Brevet FR2092905A1 — publié le 19720128

La présente invention concerne un procédé de réalisation de bobinages constitués par une pluralité de spires individuelles ayant chacune des extrémités définies, préparées séparément sous forme de pièces conductrices découpées fendues radialement, assemblées en un empilage et connectées en série, Des modes de réalisation de booines supraconductrices fabri- quées à partir de spires découpées dans des matériaux supraconducteurs ca-ssants se pretan- mal à des mises en forme sont décrits dans le brevet français 1.436.848 ; dans les différentes variantes de réalisation représentées, le contact électrique entre une région d'extrémité d'une spire et une autre région d'extrémité d'une autre spire est obtenu par la mise en contact mécanique des régions conductrices considérées. Les matériaux supraconducteurs semblent imposer une telle disposition, mais un bobinage ainsi réalisé doit astre maintenu mécaniquement sous une forte contrainte de compression pour assurer et maintenir la qualité des nombreux contacts intermédiaires quu ce mode de réalisation entratne. Un autre élément d'aggravation du problème constitué par la réalisation de contacts d'une qualité suffisante dans un empilage de pièces découpées réside en la présence nécessaire d'une épaisseur minimale d'isolant entre les pièces empilées. De tels modes de réalisation peuvent être parfaitement justifiés lorsqu'il s'agit de bobinages supraconducteurs, mais présentent des inconvénients excessifs pour astre envisageables dans le cas de bobinages ne fonctionnant pas dans des conditions aussi spéciales. Le but de l'invention est de faciliter la réalisation de bobinages à nombre de spires peu élevé, parcourus par des-courants relativement intenses, tels ceux constituant les inductances utilisées dans des dispositifs antiparasites intercalés dans les conducteurs d'alimentation d'appareils électro-ménagers consommant une puissance assez élevée. L'invention est basée sur la considération que l'utilisation de matériaux ccnducteurs traditionnels à base de cuivre, n'imposant pas les servitudes entraînées par la fragilité des métaux supraconducteurs, permet de résoudre aturge façon plus commode et plus avantageuse, dans le cas de conditions d'utilisation usuelles semblables à celles des bobines traditionnelles, le problème des interconnexions entre spires dans les bobinages constitués par un empilage de pièces découpées. Selon l'invention, le procédé de réalisation de bobinages constitués par une pluralité de spires individuelles ayant chacune des extrémités définies, préparées séparément sous forme de pièces conductrices découpées fendues radialement, assemblées en un empilage et connectées en sérieS est principalement remarquable en ce que lton replie en sens inverses l'un de l'autre les extrémités des spires, en ce que l'on constitue un empilage avec les pièces ainsi préparées et que, par un mouvement de rotation, lgon engage les extrémités repliées les unes dans les, autres.et en en ce que l'on soumet ensuite l'empilage à une forte pression axiale qui sertit ensemble les extrémités à connecter engagées l'une dans l'autre. De pr-éférence, on découpe les pièces élémentaires dans une feuille de métal cuivreux revAetue d'une mince couche d'alliage à base d'étain et de plomb, et l'on chauffe le bobinage terminé, par exemple par effet Joule, de façon à compléter les sertissages par des soudures obtenues par la fusion de l'alliage étain-plomb qui est inclus dans les agrafages. Les bobinages réalisés selon le procédé constituant la présente invention assurent un écoulement facile de la chaleur dissipée par effet Joule dans le bobinage vers la surface externe de refroidissement avec un très faible gradient de température et ce fait permet l'utilisation de densités de courant plus élevées. Le procédé de réalisation de bobinages selon l'invention étant par a-illeurs très économique à mettre en oeuvre, les avantages économiques viennent s'ajouter aux avantages techniques. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, permettra de bien comprendre comment le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre. La Fig. 1 est une vue en élévation d'une spire destinée à la réalisation de bobinages par le procédé selon l'invention. La Fig. 2 est -une vue en perspective d'une spire identique à celle représentée sur la Fig. 1. La Fig. 3 est une vue fragmentaire en élévation d'une partie de bobinage selon l'invention, montrant les positions relatives des liaisons entre spires dans une. bobine assemblée. La Fig. 4 est une vue en élévation d'un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La Fig. 5 est une vue en perspective d'un bobinage selon l'invention. Sur la Fig. 1 une spire 11, dont la majeure partie du développement est située dans un plan horizontal perpendiculaire au plan de la figure, est visible selon sa tranche. La spire 11 est constituée par une rondelle circulaire découpée qui a ensuite été fendue radialement et dont les extrémités 12 et 13 ont été repliées transversalement en sens inverses l'une de l'autre. Les extrémités 12 et 13 sont repliées de façon à ménager, entre lesdites extrémités et le corps de la spire 11, des intervalles 14 et 15 dont la grandeur est un peu supérieure à l'épaisseur 16 de la feuille de métal dans laquelle la rondelle circulaire de départ a été découpée. En variante d'exécution, les extrémités 12 et 13 peuvent faire un angle aigu avec le plan de la spire 11 au lieu d'8tre, sensiblement, parallèles au plan de ladite spire. Sur la Fig. 2, représentant en perspective cavalière une spire identique à celle de la Fig. 1, les références utilisées sur la Fig. 1 ont été conservées pour repérer les différentes parties de la spire. Le fait que la liaison mécanique et la liaison électrique d'une spire donnée d'un bobinage avec la spire qui la précède et avec la spire qui la suit se fait par la coopération de l'extrémité 12 de la spire considérée avec l'extrémité 13 d'une première autre spire, d'une part, ainsi que par la coopération de ltextré- mité 13 de la spire considérée avec l'extrémité 12 d'une seconde autre spire, d'autre part, entraxe une répartition en hélice des points de jonction entre spires dans unetbobine réalisée en utilisant le procédé selon l'invention. Cette répartition en hélice des points de jonction entre spires successives est visible sur la Fig. 3 sur laquelle les spires ont été représentées légèrement espacées les unes des autres pour que la figure soit plus claire. C'est ainsi que l'on peut voir, sur la Fig. 3, en partant de la parte de la figure située en haut et à droite, une spire 31 dont l'extrémité inférieure 32 est agra- fée avec l'extrémité supérieure 33 d'ure spire 34 située immédia tersent au-dessous de la spire 31 ; d'une manière analogue, la partie de retcur de la sbire 34 aboutit à une extrémité inférieure 35 agrafée avec l'extrémité supérieure 36 d'une spire 37 située immédiatement au-dessous de la spire 34 ; d'une manière analogue, la partie de retour de la spire 37 aboutit à une extrémité inférieure 38 agrafée avec l'extrémité supérieure 39 d'une spire 40 située immédiatement au-dessous de la spire 37, et ainsi de suite, Le dispositif représenté sur la Fig. 4 constitue un exemple de montage utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'in vention ; ce dispositif est constitué par une embase circulaire 41 solidaire d'un socle 42 représenté schématiquement et destiné à donner au dispositif une stabilité appropriée. L'embase circulaire 41 comporte, selon cet exemple, un chanfrein 42 et une encoche radiale 43. Le diamètre de l'embase circulaire 41 au niveau du bord supérieur du chanfrein 42 est égal au diamètre extérieur des spires à assembler et la largeur radiale de L'encoche 43 est légèrement supérieure à celle d'une patte repliée telle que la patte 12 ou la patte 13, identiques, de la spire 11 de la Fig. 1.Un mandrin cylindrique 44, terminé à sa partie supérieure par une partie conique 45, est fixé au centre de l'embase 41 ; le diamètre extérieur du mandrin 44 est très légèrement inférieur au diamètre intérieur des spires à assembler de façon à permettre un enfilage facile desdites spires sur ledit mandrin. Un anneau presseur 46, muni d'une encoche radialeiidentique à l'encoche 43 de ltembase 41, mais disposée à la partie inférieure dudit anneau presseur, peut astre également enfilé sur le mandrin cylindrique 44. L'an neau presseur 46 est muni d'une tige d'orientation 48 disposée radialement, et le diamètre extérieur dudit anneau est sensiblement égal au diamètre extérieur des spires à assembler. L'embase 41, le mandrin 44 et l'anneau presseur 46 sont avantageusement usinés en un acier trempant, rectifié après trempe. Le dispositif représenté sur la Fig. 4 est utilisé de la manitre suivante : l'anneau presseur 46 étant retire, on enfile sur le mandrin 44 un nombre approprié de spires telles que la spire il des figures 1 et 2, nombre convenant pour la bobine à' réaliser. La mise en place des spires ne requiert pas de précautions particulières : compte tenu de la symétrie de présentation des pièces utilisées, une pièce retournée se présente d'une façon identique à celle d'une pièce non retournée. Pour simplifier la figure, on a seulement représenté quatre spires inférieures correspondant aux repères 51, 52, 53, 54 et la spire supérieure correspondant au repère 75. On enfile ensuite l'anneau presseur 46 sur le mandrin 44, l'encoche 47 étant disposée vers le bas comme il est représenté sur la figure, et on le laisse reposer sur la spire supérieure 75. A l'aide de la tige d'orientation 48, on fait alors tourner l'anneau presseur sur luimAeme, et autour du mandrin 44, dans le sens des aiguilles d'une montre en regardant par dessus. Au cours de ce mouvement de rotation, l'extrémité supérieure de la spire 75 s'engage à un moment donné dans l'encoche 47, et la spire 75 est alors entraînée par l'anneau presseur 46 Après un anle de rotation inférieur à 360 , 1 'extrémité inférai ure de la spire 75 s'engage dans l'extrémité supérieure de la spire qui lui est immédiatement inférieure, sur laquelle elle repose, et qu'elle er--irat- ne en rotation à partir de cet instant En continuant le mouvement de rotation de l'anneau presser 46, on obtient ainsi progressivement, spire par spire, l'engage- ment de l'extrémité inférieure d'une spire dans l'extrémité supérieure de la spire qui est située immédiatement au-dessous. Le mouvement de rotation de l'anneau presseur 46 peut et doit être poursuivi jusqu'à ce que toutes les extrémités inférieures des spires soient engagées dans les extrémités supérieures des spires inférieures adjacentes, l'extrémité inférieure de la spire inférieure 51 étant, quant à elle, engagée dans l'encoche 43. On porte ensuite le dispositif sur le plateau d'une presse munie d'un outil de pressage dont le nez comporte un alésage dont le diamètre est en accord avec celui du mandrin 44 et l'on applique une pression appropriée sur l'anneau 46 de façon à "écraser" en une seule opération toutes les extrémités des spires engagées l'une dans l'autre et à obtenir ainsi le sertissage simultané de toutes les liaisons mécaniques et électriques entre les spires constituant le bobinage. Après retrait du dispositif hors de,la presse de sertissage, on enlève l'anneau presseur 46 et l'on dégage le bobinage du mandrin 44 sur lequel il est centré. L'extrémité inférieure de la spire 51 et l'extrémité supérieure de la spire 75, qui n'ont pas été aplaties, peuvent alors astre partiellement redressées en vue du raccordement du bobinage avec les connexions d'arrivée et de départ de courant.On peut également diminuer la résistance otmi- que de la bobine ainsi préparée en procédant à la "consolidation" des agrafages sertis par des soudures à l'alliage étain-plomb en utilisant des spires découpées dans une feuille de cuivre "étamée" sur ses deux faces : on fixe alors la bobine sur un gabarit isolant mettant le bobinage en légère extension de faYon à dégager les spires les unes des autres.Les spires peuvent Aetre chauffées jusqu t au point de fusion de l'alliage étain-plomb de revêtement, soit par chauffage direct par effet Joule à partir d'un transformateur basse tension capable de débiter une intensité suffisamment élevée, soit par chauffage indirect par effet Joule en plaçant la bobine dans w champ magndtique à haute fréquence dirigé selon l'axe de la bobine. Lorsque cette opéra ion est effectuée par chauffage direct par effet Joule, les extrémités libres partiellement redressées des spires terminales du bobinage sont maintenues par des pinces métalliques qui servent en même temps d'amenées de courant. Après avoir consolidé les agrafages par les soudures ainsi réalisées, on peut procéder à l'isolement des spires l'une par rapport à l'autre. Dans les petites inductances utilisées dans les montages antiparasites, les tensions entre spires sont faibles et un isolement suffisant entre les spires est facile à obtenir : le bobinage étant maintenu en légère extension par le montage ayant servi pour la soudure, il est très facile et très rapide de pulvériser un vernis isolant dans les espacements existant entre les spires ou de procéder à une aspersion de vernis en faisant tourner la bobine sur elle-mbeme sur une tournette à axe horizontal. Sur la Fig. 5 est visible une bobine 61 dont les extrémités 62 et 6) des spires terminales respectivement haute et basse ont été partiellement redressées dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan moyen des spires. On peut voir sur cette figure les premiers raccords entre spires 64, 65, 66 et 67 en partant de la partie supérieure de la bobine 610 Les racoords suivants ne sont pas visibles à l'exception du raccord 68 qui apparat à la partie inférieure droite de la bobine et qui correspond à l'extrémité interne de la dernière spire 69 du bobinage. Pour des raisons de clarté de la figure, les spires composant la bobine ont été représentées écartées les unes des autres, ce qui peut laisser croire que l'assemblage par sertissage des extrémités des spires prend beaucoup de place et rend la bobine volumi- neuse. En fait il n'en est pas ainsi et la répartition en hélice des agrafages fait que l'épaisseur des agrafages ne vient majorer la longueur minimale de la bobine que de deux épaisseurs de métal par ensemble total ou partiel de n spires, n étant le nombre de spires à l'issue desquelles deux agrafages se retrouvent sur une mme génératrice : si, par exemple, le décalage angulaire d'un agrafae avec l'agrafage suivant est de 20 , une telle majoration se répartit sur 13 spires. On peut considérer qu'à un modèle de spire déterminé, défini par son diamètre intérieur, Son diamètre extérieur et son épaisseur, correspond un courant maximal déterminé de service continu. Il est possible, en utilisant ce meme type de spire, de réaliser ut-- bobi- nage capable de supporter u- courant deux ou trois fois plus éle- vé en mettant en parallèle deux ou trois bobines élémentaires ; cette mise en parallèle peut notamment être effectuée en interca lant les spires d'une bobine entre les spires d'une autre bobine par "vissage" de la seconde bobine dans la première bobine considérée, l'extrémité "pénétrante" de la seconde bobine ayant été laissée repliée pour faciliter son glissement entre les spires de la première bobine. REVENDICATIONS 1 - Procédé de réalisation de bobinages constitués par une pluralité de spires individuelles ayant chacune des extrémités définies, préparées séparément sous forme de pièces conductrices découpées fendues radialement, assemblées en un empilage et connectées en série, caractérisé en ce que l'on replie en sens inverses l'un de l'autre les extrémités des spires, en ce que l'on constitue un empilage avec les pièces ainsi préparées et que, par un mouvement de rotation, l'on engage les extrémités repliées les unes dans les autres et en ce que l'on soumet ensuite l'empilage à une forte pression axiale qui sertit simultanément toutes les extrémités à connecter engagées l'une dans l'autre et réalise les agrafages désirés* 2 - Procédé de réalisation de bobinages selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on découpe les pièces constituant les spires dans une feuille de métal cuivreux revêtue d'une mince couche d'un alliage à base d'étain et de plomb, et que l'on chauffe le bobinage terminé de façon à compléter les sertissages par des soudures obtenues par la fusion de l'alliage étain-plomb qui est inclus dans les agrafages. 3 - Procédé de réalisation de bobinages selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le chauffage des bobinages est obtenu par effet Joule. 4 - Procédé de réalisation de bobinages selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le chauffage des bobinages est obtenu à l'aide d'un champ magnétique alternatif à haute fréquence. 5 - Bobinages constitués par une pluralité de spires individuelles ayant chacune des extrémités définies, préparées séparément sous forme de pièces découpées fendues radialement, assemblées en un empilage et connectées en série, caractérisés en ce que les extrémités de chacls e des spires sont agrafées respectivement avec l'extrémité de sortie de la spire qui la précède dans le bobinage et avec l'extrémité d'entrée de la spire qui la suit. 5 - Bobinages selon la revendication 5, caractérisés en ce que les extrémités agrafées ensemble sont constituées par des parties repliées, engagées l'une dans l'autre et pressées fortement. 7 - Bobinages selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisés an ce que les pièces constituant les spires sont des pièces découpées dans une feuille d'un métal bon conducteur revêtue sur ses deux faces d'une mince couche d'un alliage d'étain et de plomb. 8 - Bobinages selon l'une des revendications 5, 6 et 7, caractérisés en ce que les agrafages sont soudés après leur sert@ssage. @ - Bobinages selon l'une des revendications 5, 6, 7 et 8, caractérisés et ce qu'ils s@nt constitués par plusieurs spirales "vissées" les unes dans les autres et disposées électriquement en paallèle.