Brevet FR2677802A1 — publié le 19921218

Bobinage électrique et son procédé d'enroulement La présente invention concerne un bobinage électrique et son- procédé d'enroulement. Plus particulièrement, l'invention s'applique aux bobinages des transformateurs, spécialement aux bobinages haute tension. Il est connu d'effectuer un bobinage en couches obliques et à spires planes perpendiculairement à l'axe d'enroulement Ce type d'enroulement permet, par rapport à un bobinage classique en couches horizontales à spires jointives en hélice, de diminuer la tension maximale entre spires des couches successives et donc de diminuer les épaisseurs des isolants entre couches et même parfois de les supprimer. La figure 4 du brevet français 717 497 montre ainsi, avec le texte s'y rapportant page 5, ligne 82 à page 6, ligne 84, un bobinage de 70 spires en vingt couches obliques La première couche ne comprenant qu'une seule spire, la seconde couche comportant deux spires, la 3 ème couche comportant également 2 spires, la 4 ème couche 3 spires, la 5 ème couche 4 spires, la 6 ème couche 4 spires, les couches 7 ème à 14 ème chacune 5 spires, la 15 ème couche 4 spires, la 16 ème et la 17 ème couches 3 spires chacune, la 18 ème couche 2 spires, la 19 ème et la 20 ème couches 1 spire chacune Les couches font 30 degrés avec l'horizontale. Ces 70 spires bobinées en vingt couches obliques forment, comme on peut le voir sur la figure 4, cinq couches horizontales. En repérant les spires, dans l'ordre consécutif du bobinage, on constate que la couche horizontale interne comporte les spires 1, 2, 5, 6, 12, 13, 21, 22, 31, 32, 41, 42, 51 et 52 et la couche horizontale externe les spires: 17, 26, 27, 36, 37, 46, 47, 56, 57, 63, 64, 68, 69 et 70. Un premier défaut de ce bobinage consiste en ce qu'il nécessite des flasques latéraux de maintien du bobinage. Un deuxième défaut provient du fait, comme on le constate ci-dessus, que les différentes spires de la couche horizontale externe ne se suivent pas Il en résulte que, lorsque l'on souhaite avoir des prises de réglage de la tension il n'est pas possible, en général, d'obtenir une valeur de réglage précise atteignant la précision-de la valeur de la tension d'une spire En effet, le réglage se fait -2- habituellement de la façon suivante Si la tension nominale totale est de N volts et que l'on souhaite pouvoir faire un réglage à une tension inférieure de 2,5 %, on pique sur les spires externes deux points, le nombre de spires entre ces deux points devant correspondre à ce qui est nécessaire pour obtenir les 2,5 % de tension en moins Le réglage se fait en formant un pontage entre ces deux points reliés chacun à un connecteur Il est donc clair que dans un bobinage en couche oblique tel que décrit dans le document cité ci-dessus, la tension de réglage ne peut pas être obtenue à la valeur de la tension d'une spire près puisque les spires de la couche horizontale externe ne se suivent pas. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et a pour objet un bobinage électrique du type à enroulement en couches obliques à spires planes perpendiculaires à l'axe A d'enroulement, le passage d'une spire à la suivante étant réalisé par un décalage, caractérisé en ce que la demi-section du bobinage par un plan contenant son axe /A a la forme d'un trapèze quelconque, le bobinage constituant un ensemble mécanique stable autoportant, les spires situées sur les côtés obliques du trapèze s'appuyant chacune, excepté les deux spires situées à l'une et à l'autre extrémité de la grande base du trapèze, sur deux spires situées sur une couche parallèle à l'axe A d'enroulement. L'invention concerne aussi un procédé pour réaliser un bobinage tel que ci-dessus, caractérisé en ce que le démarrage de l'enroulement consiste à former au départ, dans ladite section, un triangle ayant une base située contre un mandrin d'enroulement, un second côté constituant un front de montée et un troisième côté parallèlement auquel viennent, par la suite, en montant et en descendant alternativement, se placer les couches obliques ultérieures faisant progresser petit à petit le bobinage le long de l'axe du mandrin, le point de rencontre du front de montée avec le troisième côté constituant le sommet dudit trapèze, chaque spire du front de montée, excepté la première, reposant sur deux spires successives situées sur une même couche parallèle à l'axe de l'enroulement et enroulées précédemment, mais non immédiatement, avant la spire du front de montée, la première des deux dites spires étant la précédente spire du front de montée. Selon une réalisation particulière, les trois premières spires sont -3enroulées sur un mandrin d'enroulement, parallèlement à l'axe 4 CSI d'enroulement, la quatrième spire reposant sur la première et la deuxième, la cinquième spire reposant sur la deuxième et la troisième, la sixième spire étant à côté de la troisième sur le mandrin, la septième à côté de la sixième sur le mandrin, la huitième placée sur la troisième et la sixième, la neuvième sur la quatrième et la cinquième, la dixième sur la cinquième et la huitième, la onzième sur la sixième et la septième, la douzième à côté de la septième sur le mandrin, la treizième à côté de la douzième sur le mandrin, la quatorzième sur les septième et douzième, la quinzième sur les huitième et onzième, la seizième sur les neuvième et dixième, si la hauteur du triangle ainsi formé est alors suffisante, on redescend en oblique selon le processus de la précédente descente puis on remonte selon le processus de la précédente montée en s'arrêtant lorsque l'on est au niveau de la spire seize puis l'on continue alors en couches obliques en faisant progresser le bobinage le long de l'axe A de l'enroulement, si la hauteur du triangle doit être plus haute que la spire seizième, on monte le triangle plus haut selon le même principe jusqu'à atteindre la hauteur désirée puis ensuite on continue comme dit ci-dessus en progressant par couches obliques en s'arrêtant au niveau de la hauteur choisie. Dans le procédé selon l'invention, lorsque l'on souhaite placer un connecteur pour effectuer une prise de réglage sur une spire numéro n qui, dans le cours normal de l'enroulement ne se trouve pas sur la couche externe parallèle à l'axe de l'enroulement mais enfouie dans le bobinage, on procède de la façon suivante: l/ si ladite spire numéro N est une spire normalement placée au cours de la descente parallèlement audit troisième côté après avoir placé la dernière spire en phase de montée et dont le rang est N x, on place la spire de rang N x + 1 à la place o l'on aurait normalement placé la spire de rang N x + 2, c'est-à-dire qu'on laisse libre l'emplacement d'une spire, puis on continue à descendre normalement, chaque spire se trouvant donc à l'emplacement réservé normalement à la suivante jusqu'à ce que l'on arrive à la spire de rang N 1 qui se trouve alors à l'emplacement o aurait dû se trouver la spire de rang n, -4- la spire de rang N est ensuite placée à la place laissée libre, c'est-à-dire à la place o aurait dû être placée la spire de rang n x + 1, la spire de rang N + 1 vient ensuite se placer dans la descente, dans l'emplacement qui suit la spire de rang N 1, c'est-à-dire que cette spire reprend son emplacement normal et l'on continue la descente normalement, 2/ si ladite spire de rang N est une spire normalement placée au cours de la montée parallèlement audit troisième c 8 té: on commence à placer normalement les spires en montant, jusques et y compris la spire de rang n 1, puis on place la spire de rang N au sommet de la montée, c'est-à- dire du trapèze, puis on redescend petit à petit jusqu'à combler l'emplacement o aurait dû normalement être placée la spire de rang n, enfin on place la spire de la nouvelle montée sur le diamètre intérieur, contre le mandrin et l'on continue normalement le bobinage. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se reportant au dessin annexé dans lequel La figure 1 est un schéma illustrant dans une demi-section par un plan contenant l'axe du bobinage, le procédé d'enroulement d'un bobinage selon l'invention avec la numérotation des spires dans-leur ordre d'enroulement. La figure 2 illustre l'allure générale, dans une demi- section par un plan contenant l'axe du bobinage, d'un bobinage composé de deux bobines disposées en série sur le même mandrin. Les figures 3 et 4 illustrent, dans deux cas distincts, le procédé utilisé pour permettre de placer sur la couche externe des spires qui seraient normalement situées sur des couches internes, dans le but de réaliser des prises de réglage. La figure 5 illustre schématiquement une installation pour effectuer le bobinage de l'invention. En se référant à la figure 1, on voit un mandrin 100 sur lequel est enroulé un bobinage dont vingt-neuf spires ont été référencées Toutes les spires sont numérotées dans l'ordre o elles ont été effectuées On voit que le procédé d'enroulement commence de façon à monter petit à petit le bobinage jusqu'à atteindre son sommet, ici la spire 16 et qu'à - ce moment là, la section du bobinage, dans le demi-plan représenté sur la figure, a la forme-d'un triangle, qui a un premier côté constituant une couche horizontale composée des spires 1, 2, 3, 6, 7, 12 et 13, un second côté formant au front de montée oblique composé des spires 1, 4, 9 et 16, et un troisième c 8 té composé des spires 13, 14, 15 et 16. Ensuite, on continue le bobinage par succession de couches obliques descendante puis montante parallèlement au troisième c 8 té formé des spires 13, 14, 15 et 16 On a ainsi une couche oblique descendante formée des spires 17, 18, 19 et 20, puis une couche montante 21, 22, 23 et 24, etc, le bobinage croissant ainsi, à hauteur H constante, le long de l'axe 2 E, du mandrin 100 La section de l'ensemble, dans le demi- plan, représenté sur les figures, forme ainsi un trapèze quelconque Sur la figure 2, on a figuré un bobinage formé de deux bobines 101, 102, enroulées successivement en série sur le même mandrin 100. Les spires sont toutes planes perpendiculaires à l'axe Ai et non pas enroulées en hélice Le passage d'une spire à la suivante, quel que soit son emplacement, se faisant par un décalage comme cela est connu et par exemple représenté sur la figure 2 du brevet français 717 497. Le bobinage ainsi formé est parfaitement stable, autoportant et il n'est nul besoin de flasques latéraux pour maintenir l'ensemble En effet, les spires du front de montée: 1, 4, 9, 16 sont bien "assises". La spire 1 étant directement sur le mandrin, la spire 4 portant sur les spires 1 et 2, la spire 9 sur les spires 4 et 5 et la spire 16 sur les spires 9 et 10 En outre, le démarrage débutant par trois spires 1, 2 et 3 successives enroulées directement sur le mandrin, lorsque l'on vient placer la spire 4 sur les spires 1 et 2, cette dernière spire 2 est déjà maintenue par la spire 3 Le long de l'autre côté oblique du trapèze, chaque spire repose également sur deux spires situées sur une couche parallèle à l'axe As, ainsi d'ailleurs que toutes les spires du bobinage, sauf bien entendu celles situées sur la grande base du trapèze qui portent directement sur le mandrin 100. Comme il n'y a aucun flasque latéral, il est facile d'exécuter en automatique plusieurs bobines en série sur le même mandrin comme le montre la figure 2. -6 - La figure 3 illustre le procédé permettant, au cours du bobinage de placer, lors de l'enroulement des spires d'une couche oblique descendante, sur la couche horizontale externe, c'est-à-dire sur la petite base du trapèze, une spire qui, normalement, devrait être située plus bas sur la pente et donc recouverte par les couches obliques ultérieures, ceci afin de pouvoir utiliser cette spire comme prise de réglage. Pour illustrer le procédé, on a numéroté les spires, dans l'ordre de leur exécution, à partir de la spire, numérotée tout à fait arbitrairement par commodité, 50 La spire N à placer sur la couche externe est la spire 62. Lorsque l'on a placé la spire 57 appelée N x, on place ensuite la spire N x + 1 = 58 non pas à la place o elle devrait normalement être placée mais on saute cet emplacement pour la placer un cran plus loin, puis on continue à descendre en plaçant les spires 59, 60 et 61 un cran en avance par rapport à leur place normale puis on place la spire N = 62 sur la couche externe à l'emplacement laissé libre, à côté de la spire 57, puis on place ensuite la spire 63 qui retrouve sa place normale et la suite se poursuit normalement. La figure 3 illustre le cas o la spire à placer sur la couche externe est une spire qui normalement se trouve le long d'une couche oblique montante Il s'agit de la spire N = 72 Ici, on a arbitrairement commencé à numéroter à partir d'une spire nommée 70 Une fois placée la spire N 1 = 71, on place la spire N = 72 directement tout en haut sur la petite base du trapèze, c'est-à-dire sur la couche horizontale externe Ensuite, l'on redescend comme pour une couche descendante en plaçant successivement les spires 73, 74, 75, 76 et 77 puis là, la couche oblique étant pleine on se place tout en bas, contre le mandrin en plaçant la spire 78 pour recommencer une couche montante. Ainsi, on a montré comment on peut placer n'importe quelle spire d'une couche oblique complète (dès que l'on a terminé le triangle de départ) sur la couche horizontale externe On peut donc effectuer un réglage de la tension avec une précision correspondant à la valeur de la tension d'une spire, ceci en effectuant un pontage entre deux prises placées sur deux spires de la couche horizontale externe. 7 - La figure 5 représente très schématiquement une installation permettant d'effectuer automatiquement un bobinage tel que décrit cidessus L'ensemble comprend une structure mécano-soudée 80 supportant l'ensemble, un mandrin cylindrique 81 à axe vertical entraîné en rotation, un système 82 de déroulage du fil pilote 83 qui guide le fil axialement parallèlement à l'axe A du mandrin et déplace également radialement la poulie guide fil 84, un fut 85 de fil et un système de contrôle commande 86 qui gère: la vitesse de rotation du mandrin les déplacements axiaux A et radiaux R du système 82 de déroulage, les caractéristiques de la bobine: nombre de couches, position des prises de réglage, diamètre du fil, etc -8 - REVENDICATIONS 1/ Bobinage électrique du type à enroulement en couches obliques à spires planes perpendiculaires à l'axe Z 1 d'enroulement, le passage d'une spire à la suivante étant réalisé par un décalage, caractérisé en ce que la demi-section du bobinage par un plan contenant son axe ^S a la forme d'un trapèze quelconque ( 101, 102), le bobinage constituant un ensemble mécanique stable autoportant, les spires ( 4, 9, 16, 25, 26, 27) situées sur les côtés obliques du trapèze s'appuyant chacune, excepté les deux spires ( 1, 28) situées à l'une et à l'autre extrémité de la grande base du trapèze, sur deux spires ( 1, 2; 4, 5; 9, 10; 18, 23 19, 22; 20, 21) situées sur une couche parallèle à l'axe 4 d'enroulement. 2/ Procédé pour l'enroulement d'un bobinage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le démarrage de l'enroulement consiste à former au départ, dans ladite section, un triangle ayant une base ( 1, 2, 3, 6, 7, 12, 13) située contre un mandrin d'enroulement ( 100), un second côté ( 1, 4, 9, 16) constituant un front de montée et un troisième côté ( 13, 14, 15, 16) parallèlement auquel viennent, par la suite, en montant et en descendant alternativement, se placer les couches obliques ultérieures faisant progresser petit à petit le bobinage le long de l'axe du mandrin, le point de rencontre ( 16) du front de montée avec le troisième côté constituant le sommet dudit trapèze, chaque spire ( 4, 9, 16) du front de montée, excepté la première ( 1), reposant sur deux spires successives ( 1, 2; 4, 5; 9, 10) situées sur une même couche parallèle à l'axe de l'enroulement et enroulées précédemment, mais non immédiatement, avant la spire du front de montée, la première des deux dites spires étant la précédente spire du front de montée. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trois premières spires ( 1, 2, 3) sont enroulées sur un mandrin d'enroulement ( 100), parallèlement à l'axe d'enroulement, la quatrième spire ( 4) reposant sur la première ( 1) et la deuxième ( 2), la cinquième spire ( 5) reposant sur la deuxième ( 2) et la troisième ( 3), la sixième spire ( 6) étant à côté de la troisième ( 3) sur le mandrin, la septième ( 7) à côté de la sixième ( 6) sur le mandrin, la huitième ( 8) placée sur la 9 - troisième ( 3) et la sixième ( 6), la neuvième ( 9) sur la quatrième ( 4) et la cinquième ( 5), la dixième ( 10) sur la cinquième ( 5) et la huitième ( 8), la onzième ( 11) sur la sixième ( 6) et la septième ( 7), la douzième ( 12) à côté de la septième ( 7) sur le mandrin, la treizième ( 13) à côté de la douzième ( 12) sur le mandrin, la quatorzième ( 14) sur les septième ( 7) et douzième ( 12), la quinzième ( 15) sur les huitième ( 8) et onzième ( 11), la seizième ( 16) sur les neuvième ( 9) et dixième ( 10), si la hauteur du triangle ainsi formé est alors suffisante, on redescend en oblique selon le processus de la précédente descente puis on remonte selon le processus de la précédente montée en s'arrêtant lorsque l'on est au niveau de la spire seize ( 16) puis l'on continue alors en couches obliques en faisant progresser le bobinage le long de l'axe L% de l'enroulement, si la hauteur du triangle doit être plus haute que la spire seizième ( 16), on monte le triangle plus haut selon le même principe jusqu'à atteindre la hauteur désirée puis ensuite on continue comme dit ci-dessus en progressant par couches obliques en s'arrêtant au niveau de la hauteur choisie. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel, lorsque l'on souhaite placer un connecteur pour effectuer une prise de réglage sur une spire numéro N qui, dans le cours normal de l'enroulement ne se trouve pas sur la couche externe parallèle à l'axe de l'enroulement mais enfouie dans le bobinage, on procède de la façon suivante: 1/ si ladite spire numéro N ( 62) est une spire normalement placée au cours de la descente parallèlement audit troisième côté: après avoir placé la dernière spire ( 57) en phase de montée et dont le rang est N x, on place la spire de rang N x + 1 ( 58) à la place o l'on aurait normalement placé la spire de rang n x + 2, c'est-à-dire qu'on laisse libre l'emplacement d'une spire, puis on continue à descendre normalement, chaque spire se trouvant donc à l'emplacement réservé normalement à la suivante jusqu'à ce que l'on arrive à la spire de rang N 1 ( 61) qui se trouve alors à l'emplacement o aurait dû se trouver la spire de rang N ( 62), la spire de rang N ( 62) est ensuite placée à la place laissée libre, c'est-à-dire à la place o aurait dû être placée la spire de rang N x + 1 ( 58) - la spire de rang N + 1 ( 63) vient ensuite se placer dans la descente, dans l'emplacement qui suit la spire de rang N 1 ( 61), c'est-à-dire que cette spire reprend son emplacement normal et l'on continue la descente normalement, 2/ si ladite spire de rang N ( 72) est une spire normalement placée au cours de la montée parallèlement audit troisième c 8 té: on commence à placer normalement les spires en montant, jusques et y compris la spire de rang N 1 ( 71), puis on place la spire de rang N ( 72) au sommet de la montée, c'est-à-dire du trapèze, puis on redescend petit à petit jusqu'à combler l'emplacement o aurait du normalement être placée la spire de rang n, enfin on place la spire ( 78) de la nouvelle montée sur le diamètre intérieur, contre le mandrin et l'on continue normalement le bobinage.