EP0018296A1 - Bobine ou treillis utilisables dans les transformateurs variables, potentiomètres de puissance ou de précision, codeurs potentiométriques, résistances bobinées, radiateurs électriques et échangeurs thermiques - Google Patents
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- EP0018296A1 EP0018296A1 EP19800400543 EP80400543A EP0018296A1 EP 0018296 A1 EP0018296 A1 EP 0018296A1 EP 19800400543 EP19800400543 EP 19800400543 EP 80400543 A EP80400543 A EP 80400543A EP 0018296 A1 EP0018296 A1 EP 0018296A1
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Abstract
Description
- L'invention concerne un enroulement de fil résistant ou conducteur, son support et le curseur qui, suivant la forme qu'ils revêtent, sont utilisables dans les transformateurs variables, potentiomètres de puissance ou de précision, codeurs potentiométriques et résistances bobinées ou résistances chauffantes. Une extrapolation d'une des formes de l'enroulement (treillis) trouve son application dans les échangeurs thermiques.
- Dans les transformateurs variables et potentiomètres de puissance actuels le support du bobinage possède la forme d'un tore. Ce tore est un anneau obtenu par l'empilage de tôles magnétiques en forme d'anneaux plats cylindriques dans le cas des transformateurs variables; dans le cas des potentiomètres de puissance ce tore est un anneau en céramique. L'enroulement lui même est bobiné sur le cordon de l'anneau en spires jointives d'un fil de cuivre émaillé, dans le cas du transformateur variable, et d'un fil résistant isolé ou émaillé dans le cas du potentiomètre de puissance. Laminiaturisation de tels produits est difficile car il est délicat d'enfiler le fil résistant dans l'anneau pour éxécu- ter les spires, et ceci est d'autant plus délicat que le tore est petit et le fil résistant ou conducteur est fin. D'autre part, dans le cas des transformateurs variables miniature, le fil de cuivre émaillé utilisé est obligatoirement très fin car en effe plus le transformateur variable est petit et plus il éxige un grand nombre de spires, ce qui le rend très fragile car le fil peut être très facilement détérioré par le curseur (même si ce dernier a la forme d'une roulette). Enfin la forme en tore se prête mal à la mise en place de l'axe qui supporte le curseur.
- Dans le cas des potentiomètres bobinés de précision, qu'elle que soit leur taille, le cordon du tore support de l'enroulement est droit au moment de la réalisation de ce dernier, puis le tore est obtenu par la déformation de ce cordon. Une telle procédure éxige beaucoup de soin et d'autre part se prête très mal à la réalisation d'un circuit fermé.
- Dans le cas des codeurs, ces derniers sont obtenus par sérigraphie d'un dessin comportant une multitude de traits sur un disque en verre et ceci exige beaucoup de soin, une qualité de sérigraphie et une stabilité dimensionelle très grandes.
- Dans le cas des échangeurs thermiques, ces derniers sent obtenus généralement par l'assemblage d'une multitude de tubes parallèles aboutissant à deux réservoirs collecteurs et véhiculant un fluide dont ils doivent transmettre la chaleur au fluide extérieur à l'échangeur. Ici les problèmes rencontrés sont la rapidité de l'échange thermique et le renouvellement du fluide extérieur.
- L'invention permet d'éviter ces inconvénients. En effet la méthode de bobinage est plus simple car l'enroulement est extérieur à son support et a'adapte donc à la réalisation de ce produit en toutes dimensions. D'autre part elle permet d'utiliser un fil résistant ou conducteur isolé nettement plus grand (puisqu'il peut être logé), ce qui rend le produit plus performant. Enfin, le flasque central pouvant avoir la forme d'un engrenage, ce qui oblige le curseur à avoir la forme d'un engrenage miniatures supprime pratiquement tout "grattage" du fil de l'enroulement par le curseur d'ou une longévité encore améliorée et la possibilité de la réalisation d'un codeur potentiométrique de très bas prix . Le cas limite qui consiste à ne considérer que le treillis de fils que l'on fera tourner autour de son axe trouve son application dans les radiateurs électriques et les échangeurs thermiques , en effet, il est démontré qu'un fil se déplaçant parallèle à lui même dans un fluide transmet la chaleur qu'il crée, ou qu'il véhicule , à ce fluide d'autant plus facilement qu'il est plus fin et qu'il se déplace plus rapidement.
- Dans ce qui suit l'invention est exposée plus en détail à l'aide de dessins représentant plusieurs modes d'éxécution de l'enroulement ou du treillis , de leur support et de leur curseur , chaque mode d'éxé- cution ayant sa propre application .
- Le cas le plus général de la bobine objet de l'invention est présenté par les figures 1 et 2 .
- Le support de cette bobine, qui est en matière isolante comporte un moyeu central (3) en forme de tube de grand diamètre ( en valeur relative par rapport à l'ensemble de la bobine ) , deux flasques latéraux (10) et (13), un flasque central (2) comportant sur sa périphérie des dents (0) régulièrement espacées, et deux flasques intermédiaires (5) et (9) comportant des fentes radiales (6) . Tous les flasques sont cylindriques. Aux extrémités du support de la bobine on vient appliquer les flasques (8) et (12) bons conducteurs de l'électricité. Ces flasques serviront de collecteurs.
- L'enroulement de la bobine est obtenu par le bobinage d'un fil de cuivre ou résistant, émaillé ou isolé, suivant une méthode qui est représentée sur les figures 12 et 13. La première extrémité est soudée sur l'un des oeillets conducteurs (1) sertis dans le flasque central (2) . Le fil résistant , ou conducteur , isolé suit alors le chemin suivant : il passe au dessus du flasque central (2) dans la fente (47) , traverse le flasque (5) par une de ses fentes (6) , passe dans la gorge (7) , fait N1 tours dans cette gorge (7) , traverse le flasque (5) par une de ses fentes (6), repasse au dessus du flasque central (2) dans la fente (48) , traverse le flasque (9) par une de ses fentes (6) , fait N2 tours dans la gorge (11) , traverse le flasque (9) par une de ses fentes (6) , repasse au dessus du flasque central (2) dans la fente (49) adjacente à la fente (48) , traverse le flasque (5) par une de ses fentes (6) , fait N3 tours dans la gorge (7), traverse le flasque (5) par une de ses fentes (6) , repasse au dessus du flasque central (2) et ainsi de suite jusqu'à ce que le fil résistant, ou conducteur, isolé ait recouvert la périphérie désirée du flasque (2). Après le dernier passage au dessus du flasque central (2) le fil fait Nk boucles dans la gorge correspondante et son extrémité vient se souder sur le deuxième oeillet (1) serti dans le flasque (2) . Les N1, N2, N3..... Nk boucles peuvent être réalisées soit en spires jointives ou non jointives, soit en nids d'abeilles suivant l'importance des bobinages et la qualité désirée . Elles peuvent être réalisées dans le même sens si la bobine est utilisée dans un transformateur variable . Dans le cas des potentiomètres on peut envisager de rendre ces derniers aselfiques en bobinant N1, N3, N5, N7 etc... dans un sens et N2, N4, N6 etc... dans l'autre sens ( mais d'autres méthodes sont possibles.). Dans le cas des transformateurs variables nous avons le cas important :
- N1 = N2 = N3 = ......... = Nk = N ( nombre constant de spires rangées.).
- L'aspect général de la bobine terminée est donné par les figures 1 et 2. Les deux collecteurs (8) et (12) sont reliés ensuite aux oeillets (1) par un fil conducteur.
- Les figures 3 et 4 représentent le cas particulier où le moyeu (3) devient un simple axe cylindrique de petit diamètre ( en matière isolante ou isolée ), que les dents (0) du flasque central (2) et les flas - ques intermédiaires (5) et (9) sont supprimés et que :
- N1 = N2 = ........... = Nk = 1
- Le fil résistant part de la plaquette conductrice (26), passe au dessus du flasque central (2) au point (17), fait un tour dans la gorge (27) autour de l'axe (3), repasse au dessus du flasque central (2) au point (18) juste devant le passage précédent (17), fait un tour dans la gorge (28) autour de l'axe (3), repasse au dessus du flasque central (2) au point (19) juste devant le point (18), fait un tour dans la gorge (27), et ainsi de suite jusqu'à ce que l'enroulement ait recouvert la péri - phérie désirée du flasque central (2). Les spires sont jointives sur l'axe (3), (par exemple les spires (23) et (24).). La deuxième extrémité est soudée sur la plaquette (25). Les plaquettes (25) et (26) sont ensuite reliées aux oeillets (1) sertis dans le flasque central (2) par un fil conducteur et ces derniers seront eux même reliés aux deux col - lecteurs (8) et (12) par un fil conducteur.
- L'aspect de la bobine terminée est représenté par les figures 3 et 4 : nous constatons qu'au fur et à mesure que nous réalisons l'enroulement les brins réalisés s'éloignent du flasque central ; ceci a pour effet de laisser les brins en l'air et ne se touchant entre eux qu'en quelques endroits très localisés et de très faible surface. Cette propriété peut être exploitée en utilisant cette bobine dans un potentiomètre de puissance car en effet nous avons une très grande surface de dissipation (surtout si l'axe central (3) est de faible diamètre et le flasque central (2) de grand diamètre.). Cette propriété peut être amplifiée en faisant tourner cette bobine autour de son axe avec une assez grande vitesse de rotation.
- Les figures 9 et 10 montrent une autre application de la propriété précédente dans le domaine des échangeurs thermiques : l'enroulement (4) devient un simple treillis ( cas où N1 = N2 =.... = Nk = 0) dont les brins sont des tubes métalliques d'assez faible diamètre et dans lesquels est véhiculé un fluide (33); ce fluide entre par le collecteur (15) suit les brins (4) et sort par le collecteur (16). Les deux collecteurs sont des évidemments dans l'axe (3) séparés par une paroi (34).La disposition des brins est bien représentée par les trois brins (30), (31) , (32) : le brin (30) part du point (44) du collecteur (15) le plus éloigné du flasque central (2) passe au dessus de ce dernier au point (45) et aboutit au point (46) du collecteur (16) le plus proche du flaaque central (2);le brin (32) part du point (38) du collecteur (15), point le plus proche du flasque central (2), passe au dessus de ce dernier au point (39) et aboutit au point (40) du collecteur (16) point le plus éloigné du flasque central (2);le brin (31), qui est un brin qui occupe une position intermédiaire, part du point (41) du collecteur (15) passe au dessus du flasque central (2) au point (42) intermédiaire entre les points (39) et (45) et aboutit au point (43) de l'axe (3) : plus les brins (4) partent du collecteur d'entrée (15) d'un point éloigné du flasque central (2) et plus ils aboutiront au collecteur de sortie (16) à un point rapproché du flasque central (2); les brins (4) peuvent être jointifs ou non jointifs. Cette disposition de ces brins leur donnera la propriété d'être tous presque de la même longueur, ce qui est très important pour équilibrer les pertes de charge dans les différents brins et ces derniers vehicule- ront la même quantité de fluide (33). Le flasque central (2) comporte des trous (29). La figure 9 montre que la coupe C-C des brins (4) donne dans la figure 11 des petits cercles presque alignés suivant deux angles et par rapport au flaaque (2) et variables suivant la position de la coupe. L'échangeur thermique tournant autour de son axe, dans le sens (53) par exemple, le fluide (35) se trouve d'une part brassé par les brins (4) et d'autre part véhiculé comme indiqué par la flèche dans la figure 11. L'échangeur se comporte donc en même temps comme un ventila - teur.
- Les figures 14, 15, 16 et 17 de la page 3 présentent un bec verseur (50) projetant de l'alumine en suspension dans l'eau (51) à travers l'écran (52) sur la périphérie du flasque central (2) les bobines tournant autour de leurs axes , dans le sens (53) par exemple . Ceci a pour effet d'enlever l'émail à l'endroit du contact entre le fil conducteur eu résistant avec le curseur dans le cas où ces bobines sont utilisées dans les tranaforsatsnrs variables , potentiomètres et codeurs potentiométriques.
- Suivant les applications le flasque central (2) peut comporter ou ne pas comporter de dents . La figure 23 présente le cas où le flanque central est un engrenage ; le curseur (99) comporte alors une roulette en forme de pignon (92) en matière bonne conductrice qui vient toucher les brins de l'enroulement qui se trouvent au fond des dents : la dent (93) vient toucher le brin (94) de l'enroulement et , le flasque central tournant , la dent (95) viendra toucher le brin (96) . Les brins (97) et (98) aboutissant aux oeillets (1) , toute la périphérie du flasque central (2) est utilisée et tous les brins peuvent jouer le même rôle et , en particulier , une bobine obtenue comme indiqué sur les figures 7 et 8, avec la particularité de la figure 23 , pourra servir comme codeur potentiométrique . Suivant le jeu qu'il sera donné entre les dents du flasque (2) et les dents du curseur (92) on pourra avoir la dent (95) toucher le brin (96) avant que la dent (93) se détache du brin (94) ou après qu'elle se soit détachée , ce qui donne deux possibilités d'application différentes dans la commutation.
- Les figures 21 et 22 présentent un curseur utilisable dans le cas où la bobine objet de l'invention selon les figures 1 et 2 est utilisée dans les transformateurs variables . Les figures 21 et 22 présentent un porte curseur (84) avec son bouchon (82) et le curseur en deux parties (86) et (87) bonnes conductrices de l'électricité et séparées par une partie isolante (83) . Ces deux parties aboutissent soit à deux diodes Zéner (85) et (88) par l'intermédiaire des languettes (90), soit à une plaquette en carbone (91) . Les deux diodes Zéner sont alors réunies entre elles d'une part , et à la sortie d'autre part comme indiqué sur la figure 24 . Dans le cas de la figure 22 c'est la plaquette de carbone qui est réunie à la borne de sortie . Les ressorts (89) maintiennent le contact des curseurs sur le collecteur (2) . Il va de soi que la distance entre les deux parties (86) et (87) doit être telle qu'il y a toujours au moins une des parties en contact avec l'enroulement .
- Un tel dispositif évite les courts circuits dans l'enroulement et les coupures de la tension de sortie . Cependant nous avons, par cette méthode , un " grattage " du fil de cuivre de l'enroulement (4) par le curseur et donc une usure qui peut être assez rapide ; on évite cet inconvénient en donnant au flasque central (2) la forme d'un engrenage. Les figures 25 et 26 présentent le curseur qui doit être utilisé dans ce cas : il comporte deux parties (105) et (106) bonnes conductrices de l'électricité et en forme d'engrenages auxquels on a enlevé une dent sur deux ; les deux parties sont placées de telle sorte qu'ensemble elles forment un engrenage complet . Ces deux parties sont placées sur le même axe (109) en matière isolante , sont séparées par une plaquette isolante (107) et sont mises en contact avec les plaquettes (90) , ( ces plaquettes aboutiront aux diodes Zéner (85) et (88) de la figure 21 . Ici le curseur aura un nombre de dents suffisant et le jeu entre les dents du curseur et les dents du flasque central sera tel que la dent(100) puisse toucher le fil (102) avant que la dent (103) ait quitté le fil (104) . Ici encore le dispositif évitera les courts ci cuits dans l'enroulement et les coupures de la tension de sortie.
- Les figures 13 et 14 représentent une première application de la bobine (4) objet de l'invention dans le cas d'un transformateur variable . Cette bobine (4) a l'allure d'une bobine représentée par les figures 1 et 2 et se trouve placée sur le même noyau central (61) du circuit magnétique qu'une bobine normale (54) . Nous voyons les curseurs (69) reliés aux sorties (66) et (68) et frottant sur les collecteurs (8) et (12) et le curseur (56) relié à la sortie (67) et frottant sur la périphérie du flasque central (2) de la bobine (4) objet de l'invention . Les flasques (62) et l'armature extérieure (63) forment le reste du circuit magnétique . En tournant l'engrenage (58) ce dernier fait tourner le double pignon ( 57) et ce dernier fait tourner la bobine (4) , ce qui fera varier la tension de sortie entre les bornes (67) et (68) et les bornes (66) et (67) . Ici il est supposé que la tension d'entrée est appliquée aux bornes d'entrée (64) et (65) qui aboutissent à la bobine (54) . La plaque (60) reliée à l'engrenage (58) comporte des graduations qui indiquent la tension de sortie . La manette (59) permet de faire tourner manuellement l'engrenage.
- Les figures 17 et 18 montrent une bobine (4) utilisée dans un auto transformateur variable utilisant , pour un cieuit magnétique (79), des tôles découpées en E et en I . Les figures 19 et 20 montrent la bobine (4) utilisée dans un autotransformateur variable utilisant un circuit magnétique (79) coupé (" C Il Core ). La bobine (4) est centrée sur l'axe du circuit magnétique par un support (80) dont le trou central a la forme de la branche du circuit magnétique qui passe dans l'axe de la bobine (4) et dont la périphérie a la forme d'un cylindre . La rota.- tion de la bobine est obtenue en faisant tourner l'axe (77) entrainant en rotation le pignon (78) . Le support (81) maintient le pignon (78) en position .
- Les figures 15 et 16 représentent un exemple d'utilisation de la bobine (4) dans un transformateur variable triphasé . Ici le circuit magnétique comporte trois noyaux magnétiques (72), (73), (74) parallèles et équidistants entre eux ; le circuit magnétique est fermé par les deux flasques (70) et (71) . Chaque noyau magnétique comporte une bobine (4) et une bobine (54) . Les trois bobines tournent d'un même angle relatif grâce au pignon (78) , et nous avons accès à ce pignon grâce à l'axe (77) . Nous avons pour chaque branche du circuit magnétique , des sorties et des curseurs analogues à ceux des figures 13 et 14 .
- Les figures 26 et 27 représentent un potentiomètre avec une bobine (4) dont l'obtention a été exposée à la page (4) de ce même brevet, de la ligne 6 à la ligne 27 . Les curseurs (69) frottent sur les collec - teurs (8) et (12) et sont reliés aux bornes de sortie (66) et (68) . La tension de référence est appliquée entre les bornes (66) et (68) ; le curseur (56) capte la tension intermédiaire et est relié à la borne de sortie (67) , l'ensemble est enfermé dans un boitier (112) . La résis - tance (113) qui est ici représentée extérieure au boitier (112) est appliquée entre la borne (67) et (68) , cette dernière étant reliée au curseur frottant sur le collecteur (12) qui lui même est relié au brin (114) le plus éloigné du flasque central (2) . On peut démontrer qu'il existe une valeur pour la résistance (113) permettant d'obtenir un potentiomètre dont la linéarité est acceptable dans de nombreuses applications .
- Les figures 28 et 29 représentent un radiateur électrique comportant une bobine (4) dont l'enroulement a été obtenu par le bobinage d'un fil de cuivre émaillé sur un flasque central (2) de grand diamètre et un axe (3) de petit diamètre . Les deux collecteurs (8) et (12) des figures 3 et 4 deviennent ici les bagues collectrices (126) isolées par rapport à l'axe (3) par des bagues (125) en matière isolante . L'axe (3) comporte un engrenage (124) . La bobine (4) est entrainée en rotation, dans le sens (53) par exemple, par le micromoteur (122) grâce à son pignon de sortie (123 . La tension du secteur est emmenée aux bagues collectrices (126) par l'intermédiaire des charbons (129) placés dans leur porte - charbons (131) . Le radiateur comporte deux compartiments (118) et (120) separés par une paroi (119) mauvaise conductrice de la chaleur : le compartiment (118) contient la bobine (4) et le compartiment (120) le micromoteur et le thermostat . L'air ambiant entre par la partie inférieure des deux compartiments suivant les flèches (130) et (132) et sort chaud par la partie supérieure du compartiment (118) suivant la flèche (135) . L'air ambiant, entrant dans le compartiment (120), maintient la température du moteur (122) à une valeur raisonnable et donne d'autre part une information exacte de la température de la pièce au thermostat .
et que toutes les spires sont jointives sur l'axe. Nous voyons très facilement la similitude dans les bobinages en observant les figures 7 et 8 :
Claims (11)
caractérisée par le fait que l'enroulement est obtenu de la manière suivante : la première extrémité du fil est soudée sur l'un des oeillets conducteurs (1) , le fil passe au dessus du flasque central dans une des fentes (47) , traverse le flasque (5) par une des fentes (6) , passe dans la gorge (7) , fait N1 tours autour du moyeu (3) dans la gorge (7) , traverse le flasque (5) par une des fentes (6) , repasse au dessus du flasque central (2) dans la fente (48) , traverse le flasque (9) par une des fentes (6) , fait N2 tours dans la gorge (11) , traverse le flasque (9) par une des fentes (6) , repasse au dessus du flasque (2) dans la fente (49) , traverse le flasque (5) par une des fentes (6) , fait N3 tours dans la gorge (7) , traverse le flasque (5) par une des fentes (6) , repasse au dessus du flasque (2) et ainsi de suite jusqu'à ce que le fil résistant ou conducteur isolé ait recouvert la périphérie désirée du flasque (2) . Après le dernier passage au dessus du flasque (2) le fil fait Nk boucles dans la gorge correspondante et son extrémité vient se souder sur le deuxième oeillet (1) serti dans le flasque (2) .
les spires étant jointives sur le moyeu (3), caractérisée par le fait que les flasques intermédiaires (5) et (9) sont supprimés , le moyeu central (3) est un cylindre de petit diamètre et le flasque central (2) est un disque cylindrique de grand diamètre comportant sur sa périphérie des dents régulièrement espacées ( à la limite ces dents peuvent ne pas exister.).
caractérisée par le fait qu'elle comporte à ses deux extrémités deux flasques (8) et (12) bons conducteurs de l'électricité , servant de collecteurs et qui seront réliés aux oeillets (1) par un fil conduc - teur .
caractérisé par le fait que le curseur est en deux parties (85) et (86) séparées par une paroi isolante (83) et dont la distance est telle qu'il y en a toujours au moins une en contact avec l'enroulement de la bobine .
caractérisé par le fait qu'il utilise un curseur en deux parties (105) et (106) en forme d'engrenages auxquels on a enlevé une dent sur deux, placés sur un même axe (109) en matière isolante et séparés par une plaquette isolante (107) et disposées l'une par rapport à l'autre de telle manière qu'elles forment globalement un engrenage ; le nombre de dents du curseur et le jeu entre les dents du curseur et les dents du flasque central seront tels qu'il y aura toujours au moins une dent en contact avec l'enroulement de la bobine .
caractérisé par le fait que les deux parties conductrices (85) et (86) ou (105) et (106) sont reliées à la sortie par deux diodes Zéner dont la tension Zéner est juste suffisante pour éviter les courts circuits dans l'enroulement reliant deux encoches successives .
caractérisés par le fait qu'il est branché une résistance électrique entre la sortie correspondante-au curseur (56) et la sortie correspondante au curseur frottant sur le collecteur (12) relié à la spire la plus éloignée du flasque central ; cette résistance a une valeur permettant de linéariser le potentiomètre et le codeur potentiométrique.
caractérisés par le fait que ces éléments actifs sont utilisés tournants .
Priority Applications (1)
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FR7910156 | 1979-04-23 | ||
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