FR2989817A1

FR2989817A1 - CABLE IN LITZ THREAD

Info

Publication number: FR2989817A1
Application number: FR1253728A
Authority: FR
Inventors: Gilles Gable
Original assignee: Fives Celes
Current assignee: Fives Celes
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-10-25
Anticipated expiration: 2032-04-24
Also published as: CN104364855A; CN104364855B; EP2842136A1; FR2989817B1; WO2013160819A1; EP2842136B1

Abstract

Conducteur électrique (C) comportant une pluralité de brins (2) s'étendant entre deux extrémités, chacun des brins (2) présentant à sa surface une couche d'isolant électrique (6), les brins (2) étant reliés électriquement en parallèle à chaque extrémité du conducteur électrique (C), caractérisé en ce que les brins (2) sont disposés autour d'au moins un tube (1), réalisé en matériau isolant électrique, formant âme, le tube (1) étant parcouru par un fluide de refroidissement.Electrical conductor (C) comprising a plurality of strands (2) extending between two ends, each of the strands (2) having on its surface an electrical insulating layer (6), the strands (2) being electrically connected in parallel at each end of the electrical conductor (C), characterized in that the strands (2) are arranged around at least one tube (1), made of electrical insulating material, forming a core, the tube (1) being traversed by a cooling fluid.

Description

CABLE EN FILS DE LITZ La présente invention est relative à un conducteur électrique comportant une pluralité de brins s'étendant entre deux extrémités, chacun des brins présentant à sa surface une couche d'isolant électrique, les brins étant reliés électriquement en parallèle à chaque extrémité du conducteur électrique. Ce type de conducteurs est généralement appelé fil de Litz. La présente invention concerne plus particulièrement les conducteurs dont la fréquence d'utilisation est comprise entre 1 kHz et 500kHz. The present invention relates to an electrical conductor comprising a plurality of strands extending between two ends, each of the strands having at its surface a layer of electrical insulator, the strands being electrically connected in parallel at each end. of the electrical conductor. This type of conductor is usually called Litz wire. The present invention relates more particularly to conductors whose frequency of use is between 1 kHz and 500 kHz.

A fréquence élevée le courant a tendance à ne circuler qu'à la surface du conducteur à cause d'un phénomène appelé effet de peau. La pellicule de conducteur où circule le courant est alors appelée épaisseur de peau. Ce phénomène entraine une circulation du courant circonscrite à la périphérie du conducteur d'où une section utile réduite, ce qui entraîne une résistance électrique plus élevée et augmente les pertes. L'utilisation de fils de litz où chaque brin présente un diamètre inférieur à l'épaisseur de peau du matériau utilisé à la fréquence d'utilisation, permet de réduire les pertes ohmiques. Malheureusement, l'isolation électrique des différents brins ne permet pas toujours d'éviter une élévation de température importante du conducteur, notamment dans le cas d'un courant haute fréquence. L'invention a pour but, surtout, de proposer un conducteur autorisant l'utilisation de hautes fréquences tout en minimisant son échauffement. Faciliter l'évacuation des pertes permettra d'utiliser le conducteur à un courant plus élevé, ou à courant constant, de ne pas échauffer les pièces au voisinage. Selon l'invention un conducteur électrique comportant une pluralité de brins s'étendant entre deux extrémités, chacun des brins présentant à sa surface une couche d'isolant électrique, les brins étant reliés électriquement en parallèle à chaque extrémité du conducteur électrique, est caractérisé en ce que les brins sont disposés autour d'au moins un tube, réalisé en matériau isolant électrique, formant âme, le tube étant parcouru par un fluide de refroidissement. Chaque brin peut réaliser au moins une vrille complète autour du tube entre les deux extrémités du conducteur. At high frequency the current tends to flow only on the surface of the conductor because of a phenomenon called skin effect. The conductor film in which the current flows is then called the skin thickness. This phenomenon leads to a circulation of the current circumscribed to the periphery of the conductor from which a reduced useful section, resulting in a higher electrical resistance and increases losses. The use of litz wires where each strand has a diameter smaller than the skin thickness of the material used at the frequency of use, makes it possible to reduce the ohmic losses. Unfortunately, the electrical insulation of the different strands does not always prevent a significant rise in temperature of the driver, especially in the case of a high frequency current. The invention aims, above all, to provide a driver allowing the use of high frequencies while minimizing its heating. Facilitating the evacuation of losses will allow the driver to use a higher current, or constant current, not to heat the nearby parts. According to the invention an electrical conductor comprising a plurality of strands extending between two ends, each of the strands having at its surface an electrical insulating layer, the strands being electrically connected in parallel with each end of the electrical conductor, is characterized in that the strands are arranged around at least one tube, made of electrical insulating material, forming a core, the tube being traversed by a cooling fluid. Each strand can make at least one complete swirler around the tube between the two ends of the conductor.

Avantageusement la surface extérieure du tube et les brins sont imprégnés d'une pâte isolant électrique et présentant un coefficient de conduction thermique supérieur à 0.5 W/m K. La pâte peut présenter une dureté shore A, selon la norme ISO 868, inférieure à 75. Le conducteur peut comprendre une gaine extérieure. Le tube peut présenter une géométrie annelée ou spiralée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré avec référence aux dessins annexés mais qui n'a aucun caractère limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est une vue en perspective de l'extrémité d'un conducteur selon l'invention, Fig. 2 est une vue en coupe transversale du conducteur de Fig. 1, Fig. 3 est une vue en coupe longitudinale du conducteur de Fig. 1, Fig. 4 à 6 sont des vues en élévation latérale de trois modes de réalisation d'un tube selon l'invention, Fig. 7 à 9 sont des vues en coupe longitudinale des modes de réalisation des Fig. 4 à 6, Fig. 10 à 12 sont des vues en coupe longitudinale de trois autres modes de réalisation d'un tube selon l'invention, Fig. 13 est une vue en élévation latérale d'un autre mode de réalisation d'un tube selon l'invention, Fig. 14 est une vue en coupe longitudinale du mode de réalisation de Fig. 13, et Fig. 15 à 18 sont des vues en coupe longitudinale de quatre autres modes de réalisation d'un tube selon l'invention. Advantageously, the outer surface of the tube and the strands are impregnated with an electrical insulating paste and having a coefficient of thermal conduction higher than 0.5 W / m K. The paste may have a Shore A hardness, according to ISO 868, of less than 75. The driver may include an outer sheath. The tube may have annular or spiral geometry. Other features and advantages of the invention will appear in the following description of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings but which has no limiting character. In these drawings: 1 is a perspective view of the end of a conductor according to the invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the conductor of FIG. 1, Fig. 3 is a longitudinal sectional view of the conductor of FIG. 1, Fig. 4 to 6 are side elevational views of three embodiments of a tube according to the invention, FIG. 7 to 9 are longitudinal sectional views of the embodiments of FIGS. 4 to 6, FIG. 10 to 12 are views in longitudinal section of three further embodiments of a tube according to the invention, FIG. 13 is a side elevational view of another embodiment of a tube according to the invention, FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the embodiment of FIG. 13, and FIG. 15 to 18 are views in longitudinal section of four other embodiments of a tube according to the invention.

En se référant à Fig. 1 à 3, on peut voir un conducteur C selon l'invention. L'âme du conducteur C est constituée par un tube 1 parcouru par un fluide de refroidissement. Referring to FIG. 1 to 3, we can see a conductor C according to the invention. The conductor core C is constituted by a tube 1 traversed by a cooling fluid.

Le fluide ou gaz peut être de l'eau, de l'huile ou tout autre fluide caloporteur. The fluid or gas may be water, oil or any other heat transfer fluid.

Le tube 1 est réalisé en polymère isolant électrique de manière à éviter, aux fréquences élevées, l'induction de courants de Foucault dans le tube 1. Afin d'apporter la souplesse nécessaire au conducteur C, le tube 1 présente un profil spiralé. Des brins 2 sont disposés longitudinalement autour du tube 1. Les brins 2 sont regroupés pour former des torons et chaque brin 2 est recouvert d'une couche d'isolant électrique 6. En théorie il n'est pas nécessaire de rajouter une isolation supplémentaire entre les torons car les brins sont déjà isolés. En pratique on isole les torons pour améliorer la tenue mécanique du toron et sa manipulation et pour éviter les blessures du vernis isolant des brins qui frottent l'un contre l'autre au contact de deux torons. Les torons de brins sont répartis tout autour du tube 1 sur sa partie extérieure, en hélice simple en une couche. Des modes de réalisation alternatifs sont possibles en utilisant notamment des brins 2 tressés sur le tube 1 et/ou plusieurs couches de brins. Par ailleurs, il n'est indispensable de regrouper les brins 2 pour former des torons. Une alternative possible est de répartir directement les brins autour du tube 1. Les brins 2 sont reliés électriquement en parallèles en dehors du conducteur. Chaque brin 2 présente au moins une vrille complète entre les 25 bornes de raccordement des deux extrémités du conducteur. Ceci permet d'assurer une transposition qui favorise l'équilibrage des courants dans les brins aux fréquences élevées. La longueur d'un conducteur dépend de son application. 30 La surface extérieure du tube 1 et les brins 2 sont imprégnés d'un produit appelé pâte thermique 4 pour assurer un bon transfert thermique entre les brins 2 et le tube 1 dans le but de faciliter le transfert thermique des brins 2 vers le fluide de refroidissement circulant dans le tube 1. La pâte thermique 4 est un produit souple qui rempli les concavités 35 du tuyau, les interstices entre les brins 2 et le tube 1. La pâte thermique est produite à partir d'un élastomère de faible dureté shore A et de préférence de dureté shore A inférieure à 75, de façon à épouser au mieux la forme des brins 2 et du tube 1 tout en acceptant les déformations que peut subir le conducteur C. La pâte thermique est également un isolant électrique ce qui favorise l'isolation électrique des différents brins 2. The tube 1 is made of electrical insulating polymer so as to avoid, at high frequencies, the induction of eddy currents in the tube 1. In order to provide the necessary flexibility to the conductor C, the tube 1 has a spiral profile. Strands 2 are arranged longitudinally around the tube 1. The strands 2 are grouped to form strands and each strand 2 is covered with a layer of electrical insulator 6. In theory it is not necessary to add additional insulation between the strands because the strands are already isolated. In practice, the strands are isolated in order to improve the mechanical strength of the strand and its handling and to avoid the injuries of the insulating varnish of the strands which rub against each other in contact with two strands. The strand strands are distributed all around the tube 1 on its outer part, in single helix in one layer. Alternative embodiments are possible by using in particular strands 2 braided on the tube 1 and / or several layers of strands. Moreover, it is essential to group the strands 2 to form strands. A possible alternative is to distribute the strands directly around the tube 1. The strands 2 are electrically connected in parallel outside the conductor. Each strand 2 has at least one complete swirler between the connecting terminals of the two ends of the conductor. This ensures a transposition that promotes the balancing of currents in the strands at high frequencies. The length of a conductor depends on its application. The outer surface of the tube 1 and the strands 2 are impregnated with a product called thermal paste 4 to ensure good heat transfer between the strands 2 and the tube 1 in order to facilitate the heat transfer of the strands 2 to the fluid of the invention. circulating cooling in the tube 1. The thermal paste 4 is a flexible product which fills the concavities 35 of the pipe, the interstices between the strands 2 and the tube 1. The thermal paste is produced from a low shore A hardness elastomer and preferably Shore A hardness less than 75, so as to marry the best shape of the strands 2 and the tube 1 while accepting the deformation that can undergo the conductor C. The thermal paste is also an electrical insulator which promotes the electrical insulation of the different strands 2.

La pâte thermique a un coefficient de conductibilité thermique qui est supérieur à 0.2 W/mK et de préférence supérieur à 0,5W/mK. Il est possible de travailler avec des coefficients plus faibles mais au détriment des performances. The thermal paste has a coefficient of thermal conductivity which is greater than 0.2 W / mK and preferably greater than 0.5W / mK. It is possible to work with lower coefficients but at the expense of performance.

La présence de la pâte thermique 4 évite la présence d'air tout en permettant au conducteur C de conserver de la souplesse et un rayon de courbure faible. Le rayon de courbure du conducteur C ainsi obtenu peut être inférieur à cinq fois le diamètre du conducteur C. The presence of the thermal paste 4 avoids the presence of air while allowing the conductor C to maintain flexibility and a small radius of curvature. The radius of curvature of the conductor C thus obtained may be less than five times the diameter of the conductor C.

Dans le mode de réalisation illustré Fig. 1 à 3, le conducteur C est gainé par une gaine de finition 5. De façon alternative le conducteur C peut être simplement enrubanné ou entrer dans la composition d'un conducteur plus complexe. In the embodiment illustrated in FIG. 1 to 3, the conductor C is sheathed by a finishing sheath 5. Alternatively the conductor C can be simply wrapped or enter the composition of a more complex conductor.

Des modes de réalisations alternatifs sont possibles en utilisant des tubes présentant des profils annelés, convolutés, striés ou corrugués. Le conducteur peut être disposé de nombreuses manières autour du tube, par exemple en hélice simple ou multiple ou disposé croisé en une ou plusieurs couches ou enfin tressé. Alternative embodiments are possible using tubes having annealed, convoluted, striated or corrugated profiles. The conductor can be arranged in many ways around the tube, for example single or multiple helix or cross-arranged in one or more layers or finally braided.

On entend par tube annelé un tube dont l'aspect ressemble à des anneaux mis bout à bout. Les crêtes des anneaux ainsi que les creux sont rebouclés respectivement sur eux-mêmes comme illustré Fig. 5 et Fig.6. En règle générale si l'épaisseur de paroi est petite au regard du pas ou de la hauteur des anneaux alors la crête est saillante à l'extérieur et creuse à l'intérieur du tube (Fig.8 et Fig.9). Un creux vu de l'extérieur présente une crête saillante à l'intérieur. En variante, un tube présentant des crêtes et des creux en forme d'anneaux à l'extérieur peut aussi être lisse à l'intérieur comme illustré Fig. 11 et Fig.12. Cela signifie que l'épaisseur de paroi n'est pas constante. Un tube lisse sur sa paroi extérieure et ondulé à l'intérieur peut aussi remplir la fonction (Fig. 15). Ribbed tube is a tube whose appearance looks like rings placed end to end. The ridges of the rings and the recesses are respectively looped back on themselves as illustrated in FIG. 5 and Fig.6. As a general rule, if the wall thickness is small in relation to the pitch or the height of the rings, then the ridge protrudes outside and is hollow inside the tube (Fig.8 and Fig.9). A hollow seen from the outside has a prominent ridge inside. Alternatively, a tube having ridges and hollows in the form of rings on the outside may also be smooth inside as shown in FIG. 11 and Fig.12. This means that the wall thickness is not constant. A smooth tube on its outer wall and corrugated on the inside can also fulfill the function (Fig. 15).

Le profil des crêtes et des creux peuvent couvrir toutes les formes intermédiaires entre la sinusoïde et le créneau (Fig. 9, Fig. 17 et Fig.18) On entend par tube spiralé un tube présentant en alternance des crêtes et des creux qui décrivent des révolutions autour de l'axe du tuyau avec un pas assez serré inférieur au diamètre du tuyau comme illustré Fig. 4 et Fig. 13. Le tube ne présente qu'une seule crête et qu'un seul sillon hélicoïdaux tous deux. Les profils des crêtes et des sillons en coupes peuvent prendre toutes les formes décrites pour le tube annelé comme illustré notamment Fig. 10, Fig.11, Fig.7, Fig.14 et Fig.16. Tout comme le tube annelé il peut être lisse à l'intérieur et ne présenter des crêtes et des creux à l'extérieur et réciproquement (Fig. 14 et Fig.15). The profile of the ridges and valleys can cover all the intermediate forms between the sinusoid and the crenellum (Fig. 9, Fig. 17 and Fig. 18) Spiral tube is understood to mean a tube alternating with peaks and valleys which describe revolutions around the pipe axis with a fairly tight pitch less than the diameter of the pipe as shown in Fig. 4 and FIG. 13. The tube has only one ridge and only one helical groove. The profiles of the ridges and furrows in sections can take all the forms described for the corrugated tube as illustrated in particular FIG. 10, Fig.11, Fig.7, Fig.14 and Fig.16. Just like the corrugated tube it can be smooth inside and have ridges and hollows on the outside and vice versa (Fig 14 and Fig.15).

On entend par tube convoluté un tube dont les crêtes paraissent enroulées autour d'un tube en suivant l'axe longitudinal. Il présente les mêmes caractéristiques que le tube spiralé décrit ci-dessus. A convoluted tube is understood to mean a tube whose ridges appear wound around a tube along the longitudinal axis. It has the same characteristics as the spiral tube described above.

Le terme tube corrugué est parfois utilisé et désigne un tube pourvu de stries annulaires ou spiralées dans l'axe du tube de façon similaire au tube convoluté. Le conducteur selon l'invention présente de nombreux avantages. The term corrugated tube is sometimes used and refers to a tube provided with annular or spiral ridges in the axis of the tube in a manner similar to the convoluted tube. The conductor according to the invention has many advantages.

En particulier les pertes par induction dans le circuit de refroidissement sont très faibles. La section utile de cuivre est optimisée pour tenir compte de l'effet de peau. L'originalité de l'invention, c'est aussi de permettre l'évacuation des calories produites dans un circuit d'eau isolé et isolant. Faciliter l'évacuation des pertes permet d'utiliser le conducteur selon l'invention à un courant plus élevé par rapport à un conducteur classique, ou à courant constant, de ne pas échauffer les pièces au voisinage. In particular, the induction losses in the cooling circuit are very low. The useful section of copper is optimized to take into account the skin effect. The originality of the invention is also to allow the evacuation of calories produced in an isolated and insulating water circuit. Facilitating the evacuation of losses makes it possible to use the conductor according to the invention at a higher current with respect to a conventional conductor, or at a constant current, not to heat the surrounding parts.

Les convolutions du tube permettent de maximiser la surface d'échange thermique avec le fluide de refroidissement tout autorisant une excellente souplesse et un rayon de courbure très faible sans perte de refroidissement. Il en résulte des densités de courant importantes à des fréquences élevées. The convolutions of the tube allow to maximize the heat exchange surface with the cooling fluid while allowing excellent flexibility and a very small radius of curvature without loss of cooling. This results in high current densities at high frequencies.

L'isolement est galvanique entre le fluide de refroidissement et les conducteurs. Il n'y a donc pas de courants de circulation ou de fuites dans les fluides de refroidissements. Ces avantages permettent l'utilisation d'un conducteur selon l'invention dans de nombreux domaines et en particulier la réalisation de composants magnétiques (inductances, transformateurs, inducteurs de chauffage par induction) ou de lignes de liaison haute fréquence très peu dissipatives ou à forte densité de courant. Isolation is galvanic between the coolant and the conductors. There are no circulation currents or leaks in the cooling fluids. These advantages allow the use of a conductor according to the invention in many fields and in particular the production of magnetic components (inductors, transformers, induction heating inductors) or high frequency connection lines that are very low dissipative or strong. current density.

Claims

REVENDICATIONS1. Electrical conductor (C) comprising a plurality of strands (2) extending between two ends, each of the strands (2) having on its surface an electrical insulating layer (6), the strands (2) being electrically connected in parallel at each end of the electrical conductor (C), characterized in that the strands (2) are arranged around at least one tube (1), made of electrical insulating material, forming a core, the tube (1) being traversed by a cooling fluid.

2. Electrical conductor (D) according to claim 1, characterized in that each strand (2) carries at least one complete swirl around the tube (1) between the two ends of the conductor (C).

3. Electrical conductor (D) according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer surface of the tube (1) and the strands (2) are impregnated with a paste (4) electrical insulation and having a coefficient of thermal conductivity greater than 0.5 W / m K.

4. Electrical conductor (D) according to claim 3, characterized in that the paste (4) has a shore hardness A, according to ISO 868, less than 75.

5. Electrical conductor (D) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises an outer sheath (5).

6. Electrical conductor (D) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the tube (1) has a ringed geometry.

Electric conductor (D) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the tube (1) has a spiral geometry.