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Perfeotiotmements à la construction de noyaux de transforma.teurs.
La. présente invention concerne des appareils électriques de la catégorie des appareils à réactance et plus particuliè- rement les transformateurs électriques et la construction de noyaux pour ceux-ci. Les noyaux pour les transformateurs . électriques sont généralement composés d'un grand nombre de feuilles qui ont été cisaillées et estampées dans de la tôle qui peut être en acier de qualité supérieure au silicium, bien que des alliages ayant des 'caractéristiques analogues et contenant du nickel et du cobalt aient également été employés.
Ces feuilletages sont assemblés pour former les noyaux du
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transformateur et les feuilles individuelles sont généralement isolées les unes des autres en vue de réduire les pertes par courants tourbillonnants.
Ces constructions' ont certains inconvénients parmi lesquels on peut citer que l'estampage de feuilles de forme bizarre dans de la tôle implique une perte considérable par déchets et comme la matière à propriétés magnétiques élevées est habituellement relativement coûteuse, le prix du transformateur est considérablement élevé. 'En outre il est connu qu'un travail du métal formant les noyaux a un effet nuisible sur les propriétés magnétiques de ceux-ci, de sorte que suivant la pratique actuelle les feuilles doivent, après qu'elles ont été cisaillées et estampées dans la tôle, être recuites ou traitées à chaud de l'une ou l'autre manière pour éliminer ces effets nuisibles.
Un autre inconvénient de cette construction est que les frais de main-d'oeuvre sont élevés à cause du grand nombre de pièces qui doivent être assemblées pour constituer un seul noyau. Ce nombre peut être de l'ordre de plusieurs milliers.
En outre dans l' assemblage des pièces du noyau, il faut prendre soin que les feuilles soient convenablement superposées et les joints doivent être disposés de telle manière que le circuit magnétique n'est pas sérieusement affecté. Néanmoins la réluctance magnétique due au joint dans le circuit magnétique est généralement telle que beaucoup plus de matière magnétique ae noyau doit être prévue dans la conception de semblables transformateurs pour qu'il y ait un rendement conforme aux .spécifications des usagers.
Tenant compte des difficultés et des inconvénients mentionnés, l'un des buts de l'invention est de fournir une nouvelle
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construction'de,noyau pour des,appareils à réactance et plus particulièrement pour les transformateurs électriques, qui soit exempte, au moins dans une grande mesure, des inconvénients indiqués ci-dessus.
.L'un des buts de l'invention est de fournir une construction de noyau dans laquelle les feuilles sont continues et dans laquelle la direction du trajet magnétique coïncide avec la direction de laminage de la matière constituant le noyau.
Un autre but de l'invention est de fournir une construction de noyau du type à trois branches qui est cependant composée de deux pièces seulement de sorte qu'on obtient une grande simplicité de fabrication. Un autre but encore de l'invention est de réduire, le nombre de cisaillements et d'estampages à un minimum absolu de telle façon que les propriétés électriques ne sont pas affectées de façon nuisible.
, Ces buts et d'autres encore qui seront exposés ci-après ou qui apparaîtront pour les personnes du métier à la lecture de la description sont atteints par certaines constructions . et dispositions de pièces dont on décrira maintenant une forme de réalisation préférée. On se reportera à cet effet aux dessins annexés dans lesquels:
La fig.l est une vue en élévation d'un transformateur suivant la présente invention.
La fig.2 est une vue en plan de celui-ci. -
La fig.5 est une coupe horizontale de la branche médiane.
La fig. 4 est une vue semblable à la fig.l montrant une forme différence de boucle.
La fig.5 est une vue semblable à la fig. 4 montrant une autre forme de boucle.
La fig. 6 est une vue analogue à la fig.3 montrant une forme différente de branche médiane.
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La fig.7 est une vue semblable à la fig.3 montrant une autre forme de branche médiane.
Dans la pratique de la présente invention, on établit une construction de noyau ou type à trois 'branches dans laquelle les deux branches extérieures et les culasses sont faites d'une bande de matière en -tôle enroulée sur elle-même pour former une boucle comme on l'a indiquéen 8 à la fig.l. L'organe 8 peut évidemment être formé de plus d'une seule bande. Il peut par exemple être formé par enroulement de deux ou de plusieurs ban@es er. une boucle ou par enroulement de plusieurs bandes soudées bout à. bout en une boucle.
Lorsque les banaes formant l'organe 8 sont faites de matières ayant des propriétés marquées en direction, elles sont prises avec leur longueur parallèle à l'axe de laminage de la tôle initiale dont elles ont été cisaillées, ou à l'axe de plus grande permé abilité s'il diffère de la direction de laminage, de telle manière que dans le transformateur terminé, le trajet magnétique coïncide avec la direction qui procure l'utilisation la plus efficace de la matière, Le cisaillement de la matière de la bande pour former l'organe 8 n'affecte ordinairement pas fortement ses propriétés; mais des effets éventuels ainsi produits peuvent être enlevée par un recuit après le refenaage.
L'organe 8 peut évidemment être recuit après la fabrication complète et toute la partie de fer du -transformateur peut être recuite pour enlever les tensions provoquées par le cisaillement, l'enroulement, etc..
Bien qu'on ait représenté aux fig.l et 2 un organe 8 de forme circulaire, il doit être bien entendu que suivant la forme de la bobine sur laquelle la bande est enroulée, l'organe 8 pourrait être ovale ou elliptique, comme le montre la fig.4, ou rectangulaire avec des coins arrondis, comme le montre la
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fig.5, ou en fait de quelle forme désirée. Lors de l'enroulement de la bande, une tension appropriée peut être maintenue de n'importe quelle manière désirée, et la bande est empêchée de se dérouler au moyen d'un ou-de plusieurs rubans de tension 8a.
La branche médiane indiquée au dessin en 9 a de préfé-. rence une forme obtenue par l'enroulement en spirale d'une feuille de matière magnétique pour constituer un rouleau. Si la branche centrale est ainsi formée elle peut être enroulée de façon que l'axe du rouleau corresponde à la direction de laminage de la tôle. Il est préférable d'enrouler la branche médiane'9 de manière à laisser un trou central 9a dans des buts qui seront décrits dans la suite. '
Pour assembler les deux parties, on fait en sorte de créer une partie allant en s'amincissant à chaque extrémité de l'organe 9 et on prévoit dans l'organe 8 un trou conique, établi de façon à donner un siège parfait pour la partie conique de la branche 9.
Les deux parties peuvent être facile- ment assemblées par le fait qu'on comprime la boucle 8 pour augmenter son diamètre suivant l'axe des cavités 10, et l'or- gane 9 peut alors être simplement glissé'en place et sera maintenu en position par l'élasticité naturelle de la boucle 8 revenant dans sa position normale. Dans la forme de réalisation représentée à la fig. 3 la branche médiane peut, si on le désire, avoir une longueur telle qu'un boulon et un écrou 11,12 peuvent être employés pour contracter la boucle 8 suivant son axe allongé, jusqu'à ce qu'elle soit circulaire. Si les cavités coniques 10 sont pourvues de trous s'étendant complètement à travers l'organe 8, la branche médiane peut être refroidie par un fluide passant à travers le trou 9a.
Si l'on désire
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produire une adaptation plus serrée en ajoutant une pression aux joints entre l'organe 9 et l'organe 8, un boulon non magnétique 11 peut être engagé à travers le trou 9a et maintenu en place par un écrou 12. Si l'on désire encore procurer un refroidissement supplémentaire, le boulon 11 peut évidemment être creux.
Pour l'achèvement du transformateur, les bobines de bas voltage sont enroulées sur l'organe 9, comme on l'a indiqué en 14, et les enroulements de haut voltage sont formés sur les enroulements de bas voltage, comme on l'a indiqué en 15 ou de n'importe quelle manière que les résultats désirés indiqueraient comme préférable.
On voit donc que l'on procure ainsi une construction relativement simple de noyau du type à trois branches, dans lequel le trajet magnétique est continu et ininterrompu dans les branches extérieures et les culasses, On voit que l'on a créé un joint magnétique excellent entre les culasses et la branche médiane et qu'or. a pris des mesures pour le refroidissement s'il est jugé nécessaire ou à conseiller. En outre il est à remarquer qu'on a créé un transformateur dans lequel le trajet magnétique est toujours dans la direction de laminage de la matière constituant le noyau ou dans la direction de plus grande perméabilité de celui-ci, et qu'on a ré duit le travail du métal à un minimum absolu, de sorte que les propriétés magnétiques de la matière ne sont pas affectées de façon nuisible.
Il est bien entenau que la forme circulaire particulière de l'organe 8, représentée aux dessins, ne doit pas être consi- dérée comme constituant une limitation de l'invention et que d'autres formes peuvent être employées, pourvu que la manière
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soit façonnée conformément à l'essence de la présente invention.
Bien-qu'on ait représenté comme forme de réalisation préférée à la fig.3 une branche médiane formée d'une feuille de matière enroulée en spirale, il doit être bien entendu que le même but peut 'être atteint par une branche médiane formée simplement de feuilles en bandes étroites et plates cisaillées de façon que leur longueur se,,trouve dans la direction, montrée à la fig.6, dans laquelle la perméabilité serait la plus élevée pour l'induction de fonctionnement, ou par plusieurs branches, l'ensemble étant entouré des enroulements primaires et secon- daires comme le montre la fig.7. Il est naturellement bien évident que dans la forme de réalisation représentée, le cisaillage nécessaire est fortement réduit.
Les feuilles peuvent être isolées de n'importe quelle manière usuelle ou désirée, soit avant, soit pendant l'enrou- lement, mais la manière particulière de faire l'isolement des feuilles' du noyau n'a pas été décrite parce qu'elle ne fait pas partie de la présente invention.
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R E V E N D I C A T I 0 N S.
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Perfeotiotmements to the construction of cores of transformers.
The present invention relates to electrical apparatus in the category of reactance apparatus and more particularly to electrical transformers and the construction of cores therefor. Cores for transformers. Electrical components are generally composed of a large number of foils which have been sheared and stamped from sheet metal which may be of higher grade silicon steel, although alloys with similar characteristics and containing nickel and cobalt are also been employed.
These laminations are assembled to form the cores of the
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transformer and individual sheets are usually insulated from each other to reduce swirl loss.
These constructions have certain drawbacks among which one can mention that the stamping of oddly shaped sheets into sheet metal involves a considerable waste in waste and since the material with high magnetic properties is usually relatively expensive, the cost of the transformer is considerably high. . 'Further it is known that working of the metal forming the cores has a deleterious effect on the magnetic properties thereof, so that according to present practice the sheets must, after they have been sheared and stamped in the sheet, be annealed or heat treated in either way to eliminate these deleterious effects.
Another disadvantage of this construction is that the labor costs are high because of the large number of parts which must be assembled to form a single core. This number can be of the order of several thousand.
Further in the assembly of the core parts, care must be taken that the sheets are suitably superimposed and the joints must be arranged in such a way that the magnetic circuit is not seriously affected. However, the magnetic reluctance due to the joint in the magnetic circuit is generally such that much more core magnetic material must be included in the design of such transformers in order for there to be an efficiency in accordance with user specifications.
Taking into account the difficulties and drawbacks mentioned, one of the aims of the invention is to provide a new
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A core construction for reactance devices and more particularly for electrical transformers which is free, at least to a great extent, from the drawbacks indicated above.
One of the objects of the invention is to provide a core construction in which the sheets are continuous and in which the direction of the magnetic path coincides with the direction of rolling of the material constituting the core.
Another object of the invention is to provide a core construction of the three-branch type which, however, is composed of only two parts so that great simplicity of manufacture is obtained. Still another object of the invention is to reduce the number of shearing and stamping to an absolute minimum so that the electrical properties are not adversely affected.
These objects and others which will be explained below or which will become apparent to those skilled in the art on reading the description are achieved by certain constructions. and arrangements of parts of which a preferred embodiment will now be described. For this purpose, reference is made to the accompanying drawings in which:
Fig.l is an elevational view of a transformer according to the present invention.
Fig.2 is a plan view thereof. -
Fig. 5 is a horizontal section of the middle branch.
Fig. 4 is a view similar to Fig.l showing a difference shape of the loop.
Fig. 5 is a view similar to fig. 4 showing another form of loop.
Fig. 6 is a view similar to FIG. 3 showing a different shape of the middle branch.
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Fig.7 is a view similar to Fig.3 showing another form of middle branch.
In the practice of the present invention, a core or three-leg type construction is established in which the two outer legs and the yokes are made of a strip of sheet metal material wound on itself to form a loop like it has been indicated in 8 in fig.l. The member 8 can obviously be formed from more than a single strip. It can for example be formed by winding two or more bands. a loop or by winding several strips welded end to. end in a loop.
When the banaes forming the member 8 are made of materials having marked properties in direction, they are taken with their length parallel to the rolling axis of the initial sheet from which they have been sheared, or to the axis of greater permeability if it differs from the direction of rolling, such that in the finished transformer the magnetic path coincides with the direction which provides the most efficient use of the material, The shear of the material from the strip to form organ 8 does not ordinarily strongly affect its properties; but any effects thus produced can be removed by annealing after refenaage.
The member 8 can of course be annealed after complete fabrication and the whole iron part of the transformer can be annealed to remove stresses caused by shearing, winding, etc.
Although there has been shown in fig.l and 2 a member 8 of circular shape, it must be understood that depending on the shape of the reel on which the strip is wound, the member 8 could be oval or elliptical, like the shown in fig. 4, or rectangular with rounded corners, as shown in
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fig. 5, or in fact in whatever shape desired. In winding up the tape, proper tension can be maintained in any desired manner, and the tape is prevented from unwinding by means of one or more tension tapes 8a.
The median branch indicated in the drawing at 9 has preferred. rence a shape obtained by the spiral winding of a sheet of magnetic material to form a roll. If the central branch is thus formed, it can be wound up so that the axis of the roll corresponds to the direction of rolling of the sheet. It is preferable to wind the middle branch '9 so as to leave a central hole 9a for purposes which will be described later. '
To assemble the two parts, we make sure to create a part that tapers off at each end of the member 9 and a conical hole is provided in the member 8, established so as to give a perfect seat for the part. conical branch 9.
The two parts can be easily assembled by compressing the loop 8 to increase its diameter along the axis of the cavities 10, and the member 9 can then simply be slipped into place and will be held in place. position by the natural elasticity of the loop 8 returning to its normal position. In the embodiment shown in FIG. 3 the middle branch can, if desired, have a length such that a bolt and a nut 11,12 can be used to contract the loop 8 along its elongated axis, until it is circular. If the conical cavities 10 are provided with holes extending completely through the member 8, the middle leg can be cooled by a fluid passing through the hole 9a.
If we want
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producing a tighter fit by adding pressure to the joints between member 9 and member 8, a non-magnetic bolt 11 can be engaged through hole 9a and held in place by a nut 12. If still desired to provide additional cooling, the bolt 11 may of course be hollow.
For the completion of the transformer, the low voltage coils are wound on component 9, as indicated at 14, and the high voltage windings are formed on the low voltage windings, as indicated. at 15 or in any way the desired results would indicate preferable.
It is therefore seen that this provides a relatively simple core construction of the three-branch type, in which the magnetic path is continuous and uninterrupted in the outer branches and the yokes. It is seen that an excellent magnetic seal has been created. between the yokes and the middle branch and that gold. has taken steps for cooling if deemed necessary or advisable. In addition, it should be noted that a transformer has been created in which the magnetic path is always in the direction of rolling of the material constituting the core or in the direction of greater permeability thereof, and that we have re reduces metal working to an absolute minimum, so that the magnetic properties of the material are not adversely affected.
It is of course understood that the particular circular shape of the member 8, shown in the drawings, should not be considered as constituting a limitation of the invention and that other shapes may be employed, provided that the manner
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is shaped in accordance with the essence of the present invention.
Although as a preferred embodiment has been shown in Fig. 3 a middle branch formed from a sheet of material wound in a spiral, it should be understood that the same object can be achieved by a simply formed middle branch. of leaves in narrow, flat strips sheared so that their length lies, in the direction, shown in fig. 6, in which the permeability would be highest for the induction of operation, or by several branches, the together being surrounded by the primary and secondary windings as shown in fig.7. It is of course quite evident that in the embodiment shown the necessary shearing is greatly reduced.
The sheets can be isolated in any customary or desired manner, either before or during winding, but the particular way of isolating the sheets from the core has not been described because it is. does not form part of the present invention.
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R E V E N D I C A T I 0 N S.
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