DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR

L'invention concerne un noyau d'inductance comprenant un noyau magnétique intégrant un drain thermique.

La figure 1 représente un noyau d'inductance 10 connu de l'état de la technique et décrit dans le brevet US 2009/0146769 Al [1] comprenant :

- un corps magnétique 10a,

- au moins un drain thermique 11.

Le noyau d'inductance, illustré à la figure 1, est généralement mis en œuvre dans un circuit à inductance. Pour ce faire, une bobine 13 d'excitation magnétique est formée sur une partie du corps magnétique de manière à générer, lorsqu'elle est parcourue par un courant électrique, une induction magnétique dans ladite partie. De tels circuits à inductance peuvent, par exemple, être utilisés dans des convertisseurs de puissance, dont la fonction est d'adapter la tension et le courant délivrés par une source de puissance électrique pour alimenter un système électrique. Un convertisseur de puissance comprend également des composants électroniques fonctionnant comme des interrupteurs (composant actifs) commutant à une fréquence donnée f, et permettent ainsi d'alimenter la bobine d'excitation magnétique. 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 circuits à inductance sont utilisés pour stocker et déstocker l'énergie électrique sur chaque cycle et pour lisser la tension de sortie à sa valeur moyenne.

Dès lors qu'elle est traversée par un courant a lternatif de fréquence f, la bobine crée une induction magnétique alternative, dans le corps magnétique, de même fréquence. Ce phénomène s'accompagne de pertes magnétiques qui se traduisent par un échauffement du corps magnétique. En pa rticulier, un écha uffement plus important peut être observé dans la zone du corps magnétique où prend naissance l'induction magnétique. Il est, par ailleurs, connu que les pertes magnétiques évoluent rapidement avec la température du corps magnétique, ce qui peut exacerber les disparités d'une zone à l'autre du corps magnétique, et également créer des phénomènes d'emballement.

II est en outre envisagé d'utiliser les convertisseurs de puissance à des fréquences f plus élevées (par exemple supérieures à 1 MHz). Les fréquences de commutation supérieures à 1 MHz sont désormais accessibles en utilisant des composants actifs comprenant des transistors faits sur du Nitrure de Gallium (GaN). A cet égard, l'homme du métier pourra consulter le document A. M. LEARY [2]. Le principal intérêt de cette montée en fréquence est de pouvoir réduire le volume des circuits à inductance pour des applications, notamment, dans les domaines de l'aéronautique et de l'automobile. Cependant, les pertes magnétiques augmentent également avec la fréquence f de commutation des composants actifs.

Il est alors impératif de dissiper la chaleur produite dans le noyau magnétique, et plus particulièrement de maintenir une température relativement homogène dans tout son volume.

A cet effet, le brevet US 2009/0146769 Al [1] propose de segmenter le noyau magnétique et d'intercaler entre chaque segment 12 un drain thermique 11 fait d'un matériau électriquement isolant par exemple du nitrure d'aluminium (AIN). Chaque drain thermique permet un échange de chaleur entre le noyau magnétique et l'environnement extérieur.

Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante.

En effet, cette approche conduit à des entrefers importants qui modifient l'inductance du circuit à inductance. Il est alors nécessaire d'ajouter des spires sur la bobine d'excitation magnétique pour maintenir l'inductance du circuit à la valeur désirée. Il en résulte une augmentation de volume du circuit à inductance. Or, pour certaines applications, il est souhaitable, voire primordial, que les circuits à inductance occupent le plus faible volume possible. Par ailleurs, la réduction de volume permise par la montée en fréquence f de commutation des composants actifs est alors au moins partiellement neutralisée par les drains thermiques selon l'art antérieur.

En outre, la mise en œuvre du circuit, selon l'art antérieur précité, impose des opérations de découpe et d'assemblage qui ont une incidence non négligeable sur le coût de fabrication du noyau magnétique.

De manière similaire, le brevet US 7,573,362 B2 [3] propose des drains thermiques faits, cette fois, d'un matériau conducteur électrique, par exemple du cuivre ou de l'aluminium.

Cette solution n'est pas non plus satisfaisante.

En effet, en plus de présenter les inconvénients de la demande de brevet [1], les drains thermiques du brevet [3] sont le siège de courants induits qui génèrent des pertes supplémentaires.

Un but de l'invention est alors de proposer un circuit à inductance présentant des moyens de dissipation de chaleur permettant de refroidir, efficacement, à une température relativement homogène le noyau magnétique, tout en limitant l'augmentation du volume dudit noyau magnétique, et les pertes par courants induits.

Un autre but de l'invention est également de proposer un circuit à inductance présentant des moyens de dissipation de chaleur ayant un impact limité sur la valeur de l'inductance dudit circuit.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Les buts de l'invention sont alors atteints par un noyau d'inductance comprenant :

- un corps magnétique comprenant une surface exposée, et comprenant au moins une partie d'un chemin magnétique médian,

- au moins un drain thermique compris dans le corps magnétique,

Le drain thermique est une lamelle présentant une épaisseur E, ladite lamelle présente une première conductivité électrique selon la direction de son épaisseur E, une seconde conductivité électrique perpendiculairement à la direction de son épaisseur E, la première conductivité électrique étant inférieure à la seconde conductivité électrique, la direction selon l'épaisseur E est essentiellement perpendiculaire au chemin magnétique médian dans au moins un tronçon du corps magnétique, la lamelle étant disposée de manière à drainer de la chaleur du volume du corps magnétique vers la surface exposée.

Ainsi, la lamelle est disposée dans le noyau d'inductance de manière à ce que la direction, perpendiculaire à la direction selon l'épaisseur E de la lamelle, corresponde à l'écoulement de la chaleur, au sein de la lamelle, vers la surface exposée du corps magnétique.

La disposition des drains thermiques en forme de lamelles selon l'invention permet d'obtenir une distribution plus homogène de la température dans le noyau d'inductance.

En effet, le caractère anisotrope de la conductivité électrique du drain selon l'invention, et sa disposition dans le corps magnétique permet d'obtenir une meilleure homogénéité de la température dans le corps magnétique tout en limitant l'effet des courants induits. En effet, dans la configuration proposée par l'invention, l'énergie dissipée sous l'effet des courants induits est proportionnelle à la première conductivité électrique et au carré de l'épaisseur du drain. Ainsi, plus la première conductivité électrique est faible, plus les pertes par courants induits sont faibles. Par ailleurs, le drain conduit d'autant mieux la chaleur selon la direction perpendiculaire à la direction selon l'épaisseur E que sa seconde conductivité électrique (donc que sa seconde conductivité thermique) est élevée. Plus cette seconde conductivité électrique est élevée, plus l'épaisseur E du drain peut être réduite pour évacuer la chaleur. Par conséquent, le caractère anisotrope du drain thermique permet d'obtenir une bonne efficacité en terme d'homogénéisation de la température tout en limitant les pertes par courants induits.

Par ailleurs, selon l'invention, les lamelles sont disposées de manière à limiter le flux magnétique au travers de la lamelle lorsque le corps magnétique est parcouru par un flux magnétique selon la direction du chemin magnétique médian. Ainsi, la perturbation de l'inductance d'un circuit à inductance comprenant la noyau à inductance selon l'invention est peu, voire pas, affectée par la présence du drain thermique.

Enfin, avantageusement le noyau d'inductance selon l'invention n'impose pas, lors de sa fabrication, d'étapes de découpes et d'assemblage qui ont une incidence sur le coût de fabrication dudit noyau d'inductance.

Selon un mode de mise en œuvre, le corps magnétique a une forme torique.

Selon un mode de mise en œuvre, le corps magnétique comprend un axe de révolution, la lamelle débouche sur la surface exposée du corps magnétique, et est disposée dans un plan médian du corps magnétique, ledit plan étant perpendiculaire à l'axe de révolution.

Selon un mode de mise en œuvre, le corps magnétique comprend une barre s'étendant selon un axe longitudinal, la lamelle étant disposée dans le volume de la barre, la direction selon l'épaisseur E étant essentiellement perpendiculaire à l'axe longitudinal.

Selon un mode de mise en œuvre, le corps magnétique comprend une première face disposée dans le prolongement de la barre, et dans laquelle débouche la lamelle, la première face étant avantageusement perpendiculaire à l'axe longitudinal.

Selon un mode de mise en œuvre, la lamelle est disposée dans un plan comprenant l'axe longitudinal.

Selon un mode de mise en œuvre, le corps magnétique forme une boucle magnétique fermée, avantageusement rectangulaire.

Selon un mode de mise en œuvre, le corps magnétique comprend un cadre, la barre étant disposée au centre du cadre de manière à former deux boucles magnétiques rectangulaires, symétriques par rapport à la barre, contigus au niveau d'un plan de symétrie de la barre.

Selon un mode de mise en œuvre, le cadre rectangulaire comprend des parties droites, au moins une partie droite comprend au moins un drain thermique,.

Selon un mode de mise en œuvre, le noyau comprend une surface latérale extérieure, la lamelle débouchant sur ladite surface latérale extérieure. Selon un mode de mise en œuvre, le facteur d'anisotropie des premières et secondes conductivités électriques de la lamelle est supérieure à 1000, avantageusement comprise entre 1000 et 100000.

Selon un mode de mise en œuvre, lamelle présente également une seconde conductivité thermique perpendiculairement à la direction de son épaisseur E, les secondes conductivités thermique et électrique sont, respectivement, supérieures à 1500 W/m/K, et à 10 ⁶ (Ω. ΙΎΙ) ¹ .

Selon un mode de mise en œuvre, la lamelle présente également une première conductivité thermique selon la direction de son épaisseur E, les premières conductivités thermique et électrique sont, respectivement, inférieures à 10 W/m/K, et à 10 ² (Ω. ΓΪΙ)- ¹ .

Selon un mode de mise en œuvre, l'épaisseur E est inférieure à 150 μιη, avantageusement inférieure à 100 μιη.

Selon un mode de mise en œuvre, la lamelle comprend au moins un des éléments choisis parmi : feuille de graphite, graphène et nanotubes de carbone.

Selon un mode de mise en œuvre, la lamelle est stratifiée, et comprend selon la direction de son épaisseur E une alternance de couches électriquement conductrices et de couches électriquement isolantes.

L'invention concerne également un circuit à inductance comprenant :

- le noyau d'inductance,

- une bobine d'excitation magnétique destinée créer une induction magnétique dans le noyau d'inductance.

L'invention concerne également un convertisseur de puissance comprenant le noyau d'inductance ou le circuit à inductance.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un noyau d'inductance comprenant un corps magnétique et un drain thermique, le procédé comprenant les étapes :

- formation du corps magnétique par moulage par injection de poudre, le moulage par injection de poudre étant exécuté de manière à ménager une cavité dans le corps magnétique adaptée pour recevoir le drain thermique, le corps comprenant une surface exposée, et formant au moins une partie d'un chemin magnétique médian,

- introduction et scellement du drain thermique dans ladite cavité avec une pate thermique, le drain thermique étant une lamelle présentant une épaisseur E, ladite lamelle présente une première conductivité électrique selon la direction de son épaisseur E, une seconde conductivité électrique perpendiculairement à la direction de son épaisseur E, la première conductivité électrique étant inférieure à la seconde conductivité électrique, la direction selon l'épaisseur E est essentiellement perpendiculaire au chemin magnétique médian dans au moins un tronçon du corps magnétique, la lamelle étant disposée de manière à drainer de la chaleur du volume du corps magnétique vers la surface exposée.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtrons dans la description qui va suivre des modes de mise en œuvre noyau d'inductance selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

- La figure l est une vue de dessus d'une représentation schématique d'un noyau d'inductance connu de l'art antérieur,

- Les figures 2a à 2c sont des vues de dessus de représentations de chemins magnétiques médians dans des noyaux d'inductances selon l'art antérieur,

- Les figures 3a à 3c sont des représentations schématiques d'un noyau d'inductance selon un premier exemple de réalisation de l'invention,

- La figure 4 est une représentation schématique du noyau d'inductance selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,

- Les figures 5a et 5b sont des représentations schématiques du noyau d'inductance selon un troisième mode de réalisation de l'invention,

- Les figures 6a à 6d sont des représentations schématiques du noyau d'inductance selon un quatrième mode de réalisation de l'invention,

- La figure 7 est une vue de dessus d'une représentation schématique d'un noyau d'inductance connu de l'art antérieur, - La figure 8 représente l'évolution de la température (sur l'axe horizontale) au voisinage de la bobine d'excitation magnétique dans un noyau d'inductance et fonction de l'épaisseur E des lamelles selon l'invention,

- La figure 9 est une représentation schématique du noyau d'inductance selon le quatrième mode de réalisation de l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

Définitions :

Lamelle : nous entendons par lamelle un objet présentant une faible épaisseur, comprenant deux faces de plus grande surface, essentiellement parallèles, reliées entre elles selon leur contour. La lamelle a une épaisseur E, selon une direction sensiblement perpendiculaire aux deux faces, qui correspond à la distance entre les deux faces de la lamelle. Les faces, bien que généralement planes, peuvent également présenter une surface courbe de manière à épouser la forme d'un chemin magnétique, le cas échéant, lui-même courbe. Nous entendons par ailleurs, par la direction selon l'épaisseur E de la lamelle une direction perpendiculaire aux deux faces de la lamelle. Nous notons également « L » la plus grande dimension des faces de la lamelle (par exemple la longueur desdites faces, si ces dernières sont de forme rectangulaire). Ainsi, selon la présente invention, le rapport L/E est avantageusement supérieur à 50.

Chemin magnétique médian : nous entendons par chemin magnétique médian un contour fermé parcourant tout le circuit magnétique et sur lequel la circulation du champ magnétique H est égal à N*l c'est-à-dire la force magnétomotrice (N étant le nombre de spire de la bobine qui sera décrite dans la suite de la description, et I le courant parcourant ladite bobine). De plus sur ce contour, le vecteur champ magnétique est tangent en tout point du contour. Le chemin magnétique matérialise la direction du flux magnétique parcourant le circuit magnétique. Autrement dit, le chemin magnétique médian est le chemin médian entre le plus petit et le plus grand chemin magnétique dans le corps magnétique. Le corps magnétique forme au moins une boucle géométrique fermée, par exemple un tore 100 (Figure 2a), un cadre rectangulaire ou carré 300 (Figure 2b), deux rectangles 400 contigus par un de leur côté et dans le même plan (Figure 2c). Les lignes en traits interrompus 101, 301 et 401 représentent les chemins magnétiques médians dans chacune de ces trois configurations.

Section transversale : on entend par section transversale, la coupe résultant de l'intersection d'un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal d'un élément de forme allongée.

Surface exposée : nous entendons par surface exposée, une surface d'un corps exposée à l'environnement extérieur.

Essentiellement : le terme « essentiellement », dès qu'il est employé en relation avec l'orientation de la direction de l'épaisseur E par rapport à une direction donnée, signifie qu'une déviation de +/-5° par rapport à ladite direction donnée peut être tolérée.

Le noyau d'inductance comprend un corps magnétique. Le corps magnétique forme un chemin magnétique, avantageusement fermé. Le corps magnétique comprend un chemin magnétique médian.

Une bobine d'excitation magnétique comprenant un nombre N de spires d'un matériau conducteur peut être présente autour d'une partie du corps magnétique de manière à former un circuit à inductance. Le circuit à inductance présente une valeur d'inductance LM définie par les caractéristiques géométriques du corps magnétique, et du nombre de spires N.

Le corps magnétique peut comprendre un matériau magnétique de perméabilité magnétique supérieure à 50 (μ _Γ > 50).

Par exemple, le matériau magnétique peut comprendre un oxyde de type ferrite de structure cristallographie spinelle. En effet, la perméabilité magnétique de tels matériaux est stable dans la gamme des hautes fréquences. Les matériaux magnétiques les plus courants répondent à la formulation :

Mni- _x Zn _x Fe20 ₄ et Nii- _x Zn _x Fe20 ₄ .

Par exemple, le corps magnétique comprend du Mni- _x Zn _x Fe20 ₄ , avec x compris entre 0,3 et 0,6, la perméabilité magnétique μΓ évolue avec x, et est comprise entre 500 et 1000. Un mode de réalisation préférentiel pour le corps magnétique, et qui sera présenté dans la suite de l'exposé, comprend le moulage par injection de poudre de ferrite NiZn ou de MnZn (« PIM » ou « Powder Injection Molding » selon la terminologie Anglo-Saxonne).

De manière avantageuse, les matériaux de type ferrite présentent également des valeurs de résistivités électriques élevées, ce qui permet de limiter les pertes par courants induits.

Les matériaux Mni- _x Zn _x Fe20 ₄ et Nii- _x Zn _x Fe20 ₄ présentent également l'avantage d'être disponibles à l'échelle industrielle.

Le noyau d'inductance comprend également au moins un drain thermique. Le drain thermique est compris dans le volume du corps magnétique. Le drain thermique est une lamelle d'une épaisseur E. La lamelle présente une première conductivité électrique, selon la direction de son épaisseur E, et une seconde conductivité électrique, c _m a _X , perpendiculairement à la direction de son épaisseur E. La première conductivité électrique est inférieure à la seconde conductivité électrique.

Autrement dit, la conductivité électrique de la lamelle est anisotrope. Nous définissons alors un facteur d'anisotropie de conductivité électrique comme étant le rapport entre la seconde conductivité électrique et la première conductivité électrique. Le facteur d'anisotropie de conductivité électrique est avantageusement supérieur à 1000, plus particulièrement compris entre 1000 et 100000.

Par seconde conductivité électrique, c _m a _X , perpendiculaire à la direction de l'épaisseur E de la lamelle, nous entendons une conductivité selon les surfaces définies par les faces de la lamelle (dit aussi plan de la lamelle). La seconde conductivité électrique Omax n'est pas nécessairement la même selon toutes les directions du plan de la lamelle.

Dans ces conditions, la conductivité électrique selon le plan de la lamelle est également anisotrope, et deux secondes conductivités électriques c _m axi et c _m a _X 2 peuvent être définies. Ainsi, dès lors que la conductivité électrique selon le plan de la lamelle est anisotrope, par la première conductivité électrique est inférieure à la seconde conductivité électrique, on entend que est inférieur à c _m axi et à c _m a _X 2. Dans toute la suite de la description, nous confondrons c _m axi et c _m a _X 2, et ne considérons que étant entendu que l'homme du métier avec ces connaissances générales pourra adapter les différents modes de réalisation à une lamelle présentant une conductivité anisotrope selon son plan. L'homme du métier pourra également adapter ces enseignement à la seconde conductivité thermique présentée dans la suite de la description.

La première conductivité électrique < _mm peut être inférieure à 10 ²

(Ω. ΓΪΙ)- ¹

La seconde conductivité électrique _m ax peut être supérieure à 10 ⁶ (Ω.ιτη) ^"

1

La lamelle peut présenter une première conductivité thermique, _mm , selon la direction de son épaisseur E, et une seconde conductivité thermique, _m ax, perpendiculairement à la direction de son épaisseur E. La première conductivité thermique est inférieure à la seconde conductivité thermique. Autrement dit, la conductivité thermique de la lamelle est anisotrope. Nous définissons alors un facteur d'anisotropie de conductivité thermique comme étant le rapport entre la seconde conductivité thermique et la première conductivité thermique. Le facteur d'anisotropie de conductivité thermique est avantageusement supérieur à 100, plus particulièrement compris entre 100 et 1000.

De manière particulièrement avantageuse, la direction selon l'épaisseur E est essentiellement perpendiculaire au chemin magnétique médian dans au moins un tronçon du corps magnétique (nous verrons da ns les différents modes de réa lisations l'agencement de la lamelle par rapport au chemin magnétique médian). Le tronçon du corps magnétique dans lequel se la lamelle peut également être appelé section volumique. Dans le cas d'un corps magnétique comprenant un cadre et/une ba rre (autrement dit des parties droites telles que discuté dans la suite de la description), le tronçon peut être une partie droite dudit cadre et/ou la barre. Dans le cas d'un corps magnétique de forme torique, le tronçon peut être un section dudit corps magnétique.

Ainsi, la combinaison des propriétés de conductivité électrique de la lamelle et son positionnement dans le corps magnétique permet de drainer de la cha leur des zones chaudes vers la surface exposée du corps magnétique sans toutefois, nécessairement déboucher sur ladite surface exposée. La première conductivité thermique, _mm , peut être inférieure à 10

W/m/K.

La seconde conductivité thermique, _m ax, peut être supérieure à 1500

W/m/K.

De manière avantageuse, la lamelle comprend au moins un des éléments choisis parmi : feuille de graphite, feuille de graphite à taux d'orientation élevée, graphène et nanotubes de carbone. A cet égard, l'homme du métier trouvera dans la référence [4] les propriétés thermique du graphène.

Le graphite peut, par exemple, être du graphite pyrolitique à fort taux d'orientation (« Highly Oriented Pyrolitic Graphite » selon la terminologie Anglo- Saxonne). Ce type de graphite se présente généralement sous forme de lamelle, et peut être obtenu par des techniques connus de l'état de l'art. A cet égard l'homme du métier pourra consulter la référence [5] citée à la fin de la description.

De manière alternative, la lamelle est stratifiée, et comprend selon la direction de son épaisseur E une alternance de couches conductrices et de couches isolantes, par exemple un empilement comprenant une alternance de couches de cuivre et de couches de nitrure d'aluminium.

Nous allons maintenant présenter différents exemples particuliers de mises en œuvres de l'invention.

Premier exemple :

Selon un premier exemple particulier de mise en œuvre de l'invention exposé aux figures 3a à 3c, le corps magnétique 100 a une forme torique, et comprend une surface exposée 102 à l'environnement extérieur. La bobine 103 d'excitation magnétique est formée autour d'au moins une partie du corps magnétique 100.

Lorsqu'elle est parcourue par un courant, la bobine 103 d'excitation magnétique crée des lignes d'inductions magnétiques dans le corps magnétique 100. Les lignes d'inductions magnétiques sont alors, essentiellement, confinées dans le tore, et forment des cercles concentriques. Le corps comprend un axe de révolution 104 et un plan médian 105 perpendiculaire à l'axe de révolution 104. Deux cercles concentriques intérieur 101a et extérieur 101b forment l'intersection du tore avec le plan médian. Le cercle concentrique médian 101 des deux cercles concentriques intérieur 101a et extérieur 101b correspond alors au chemin magnétique médian 101. Dans cet exemple particulier, la lamelle 110 peut être plane, et disposée dans le plan médian 105 du corps (figure 3a).

De manière alternative, tel que représenté aux figures 3b et 3c, la lamelle 110 peut épouser la courbure du chemin magnétique médian 101 et être perpendiculaire au plan médian 105.

Plusieurs lamelles 110 peuvent être disposées dans le corps magnétique 100.

Selon les agencements précités, la ou lamelle 110 est disposée de manière à se conformer à l'écoulement des lignes de flux dans le corps, autrement dit la direction selon l'épaisseur E de la lamelle est essentiellement perpendiculaire aux lignes de flux magnétiques circulant dans le corps magnétique 100. Par ailleurs, la lamelle 110 débouche sur la surface exposée 102 du corps magnétique 100.

Selon la configuration ainsi décrite, le flux magnétique, créé par la bobine 103, au travers de la lamelle 110 est minimal, voire nul.

Deuxième exemple :

Selon un deuxième exemple particulier de mise œuvre de l'invention exposé à la figure 4, le corps magnétique 200 comprend une barre 200a. La barre 200a comprend un axe longitudinal 204 confondu avec le chemin magnétique médian 201 dans ladite barre 200a. La section transversale de la barre 200a est constante et peut être, sans pour autant limiter l'invention, de forme circulaire, carrée ou encore rectangulaire. Le corps magnétique 200 comprend une première face (non représentée) exposée à l'environnement extérieur, et dans le prolongement de la barre 200a selon son axe longitudinal 204. La bobine 203 d'excitation magnétique est formée autour d'une partie de la barre, et est destinée à créer des lignes d'induction magnétique dans la barre 200a. Les lignes d'induction magnétique sont essentiellement parallèles à l'axe longitudinal 204 de la barre 200a. Dans cet exemple, la lamelle 210 est disposée dans la barre 200a, de sorte que la direction selon l'épaisseur E est perpendiculaire à l'axe longitudinal 204 de la barre 200a. La lamelle 210 débouche également sur la première face de la barre 200a. Plusieurs lamelles 210 peuvent être disposées dans la barre 200a.

Dans cet exemple, le flux magnétique au travers de la lamelle est minimal, voire nul.

Troisième exemple :

Selon un troisième exemple particulier de mise en œuvre de l'invention exposé aux figures 5a et 5b, le corps magnétique 300 a la forme d'un cadre rectangulaire 300a comprenant des parties droites de section transversale constante, chaque partie droite comprenant un axe longitudinal.

Le cadre rectangulaire 300a forme une boucle magnétique rectangulaire.

Le cadre rectangulaire 300a comprend une surface latérale extérieure 306. Le cadre rectangulaire 300a comprend une première surface 306a et une seconde surface 306b parallèles entre elles, perpendiculaires à la surface latérale extérieure 306, et reliées par ladite surface latérale extérieure 306.

La bobine 303 d'excitation magnétique est formée autour d'une première partie droite du cadre rectangulaire 300a, que nous appellerons désormais barre 300b. La bobine 303 d'excitation magnétique est destinée à créer des lignes d'induction magnétiques dans la barre 300b.

Deux rectangles 301a et 301b concentriques forment l'intersection du cadre avec un plan médian 305, le plan médian 305 étant parallèle aux première 306a et seconde 306b surfaces du cadre rectangulaire 300a. Le chemin magnétique médian 301 (représenté en trait interrompus sur la figure 5a) est alors le rectangle médian des deux rectangles concentriques 301a et 301b.

Chaque côté du rectangle médian est colinéaire avec l'axe longitudinal de la partie droite dans laquelle il se trouve.

La lamelle 310 peut être plane et agencée dans la barre 300b du cadre magnétique 300 de manière à ce que la direction selon l'épaisseur E de la lamelle 310 soit perpendiculaire au chemin magnétique médian 301 dans ladite barre 300b.

Plus particulièrement, tel que représenté à la figure 5b, la lamelle 310 peut être disposée dans le plan médian 305. Par exemple, la lamelle 310 s'étend de l'axe longitudinal de la barre 300b, parallèlement au plan médian 305, et débouche de la surface latérale extérieur 306 du cadre rectangulaire 300a. Le cadre rectangulaire 300a comprend une première face 307 disposée au niveau de la surface 306. La première face est également disposée dans le prolongement d'une extrémité de la barre 300b, et perpendiculairement à l'axe longitudinal de ladite barre 300b. La lamelle peut alors s'étendre également selon la direction de l'axe longitudinal et déboucher sur la première face 307.

Ainsi, le flux magnétique créé par la bobine 303 d'excitation magnétique est minimal, voire nul.

En complément, plusieurs lamelles peuvent être disposées dans le cadre rectangulaire 300a, et plus particulièrement dans chacune des parties droites du cadre rectangulaire 300a.

Quatrième exemple :

Selon un quatrième exemple particulier de mise en œuvre de l'invention exposé aux figures 6a à 6d, la barre 400b décrite dans le deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention est disposée au centre d'un cadre rectangulaire 400a de manière à former deux boucles magnétiques rectangulaires, symétriques par rapport à la barre, et contiguës au niveau d'un plan de symétrie de la barre 400b. Cette configuration est connu sous l'appellation en E ou en E-E.

Le cadre rectangulaire 400a comprend des parties droites de section transversale de surface A. La section transversale de la barre 400b présente une surface 2xA (l'aire de la section transversale de la barre est donc le double de l'aire de section transversale des parties droites du cadre).

Le cadre rectangulaire 400a comprend une surface latérale extérieure 406.

Le cadre rectangulaire 400a comprend une première surface 406a et une seconde surface 406b parallèles entre elles, perpendiculaires à la surface latérale extérieure 406, et reliées par ladite surface latérale extérieure 406 (vue selon la coupe ZZ' du corps magnétique, en figure 6b).

La barre 400b comprend une surface exposée 406c. La bobine 403 d'excitation magnétique est formée autour d'une partie de la barre 400b. La bobine 403 d'excitation magnétique est destinée à créer une induction magnétique dans la barre 400b. Le flux magnétique prend naissance dans la barre 400b selon l'axe longitudinal de ladite barre 400b, et s'écoule de façon symétrique, d'une extrémité de la barre 400b, dans le cadre rectangulaire 400a pour reboucler dans l'autre extrémité de la barre 400b. Chaque boucle magnétique rectangulaire comprend donc un chemin magnétique médian 401a et 401b (en trait interrompus sur la figure 6a). Ainsi deux chemins magnétiques médians 401a et 401b circulent dans la barre 400b, parallèlement à l'axe longitudinal de la barre 400b.

La lamelle 410 peut être plane et agencée dans la barre 400b de manière à ce que la direction selon l'épaisseur E de la lamelle 410 soit perpendiculaire au chemin magnétique médian 401a, 401b dans ladite barre 400b.

Selon un exemple particulièrement avantageux, tel que représenté à la figure 6a, la lamelle 410 s'étend selon un plan comprenant l'axe longitudinal de la barre 400b, ledit plan étant perpendiculaire à un plan médian 405 du cadre rectangulaire 400a.

Le plan médian 405 comprend l'axe longitudinal de la barre 400b, et est parallèle au plan du cadre rectangulaire 400a. La lamelle 410 débouche alors sur la surface exposée 406c de la barre 400b.

Le cadre rectangulaire 400a comprend une première face 407. la première face 407 est disposée au niveau de la surface latérale extérieur 406 du cadre rectangulaire 400a, et dans le prolongement d'une première extrémité de la barre 400b.

La lamelle 410 peut alors s'étendre également selon la direction de l'axe longitudinal et déboucher sur la première face 407.

La figure 6c représente deux lamelles 410 comprises dans la barre 400b, chaque lamelle 410 est disposée de manière symétrique par rapport à l'axe longitudinal de la barre 400b, et dans un plan perpendiculaire au plan médian du cadre rectangulaire 400a comprenant l'axe longitudinal de la barre 400b. Chacune des deux lamelles 410 s'étend également parallèlement à l'axe de la barre 400b, et débouche sur la première face 407. De manière avantageuse, tel que représenté à la figure 6d, aux deux lamelles 410 précédemment décrites, viennent s'ajouter deux lamelles 410 additionnelles. Les lamelles 410 additionnelles sont disposées de manière symétriques aux deux lamelles précédemment décrites par rapport au centre C de la barre 400b. Les lamelles 410 additionnelles débouchent sur une seconde face 408 du cadre rectangulaire, disposée au niveau de la surface latérale extérieure, et dans le prolongement d'un seconde extrémité de la barre.

Dans les quatre exemples de mise en œuvre de l'invention, la direction selon l'épaisseur E de la lamelle est perpendiculaire au chemin magnétique médian. Dans les exemples précités, le corps peut comprendre un entrefer (« air gap » selon la terminologie Anglo-Saxonne) d'épaisseur inférieure à 5% de la longueur du chemin magnétique médian. En présence d'un entrefer, la ou les lamelles 410 présentes dans la barre 400b peuvent également déboucher dans l'entrefer.

La première face, et éventuellement la seconde face, est avantageusement maintenue par un système de régulation thermique à une température constante, par exemple une température comprise entre 50 et 100°C, par exemple 80°C.

Avantageusement, le système de régulation thermique est une source froide qui impose une température constante et uniforme à la face sur laquelle elle est apposée. La source froide peut être par exemple un solide de grande inertie fixé au corps magnétique ou un fluide circulant sur ladite face.

La Demanderesse a constaté que la zone pour laquelle la plus forte élévation de température est observée se situe au voisinage de la bobine d'excitation magnétique. Pour les deuxième, troisième et quatrième exemples de corps magnétiques, la plus forte élévation de température est donc observée dans la barre.

A titre d'exemple, la figure 7 représente la distribution de la température dans un corps magnétique, tel que décrit dans le quatrième exemple. La distribution en température est obtenue par une simulation numérique basée sur une méthode de résolution par éléments finis. Les caractéristiques générales du corps magnétique considéré sont données dans le tableau 1 : Matériau Nii- _x ZnxFe20 ₄

Largeur totale 46 mm

Epaisseur du noyau 11 mm

Hauteur totale 28 mm

Diamètre barre central 11 mm

Entrefer 4 mm

Volume du noyau 9.8 cm ³

Nombre de N spires 18

Puissance 1000 W

Courant dans la bobine 5 A

Fréquence de commutation 5 MHz

Tableau 1.

Nous pouvons constater, sur la figure 7, pour un noyau dépourvu de drains thermiques, que la zone A est la zone la plus chaude et présente une température de 135°C, alors que les première et seconde faces sont maintenues à 80°C.

La présence de deux lamelles 410, positionnées de manière symétriques par rapport au centre de la barre 400b. les deux lamelles 410 traversent chacune de part en part a barre 410 et sont comprises dans un plan perpendiculaire au plan médian du cadre rectangulaire 400a, ledit plan perpendiculaire comprenant l'axe longitudinal de la barre 400b. Chaque lamelle débouche sur la surface latérale extérieure 406 du cadre rectangulaire 400a. Chaque lamelle est en graphite, et mesure 14 x 11 mm ² . La figure 8 représente la température, en degrés Celsius, de la zone A (sur l'axe horizontal) en fonction de l'épaisseur E, en micromètres, des quatre lamelles disposées dans la barre.

Plus les lamelles présentent une épaisseur importante, plus la température de la zone A décroit et tend, de manière asymptotique, vers la température des première et seconde faces du cadre rectangulaire, maintenues, dans cet exemple à 80°C.

Ainsi, les lamelles sont disposées dans le noyau de manière à ce que la chaleur produite dans le noyau s'écoule des zones chaudes du noyau vers les faces du noyau thermalisées (maintenues à température constante)

Ainsi, dans l'exemple présenté, des lamelles de 150 μιη d'épaisseur réduisent la différence de température entre la zone A et les première et seconde faces à environ 20°C.

La disposition des drains thermiques en forme de lamelles selon l'invention permet d'obtenir une distribution plus homogène de la température dans le noyau d'inductance.

Ainsi, le caractère anisotrope du drain selon l'invention, et sa disposition dans le corps magnétique permet d'obtenir une meilleure homogénéisation de la température dans le corps magnétique tout en limitant l'effet des courants induits. En effet, dans la configuration proposée par l'invention, l'énergie dissipée sous l'effet des courants induits est proportionnelle à la première conductivité électrique et au carré de l'épaisseur du drain. Ainsi, plus la première conductivité électrique est faible, plus les pertes par courants induits sont faible. Par ailleurs, le drain conduit d'autant mieux la chaleur selon la direction perpendiculaire à la direction selon l'épaisseur E que sa seconde conductivité thermique (donc que sa seconde conductivité électrique) est élevée.

Par ailleurs, il est particulièrement intéressant de maintenir les lamelles à une épaisseur E inférieure à 150 μιη, préférentiellement inférieure à 100 μιη. En effet, la disposition des lamelles selon l'invention, permet de limiter l'effet sur l'inductance d'un circuit à inductance comprenant un noyau d'inductance selon l'invention. Ainsi, contrairement à l'art antérieur, il n'est pas nécessaire d'ajouter des spires à la bobine d'excitation magnétique, et donc d'augmenter le volume du circuit à inductance.

L'invention ne se limite pas au positionnement de drains thermiques dans la barre du corps magnétique. En effet, dans les troisième et quatrième exemples, le cadre comprend des parties droites. Au moins une partie droite peut comprendre au moins un drain thermique 410. Ainsi, dans l'exemple, particulièrement avantageux, présenté à la figure 9, des drains thermiques 410 sont disposés dans le cadre rectangulaire 400a.

Le cadre rectangulaire comprend des premières sections parallèles à la barre 400b, et des secondes sections perpendiculaires à la barre 400b.

Pour chaque première ou seconde section du cadre rectangulaire 400a, le drain thermique 410 peut être compris dans un plan comprenant l'axe longitudinal de la première ou seconde section comprenant ledit drain thermique, et perpendiculaire au plan médian 405 du cadre rectangulaire 400a.

Chaque première section peut comprendre un ou deux drains thermiques 410. Le drain thermique 410 peut être compris dans un plan comprenant l'axe longitudinal de la première section comprenant ledit drain thermique, et perpendiculaire au plan médian 405 du cadre rectangulaire. Le drain thermique 410 peut déboucher dans l'une des première 406a ou seconde 406b surfaces. Avantageusement, deux drains thermiques 410 sont compris dans chaque première section du cadre rectangulaire 400a, et débouchent respectivement dans la première 406a et la seconde 406b surfaces. Les secondes sections du cadre rectangulaire 400a peuvent également comprendre des drains thermiques 410. Dans chaque seconde section, le drain thermique 410 est compris dans un plan comprenant l'axe longitudinal de la seconde section comprenant ledit drain thermique, et perpendiculaire au plan médian 405 du cadre rectangulaire 400a. Le drain thermique 410 peut déboucher dans l'une des première 406a ou seconde 406b surfaces.

Avantageusement, quatre drains thermiques 410 sont compris dans chaque seconde section du cadre rectangulaire 400a. Pour chacune des deux secondes sections du cadre rectangulaire 400a, deux drains débouchent dans la première surface 406a, et les deux autres dans la seconde surface 406b, et de sorte que deux drains thermiques 410 débouchant dans la même surface soit disposés symétriquement par rapport au plan comprenant l'axe longitudinal de la barre 400b, et perpendiculaire au plan médian 405.

Tel que mentionné précédemment, la formation du corps magnétique peut être exécutée par moulage par injection de poudre de ferrite. A cet égard, l'homme du métier trouvera le détail de la méthode de moulage par injection de poudre dans le brevet FR2970194 [6]. Cette technique comprend une première étape de formation d'un mélange maître comprenant une matière organique (par exemple, des polyoléfines tels que le polyéthylène, le polypropylène), et des poudres inorganiques (par exemple, pour l'application visée, des oxydes de type ferrite, par exemple Mni- _x Zn _x Fe20 ₄ et Nii- _x Zn _x Fe20 ₄ , et d'une granulométrie de l'ordre de 10 à 20 μιη). Le mélange maître est ensuite injecté dans un moule afin de lui conférer la forme voulue. La pièce moulée est alors déliantée (« debinded » selon la terminologie Anglo-Saxonne) à une température comprise entre 400 et 700°C (par exemple 500°C) de manière éliminer la matière organique. L'étape de déliantage est alors suivie d'une étape de frittage (« sintering » selon la terminologie Anglo-Saxonne), conduite à une température comprise entre 900 et 1300°C (par exemple 1220°C pour un oxyde de ferrite Mni- _x Zn _x Fe20 ₄ ) permettant ainsi d'augmenter la densité de la pièce ainsi formée.

Le corps magnétique peut être réalisé en une seule pièce, ou peut comprendre un assemblage de plusieurs pièces (par exemple un assemblage de deux pièces en E, ou une pièce en E et une pièce en I, ou encore une pièce en U et une pièce en I). En fonction du mode de réalisation du corps magnétique, un ou plusieurs moules peut être nécessaire. Le moule est également usiné pour réaliser des cavités dans le corps magnétique destinées à recevoir les lamelles.

Après formation du corps magnétique, les lamelles sont alors introduites dans des cavités (formée lors de l'étape de moulage) et assemblées, par des techniques connues de l'homme du métier et tel que décrit dans le document [7], à l'aide d'une pate thermique qui assure la liaison avec la noyau. La pâte thermique peut par exemple être à base de poly éthylène glycol dilué dans de l'éthylcellulose. RÉFÉRENCES

[1] US 2009/0146769. [2] A. M . LEARY, « Soft Magnetic Materials in High-Frequency, High-Power Conversion Applications », JOM, Volume 64, Issue 7, July 2012, Pages 772-781.

[3] US 7,573,362 B2. [4] Eric Pop, Vikas Varshney, Ajit K. Roy, Thermal properties of graphene: Fundamentals and applications, M RS BULLETI N, VOLUM E 37, DECEM BER 2012,

[5] Cari Zweben, Thermal Materials Solve Power Electronics Challenges, Power Electronics Technology February 2006. [6] FR2970194.

[7] Chia-Ken Leong, D.D.L. Chung, « Carbon black dispersions as thermal pastes that surpass solder in providing high thermal contact conductance", Carbon 41 (2003) 2459-