Brevet FR2070783A1 — publié le 19710917

La présente invention concerne un transformateur, ou bobine d'induction, à noyau de fer comportant au moins un 'bobinage, un noyau traversant le "bobinage, ainsi qu'une carcasse entourant ce dernier et réalisée par exemple en deux parties en forme de U, le 5 noyau et la carcasse étant réalisés en lamelles empilées. Des transformateurs ou bobines d'induction de ce type sont connus. Il est essentiel pour obtenir tous les facteurs influençant l'appareil, dans les meilleurs conditions, d'établir des circuits de fer les plus courts possible, d'estamper les lamelles nécessaires 10 à la construction du noyau avec le moins de chutes possible, et surtout, avant toute chose, d'essayer d'éviter que dès- par la construction du noyau, de champs de dispersion soient créés avec tous leurs inconvénients bien connus qui s'y rattachent. Il a été proposé de construire le noyau lamellaire des trahsforma-15 teurs de manière que ses parties constitutives puissent être estampées avec peu de chutes. Lors de la construction du noyau, il est non seulement primordial que le noyau soit estampé sans chutes, mais également qu'il soit adapté de manière optimale, aux conditions électro-magnétiques ; 20 car c'est de cette façon seulement qu'il est possible d'obtenir un produit industriel de grande valeur, satisfaisant aussi bien par son procédé de fabrication que par son fonctionnement aux exigences les plus élevées. Bien que dans les noyaux de fer pour transformateurs connus, le 25 noyau, placé entre les deux parties en U de la carcasse, soit,sur sa partie bobinable, de forme carrée, il se prolonge de façon i-ninterrompue vers le haut et vers le bas, c'est-à-dire avec la même .largeur initiale ; clesfc de cette manière que les piles conditionnées par la construction ou les points des faces du noyau se trou-30 vent aux endroits ou se produisent des chutes de potentiel magnétiques ce qui résulte inévitablement en la formation à ces endroits, de champs de dispersion avec tous les inconvénients qu'ils comportent. Le but de l'invention est d'éliminer ces inconvénients. Pour construire de manière optimum une bobine d'induction ou un 35 transformateur, il faut considérer le problème dans son ensemble et ne pas être axé sur telle ou telle condition particulière. L'invention répond au but recherché en établissant la longueur 70 44124 2 2070783 "bobinable des lamelles du noyau, vue dans le plan du flux magnétique approximativement égalé à leur largeur, et en plaçant le plan longitudinal passant par le milieu du noyau (zone magnétiquement neutre) entre les deux parties en U de la carcasse. Cela signifie, 5 en d'autres termes, que les cotés extrêmes des parties en U de la carcasse sont immédiatement voisins, ou au moins très rapprochés, ou que les plans formés par les cotés extrêmes du noyau ont un point d'intersection approximativement commun. De ce fait, il ne peut pas se produire aux joints des faces des parties en U de la 10 carcasse de différences de potentiel magnétique qui causeraient l'apparition à cet endroit de champs de dispersion. Le dispositif selon l'invention permet non seulement une meilleure utilisation du matériau (estampage pauvre ou^déchets) et la construction de noyaux sans champs de dispersion, mais en plus l'obtention d'un 15 espace pour le bobinage qui présente, par rapport à la section du fer, des dimensions très favorables. De cette manière, on obtient à l'aide du cuivre et du fer utilisé un rendement optimal. La solution préconisée permet d'établir toujours le rapport cûivre/fèr de la meilleure façon et ceci indépendamment des variations de 20 prix. A titre d'exemples, des modes de réalisation possibles de l'appareil selon l'invention sont mises en évidence et sont décrites plus en détail a l'aide des dessins annexés sans pour autant limiter l'invention. 25 Les figures 1 à 20 montrent diverses sections des fers, dans le plan du flux magnétique, ainsi que des formes pour l'emboutissage sans chutes. La figure 1 montre en perspective la partie fer d'un transformateur ou d'une bobine d'induction, composé du noyau 1, proprement dit, 30 entouré par le bobinage 2 et par les deux lamelles en forme.de U 3. La coupe, transversale selon la figure 1 se trouve dans le plan du flux magnétique. L'axe 2 du bobinage est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la-bobine d'induction. La longueur L des lamelles du noyau 1 est égale à sa largeur B. La figure 2 montre la manière 35 économique pour estamper les lamelles 1 et 3 formant la section de la bobine d'induction. Les parties séparées sont réalisées de façon à s'emboîter de manière à ce qu'ils ne produisent théoriquement plus.de chutes. Les parties. 1 du noyau peuvent aussi être estampées. 70 44124 3 2070783 séparément des parties constitutives de la carcasse. L'alimentation en "bandes de matériau, à partir desquelles sont estampées les lamelles, nécessitant en général des marques, il est possible d'emboutir les coins extérieurs des lamelles de la carcasse 3 comme 5 c'est montré par les lignes interrompues dans les figures 1 et 2. De cette manière, on pratique des ouvertures dans lesquelles peuvent être introduites des doigts ou des broches de guidage pour commander le passage des bandes de matériau à travers les outils d'estampage. Il faut remarquer que malgré l'estampage pauvre eh 10 chutes et compte tenu de l'espace requis pour le bobinage, il y a plusieurs variantes possibles, pour autant que la hauteur H des lamelles en U de la carcasse puisse être choisie à volonté. En outre, selon la figure 1, le plan médian longitudinal du noyau 1, c'est-à-dire la zone magnétique neutre, s'étend entre les deux 15 parties en U de la carcasse 3, étant donné que les faces opposées des parties en U de la carcasse sont à cet endroit directement voisines ou disposées les unes contre les autres, de manière à ce que les plans formés par les faces extrêmes des parties en U de la carcasse et par les faces extrêmes du noyau se coupent en un point 20 commun. Puisque pour des raisons de fabrication aussi bien que pour des raisons de fonctionnement électromagnétique, il est essentiel que la partie magnétiquement active des lamelles du noyau se trouve effectivement au milieu de la carcasse formée par les deux lamel-25 les en U, il est utile que la lamelle 1' du noyau comporte, dans la direction du flux magnétique et sur au moins un des deux cotés extrêmes, un appendice 6 (voir figure 3) de section inférieure au noyau et dont la longueur est inférieure à la largeur des branches des lamelles de la caracsse. A l'aide de cet appendice 6, il est 30 possible de centrer la lamelle dans la carcasse en faisant par exemple, pénétrer l'appendice 6 entre les deux lamelles en U de la carcasse. Un exemple d'une telle exécution est montré en perspective dans la figure. 3, la figure t montrant comment doivent être disposées les lamelles individuelles pour obtenir un estampage pauvre 35 en chutes. Ici aussi, on peut modifier la grandeur de l'espace pour le bobinage en variant la hauteur U' des lamelles en U. Etant donné que dans cette exécution, les faces opposées des parties en U sont à une,toutefois,petite distance l'une de l'autre, les plans mentionnés en relation avec la figure 1 comportent de ce fait deux BAD ORIGINAL 70 kklZk u 2070783 points d'intersection, qui cependant sont très proches l'un de l'autre, de manière à ce que le but poursuivi ne soit pas influencé par les mesures, proposées. La coupe selon la figure 3 montre aussi que le dessous de la bobine 5 d'induction 1+ comporte une découpe 5 en forme de fente. Dans celle-ci on peut introduire une lame considérée comme organe de liaison mécanique et qui peut servir à compléter la section fer. Le noyau est fixé et sa position entre les lamelles est déterminée de façon non équivoque, par le fait que son appendice 6 disposée 10 sur la face frontale de la lamelle 1' du noyau est situé entre les deux branches de lamelles en.U de la carcasse. La longueur de l'appendice 6 étant plus petite que la largeur B des branches 7 des lamelles de la carcasse 3', il ne se produit pas de champs de dispersion à l'endroit de cette découpe en fente de séparation, champs • 15 qui induisent des vibrations dans les parties avoisinnantes en fer et ainsi engendrent des ronflements indésirés. La figure 5 montre une autre variante. Ici, le noyau 1 *' ' divisé dans le sens de la longueur (par rapport à la direction du flux magnétique) comporte des taquets 8' rectangulaires. Dans cette for-20 me ^'exécution, le noyau est également fixé à l'intérieur de la carcasse en une position bien définie, en réalisant la hauteur extérieure H" de la partie du noyau 1''' égale à la hauteur H''' de la partie en U 3''' de la carcasse. La figure 6 montre que dans ce mode d'exécution aussi il est possible de réaliser un estampage 25 avec très peu de chutes. Les plans formés par les surfaces frontales des parties constitutives de la carcasse et du noyau, se coupent ici en un point S"', Les figures 7 et 8 montrent d'autres variantes, où K' représente les lamelles du noyau et M' les lamelles de la carcasse ou culasse. 30 Dans ce cas, la longueur bobinable L du noyau est égale à sa largeur B, La longueur absolue du noyau peut cependant être plus grande. En principe, lorsque l'on mentionne la "longueur" du noyau on n'a pas en vue son étendue dans l'espace, mais uniquement son étendue dans la direction de passage du flux magnétique. Ici, éga-35 lement, les plans formés par les surfaces extrêmes du noyau" et des lamelles de la carcasse ou culasse se coupent en un point commun } comme c'est montré dans la figure 7- BAD ORIGINAL 70 t*kl2k 5 2070783 Un autre mode de réalisation de l'invention consiste à réaliser les côtés latéraux 10 de l'appendice 6" prennent la forme de dents et d'équiper une denture correspondante au moins les cotes extrêmes (ou frontales) des "branches 7V des parties en U de la carcasse 5 entre lesquelles l'appendice 6" se trouve (figure 9)« Selon ce mode de réalisation, l'estampage peut être fait avec peu de chutes comme le montre la figure 10. Pour des raisons de montage et afin de faire écran contre les é-ventuels champs de dispersion qui peuvent apparaître même quand 10 la distance entre les surfaces extrêmes (frontales) des lamelles est petite, on peut prévoir sur les cotés extrêmes 11 des lamelles en U M''', de la carcasse approximativement dans la direction longitudinale de la "branche libre, des encoches 12 dans lesquelles peuvent être montées des lames 13. Les lames peuvent être réali-15 sées en matière ferro-magnétique, pour former écran contre les champs de dispersion ou pour compléter la section fer. Elles ont en même temps une fonction mécanique qui est d'assembler les parties individuelles. De ce qui précède, il ressort qu'un estampage avec peu de chutes est aussi réalisé dans ce cas (figure 11). 20 Dans""Té"circuit fer des bobines d'induction et dans certaines conditions également dans celui des transformateurs, il y a en général lieu de prévoir un ou plusieurs entre-fers. A cette fin , le noyau peut être divisé perpendiculairement à la direction du flux magnétique. La figure12 montre à titre d'exemple un tel cas, 25 le noyau K''' étant divisé longitudinalement aussi bien que transversalement. Cet exemple de réalisation peut également être estampé avec peu de chutes comme c'est montré dans la figure 13. D'autres variantes possibles et conformes au but sont représentées dans les figures 1U et 15 9 16 et 17» et 18. Les figures 1U, 15 et 30 18 sont compréhensibles de ce qui précède sans plus d'explications En ce qui concerne les figures 16 et 17» il est utile de préciser qu'il s'agit d'un transformateur à champs de dispersion. Les figures montrent que dans cette forme de réalisation rare, il est également possible d'estamper avec peu de chutes pour autant que 35 les conditions initiales soient réalisées conformément au but recherché. D'autres variantes d'exécution sont représentées aux figu res 19 et 20, la figure 20 montrant la disposition pour un estampa ge sans chutes et la figure 19 une coupe. Il est évident que l'une ou l'autre moitié (figure 19) peut être tournée de 180° autour de 70 kkl2k 2070783 l'axe horizontal, pour que la coupe soit symétrique par rapport à son plan médian. Afin d'illustrer plus simplement l'idée inventive, on propose une expérience en pensée dans laquelle les noyaux représentés dans 5 les figures sont supposés bobinés et excités. On essaie maintenant d'enlever du noyau horizontalement par rapport à l'axe du bobinage l'une ou l'autre partie en U de la carcasse. Il est possible, grâce aux dispositions de l'invention, d'enlever sans efforts particuliers l'une ou l'autre partie, car, la zone 10 neutre comme mentionné plus haut, disposée entre les deux parties * en U de la carcasse. Grâce à cette particularité, on évite égale:-., ment l'apparition de champs de dispersion. Les dimensions du paquet de fer sont dans l'ensemble prévues de manière à tendre vers une limite optimum, aussi bien du point de vue de la fabrication 15 que du point de vue du fonctionnement. Un autre avantage important obtenu lors de l'utilisation d'un noyau ayant sa longueur et sa largeur approximativement égaux provient du fait qu'on obtient un plus grand ou plus petit entre-fer d'après la manière dont est placé le noyau. 20 Les modes d!exécution décrits présentent un grand avantage pour les appareils. La puissance élevée et de grandes dimensions. Ils peuvent être construits de manière simple en maintenant inchangées les dimensions en coupé et en augmentant ou diminuant les dimensions perpendiculaires au plan du flux magnétique, sans changer, 25 en principe, le rapport cuivre/fer, ceci dans la mesure où les dimension-s de l'appareil perpendiculairement au plan du flux magnétique sont supérieurës à celles qu'il présente dans ce plan. Une modification éventuellement désirable du rapport cuivre/fer nécessitée par les variations de prix de l'un ou l'autre des cons-,.30 tituants, tout en conservant la construction, peut être obtenue en modifiant la hauteur de la branche H (figure 1). Indépendamment de cela, les noyaux selon toutes les variantes peuvent être estampées avec très peu de déchets. 70 44124 T 2070783 Les modes de réalisation décrits présentent un grand avantage en ce que des variations de la puissance-type d'appareils importants (par exemple dans le domaine de 20:1) peuvent être obtenues facilement par le rallongement ou le racourcissement de l'appareil, 5 tout en maintenant les dimensions de sa section perpendiculairement an plan du flux magnétique et sans que, dans ce cas, le rapport désiré cuivre/fer soit modifié, à condition que les dimensions de l'appareil perpendiculairement au plan du flux magnétique sont plus grandes que celles qui sont dans'le plan du flux magnétique. 10 Une modification désirable du rapport cuivre/fer, provoquée par des variations de prix éventuelles de l'un ou de l'autre des constituants, peut être obtenue, pour l'obtention des meilleurs prix, tout en maintenant la construction par la modification de la hauteur des branches (figure 1). En outre, tous ces modes de réalisation sont 15 estampés avec un minimum de chutes. De nombreuses modifications et améliorations peuvent être faites aux transformateurs ou bobines conformes à l'invention sans pour autant sortir de son cadre. 70 kkl2k e 2070783 REVENDICATIONS 1. Transformateur ou "bobine d'induction comportant au moins un "bobinage, un noyau traversant le bobinage et une carcasse entourant ce dernier et réalisée, de préférence, en deux parties en U, dans lequel le noyau et la carcasse sont réalisés en couches la-5 mellaires, caractérisé en ce que vu dans le plan du flux ,magnétir que, la longueur bobinable des lamelles du noyau est approximativement égale à la largeur et que le plan médian longitudinal du noyau (zone magnétiquement neutre) est placé entre les deux partie en U de la carcasse. 10 2. Transformateur ou bobine d'induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lamelle du noyau comporte, dans la direction du flux magnétique et sur au moins un des cotés extrêmes (frontales), un appendice de section inférieure à la section du noyau, et que cet appendice pénètre entre les branches des deux 15 lamelles en U de la carcasse. 3. Transformateur ou bobine d'induction selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur de l'appendice est inférieure à la largeur des branches des lamelles de la carcasse. 20 i*. Transformateur ou bobine d'induction selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la longueur bobina ble des lamelles du noyau est égale à deux fois la largeur des branches_des lamelles de la carcasse. 5. Transformateur ou bobine d'induction selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que la longueur bobinable des lamelles du noyau est au maximum égale (ou légèrement inférieure) à la largeur intérieure des lamelles en U de la carcasse. 6. Transformateur ou bobine d'induction selon la revendication 2, caractérisé en ce que la branche d'une lamelle de la carcasse pré- 30 sente des longueurs inégales. 7. Transformateur ou bobine d'induction selon la revendication 6, caractérisé en ce que la somme des longueurs d'une branche courte et d'une branche longue est approximativement égale à la longueur absolue du noyau. 70 9 2070783 8. Transformateur ou bobine d'induction selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bords latéraux de l'appendice sont dentés et et qu'au moins les cotés extrêmes des branches des parties en U de la carcasse entre lesquelles l'appendice est placé, sont munis 5 d'une denture correspondante. 9. Transformateur ou bobine d'induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la noyau est divisé en longueur et/ou largeur pour former un ou plusieurs entre-fers. 10. Transformateur ou bobine d'induction selon la revendication 1, 10 caractérisé par le fait que sur les cotés extrêmes des lamelles en U de la carcasse et approximativement dans la direction longitudinale de la branche libre sont prévues des encoches.