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NOYAU MAGNETIQUE ENCHEVETRE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION.
L'invention se rapporte aux appareils à induction électrique tels que les transformateurs, et particulièrement aux noyaux ou circuits magné- tiques de ces appareils et aux procédés pour leur fabrication.
Beaucoup d'aciers au silicium du commerce ont un axe d'orienta- tion de meilleure magnétisation des grains cristallins correspondant au sens de laminage, dans lequel les propriétés magnétiques sont meilleures que dans les autres directions. C'est-à-dire que lorsque les lignes de force ma- gnétiques suivent dans l'acier cette direction préférée, les pertes sont plus faibles et la perméabilité plus élevée que si les lignes de force tra- versent l'acier suivant une direction inclinée sur celle-ci et les proprié- tés sont moins bonnes quand les lignes de force sont perpendiculaires à la direction préférée.
Il s'ensuit que si un noyau est formé d'un ruban d'acier magnéti- que dont l'orientation de meilleure magnétisation correspond au sens longi- tudinal du ruban et que les lignes de force suivent cette direction, on dispose d'un noyau à haute perméabilité et à pertes dans le fer minima.
Dans une réalisation antérieure utilisant les propriétés d'un tel acier, les enroulements de matière magnétique formant des circuits magné- tiques fermés constituant le noyau sont réalisés par bobinage d'un ruban continu d'acier magnétique, couche après couche. Les couches sont ensuite réunies en remplissant d'une matière de remplissage ou liant les inters.ti- ces qui les séparent, ce qui donne un ensemble solide non déformable consti- tué de feuilles d'acier magnétique garnies d'un film intercalaire servant de liant.
Quand le ruban d'acier est enroulé ainsi couche après couche, ces couches forment ensemble un circuit magnétique indéformable que l'on coupe en sections, et les surfaces de séparation sont usinées de manière à former
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des joints à surfaces polies et s'adaptant parfaitement quand on les réunit autour du bobinage' du transformateur. Les lamelles du noyau sont réunies en une masse solide sans qu'il y ait ni vibration ni mouvement relatif de cel- les-ci.
Dans une autre réalisation antérieure qui utilise les mêmes pro- priétés de l'acier magnétique, les lignes de force passant dans le feuillard d'acier dans le sens de la longueur du ruban, une longue bande de matière magnétique est découpée en une série de bandes plus courtes dont la longueur varie d'une manière uniforme. Les lamelles ainsi formées sont empilées en une pile de forme trapézoïdale, les longueurs allant en augmentant de la ba- se au sommet. Le groupe de lamelles est ensuite plié de manière à former un
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demi-noyau enfeu) les-bandes les plus longues à l'extérieur. Deux demi-noyaux en U sont réunis pour former un noyau entier avec les extrémités jointes bout à bout.
Dans une autre réalisation antérieure, le circuit magnétique est formé de lamelles empilées 1-lune au-dessus de l'autre constituant un noyau de forme rectangulaire-ayant aux quatre coins quatre joints en bout et à re- couvrement, les plans des tôles coupant la fenêtre ou ouverture pratiquée dans le circuit magnétique.
Le plan des couches de tôles, est de premiers .importance pour la détermination de certaines caractéristiques des. noyaux magnétiques.Il dé- termine le nombre de couches à utiliser, la direction de dégagement de la chaleur et du flux de fuite, et le nombre de joints. Il détermine aussi la direction de plias grande rigidité de l'ensemble par rapport.. aux effets de déformation, et a donc une influence sur les petites et grandes résonances dans le noyau,
Le noyau à empilage de type courant a quatre coins formant des -joints enchevêtrés.
Le noyau du type enroulé et.découpé par la suite, a deux jointsbout à bout aux deux côtés..Dans lesnoyaux de grande dimension, de plus de 50 kilovolts-ampères par exemple, un joint enchevêtre,est préférable à un joint bout à bout si l'on veut maintenir les bruits de vibration dus
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IL ,1a magnétostriction au minimum. Pour d'autres raisons le' plan' des tôles du'noyau enroule est préférable à celui, du noyau à empilage5 # - .-*i Conformément à la présente invention, les joints sont enchevêtrés,
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alternativement 'bout à bout et a'recouvrement, comme dans la réalisation . antérieure précitée, mais le plan des tôles correspond à celui du noyau en- roulé de erorté '4& le plan des tôles ne vient pas couper la-fenêtre prati-' ?quée dans le circuit magnétique.
Conformément à 1-*Invention,,'Il y à pour le noyau entier deux joints enchevêtrés, bout à bout et a'rcoùvre&ent, qui peuvent être" situés soit dans tes deux parties de culase.¯ysit dans ' les deux branches. Les tôles Ëuvèt être découpées suivant une'direction faisant un angle avec l'axe longitudinal de la bande d'acier magnétique, par exemple suivant un angle de 45 degrés ou de 60 degrés.
Cette découpe .inclinée est avantageuse à certains points de vue, mais n'est pas toujours
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-nécessaire... -,.1.. ' .. :" .' Les pliages entre -les parties de culasse et les branches sent, .... exécutés de façon que les coins soient arrondis et libres sans liant entre
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..les. jboles p01!tt' permettre à celles-ci de vibrer individuellement sans trans- mètstre. facilement leurs, vibrations qui peuvent être dues . à-1= anagnétostri. ti.- e¯x couches.
Les branches sur lesquelles se placent les bobinages . pe1VleE.t:<:être. serrées à fond pour obtenir un mandrin de. bobine aussi, petit #' q.e b7.e. mais. la culasse sera libre et aura donc -un niveau de bruit - "fPl,;-èas:8r,,!..,. ; ¯. ' #'....- " - - ... --Ï '# , i "",..r .. :, -: :- j 1 Oè - 'Cn noyau'ccoistruit conformément à la présente' invention a un ni- veau de bruit inférieur à celui d'un noyau comparable formé de tôles empi- ;.1é.es-d#nme d'habitude, parce que les branches du noyau-ne.! sont pas serrées- ...;' de\.'#agon'a fermer un -tout rigide, C0lIIDl.e, il faut le faz.re-avc3:es noyaux- à ¯-empilage e1a:as:L.'tiue.
Un circuit magnétique construit conformément à .la. pré- sente invention.. au lieu d'être rigide dans le plan des vibrations de réso
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nance, est flexible de sorte que les différentes tôles peuvent fléchir in- dividuellement, allégeant ainsi les contraintes dans le noyau.
Un noyau construit conformément à la présente invention a un ni- veau de bruit inférieur à celui d'un noyau comparable à bande enroulée, im prégné et découpé parce que les joints bout à bout sont remplacés par des joints enchevêtrés alternativement bout à bout et à recouvrement., et que le noyau est flexible et libre, ce qui supprime les chocs sur les joints dus aux vibrations quand les surfaces accolées sont légèrement décalées 15'une par rapport à 1'autre
Dans un noyau établi conformément à l'invention, le nombre de joints est la moitié de celui d'un noyau de type courant.,
c'est-à-dire que il y en a deux au lieu de quatre.L'acier magnétique ne doit pas être aussi rigoureusement plat ni d'épaisseur aussi égale que dans les noyaux de type courant et il y a beaucoup moins de chances d'avoir des collages entre tôles qu'avec les noyaux enroulés et recuits, et les pertes par cou'-' rants de Foucault exagérées sont plus railemetn évitées, ces collages ayant peu l'occasion de se produire à cause de la liberté relative des tôles.Les collages peuvent d'ailleurs être supprimés facilement, puisqu'il ;y a pas de liant entre les tôles et que 1-'on peut mouvoir celles-ci lune par rap- port à l'autre.
Diverses formes d'exécution préférées de l'invention sont repré- sentées à titre d'exemple dans les dessins annexés.
La figure 1 est une vue en perspective d'un noyau en feuillard magnétique exécuté conformément à 1' invention
La figure 2 est une vue en perspective d'un noyau semblable avec des bobinages entourant les branches du noyau.
La figure 3 est une vue en perspective d'une partie d'un noyau construite conformément à une forme d'exécution de l'invention*
La figure 4 est une vue en perspective montrant la forme d'un joint conforme à la pratique de l'invention.
La figure 5 est une vue en plan d'une bande de matière magnéti- que découpée de façon à former une tôle d'un groupe de tôles utilisé dans la construction du noyau.
La- figure 6 est une vue en plan d'un empilage de tôles découpées et superposées conformément à un procédé de construction d'un noyau.
La figure 7 est une vue de face d'un empilage de tôles de la figu- re 6
La figure 8 est une vue en plan de deux empilages de tôles, comme aux figures 6 et 7,avec les extrémités adjacentes enchevêtrées de façon à former un joint bout à bout et à recouvrement.
La figure 9 est une vue en perspective montrant comment les extré- mités restantes ou opposées des tôles représentées à la figure 8 peuvent être enchevêtrées de façon à former le second joint bout à bout et à recou- vrement du circuit magnétique fermé.
La figure 10 est une vue de profil des tôles utilisées pour for- mer un circuit magnétique, le joint inférieur étant achevé et les extrémi- tés des tôles supérieures étant enchevêtrées de la manière indiquée à la figure 9 pour faire le second jointe
La figure 11 est une vue semblable à celle de la figure 10, avec les deux joints achevé*;.
Les figures 12 et 13 sont des vues de profil et en bout respecti- vement d'un noyau avec les joints achevés et maintenus provisoirement par des cerclages avant la formation en circuit magnétique rectangulaire; et
Les figures 24 et 15 représentent une presse dans laquelle on pla- ce le noyau des figures 12 et 13 et on le transforme de sa forme ovale repré-
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sentée à la figure 14 en la forme pratiquement rectangulaire de la figure 15.
La figure 1 représente un circuit magnétique pratiquement rectangu- laire 1 ayant deux branches verticales 2 et 3 dont les extrémités opposées sont réunies par des parties de culasse 4 et 5 et entourant une fenêtre ou ouverture rectangulaire 6.Le noyau est formé de deux parties de noyau 7 et 8 réunies, constituées chacune d'un groupe de tôles 11 ou 12 ayant des branches rectilignes et des parties de culasse partant à angle droit des ex- trémités opposées des branches. Les extrémités des tôles des groupes 7 et 8 sont cisaillées ou découpées suivant les diagonales 13 et 14 alternativement d'une couche à l'autre de manière à être dirigées dans des sens différents et à s'adapter l'une à l'autre quand les deux parties de noyau sont réunies, de façon à former des joints supérieur et inférieur 15 et 16 respectivement.
La figure 2 représente un noyau construit suivant le procédé de la figure 1 et muni de deux enroulements conducteurs électriques 17 et 18 entourant les branches 2 et 3.
La figure 3 représente une des parties de noyau utilisées pour former un circuit magnétique complet qui diffère principalement de la con- struction de la figure 1 en ce que les joints se trouvent dans les branches et non dans les parties de culasse. La partie de noyau représentée à la figure 3 est formée d'un groupe de tôles 21 découpées suivant les lignes 22 et 23 à leurs extrémités, ces lignes faisant un angle de 45 avec le sens longitudinal de la tôle, et les tôles sont assemblées de telle manière que leurs extrémités sont dirigées différemment d'une couche à l'autre,
formant donc des surfaces jointives à recouvrement venant s'adapter sur des surfaces semblables de l'autre partie du noyau complet.La partie de noyau de la figu re 3 est représentée formée de deux parties de branches droites 24 et 25 réunies par une partie de culasse 26.Dans les formes d'exécution des figu- res 1, 2 et 3, les tôles se trouvent à nonante degrés par rapport à la po- sition des tôles dans les noyaux courants, c'est-à-dire que les plans des tôles ne coupent pas l'espace formé par la fenêtre qu'entoure le circuit magnétique.
La figure 4 représente deux parties de noyau écartées l'une de l'autre avant leur assemblage qui formera un joint enchevêtrée bout à bout et à recouvrement, tel qu'utilisé dans les parties de culasse du noyau de la figure 1 et dans les branches du noyau de la figure 3. Afin d'identifier facilement les éléments, les références de la figure 3 sont répétées à la figure 4.
Deux groupes de tôles correspondant aux tôles 21 sont formés, re- présentant les deux parties de branche 25 de deux parties de noyau corres- pondant à celles représentées à la figure 3 parties de branche se terminant par des découpes rectilignes faisant un angle de 45 avec le sens longitu- dinal des tôles 21. Les tôles se terminant par les lignes 22 se joignent bout à bout et les tôles découpées suivant les lignes 23 viennent aussi s'appliquer bout à bout quand les deux parties de noyau sont glissées, dans leurs positions définitives. Les tôles se terminant par les lignes 22 sont enchevêtrées dans les tôles se terminant par lignes 23, de manière à former un joint bout à bout et à recouvrement dans lequel les extrémités de tôles adjacentes sont perpendiculaires entre elles.
La figure 5 représente une tôle magnétique 21 découpée à ses ex- trémités opposées suivant des lignes 22 et 23 représentées à 45 par rap=- port au sens longitudinal de la tôle, tôle du type utilisé dans les constrac tions de noyau des figures 1, 2 et 3.Il faut remarquer que l' on peut uti- liser des tôles de ce type général mais dont les bords sont découpés suivant des angles différents, 60, 45 ou 90 degrés ou tout autre angle convenable par rapport à 1'axe longitudinal de la tôle
Les figures 6 et 7 donnent un empilage de tôles correspondant à celui de la figure 5, dont les tôles, quand elles sont découpées en série ou en groupe, le sont à des longueurs progressivement croissantes,
d'une longueur minimum correspondant au bord de la fenêtre à une longueur maximum correspondant au contour extérieur du noyau complet, de manière à suivre l'accroissement de longueur des diverses couches de l'intérieur à l'extérieur.
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Comme indiqué à la figure 6, les tôles sont empilées de telle fagon que les bords 22 et 23 partent d'un point 31 diagonalement à travers toute la lar- geur des tôles à un point 32 dans une couche, et d'un point 33 à un point 34 suivant une diagonale perpendiculaire au bord de la première couche, pour la couche suivante,ces diagonales alternant d'une coucheà l'autre. Chaque tôle de l'empilage a une longueur légèrement différente de celles des cou- ches adjacentes. La figure 8 représente deux empilages de tôles comme aux figures 6 et 7, mais avec des parties enlevées, deux extrémités de ces em- pilages étant enchevêtrées tout en maintenant les tôles bien planes de ma- nière à former un joint 35 qui réunit les deux groupes.
Quand le joint 35 est achevé,les tôles du joint sont serrées en- tre des plaques de serrage 35 et 37 (voir figure 10) et maintenues par un moyen approprié quelconque tel que des boulons 38 de manière à former un joint rigide, tandis que les extrémités extérieures des tôles, comme indi- qué à la figure 8, sont pliées de façon à former un joint 41 représenté dans la partie supérieure de la figure 10. Pendant la fabrication du joint, les tôles du joint formé doivent être assez libres pour que leurs extrémi- tés 42 puissent être pliées et placées convenablement dans le joint achevé.
On peut réaliser ceci de différentesmanières, dont une est représentée à la figure 10. Un serre-joint en deux parties 43 et 44 réunies par un boulon 45 est muni dans sa partie 44 de galets 46 qui servent à faciliter 1'intro duction'des extrémités des tôles dans le serre- joint, lequel doit être suffisamment desserré pour recevoir les tôles pendant la formation du joint.
La figure 9 montre comment les bouts 42 du groupe de tôles s'en- chevêtrent pendant la formation du joint 41 Le serre-joint a été omis à la figure 9 pour montrer plus clairement la position des diverses tôles pendant la formation du joint. Quand celui-ci est achevé, le serre-joint est serré pour empêcher les tôles de se séparer. A la figure 11, le serre- joint supérieur est de construction semblable à celle du serre-joint infé- rieur, comprenant les parties 36, 37 et 38. ? importe quel dispositif de serrage approprié peut être utilisé.
Le noyau ayant généralement des coins arrondis, comme le montrent les figures 10 et 11, peut être encore travaillé pour prendre la forme rec- tangulaire suivant plusieurs procédés, dont un est décrit. Un cerclage d'a cier représenté en 51 aux figures 12 et 13 peut entourer le noyau, et les deux bouts du cerclage 51 peuvent être réunies de manière connue au moyen d'un accouplement 52.
Des pièces de serrage 53 et 54 peuvent remplacer le serre-joint des figures 10 et 11 et être maintenues par une frette d'acier 55 fermée au moyen d'un accouplement 56, comme indiqué aux figures 12 et 13
Une presse ou machine de forme est représentée aux figures 14 et 15; elle sert à recevoir un noyau ayant la forme représentée aux figures 12 et 13 et à lui donner une forme rectangulaire. La presse en question con- siste essentiellement en un grand étau muni d'un piston ayant un mouvement perpendiculaire à celui des mâchoires de l'étau.
Comme indiqué, une pièce support ou base 61 est prévue sur laquelle se trouvent des taques 62 avec un intervalle suffisant pour recevoir la pièce de serrage 53 du noyau, quand celui-ci est placé dans la machine.De l'autre côté du noyau, il y a un pilon 63 avec une plaque intercalaire 64 et deux taques de pression supérieures 65 également écartées pour recevoir entre elles la pièce de serrage 53 du joint supérieur.
Deux mâchoires 66 sont placées des deux cô- tés du noyau et des plaques intercalaires 67 sont glissées entre le noyau et les mâchoires.Des taques de pression 70 garnissent la face intérieure des intercalaires 67 et sont en contact direct avec le noyau et une série de galets 68 montés sur un cadre ou support 69 sont placés entre les mâ- choires 66 et les plaques intercalaires 67,de sorte que lorsque le piston 63 et la taque de pression 65 descendent, les intercalaires 67 et les ta ques de pression latérales 70 peuvent se déplacer facilement au contact du noyau.
Un bloc 71 est glissé entre les pièces de serrage intérieures54 pour limiter le mouvement descendant du piston; il a une épaisseur telle qu'il correspond à une ouverture rectangulaire 6 dans le circuit magnétique ob-
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tenue par la descente du piston qui transforme le circuit magnétique' de sa forme de la figure 14 en la forme définitive du noyau représentée à la figu- re 15.
Quand le noyau est achevé, comme à la figure 15, les deux moitiés correspondant à la forme de la figure 3 peuvent être séparées et -réunies de manière que les parties de branche viennent se joindre à l'intérieur des en- roulements conducteurs électriques, donnant ainsi un transformateur complet du type représenté à la figure 2.
On remarquera que la longueur de chaque tôle d'un groupe de tôles faisant partie d'un circuit magnétique achevé est différente des longueurs des tôles voisines dans le groupe, les longueurs allant en croissant, de la couche intérieure à la couche extérieure du noyau, d'une quantité suffisante pour que chaque couche fasse un circuit complet entourant entièrement les couches à l'intérieur de lui-même et que les bouts des tôles viennent se mettre exactement bout à bout à l'endroit des joints entre les extrémités des tôles formant la couche complète.
La longueur de chaque couche sera différente de celles des couches voisines d'au moins 3,14 fois l'épaisseur de la tôle pour des circuits ma- gnétiques rectangulaires à coins arrondis comme aux figures l, 2, 3 et 15, le nombre 3,14 représentant le rapport entre la circonférence et.le diamètre d'un cercle. - ¯
Si les tôles sont pliées chacune de manière à avoir -des coins à angles droits pour le noyau, la longueur de chaque couche sera supérieure à la longueur de la couche immédiatement intérieure du même groupe d'une quantité égale à quatre fois l'épaisseur de la tôle, ce qui correspond au supplément nécessaire pour compléter une couche aux quatre coins de la cou- che immédiatement intérieure.
Si les tôles sont pliées aux coins du circuit magnétique de ma- nière à donner à ceux-ci une courbure intermédiaire entre 1.' arrondi et l'angle droit, la longueur des couches d'un groupe augmentera d'une quan- tité comprise entre 3,14 et 4 fois l'épaisseur de la tôle pour assurer le jeu désiré entre couches voisines.
On'peut évidemment utiliser beaucoup d'autres procédés pour for- mer un noyau de forme rectangulaire, comme représenté aux figures 1, 2, 3 et 15. Par exemple, les tôles peuvent être pliées et formées en parties de noyau comme celles représentées à la figure 3, avant d'être réunies en un circuit magnétique complet et puis assemblées après montage des enroule- ments 17 et 18,- comme indiqué à la figure 2, plutôt que de réaliser d'a bord un circuit magnétique complet, - comme décrit aux figures 10 à 15 in- clusivement, et de séparer ensuite les deux parties du noyau¯pour les réu- nir par après avec les enroulements 17 et 18 en un transformateur complet avec noyau et bobinages.
On remarquera aussi que les tôles dont il est question dans la description du noyau, particulièrement en se référant aux figures 3 à 10 inclusivement, ne doivent pas être nécessairement des tôles individuelles mais qu'un groupe d'un petit nombre de tôles, par exemple trois ou cinq tôles, peuvent former ensemble "une tôle" ou une couche suivant'exmpres sion utilisée dans la description du noyau et de son procédé de montage.
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