Brevet FR2013335A1 — publié le 19700403

La présente invention concerne une bobine d'inductance triphasée à noyau magnétique, constituée en particulier comme inductance de compensation pour conducteurs de transfert d'énergie. Comme on le sait, les vibrations posent un problème 5 technique particulièrement difficile dans de telles bobines d'inductance. Les vibrations sont fonction non seulement de la structure mécanique, mais aussi du coefficient d'utilisation de la matière, par exemple de la grandeur de l'induction magnétique, de sorte que, dans les bobines d'inductance connues, on est obligé 10 d'adopter une induction magnétique modérée, si l'on veut que les vibrations soient maintenues dans des limites acceptables. Ceci aboutit à des dimensions et à un poids élevé et entraîne par conséquent des frais de fabrication élevés. Le but général de l'invention consiste à établir une bobine d'inductance triphasée à noyau 15 magnétique qui soit nettement supérieure aux dispositifs connus en ce qui concerne l'élimination des vibrations et l'économie. L'invention atteint ce but grâce à la combinaison des caractéristiques suivantes : a) le noyau magnétique est constitué par trois colonnes 20 dont les axes coupent le plan horizontal aux sommets d'un triangle, ainsi que par deux culasses triangulaires ou annulaires, qui forment en haut ou en bas l'armature magnétique et constituent ■ chacune en un enroulement de tôle magnétique en forme de bande ou de feuillard ; 25 b) chaque colonne est constituée par plusieurs tronçons de colonne feuilletée dans le sens radial et dont les axes coïncident entre eux ; c) entre tronçons voisins appartenant à une même colonne est prévu un entrefer d'une longueur d'au moins 10mm, des espa-30 ceurs d'une épaisseur appropriée étant dispôsés dans les entrefers. La disposition des trois colonnes offre, vis-à-vis de la disposition habituelle, où les axes des colonnes sont situés dans un même plan, le grand avantage d'un comportement dynamique notablement plus favorable. Plus particulièrement, les culasses s'appliquent 35 sans difficulté sans jeu contre toutes les trois colonnes, ce qui, dans le cas de trois colonnes situées dans un même plan, ne peut être atteint que d'une manière approximative et non sans mise en oeuvre de moyens particuliers. Il en résulte une diminution des vibrations et du bruit, sans que l'on doive observer une précision 69 18930 2 2013335 particulière dans l'exécution. Les axes des trois colonnes peuvent couper le plan horizontal dans les sommets d'un angle isocèle ou équilatéral ; ceci représente la disposition symétrique , dont on peut cependant s'écarter, par exemple lorsqu'un tracé déterminé 5 requis de l'appareil fait apparaître l'utilité d'une telle solution. Les culasses enroulées peuvent être exécutées d'une manière précise en ménageant le matériau au maximum et à un prix particulièrement réduit. Ce dernier avantage se manifeste en particulier lorsqu'on colle les unes aux autres les spires de tôle 10 magnétique formant une culasse. D'autre part, la culasse devient ainsi un corps rigide et cohérant d'une rigidité mécanique élèvée, ce qui importe précisément dans le cas d'une bobine d'inductance. Les tôles magnétiques formant les tronçons de colonnes peuvent également être collées les unes aux autres, ce qui produit les 15 mêmes effets favorables. En outre, les tronçons de colonnes peuvent être entourés de bandages, lesquels peuvent également être collés, ce qui garantit la cohésion d'une manière simple et durable. Les bandages peuvent être constitués avantageusement en une bande de polyester armée de fibres de verre, tandis qu'une résine polyester 20 ou époxy, à durcissement naturel, convient comme adhésif. En outre, les tronçons de colonnes peuvent être pourvus d'une bague soudée dans l'orifice central. Il n'en résulte pas un shunt magnétique, même lorsqu'on prévoit simultanément des bandages extérieurs étant donné que ceux-ci ne sont pas conducteurs. 25 II est avantageux d'appliquer une couche d'isolant par collage sur les faces en bout des tronçons de colonne. On empêche ainsi l'apparition des shunts magnétiques, même ceux qui pourraient être causés ultérieurement par les vibrations, -et l'on obtient une surface terminale lisse et plane des faces en bout, sans que 30 celles-ci doivent être usinées par enlèvement de copeaux. On a constaté qu'il était avantageux de constituer la couche isolante en presspahn ou autre matériau contenant des fibres synthétiques. Les espaceurs d'entrefer entre tronçons voisins . d'une même colonne sont très avantageusement constitués en matière céramique, 35 par exemple sous la forme de petits blocs prismatique& ou cylindriques ou sous celle d'anneaux ou de -segments annulaires, car un tel matériau assure une grande rigidité dynamique des espaceurs. La grande largeur de l'entrefer de la bobine d'inductance suivant l'invention est favorable à l'emploi de ce matériau. BAD ORIGINAL 69 18930 2013335 Il cbt utile de serrer le noyau magnétique, le système ? de serrage étant formé à l'aide de tiges ou de câbles de serrage en un matériau métallique non magnétique, ou constitué au moins en partie par un isolant électrique. Le matériau en question doit 5 être non magnétique, c'eso-à-dire, non magnétisable, en considérant les champs magnétiques de dispersion qui, dans le cas de bobines a'inductance, sont intenses par endroits, cette mesure ayant pour but d'empêcher l'apparition ae pertes par hystérésis dans les tiges ou les câbles de serrage. Un matériau formant isolant électrique 10 offre en outre l'avantage d'empêcher de surcroit les pertes par courants de Poucault. â titre d'isolant électrique pour les tiges ou les câbles de serrage, on peut envisager actuellement, compte tenu de l'état de la techniqvie, par exemple une résine polyester armée de fibres. Pour permettre les assemblages à vis, on peut 15 établir partiellement la tige ou le câble de serrage en. un matériau de cette sorte, en munissant ses extrémités de tiges filetées métallique. La bobine d'inductance suivant l'invention permet d'établir pour le noyau magnétique un système de serrage particulièrement 20 avantageux, dans lequel les tiges ou câbles de serrage traversent les orifices centraux, présents de toute façon, des tronçons de colonne, ainsi que la culasse. L'effort de serrage agit dans ce cas directement au centre de gravité des surfaces appelées à être pressées les unes contre les autres, ce qui permet de simplifier 25 au maximum la construction . Dans ce cas, les tiges ou câbles de serrage traversent des orifices prévus dans les culasses, la disposition étant de préférence telle que chaque culasse présente un orifice par colonne, ces orifices étant soit produits' par perçage, et donc de section circulaire, soit ménagés lors du bobinage de la 50 culasse et, par conséquent, en forme de croissant. Les orifices ne perturbent par le flux magnétique, car, dans la bobina d'inductance suivant l'invention, ils sont situés à l'endroit des orifices centraux des tronçons de colonne. On peut prévoir plusieurs tmges ou câbles de serrage par 35 colonne, ce qui, dans le cas de tiges ou de câbles métalliques, procure davantage de faibles pertes par courants de Foucault et, dans le cas de tiges ou câbles de serrage formant isolants électriques, celui d'un effort de serrage accru, sans que l'on doive adopter des sections plus grandes qu'à l'ordinaire. Si l'on veut 69 18930 4 2013335 éviter la présence, dans les culasses , d'un nombre d'orifices correspondant à celui des tiges ou câbles de serrage, on peut faire en sorte que les tiges ou câbles de serrage affectés à une colonne se terminent par une tige commune. Dans ce cas, il suffit de prati-5 quer dans chaque culasse un seul orifice par colonne et de faire passer la tige commune par cet orifice. Dans le cas de tensions de service peu élevées, il peut être avantageux de disposer les i:iges ou les câbles de serrage eii dehors des colonnes ou des enroulements. Ils sont alors situés 10 dans un espace à champ magnétique peu intense, en particulier lorsqu'ils sont disposés à l'extérieur des enroulements, et les culasses ne doivent pas être percées d'orifices pour les tirants. Comme on le sait, la mise sous pression du noyau magnétique peut être effectuée à l'aide de ressorts. Les piles de ressorts 15 Belleville employées à cet effet sont d'un encombrement particulièrement réduit. Les colonnes particulièrement "fermes" - grâce au nombre réduit d'entrefers et de tronçons de colonne et, le cas échéant, à l'indéformabilité des espaceurs céramiques - de la bobine d'inductance suivant l'invention font en sorte qu'il suffit d'utiliser 20 des piles de ressort de très faible longueur, ce qui contribue à réduire dàvantage l'encombrement. Après avoir indiqué ci-dessus d'une manière détaillée les avantages de l'invention, et cela en partie aussi à propos de sous-combinaisons, on résumera ci-après les avantages inattendus 25 de la combinaison des caractéristiques de l'invention énumérées sous a) à c). Dans les bobines d'inductance connues à tôles parallèles, l'entrefer total requis doit toujours être subdivisé en un grand nombre de petits entrefers, étant donné que le flux de dispersion 30 entrant et sortant latéralement traverse les surfaces latérales des paquets de colonnes en partie dans le sens transversal, et donne lieu à des pertes par courants de Foucault d'autant plus importantes que l'entrefer est plus large et que, par conséquent, le flux de dispersion sortant et entrant latéralement est plus important. 35 Pour cette raison, la largeur de l'entrefer est le plus souvent inférieure à 10mm dans les bobines d'inductance connues. Par contre, dans les tôles de colonnes disposées radialement, suivant la caractéristique b) de l'invention, on peut élargir à volonté chaque entrefer, car le flux de dispersion latéral des entrefers vient 69 18930 5 2013335 frapper partout uniquement les côtés étroits- des tôles. Il ssensuit que, dans le cas d'une bobine a'inductance, les colonnes à tôles parallèles et celles à tôles radiales ne sont pas équivalentes. Théoriquement, il suffirait de prévoir , dans ces dernières, un 5 seul entrefer de dispersion de très grande largeur ; toutefois cette solution ne serait pas toujours rationnelle eu égard aux autres éléments de la bobine d'inductance. En tout cas, et conformément à la caractéristique c) de l'invention, :n peut prévoir des entrefers notablement plus larges qu'avec des tôles parallèles, 10 de sorte que les espaceurs minces et donc à la fois déformables et vulnérables, connus à ce jour, constitués le plus souvent en presspahn, espaceurs que l'on empile en série dans une colonne entre un grand nombre de tronçons de colonne, et donc en un nombre élevé en conséquence, sont remplacés par un petit nombre 15 d1espaceurs qui, ne fût-ce que parce qu'ils sont empilés en série en un petit nombre dans une colonne, sont moins déformables et qui, de plus, en raison de leur épaisseur, peuvent être constitués aisément en une matière céramique ou une autre matière dure et indéformable, par exemple en résine coulable chargées, ce qui 20 renforce encore cet effet. En d'autres termes, 3a colonne suivant l'invention, constituée par un petit nombre de tronçons et d'es-paceurs d'entrefer, est, du point de vue dynamique, beaucoup moins élastique que la colonne connue, formée d'un grand nombre de tronçons et d'entrefers. Il en résulte une diminution notable 25 des vibrations et l'on évite un relâchement de l'effort de serrage, l'opinion fréquemment exprimée, a savoir que la structure mécanique entre autre celle du noyau magnétique, doit être élastique dans une certaine mesure, n'est pas correcte d'après x'enseignement de la présente invent ion ; une rigidité marquée constitué un avantage. 30 Par contre, il peut être avantageux de prévoir un serrage élastique - ce qui ne doit pas être confondu avec la déformabilité des espaceurs - par exemple en interposant un ressort, de façon que l'effort de serrage ne se modifie pas notablement à la suite de légères variations de la longueur des éléments serrés et, en 35 particulier, ne diminue pas notablement à'la suite du raccourcissement de ces éléments. Ce résultat est atteint avec des ressorts qui présentent une caractéristique non linéaire, de telle façon que la constante d'élasticité est plus grande .aux petites flexions qu'aux grandes flexions. 69 18930 6 2013335 Un petit nombre d'entrefers correspond à un. nombre réduit d'espaceurs et de tronçons qui composent une colonne ; ceci détermine un. abaissement des frais de construction, lesquels sont d'ailleurs relativement réduits grâce au feuilletage radial 5 et à la fabi-ication simplifiée et impliquant peu de main-d'oeuvre qui est ainsi rendis possible. La culasse enroulée suivant la particularité a) de l'invention est en elle-même d'une construction particulièrement économique ; mais surtout, cette culasse possède un coefficient 10 d'utilisation magnétique plus favorable que tout autre type, en particulier parce que le flux de culasse est inférieur au flux magnétique qui traverse les colonnes, ce qui signifie une réduction du poids, de la hauteur hors de tout et des frais, cela aussi en ce qui concerne d'autres éléments de la bobine d'inductance. En 15 outre, on peut former dans une telle culasse des orifices à volonté. Cette dernière particularité, ainsi que la structure des tronçons de colonne feuilletés radialement, permet d'établir le système de serrage simple et favorable du noyau magnétique. La disposition des colonnes en triangle suivant la 20 particularité a) de l'invention offre d'une part l'avantage que le flux de toutes les portions de section de toutes les trois colonnes participe entièrement à la résultante magnétique, alors que ceci ne serait pas le cas pour les portions de section, situées extérieurement par rapport aux orifices des colonnes extérieures. 25 Un autre avantage de la disposition des colonnes en triangle a déjà été indiqué plus haut ; il réside dans l'assise sans jeu, obtenue naturellement, des culasses sur toutes les trois colonnes, ce qui contribue notablement à un comportement dynamique favorable Grâce au comportement dynamique favorable du noyau 30 magnétique de la/èobine d'inductance suivant l'invention, celle-ci permet d'adopter une valeur d'induction notablement plus élevée que dans les cas des bobines d'inductance connues, si l'on consent à accepter des vibrations de même intensité qu'à ce jour, mais qui ne risquent pas d'avoir des conséquences défavorables, comme 35 dans le cas des bobines d'inductance connues. Par contre, on peut réduire fortement les vibrations , cela pour une valeur d'induction néanmoins encore supérieure à celle réalisable à ce jour. On sait qu'une valeur d'induction plus élevée permet de réaliser des économies également dans des parties de la bobine d'inductance 69 18930 7 2013335 autres que le noyau magnétique. Ainsi, grâce à l'effet conjugué des éléments de combinaison, on obtient, dans une mesure inattendue, sous le rapport du poids, des frais de fabrication et des vibrations, des avantages 5 qui ne pouvaient pas être atteints à ce jour avec les types connus de bobines d'inductance- L'invention sera décrite ci-après, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : La figure 1 représente le noyau magnétique de la bobine 10 d'inductance triphasée, en vue latérale ; Les figures 2 et 3 représentent chacune, en plan, une culasse du noyau magnétique, dans deux exécutions différentes ; Les figures 4a et 4b représentent respectivement , en vue latérale et en plan, un tunnel de colonne du noyau magnétique ; 15 Les figures 5 et 6 représentent, en plan, deux disposi tions différentes des colonnes du noyau magnétique ; La figure 7 représente, en coupe, une partie d'une colonne et les parties, qui lui sont contiguës, des culasses, ainsi que le système de serrage du noyau magnétique ; 20 Les figures 8a et 8b représentent respectivement, en vue latérale et en plan, un autre mode de serrage du noyau. Les dessins représentent des exemples et sont exécutés d'une manière schématique, afin de ne pas compromettre la clarté par des détails secondaires. 25 La figure 1 représente le nogrçcu magnétique comportant trois colonnes 10, 11, 12 et deux culasses 13, 14. Les colonnes sont constituées par des tronçons de colonne 15, entre lesquelles sont prévus des entrefers avec des espaceurs 16. Cette figure indique que, conformément à l'invention, il suffit de prévoir, par colonne, 30 un petit nombre de tronçons de colonne et d'entrefers, de sorte que chaque entrefer présente une longueur relativement importante dans le sens de l'axe de la colonne et que l'on peut prévoir des espaceurs céramiques, par exemple, d'épaisseur appropriée. L. figure 2 représente une culasse triangulaire 20, cons- 35 tituée par un enroulement de tôle magnétique 21 sous forme de bande * ou de feuillard, avec formation de trous de culasse 22, ménagés lors de l'exécution de l'enroulement et présentant par conséquent la forme d'un croissant. Les cercles dessinés en tirets marquent la position des colonnes correspondent. 69 18930 8 2013335 La figure 3 représente une culasse circulaire 30, formée par un enroulement de tôle magnétique 31 sous forme de bande ou de feuillard, cette culasse présentant des orifices 32 formés par perçage, et donc circulaires. Les cercles de tirets 33 indi-5 quent la position des colonnes correspondantes. La figure 4a (vue latérale) et la figure 4b (vue en plan) représentent un tronçon de colonne 40, constitué par des feuilles magnétiques 41 disposées radialement par secteurs et qui laissent un orifice central 42. Un bandage 43 peut être disposé autour du 10 tronçon de colonne. La figure 5 représente d'une manièreschématique , en plan une disposition des trois colonnes 50, 51, 52 dans laquelle les axes des colonnes coupent le plan horizontal aux sommets d'un triangle équilatéral, représenté en traits mixtes et dont les 15 côtés ont la longueur x. La figure 6 représente d'une manière schématique, en plan, une disposition des trois colonnes 60, 61, 62, dans laquelle les axes des colonnes coupent le plan horizontal aux sommets d'un triangle isocèle représenté par des'traits mixtes et comportant 20 deux côtés égaux y. La figure 7 représente, en coupe à travers une partie d'une colonne, le système de serrage du noyau magnétique, suivant un mode d'exécution particulièrement favorable de l'invention. Des tronçons de colonne 70, feuilletées dans le sens racial, sont 25 séparés les uns des autres par des entrefers garnis d'espaceurs 71. Les parties des culasses, contiguës aux tronçons, sont désignées par 72, 73- Des tiges ou câbles de serrage 74, disposés dans l'orifice central des tronçons de colonne, se raccordent par leurs extrémités à une tige unique 75, 76, de sorte qu'il suffit d'un 30 seul orifice par colonne dans chaque culasse. La mise sous pression est effectuée en interposant une colonne de ressorts Belleville 77. La figure 8a (vue latérale) et la figure 8b (vue en plan) représentent un autre môde de mise sous pression du noyau, dans 35 lequel on a éliminé la perforation des culasses. On n'a représenté qu'une partie du noyau magnétique, avec une seule colonne, dessin que l'on peut supposér complété de manière à englober les autres colonnes. On reconnaît un enroulement 80 formé sur une colonne 81 constituée par des tronçons de colonne feuilletées dans le sens 69 18930 2013335 radial et dont les forures centrales sont représentées par des tirets, ainsi que des culasses 52, 8?, enroulées en triangle. Une tige centrale de serrage 84 traverse une plaque de serrage centrale 85, à laquelle sont soudées deux traverses 86, 87, par colonne, 5 une tige de serrage 88 passant par l'extrémité extérieure de chacune de ces traverses. Un système correspondant aux éléments 85 - 87, situés au-dessus de la culasse supérieure, est prévu au-dessous de la culasse inférieure. Dans cette forme de réalisation, le serrage du noyau magnétique est opéré en dehors des enroulements. 69 18930 10 2013335 REVENDICATIONS 1°- Bobine d'inductance triphasée à noyau magnétique, en particulier bobine d'inductance compensatrice pour conducteurs de transfert d'énergie, caractérisée par la combinaison des particularités suivantes : 5 a) Le noyau magnétique est constitué par trois colonnes dont les axes coupent le plan horizontal aux sommets d'un triangle, ainsi que par deux culasses triangulaires ou annulaires, qui forment en haut et en bas l'armature magnétique, et consistent chacune en un enroulement de tôle magnétique en forme de bande 10 ou de feuillard. b) Chaque colonne est constituée par plusieurs tronçons de colonne feuilletés dans le sens radial et dont les axes coïncident entre eux. c) Entre tronçons voisins appartenant à une même colonne 15 est prévu un entrefer drune longueur d'au moins 10mm, des espaceurs d'une épaisseur appropriée étant disposés dans les entrefers» 2°- Bottine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les axes des trois colonnes coupent 20 le plan horizontal aux sommets d'un triangle isocèle ou équila-téral. 3°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les spires de tôle magnétique constituant une cillasse sont collées les unes aux autres, 25 4°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendica tion t caractérisée en ce que les tôles magnétiques formant un tronçon de colonne sont collées les unes aux autres. 5°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 ou la revendication 4 caractérisée en ce que les tronçons 30 de colonne sont entourés d'un bandage, les bandages étant collés. 6°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que l'orifice médian des tronçons de colonne est muni d'un anneau fixé par soudage* 7°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendica-35 tion 1 caractérisée en ce que les tronçons- de colonne portent sur leurs faces frontales une couche isolante fixée par collage. 8°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 7 caractérisée en ce que la couche isolante est constituée 69 18930 n 2013335 en presspahn ou en. une autre matière contenant des fibres synthétiques. 9°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les espaceurs d'entrefer sont 5 constitués en une matière céramique sous la forme de petits blocs prismatiques ou cylindriques, ou sous celle d'anneaux ou de segments annulaires. IO°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le système de serrage du noyau 10 magnétique est établi à l'aide de tiges ou de câbles de serrage en une matière non magnétique, ou au moins partiellement en une matière formant isolant électrique. 11°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les tiges et les câbles de serrage 15 traversent les orifices centraux des tronçons de colonne, ainsi que les culasses. 12°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 11 caractérisée en ce que les tiges ou câbles de serrage traversent des orifices formés dans les culasses, chaque culasse étant 20 pourvue d'un orifice par colonne, les orifices étant soit produits par perçage, et donc de forme circulaire, soit ménagés lors de l'enroulement de la culasse et, par conséquent, de section en forme de croissant. 13°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendica-25 tion 1 caractérisée en ce qu'il est prévu plusieurs tiges ou câbles de serrage par colonne. 14°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 13 caractérisée en ce que les tiges ou câbles de serrage' affectés à une colonne comportent à leurs extrémités une tige 30 commune. 15°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 12 ou 14 caractérisée en ce que la tige commune traverse l'orifice formé dans la culasse. 16° - Bobine d'inductance triphasée suivant la revendica-35 tion 1 caractérisée en ce que les tiges ou câbles de serrage sont disposés en dehors des colonnes ou des enroulements. - 17°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le serrage du noyau magnétique. . s'effectue par l'intermédiaire de ressorts. 69 18930 12 2013335 18°- Bobine d'inductance triphasée suivant la revendication 17 caractérisée en ce que les ressorts possèdent une caractéristique non linéaire, de sorte que la constante d'élasticité est plus grande pour les petites flexions que pour les grandes 5 flexions. 4