Brevet FR2354619A1 — publié le 19780106

'la présente invention concerne la fabrication de transformateurs électriques, et plus particulièrement un procédé de découpage de tOles magnétiques dont 11 empilement constituera le noyau magnétique du transformateur. Les transformateurs actuellement utilisés comportent un assemblage de tales en forme de E et de I, empilées de façon imbriquée, c'est-à-dire en superposant alternativement une tale en E tournée dans un sens, et une tale en E tournée dans l'autre sens, avec une tôle en I juxtaposée à chaque E pour fermer le circuit magnétique du côté ouvert du E. Cet agencement permet le plus souvent un découpage de telles sans pertes dans un ruban métallique défilant sous une presse. Mais il présente l'inconvénient de nécessiter un empilement imbriqué sans lequel le transformateur n'aurait aucune cohésion, un empilement de tôles en I ne pouvant être maintenu contre un empilement de tales en.E par simple juxtaposition. Pour remédier principalement à cet inconvénient en conservant le principe du découpage sans pertes, la présente invention propose un nouveau mode de découpage qui autorise la construction d'un transformateur par empilement non imbriqué, la cohésion du transformateur étant assurée par un support de bobine enfilé à la fois sur deux groupes juxtaposés de tales empilées. Selon l'inventiàn, le procédé de découpage qui permet d'obtenir ce résultat, en partant d'un ruban métallique de largeur constante consiste à - découper d'abord une pièce essentiellement en forme de T dont la barre horizontale est parallèle à un bord du ruban métallique et dont le pied vertical a une hauteur, prise au-dessous de la barre horizontale, sensiblement égale à la moitié de la largeur de ce meme pied vertical - découper ensuite une autre pièce essentiellement en forme de T, en regard de l'ouverture en T laissée par la première découpe et contiguë à cette ouverture par les bases des pieds des deux X, l'ouverture laissée dans le ruban par ces deux decoupes ayant une forme de H - cisailler le ruban selon une ligne coupant l'ouver- ture en li par le milieu, parallèlement à la barre horizontale du H, - cisailler également le ruban perpendiculaire à la direction longitudinale du ruban et en dehors de l'ouverture en H, pour constituer deux pièces en forme de E, - répéter les opérations précédentes pour obtenir un ensemble de tales en forme de ia1 et de 2 qui constituent les pièces nécessaires à la construction du noyau d'un transformateur. Ces pièces sont empilées séparément et une bobine avec son support est enfilée à la fois sur la branche intermédiaire de la pile de tales en B et sur le pied de la pile de T pour maintenir ces deux empilements assemblés (avec ou sans entrefer) par juxtaposition des 2 et des E. On effectue la première découpe en 1 soit avec la barre horizontale du T parallèle aux bords longitudinaux du ruban, soit avec cette barre perpendiculaire aux bords longitudinaux. Le premier procédé est plus avantageux car alors les deux cisaillages sont effectués perpendiculairement au sens de défilement du ruban. Le positionnement relatif et les dimensions de diverses découpes et cisaillages dépendent du type de transformateur à fabriquer. Par exemple, pour un transformateur monophasé on s'arrangera de préférence pour que la hauteur du pied des découpes en 2 soit sensiblement égale à la largeur de la barre horizontale des découpes en X et à l'espacement laissé entre les bords du ruban et ces découpes en T. Pour un transformateur triphasé, on donnera à la hauteur du pied une valeur moitié de ces dimensions. Pour un transformateur avec entrefer, au lieu de réaliser strictement l'égalité entre la demi-largeur du pied du T et sa hauteur, on donnera à cette hauteur une valeur légèrement inférieure (d'une quantité égale à la largeur d'entrefer désirée). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront dans la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - les figures la, lb et le représentent les diverses étapes du procédé de découpage de tôles selon l'invention - la figure 2 représente l'assemblage des talés découpées - la figure 3 représente le transformateur monté avec sa bobine centrale - la figure 4 représente le circuit magnétique d'un transformateur monophasé avec entrefer - la figure 5a représente la première étape de découpage de tales pour la constitution d'un transformateur triphasé ;; - la figure 5b représente le circuit magnétique assembl d'un transformateur triphasé - la figure 6a représente la première étape de découpage de tôles pour la constitution d'un circuit magnétique présentant un ergot de centrage facilitant l'assemblage de la partie empilée de tôles en X avec la partie empilée de T, - la figure 6b représente le transformateur réalisé à partir des découpes de la figure 6a. Aux figures la, lb et le, on voit la mise en oeuvre du procédé de découpage selon l'invention, pour la formation de tales en T et en E. On fait défiler un ruban métallique 10 de largeur constante L sous une presse à découper classique non représenté Un outil à suivre, pour la mise à largeur constante du ruban est éventuellement prévu. Le ruban 10 présente un bord d'extrémité 16 et deux bords longitudinaux 12 et 14 parallèles à la direction d'avance du ruban. La première opération de découpe comporte la formation d'une pièce 20, en forme de 2, de la manière suivante De façon préférentielle, la barre horizontale 22 du T est parallèle à un bord longitudinal 12 du ruban et le pied 24 du T est tourné vers le centre du ruban. La base du pied 24 du T repose sur une ligne longitudinale médiane 26 du ruban 10. De plus la hauteur hp du pied 24 du T est soit rigoureusement égale à la moitié de la largeur lp de ce pied, si le transformateur à construire ne doit pas comporter d'entrefer, soit légèrement inférieure à la moitié de cette largeur lp si on prévoit un entrefer ; la largeur de l'entrefer est la différence entre 7 /2 et hp. S'il s'agit d'un transformateur monophasé, on prévoit que la hauteur du pied hp est sensiblement égale à la largeur lb de la barre horizontale 22 du T, ainsi qu'aux espacements x et-y de cette barre horizontale par rapport au bord d'extrémité 16 et au bord longitudinal 12 du ruban. Enfin, la longueur Lb de la barre horizontale 22 est égale à la largeur L du ruban, lorsque cette barre est découpée parallèlement aux bords longitudinaux du ruban. On doit noter que la largeur X est égale à la plus grande dimension du circuit magnétique finalement réalisé. Cette première opération de découpe laisse une ouverture en T, 20', (barre horizontale 22' et pied 24 dont la base repose sur la ligne médiane 26 du ruban). On découpe ensuite une deuxième pièce en T identique à la première et à une position symétrique de la première par rapport à la ligne médiane 26. Cette deuxième découpe, représentée à la figure lb, produit une pièce 30 en T, et il reste alors dans le ruban 10 une ouverture en forme de H. b'opération suivante, représentée à la figure lc, consiste à cisailler le ruban 10 selon une ligne 50 coupant 1' ouverture en H par le milieu, parallèlement à la barre horizontale du H. Ce cisaillage produit une pièce 52 en forme de J!i', dont la branche intermédiaire 54 est plus courte que les branches extrêmes 56 et58 d'une longueur égale à la moitié de la largeur lpies pieds des T puisqu'on a cisaillé le ruban par le milieu des H. L'opération finale du découpage consiste à cisailler à nouveau le ruban, perpendiculairement à sa direction d1avan- ce, en dehors de l'ouverture en H (ou du moins de la moitié qui reste après le premier cisaillage). Ce nouveau cisaillage produit une nouvelle pièce 60 en forme de h, qu'on rend identique à la pièce 52 en effectuant le cisaillage selon une ligne 62 à une distance des bords de la découpe en li égale à la distance x mentionnée en référence à la figure la. On obtient ainsi quatre pièces identiques deux à deux, et on répète les opérations de découpe et de cisaillage à partir du nouveau bord d'extrémité du ruban défini pas le dernier cisaillage, en faisant avancer le ruban d'une distance appropriée sous la presse à découper. Four la fabrication du transformateur, on empile ces tôles en T et E de façon non imbriquée, ctest-à-dire tous les 3 empilés d'un côté et tous les T d'un autre côté ; le circuit magnétique final est constitué par l'accolement des deux empilements, comme cela est visible à la figure 2 dans le cas d'un transformateur monophasé sans entrefer. Selon l'invention, on s'est arrangé pour que la largeur 7 des pieds des découpes en T soit sensiblement égale au double de la hauteur hp de ces pieds ; si l'égalité est rigoureusement vérifiée, l'empilement de pièces en T s'adapte strictement a l'empilement de pièces en s pour fermer le circuit magnétique ébauché par la pièce en E (figure 2) ; si l'égalité n'est pas rigoureusement vérifiée, etei particulier si la hauteur hp est légèrement inférieure à la moitié de la largeur lp il reste dans la branche centrale du circuit magnétique un entrefer de largeur + -hp -hp entre la branche intermédiaire du X et le pied du T, comme cela est visible à la figure 4. A la figure 3, on voit le transformateur complet selon l'invention, c'est-à-dire comportant un empilement de tôles découpées en forme de E, un empilement de tôles découpées en forme de T, accolé à l'empilement en E, les branches intermédiaires des h venant en regard des pieds verticaux des T et les barres horizontales des T venant en contact avec les branches extrtmes des E, et un bobinage porté par un support creux enfilé à la fois sur la branche intermédiaire de l'empilement en E et le pied de 11 empilement en 2. Ainsi, c'est la bobine avec son support qui maintient une cohésion de l'ensemble du transformateur et en particulier des deux empilements séparés de tôles, alors que jusqu'à maintenant la cohésion ne pouvait être assurée que par l'imbrication de tôles, nécessitant des machines spéciales d'entôlement. les figures la, lb, ic, 2, 3 et 4 décrites précédemment s'appliquaient au découpage pour l'pbtention de transformateurs monophasés car on avait choisi de réaliser la hauteur hbdu pied desdécoupesen T égale aux espacements x et y de ces découpes par rapport au bord d'extrémité et aux bords longitudinaux du ruban. Dans ce cas, on prend de préférence x = y = lb = un si zième de la largeur L du ruban 10. La figure Sa.présente les caractéristiques de position et de forme ae la première découpe en T pour la constitution d'un transformateur triphasé, et la figure 5b représente le circuit magnétique réalisé isans entrefer). Dans un tel transformateur, on désire que les trois branches du E aient même largeur au lieu que la branche centrale ait une largeur double des autres (cas du transformateur monophasé) ; pour cela, on réalise la première découpe avec une hauteur hp de pied du e égale à la moitié des distances x et y d'espacement de la barre horizontale du T par rapport aux bords t2, 14 et 16 du ruban 10.On prendra de préférence x = y = lb = un cinquième de la largeur X du ruban, avec toujours lp égal à 2h (sans entrefer) ou légèrement supérieur (avec entrefer). p Enfin, aux figures 6a et 6b, on a représenté une variante du procédé, où sont prévus des ergots et des encoches pour faciliter le montage du circuit magnétique une fois l'em- pilement de tôles en E et en T effectué, ou pour augmenter sa cohésion. A titre d'exemple, on a réalisé un ergot saillant en avant de la branche intermédiaire du E et une encoche coopérante sur la base du pied du T. Your cela on constitue la première tôle en g avec une encoche centrale 70 sur la base du pied et des encoches latérales 72 et 74 correspondant respectivement chacune à la moitié de l'encoche 70. Ces demi-encoches 72 et 74 définissent donc des ergots saillants sur les futures branches intermédiaires des E, et la constitution de la deuxième découpe en T symétrique de la première, forme les ergots et encoches coopéra tes désirées. On peut prévoir bien entendu de la même manière des encoches ou ergots (pas forcément coopérant entre eux) à d'autres endroits : par exemple, des ergots servant non pas au centrage de l'empilement en 1 sur l'empilement en E mais an maintien de la bobine du transformateur ; de tels ergots pourraient être placés par exemple sur les côtés de la branche intermédiaira du E et sur les côtés du pied du T. La coopération du support de bobine et de ces ergots augmenterait la cohésion de 1'ensemble des pièces du transformateur. Dans les exemples décrits, on n'a pas indiqué des détails de construction accessoires tels que le perçage de trous de fixation aux quatre coins du transformateur etc. Le procédé de découpage qui a été décrit suppose qu'on part d'un ruban de largeur uniforme X pour aboutir à un transformateur dont la plus grande dimension (hauteur du E) est B. Cependant, on peut préférer partir d'un ruban de largeur égale à un multiple de la hauteur finale L désirée pour le transformateur, chaque cycle de découpage comportant alors la fabrication non pas de deux E et deux T mais un multiple de deux i!; et deux T, et un cisaillage supplémentaire devant être effectué dans le sens longitudinal de défilement du ruban pour séparer les divers groupes de deux E. Dans ce cas, bien entendu, les ouvertures en fi réalisées au cours du procédé de découpage ne sont pas réellement symétriques par rapport à une ligne médiane du ruban ; il faut plutôt considérer que la ligne médiane 26 est une ligne médiane fictive pour la partie sur laquelle on découpe un groupe de deux T et deux E (par exemple, la ligne 26 est située au quart de la largeur du ruban si celui-ci a une largeur 21;j. Enfin, on a décrit plus précisément le procédé de découpage de tôles selon l'invention en partant d'une découpe en T dont la barre horizontale est parallèle aux bords longitudinaux du ruban, ce qui est le plus avantageux, mais on peut prévoir également de positionner la première découpe en X avec sa barre horizontale parallèle au bord extrême 16 du ruban, espacée de distances x et y (de préférence égales) des bords 12, 14 et 16, la largeur de la barre horizontale 22 étant aussi de préférence égale à x et y et égale au huitième de la largeur du ruban pour un transformateur monophasé ou au septième de celle-ci pour un transformateur triphasé ; les autres caractéristiques de dimensions de la découpe sont identiques à celles définies pour le'premier mode de découpage. les avantages du procédé de découpage de tgle pour la constitution de transformateur selon l'invention sont nombreux. Le découpage se fait sans pertes et conduit automatiquement aux memes dimensions normalisées auxquelles conduisent les découpages classiques sana pertes par formation de X et de I. Le montage du circuit magnétique est très rapide puisqu'il n'y a pas à imbriquer les tôles en les empilant au moyen d'une machine spéciale. D'autre part, dans toute manipulation de tôles découpées, il faut prendre soin d'empiler les tales dans le sens où elles ont été découpées, sans les retourner, pour que les bavures et la courbure dues à la découpe soient toujours dans le même sens lors de l'empilement. L'orientation des T et des E lors de cette manipulation est facile car le sens d'un T et d'un E peut être repéré, alors que l'orientation de tôles conventionnelles en I est difficile. La suppression des machines à entôler automatiques pour imbriquer les tôles permet d'utiliser des tôles-semifinies recuites seulement après le découpage, alors que précédemment on devait employer des tôles au silicium plus chères pour éviter d'avoir à recuire les tôles avant de les passer dans une machine à entôler (ces machines ne pouvant travailler sur des tôles recuites à cause de la présence sur les tôles recuites, d'un oxyde qui les encrasse très rapidement On peut maintenant employer des tôles qui ne sont pas au silicium ; elles sont plus molles mais cela ne présente pas dtin convénient puiscutelles ne subissent pas d'opération dtentôlage dans une machine automatique. Enfin, dans le procédé selon l'invention la constitution d'un entrefer de dimension choisie est très facile et la constitution de transformateurs triphasés sans redécoupage des branches intermédiaires du s est également très facile. De plus, l'entrefer est placé à l'intérieur de la bobine et non pas en dehors, ce qui augmente le rendement électrique et diminue l'échauffement du paquet de tôles. REV1)ICATIunS 1.- Procédé de découpage de tôles pour la fabrication de noyaux de transformateurs, à partir d'un ruban métallique continu, caractérisé par les opérations consistant à - découper sabord une pièce essentiellement en forme de T dont la barre horizontale est parallèle à un bord du ruban métallique et dont le pied vertical a une hauteur, prise au-dessous de la barre horizontale, sensiblement égale à la moitié de la largeur de ce même pied vertical - découper ensuite une autre pièce essentiellement en forme de T, en regard de L'ouverture en T laissée par la première découpe et contiguë à cette ouverture par les bases des pieds des deux T, l'ouverture laissée dans le ruban par ces deux découpes ayant une forme de R - cisailler le ruban selon une ligne coupant 11 ouverture en H par le milieu, parallèlement à la barre horizontale du fi - cisailler également le ruban perpendiculairement à la direction longitudinale du ruban et en dehors de l'ouvertu- re en H, pour constituer deux pièces en forme de E ; - répéter les opérations précédentes pour obtenir un ensemble de tôles en forme de E et de T qui constituent les pièces nécessaires à la construction du noyau d'un transformateur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les découpages en 2 sont tels que la barre horizontale des T est parallèle aux bords longitudinaux du ruban, que la longueur des barres horizontales des T est égale à la largeur du ruban et que le second cisaillage est effectué parallèlement au premier. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la première découpe en T est effectuée à une position telle que la base du pied du 1 vienne sur une ligne médiane longitudinale du ruban, de manière que la découpe/en H soit symétrique par rapport à cette ligne médiane. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le cisaillage mentionné en second est effectué en dehors de l'ouverture en H, à une distance de celle-ci sensiblement égale à la largeur de la barre horizontale du T. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le positionnement de la première découpe en T par rapport à l'extrémité du ruban est tel que la distance entre cette extrémité et l'ouverture en T soit sensiblement égale à la largeur de la barre horizontale du T. 6.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la largeur de la barre horizontale de la première découpe en U est égale à l'espacement entre cette barre horizontale et l'un des bords longitudinaux du ruban. 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la distance entre la barre horizontale de la première ouverture en forme de T et l'un au moins des bords du ruban est sensiblement égale à la hauteur du pied vertical du T, en vue de la constitution d'un transformateur monophasé. 8.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, carac térisé par le fait que la distance entre la barre horizontale de la première ouverture en forme de T et l'un au moins des bords du ruban est sensiblement égale au double de la hauteur du pied vertical du T, en vue de la constitution d'un transformateur triphasé. 9.- Procédé de découpe selon l1une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la hauteur du pied vertical des découpes en forme de T est rigoureusement égale à la moitié de la largeur de ce pied vertical, en vue de la constitution d'un transformateur sans entrefer. 10.- Procédé de découpe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la hauteur du pied vertical des découpes en forme de T est très légèrement inférieure à la moitié de la largeur de ce pied vertical, la différence étant égale à une largeur d'entrefer désirée pour un transformateur. 1 Transformateur caractérisé par le fait qu'il comprend un empilement de tôles découpées en forme de E, un empilement de tôles découpées en forme de T juxtaposé à l'em- pilement en E, les branches intermédiaires des E venant en regard des pieds verticaux des T, et les barres horizontales des T venant en contact avec les branches extrêmes des E, et un bobinage porté par un support creux enfilé à la fois sur une branche intermédiaire de l'empilement en E et le pied vertical de l'empilement en T. 12.- Transformateur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la somme de la longueur du pied vertical en T et de la longueur de la branche intermédiaire du E est rigoureusement égale à la longueur des branches extr8mes du E de manière que le transformateur soit constitué sans entrefer. 13.- Transformateur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la somme de la longueur du pied vertical du X et de la longueur de la branche intermédiaire du E est très légèrement inférieure à la longueur des branches extrêmes du z de manière que le transformateur présente un entrefer dans sa branche centrale. 14.- Transformateur selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé par le fait que les tôles empilées comportent des ergots ou encoches pour améliorer la cohésion du support de bobine et des deux empilements de tôles entre eux.