WO2017103077A1 - Noyau d'inductance a pertes magnetiques reduites - Google Patents

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    • H01F38/023—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation of inductances
    • H01F2038/026—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation of inductances non-linear inductive arrangements for converters, e.g. with additional windings

Definitions

  • the present invention relates to an inductor core for the production of inductors, particularly for the manufacture of passive components in the field of power electronics, in particular at high frequencies, for example between 100 kHz and 10 MHz.
  • An inductor comprises a core and an electrical conductor arranged in n turns around a portion of the core.
  • the core consists of a ferromagnetic material characterized by a relative magnetic permeability ⁇ . In operation, the turns are traversed by an alternating electric current generating a magnetic induction of the same frequency in the core.
  • Such an inductor is for example used in a power converter, which is an electronic device whose function is to adapt the voltage and the current delivered by a source of electrical power to supply, according to the specifications, a distribution network or a system electric given.
  • the converter comprises electronic components functioning as switches (active components) switching at a given frequency.
  • the active components are transistors that are used to "cut" the input voltage in regular cycles.
  • inductors are used to store and destock the electrical energy on each cycle and to smooth the output voltage to its average value.
  • inductances compatible with operation at frequencies between 100 kHz and 10 MHz have inductance values between 1 ⁇ and 10 mH.
  • the most suitable inductances are the monolithic inductances made of ferromagnetic material. This material is characterized by a relative magnetic permeability ⁇ ⁇ > 50 and an induction Bs> 100 mT.
  • the ferrite oxide materials of spinel crystallography structure have high frequency stable permeability values. For this reason, they are widely used as inductance cores, especially for high frequency operations between 100 kHz and 10 MHz.
  • the most common formulations are (MnI-xZnxFe204) and (Nil-xZnxFe204). These materials are also characterized by high electrical resistivity values limiting the induced current losses.
  • these ferromagnetic materials are the seat of energy dissipation processes also called magnetic losses. These magnetic losses are dissipated as heat at any point in the volume of the core.
  • a current in the turns creates a magnetic field and a variable induction of the same frequency as that of the current comprising a DC component and a variable component.
  • a technique for reducing magnetic losses is then to reduce the peak value of magnetic induction.
  • a first solution consists in generating a magnetic polarization by circulating a direct current around the core.
  • the intensity of the direct current is determined by applying the ampere theorem so as to create a constant induction value and a sign opposite to the DC component fixed by the converter.
  • This solution has a certain size and a certain additional cost. For example, for small cores, space is not always available for additional winding.
  • a second solution is to generate a magnetic polarization by means of magnets inserted in a zone of the core or arranged against one face of the core.
  • the magnets are arranged to circulate the magnetic flux in the core in the opposite direction to the magnetic flux corresponding to the DC component.
  • EP 1187150 and EP 1187151 A1 disclose such a solution.
  • the magnet or magnets generate a magneto-motor force for the circulation of the magnetic flux throughout the magnetic circuit.
  • This solution is effective for inductances operating at low frequency and high relative magnetic permeability materials for example greater than 500. In this case, the entire magnetic flux produced by the magnet remains confined in the core and the flux losses. are weak.
  • magnetic materials capable of operating at frequencies above 1 MHz are characterized by permeability values of less than 100.
  • the magnetic circuit is subject to magnetic leakage at the level of magnets, a portion of the flux lines produced by each magnet loop directly from one pole to the other of the magnet through the surrounding medium without traversing the entire magnetic circuit.
  • the effectiveness of Magnetic polarization is therefore impaired and the value of the DC component of the induction is not reduced effectively.
  • the magnetic flux lines radiate into the kernel environment, which may affect the operation of other converter components.
  • the object of the present invention is therefore to provide an inductor core suitable for producing inductances capable of operating at a high frequency, for example> 1 M Hz, and having reduced magnetic losses.
  • an inductor core comprising a ferromagnetic material and at least one permanent magnet.
  • the ferromagnetic material at least partially borders the magnet so as to extend continuously along the side wall of the magnet between its two poles. Due to the arrangement of the ferromagnetic material along the magnet between the poles, the magnetic flux lines emerging from the pole N of the magnet circulate in the ferromagnetic material to the pole S. A homogeneous polarization of the ferromagnetic material by the magnet is then assured. It is then possible to partially or totally compensate the DC component of the induction more homogeneously in the core. Magnetic losses are then reduced effectively.
  • the core When a current flows in the winding, the core is the seat of two magnetic circuits, in one circulates the magnetic flux lines produced by the winding and in the other circulates the magnetic flux lines generated by the the magnets.
  • the flow lines flow in opposite directions.
  • the ferromagnetic material is placed as close as possible to the magnet between its poles on the natural path of the magnetic flux lines produced by the magnet when they loop back from the north pole to the south pole. It is easy to "collect” the flow lines. This creates the shortest path for magnetic flux lines produced by the magnet between the north pole and the south pole, which produce a homogeneous magnetic flux in the ferromagnetic material. Since the magnetic flux produced by the magnet reboots directly into the material ferromagnetic, it does not radiate or little outward, the operation of other components is little or not disturbed.
  • the invention is therefore suitable for use in inductances whose ferromagnetic material has a low magnetic permeability, for example less than 100, and particularly adapted to high frequency operation.
  • the ferromagnetic material surrounds the entire lateral surface of the magnet between the two poles.
  • the dimension of the magnet between its two poles is substantially equal to the magnetic length of the core, i.e. the dimension of the ferromagnetic material. The leaks are then weak.
  • the core comprises several magnets arranged relative to each other so that the poles of opposite polarities of two successive magnets are facing each other, and the ferromagnetic material extends continuously between all the magnets. magnets. The flux lines then circulate from one magnet to the other and loop back between the north pole of the last magnet of the succession of magnets and the south pole of the first magnet of the succession of magnets.
  • the core is of type E and comprises a central bar provided with an air gap, the magnetic flux forming two loops closing in the central bar.
  • the bar magnets are at least partly buried in the straight portions of the core and extend over substantially the entire length of the straight portions.
  • the magnetic flux lines produced by the magnet (s) loop back into the core body in a direction opposite to the magnetic flux lines due to the coil biasing of the core.
  • the polarization thus generated partially compensates, preferably completely offsets, the DC component of the induction generated by the flow of current in the conductor of the inductor.
  • non-magnetic zones are arranged at two poles of two magnets in order to avoid looping of the magnetic flux lines before having traveled the entire length of the magnetic circuit.
  • the non-magnetic zones have cavities passing through the core, which then also serve to remove heat from the outer surface of the core.
  • the cavities are for example filled with air, and very advantageously, are filled with a good thermal conductive material, electrical and non-magnetic insulation such as AIN.
  • the subject of the present invention is therefore an inductance core for magnetic inductance, comprising a body comprising a ferromagnetic material and one or more magnets, in which the magnet (s) form (s) at least partly a first path of circulation of magnetic flux lines produced by the magnet or magnets so that the first path comprises at one end a south pole, called the south end pole, and at another end a north pole, called the north end pole, and wherein the ferromagnetic material forms at least in part a second flow path of said magnetic flux lines, wherein the ferromagnetic material extends continuously from the south pole to the north pole along the magnet (s) and having opposite the pole south end a nonmagnetic area and facing the north end pole a nonmagnetic area forcing the magnetic flux lines exiting the north end pole to take the second path and loop back on the end south pole, said non-magnetic zones being called "non-magnetic end zones", so that a cross section of the inductance core, perpendicular to the flux lines, includes both
  • the magnetic flux lines of the first path flow in a direction opposite to that of the magnetic flux lines flowing in the second path.
  • each magnet has an outer lateral face between the south pole and the north pole, the ferromagnetic material being in contact with at least a portion of the outer lateral surface of each magnet.
  • the south pole and the north pole of the first path can belong to a single magnet.
  • the ferromagnetic material completely surrounds the external lateral surface of the magnet, said inductance core comprising two end faces comprising for one the south pole and the ferromagnetic material and for the other the north pole and ferromagnetic material, each end faces being opposite a non-magnetic zone called non-magnetic end zones.
  • the ferromagnetic material may form a sleeve receiving the magnet and in contact with the outer surface of the magnet and wherein the distance between the poles of the magnet and the magnetic length of the core are equal or substantially equal, the non-magnetic areas end being formed by air.
  • the south pole and the north pole of the first path belong to separate magnets, the magnets being arranged so that the poles of opposite polarities of two successive magnets are facing or substantially opposite.
  • the poles opposite two magnets are advantageously connected by zones of ferromagnetic material.
  • the body comprises at least one non-magnetic zone, called the intermediate non-magnetic zone, at the level of each zone of ferromagnetic material separating the poles facing two magnets so as to prevent magnetic flux lines emerging from a north pole. a magnet to bounce directly to the south pole of said magnet without preventing the magnetic flux lines from passing from one pole to the other of two successive magnets.
  • Each intermediate non-magnetic zone may comprise a cavity.
  • the cavity can open into opposite outer faces of the body.
  • the cavity is filled with a thermal conductive material and electrical insulator, for example AlN.
  • the body has a given thickness and said magnets can extend over the entire thickness of the body.
  • the body comprises a rectangular frame and a central bar disposed transversely to the sides of the frame of greater length and parallel to the sides of the frame of smaller length.
  • Two first paths are delimited in the frame and in the central bar symmetrically with respect to a plane of symmetry passing through the central bar and perpendicular to a middle plane of the frame and two second paths are delimited in the frame and in the central bar symmetrically with respect to said plane of symmetry.
  • the central bar has a gap.
  • the central bar may comprise at least two magnets belonging to the first two paths.
  • each long side has two magnets of the same length and each short side having a magnet, and wherein the central bar has a magnet on each side of the air gap, so that the first two paths each comprise five magnets.
  • the air gap may be disposed between the south end pole and the north end pole and form the non-magnetic end zones.
  • the magnets are or are of bonded type comprising at least one powdered magnetic material dispersed in a matrix of electrical insulating material.
  • the ferromagnetic material has a permeability of less than 100.
  • the ferromagnetic material may be a spinel ferrite selected from NiZn and MnZn.
  • the present invention also relates to an inductor comprising an inductor core according to the invention and a conductor wound around at least a portion of the core.
  • the present invention also relates to a converter comprising at least one electronic component and at least one inductor according to the invention.
  • the present invention also relates to a method for manufacturing an inductance core according to the invention, comprising the steps:
  • At least one cavity may advantageously be formed to form a non-magnetic zone.
  • the method may comprise a step of placing a non-magnetic material, non-conducting and electrically conductive in the cavity forming the non-magnetic zone.
  • the magnet is advantageously a bonded magnet.
  • the magnet may be by molding a mixture of at least one magnetic powder and a polymer matrix.
  • Step b) may comprise a molding sub-step of the masterbatch, a debinding sub-step and a heat treatment sub-step.
  • the thermal treatment sub-step advantageously takes place directly after the debinding sub-step by increasing the temperature relative to that of debinding.
  • the subject of the present invention is also another method for manufacturing an inductance core according to the invention, comprising the steps:
  • FIG. 1A is a longitudinal sectional view of an inductor core according to an exemplary embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the core of FIG.
  • FIG. 2A is a top view diagrammatically represented of an inductor implementing an inductance core according to another exemplary embodiment
  • FIG. 2B is a perspective view of a type E half-core
  • FIG. 3 is a perspective view of an inductor core according to the example of FIG. 2A;
  • FIGS. 4A and 4B are graphical representations of the evolution of the magnetic induction B in mT for an inductance core of the state of the art and of the inductance core of FIG. 3 respectively as a function of time t in ms,
  • FIG. 5 is a schematic representation of an E-E type core of the state of the art and magnetic flux lines flowing therethrough, the flux lines being generated by a current flowing in a conductor wound around the central bar,
  • the inductance core according to the invention implements one or more permanent magnets, but for the sake of simplicity the remainder of the description will use only the term "magnet" to designate a permanent magnet.
  • an inductor core NI comprising a body 2 of cylindrical shape with a longitudinal axis X of circular section, and a magnet 6.
  • the body 2 comprises a ferromagnetic material 4.
  • the body has an annular section and delimits therein a cavity 8 of longitudinal axis X.
  • the shape and the section of the core are not limiting, for example a body of square section falls within the scope of the present invention.
  • the core is advantageously monolithic, i.e. molded in one piece.
  • the magnet 6 extends longitudinally along the X axis and has a circular section.
  • the south poles S and north N of the magnet are located at the longitudinal ends of the magnet 6.
  • the outer diameter of the magnet 6 corresponds to the inside diameter of the cavity 8, so that the magnet can be arranged in the cavity 8 and is in contact with the ferromagnetic material 6.
  • the length 11 of the magnet is at least equal to the length 12 of the ferromagnetic material. In the example shown, the length 11 of the magnet is substantially equal to the length 12 of the ferromagnetic material.
  • the zones of reversal of the magnetic flux naturally located at the poles of the magnet are outside the ferromagnetic material so as to allow a rectilinear flow of the flux in the core.
  • the ferromagnetic material 4 then surrounds the magnet 6 over its entire length and circumference.
  • the magnet is in contact with the magnet over its entire circumference. But an embodiment in which the magnet would not be in contact with the ferromagnetic material is not outside the scope of the present invention.
  • the magnet produces magnetic flux lines Fm. Due to the relative disposition of the poles of the magnet and the ferromagnetic material, the magnetic flux lines flow from the south pole S to the north pole N in the magnet 6 and then, thanks to the ferromagnetic material surrounding the magnet and extending between the pole S and the pole N, they loop back into the ferromagnetic material towards the pole S. The direction of the magnetic flux lines in the ferromagnetic material is opposite to that of the flux lines in the magnet.
  • All the ferromagnetic material is then polarized and uniformly by the magnet.
  • a conductor (not shown) is wrapped around the core.
  • the conductor is for example made of copper and has no example n turns of longitudinal axis X.
  • the magnetic flux lines generated by the magnet and those generated by the conductor circulate in the opposite direction.
  • the value of the magnetic field of the magnet generates a polarization which will reduce and advantageously cancel the continuous component of the induction generated by the current flowing in the conductor.
  • the peak value is then equal to ⁇ / 2, so its value is reduced.
  • the structure of the core in particular the relative arrangement of the ferromagnetic material and the magnet, makes it possible to ensure looping of the magnetic flux lines in the ferromagnetic material even in the case where the ferromagnetic material has a low permeability, for example less than 100.
  • the ferromagnetic material is arranged around the magnet on the natural passage of the magnetic flux lines produced by the magnet and looping from the north pole to the south pole.
  • the polarization of the ferromagnetic material by the magnetic flux does not require a specific device, for example polar parts, acting on the flux lines to guide them in the ferromagnetic material.
  • the ferromagnetic material advantageously surrounds the entire magnet, the magnetic flux lines looping symmetrically around the axis of the magnet, the majority of the magnetic flux lines are confined in the material ferromagnetic material and the ferromagnetic material is homogeneously polarized.
  • the ferromagnetic material does not completely surround the magnet and extends for example only on an angular portion of the side surface of the magnet between the two poles.
  • the material ferromagnetic core would then still be polarized entirely uniformly, the peak value would then be reduced. Nevertheless a fraction of the magnetic flux of the magnet could leak into the surrounding environment.
  • FIGS. 2A and 2B there can be seen an example of an E2-type N2 inductance core. This type of nucleus has a great compactness.
  • the core N2 viewed from above in FIG. 2A, comprises a frame 10 of rectangular shape and a central bar 12 of longitudinal axis X 'extending perpendicular to the sides of the frame of greater length substantially in their middle.
  • This central bar 12 is intended to be surrounded by the turns of a conductor (not shown).
  • the bar 12 is in the example shown formed of two half-bars separated by an air gap 14.
  • the core N2 may be formed by assembling two E-type half-cores 15 as shown in FIG. 2B or be made directly in one piece. Alternatively, it may be formed by assembling an E-part and an I-part or a U-shaped part and a complementary part.
  • the sides of the frame and the central bar then delimit two magnetic circuits C1 and C2 symmetrical with respect to a plane passing through the axis X of the central bar 12 and perpendicular to an average plane of the frame. Both circuits are rectangular.
  • the magnetic circuits C1 and C2 are intended to be traversed by magnetic flux lines generated by the flow of current in the conductor 11, looping at the gap.
  • the magnetic flux lines are designated FM3 in FIG.
  • the core N2 also comprises magnets A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 arranged in each of the magnetic circuits C1 and C2.
  • the magnets A1 and A5 are located in the central bar 12 and are common to both magnetic circuits.
  • the two magnetic circuits are of similar structures, only the circuit C1 will be described in detail.
  • the magnetic circuit C1 has straight portions 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5.
  • the portions 16.1 and 16.5 being formed by the two half-bars of the central bar 12.
  • the magnets have, in the example shown, the parallelepipedal shape rectangle extending over the entire thickness of the core, the thickness of the core being considered in a direction perpendicular to the mean plane of the core.
  • the magnet A2 extends over substantially the entire length of the portion
  • the magnet A3 extends over substantially the entire length of the portion
  • the magnet A4 extends over substantially the entire length of the portion 16.4.
  • the magnets A1 and A5 extend over substantially the entire length of the portions 16.1 and 16.5 respectively.
  • the magnets A1 to A5 have an outer side face and an inner side face, the inside and the outside being considered with respect to the inside and the outside of the magnetic circuit Cl.
  • a plurality of aligned magnets could be implemented in place of a single magnet in each portion.
  • Magnets also form an open frame only at the air gap.
  • the magnets are arranged in the ferromagnetic material so that ferromagnetic material covers the inner and outer faces of the magnets, and extend continuously between the N and P poles S of two successive magnets.
  • the magnets in the example shown and preferably, extend throughout the thickness of the core and are flush with the front and rear faces of the core, the front and rear faces of the core being the faces parallel to the middle plane of the core.
  • the core can be made by molding a ferromagnetic material, cavities for the magnets being formed during molding.
  • the width of the magnetic material considered in the direction of the X axis for the portions 16.2 and 16.4 on the inner face side of the magnets is greater than that on the outer faces side, but this is not limiting. the same thickness could be expected.
  • This arrangement of the unsymmetrical magnets allows to postpone the connection areas between magnets at the baffles, in the corners of the frame.
  • the loopback of the flux on each magnet is in a low active area of the inductor and does not affect its operation.
  • the magnets are arranged relative to each other so that the pole N of a magnet is facing or near a pole S of a next magnet.
  • the magnetic circuit C1 advantageously comprises deflectors between the poles of the successive magnets to guide the magnetic flux from one magnet to the other, and isolate the magnetic flux flowing in the magnets from that flowing in the ferromagnetic material.
  • the baffles comprise for example non-magnetic zones 18 located near two poles of two successive magnets, more particularly they are in contact with the two successive magnets inside a frame defined by the magnets.
  • the zones 18 advantageously comprise cavities 19 made in the thickness of the core and opening into the two faces of the core parallel to the middle plane of the core.
  • the cavities 19 can be left empty and contain air, allowing the heat to be evacuated to the outside of the core.
  • the cavities 19 are filled with a non-magnetic material, electrically nonconductive and having good thermal conductivity, this material draining the heat towards the outside of the core.
  • the cavities are for example filled with AIN.
  • the deflectors have at least the same dimension as the thickness of the magnets.
  • An FMI magnetic flux flows in the magnet Al of the pole S to the pole N, the flux exits the magnet Al by the pole N. Due to the presence of a non-magnetic zone 18, part of the magnetic flux enters the magnet A2 by the pole S after having circulated in the ferromagnetic material. Indeed, the cavity 19 prevents the magnetic flux lines from bending directly to the pole S of the magnet Al in the ferromagnetic material of the portion 16.1 and contributes to the homogeneity of the flow.
  • the magnetic flux then flows in the magnet A2 towards the pole N, joins the pole S of the magnet A3, in particular because of the cavity 19, then the magnet A4 and finally through the magnet A5, leaves by its N pole and because of the air gap which forms a non-magnetic deflector, the magnetic flux then flows in the opposite direction in the portions 16.5, 16.4, 16.3, 16.2 and 16.1 and closes the circuit at the pole S of the magnet Al
  • the magnetic flux flowing in the ferromagnetic material is designated FM2. Thanks to the cavities 19, the magnetic flux FM2 can not loop on the magnets A5, A4, A3, A2.
  • the magnetic circuits C1 comprise two magnetic branches, one formed by the magnet array and the other by the ferromagnetic material along the magnets.
  • the magnetic flux generated by the magnets and flowing in the magnetic material FM2 is continuous along the magnetic path of the core.
  • the magnets extending throughout the thickness of the ferromagnetic material, the magnetic flux is homogeneous throughout the thickness of the ferromagnetic material. This results in a homogeneous polarization of the magnetic circuit Cl. It could be expected that the magnets do not extend over the entire thickness of the core, the polarization would be less homogeneous but the DC component of the induction would nevertheless be reduced.
  • the cavities have a square or rectangular section but it could be expected that they have another shape, for example an arcuate section extending between two successive magnets.
  • all magnets could be replaced by a single magnet in one piece forming an open frame at the air gap, which would not have to make nonmagnetic cavities.
  • a flow of magnetic flux FM2 is established in the same manner in the magnetic circuit C2.
  • a magnetic flux is thus generated homogeneously throughout the core.
  • the magnets A1 and A5 are common to both magnetic circuits, but it could be provided to have magnets dedicated to the first magnetic circuit C1 and magnets dedicated to the second magnetic circuit C2.
  • the magnets By selecting and orienting the magnets so that the generated magnetic flux cancels the DC component of the induction generated by the conductor in the core, the peak value of the induction generated in the core and the magnetic losses can be reduced, and so warming up the nucleus.
  • the orientation of the magnets and the current flow in the conductor are such that the magnetic flux FM2 and the magnetic flux FM3 (dashed in FIG. 2A) generated by the conductor have opposite directions.
  • the present invention applies to any form of core for inductance, for example it could have a U shape, the magnets extending in the bottom of the U and in the two branches of the U, the magnetic flux FM2 looping at level of the free ends of the branches of the U.
  • the magnets are of electrically nonconductive material to reduce the risk of coupling and the appearance of high frequency eddy currents which would cause a heating of the core.
  • the magnets are magnets of bonded type or plastomagnet.
  • the magnets include dispersed magnetic powders in a polymer matrix or an electrical insulating resin. They can be advantageously molded into complex shapes. These magnets then have a high electrical resistivity.
  • the magnets could be SmCo, ferrite or SmFeN.
  • the magnet 6 could be replaced by several magnets aligned so that the pole N of a magnet is facing the pole S of the other magnet.
  • deflectors would be provided at the poles in view to prevent the magnetic flux lines coming out of the pole N of a magnet loop directly to the pole S of the magnet instead of joining the pole S facing.
  • the core has an outside length I equal to 46 mm, an outside width L equal to 30 mm, a thickness equal to 11 mm.
  • the sides of the frame have a width equal to 6 mm, the central bar 12 has a width equal to 12 mm and the air gap is equal to 3 mm.
  • the magnets are parallelepipedic and all have a thickness of 11 mm.
  • the magnets Al and A5 are 10 mm long and 2.4 mm wide.
  • the magnets A3 and A7 have a length of 23 mm and a width of 1 mm.
  • Magnets A2, A4, A6 and A8 have a length of 17 mm and a width of 1 mm.
  • the eight cavities 19 have a square section of 1 mm ⁇ 1 mm and a height of 11 mm and are filled with air.
  • FIG. 4A it is possible to see the variation of the magnetic induction B in mT generated by the current flowing in the conductor during a cycle as a function of time t in ns in an EE type core of the state of the technique, ie without a magnet, made of NiZn and having the same dimensions as the core of FIG.
  • FIG. 4B one can see the variation of the magnetic induction B in mT resulting from the polarization by the magnets in a core of FIG. 3 during a cycle as a function of time t in ns.
  • the DC component BDC is equal to 0, whereas without polarization this DC component is 55 mT (FIG. 4A).
  • the variable component varies in both cases by 22 mT.
  • the peak value of the induction is thus reduced by 55 mT in the core of the invention, which makes it possible to reduce substantially the heating of the core.
  • the losses dissipated per unit volume of the core Pd are reduced by a factor of 10 and the power dissipated can be removed by simple natural convection from the surface of the core.
  • the inductance cores according to the invention can be very advantageously produced by injection molding of powders (or PIM for Powder Injection Molding in English terminology).
  • the first step consists in obtaining a masterbatch (or "feedstock" in English terminology) adapted to the intended application.
  • the masterbatches consist of a mixture of organic material (or polymeric binder) and inorganic powders (metallic or ceramic) which will constitute the final piece.
  • the masterbatch is injected as a thermoplastic material into an injection molding machine according to a technology known to those skilled in the art.
  • the molding melts the injected polymers with the powder in a cavity and give the desired shape to the mixture.
  • the mixture solidifies and retains the shape given by the mold.
  • the part is subjected to different thermal or chemical treatments in order to remove the organic phases.
  • debinding gives way to a porosity of 30% to 50% in the blank.
  • the porous blank contains only the powders of the inorganic material. This blank is then densified to form the final dense piece.
  • the consolidation of the porous blanks is carried out by high temperature sintering, preferably at a temperature above 1000 ° C., carried out in furnaces operating under an atmosphere adapted to the type of material used. When the optimum density is reached, the room is cooled to room temperature.
  • spinel ferrite powders of the NiZn or MnZn type are used in admixture with the organic material in order to produce the masterbatch.
  • the ferrite powders are for example produced by solid or chemical synthesis.
  • the solid-state synthesis comprises the stages of carrying out a grinding of precursor oxides and synthesis of the spinel phase by a heat treatment between 800 ° C. and 100 ° C. of the ground powders.
  • the powders are again crushed and sieved to obtain a particle size of the order of ⁇ at 20 ⁇ .
  • the sintering can be performed under air according to operating conditions well known to those skilled in the art on this type of material.
  • soft ferromagnetic materials may be used to make the masterbatch. These materials are for example shaped by powder metallurgy, such as magnetic alloys based on Fe (Fe-Si, Fe-Co, Fe-Ni).
  • the mold After preparation of the masterbatch, it is shaped in a mold. To achieve the core of Figure 3, the mold is such that it forms the cavities 18 and the cavities for housing the magnets.
  • the E-E type core is made of two or more symmetrical parts molded separately and then assembled.
  • the mold comprises removable inserts which are positioned in the mold so as to create, on the molded part, the open cavities for the magnets and to form the baffles.
  • a debinding step of the organic material takes place. It may for example be placed in an oven while maintaining during the temperature rise a temperature maintenance between, for example, 400 ° C. and 700 ° C.
  • Sintering to densify the core then takes place, it advantageously takes place in the oven used for debinding.
  • sintering can be carried out directly after debinding by continuing to increase the temperature to the value recommended for the magnetic phase in question.
  • Debinding for example, takes place at 1220 ° C.
  • the magnets are introduced into the cavities.
  • the magnets may be previously bonded magnets. They are for example molded and magnetized according to the dimensions adapted to the polarization of the core.
  • Linked magnets can be of any type, for example NdFeB, SmCo, SmFeN, hexaferrites.
  • the polymer matrix, in which the magnetic powders are dispersed, is chosen so as to be compatible with the operating temperature of the inductor, for example it is between 100 ° C. and 150 ° C.
  • the magnets can be held in the cavities by means of an adhesive capable of holding the operating temperature.
  • a next step it can be provided to fill the cavities 16 with a non-magnetic material, electrically nonconductive and good thermal conductor, such as AIN.
  • the filling material is previously shaped by extrusion or molding and then introduced into the cavities 16 similarly to the mounting of the magnets. This step of filling the cavities 16 may not take place, the cavities filled with air being preserved.
  • the AIN can also be maintained in the cavities by means of an adhesive capable of holding the operating temperature.
  • the inductance core by over-molding the ferromagnetic material around the magnets and possibly the elements forming the non-magnetic areas.
  • the sintering step can be omitted.
  • the ferromagnetic material may also be overmoulded on the n-turn conductor.

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Abstract

Noyau d'inductance (N1) comportant un corps (2) comprenant un matériau ferromagnétique (4) et un aimant (6), l'aimant (6) formant un premier chemin de circulation de lignes de flux magnétique produites par l'aimant (6), et le matériau ferromagnétique (4) formant au moins en partie un deuxième chemin de circulation desdits lignes de flux magnétique, dans lequel le matériau ferromagnétique (4) s'étend de manière continue entre les pôles de l'aimant (6) le long de celui-ci (6) et est en contact avec au moins une partie d'une paroi latérale extérieure de l'aimant (6) s'étendant entre ses pôles.

Description

NOYAU D'INDUCTANCE A PERTES MAGNETIQUES REDUITES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte à un noyau d'inductance pour la réalisation d'inductances particulièrement pour la fabrication de composants passifs dans le domaine de l'électronique de puissance, notamment à fréquences élevées comprises par exemple entre 100 kHz et 10 MHz.
Une inductance comporte un noyau et un conducteur électrique disposé selon n spires autour d'une partie du noyau. Le noyau est constitué d'un matériau ferromagnétique caractérisé par une perméabilité magnétique relative μ. En fonctionnement, les spires sont parcourues par un courant électrique alternatif générant une induction magnétique de même fréquence dans le noyau.
Une telle inductance est par exemple utilisée dans un convertisseur de puissance, qui est un dispositif électronique ayant pour fonction d'adapter la tension et le courant délivrés par une source de puissance électrique pour alimenter, selon les spécifications, un réseau de distribution ou un système électrique donné.
Le convertisseur comprend des composants électroniques fonctionnant comme des interrupteurs (composant actifs) commutant à une fréquence donnée. Dans le cas des convertisseurs DC/DC par exemple, les composants actifs sont des transistors qui sont utilisés pour « découper » la tension d'entrée selon des cycles réguliers. Afin de délivrer une tension continue en sortie, des inductances sont utilisées pour stocker et déstocker l'énergie électrique sur chaque cycle et pour lisser la tension de sortie à sa valeur moyenne. Ces éléments dits «passifs» sont indispensables dans le fonctionnement des convertisseurs, mais ils peuvent représenter jusqu'à 40 % du volume et du coût du convertisseur.
On peut réaliser des convertisseurs fonctionnant à haute fréquence, par exemple supérieure à 1 MHz grâce à l'utilisation du matériau GaN qui permet de réaliser des transistors pouvant commuter à très haute fréquence. En théorie, la montée en fréquence est particulièrement intéressante car elle permettrait de réduire le volume des composants passifs des convertisseurs et donc leur encombrement, la masse et le coût de ces dispositifs. En effet, en augmentant la fréquence de découpage, le nombre de cycles électriques augmentent et ainsi l'énergie transférée par le noyau magnétique en un temps donné augmente dans la même proportion. Comme la puissance du convertisseur reste constante, on peut théoriquement réduire le volume des inductances magnétiques de façon inversement proportionnelle à la fréquence.
Or les inductances compatibles avec un fonctionnement à des fréquences comprises entre 100 kHz et 10 MHz ont des valeurs d'inductance comprises entre 1 μΗ et 10 mH. Les inductances les mieux adaptées sont les inductances monolithiques en matériau ferromagnétique. Ce matériau se caractérise par une perméabilité magnétique relative μΓ > 50 et une induction Bs > 100 mT.
Les matériaux oxydes de type ferrite de structure cristallographie spinelle présentent des valeurs de perméabilité stables à haute fréquence. Pour cette raison, ils sont très largement utilisés comme noyaux d'inductance, notamment pour des fonctionnements à fréquence élevée comprise entre 100 kHz et 10 MHz. Les formulations les plus courantes sont (Mnl-xZnxFe204) et (Nil-xZnxFe204). Ces matériaux se caractérisent également par des valeurs de résistivités électriques élevées limitant les pertes par courants induits.
Or ces matériaux ferromagnétiques sont le siège de processus de dissipation d'énergie appelés également pertes magnétiques. Ces pertes magnétiques sont dissipées sous forme de chaleur en tout point du volume du noyau.
Par ailleurs, un courant dans les spires crée un champ magnétique et une induction variable de même fréquence que celle du courant comportant une composante continue et une composante variable.
La valeur crête de l'induction variable peut s'écrire :
ΔΒ
B - BDC + ~
Avec BDC la composante continue et ΔΒ/2 est la moyenne entre les deux extrema de la composante variable. Or les pertes magnétiques augmentent avec la fréquence et avec la valeur crête de l'induction magnétique.
Une technique pour réduire les pertes magnétiques est alors de réduire la valeur crête de l'induction magnétique.
Une première solution consiste à générer une polarisation magnétique par circulation d'un courant continu autour du noyau. L'intensité du courant continu est déterminée par application du théorème d'ampère de manière à créer une valeur d'induction constante et de signe opposé à la composante continue BDC fixée par le convertisseur. Une telle solution est décrite dans le document US 6 388 896. Cette solution présente un certain encombrement et un certain surcoût. Par exemple, pour des noyaux de petites dimensions, la place n'est pas toujours disponible pour réaliser le bobinage supplémentaire.
Une seconde solution consiste à générer une polarisation magnétique au moyen d'aimants insérés dans une zone du noyau ou disposés contre une face du noyau. Les aimants sont disposés de façon à faire circuler le flux magnétique dans le noyau dans la direction opposée au flux magnétique correspondant à la composante continue BDC.
Les documents EP 1187150 et EP 1187151 Al décrivent une telle solution. Le ou les aimants génèrent une force magnéto-motrice permettant la circulation du flux magnétique dans l'ensemble du circuit magnétique.
Cette solution est efficace pour des inductances fonctionnant à basse fréquence et des matériaux de perméabilité magnétique relative élevée par exemple supérieure à 500. Dans ce cas, l'ensemble du flux magnétique produit par l'aimant reste confiné dans le noyau et les pertes de flux sont faibles.
En revanche, les matériaux magnétiques pouvant fonctionner à des fréquences supérieures à 1 MHz, tels que les ferrites NiZn, se caractérisent par des valeurs de perméabilité inférieures à 100. Dans ce cas, le circuit magnétique est l'objet de fuites magnétiques au niveau des aimants, une partie des lignes de flux produites par chaque aimant reboucle directement d'un pôle à l'autre de l'aimant en traversant le milieu environnant sans parcourir l'ensemble du circuit magnétique. L'efficacité de la polarisation magnétique est donc altérée et la valeur de la composante continue de l'induction n'est pas réduite efficacement. De plus, les lignes de flux magnétique rayonnent dans l'environnement du noyau, ce qui peut affecter le fonctionnement d'autres composants du convertisseur. EXPOSÉ DE L'INVENTION
Le but de la présente invention est donc d'offrir un noyau d'inductance adapté à la réalisation d'inductances aptes à fonctionner à fréquence élevée, par exemple > 1 M Hz, et présentant des pertes magnétiques réduites.
Le but énoncé ci-dessus est atteint par un noyau d'inductance comportant un matériau ferromagnétique et au moins un aimant permanent. Le matériau ferromagnétique borde au moins en partie l'aimant de sorte à s'étendre de manière continue le long de la paroi latérale de l'aimant entre ses deux pôles. Du fait de la disposition du matériau ferromagnétique le long de l'aimant entre les pôles, les lignes de flux magnétique sortant du pôle N de l'aimant circulent dans le matériau ferromagnétique jusqu'au pôle S. Une polarisation homogène du matéria u ferromagnétique par l'aimant est alors assurée. I l est alors possible de compenser partiellement ou totalement la composante continue de l'induction de manière plus homogène dans le noyau. Les pertes magnétiques sont alors réduites efficacement.
Lorsqu'un courant circule dans l'enroulement, le noyau est le siège de deux circuits magnétiques, dans l'un circule les lignes de flux magnétique produites par l'enroulement et dans l'autre circule les lignes de flux magnétique générées par le ou les aimants. Les lignes de flux circulent dans des sens opposés.
En d'autres termes, on dispose le matériau ferromagnétique au plus près de l'aimant entre ses pôles sur le chemin naturel des lignes de flux magnétique produites par l'aimant lorsqu'elles rebouclent du pôle nord au pôle sud. On « collecte » donc facilement les lignes de flux. On crée ainsi le chemin le plus court pour les lignes de flux magnétique produites par l'aimant entre le pôle nord et le pôle sud, qui produisent un flux magnétique homogène dans le matériau ferromagnétique. Puisque le flux magnétique produit par l'aimant reboucle directement dans le matéria u ferromagnétique, il ne rayonne pas ou peu vers l'extérieur, le fonctionnement des autres composants est donc peu ou pas perturbé. L'invention est donc adaptée à une mise en œuvre dans des inductances dont le matériau ferromagnétique a une perméabilité magnétique faible, par exemple inférieure à 100, et particulièrement adaptée à un fonctionnement à fréquence élevée.
Dans un exemple de réalisation, le matériau ferromagnétique entoure toute la surface latérale de l'aimant entre les deux pôles.
De manière avantageuse, la dimension de l'aimant entre ses deux pôles est sensiblement égale à la longueur magnétique du noyau, i.e. la dimension du matériau ferromagnétique. Les fuites sont alors faibles.
Dans un autre exemple de réalisation très avantageux, le noyau comporte plusieurs aimants disposés les uns par rapport aux autres de sorte que les pôles de polarités opposées de deux aimants successifs soient en regard, et le matériau ferromagnétique s'étend de manière continue entre tous les aimants. Les lignes de flux circulent alors d'un aimant à l'autre et rebouclent entre le pôle nord du dernier aimant de la succession d'aimants et le pôle sud du premier aimant de la succession d'aimants.
Par exemple, le noyau est de type E et comporte un barreau central muni d'un entrefer, les flux magnétiques formant deux boucles se refermant dans le barreau central. Les aimants sous la forme de barreau sont au moins en partie enterrés dans les parties droites du noyau et s'étendent sur pratiquement toute la longueur des parties droites.
Les lignes de flux magnétique produites par le ou les aimants rebouclent dans le corps du noyau dans un sens opposé aux lignes de flux magnétique dues à la polarisation du noyau par la bobine. La polarisation ainsi générée compense partiellement, de préférence compense totalement, la composante continue de l'induction générée par la circulation du courant dans le conducteur de l'inductance.
De préférence, des zones non magnétiques sont disposées au niveau de deux pôles de deux aimants se suivant afin d'éviter un rebouclage des lignes de flux magnétique avant d'avoir parcouru toute la longueur du circuit magnétique. De manière avantageuse, les zones non magnétiques comportent des cavités traversant le noyau, celles-ci servent alors également à évacuer la chaleur la surface extérieure du noyau. Les cavités sont par exemple remplies d'air, et de manière très avantageuse, sont remplies d'un matériau bon conducteur thermique, isolant électrique et non magnétique tel que l'AIN.
La présente invention a alors pour objet un noyau d'inductance pour inductance magnétique, comportant un corps comprenant un matériau ferromagnétique et un ou plusieurs aimants, dans lequel le ou les aimant(s) forme(nt) au moins en partie un premier chemin de circulation de lignes de flux magnétique produites par le ou les aimants de sorte que le premier chemin comporte à une extrémité un pôle sud, dit pôle sud d'extrémité, et à une autre extrémité un pôle nord, dit pôle nord d'extrémité, et dans lequel le matériau ferromagnétique forme au moins en partie un deuxième chemin de circulation desdits lignes de flux magnétique, dans lequel le matériau ferromagnétique s'étend de manière continue du pôle sud au pôle nord le long du ou des aimants et comportant en regard du pôle sud d'extrémité une zone non magnétique et en regard du pôle nord d'extrémité une zone non magnétique forçant les lignes de flux magnétique sortant du pôle nord d'extrémité à emprunter le deuxième chemin et à reboucler sur le pôle sud d'extrémité, lesdits zones non magnétiques étant dites « zones non magnétiques d'extrémité », de sorte qu'une section transversale du noyau d'inductance, perpendiculaire au lignes de flux comporte à la fois le premier chemin de circulation et le deuxième chemin de circulation.
De préférence, les lignes de flux magnétiques du premier chemin circulent dans un sens opposé à celui des lignes de flux magnétique circulant dans le deuxième chemin.
Dans un exemple de réalisation, chaque aimant comporte une face latérale extérieure entre le pôle sud et le pôle nord, le matériau ferromagnétique étant en contact avec une partie au moins de la surface latérale extérieure de chaque aimant.
Le pôle sud et le pôle nord du premier chemin peuvent appartenir à un aimant unique. De manière avantageuse, le matériau ferromagnétique entoure complètement la surface latérale extérieure de l'aimant, ledit noyau d'inductance comportant deux faces d'extrémité comportant pour l'une le pôle sud et du matériau ferromagnétique et pour l'autre le pôle nord et du matériau ferromagnétique, chaque faces d'extrémité étant en regard d'une zone non magnétique dites zones non magnétiques d'extrémité. Le matériau ferromagnétique peut former un manchon recevant l'aimant et en contact avec la surface extérieure de l'aimant et dans lequel la distance entre les pôles de l'aimant et la longueur magnétique du noyau sont égales ou sensiblement égales, les zones non magnétiques d'extrémité étant formées par de l'air.
Dans un autre exemple de réalisation, le pôle sud et le pôle nord du premier chemin appartiennent à des aimants distincts, les aimants étant disposés de sorte que les pôles de polarités opposées de deux aimants successifs soient en regard ou sensiblement en regard. Les pôles en regard de deux aimants sont avantageusement reliés par des zones de matériau ferromagnétique.
Par exemple, le corps comporte au moins une zone non magnétique, dite zone non magnétique intermédiaire, au niveau de chaque zone de matériau ferromagnétique séparant les pôles en regard de deux aimants de sorte à empêcher les lignes de flux magnétique sortant d'un pôle nord d'un aimant de reboucler directement vers le pôle sud dudit aimant sans empêcher les lignes de flux magnétique de passer d'un pôle à l'autre de deux aimants successifs.
Chaque zone non magnétique intermédiaire peut comporter une cavité. La cavité peut déboucher dans des faces extérieures opposées du corps.
Dans un exemple de réalisation avantageux, la cavité est remplie d'un matériau conducteur thermique et isolant électrique, par exemple en AIN.
Le corps comporte une épaisseur donnée et I esdits aimants peuvent s'étendre sur toute l'épaisseur du corps.
Dans un exemple de réalisation, le corps comporte un cadre rectangulaire et un barreau central disposé transversalement par rapport aux côtés du cadre de plus grande longueur et parallèlement aux côtés du cadre de plus petite longueur. Deux premiers chemins sont délimités dans le cadre et dans le barreau central de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie passant par le barreau central et perpendiculaire à un plan moyen du cadre et deux deuxièmes chemins sont délimités dans le cadre et dans le barreau central de manière symétrique par rapport audit plan de symétrie. Le barreau central comporte un entrefer.
Le barreau central peut comporter au moins deux aimants appartenant aux deux premiers chemins.
Par exemple, chaque côté de grande longueur comporte deux aimants de même longueur et chaque côté de petite longueur comportant un aimant, et dans lequel le barreau central comporte un aimant de chaque côté de l'entrefer, de sorte que les deux premiers chemins comportent chacun cinq aimants.
L'entrefer peut être disposé entre le pôle sud d'extrémité et le pôle nord d'extrémité et former les zones non magnétiques d'extrémité.
De manière avantageuse, le et les aimants est ou sont de type lié comportant au moins un matériau magnétique en poudre dispersé dans une matrice en matériau isolant électrique.
Par exemple, le matériau ferromagnétique présente une perméabilité inférieure à 100.
Le matériau ferromagnétique peut être une ferrite spinelle choisie parmi NiZn et MnZn.
La présente invention a également pour objet une inductance comportant un noyau d'inductance selon l'invention et un conducteur enroulé autour d'au moins une partie du noyau.
La présente invention a également pour objet un convertisseur comportant au moins un composant électronique et au moins une inductance selon l'invention.
La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un noyau d'inductance selon l'invention, comportant les étapes :
a) Fournitures d'au moins un aimant,
b) Fabrication d'un corps en matériau ferromagnétique par moulage par injection à partir d'un mélange-maître comportant au moins une poudre ferromagnétique et de la matière organique, de sorte à ménager au moins une cavité pour le montage de l'aimant dans le corps,
c) Montage de l'aimant dans la cavité.
Lors de l'étape b), au moins une cavité peut avantageusement être réalisée pour former une zone non magnétique.
Le procédé peut comporter une étape de mise en place d'un matériau non magnétiques, non conducteur électrique et conducteur thermique dans la cavité formant la zone non magnétique.
Lors de l'étape a), l'aimant est avantageusement un aimant lié. L'aimant peut être par moulage d'un mélange d'au moins une poudre magnétique et d'une matrice polymère.
L'étape b) peut comporter une sous-étape de moulage du mélange- maître, une sous-étape de déliantage et une sous-étape de traitement thermique.
La sous-étape de traitement thermique a avantageusement lieu directement après la sous— étape de déliantage en augmentant la température par rapport à celle du déliantage.
La présente invention a également pour objet un autre procédé de fabrication d'un noyau d'inductance selon l'invention, comportant les étapes :
a') Fourniture d'au moins un aimant,
b') Fabrication d'un corps en matériau ferromagnétique par surmoulage sur l'aimant.
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 1A est une vue en coupe longitudinale d'un noyau d'inductance selon un exemple de réalisation,
- la figure 1B est une vue en coupe transversale du noyau de la figure
1A, - la figure 2A est une vue de dessus représentée schématiquement d'une inductance mettant en œuvre un noyau d'inductance selon un autre exemple de réalisation,
- la figure 2B est une vue en perspective d'un demi-noyau de type E, - la figure 3 est une vue en perspective d'un noyau d'inductance selon l'exemple de la figure 2A,
- les figures 4A et 4B sont des représentations graphiques de l'évolution de l'induction magnétique B en mT pour un noyau d'inductance de l'état de la technique et du noyau d'inductance de la figure 3 respectivement en fonction du temps t en ms,
- la figure 5 est une représentation schématique d'un noyau de type E-E de l'état de la technique et des lignes de flux magnétique le parcourant, les lignes de flux étant générées par un courant circulant dans un conducteur enroulé autour du barreau central,
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le noyau d'inductance selon l'invention met en œuvre un ou plusieurs aimants permanents, mais à des fins de simplicité la suite de la description utilisera uniquement le terme « aimant » pour désigner un aimant permanent.
Sur les figures 1A et 1B, on peut voir un exemple de réalisation d'un noyau d'inductance NI selon l'invention comportant un corps 2 de forme cylindrique d'axe longitudinal X à section circulaire, et un aimant 6. Le corps 2 comporte un matériau ferromagnétique 4. Le corps a une section annulaire et délimite en son sein une cavité 8 d'axe longitudinal X. La forme et la section du noyau ne sont pas limitatives, par exemple un corps de section carrée entre dans le cadre de la présente invention.
Le noyau est avantageusement monolithique, i.e. moulé en une seule pièce.
L'aimant 6 s'étend longitudinalement le long de l'axe X et présente une section circulaire. Les pôles sud S et nord N de l'aimant sont situés au niveau des extrémités longitudinales de l'aimant 6. Le diamètre extérieur de l'aimant 6 correspond au diamètre intérieur de la cavité 8, de sorte que l'aimant puisse être disposé dans la cavité 8 et est en contact avec le matériau ferromagnétique 6. La longueur 11 de l'aimant est au moins égale à la longueur 12 du matériau ferromagnétique. Dans l'exemple représenté, la longueur 11 de l'aimant est sensiblement égale à la longueur 12 du matériau ferromagnétique.
On notera que, dans ce cas, les zones de retournement du flux magnétique situées naturellement au droit des pôles de l'aimant sont à l'extérieur du matériau ferromagnétique de façon à permettre un écoulement rectiligne du flux dans le noyau
Le matériau ferromagnétique 4 entoure alors l'aimant 6 sur toute sa longueur et toute sa circonférence. En outre, dans l'exemple représenté l'aimant est en contact avec l'aimant sur toute sa circonférence. Mais une réalisation dans laquelle l'aimant ne serait pas en contact avec le matériau ferromagnétique ne sort pas du cadre de la présente invention.
L'aimant produit des lignes de flux magnétique Fm. Du fait de la disposition relative des pôles de l'aimant et du matériau ferromagnétique, les lignes de flux magnétique circulent du pôle sud S au pôle nord N dans l'aimant 6 puis, grâce au matériau ferromagnétique entourant l'aimant et s'étendant entre le pôle S et le pôle N, elles rebouclent dans le matériau ferromagnétique vers le pôle S. Le sens des lignes de flux magnétique dans le matériau ferromagnétique est opposé à celui des lignes de flux dans l'aimant.
Tous le matériau ferromagnétique est alors polarisé et de manière uniforme par l'aimant.
Lorsque le noyau NI est utilisé pour réaliser une inductance, un conducteur (non représenté) est enroulé autour du noyau. Le conducteur est par exemple en cuivre et comporte pas exemple n spires d'axe longitudinal X.
Un courant circule dans le conducteur, ce qui génère un champ magnétique dans le noyau et donc des lignes de flux magnétique.
En choisissant soit le sens de circulation du courant du conducteur, soit l'orientation de la polarité de l'aimant, les lignes de flux magnétique générées par l'aimant et celles générées par le conducteur circulent en sens opposé. En choisissant par ailleurs la valeur du champ magnétique de l'aimant, il génère une polarisation qui va réduire et avantageusement annuler la composa nte continue de l'induction générée par le courant circulant dans le conducteur.
La valeur crête de l'induction s'écrit :
B = BDC + (\)
Avec BDC la composante continue et ΔΒ/2 est la moyenne entre les deux extrema de la composante variable.
En annulant BDC grâce à l'aimant, la valeur crête est alors égale à ΔΒ/2, sa valeur est donc réduite.
Or, puisque les pertes magnétiques sont proportionnelles à la valeur crête de l'induction, celles-ci sont réduites ainsi que les pertes thermiques.
La structure du noyau, en particulier la disposition relative du matériau ferromagnétique et de l'aimant, permet d'assurer un rebouclage des lignes de flux magnétique dans le matériau ferromagnétique même dans le cas où le matéria u ferromagnétique présente une perméabilité faible pa r exemple inférieure à 100. En effet, le matériau ferromagnétique est disposé autour de l'aimant sur le passage naturel des lignes de flux magnétique produites par l'aimant et rebouclant du pôle nord au pôle sud. Ainsi, la polarisation du matériau ferromagnétique par le flux magnétique ne nécessite pas de dispositif spécifique, pa r exemple des pièces polaires, agissant sur les lignes de flux pour les guider dans le matériau ferromagnétique. Celles-ci rebouclent du pôle nord a u pôle sud de l'aimant sur toute la longueur du matériau ferromagnétique et ceci de façon homogène, même avec des matériaux ayant une faible perméabilité.
En outre, dans l'exemple représenté, le matériau ferromagnétique entoure avantageusement tout l'aimant, les lignes de flux magnétique rebouclant de manière symétrique autour de l'axe de l'aimant, la majorité des lignes de flux magnétique sont confinées dans le matériau ferromagnétique et le matériau ferromagnétique est polarisé de manière homogène.
En variante, on pourrait prévoir que le matériau ferromagnétique n'entoure pas complètement l'aimant et ne s'étende par exemple que sur une portion angulaire de la surface latérale de l'aimant entre les deux pôles. Le matériau ferromagnétique du noyau serait alors encore polarisé entièrement de manière uniforme, la valeur crête serait alors réduite. Néanmoins une fraction du flux magnétique de l'aimant pourrait fuir dans le milieu environnant.
Sur les figures 2A et 2B, on peut voir un exemple de noyau pour inductance N2 de type E-E. Ce type de noyau présente une grande compacité.
Le noyau N2, vu de dessus sur la figure 2A, comporte un cadre 10 de forme rectangulaire et un barreau central 12 d'axe longitudinal X' s'étendant perpendiculairement aux côtés du cadre de plus grande longueur sensiblement en leur milieu. Ce barreau central 12 est destiné à être entouré par les spires d'un conducteur (non représenté). Le barreau 12 est dans l'exemple représenté formé de deux demi- barreaux séparés par un entrefer 14.
Le noyau N2 peut être formé par assemblage de deux demi-noyaux 15 de type E comme représenté sur la figure 2B ou être réalisé directement d'un seul tenant. En variante, il peut être formé par assemblage d'une partie en E et une partie en I ou une partie en U et une partie complémentaire.
Les côtés du cadre et la barre centrale délimitent alors deux circuits magnétiques Cl et C2 symétriques par rapport à un plan passant par l'axe X du barreau central 12 et perpendiculaire à un plan moyen du cadre. Les deux circuits sont de forme rectangulaire. Les circuits magnétiques Cl et C2 sont destinés à être parcourus par des lignes de flux magnétiques générées par la circulation du courant dans le conducteur 11, rebouclant au niveau de l'entrefer. Les lignes de flux magnétiques sont désignées par FM3 sur la figure 5.
Le noyau N2 comporte également des aimants Al, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8 disposés dans chacun des circuits magnétiques Cl et C2. Les aimants Al et A5 sont situés dans le barreau central 12 et sont communs aux deux circuits magnétiques.
Les deux circuits magnétiques sont de structures similaires, seul le circuit Cl sera décrit en détail.
Le circuit magnétique Cl comporte des portions droites 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5. Les portions 16.1 et 16.5 étant formées par les deux demi-barreaux du barreau central 12. Les aimants ont, dans l'exemple représenté, la forme de parallélépipède rectangle s'étendant sur toute l'épaisseur du noyau, l'épaisseur du noyau étant considérée dans une direction perpendiculaire au plan moyen du noyau.
L'aimant A2 s'étend sur pratiquement toute la longueur de la portion
16.2.
L'aimant A3 s'étend sur pratiquement toute la longueur de la portion
16.3. L'aimant A4 s'étend sur pratiquement toute la longueur de la portion 16.4.
Les aimants Al et A5 s'étendent sur pratiquement sur toute la longueur des portions 16.1 et 16.5 respectivement.
Les aimants Al à A5 ont une face latérale extérieure et une face latérale intérieure, l'intérieur et l'extérieur étant considéré par rapport à l'intérieur et l'extérieur du circuit magnétique Cl.
En variante plusieurs aimants alignés pourraient être mis en œuvre à la place d'un aimant unique dans chaque portion.
Les aimants forment également un cadre ouvert uniquement au niveau de l'entrefer.
Dans l'exemple représenté, les aimants sont disposés dans le matériau ferromagnétique de sorte que du matériau ferromagnétique recouvre les faces intérieure et extérieure des aimants, et s'étendent continûment entre les pôles N et pôle S de deux aimants successifs. Les aimants, dans l'exemple représenté et de manière préférée, s'étendent dans toute l'épaisseur du noyau et affleurent les faces avant et arrière du noyau, les faces avant et arrière du noyau étant les faces parallèles au plan moyen du noyau. Comme cela sera décrit par la suite, le noyau peut être réalisé par moulage d'un matériau ferromagnétique, des cavités pour les aimants étant ménagées lors du moulage.
Dans l'exemple représenté, la largeur de matériau magnétique considérée dans la direction de l'axe X pour les portions 16.2 et 16.4 du côté des faces intérieures des aimants est supérieure à celle du côté des faces extérieures, mais ceci n'est pas limitatif, la même épaisseur pourrait être prévue. Cette disposition des aimants non symétriques permet de reporter les zones de raccordement entre aimants au niveau des déflecteurs, dans les coins du cadre. Le rebouclage du flux sur chaque aimant se fait dans une zone peu active de l'inductance et n'affecte pas son fonctionnement. Par ailleurs, les aimants sont disposés les uns par rapport aux autres de sorte que le pôle N d'un aimant soit en regard ou à proximité d'un pôle S d'un aimant suivant.
En outre, le circuit magnétique Cl comporte avantageusement des déflecteurs entre les pôles des aimants successifs pour guider le flux magnétique d'un aimant à l'autre, et isoler le flux magnétique circulant dans les aimants de celui circulant dans le matériau ferromagnétique.
Les déflecteurs comportent par exemple des zones 18 non magnétiques situées à proximité de deux pôles de deux aimants successifs, plus particulièrement elles sont en contact avec les deux aimants successifs à l'intérieur d'un cadre défini pas les aimants.
Les zones 18 comportent avantageusement des cavités 19 réalisées dans l'épaisseur du noyau et débouchant dans les deux faces du noyau parallèles au plan moyen du noyau. Les cavités 19 peuvent être laissées vides et contenir de l'air, permettant une évacuation de la chaleur vers l'extérieur du noyau. Dans une réalisation particulièrement avantageuse, les cavités 19 sont remplies d'un matériau non magnétique, non conducteur électrique et offrant une bonne conductivité thermique, ce matériau drainant la chaleur vers l'extérieur du noyau. Les cavités sont par exemple remplies d'AIN.
De préférence, les déflecteurs présentent au moins la même dimension que l'épaisseur des aimants.
L'effet de la présence des aimants sur le circuit magnétique Cl va maintenant être décrit.
Un flux magnétique FMI circule dans l'aimant Al du pôle S au pôle N, le flux sort de l'aimant Al par le pôle N. Du fait de la présence d'une zone non magnétique 18, une partie du flux magnétique entre dans l'aimant A2 par le pôle S après avoir circulée dans le matériau ferromagnétique. En effet, la cavité 19 empêche les lignes de flux magnétique de reboucler directement vers le pôle S de l'aimant Al dans le matériau ferromagnétique de la portion 16.1 et participe à l'homogénéité du flux. Le flux magnétique circule ensuite dans l'aimant A2 vers le pôle N, rejoint le pôle S de l'aimant A3, notamment du fait de la cavité 19, puis l'aimant A4 et enfin à travers l'aimant A5, sort par son pôle N et du fait de l'entrefer qui forme un déflecteur non magnétique, le flux magnétique circule alors en sens inverse dans les portions 16.5, 16.4, 16.3, 16.2 et 16.1 et referme le circuit au niveau du pôle S de l'aimant Al. Le flux magnétique circulant dans le matériau ferromagnétique est désigné FM2. Grâce aux cavités 19, le flux magnétique FM2 ne peut reboucler sur les aimants A5, A4, A3, A2.
Les circuits magnétiques Cl comportent deux branches magnétiques, l'une formée par le réseau d'aimants et l'autre par le matériau ferromagnétique longeant les aimants.
Dans cet exemple de réalisation avantageux, le flux magnétique généré par les aimants et circulant dans le matériau magnétique FM2 est continu tout le long du chemin magnétique du noyau. En outre les aimants s'étendant dans toute l'épaisseur du matériau ferromagnétique, le flux magnétique est homogène dans toute l'épaisseur du matériau ferromagnétique. On obtient alors une polarisation homogène du circuit magnétique Cl. Il pourrait être prévu que les aimants ne s'étendent pas sur toute l'épaisseur du noyau, la polarisation serait moins homogène mais la composante continue de l'induction, serait néanmoins réduite.
II est à noter qu'une partie du flux magnétique sortant du pôle N reboucle directement avec le pôle sud du même aimant par le matériau ferromagnétique extérieur. Cette partie du flux qui reboucle par l'extérieur de l'aimant est dirigé dans le même sens que le flux dans la partie intérieure, il participe donc à la polarisation continue de la partie extérieure.
Dans l'exemple représenté, les cavités ont une section carrée ou rectangulaire mais il pourrait être prévu qu'elles aient une autre forme par exemple une section en arc de cercle s'étendant entre deux aimants successifs.
En variante, on pourrait remplacer tous les aimants par un seul aimant d'un seul tenant formant un cadre ouvert au niveau de l'entrefer, ce qui permettrait de ne pas avoir à réaliser de cavités non magnétiques. En variante, on pourrait ne réaliser qu'une partie des aimants d'un seul tenant, par exemple les aimants A2 et A3 ou A2, A3 et A4, etc.
Une circulation de flux magnétique FM2 est établie de la même manière dans le circuit magnétique C2.
Un flux magnétique est donc généré de manière homogène dans tout le noyau.
Dans l'exemple représenté, les aimants Al et A5 sont communs aux deux circuits magnétiques, mais il pourrait être prévu d'avoir des aimants dédiés au premier circuit magnétique Cl et des aimants dédiées au deuxième circuit magnétique C2.
Lorsqu'un courant circule dans le conducteur 11 entourant la barre centrale 12, un champ magnétique FM3 est généré, un flux magnétique circule dans les deux circuits magnétiques et génère une induction variable présentant une composante continue et une composante variable (relation I).
En choisissant et en orientant les aimants de sorte que le flux magnétique généré annule la composante continue de l'induction générée par le conducteur dans le noyau, on peut réduire la valeur crête de l'induction générée dans le noyau et les pertes magnétiques, et donc réchauffement du noyau. L'orientation des aimants et la circulation du courant dans le conducteur sont telles que le flux magnétiques FM2 et le flux magnétique FM3 (en pointillés sur la figure 2A) générés par le conducteur aient des sens opposés.
La présente invention s'applique à toute forme de noyau pour inductance, par exemple celui-ci pourrait avoir une forme en U, les aimants s'étendant dans le fond du U et dans les deux branches du U, le flux magnétique FM2 bouclant au niveau des extrémités libres des branches du U.
De préférence, les aimants sont en matériau non conducteurs électriques pour réduire les risques de couplages et l'apparition de courants de Foucault à haute fréquence qui provoqueraient un échauffement du noyau.
Avantageusement, les aimants sont des aimants de type lié ou plastoaimant. Par exemple, les aimants comportent des poudres magnétiques dispersées dans une matrice polymère ou une résine isolante électrique. Ils peuvent être moulés avantageusement selon des formes complexes. Ces aimants présentent alors une forte résistivité électrique. Les aimants liés peuvent être de type NdFeB avec une valeur de BHmax = 10 MGOe. En variante, les aimants pourraient être en SmCo, en ferrite ou en SmFeN.
Selon une variante du noyau de la figure 1A, l'aimant 6 pourrait être remplacé par plusieurs aimants alignés de sorte que le pôle N d'un aimant soit en regard du pôle S de l'autre aimant. En outre des déflecteurs seraient prévus au niveau des pôles en regards pour éviter que les lignes de flux magnétique sortant du pôle N d'un aimant rebouclent directement vers le pôle S de l'aimant au lieu de rejoindre le pôle S en regard.
Un exemple de dimensionnement va maintenant être donné.
Sur la figure 3, on peut voir le noyau de la figure 2A en perspective. On considère un noyau comportant comme matériau ferromagnétique du NiZ
Le noyau a une longueur extérieure I égale à 46 mm, une largeur extérieure L égale à 30 mm, une épaisseur égale à 11 mm. Les côtés du cadre ont une largeur égale à 6 mm, le barreau central 12 a une largeur égale à 12 mm et l'entrefer est égal à 3 mm.
Les aimants sont parallélépipédiques et ont tous une épaisseur de 11 mm. Les aimants Al et A5 ont une longueur de 10 mm et une largeur de 2,4 mm. Les aimants A3 et A7 ont une longueur de 23 mm et une largeur de 1 mm. Les aimants A2, A4, A6 et A8 ont pour dimensions une longueur de 17 mm et une largeur de 1 mm.
Les huit cavités 19 ont une section carrée de 1 mm χ 1 mm et une hauteur de 11 mm et sont remplies d'air.
Ce noyau permet par exemple de réaliser un convertisseur hacheur élévateur ayant les caractéristiques suivantes : P = 1 kW, F = 5 MHz, D= 0.5, Ve = 200 V, r = 0.4 ; Ve étant la tension d'entrée du convertisseur, D le rapport cyclique du convertisseur (fraction du cycle ou l'interrupteur est fermé) et r le taux d'ondulation du courant Dl/ldc.
Pour l'aimant, l'induction rémanente est Br = 0,7 T et pour le courant la valeur moyenne continue Idc = 5A et l'ondulation Dl = 2 A. Sur la figures 4A, on peut voir la variation de l'induction magnétique B en mT générée par le courant circulant dans le conducteur au cours d'un cycle en fonction du temps t en ns dans un noyau de type E-E de l'état de la technique, i.e. sans aimant, en NiZn et ayant les même dimensions que le noyau de la figure 3
Sur la figure 4B, on peut voir la variation de l'induction magnétique B en mT résultante de la polarisation par les aimants dans un noyau de la figure 3 au cours d'un cycle en fonction du temps t en ns.
Sur la figure 4B, on constate que la composante continue BDC est égale à 0, alors que sans polarisation cette composante continue vaut 55 mT (figure 4A). La composante variable varie dans les deux cas de 22 mT. La valeur crête de l'induction est donc réduite de 55 mT dans le noyau de l'invention, ce qui permet de réduire sensiblement réchauffement du noyau. Par exemple, dans le cas d'un noyau de type NiZn les pertes dissipées par unité de volume du noyau Pd sont réduites d'un facteur 10 et la puissance dissipée peut être évacuée par simple convection naturelle depuis la surface du noyau.
Un exemple de procédé de réalisation d'un noyau selon l'invention va maintenant être décrit.
Les noyaux d'inductance selon l'invention peuvent être très avantageusement réalisés par moulage par injection de poudres (ou PIM pour Powder Injection Molding en terminologie anglo-saxonne).
Dans un procédé PIM, la première étape consiste à obtenir un mélange- maître (ou "feedstock" en terminologie anglo-saxonne) adapté à l'application visée. Les mélanges-maîtres sont constitués d'un mélange de matière organique (ou liant polymérique) et des poudres inorganiques (métalliques ou céramiques) qui vont constituer la pièce finale. Ensuite, le mélange-maître s'injecte comme un matériau thermoplastique dans une presse à injecter selon une technologie connue de l'homme du métier. Le moulage permet de faire fondre les polymères injectés avec la poudre dans une cavité et donner la forme voulue au mélange. Au cours du refroidissement le mélange solidifie et conserve la forme donnée par le moule. Après démoulage, la pièce est soumise à différent traitements thermiques ou chimiques afin de retirer les phases organiques. L'élimination de la phase organique lors de cette étape, appelée déliantage, laisse place à une porosité de 30% à 50% dans l'ébauche.
Un exemple d'une méthode de préparation d'un mélange-maître et de déliantage dans le cas de la fabrication par PIM est décrit dans le document US 8940816 B2.
A l'issue du déliantage l'ébauche poreuse ne contient que les poudres du matériau inorganique. Cette ébauche est ensuite densifiée pour former la pièce dense finale. La consolidation des ébauches poreuses est réalisée par un frittage à haute température, de préférence à une température supérieure à 1000°C, effectué dans des fours fonctionnant sous une atmosphère adaptée au type de matériau utilisé. Lorsque que la densité optimale est atteinte, la pièce est refroidie jusqu'à la température ambiante.
De préférence, pour réaliser les noyaux selon l'invention on utilise des poudres de ferrites spinelle de type NiZn ou MnZn en mélange avec la matière organique pour réaliser le mélange maître. Les poudres de ferrites sont par exemple élaborées par synthèse en voie solide ou en voie chimique. La synthèse en voie solide comporte les étapes de réalisation d'un broyage d'oxydes précurseurs et de synthèse de la phase spinelle par un traitement thermique entre 800°C et 100°C des poudres broyées. Les poudres sont à nouveau broyées et tamisées pour obtenir une granulométrie de l'ordre de ΙΟμιη à 20 μιη. Pour les ferrites spinelles NiZn et MnZn, le frittage peut être effectué sous air selon des conditions opératoires bien connu par l'homme du métier sur ce type de matériau.
En variante, d'autres matériaux ferromagnétiques doux peuvent être utilisés pour réaliser le mélange-maître. Ces matériaux sont par exemple mis en forme par métallurgie des poudres, tels que les alliages magnétiques à base de Fe (Fe-Si, Fe-Co, Fe-Ni).
Après préparation du mélange-maître, celui-ci est mis en forme dans un moule. Pour réaliser le noyau de la figure 3, le moule est tel qu'il forme les cavités 18 et les cavités destinées à loger les aimants.
De préférence, le noyau de type E-E est réalisé en deux ou plusieurs parties symétriques moulées séparément et assemblées ensuite. Le moule comporte des inserts amovibles qui se positionnent dans le moule de façon à créer, sur la pièce moulée, les cavités débouchantes pour les aimants et pour former les déflecteurs.
Après moulage du mélange maître et refroidissement de la pièce verte, une étape de déliantage de la matière organique a lieu. Elle a par exemple lieu dans un four en ménageant au cours de la montée en température un maintien de température entre par exemple 400°C et 700 °C.
Un frittage en vue de densifier le noyau a ensuite lieu, celui-ci a avantageusement lieu dans le four utilisé pour le déliantage. Ainsi, on peut effectuer le frittage directement après le déliantage en poursuivant la montée en température à la valeur préconisée pour la phase magnétique considérée. Le déliantage a par exemple lieu à 1220°C.
Lors d'une étape suivante, les aimants sont introduits dans les cavités. Les aimants peuvent être des aimants liés fabriqués préalablement. Ils sont par exemple moulés et magnétisés selon les dimensions adaptées à la polarisation du noyau. Les aimants liés peuvent être de tout type, par exemple NdFeB, SmCo, SmFeN, hexaferrites. La matrice polymère, dans laquelle sont dispersées les poudres magnétiques, est choisie de sorte à être compatible avec la température de fonctionnement de l'inductance, par exemple celle-ci est comprise entre 100°C et 150 °C. Les aimants peuvent être maintenus dans les cavités au moyen d'une colle apte à tenir la température de fonctionnement.
Lors d'une étape suivante, on peut prévoir de remplir les cavités 16 avec un matériau non magnétique, non conducteur électrique et bon conducteur thermique, tel que l'AIN. Par exemple, le matériau de remplissage est préalablement mis en forme par extrusion ou moulage puis introduit dans les cavités 16 de manière similaire au montage des aimants. Cette étape de remplissage des cavités 16 peut ne pas avoir lieu, les cavités remplies d'air étant conservées. L'AIN peut également être maintenu dans les cavités au moyen d'une colle apte à tenir la température de fonctionnement.
Selon un autre exemple de procédé, on peut prévoir de réaliser le noyau d'inductance par surmoulage du matériau ferromagnétique autour des aimants et éventuellement des éléments formant les zones non magnétiques. L'étape de frittage peut être omise. De manière avantageuse, le matériau ferromagnétique peut également être surmoulé sur le conducteur à n spires.

Claims

REVENDICATIONS
1. Noyau d'inductance pour inductance magnétique, comportant un corps comprenant un matériau ferromagnétique et un ou plusieurs aimants (6, Al, A2, A3, A4, A5), dans lequel le ou les aimant(s) forme(nt) au moins en partie un premier chemin de circulation de lignes de flux magnétique produites par le ou les aimants (6, Al, A2, A3, A4, A5) de sorte que le premier chemin comporte à une extrémité un pôle sud (S) , dit pôle sud d'extrémité, et à une autre extrémité un pôle nord (N), dit pôle nord d'extrémité, et dans lequel le matériau ferromagnétique forme au moins en partie un deuxième chemin de circulation desdits lignes de flux magnétique, dans lequel le matériau ferromagnétique s'étend de manière continue du pôle sud (S) au pôle nord (N) le long du ou des aimants (6, Al, A2, A3, A4, A5), et comportant en regard du pôle sud (S) d'extrémité, une zone non magnétique, et en regard du pôle nord (N) d'extrémité, une zone non magnétique forçant les lignes de flux magnétique sortant du pôle nord d'extrémité à emprunter le deuxième chemin et à reboucler sur le pôle sud d'extrémité, lesdits zones non magnétiques étant dites « zones non magnétiques d'extrémité », de sorte qu'une section transversale du noyau d'inductance, perpendiculaire au lignes de flux comporte à la fois le premier chemin de circulation et le deuxième chemin de circulation.
2. Noyau d'inductance selon la revendication 1, dans lequel chaque aimant comporte une face latérale extérieure entre le pôle sud et le pôle nord, le matériau ferromagnétique étant en contact avec une partie au moins de la surface latérale extérieure de chaque aimant.
3. Noyau d'inductance selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le pôle sud et le pôle nord du premier chemin appartiennent à un aimant unique (6).
4. Noyau d'inductance selon la revendication 3, dans lequel le matériau ferromagnétique entoure complètement la surface latérale extérieure de l'aimant (6), ledit noyau d'inductance comportant deux faces d'extrémité comportant pour l'une le pôle sud et du matériau ferromagnétique et pour l'autre le pôle nord et du matériau ferromagnétique, chaque faces d'extrémité étant en regard d'une zone non magnétique dites zones non magnétiques d'extrémité.
5. Noyau d'inductance selon la revendication 4, dans lequel le matériau ferromagnétique forme un manchon recevant l'aimant et en contact avec la surface extérieure de l'aimant, et dans lequel la distance entre les pôles de l'aimant et la longueur magnétique du noyau sont égales ou sensiblement égales, les zones non magnétiques d'extrémité étant formées par de l'air.
6. Noyau d'inductance selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le pôle sud et le pôle nord du premier chemin appartiennent à des aimants distincts (Al, A2, A3, A4, A5), les aimants étant disposés de sorte que les pôles de polarités opposées de deux aimants successifs soient en regard ou sensiblement en regard.
7. Noyau d'inductance selon la revendication 6, dans lequel les pôles en regard de deux aimants (Al, A2, A3, A4, A5) sont reliés par des zones de matériau ferromagnétique.
8. Noyau d'inductance selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le corps comporte au moins une zone non magnétique (18) , dite zone non magnétique intermédiaire, au niveau de chaque zone de matériau ferromagnétique séparant les pôles en regard de deux aimants (Al, A2, A3, A4, A5) de sorte à empêcher les lignes de flux magnétique sortant d'un pôle nord d'un aimant de reboucler directement vers le pôle sud dudit aimant sans empêcher les lignes de flux magnétique de passer d'un pôle à l'autre de deux aimants successifs.
9. Noyau d'inductance selon la revendication 8, dans lequel chaque zone non magnétique intermédiaire (18) comporte une cavité (19).
10. Noyau d'inductance selon la revendication 9, dans lequel la cavité (19) débouche dans des faces extérieures opposées du corps (10).
11. Noyau d'inductance selon la revendication 10, dans lequel la cavité (19) est remplie d'un matériau conducteur thermique et isolant électrique, par exemple en AIN.
12. Noyau d'inductance selon l'une des revendications 6 à 11, dans lequel le corps comporte une épaisseur donnée, lesdits aimants (Al, A2, A3, A4, A5) s'étendant sur toute l'épaisseur du corps (10).
13. Noyau d'inductance selon l'une des revendications 6 à 12, dans lequel le corps comporte un cadre rectangulaire (10) et un barreau central (12) disposé transversalement par rapport aux côtés du cadre de plus grande longueur et parallèlement aux côtés du cadre de plus petite longueur, et dans lequel deux premiers chemins sont délimités dans le cadre (10) et dans le barreau central (12) de manière symétrique par rapport à un plan de symétrie passant par le barreau central (12) et perpendiculaire à un plan moyen du cadre, et deux deuxièmes chemins sont délimités dans le cadre et dans le barreau central de manière symétrique par rapport audit plan de symétrie et dans lequel le barreau central comporte un entrefer.
14. Noyau d'inductance selon la revendication 13, dans lequel le barreau central (12) comporte au moins deux aimants (Al, A5) appartenant aux deux premiers chemins.
15. Noyau d'inductance selon la revendication 13 ou 14, dans lequel chaque côté de grande longueur comporte deux aimants de même longueur et chaque côté de petite longueur comportant un aimant, et dans lequel le barreau central comporte un aimant de chaque côté de l'entrefer, de sorte que les deux premiers chemins comportent chacun cinq aimants.
16. Noyau d'inductance selon l'une des revendications 6 à 14, dans lequel l'entrefer est disposé entre le pôle sud d'extrémité et le pôle nord d'extrémité et formant les zones non magnétiques d'extrémité.
17. Noyau d'inductance selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel le et les aimants est ou sont de type lié comportant au moins un matériau magnétique en poudre dispersé dans une matrice en matériau isolant électrique.
18. Noyau d'inductance selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel le matériau ferromagnétique présente une perméabilité inférieure à 100.
19. Noyau d'inductance selon l'une des revendications 1 à 18, dans lequel le matériau ferromagnétique est une ferrite spinelle choisie parmi NiZn et MnZn.
20. Inductance comportant un noyau d'inductance selon l'une des revendications 1 à 19 et un conducteur enroulé autour d'au moins une partie du noyau.
21. Convertisseur comportant au moins un composant électronique et au moins une inductance selon la revendication 20.
22. Procédé de fabrication d'un noyau d'inductance selon l'une des revendications 1 à 19, comportant les étapes :
a) Fournitures d'au moins un aimant,
b) Fabrication d'un corps en matériau ferromagnétique par moulage par injection à partir d'un mélange-maître comportant au moins une poudre ferromagnétique et de la matière organique, de sorte à ménager au moins une cavité pour le montage de l'aimant dans le corps,
c) Montage de l'aimant dans la cavité.
23. Procédé de fabrication selon la revendication 22, dans lequel lors de l'étape b), au moins une cavité est réalisée pour former une zone non magnétique.
24. Procédé de fabrication selon la revendication 23, comportant une étape de mise en place d'un matériau non magnétique, non conducteur électrique et conducteur thermique dans la cavité formant la zone non magnétique.
25. Procédé de fabrication selon la revendication 22, 23 ou 24, dans lequel lors de l'étape a), l'aimant est un aimant lié.
26. Procédé de fabrication selon la revendication 25, dans lequel l'aimant est réalisé par moulage d'un mélange d'au moins une poudre magnétique et d'une matrice polymère.
27. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 22 à 26, dans lequel l'étape b) comporte une sous-étape de moulage du mélange-maître, une sous-étape de déliantage et une sous-étape de traitement thermique.
28. Procédé de fabrication selon la revendication 27, dans lequel la sous-étape de traitement thermique a lieu directement après la sous— étape de déliantage en augmentant la température par rapport à celle du déliantage.
29. Procédé de fabrication d'un noyau d'inductance selon l'une des revendications 1 à 19, comportant les étapes :
a') Fourniture d'au moins un aimant,
b') Fabrication d'un corps en matériau ferromagnétique par surmoulage sur l'aimant.
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