EP2089890A1 - Optimised solenoid winding - Google Patents

Optimised solenoid winding

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Publication number
EP2089890A1
EP2089890A1 EP07870362A EP07870362A EP2089890A1 EP 2089890 A1 EP2089890 A1 EP 2089890A1 EP 07870362 A EP07870362 A EP 07870362A EP 07870362 A EP07870362 A EP 07870362A EP 2089890 A1 EP2089890 A1 EP 2089890A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
turns
mag
turn
variable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07870362A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bastien Orlando
Bernard Viala
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
STMicroelectronics SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, STMicroelectronics SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2089890A1 publication Critical patent/EP2089890A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0033—Printed inductances with the coil helically wound around a magnetic core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F2017/0073—Printed inductances with a special conductive pattern, e.g. flat spiral
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields

Definitions

  • An inductive microdevice having a rectilinear solenoid winding having a plurality of disjointed rectangular turns, each having predetermined dimensions.
  • the invention applies in particular to all inductive systems integrated or not, of the inductor type, transformer, magnetic recording head, actuators, sensors, etc., requiring low losses or a very homogeneous magnetic flux density.
  • the invention applies more particularly to integrated micro-inductors.
  • a conventional solenoid winding has the advantage of having a periodic structure, which naturally limits the effects of proximity. However, at the edges of the solenoid, proximity effects remain very important.
  • the magnetic flux can be quite inhomogeneous, which can cause problems in the presence of magnetic material.
  • FIG. 1 illustrates an integrated inductor 1 with a spiral-shaped winding 2a comprising four magnetic elements 2b, for example trapezium-shaped, disposed above the winding 2a, as described in particular in FIG. article "Bidirectional Ferromagnetic Spiral Inductors Using Single Deposition" by B. Viala et al. (IEEE Trans Magnetics, Vol 41, No. 10, pp. 3544-3549, October 2005) and in the article “Dual spiral sandwiched magnetic thin film inductor using Fe-Hf-N soft magnetic films as a magnetic core” from KH Kim et al. (Journal of Magnetism and Magnetic Materials 239, 2002, 579-581).
  • This type of inductor 1 namely with a planar spiral winding with magnetic planes, is the most commonly used in microelectronics, because it is particularly easily integrable.
  • an inductance 3 in the form of a planar spiral 4, with a variable turn width, as shown in FIG. 2.
  • the reduction of the width, in particular of internal turns of spiral 4 leads to the limitation of their contributions to losses.
  • this also leads to increase in the width of the outer turns, in order to keep about the same static resistance (“Direct Current” or DC), as described in particular in the article “Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors with Different Topologies: modeling and solutions "of AS. Royet, et al. (Transcript of the Magnetic Society of Japan, Vol 5, No. 4, November 2005).
  • the magnetic field remains very inhomogeneous, which limits the quality factor of the inductor.
  • FIGS. 3a and 3b another form of inductance 5 in the form of a planar spiral 6a has been proposed, with the spiral 6a formed of a plurality of lamellae 6b, for example three lamellae 6b in FIG. 3b, to limit the induced current loops, as described in particular in the article "Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors with Different Topologies: modeling and solutions" of AS. Royet, et al. (Transcript of the Magnetic Society of Japan, Vol 5, No. 4, November 2005).
  • the winding capacitance is high, the current loops are only slightly attenuated and the quality factor gains are also relatively low.
  • FIG. 4 another type of inductor 7 is represented, with a plurality of linear solenoid windings 8, arranged parallel to one another, as described in particular in the article "A FuIIy Integrated Planar Toroidal Inductor with a Micromachined Nickel-lron Magnetic Bar "by Chong H. Ahn et al. (IEEE Trans., Packaging and Manufacturing Technology - Part A, Vol 17, No 3, September 1994).
  • the effects of proximities are less important because, for the turns 9 at the heart of the solenoid 8, the magnetic fields created by their neighbors compensate to a large extent. However, for the turns 9 at the edge of the solenoid 8, there is no compensation.
  • the solenoid winding 10 conventionally comprises a plurality of rectangular turns 11 (FIG. 5c) disjoint, that is to say non-adjacent to each other but forming one and the same coil, as represented by the dashed lines in FIG. 5a.
  • the turns 11 are each defined by the following geometric parameters: the width W BOB (FIG. 5b), the length L- BOB (FIG. 5b), the thickness E B0B (FIG. 5a) and the height of the turn ISOL (FIG. 5c).
  • the turn height is called ISOL, because it corresponds in particular to the distance between the upper part and the lower part of the winding defining the insulation of the winding.
  • the winding 10 is also defined by the interval INT between two adjacent turns 11 (FIG. 5a) and by the number of turns N of the winding 10.
  • the winding 10 is associated with a magnetic core 12
  • the following geometric parameters are also to be considered: the thickness E MAG (FIG. 5a), the length L MAG and the width W MAG (FIG. 5b) of the magnetic core 12.
  • the aim of the invention is to remedy all of the aforementioned drawbacks and to provide an inductive microdevice having solenoid-type winding, which is easy to implement and which can be used for any type of application. which makes it possible to reduce the effects of proximity, to reduce the high frequency losses and to obtain a homogeneous magnetic flux all along the solenoid winding.
  • this object is achieved by the appended claims and, more particularly, by the fact that at least one of the dimensions of the turns is variable and determined individually for each turn as a function of its position along the winding and characteristics. predetermined magnets of the winding.
  • FIG. 1 schematically represents a particular embodiment of an inductance with a planar spiral winding, with magnetic planes, according to the prior art.
  • Figures 2, 3a and 3b schematically show other types of inductors with a planar spiral winding according to the prior art.
  • FIG. 4 schematically represents a particular embodiment of an inductance with a rectilinear solenoid winding according to the prior art.
  • FIGS. 5a to 5c show, respectively, a front view in longitudinal section, a top view and a cross-sectional side view of a particular embodiment of a rectilinear solenoid winding with a rectangular cross section according to the art. prior.
  • FIGS. 6a and 6b show, respectively, a front view in longitudinal section and a view from above of a particular embodiment of a rectilinear solenoid winding with a rectangular cross-section according to the invention.
  • FIGS. 7a to 7c very schematically represent alternative embodiments of the solenoid winding according to FIGS. 6a and 6b.
  • FIG. 8 is a graph giving the standard deviation of the magnetic field along the longitudinal axis of the solenoid winding, whose winding width varies according to a geometric progression, as a function of the reason for this geometric progression.
  • FIGS. 9a and 9b are graphs showing a top view of the shape of the winding of certain points of the graph according to FIG. 8.
  • FIG. 10 is a graph representing the normalized quality factor of a winding, whose width of the turns and the length of the turns both vary according to a geometric progression of respective reasons QW and
  • the inductive microdevice comprises a solenoid winding and more specifically a solenoid microbobinage.
  • the rectilinear solenoidal winding 13 of rectangular cross-section (FIG. 6a) preferably comprises a plurality of disjoint and rectangular turns 14.
  • the turns 14 of the winding 13 are rectangular, that is to say that each turn has, seen in profile, a substantially rectangular shape defining two upper and lower horizontal branches and two lateral branches connecting the upper and lower branches ( Figure 5c) .
  • Two successive turns 14 are non-adjacent and all the turns 14 of the winding 13 form a single coil, as represented by dashed lines in FIG. 6a.
  • Each turn 14 has, more particularly, a rectangular cross-section (FIG. 6a) and each turn 14 of the winding 13 is then defined as previously by predetermined dimensions, namely the width W BOBl the length L B0B) the thickness E B0B and the ISOL turn height.
  • the rectilinear solenoid winding 13 comprises, in FIGS. 6a and 6b, five rectangular disjoint turns 14 having, respectively, a width W B0B 1 to W BOB 5 (FIG. 6b), a length L B0B 1 to L BOB 5 (FIG. 6b), a thickness E B0B 1 to E 608 5 (FIG. 6a) and a turn height ISOL 1 to ISOL 5 (FIG. 6a), all of different values.
  • the coil 13 also has a different INT interval between two adjacent and successive turns 14, namely INT 1 to INT 4 .
  • the winding 13 is associated with a magnetic core 15, shaped as a bar having different sections associated with each turn 14 of the solenoid winding 13.
  • each turn 14 vary according to the position of the turn 14 along the solenoid winding 13 and are determined individually for each turn 14, in particular according to predetermined magnetic characteristics of the coil 13, for example if a homogeneous magnetic field is sought or if an optimum quality factor must be obtained.
  • the widths W BOB 1 to W BOB 5 are all different from each other, with the width W B0B 5 of the fifth upper turn with width W B0B 1 of the first turn, itself greater than width W BOB 3 of the third turn, itself greater than the width W B0B 2 of the second turn, itself greater than the width W BOB 4 of the fourth turn.
  • the lengths are also all different from each other, with L B0B 3 greater than L B0B 4 , itself greater than L B0B 1 , itself greater than L 6OB 2 , itself greater than L 608 5 .
  • the thicknesses are also different from each other, with E B0B 5 greater than E B0B 2 , itself greater than E B0B 3 , itself greater than E BOB 1 , itself greater than E BOB 4 .
  • the turn height is also different for each turn, with ISOL 3 greater than ISOL 1 , itself greater than ISOL 2 , itself greater than ISOL 4 , itself greater than ISOL 5 .
  • the magnetic core 15 therefore comprises five different sections, each associated with a turn 14 of the winding 13.
  • the sections are defined by their width W MAG , their length L MAG and their thickness E MAG .
  • the sections are, for example, substantially flat and are connected by cross sectional areas, for example, substantially trapezoidal.
  • the dimensions of the sections of the core 15 vary along the winding 13, with, for example, the thickness E MAG 3 of the third section greater than the thickness E MAG 4 of the fourth section. even higher than the thickness E MAG 5 of the fifth section, itself greater than the thickness E MAG 2 of the second section, itself greater than the thickness E MAG 1 of the first section (FIG. 6a) .
  • the width W MAG 3 of the third section is greater than the width W MAG 4 of the _
  • the variation of the dimensions of the magnetic core 15 associated with the solenoid winding 13 is determined as a function of the dimensions of the associated turns 14 or independently as a function of the position of the sections of the magnetic core 15 along the solenoid winding 13 and as a function of the desired magnetic characteristics of the solenoid winding 13.
  • the solenoid winding 13 according to the invention thus makes it possible to obtain a maximum quality factor or a substantially homogeneous magnetic field, in particular by reducing proximity effects, and thus proposes a generic design solution for any type of inductive component with or without magnetic core.
  • the solenoid winding 13 comprises five disjointed rectangular turns 14 having dimensions varying, for example, gradually and, preferably, symmetrically along the winding 13.
  • the turns being oriented perpendicular to the reference longitudinal axis AA winding 13, the dimensions of the turns 14 vary symmetrically with respect to the central turn of the winding 13.
  • Such a configuration allows in particular to make the magnetic field more homogeneous at the ends of the winding 13.
  • the solenoid winding 13 comprises five turns 14 of the same length L 303 and, preferably, of identical thickness E B0B , in particular because of the technological constraints considered. It is therefore the width W BOB of the turns 14 which varies along the solenoid winding 13, along the reference axis AA, with the width W B0B 3 of the central turn 14 greater than the width of the other turns 14, in particular according to the position of the turn 14 and the desired magnetic characteristics of the solenoid winding 13.
  • the alternative embodiment of the solenoid winding 13 differs from the solenoid winding 13 shown in FIG. 7a by the variable predetermined size of the turns 14.
  • it is the thickness E BOB of the turns 14 which is variable, preferably symmetrically, with the thickness E BOB 3 of the central turn 14 greater than the thickness of the other turns 14, in particular according to the position of the turn 14 and the desired magnetic characteristics of the coil 13.
  • the length L B0B and the width W 608 of the turns 14 are then preferably identical for all the turns 14 of the winding 13.
  • the alternative embodiment of the solenoid winding 13 differs from the solenoid windings 13 shown in FIGS. 7a and 7b by the predetermined dimension which varies along the winding.
  • it is the length L B0B of the turns 14 which varies, preferably symmetrically, with the length L B0B 3 of the central turn 14 greater than the length of the other turns 14, in particular according to the position of the turn 14 and the desired magnetic characteristics of the winding 13.
  • the width W B0B and the thickness E 606 of the turns 14 are then preferably identical for all the turns 14 of the winding 13.
  • the value of the interval INT between two adjacent turns 14 of the winding 13 is constant (FIG. 7a) and the height of the ISOL turn is also constant for all the turns. 14 of the winding 13 ( Figure 7b).
  • the values of intervals INT and of ISOL turn height can vary independently along the solenoid winding 13, depending on the position of the turns 14 and the desired magnetic characteristics of the winding 13.
  • the winding 13 may optionally be associated with a magnetic core (not shown) having predetermined dimensions that can also be varied as previously described in an advantageously symmetrical manner.
  • E MAG In general, to simplify the calculations, we will consider E MAG .
  • W MAG in the case where the coil is associated with a magnetic core
  • ISOL ISOL
  • INT E 808 constant.
  • the optimal compromise for determining the shape of the turns depends on complex phenomena, in particular induced currents, capacitive effects, non-linearity and the non-homogeneity of the magnetic material forming the magnetic core, and the working frequency. It is therefore necessary to use optimization algorithms, possibly coupled with analytical or numerical design models.
  • INT, E BOB and ISOL are fixed by technological realization constraints, for example, at 10 .mu.m, 5 .mu.m and 40 .mu.m, respectively.
  • INT is set at 10 ⁇ m.
  • - ISOL is set at 40 ⁇ m.
  • a method for quickly calculating the quality factor is preferably used.
  • the Kuhn method as described in the article "Analysis of current crowding effects in multiturn spiral inductors" by W. B. Kuhn et al. (IEEE Trans., Microwave Theory and Techniques, Vol 49, No. 1, pp. 31-38, January 2001), calculates losses by proximity effects.
  • the inductive field can be calculated by the law of Biot and Savart. Losses by skin effect can be calculated using Press's two-dimensional approach, as described in particular in his article “Resistance and reactance of massed rectangular conductor” (Phys Review, Vol VIII, No. 4, p 417 , 1916), the capacitive effects being neglected and the inductance being calculated from the numerical calculation of the magnetic flux.
  • the best quality factor namely the one closest to 1, is obtained for a value of the reason QL of 0.7 and for a value of the reason QW of 0, 6, that is to say corresponding to a symmetrical rectilinear solenoid winding, whose turns evolve from the ends to the center, in width in a geometric progression of reason 0.6 and in length in a geometric progression of reason 0 7.
  • the solenoid winding according to the invention applies more particularly, without limitation of frequency or power, to all inductive systems provided with a solenoid winding with or without a magnetic core, namely: inductors and transformers, power heads magnetic recording for data storage, - inductive sensors, such as fluxgates or permeameters, inductive motors and actuators, the field-generating coils.
  • such a solenoid winding has the dual advantage of generating more homogeneous fields and of being less sensitive to proximity effects.
  • Such a winding therefore allows finer measurements of the response of the magnetic materials as a function of the frequency and of the magnetic field by the perturbation method.
  • An example of a method for producing a solenoid winding using a "microsystems" technology may comprise the following steps.
  • a first deposit of a conductive material is made to form the lower part of the winding, for example by a damascene electrolysis process.
  • a first insulating material is deposited.
  • One or more deposits of magnetic materials are then made for the formation of a magnetic core. Then, one or more steps of lithography and etching of the core are performed.
  • a second deposit of insulating material is then performed, and steps of lithography and vias etching in the two layers of insulation are realized, in order to be able to close the turns of the winding. Finally, a second deposit of conductive material is made to form the upper part of the winding.
  • Such a method of realization of the "microsystems" type makes it possible in particular to obtain a solenoid winding in a fast and easy manner, with great freedom on the choice of the dimensions of the turns, in particular the length L BOB , the width W BOB , and the INT spacing between the turns, which is much more difficult to obtain with a micromechanical type process, that is to say based on the winding of a wire.
  • the invention is not limited to the various embodiments described above.
  • the solenoid winding according to the invention may comprise any number of turns, as long as they have at least one variable dimension along the winding, as a function of the position of the turn along the winding and the magnetic stresses sought for the winding.
  • the turns with the largest dimensions are advantageously placed in the center of the winding.
  • the lower part of the solenoid coil may, for example, not have the same thickness as the upper part and the solenoid winding may, for example, not be symmetrical. In these cases, the number of parameters to be taken into account will be much larger. It will be the same if the magnetic core in the heart of the solenoid is not centered with respect to the latter.
  • DC static resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

The invention relates to an inductive microdevice comprising a rectilinear solenoid winding (13) provided with a plurality of disjointed rectangular turns (14), each one having pre-determined dimensions. At least one of the dimensions of the turns (14) is variable and is determined individually for each turn (14) according to the position of the turn along the winding (13) and pre-determined magnetic characteristics of the winding (13), especially a homogeneous magnetic field and/or an optimum quality factor. Said variable dimension of the turns (14) is selected from the width, length, thickness (EB0B) and height of the turn (ISOL), and the value of the gap (INT) between two adjacent turns (14).

Description

Bobinage solénoïde optimisé Optimized solenoid winding
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
L'invention concerne un microdispositif inductif comportant un bobinage solénoïde rectiligne comportant une pluralité de spires rectangulaires disjointes, ayant chacune des dimensions prédéterminées.An inductive microdevice having a rectilinear solenoid winding having a plurality of disjointed rectangular turns, each having predetermined dimensions.
L'invention s'applique notamment à tous les systèmes inductifs intégrés ou non, du type inductances, transformateur, tête d'enregistrement magnétique, actionneurs, capteurs, etc., requérant de faibles pertes ou une densité de flux magnétique très homogène. L'invention s'applique plus particulièrement aux micro-inductances intégrées.The invention applies in particular to all inductive systems integrated or not, of the inductor type, transformer, magnetic recording head, actuators, sensors, etc., requiring low losses or a very homogeneous magnetic flux density. The invention applies more particularly to integrated micro-inductors.
État de la techniqueState of the art
II existe depuis de nombreuses années des micro-inductances intégrées avec différents types de bobinage, par exemple du type solénoïde, en spirales, etc. Dans un bobinage en spirales, les spires situées au centre du bobinage contribuent généralement plus aux pertes hautes fréquences que les autres spires. Ces pertes sont classiquement proportionnelles à l'épaisseur de la spire et au cube de sa largeur. De nouvelles formes de spirales ont alors été conçues et proposées, mais leurs gains s'avèrent limités.For many years there have been integrated micro-inductors with different types of winding, for example of the solenoid type, in spirals, etc. In a spiral winding, the turns in the center of the winding generally contribute more to the high frequency losses than the other turns. These losses are classically proportional to the thickness of the coil and to the cube of its width. New spiral shapes were then designed and proposed, but their gains are limited.
Un bobinage solénoïde classique présente l'avantage d'avoir une structure périodique, qui limite naturellement les effets de proximité. Cependant, aux bords du solénoïde, les effets de proximité restent très importants. De plus, à _A conventional solenoid winding has the advantage of having a periodic structure, which naturally limits the effects of proximity. However, at the edges of the solenoid, proximity effects remain very important. In addition, _
l'intérieur du solénoïde, le flux magnétique peut être assez inhomogène, ce qui peut causer des problèmes en présence de matériau magnétique.Inside the solenoid, the magnetic flux can be quite inhomogeneous, which can cause problems in the presence of magnetic material.
À titre d'exemple, la figure 1 illustre une inductance 1 intégrée, avec un bobinage 2a en forme de spirale comportant quatre éléments magnétiques 2b, par exemple en forme de trapèze, disposés au-dessus du bobinage 2a, comme décrit notamment dans l'article « Bidirectional ferromagnetic spiral inductors using single déposition » de B. Viala et al. (IEEE Trans. Magnetics, vol. 41 , n° 10, pp. 3544-3549, October 2005) et dans l'article « Dual spiral sandwiched magnetic thin film inductor using Fe-Hf-N soft magnetic films as a magnetic core » de K. H. Kim et al. (Journal of Magnetism and Magnetic Materials 239, 2002, 579-581 ). Ce type d'inductance 1 , à savoir avec un bobinage spirale planaire avec des plans magnétiques, est le plus couramment utilisé en microélectronique, car il est notamment très facilement intégrable.By way of example, FIG. 1 illustrates an integrated inductor 1 with a spiral-shaped winding 2a comprising four magnetic elements 2b, for example trapezium-shaped, disposed above the winding 2a, as described in particular in FIG. article "Bidirectional Ferromagnetic Spiral Inductors Using Single Deposition" by B. Viala et al. (IEEE Trans Magnetics, Vol 41, No. 10, pp. 3544-3549, October 2005) and in the article "Dual spiral sandwiched magnetic thin film inductor using Fe-Hf-N soft magnetic films as a magnetic core" from KH Kim et al. (Journal of Magnetism and Magnetic Materials 239, 2002, 579-581). This type of inductor 1, namely with a planar spiral winding with magnetic planes, is the most commonly used in microelectronics, because it is particularly easily integrable.
Cependant, les effets de proximité dans le bobinage, et notamment au niveau des spires internes, sont très importants. Ces effets peuvent par ailleurs être encore accrus par la présence d'un matériau magnétique à forte perméabilité, notamment comme décrit dans l'article « Investigation of anomalous losses in thick Cu ferromagnetic spiral inductors » de B. Viala et al. (IEEE Trans. Magnetics, vol. 41, n° 10, pp. 3583-3585, October 2005) et dans l'article « Analysis of current crowding effects in multiturn spiral inductors » de W.B. Kuhn et al. (IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 49, n° 1 , pp 31 -38, January 2001 ).However, the effects of proximity in the winding, and in particular in the internal turns, are very important. These effects can also be further increased by the presence of a magnetic material with high permeability, especially as described in the article "Investigation of anomalous losses in thick Cu ferromagnetic spiral inductors" B. Viala et al. (IEEE Trans Magnetics, 41, 10, pp. 3583-3585, October 2005) and in the article "Analysis of current crowding effects in multiturn spiral inductors" by W. B. Kuhn et al. (IEEE Trans., Microwave Theory and Techniques, 49, No. 1, pp 31-38, January 2001).
Pour réduire l'effet des pertes décrites ci-dessus, il a été proposé une inductance 3 en forme de spirale planaire 4, avec une largeur de spire variable, comme représenté sur la figure 2. La réduction de la largeur, notamment des spires internes de la spirale 4, entraîne la limitation de leurs contributions aux pertes. Cependant, cela entraîne également une augmentation de la largeur des spires externes, afin de conserver à peu près la même résistance statique (« Direct Current » ou DC en anglais), comme décrit notamment dans l'article « Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors with Différent Topologies: modeling and solutions » de A-S. Royet, et al. (Trans. Of the Magnetic Society of Japan, vol. 5, n° 4, November 2005). Cependant, le champ magnétique reste toujours très inhomogène, ce qui limite le facteur de qualité de l'inductance.To reduce the effect of the losses described above, it has been proposed an inductance 3 in the form of a planar spiral 4, with a variable turn width, as shown in FIG. 2. The reduction of the width, in particular of internal turns of spiral 4, leads to the limitation of their contributions to losses. However, this also leads to increase in the width of the outer turns, in order to keep about the same static resistance ("Direct Current" or DC), as described in particular in the article "Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors with Different Topologies: modeling and solutions "of AS. Royet, et al. (Transcript of the Magnetic Society of Japan, Vol 5, No. 4, November 2005). However, the magnetic field remains very inhomogeneous, which limits the quality factor of the inductor.
Sur les figures 3a et 3b, une autre forme d'inductance 5 en forme de spirale planaire 6a a été proposée, avec la spirale 6a formée d'une pluralité de lamelles 6b, par exemple trois lamelles 6b sur la figure 3b, pour limiter les boucles de courant induit, comme décrit notamment dans l'article « Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors with Différent Topologies: modeling and solutions » de A-S. Royet, et al. (Trans. Of the Magnetic Society of Japan, vol. 5, no. 4, November 2005). Cependant, la cόnductivité du bobinage étant élevée, les boucles de courant ne sont que très peu atténuées et les gains en facteur de qualité sont également relativement faibles.In FIGS. 3a and 3b, another form of inductance 5 in the form of a planar spiral 6a has been proposed, with the spiral 6a formed of a plurality of lamellae 6b, for example three lamellae 6b in FIG. 3b, to limit the induced current loops, as described in particular in the article "Investigation of Proximity Effects in Ferromagnetic Inductors with Different Topologies: modeling and solutions" of AS. Royet, et al. (Transcript of the Magnetic Society of Japan, Vol 5, No. 4, November 2005). However, since the winding capacitance is high, the current loops are only slightly attenuated and the quality factor gains are also relatively low.
Sur la figure 4, un autre type d'inductance 7 est représenté, avec une pluralité de bobinages solénoïdes 8 rectilignes, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, comme décrit notamment dans l'article « A FuIIy Integrated Planar Toroidal Inductor with a Micromachined Nickel-lron Magnetic Bar » de Chong H. Ahn et al. (IEEE Trans. Components, Packaging and Manufacturing Technology - part A, vol. 17, n° 3, September 1994). Dans ce type de géométrie naturellement périodique, les effets de proximités sont moins importants, car, pour les spires 9 au cœur du solénoïde 8, les champs magnétiques créés par leurs voisines se compensent dans une large mesure. Cependant, pour les spires 9 au bord du solénoïde 8, il n'y a pas cette compensation. De plus, à l'intérieur d'une spire 9, il existe un effet de proximité entre les parties inférieures et supérieures de la spire et ces effets peuvent être encore accrus en présence d'un matériau magnétique. De plus, le champ magnétique est inhomogène à l'intérieur du solénoïde 8, ce qui peut poser des problèmes en matière de tenue en courant, lorsqu'un noyau magnétique est utilisé.In FIG. 4, another type of inductor 7 is represented, with a plurality of linear solenoid windings 8, arranged parallel to one another, as described in particular in the article "A FuIIy Integrated Planar Toroidal Inductor with a Micromachined Nickel-lron Magnetic Bar "by Chong H. Ahn et al. (IEEE Trans., Packaging and Manufacturing Technology - Part A, Vol 17, No 3, September 1994). In this type of naturally periodic geometry, the effects of proximities are less important because, for the turns 9 at the heart of the solenoid 8, the magnetic fields created by their neighbors compensate to a large extent. However, for the turns 9 at the edge of the solenoid 8, there is no compensation. In addition, within a turn 9, there is a proximity effect between the lower and upper parts of the turn and these effects can be further increased in the presence of a magnetic material. In addition, the magnetic field is inhomogeneous inside the solenoid 8, which can cause problems in terms of current withstand, when a magnetic core is used.
En effet, si des zones du noyau magnétique voient un champ magnétique plus intense que d'autre, elles seront facilement saturées et l'inductance 7 sera très sensible au niveau du courant traversant le bobinage 8. De plus, les parties du noyau voyant un champ magnétique très faible seront peu sollicitées et participeront peu à l'inductance. Par conséquent, le compromis entre inductance et tenue en courant sera loin d'être optimal.Indeed, if areas of the magnetic core see a magnetic field more intense than others, they will be easily saturated and the inductor 7 will be very sensitive to the level of the current flowing through the coil 8. In addition, the parts of the core seeing a very weak magnetic field will be little solicited and will participate little inductance. Consequently, the compromise between inductance and current resistance will be far from optimal.
De façon classique, comme représenté sur les figures 5a à 5c, illustrant un bobinage solénoïde 10 rectiligne ouvert, respectivement, en coupe longitudinale, en vue de dessus et en coupe transversale, le bobinage solénoïde 10 comporte classiquement une pluralité de spires 11 rectangulaires (figure 5c) disjointes, c'est-à-dire non adjacentes entre elles mais formant une seule et même bobine, comme représenté par les traits en pointillés sur la figure 5a. Les spires 11 sont définies chacune par les paramètres géométriques suivants : la largeur WBOB (figure 5b), la longueur L-BOB (figure 5b), l'épaisseur EB0B (figure 5a) et la hauteur de spire ISOL (figure 5c). La hauteur de spire est appelée ISOL, car elle correspond notamment à la distance entre la partie supérieure et la partie inférieure du bobinage définissant l'isolation du bobinage.Conventionally, as shown in FIGS. 5a to 5c, illustrating an open rectilinear solenoid winding, respectively, in longitudinal section, in plan view and in cross section, the solenoid winding 10 conventionally comprises a plurality of rectangular turns 11 (FIG. 5c) disjoint, that is to say non-adjacent to each other but forming one and the same coil, as represented by the dashed lines in FIG. 5a. The turns 11 are each defined by the following geometric parameters: the width W BOB (FIG. 5b), the length L- BOB (FIG. 5b), the thickness E B0B (FIG. 5a) and the height of the turn ISOL (FIG. 5c). . The turn height is called ISOL, because it corresponds in particular to the distance between the upper part and the lower part of the winding defining the insulation of the winding.
Le bobinage 10 est également défini par l'intervalle INT entre deux spires 11 adjacentes (figure 5a) et par le nombre de spires N du bobinage 10. Dans le cas où le bobinage 10 est associé à un noyau magnétique 12, les paramètres géométriques suivants sont également à considérer : l'épaisseur EMAG (figure 5a), la longueur LMAG et la largeur WMAG (figure 5b) du noyau magnétique 12.The winding 10 is also defined by the interval INT between two adjacent turns 11 (FIG. 5a) and by the number of turns N of the winding 10. In the case where the winding 10 is associated with a magnetic core 12, the The following geometric parameters are also to be considered: the thickness E MAG (FIG. 5a), the length L MAG and the width W MAG (FIG. 5b) of the magnetic core 12.
Cependant, même si cette configuration classique de bobinage solénoïde 10 rectiligne est facile à mettre en œuvre, le champ magnétique reste non homogène.However, even if this conventional straight solenoid winding configuration is easy to implement, the magnetic field remains inhomogeneous.
Objet de l'inventionObject of the invention
L'invention a pour but de remédier à l'ensemble des inconvénients précités et a pour objet la réalisation d'un microdispositif inductif ayant bobinage du type solénoïde, qui soit facile à mettre en œuvre, qui soit utilisable pour tout type d'applications et qui permette de réduire les effets de proximité, de diminuer les pertes hautes fréquences et d'obtenir un flux magnétique homogène tout le long du bobinage solénoïde.The aim of the invention is to remedy all of the aforementioned drawbacks and to provide an inductive microdevice having solenoid-type winding, which is easy to implement and which can be used for any type of application. which makes it possible to reduce the effects of proximity, to reduce the high frequency losses and to obtain a homogeneous magnetic flux all along the solenoid winding.
Selon l'invention, ce but est atteint par les revendications annexées et, plus particulièrement, par le fait qu'au moins une des dimensions des spires est variable et déterminée individuellement pour chaque spire en fonction de sa position le long du bobinage et de caractéristiques magnétiques prédéterminées du bobinage.According to the invention, this object is achieved by the appended claims and, more particularly, by the fact that at least one of the dimensions of the turns is variable and determined individually for each turn as a function of its position along the winding and characteristics. predetermined magnets of the winding.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente schématiquement un mode particulier de réalisation d'une inductance avec un bobinage spirale planaire, avec des plans magnétiques, selon l'art antérieur. Les figures 2, 3a et 3b représentent schématiquement d'autres types d'inductances avec un bobinage spirale planaire selon l'art antérieur.Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting example and represented in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 schematically represents a particular embodiment of an inductance with a planar spiral winding, with magnetic planes, according to the prior art. Figures 2, 3a and 3b schematically show other types of inductors with a planar spiral winding according to the prior art.
La figure 4 représente schématiquement un mode particulier de réalisation d'une inductance avec un bobinage solénoïde rectiligne selon l'art antérieur.FIG. 4 schematically represents a particular embodiment of an inductance with a rectilinear solenoid winding according to the prior art.
Les figures 5a à 5c représentent, respectivement, une vue de face en coupe longitudinale, une vue de dessus et une vue de côté en coupe transversale d'un mode particulier de réalisation d'un bobinage solénoïde rectiligne à section transversale rectangulaire selon l'art antérieur.FIGS. 5a to 5c show, respectively, a front view in longitudinal section, a top view and a cross-sectional side view of a particular embodiment of a rectilinear solenoid winding with a rectangular cross section according to the art. prior.
Les figures 6a et 6b représentent, respectivement, une vue de face en coupe longitudinale et une vue de dessus d'un mode particulier de réalisation d'un bobinage solénoïde rectiligne à section transversale rectangulaire selon l'invention.FIGS. 6a and 6b show, respectively, a front view in longitudinal section and a view from above of a particular embodiment of a rectilinear solenoid winding with a rectangular cross-section according to the invention.
Les figures 7a à 7c représentent très schématiquement des variantes de réalisation du bobinage solénoïde selon les figures 6a et 6b.FIGS. 7a to 7c very schematically represent alternative embodiments of the solenoid winding according to FIGS. 6a and 6b.
La figure 8 est un graphique donnant l'écart type du champ magnétique selon l'axe longitudinal du bobinage solénoïde, dont la largeur des spires varie selon une progression géométrique, en fonction de la raison de cette progression géométrique.FIG. 8 is a graph giving the standard deviation of the magnetic field along the longitudinal axis of the solenoid winding, whose winding width varies according to a geometric progression, as a function of the reason for this geometric progression.
Les figures 9a et 9b sont des graphiques illustrant en vue de dessus la forme du bobinage de certains points du graphique selon la figure 8. La figure 10 est un graphique représentant le facteur de qualité normalisé d'un bobinage, dont la largeur des spires et la longueur des spires varient tous deux selon une progression géométrique de raisons respectives QW etFIGS. 9a and 9b are graphs showing a top view of the shape of the winding of certain points of the graph according to FIG. 8. FIG. 10 is a graph representing the normalized quality factor of a winding, whose width of the turns and the length of the turns both vary according to a geometric progression of respective reasons QW and
QL, en fonction de QW pour différentes valeurs de QL. Description de modes particuliers de réalisationQL, depending on QW for different QL values. Description of particular embodiments
En référence aux figures 6a à 10 le microdispositif inductif comporte un bobinage solénoïde et plus précisément un microbobinage solénoïde. Le bobinage solénoïde 13 rectiligne à section transversale rectangulaire (figure 6a) selon l'invention comporte préférentiellement une pluralité de spires 14 disjointes et rectangulaires. Les spires 14 du bobinage 13 sont rectangulaires, c'est-à-dire que chaque spire présente, vue de profil, une forme sensiblement rectangulaire définissant deux branches horizontales supérieure et inférieure et deux branches latérales reliant les branches supérieure et inférieure (figure 5c). Deux spires 14 successives sont non adjacentes et toutes les spires 14 du bobinage 13 forment une seule et même bobine, comme représenté par des traits pointillés sur la figure 6a. Chaque spire 14 présente, plus particulièrement, une section transversale rectangulaire (figure 6a) et chaque spire 14 du bobinage 13 est alors définie comme précédemment par des dimensions prédéterminées, à savoir la largeur WBOBl la longueur LB0B) l'épaisseur EB0B et la hauteur de spire ISOL.With reference to FIGS. 6a to 10, the inductive microdevice comprises a solenoid winding and more specifically a solenoid microbobinage. The rectilinear solenoidal winding 13 of rectangular cross-section (FIG. 6a) according to the invention preferably comprises a plurality of disjoint and rectangular turns 14. The turns 14 of the winding 13 are rectangular, that is to say that each turn has, seen in profile, a substantially rectangular shape defining two upper and lower horizontal branches and two lateral branches connecting the upper and lower branches (Figure 5c) . Two successive turns 14 are non-adjacent and all the turns 14 of the winding 13 form a single coil, as represented by dashed lines in FIG. 6a. Each turn 14 has, more particularly, a rectangular cross-section (FIG. 6a) and each turn 14 of the winding 13 is then defined as previously by predetermined dimensions, namely the width W BOBl the length L B0B) the thickness E B0B and the ISOL turn height.
Le principe général de l'invention est illustré sur les figures 6a et 6b. Le bobinage solénoïde rectiligne 13 comporte, sur les figures 6a et 6b, cinq spires 14 disjointes rectangulaires ayant, respectivement une largeur WB0B 1 à WBOB 5 (figure 6b), une longueur LB0B 1 à LBOB 5 (figure 6b), une épaisseur EB0B 1 à E608 5 (figure 6a) et une hauteur de spire ISOL1 à ISOL5 (figure 6a), toutes de valeurs différentes. Le bobinage 13 présente également un intervalle INT différent entre deux spires 14 adjacentes et successives, à savoir INT1 à INT4. Le bobinage 13 est associé à un noyau magnétique 15, conformé en barre ayant des sections différentes associées à chaque spire 14 du bobinage solénoïde 13.The general principle of the invention is illustrated in Figures 6a and 6b. The rectilinear solenoid winding 13 comprises, in FIGS. 6a and 6b, five rectangular disjoint turns 14 having, respectively, a width W B0B 1 to W BOB 5 (FIG. 6b), a length L B0B 1 to L BOB 5 (FIG. 6b), a thickness E B0B 1 to E 608 5 (FIG. 6a) and a turn height ISOL 1 to ISOL 5 (FIG. 6a), all of different values. The coil 13 also has a different INT interval between two adjacent and successive turns 14, namely INT 1 to INT 4 . The winding 13 is associated with a magnetic core 15, shaped as a bar having different sections associated with each turn 14 of the solenoid winding 13.
Sur les figures 6a et 6b, les dimensions de chaque spire 14 varient selon la position de la spire 14 le long du bobinage solénoïde 13 et sont déterminées individuellement pour chaque spire 14, notamment en fonction de caractéristiques magnétiques prédéterminées du bobinage 13, par exemple si un champ magnétique homogène est recherché ou si un facteur de qualité optimal doit être obtenu.In FIGS. 6a and 6b, the dimensions of each turn 14 vary according to the position of the turn 14 along the solenoid winding 13 and are determined individually for each turn 14, in particular according to predetermined magnetic characteristics of the coil 13, for example if a homogeneous magnetic field is sought or if an optimum quality factor must be obtained.
Sur les figures 6a et 6b, les largeurs WBOB 1 à WBOB 5 sont toutes différentes les unes des autres, avec la largeur WB0B 5 de la cinquième spire supérieure à largeur WB0B 1 de la première spire, elle-même supérieure à largeur WBOB 3 de la troisième spire, elle-même supérieure à la largeur WB0B 2 de la deuxième spire, elle-même supérieure à la largeur WBOB 4 de la quatrième spire. Les longueurs sont également toutes différentes les unes des autres, avec LB0B 3 supérieure à LB0B 4, elle-même supérieure à LB0B 1, elle-même supérieure à L6OB 2, elle-même supérieure à L608 5. Les épaisseurs sont également différentes les unes des autres, avec EB0B 5 supérieure à EB0B 2, elle-même supérieure à EB0B 3, elle-même supérieure à EBOB 1, elle-même supérieure à EBOB 4. Enfin, la hauteur de spire est également différente pour chaque spire, avec ISOL3 supérieure à ISOL1, elle-même supérieure à ISOL2, elle-même supérieure à ISOL4, elle-même supérieure à ISOL5.In FIGS. 6a and 6b, the widths W BOB 1 to W BOB 5 are all different from each other, with the width W B0B 5 of the fifth upper turn with width W B0B 1 of the first turn, itself greater than width W BOB 3 of the third turn, itself greater than the width W B0B 2 of the second turn, itself greater than the width W BOB 4 of the fourth turn. The lengths are also all different from each other, with L B0B 3 greater than L B0B 4 , itself greater than L B0B 1 , itself greater than L 6OB 2 , itself greater than L 608 5 . The thicknesses are also different from each other, with E B0B 5 greater than E B0B 2 , itself greater than E B0B 3 , itself greater than E BOB 1 , itself greater than E BOB 4 . Finally, the turn height is also different for each turn, with ISOL 3 greater than ISOL 1 , itself greater than ISOL 2 , itself greater than ISOL 4 , itself greater than ISOL 5 .
De la même façon, le noyau magnétique 15 comporte donc cinq sections différentes, associées chacune à une spire 14 du bobinage 13. Les sections sont définies par leur largeur WMAG, leur longueur LMAG et leur épaisseur EMAG. Les sections sont, par exemple, sensiblement plates et sont reliées par des zones de transition de section, par exemple, sensiblement trapézoïdales. Sur les figures 6a et 6b, les dimensions des sections du noyau 15 varient le long du bobinage 13, avec, par exemple, l'épaisseur EMAG 3 de la troisième section supérieure à l'épaisseur EMAG 4 de la quatrième section, elle-même supérieure à l'épaisseur EMAG 5 de la cinquième section, elle-même supérieure à l'épaisseur EMAG 2 de la deuxième section, elle-même supérieure à l'épaisseur EMAG 1 de la première section (figure 6a). De la même façon (figure 6b), la largeur WMAG 3 de la troisième section est supérieure à la largeur WMAG 4 de la _In the same way, the magnetic core 15 therefore comprises five different sections, each associated with a turn 14 of the winding 13. The sections are defined by their width W MAG , their length L MAG and their thickness E MAG . The sections are, for example, substantially flat and are connected by cross sectional areas, for example, substantially trapezoidal. In FIGS. 6a and 6b, the dimensions of the sections of the core 15 vary along the winding 13, with, for example, the thickness E MAG 3 of the third section greater than the thickness E MAG 4 of the fourth section. even higher than the thickness E MAG 5 of the fifth section, itself greater than the thickness E MAG 2 of the second section, itself greater than the thickness E MAG 1 of the first section (FIG. 6a) . In the same way (FIG. 6b), the width W MAG 3 of the third section is greater than the width W MAG 4 of the _
quatrième section, elle-même supérieure à la largeur WMAG 1 de la première section, elle-même supérieure à la largeur WMAG 2 de la deuxième section, elle-même supérieure à la largeur WMAG 5 de la cinquième section.fourth section, itself greater than the width W MAG 1 of the first section, itself greater than the width W MAG 2 of the second section, itself greater than the width W MAG 5 of the fifth section.
La variation des dimensions du noyau magnétique 15 associé au bobinage solénoïde 13 est déterminée en fonction des dimensions des spires 14 associées ou indépendamment en fonction de la position des sections du noyau magnétique 15 le long du bobinage solénoïde 13 et en fonction des caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage solénoïde 13.The variation of the dimensions of the magnetic core 15 associated with the solenoid winding 13 is determined as a function of the dimensions of the associated turns 14 or independently as a function of the position of the sections of the magnetic core 15 along the solenoid winding 13 and as a function of the desired magnetic characteristics of the solenoid winding 13.
Cette optimisation des dimensions de chaque spire 14 du bobinage 13, ainsi que les dimensions de chaque section du noyau magnétique 15 associé, a ainsi pour but d'améliorer non seulement le fonctionnement du bobinage solénoïde 13 lui-même, mais aussi d'améliorer les performances des différents systèmes inductifs incorporant un tel bobinage solénoïde 13.This optimization of the dimensions of each turn 14 of the winding 13, as well as the dimensions of each section of the associated magnetic core 15, is thus intended to improve not only the operation of the solenoid winding 13 itself, but also to improve the performances of different inductive systems incorporating such a solenoid winding 13.
Le bobinage solénoïde 13 selon l'invention permet ainsi d'obtenir un facteur de qualité maximal ou un champ magnétique sensiblement homogène, notamment en réduisant les effets de proximité, et propose ainsi une solution générique de conception pour tout type de composant inductif avec ou sans noyau magnétique.The solenoid winding 13 according to the invention thus makes it possible to obtain a maximum quality factor or a substantially homogeneous magnetic field, in particular by reducing proximity effects, and thus proposes a generic design solution for any type of inductive component with or without magnetic core.
Dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 7a à 7c, le bobinage solénoïde est représenté très schématiquement. Le bobinage solénoïde 13 comporte cinq spires 14, rectangulaires disjointes, ayant des dimensions variant, par exemple, graduellement et, de préférence, de façon symétrique le long du bobinage 13. Sur les figures 7a à 7c, les spires étant orientés perpendiculairement à l'axe longitudinal de référence AA du bobinage 13, les dimensions des spires 14 varient de façon symétrique par rapport à la spire centrale du bobinage 13. Une telle configuration permet notamment de rendre le champ magnétique plus homogène au niveau des extrémités du bobinage 13.In the embodiments shown in FIGS. 7a to 7c, the solenoid winding is shown very schematically. The solenoid winding 13 comprises five disjointed rectangular turns 14 having dimensions varying, for example, gradually and, preferably, symmetrically along the winding 13. In FIGS. 7a to 7c, the turns being oriented perpendicular to the reference longitudinal axis AA winding 13, the dimensions of the turns 14 vary symmetrically with respect to the central turn of the winding 13. Such a configuration allows in particular to make the magnetic field more homogeneous at the ends of the winding 13.
Dans le mode particulier de réalisation représenté sur la figure 7a, le bobinage solénoïde 13 comporte cinq spires 14 de même longueur L303 et, de préférence, d'épaisseur EB0B identique, notamment du fait des contraintes technologiques considérées. C'est donc la largeur WBOB des spires 14 qui varie le long du bobinage solénoïde 13, selon l'axe de référence AA, avec la largeur WB0B 3 de la spire centrale 14 supérieure à la largeur des autres spires 14, notamment selon la position de la spire 14 et selon les caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage solénoïde 13.In the particular embodiment shown in FIG. 7a, the solenoid winding 13 comprises five turns 14 of the same length L 303 and, preferably, of identical thickness E B0B , in particular because of the technological constraints considered. It is therefore the width W BOB of the turns 14 which varies along the solenoid winding 13, along the reference axis AA, with the width W B0B 3 of the central turn 14 greater than the width of the other turns 14, in particular according to the position of the turn 14 and the desired magnetic characteristics of the solenoid winding 13.
Sur la figure 7b, la variante de réalisation du bobinage solénoïde 13 se distingue du bobinage solénoïde 13 représenté sur la figure 7a par la dimension prédéterminée variable des spires 14. Sur la figure 7b, c'est l'épaisseur EBOB des spires 14 qui est variable, de préférence, symétriquement, avec l'épaisseur EBOB 3 de la spire centrale 14 supérieure à l'épaisseur des autres spires 14, notamment selon la position de la spire 14 et des caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage 13. La longueur LB0B et la largeur W608 des spires 14 sont alors, de préférence, identiques pour toutes les spires 14 du bobinage 13.In FIG. 7b, the alternative embodiment of the solenoid winding 13 differs from the solenoid winding 13 shown in FIG. 7a by the variable predetermined size of the turns 14. In FIG. 7b, it is the thickness E BOB of the turns 14 which is variable, preferably symmetrically, with the thickness E BOB 3 of the central turn 14 greater than the thickness of the other turns 14, in particular according to the position of the turn 14 and the desired magnetic characteristics of the coil 13. The length L B0B and the width W 608 of the turns 14 are then preferably identical for all the turns 14 of the winding 13.
Sur la figure 7c, la variante de réalisation du bobinage solénoïde 13 se distingue des bobinages solénoïdes 13 représentés sur les figures 7a et 7b par la dimension prédéterminée qui varie le long du bobinage. Sur la figure 7c, c'est la longueur LB0B des spires 14 qui varie, de préférence symétriquement, avec la longueur LB0B 3 de la spire centrale 14 supérieure à la longueur des autres spires 14, notamment selon la position de la spire 14 et les caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage 13. La largeur WB0B et l'épaisseur E606 des spires 14 sont alors, de préférence, identiques pour toutes les spires 14 du bobinage 13. Par ailleurs, dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 7a à 7c, la valeur de l'intervalle INT entre deux spires 14 adjacentes du bobinage 13 est constante (figure 7a) et la hauteur de spire ISOL est également constante pour toutes les spires 14 du bobinage 13 (figure 7b). Dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 6a et 6b, les valeurs d'intervalles INT et de hauteur de spire ISOL peuvent varier indépendamment le long du bobinage solénoïde 13, selon la position des spires 14 et les caractéristiques magnétiques recherchées du bobinage 13.In FIG. 7c, the alternative embodiment of the solenoid winding 13 differs from the solenoid windings 13 shown in FIGS. 7a and 7b by the predetermined dimension which varies along the winding. In FIG. 7c, it is the length L B0B of the turns 14 which varies, preferably symmetrically, with the length L B0B 3 of the central turn 14 greater than the length of the other turns 14, in particular according to the position of the turn 14 and the desired magnetic characteristics of the winding 13. The width W B0B and the thickness E 606 of the turns 14 are then preferably identical for all the turns 14 of the winding 13. Moreover, in the variant embodiments shown in FIGS. 7a to 7c, the value of the interval INT between two adjacent turns 14 of the winding 13 is constant (FIG. 7a) and the height of the ISOL turn is also constant for all the turns. 14 of the winding 13 (Figure 7b). In the alternative embodiments shown in FIGS. 6a and 6b, the values of intervals INT and of ISOL turn height can vary independently along the solenoid winding 13, depending on the position of the turns 14 and the desired magnetic characteristics of the winding 13.
Par ailleurs, dans les variantes de réalisation représentées sur les figures 7a à 7c, le bobinage 13 peut être associé éventuellement à un noyau magnétique (non représenté) ayant des dimensions prédéterminées pouvant également varier comme décrit précédemment de façon avantageusement symétrique.Furthermore, in the alternative embodiments shown in FIGS. 7a to 7c, the winding 13 may optionally be associated with a magnetic core (not shown) having predetermined dimensions that can also be varied as previously described in an advantageously symmetrical manner.
Le dimensionnement et le calcul des dimensions de chaque spire du bobinage vont être décrit plus en détail au regard des figures 8 à 10. D'une façon générale, le nombre de paramètres géométriques à prendre en compte pour le calcul est très important. Pour chacune des N spires notées i et pour le noyau magnétique associé, il faut prendre en compte W80B 1 L806 1, E808, ISOL1, EmG\ et WMAQ 1, auxquels s'ajoutent N-1 intervalles INT entre les spires et la longueur du noyau magnétique LMAG, soit au total 6N+(N-1 )+2=7N+1 paramètres (figures 6a et 6b).The dimensioning and the calculation of the dimensions of each turn of the winding will be described in more detail with reference to FIGS. 8 to 10. In general, the number of geometrical parameters to be taken into account for the calculation is very important. For each of N turns denoted i and the associated magnetic core, one must take into account 80B W 1 L 1 806, E 808, ISOL 1, E mG \ QAM and W 1, plus N-1 INT intervals the turns and the length of the MAG magnetic core, ie a total of 6N + (N-1) + 2 = 7N + 1 parameters (FIGS. 6a and 6b).
D'une façon générale, pour simplifier les calculs, nous allons considérer EMAG. WMAG (dans le cas où le bobinage est associé à un noyau magnétique), ISOL, INT et E808 constants. Le compromis optimal pour la détermination de la forme des spires dépend de phénomènes complexes, notamment de courants induits, d'effets capacitifs, de la non linéarité et la non homogénéité du matériau magnétique formant le noyau magnétique éventuel, et de la fréquence de travail visée. Il est donc nécessaire d'avoir recours à des algorithmes d'optimisation, couplés éventuellement à des modèles de conception analytiques ou numériques.In general, to simplify the calculations, we will consider E MAG . W MAG (in the case where the coil is associated with a magnetic core), ISOL, INT and E 808 constant. The optimal compromise for determining the shape of the turns depends on complex phenomena, in particular induced currents, capacitive effects, non-linearity and the non-homogeneity of the magnetic material forming the magnetic core, and the working frequency. It is therefore necessary to use optimization algorithms, possibly coupled with analytical or numerical design models.
Dans un premier exemple de dimensionnement en deux dimensions d'un bobinage solénoïde selon l'invention, pour optimiser notamment le compromis entre inductance et courant de saturation, en prenant comme hypothèse un bobinage solénoïde symétrique avec cinq spires, sans noyau magnétique, réalisé en technologie planaire, les paramètres géométriques suivants sont à prendre en compte :In a first example of two-dimensional dimensioning of a solenoid winding according to the invention, in particular to optimize the compromise between inductance and saturation current, assuming a symmetrical solenoid winding with five turns, without a magnetic core, realized in technology. planar, the following geometrical parameters are to be taken into account:
- WBOB 1 avec i = {1 ,2,3}, avec par symétrie WB06 1= WBOB 5 et WBOB 2= WBOB 4.- W BOB 1 with i = {1, 2,3}, with symmetry W B06 1 = W BOB 5 and W BOB 2 = W BOB 4 .
- INT, EBOB et ISOL sont fixés par des contraintes de réalisation technologique, par exemple, à respectivement 10μm, 5μm et 40μm.INT, E BOB and ISOL are fixed by technological realization constraints, for example, at 10 .mu.m, 5 .mu.m and 40 .mu.m, respectively.
- La longueur d'une spire LB0B ne joue pas en dimensionnement à deux dimensions.- The length of a turn L B0B does not play in dimensioning to two dimensions.
Il y a donc trois paramètres géométriques indépendants au total, à savoir W80B 1. WBOB 2 et WBOB 3. Ces paramètres géométriques sont en outre soumis à des contraintes liées à l'encombrement du bobinage. En considérant, dans ce premier exemple particulier de calcul, que les largeurs WBOB suivent une progression géométrique de premier terme WBOB 3, correspondant à la largeur de la spire centrale, et de raison Q, soit WB0B 2 = Q x WBOB 3 et WBOB 1 = Q2 x WB0B 3, il ne reste donc qu'à déterminer Q, car WB0B 3 est déterminé d'après la longueur maximale prédéfinie LMAX = 100μm du bobinage, avec la formule : 3 LMAX -5 - lNT yv BOB ~There are therefore three independent geometrical parameters in total, namely W 80B 1 . W BOB 2 and W BOB 3 . These geometrical parameters are also subject to constraints related to the size of the winding. Considering, in this first particular example of computation, that the widths W BOB follow a geometric progression of first term W BOB 3 , corresponding to the width of the central turn, and of reason Q, that is W B0B 2 = Q x W BOB 3 and W BOB 1 = Q 2 x W B0B 3 , it remains only to determine Q, since W B0B 3 is determined according to the maximum length L MAX = 100μm winding, with the formula: 3 L MAX -5 - lNT y v BOB ~
1 + 2 (G+ Q2)1 + 2 (G + Q 2 )
L'écart type σ du champ magnétique à l'intérieur de l'espace de hauteur EMAG = 5μm et de longueur LMAX, au cœur du solénoïde et correspondant à l'espace occupé par un éventuel noyau magnétique, est calculé à partir, par exemple, de la loi de Biot et Savart, selon l'équation suivante : The standard deviation σ of the magnetic field within the height space E MAG = 5 μm and length L MAX , at the heart of the solenoid and corresponding to the space occupied by a possible magnetic core, is calculated from for example, from the law of Biot and Savart, according to the following equation:
Les calculs ci-dessus permettent alors de mettre en évidence l'influence de la raison Q sur l'homogénéité du flux magnétique. Comme représenté sur le graphique de la figure 8, illustrant l'écart type σ normalisé de la composante du champ magnétique selon l'axe du bobinage solénoïde, en fonction de la raison Q, il ressort que le champ magnétique est deux fois plus homogène pour Q=0.6, comme illustré par le bobinage 13 représenté schématiquement sur la figure 9b, avec les largeurs de spires 14 variables, que pour Q=1 , comme illustré par le bobinage 13 représenté schématiquement sur la figure 9a, avec des spires 14 identiques tout le long du bobinage 13. En effet, la courbe atteint son minimum à Q=0,6 avec une valeur de l'écart type σ de l'ordre de 0,26, tandis qu'à Q=1 l'écart type σ est de l'ordre de 0,52. Il en résulte du graphique de la figure 8 qu'il est plus avantageux d'utiliser un bobinage à largeurs variables (figures 9a et 9b), plus particulièrement un bobinage rectiligne symétrique, dont la largeur des spires augmente du bord du bobinage rectiligne jusqu'au centre, par exemple selon une progression géométrique de raison 0,6.The above calculations then make it possible to highlight the influence of the reason Q on the homogeneity of the magnetic flux. As shown in the graph of FIG. 8, illustrating the standardized standard deviation σ of the component of the magnetic field along the axis of the solenoid winding, as a function of the reason Q, it appears that the magnetic field is twice as homogeneous for Q = 0.6, as illustrated by the winding 13 diagrammatically shown in FIG. 9b, with the variable turn widths 14, only for Q = 1, as illustrated by the winding 13 shown diagrammatically in FIG. 9a, with identical turns 14 along the winding 13. Indeed, the curve reaches its minimum at Q = 0.6 with a value of the standard deviation σ of the order of 0.26, while at Q = 1 the standard deviation σ is of the order of 0.52. As a result of the graph of FIG. 8 it is more advantageous to use a winding with variable widths (FIGS. 9a and 9b), more particularly a symmetrical rectilinear winding, the width of the turns of which increases from the edge of the rectilinear winding up to in the center, for example according to a geometric progression of reason 0.6.
Dans un deuxième exemple particulier de dimensionnement d'un bobinage solénoïde selon l'invention, il est possible de réaliser un dimensionnement en trois dimensions, pour l'optimisation du facteur de qualité. En considérant toujours un bobinage solénoïde symétrique de cinq spires, sans noyau magnétique, réalisé en technologie planaire, et qui doit rentrer dans un carré de côté prédéterminé LMAX=200μm, les paramètres géométriques suivants sont à prendre en compte : - WBQB' avec i = {1 , 2, 3}, avec par symétrie WBOB 1=WBOB 5 et WBOB 2=WBOB 4. - Les largeurs WB08 1 suivent une progression géométrique de raison QW et de premier terme WB0B 3, calculé de préférence comme dans l'exemple précédent.In a second particular example of dimensioning a solenoid winding according to the invention, it is possible to carry out a three-dimensional dimensioning, for the optimization of the quality factor. Considering always a symmetrical solenoid winding of five turns, without magnetic core, made in planar technology, and which must fit in a predetermined square of side L MAX = 200μm, the following geometrical parameters have to be taken into account: - W BQB 'with i = {1, 2, 3}, with symmetry W BOB 1 = W BOB 5 and W BOB 2 = W BOB 4 . - The widths W B08 1 follow a geometric progression of reason QW and first term W B0B 3 , preferably calculated as in the previous example.
- LB08 1 avec i = {1 , 2, 3}, avec par symétrie LBOB 1=LBOB 5 et LBOB 2=LBOB 4. - Les longueurs LBOB suivent une progression géométrique de raison QL et de premier terme LB0B 3=LMAX.- L B08 1 with i = {1, 2, 3}, with symmetry L BOB 1 = L BOB 5 and L BOB 2 = L BOB 4 . The lengths L BOB follow a geometric progression of reason QL and first term L B0B 3 = L MAX .
- INT est fixé à 10μm.INT is set at 10 μm.
- EB0B est fixée à 5μm, de manière à limiter les effets de peau.- E B0B is fixed at 5μm, so as to limit the effects of skin.
- ISOL est fixé à 40μm.- ISOL is set at 40μm.
II faut donc cette fois optimiser une combinaison de deux paramètres, à savoir QW et QL. Une méthode de calcul rapide du facteur de qualité est, de préférence, utilisée. Notamment, la méthode de Kuhn, comme décrit dans l'article « Analysis of current crowding effects in multiturn spiral inductors » de W. B. Kuhn et al. (IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 49, n° 1 , pp. 31-38, January 2001), permet de calculer les pertes par effets de proximité. Le champ inductif peut être calculé par la loi de Biot et Savart. Les pertes par effet de peau peuvent être calculées en utilisant l'approche deux dimensions de Press, comme décrit notamment dans son article « Résistance and reactance of massed rectangular conductor » (Phys. Review, vol. VIII, n° 4, p. 417, 1916), les effets capacitifs étant négligés et l'inductance étant calculée d'après le calcul numérique du flux magnétique.This time, it is necessary to optimize a combination of two parameters, namely QW and QL. A method for quickly calculating the quality factor is preferably used. In particular, the Kuhn method, as described in the article "Analysis of current crowding effects in multiturn spiral inductors" by W. B. Kuhn et al. (IEEE Trans., Microwave Theory and Techniques, Vol 49, No. 1, pp. 31-38, January 2001), calculates losses by proximity effects. The inductive field can be calculated by the law of Biot and Savart. Losses by skin effect can be calculated using Press's two-dimensional approach, as described in particular in his article "Resistance and reactance of massed rectangular conductor" (Phys Review, Vol VIII, No. 4, p 417 , 1916), the capacitive effects being neglected and the inductance being calculated from the numerical calculation of the magnetic flux.
Il est alors possible de calculer une valeur approchée du facteur de qualité, qui sert alors à la détermination des dimensions optimisées des spires du bobinage. Comme représenté sur le graphique de la figure 10, représentant le facteur de qualité normalisé en fonction de la raison QW, pour quatre valeurs différentes de la raison QL, à savoir QL=1 (trait en pointillés longs),It is then possible to calculate an approximate value of the quality factor, which then serves to determine the optimized dimensions of the coils of the winding. As shown in the graph of Fig. 10, representing the quality factor normalized as a function of the reason QW, for four different values of the reason QL, namely QL = 1 (long dashed line),
QL=0,9 (trait avec une succession de points), QL=0,8 (trait en pointillés courts) et QL=O, 7 (trait plein), un gain significatif est observé par rapport à la structure initiale avec QW=1 et QL=1 , à savoir un bobinage avec des spires de même taille tout le long du solénoïde, pour une résistance typique de 2μΩ.cm correspondant au cuivre électrolysé, constituant le bobinage 13.QL = 0.9 (line with a succession of points), QL = 0.8 (short dashed line) and QL = 0.7 (solid line), a significant gain is observed relative to the initial structure with QW = 1 and QL = 1, namely a winding with turns the same size along the solenoid, for a typical resistance of 2μΩ.cm corresponding to the electrolyzed copper constituting the winding 13.
En effet, à la lecture de la figure 10, le meilleur facteur de qualité, à savoir celui le plus proche de 1 , est obtenu pour une valeur de la raison QL de 0,7 et pour une valeur de la raison QW de 0,6, c'est-à-dire correspondant à un bobinage solénoïde rectiligne symétrique, dont les spires évoluent depuis les extrémités jusqu'au centre, en largeur selon une progression géométrique de raison 0,6 et en longueur selon une progression géométrique de raison 0,7.In fact, on reading FIG. 10, the best quality factor, namely the one closest to 1, is obtained for a value of the reason QL of 0.7 and for a value of the reason QW of 0, 6, that is to say corresponding to a symmetrical rectilinear solenoid winding, whose turns evolve from the ends to the center, in width in a geometric progression of reason 0.6 and in length in a geometric progression of reason 0 7.
Dans un autre exemple de dimensionnement d'un bobinage solénoïde 13 selon l'invention, il est possible d'utiliser une progression arithmétique pour caractériser la variation des dimensions des spires.In another exemplary design of a solenoid winding 13 according to the invention, it is possible to use an arithmetic progression to characterize the variation of the dimensions of the turns.
Un tel bobinage solénoïde comme décrit ci-dessus, avec une forme et des dimensions de spires optimisées grâce aux calculs ci-dessus, permet donc d'obtenir la meilleure répartition possible du flux magnétique, en optimisant individuellement chaque section du bobinage en fonction du résultat désiré. Il permet également d'obtenir un facteur de qualité maximal et/ou un champ magnétique homogène et permet d'améliorer les performances des systèmes inductifs utilisant un tel bobinage solénoïde de manière significative.Such a solenoid winding as described above, with a shape and dimensions of turns optimized by the above calculations, thus makes it possible to obtain the best possible distribution of the magnetic flux, by individually optimizing each section of the winding according to the result longed for. It also makes it possible to obtain a maximum quality factor and / or a homogeneous magnetic field and makes it possible to improve the performance of the inductive systems using such a solenoid winding significantly.
Le bobinage solénoïde selon l'invention s'applique plus particulièrement, sans limitation de fréquence ou de puissance, à tous les systèmes inductifs munis d'un bobinage solénoïde avec ou sans noyau magnétique, à savoir : les inductances et les transformateurs, les têtes d'enregistrement magnétique pour le stockage de données (« data storage » en anglais), - les capteurs inductifs, tels les « fluxgates » ou les « perméamètres », les moteurs et actionneurs inductifs, les bobines génératrices de champ.The solenoid winding according to the invention applies more particularly, without limitation of frequency or power, to all inductive systems provided with a solenoid winding with or without a magnetic core, namely: inductors and transformers, power heads magnetic recording for data storage, - inductive sensors, such as fluxgates or permeameters, inductive motors and actuators, the field-generating coils.
À titre d'exemple, pour la réalisation d'un perméamètre, un tel bobinage solénoïde présente le double intérêt de générer des champs plus homogènes et d'être moins sensible aux effets de proximité. Un tel bobinage permet donc des mesures plus fines de la réponse des matériaux magnétiques en fonction de la fréquence et du champ magnétique par la méthode de la perturbation.By way of example, for producing a permeameter, such a solenoid winding has the dual advantage of generating more homogeneous fields and of being less sensitive to proximity effects. Such a winding therefore allows finer measurements of the response of the magnetic materials as a function of the frequency and of the magnetic field by the perturbation method.
Pour la réalisation d'un tel bobinage solénoïde, il est possible d'utiliser des technologies employées pour la réalisation de microsystèmes, dans le cas où l'épaisseur EB0B des spires et la hauteur de spire ISOL sont constantes le long du bobinage. À titre d'exemple, de nombreux procédés de fabrication, s'inspirant des techniques de réalisation de têtes d'enregistrement magnétiques intégrées, sont possibles. Des technologies un peu plus complexes peuvent être mises en œuvre, dans le cas où l'épaisseur EBOB et la hauteur de spire ISOL sont variables.For the realization of such a solenoid winding, it is possible to use technologies used for the realization of microsystems, in the case where the thickness E B0B of the turns and the height of turn ISOL are constant along the winding. For example, many manufacturing processes, inspired by techniques for producing integrated magnetic recording heads, are possible. Technologies a little more complex can be implemented, in the case where the thickness E BOB and the turn height ISOL are variable.
Un exemple de procédé de réalisation d'un bobinage solénoïde à l'aide d'une technologie « microsystèmes » peut comporter les étapes suivantes. Un premier dépôt d'un matériau conducteur est réalisé, pour former la partie inférieure du bobinage, par exemple, par un procédé d'électrolyse damascène. Puis, un premier matériau isolant est déposé.An example of a method for producing a solenoid winding using a "microsystems" technology may comprise the following steps. A first deposit of a conductive material is made to form the lower part of the winding, for example by a damascene electrolysis process. Then, a first insulating material is deposited.
Un ou plusieurs dépôts de matériaux magnétiques (et non magnétiques dans le cas de la réalisation d'un noyau feuilleté) sont ensuite réalisés pour la formation d'un noyau magnétique. Puis, une ou plusieurs étapes de lithographie et gravure du noyau sont réalisées.One or more deposits of magnetic materials (and not magnetic in the case of producing a laminated core) are then made for the formation of a magnetic core. Then, one or more steps of lithography and etching of the core are performed.
Un deuxième dépôt de matériau isolant est ensuite effectué, et des étapes de lithographie et gravure de vias dans les deux couches d'isolant sont réalisées, afin de pouvoir refermer les spires du bobinage. Enfin, un deuxième dépôt de matériau conducteur est réalisé, pour former la partie supérieure du bobinage.A second deposit of insulating material is then performed, and steps of lithography and vias etching in the two layers of insulation are realized, in order to be able to close the turns of the winding. Finally, a second deposit of conductive material is made to form the upper part of the winding.
Un tel procédé de réalisation du type « microsystèmes » permet notamment d'obtenir un bobinage solénoïde de façon rapide et aisée, avec une grande liberté sur le choix des dimensions des spires, notamment la longueur LBOB, la largeur WBOB, et l'espacement INT entre les spires, ce qui est beaucoup plus difficile à obtenir avec un procédé de type micromécanique, c'est-à-dire basé sur le bobinage d'un fil.Such a method of realization of the "microsystems" type makes it possible in particular to obtain a solenoid winding in a fast and easy manner, with great freedom on the choice of the dimensions of the turns, in particular the length L BOB , the width W BOB , and the INT spacing between the turns, which is much more difficult to obtain with a micromechanical type process, that is to say based on the winding of a wire.
L'invention n'est pas limitée aux différents modes de réalisation décrits ci- dessus. Le bobinage solénoïde selon l'invention peut comporter un nombre quelconque de spires, tant qu'elles présentent au moins une dimension variable le long du bobinage, en fonction de la position de la spire le long du bobinage et de contraintes magnétiques recherchées du bobinage.The invention is not limited to the various embodiments described above. The solenoid winding according to the invention may comprise any number of turns, as long as they have at least one variable dimension along the winding, as a function of the position of the turn along the winding and the magnetic stresses sought for the winding.
D'une façon générale, quelle que soit la variation des dimensions des spires, les spires avec les plus grandes dimensions sont placées avantageusement au centre du bobinage.In general, whatever the variation of the dimensions of the turns, the turns with the largest dimensions are advantageously placed in the center of the winding.
D'autres exemples de dimensionnement et de calcul de la forme optimale du bobinage solénoïde peuvent prendre en compte des contraintes de réalisation supplémentaires. La partie inférieure du bobinage solénoïde peut, par exemple, ne pas avoir la même épaisseur que la partie supérieure et le bobinage solénoïde peut, par exemple, ne pas être symétrique. Dans ces cas-là, le nombre de paramètres à prendre en compte sera alors beaucoup plus important. Il en sera de même si le noyau magnétique au cœur du solénoïde n'est pas centré par rapport à ce dernier. En référence au premier exemple de dimensionnement (figures 8, 9a, 9b), il est possible de tenir compte de la variation de résistance statique (DC) d'une spire à l'autre, par exemple, en fixant une résistance maximale à ne pas dépasser, ou en optimisant la structure en minimisant le produit de l'écart type par la résistance statique (basse fréquence).Other examples of design and calculation of the optimal shape of the solenoid winding can take into account additional design constraints. The lower part of the solenoid coil may, for example, not have the same thickness as the upper part and the solenoid winding may, for example, not be symmetrical. In these cases, the number of parameters to be taken into account will be much larger. It will be the same if the magnetic core in the heart of the solenoid is not centered with respect to the latter. With reference to the first design example (FIGS. 8, 9a, 9b), it is possible to take into account the variation of static resistance (DC) from one turn to the other, for example, by setting a maximum resistance to not exceed, or by optimizing the structure by minimizing the product of the standard deviation by the static resistance (low frequency).
Dans d'autres exemples de dimensionnement (non représentés), il est possible de réaliser une optimisation avec moins de dimensions préétablies constantes. Des algorithmes d'optimisation plus complexes peuvent alors être utilisés, tels que des algorithmes génétiques, avec par exemple les logiciels de modélisation et de simulation Matlab (marque déposée) ou Optimetrics (marque déposée), qui offrent un large spectre de méthodes d'optimisation contraintes ou non contraintes.In other design examples (not shown), it is possible to perform an optimization with fewer constant preset dimensions. More complex optimization algorithms can then be used, such as genetic algorithms, with for example Matlab (trademark) or Optimetrics (registered trademark) modeling and simulation software, which offer a broad spectrum of optimization methods. constraints or not constraints.
Dans un cas plus général, il est possible d'utiliser des logiciels de calcul numérique utilisant, par exemple, la méthode des éléments finis, afin de calculer plus précisément les paramètres à optimiser. In a more general case, it is possible to use numerical calculation software using, for example, the finite element method, in order to calculate more precisely the parameters to be optimized.

Claims

Revendications claims
1. Microdispositif inductif comportant un bobinage solénoïde (13) rectiligne comportant une pluralité de spires (14) rectangulaires disjointes, ayant chacune des dimensions prédéterminées (L∞B, WB0Bl EB0B, ISOL, INT), microdispositif caractérisé en ce qu'au moins une des dimensions des spires (14) est variable et déterminée individuellement pour chaque spire (14) en fonction de sa position le long du bobinage (13) et de caractéristiques magnétiques prédéterminées du bobinage (13).Inductive microdevice comprising a rectilinear solenoid winding (13) comprising a plurality of disjointed rectangular turns (14), each having predetermined dimensions (L ∞ B , W B0B1E B0B , ISOL, INT), a microdevice characterized in that at least one of the dimensions of the turns (14) is variable and individually determined for each turn (14) as a function of its position along the winding (13) and of predetermined magnetic characteristics of the winding (13).
2. Microdispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite dimension variable des spires (14) est plus grande au centre du bobinage (13) qu'aux extrémités du bobinage (13).2. Microdevice according to claim 1, characterized in that said variable dimension of the turns (14) is greater in the center of the coil (13) than the ends of the coil (13).
3. Microdispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite dimension variable des spires (14) varie de façon symétrique par rapport au centre du bobinage (13).3. Microdevice according to one of claims 1 and 2, characterized in that said variable dimension of the turns (14) varies symmetrically with respect to the center of the coil (13).
4. Microdispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite dimension variable des spires (14) est choisie parmi la largeur (WB0B), la longueur (LB0B), l'épaisseur (EBOB), la hauteur de spire (ISOL) et l'intervalle entre deux spires (INT).4. Microdevice according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said variable dimension of the turns (14) is selected from the width (W B0B ), the length (L B0B ), the thickness (E BOB ) , the turn height (ISOL) and the interval between two turns (INT).
5. Microdispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valeur de l'intervalle (INT) entre deux spires (14) adjacentes du bobinage (13) est constante.5. Microdevice according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the value of the interval (INT) between two adjacent turns (14) of the coil (13) is constant.
6. Microdispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la valeur de l'intervalle (INT) entre deux spires (14) adjacentes du bobinage (13) est variable. 6. Microdevice according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the value of the interval (INT) between two adjacent turns (14) of the coil (13) is variable.
7. Microdispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il entoure un noyau magnétique (15) en forme de barre ayant au moins une dimension prédéterminée (LMAG, WMAG, EMAG) variable le long du bobinage (13).7. Microdevice according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it surrounds a bar-shaped magnetic core (15) having at least one predetermined dimension (L MAG , MAG W, E MAG ) variable along winding (13).
8. Microdispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite dimension variable du noyau magnétique (15) est choisie parmi la largeur (WMAG). la longueur (LMAG) et l'épaisseur (EMAG) du noyau magnétique (15).8. Microdevice according to claim 7, characterized in that said variable dimension of the magnetic core (15) is selected from the width (W MAG ). the length (L MAG ) and the thickness (E MAG ) of the magnetic core (15).
9. Microdispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur (EMAG) du noyau magnétique (15) est constante le long du bobinage (13).9. Microdevice according to claim 8, characterized in that the thickness (E MAG ) of the magnetic core (15) is constant along the winding (13).
10. Microdispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdites dimensions prédéterminées variables varient graduellement le long du bobinage solénoïde (13).10. Microdevice according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said predetermined variable dimensions gradually vary along the solenoid coil (13).
11. Microdispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdites dimensions prédéterminées variables suivent une progression géométrique. 11. Microdevice according to any one of claims 1 to 10, characterized in that said variable predetermined dimensions follow a geometric progression.
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