Brevet FR2072086A1 — publié le 19710924

La présente invention concerne un paquet de fer ou noyau, de préférence en couches lamellaires, pour transformateurs ou bobines d'induction, comportant, perpendiculairement au flux magnétique, au moins, un entre-fer formé par 1'interrruption du paquet de fer 5 ou par l'écartement d'au moins deux de ses parties. Les surfaces délimitant l'entre-fer sont à des distances différentes l'une de l'autre, un appendice en forme de talon étant prévu à au moins un endroit de l'entre-fer. On connait des "bobines d'induction comportant une carcasse fermée 10 dans laquelle on a introduit un noyau bobiné. Les côtés frontaux du noyau prennent appui sur la carcasse par des bandes en matière magnétique qui se trouvent dans la zone neutre de la bobine d'induction. Dans une bobine de ce genre ces bandes ne permettent aucun réglage des caractéristiques magnétiques dans l'entre-fer, car 15 non seulement elles sont disposées dans une zone magnétiquement inactive du paquet de fer, mais encore sont elles elles mêmes magnétiquement inactives et n'ont qu'une fonction purement mécanique qui consiste à caler l'un par rapport à l'autre noyau et carcasse, ce qui permet d'obtenir un fonctionnement exempt de bourdonnements 20 et indépendant du vieillissement dû aux hautes températures d'utilisation. Pour des problèmes particuliers de branchement et de réglage, il est désirable et l'on cherche à obtenir que la ligne caractéristique magnétique du noyau de fer présente une brisure dans sa partie in-25 férieure, c'est-à-dire là où elle a encore une allure au moins approximativement linéaire. Pour atteindre cet objectif, un noyau, en couches lamellaires par exemple, présente un entre-fer dont les surfaces qui le délimitent peuvent être à distances différentes l'une de l'autre. Ces distances différentes sont obtenues par des 30 (projections] appendices agencés sur les lamelles. Lorsqu'il s'agit de noyaux de petites dimensions, par exemple pour des appareils intercalaires pour tubes à gaz, dans lesquels on doit prévoir un entre-fer de très faibles dimensions, la formation de tels projections (ou appendices) soulève des problèmes considérables dans la 35 technique de l'estampage, du fait qu'il est très difficile d'observer les tolérances nécessaires. Pour éviter les problèmes et les difficultés d'estampage évoqués, l'invention propose d'obtenir la ligne caractéristique souhaitée du noyau et en particulier de son entre-fer en établissant ladite BAD ORIGINAL 70 45107 2 2072086 projection (appendice) en forme de talon par une "barrette de matière ferro-magnétique intercalée ou introduite dans la région magnétiquement active du paquet de fer ou noyau. Les portions des surfaces frontales délimitant l'entre-fer qui sont plus rapprochées 5 les unes des autres que leurs autres portions des surfaces frontales, forment pour ainsi dire un pont, magnétiquement plus ou moins prononcé de l'entre-fer, ayant pour résultat que dans les régions de faible induction ce sont ces endroits qui conduisent les premiers le flux magnétique, tandis que pour les fortes valeurs d'induction, 10 c'est-à-dire dans le domaine de la saturation, la caractéristique est influencée et déterminée primairement par 1'entre-fer restant. Une "barrette comme celle proposée par l'invention, peut être construite avec exactitude et des dimensions précisés, de sorte que son emploi fasse disparaitre les inconvénients précités. Pour que 15 la position dans l'espace de la "barrette soit fixée avec la précision désirée, les lamelles sont pourvues d'encoches plus faciles à estamper que des projections^(appendices) sur les lamelles et les "barrettes sont logées dans ces encoches. Si maintenant les rapports magnétiques relatifs à un noyau de forme donnée doivent être modi-20 fiés, cela peut" être aisément obtenu en modifiant la section de la barrette par exemple, en pratiquant dans celle-ci des ouvertures plus, ou moins grandes. Dans les appareils selon la technique connue, de telles modifications nécessiteraient un changement de l'outillage d'estampage des lamelles. En utilisant, en outre, des barrettes 25 en forme de U en matériau ferro-magnétique on obtient encore des avantages supplémentaires, notamment du fait qu'une telle pièce constitue en même temps le corps de la bobine sur lequel est enroulé le fil avant son introduction dans le noyau. Les lamelles de culasse en fprme de U sont alors glissées par le côté sur le noyau et 30 les barrettes en forme de U, destinées à déterminer la ligne caractéristique magnétique, forment lors du montage, une protection mécanique pour le bobinage. Afin de ne pas dévier le flux magnétique dans le fer par la perditance due à la barrette, il est conseillé de disposer celle-ci symétriquement par rapport au plan médian du 35 noyau de fer. Pour agir sur la ligne caractéristique magnétique mentionnée et en particuler sur la brisure énoncée, le matériau ferro-magnétique de la barrette peut, par exemple, présenter une valeur de saturation plus petite que le matériau du reste du circuit fer. Pour placer la berrette, l'une au moins des surfaces 1*0 frontales limitant l'entre-fer peut présenter une encoche dans la-quelles on introduit la barrette . Dans le cas où la hauteur BAD ORIGINAL 70 45107 3 2072086 de la barrette est supérieur*à la longueur à shunter de l'entrefer, la dimension de l'entre-fer devient pratiquement nulle sur la largeur de la barrette. Conformément au but recherché ces propriétés sont utilisées lorsque la barrette a en même temps pour 5 tâche de servir de support et de guidage mécanique pour la construction du noyau. Cependant, la barrette sert également à la compensation des forces magnéto-strictives, dans la mesure où l'on peut, lors de la sélection de matériaux possédant des valeurs de saturation différentes, choisir 11 induction de sorte que par 10 suite de la magnéto-striction l'un des matériaux présente une variation de longueur positive et l'autre une variation négative et que par conséquent les variations de longueur se compensent dans leur ensemble. Une autre manière d'agir avantageusement sur 1-- ligne caractéris-15 tique magnétique est rendue possible lorsque la barrette comporte des discontinuités, par exemple sous forme de fentes, cependant que dans la portion de la barrette qui se trouve entre les surfaces délimitant l'entre-fer du noyau, la quote-part des discontinuités est supérieure à celle du matériau bordant ces disconti-20 nuités. Un autre point remarquable de l'idée inventive consiste, comme déjà dit, en ce que l'on prévoit comme barrette une pièce en forme de U disposée latéralement par rapport au noyau traversant le bobinage et composée de matériau ferro-magnétique, l'espace délimité par la forme en U servant à- loger le bobinage. Cet-25 te barrette en forme de U ne constitue cependant pas uniquement une disposition utile pour contenir l'enroulement du bobinage d'exitation magnétique, mais sert en plus comme fixation de la pièce du noyau à l'intérieur du paquet de fer, la section des parties de la barrette en forme de U étant complètement incorporée 30 dans la section du fer. Il est encore utile que la partie en U possède des discontinuités dans le voisinage de l'entre-fer, c'est-à-dire dans la partie qui se trouve à la limite immédiate de l'entre-fer. Des exemples de réalisations seront montrés plus en détail avec 35 référence aux dessins annexés sans pour autant limiter l'invention. La figure 1 montre une ligne caractéristique magnétique. La figure 2 montre une forme de réalisation simple de l'idée in-* 'ventive. * •t 70 45107 u 2072086 La figure 3 montre en plan une barrette en détail. La figure ^ montre un autre mode de réalisation de barrettes en forme de U, et La figure 5 montre en perspective et en détail la barrette en for-5 me de U. Dans la figure I la courbe (a) illustre la caractéristique magnétique d'une bobine d'induction de construction conventionnelle et on peut voir que dans la partie initiale de la caractéristique la .courbe croit d'une façon linéaire et qu'elle passe ensuite progres-10 sivement dans la zone de saturation. La courbe porte en abscisse l'excitation magnétique et en ordonnée l'induction. La caractéristique magnétique d'une bobine d'induction selon l'invention est illustrée par la courbe (b). La figure I montre une brisure K dans la portion linéaire de cette courbe qui est utile et souhaitable, 15 pour des raisons bien précises de régulation et de contrôle. Comme le montre la figure 2 à l'aide d'une carcasse fermée sur tout son pourtour, le but recherché est atteint à l'aide d'une barrette 7 introduite dans la zone magnétiquement active, tandis que dans les faces frontales 2' et 3' de l'entre-fer I' de longueur L du 20 noyau dé fer sont pratiquées des encoches 8 et 9 pour loger cette barrette. La figure 3 montre en détail la barrette J, les traits interrompus délimitant la partie qui se trouve dans les encoches 8 et 9- La portion de la barrette située entre les deux traits interrompus, laquelle présente des ouvertures 12, constitue le shunt 25 proprement dit de l'entre-fer. De la figure 3 il est encore visible que dans la portion de la barrette située entre les deux faces délimitant l'entre-fer, la somme des surfaces des ouvertures 12 est supérieure à celle des surfaces 1 6 de matériau bordant ces ouvertures. Si une barrette appropriée est réalisée pour shunter 30 complètement ou partiellement l'entre-fer, il est utile d'en choisir le matériau ferro-magnétique de sorte qu'il ait une valeur de saturation inférieure à celle du reste du circuit fer. Ce choix non seulement permet d'agir de façon particulièrement efficace sur la formation de la brisure de la caractéristique, mais les maté-35 riaux peuvent être en outre adaptés l'un à l'autre de manière que pour une induction d'une valeur donnée le matériau de la barrette • présente, par suite de la magnétostriction, une variation de longueur négative tandis que l'autre matériau présente une variation •AD ORIGINAL 70 45107 5 2072086 de longueur positive de valeur absolue égale ou au moins voisine, de sorte que les forces magnéto-strictives peuvent être compensées de façon simple. Que la barrette 7, dans l'exemple de réalisation 5 selon la figure 2, puisse également remplir des fonctions purement mécaniques ressort à l'évidence de la figure même. La figure it- montre, en combinaison avec une bobine d'induction fermée et de construction similaire à celle de la figure 2, que la barrette 13 a la forme d'une pièce en U, disposée latéralement au noyau 10 1^ qui traverse le bobinage, l'espace délimité par la forme en U servant à loger le bobinage. La figure 5 montre séparément et plus en détail cette pièce en U, et montre en outre qu'elle comporte au voisinage de la pliure des ouvertures 15 en forme de fentes, lesquelles en position montée se trouvent à proximité immédiate de 15 l'entre-fer (voir figure ^). Outre des fonctions purement électromagnétiques, cette barrette remplit également des fonctions mécaniques en servant de support pour le bobinage, ainsi que de guide et de fixation de la partie centrale 1 du noyau. Il est également possible de diviser l'espace délimité par la forme en U de la bar-20 rette 13 par une paroi intermédiaire 20, ainsi que cela est indiqué en traits interrompus dans les figures ^ et 5- Ceci permet le montage de 2 bobinages séparés, qui sont magnétiquement et au moins en partie désacouplés par la paroi intermédiaire 20. Par là, on a également la possibilité de sous diviser les en-25 roulements, dans le cas, où il est exigé un montage strictement symétrique des bobinages. Un autre avantage de cette paroi intermédiaire consiste en ce que son pouvoir conducteur, selon la composition de son matériau ferro-magnétique, amortit les vibrations prenant forcément naissance lors des branchements et coupures du 30 courant. La paroi intermédiaire peut se trouver au milieu mais peut aussi bien en être décalée. Dans le cas des paquets de fer pour transformateurs et bobines d'induction un des points essentiels pour amener à leur optfmum tous les facteurs influençant l'appareil est de réaliser des cir-35 cuits fer aussi courts que possible et d'estamper les lamelles nécessaires à la construction du noyau avec le minimum possible de déchets. La réalisation des conditions optimales peut être obtenue si le paquet de fer est constitué de manière à ce que l'entre-fer soit limité d'un côté par une face du noyau portant le bobinage et lj-0 de l'autre côté par une partie de la face limite de la carcasse .entourant le bobinage et formée par des pièces en U (figure U). BAD ORlGttUlP 70 45107 6 2072086 Dans ce cas le joint de séparation mécaniquement indl^^nca-tle entre noyau et carcasse est réalisé sous forme d'entre-fer. La longueur bobinable des lamelles du noyau, vue dans le plan du flux magnétique, peut utilement correspondre au moins à sa largeur 5 et de préférence leur longueur est égale à la largeur, de manière que la zone bobinable des lamelles du noyau, vue dans le plan du flux magnétique, soit carrée. L'agencement proposé permet non seulement une meilleure utilisation de la matière première (estar.ja^e avec peu de déchets), mais permet, de plus, de gagner de la .. •• 10 pour loger le bobinage, place qui présente, par rapport à la =5.-tion du fer, des dimensions extrêmement favorables. De la sorte, on obtient un rendement optimum dans l'utilisation du cuivre st. du fer. La solution préconisée permet toujours d'établir un rapport-optimum cuivre/fer et ceci indépendamment des éventuelles varia-15 tions de prix. Afin de solliciter magnétiquement aussi uniformément que possible le fer disponible, la longueur bobinable eu noyau est approximativement le double de la largeur des franchis 23 et des lamelles 21 de la carcasse. Bien entendu on peut9 pcir tenir compte de cette règle du traitement technique, donner 20 formes différentes aux lamelles du noyau et de la carcasse-- la lamelle 22 du noyau peut présenter, dans la direction du . magnétique et sur l'une au moins de ces faces, un appendice • " vant au centrage du noyau à l'intérieur de la carcasse, coeh-, . illustré à la figure 2, cet appendice 2k s'étendant entre les 25 ches des deux lamelles en U de la carcasse,et sa longueur èta'.v': plus petite que la largeur de la branche 23 des lamelles en U de la carcasse, de manière à éviter ou au moins à diminuer les clamps de dispersion au droit des surfaces de séparation. Les bra.a.'. :s des lamelles de la carcasse peuvent également présenter des - 30 gueurs inégales, la somme des longueurs de la branche longue £ - .. la branche courte étant cependant approximativement égale a la longueur absolue des lamelles du noyau. Il ressort de ce qui précède que le racour c i s s ement de 11 entr -f:r peut être obtenu à l'aide d'une barrette intercalée ou glissée 35 dans la zone magnétiquement active et qui shunte completement ou partiellement l'entre-fer en pénétrant aussi bien dans l'une qv-e dans l'autre face qui le délimitent. Les exemples donnés mon qu'il est possible d'obtenir des avantages particuliers, mécaniques ou électro-magnétiques, à l'aide de variantes, a:... s" li-0 que par le choix des propriétés ferio-magnétiques du matériau = >>' » - "" ' BAD ORIGINAL 70 45107 7 2072086 De nombreuses améliorations et modifications peuvent être appo tées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 70 45107 ' 2072086 REVENDICATIONS 1. Paquet de fer ou noyau pour transformateurs ou "bobines d'induc-_ tion, de préférence en couches lamellaires, comportant au moins un entre-fer disposé transversalement par rapport au.flux magnétique, ledit' entre-fer .©tant formé par l'interruption du paquet de fer ou 5 par l'ecartement de deux au moins de ses parties, dans lequel les faces délimitant l'entre-fer présentent des distances différentes l'une de l'autre., un appendice en forme de talon "étant prévu à au moins un emplacement dudit entre-fer, caractérisé en ce que ledit appendice est constitué par une barrette en matière ferro-magnéti-10 lue glissée ou introduite dans la région magnétiquement active du paquet de fer ou noyau. • 2. Paquet de fer .selon la revendication 1, caractérisé en ce -qu'au moins l_'une des faces délimitant l'entre-fer comporte une encoche dans laquelle est introduite ladite barrette. 15 3. Paquet de fer selon l'a revendication ' 1 , caractérisé en ce que la hauteur de la barrette est supérieure à la longueur de l'entre-fer. Paquet de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barrette comporte des ouvertures, par exemple en forme de fentes. 5- Paquet de fer selon la revendication h, caractérisé en ce que 20 dans la -partie de la barrette située entre le.s deux surfaces délimitant 1 rentre-f er, la pa,rt occupée par lesdit es ouvertures est supérieure à celle occupée par le matériel entourant ces ouvertures. 6. Paquet de fer selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 5, caractérisé en ce que ladite barrette intercalaire est consti-25 tuée par au moins une pièce en fprme de U,. en matière f erro-magnétique v qui est disposée latéralement par rapport au noyau traversant le "bobinage, l'espace délimité par - la- forme en U servant à loger ce bobinage. 7- Paquet de fer selon la revendication 6, caractérisé en ce que 30 ladite pièce en U comporte des ouvertures au voisinage de l'entrefer . 8. Paquet de fer selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'espace délimité par la pièce en U est divisé par une paroi intermédiaire. 35 9- Paquet de fer selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 5, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que le matériau ferro-magnétique de la barrette a une induction de saturation inférieure à celle du BAD ORIGINAL 70 45107 9 2072086 10 15 20 matériau du reste du circuit fer. 10. Paquet de fer selon l'une quelconque des revendications 1, 3, U, 5, 6, 7 e"t 8 j caractérisé en ce que le matériau f erro-magnétique de la barrette a une induction de saturation supérieure à celle du matériau du reste du circuit fer. 11. Paquet de fer selon l'une quelconque des revendications 1, 3, U, 5j 6, 7 et 8, caractérisé en ce que le matériau ferro-magnétique de la barrette possède une perméabilité supérieure à celle du matériau du reste du circuit fer. 12. Paguet de fer selon l'une quelconque des revendications 1, 3, lt, 5i 6, I et 8, caractérisé en ce que le matériau f erro-magnétique de la barrette possède une perméabilité inférieure à celle du matériau du reste du circuit fer. 13» Paquet de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entre-fer est délimité d'une part par une face du noyau portant le bobinage, et d'autre part par une partie de la surface de la carcasse entourant le bobinage et formée par des pièces en forme de U. 1U. Paquet de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur bobinable des lamelles du noyau, vue dans le plan du flux magnétique, correspond approximativement a leur longueur et est, de préférence, égale à leur largeur. 15- Paquet de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lamelles du noyau et de la culasse ou carcasse, vues dans le plan du flux magnétique, ont une forme en U et que la longueur des lamelles du noyau correspond à la largeur intérieure des lamelles en U de la culasse, tandis que la hauteur des lamelles du noyau est égale ou légèrement supérieure à la hauteur intérieure des lamelles de la culasse. "^1 BAD ORIGINAL '