<Desc/Clms Page number 1>
NOUVEAU PROCEDE DE CONSTRUCTION DE NOYAUX FEUILLETES POUR APPAREILS
EMI1.1
ELECTRO-N'LAGNETIQUES A INDUCTION.
La présente invention concerne des perfectionnements aux noyaux magnétiques à t8les empilées pour appareils électriques à induction, tels que les transformateurs, les bobines de réactance ainsi que des perfectionnements à leur méthode de fabrication.
Dans la construction habituelle des noyaux magnétiques, les tôles sont découpées ou poinçonnées en partant de feuilles de tôles relati- vement grandes, qui sont obtenues par laminage de barres ou de lingots en matière magnétique appropriée, telle que l'acier au silicium ou un alliage mahnétique de fer-nickel. Le laminage produit dans les tôles une structure granulaire qui est dirigée dans le sens dans lequel les
<Desc/Clms Page number 2>
tôles ont été laminées. Le chemin de moindre réluctance est en général celui qui correspond au sens du laminage des tôles, bien que dans certains types d'acier, la direction magnétique la plus favorable, tout au moins en ce qui concerne les pertes, fait un certain angle avec le sens du laminage.
On a trouvé que l'on obtient les meilleurs résultats pour les noyaux magnétiques, lorsque les tôles sont découpées dans des feuilles de matière magnétique, de telle sorte que le flux dans le noyau soit parallèle au chemin de moindre réluctance.
Une forme habituelle de noyau magnétique est constituée par des empilages de tôles poinçonnées en L, et il est évident que de telles tôles ne peuvent pas être poinçonnées en une seule pièce, en partant de feuilles standard de tôle, de telle sorte que la direction magnétique la plus favorisée soit parallèle à la direction du flux dans les deux branches de la tôle. En effet, les grains sont tous dans la même direc- tion dans la feuille de tôle initiale, alors que les deux branches de la tôle poinçonnée sont perpendiculaires l'une sur l'autre.
Une autre forme de noyau est constituée par des tôles empilées rectangulaires, disposées à angle droit les unes par rapport aux autres.
Tandis que dans un tel noyau, la direction magnétique la plus favorable peut être prévue parallèle à la direction du flux dans la partie centra- le des tôles, le flux doit couper cette direction favorable, aux extré- mités des tôles, en passant d'une brahche à une autre.
En raison de cette circulation du flux qui coupe la direction en question, aux coins du noyau, il se produit en ces points des pertes relativement élevées.
La présente invention a justement pour objet un noyau magnéti- que en tôles laminées poinçonnées, offrant de faibles pertes tout le long du circuit magnétique, les tôles étant poinçonnées de telle maniè- re dans les feuilles de tôle, qu(après montage, le flux suit la direc- tion magnétique la plus favorable des tôles, sensiblement suttout le parcours du circuit magnétique.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise et si l'on se reporte à la description qui suit et aux dessins qui l'accompagnent à titre d'exemples non limitatifs de réalisation et dans lesquels :
<Desc/Clms Page number 3>
la Fig. I est une vue en perspective d'un noyau conforme à l'in- vention ; la Fig. 2 montre comment on fabrique les tôles du noyau; la Fig. 3 est une vue en plan d'une variante de noyau conforme à l'invention; la Fig.4 montre comment on obtient les tôles du noyau de la fig.3; la Fig.5 est une vue en plan d'une autre variante de noyau; la Fig. 6 montre comment on obtient les tôles du noyau de la fig. 5.
En se reportant à la fig.I, on voit un noyau magnétique compor- tant des branches llen tôles empilées, et des traverses 12 également en tôles empilées. Les paquets de tôles se raccordent les uns aux autres en faisant un certain angle et, dans l'exemple de noyau rectangulaire représenté, cet angle est droit. Les extrémités des paquets de tôles sont coupées suivant un angle inférieur à 90 , et sensiblement égal à la moitié de l'angle pue font deux paquets voisins, ce qui permet de raccorder ces paquets bout à bout. Autrement dit, l'extrémité en diago- nale de chaque paquet est sensiblement rejointe par l'extrémité découpée de manière analogue ou coopérante, du paquet adjacent.
Il n'est pas essentiel que les extrémités de chaque tôle de chaque paquet soient découpées suivant une ligne droite, ou suivant des lignes analogues, mais o n préfère toutefois, dans les noyaux rectangu- laires ayant sensiblement des paquets de tôle de même section, que les extrémités des tôles découpées soient à 45 par rapport aux arêtes latérales de ces tôles.
De toute façon, les bords terminaux des tôles voisines,lorsque le noyau est assemblé, s'appuient les uns sur les autres, parallèlement entre eux, de manière à constituer un tel joint à 45 entre les tôles de chaque couche, et par conséquent entre les extrémités adjacentes de chaque paire de paquets de tôles voisins.
Pour que la rélutance du circuit magnétique soit minima, les joints entre les paquets de tôles placés bout à bout doivent être serrés et l'on prévoit de préférence des moyens pour assurer cette "étanchéité" des joints, pendant le service normal du noyau. On peut utiliser des moyens de serrage pour maintenir ensemble les branches
<Desc/Clms Page number 4>
et les traverses serrées les unes contre les autres, mais de tels serrages, s'ils doivent seuls assurer cette fonction, nécessiteraient vraisemblablement d'être serrés à un point tel que des tensions mécaniques internes pourraient se produire dans les t8les, ce qui pour- rait affecter défavorablement les propriétés magnétiques du métal.
Dans l'exemple de réalisation de la Fig.l, les extrémités des tôles sont conformées de manière à s'adapter les unes aux autres, de manière à assurer un joint étanche entre branches et traverses, sans nécessiter de dispositifs de serrage particulièrement étanches.
Les tôles 11 et 12 ont chacune à une extrémité unprolongement 13, formant une sorte de tête, dont l'axe est perpendiculaire à la bordure en diagonale des t8les, et, à leur autre extrémité, une ouverture 14 dont la forme lui permet de recevoir exactement une partie telle que 13. Les prolongements 13 et les ouvertures correspondantes 14 coopèrent de telle sorte que, lorsque les tôles sont assemblées, il n'y a pas d'intervalle appréciable entre les extrémités des paquets de tôles voisins. Bien entendu, après assemblage du noyau, uneséparation ultérieure des branches et des traverses du noyau est pratiquement exclue, à cause des éléments en quelque sorte verrouillée.
En m ontant les couches de tôles, il est préférable que les cou- ches voisines soient disposées en sens inverse, de telle sorte que les prolongements 13 des t8les de couches voisines soient dirigés dans des directions opposées. Avec une telle disposition des couches, tout dépla- cement par décalage des tôles d'une couche par rapport à celles de l'autre couche, est rendu impossible. Il suffit d'utiliser un dispositif léger de serrage pour maintenir ensemble les tôles et ces dispositifs de serrage n'ont pas besoin d'être serrés au point d'entraîner des tensions mécaniques appréciables dans le métal des tôles.
Les t8les 11 et 12 sont découpées dans des feuilles de tôle, de manière que la direction magnétique privilégiée du métal coïncide avec la direction longitudinale des tôles. Lorsque celles-ci sont assem- blées comme on l'a représenté, en raison des joints à 45 aux coins du noyau, le flux peut traverser les branches et les traverses presque tout le temps dans la direction magnétique la plus favorable du métal, tout
<Desc/Clms Page number 5>
le long du circuit magnétique, et presque sans couper cette direction en un point quelconque.
Il est préférable que les tôles soïeht formées à partir dtune bande de tale, en matière magnétique, comme on le voit Fig.2. Ces bandes de tale magnétique (acier au silicium, un alliage magnétique fer-nickel) sont obtenues de préférence par laminage à froid très poussé de barres ou de lingots, de telle sorte que la bande a une structure granulaire, dont les grains sont dans le sens longitudinal des bandes, parallèlement à leurs bords, et possède une direction magnétique privilégiée sensiblement dans une direction parallèle à celle des grains. Ces bandes peuvent avoir toute largeur désirée, et une longueur aussi grande qu'on veut. Elles ont de préférence la même largeur que les tôles destinées à former le noyau magnétique.
Ces tôles sont découpées ou poinçonnées dans une telle bande 15 (Fig. 2) par des moyens appropriés(non représentés), tels que des poinçons convenables.
La bande est coupée transversalement, à intervalles réguliers suivant la longueur des tôles à obtenir, et sous un angle sensiblement égal à la moitié de l'angle qui sera formé entre deux paquets de tôles voisins. La direction de coupe est alternée ; da,sle cas de tôles pour un noyau rectangulaire, si chaque coupe est à 45 du bord de la bande, les coupes successives sont à 90 les unes des autres. Pour que le prolongement 13 d'une extrémité en diagonale d'une tôle coincide de manière précise avec l'ouverture 14 de la t8le voisine, lorsque celle- ci est placée perpendiculairement à la première, il faut que ce prolon- gement 13 se trouve placé au milieu exctement de la diagonale et soit exactement symétrique par rapportà la perpendiculaire élevée au milieu de la diagonale.
Il est évident que les tôles des branches 11 peuvent être toutes découpées dans une bande de tôle, et que les tôles des traverses 12 le soient dans une autre bande. Ou bien ces tôles peuvent être découpées alternativement dans une même bande, comme représenté Fig.2.
Quelle que soit la méthode adoptée, il n'y a aucune matière perdue.
<Desc/Clms Page number 6>
La configuration particulière des joints 13 et 14 entre les tôles des bran- -ches et des traverses n'a pas d'importance particulière par elle-même, mais il est seulement important que ces joints soient prévus de façon telle que la quanti- té minimum de métal se trouve dans le circuit du flux magnétique avec une direc- tion de grains faisant un certain anle avec la direction du flux dans le noyau.
En fabriquant des noyaux par cette méthode, il est préférable de poinçonner d'abord les tôles de la manière décrite, et de 'former ensuite des paquets de tôles en L, en U, ou rectangulaires, en assemblant convenablement les paquets de tôles et ensaite en recuisant les paquets de tôles assemblés. En assemblant d'abord les paquets de tôles et en les recuisantensuite suivent un traitement thermique ap- proprié, afin de faire disparaître les tensions mécaniques produites dans le métal par le poinçonnage, les parties assemblées se dilatent légèrement et rendent les joints encore plus étanches; ce qui élimine pratiquement tout interstice.
Dans certains types de noyaux, il peut ne pas être nécessaire de "verrouil- ler" les tôles pour assurer un joint suffisamment étanche entre les extrémités des tôles coupées en diagonale. Les variantes des noyaux des Fig.3 à 6 inclusivement sont particulièrement appropriées pour des noyaux de petites dimensions, ou pour des noyaux en tôle relativement mince.
Le noyau magnétique de la Fig.3 est constitué par des paquets de tôles for- mant des branches 20 et des traverses 21, ces tôles étant poinçonnées dans des feuilles en matière magnétique, de telle sorte que leur direction magnétique pri- vilégiée soit sensiblement parallèle au trajet du flux magnétique dans les tôles, comme dans l'exemple qui vient d'être décrit* Les extrémités opposées des tôles des branches et des traverses sont coupées en diagonale, de telle sorte que les tôles disposées à angle droit de chaque couche s'appuient les unes sur les autres, dans les joints, avec des raccords à 45 , comme dans l'exemple ci-dessus.
Dans cette variante toutefois, la diagonale de l'extrémité de chaque tôle est munie d'un prolongement 22 ne formant pas verrouillage, tandis que la diagonale opposée est munie d'une encoche correspondante 23, destinée à recevoir le prolongement 22 d'une tôle voisine placée à angle droit. Comme on le voit , le prolongement 22 et l'encoche 23 peuvent être semi-circulaines, bien que ces deux éléments puissent bien entendu avoir toute autre conformation appropriée. Dans l'assemblage du noyau suivant cette variante, les t6les de chaque couche s'appuient étroitement les unes sur les autres, de telle sorte qu'il existe un espace minimum entre les extrémités voisines.
Les couches adjacentes des t8les sont également disposées de manière
<Desc/Clms Page number 7>
opposée, de telle sorte que les prolongements des couches voisines de tôles dé- passent dans des directions opposées, comme représenté en pointillé Fig.3. Avec un tel assemblage de tôles, les prolongements 22 de chaque tôle recouvrent certai- nes parties des tôles à angle droit des couches voisines sur leurs côtés opposés. les paquets de tôles peuvent alors être serrés par des dispositifs de serrage ap- propriés (non représentes), ces dispositifs étant utilisés de manière à ne pas faire naître de tensions mécaniques internes appréciables dans le métal des tôles, ce qui pourrait affecter.leurs propriétés magnétiques.
En raison de la résistance de frottement entre les parties des couches de tôles voisines qui se recouvrent, la séparation des branches et des traverses du noyau par les joints est pratiquement rendue impossible. Les tôles des branches et des traverses des noyaux peuvent être découpées dans des feuilles de tôle en matière magnétique de dimensions quelconques, la direction magnétique privilégiée étant parallèle au trajet du flux magnétique du noyau dans les tôles; il est pré- férable oependant que les tôles soient poinçonnées à partir d'une longue bande étroite 25, telle que représentée Fig.4. Le poinçonnage des tôles de cette bande est analogue à celui qui a été décrit à propos de la Fig.2.
Pour queles tôles s'adaptent convenablement les unes aux autres lorsqu'elles sont disposées à angle droit, il est nécessaire que la diagonale se fasse suivant un angle de 45 par rap- port aux bords des bandes&que les prolongements 22 et les encoches 23 prévues sur les bords opposés en diagonale de chaque tôle soient symétriques par rapport à une perpendiculaire élevée av milieu de la diagonale. Les extrémités des tôles étant ainsi poinçonnées, il est évident que les diverses parties du noyau s'adaptent les unes aux autres de manière précise, sans intervalle appréciable entre les bords terminaux adjacents des tôles.
Dans la Fig.5 on a représenté une autre variante de l'invention, suivant laquelle le noyau comporte des branches 30 et des traverses 31, qui sont assemblées les unes aux autres avec des joints en diagonale, ou des joints allant de la proxi- mité du coin intérieur à la proximité du coin extérieur des tôles assemblées, de telle sorte qu'une quantité minimum de flux passant d'une tôle à l'autre traverse la direction magnétique privilégiée, ces joints ayant une configuration légèrement différente de celle des exemples ci-dessus.
Dans cette variante, une extrémité des tôles est munie d'un prolongement triangulaire 32 qui se prolonge à partir de la véritable diagonale, tandis que l'extrémité opposée est munie d'une encoche corres- pondante 33, destinée à recevoir un prolongement analogue d'une autre tôle, disposée à angle droit par rapport à elle. La base du prolongement triangulaire de chaque
<Desc/Clms Page number 8>
tôle, c'est-à-dire le long de la diagonale est de préférence légèrement inférieure à la véritable longueur de la diagonale, la hauteur du triangle étant de l'ordre de un quart de la longueur à la base, On voit donc que la largeur de chaque tôle aug- mente progressivement de zéro, à son extrémité externe, jusqu'à un maximum aux coins intérieurs de la diagonale.
L'augmentation progressive de largeur varie du minimum jusqu'à un maximum le long du bord terminal de la tôle et la rapidité de cette augmentation dépend des angles de la base du triangle forme par les bords des tôles. Il est ,par conséquent, évident que le flux magnétique du noyau circulera longitudinalement ou dans la direction privilégiée le long de toute la longueur de chaque tôle, avec une distribution très uniforme du flux à travers la section du noyau, car la partie du joint qui est décalée par rapport à la diagonale, et par rapport 3, la partie voisine du joint voisin entre tôles de couches contigües, est dirigée dans la même direction générale que la diagonale.,
Gomme dans les variantes précédentes, les couches adjacentes de tôles sont disposées en sens inverse,
comme indique en pointillé Fig.5, de telle sorte que les extrémités des tôles des couches adjacentes se recouvrent; comme les prolonge- ments qui s'étendent de chaque côté de la diagonale et qui relient les pointe in- ternes et externes dos tles assemblées, ontapproximativement les mêmes dimensions et la même configuration, les tôles peuvent être découpées dans une bande avec le minimum de pertes. Lors de l'assemblage des tôles, les parties qui recouvrent les extrémités voisines des tôles des couches adjacentes sont sensiblement symétriques etse recouvrent d'une manière égalede chaque côté de la diagonale.
Lorsqu'on uti- -lise les dispositifs de serrage du noyau, comme on l'a expliqué ci-dessus, la ré- sistance de frottement, entre les parties des tôles qui se recouvrent dans les cou- ches successives du noyau, empêche pratiquement toute Réparation des branches et des traverses de ce noyau, lors de l'utilisation de celui-ci dans un appareil.,
La figure 6 montre la façon dont les tôles du noyau de la Fig.5 sont obte- nues à partir d'une longue bande de métal 35 en matière magnétique, analogue à la bande 15 décrite plus haut, Comme dans la variante ci-dessus, pour que les tôles s'adaptent convenablement et forment des joints étanches entre les joints en dia- gonale,
les prolongements triangulaires de chaque diagonale doivent être symétri- ques par rapport à la perpendiculaire élevée au milieu de la diagonale.
Les variantes ci-dessus ont été décrites en se référant plus particulière- ment aux noyaux magnétiques des transformateurs et des bobines de réactance, mais il est bien évident que l'invention s'applique de façon générale aux noyaux magné- tiques,y compris ceux destinés aux moteurs électriques, aux générateurs de courant @
<Desc/Clms Page number 9>