Brevet FR2207333A1 — publié le 19740614

Un conducteur électrique idéal pour courants alternatif devrait ne présenter ni inductance ni résistance. Le fil métallique rond généralement utilisé comme conducteur pour courants alternatifs présente une résistance et tme inductance élevées, L'induc- tance a pour effet de provoquer une chute de tension le long du conducteur et de provoquer une accumulation d'énergie dans le champ magnétique associé au débit de courant.Ces effets conjugués posent des problèmes qui augmentent avec la longueur du conducteur et avec la fréquence du courant alternatif. Ces problèmes sont d'ordre économique pour les lignes et câbles de transmission qui transportent l'énergie à la préquence commerciale relativement faible de 50 ou 60 Es et le traduisent par des problèmes de cir- cuits de courte longueur en cas de fonctionnement en régime pulsatoire ou à fréquence élevés. Les effets de la résistance dans un conducteur sont une perte d'énergie dans le circuit et l'échauffement du conducteur. Ces effets pesent également des problèmes économiques pour les lignes et câbles de transmission et des problèmees de rendement pour les câbles et l'équipement. Les conducteurs sont généralement constitués par des fils métalliques de section circulaire. Pour une surface de section donnée, la forme circulaire produit l'inductance maximale.On peut abaisser considérablement la valeur de l'inductance en remplaçant la section circulaire par une mince bande plate. Toutefois, dans un conducteur plat, l'augmentation de l'effet Kelvia sur la résistance effective donne un résultat comparativement pire que dans un conducteur de section ronde. La présente invention permet d'obtenir un conducteur mince ou " em bande" dent la résistance effective peut être abaissée à une valeur comparable à celle d'un conducteur rond, tandis que son inductance est maintenue bien inférieure à celle d'un conducteur rond. Un inducteur idéal devrait présenter un. certaine valeur d'inductance mais pas de résistance. Dans la pratique, une valeur courante d'appréciation d'un inducteur, ou facteur de qualité, est le rapport réactance inductive/résistance effective à la fréquence de fonctionnement. Pour des raisons de prix de revient, de refroidissement et de compacité de l'inducteur, il est souvent souhaitable d'utiliser un conducteur plat multicouche. Ce type d'inducteur connu est pénalisé par une résistance effective plus grande que celle d'un inducteur bobiné avec un conducteur de section carrée ou circulaire, notamment pour les courants haute frd- quence. Suivant la présente invention, la résistance effective d'un inducteur qui est bobiné avec un conducteur plat peut être réduite de la même manière qu'elle l'est dans un conducteur plat. En outre, l'un des moyens qui permet de réduire la résistance effective peut être utilisé concurremment pour augmenter la valeur de l'in ductance d'un inducteur bobiné avec un conducteur plat à noyau d'air, ce qui améliore notablement le facteur de qualité de l'inducteur. Toutefois le problème ne se limite pas au conducteur long distance individuel ou au cas voisin de la paire de conducteurs formant un circuit aller-retour. Les conducteurs bobinés pour former un inducteur sont également sujets à l'effet de peat notamment lersqu'il s'agit d'inducteurs à noyau à air bobinés avec des conducteurs plats faits en aluminium pour abaisser leur prix de revient et leur poids dans le cas d'application aérospatiales. La présente invention a pour but d'améliorer les propriétés des conducteurs plats en réduisant leur résistance effective en courant alternatif. L'invention a pour objet un procédé de formage des conducteurs plat. pour la tranamission des courants alterna- tif s, qui usure une répartition beaucoup plus uniforme du courant alternatif dans les conducteurs qu'avec les conducteurs connus. L'invention vise également un inducteur ayant un faible rappert résistance au courant alternatif/ résistance chmique. L'inducteur suivant l'invention a une configuration telle que la direction et l'intensité du flux magnétique interne sont contrôlées de façen que la quantité de flux qui tend à traverser le conducteur soit réduite. Suivant l'invention, en donne à un conducteur plat, constitué par une bande mince, une configuration telle que le flux qui traverse le conducteur plat de surface k surface soit réduit au minimum. Les condusteurs suivant l'invention ont des configurations qui leur confèrent les avantages à la fois d'une faible inductance et d'une faible résistance on courants alternatif s et les induc tour obtenus ont un meilleur facteur de qualité pour un prix de revient moindre et un poids réduit. Les configurations suivant l'invention pouvent être obtenues de différentes façons t par cintrage du conducteur plat sur aa largeur, par espacement des éléments conducteurs qui constituent le conducteur plat, ou par application d'un élément magnétique de contrôle du flux d'un côté ou des deux côtés du conducteur plate Une réduction analogue de la résistance effective peut être obtenue avec un inducteur à conducteur plat, notamment pour les courants haute fréquence. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de lsinvention. La fig. 1 est une vue schématique en perspective d'une partie d'un conducteur isolé suivant l'invention. Les fige. 2, 3 et 4 sont des vues analogaes k celles de la figure 1 représentant d'autres modes de réalisation de l'invention. La fig. 5 est une vue schématique en perspective dune partie d'un conducteur isolé suivant encore un autre mode de réalisation d. l'invention. Les figs. 6 et 7 sont des vues analogues à celles des fige. 1 et 2 nais représentent des conducteurs aller-retour suivant l'in vention. La fig. 8 représente le conducteur isolé de la figure 3,utilisé avec un autre conducteur analogue pour former un agenceent de conducteur aller-retour corme pour les figures 6 et 7. La fig. 9 est une vue en élévation de la face latérale d'un inducteur suivant l'invention. La fig. 10 est une vue en coupe suivant la ligne 10-10 de la figure 9. La fig. Il est une vue en élévation de la face latérale d'un inducteur analogue k celui de la figure 9 mais comportant des moyens pour faire varier son indactance. La fig. 12 est une vue en coupe suivant la ligne 12-12 de la figure 11. Sur la figure 1 des dessins, on a représenté un conducteur isolé 20 qui transporte du courant alternatif circulant dans le sens de la flèche 22. Le conducteur 20 comprend un premier élément de conducteur 24 et un deuxième élément de conducteur complémen- taire 26. Comme représenté sur la figure 1, les éléments 24 et 26 sont cintrés d'un bord k l'autre. La ratière première des éléments 24 et 26 peut être un maté- riau conducteur plat, tel qu'une bande mince de cuivre ou d'aluminium cintrée par laminage par exemple, ou ces éléments peuvent être cintrés dès l'origine à partir d'une billette, ou par extrusion d'un produit fondu ou par étirage dans une filière. Suivant un autre agencement de structure, l'un ou ltautre des éléments 24 et 26 ou les deux, peuvent comprendre une pluralité de bandes plates plus minces et plus étroites superposées en feuillets et fixées ainsi au cintrage voulu. Le degré de cintrage dépend d'une caractéristique principale du conducteur transporteur de courant, k savoir les boucles de flux iagaétique établies par le courant qui circule. Comme on le sait, lorsque les boucles ou courbes de flux varient continuellement en raison des variations de courant dans le conducteur, une réaction se produit si les boucles de flux traversent le conducteur dans une certaine mesure. Dans le cas d'un conducteur plat, la réaction tend k supplanter les autres effets, ce qui rend un conducteur de cette configuration inapte aux applications en courant alternatif. Le principe de la présente invention consiste k cintrer le conducteur de façon à réduire considérablement le nombre de boucles de flux qui traversent le conducteur, de manière k réduire la réaction correspondante du conducteur et à obtenir une répartition heaucoup plus uniforme du courant dans le conducteur. ThRori- quement, le rayon de courbure de chacun des éléments 24 et 26 devrait être tel qu les éléments aient une section semi-circulaire avec leurs bords adjacents, pour réduire au minimum les boucles de flux traversant le conducteur.En pratique, il n'est pas possible d'utiliser une telle configuration de structure car le conducteur ainai obtenu aurait un degré de rigidité indésirable. La structure de la figure 1 présente une répartition du flux magnétique très voisine des conditions idéales, comme illustré par les boucles de flux intérieure et extérieure 28 (fig.l). Le mode de réalisation de la figure 2 est très voisin de celui de la figure 1 et présente sensiblement la même disposition de boucles de flux. Le conducteur 30 de la iigure 2 est supposé être parcouru par un courant instantané comme indiqué par la flèche 32. Les éléments 34 et 36 qui constituent le conducteur 30 cor- respondent aux éléments 24 et 26 de la figure 1, avec cette dif férence qu'au lieu d'être cintrés de façon continue, ils sont sensiblement plats sur une grande partie de leur largeur. Les bords des éléments 34 et 36 sont incurvés à 900 et sont disposés de façon adjacente.Des boucles de flux sont formées par le courant dans les éléments 34 et 36 sensibleient comme illustré par les boucles en traits interrompus 38. Il est souhaitable que les boucles intérieures et extérieures 28 et 38 des figures 1 et 2, respectivement se ferment sur elles- mêmes ssns traverser aucune portion des éléments de conducteur 24, 26 et 34, 36. A cet effet, les bords des éléments 24 et 26 comme ceux des éléments 34 et 36 sont disposée de façon adjacente. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le conducteur 40 est supposé parcouru par un courant instantané comme indiqué par la flèche 42. Le conducteur 40 comprend deux paires espacées d'*- léments de conducteurs plats, une paire supérieure 43 constituée par des éléments conducteurs plats 44 et 46 et une paire inférieu- re 47 constituée par des éléments conducteurs plats 48 et 50. Dans ce cas, on obtient la formation de boucles de flux extérieure et intérieure 52 en espaçant légèrement la paire de conducteurs 44 et 46 de la paire de conducteurs 48 et 50.Il est bien évident qu'on pourrait utiliser à volonté un nombre d'éléments conducteurs plats différent des paires représentées. Le conducteur 54 de la figure 4 est constitué par une plura- lité d'éléments conducteurs plats, au nombre de dix dans l'exemple représenté, à savoir les éléments 56, 58, 60 , 62, 64, 66, 68, 70, 72 et 74. Le courant circule dans le conducteur dans le sens de la floche 76. On obtient des boucles fermées de flux extérieu- re et intérieure 78 par l'agencaent représenté dans lequel les bords intérieurs des éléments sont étagés de manière à ménager un espace vide le long de l'axe longitudinal du conducteur 54. De cette façon, les bords intérieurs des éléments plats 56 et 74 sont disposés de façon adjacente comme le sont les bords intérieurs des éléments plats 64 et 66. Les éléments plats 58 et 72 ont leurs bords intérieurs espacés comme le sont les bords inté- rieurs des éléments plats 62 et 68.Les bords intérieurs des él4- ments plats 60 et 70 sont légbrement plus espacés que ceux des éléments plats 62, 68 et 58, 72, de manière à créer l'espace vide longitudinal précité pour les boucles fermées intérieures de flux, tandis que les boucles fermées extérieures de flux s'établissent le long des éléments plats comme indiqué par les lignes en traits interrompus 78. Le mode de réalisation de la figure 5 représente une approche différente du principe du contrôle des boucles de flux. Dans ce iode de réalisation, le conducteur 82 comprend un élément conducteur qui est un élément plat 84. Le conducteur 82 comprend égale- ment des éléments magnétiques disposés de façon adjacente à l'élément plat 84. Ces éléments sont sensiblement plats ou en forme de plaques 86 et 88 et sont fixés contre les bords de l'liment 84, de préférence perpendiculairement au plan de l'élément 84. Les éléments magnétiques 86 et 88 sont disposés le long des bords longitudinaux de l'élément électroconducteur 84 mais ils peuvent être interrompus par d'étroits intervalles 90, 92, si on le désire. Un courant instantané circulant dans le sens de la niche 94, les trajets des boucles du flux résultant de la formation du conductour 82 avec les éléments 86 et 88 sont sensiblement tels qu'illus- tréspar les lignes 96. Il apparat donc que le contrôle dee boucles de flux, en vue de produire une répartition plus régulière du courant dans un conducteur isolé transportant du courant alternatif est établi senaiblaent comme illustré par les lignes en traits interrompu de bouclcx de flux 28, 38, 52, 78 et 96 des figures 1 k 5 respec- tivement. Le. figures 6 L 8 illustrent le cas de paires de conducteurs aller-retour. air la figure 6, un conducteur double 100 comprend dos éléments conducteurs 102 et 104 qui transportent du courant alternatif dont la direction instantanée est choisie suivant les flèches de la ligne on traits interrompus 106. Les éléments 102 et 104 sont cintrés comme les éléments 24 et 26 de la figure 1, ais dans ce OU ils sont disposés dos-à-dos et non bord-b-bord. Les boucles de flux qui en résultent suivent aensiblcnnt les lignes en traits interrompus qui forment des boucles fermées 108. Sur la figure 7, un conducteur double 110 comprend des éléments conducteurs 112 et 114 qui acheminent du courant alternatif dont la direction instantanée est choisie suivant les flèches de la ligne 116. Les éléments 112 et 114 ont la/même configuration que t les éléments 34 et 36 de la figure 2 mais 118 sont disposés dos-à- dos et non bord-k-bord. Les bouclea de flux qui en résultent suivent sensiblement les lignes en traits interrompus 118. Dans le mode de réalisation de la figure 8, le conducteur aller-retour 120 est supposé transporter du courant instantané dans le sens des flèches de la ligne 122. Le conducteur allerretour 120 comprend un conducteur "aller" 124 et un conducteur "retour" 126.Le conducteur 124 comprend des paires espacées d'élé- lents conducteurs plats, une paire supérieure 127 constituée par des éléments conducteurs plats 128 et 130, et une paire inférieure 131 constituée par des éléments conducteurs plats 132 et 134. De façon analogue, le conducteur 126 comprend des paires espacées d'éléments conducteurs plats, une paire supérieure 135 constituée par des éléments conducteurs plats 136 et 138 et une paire infé- rieure 139 constituée par des éléments conducteurs plats 140 et 142. Le conducteur "aller" 124 établit des boucles de flux qui suivent les trajets fermés illustrés par la ligne 144 et le conductour "retour" 126 établit des boucles de flux qui suivent lee tra- jets fermés illustrés par la ligne 146. Il ressort de ce qui précède que l'invention présente un grand intérêt pratique, qu'elle eoit appliquée awt conducteers ito- lés ou aux conducteurs doubles aller-retour, Son intérêt s'étend également au dosaine des inducteurs, tels que ceux utilisés dans les circuits de filtrage de courant alternatif. Ce champ d'appli- cation est illustré par les figures 9 h 12. Les figures 9 et 10 représentent un inducteur 200 qui com- prend un conducteur 202 bobiné en spirale autour du noyau de ltin- ducteur qui, dans he mode de réalisation, est un noyau à air. Le conducteur 202 est une bande plate de métal, avantageusement du cuivre ou de l'aluminium, et il peut être ou non revêtu d'un isolant sur ses surfaces plates. Lorsque le conducteur n'est pas isc- lé de cette façon, les spires individuelles de la bobine peuvent être légèrement espacées lune de l'autre de manibre k établir un isolement par air. Le conducteur 202 se termine par des bornes 204 et 206 agencées de manière à être connectées électriquement à un réseau de filtrage ou circuit analogue. Stxr les faces de l'inducteur 200 adjacentes aux bords du conducteur 202 sont disposées dea plaques latérales 208 et 210 en matériau magnétique. Comme représenté sur la fig. 9, la plaque 208 comporte des encoches radiales. La plaque 210 comporte avantageusement des encoches analogues, non représentées.Les plaques 208 et 210 jouent dans l'inducteur 200 le même rôle que les élé- ments magnétiques 86 et 88 de l'élément conducteur 84 de la fig.5, csest-à-dire qu'elles servent 9 contrôler les boucles de flux magnétique créées par la présence du courant dans le conducteur 202, de façon à assurer une répartition plus régulière du courant dans le conducteur et donc à renforcer l'inductance de l'inducteur 200 lorsque le conducteur 202 est soumis à des variations de courant telles que celles d'un courant alternatif par exemple. Comme illustré par la fig. 10, les boucles de flux suivent des trajets 212 qui minimisent la traversée du conducteur 202. Dans le iode de réalisation des figures ll et 12, l'induc- teur 214 représenté est sensiblement analogue k celui des figs. 9 et 10. I1 comporte un conducteur plat 216 bobiné en spirale et des plaques latérales magnétiques 218 et 220 disposées de façon adjacente aux bords de l'inducteur bobiné. Toutefois, dans le cas de l'inducteur 214, les plaques 218 et 220 se prolongent sensiblement jusqu'à l'axe de l'inducteur, où est disposé un mécanisme de com- mande k vis 222.De mécanisme 222 permet de déplacer ou de c-an- der les parties centrales ou noyau 224 et 226 des plaques 218 et 220 respectivement, de manière k modifier ou k régler l'inductance de l'inducteur 214. À cet effet, les parties centrales 224 et 226 des plaques peuvent comporter des fentes, telles que les fentes 228 de la figure ll. C'est ainsi que lorsqu'on actionne le mécanisme à vis 222 dans un sens, les parties 224 et 226 des plaques sont rapprochées l'une de l'autre case représenté en traits interrompus sur la iigure 12, de manière k augmenter l'inductance de l'inducteur 214. Lorsqu'on actionne le mécanisme 222 en sens inverse, les parties 224 et 226 des plaques s'écartent l'une de l'autre comme reprdsen- té en traits pleins sur la figure 12, ce qui diminue l'inductance de l'inducteur 214. Ainsi, le système de réglage d'inductance des figures 11 et 12 constitue un moyen simple et peu onéreux de régler l'inducteur 214 qui supprime les opérations onéreuses et fastidieuses auxquelles on devait avoir recours jusqu' présent. Bien entendu, l'invention n'est nulleent limitée aux iodes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela du carre de l'intention. - REVENDICATIONS 1.- Procédé pour réduire la self-inductance d'un conducteur et sa résistance électrique effectives au passage d'un courant électrique variable caractérisé en ce qu'il consiste à conférer audit conducteur une forme telle que la distribution du courant à l'intérieur dudit conducteur soit rendue sensiblement plus unifor le. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur est constitué par une bande plate avant l'opération de formage. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'opération de formage consiste à appliquer un élément ma- gnétique ds façon adjacente k l'un des bords du conducteur. 4.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ltopération de formage consiste à appliquer des éléments magnétiques de façon adjacente aux bords du conducteur. 5.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caract- risé en ce que l'opération de formage consiste à conférer au conducteur une section courbe. 6.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bande plate comprend une pluralité d'éléments conducteurs. 7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de formage consiste à conférer au conducteur une sec- tion courbe. 8.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments sont disposés autour de l'axe du conducteur et sont espacés autour dudit axe. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments précités sont constitués par des bandes plates avant l'opération de formage. 10.- Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le conducteur comprend au moins deux des éléments précotés, espacés l'un de l'autre sensiblement dans un plan, l'un des bords de l'un desdits éléments étant adjacent à, mais espacé de, l'un des bords de l'autre élément. 11.- Conducteur électrique pour courant alternatif caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un deuxième élément allongé, disposés le long d'un axe longitudinal, l'un au moins desdits éléments étant un élément électroconducteur, le/sdits éléments étant conformés par rapport audit axe et étant disposés de façon adjacente l'un par rapport à l'autre, de manière à produire une répartition sensiblement plus uniforme du courant dans l' élément conducteur. 12.- Conducteur suivant la revendication ll caractérisé en ce que l'autre élément est magnétique pour effectuer une redistribution des boucles de flux qui traversent ledit élément conducteur. 13.- Conducteur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les deux éléments ont la forme de bandes plates allongées, et an ce que l'élément magnétique précité est disposé de façon ad Jacente à l'un des bords de l'élément conducteur. 14.- Conducteur suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un autre élément magnétique plat allongé disposé de façon adjacente à l'autre bord de l'éliment conducteur. 15.- Conducteur suivant la revendication 12, ou la revendication 14, caractérisé en ce que le ou les éléments magnétiques cal- portent des encoches espacées qui s'étendent dans le ou lesdits élé- ments magnétiques dans des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe du conducteur. 16.- Inducteur caractérisé m ce qu'il comprend un élément conducteur plat bobiné autour de l'axe du noyau de l'inducteur et un dléent magnétique disposé de façon adjacente à l'un des bords dudit élément conducteur 17.- Inducteur suivant la revendication 16, caractérisé en ce que l'élément conducteur est bobiné an spirale autour de l'axe de l'inducteur. 18.- Inducteur suivant la revendication 17, caractérisé a ce que l'élément magnétique comprend un élément en forme de plaque disposé dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de ligne ducteur. 19.- Inducteur suivant la revendication 18, caractérisé en ce qu'une partie de l'élément magnétique peut s'écarter du plan perpendiculaire précité de manière à faire varier l'inductance de l'inducteur. 20.- Inducteur suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend un autre élément magnétique disposé de façon adja- cente à l'autre bord de l'élément conducteur. 21.- Inducteur suivant la revendication 20, caractérisé en ce que les deux éléments magnétiques comprennent des éléments en forme de plaque disposée dans des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe de l'inducteur. 22.- Inducteur suivant la revendication 21, caractérisé en ce qu'une partie de l'un ou des deux éléments lagnétiques peut s'écarter de son plan perpendiculaire pour faire varier l'inductan- ce de l'inducteur. 23.- Inducteur suivant la revendication 18, caractérisé en ce que l'élément magnétique est encoché radialement.