Titre : DISPOSITIF D'INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention appartient au domaine de l'électronique et de l'électricité. En particulier, la présente invention concerne une inductance magnétique à inductance variable et pour laquelle les pertes magnétiques et thermiques sont réduites au regard des dispositifs connus de l'état de la technique.

L'inductance magnétique selon la présente invention est avantageusement mise en œuvre dans un convertisseur de puissance AC/DC ou DC/DC, et notamment un convertisseur DAB (« Dual Active Bridge »).

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Les inductances magnétiques sont des dispositifs bien connus de l'homme du métier, et mis œuvre dans nombre d'applications.

Une inductance magnétique comprend en général un noyau, fait d'un matériau ferromagnétique, et d'un bobinage formé autour d'une section du noyau. Le noyau peut également comprendre un entrefer. Ce dispositif est caractérisé par une grandeur caractéristique, dite inductance magnétisante L, qui dépend du matériau ferromagnétique, de la géométrie du noyau (et de son entrefer), et du bobinage, en particulier du nombre de spires formant ce bobinage.

Certaines applications, notamment les convertisseurs électroniques, peuvent nécessiter une valeur d'inductance magnétisante L élevée pour un fonctionnement nominal et une inductance magnétisante faible pour certains points de fonctionnement.

C'est notamment le cas des topologies de convertisseurs résonants dit

LLC.

En effet, l'inductance magnétisante du transformateur d'un convertisseur LLC doit être élevée à la tension nominale de fonctionnement, afin de limiter les pertes par commutations et garantir un bon rendement, mais doit pouvoir être fortement réduite afin assurer la continuité de la puissance délivrée dans la charge, lorsque la tension d'entrée chute (cf. le cas d'un système d'alimentation de serveur devant assurer la sauvegarde des données en cas de coupure de l'alimentation tel que décrit dans le document [1] cité à la fin de la description). Cette problématique peut conduire à dimensionner les convertisseurs de ce type avec de faibles valeurs inductance pour assurer la fonction de sauvegarde au détriment du rendement.

Dans le cas des topologies de convertisseur DAB, la valeur d'inductance dite « série » car placée en série avec l'inductance magnétisante du transformateur détermine la plage de fonctionnement du convertisseur.

La puissance transmise est inversement proportionnelle à la valeur d'inductance série L et au déphasage entre les tensions d'entrée et de sortie réglées par le pilotage.

Dans certains cas, la fonction d'inductance série peut être mise en œuvre par un composant distinct du transformateur. Toutefois, dans d'autres cas, la fonction d'inductance série est assurée par l'inductance de fuite du même transformateur.

Dans ces deux cas, une valeur unique d'inductance série restreint la plage de fonctionnement et s'avère moins souple pour le pilotage du convertisseur DAB tel que décrit dans le document [2] cité à la fin de la description. Afin de pallier ces problèmes, il peut être considéré de mettre en œuvre une inductance magnétique à inductance magnétisante L ou série variable en fonction du flux magnétique (et par conséquent du courant I parcourant le bobinage). Plus particulièrement, il peut être requis de disposer d'une inductance magnétique qui présente une inductance magnétisante L ou série élevée à faible courant I et plus faible à fort courant I.

Cependant, une inductance magnétique est généralement dimensionnée pour fonctionner dans un domaine de courant I circulant dans le bobinage inférieur à un courant de saturation l _sat pour lequel le noyau ferromagnétique n'est pas saturé. Dans ce domaine, tant que le courant I est inférieur au courant de saturation l _sat , l'inductance magnétisante L reste indépendante dudit courant I. Toutefois, dès lors que le courant I dépasse la valeur du courant de saturation l _sat , une saturation magnétique du noyau intervient et provoque une diminution rapide de sa perméabilité magnétique et par voie de conséquence de l'inductance magnétisante L.

Ainsi, dès lors qu'une variabilité de l'inductance magnétisante L est requise lors du fonctionnement de l'inductance magnétique, différentes solutions peuvent être considérées. De manière générale, ces solutions proposent d'étendre le domaine de fonctionnement de l'inductance magnétique à un régime non linéaire précédent la saturation complète du matériau ferromagnétique. A cet effet, il est donc possible de considérer une perméabilité magnétique plus faible et/ou un redimensionnement de l'entrefer.

Dès lors que l'une et/ou l'autre de ces deux solutions est mise en œuvre, la saturation se produit uniformément dans l'ensemble du noyau pour une valeur du courant I supérieure au courant de saturation l _sat .

Toutefois ces solutions ne sont pas satisfaisantes.

En effet, une saturation de l'intégralité du noyau, lorsque l'inductance est soumise à une courant I à haute fréquence (typiquement supérieure à 10 kHz), peut être une source de pertes magnétiques volumiques importantes dans l'inductance, et dans l'ensemble du composant lequel elle est intégrée.

Par ailleurs, ces pertes peuvent entraîner un échauffement du noyau.

En outre, en régime de saturation, les lignes de flux magnétique, qui ne sont plus confinées dans le noyau, sont susceptibles de perturber les composants disposés à proximité de l'inductance magnétique. Ces perturbations peuvent notamment être à la source d'incompatibilités électromagnétiques et/ou de pertes par courants de Foucault.

Il a donc pu être proposé, dans les documents [3] à [7] cités à la fin de la description, des dimensionnements du noyau, et notamment de l'entrefer, permettant de localiser la saturation du noyau audit entrefer.

Les dimensionnements proposés ne sont toutefois pas satisfaisant. En effet, quand bien même la saturation du noyau reste localisée au voisinage de l'entrefer, ce dernier reste le siège de pertes magnétiques et d'échauffements susceptibles de perturber le fonctionnement de l'ensemble du composant.

Par surcroît, ces pertes magnétiques et par échauffement limitent la mise en œuvre de telles inductances magnétiques à des courants I de fréquences élevées et notamment pouvant atteindre 500 kHz.

Un but de la présente invention est donc de proposer un dispositif d'induction électromagnétique d'inductance magnétisante L variable et pour laquelle les pertes magnétiques et réchauffement sont réduits au regard des dispositifs connus de l'état de la technique.

Un autre but de la présente invention est également de proposer un dispositif d'induction électromagnétique qui peut fonctionner à des fréquences plus élevées que les dispositifs connus de l'état de la technique.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Les buts de la présente invention sont, au moins en partie, atteints par un dispositif d'induction électromagnétique comprenant :

- un noyau ferromagnétique ;

- au moins un entrefer, dit entrefer variable, et définissant dans le noyau un volume V, dans lequel sont disposées des plaques principales ferromagnétiques, essentiellement parallèles et agencées selon une direction parallèle à des lignes de champ susceptibles de circuler dans le noyau, les plaques principales présentant une section transversale configurée pour que l'ensemble desdites plaques présente un champ magnétique de saturation inférieur à celui du noyau ferromagnétique, les plaques principales étant également pourvues de protubérances latérales destinées à diffuser une chaleur susceptible d'être produite au sein des plaques principales lorsque ces dernières sont parcourues par un champ magnétique supérieur à leur champ magnétique de saturation, lesdites protubérances latérales s'étendant à partir de faces latérales desdites plaques selon une direction essentiellement orthogonale auxdites faces latérales. Selon un mode de réalisation, les protubérances latérales relient entre elles les plaques principales deux à deux de manière à former des plaques secondaires perpendiculaires auxdites plaques principales.

Selon un mode de réalisation, le noyau ferromagnétique, les premières plaques et les protubérances sont faites d'un même matériau ferromagnétique.

Selon un mode de réalisation, les plaques principales sont toutes identiques.

Selon un mode de réalisation, un volume vacant V _v du volume V laissé vacant par les premières plaques et les protubérances est comblé, au moins en partie, par un matériau de dissipation thermique qui présente une conductivité thermique supérieure à 10 W/m/K, avantageusement le matériau de dissipation thermique comprend de l'alumine.

Selon un mode de réalisation, le noyau ferromagnétique comprend un matériau ferromagnétique choisi parmi : un alliage métallique du type FeX où X comprend l'un des éléments choisi parmi Si, Al, Co, Ni, oxyde ferrite de structure spinelle du type A(Fe,B) 0 ₄ avec A = (Mn, Ni) B=(Co, Cu, Al,..).

Selon un mode de réalisation, le noyau ferromagnétique comprend deux extrémités planes, essentiellement parallèles entre elles, en regard l'une de l'autre et d'une surface S, les deux extrémités délimitent l'entrefer variable, les plaques principales étant disposées perpendiculairement aux extrémités, avantageusement le noyau ferromagnétique comprend un cadre de forme polygonale, et encore plus avantageusement de forme rectangulaire.

Selon un mode de réalisation, les plaques principales présentent une section transversale d'une surface transversale S _t , la somme des surfaces transversales de l'ensemble des plaques principales étant inférieure à la surface S.

Selon un mode de réalisation, le noyau ferromagnétique comprend deux bases pourvues chacune de deux faces principales, dites respectivement face interne et face externe, essentiellement parallèles, les bases se font face chacune selon leur face interne, l'entrefer variable étant formé dans l'une des bases, le noyau comprend en outre une pluralité de jambes, essentiellement parallèles entre elles et qui s'étendent entre les deux faces internes, la pluralité de jambes comprend au moins une jambe principale, au moins une jambe latérale et au moins deux jambes de fuites ; le dispositif comprend en outre au moins un bobinage primaire et au moins un bobinage secondaire, comprenant chacun une section principale, enroulée autour de la jambe principale, et une section de fuite, dites respectivement section de fuite primaire et section de fuite secondaire enroulées chacune sur une jambe de fuites différente.

Selon un mode de réalisation, l'entrefer variable étant disposé entre les deux jambes de fuites, les plaques primaires étant en forme d'ailettes.

Selon un mode de réalisation, les ailettes sont orientées selon une direction définie par un axe joignant les deux jambes de fuites entre lesquelles l'entrefer est disposé.

Selon un mode de réalisation, l'évidement débouche sur la face interne de la base considérée.

Selon un mode de réalisation, l'évidement débouche sur la face externe de la base considérée.

Selon un mode de réalisation, l'au moins une jambe principale comprend une unique jambe principale, les au moins deux jambes de fuites comprennent quatre jambes de fuites, dans lequel la section de fuite primaire comprend deux sections de fuites primaires de sorte que le bobinage primaire comprenne dans l'ordre une des sections de fuites primaire, la section principale, et l'autre section de fuite primaire, les sections de fuites primaires étant enroulées chacune autour d'une jambe de fuites différente, et dans lequel la section de fuite secondaire comprend deux sections de fuites secondaire de sorte que le bobinage secondaire comprenne dans l'ordre une des sections de fuites secondaire, la section principale, et l'autre section de fuites secondaire, les sections de fuites secondaire étant enroulées chacune autour d'une jambe de fuites différente.

Selon un mode de réalisation, l'au moins une jambe latérale comprend quatre jambes latérales, les quatre jambes latérales et les quatre jambes de fuites décrivant un cercle centré sur la jambe principale, et dans lequel s'alternent, et de manière régulière, les jambes latérales et les jambes de fuites, chaque section de fuite primaire étant disposée de manière diamétralement opposée à une section de fuite secondaire par rapport à la jambe principale.

Selon un mode de réalisation, l'au moins une jambe latérale comprend deux jambes latérales, les au moins deux jambes de fuites comprennent quatre jambes de fuites, formant deux groupes de deux jambes de fuites, dits respectivement premier groupe et deuxième groupe, les quatre jambes de fuites et les deux jambes latérales décrivant un cercle centré sur la jambe principale, et dans lequel s'alternent, de manière régulière, les jambes latérales et les groupes.

Selon un mode de réalisation, l'au moins un entrefer comprenant un premier entrefer et un deuxième entrefer disposés à mi-distance entre les jambes de fuites, respectivement, du premier groupe et du deuxième groupe.

Selon un mode de réalisation, les sections de fuites primaire sont chacune formées autour, respectivement, de l'une et l'autre des jambes de fuite (104) du premier groupe (106), et les sections de fuites secondaire sont chacune formées autour, respectivement, de l'une ou l'autre des jambes de fuites (105) du deuxième groupe (107).

Selon un mode de réalisation, une saignée est formée sur l'une et l'autre des faces internes, à distance et autour de chaque jambe de fuites, la saignée s'interposant entre la jambe de fuites et la jambe principale.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un dispositif d'induction électromagnétique selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un entrefer variable selon la présente invention ;

La figure 2 est représentation schématique en perspective d'une autre configuration d'un entrefer variable selon la présente invention ;

La figure 3 est une représentation d'un noyau ferromagnétique susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention ; La figure 4 est une représentation graphique de l'évolution de l'inductance L (axe vertical, unité « H ») du dispositif d'induction électromagnétique en fonction d'un courant électrique I (axe horizontal, unité « A ») circulant la bobine ;

La figure 5 est une représentation schématique du dispositif d'induction électromagnétique selon un premier mode de réalisation de la présente invention ;

Les figures 6a, 6b sont des représentations schématiques d'un demi- noyau selon une vue de côté (figure 6a) et une vue de dessus (figure 6b) susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention ;

La figure 7 est une représentation schématique du dispositif d'induction électromagnétique selon un premier mode de réalisation de la présente invention et mettant en œuvre deux demi-noyau tels qu'illustrés aux figures 6a et 6b ;

La figure 8 est une représentation schématique du dispositif d'induction électromagnétique selon une première variante du deuxième mode de réalisation de la présente invention ;

La figure 9 est une représentation schématique d'un demi-noyau en coupe, selon la face interne et selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation de la présente invention ;

La figure 10 est une représentation schématique en perspective d'un demi-noyau selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation de la présente invention ;

La figure 11 est une représentation schématique d'un demi-noyau en coupe pourvu des bobinages, selon la face interne et selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation de la présente invention ;

La figure 12 est une représentation schématique d'un entrefer débouchant au niveau la face externe d'une base au contact d'une source froide.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La présente invention concerne un dispositif d'induction électromagnétique pourvu d'un entrefer variable doté de moyens de dissipation de chaleur. En particulier, le dispositif selon la présente invention comprend un noyau au niveau duquel est logé l'entrefer variable. Ledit entrefer comprend par ailleurs des premières plaques ferromagnétiques destinées à guider un flux magnétique susceptible de prendre naissance dans le noyau et destinées à fonctionner dans un régime de saturation pour une valeur de flux magnétique inférieure à la valeur requise pour la saturation du noyau, le flux étant conservatif dans tout le circuit magnétique.

L'entrefer variable selon les termes de la présente invention comprend en outre, des protubérances latérales formant les moyens de dissipation de chaleur et qui s'étendent à partir de faces latérales des premières plaques.

Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif d'induction électromagnétique 100 (figures 1 à 3).

Le dispositif d'induction électromagnétique 100 peut être une inductance magnétique d'inductance L intégrée dans un transformateur de puissance AC/DC ou DC/DC, et notamment un convertisseur DAB.

Le dispositif d'induction électromagnétique 100 comprend un noyau ferromagnétique 200 (illustré aux figures 1, 2 et 3).

Le noyau ferromagnétique 200 peut comprendre au moins un matériau ferromagnétique choisi parmi : un alliage métallique du type FeX où X comprend l'un des éléments choisi parmi Si, Al, Co, Ni, un oxyde ferrite de structure spinelle du type A(Fe,B) 0 ₄ avec A = (Mn, Ni) B=(Co, Cu, Al,..).

Le noyau ferromagnétique 200 est susceptible d'être parcouru par des lignes de champ induites par un courant électrique I circulant dans au moins une bobine 300 (ou bobinage) conductrice formée autour d'une section du noyau ferromagnétique 200 et qui s'étend selon un axe principal XX'.

Par « axe principal », on entend un axe de symétrie de la bobine conductrice.

La bobine conductrice 300 est notamment faite d'un enroulement d'un fil conducteur, par exemple un fil en cuivre, autour d'une section du noyau ferromagnétique 200. Le noyau ferromagnétique 200 comprend également un entrefer (« Air Gap » selon la terminologie Anglo-Saxonne), et plus particulièrement un entrefer variable 400 (figures 1 et 2).

L'entrefer 400 est notamment formé par un évidement ou une absence de matière dans le noyau ferromagnétique 400.

L'évidement ou l'absence de matière se traduit par une rupture de continuité du matériau ferromagnétique formant le noyau ferromagnétique 400.

L'entrefer variable 400 définit dans le noyau ferromagnétique 200 un volume V correspondant au volume de matière évidé ou absent.

Des plaques principales 500, faites d'un matériau ferromagnétique, sont disposées dans le volume V défini par l'entrefer variable 400.

Par « plaque », on entend un élément de forme généralement plane et peu épais. En particulier, une plaque comprend deux faces latérales 501, essentiellement parallèles entre elles et reliées par un contour.

Les plaques principales 500 sont par ailleurs essentiellement parallèles entre elles et agencées selon une direction parallèle à des lignes de champ susceptibles de circuler dans le noyau ferromagnétique 200.

Selon la présente invention, l'orientation d'une plaque, et notamment d'une plaque principale, est définie par l'orientation de ses faces latérales 501. En d'autres termes, lesdites lignes de champ sont parallèles à une direction des plans formés par les faces latérales des plaques principales 500.

Les plaques principales 500 ont également une section transversale de surface S _t adaptée pour que l'ensemble desdites plaques principales 500 présente un champ magnétique de saturation B _sati , dit premier champ magnétique B _sati , inférieur à celui du noyau ferromagnétique 200, dit deuxième champ magnétique B _sat 2.

Par « section transversale », on entend une section selon un plan de coupe perpendiculaire aux lignes de champ traversant les plaques principales.

L'amplitude du champ magnétique B traversant le noyau ferromagnétique 200 dépend du courant électrique I circulant dans la bobine 300. Notamment, le premier champ magnétique B _sati et le deuxième champ magnétique B _sat 2 sont atteints lorsque le courant électrique I circulant dans la bobine 300 est égal, respectivement, à un premier courant de saturation l _sati , et à un deuxième courant de saturation I _sat 2.

Ainsi, le comportement du dispositif d'induction électromagnétique 100, et plus particulièrement son inductance magnétisante L, va dépendre du courant électrique I circulant dans la bobine 300.

À cet égard, la figure 4 est une représentation graphique des différents régimes de fonctionnement d'un dispositif d'induction électromagnétique 100 dont les plaques principales 500 sont toutes identiques.

Par « plaques principales identiques », on entend des plaques de même forme, mêmes dimensions et même matériau.

Un tel dispositif 100 présente trois régimes ou paliers de fonctionnement « A », « B » et « C » associés à un courant électrique I circulant dans la bobine 300, respectivement, inférieur au premier courant de saturation l _sati , compris entre le premier courant de saturation l _sati et le deuxième courant de saturation I _sat 2, et supérieur au deuxième courant de saturation I _sat 2.

Plus particulièrement, le régime « A » correspondant à un régime linéaire pour lequel le noyau ferromagnétique 200 et les plaques principales 500 sont non saturés. Dans ce régime, les perméabilités du noyau ferromagnétique 200 et des plaques principales 500 sont peu ou pas dépendantes du champ magnétique circulant dans le noyau de sorte que l'induction L est également essentiellement constante et égale à une première induction Li.

Le régime « B » se caractéristique par une chute de l'inductance L à une deuxième induction L2.

Cette chute est notamment due à une saturation des plaques principales 500 qui, sous l'effet d'un champ magnétique supérieur au premier champ magnétique B _sati , voient leur perméabilité diminuer fortement pour atteindre une valeur voisine de 1.

Enfin, le régime « C » correspond à un régime de saturation du noyau ferromagnétique 200 et des plaques principales 500 provoqué par un courant électrique circulant dans la bobine 300 supérieur au deuxième courant de saturation I _sat 2. Dans ce régime, l'inductance L chute à nouveau à une valeur L3.

Selon la présente invention, les plaques principales 500 sont également pourvues de protubérances latérales 600 ferromagnétiques.

Par « protubérance », on entend des organes faisant saillie au niveau de la surface sur laquelle ils sont disposés.

Les protubérances latérales 600 sont notamment destinées à diffuser une chaleur susceptible d'être produite au sein des plaques principales 500 lorsque ces dernières sont parcourues par un champ magnétique supérieur à leur champ magnétique de saturation B _sati .

Les protubérances latérales 600 s'étendent notamment à partir des faces latérales 501 desdites plaques principales 500 selon une direction essentiellement orthogonale auxdites faces latérales 501 (figure 1 et 2).

Les protubérances latérales 600 peuvent présenter une section rectangulaire, circulaire, carrée, triangulaire.

Les protubérances latérales 600 peuvent relier entre elles les plaques principales 500 deux à deux de manière à former des plaques secondaires 700 perpendiculaires auxdites plaques principales 600 (figure 2).

De manière particulièrement avantageuse, les plaques secondaires 700 sont dimensionnées pour ne pas saturer lorsque le champ magnétique circulant dans le noyau est inférieur au deuxième champ magnétique B _sat 2. Ainsi, lorsque les plaques principales 500 saturent, les plaques secondaires 700 limitent le débordement du flux magnétique autour de la zone de l'entrefer. En d'autres termes, les plaques secondaires 700 assurent le guidage du flux magnétique dans l'entrefer, et limitent de facto tout rayonnement latéral du champ magnétique.

Par ailleurs, les protubérances latérales peuvent être limitées au volume V défini par l'entrefer variable.

Avantageusement, le noyau ferromagnétique 200, les premières plaques 500 et les protubérances latérales 600 sont faites d'un même matériau ferromagnétique. Toujours de manière avantageuse, le volume vacant V _v du volume V laissé vacant par les premières plaques 500 et les protubérances 600 peut être comblé, au moins en partie, par un matériau de dissipation thermique 601 (figure 5) qui présente une conductivité thermique supérieure à 10 W/m/K, avantageusement le matériau de dissipation thermique comprend de l'alumine.

La présence du matériau de dissipation thermique permet d'assister le refroidissement par les protubérances latérales 600 en drainant la chaleur produite dans l'entrefer vers un puits de chaleur.

Selon un premier mode de réalisation du dispositif d'induction électromagnétique 100, le noyau ferromagnétique 200 comprend deux extrémités planes 200a et 202b de surface S, essentiellement parallèles entre elles, en regard l'une de l'autre.

Les extrémités 200a et 200b délimitent l'entrefer variable 400, et les plaques principales 500 sont disposées perpendiculairement à ces dernières.

Les plaques principales 500 présentent une section transversale d'une surface transversale S _t , la somme des surfaces transversales de l'ensemble des plaques principales 500 étant inférieure à la surface S.

Le noyau ferromagnétique peut comprendre un cadre de forme polygonale, et encore plus avantageusement de forme rectangulaire.

Par exemple, tel qu'illustré à la figure 5, le noyau magnétique 200 comprend par cinq tronçons parallélépipédiques 201-205 composés de matériaux ferromagnétiques joints deux à deux par leurs extrémités afin de former un cadre rectangulaire. Deux tronçons 204 et 205 forment un côté du cadre rectangulaire et sont espacés, au niveau de leurs extrémités 200a et 200b par l'entrefer 400 (d'espacement g).

Le principe de dimensionnement d'un dispositif selon la présente invention est présenté ci-après sur la base du noyau formant un cadre carré de côté / et illustré à la figure 5. Ce principe de dimensionnement n'est toutefois pas limité cette seule configuration, et l'homme du métier pourra aisément l'adapter à d'autres types de géométries de noyaux. Dans cet exemple, les plaques primaires 500, identiques, relient les extrémités 200a et 200b qui présentent un espacement g. La fraction de la surface d'extrémité 200a et 200b couverte par les sections des plaques primaires est noté/.

La réluctance R _e de la structure d'entrefer pourvue uniquement des plaques primaires faite d'un matériau ferromagnétique de perméabilité p _s s'exprime alors de la manière suivante :

Dès lors que N _p plaques secondaires sont considérées, la réluctance de la structure d'entrefer se calcule simplement en appliquant une méthode du réseau de réluctances à chacun des constituants de la structure. L'épaisseur de ces plaques, notée e _p , est faible devant l'espacement g (e _p « g).

Les plaques secondaires comprennent par ailleurs un matériau ferromagnétique de perméabilité m _r et divisent l'entrefer en plusieurs entrefers secondaires placés en série. La réluctance R _es de chaque entrefer secondaire s'exprime donc de la manière suivante :

La réluctance totale de la structure d'entrefer comprenant les plaques primaires et secondaires est la somme des N _p réluctances secondaires séparant les plaques :

Ces expressions permettent de déduire l'inductance L(p _C m ₅ ) du dispositif illustré à la figure 5 et qui s'exprime de la manière suivante :

Cette expression de l'inductance est identique à celle obtenue avec un entrefer constant dont l'espacement g est pondéré par le terme F(^ _s , f).

Ce terme permet donc de moduler la distance d'entrefer qui intervient dans la valeur de l'inductance sans modifier la géométrie du circuit magnétique. Pour cela, il est nécessaire de produire en fonction du courant appliqué une variation de la perméabilité p _s des plaques primaires.

Les plaques primaires, qui présentent une section transversale de surface S _t relativement faible au regard de la surface S, sont parcourues par une induction magnétique supérieure à celle parcourant le noyau selon le principe de conservation du flux magnétique. Une telle considération permet de produire localement, notamment au niveau des plaques primaires 500, un effet de saturation.

L'induction magnétique dans les plaques primaires B _st correspond à une amplification de l'induction magnétique B _c dans le noyau ferromagnétique. Cette amplification est fonction de la fraction de surface f et est donnée par la relation suivante :

Lorsque le courant I circulant dans la bobine augmente, l'induction magnétique augmente également. Toutefois, dès que le courant I circulant dans la bobine atteint le courant de saturation l _sat , l'induction magnétique dans les plaques primaires atteint la valeur de saturation B _sat , tandis que le noyau ferromagnétique reste en régime linéaire.

La valeur du courant de saturation est à cet égard donnée par la relation suivante : Pour un courant I supérieur au courant de saturation l _sat , la perméabilité des plaques primaires p _s est égale à 1. Afin de déterminer l'amplitude de la variation d'inductance atteignable par un pilotage en courant, il est considéré un fonctionnement nominal à faible induction (l«l _sat ), hors saturation, suivi d'un fonctionnement à forte induction (l»l _sat ) où la saturation se produit dans les plaques primaires (p _s =l). La variation d'inductance entre ces deux cas limites est donnée par :

Les figures 6a, 6b, et 7 proposent une autre configuration du noyau ferromagnétique en lien avec le premier mode de réalisation du dispositif d'induction électromagnétique 100. Dans cette autre configuration, le noyau ferromagnétique comprend deux demi-noyaux 200i et 200 ₂ est du type ETD (en double E avec jambe centrale cylindrique), bien connu de l'homme du métier.

Les cotes des demi-noyaux ferromagnétiques sont données en relation avec les figures 6a et 6b et reprises dans le tableau suivant :

Les deux demi-noyaux identiques sont montés en vis-à-vis avec un entrefer ménagé au niveau d'une colonne centrale 207 (figure 7). L'espacement g de l'entrefer est dans cet exemple égal à 5 mm. La structure d'entrefer comprend 5 plaques primaires (21,65 mm x 5mm) de 0,41 mm d'épaisseur et 2 plaques secondaires (21.65 mm x 21.65 mm) de 1 mm d'épaisseur régulièrement espacées.

La perméabilité du matériau ferromagnétique est de 1500 et l'induction à saturation est de 430 mT. La colonne centrale 207 est bobinée avec un enroulement de 5 tours de fil conducteur.

Dans ces conditions, le courant de saturation est de 6 A. Pour un courant inférieur à l _sat , l'inductance du noyau est de 16 mH et diminue à 3 mH après saturation des plaques primaires. La surface d'échange thermique développée par les plaques secondaires permet d'améliorer le refroidissement par convection naturelle d'air et de limiter réchauffement à 100°C dans la structure.

La suite de la description concerne un deuxième mode de réalisation du dispositif d'induction électromagnétique 100.

Le dispositif d'induction électromagnétique 100 correspondant à ce deuxième mode peut notamment être mis en œuvre comme composant d'un convertisseur de puissance du type « Dual Active Bridge » (DAB), et reprend pour l'essentiel les éléments décrit précédemment.

Les figures 8 et 9-11 sont à cet égard des représentations schématiques, en vue de dessus, d'un demi-noyaux 2OO ₃ et 2OO ₄ susceptibles d'être mis en œuvre selon respectivement une première variante et une deuxième variante de ce deuxième de réalisation.

Selon ce deuxième mode de réalisation, le noyau ferromagnétique 200 comprend un assemblage des deux demi-noyaux 2OO ₃ et 2OO ₄ .

A cet égard, le noyau ferromagnétique 200 comprend deux bases 101 pourvues chacune de deux faces principales, dites respectivement face interne 101a et face externe 101b, essentiellement parallèles.

Les bases se font face chacune selon leur face interne 101a, et l'entrefer variable 400 est dans l'une des bases, plus particulièrement dans son volume.

Le noyau comprend en outre une pluralité de jambes, essentiellement parallèles entre elles et qui s'étendent entre les deux faces internes 101a. La pluralité de jambes comprend au moins une jambe principale 102, au moins une jambe latérale 103 et au moins deux jambes de fuites 104 et 105.

Le dispositif comprend en outre au moins un bobinage primaire 301 et au moins un bobinage secondaire 302.

Chacun des bobinages primaire 301 et secondaire 302 comprend une section principale, enroulée autour de la jambe principale 102, et une section de fuite, dites respectivement section de fuite primaire et section de fuite secondaire enroulées chacune sur une jambe de fuites différente 104 et 105.

De manière avantageuse, l'entrefer variable 400 étant disposé entre les deux jambes de fuites, et les plaques primaires sont en forme d'ailettes.

Toujours de manière avantageuse, les ailettes sont orientées selon une direction définie par un axe joignant les deux jambes de fuites entre lesquelles l'entrefer est disposé.

Par ailleurs, l'évidement peut déboucher sur l'une et/ou l'autre de la face interne et de la face externe de la base qui comprend l'entrefer.

A cet égard, la figure 12 est une représentation schématique d'un entrefer 400 débouchant au niveau la face externe 101b d'une base 101 au contact d'une source froide.

Le noyau ferromagnétique peut comprendre une unique jambe principale 102 et quatre jambes de fuites 104 et 105.

A cet égard, la section de fuite primaire comprend deux sections de fuites primaires de sorte que le bobinage primaire 301 comprenne dans l'ordre une des sections de fuites primaire 301a, la section principale 301b, et l'autre section de fuites primaire 301c, les sections de fuites primaires étant enroulées chacune autour d'une jambe de fuites différente.

De manière équivalente, la section de fuite secondaire comprend deux sections de fuites secondaire de sorte que le bobinage secondaire 302 comprenne dans l'ordre une des sections de fuites secondaire 302a, la section principale 302b, et l'autre section de fuites secondaire 302c, les sections de fuites secondaire étant enroulées chacune autour d'une jambe de fuites différente. Selon la première variante (figure 8), l'au moins une jambe latérale 103 comprend quatre jambes latérales 103.

Plus particulièrement, les quatre jambes latérales 103 et les quatre jambes de fuites 104, 105 décrivant un cercle centré sur la jambe principale 102 et dans lequel s'alternent, et de manière régulière, les jambes latérales et les jambes de fuites. Chaque section de fuite primaire est en outre disposée de manière diamétralement opposée à une des sections de fuite secondaire par rapport à la jambe principale.

Le dispositif ainsi décrit comprend une fonction de transformateur et une fonction d'inductance série.

La fonction de transformateur est assurée par les sections principales 301b et 302b, respectivement, du bobinage primaire 301 et du bobinage secondaire 302, entourées autour de la jambe principale.

Les inductances série créées au niveau des bobinages primaire et secondaire sont assurées par les sections de fuites primaires 301a et 301c et par les sections fuites secondaires 302a et 302c.

Ainsi, un flux magnétique, dit « flux de transformateur », créé au niveau de la jambe principale par le passage d'un courant dans le bobinage primaire suit un parcours en boucle traversant successivement la base, les jambes latérales, l'autre base, et traverse à nouveau la jambe principale.

De manière équivalente, un flux de « fuite » primaire suit un contour différent reliant deux jambes de fuite du circuit primaire et traversant la base cylindrique dans son épaisseur selon une ligne reliant la base des deux jambes de fuites primaires. Le flux de fuite secondaire suit un contour similaire décrit par les deux jambes de fuites secondaires.

La mise en œuvre de l'entrefer variable entre deux jambes de fuite primaire permet de conférer un caractère d'inductance de fuite variable au dispositif.

De manière équivalente, La mise en œuvre de l'entrefer variable entre deux jambes de fuite secondaire permet de conférer un caractère d'inductance de fuite variable au dispositif. Selon la deuxième variante (figure 9 à 11), le noyau ferromagnétique comprend deux jambes latérales 103, et quatre jambes de fuites 104 et 105.

Les deux jambes de fuites 104 et les deux jambes de fuites 105 forment deux groupes de deux jambes de fuites, dits respectivement premier groupe 106 et deuxième groupe 107.

Par ailleurs, les quatre jambes de fuites et les deux jambes latérales décrivent un cercle centré sur la jambe principale, et dans lequel s'alternent, de manière régulière, les jambes latérales et les groupes.

De manière avantageuse, l'au moins un entrefer 400 comprend un premier entrefer 401 et un deuxième entrefer 402 disposés à mi-distance entre les jambes de fuites, respectivement, du premier groupe 106 et du deuxième groupe 107.

En particulier, chacune des sections de fuite primaire est formées autour, respectivement, d'une des jambes de fuites et de l'autre des jambes de fuites du premier groupe.

De manière équivalente, chacune des sections de fuite secondaire est formée autour, respectivement, d'une des jambes de fuites et de l'autre des jambes de fuites du deuxième groupe 107.

Selon cette deuxième variante, la proximité entre les jambes de fuites d'un même groupe de jambes de fuites permet un contrôle plus précis des fuites.

Une barrière de flux 800 peut également être formée dans les bases 101 de manière à limiter le flux magnétique entre les jambes de fuites et les jambes latérales. Ces barrières de flux 800 peuvent notamment comprendre une zone évidée entre chacun des éléments du premier groupe 106 et ceux du deuxième groupe 107 et les jambes latérales.

La zone évidée peut notamment s'étendre à partir du bord et selon un rayon de la base considérée.

Enfin quelle que soit la variante considérée, une saignée peut être formée sur l'une et l'autre des faces internes, à distance et autour de chaque jambe de fuites, et qui s'interpose entre la jambe de fuites et la jambe principale. Le procédé de fabrication du noyau selon la présente invention peut faire appel à une technique de moulage par injection (« PIM » ou « Powder Injection Molding » selon la terminologie Anglo-Saxonne). Cette technique est particulièrement bien adaptée pour la production de pièces en grande série de géométrie complexe. Le moulage par injection met en œuvre dans un premier temps une étape de formation d'un mélange maître (« feedstock » selon la terminologie Anglo- Saxonne).

Le mélange-maître comprend en particulier un mélange de matière organique (ou liant polymérique) et des poudres inorganiques (métalliques ou céramiques) destinées à former la pièce finale.

Le mélange-maître est injecté dans une presse à injecter, dont la technologie est connue de l'homme du métier. La presse à injecter permet de faire fondre les polymères injectés avec la poudre dans une cavité, et conférer à ladite poudre la forme désirée. Le mélange-maître, ainsi mis en forme et fondu, est soumis à un refroidissement de manière à le solidifier et le figer dans une forme imposée par la presse à injecter.

La pièce formée par le mélange-maître est alors démoulée, et déliantée afin d'éliminer la matière organique. La pièce peut ensuite être consolidée par frittage.

RÉFÉRENCES

[1] Jeong et al., "Analysis on Half-Bridge LLC Résonant Converter by Using Varaible Inductance for High Efficiency and Power Density Server Power Supply”, 2017 IEEE Applied Power Electronics Conférence and Exposition, 26-30 Mars 2017, [2] Saeed et al., "Extended Operational Range of Dual-Active-Bridge

Converters by using Variable Magnetic Devices", 2019 IEEE Applied Power Electronics Conférence and Exposition, 17-21 Mars 2019,

[3] US3603864,

[4] US5440225, [5] US4728918,

[6] US2015/0109086,

[7] US2010/0085138.