans lesquels sont insérées les pattes de connexion (6), chaque patte de connexion (6) étant avantageusement maintenue dans un orifice (O) par coopération mécanique avec la paroi de l'orifice (O) et/ou par une brasure.
  8. Ensemble inductif selon l'une des revendications 1 à 7, comportant des premiers éléments conducteurs (E1) sur une face du substrat et des premiers éléments conducteurs (E1) sur l'autre face du substrat.
  9. Ensemble inductif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les n premiers éléments conducteurs (E1) et les n deuxièmes éléments conducteurs (E2) sont réparties radialement de sorte à former un ou plusieurs dispositifs inductifs toriques.
  10. Ensemble inductif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deuxièmes éléments conducteurs sont répartis dans plusieurs plans parallèles du substrat.
  11. Ensemble inductif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premiers éléments conducteurs (E1) sont issus d'une plaque de matériau conducteur électrique découpée
  12. Ensemble inductif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque premier élément conducteur (E1) comporte un substrat (10) en matériau isolant électrique et une piste (12) en matériau conducteur électrique entre la première et la deuxième extrémité et formant le chemin conducteur.
  13. Ensemble inductif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le substrat est un circuit imprimé, et/ou les premiers éléments conducteurs sont maintenus solidaires les uns aux autres par un matériau isolant électrique surmoulé.
  14. Transformateur électrique comportant au moins un ensemble inductif selon la revendication 5, dans lequel la première partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs forme un primaire et la deuxième partie des premiers éléments conducteurs et deuxièmes éléments conducteurs forme un secondaire.
  15. Procédé de fabrication d'un ensemble inductif selon l'une des revendications 1 à 13, comportant :
    - la fabrication de n premiers éléments conducteurs,
    - la fabrication du substrat avec les n deuxièmes éléments conducteurs,
    - le montage des n premiers éléments conducteur, comprenant :
    - la fixation mécanique des n premiers éléments conducteurs sur le substrat,
    - la connexion électrique de chaque premier élément conducteur à deux deuxièmes éléments conducteurs.
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