Interdisciplinaire pour des inductances prêtes à être commercialisées

Les inductances et les transformateurs  pour les moyennes et hautes fréquences offrent un terrain de développement des plus dynamiques. Ces dernières années, de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies ont permis d’innover en permanence. Grâce à une équipe d’experts chevronnés, BLOCK souhaite maintenant s’impliquer encore plus tôt dans le processus de développement de ses clients et réduire ainsi le délai de mise sur le marché lors du développement de nouveaux composants.

Le développement des transformateurs moyenne fréquence de 2 kHz à 40 kHz et d’inductances haute fréquence de 100 kHz à 400 kHz est focalisé sur la miniaturisation, l’efficacité énergétique, les hautes fréquences et la densité croissante du courant de commutation. Ces objectifs posent également des défis particuliers pour la gestion de la chaleur et la technologie des matériaux. En créant le Co-Creation Center BLOCK, BLOCK C3, pour les inductances moyenne et haute fréquence, l’entreprise vise à accélérer considérablement le processus de développement de composants électrotechniques spécifiques tels que les alimentations de puissance, les nouveaux systèmes de charge de batterie ou les inductances, les transformateurs et les filtres pour garantir la stabilité du réseau. Dans le centre de développement BLOCK C3, une équipe interdisciplinaire d’experts étroitement liés sur le plan spatial et organisationnel travaillera en étroite collaboration avec les clients pour raccourcir le parcours entre les premières spécifications techniques et le prototype fonctionnel.

Progrès dans le domaine des moyennes et hautes fréquences

Ces dernières années, les exigences concernant les inductances, les transformateurs pour les convertisseurs modernes et les filtres pour la stabilisation des réseaux par commutation à haute fréquence ont constamment augmenté. Aujourd’hui, des produits particulièrement compacts, légers et en même temps performants sont nécessaires. Pour ce faire, BLOCK a mis en place les conditions préalables, notamment grâce à des techniques de bobinage innovantes et à de nouvelles approches de conception.

L’utilisation de noyaux de ferrite hautement perméables ou de noyaux nanocristallins coupés ou non coupés dans des transformateurs à moyenne fréquence ou des inductances à compensation de courant permet également des concepts alternatifs de refroidissement et de bobinage. Le développement est à l’origine d’une réduction significative de la taille des composants inductifs de sorte que des inductances compactes et robustes seront possibles à l’avenir.

BLOCK pose également des jalons dans l’optimisation des performances des matériaux d’enroulement inductifs avec sa technologie Future Winding. Cette technologie d’enroulement verticale à faible capacité permet, entre autres, une meilleure dissipation de la chaleur, une densité de courant élevée, une adaptation optimale à la géométrie du noyau et une répartition contrôlable du champ. Ces optimisations vont de pair avec une réduction des coûts, des volumes de fabrication et du poids.

Combiner la recherche et la technique de production – Des meilleures pratiques pour les convertisseurs et l’électronique de puissance

Ces réussites techniques sont le résultat d’activités de développement intensives. Depuis une dizaine d'années, BLOCK mène ses propres recherches fondamentales sur les produits de bobinage. Nous avons déjà développé une coopération fructueuse avec des universités et des instituts de recherche dans ce domaine. Ces compétences doivent maintenant être intégrées à la production dans l’entreprise pour un transfert plus rapide des connaissances. Ainsi, l’équipe d’experts a un accès direct à tous les matériaux de départ imaginables tels que les fils de bobinage, les torons, les torons haute fréquence ainsi que les tôles et les matériaux de noyau afin de pouvoir produire des produits de bobinage spécifiques. Les machines à bobiner, la production électronique, la production de moulage par injection avec développement de moules en interne, le traitement de la tôle par poinçonnage, pliage et découpe, l’impression 3D pour la réalisation de structures plastiques complexes et une machine CNC pour une production rapide de pièces en matériau plein permettent une intégration verticale optimale. En raison du degré élevé d'individualisation des commandes des clients, le travail se fait en partie en flux monobloc, un employé supervisant l’inductance jusqu’à son achèvement.

Le meilleur moment pour le test de prototype

Le centre de développement BLOCK C3 se veut un atelier d’idées qui accompagne tous les partenaires et clients ainsi que les universités et instituts de recherche à un stade précoce du cycle d’innovation et les soutient dans le développement de nouveaux concepts. L’objectif est de développer le savoir-faire et l’innovation dans le domaine des transformateurs moyenne fréquence et des inductances haute fréquence et de permettre un traitement intégré des tâches de recherche et de développement. Christian Kliesch, responsable de la division Inductances moyenne et haute fréquence chez BLOCK, voit d’énormes effets de synergie dans l’intégration géographique et technique de l’équipe agile : « Nous voulons réduire au maximum les distances entre la conception électrique, la construction mécanique, le prototypage et la production afin de fournir à nos clients des produits matures pour des tests plus poussés dans leurs projets et ce, le plus rapidement possible. Grâce à notre gamme de fabrication verticale, nous sommes en mesure de fournir rapidement des prototypes pour des essais avec des boucles d’itération optimales et d’accompagner ainsi de nouveaux concepts d’alimentation en énergie du début à la fin de la production en série », explique Christian Kliesch.

Le défi : la conception de systèmes

Les prototypes du BLOCK C3 s’adressent expressément aux clients qui ont besoin d’inductances, de filtres ou de transformateurs haute fréquence adaptés à leur projet dans une phase de développement précoce et expérimentale. Le spécialiste de Verden est traditionnellement bien positionné pour cela, car plus de 80 % du portefeuille de produits standard destinés à la fabrication de machines et d’installations, à la technique ferroviaire et d’entraînement ou aux énergies renouvelables est déjà réalisé spécifiquement pour les clients.

Si un développeur a élaboré un concept pour son nouveau projet – par exemple pour l’alimentation électrique – il peut bénéficier directement de l’expérience de l’équipe C3 pour la mise en œuvre. Les possibilités de miniaturisation et d’efficacité énergétique doivent être prises en compte le plus tôt possible, de même que la dissipation de la chaleur, les coûts des matériaux, les influences perturbatrices et la structure générale pour le montage ultérieur dans le produit. Dans cette phase précoce, tous les paramètres ne sont pas encore arrêtés et peuvent être facilement modifiés en conséquence.

Échelonnement cohérent des phases d’itération

Lors des tests de cohérence, les tolérances, les dimensions ou les pertes de puissance attendues sont vérifiées si le concept existant peut être respecté. Christian Kliesch et son équipe gagnent en flexibilité et en rapidité dans le développement de prototypes, ainsi que dans la simulation des pertes de puissance et de l’échauffement attendu du produit, ce qui leur permet de faire des calculs de coûts initiaux et de donner au client des recommandations sur les réglages, comme par exemple sur le circuit, le montage ou la gestion thermique.

La prochaine phase est celle de la mise en œuvre réelle. L’équipe C3 crée des plans 3D détaillés et des données numériques des projets pour le client. Grâce à ce jumeau numérique, les premiers échantillons sont produits et le client peut les tester dans son application et les contrôler en détail par des mesures. Sur cette base, le produit peut, si nécessaire, être adapté à nouveau et optimisé pour les conditions réelles d’utilisation. Le passage à la production en série BLOCK est donc possible sans étapes supplémentaires.

De la recherche fondamentale pour la pratique

Avec le CoCreationCenter BLOCK C3, l’entreprise encourage le transfert inter-institutionnel et interdisciplinaire des connaissances en recherche et développement électrotechnique. Les résultats de la recherche fondamentale interne peuvent être directement transposés en concepts pratiques au début de la production en série, tandis que les développeurs des entreprises industrielles et des instituts de recherche peuvent trouver plus rapidement de meilleures solutions pour leurs projets avec l’expérience et le soutien de l’équipe BLOCK. BLOCK C3 est conçu pour créer une situation gagnant-gagnant pour tous les participants au projet, basée sur le partenariat.