Brevet FR2666445A1 — publié le 19920306

Procédé de réalisation d'une bobine électrique pour champ variable et bobine ainsi réalisée. La présente invention concerne la création d'un champ magnétique variable, notamment d'un champ à variation rapide tel qu'un champ pulsé. Elle concerne notamment le cas où les impulsions à engendrer doivent correspondre à un flux magnétique important. La réalisation d'une bobine destinée à créer un champ magnétique comporte de manière connue une succession d'opérations de formation de nappes conductrices. Chaque nappe est formée par enroulement hélicoïdal d'un conducteur autour d'un mandrin ou d'un support. Des couches isolantes sont interposées entre les nappes conductrices successives. Les bobines connues ne permettent pas aisément d'engendrer des impulsions intenses de champ magnétique présentant des fronts raides. La présente invention a notamment pour but de permettre, à l'aide d'une bobine de faible coût de réalisation, de créer aisément des champs magnétiques intenses et rapidement variables. Selon la présente invention l'on forme chaque nappe conductrice de cette bobine en enroulant sur un petit nombre de tours un grand nombre de conducteurs qui sont dévidés en parallèle à partir de berceaux d'alimentation répartis angulairement sur une couronne d'alimentation coaxiale à la bobine. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après comment la présente invention peut être mise en oeuvre, étant entendu que les éléments et dispositions mentionnés et représentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue d'un conducteur d'une bobine selon la présente invention. La figure 2 représente une vue de côté d'une bobine selon la présente invention en cours de réalisation. La figure 3 représente une vue en coupe axiale de la bobine de la Figure 2. La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un dispositif de réalisation à la fin de la formation d'une troisième nappe conductrice d'une bobine selon la présente invention. Les figures 5, 7, 8 et 9 représentent des vues en coupes axiales de ce dispositif à la fin de la réalisation de cette troisième nappe, après la mise en place consécutive d'une couche isolante sur cette troisième nappe, et au début de la formation d'une quatrième nappe conductrice de cette bobine, respectivement. La figure 6 représente un détail à échelle agrandie de la figure 5. La bobine donnée en exemple est constituée de douze conducteurs qui sont au moins approximativement plats, tels que les conducteurs C. Chacun de ces conducteurs est constitué d'un nombre p, qui est par exemple trois, de fils électriques isolés à section circulaire F1, F2, F3 (Voir figure 1). Ces trois fils sont fournis par trois dévidoirs 14A, 14B et 14C dont l'ensemble est représenté symboliquement sur la figure 5 sous la forme d'un dévidoir 14. Ces trois fils sont juxtaposés sans collage par un guide de sortie commun 16 (Voir figure 5 et 6). La largeur de ce conducteur est alors par exemple égale à trois fois son épaisseur qui est égale au diamètre de ces fils. Le nombre p peut être supérieur à 3, si le diamètre d'enroulement des conducteurs est grand. Conformément aux figures 2 et 3 ces conducteurs forment un nombre pair de nappes coaxiales, par exemple six nappes autour d'un mandrin isolant 2 présentant un axe 4. Ces nappes sont référencées de N1 à N6 en partant du mandrin. Les nappes consécutives sont séparées par des couches isolantes El à E5 qui sont constituées de tissu de verre imprégné par une résine de manière à présenter une grande résistance mécanique. Cette dernière est nécessaire d'abord pour résister à des efforts mécaniques qui sont appliqués sur les bords B1 à B5 de ces couches lors de la réalisation de la bobine, puis aux forces électromagnétiques qui sont appliquées aux nappes conductrices lors de l'utilisation de la bobine. Elles constituent donc des frettes.Une frette externe E6 constituée de la même manière est appliquée sur la nappe N6. Les conducteurs de la nappe N1 constituent des prolongements de ceux d'une nappe d'entrée 6 dont les conducteurs sont accrochés au mandrin par des moyens non représentés. Ceux de la nappe N6 se prolongent sous la forme d'une nappe de sortie 8. Les bornes de la bobine sont formées entre deux anneaux conducteurs coaxiaux non représentés connectés aux extrémités des conducteurs de ces deux nappes. De manière générale cette bobine présente la particularité suivante Chaque nappe conductrice N1-N6 comporte un grand nombre de conducteurs en parallèle formant chacun un seul tour, chaque conducteur C passant d'une nappe telle que N3 à la suivante telle que N4 en étant plié en appui sur un bord d'appui B3 d'une couche E3 qui est isolante électriquement et résistante mécaniquement et qui sépare ces deux nappes. De plus ces conducteurs, étant plats, s'appuient par leurs largeurs sur ce bord d'appui en présentant une flexion sans torsion. A l'aide des figures 4 à 7 on va maintenant décrire comment une telle bobine peut être réalisée. Le procédé de réalisation de cette bobine comporte de préférence les opérations suivantes, qui sont connues en elles-mêmes : - Dévidage de conducteurs électriques C isolés à partir de berceaux d'alimentation Hl-H12. Conformément à la figure 6 chacun de ces berceaux tel que H1 comporte trois dévidoirs tels que 14A, 14B et 14C et un guide de sortie tel que 16 pour le conducteur fourni par ces dévidoirs. - Accrochage de ces conducteurs C à un mandrin cylindrique à section circulaire 2 définissant un axe de bobinage 4. Ce mandrin pourrait aussi être cylindrique à section rectangulaire, ou être conique, entre autres possibilités. - Et une succession d'opérations alternées de formations de nappes conductrices N1-N6 et de mises en places de couches isolantes E1-E5 interposées entre ces nappes à partir de ce mandrin 2 jusqu a une dernière nappe conductrice N6. Deux nappes conductrices quelconques consécutives de cette succession, telles que N3 et N4, constituent une nappe précédente et une nappe suivante et elles sont formées, ainsi qu'une couche isolante E3 qui est interposée entre ces deux nappes, à l'aide des opérations suivantes - Formation de la nappe précédente N3 par entraînement hélicoïdal du mandrin 2 autour de l'axe de bobinage 4 par rapport aux berceaux d'alimentation Hl-H12. Cet entraînement se fait avec un sens de rotation R3, un sens de translation T3 et un angle de bobinage A3 qui sont propres à cette nappe.Cet angle est mesuré par rapport aux directions circonférentielles et choisi de manière que ces conducteurs se juxtaposent avec un intervalle prédéterminé sur un support de cette nappe. Cet intervalle prédéterminé est de préférence faible, comme représenté sur la figure 1, ou nul. Le support de la nappe est constitué par le mandrin 2, s'il s'agit de la première nappe ou par une couche isolante précedemment mise en place telle que E2. - Mise en place de la couche isolante interposée E3 sur la nappe précédente. Pour cette opération on enroule un tissu de verre imprégné sur la nappe conductrice N3 puis on polymérise la résine qui imprégne ce tissu. - Et formation de la nappe suivante N4 par entraînement hélicoïdal du mandrin. Le sens de rotation de cette nappe R4 est identique et le sens -de translation de cette nappe T4 est opposé à ceux de la nappe précédente N3. Ce procédé se distingue des procédés connus par les points suivants Un nombre q de berceaux d'alimentation Hl-H12 est réparti angulairement sur une couronne d'alimentation 10 coaxiale au mandrin 2 de manière que la formation de chaque nappe N3 réalise l'enroulement simultané d'un nombre q de conducteurs C. - L'entraînement hélicoïdal du mandrin 2 est arrêté après un tour de manière que cette nappe N3 soit constituée de spires simples en parallèle, le nombre de ces spires étant au moins égal au nombre q. - Chaque couche isolante interposée telle que E3 a au moins un bord d'appui tel que B3 apte à supporter des efforts circonférentiels et longitudinaux qui lui seront appliqués par les conducteurs C. - Une opération de positionnement préparatoire est effectuée après l'opération de mise en place de couche isolante interposée E3 et avant la formation de la nappe suivante N4. Cette opération est une translation relative du mandrin dans le sens de translation T4 de la nappe suivante N4, sans rotation. Elle a pour but que chacun des conducteurs soit replié dans ce sens en appui sur le bord d'appui tel que B3 de la couche isolante interposée telle que E3. Cette translation s'accompagne d'un rattrapage de tension des conducteurs sur leurs dévidoirs. Elle se poursuit jusqu'à ce que les conducteurs C atteignent l'angle de bobinage A4 de cette nappe suivante N4. Cet angle est plus petit que celui de la nappe précédente N3 et tel que les conducteurs C se juxtaposent avec un dit intervalle prédéterminé dans cette nappe suivante. Cet intervalle prédéterminé est de préférence le même dans toutes les nappes conductrices. Le nombre q de berceaux d'alimentation est de préférence compris entre quatre et quarante, inclusivement. Chaque berceau H1 fournit un conducteur C qui est tiré vers le mandrin 2 selon une direction longitudinale de ce conducteur et qui présente une largeur et une épaisseur. Cette largeur est orientée selon une direction transversale de ce conducteur. Le plan formé par ces directions longitudinale et transversale de ce conducteur est parallèle à l'axe de bobinage 4. Cette épaisseur est au plus peu supérieure et de préférence inférieure à cette largeur. Elle est orientée radialement lorsque ce conducteur est en appui sur le support de nappe. - L'opération de positionnement préparatoire est accompagnée d'une opération de pivotement de berceaux qui est une rotation d'un demi tour environ de chacun des berceaux d'alimentation tels que H1 autour d'un axe de pivotement 12 de ce berceau. Cet axe de pivotement est au plus peu incliné sur la direction longitudinale du conducteur C qui est tiré à partir de ce berceau. Cet axe de pivotement est par exemple orienté radialement si, comme représenté, les guides de sortie 16 des berceaux d'alimentation sont fixés radialement sur la couronne 10. Ces berceaux pourraient cependant être seulement suspendus à cette couronne de manière que leurs guides de sortie et leurs axes de pivotement s'orientent parallèlement aux conducteurs C. La bobine ainsi réalisée est peu coûteuse. Elle présente une inductance faible qui permet de créer un champ pulsé à fronts raides ou un champ oscillant à fréquence élevée. Ce champ peut être intense grâce à un grand nombre d'ampères-tours et à la présence de frettes. Les pertes par effet Joule restent modérées, même à de telles hautes fréquences, grâce à la petite section des fils élémentaires qui composent les conducteurs de la bobine. Revendications: 1) Procédé de réalisation d'une bobine électrique pour champ variable, caractérisé par le fait que l'on forme chaque nappe conductrice (N3) de cette bobine en enroulant sur un petit nombre de tours un grand nombre de conducteurs (C) qui sont dévidés en parallèle à partir de berceaux d'alimentation (Hl-H12) répartis angulairement sur une couronne d'alimentation (10) coaxiale à la bobine. 2) Procédé selon la revendication 1, comportant les opérations suivantes - dévidage de conducteurs électriques isolés (C) à partir de berceaux d'alimentation (Hl-H12) - accrochage desdits conducteurs (C) à un mandrin (2) définissant un axe de bobinage (4), - et une succession d'opérations alternées de formations de nappes conductrices (N1-N6) et de mises en places de couches isolantes (E1-E5) interposées entre ces nappes à partir dudit mandrin (2) jusqu'à une dernière nappe conductrice (N6), deux dites nappes conductrices quelconques consécutives (N3, N4) de cette succession constituant une nappe prédédente et une nappe suivante et étant formées, ainsi qu'une dite couche isolante (E3) qui est interposée entre ces deux nappes, à l'aide des opérations suivantes - formation de ladite nappe précédente (N3) par entraînement hélicoïdal dudit mandrin (2) autour dudit axe de bobinage (4) par rapport auxdits berceaux d'alimentation (Hl-H12), cet entrainement se faisant avec un sens de rotation (R3), un sens de translation (T3) et un angle de bobinage (A3) de cette nappe, cet angle étant mesuré par rapport aux directions circonférentielles et choisi de manière que ces conducteurs se juxtaposent avec un intervalle prédéterminé, - mise en place de ladite couche isolante interposée (E3) sur ladite nappe précédente, - et formation de ladite nappe suivante (N4) par entraînement hélicoïdal dudit mandrin avec un sens de rotation de cette nappe (R4) identique et un sens de translation de cette nappe (T4) opposé à ceux (R3, T3) de ladite nappe précédente (N3), - ledit procédé étant caractérisé par le fait que un nombre q desdits berceaux d'alimentation (Hl-H12) est reparti angulairement sur une couronne d'alimentation (10) coaxiale au dit mandrin (2) de manière que ladite formation d'une nappe précédente (N3) réalise l'enroulement simultané d'un nombre q desdits conducteurs (C), - ledit entraînement hélicoïdal étant arrêté après un tour de manière que ladite nappe précédente (N3) soit constituée de spires simples en parallèle, - ladite couche isolante interposée (E3) ayant au moins un bord avant (B3) apte à supporter des efforts circonférentiels et longitudinaux, - une opération de positionnement préparatoire étant effectuée après ladite opération de mise en place de ladite couche isolante interposée (E3) et avant ladite opération de formation de ladite nappe suivante (N4), cette opération étant une translation relative dudit mandrin dans ledit sens de translation (T4) de ladite nappe suivante (N4), sans rotation, de manière que chacun desdits conducteurs (C) soit replié dans ce sens en appui sur ledit bord d'appui (B3) de ladite couche isolante interposée (E3), cette translation étant poursuivie jusqu'à ce que lesdits conducteurs (C) atteignent un angle de bobinage (A4) de cette nappe suivante (N4) plus petit que ledit angle de bobinage (A3) de ladite nappe précédente (N3) et tel que lesdits conducteurs (C) se juxtaposent avec un dit intervalle prédéterminé dans ladite nappe suivante. 3) Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que chaque dit berceau d'alimentation (H1) fournit un dit conducteur (C) tiré vers ledit mandrin (2) selon une direction longitudinale de ce conducteur et présentant une largeur et une épaisseur, cette largeur étant orientée selon une direction transversale de ce conducteur, le plan formé par ces directions longitudinale et transversale de ce conducteur étant parallèle au dit axe de bobinage (4), cette épaisseur étant au plus peu supérieure à cette largeur et étant orientée radialement lorsque ce conducteur est en appui sur ledit support de nappe, - ladite opération de positionnement préparatoire étant accompagnée d'une opération de pivotement de berceaux qui est une rotation d'un demi tour environ de chacun (H1) desdits berceaux autour d'un axe de pivotement (12) de ce berceau, cet axe de pivotement étant au plus peu incliné sur ladite direction longitudinale dudit conducteur (C) qui est tiré à partir de ce berceau. 4) Procédé selon la revendication 3 caractérisé par le fait que chaque dit conducteur (C) est constitué par un groupe de p fils électriques isolés (F1, F2, F3) qui ont des sections circulaires et qui se juxtaposent dans la largeur de ce conducteur de sorte que ledit nombre de spires en parallèle dans chaque dite nappe -conductrice est égal au produit p.q, q étant ledit nombre desdits berceaux (Hl-H12). 5) Procédé selon la revendication 4 caractérisée par le fait que ledit nombre p est supérieur à deux, ledit nombre q étant compris entre 4 et 40, inclusivement. 6) Procédé selon la revendication 4 caractérisé par le fait que chaque dit berceau comporte p dévidoirs (14A, 14B, 14C) pour fournir lesdits p fils (F1, F2, F3) et un guide de sortie commun (16) pour juxtaposer ces p fils de manière à former ledit conducteur (C). 7) Bobine électrique pour champ pulsé caractérisée par le fait que chaque nappe conductrice (N1-N6) de cette bobine comporte un grand nombre de conducteurs (C) en parallèle formant chacun au moins un tour, chaque conducteur passant d'une nappe (N3) à la suivante (N4) en étant plié en appui sur un bord avant (B3) d'une couche isolante électriquement et résistante mécaniquement (E3) qui sépare ces deux nappes. 8) Bobine selon la revendication 7 caractérisée par le fait que lesdits conducteurs sont des conducteurs plats ayant une épaisseur et une largeur plus grande que cette épaisseur, ces conducteurs plats (C) s'appuyant par leur largeur sur ledit bord avant (B3) de ladite couche isolante (E3) et présentant sur ce bord une flexion sans torsion.