Brevet FR2656951A1 — publié le 19910712

La présente invention concerne un transformateur, et spécialement un transformateur de type torique de faible épaisseur. Les transformateurs de ce type sont constitués d'un noyau torique en matériau magnétique autour duquel sont disposés un ou plusieurs enroulements primaires et un ou plusieurs enroulements secondaires Habituellement les enroulements sont réalisés autour d'une carcasse, faite d'un matériau isolant, généralement en deux parties, disposée autour du tore, sur laquelle on vient enrouler un fil conducteur isolé, de section appropriée à l'intensité du courant qu'il est destiné à délivrer. Ce type de transformateur est difficile à réaliser en raison des problèmes posés par la réalisation de la série d'enroulements autour du tore Les enroulements sont habituellement réalisés par des machines automatiques, mais ces machines, outre leur complexité et leur prix de revient élevé, sont difficilement utilisables pour des enroulements de fils de fort diamètre De plus ces machines nécessitent une ouverture centrale du tore relativement importante. C'est pourquoi on a proposé de réaliser le tore en deux parties, en forme de C, sur lesquelles on vient enfiler les bobinages primaires et secondaires préalablement réalisés sur des carcasses isolantes Les deux parties en forme de C sont ensuite assemblées de façon à reconstituer le tore On obtient ainsi des transformateurs dont le coût de fabrication est réduit de façon substantielle, mais qui possèdent un entrefer provoquant des pertes faisant chuter de façon importante leur rendement. D'autre part, il est difficile et onéreux de prévoir, dans ce type de transformateur, des points milieu, ou d'autres branchements permettant de prélever des tensions partielles de la tension nominale fournie en sortie secondaire, puisque ces points milieu nécessitent la réalisation de connexions électriques annexes sur les spires du bobinage secondaire. La présente invention a pour but de simplifier la fabrication des transformateurs toriques à haut rendement, pourvus d'un secondaire destiné à être parcouru par des courants d'intensité élevée, et possédant diverses sorties permettant de disposer de tensions d'utilisation multiples. Elle a pour objet un transformateur de type torique comprenant un circuit magnétique en forme d'anneau constitué d'une série d'enroulements d'un feuillard en tôle magnétique autour duquel sont disposés au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, caractérisé en ce que chacun des enroulements primaire et secondaire est disposé autour d'une carcasse en matériau isolant, entourant l'anneau, cette carcasse étant pourvue sur sa face interne de moyens de guidage destinés à venir en contact avec la face interne de l'anneau. La figure 1 est une vue de dessus en coupe partielle d'un transformateur suivant l'invention. La figure 2 est une vue en perspective d'un élément pliable destiné à constituer une carcasse d'enroulement. La figure 3 est une vue en perspective d'une carcasse constituée de l'élément pliable de la figure 2. Les figures 4 a,4 b et 4 c montrent un détail de mise en oeuvre d'une carcasse d'enroulement suivant l'invention. au La figure 5 est une vue en permpe Ct Lve d'un mode de réalisation d'un secondaire de transformateur suivant l'invention. Les figures 6 et 6 a sont deux vues en coupe partielle, suivant la ligne VI-VI de la figure 1, de deux variantes d'une carcasse d'enroulement. La figure 7 est une vue en plan d'un élément constitutif de l'enroulement secondaire. La figure 8 est une vue de dessus partielle de plusieurs éléments de la figure 7 une fois assemblés. La figure 9 est une vue en coupe transversale et verticale d'un mode de connexion électrique d'un fil conducteur sur le transformateur. La figure 10 est une vue en perspective d'un détail de réalisation de la figure 9. La figure 11 est une vue de dessus du dispositif mis en oeuvre pour réaliser la mise en place du circuit magnétique du transformateur à l'intérieur des carcasses d'enroulement. Sur les figures 1 à 4 un transformateur torique 1 est essentiellement constitué d'un circuit magnétique de forme sensiblement torique 3, d'un primaire comprenant deux enroulements 5,5 ' et d'un secondaire comprenant deux enroulements 7,7 '. Le circuit magnétique 3 est constitué d'un feuillard 4 en matériau magnétique, tel que par exemple une tôle au silicium, enroulé sur luimême de façon à constituer un anneau. Les deux enroulements primaires 5,5 ' sont constitués chacun d'une carcasse 9, en un matériau isolant, tel qu'une matière plastique, sur laquelle sont enroulées des spires 11 de fils conducteurs pourvus, sur leur périphérie, d'un isolant électrique La carcasse 9 est en forme de boîtier parallélépipédique ouvert sur deux de ses faces opposées ,10 ' et la distance entre ses deux parois principales 15,17 parallèles au plan du circuit magnétique 3 est légèrement supérieure à la hauteur de celui-ci, de façon que le boîtier 9 puisse entourer le circuit magnétique Les deux enroulements 5,5 ', comme montré sur la figure 1, sont disposés symétriquement par rapport au centre de l'anneau 3 suivant un axe zz'. Le boîtier 9 est obtenu par pliage d'un élément 9 ', fabriqué par moulage, et présentant, comme représenté sur la figure 2, à l'endroit des pliures, des dégagements 13 en forme de V Deux des faces 15 et 17 de cet élément 9 ' qui, après pliage, constitueront respectivement les faces inférieure et supérieure du boîtier 9, sont pourvues d'un bossage de section droite rectangulaire 19,19 ' et de forme circulaire dont le rayon r est du même ordre de grandeur que le rayon interne du circuit magnétique 3 Les deux bossages 19,19 ', avant le pliage de l'élément 9 ' ont leurs concavités respectives orientées l'une en regard de l'autre, de façon que, après pliage, les deux bossages circulaires 19,19 ' se trouvent superposés Ces deux bossages 19,19 ' sont percés d'une série de trous, respectivement 21, 23, alignés, après pliage de l'élément 9 ', sur une même verticale yy', et sont répartis régulièrement le long des bossages circulaires 19,19 ' L'entrée des trous 23 du bossage 19 ' comporte un fraisage 25 à 900. Des galets 27 sont utilisés pour assurer le guidage du feuillard 4 à l'intérieur de la carcasse 9, au cours de la mise en place de celui-ci, comme il sera précisé ci-après. Ces galets 27 sont constitués de deux tétons extrêmes 29 et d'une partie centrale cylindrique 31 dont le diamètre est tel que lorsque les deux tétons 29 sont en place dans les trous 21,23, la partie centrale 31 du galet 27 s'étend davantage vers l'intérieur de la carcasse 9 que les bossages 19,19 '. Les enroulements 7,7 ' constituant le secondaire sont disposés de façon diamétralement opposée suivant un axe xx' perpendiculaire à l'axe zz' des deux enroulements primaires. Le secondaire du transformateur est constitué, d'éléments massifs, reliés les uns aux autres de façon à obtenir une continuité électrique Chaque élément est ainsi constitué d'une plaquette 35 rectangulaire pourvue d'un évidement central rectangulaire 37, dont les dimensions correspondent aux dimensions extérieures des faces 10,10 ' du boîtier 9. Chacune des plaquettes 35 comporte une entaille transversale 41 permettant de plier d'un côté la partie supérieure 43 d'une plaquette 35 et de l'autre côté la partie inférieure 45 de cette même plaquette, de façon à réunir la partie supérieure 43 d'une plaquette donnée à la partie inférieure 45 d'une plaquette adjacente La liaison entre plaquettes 35 peut être réalisée par exemple par soudage et l'ensemble des plaquettes 35 constitue ainsi un enroulement. Le secondaire du transformateur est ainsi constitué, dans la présente réalisation, de deux enroulements identiques 7 et 7 ' réunis par une plaque conductrice 8 La longueur de la plaque conductrice 8 est sensiblement de même valeur que celle des carcasses 9, de façon que chaque enroulement constituant le secondaire du transformateur puisse prendre place autour du circuit magnétique 3, de façon diamétralement opposée suivant un axe xx' perpendiculaire à l'axe zz' des deux enroulements primaires. L'assemblage du transformateur étant réalisé, suivant un procédé de mise en oeuvre qui sera décrit ci-après, les différents éléments constitutifs de celui-ci prennent place dans un boîtier 50, et les extrémités externes 51 des plaquettes 35 constituant le secondaire du transformateur sont maintenues à un écart donné e l'une de l'autre par un élément isolant 52 pourvu de fentes verticales, à l'intérieur desquelles prennent place chacune des extrémités externes 54 des plaquettes 35. Les deux enroulements constituant le secondaire du transformateur peuvent être réalisés en une seule pièce, par exemple par moulage Ce dernier mode de mise en oeuvre étant particulièrement intéressant en ce qui concerne le prix de revient du transformateur. Suivant la présente invention les plaquettes 35 constituant le secondaire ne sont pas revêtues d'isolant, le diélectrique étant constitué, dans le cas présent par l'air, et l'on déterminera la distance e séparant deux plaques 35 adjacentes en fonction de la tension existant entre celles- ci. La forme de réalisation du secondaire suivant l'invention permet de réaliser, de façon simple, de multiples points milieu, ou points de prélèvement de tensions multiples, en prolongeant simplement vers l'extérieur du transformateur les plaquettes 35 d'une longueur permettant d'opérer une connexion électrique. Suivant le nombre de tensions différentes disponibles aux bornes du secondaire on peut ainsi prolonger quelques unes, ou la totalité des plaquettes 35 Cette connexion entre les fils conducteurs et les extrémités des plaques 35 destinées à la connexion peut être réalisée par tout moyen connu. On peut également, comme représenté sur les figures 9 et 10 utiliser des moyens de serrage des fils conducteurs 80 qui soient autobloquants Ces moyens se composent d'une noix de serrage 70 traversée par un trou fileté central 72 et comportant une fente transversale 76 s'étendant, dans le sens de l'axe du trou 72, sur une partie de l'épaisseur de la noix de façon à conférer à la noix 70 une certaine flexibilité. La base de la noix 70 est creusée de deux rainures transversales 78 d'épaisseur inférieure au diamètre des câbles électriques 80 à connecter au transformateur Une vis 84 sur laquelle est enfilée une rondelle de serrage 86 traverse une fente 88 de la plaquette 35 et vient se visser dans le trou fileté 72 de la noix de serrage 70 Les câbles , destinés à assurer la connexion électrique d'une installation avec le transformateur, prennent place dans les rainures 72, entre la noix de serrage 70 et la plaquette 35. Lorsque l'on serre la vis 84 les câbles 80 étant plus épais que la profondeur de la rainure 72 le fond de la noix 70 n'est pas en contact avec la plaquette 35, et au cours du serrage les deux parties de la noix 70 située de part et d'autre de la rainure transversale 76 ont tendance à se déformer et à se serrer contre la vis filetée 84, réalisant ainsi un freinage de celle-ci et prévenant tout dévissage accidentel. Bien évidemment, et comme représenté sur la figure 6 a les moyens de guidage peuvent être constitués de simples bossages circulaires 20,20 ' prévus à l'intérieur des faces supérieure 17 et-inférieure 15 du boîtier 9. Pour réaliser le transformateur suivant l'invention on réalise tout d'abord les boîtiers 9 qui servent de support aux deux enroulements 5 et 5 ' constituant le primaire du transformateur On utilise pour cela l'élément 9 ', représenté à la figure 2, sur lequel on met en place, dans les trous 21 prévus dans le bossage circulaire 19 les tétons 29 des galets de guidage 31, et on replie la partie 17 dudit élément de façon que les trous 23 des bossages 19 ' viennent prendre place autour du téton opposé 29 ' des galets 31, les chanfreins 25 à 90 prévus dans les trous 23 permettant le rabattage de la partie 17 On fixe alors, par tout moyen approprié, les deux extrémités libres de cet élément, étant entendu qu'une telle fixation est provisoire, puisque les fils conducteurs il une fois bobinés sur les boîtiers 9 assureront le maintien de celui-ci. On bobine ensuite sur les boîtiers 9 le nombre de spires de fil''électrique 11 voulu, dépendant de la tension admise par le transformateur On fixe ensuite, par tout moyen approprié non représenté sur le dessin, l'un par rapport à l'autre les deux enroulements constituant le primaire du transformateur sur une platine 80 en les disposant suivant un axe zz' De même on met en place à l'intérieur des fentes 37 de chacune des deux séries de plaquettes 35 constituant les deux enroulements du secondaire du transformateur, deux boîtiers 9, et l'on fixe l'ensemble suivant un axe xx', perpendiculaire à l'axe zz' des enroulements primaires Il reste enfin à introduire le feuillard magnétique 4 à l'intérieur des quatre carcasses 9 de façon à constituer le circuit magnétique. Avant sa mise en place, le feuillard 4 est enroulé sur un moyeu de rayon r égal au rayon intérieur du circuit magnétique du transformateur, puis il subit un recuit vers 8000 C Après cette opération de recuit le feuillard est prêt à être mis en place à l'intérieur des boîtiers 9. Pour cela on utilise le dispositif représenté sur la figure 11 qui se compose du statif 80 recevant un moyeu 82 mobile en rotation autour d'un axe central, sur lequel est enroulé le feuillard magnétique 4 précédemment recuit, et que l'on souhaite introduire dans les quatre boîtiers 9, et un système d'entraînement composé de quatre galets A,B,C,D dont l'un, le galet A, peut être entraîné en rotation dans le sens de la flèche F par un moteur, non représenté sur le dessin, et un autre, le galet D, est mobile en translation sous l'action de moyens élastique 90. Un feuillard mince et souple 92, ou une courroie, est introduit à l'intérieur des trois boîtiers 9 supérieurs, 9 a,9 b,9 c, et est enroulé sur l'extérieur des quatre galets C,D,A,B ce feuillard étant fixé sur luimême, par des moyens non représentés sur le dessin, de façon à constituer une boucle sans fin maintenue sous tension par le galet tendeur D sous l'action du ressort de tension 90. Pour introduire le feuillard 4 en tôle magnétique à l'intérieur des boîtiers 9, on présente celui-ci entre le feuillard d'entraînement 92 et les galets 27 du boîtier 9 a, et on met en route le moteur d'entraînement actionnant le galet A Sous la pression du feuillard d'entraînement 92 le feuillard 4 en tôle magnétique est entraîné par frottement à l'intérieur des trois boîtiers 9 a,9 b et 9 c, et en raison de la courbure qu'il a acquise au cours de l'opération de recuit, suit une courbure circulaire et pénètre dans le quatrième boîtier 9 d, o il est appliqué par élasticité contre les galets 27 A la sortie du boîtier 9 d on fixe, par tout moyen approprié l'extrémité du feuillard sortant du boîtier 9 d sur la partie du feuillard entrant dans le boîtier 9 a et l'on fait de nouveau tourner le feuillard d'entraînement 92 de façon à introduire à l'intérieur des quatre boîtiers 9 a,9 b,9 c et 9 d le nombre de spires souhaitées du feuillard 4 en tôle de façon à constituer le circuit magnétique 3. L'extrémité libre du feuillard 4 en tôle magnétique est alors solidarisée des spires déjà réalisées, et l'on met ensuite en place l'ensemble de ces éléments dans un boîtier , comme représenté sur la figure 1. Afin de ne soumettre le feuillard 4 qu'à un minimum de contraintes mécaniques et ainsi de lui conserver toutes ses propriétés magnétiques, le rayon du moyeu 82 est voisin du rayon extérieur r' du circuit magnétique 3 une fois terminé. On peut bien évidemment, suivant le procédé suivant l'invention réaliser des transformateurs mettant en oeuvre un nombre différent de boîtiers 9. On peut par exemple réaliser des transformateurs de type torique utilisant un enroulement primaire et un enroulement secondaire superposés, et dans ce cas, afin de faciliter la mise en place du feuillard magnétique à l'intérieur des enroulements on met en oeuvre trois boîtiers supplémentaires 9, disposés comme précédemment, et destinés à il assurer le guidage du feuillard au cours de sa mise en place. Les trois boîtiers 9 supplémentaires sont ôtés après la mise en place dans le primaire et le secondaire du feuillard magnétique 4 constituant le circuit magnétique du transformateur. REVENDICATIONS 1. Transformateur de type torique comprenant un circuit magnétique en forme d'anneau ( 3) constitué d'une série d'enroulements d'un feuillard ( 4) en tôle magnétique autour duquel sont disposés au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire, caractérisé en ce que chacun des enroulements primaire et secondaire est disposé autour d'une carcasse ( 9) en matériau isolant, entourant l'anneau ( 3), cette carcasse ( 9) étant pourvue sur sa face interne de moyens de guidage ( 19, 19 '; 20,20 ') destinés à venir en contact avec la face interne de l'anneau. 2. Transformateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre carcasses ( 9 a,9 b,9 c,9 d) disposées deux à deux symétriquement par rapport au centre de l'anneau. 3. Transformateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de guidage sont constitués de deux bossages ( 20,20 ') en forme d'arc de cercle, de même rayon (r) que le rayon intérieur de l'anneau ( 3) disposés respectivement sur la face interne supérieure et sur la face interne inférieure de la carcasse. 4. Transformateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de guidage sont constitués d'une série de galets ( 27), montés à rotation entre deux parties ( 15,17) de la carcasse, dont les axes longitudinaux (yy') sont perpendiculaires au plan de l'anneau ( 3), et sont disposés suivant un arc de cercle de même rayon (r) que le rayon interne de l'anneau ( 3), de façon à ce qu'ils viennent en contact avec la face interne de celui-ci. 5 Transformateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la carcasse est constituée d'un boîtier ( 9) parallélépipédique ouvert sur deux de ses faces opposées ( 10,10 '). 6. Transformateur suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le boîtier ( 9) est constitué d'un élément développable ( 9 ') comprenant quatre parties correspondant aux quatre côtés du boîtier, séparées par des zones pliables ( 13) de moindre résistance, correspondant aux arêtes dudit boîtier ( 9), deux des parties constituant les faces principales ( 15,17) dudit boîtier ( 9) étant pourvues sur leurs parties internes de deux bossages ( 19,19 ') de forme circulaire et de rayon extérieur correspondant au rayon (r) interne de l'anneau ( 3), et dont les concavités sont en regard l'une de l'autre, ces bossages comportant une série de trous ( 21,23) perpendiculaires au plan des faces principales ( 15,17), les trous ( 23) associés à l'un des bossages ( 19 '), étant en outre pourvus, à leur partie supérieure, d'un fraisage ( 25). 7. Transformateur suivant la revendication 6 caractérisé en ce que le boîtier ( 9) est pourvu d'une série de galets de guidage ( 37) constitués d'une partie centrale ( 31) terminée, à chacune de ses extrémités par un tourillon ( 29), de plus faible diamètre, ce tourillon étant monté à rotation dans les trous ( 21,23) des bossages ( 19,19 '), le diamètre de la partie centrale ( 31) de chacun des galets de guidage ( 37) étant tel qu'il dépasse, en direction de l'intérieur du boîtier ( 9), le bossage ( 19,19 ') dans lequel il est monté. 8. Transformateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'enroulement secondaire est constitué d'une série de plaquettes métalliques ( 35) rectangulaires comportant une ouverture centrale ( 37) de forme rectangulaire de dimensions légèrement supérieures aux faces extrêmes ( 10,10 ') du boîtier ( 9), de façon à lui permettre de prendre place sur celui-ci, et définissant deux bras horizontaux à savoir un bras supérieur ( 43) et un bras inférieur ( 45) et deux bras verticaux à savoir un bras externe ( 51) et un bras interne ( 52), l'un des bras verticaux comportant une fente horizontale ( 41) permettant de réaliser, par pliage des bras supérieurs ( 43) et inférieurs ( 45) la liaison de chacun des bras supérieurs d'une plaquette ( 35) avec le bras inférieur d'une plaquette qui lui est adjacente, chaque plaquette étant distante d'une plaquette adjacente d'une valeur (e) fonction du diélectrique existant entre deux plaquettes ( 35) adjacentes. 9. Transformateur suivant la revendication 8 caractérisé en ce que la liaison entre deux plaquettes ( 35) adjacentes est réalisée par soudage. 10 Transformateur suivant la revendication 8 caractérisé en ce que l'ensemble d'un enroulement secondaire constitué des plaquettes ( 35) est constitué d'une seule pièce obtenue par moulage. 11. Transformateur suivant la revendication 10 caractérisé en ce que l'ensemble des enroulements secondaires constituant le, secondaire du transformateur est constitué d'une seule pièce obtenue par moulage. 12. Transformateur suivant la revendication 8 caractérisé en ce qu'au moins les deux plaquettes ( 35) extrêmes correspondant aux spires extrêmes d'un même enroulement ont un bras vertical externe ( 51) prolongé vers l'extérieur du transformateur de façon à constituer une partie de connexion ( 51). 13. Transformateur suivant la revendication 12 caractérisé en ce que la partie de connexion ( 51) est accessible de l'extérieur du transformateur. 14. Transformateur suivant la revendication 13 caractérisé en ce que le la partie de connexion est pourvue d'une fente ( 88) parallèle au plan de l'anneau ( 3). 15 Transformateur suivant la revendication 14 caractérisé en ce que la fente ( 88) est traversée par une vis ( 84) venant se visser dans un trou fileté central ( 72) d'une noix de serrage ( 70), cette noix de serrage ( 70) comportant une fente transversale ( 76) s'étendant sur une partie de la longueur du trou fileté ( 72), au moins un fil électrique ( 80) venant prendre place entre le bras vertical externe prolongé ( 51) et la noix de serrage. 16. Transformateur suivant la revendication 15 caractérisé en ce que la noix de serrage est pourvue d'une embase ( 85), d'épaisseur inférieure au diamètre du fil ( 80) à serrer, et venant s'appliquer au cours du serrage sur le bras vertical externe ( 51). 17. Procédé de fabrication d'un transformateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à enrouler le feuillard de tôle magnétique ( 4) sur un moyeu de rayon sensiblement égal au rayon interne (r) de l'anneau ( 3) constituant le circuit magnétique du transformateur, à faire subir au feuillard de tôle magnétique ( 4) ainsi enroulé, un revenu à environ 8000 C, puis à enrouler le feuillard ( 4) à l'intérieur des carcasses ( 9) préalablement positionnées les unes par rapport aux autres. 18. Procédé de fabrication suivant la revendication 17 caractérisé en ce que la température de revenu est obtenue en faisant traverser le feuillard magnétique ( 4) par un courant électrique. 19. Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on applique contre les moyens de guidage ( 19,19 '; 20,20 ') d'au moins deux boîtiers ( 9), à savoir un premier boîtier ( 9 a) et un dernier boîtier ( 9 d), une bande d'entraînement ( 92) mobile en translation, en ce que l'on introduit entre cette bande d'entraînement ( 92) et les galets ( 27) du premier boîtier ( 9 a) une extrémité du feuillard magnétique ( 4), en ce que l'on fait se déplacer la bande d'entraînement ( 92) à l'intérieur des boîtiers ( 9), en ce que l'on fixe l'extrémité du feuillard magnétique ( 4) sortant du dernier boîtier ( 9 d) sur la partie du feuillard magnétique ( 4) entrant dans le premier boîtier ( 9 a), en ce que l'on déplace la bande d'entraînement ( 92) dans son sens longitudinal de façon à bobiner à l'intérieur des boîtiers ( 9) le nombre de spires nécessaire souhaité pour constituer le noyau magnétique du transformateur. 20. Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on enroule le feuillard magnétique ( 4), après l'opération de recuit, et avant l'opération d'enroulement, sur un moyeu circulaire ( 82), mobile en rotation autour de son axe central, le rayon de ce moyeu étant sensiblement égal au rayon externe r' de l'anneau ( 3). 21 Procédé de fabrication suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la bande d'entraînement ( 92) est une bande sans fin montée sur des galets (A,B,C, D), au moins l'un de ces galets (A) étant un galet d'entraînement en rotation, et au moins l'un de ces galets (D) étant un galet de régulation de tension de la bande sans fin ( 92).