Brevet FR2457002A1 — publié le 19801212

La présente invention concerne les autotransformateurs variables et les transformateurs à tension secondaire variable. Elle apporte une contribution à la fois dans la réalisation des enroulements et le circuit magnétique. Dans les autotransformateurs variables actuels le circuit magnétique a la forme d'un anneau obtenu par l'assemblage de rondelles de tôle magnétique. L'enroulement lul-meme est bobiné sur le cordon de l'anneau en spires jointives d'un fil de cuivre émaillé sur presque toute la périphérie de l'anneau. Un tel type d'enroulement est malaisé à obtenir et demande une bobineuse spéciale complexe. La miniaturisation de tels autotransformateurs est difficile car il est délicat d'enfiler le fil de cuivre dans l'anneau pour faire les spires et d'autre part le nombre de spires nécessaire augmente en raison inverse du carré de la taille du circuit magnétique. Le transformateur variable suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients : en effet la méthode de bobinage est plus simple car l'enroulement est extérieur à son support et s'adapte donc à la réalisation de ce produit en toute dimension. La bobine objet de l'invention est représentée sur les figures 5 et 6. Le support de cette bobine, qui est en matière isolante par exemple matière plastique, comporte un moyeu central 24 en forme de tube de grand diamètre, deux flasques latéraux 32 et 34 et un flasque intermédiaire 33 créant ainsi deux gorges 35 et 36. Le flasque intermédiaire 33 comporte sur la périphérie du diamètre extérieur des dents 30 qui dans le cas particulier des figures 3 et 5 sont de faible largeur et régulièrement espacées. Les~dents 30 peuvent être métalliques et surmoulés dans le flasque 33; leur sommet dépasseXde cuivre. Aux extrémités du support de la bobine on vient appliquer les fiasques 23 et 31 en matériau bon conducteur de l'électricité. Dans le cas particulier des figures 1, 2, 4 et 6 le flasque 23 est de diamètre supérieur au flasque 26 qui lui-même est légèrement supérieur au diamètre du flasque 31, ce dernier ayant la forme d'une cuvette comme indiqué sur la figure 4, ceci pour permettre un montage aisé du transformateur variable. La bobine est obtenue par le bobinage d'un fil de cuivre émaillé 23 suivant une méthode qui est représentée sur les figures 3 et 4 et qui est aussi objet de l'invention. La première extrémité du fil de cuivre est soudée sur le flasque 23 ; le fil de cuivre suit alors le chemin suivant : il fait NI boucles dans la gorge 35, passe au dessus du flasque 33 au point 26, fait ensuite N2 boucles dans la gorge 36, repasse au dessus du flasque 33 au point 27, fait ensuite N3 boucles dans la gorge 35, repasse au dessus du flasque 33 au point 28 et ainsi de suite jusqu'à ce que le fil de cuivre ait recouvert la périphérie désirée du flasque 33. Après le dernier passage au dessus du flasque 33 le fil de cuivre émaillé fait Mk boucles dans la gorge 36. La deuxième extrémité du fil de cuivre sera ensuite soudée sur le flasque 24.Les N1,N2, N3....,Nk boucles peuvent être réalisées soit en spires rangées jointives ou non jointives , soit en nid d'abeille suivant l'importance des bobinages et la qualité désirée. Un cas particulier important est celui où nous avons N1 = Nk = 0 ou 1 spire et N2 = N3 = Ni = ...= Nk-1 = N ( Nombre constant de spires rangées ) Les figures 3 et 4 représentent pour permettre une meilleure comprehension sur l'obtention de l'enroulement, le cas particulier d'une bobine où Ni = N2 = Ni ....,= Nk=l et que presque toute la périphérie du flasque central 33 est enveloppée par le fil de cuivre émaillé. L'aspect général de la bobine terminé est donné par les figures 5 et 6. La bobine est ensuite imprégnée de vernis dissipant bien la chaleur mais très mauvais conducteur de l'électricité. Les figures 7 et 8 représentent un bec 37 projetant un jet d'eau 38 contenant de la poudre d'alumine en suspension. Le cache 39 comporte un trou 4 permettant de canaliser le jet juste sur la périphérie du diamètre extérieur du flasque central 33, la bobine tournant lentement sur son axe 41 dans le sens 42 par exemple. Le jet vient enlever l'émail à ltendroit du contact de l'enroulement avec le curseur 13. L'objet des dents 30 est d'éviter que le curseur 12 vienne court-circuiter N spires ce qui, en fonctionnement, déteriorerait rapidement l'appareil. Les figures 1 et 2 représentent un transformateur à tension secondair réglable complet. Il comporte : le circuit magnétique en plusieurs parties ( le moyeu 4, la carcasse extérieure 3 et deux flasques 13 ), la bobine de l'e roulement primaire 1 bloquée en rotation par les tétons 22, la bobine de l'enroulement secondaire 2 objet de l'invention, les bornes de sortie 9 passant dans les canons isolants 8, les curseurs 7, 10, 12 et le support 17 du curseur 12. La rotation de la bobine 2 s'obtient en tournant l'axe 17, en effet, grâce à la goupille 18 il entralne 1 'engrenage 16 qui entraine le pignon 20 qui en traîne 1 'engrenage 14 qui lui-même entraiane la bobine 2 grâce aux tétons 21. Les deux engrenages 16 et 14 ont le même diamètre primitif et le même module. Nous pouvons donc faire varier la tension de sortie entre les curseurs 7 et 12 ou les curseurs 10 et 12. Un cache 19 comportant les graduations de l'appareil vient pour des questions d'esthétique coiffer le pignon 20 et l'engrenage 16. Les. figures 19 et 20 représentent une autre disposition du transformateur à tension secondaire variable qui évite l'utilisation des engrenages. Le moyeu central et les flasques 2 forment un bloc qui supporte les bobines 4 et 5 ; les extrémités des enroulements de ces bobines sont reliées aux bornes de sortie 3. L'armature extérieure 6 peut tourner autour de l'axe 11 et entrai ne le curseur 7, ce qui permet de faire varier la tension. Les figures montren la manette 10, les graduations 8 placées sur le flasque supérieur 2 et un repère 9 relié à l'armature 6 et qui donne ainsi la valeur de la tension fournie par le transformateur variable. La borne de sortie 7 a été dans la figure 9, placée sur l'armature 6 mais il va de soi que par un artifice (collecteur), il sera possible de ramener cette borne de sortie sur le flasque supérieur 2. Une autre disposition encore du transformateur variable évitant les engrenages est donnée par les figures 21 et 22. Dans ce cas, l'armature extérieure 6 et les flasques 2 forment un bloc supportant les bornes de sortie 3 et le curseur 7. Le noyau central supporte les bobines 4 et peut tourner autour de l'axe 11. Le schéma de principe du transformateur à tension secondaire réglable que nous avons détaillé ci-dessus est représenté par la figure 9, mais nous avons d'autres possibilités: la figure 10 représente un autotransformateur variable, ce qui correspond sur les figures 1 et 2 à supprimer la bobine 1 la figure il représente le schéma de principe d'un transformateur variable comportant les deux enroulements primaire et secondaire suivant le brevet, cependant pour le primaire, N1 doit être égal au nombre de spires nécessaire pour que le transformateur puisse supporter la tension primaire ; la figure 12 représente un transformateur variable avec la bobine suivant l'invention seulement au primaire. Cependant le passage du curseur 12 d'une encoche à l'autre se fera avec une chute de la tension au moment où le curseur 12 passe au dessus des dents 30 . Les figures 11, 12, et 13 représentent des dispositifs pour éviter cet inconvénient La figure i1 représente deux curseurs 12 séparés par une entretoise 43 et pénétrant dans deux encoches successives . Ces deux curseurs sont reliés à deux diodes zéner par deux plaquettes métalliques 44 . La figure 12 représente le cablage des deux diodes zéner pour l'obtention de la tension de sortie La valeur de la tension zéner des deux diodes 47 et 48 doit etre juste suffisante pour éviter le court-circuit des N spires de l'enroulement reliant les deux encoches . Il va de soi que la distance entre les deux curseurs doit etre telle qu'ils ne se trouvent jamais en même temps sur les dents 30 Pour les transformateurs variables de plus faible puissance, le dispositif de la figure 13 est plus simple et plus économique . Il représente deux curseurs 12 pénétrant dans deux encoches successives et séparés par une entretoise isolante 43. Ces deux curseurs viennent s'appuyer sur une plaquette en carbone 49 qui aura une liaison élastique 51 avec la borne de sortie 50 Ici c'est la résistance de contact entre le carbone 49 et les curseurs 12 qui évite le court-circuit que nous avons indiqué dans le paragraphe précédent Le noyau central 4 et l'armature extérieure peuvent etre obtenus par le bobinage d'une tôle de transformateur vernie au moins sur une face .Pour plus de détails , voir le brevet nO 7606454 . Cependant, pour éviter des usinages trop soignés , les tôles peuvent être imprégnées dans un vernis liqui de avant d'autre bobinées ou assemblées, puis les blocs obtenus (le noyau 4 l'armature 3 et les flasques latéraux 13) sont séchés dans un four, on obtient donc des blocs compacts qu'il est facile d'usiner .Pour limiter les pertes Joules on crée des fentes 5 et 6 dans l'armature extérieure 3 et le noyau 4 Pour éviter d'avoir des surfaces côniques à réaliser , les flasques 1' peuvent être obtenus par l'assemblage d'emboutis dont la forme est en double troncône et donnée par les figures 15 et 16 avec des entretoises en forme de troncône et données par les figures 17 et 18 . Le troncône intérieur fait un angle au sommet d'environ 1200 et le troncône extérieur fait environ 600 ; en coupe , l'embouti donne deux triangles rectangles dont l'hypoténuse est dans un plan perpendiculaire à l'axe . Ces deux triangles sont symétriques par rapport à l'axe Le circuit magnétique tel qutil est dessiné donne l'avantage de prote ger les bobinages sans artifice supplémentaire et donne des transformateurs ou autotransformateurs variables moins encombrants et moins fragiles Il va de soi que toute personne qualifiée pourra toujours trouver des cas particuliers de cette invention , mieux adaptés à son propre problème et même procéder à divers changements , sans pour cela s'écarter de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine REVENM CATIONS 1 o/ Transformateur ou autotransformateur variable caractérisé par le fait qu'il comporte une bobine d'un enroulement particulier de fil de cuivre émaillé sur un support isolant de la forme suivante : un moyeu de diamètre légèrement supérieur à la branche du circuit magnétique passant par son axe et en forme de tube, deux flasques latéraux et un flasque intermédiaire cylindriques , créant ainsi deux gorges circulaires. Le flasque intermédiaire comporte sur la périphérie du diamètre exrérieur des dents régulièrement espacées et--dont la hauteur est supérieure au diamètre du fil de cuivre émaillé utilisé pour l'enroulement, créant ainsi des petites entailles sur une partie ou la totalité de la périphérie du flasque intermédiaire, selon que l'enroulement en fil de cuivre émaillé en utilise une partie ou la totalité. 20/ Transformateur ou autotransformateur variable selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la bobine comporte deux flasques latéraux en matière bonne conductrice de ltélectricité et servant de collecteurs. 30/ Transformateur ou autotransformateur variable selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'enroulement est obtenu de la manière suivante on soude la première extrémité du fil de cuivre émaillé sur un des flasques conducteurs, le fil de cuivre émaillé fait alors N1 tours dans la gorge du sup port isolant du côté de la soudure, passe au dessus du flasque intermédiaire dans une entaille choisie, passe dans la deuxième gorge du support isolant, fait N2 tours, repasse au dessus du flasque intermédiaire dans l'entaille suivante, fait N3 tours dans la première gorge, repasse sur le flasque intermédiaire dans l'entaille suivante et ainsi de suite jusqu'à ce que le fil de cuivre émaillé ait recouvert la périphérie désirée du flasque intermédiaire.Après le dernier passage au dessus du flasque intermédiaire, le fil de cuivre émaillé fait NK tours dans la deuxième gorge. La deuxième extrémité du fil de cuivre émaillé est soudée sur le deuxième flasque conducteur. Les N1,N2,...NK tours peuvent etre réalisés en spires rangées ou en nids d'abeille. 40/ Transformateur ou autotransformateur variable selon la revendication 3 caractérisé par le fait que nous pouvons avoir le cas particulier suivant: N1 et NK sont nuls ou égaux à l'unité, N2, N3...NK-1 égaux à N et dans ce cas , le flasque intermédiaire du support isolant est équidistant des flasques latéraux. 5 / Transformateur ou autotransformateur variable selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait qu'on enlève l'émail du fil de cuivre émaillé sur la partie située sur le diamètre extérieur du flasque intermédiaire, par exemple à l'aide d'un jet localisé d'eau contenant de l'alumine en suspension. éo/ Trulsformateur ou autotransformateur variable selon les revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé par le fait qu'il utilise deux curseurs venant frotter sur les flasques collecteurs latéraux et un troisième venant frotter sur la périphérie du flasque intermédiaire. 70/ Transformateur ou autotransformateur variable selon la revendicatior caractérisé par le fait que si le curseur intermédiaire est en deux parties séparées par une entretoise isolante, ces deux parties du curseur sont reliée à la borne de sortie par un bloc en carbone ou deux diodes Zéner dont la tensi zéner est juste suffisante pour éviter les couts circuits dans ltenroulement reliant les deux encoches successives. 80/ Transformateur ou autotransformateur variable selon les revendica tions 1 et 6 caractérisé par le fait que les entailles sont plus larges que les dents. 90/ Transformateur ou autotransformateur variable selon la revendicatioI caractérisé par le fait que la largeur de l'entretoise isolante est telle qu'i y a toujours une des deux parties conductrices du curseur intermédiaire en contact avec le fil émaillé. 100/ Transformateur ou autotransformateur variable selon la revendicatior caractérisé par le fait que Si le circuit magnétique est obtenu par l'assemble ge d'un noyau central cylindrique d'une armure extérieure en forme de couronne cylindrique et concentrique au noyau et de deux flasques latéraux permettant passage du flux magnétique du noyau à l'armature extérieure, ces derniers peu vent être obtenus par l'assemblage de tôles de transformateur emboutis en for de double troncône, le troncône intérieur ayant un angle au sommet d'environ 1200 et le troncône extérieur d'environ 600; ces tôles comportent des entreto: ses en forme d'emboutis identiques au troncone intérieur des tôles précédente