Brevet FR2379890A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne l'électrotechnique, et de façon plus précise, les circuits magnétiques tridimensionnels enroulés pour les appareils à induction. Elle est également relative à des bandes métalliques pour de tels circuits magnétiques. On connait des circuits magnétiques tridimensionnels réalisés à partir de paquets de tôles réunis par des éléments enroulés (certificat d'auteur d'invention URSS nO 192919,classe H02 i).On connattégalement des circuits magnétiques dont les éléments sont enroulés à partir de plusieurs bandes de différentes largeurs (ou d'une seule bande de largeur variable) sans biseautage des côtés conjugués ( brevet IT N" 519083,cl.IX; brevet FR NO 1107583, 2 cl.H02 1; brevet CH N" 365441,cl. 21d 48; brevet JA N" 24605/69; cl.56 B102.2) ou avec biseautage par rapport à l'axe d'enroulement.L'inconvénient des constructions susmentionnées consiste en un faible coefficient de remplissage du cercle du noyau formé par les côtés conjugués des éléments enroulés du circuit magnétique. On connaît, en outre, un circuit magnétique tridimensionnel triphasé comprenant trois éléments dont chacun est réalisé à partir de cadres identiques disposés sur les côtés d'un triangle équilatéral, chaque noyau ayant une section présentant la forme d'un hexagone régulier (la section d'un côté d'élément a la forme d'un trapèze isocèle dont la petite base est égale au côté de l'hexagone). Les éléments de ce circuit magnétique sont enroulés à partir d'une bande comprenant un tronçon rectangulaire et un tronçon de largeur variable (voir brevet DT NO 1011056,cl. 21d248). Ce mode de réalisation des circuits magnétiques n'assure pas non plus un remplissage optimal du cercle du noyau, car l'hexagone régulier de la section du noyau n'est pas la meilleure approximation du cercle. On connait également un procédé de fabrication des circuits magnétiques décrit dans ledit brevet DT NO 1011056, qui consiste à enrouler à partir d'une bande d'acier dynamo des éléments à cadre en décalant chaque couche de spires l'une par rapport à l'autre suivant l'axe d'enroulement, et ensuite trois éléments à cadre sont assemblés de manière à former un triangle fermé. Ce procédé n'assure pas non plus un remplissage assez complet du cercle du noyau formé par la conjugaison des éléments à cadre, la configuration de la bande et le mode d'enroulement utilisé n'étant pas conformes aux exigences élevées auxquelles doit satisfaire la densité d'enroulement. Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients des circuits magnétiques connus et d'obtenir une section des noyaux des circuits magnétiques voisine du cercle, grâce au biseautage, par rapport à l'axe d'enroulement, des côtés conjugués des éléments à cadre. On s'est proposé dans le cadre de la présente invention de modifier la géométrie de la bande d'acier dynamo utilisée pour l'enroulement des éléments à cadre des circuits magnétiques de telle manière que la section transversale de l'arête de l'élé- ment à cadre obtenu ait la forme la plus voisine du demi-cercle, ce qui permet d'assurer un coefficient maximal de remplissage de la section du circuit magnétique par l'acier pour transformateurs. Le but visé est atteint par le fait que le circuit magnétique tridimensionnel triphasé, objet de l'invention, comprend trois éléments à cadre formant un triangle fermé dont chacun est enroulé à partir d'une bande d'acier dynamo se composant des tron çons longitudinaux de largeurs différentes joints entre eux bout à bout. Ce circuit magnétique se caractérise par le fait que la bande d'acier de départ comprend au moins trois tronçons susmentionnés qui ont un côté commun disposé suivant une ligne droite, alors que les autres côtés font un angle par rapport à ce côté commun, et que deux de ces tronçons ont le même angle d'inclinaison des côtés susmentionnés et sont joints de manière symétrique par leurs bouts larges, alors que les autres tronçons sont disposés dans le prolongement des deux tronçons susmentionnés de manière que l'angle d'inclinaison du côté biseauté de- chaque tron çon suivant soit plus grand que celui du tronçon précédent, de sorte que les côtés biseautés des tronçons forment une ligne brisée convexe. Ce mode de réalisation permet en principe d'obtenir le découpage optimal des tôles d'acier pour fabriquer les éléments à cadre enroulés du circuit magnétique tridimensionnel triphasé de manière que le coefficient de remplissage de sa section transversale par l'acier dynamo soit maximal. Dans un mode de réalisation de l'invention, les dimensions relatives des bouts des tronçons longitudinaux indiqués cidessus sont choisies en fonction du rayon R de courbure de la section transversale de l'arête de l'élément à cadre, de sorte que la largeur du joint des tronçons à inclinaison égale soit de 0,9 à 1R, la largeur du joint suivant, de 0,7 à 0,8R, la largeur du troisième joint, de 0,4à 0,5R, la largeur minimale du dernier tronçon étant de 0,1 à-0,2R. Les rapports indiqués à observer lors de la fabrication des bandes obliques pour l'enroulement du circuit magnétique, sont ceux qui conviennent le mieux pour. l'utilisation optimale des tôles d'acier dynamo de départ au cours du découpage et de 1 'enroulement. Selon une autre réalisation de-l'invention, le circuit magnétique tridimensionnel triphasé est caractérisé par le fait que l'angle d'inclinaison longitudinale des côtés des tronçons symétriques est de 0,02 à 0,10. Ces dimensions angulaires précises de la bande oblique d'acier dynamo sont les plus avantageuses en pratique et ont été appliquées avec succès dans la fabrication de prototypes. D'autres caractéristiques et avantages de 11 invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un circuit ma gnétique tridimensionnel triphasé conforme à l'invention, -la figure 2 est une coupe transversale du circuit magnétique montré sur la figure 1; -la figure 3 représente une vue de dessus d'un élément à cadre du circuit magnétique sur mandrin; -la figure 4 est une coupe de l'élément sur mandrin; -la figure 5 représente le schéma d'une bande pour l'enrou- lement des éléments à cadre à partir de pièces découpées; et -les figures 6, 7 et 8 représententlesschémas de découpage d'une bande d'acier de départ. Le circuit magnétique selon l'invention (fig.1) comprend trois éléments 1, en forme de cadre (ou élémént à cadre) disposés suivant les côtés d'un triangle, les côtés conjugués de ces éléments formant les noyaux 2 (fig.2). Chaque élément (fig.1 à 4) est enroulé à partir d'une bande (fig.5) de largeur variable, divisée en quatre tronçons de même longueur ( I à IV). Tous les tronçons (I,II,III,IV) sont de largeurs variables. Les tronçons I et Il ont le même degré de non-parallélisme des bords; ils sont joints entre eux par les bouts larges H1 et H2 et forment les spires intérieures de l'élément à cadre, dont sont constituées ses sections I et II (fig.2,3,4); les deux autres tronçons III et IV de largeur variable et de degré différent de non-parållélisme, sont successivement joints par leurs bouts larges H3 et H4 au bout étroit du tronçon II et forment les spires extérieures qui constituent les sections III et IV (fig.2,3,4) de l'élément à cadre. La bande (fig.5) est formée des pièces correspondant à ses tronçons et découpées dans une tôle d'acier. Pour assurer l'enroulement continu de l'élément à cadre, les bouts adjacents des tronçons (des pieces) sont fixés l'un sur l'autre par soudage, par exemple. Dans le circuit magnétique assemblé, les côtés conjugués des éléments à cadre enroulés 1 forment un noyau (f ig.2). La section de ce noyau est un polygone dont le périmètre est voisin du cercle. Le procédé de fabrication du circuit magnétique consiste à enrouler une bande d'acier dynamo à bords non parallèles (fig.5) sur un mandrin, pour former un élément à cadre,-cet enroulement se faisant de manière que chaque couche des spires adjacentes soit décalée suivant l'axe d'enroulement dans le sens opposé au côté par lequel cet élément va se conjuguer dans le circuit magnétique; ensuite, trois éléments à cadre sont assemblés en triangle fermé.Avant d'être enroulée, la bande de départ en rouleau passe successivement par deux cisailles à disques, pour la cisa En réalisant ce procédé, on découpe en une passe les pi & ces I et II (fig.6) de même largeur et de même degré de nonparallélisme alors que les pièces III et IV (fig.7,8) de deux autres largeurs et degrés de non-parallélisme sont découpées après réajustage de la cisaille à-disques; ensuite, les pièces des lots différents sont assemblées pour former la bande pour enroulement de l'élément à cadre et l'on commence l'enroulage par le bout large de la bande ainsi obtenue. L'utilisation de l'invention permet d'éviter les déchets de métal et d'obtenir les éléments à cadre du circuit magnétique dont la section des côtés conjugués est voisine du demi-cercle et la section du noyau formé par deux côtes conjugués des éléments est voisine du cercle. De la sorte, on arrive à obtenir un remplissage plus parfait du cercle du noyau que dans les circuits magnétiques connus. Dans la technique des transformateurs, les circuits magnétiques tridimensionnels enroulés sont de plus en plus largement appliqués, mais leur utilisation à grande échel- le est retardée par les insuffisances des études concernant la réalisation et la fabrication de ces circuits magnétiques.La solution proposée est de nature à favoriser la tendance à appliquer les circuits magnétiques tridimensionnels enroulés pour la fabrication en grandes séries des transformateurs les utilisant. L'invention permet d'obtenir les éléments des circuits magnétiques tridimensionnels enroulés, dont la section est voisine du demi-cercle, alors que la section du noyau formé par leurs côtés conjugués est voisine du cercle, ce qui assure un remplissage plus complet du cercle du noyau. En outre, on évite les déchets d'acier dynamo. L'invention contribuera à l'utilisation, à une plus grande échelle, des circuits magnétiques tridimensionnels enroulés dans la construction des transformateurs et à l'organisation de la fabrication en grandes séries des transformateurs utilisant des circuits magnétiques. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire,toutes les variantes. -REVENDICATIONS 1.- Circuit magnétique tridimensionnel triphasé comprenant trois éléments à cadre assemblés en triangle fermé et dont chacun est enroulé à partir d'une bande d'acier dynamo se composant des tronçons longitudinaux de largeurs différentes j oints entre eux bout à bout, caractérisé par le fait que la bande d'acier comprend au moins trois tronçons susmentionnés ayant un côté commun disposé suivant une ligne droite, alors que les autres côtés sont obliques par rapport à ce côté commun eut deux tronçons (I et II) ont le même angle d'inclinaison des côtés indiqués et sont joints de manière symétrique par leurs bouts larges (H1 et H2),alors que les autres tronçons (III et IV) sont disposés sur le prolongement des deux premiers de manière que l'angle d'inclinaison du côté oblique de chaque tronçon suivant soit plus grand que celui du tronçon précédent, de sorte que les côtés obliques des tronçons forment une ligne brisée convexe. 2.- Circuit magnétique tridimensionnel triphasé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les dimensions relatives des bouts des tronçons susmentionnés sont choisies en fonction du rayon (R) de courbure de la section transversale de l'arête de l'élément à cadre, de sorte que la largeur du joint des tron çons (I et I1) à inclinaison égale soit de 0,9 à 1R, la largeur du joint suivant, de 0,7 à 0,8R et celle du troisième joint, de 0,4 à 0,5R, la largeur minimale du dernier tronçon étant de 0,1 à 0,2R. 3.- Circuit magnétique tridimensionnel triphasé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'angle d'inclinaison longitudinale des côtés des tronçons symétriques (I et II) est de 0,02 à 0,10. 4.- Bande d'acier pour circuit magnétique tridimensionnel triphasé comprenant trois éléments à cadre assemblés en triangle fermé et dont chacun est enroulé à partir d'une bande d'acier dynamo se composant de tronçons longitudinaux de largeurs différentes joints entre eux bout à bout, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins trois tronçons susmentionnés ayant un côté commun disposé suivant une ligne droite, alors que les autres côtés sont obliques par rapport à ce côté commun et deux tronçons (I et II) ont le même angle d'inclinaison des côtés indiqués et sont joints de manière symétrique par leurs bouts larges (H1 et H2),-alors que les autres tronçons (III-et IV) sont disposés sur le prolongement des deux premiers de manière que l'angle d'inclinaison du côté oblique de chaque tronçon suivant soit plus grand que celui du tronçon précédent, de sorte que les côtés obliques des tronçons forment une ligne brisée convexe.