FR2764429A1

FR2764429A1 - Circuit magnetique a pertes laterales reduites

Info

Publication number: FR2764429A1
Application number: FR9714850A
Authority: FR
Inventors: Marcel Locatelli; Jacques Reverdy
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1998-12-11

Abstract

L'invention concerne un circuit magnétique, qui comporte un ensemble de composants magnétiques allongés, présentant une perméabilité élevée dans le sens longitudinal, placés côte à côte et solidaires les uns des autres, et isolés électriquement entre eux; le rapport entre les perméabilités longitudinale et transverse dudit circuit étant ajusté à partir du contrôle de l'espace entre composants.

Description

CIRCUIT MAGNETIQUE A PERTES LATERALES REDUITES

DESCRIPTION

Domaine technique La présente invention concerne un circuit

magnétique à pertes latérales réduites.

Etat de la technique Le développement des systèmes électromagnétiques complexes, en particulier dans le cas de plusieurs systèmes devant cohabiter, conduit à rechercher des moyens permettant de limiter les

couplages mutuels entre ces systèmes.

Comme décrit dans le brevet français FR-A-

2 713 776, l'utilisation de noyaux magnétiques permet de canaliser les flux, de la manière illustrée sur les figures lA et lB. Sur ces figures sont représentés un circuit magnétique 10, le flux utile 11, les fuites latérales internes en 12 et externes en 13, avec une perméabilité isotrope en 1, V étant une tension alternative. Pour des matériaux ayant des propriétés isotropes, les fuites latérales peuvent représenter une partie importante du flux. L'utilisation de matériaux ayant des propriétés anisotropes permet de limiter ces fuites latérales. C'est le cas avec les circuits magnétiques composés de tôle empilées, la perméabilité dans la direction de l'épaisseur de l'empilement étant alors très inférieure à la perméabilité dans le plan des tôles. Sur les figures 2A et 2B; et 2C et 2D sont représentées deux réalisations de ce type. On obtient des perméabilités grandes en 20 et 21, une perméabilité faible en 22, et une limitation des fuites latérales

internes en 23.

Une amélioration supplémentaire consiste à utiliser des tôles à grains orientés. Il est alors nécessaire que la direction de perméabilité élevée corresponde à la direction du flux utile, ce qui n'est pas toujours possible. De plus les tôles à grains orientés sont délicates de mise en oeuvre du fait d'une détérioration des propriétés par contraintes mécaniques, et d'un domaine de température d'utilisation limité. En outre, dans ce cas des tôles à grains orientés, l'anisotropie se traduit par un rapport de l'ordre de 1.4 entre la perméabilité longitudinale et la perméabilité transverse, ce qui est faible et ne permet pas de limiter de façon significative les pertes latérales puisque la

réluctance transverse est faible.

L'invention a pour objet un circuit magnétique à pertes latérales réduites permettant de

pallier aux inconvénients énoncés ci-dessus.

Exposé de l'invention L'invention concerne un circuit magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de composants magnétiques allongés présentant une perméabilité supérieure à 1 000 dans le sens longitudinal, placés côte à côte et solidaires les uns des autres, et isolés électriquement entre eux; le rapport entre les perméabilités longitudinale et transverse dudit circuit étant ajusté à partir du

contrôle de l'espace entre composants.

Avantageusement les composants magnétiques allongés sont isolés entre eux d'une épaisseur d'isolant de quelques micromètres Avantageusement les composants magnétiques sont rendus solidaires par un liant isolant, qui peut, avantageusement, être une résine chargée de fibres, ou

une résine chargée de poudre.

Dans un mode de réalisation avantageux ces composants magnétiques sont des fils, qui sont isolés entre eux par des fibres isolantes. Ces fibres peuvent avoir les dimensions suivantes: quelques micromètres en diamètre et quelques dizaines de micromètres en longueur. Dans un exemple de réalisation ces fils magnétiques sont des fils en fer- nickel de diamètre d'environ 50 m isolés électriquement entre eux par des fibres de verre, dont les dimensions sont d'environ

2 pm par 50 pm, dans une résine isolante.

Outre la réduction des pertes latérales l'invention présente plusieurs avantages complémentaires qui sont: - limitation des pertes par courants de Foucault en utilisant du fil de faible diamètre: 0,05 mm pour 25 Khz par exemple; - obtention d'une imprégnation plus efficace que dans le cas des tôles, d'o moins de risques de contacts électriques parasites entre éléments de base et. meilleure tenue à la pression (moins de risques de délaminage): il faut, en effet, éviter des contacts entre les fils qui seraient provoqués par une déformation de l'ensemble soumis à une pression trop élevée. Ces points sont très importants dans le cas d'utilisation en puits pétrolier, par exemple, o la pression peut atteindre des valeurs de 100 MPascal. En particulier l'évolution des résistances de contacts accidentels entre fils se traduit par une évolution des pertes par courants de Foucault qui dans certains cas peuvent être très préjudiciables au fonctionnement du dispositif, par exemple, dans le cas de mesures électromagnétiques en puits pétrolier, comme décrit par exemple dans le brevet français FR-A-2 713 776 qui concerne un microdispositif de mesure des

caractéristiques électromagnétiques d'un milieu.

L'invention s'applique donc, en particulier, à un dispositif de détermination du pendage de couches géologiques à partir de la mesure des variations des propriétés électromagnétiques en formation géologique (conductivité électrique, susceptibilité). Un tel dispositif comporte, en effet, plusieurs capteurs à induction possédant des circuits magnétiques. Il est donc nécessaire de découpler magnétiquement les

capteurs et de réduire le flux de fuite.

Brève description des dessins

- Les figures lA, 2A, 2C; et lB, 2B, 2D illustrent des circuits magnétiques de l'art antérieur, respectivement dans des vues de côté et des vues de face; - les figures 3A et 3B illustrent un circuit magnétique selon l'invention, respectivement dans une vue de côté et une vue de face; - les figures 4A et 4B illustrent une réalisation, dans un bobinage imprégné, d'un entrefer selon l'invention; - les figures 5 et 6 illustrent deux exemples de réalisation du circuit magnétique selon l'invention; - la figure 7 illustre un circuit magnétique selon l'invention découplé en parallèle. Exposé détaillé de modes de réalisation La présente invention concerne un circuit magnétique à pertes latérales réduites, dans lequel on utilise comme composant de base un composant magnétique allongé, par exemple du fil magnétique, de propriété isotrope ou non, présentant une perméabilité élevée c'est-à-dire supérieure à 1 000 (la limite supérieure de perméabilité se situant aux environs de 10 000) dans le sens longitudinal, comme illustré sur les figures 3A et 3B. On a ainsi une perméabilité élevée en 30, et des

perméabilités faibles en 31.

Comme illustré sur les figures 3A, 3B, 4A et 4B, le circuit magnétique de l'invention, qui peut être du type ouvert ou fermé, est réalisé en plaçant des composants magnétiques allongés, ici des fils 32, côte à côte pour obtenir une géométrie désirée. Ceci peut être obtenu par des techniques de bobinage. Dans ce cas de fils, ceux-ci peuvent avoir des sections diverses: circulaire, carrée... La rigidité de l'ensemble peut être obtenue par imprégnation avec une résine. Dans le cas de la présence d'un entrefer, celui-ci est réalisé

après polymérisation de l'ensemble.

Le rapport entre les perméabilités longitudinales et transverses peut être ajusté à la demande à partir du contrôle de l'espace entre composants. Le contrôle de l'espace entre fils est primordial pour au moins deux raisons: il faut définir de bonnes caractéristiques transverses du point de vue magnétique, et assurer une bonne isolation électrique même sous pression variable. Dans le cas d'un système de mesure, il est important de pouvoir utiliser des signaux à fréquence élevée afin d'accroître la sensibilité. De ce fait les composants de base, tôles ou fils, doivent avoir des épaisseurs ou diamètres limités, par exemple 50 im pour 25 kHz. Ainsi la partie isolante doit être de dimensions très réduites pour avoir un facteur important de remplissage du matériau

magnétique par rapport au matériau isolant.

On utilise donc des épaisseurs d'isolant de quelques micromètres. Les solutions antérieures consistent à utiliser, par exemple, des couches de parylène d'épaisseur 1 à 2 pm comme isolant. Mais dans de telles solutions, l'adhésion de ces couches est très limitée et en conséquence il n'est pas possible d'obtenir une cohésion du circuit par imprégnation uniquement. L'invention consiste à interposer des fibres isolantes de diamètre déterminé entre les composants magnétiques. Cette interposition peut être réalisée au moment de la réalisation du circuit par bobinage. Le bobinage est alors imprégné en cours de réalisation avec une résine isolante chargée de fibres. Le taux de charge de cette résine (proportion de fibres) est optimisé pour obtenir une répartition homogène des fibres, et donc une épaisseur définie. Comme illustré sur la figure 5, l'ajustement de l'espace entre les fils magnétiques est alors réalisé en utilisant des résines chargées avec des fibres de verre 33, par exemple, de diamètre égal à l'espace désiré. Ces fibres peuvent avoir par exemple quelques micromètres en diamètre et quelques dizaines de micromètres en longueur. En contrôlant la concentration de fibres, on

peut obtenir un espacement défini par une seule fibre.

On peut également fabriquer un circuit magnétique avec des fibres inhomogènes tant par leur nature que par

leur taille.

La relation entre la fréquence d'utilisation f et le diamètre 8 des fils magnétiques est la suivante, ce diamètre devant être inférieur à l'épaisseur de peau qui dépend de la fréquence:

=

avec: p, la résistivité io, la perméabilité du vide p, la perméabilité relative

f, la fréquence.

Pour la réalisation de circuits magnétiques à partir de tôles magnétiques 34, la charge de la résine peut être une poudre 35, comme illustré sur la figure 6. Dans le cas d'espaces entre tôles inférieurs à 0,01 mm, on utilise des résines fluides. Ce qui est le cas pour des tôles fines d'environ 50 im o l'on

recherche des espaces de quelques micromètres.

D'un point de vue magnétique le circuit magnétique de l'invention offre un meilleur découplage entre des circuits magnétiques 36 et 37 placés en parallèle et alimentés par une même source, comme

illustré sur la figure 7.

Pour la réalisation du circuit magnétique de l'invention, on peut utiliser à titre d'exemple: - des matériaux ayant des propriétés isotropes tels que fer doux, ferrite doux; - des matériaux ayant des propriétés magnétiques anisotropes: * de par leur structure et leur forme: tôles en fer silicium à grain orientés,

* de forme: tôles en fer-silicium, en fer-

nickel ou en fer-cobalt; - des fils magnétiques de type: fer- silicium, fer-nickel;

- une résine de type époxy.

Dans un exemple de réalisation avantageux, on utilise des fils magnétiques de diamètre d'environ 50 mun en fer-nickel et des fibres de verre dont les

dimensions sont d'environ 2.im par 50 pm.

Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de composants magnétiques allongés, présentant une perméabilité supérieure à 1 000 dans le sens longitudinal, placés côte à côte et solidaires les uns des autres, et isolés électriquement entre eux; le rapport entre les perméabilités longitudinale et transverse dudit circuit étant ajusté

à partir du contrôle de l'espace entre composants.

2. Circuit magnétique selon la revendication 1, dans lequel les composants magnétiques sont isolés entre eux d'une épaisseur d'isolant de quelques micromètres

3. Circuit magnétique selon la revendication 1, dans lequel les composants magnétiques sont rendus

solidaires par un liant isolant.

4. Circuit magnétique selon la revendication 3, dans lequel le liant est une résine chargée de

fibres.

5. Circuit magnétique selon la revendication 3, dans lequel le liant est une résine chargée de poudre.

6. Circuit magnétique selon la revendication 1, dans lequel ces composants magnétiques sont des fils.

7. Circuit magnétique selon la revendication 6, dans lequel les composants magnétiques sont isolés

entre eux par des fibres isolantes.

8. Circuit magnétique selon la revendication 7, dans lequel les fibres ont quelques micromètres en diamètre et quelques dizaines de micromètres en longueur.

9. Circuit magnétique selon la revendication 8, dans lequel les composants magnétiques sont des fils en fer-nickel de diamètres d'environ 50 pm, isolés électriquement entre eux par des fibres de verre, dont les dimensions sont d'environ 2 tm par 50 pm, dans une

résine isolante.5

10. Utilisation du circuit magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans un

dispositif de détermination du pendage de couches géologiques.