Fil de Litz pour une haute efficacité, Fournisseur automobile certifié, Production mondiale de fil de litz

Litz Wire

HISTOIRE

Dans la première moitié du siècle dernier, la gamme d'utilisation du fil litz était cohérente avec le niveau technologique de l'époque. Par exemple, en 1923, la première émission de radio moyenne fréquence a été rendue possible par des fils de litz dans les bobines. Dans les années 1940, le fil litz a été utilisé dans les premiers systèmes de diagnostic par ultrasons et les systèmes RFID de base. Dans les années 50, le fil litz était utilisé dans les selfs USW. Avec la croissance explosive des nouveaux composants électroniques dans la seconde moitié du 20e siècle, l'utilisation du fil litz s'est également développée rapidement.

Elektrisola a commencé à fournir des fils litz haute fréquence en 1951 pour répondre à la demande croissante des clients pour des produits de qualité innovants. Le fil Elektrisola litz a été rapidement intégré dans de nouveaux développements tels que les selfs à noyau de ferrite pour les ballasts d'éclairage électromagnétique dans les années 1960, ainsi que les systèmes d'imagerie par résonance magnétique développés dans les années 1970 et 1980 et les alimentations à découpage haute fréquence dans les années 1990.

Depuis le début, Elektrisola a démontré un partenariat actif avec ses clients dans le développement conjoint de solutions de fil litz nouvelles et innovantes. Ce support client étroit se poursuit aujourd'hui avec de nouvelles applications de fil litz dans les domaines des énergies renouvelables, de la mobilité électrique et des technologies médicales en cours de développement pour une utilisation dans de futurs produits.

TERMINOLOGIE

Les fils Litz se composent de plusieurs câbles comme des fils isolés simples groupés et sont utilisés dans une large gamme d'applications nécessitant une bonne flexibilité et des performances à haute fréquence.

Les fils litz haute fréquence sont produits à l'aide de plusieurs fils simples isolés électriquement les uns des autres et sont généralement utilisés dans des applications fonctionnant dans une gamme de fréquences de 10 kHz à 5 MHz.

Dans les bobines, qui sont le stockage d'énergie magnétique de l'application, des pertes par courants de Foucault se produisent en raison des hautes fréquences. Les pertes par courants de Foucault augmentent avec la fréquence du courant. La racine de ces pertes est l'effet de peau et l'effet de proximité, qui peuvent être réduits en utilisant un fil litz haute fréquence. Le champ magnétique qui provoque ces effets est compensé par la construction de groupage torsadé du fil litz.

Fil unique

Le composant de base d'un fil litz est le fil isolé unique. Le matériau conducteur et l'isolation en émail peuvent être combinés de manière optimale pour répondre aux exigences d'applications spécifiques.

Fil unique

Construction de fils / faisceaux Litz

En fonction du nombre de brins individuels, les fils litz sont produits en une ou plusieurs étapes. Par conséquent, il existe de nombreuses options pour la conception globale.

Fils Litz directement groupés

Un nombre limité de fils simples sont directement groupés afin que chaque fil individuel soit librement situé. Les fils simples peuvent prendre n'importe quelle position dans la section transversale du fil litz.

Fils directement groupés

Fils Litz à plusieurs étages

En fonction du nombre de torons requis ou des spécifications de performance, les fils litz peuvent être torsadés en plusieurs étapes. N'importe quel nombre de faisceaux préparés est échoué les uns avec les autres en plusieurs étapes de torsion. Les propriétés électriques et mécaniques du produit final dépendent de la construction du fil litz conçu.

Fil de Litz à plusieurs étages avec 3 faisceaux

Fil de Litz à plusieurs étages avec 5 faisceaux

Fils Litz groupés concentriquement

Les fils individuels sont positionnés en une ou plusieurs couches concentriquement autour du conducteur central du fil litz. Dans cette configuration de conception, chaque fil unique se déplace naturellement dans sa position prédéfinie pendant l'opération de torsion, ce qui donne des dimensions et des propriétés de travail cohérentes. Un filament de décharge de traction peut être utilisé comme brin central.

Fil de Litz concentrique avec 7 fils simples

Fil de Litz concentrique avec 7 faisceaux

Longeur du pas

La longueur de pas décrit la distance dont un seul fil a besoin pour une rotation complète autour de la circonférence du fil litz (360 degrés).

Longeur du pas

Direction du pas

La direction de pas indique la direction de torsion ou de groupage de la construction de fil groupé. La pose en Z est groupée dans le sens des aiguilles d'une montre tandis que la pose en S est la direction de torsion opposée ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Direction de pas S-Lay et Z-Lay

TYPES DE FILS LITZ

Elektrisola propose une large gamme de fils litz haute fréquence. En raison des différentes demandes résultant du large champ d'applications, plusieurs types de fils litz sont disponibles.

Aperçu des types de fils Litz

Le tableau suivant présente un aperçu des variantes de produits de base et de leurs valeurs de référence techniques. Pour une comparaison directe des caractéristiques des types de produits sélectionnés, cliquez sur le lien ci-dessous.

 Voir le tableau "Aperçu des types de fils Litz"

Fil de base Litz

Les fils de base litz sont regroupés en une ou plusieurs étapes. Pour des exigences plus strictes, il sert de base pour le service, l'extrusion ou d'autres revêtements fonctionnels.

 Voir les détails techniques "Basic Litz Wire"

Fil de Litz scotché

Une isolation supplémentaire peut être ajoutée en enroulant un ruban autour du fil litz de base. Une rigidité diélectrique accrue, une tension de claquage élevée, une endurance thermique ainsi qu'une flexibilité peuvent être obtenues par une combinaison appropriée de matériau de rubanage, de nombre de bandes et du degré de chevauchement des bandes.

 Voir les détails techniques "Fil Litz Taped"

EFOLIT^®

Pour les applications de sécurité exigeant une rigidité diélectrique élevée certifiée explicite, notre famille EFOLIT ® - Litz Wire fournit une isolation renforcée avec au moins trois couches de ruban. Des tensions de fonctionnement jusqu'à 1414 V crête pour les deux classes de température F/155° C et H / 180° C peuvent être fournies. La certification VDE avec surveillance de fabrication garantit un haut niveau de performance approuvé et continu.

 Voir les détails techniques "EFOLIT"

Fil de Litz extrudé

Le revêtement des fils litz avec des matériaux thermoplastiques extrudés offre des options supplémentaires pour isoler électriquement les conducteurs en fil litz. Les revêtements extrudés sont très flexibles et peuvent également fournir une protection supplémentaire contre l'humidité et l'exposition aux produits chimiques.

 Voir les détails techniques "Fil de Litz extrudé"

Fil de Litz profilé

Les fils de litz de base et certains types de fils de litz servis ou enregistrés peuvent être produits avec une section transversale carrée ou rectangulaire par un processus de profilage. Le profil compacté fournit un facteur de remplissage de cuivre optimisé pour des propriétés électriques plus efficaces dans les bobines enroulées.

 Voir les détails techniques "Profilé Litz Wire"

Fil Litz avec décharge de traction

Les très petits fils de litz ou les fils de litz avec une forte demande de résistance à la traction ou de résistance à la flexion peuvent être renforcés avec un mono ou un multifilament à haute résistance. Pour de meilleures performances, ces filaments sont placés au centre du fil litz. Dans certains cas, il suffit d'intégrer simplement le filament de décharge de traction en tant qu'élément non conducteur groupé dans le fil litz.

 Voir les détails techniques "Litz Wire with Strain Relief"

Fil de lits recouvert

Les fils Litz peuvent être servis en spirale avec différents matériaux tels que le nylon très fin ou la soie naturelle. Pendant le processus de service, le fil litz est recouvert par le textile en une ou plusieurs couches. La stabilité dimensionnelle, la flexibilité et les performances d'imprégnation sont améliorées par les matériaux de service.

 Voir les détails techniques "Served Litz Wire"

Fils Smartbond Litz

Les bobines autoportantes peuvent être produites avec des processus d'enroulement automatisés utilisant des fils litz munis d'un adhésif «Smartbond». Des bobines très minces peuvent être produites avec la construction auto-adhésive unique de Smartbond offrant un espace supplémentaire pour les concepteurs ou pour aider à atteindre les objectifs de miniaturisation.

 Voir les détails techniques "Smartbond"

Dimensions

Données techniques par dimensions

Pour une sélection rapide d'un fil litz approprié, des filtres peuvent être appliqués à toutes les caractéristiques du fil litz indiquées dans le tableau ci-dessous.

Pour simplifier votre recherche, vous pouvez saisir des données min et max pour toutes les caractéristiques. Par exemple, vous pouvez entrer un min et un max dans une colonne telle que la résistance nominale et obtenir des constructions de fil litz en conséquence, qui répondent à ces critères.

D'autres dimensions et constructions sont disponibles sur demande.

Toutes les données sont basées sur la norme EN 60317-11.

  Voir "Données techniques par dimension"

CONCEPTION ET CALCUL

L'utilisation du fil litz pour différentes applications est un processus très complexe, car il doit correspondre le mieux à des problèmes techniques trèsdifférents. Dans ce chapitre, quelques considérations de base pour aider à concevoir un fil litz sont données.

 Résistance totale de Litz Wire

 Diamètre extérieur et sections transversales du fil Litz

  Facteurs de remplissage

 Fondamentaux électromagnétiques

  Effet de peau et profondeur de la peau

 Effet de proximité

 Diamètre de fil unique en fonction de la plage de fréquence

 Calcul des pertes de fil Litz haute fréquence

Résistance totale du fil Litz

La résistance totale d'une construction de fil litz donnée est déterminée par la résistance spécifique du matériau conducteur, le diamètre nominal et le nombre de fils simples, le nombre d'étapes de groupage, la longueur de pose choisie et les influences supplémentaires spécifiques au processus.

La valeur de résistance du fil unique peut être obtenue à partir des données techniques fournies par Elektrisola.

 Voir "Caractéristiques techniques du fil de cuivre émaillé"

En utilisant la procédure décrite dans la norme DIN EN 60317-11, la résistance totale d'un fil litz peut être calculée comme suit:

valeur nominale de la résistance du fil litz

Diamètre extérieur et sections transversales du fil Litz

Le diamètre extérieur nominal dépend de la méthode de torsion (directement, librement groupée ou groupée concentriquement), du nombre d'étapes de groupage, de la direction du pas, de la longueur de la pose et du diamètre nominal sélectionné des fils simples. La DO est également influencée par des facteurs spécifiques au processus.

En raison de la flexibilité naturelle du fil litz, du rayon de courbure et de la stabilité dimensionnelle dépendante de la tension d'enroulement, le diamètre extérieur nominal est approximé par une valeur moyenne en combinaison avec une méthode de mesure définie.

Le diamètre extérieur nominal d'un fil de litz groupé peut être calculé en suivant la norme DIN EN 60317-11 avec la formule suivante:

avec facteur d'emballage k PF , voir tableau ci-dessous

nombre de fils simples

 Voir "Caractéristiques techniques du fil de cuivre émaillé"

La section transversale en cuivre du fil litz résulte de la somme des sections transversales en cuivre à un seul fil

avec le carré du diamètre extérieur calculé du fil litz.

Facteurs de remplissage

Facteur de remplissage du fil Litz

Le facteur de remplissage du fil litz est la relation entre la section transversale du cuivre et la section transversale globale

Ce facteur dépend du choix du diamètre nominal du fil unique, du nombre d'étapes de groupage, de la longueur de la pose, de la direction du pas et de l'épaisseur du matériau isolant ainsi que de l'influence d'autres paramètres du processus.

Le facteur de remplissage du fil litz diminue à section transversale totale constante du cuivre, les fils simples devenant plus fins. Étant donné que la zone associée aux espaces d'air intermédiaires et à l'émail augmente de manière disproportionnée, le diamètre extérieur du fil litz et la section transversale totale augmentent.

Il en est de même pour un diamètre extérieur donné constant, car ici au contraire la section du cuivre doit être réduite successivement.

Les graphiques suivants montrent cette relation au moyen d'un fil de litz avec une section de cuivre constante et plusieurs fils simples de diamètre différent.

Le graphique “ Relation entre le fil simple, la section transversale de litz et le diamètre extérieur ” montre l'augmentation du diamètre extérieur avec l'augmentation du diamètre nominal du fil unique.

Le graphique “Relation entre le fil unique, la section transversale de litz et le facteur de remplissage” illustre la réduction du facteur de remplissage du cuivre avec l'augmentation du diamètre nominal du fil unique

En enroulant des fils de litz de forme ronde sur des profilés carrés, le facteur de remplissage peut être encore augmenté, voir graphique “Comparaison du facteur de remplissage de litz rond et profilé ”, ligne verte.

Dans ce cas, la proximité plus étroite des enroulements voisins permet d'augmenter à nouveau le facteur de remplissage de la bobine. Il est préférable d'utiliser des diamètres de fil unique plus épais que 0,1 mm ou 38 AWG, car les fils de litz constitués de fils individuels plus fins sont plus sensibles aux contraintes mécaniques.

Facteur de remplissage de bobine

Ce facteur dépend du facteur de remplissage du fil litz et du facteur d'emballage des enroulements de la bobine.

Le facteur de remplissage optimisé d'une bobine en utilisant des fils de litz profilés peut être vu dans le schéma ci-dessous

Comparaison du facteur de remplissage de la bobine avec le fil Litz rond et profilé

Le facteur de remplissage de la batterie avec l'unité [%] peut être calculé comme suit

 Les fils de litz profilés ainsi que les constructions de fils de litz utilisant
 Smartbond ont des performances plus efficaces en raison de leur facteur de remplissage élevé.

Fondamentaux électromagnétiques

Calcul des pertes de fil Litz haute fréquence

Les pertes à haute fréquence dépendent des influences cumulées des différents mécanismes de perte, ainsi que des conditions de travail attendues d'une application individuelle. Par conséquent, un simple calcul de type formule différenciée n'est pas possible sans une compréhension plus approfondie et des outils supplémentaires.

Règle de la main droite

Un courant I circulant à travers un conducteur droit crée un champ magnétique B, dont les lignes de champ sont placées concentriquement autour du conducteur. Si un conducteur droit est saisi avec la main droite et que le pouce pointe dans la direction du courant circulant I, les doigts pointent dans la direction du champ magnétique circulaire B.L'élément B est également appelé densité de flux magnétique, qui est proportionnelle à l'intensité du champ magnétique H et la perméabilité magnétique dépendant du matériau µ:

et perméabilité relative, rapport de la perméabilité d'un milieu spécifique à la perméabilité de l'espace libre

Principe de la règle de la main droite

Rapport réactance / résistance X / R

R AC / R DC

La résistance complexe d'une bobine est définie comme l'impédance Z = R + jX qui est un vecteur et constituée de la résistance R représentant la composante réelle et de la réactance X représentant la composante imaginaire.

Le courant circule de plus en plus le long de la surface extérieure du conducteur avec une fréquence croissante. La résistance de courant alternatif mesurée X, également appelée R AC, augmente par rapport à la résistance de courant continu R , parfois appelée R DC . Avec l'augmentation des valeurs de résistance, les pertes ohmiques par la résistance de courant alternatif augmentent et peuvent même dépasser les pertes par résistance de courant continu à hautes fréquences.

Le rapport X⁄R , parfois appelé rapport R AC / R DC, décrit la résistance de courant alternatif normalisée à la résistance de courant continu ( X⁄R ≥1 ) et est un indicateur des performances haute fréquence d'un fil litz. Le rapport X⁄R peut être mesuré ou calculé avec une précision suffisante dans la plupart des cas pour une construction de fil litz donnée et il est souhaité qu'il soit typiquement compris entre 1 et 12 pour la plage de fréquences respective. Outre le choix correct de la dimension du fil unique, la conception de la construction du fil litz joue un rôle tout aussi important.

Le graphique “Ratio Litz Wire Rac / Rdc par rapport au diamètre et à la fréquence du fil unique ” montre la tendance R AC / R DC calculée en fonction de la fréquence de cinq constructions de fils litz différentes avec la même section de cuivre. Il montre que la résistance du courant alternatif et les pertes de courant alternatif augmentent avec la fréquence et l'épaisseur du diamètre de fil unique. À une fréquence cible de 1 MHz, la construction avec des fils simples de 50 µm donne les meilleurs résultats. Dans ce cas, le rapport R AC / R DC associé de 1,29 est encore nettement plus élevé par rapport à la valeur optimale de 1,0. Dans ce cas par exemple, une première étape d'amélioration pourrait être la sélection d'un diamètre de fil unique plus petit et / ou l'optimisation de la construction de groupage.

Facteur de qualité de la bobine

Le facteur de qualité Q mesure la liberté de pertes d'un système électrique ou mécanique oscillant.

A titre d'exemple, un facteur Q plus élevé indique un taux de perte d'énergie plus faible par rapport à l'énergie stockée du résonateur, les oscillations s'éteignent plus lentement. Un pendule suspendu à un roulement de haute qualité, oscillant dans l'air, a une valeur Q élevée. Alors qu'un pendule immergé dans l'huile a une faible valeur Q.

Dans un circuit électrique oscillant constitué d'une bobine à air d'inductance L, de capacité C et de résistance ohmique R, le facteur Q mesure la relation entre l'énergie totale d'une oscillation et sa perte d'énergie par oscillation. Une caractéristique importante d'un système de haute qualité est l'utilisation d'une bobine avec un facteur Q élevé.

Le facteur de perte de la bobine de base est sa résistance R L . La résistance R L augmente avec la fréquence croissante, influencée par l'effet de peau et de proximité dépendant de la fréquence.

La relation générale de la qualité peut être décrite comme

avec différents facteurs d'influence qui interfèrent les uns avec les autres et conduisent à une tendance dépendant de la fréquence du facteur de bobine Q, comme suit

Fréquence de bobine f [Hz]

Le facteur Q augmente avec la fréquence croissante et diminue à nouveau à un certain point en raison des pertes haute fréquence croissantes disproportionnées et de l'influence positive des caractéristiques de construction des fils litz telles que le nombre de fils simples, le diamètre nominal et la longueur de la pose.

Inductance de bobine L [H]

Le facteur Q de la bobine augmente avec l'inductance L croissante (c'est-à-dire avec un nombre accru d'enroulements N), l'influence négative de la perte de résistance de bobine accrue R qui en résulte compense cet effet uniquement à des fréquences plus élevées. L'auto-capacité de la bobine augmente avec le nombre d'enroulements.

Résistance de la bobine R [Ω] en fonction de la fréquence f

Les pertes ohmiques de la résistance de la bobine sont influencées par la section transversale totale du conducteur A CCS . La réduction de R conduit initialement à un facteur Q accru, mais à des fréquences plus élevées vient une diminution plus forte du facteur Q en raison de l'augmentation des pertes à haute fréquence.

Une influence positive du facteur Q par la construction du fil litz peut être possible (nombre de fils simples, diamètre nominal, longueur de pas, etc).

Le graphique “Tendances des facteurs de qualité Q (f)” pour différentes bobines planaires montre l'influence de la construction du fil litz et de la construction de la bobine sur la tendance du facteur Q de la bobine au moyen de trois bobines planaires mesurées avec 12 enroulements et différentes constructions de fils Smartbond litz .

En réduisant la longueur de pose à 10 mm, indiquée par une ligne rouge dans le graphique, le facteur Q de la bobine peut être augmenté sur toute la gamme de fréquences par rapport à la ligne continue bleue avec une longueur de pose de 26 mm. Si l'augmentation du facteur Q de la bobine n'est nécessaire que pour une plage de fréquence sélective comme dans cet exemple jusqu'à 150 kHz, il peut être suffisant pour une longueur de couche plus longue d'augmenter l'inductance de la bobine L en choisissant un nombre plus élevé d'enroulements, qui sont dans ce exemple dans une plage de 12 à 17. Ici, le facteur Q augmente pour la plage de fréquence indiquée, mais diminue plus rapidement pour les fréquences plus élevées, comparez la ligne pointillée bleue avec la ligne continue rouge.

Effet de peau et profondeur de la peau

Le courant provoque des champs magnétiques concentriques, à la fois internes et externes au conducteur. Dans le schéma suivant Principe de l'effet de peau et de la profondeur de la peau , cela est présenté par l'intensité du champ magnétique H.

La partie du champ magnétique à l'intérieur du conducteur lui-même crée des courants de Foucault concentriques et interférents qui influencent le flux de courant vers la surface extérieure de la section transversale avec une fréquence croissante f. En raison de cet effet, la soi-disant profondeur de peau δ du courant diminue, où δ est la distance de la surface des conducteurs dans la direction centrale, à laquelle la densité de courant est tombée à 1⁄e (e = constante d'Euler) de la valeur d'amplitude (voir ci-dessous). Ainsi, la résistance ohmique mesurable devient dépendante de la fréquence et augmente en valeur avec une fréquence croissante. Par conséquent, les pertes thermiques augmentent proportionnellement à l'augmentation de la résistance électrique.

Principe de l'effet de la peau et de la profondeur de la peau

La formule simplifiée suivante décrit l'effet de peau uniquement dans les cas où δ est inférieur ou égal à un tiers du diamètre minimal du conducteur et inférieur à un quart pour les constructions carrées.

avec

μ 0 constante de champ magnétique, perméabilité de l'espace libre
σ conductivité du matériau conducteur
f fréquence du courant électrique à travers le conducteur

Le tableau ci-dessous montre la dépendance entre la profondeur de la peau et la fréquence .

profondeur de la peau par rapport à la fréquence

Des pertes de fréquence plus élevées sont également causées par l'effet de proximité externe et interne.

Effet de proximité

Effet de proximité externe

L'effet du déplacement de courant peut également être causé par l'influence des champs magnétiques alternatifs externes de conducteurs voisins ou d'autres composants électriques, veuillez consulter le schéma d'illustration ”Effet de proximité externe”.

Contrairement aux courants de Foucault, qui sont induits par l'effet de peau, les courants de Foucault induits par l'effet de proximité externe ne sont pas symétriques en rotation par rapport au centre du deuxième conducteur. La raison en est le champ magnétique alternatif du premier conducteur, qui est créé par un courant électrique appliqué de l'extérieur à travers le premier conducteur.

Effet de proximité externe

Ainsi, les courants de Foucault induits ont presque la même direction à n'importe quel endroit sur le conducteur affecté. Les courants de Foucault provoquent des pertes ohmiques, qui conduisent à une augmentation apparente de la résistance ohmique comme décrit dans la section précédente de l'effet peau. L'énergie nécessaire pour déplacer ces courants de Foucault est fournie par le champ magnétique provoquant le courant externe. En raison de cette interférence générale entre les courants de Foucault et son champ magnétique, des pertes supplémentaires à haute fréquence peuvent également se produire dans tout autre matériau conducteur voisin.

Effet de proximité interne

Les champs magnétiques alternatifs des fils simples (brins) d'un fil litz créent également des pertes dans les brins voisins par les courants de Foucault. Étant donné que ces champs sont créés à l'intérieur du fil litz par les brins eux-mêmes, cet effet est appelé effet de proximité interne mais formellement considéré comme appartenant à l'effet de peau, voir le schéma de déplacement actuel ci-dessous.

Effet de proximité interne

En conséquence, les pertes électriques d'un fil litz par effet de proximité interne augmentent avec les fréquences croissantes et peuvent même, dans certains cas, dépasser les pertes d'un conducteur solide avec la même résistance continue.

La figure “Effet de proximité interne ” montre la distribution non homogène du courant entre les fils simples voisins (densité de courant passant du bleu au rouge).

Cet effet démontre qu'il existe une plage de fréquence optimale pour les fils litz, dans laquelle les pertes sont plus faibles que pour un conducteur massif. Au-delà de cette plage, l'utilisation de plusieurs fils simples tels qu'un fil litz peut avoir des effets négatifs.

L'effet de peau et l'effet de proximité sont les aspects les plus importants pour considérer les pertes à haute fréquence dans les conducteurs électriques où l'influence combinée de l'effet de proximité interne et de l'effet de proximité externe domine. Pour une fréquence de travail spécifiée, dans la plupart des cas, seule une construction en fil de litz peut aider à réduire ces pertes. Dans ce cas, les paramètres de construction tels que le nombre de fils simples, le diamètre du fil unique, le nombre d'étapes de groupage, la longueur de la pose (pas) et la direction de la pose doivent être spécifiés pour chaque application. En même temps, il faut veiller à ce que chaque fil unique occupe chaque endroit de la section transversale du fil litz de manière cohérente dans une longueur définie de sorte que chaque fil conserve la même longueur et la même résistance. En combinaison avec des fils simples émaillés, les fils litz sont appelés fils litz haute fréquence (HF) dans ce contexte.

Diamètre de fil unique en fonction de la plage de fréquence

La conception et la construction d'un fil litz haute fréquence et ses performances électriques résultantes dépendent de nombreux facteurs. Différentes approches de conception peuvent générer des valeurs de performance similaires, mais une expérience est nécessaire pour spécifier correctement la construction de fil litz qui peut être fabriquée de manière économique et cohérente. Le choix correct du diamètre de fil unique et du nombre de faisceaux et de sous-faisceaux est donc une considération importante pour chaque application spécifique.

Le tableau   Diamètre de fil unique par rapport à la plage de fréquence montre la relation entre le diamètre de fil unique recommandé et la plage de fréquences.

Calcul des pertes de fil Litz haute fréquence

Sélection des paramètres Litz Wire

Conception des fils Litz - les aspects suivants sont traités dans ce chapitre:

I Litz: Principales influences des paramètres de construction

II Sélection du diamètre de fil unique

III Sélection de la construction de groupage

IV Exemple: fil Litz pour enroulement de couche HF

V Comparaison: présélection selon. Charles R. Sullivan

Abréviations

Caractéristiques du fil I Litz: Principale influence des paramètres de construction

Les performances d'un fil litz sont déterminées par ses caractéristiques électriques, mécaniques, thermiques et chimiques. Alors que les exigences thermiques et chimiques sont satisfaites par la sélection de matériaux d'isolation appropriés, c'est-à-dire l'émail, les caractéristiques électriques et mécaniques dépendent principalement des paramètres choisis de la construction de groupage.

Le tableau suivant Influence des paramètres de fil litz sur les caractéristiques de fil litz donne un aperçu de l'influence mutuelle des paramètres de construction sur les caractéristiques électriques et mécaniques les plus importantes d'un fil litz.

Le tableau Principaux paramètres d'influence pour les bobines HF montre un aperçu des critères de fil litz réduits à la pertinence typique des bobines haute fréquence.

Souvent, il peut y avoir des demandes contradictoires dans chaque application qui doivent être pensées entièrement réglées entre Elektrisola et le client. L'expertise d'Elektrisola dans la conception de fils litz et la construction de fils litz, associée aux attentes de performance des clients pour leur application, aboutit à un produit final présentant les meilleurs aspects de performance, de capacité de traitement et de rentabilité.

II Sélection du diamètre nominal monofilaire

Le choix correct du diamètre nominal du fil unique est l'un des aspects les plus importants de la conception d'un fil litz car cela affecte directement les performances du fil litz (voir R AC / R DC -Ratio ). En même temps, il influence également toutes les caractéristiques mécaniques.

Voir le tableau «Influence des paramètres de fil litz sur les caractéristiques de fil litz

La relation entre le diamètre du fil unique et la fréquence de fonctionnement dominante et la profondeur de peau attendue de l'appareil est indiquée dans le tableau

voir les valeurs approximatives dans le tableau

En général, du fait de l'effet de peau, plus la fréquence de fonctionnement est élevée, plus le diamètre nominal du fil unique doit être petit. Pour considérer l'interaction entre plusieurs diamètres de faisceau OD Bundle avec des profondeurs de peau δ de manière simplifiée, le diamètre maximal du fil unique doit être inférieur ou égal à près d'un tiers de δ:

f  = 200 kHz
δ ≈ 0,172 mm
Ø_SW  ≈ 0,063 mm

En ce qui concerne l'influence sur les performances mécaniques du fil litz pour des sections transversales de cuivre totales équivalentes, vous pouvez supposer ce qui suit:

Plus le diamètre nominal du fil unique est petit,

• plus flexible et plus doux le fil litz
• plus petit le rayon de courbure minimal est
• meilleure performance flexlife
• plus grand le diamètre extérieur total du fil litz
• plus petit le facteur de remplissage du fil litz
• plus les coûts de fil unique

III Sélection de la construction de groupage

Lorsque le nombre de fils simples est déterminé pour l'application, la construction de groupage spécifique peut être choisie. Les fils de litz plus fins avec un plus petit nombre de fils simples (généralement <60) sont groupés en une seule étape, les fils de litz plus épais et plus complexes sont groupés en plusieurs étapes.

La construction de groupage est spécifiée par la définition de la longueur de pose (pas), de la direction de groupage (S ou Z) et du nombre de groupements et d'étapes de groupage. Une sélection appropriée des paramètres de groupage est nécessaire pour garantir des électriques, mécaniques et de traitement optimales du caractéristiques fil litz.

Nombre de lots et étapes de regroupement

Des paramètres tels que la section transversale totale du cuivre, la résistance électrique ou la densité de courant définissent le nombre requis de fils simples, qui peuvent être divisés en plusieurs faisceaux et étapes de groupage. En tenant compte de ces facteurs, les faisceaux de la première étape de groupage peuvent être conçus pour des performances optimales à haute fréquence. Compte tenu de ces facteurs, le nombre de fils simples dans un faisceau est généralement inférieur à soixante.

Il y a 4 constructions de groupage de base généralement utilisées dans l'étape finale de groupage: la construction de 3, 4, 5 et 7 faisceaux concentriques.

Constructions à 3, 4 et 5 faisceaux

Ces constructions de groupage montrent une bonne performance de groupage avec une distribution statistiquement homogène des fils simples à travers la section transversale du fil litz. Ces constructions sont préférées pour des performances optimales à haute fréquence. La construction à 5 faisceaux est préférée en raison de son profil rond, car la rondeur augmente avec un plus grand nombre de faisceaux.

Constructions Litz Wire avec 3, 4 et 5 lots

Construction de faisceau concentrique 7

Ces constructions concentriques, également appelées «bundling 1 + 6», présentent à la fois une grande flexibilité et une bonne stabilité dimensionnelle et rondeur. Un faisceau fonctionne toujours de manière centralisée, de sorte que cette construction est moins adaptée aux applications nécessitant des performances optimales à haute fréquence en raison de la différence de résistance totale entre les faisceaux. Afin de compenser les différences de longueurs de faisceau pour l'étape finale de groupage, la direction de pas du faisceau central est opposée à la direction des faisceaux extérieurs concentriques. Par conséquent, la direction de pas du faisceau central représente toujours la direction de pas de l'étape finale de groupage.

Les constructions de base précédentes peuvent être combinées les unes avec les autres indépendamment du nombre d'étapes de groupage et de la complexité des exigences électriques et mécaniques. Des constructions spéciales sont possibles.

Constructions Litz Wire avec 7 Bundles

Sélection de la longueur du pas et de la direction du pas:

La longueur de pose détermine la compacité mécanique et les performances haute fréquence d'un faisceau. Une mesure de l'étanchéité d'une étape de groupage est le soi-disant facteur de groupage. Il proportionnera la longueur de la pose au diamètre extérieur du faisceau et se situe généralement dans la plage de 15 mm à 20 mm:

Facteur de groupage

Le facteur de groupage f B peut être calculé comme suit

En fonction de la direction du pas, le facteur de groupage pour les étapes de pré-groupage est souvent choisi plus haut dans de nombreux cas.

Pour la sélection de la longueur du pas et de la direction du pas, les énoncés de base suivants peuvent être supposés:

Plus la longueur de la pose est petite,

• plus la construction est compacte, rigide et dimensionnellement stable
• plus le diamètre extérieur du faisceau est grand
• si des performances optimales à haute fréquence sont requises, une combinaison optimale de directions de pas alignées pour toutes les étapes de groupage doit être choisie
• les directions de pas contre-rotatives de plusieurs étapes de groupage doivent être préférées pour les constructions de fil litz complexes, où une flexibilité mécanique élevée est requise
• pour les bobines enroulées, la longueur de la pose doit être dans la plage du plus petit diamètre d'enroulement

Le tableau Constructions et caractéristiques de litz en option présente un aperçu des différentes conceptions d'un fil de litz 270 x 0,071 mm et de ses caractéristiques.

IV Exemple: fil Litz pour enroulement de couche haute fréquence

Dans de nombreux cas, les bobines haute fréquence sont enroulées en couches avec un petit nombre d'enroulements. Habituellement, ces fils litz sont servis avec de la soie ou du nylon, car un enroulement exact en couches n'est possible qu'avec des fils litz qui conservent leur forme ronde sur la bobine de bobine également avec une tension d'enroulement appliquée. Dans certains cas également des fils de Litz non desservies fils de Litz de base peuvent être utilisés. Ici, une attention particulière est requise pour sélectionner des constructions solides et dimensionnellement stables. Néanmoins, étant donné qu'une petite déformation elliptique n'est pas évitable, cela doit être compensé en réduisant le diamètre extérieur total de manière appropriée. Pour cette raison, avec un diamètre extérieur maximal donné dans ce cas, un fil de litz servi peut présenter une section transversale de cuivre plus élevée qu'une construction non desservie.

Exemple

Un exemple montre la présélection simplifiée d'une construction de fil litz pour un enroulement de couche avec 30 enroulements et une fréquence de fonctionnement de 200 kHz. On suppose une fenêtre d'enroulement avec une taille utile effective de largeur par hauteur: 25,8 mm x 8,0 mm.

Construction de couches

En fonction de la technologie d'enroulement, les enroulements de couche peuvent être construits en couches avec un nombre égal ou alterné d'enroulements. Pour la présélection, il est possible de calculer approximativement avec le même nombre de fils simples par couche. Il en résulte 3 couches avec 10 enroulements chacune pour la fenêtre d'enroulement, et un max calculé. diamètre extérieur du fil de litz traité de d LW = 25,8 mm ⁄ 10 = 2,58 mm.

Diamètre de fil unique

Plus la fréquence de fonctionnement appliquée est élevée, plus les fils simples deviendront petits. Dans le même temps, les coûts pour le fil unique augmenteront avec un diamètre nominal plus petit d SW , ainsi que pour le processus de groupage avec une complexité croissante de la construction de groupage. En ce qui concerne l'interaction entre l'épaisseur des sous-faisceaux et la profondeur de peau dépendant de la fréquence δ, le rapport d SW ≤ δ / 3 peut être pris approximativement comme indicateur pour le choix du diamètre nominal du fil unique. En pratique, il représente un compromis de travail entre les performances de fréquence et les coûts. En fonction de l'application et des exigences techniques, des variations sont également autorisées et courantes.

Dans ce cas, un diamètre nominal d SW = 0,063 mm est suffisant pour une première approche (voir exemple ci-dessus, section II).

Construction de groupage

Le diamètre extérieur total d'un fil litz dépend de la stabilité dimensionnelle des fils individuels groupés pendant le processus d'enroulement. Pour prendre cela en considération comme valeur empirique, le diamètre extérieur maximal calculé du fil de litz traité d LW = 2,58 mm, voir ci-dessus, doit être réduit de 10% à d SW = 2,32 mm pour le matériau de service et de 15% à 20% à d SW = 2,19 mm pour la construction non desservie.

Le fil litz non servi doit être groupé de manière compacte, par exemple, cela signifie une petite longueur de pas et la même direction de pas par étape de groupage. Les constructions avec 4 paquets ou 5 paquets sont préférables.

La tableau conception du fil Litz du pour une bobine HF avec fenêtre d'enroulement spécifique montre une comparaison entre les constructions de fil litz desservies et non servies appropriées pour des fréquences de fonctionnement de 50 kHz, 125 kHz et 200 kHz et une fenêtre d'enroulement de largeur x hauteur = 25,8 mm x 8,0 mm.

Dans ce cas, pour l'enroulement de couche souhaité

• Le facteur de remplissage en cuivre du fil litz servi est un peu plus petit que celui du fil litz de base. Le nombre de fils simples et donc la section transversale totale en cuivre du fil litz non desservi augmente encore.
• Le facteur de remplissage en cuivre de la fenêtre d'enroulement est généralement compris entre 25% et 30%. Il est plus élevé pour le fil litz servi que pour le fil litz basique non desservi en raison de sa section transversale de cuivre totale plus élevée.
• Une construction à 5 faisceaux permet une structure de fils de litz symétrique avec des sous-faisceaux de beaucoup moins de 60 fils simples.

Si l'enroulement de couche n'est pas nécessaire et qu'une bobine enroulée de manière aléatoire peut être utilisée, il est possible de produire un fil de litz très flexible et doux. Dans ce cas, les enroulements de bobine s'accrochent les uns aux autres, les espaces intermédiaires sont remplis de manière optimale et ainsi le facteur de remplissage en cuivre de la fenêtre d'enroulement peut à nouveau être augmenté. Alternativement, l'utilisation de
fils de litz profilés est également possible. Il est également important de s'assurer que la section transversale en cuivre de la conception permet d'atteindre la capacité de courant requise de l'application.

V Comparaison: présélection selon. à Charles R. Sullivan

Une autre méthode de présélection simplifiée des fils litz pour les bobines RF est proposée par Charles R. Sullivan de la Thayer School of Engineering de Dartmouth, aux États-Unis, dans son étude Simplified Design Method for Litz Wire.

Les paramètres utilisés sont la profondeur de peau, la fréquence de fonctionnement, le nombre d'enroulements de la fenêtre d'enroulement, la largeur de la fenêtre d'enroulement, et à partir de cette constante calculée k est nécessaire. Ce procédé propose ensuite un certain nombre de constructions de fil litz appropriées consistant en un diamètre de fil unique nominal, un nombre maximum de fils simples pour la première étape de groupage, et le nombre de faisceaux pour toute étape supplémentaire de groupage.

Ceci est accompli dans les étapes suivantes:

1. Détermination de la profondeur de peau δ calculée à partir de la résistance spécifique du conducteur ρ, de la fréquence de fonctionnement f et de la perméabilité µ 0 .

2. Définition de la largeur disponible b W de la fenêtre d'enroulement et du nombre d'enroulements N W requis pour une construction de bobine donnée. En option, une construction avec un entrefer peut être envisagée.

3. Calcul des valeurs approximatives du nombre total recommandé de fils simples n SW en fonction de plusieurs diamètres nominaux de fils simples d SW . Le nombre effectivement appliqué de fils simples pour un diamètre nominal spécifique peut s'écarter de la valeur calculée jusqu'à ± 25%.

4. La sélection du diamètre nominal de fil unique et du nombre de fils simples est effectuée. Suite à cette sélection, on détermine lequel des diamètres de fil unique tabulaires (et des combinaisons de nombres) en fonction d'un nombre donné d'enroulements s'insère dans la fenêtre d'enroulement. Une plage de facteur de remplissage de cuivre de fenêtre d'enroulement de 25% à 30% est supposée. Les demandes concernant la résistance du fil litz et la capacité de courant doivent être déterminées. Des constructions alternatives avec des fils simples plus gros sont également possibles.

5. L'interaction entre la profondeur de peau et le diamètre du faisceau est prise en compte: Le calcul du nombre maximum de fils simples n SW1max de la première étape de groupage dépend de la profondeur de peau influencée par la fréquence δ et du diamètre de fil unique choisi d SW .

6. Une partie du nombre total calculé de fils simples, voir (3), sur plusieurs combinaisons d'étapes de groupage de constructions de 3, 4 et 5 faisceaux.

Une recommandation de certaines longueurs de groupage ou directions de groupage des constructions n'est pas donnée dans ce contexte. Il est laissé aux fabricants de fil litz.

Le tableau lié Comparaison des approches de conception compare la sélection précédemment donnée liée à la pratique des constructions typiques d'Elektrisola avec celles selon la méthode de Ch. R. Sullivan. Il est lié à une bobine enroulée en couches et à une fenêtre d'enroulement de 25,8 mm x 8 mm et à des fréquences de fonctionnement de 50 kHz, 125 kHz et 200 kHz.

Le tableau montre que les fils litz, sélectionnés avec l'approche pratique, correspondent étroitement aux constructions sélectionnées avec la méthode Sullivan. Ils couvrent implicitement les fonctionnalités de base recommandées:

• le nombre total de fils individuels des échantillons liés à la pratique se situe dans la plage suggérée par la méthode de Sullivan.
• l'application combinée de constructions à 3, 4 ou 5 faisceaux fait partie intégrante des conceptions de fils de litz typiques d'Elektrisola (voir tableau 5).
• les fils simples des faisceaux de base dans la première étape de groupage sont indépendants de la construction respective et libres typiques d'Elektrisola sélectionnables dans un nombre de 60 fils simples (voir tableau 5).
• des réductions de coûts sont possibles avec des constructions conçues pour des fils simples plus épais ( d SW ≤ δ / 3) (voir tableau 5), qui montrent que le Sullivan recommandait un regroupement de base idéal de ≤ 64 à 36 fils simples.
• outre la réduction des coûts, ces constructions peuvent en outre augmenter le facteur de remplissage du fil litz et de la fenêtre d'enroulement (voir tableau 5).
• Grâce à une sélection rigoureuse de la longueur et de la direction de groupage, le produit peut être spécifié de manière optimale pour chaque application unique

Par conséquent, les concepts de conception appliqués d'Elektrisola pour les fils litz à haute fréquence comprennent généralement des exigences à la fois pratiques et théoriques.

Aperçu des abréviations

TRAITEMENT DU FIL LITZ

Technologies de connexion pour les fils Litz

La technologie de connexion des fils litz pose souvent un défi. Le tableau Technologies de connexion donne des informations sur les technologies de connexion généralement applicables. Seuls les facteurs d'influence les plus importants ont été classés. Beaucoup d'autres, tels que le type d'émail et l'épaisseur d'isolation des brins simples, la résistance thermique de l'isolant supplémentaire, la construction des torons (serré / compact ou large / flexible), ont été laissés sans considération.

Veuillez nous contacter si des informations sur les connexions au fil d'alliage litz sont nécessaires ou pour toute autre question.

Détermination de la tension d'enroulement sur le fil Litz

La tableau Max. la tension d'enroulement sur des brins de fil unique indique la force d'enroulement maximale recommandée. La tension maximale réalisable pour les fils litz peut être calculée en multipliant le nombre de brins simples par la tension d'enroulement appropriée du brin unique. Indépendamment de ce calcul, pour des diamètres de fil litz plus épais que 5 mm, des limites de tension de (420 N) pour les métaux durs et (270 N) pour le cuivre et les métaux mous sont recommandées.

Ces valeurs sont indicatives et peuvent varier considérablement en fonction du processus de fabrication.

Bobines

Une grande variété de bobines et de matériaux d'emballage conçus spécifiquement pour chaque type de bobine est disponible. La sélection des bobines se fait en étroite collaboration avec le client en tenant compte du processus de production du client et de la disponibilité des types de bobines.

Il existe des types spécifiques de bobines pour fil dans le monde occidental, c'est-à-dire en Europe et en Amérique, et dans le monde asiatique.

Les types de spools disponibles peuvent être extraits des tables suivantes.

Types de bobines

Applications

Elektrisola fournit du fil litz haute fréquence pour les applications suivantes, y compris les certifications et exigences conformes aux normes de chaque secteur.

Contenu

1. Automobile
   1. Composants EV contenant du fil litz
      1. Chargeur embarqué
      2. Convertisseur DC / DC
      3. Chargeur sans fil
      4. Station de charge
      5. Moteur électrique
      6. Relations de base entre Litz Wire et Power Electronic
   2. Chauffage intérieur
   3. Électronique intérieure

1. Industrie
   1. Alimentation à découpage
   2. Capteurs
2. Médical
   1. Prothèses auditives
   2. Autres applications
3. Appareil
   1. Cuisson inductive
4. Énergie renouvelable
   1. Onduleur solaire
5. Electronique grand public
   1. Alimentation à découpage
   2. Textiles intelligents
   3. Chargement sans fil
6. Câbles spéciaux

1.    Automotive

En réponse à une demande mondiale croissante de véhicules zéro émission, les constructeurs automobiles ont réalisé d'énormes investissements dans le développement de voitures électriques. ELEKTRISOLA était le choix logique en tant que partenaire précoce dans le développement de composants de charge EV innovants, fournissant un support technique et du fil litz aux principaux fournisseurs d'aujourd'hui. Aujourd'hui, les efforts de développement se poursuivent alors que les demandes incessantes de temps de charge plus rapides et d'efficacité accrue nécessitent des solutions de fil litz imaginatives.

1.1 Composants EV contenant du fil litz

• Chargeur embarqué (OBC)
• Convertisseur DC / DC
• Chargeur sans fil (WC)
• Station de charge
• Moteur de traction électrique

Le fil Litz est nécessaire pour que les composants répertoriés réduisent les pertes de cuivre à des fréquences plus élevées afin d'augmenter l'efficacité.

Véhicule électrique avec systèmes de charge en option

Fondamentaux électromagnétiques

Des densités de puissance plus élevées sont possibles en raison des améliorations d'efficacité résultant de l'utilisation de fil litz haute fréquence. Des constructions plus légères et moins chères peuvent être utilisées, ce qui augmente l'autonomie des batteries pour les véhicules électriques. En outre, une production moins chère grâce à des économies de matière est également possible.

Elektrisola propose une large gamme de fils litz, qui sont des matériaux de base et des facteurs déterminants de plusieurs composants de véhicules électriques, décrits dans les chapitres suivants.

1.1.1 Chargeur embarqué (AC / DC)

Général

Véhicule électrique avec chargeur embarqué connecté

Le chargeur embarqué (OBC) transfère la puissance du réseau vers la batterie de traction. Le chargeur convertit le courant alternatif en courant continu qui circule dans la batterie.

En cas de charge à partir d'un chargeur CC haute tension externe pour une charge très rapide, le chargeur intégré est contourné.

La tension d'entrée est le résultat de la structure du réseau local selon les considérations suivantes:

Détails techniques du chargeur embarqué

Système de charge embarqué

Le chargeur embarqué se compose principalement de l'étage de correction du facteur de puissance (PFC) et de l'étage de conversion DC-DC, illustrés dans la figure ci-dessus.

Avant et après les étapes, deux filtres de bruit pour la compatibilité électromagnétique (CEM) sont appliqués.

Étape de correction du facteur de puissance

L'étage PFC assure une consommation de courant sinusoïdale du réseau électrique public.

Un convertisseur élévateur remplit la correction du facteur de puissance.

L'élément pertinent pour l'efficacité à ce stade est la bobine haute fréquence, qui peut être réalisée sous forme de bobine simple ou double, selon la topologie.

Les fréquences de commutation sont généralement inférieures à 50 kHz.

Elektrisola peut optimiser tous les fils litz destinés à être utilisés en OBC avec l'objectif d'atteindre les rendements les plus élevés.

Etage de convertisseur CC-CC haute tension

Le convertisseur principal transfère l'énergie à travers un transformateur isolé galvaniquement. Ce transformateur haute fréquence est l'élément clé de l'OBC. Il transfère la puissance poursuivie du côté primaire au côté secondaire à travers l'entrefer, avec la plus grande efficacité possible.

Composants inductifs haute fréquence

Bobine haute fréquence pour la correction du facteur de puissance

Cette bobine est un élément central du convertisseur élévateur. Les fréquences de commutation vont jusqu'à 50 kHz, en fonction de la topologie du convertisseur.

Choke PFC avec fil Litz scellé

Choke PFC avec fil Litz réaffecté

Transformateur HF et starter PFC, enroulés avec du fil Litz scellé

Choke PFC avec fil Litz renforcé

Les options de conception des produits de fil litz pour les bobines haute fréquence (HF) peuvent être vues dans les liens suivants:

• “De base”
• “EFOLIT”
• “Enregistré”
• “Servi”

Transformateur haute fréquence avec séparation galvanique

Le transformateur se compose d'au moins deux bobines pour les côtés primaire et secondaire.

La séparation galvanique est réalisée par une conversion de la transmission d'énergie électrique en énergie électromagnétique. Ainsi, la puissance est transmise sur l'entrefer sans liaison mécanique.

La séparation galvanique est nécessaire pour les véhicules électriques pour maintenir le potentiel du réseau séparé du potentiel du véhicule en raison de problèmes de sécurité.

Une combinaison de plusieurs matériaux d'isolation avec des distances d'air et de lignes de fuite spécifiques assure un niveau prédéterminé de protection contre la tension de claquage. Exemples de conception de transformateurs HF:

HF transformer design examples:

Transformateur HF avec bobine à deux chambres

Transformateur HF avec bobine à deux chambres

Transformateur HF avec isolation de bande intermédiaire

Transformateur HF avec fil Litz servi et isolation par bande intermédiaire

Pour les applications haute tension avec des exigences de sécurité élevées, Elektrisola propose la famille de produits EFOLIT certifiée VDE.

Les liens de produits suivants présentent un aperçu général des types de fils litz en option pour les transformateurs haute fréquence:

• “EFOLIT”
• “Enregistré”
• “Servi”
• “Profilé”

1.1.2 Convertisseur DC / DC

Général

Véhicule électrique avec convertisseur CC / CC HV-LV

Les véhicules électriques ont au moins deux réseaux de tension différents, l'un avec une batterie basse tension pour tous les périphériques automobiles et un autre avec une batterie haute tension pour les composants du groupe motopropulseur. Le convertisseur DC / DC assure le transfert d'énergie bidirectionnel entre les deux réseaux par conversion de tension avec séparation galvanique.

Détails techniques du convertisseur DC / DC

Système de convertisseur CC / CC haute tension / basse tension

Le réseau EV basse tension est généralement basé sur des batteries au plomb-acide avec des niveaux de tension compris entre 12 V et 48 V.

Le réseau haute tension EV comprend souvent une batterie au lithium et le niveau de tension varie entre 200 V et 1000 V.

La puissance typique des convertisseurs DC / DC est comprise entre 1,5 kW et 5 kW.

L'électronique de puissance utilise généralement des topologies de commutation douce avec un étage de transformateur résonnant avec séparation galvanique. Le flux d'énergie bidirectionnel est réalisé par des topologies buck / boost entre les deux étages.

Composants inductifs haute fréquence

L'efficacité du convertisseur DC / DC est la clé pour garantir un volume de construction minimum et un faible poids. Les fréquences de commutation élevées aident à réduire la taille des inducteurs et des transformateurs. Les technologies modernes de semi-conducteurs rendent possibles des fréquences plus élevées, ce qui permet des inducteurs et des transformateurs encore plus petits.

Les fréquences de commutation vont de 100 kHz à 550 kHz. Les produits de fil litz haute fréquence sont optimisés pour l'application afin de garantir un facteur de remplissage élevé pour un rendement élevé tout en maintenant une durabilité à haute tension.

Le diamètre largement utilisé des brins de fil unique est de 0,05 à 0,1 mm.

En règle générale, les valeurs de la classe de température varient entre B (130 ° C) et F (155 ° C).

Les produits en fil Litz avec rubanage, extrusion et service sont courants.

Le choix dépend des paramètres d'application individuels, par exemple, l'espace disponible et les exigences de tension de claquage.

Voir des exemples de transformateurs HF dans les images suivantes:

Transformateur HF avec isolation de bande intermédiaire

Transformateur HF avec barrière d'enroulement de séparation

Transformateur HF avec fil Litz renforcé

1.1.3 Chargeur sans fil

Général

Véhicule électrique avec chargeur sans fil connecté

La charge sans fil (WC) ou la charge inductive (IC) est un type de plusieurs méthodes de transfert d'énergie sans fil (WPT). C'est un moyen très confortable de charger un véhicule électrique, car la puissance peut être transmise sur de grands entrefers sans aucune connexion de câble à des facteurs de rendement élevés.

Le chargeur utilise deux bobines d'inductance planaires pour transmettre l'énergie via un champ électromagnétique variant dans le temps.

Il existe deux types de charge sans fil de base:

Charge sans fil statique

Principe de la charge statique sans fil

Le véhicule est chargé tant qu'il reste stationné. La bobine réceptrice est montée sur le bas de la voiture et l'émetteur est monté sur ou dans le sol. Pour le processus de charge, le récepteur doit être aligné sur l'émetteur pendant le processus de stationnement.

Chargement sans fil dynamique

Principe de la charge sans fil dynamique

Avec cette future technologie, le véhicule reçoit de l'énergie en mouvement au-dessus d'une ligne de plusieurs pads émetteurs stationnaires.

Détails techniques

Système de charge sans fil

Il existe deux principaux types de charge inductive:

Charge sans fil inductive (IWC), également appelée transfert de puissance inductif (IPT)

Le principe d'IWC est la «loi d'induction de Faraday» et a été utilisé pour la première fois au 18ème siècle. Le premier véhicule électrique était propulsé par IWC dans les années 1970.

Semblable au chargeur embarqué mentionné ci-dessus, le premier étage du chargeur est un étage PFC pour assurer une consommation de courant sinusoïdale.La transmission de puissance sans fil est réalisée par induction mutuelle du champ magnétique entre l'émetteur et la bobine du récepteur. Dans la bobine primaire, un champ magnétique variant dans le temps est créé par un courant alternatif qui induit une tension du côté secondaire et fait passer les électrons. Par la suite, un courant traverse la bobine secondaire où le courant alternatif est redressé et filtré pour charger la batterie de traction.

Les IWC fonctionnent comme un transformateur avec une bobine d'air au lieu d'un noyau métallique.

Système de charge sans fil inductif résonant (RIWC)

Une bobine actionnée par résonance est beaucoup plus efficace, car l'impédance diminue à une fréquence de résonance. En conséquence, le facteur de qualité est très élevé, pour plus de détails, voir Fondamentaux électromagnétiques.

De plus, avec un fonctionnement par résonance, la puissance peut être transférée sur de plus longues distances. Des champs magnétiques plus faibles peuvent transmettre autant de puissance que les conceptions IWC.

Pour un transfert de puissance maximal, les fréquences de résonance des bobines primaire et secondaire doivent être adaptées. Des circuits de compensation supplémentaires sont ajoutés aux bobines. Ces circuits électriques améliorent encore le rendement.

Les fréquences de fonctionnement typiques du RIWC sont comprises entre 10 kHz et 150 kHz.

Normes pour la recharge sans fil

La SAE J2954, établie par la Society of Automotive Engineers, définit le WC pour les véhicules électriques enfichables légers et la méthodologie d'alignement. Voir le tableau suivant pour plus de détails:

En développement, des puissances de charge de 50 kW sont courantes. Pour les applications lourdes, plusieurs chargeurs de 50 kW sont combinés pour atteindre jusqu'à 500 kW par véhicule.

En outre, SAE J2954 prédéfinit une efficacité minimale de 85% lorsque les bobines sont correctement alignées.

La séparation galvanique nécessaire est impliquée par la transmission sans fil, où l'émetteur fonctionne comme bobine primaire et le récepteur comme bobine secondaire.

Différentes distances d'entrefer sont classées selon le tableau suivant:

Exigences relatives aux bobines planes avec fil Litz

• Fil unique

Les constructions de fil litz typiques sont basées sur des brins de fil unique avec des diamètres compris entre 0,030 mm et 0,071 mm

• Classe de température du brin simple

La température de la bobine ne doit pas dépasser 100 ° C, donc des classes de basse température pour les fils simples sont suffisantes.

• Isolation Litz

En raison des tensions élevées, les bandes sont souvent utilisées.

• Fil de litz profilé

Les bobines sont enroulées sous forme de bobines planes pour répartir l'intensité du champ magnétique à une densité homogène.

Le fil de litz profilé est un moyen courant de maintenir un facteur de remplissage élevé tout en maintenant le champ magnétique bien réparti.

1.1.4 Station de charge (AC / DC)

Général

Véhicule électrique avec chargeur CC connecté

Les bornes de recharge fournissent de l'énergie électrique pour le processus de recharge de la batterie de traction des VE à plug-in (H). Par conséquent, deux types différents de stations de charge sont disponibles pour convertir le courant alternatif du réseau électrique en courant continu pour la batterie EV:

Plusieurs bornes de recharge

Station de recharge AC, qui sert de source d'énergie pour l'OBC.

Station de charge CC , qui agit comme source d'énergie directe pour la batterie EV. Le chargeur fait partie de la station de charge.

Détails techniques des bornes de recharge

Station de recharge AC

Pour le processus de charge AC, les chargeurs sont installés à bord du véhicule électrique (OBC) et les détails sont décrits au chapitre 1.1.1. Une version spéciale des bornes de recharge AC sont les chargeurs sans fil, qui sont décrits au chapitre 1.1.3.

Le chargeur embarqué peut être branché pour une connexion électrique aux bornes de recharge publiques ou résidentielles.

Recharge publique

Les bornes de recharge publiques sont souvent associées à des parkings publics. Ils appartiennent à des entreprises commerciales ou privées, parfois en partenariat avec un propriétaire de parking. Le tableau suivant donne un aperçu des différentes bornes de recharge.

Recharge résidentielle

Les bornes de recharge résidentielles ou privées, souvent appelées «chargeurs muraux», sont des bornes de recharge à domicile, qui peuvent être installées dans des installations privées par un propriétaire de VE pour charger le véhicule à la maison, mais elles sont souvent limitées par la puissance de sortie en tant que tension plus élevée. les prises ne sont pas disponibles ou le courant est limité.

Une comparaison des différentes options de charge peut être vue dans le tableau suivant:

Station de recharge CC

Station de charge avec prise de type 2

Les bornes de recharge CC peuvent atteindre une puissance supérieure à 43 kW car il n'y a aucune limitation d'espace et de poids à l'intérieur du chargeur, comme c'est le cas avec l'OBC installé dans le véhicule.

Le chargeur est intégré à la station de charge CC, tandis que la technologie électronique de puissance des chargeurs externes est la même que celle de l'OBC.

Des constructions modulaires sont souvent utilisées dans les chargeurs CC. Ainsi, la puissance peut être facilement augmentée en ajoutant des modules dans un circuit parallèle à la station de charge.

Une comparaison des différentes options de charge peut être vue dans le tableau suivant:

Composants inductifs haute fréquence pour bornes de recharge

Pour les futurs types de VE, l'industrie prévoit de charger une puissance allant jusqu'à 450 kW avec des tensions de 800 V. La technologie de pointe en matière de développement de l'électronique de puissance permet des niveaux de tension jusqu'à 1000 V. Ces niveaux de tension élevés permettent une charge plus rapide et plus efficace.

Ces tendances conduisent à des exigences élevées en ce qui concerne l'isolation du fil litz haute fréquence dans les inducteurs et les transformateurs des chargeurs.

Les chargeurs CC externes, par rapport aux chargeurs embarqués, peuvent fournir une puissance de charge plus élevée, car l'espace disponible n'est pas limité. La puissance de charge embarquée est limitée par le poids et l'espace des composants.

Les constructions de fil litz typiques des transformateurs haute fréquence dans les chargeurs CC utilisent des fils simples de 0,07 à 0,1 mm de diamètre, optimisés pour les fréquences de commutation entre 50 et 100 kHz.

1.1.5 Moteur électrique

Général

Véhicule électrique avec moteur de traction électrique

Les moteurs électriques sont au cœur d'un groupe motopropulseur EV. Un grand avantage des moteurs électriques est le couple élevé disponible à partir de la vitesse nulle sur toute la plage de vitesses.

Les moteurs électriques ont déjà des rendements élevés par rapport aux moteurs à combustion interne (ICE), mais ont encore un potentiel d'optimisation du rendement. Le moteur est entraîné par un variateur de puissance élevée à des fréquences de commutation jusqu'à 50 kHz. Les pertes de cuivre qui en résultent dans les bobines peuvent être réduites en utilisant un fil litz haute fréquence au lieu des constructions traditionnelles à fil unique.

Il existe de nombreux concepts de moteurs différents, qui varient en principe électromagnétique mais aussi en construction mécanique et en différents concepts de transmission.

Formula Student Racer avec moteur de traction électrique

Pour la mobilité électrique, les moteurs doivent être choisis en fonction des exigences automobiles. L'objectif principal est d'augmenter la densité de puissance, ce qui conduit à une plus grande efficacité économique tout au long du cycle de vie des VE.

World Solar Challenge Racer avec moteur de traction électrique

Formula Student Racer avec moteur de traction électrique

Moteur de moyeu de roue

Détails techniques des moteurs électriques

Système de propulsion électrique

Dans sa forme la plus élémentaire, un moteur électrique est constitué d'une partie dynamique, le rotor, qui pivote sur une partie statique, le stator. Les deux parties sont constituées de tôles d'acier magnétiques qui fonctionnent comme des chemins de flux magnétique. Entre les deux parties, un petit espace d'air assure la capacité de rotation.

Les feuilles de stator ont une géométrie de dents (similaire à un engrenage) sur le cercle extérieur à travers lequel les bobines de conducteurs isolés sont enroulées.

Pour entraîner le moteur, un onduleur contrôle un flux de courant à travers les bobines pour créer un cercle de flux magnétique des feuilles de stator sur l'entrefer jusqu'aux feuilles du rotor et retour. Grâce à cela, le couple est généré par une force électromagnétique qui convertit l'énergie électrique en énergie de rotation.

Composants de bobine pour moteurs électriques

La principale différence entre les bobines et le processus d'enroulement est séparée en deux types de stators:

1. Stator à enroulements répartis, où plusieurs dents partagent une bobine
2. Stator à enroulements concentrés, où chaque dent a sa propre bobine.

Les deux types de stator ont des propriétés et des méthodes de production différentes.

Dans les moteurs de l'industrie classique, l'enroulement se compose d'un seul fil magnétique, ce qui est suffisant pour une puissance inférieure. Pour une puissance plus élevée dans les VE, des sections de cuivre plus élevées sont nécessaires. Ceci peut être réalisé par des fils magnétiques parallèles ou par des barres de cuivre épaisses, appelées épingles à cheveux ou ipins. Les deux solutions présentent l'inconvénient de pertes par courants de Foucault élevées. Le fil Litz atteint à la place les sections de cuivre souhaitées avec des facteurs de remplissage élevés tout en compensant les pertes par courants de Foucault.

Le fil litz haute fréquence peut être conçu pour presque tous les niveaux de puissance du moteur en ajoutant le nombre approprié de brins pour atteindre la section transversale de cuivre cible.

Stators avec enroulements dentaires concentrés avec fil Litz thermo-adhérent

Lors de la conversion de la puissance électrique en puissance de rotation, des pertes thermiques se produisent. Il s'agit principalement de pertes de cuivre, qui sont divisées en pertes CC et pertes CA.

Les pertes de courant continu peuvent être réduites grâce à des sections de cuivre plus élevées.

La cause des pertes de courant alternatif sont les courants de Foucault de la peau et les effets de proximité.

Différents types de fil Litz profilé pour les enroulements de stator distribués

Le fil litz haute fréquence compense les courants de Foucault, améliorant ainsi le rendement des moteurs.

Un autre avantage du fil litz haute fréquence dans les moteurs est la conductivité thermique améliorée, qui améliore la dissipation thermique et atténue les pertes à haute fréquence en même temps.

Les moteurs de traction EV peuvent présenter un risque élevé de décharge partielle en raison des niveaux de tension élevés combinés au mode de commutation court et presque rectangulaire des onduleurs. Le fil litz haute fréquence peut être conçu avec une résistivité de décharge partielle pour assurer une durabilité à long terme. Des fils de litz et des fils de litz avec un émail spécial sont disponibles.

Pour les enroulements distribués, le fil de litz profilé offre une bonne solution pour un facteur de remplissage élevé et une utilisation optimale des fentes.

Bobine autoportante par fil Litz thermo-adhérent

Moteur de moyeu de roue avec bobines autoportantes par fil Litz thermo-adhérent

Les enroulements concentrés peuvent également être produits sous forme de bobines autoportantes en utilisant du fil litz avec un émail auto-collant. Le fil litz est d'abord enroulé sur une bobine, dans une seconde étape compressé, puis collé pour fixer les fils sur la bobine avec la possibilité de se ramollir.

Les bobines du moteur doivent généralement être rectangulaires pour s'insérer dans la fente avec un facteur de remplissage élevé. Le fil Litz peut être conçu avec une flexibilité mécanique élevée pour atteindre un petit rayon d'enroulement sans endommager l'isolation comme un fil simple épais.

Les fréquences des moteurs doivent être différenciées entre la fréquence de commutation du variateur et la fréquence du stator. La fréquence principale du stator a l'influence la plus significative sur les pertes par courants de Foucault et est généralement jusqu'à 3 kHz, en fonction de la vitesse. Le fil litz haute fréquence est conçu pour cette valeur.

1.1.6 Relations de base entre Litz Wire et Power Electronic

Relation entre les fréquences de commutation et la taille de l'inducteur

La taille des bobines des transformateurs, des inducteurs et des selfs peut être considérablement réduite par des fréquences de commutation plus élevées.

Les fréquences de commutation sont limitées par les pertes thermiques, qui se produisent pendant le processus de commutation. C'est pourquoi la vitesse de commutation a dû être raccourcie pour minimiser les pertes de commutation dans l'électronique de puissance et pour réduire la taille des bobines pour des densités de puissance plus élevées et pour réduire le volume.

Les développements dans les technologies de transistors de puissance ont atteint une modification significative de la vitesse de commutation et de la plage de tension en raison des nouveaux matériaux semi-conducteurs.

Des temps de commutation plus courts signifient que les flancs montants de tension augmentent, selon le tableau suivant:

Aperçu des développements des semi-conducteurs

Relation entre la tendance haute tension et les matériaux d'isolation des fils Litz

La tendance à des tensions de plus en plus élevées impose des exigences élevées pour les matériaux d'isolation du fil litz. De plus, le potentiel de tension élevée entre les spires uniques du transformateur nécessite une isolation constamment élevée des spires proches.

Cela est dû aux tensions commutées fréquentes et élevées, en particulier dans les topologies de convertisseur avec des circuits résonants.

Elektrisola conçoit le fil litz individuellement pour chaque transformateur de puissance pour une efficacité optimale, une protection haute tension, une conductivité thermique et un facteur de remplissage.

Relation entre les méthodes de commutation, la tension de claquage et la décharge partielle

La tension est contrôlée par des commutateurs à semi-conducteurs pour imprimer le courant dans les inducteurs de toute l'électronique de puissance. Ceux-ci sont principalement constitués de fil litz dans les applications haute fréquence. Les méthodes de commutation diffèrent selon l'application entre la commutation matérielle et la commutation douce.

La commutation matérielle signifie que l'opération de commutation est effectuée au moment où le courant et la tension ne sont pas égaux à zéro. De ce fait, les pertes de commutation sont élevées et la durabilité est faible. Le risque de décharge partielle est élevé en raison de l'augmentation significative de la tension à chaque fois sur les inducteurs.

La commutation douce signifie que l'opération de commutation est effectuée au moment où le courant et la tension sont nuls. Les pertes de commutation sont faibles à l'intérieur des transistors et améliorent l'efficacité et la durabilité de l'électronique de puissance et des composants inductifs. Le risque de décharge partielle est faible.

1.2 Chauffage intérieur

Général

Siège automobile avec chauffage Litz Wire

Elektrisola a été le premier à développer des fils litz avec des fils simples émaillés pour les applications de chauffage de siège dans les automobiles afin d'éviter les points chauds dans les sièges. Plus tard, différents alliages et extrusion extérieure ont été introduits pour améliorer encore le fil litz.

Outre les sièges chauffants, les volants chauffants sont de plus en plus populaires. Utilisé à l'origine dans les classes supérieures de véhicules, le chauffage électrique intérieur est maintenant devenu la norme dans de nombreuses classes de véhicules.

Les voitures classiques équipées de moteurs à combustion utilisent la chaleur perdue du moteur pour chauffer l'habitacle du véhicule.

Ce n'est pas possible dans les VE. Par conséquent, des moyens de chauffage efficaces avec des besoins énergétiques inférieurs sont nécessaires, par ex.

• le chauffage des surfaces de contact direct telles que les sièges, les accoudoirs ou le volant, et
• rayonnement des panneaux près des passagers en tant qu'options de conception efficaces.

Différentes options de chauffage intérieur

Pour de nombreuses applications de chauffage, le fil émaillé Litz Wire est devenu la solution de pointe pour relever les défis techniques, mécaniques et électriques.

Les fils litz conçus individuellement permettent aux concepteurs d'obtenir des profils de température précis tout en évitant les points chauds en cas de rupture de torons de fil individuels dans un litz, en raison d'une contrainte de flexion élevée ou d'une mauvaise manipulation.

Élément de support de chauffage de siège avec fil Litz

Détail de l'élément chauffant du siège avec fil Litz

Détails techniques

Les aspects techniques les plus importants d'un fil de litz émaillé pour les applications de chauffage sont:

• Pas de points chauds

Comme expliqué ci-dessus

• Performances Flexlife

Les fils de litz chauffants doivent fortement résister aux contraintes mécaniques causées par la flexion et la tension pendant leur durée de vie, car les sièges sont généralement exposés à des chocs mécaniques difficiles lors d'une utilisation quotidienne. Les traversins latéraux sont des zones particulièrement exigeantes sur le plan mécanique. Les diamètres de fil optimisés, l'utilisation d'alliages, les conceptions de groupage spéciales et les gaines d'extrusion en option sont les principaux facteurs de conception qui influencent considérablement la durée de vie de la flexion. Les composants de décharge de traction peuvent également supporter des constructions de fils de litz très petites et minces, si nécessaire.

• Résistance chauffante

La combinaison optimale de la section transversale du conducteur et de l'alliage garantit une résistance finale et un profil de température précis dans la zone chauffée. La résistance spécifique du fil litz en ohm / m et le coefficient de température définissent les performances de chauffage finales par rapport à la longueur totale du conducteur chauffant.

• Comportement de la boucle

L'utilisation d'un matériau d'alliage à haute résistance mais moins flexible se traduit par un nombre potentiellement plus élevé de boucles du fil de litz groupé provoquant des plis ou des nœuds. Cela pourrait entraîner des dommages pendant le processus de couture. Des conceptions spéciales de groupage, une manipulation optimale des fils et des méthodes de groupage réduisent cet effet à une spécification minimale. L'extrusion externe facultative a un effet positif sur le comportement de la boucle.

• Trous d'épingle

Sous contraintes thermiques et mécaniques, l'isolation des fils émaillés peut souffrir de piqûres. Ce sont des fissures microscopiques de la couche d'émaillage. Les trous d'épingle peuvent être évités par le choix adéquat du type d'émail, la manipulation du fil pendant le processus de production du fil et des méthodes de groupage optimisées.

• Résistance chimique

Les liquides tels que la sueur, les boissons gazeuses, le lait, le café, les agents de nettoyage et autres peuvent affecter la durée de vie du fil chauffant. Par diffusion, l'isolation peut subir des effets de corrosion et une défaillance précoce de l'élément chauffant. La combinaison du bon type d'émail, de la qualité et du revêtement d'extrusion facultatif améliore la résistance chimique et protège le fil chauffant contre de telles influences.

1.3 Électronique intérieure

Général

Le chargement sans fil des téléphones portables est un ajout de plus en plus courant à l'habitacle car il élimine le besoin de manipuler un cordon de charge pour le client.

Système de charge sans fil intégré pour l'automobile

Sur ce marché, deux technologies de systèmes de recharge sans fil sont largement utilisées:

Système de charge sans fil inductif

La transmission de puissance sans fil est effectuée par induction mutuelle de champs magnétiques entre un émetteur et une bobine de récepteur. Dans la bobine de l'émetteur, un courant alternatif crée un champ magnétique variant dans le temps, qui est rayonné dans toutes les directions. L'efficacité de transfert de puissance la plus élevée dans ce système est obtenue lorsqu'une bobine réceptrice de dimensions identiques à la bobine émettrice est placée précisément sur le dessus et à quelques millimètres de la bobine émettrice.

Le principal avantage des systèmes de charge sans fil inductifs est une efficacité relativement élevée, lorsque l'émetteur et le récepteur sont étroitement couplés.

Ceci est préféré lorsqu'une efficacité élevée du système de charge est nécessaire.

Système de charge sans fil résonnant

Ce système est toujours «inductif», dans le sens où un champ magnétique généré par la bobine émettrice induit un courant dans la bobine réceptrice. Cependant, le principe de la transmission de l'énergie se fait à des fréquences plus élevées que les systèmes inductifs et repose à la fois sur des bobines d'émetteur et de récepteur fonctionnant à la même fréquence de résonance. Dans un système de charge sans fil résonnant, un type de tunnel d'énergie est créé entre les bobines, ce qui permet un transfert d'énergie à de plus grandes distances, entre plusieurs bobines et dans plusieurs directions.

Il y a une certaine perte d'efficacité dans le système en raison de la fuite de flux, même au niveau des bobines étroitement positionnées.

Par conséquent, ce système est préféré lorsque la commodité d'un positionnement facile est exigée du système.

Normes techniques

Il existe 2 normes principales pour la recharge sans fil pour l'électronique grand public:

• Qi

(Développé par le Wireless Power Consortium “WPC”)

Technologie: inductive et résonnante

Fréquence de fonctionnement: 85 kHz - 205 kHz

Niveaux de puissance de l'émetteur: 5 W -15 W

• Rezence

(Développé par l'Alliance for Wireless Power “A4WP”)

Technologie: résonnant

Fréquence de fonctionnement: 6,78 MHz

PTU (Power Transmitter Unit) Niveaux de puissance: 2 W - 70 W

PRU (Power Receiver Unit) Niveaux de puissance:

3,8 W - 50 W

Composants du chargeur sans fil dans la norme Qi

Les transmetteurs de puissance de la norme Qi sont spécifiés à partir de types de conception de A1 à A34 (ayant une ou plusieurs bobines primaires) et de types de conception de B1 à B7 (ayant un réseau de bobines primaires). Les différents types de conception diffèrent les uns des autres entre autres par la taille et les formes des bobines (rondes, ovales et carrées), toutes ayant des fils de litz avec des numéros différents (de 24 à 180) de fils simples de 0,08 mm.

Même si les récepteurs de puissance ne sont pas définis par la norme Qi, il donne quelques exemples en utilisant des configurations de fil litz similaires à celles des émetteurs de puissance.

Produits typiques de Litz Wire

Pour les produits de fil litz typiques pour les conceptions de charge sans fil, consultez les liens suivants:

• “Fil thermo-adhérent”
• “De base”
• “Servi”
• “Smartbond”

Bobines planaires de fil Litz intégrées dans un circuit imprimé de système de charge sans fil

Bobine planaire avec fil Litz thermo-adhérent dans un système de charge sans fil pour smartphone

2. Industrie

2.1 Alimentation à découpage

Général

Les alimentations à découpage (SMPS) alimentent les appareils électriques et électroniques avec un courant continu abaissé (CC) spécifique. En raison de leur rendement élevé, de leur conception compacte et légère et de leur large plage de tension d'entrée, les SMPS sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles.

Des exemples sont:

• systèmes de charge
• équipement de laboratoire et d'essai
• technologie de soudage
• systèmes médicaux et informatiques

Détails techniques

La source d'alimentation est le réseau CA public dont la puissance est convertie en puissance haute fréquence (HF) à l'aide de topologies de semi-conducteurs à commutation rapide, voir l'image 1 ci-dessous. Pour traduire la tension d'entrée haute fréquence en un niveau de tension alternative plus bas, un transformateur haute fréquence est nécessaire. Ses dimensions peuvent être réduites en augmentant la fréquence de travail (30 kHz - 500 kHz).

Système d'alimentation à découpage

Habituellement, les transformateurs haute fréquence fonctionnent avec des enroulements de couche et un petit nombre de spires. L'utilisation de fils litz à haute fréquence est nécessaire pour réduire efficacement les pertes à haute fréquence à des fréquences plus élevées. Pour des raisons de sécurité, le côté primaire (entrée) du transformateur doit être séparé du secondaire (sortie).

Produits typiques de Litz Wire

Transformateur HF avec bobines séparées

Des éléments d'isolation de construction tels que des barrières de séparation et des brides peuvent être mis en œuvre pour maintenir les distances électriques entre l'air et les lignes de fuite.

Transformateur HF avec barrière d'enroulement de séparation

Une approche technique plus compacte et peu encombrante est l'utilisation de fils d'enroulement isolés renforcés (FIW). Dans ce cas, les distances d'air et de ligne de fuite peuvent être réduites, des conceptions plus petites et légères avec une densité de puissance plus élevée peuvent être réalisées.

Pour répondre à la demande croissante de fréquences de travail plus élevées et de dimensions compactes de transformateurs, Elektrisola propose les options de conception suivantes:

• Les fils de litz en soie ou en nylon garantissent une grande flexibilité et une stabilité de forme pour des performances optimales d'enroulement de couche.
• Les fils litz à haute fréquence avec une isolation supplémentaire par ruban offrent des tensions de claquage élevées jusqu'à 10 kV.
• La famille de produits isolés renforcés et certifiés VDE d'Elektrisola, EFOLIT®, couvre les SMPS - des conceptions avec des exigences de sécurité très élevées.
• Les fils litz rectangulaires ou carrés (comprimés) garantissent un facteur de remplissage de cuivre optimal pour les fils litz et les enroulements de bobine.

2.2 Capteurs

Général

Les performances optimales à haute fréquence (HF) du fil litz émaillé et le large éventail de possibilités de conceptions uniques font du fil litz un matériau optimal pour les capteurs et les antennes.

Des exemples sont

• Détecteurs de proximité inductifs
• Capteurs de détection de métaux
• Bobines pour systèmes RFID
• Bobines pour communication en champ proche

Détails techniques

Identification par radiofréquence (RFID)

Le dispositif de lecture crée un champ haute fréquence tel qu'une grille qui agit sur l'antenne du transpondeur. La tension est induite dans l'antenne; la puce est activée et crée une réponse individuelle par atténuation de champ. La réponse est reçue par le lecteur.

Bobine planaire dans un transpondeur RFID

Lecteur de puce RFID

Communication en champ proche (NFC)

NFC définit différents protocoles de communication pour une communication entre deux appareils électroniques sur une distance de 4 cm.

La connexion à bas débit peut être utilisée pour les exemples d'applications suivants:

• Systèmes de paiement sans contact
• Échange d'informations
• Jetons d'identité et d'accès
• Automatisation des smartphones
• Balises NFC

Distributeur automatique de billets NFC

Commutateurs de proximité inductifs

La fonction du capteur est basée sur un circuit oscillant constitué d'une bobine et d'une capacité telle que caractérisée par le facteur Q. La bobine elle-même crée un champ électromagnétique qui couvre la zone de détection. En présence d'un élément conducteur dans la zone, le facteur Q est modifié en raison des pertes par courants de Foucault.

La perte d'énergie de champ est détectée par les circuits électroniques du détecteur de proximité et l'élément est confirmé.

Les dispositifs RFID et les commutateurs de proximité sont utilisés dans la logistique, l'automatisation des processus et la technologie ferroviaire.

L'antenne (ou les bobines génératrices de champ) sont généralement mises en œuvre sans bobines de bobine ni éléments porteurs. Dans ces serpentins à air basés sur la technologie thermo-adhérente, des fils de litz servis ou extrudés sont utilisés.

Détecteur de proximité

Produits typiques de Litz Wire

Elektrisola propose les options de conception suivantes:

• Les fils de litz à haute fréquence avec des fils émaillés thermo-adhérents permettent les plus petits rayons de courbure avec des facteurs de remplissage de cuivre élevés.
• Les variantes de fil Litz avec surcouche Smartbond garantissent une liaison à l'air chaud facile avec le facteur de remplissage de cuivre le plus élevé.
• Les fils de litz à liaison thermique en soie ou en nylon d'Elektrisola garantissent une stabilité de forme et une capacité d'enroulement optimales pour les bobines d'air.

3. Médical

3.1 Prothèses auditives (câbles de connexion)

Général

Les aides auditives visent à être aussi petites et légères que possible pour améliorer le confort de l'utilisateur et minimiser la visibilité. Les câbles de connexion traditionnels sont généralement remplacés par des fils litz beaucoup plus légers car les fils simples sont isolés et peuvent être utilisés comme câble.

Différents types d'aides auditives

Aide auditive avec câble Litz Wire

Micro-câble pour prothèse auditive

Exigences générales

• Revêtement argenté comme protection contre les influences environnementales
• Couleurs vives grâce à la surface argentée en dessous
• Soudabilité très constante
• Performances de flexion élevées
• Très résistant avec des fibres de renfort en option
• Surface extrudée très lisse
• Exigences les plus élevées sur les tolérances de diamètre serrées (rondeur et taille)
• Capacité de dénudage parfaite pour le contact électrique

Micro-câble pour prothèse auditive avec fils à code couleur

3.2 Autres applications

Système de diagnostic avec transformateur électrique piézoélectrique pour ultrasons

Bobines secondaires pour l'imagerie par résonance magnétique

Chargeur sans fil pour dispositifs médicaux

Chargeur sans fil pour dispositifs médicaux

Outils et instruments chirurgicaux

Pour des informations détaillées, voir:

• https://mwswire.com/medical-wire
• https://www.e-med-tech.com/home.html

4. Appareil

4.1 Cuisson inductive

Général

Un champ électromagnétique alternatif est induit au fond d'une casserole ou d'une casserole et est transformé en énergie thermique par les pertes par courants de Foucault. Les pertes thermiques dans la bobine émettrice sont très faibles, le temps de chauffage est donc court et la surface de la plaque de cuisson reste froide.

Détails techniques

Plage de fréquence de fonctionnement: 20 kHz - 60 kHz

Table de cuisson inductive avec bobine planaire génératrice de champ et transformateur HF

1. Fond de marmite en matériau ferreux
2. Vitrocéramique (surface de la plaque de cuisson)
3. Champ électromagnétique alternatif
4. Onduleur
5. Bobine de fil de litz inductif
6. Grille électrique

Composants de cuisson inductifs

Bobine plane avec transporteur

Bobine plane avec fil Litz thermo-adhérent

Exigences relatives aux conducteurs inductifs

• Classe de température élevée
• Tension de rupture élevée
• Force mécanique
• Facteur de remplissage élevé (enroulement comprimé)

Fil Litz typique pour plaques de cuisson inductives

• Bobines planaires haute fréquence avec fil de base litz
• Matériaux primaires: cuivre, aluminium et aluminium revêtu de cuivre
• Diamètres de fil unique de 0,18 mm à 0,4 mm
• 20 à 120 brins (en fonction de la taille de la plaque de cuisson et de la fréquence de fonctionnement)
• Émaux résistants inodores à haute température (≥ 200 ° C)
• Profilage facultatif: peut être utilisé pour augmenter le facteur de remplissage (litz profilé)

5. Énergie renouvelable

5.1 Onduleur solaire

Panneaux solaires avec unités onduleurs

Général

L'onduleur solaire est le cœur d'un système d'énergie solaire. Il convertit le courant continu des panneaux solaires en courant alternatif du réseau.

En même temps, la commande électronique de l'onduleur surveille l'ensemble du système d'énergie solaire et le réseau.

Un onduleur solaire a les tâches suivantes:

1. Conversion d'énergie efficace d'une tension continue inférieure à une tension alternative supérieure
2. Optimisation de la puissance
3. Surveillance des données de puissance et de température
4. Communication aux systèmes énergétiques intelligents
5. Gestion de la température pour éviter la surchauffe des panneaux solaires

Détails techniques des onduleurs solaires

Système d'onduleur solaire en réseau

Les onduleurs solaires peuvent être classés en fonction de trois propriétés:

1. Pouvoir

La puissance varie de quelques kW à une plage de MW. Les valeurs typiques pour les ménages privés sont 5 kW, pour les industriels 10-20 kW et 500 kW et plus pour les centrales solaires.

1. Interconnexion des modules

côté CC, les onduleurs solaires peuvent être connectés à une topologie string, multistring ou centrale, en fonction des besoins en puissance et en efficacité.

1. Topologie du circuit

L'onduleur peut être conçu pour un réseau CA monophasé ou un réseau CA triphasé, et peut être avec ou sans séparation galvanique.

La séparation galvanique est réalisée avec un transformateur entre les côtés DC et AC. En faisant cela, la pile de modules peut être couplée à la terre pour éviter les potentiels de tension alternative, ce qui est obligatoire dans certains pays.

Les onduleurs sans séparation galvanique ont les côtés DC et AC connectés électriquement, ce qui présente l'avantage de rendements plus élevés, mais l'inconvénient des potentiels de tension alternative par rapport à la terre qui limite la durée de vie.

Exigences de câblage Litz pour les onduleurs solaires

Transformateur HF avec bobines séparées et fil Litz renforcé

• Indice de température TI = 155 °C
• Indice de température
• Bonne flexibilité
• Tension de claquage diélectrique élevée

6. Electronique grand public

6.1 Alimentation à découpage

Général

Les alimentations à découpage (SMPS) alimentent les appareils électriques et électroniques avec un courant continu (CC) descendant spécifique. L'élément clé pour le fonctionnement par abaissement de tension est un transformateur haute fréquence (HF).

En raison de leur rendement élevé, de leur conception compacte et légère et de leur tension d'entrée variable, les SMPS sont largement répandus non seulement dans les applications industrielles, mais également dans le domaine des consommateurs.

Des exemples sont:

• Chargeur de smartphone
• Chargeur pour ordinateur portable
• Ordinateur personnel
• Systèmes audio et multimédia
• Télévisions
• Appareils ménagers
• Systèmes de charge

Détails techniques

Il existe généralement deux emplacements pour placer l'unité SMPS sur le périphérique grand public:

Externe (à base de câble)

SMPS dans un chargeur externe d’ordinateur portable

SMPS dans les chargeurs de smartphones et ordinateurs portables

Interne, où les appareils électroniques et les composants inductifs sont directement montés sur la carte principale

Circuit imprimé avec SMPS

Voir des exemples de transformateurs haute fréquence de SMPS dans les images suivantes:

Transformateur HF avec fil Litz renforcé

Transformateur HF avec fil de base Litz et blindage EMV

Transformateur HF avec fil Litz renforcé

Transformateur HF avec fil Litz renforcé

Pour plus de détails techniques et des informations sur le produit litz wire, veuillez consulter

Application industrielle SMPS.

(voir point 2.1)

6.2 Textiles intelligents

Le fil Litz est utilisé pour des applications spéciales dans les textiles intelligents. En général, des fils de litz très fins sont utilisés, car le fil doit se fondre dans le tissu et ne pas perturber la texture de base. Dans le même temps, une manipulation brutale dans l'utilisation quotidienne, ainsi que le lavage ou le nettoyage, créent un environnement très exigeant.

Général

• Vêtements de sport et décontractés
• Équipement de protection pour les forces de sécurité, identification RFID
• Technologie de sécurité du bâtiment
• Vêtements de fête / uniformes
• Génie mécanique / surveillance de systèmes multi-matériaux, génie médical

Détails techniques

• Petit diamètre extérieur du fil litz
• Caractéristiques textiles, structures fines
• Haute résistance à la traction, épissure et résistance à la flexion
• Stabilité chimique
• Rétention de la couleur

Pour une utilisation dans des applications textiles, des fils émaillés spéciaux sont nécessaires, voir

https://www.textile-wire.ch/en/home.html

Caractéristiques typiques des fils textiles intelligents

• Diamètre de fil unique: 0,02 mm - 0,071 mm
• Nombre de fils simples: 2-100
• Matériau du conducteur: cuivre et alliages avec et sans placage d'argent
• Isolation: émaux à base de polyuréthane, revêtements d'extrusion à bas point de fusion
• En option: fils simples nus
• En option: décharge de traction
• En option: nylon ou soie servant de support mécanique

6.3 Chargement sans fil

Général

Smartphone sur chargeur sans fil

Les chargeurs sans fil se trouvent sur le marché sous forme de chargeurs sans fil, de chargeurs sans fil intégrés pour les meubles ou de stations d'accueil USB avec un chargeur sans fil. Le chargeur a besoin d'un récepteur sur l'électronique de l'utilisateur, comme un téléphone intelligent, une montre, etc.

Les chargeurs sans fil offrent les avantages suivants pour l'électronique grand public:

• Pas de câbles
• Pas besoin d'avoir le bon connecteur
• Réduction de l'usure du port de charge

Sur ce marché, deux technologies pour les systèmes de recharge sans fil sont largement utilisées:

Système de charge sans fil inductif

La transmission de puissance sans fil est effectuée par induction mutuelle de champs magnétiques entre un émetteur et une bobine de récepteur. Dans la bobine de l'émetteur, un courant alternatif crée un champ magnétique variant dans le temps, qui est rayonné dans toutes les directions. L'efficacité de transfert de puissance la plus élevée dans ce système est obtenue lorsqu'une bobine réceptrice de dimensions identiques à la bobine émettrice est placée précisément sur le dessus et à quelques millimètres de la bobine émettrice.

Le principal avantage des systèmes de charge sans fil inductifs est une efficacité relativement élevée, lorsque l'émetteur et le récepteur sont étroitement couplés.

Ceci est préféré lorsqu'une efficacité élevée du système de charge est nécessaire.

Système de charge sans fil résonnant

Ce système est toujours «inductif», dans le sens où un champ magnétique généré par la bobine émettrice induit un courant

dans la bobine réceptrice. Cependant, le principe de la transmission de l'énergie se fait à des fréquences plus élevées que les systèmes inductifs et repose à la fois sur des bobines d'émetteur et de récepteur fonctionnant à la même fréquence de résonance. Dans un système de charge sans fil résonnant, un type de tunnel d'énergie est créé entre les bobines, ce qui permet un transfert d'énergie à de plus grandes distances, entre plusieurs bobines et dans plusieurs directions.

Il y a une certaine perte d'efficacité dans le système en raison de la fuite de flux, même au niveau des bobines étroitement positionnées.

Par conséquent, ce système est préféré lorsque la commodité d'un positionnement facile est exigée du système.

Normes techniques

Il existe 2 normes principales pour la recharge sans fil pour l'électronique grand public:

• Qi (développé par le Wireless Power Consortium “WPC”)
  • Technologie: inductive et résonnante
  • Fréquence de fonctionnement: 85 kHz - 205 kHz
  • Niveaux de puissance de l'émetteur: 5 W -15 W

• Rezence (développé par l'Alliance for Wireless Power “A4WP”)
  • Technologie: résonnant
  • Fréquence de fonctionnement: 6,78 MHz
  • PTU (Power Transmitter Unit) Niveaux de puissance: 2 W - 70 W
  • PRU (Power Receiver Unit) Niveaux de puissance:
  • 3,8 W - 50 W

Composants du chargeur sans fil dans la norme Qi

Les transmetteurs de puissance de la norme Qi sont spécifiés à partir de types de conception de A1 à A34 (ayant une ou plusieurs bobines primaires) et de types de conception de B1 à B7 (ayant un réseau de bobines primaires). Les différents types de conception diffèrent les uns des autres entre autres par la taille et les formes des bobines (rondes ovales et carrées), toutes ayant des fils de litz avec des numéros différents (de 24 à 180) de fils simples de 0,08 mm.

Même si les récepteurs de puissance ne sont pas définis par la norme Qi, il donne quelques exemples en utilisant des configurations de fils litz similaires à celles des émetteurs de puissance.

Produits typiques de Litz Wire

Pour les produits de fil litz typiques pour les conceptions de charge sans fil, consultez les liens suivants:

• “Fil thermo-adhérent”
• “De base”
• “Servi”
• “Smartbond”

Bobines planaires intégrées dans un circuit imprimé de système de charge sans fil

Bobine plane avec fil Litz thermo-adhérent

Bobine planaire avec fil Litz thermo-adhérent dans un système de charge sans fil pour smartphone

7. Câbles spéciaux

Général

Les fils Litz peuvent être utilisés de la même manière comme câble car les brins individuels de fil émaillé ont une isolation très forte. L'extrusion du fil litz peut être utilisée pour renforcer davantage les propriétés mécaniques et électriques, mais ajoute également du poids et du volume. Il existe certaines applications qui utilisent un fil litz avec des fils émaillés directement comme câble, présentant des avantages sur le diamètre, le poids et le volume. Les fils simples colorés aident à différencier les brins individuels dans le fil litz pour le traitement ultérieur.

Composants typiques de Litz Wire

Des exemples de conducteurs de fils et de câbles de litz spéciaux sont

• Fils de litz haute fréquence avec une construction de groupage ultra-fine et très complexe, par exemple 600 x 0,010 mm ou 25 000 x 0,20 mm.
• Micro câbles avec le plus petit diamètre extérieur possible de quelques millimètres, par exemple 7 x 0,010 mm.

• Câbles de diagnostic avec fils émaillés auto-adhésifs fixés thermiquement. Par exemple, des fils à paire torsadée (par exemple 2 x 0,020 mm) ou des fils multifilaires plans.
• Câbles traînants avec une flexibilité maximale et des constructions à faible frottement et des revêtements en émail.
• Ligne de signal résistante aux vibrations avec des conducteurs à base d'alliages spéciaux (par exemple 7 x 0,04 mm).
• Fil Litz pour câbles de casque qui sont extrudés ensemble pour obtenir un câble fin et léger.
• Fil litz haute fréquence avec codage couleur spécial.

Microcâble avec revêtement extrudé

Fil à code couleur multifilaire

Fil de Litz à code couleur

PRESTATIONS DE SERVICE

ELEKTRISOLA votre partenaire pour HF-Litz Wire

Notre objectif est de travailler en partenariat avec nos clients et d'offrir des services sur mesure. En commençant par la première étape de la conception d'un fil litz optimal jusqu'à la livraison efficace de produits de haute qualité, nous nous assurons toujours que nos clients reçoivent le meilleur service.

Conseil d'application technique

La philosophie d'ELEKTRISOLA est d'être le partenaire d'un client plutôt qu'un simple fournisseur. Par conséquent, un objectif clé pour nous est la R&D et le support technique liés au fil litz. Nos clients peuvent utiliser nos ressources mondiales en termes de support client et d'ingénierie d'application pour la conception de fils litz et l'assistance technique pour développer des solutions innovantes et rentables pour des applications client spécifiques.

"Contacter"

Manipulation des fils Litz

Une mauvaise manipulation du fil litz peut facilement endommager le fil litz ou la bobine du fil litz, ce qui crée des problèmes de déréplication.

1. Impact mécanique sur la bobine ou la bride de bobine qui laisse souvent une marque blanchâtre dans le plastique de la bobine. Un tel choc violent pourrait soit déplacer les enroulements, soit faire tomber les enroulements dans la bobine. Les dommages mécaniques de la bride peuvent également casser le fil pendant le déroulement en raison des bords rugueux ou tranchants sur la bride de la bobine.

Déformation de la bride de bobine

2. Déplacement du paquet de fils. Le déplacement des enroulements de fil litz sur la bobine causé par des charges de choc résultant de la chute de la bobine ou du carton peut entraîner des problèmes de dérouleur dus à la perturbation du motif d'enroulement sur la bobine.

Déplacement du paquet de fils sur la bobine

3. Enroulements tombés. Peut être créé par une manipulation brutale comme décrit ci-dessus sous la réf. 1 et 2. Les enroulements tomberont l'un dans l'autre, créant des nœuds suivis de ruptures de fil.

Enroulements tombés

4. Bobinage endommagé. Très souvent causé par le contact mécanique d'autres bobines lors de la manipulation ou du transport d'une seule bobine ou en soulevant la bobine de la boîte de travers, grattant ainsi le bord de la boîte. Cela créera des problèmes de dérive et endommagera la structure du fil de litz.

Enroulements endommagés

Échantillon

En examinant le coût total du système et les performances du système, une conception de fil litz optimisée peut faire la différence. ELEKTRISOLA est fier de nos constructions de fils de litz personnalisées et de notre capacité à créer rapidement des échantillons. Parlez-nous simplement et nous serons heureux de vous aider avec des échantillons à court terme qui répondent à vos besoins.

Logistique

Un savoir-faire de production exceptionnel, une capacité de production importante, une efficacité élevée, des voies de communication courtes et une expérience à long terme dans la manutention, l'emballage et l'expédition de fils sophistiqués font d'ELEKTRISOLA le partenaire le plus digne de confiance en ce qui concerne les délais courts et les expéditions fiables.

Articles en stock

La liste de stock contient des échantillons de quantités pour des tests et une simulation simple. Il ne représente qu'une petite sélection de produits en fil litz. Les produits de la série qualifiée peuvent donc différer ! Veuillez nous contacter pour des solutions individuelles et des conceptions de fils litz spécifiques sur mesure.