Brevet FR2615318A1 — publié le 19881118

TRANSFORMATEUR ELECTRIQUE POUR FOUR A MICRO-ONDES La présente invention concerne les transformateurs électriques destinés à l'alimentation en énergie électrique des circuits de puissance des fours à micro-ondes. Ces transformateurs comprennent un enroulement électrique primaire, en forme de bobine, les deux extrémités du fil d'enroulement étant raccordées électriquement à des cosses destinées à être connectées au réseau électrique d'alimentation. Un enroulement électrique secondaire à haute tension est constitué d'un conducteur électrique enroulé en forme de bobine et dont une premiere extrémité est raccordée électriquement au circuit magnétique detrans- formateur et à la masse du four à micro-ondes, et dont l'autre extrémité est raccordée électriquement à une cosse de sortie haute tension destinée à être connectée aux organes électriques haute tension du four à microondes pour leur alimentation électrique. Le transformateur comprend en outre un enroulement électrique secondaire de chauffage, formé d'un conducteur enroulé en forme de bobine, à faible nombre de spires, les deux extrémités du conducteur de chauffage étant munies de cosses pour la connection du circuit électrique de chauffage du four à micro-ondes. Le circuit magnétique du transformateur comprend deux colonnes latérales et une colonne centrale toutes trois reliées par des traverses d'extrémité. Un shunt magnétique intermédiaire boucle partiel- lement le circuit magnétique entre les colonnes latérales et la colonne centrale, déviant une partie du flux magnétique entre l'enroulement électrique primaire et les enroulements électriques secondaires. Les puissances habituellement délivrées par un tel type de transformateur sont comprises entre 200 et 1 500 Watts, de sorte qu'il s'agit de transformateurs de basse puissance. La tension d'alimentation primaire est généralement égale à 220 Volts. La tension de sortie haute tension est généralement de 2 300 Volts environ, et doit présenter une forme particulière que lui confère le circuit magnétique pourvu d'un shunt magnétique particulier. Il est ainsi indispensable de prévoir une isolation électrique très efficace entre les divers enroulement électriques, et entre les enroulements électriques et le circuit magnétique. L'isolation électrique est généralement assurée par des feuil- les d'isolant pliées et enroulées de manière adéquate autour des enroulements et entre les enroulements et le circuit magnétique. Ainsi, 2 615318 la totalité des transformateurs de fours à micro-ondes actuellement sur le marché comportent un tel type d'isolement électrique. Les opérations pour effectuer un tel isolement sont particulièrement longues et fastidieuses, et augmentent sensiblement le coût de production. Ces opérations sont nécessairement manuelles, et il est pratiquement impossible d'automatiser la production de tels transformateurs. La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des techniques d'isolation connues, en assurant l'isola- tion des circuits électriques au moyen de carcasses et de capots en matière isolante, de formes particulières adaptées tout spécialement à une application à un transformateur de four à micro-ondes, et assurant une isolation électrique accrue entre les circuits électriques eux-mêmes et entre les circuits électriques et le circuit magnétique. Selon un autre objet de l'invention, une telle structure d'isolation permet en outre un montage automatique, par réalisation de sous-ensembles robustes et manipulables pouvant eux-mêmes être fabriqués de manière automatique et pouvant être assemblés les uns aux autres de manière automatique. Selon un autre objet de l'invention, cette structure permet de réduire le nombre de pièces à assembler, le nombre de pièces à stocker. Selon un autre objet, la structure améliore la protection mécanique des enroulements, et facilite ainsi la manutention en évitant, lors de cette manutention, la détérioration partielle des enroulements et la production de défauts d'isolement. La fiabilité se trouve ainsi considérablement augmentée. La difficulté principale consiste à assurer un isolement au moyen de carcasses et de capots, alors qu'une telle technique d'isole- ment conduit à augmenter le volume du transformateur. L'invention permet de réduire ce volume, par une disposition particulière des enroulements de manière partiellement superposée. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, le transformateur comprend: - une carcasse primaire en matière isolante, comportant un mandrin central pour le passage de la colonne centrale de circuit magnétique, un flasque extérieur et un flasque intérieur, - une carcasse secondaire en matière isolante, comportant un mandrin central pour le passage de la colonne centrale de circuit magnétique, un flasque extérieur et un flasque intérieur, - deux capots isolants de primaire, comportant chacun trois parois recouvrant respectivement les flasques extérieur et intérieur et l'enroulement électrique dans les zones en regard du circuit magnétique, deux capots isolants de secondaire, comportant chacun trois parois recouvrant respectivement les flasques extérieur et intérieur et l'enroulement électrique dans les zones en regard du circuit magnétique, le flasque intérieur de circuit secondaire comprenant un logement annulaire externe pour contenir l'enroulement électrique secondaire de chauffage, assurant ainsi son isolement électrique et son maintien mécanique. Selon un mode de réalisation, le logement annulaire externe est limité vers le centre par un rebord axial de maintien mécanique, - a une profondeur axiale seulement légèrement supérieure au diamètre du fil d'enroulement de chauffage, - est fermé, sur les parties de son pourtour entourées par le circuit magnétique, par les capots isolants de secondaire, qui assurent l'isolation électrique entre le circuit magnétique et l'enroulement de chauffage. Selon un mode de réalisation particulier, le logement annulaire externe occupe la partie de flasque la plus proche de l'axe d'enroule- ment, la partie la plus éloignée étant formée d'un épaulement définis- sant une paroi cylindrique axiale qui limite radialement le logement annulaire et qui se raccorde à une paroi radiale décalée axialement. De cette manière, l'enroulement secondaire haute tension recouvre extérieu- rement l'enroulement secondaire de chauffage. L'enroulement secondaire haute tension et l'enroulement secondaire de chauffage se trouvent partiellement superposés, ce qui permet de réduire le volume global occupé par les enroulements. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisa- tion particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles - la figure 1 représente une vue de face du transformateur selon l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus du transformateur de l'invention; - la figure 3 est une vue de côté du transformateur de l'invention; - la figure 4 est une vue de côté en coupe médiane selon le plan I-I de la figure 2; - la figure 5 est une vue en perspective de la carcasse secondaire du transformateur selon l'invention; - la figure 6 est une vue en perspective de la carcasse primaire de transformateur selon l'invention; - la figure 7 est une vue en perspective d'un capot isolant de secondaire selon l'invention; et - la figure 8 est une vue en perspective d'un capot isolant de primaire selon l'invention. On a représenté sur les figures 1 à 3 la constitution générale du transformateur selon l'invention. De manière classique, le transfor- mateur comprend un circuit magnétique 1 à deux colonnes latérales 2 et 3 et une colonne centrale 4, les colonnes étant reliées par une première traverse d'extrémité 5 et une seconde traverse d'extrémité 6. En pratique, les colonnes 2, 3 et 4 et la traverse 5 sont réalisées par un empilage de tôles découpées en forme de E, et la traverse 6 est formée d'un empilage de tôles rectangulaires rapportées sur l'extrémité des branches du E, auxquelles elles sont solidarisées par exemple par soudage. Les enroulements électriques du transformateur sont disposés autour de la colonne centrale 4 du circuit magnétique, et comprennent un enroulement électrique primaire 7 en forme de bobine. L'enroulement primaire se termine sur les deux cosses d'enroulement primaire 8 et 9 représentées sur la figure 3, ou sur deux cosses 80 et 90 représentées sur la figure 6. Un enroulement secondaire haute tension 10, également en forme de bobine, se termine sur les deux cosses de sortie haute tension 11 et 12, et un enroulement secondaire de chauffage 13 formé de quelques spires de conducteur électrique se termine par deux cosses de chauffage 14 et 15. Un shunt magnétique, formé de deux empilages de tôles rectangu- laires 16 et 17; représenté sur les figure 3 et 4, relie les parties intermédiaires des colonnes latérales et de la colonne centrale du circuit magnétique, dans la zone située entre d'une part l'enroulement primaire 7 et les enroulements secondaires 10 et 13. Les enroulements électriques sont bobinés sur des carcasses en matière électriquement isolante, recevant des capots de forme appropriée également en matière électriquement isolante. Comme le représente la figure 6, la carcasse primaire 18 comporte un mandrin central 19 de forme tubulaire et conformé pour s'adapter autour de la colonne centrale 4 du circuit magnétique. Le mandrin central se termine par un flasque extérieur 20 et un flasque intérieur 21, l'ensemble définissant une gorge périphérique annulaire 22 dans laquelle on bobine l'enroulement électrique primaire 7. Le flasque extérieur 20 est destiné à être disposé vers l'extérieur du transforma- teur, c'est-à-dire du côté opposé à la carcasse secondaire, tandis que le flasque intérieur 21 est destiné à être en vis-à-vis avec la carcasse secondaire. Les parties verticales 28 et 29 de la carcasse primaire représentée sur la figure 6 sont destinées à être entourées par le circuit magnétique du transformateur. Les parois intérieures verticales correspondantes du mandrin 19 sont lisses, comme le représente la figure, et recoivent avec un faible jeu la tranche des tôles de la colonne centrale 4 de circuit magnétique. Les parois horizontales de mandrin sont prolongées, vers l'extérieur, par des rebords 23 et 24, le rebord 23 étant conformé pour recevoir des cosses 80 et 90 de connection électrique d'enroulement primaire. Le rebord 23 comprend en outre une rainure axiale extérieure 81 communicant avec la gorge périphérique annulaire 22 par une lumière 82, la rainure 81 se prolongeant sur le mandrin 19. La rainure 81 est destinée à recevoir axialement un organe de sécurité sensible à la température de l'enroulement primaire et à l'intensité du courant qui le parcourt. Par cette disposition, l'organe de sécurité est à proximité immédiate de l'enroulement, voire en contact direct avec les premières spires, améliorant ainsi la rapidité de déclenchement. Les faces intérieures des rebords 23 et 24 ainsi que les faces horizontales intérieures du mandrin comportent des nervures longitudinales telles que la nervure 25. Les nervures 25 sont chanfreinées aux extrémités, comportant par exemple le chanfrein 26, facilitant l'introduction des carcasses sur le circuit magnétique. Les nervures 25 définissent la surface d'appui de la colonne centrale 4 de circuit magnétique, et permettent de prévoir des angles arrondis de mandrin 19, s'adaptant sur une colonne 4 à section rectangulaire et arêtes vives. Le flasque extérieur 20 comprend, dans sa portion supérieure horizontale, un ergot 27 permettant de fixer provisoirement l'extrémité de l'enroulement électrique lors de la fabrication du bobinage, avant solidarisation de l'extrémité de conducteur à une cosseedisposée sur le rebord 23, ou sur l'un des capots isolants de primaire. - Les parties verticales 28 et 29 de la carcasse primaire sont destinées à être recouvertes par des capots isolants de primaire tels que le capot 30 représenté sur la figure 8. Le capot 30 comprend trois parois principales 31, 32 et 33, les parois parallèles 31 et 33 étant destinées à recouvrir partiellement les flasques de la carcasse primaire, la paroi 32 étant destinée à recouvrir partiellement l'enrou- lement électrique primaire. On comprend que l'ensemble formé par un capot 30, le mandrin 19 et les parties verticales 28 de carcasse définit un bottier isolant entouré par le circuit magnétique et assurant l'isolement électrique entre ce circuit magnétique et l'enroulement électrique bobiné sur la carcasse. Les extrémités des parois 31 et 33 sont reliées par des bandeaux tels que le bandeau 34, portant des moyens d'accrochage d'une cosse électrique, et assurant simultanément la rigidification du capot 30. On laisse une ouverture 340 entre chaque bandeau 34 et la paroi 32, pour permettre l'entrée et l'écoulement du vernis lors de l'imprégnation du bobinage. Les capots de carcasse primaire comprennent, dans leur zone non entourée de circuit magnétique, des cosses 8 et 9 de raccordement d'enroulement primaire. De manière similaire, la carcasse secondaire 41, représentée sur la figure 5, comprend un mandrin central 35, un flasque intérieur 36 et un flasque extérieur 37. Les faces intérieures horizontales du mandrin 35 sont munies de nervures telles que la nervure 38 longitudina- les. Deux rebords 39 et 40 prolongent les parois horizontales du mandrin 35 au-delà du flasque intérieur 36. Ces rebords 39 et 40 sont conformés pour présenter la même longueur que la dimension du shunt magnétique, et venir en appui contre le flasque intérieur de la carcasse primaire. La base du flasque extérieur 37 de carcasse secondaire 41 comprend un trou 42 pour le passage d'une première extrémité de l'enroulement secondaire haute tension, cette première extrémité venant se raccorder à la cosse 11 haute tension, cosse fixée sur le circuit magnétique et reliée à la masse du four à micro-ondes. Le flasque intérieur 36 de la carcasse secondaire 41 est conformé de manière particulière, comme le représentent les figures 5 et 4, et comporte un logement annulaire externe 43 destiné à contenir l'enroulement électrique secondaire de chauffage 13. Le logement annulaire externe 43 est limité vers le centre de la carcasse par un rebord périphérique axial 44. Le logement présente une profondeur axiale seulement légèrement supérieure au diamètre du fil d'enroulement de chauffage 13. Son pourtour est limité par un épaulement 45 formant une paroi cylindrique limitant radialement le logement annulaire et se raccordant à une partie extérieure du flasque 36. En d'autres termes, le flasque 36 est formé d'une paroi radiale extérieure 47, raccordée par l'épaulement 45 à une partie intérieure 48, la partie intérieure 48 - étant décalée axialement vers l'intérieur de la carcasse par rapport à la paroi radiale extérieure 47, pour laisser la place du logement 43. Dans la zone extrême de l'enroulement, c'est-à-dire sur la partie gauche de la carcasse secondaire représentée sur la figure 4, on voit donc que l'enroulement secondaire haute tension 10 recouvre l'enroulement secon- daire de chauffage 13. La carcasse secondaire 41 est destinée à recevoir des capots isolants secondaires tels que le capot 50 représenté sur la figure 7. De manière similaire de la carcasse d'enroulement primaire, la carcasse secondaire 41 reçoit deux capots tels que le capot 50, recouvrant ses parties verticales représentées sur la figure 5. Le capot 50 a une forme similaire à celle du capot 30, et comprend trois parois principales 51, 52 et 53. Un bandeau 54, assurant la liaison des extrémités des parois 51 et 53, reçoit une cosse de raccordement électrique sur laquelle on raccorde la seconde extrémité du conducteur électrique d'enroulement secondaire haute tension 10. Le flasque intérieur 36 comporte en outre, sur sa face externe, des ergots 49 destinés à coopérer avec une facette 510 de la paroi correspondante 51 du capot isolant 50 pour définir des moyens de maintien des sorties d'enroulement électrique secondaire de chauffage. La paroi 51, ou paroi- intérieure du capot 52, comprend un logement externe 55 limité par deux rebords latéraux 56 et 57 dans les plans limites extérieurs du circuit magnétique et un rebord transversal 58 dans le plan d'une paroi verticale du mandrin central 35 de carcasse. Le logement 55 est destiné à contenir et à isoler un empilage de tôles formant le shunt magnétique 16 ou 17. Les tôles sont en contact de l'une des colonnes latérales du circuit magnétique, et sont séparées de la colonne centrale 4 par un entrefer défini par le rebord transversal 58 du logement. Dans le mode de réalisation représenté, les logements 55 sont disposés sur les capots isolants de secondaire. Selon un autre mode de réalisation, on pourrait prévoir que les logements 55 sont disposés sur les capots d'isolement de primaire. On pourra toutefois préférer la disposition représentée sur les figures, car elle facilite le montage automatique de l'ensemble: il est en effet préférable de monter en premier, sur le circuit magnétique, les enroulements secondaires, puis l'enroulement primaire; on comprend donc que, par cette méthode de montage, l'empilement des tôles de shunt peut être simplement posé dans les logements 55, dans lesquels les tôles sont maintenues par la pesanteur. Les capots 50, lorsqu'ils sont adaptés sur la carcasse secondaire 41, ferment partiellement le logement 43, et assurent le maintien mécanique de l'enroulement secondaire de chauffage 13. La carcasse secondaire comprend, sur le bord extérieur de l'un de ses flasques, un picot radial 360 sur lequel on peut enrouler en attente la première extrémité du fil d'enroulement secondaire à haute tension avant raccordement à la cosse de sortie, l'autre extrémité du fil d'enroulement sortant de la carcasse par le trou radial 42 proche du tunnel central et se raccordant au circuit magnétique. Avec une telle structure, on comprend qu'il est possible de réaliser de manière séparée les enroulements primaires et les enroule- ments secondaires, chacun sur leurs carcasses respectives, puis d'adap- ter les capots isolants pour définir des sous-ensembles autonomes pouvant être manipulés sans détérioration des enroulements électriques. L'enroulement secondaire est empilé sur le circuit magnétique, puis les shunts magnétiques dans leurs logements 55, et enfin l'enroulement primaire, puis la traverse 6. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendica- tions ci-après. REVENDICATIONS i - Transformateur de four à micro-ondes, comprenant - un enroulement électrique primaire (7) en forme de bobine, - un enroulement électrique secondaire (10) à haute tension en forme de bobine, - un enroulement électrique secondaire (13) de chauffage en forme de bobine, - un circuit magnétique à deux colonnes latérales (2, 3) et une colonne centrale (4) toutes trois reliées par des traverses (5, 6) d'extrémité et par un shunt magnétique intermédiaire (16, 17), les enroulements électriques étant disposés autour de la colonne centrale (4), le shunt magnétique étant disposé entre l'enroulement primaire d'une part et les enroulements secondaires d'autre part, - des moyens d'isolement électrique entre les enroulements primaire et secondaires et entre les enroulements électriques et le circuit magnétique, - des moyens de raccordement électrique pour raccorder les extrémités des enroulements électriques à des circuits électriques extérieurs, caractérisé en ce que les moyens d'isolement comprennent - une carcasse primaire (18) en matière isolante, comportant un mandrin central (19) pour le passage de la colonne centrale de circuit magnétique, un flasque extérieur (20) et un flasque intérieur (21), - une carcasse secondaire (41) en matière isolante, comportant un mandrin central (35) pour le passage de la colonne centrale de circuit magnétique, un flasque extérieur (37) et un flasque intérieur (36), - deux capots isolants (30) de primaire, comportant chacun trois parois (31, 32, 33) recouvrant respectivement les flasques extérieur et intérieur et l'enroulement électrique dans les zones en regard du circuit magnétique, deux capots isolants (50) de secondaire, comportant chacun trois parois (51, 52, 53) recouvrant respectivement les flasques extérieur et intérieur et l'enroulement électrique dans les zones en regard du circuit magnétique, - le flasque intérieur de circuit secondaire comprenant un logement annulaire externe (43) pour contenir l'enroulement électrique secondaire (13) de chauffage. 2 - Transformateur de four à micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le logement externe - est limité vers le centre par un rebord axial de maintien mécanique, - a une profondeur axiale seulement légèrement supérieure au diamètre du fil d'enroulement de chauffage, - est fermé, sur les parties de son pourtour entourées par le circuit magnétique, par les capots isolants de secondaire, qui assurent l'isolation électrique entre le circuit magnétique et l'enroulement de chauffage. 3 - Transformateur de four à micro-ondes selon la revendication 2, caractérisé en ce que le logement annulaire externe occupe la partie de flasque la plus proche de l'axe d'enroulement, la partie la plus éloignée étant formée d'un épaulement (45) formant une paroi cylindrique axiale limitant radialement le logement annulaire et se raccordant à une partie (47) de flasque décalée axialement, de sorte que l'enroulement secondaire haute tension recouvre extérieurement l'enroulement secondai- re de chauffage. 4 - Transformateur de four à micro-ondes selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend des ergots (49) dépassant axialement du flasque intérieur de carcasse secondaire dans une zone en regard d'une paroi de capot isolant, et coopérant avec une facette (510) de la paroi correspondante (51) du capot isolant pour assurer le maintien mécanique des sorties de fils de l'enroulement secondaire de chauffage. - Transformateur de four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la carcasse secondaire comprend, sur le bord extérieur de l'un de ses flasques, un picot radial (360) sur lequel on peut enrouler en attente la première extrémité du fil d'enroulement secondaire à haute tension avant raccordement à la cosse de sortie, l'autre extrémité du fil d'enroulement sortant de la carcasse par un trou radial proche du tunnel central et se raccordant au circuit magnétique. 6 - Transformateur de four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que l'un des capots secondaires comprend une cosse de raccordement électrique sur laquelle on raccorde la première extrémité du fil d'enroulement secondaire à haute tension. 7 - transformateur de four à micro-ondes selon -l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les parois intérieures de l'une des paires de capots primaire ou secondaire comprennent des logements externes (55) limités par deux rebords latéraux (56, 57) dans les plans limites extérieurs du circuit magnétique et un rebord transversal (58) dans le plan d'une paroi de mandrin central, les logements (55) étant destinés à contenir et à isoler un empilage de tôles formant shunt magnétique, les tôles étant en contact d'une colonne latérale de circuit magnétique, et étant séparées de la colonne centrale par un entrefer défini par le rebord transversal (58) de logement. 8 - Transformateur de four à micro-ondes selon la revendication 7, caractérisé en ce que les logements sont prévus sur les capots du circuit secondaire (50). 9 - Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les carcasses secondaire et primaire forment deux pièces séparables, que l'on peut monter séparément avec leurs capots respectifs et leurs cosses de raccordement. - Transformateur de four à micro-ondes selon l'une quelconque des revendications i à 9, caractérisé en ce que les capots de carcasse primaire comprennent, dans leur zone non entourée de circuit magnétique, des cosses de raccordement d'enroulement primaire.