Brevet FR2476374A1 — publié le 19810821

-1- La présente invention concerne des lamelles pour noyaux magnétiques, en particulier pour transformateurs, comportant une pluralité de lamelles agencées en couche, chacune desdites lamelles ayant au plus trois branches parallèles espacées d'égale longueur, et deux traverses reliant les extrémités desdites branches, l'une des traverses, qui est appelée traverse intégrante, étant solidarisée sans joint desdites branches, tandis que l'autre traverse qui est appelée traverse séparée, présente des joints entre elle-même et l'extrémité de chacune des branches pour disposer des enroulements et la largeur de la traverse intégrante étant plus grande que celle de la traverse séparée. De façon générale, les lamelles pour noyaux feuilletés de cette espèce sont interfoliées alternativement et sont agencées dans le noyau terminé de façon que leur bord extérieur repose toujours l'un sur le sommet de l'autre dans un plan commun, ce qui signifie que les noyaux de cette espèce n'apparaissent pas,de l'extérieur, différents des noyaux usuels. Grace aux mesures mentionnées ci-dessus, on peut perfectionner les lamelles en M et les lamelles EI, de sorte que dans un noyau en coquille comportant de telles lamelles, la section la plus avantageuse de la traverse intégrante est élargie au détriment de la section la moins avantageuse de la traverse séparée, ce qui réduit la réductance et les pertes magnétiques et donc augmente le rendement. Les lamelles EI sont de préférence formées de lamelles de type M de sorte que de tels noyaux peuvent être également utilisés avec les gabarits de bobines usuelle- ment utilisés pour les noyaux en M, comme ceux par exemple qui correspondent aux différentes normes. -2- Cependant, il y a des lamelles EI pour des noyaux présentant deux fenêtres, chacune desquelles ayant une longueur trois fois plus longue que la largeur de la branche centrale, la largeur de ladite fenêtre étant égale à la largeur de cette branche centrale. Dimensionner les fenêtres de cette manière procure un bon rapport cuivre-fer dans le transformateur. Les lamellesEI dimensionnées de cette manière peuvent être produites sans chute, par estampage des portions E par paire de façon que les fenêtres correspondent exacte- ment aux portions I. Celles-ci ont donc la même orientation granulaire que les branches, c'est-à-dire une orientation dans la direction préférée du flux magnétique, ce qui rend ces lamelles EI plus avanta- geuses que les lamelles M. En conséquence, des trans- formateurs ayant des lamelles EI de ces dimensions peuvent être fabriqués de façon très économique, et c'est pour cela que ces lamelles ont été standardisées dans les séries normalisées sans chute. Cependant, ces lamelles EI présentent des inconvénients importants, tel qu'un étranglement accru du flux magnétique à l'emplacement des joints et des dimensions désavantageuses des traverses et des branches extérieures, qui nécessitent d'être perfectionnées. L'objet de la présente invention est de fournir une solution optimale au problème et de remédier à ces inconvénients, tout en préservant les avantages existants. Outre, les lamelles M et EI, il existe de plus des lamelles UI pour les transformateurs monophasés et les lamelles 3UI pour les transformateurs triphasés (ceux-ci ont également des lamelles EI mais de dimension différente, en particulier les branches sont d'égale largeur). Ces lamelles sont normalisées -3- dans les séries UI et les séries 3UI, respectivement. Là encore, ces lamelles et les noyaux qu'ellesforment présentent une réluctance relativement élevée aux jonctions entre les branches et les traverses et dans les branches et il est également nécessaire de les perfectionner. Les noyaux Pu, Pl et Pu/Pl présentant des traverses élargies ont en réalité aidé à perfection- ner les caractéristiques magnétiques et leur rendement mais ils nécessitent encore d'être perfectionné par rapport à l'utilisation de la matière et de plus, ils ne peuvent pas être estampés sans chute. L'objet de la présente invention est donc de perfection- ner et d'optimiser les lamelles UI et les lamelles 3UI (lamelles du type EI) afin de réduire la réluctance et les fuites magnétiques et de perfectionner les ca- ractéristiques magnétiques et le rendement sans aban- donner les avantages inhérents à ce type de lamelles. En particulier, l'invention a pour objet de perfection- ner et d'optimiser le rapport rendement/coût en prévoyant des proportions d'enroulement les plus favorables possibles. Selon la présente invention, cet objectif est atteint du fait que, dans les lamelles UI ou EI ayant des branches d'égale largeur, la largeur cl de la traverse intégrante est au moins 1,1 fois et au plus 2,1 fois égale à la largeur f de chaque branche, tandis que la largeur c2 de la traverse séparée est au moins 1,0 fois et au plus 1,5 fois égale à la largeur f de chaque branche, de sorte que la largeur c de la traverse intégrale diminuée de la largeur c2 de la traverse séparée est au moins égale à 0,1 fois et au plus égale à 0,6 fois la largeur f de chaque branche (l'if- 2,1f et 1 JOf c2,1,5f et 0,1f obtenues lorsque la largeur c1 de la traverse inté- grante est au moins égale à 1,2 et au plus égale à 1,7 fois la largeur f de chaque branche et que largeur c2 de la traverse séparée est au moins égale à 1,1 fois et au plus égale à 1,3 fois la largeur f de chaque branche, de sorte que la largeur c1 de la traverse intégrante, diminuée de la largeur c2 de la traverse séparée, est au moins égale à 0,1 fois et au plus égale à 0,4 fois la largeur f de chaque branche (1,2 f., c1 1,7f et 1,1f plus avantageusespour d'autres raisons. La distance h entre les branches adjacentes est égale à la largeur c2 de la traverse séparée, de sorte que les lamelles UI peuvent être estampées sans chute lorsque de plus la longueur e de chaque branche est égale à la distance h entre les deux branches plus deux fois la largeur f de chaque branche (h = c2 et e = h + 2f). Ainsi, la fenêtre estampée dans la partie U forme exactement la partie I. Ces dimensions (avec h = c2 et e = h + 2f) n'entraînent pas en fait une production de lamelles EI complètement sans chute, c'est-à-dire que pour les types 3UI il y a une petite perte h.f qui correspond à environ 5 % pour chaque paire EI. Néanmoins, ces dimensions sont avantageuses car elles permettent à un transformateur triphasé EI d'utiliser le même gabarit de bobine et les mêmes spécifications d'enroulement que pour un transformateur UI. -5- Les gabarits de bobine ayant une longueur de bobine hors tout égale à trois fois la largeur f de chaque branche peuvent être utilisés lorsque la longueur e de chaque branche est égale à la largeur cl de la traverse intégrante moins la largeur c2 de la traverse séparée plus trois fois la largeur f de chaque branche (e = c1-c2+3). Dans les limites des marges des tolé- rances usuelles, les gabarits de bobine standard UI et 3UI peuvent être utilisés avec ces dimensionnements. Des dimensions particulièrement favorables sont obtenues sur cette base lorsque, de façon exacte ou approchée, la largeur c1 de la traverse intégrante est 1,4 fois la largeur f de chaque branche, tandis que la largeur C2 de la traverse séparée est égale à 1,2 fois f et que la longueur e de chaque branche est 3,2 fois égale à f (ci = 1,4f, c2 = 1,2f et e = 3,2 f). Cette configuration donne un rapport 3 de la longueur de bobine à la largeur de branche, ce qui permet l'utilisation de gabarits de bobines normalisées UI et 3UI. De plus, cette configuration crée un ratio plus favorable de 5 (au lieu de 6) entre la longueur de bobine et la hauteur de bobine et un ratio de 0,6 (au lieu de 0,5) plus favorable entre la hauteur de bobine et la largeur de branche. On obtient une lamelle EI sans chute de fabrication, ayant des branches d'égale largeur f, lorsque la distance h entre les branches adjacentes est égale à la largeur c2 de la traverse séparée et que la lon- gueur e de chaque branche est égale à la distance h plus 1,5 fois la largeur f de chaque branche (h = c2 et e = h + 1,5 f). Des dimensions particulièrement favorables sont obtenues sur cette base, lorsque, de façon exacte ou approchée, -6- la largeur cl de la traverse intégrante est 1,5 fois la largeur f de chaque branche, tandis que la largeur C2 de la traverse séparée est égale à 1,2 fois f et que la longueur e de chaque branche est égale à 2,7 fois f (c1 = 1,5f, c2 = 1,2f et e = 2,7 f). Cet agencement produit un ratio très avantageux de 4 entre la longueur de la bobine et la hauteur de la bobine et un ratio également favorable de 0,6 entre la hauteur de la bobine et la largeur de la branche; de plus, cette configura- tion donne un noyau de contour extérieur carré. Ces proportions de lamelles UI et EI sont particulière- ment avantageuses car la section de traverse, qui est plus large que la section de branche d'un facteur 1/2 (c1 + c2) /f, sert à perfectionner et même à optimiser les caractéristiques magnétiques, à réduire les pertes et à fournir d'excellents ratios rendement/coût. Ces noyaux de cette espèce nécessitent même moins de force magnétisante, que, par exemple, les noyaux à bande C continue de même matière présentant la même section de branche. Des perfectionnements particulière- ment importants sont obtenus pour les matières à grains orientés dans lesquels la direction préférée de flux magnétique est parallèle aux branches et donc parallèle à la traverse I. Ces dimensions qui résultent de l'optimisation, sont particulièrement favorables et fournissent d'autres avantages sans dépense supplémentaire. Premièrement, la perturbation de la structure cristalline le long des bords estampés n'a pratiquement pas de conséquence sur les traverses car celles-ci sont beaucoup plus larges que la largeur des zones per- turbées. Deuxièmement, les trous de fixation qui peuvent être -7prévusn'ontpratiquement pas d'influences nuisibles car les aires de la région dans laquelle sont pratiqués lesdits trous sont plus larges de 10 à 30 %. Troisièmement, l'influence des joints de contact dans le noyau formé de couches interfoliées alternativement est considérablement réduite par le fait que, puisque les extrémités des branches sont partiellement chevau- chées par les lamelles adjacentes à cause de la diffé- rence de largeur cl-c, la section d'acier non divisé est (1/2 + 1/2(c -c /f) fois la section de la branche. Un avantage essentiel supplémentaire provient de l'utilisation de Goss (acier au silicium à grains orientés) en particulier en obtenant réellement, pour la première fois, le bénéfice total de cette matière les parties intérieures de la traverse intégrante sont plus larges que la traverse séparée c2 de la différence c1-c2 et recouvrent les extrémités des branches de cette largeur c 1-c2. La direction de l'orientation des grains de cette partie chevauchante de la traverse intégrante est dans la direction de flux privilégié tandis que l'orientation des grains de la traverse séparée c2 est transversale à la direction préférée pour environ la moitié de sa longueur. Une fraction du flux magnétique passe donc continuellement de la traversée séparée et des extrémités des branches à travers la partie interne plus large de la traverse intégrante, ce qui entraîne un flux magnétique réduit dans la partie extérieure de la traverse séparée de plus petite largeur c2* Dans un noyau complètement utilisé, on obtient donc effectivement plusieurs fois la magnétisation normale. Quatrièmement, les coins arrondis des parties en I, ayant un rayon plus petit que la différence de largeur c -c2, n'entraînent pas l'étranglement du flux magné- tique dans les noyaux à lamelles alternativement -8- interfoliées, contrairement aux noyaux standardisées UI et 3UI dans lesquels tout arrondissement entraîne des étranglements de flux magnétique. Dans les lamelles selon l'invention, des coins, de fenêtre arrondis sont donc possible. Des arrondisssements de cette espèce (d'environ 0,4 mm de diamètre) des coins de fenêtre et des extrémités correspondantes des parties I sont tout à fait souhaitables car la durée de vie des outils en est accrue. Il est avantageux que la distance k1 entre les trous de fixation prévus dans la traverse intégrante et le bord extérieur de cette traverse soit égale à la distance k entre les trous de fixation prévus dans la traverse séparée et le bord extérieur de cette dernière traverse, o des trous de fixation dans la traverse séparée sont avantageusement disposés le long de l'axe médian de cette traverse (k1=k2=1/_ c2). Cette configuration présente un avantage au point de vue magnétique et évite des problèmes de fabrication qui seraient entraînés par l'intervention accidentelle d'un côté pour l'autre. Il est de plus avantageux que les emplacements des trous de fixation de coins soient espacés des bords latéraux d'une distance k3 qui est égale soit à la moitié de la largeur c2 de la traverse séparée, soit à la moitié de la largeur f de chaque branche.(k3=1/2 c2 ou k3 = 1/2 f). Le premier emplacement nécessite la force magnétisante la plus faible, tandis que la seconde permet d'obtenir une fuite magnétique réduite. Deux modes de réalisation de l'invention sont représen- tés sur les dessins, sur lesquels, la ligne pointillée désigne le bord intérieur de la traverse intégrante des lamelles de noyaux alternativement interfoliées, -9- montrées sous une couche de lamelles de noyaux. Les modes de réalisation selon les figures 1 et 2 montrent des lamelles particulièrement avantageuses respectivement des lamelles UI sur la figure 1 et des lamelles EI sur la figure 2, ayant deux et trois branches 1, 2 ou 3 respectivement, de longueur égale à f et comportant une traverse intégrante 5 ayant une plus grande largeur c1 que la largeur c2 de la traverse séparée 4. Dans ces modes de réalisation, la largeur c1 de la traverse intégrante est 1,4 fois égale à la largeur f de chaque branche (1,1 f rence 1,2f se séparée est égale à 1,2 fois la largeur f de chaque branche (1,0 f 3,2fois f. Le mode de réalisation selon la figure 1 montre des estampages UI sans chute.Le mode de réalisation selon la figure 2 montre des estampages EI qui, quoique non complètement sans chute, forment néanmoins (c'est- à-dire les branches 1 et 2 et respectivement 2 et 3 ensemble avec les parties de traverse 5 et 4) des -10- estampages équivalent a modes de réalisation UI de la figure 1 et donc permettent l'utilisation des mêmes gabarits et spécifications de bobines. En particulier, l'utilisation de gabaritsde bobine UI stancardisée est possible grâce auxquels on obtient une réserve de tolérance de hauteur de bobines avantageuse (de 0,1 f) qui procure plus d'espace pour la bobine. On peut ainsi obtenir des lamelles EI sans chute lorsque chaque branche présente la longueur e, raccour- cie au mode de réalisation de la figure 2, de la moitié de la largeur f de chaque branche, e = h+1,5 f soit e = 2,7 f. De plus, un mode de réalisation EI sans chute, ayant une section carrée et un très bon rapport rendement-coût est obtenu lorsque la largeur clde la traverse intégrante est égale à 1,2 fois la largeur f de chaque branche. Cet estampage sans chute fournit deux parties E estampées simultanément, les paires étant en contact aux extrémités de leur branche et leur partie I provenant deleurs Fenêtres communes. Les modes de réalisation des figures 1 et 2 montrent des trous de fixation 16 espacés des bords extérieurs de distancesk1, k2 et k3 respectivement, qui sont toutes égales à la moitié de la largeur c2 de la traverse 4 (k1 = k2 = k3 = 1/2 c2). De plus, le mode de réalisation de la figure 2, montre deux trous de fixation qui sont logés le long de l'axe médian 9 de la jambe centrale 2, écartés des bords extérieur de la traverse de la distance 1/2 de c2. -11- R E V E N D I C A T IONS 1.- Lamelles pour un noyau magnétique feuilleté, en particulier pour transformateur, comprenant une pluralité de lamelles en couches, chacune desdites lamelles ayant au plus trois branches parallèles écartées, d'égale longueur,et deux traversesreliant les extrémités desdites branches, l'une desdites traverses, appelée traverse intégrante,étant reliée sans joint auxdites branches, tandis que l'autre traverse, appelée traverse séparée, présente des joints entre elle-méme:et des extrémités de-chaque branche pour disposer des enroulements et la largeur de la traverse intégrante étant plus grande que celle de la traverse séparée, caractérisées en ce que, dans les lamelles de type UI ou dans des lamelles de type EI ayant des branches 1,2 ou 3 de même largeur, la largeur c1 de la traverse intégrante 5 est au moins 1,1 fois et au plus 2, 1 fois égale à la largeur f de chaque branche 1,2 ou 3 et en ce que la largeur c2 de la traverse séparée 4 estau moins 1,0 fois et au plus 1,5 fois égale à la largeur f de chaque branche, de sorte que la largeur c1 de la traverse intégrante 5 diminuée de la largeur c2 de la traverse séparée 4 est au moins 0,1 fois et au plus 0,6 fois égale à la largeur f de chaque branche 1, 2 ou 3 (1,1 f 0,6 f). 2.- Lamelles selon la revendication 1, caractérisées en ce que la largeur c1 de la traverse intégrante 5 est au moins 1,2 fois et au plus 1,7 fois égale à la largeur f de chaque branche 1, 2 ou 3 et en ce que la largeur c2 de la traverse séparée 4 est au moins 1,1 fois et au plus 1,3 fois égale à la largeur f de chaque branche 1, 2 ou 3, de sorte que la largeur c1 de la traverse intégrante 5 diminuée de la largeur c2 de la -12traverse séparée 4 est au moins 0,1 fois et au plus 0,4 fois égale à la largeur f-de chaque branche 1,2 ou 3 (1,2f, 0,4 f). 3.- Lamelles selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisées en ce que la distance h entre les branches adjacentes (1 et 2 et 2 et 3 respective- ment) est égale à la largeur c2 de la traverse séparée 4 et en ce que la longueur e de chaque branche 1, 2 ou 3 est égale à la distance h augmentée du double de la largeur f de chaque branche (h = c2 et e = h + 2f). 4.- Lamelles selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisées en ce que la longueur e de chaque branche 1, 2 ou 3 est de façon exacte ou approchée égale à la largeur cl de la traverse intégrante 5 diminuée de la largeur c2 de la traverse séparée 4 plus 3 fois la largeur f de chaque branche (e = c1-c2+3f). 5.- Lamelles selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisées en ce que,de façon exacte ou approchée, la largeur c1 de la traverse intégrante 5 est 1,4 fois égale à la largeur f de chaque branche, tandis que la largeur c2 de la traverse séparée 4 et la longueur e de chaque branche 1, 2 ou 3 sont respectivement égales à 1,2 fois et à 3,2 fois cette largeur f de chaque branche (ci = 1,4 f, c2 = 1, 2 f e = 3,2 f). 6.- Lamelles selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisées en ce que la distance h entre les branches adjacentes 1 et 2, 2 et 3 respectivement est égale à la largeur c2 de la traverse séparée 4 et en ce que la longueur e de chaque branche 1, 2, 3 est égale à la distance h augmentée de 1,5 fois la largeur f de chaque branche (h = c2 et e = h +1,5f). -13- 7.- Lamelles selon l'une quelconque des revendications 2 ou 6, caractérisées en ce que de façon exacte ou approchée, la largeur c1 de la traverse intégrante 5 est 1,5 fois égale à la largeur f de chaque branche tandis que la largeur c2 de la traverse séparée 4 et la longueur e de chaque branche 1, 2 et 3 sont respectivement égales à 1,2 fois et à 2,7 fois cette même largeur f de chaque branche (cl = 1,5 f, c2 = 1,2 f et e = 2,7 f). 8.- Lamelles selon l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 6, caractérisées en ce que les coins de la traverse séparée 4 et les coins des fenêtres logées dans la traverse intégrante 5 sont arrondis à un rayon qui est de préférence plus petit que la différence de largeur de traverse c -c2. 9.- lamelles selon l'une quelconque des revendications 2, 4 ou 6, caractérisées en ce que la distance k1 entre les trous de fixation 16 de la traverse intégrante et le bord extérieur de cette traverse est la même que la distance k2 entre les trous de fixation 16 de la traverse séparée 4 et le bord extérieur de la traverse séparée, les trous de fixation dans la traverse séparée étant logés le long de l'axe 17 de cette traverse (k1 = k2 = 1/2 c2). 10.- Lamelles selon la revendication 9, caractérisées en ce que les emplacements de trous de fixation dans les coins sont espacés du bord extérieur d'une distance k3 égale soit à la moitié de la largeur c2 de la traverse séparée 4, soit à la demi-largeur f de chaque branche 1,2,3 (k3 = 1/2 c2 ou k3 = 1/2 f).