Brevet FR2463492A1 — publié le 19810220

"Transformateur ou bobine" La présente invention est relative à un,trans- formateur ou une bobine comprenant un noyau de matière magnétique avec au moins une branche et des culasses et au moins un enroulement d'une matière conductrice en for- me de feuille ou tôle, disposé pratiquement concentri- quement autour de la branche du noyau. Dans des transformateurs et des bobioes compor- tant des enroulements en tôle ou feuille, un étranglement considérable de courant vers les bords de la tôle peut se produire, avec pour résultat de fortes pertes supplé- mentaires ainsi qu'un échauffement local considérable des bords de la tôle. Le déplacement du courant est pro- voqué par le fait que le flux de fuite magnétique prati- quement axial circulant entre les enroulements est dévié dans un sens plus ou moins radial aux extrémités des en- roulements, ce flux de fuite passant alors dans les bran- ches du noyau ou fermant son circuit en dehors des enrou- lements au lieu de poursuivre sa route axialement et de pénétrer dans les culasses. De la sorte, les extrémités des enroulements seront pénétrées par un flux magnétique avec une composante radiale qui engendre des courants de fuite dans le conducteur de l'enroulement et entraîne des pertes supérieures aux pertes ohmiques inévitables qui sont provoquées par le courant de charge. Ces per- tes par courant de fuite augmentent la température aux extrémités de l'enroulement, de telle sorte qu'elle peut prendre des valeurs locales élevées. Plusieurs mesures différentes ont été proposées pour redresser le flux de fuite, par exemple en agençant aux extrémités des enroulements, des corps d'enroulements en fil métallique à haute perméabilité traversés par le courant d'enroulement, ou des écrans en matière conduc- trice de l'électricité (voir par exemple des brevets aux Etats-Unis d'Amérique n0 3.142.029 et 4.012.706). Tou- tefois, ces dispositions ont uniquement pour résultat une réduction limitée de la densité du courant dans le bord. Le but de la présente invention est d'offrir une meilleure solution au problème défini précédemment d'une mauvaise répartition du courant par rapport à ce qui a été proposé antérieurement. Ceci est obtenu sui- vant l'invention en façonnant la feuille ou tale de con- ducteur de telle sorte qu'elle suive une surface à dou- ble courbure sur sa partie marginale, au moins dans une zone située à la périphérie de l'enroulement. L'idée de base de l'invention est qu'au lieu de chercher à in- fluencer le champ, on laisse la matière conductrice sui- vre le champ, c'est-à-dire que la tôle ou feuille est façonnée de telle sorte que le vecteur du champ en cha- que point soit la tangente à la surface du conducteur. De cette façon, l'étranglement du courant peut être très fortement réduit. Un enroulement de transformateur ou de bobine suivant l'invention offre normalement une déviation en forme d'entonnoir aux extrémités. Cette déviation peut être réalisée en bobinant l'enroulement à partir d'une feuille métallique dans laquelle les bords de la feuil- le sont doublement repliés (c'est-à-dire pliés sur 1800). Un tel bord replié offre également des avantages sous la forme d'un danger réduit d'effet couronne sur le bord de la tôle, une section transversale accrue du conducteur et donc un facteur de remplissage amélioré, ainsi qu'une construction plus rigide de l'enroulement. En outre, un effet dangereux résultant de barbes prove- nant, s'il y en a, du découpage de la tôle est éliminé. Cette déviation peut également être obtenue en introduisant des rubans distincts le long des bords de la tôle de conducteur. Ces rubans peuvent être faits à la fois de matière conductrice et non conductrice de l'électricité. La section transversale des rubans peut éventuellement être en forme de coin. Il est également possible de façonner les par- ties d'extrémité du corps de support d'enroulement (le cylindre de support et/ou les barres d'espacement) de telle sorte que même la première spire de l'enroulement concerné reçoive une forme à double courbure. De la sor- te, le remplissage avec les rubans entre les spires ul- térieures peut être limité à une zone marginale d'unelar- geur de quelques millimètres seulement. Etant donné que la pénétration des rubans dans l'enroulement est relati- vement faible, il est possible dans ce cas, sans entrat- ner aucun inconvénient pour la conduction thermique dans l'enroulement, d'utiliser des rubans de matière électri- quement isolante, ce qui est avantageux entre autres pour des raisons diélectriques. Les rubans sont utile- ment de type auto-adhésif sous forme d'une bande, de telle sorte que les rubans soient empêchés d'être dépla- cés par rapport au bord de la tale au cours de l'opéra- tion de bobinage. La forme désirée des extrémités de l'enroulement peut par exemple être obtenue en utilisant des bandes de différentes épaisseurs ou une bande d'épais- seur constante et, dans ce dernier cas, en modifiant le nombre de couches de bande entre les spires adjacentes de l'enroulement en différents emplacements, d'une maniè- re prédéterminée. D'autres détails et particularités de l'inven- tion ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux des- sins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en coupe, illustrant le principe de l'invention, de la partie su- périeure d'enroulements à deux feuilles disposés autour 2463492- d'une branche de noyau. La figure 2 est une vue correspondante d'une variante de réalisation plus avantageuse du point de vue de la fabrication. Bu figure 3, 4, 5, 6 et 7 représentent diffé- rentes solutions pour parvenir à une déviation en forme d'entonnoir des extrémités d'enroulement externes. La figure 1 représente une partie d'un noyau de transformateur avec une branche de noyau 1 et une cu- lasse 2. On a agencé concentriquement autour de la bran- che denoyau 1, un enroulement interne 3 et un enroulement externe 4. Les enroulements sont assemblés à partir de feuilles d'aluminium ou de cuivre 5 et 6, respectivement, enroulées en plusieurs spires, avec une épaisseur-compri- se entre 0,01 et 3 mm et de préférence entre 0,02 et 1 mm. Entre les spires de l'enroulement est située une pelli- cule de matière isolante appropriée, par, exemple du téréphtalate de polyéthylène glycol, dont l'épaisseur peut par exemple être comprise entre 0,01 et 0,05 mm. L'enroulement interne 3 est bobiné sur un tube 7, par exemple en matière plastique renforcée par des fibres de verre, qui est fixé sur la branche de noyau 1. L'en- roulement externe 4 est à son tour bobiné sur un tube 8 de matière isolante agencé sur l'enroulement interne. A la figure 1, le flux de fuite traversant les enroulements est indiqué par des lignes en pointillés 9. Les parties d'extrémité des enroulements ont été façon- nées de telle sorte que les feuilles 5 et 6 suivent pra- tiquement les lignes de flux. Etant donné que le flux n'aura alors aucune composante dirigée perpendiculaire- ment aux feuilles, la formation de courants de fuite dans les conducteurs de l'enroulement est évitée, avec pour résultat que la densité de courant sera pratiquement uniforme dans toute la section transversale du conducteur. La forme de réalisation illustrée à la figure 1, dans laquelle la partie d'extrémité de l'enroulement interne est coudée vers l'intérieur, offre des inconvé- nients du point de vue de la technique de production. Ils peuvent être évités dans la forme de réalisation -illustrée à la figure 2, dans laquelle le conducteur de l'enroulement interne 3 possède une section transversale rectiligne. La partie de cet enroulement située le plus prés de la branche de noyau a une plus grande lon- gueur axiale que l'autre partie de l'enroulement et for- me donc un écran cylindrique 10, permettant ainsi un alignement du flux de fuite au plus près de la bran- che de noyau (voir le brevet britannique n0 2.025.148). L'enroulement externe 4, d'un autre côté, possède une déviation en forme d'entonnoir, de telle sorte que la feuille de conducteur 6 de l'enroulement suive prati- quement les lignes de flux pour le flux de fuite magné- tique résultant. Etant donné que l'espace disponible pour un enroulement de transformateur ou de bobine est normale- ment façonné en tant que cylindre creux circulaire, il convient de façonner les parties de bord coudées de l'enroulement externe 4 en en tenant compte, de telle sorte que l'espace d'enroulement soit utilisé au maxi- mumJvoir la figure 2). Dans certains cas, toutefois, il peut être convenable de façonner l'enroulement exter- ne avec une longueur axiale qui diminue avec l'augmenta- tion du rayon (voir la figure 1), ce qui a entre autres pour résultat l'avantage que l'allongement de la feuille peut être maintenu à un niveau inférieur à l'allongement de rupture de la matière. L'espace rendu disponible aux extrémités des enroulements à cause de la courbure de la tôle de conduc- teur dans le sens-radial peut, par exemple, être rempli par une matière conductrice de l'électricité. Ceci a pour résultat une réduction supplémentaire de la densi- té du courant dans la région critique aux extrémités de l'enroulement. La figure 3 représente une réalisation de la partie d'extrémité de l'enroulement externe avec des tô- les conductrices 6 constituées par des feuilles conduc- trices et une pellicule isolante 11 située entre les spi- re de l'enroulement. La figure 3 illustre clairement la façon dont on peut parvenir à la déviation en forme d'entonnoir de la partie d'extrémité en utilisant des feuilles avec des bords à double replis. En faisant va- rier la largeur b de la partie de bord pliée, la forme en entonnoir peut être rendue optimum dans une certaine mesure en ce qui concerne la configuration du flux de fui- te. Il est également possible de laminer la partie de bord pliée pour obtenir une épaisseur de tôle sur le bord inférieure à deux fois l'épaisseur de la feuille. La figure 4 représente une réalisation dans laquelle-la tôle de conducteur 6 est constituée par deux feuilles parallèles 6a et 6b se faisant directement face, chacune d'elles ayant une épaisseur correspondant à la moitié de celle de la tôle de conducteur. Les deux feuilles présentent des bords à double replis et les parties pliées des feuilles se font face et ont des lar- geurs différentes. Avec cette forme de réalisation.- l'augmentation de l'épaisseur de la feuille vers le bord a lieu en deux étapes, ce qui entratne également un meilleur facteur de remplissage. La figure 5 représente une réalisation dans laquelle l'espace disponible le long du bord de la tôle est rempli par un ruban de feuille supplémentaire 12 avec une section transversale en forme de coin, bobiné con- jointement avec la feuille de conducteur 6. Ces rubans de feuille peuvent, évidemment, aussi être utilisés pour les formes de réalisation suivant les figures 3 et 4 pour modifier l'épaisseur du bord de la tôle. Ces ru- bans sont alors convenablement situés à l'intérieur de la partie pliée du bord. La figure 6 représente une forme de réalisation dans laquelle l'espace compris entre l'enroulement inter- ne 3 et l'enroulement externe 4 est rempli par des bar- res d'espacement 13, dont les parties d'extrémité sont façonnées de telle sorte que même la première spire de l'enroulement externe présente une double courbure. La forme désirée des spires situées à l'extérieur- de la première est obtenue à l'aide d'une matière de remplis- sage sous la forme d'une bande adhésive entre les spi- res de l'enroulement, dans une zone marginale relative- ment étroite 14. La figure 7 représente une réalisation dans laquelle la matière de remplissage est constituée par des rubans électriquement isolants 15 avec une section trans- versale en forme de coin. Dans ce cas, au contraire de la réalisation suivant la figure 6, une multiplicité de spires de la tôle de conducteur 6 est située entre des rubans adjacents 15 et la matière ie remplissage s'étend relativement loin dans l'enroulement. La matière de rem- plissage est agencée approximativement à mi-distance entre deux canaux de refroidissement adjacents 16, ot le gradient de température est nul. De la sorte, la conduction thermique dans le sens radial n'est pas empê- chée. A titre de variante, la matière de remplissage peut être appliquée au milieu des canaux derefroidis- sement. Les rubans peuvent éventuellement être frangés de telle sorte qu'ils ne doivent pas être étirés lors du bobinage. Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1. Transformateur ou bobine de puissance, com- portant un noyau de matière magnétique avec au moins une branche (1) et une culasse (2) ainsi qu'au moins un enroulement (4) de matière de conducteur en forme de tô- le (6) agencé pratiquement concentriquement autour de la branche de noyau, caractériséeen ce que la tôle de conducteur (6) suit sur ses parties marginales, tout au moins dans une zone à la périphérie de l'enroulement(4), une surface à double courbure. 2. Transformateur ou bobine suivant la reven- dication 1, caractérise en ce que les parties de l'en- roulement les plus proches des culasses sont façonnées de telle sorte que la tôle de conducteur (6) suive pratiquement les lignes de flux (9) pour le flux de fui- te magnétique résultant qui correspondent à une densi- té de courant constante dans cette tôle. 3. Transformateur ou bobine suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractériséeen ce que l'enroulement comprend une partie d'enroulement in- terne (3) et une partie externe (4) situées radialement vers l'extérieur de la partie d'enroulement interne, la tôle de conducteur dans une zone à chaque extrémité d'en- roulement dans la partie d'enroulement externe (4) pré- sentant une distance à partir de l'axe géométrique de l'enroulement qui augmente successivement vers le bord de la tôle. 4. Transformateur ou bobine suivant la reven- dication 3, caractériséeen ce que la courbure en section transversale de la tôle de conducteur dans les parties d'extrémité de la partie d'enroulement externe (4) aug- mente avec l'accroissement de la distance à partir de l'axe géométrique de cet enroulement. 5. Transformateur ou bobine suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractériséen ce que l'enroulement (4) possède une longueur axiale qui diminue avec l'augmentation du rayon. 6. Transformateur ou bobine suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractériséen ce que le corps de support de l'enroulement (7, 13) est façonné de telle sorte que sa surface de contact avec l'enroulement présente une double courbure dans les par- ties d'extrémité. 7. Transformateur ou bobine suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractériséeen ce que pour remplir l'espace rendu disponible aux extré- mités d'enroulement à cause de la courbure en section transversale de la tale de conducteur (6) dans le sens radial, des rubans distincts, de préférence auto-adhé- sifs (12) et offrant éventuellement une section transver- sale en forme de coin, sont agencés le long des bords de la tôle de conducteur. 8. Transformateur ou bobine suivant la reven- dication 7, caractériséeen ce que les rubans précités sont faits d'une matière électriquement isolante et sont agencés dans des emplacements de l'enroulement o le gradient de température est nul. 9. Transformateur ou bobine suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractériséeén ce que les bords de la tôle de conducteur (6) présentent un double pli. 10. Transformateur ou bobine suivant la reven- dication 9, caractériséeen ce que la tôle de conducteur (6) est constituée par plusieurs tôles partielles paral- lèles (6a, 6b) avec des bords à double pli, se faisant face par leurs côtés plats, les parties pliées des dif- férentes tôles partielles offrant des largeurs différen- tes. 11. Transformateur ou bobine à enroulement for- mé par une tOle ou feuille,ille que décrit ci-avant ou conforme aux dessins annexes.